JP4357505B2

JP4357505B2 - 遮断器

Info

Publication number: JP4357505B2
Application number: JP2006189635A
Authority: JP
Inventors: 歩森田; 茂俊大内; 稔細田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
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Description

本発明は、電磁反発作用によって真空バルブの操作軸を開極方向へ高速で駆動させる開極手段を備えた遮断器に関する。

電磁反発作用によって真空バルブの操作軸を開極方向へ高速駆動する開極手段は、コイルおよびそれと対向して配置したリング状の銅板で構成される。コンデンサ放電などによって開極手段のコイルを急速励磁し、コイル電流と銅板に発生する渦電流との電磁反発力を利用して真空バルブを開極動作させる。

電磁反発機構を備えた遮断器には、直流遮断器と高速遮断器がある。前者は、あらかじめコンデンサに充電しておいた電荷を系統電流と逆向きに注入し、強制的に電流ゼロ点を作って遮断するものである。直流系統にて地絡事故が発生すると、抵抗およびインダクタンスの回路定数で決定される立ち上がりの早い地絡電流が流れるため、遮断動作には高速応答性が要求される。

一方、後者は、自家発電系統に関わるもので、電力系統停電時の自家発電機側からの電力流出の防止、過負荷に伴う電源共倒れの回避、停電系統から健全系統への高速切替による重要負荷の運転継続などを目的に導入される。両者とも開極指令を受けてから数ｍｓ以内での応答性が要求されるため、電磁反発機構を利用している。

この電磁反発機構を搭載した遮断器としては、例えば特許文献１に示されているように、真空バルブと、この真空バルブの開閉方向に設けた操作機構と、この操作機構の途中に設けた電磁反発機構とを備え、更に電流遮断途中における可動電極側の軸の跳ね返りを低減させる機構を備えたものとなっている。

特開２０００−２９９０４１号公報

上述した従来の遮断器では、高速遮断時に、所定の開極速度を得るだけでなく、閉極状態を維持する永久磁石の吸引力を上回る電磁反発力が必要となるため、電磁反発機構の大型化、及び電源容量の増加を余儀なくされる。また、真空バルブとその操作機構との間に、電磁反発機構、及び電磁反発機構の作動時に生じる可動電極側の軸の跳ね返りを低減させる機構が上下方向に直列的に配置されているため、真空バルブの操作機構によって、真空バルブを開閉操作する際には、電磁反発機構、及び可動電極側の軸の跳ね返り低減機構を共に移動させる必要がある。

このため、真空バルブの操作機構が、例えば電磁操作方式の場合、その構成部品である永久磁石、励磁コイル等の容量を大きくしなければならないので、真空バルブの操作機構が大型化する。また、これに伴い、真空バルブの操作機構の操作性も低下する可能性もある。

本発明は、電磁反発機構による閉極状態の解除を容易にし、かつ電流遮断途中時に生じる可動電極側軸の跳ね返りを、簡易な構成で低減し得るとともに、操作性が良好な遮断器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明は、主スイッチと前記主スイッチと連動して動作する副スイッチとで構成される２つのスイッチを備えた遮断器において、一方のスイッチに電磁反発作用によって操作軸を開極方向へ駆動する開極手段と、コイル、可動鉄心、永久磁石で構成される電磁石を搭載し、前記２つのスイッチに対して前記コイルを励磁して投入動作を行い、前記永久磁石の吸引力によって閉極状態を維持し、投入動作時と逆方向に前記コイルを励磁して開極動作を行う操作機構と、前記開極手段による開極動作に応動して、前記主スイッチの閉極状態を解除するように前記操作機構に連結したリンク機構からなる釈放機構とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、主スイッチと前記主スイッチと連動して動作する副スイッチとで構成される２つのスイッチを備えた遮断器において、一方のスイッチに電磁反発作用によって操作軸を開極方向へ駆動する開極手段と、コイル、可動鉄心、永久磁石で構成される電磁石を搭載し、前記２つのスイッチに対して前記コイルを励磁して投入動作を行い、前記永久磁石の吸引力によって閉極状態を維持し、投入動作時と逆方向に前記コイルを励磁して開極動作を行う操作機構と、前記開極手段による開極動作に応動して、前記主スイッチの閉極状態を解除するように前記操作機構に連結したレバー機構からなる釈放機構とを備えたことを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記電磁石は、前記開極手段及び前記操作機構に対して並設されていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記釈放機構に、前記閉極手段による電磁反発作用によって開極する２つのスイッチの動作タイミングを調整する調整手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、電磁反発機構による電流遮断途中時に生じる可動電極側軸の跳ね返りを、簡易な構成で低減することができるので、真空バルブの操作機構の大型化を抑えることができ、併せて、電磁反発機構による電流遮断途中時に生じる可動電極側軸の跳ね返りによって、真空バルブの操作機構における永久磁石と可動鉄心の吸着、即ち、真空バルブの閉極を、わずかな力ですみやかに解除でき、信頼性の高い遮断器を提供することができる。

以下、本発明の遮断器の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１乃至図７は、本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態を示すもので、図１は本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の左側面図、図２は図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の背面図、図３は図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の右側面図、図４は図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の正面図、図５は図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態を適用したシステム回路図、図６は図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の事故時の操作を示すタイムチャート図、図７は図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の通常運転時の操作を示すタイムチャート図である。

先ず、図５乃至図７を用いて、本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の使用方法および運転方法について説明する。
図５において、符号１は直流電源であり、一般的な直流き電回路では正極１５００Ｖの電圧を供給する。２は電車などの負荷を示す。３は負荷に電気を供給するき電線であり、４は負荷２と直流電源１を結ぶ帰線を示す。本発明の遮断器である転流式直流遮断器５は、き電線３の途中に挿入され、直流電源１から負荷２へ供給される電力をスイッチングする。

転流式直流遮断器５は、第１の主スイッチ５１、第２の主スイッチ５２、第１の副スイッチ５３、および第２の副スイッチ５４の４つのスイッチと、制御装置５０で構成されている。転流式直流遮断器５には、第１のコンデンサ５５、第２のコンデンサ５６、およびリアクトル５７が接続される。第１の主スイッチ５１と第２の主スイッチ５２はき電線３に直列して挿入され、第１の主スイッチ５１を直流電源１側、第２の主スイッチ５２を負荷２側にそれぞれ配置する。第１の副スイッチ５３と第１のコンデンサ５５とリアクトル５７の直列回路は第１の主スイッチ５１に並列して接続し、第２の副スイッチ５４と第２のコンデンサ５６の直列回路は第１のコンデンサ５５に並列接続する。

き電線３に設けた変流器５８は、き電線３の通電電流を検出し、その電流値を過電流引外し装置５９に入力する。過電流引外し装置５９は自動遮断設定値を有し、き電線３を流れる電流値がその設定値以上に達した時点で開極指令１１を出力する。制御装置５０は外部指令１０または過電流引外し装置５９からの開極指令１１を受け、転流式直流遮断器５に開閉指令を与える。

第１の副スイッチ５３は第１の主スイッチ５１と連動し、第１の主スイッチ５１が開極した後、時間ｔ１（例えば２ｍｓ）遅れて一旦閉極し、その後開極する。一方、第２の副スイッチ５４は第２の主スイッチ５２と連動し、第２の主スイッチ５２が開極する時間ｔ２（例えば２．５ｍｓ）前に開極する。

負荷２を運転するときには、第１の主スイッチ５１と第２の主スイッチ５２を閉極し、負荷２に直流１５００Ｖを印加する。このとき、第１の副スイッチ５３は開極、第２の副スイッチ５４は閉極させておく。また、第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６は直流電源１側を基準として＋２０００Ｖに充電しておく。

負荷２の故障、あるいはき電線３の地絡事故などが発生すると、き電線３には回路定数で決まる、非常に大きく、立ち上がりの早い事故電流が流れる。例えば、回路抵抗１５ｍΩ、回路インダクタンス１５０μＨのとき、最大到達電流は１００ｋＡ、最大突進率は１０ｋＡ／ｍｓに及ぶ。このような事故電流が発生した場合、設備への影響を最小限度に抑制するためには、高速に事故電流を遮断しなければならない。先ず、変流器５８で事故電流値を検出し、過電流引外し装置５９に入力する。過電流引外し装置５９の自動遮断設定値を例えば１２０００Ａに設定しておけば、事故電流値が１２０００Ａに達した時点で開極指令１１が制御装置５０に発信される。制御装置５０からの指令によって、第１の主スイッチ５１が開極する。第１の主スイッチ５１の開極により、第１の副スイッチ５３が時間ｔ１遅れて閉極する。これにより、第１のコンデンサ５５、第２のコンデンサ５６、リアクトル５７、第１の主スイッチ５１、第１の副スイッチ５３、第２の副スイッチ５４からなるＬＣ共振回路が成立し、あらかじめ充電しておいた第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６が放電して、事故電流の方向と逆向きの転流電流が第１の主スイッチ５１に注入される。第１のコンデンサ５５の静電容量を６０μＦ、第２のコンデンサ５６の静電容量を１２００μＦとしたとき、逆向きの転流電流値は最大４０ｋＡとなるので、事故電流値が４０ｋＡに達する以前に第１の副スイッチ５３が閉極するようにすれば、事故電流と転流電流が相殺される。第１の主スイッチ５１を通過する電流がゼロになった時点で第１の主スイッチ５１が遮断完了する。第１の主スイッチ５１が開極した後、時間ｔ３遅れて第２の主スイッチ５２が開極するが、時間ｔ３をｔ３＞ｔ１＋ｔ２の条件を満足するように設定しておけば、第１の副スイッチ５３が閉極する前に第２の副スイッチ５４が開極することは無いため、第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６を同時に放電でき、上記のような大電流に対応できる。なお、第１の主スイッチ５１が遮断完了しても、第１の副スイッチ５３と第２の副スイッチ５４はともに閉極状態になる期間が存在するため、第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６が直流電源１によって充電される。この充電電流は、充電電圧が上昇し、回路電流がゼロ付近、真空バルブの裁断電流値以下になった時点で遮断される。

一方、通常の運転状態における転流式直流遮断器５の遮断動作は、外部指令１０による。外部指令１０により開極指令を受けたとき、第１の主スイッチ５１と第２の主スイッチ５２は同時に開極する。このとき、第２の副スイッチ５４は第２の主スイッチ５２が開極する前の時間ｔ２で先に開極しているので、第１の副スイッチ５３が閉極したときには、第１のコンデンサ５５、リアクトル５７、第１の主スイッチ５１、第１の副スイッチ５３からなるＬＣ共振回路が成立する。

予め充電しておいた第１のコンデンサ５５と第２のコンデンサ５６のうち、第１のコンデンサ５５のみが放電され、負荷電流の方向と逆向きの転流電流が第１の主スイッチ５１に注入される。ここで、負荷電流の最大値は過電流引外し装置５９の設定値１２０００Ａ以下である。第１のコンデンサ５５のみが放電した場合の転流電流最大値を１４ｋＡとすれば、最大負荷電流１２０００Ａを相殺でき、第１の主スイッチ５１の電流がゼロになった時点で第１の主スイッチ５１が遮断完了する。なお、第２の主スイッチ５２は、遮断器が開極した後に、負荷２と第１のコンデンサ５５および第２のコンデンサ５６とを断路する役割を果たし、負荷側回路におけるコンデンサ充電電圧による感電事故を防止できる。

次に、前述した本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態を、図１乃至図４を用いて説明する。
本発明の遮断器である転流式直流遮断器５の一実施の形態は、２つの電磁石と機械リンク構成によって、上記の４つのスイッチの動作タイミングを自動的に実現する。図１乃至図４においては、いずれも運転状態（第１の主スイッチ５１および第２のスイッチ５２が閉極状態）を表している。４つのスイッチは、いずれも内部に１対の接点を有する真空バルブで記載してあるが、気中スイッチなどにも転用可能である。

まず、本発明の遮断器である転流式直流遮断器５の一実施の形態の電気的接続について説明する。
第１の主スイッチ５１の固定側フィーダ１００と第２の主スイッチ５２の固定側フィーダ１１４は、転流式直流遮断器５の外部に配置した母線（図示しない）に接続されている。同母線はリアクトル５７の一端に接続している。リアクトル５７の他端は第１のコンデンサ５５および第２のコンデンサ５６に接続している。第１の主スイッチ５１の可動導体６２は、集電部１０１を介して可動側フィーダ１２０に導通している。可動側フィーダ１２０は直流電源１に接続している。また、第１の主スイッチ５１の可動導体６２と第１の副スイッチ５３の可動導体６９は、導体１０２，１０３、フレキシブル導体１０４、導体１０５を介して、常時電気的に接続された状態となっている。
第１の副スイッチ５３の固定導体１０８には、フィーダ１０６とフィーダ１０７とが固定されている。フィーダ１０７は第２の副スイッチ５４の固定導体１０９に接続している。一方、フィーダ１０６は、転流式直流遮断器５の外部で第１のコンデンサ５５に接続している。また、第２の副スイッチ５４の可動導体１１０は、導体１１１、フレキシブル導体１１２、フィーダ１１３を介し、第２のコンデンサ５６に接続している。第２の主スイッチ５２の可動導体２００は、集電部２０１を介して可動側フィーダ２０３に導通している。可動側フィーダ２０３は負荷２に接続している。以上の電気的接続方法によって、図５に示したシステム回路が実現される。

次に、本発明の遮断器である転流式直流遮断器５の一実施の形態の機械的構造を図１乃至図４を用いて説明する。
第１の主スイッチ５１の可動導体６２は、図１に示すように部材６４にピン連結している。操作ロッド６５はその一端を部材６４に、他端をヒンジ６６に固定している。第１の副スイッチ５３の可動導体６９は、部材６７を介してヒンジ６６にピン５３４にて連結されている。すなわち、第１の主スイッチ５１の可動導体６２と第１の副スイッチ５３の可動導体６９は互いに連動して動作する。操作ロッド６５は、上下部に平面加工を施したピン１５０に貫通されている。ピン１５０と操作ロッド６５に固定したナット１５２によって、ワッシャ１５３、接圧ばね１５１、ワッシャ１５４を狭持した構成となっている。

第１の主スイッチ５１が開極した状態では、接圧ばね１５１によって操作ロッド６５の上部の六角部１５５とピン１５０が係合した状態になる。一方、第１の主スイッチ５１が閉極動作では、主スイッチ５１の固定接点６１と可動接点６０が接触した時点でピン１５０と六角部１５５の係合が解除され、更に接圧ばね１５１が圧縮されると、接圧ばね１５１の荷重は第１の主スイッチ５１における接点の接触力となる。

また、操作ロッド６５は、開極手段を構成する電磁反発コイル１７０および反発板１７１を連通している。電磁反発コイル１７０の励磁によって、反発板１７１に渦電流が発生し、電磁反発コイル１７０の電流と反発板１７１の渦電流間に作用する電磁反発力は、反発板１７１を介して、部材６４で受ける構成となっており、同反発力によって操作ロッド６５は図１中上方向に移動する。

第２の主スイッチ５２の可動導体２００は、図３に示すように、部材２０２にピン連結されている。操作ロッド２０４はその一端を部材２０２に固定されている。操作ロッド２０４は、上下部に平面加工された当接面を施したピン２０６を貫通している。ピン２０６と操作ロッド２０２に固定したナット２０８によって、ワッシャ２１０、接圧ばね２１２、ワッシャ２１４を狭持した構成となっている。第２の主スイッチ５３の開極状態では、接圧ばね２１２によって操作ロッド２０２上部の六角部２１６とピン２０６が係合した状態になる。一方、第２の主スイッチ５３の閉極動作では、主スイッチ５３の固定接点２２０と可動接点２２２が接触した時点でピン２０６と六角部２１６の係合が解除され、更に接圧ばね２１２が圧縮されると、接圧ばね２１２の荷重は第２の主スイッチ５３における接点の接触力となる。

第１の主スイッチ５１の操作ロッド６５、及び第２の主スイッチ５２の操作ロッド２０２は、図１及び図３に示すように、操作器ケース３００内において第１の主スイッチ５１、及び第２の主スイッチ５２に対して並設した電磁石３０１にて駆動される。電磁石３０１のシャフト３０２は、部材３０３を介してメインシャフト５００の一方のレバー５０１に連結されている。メインシャフト５００の他方のレバー５０３には、第１の主スイッチ５１側に延びる絶縁ロッド５０２と第２の主スイッチ５２側に延びる絶縁ロッド５０４とが連結されている。絶縁ロッド５０２は、副シャフト５１０によってピン１５０に、絶縁ロッド５０４は、副シャフト５１２によってピン２０６にそれぞれ係合している。即ち、
電磁石３０１の吸引力は、図１及び図３に示すように、メインシャフト５００とこれに設けたレバー５０１，５０３および副シャフト５１０，５１２とこれに設けたレバー５１３，５１４を介して、第１の主スイッチ５１における操作ロッド６５および第２の主スイッチ５２における操作ロッド２０２に伝達される。第１の主スイッチ５１、第２の主スイッチ５２を投入するには、電磁石３０１内のコイル３０５を励磁し、プランジャ３０４を図中下方向に駆動すればよい。

第１の副スイッチ５３は、上述のように第１の主スイッチ５１と連動して駆動されるが、図５に記載した操作タイミングを実現するために、図１に示すように連結部材５３０とレバー５３１を設けてある。連結部材５３０とレバー５３１はピン５３３によって互いを連結されている。連結部材５３０の他端は副シャフト５１０に接続される。一方、レバー５３１は軸５３２を中心に回転自在となっている。

第１の主スイッチ５１が開極する場合、操作ロッド６５が図１中上方向に移動して第１の副スイッチ５３が一旦閉極するが、同時にレバー５３１が反時計方向に回転し、レバー５３１とヒンジ６６に設けたピン５３４が係合して、第１の副スイッチ５３の可動導体６９を再び開極方向（下方向）に引き戻す。ヒンジ６６においてピン６６が貫通する穴を長円形状しているのは、操作ロッド６５の位置に関わらず、可動導体６８を開極方向（下方向）に移動可能とするためである。なお、符号７０は、第１の副スイッチ５３に接触力を与えるためのばねである。

第２の副スイッチ５４側にも、図３に示すように、連結部材５４０とレバー５４１を設けてある。第２の主スイッチ５２が開極すると、レバー５４１が軸５４２を中心として時計方向に回転し、第２の副スイッチ５４の可動導体１１０に設けたピン５４３とレバー５４１が係合して、可動導体５４４を開極方向（下方向）に移動させる。なお、符号７１は、第２の副スイッチ５４に接触力を与えるためのばねを示す。連結部材５３０，５４０はその長さを可変としており、同部材にて主スイッチと副スイッチの開閉タイミングを調整する。

図４において、符号５５５は、メインシャフト５００に連動するように操作器ケース３００内に設けたトリップばね、符号５９０はコイル３０５に励磁エネルギーを供給するコンデンサ、符号５９１は電磁石３０１の制御回路を表す。

図１において、第１の主スイッチ５１の操作ロッド６５のヒンジ６６と、電磁石３０１のシャフト３０２の上端との間には、開極手段を構成する電磁反発コイル１７０および反発板１７１による第１の主スイッチ５１を高速で開極させた場合に生じる可動電極側の軸、即ち操作ロッド６５の跳ね返りを低減させるための釈放機構９００が設けられている。

この釈放機構９００は、電磁石３０１のシャフト３０２の上端に設けたピン支持部材５８４と、このピン支持部材５８４の設けたピン５８３と、電磁石３０１側に一端を軸５８２回りに回転可能に支持し、他端をピン５８３の下側を通して主スイッチ側に延在させたレバー５８５と、このレバー５８５の他端に一端がピン連結され、他端がピン５８０によってヒンジ６６に連結された第２の絶縁ロッド５８１とからなるリンク機構で構成されている。電磁石３０１のシャフト３０２の上端に設けたピン支持部材５８４の位置を調整することにより、レバー５８５とピン５８３とが係合するタイミングが調整されるので、図５に示した時間ｔ３を実現できる。具体的には、ピン支持部材５８４の電磁石３０１のシャフト３０２へのねじ込み深さを調整すればよい。

次に、上述した本発明の遮断器である転流式直流遮断器５の一実施の形態の動作を説明する。
投入動作では、電磁石３０１のコイル３０５を励磁し、プランジャ３０４に吸引力を発生させる。同吸引力は、メインシャフト５００、副シャフト５１０，５１２を介して、第１の主スイッチ５１の操作ロッド６５および第２の主スイッチ５２の操作ロッド２０４に伝達されるので、可動導体６２，２００が下方向に駆動されて第１の主スイッチ５１および第２の主スイッチ５２が閉極する。投入動作では、各主スイッチ５１，５２の接圧ばね１５１，２１２及び操作器ケース３００内に設けたトリップばね５５５が蓄勢されて、第１の主スイッチ５１および第２の主スイッチ５２の開極動作に備えている。

第１の副スイッチ５３は、レバー５３１とピン５３４の係合に伴って開極状態となり、一方、第２の副スイッチ５４は、レバー５４１とピン５４３の係合が解消されて閉極状態となる。投入動作が完了すると、電磁石３０１の励磁を解除する。蓄勢された接圧ばね１５１，２１２、およびトリップばね５５５の反力は、電磁石３０１内部の永久磁石３０６の吸引力で保持されている。

第１の主スイッチ５１および第２の主スイッチ５２の通常の開極動作では、上述した投入動作時と逆方向にコイル３０５を励磁する。コイル３０５の逆励磁によって、永久磁石３０６が発生する磁束がキャンセルされ、電磁石３０１の吸引力がばねの反力を下回った時点で第１の主スイッチ５１および第２の主スイッチ５２の開極動作が開始される。

事故時の高速遮断では、電磁反発コイル１７０を励磁する。反発板１７１に発生する電磁反発力によって、操作ロッド６５は接圧ばね１５１を更にたわませながら上方向に移動し、第１の主スイッチ５１は開極状態、第１の副スイッチ５３は閉極状態になる。この時点では、メインシャフト５００、および副シャフト５１０は動作せず、第２の主スイッチ５２、第２の副スイッチ５４の状態は維持されたままである。

反発板１７１の電磁反発コイル１７０に対する電磁反発力によって、更に操作ロッド６５が上方向へ移動すると、釈放機構９００におけるレバー５８５と電磁石３０１のシャフト３０２に設けたピン５８３とが係合し、電磁反発力がピン５８３に伝達される。この伝達力と接圧ばね１５１，２１２の荷重、およびトリップばね５５５の荷重の和が永久磁石３０６の吸引力を超えると、プランジャ３０４が上方向に移動し始める。この動作に応じて、第２の主スイッチ５２および第２の副スイッチが開極され、その再投入が防止される。

上述した開極手段におる高速遮断では、永久磁石３０６の吸引力から接圧ばね１５１，２１２およびトリップばね５５５の反力を差し引いた力、すなわち閉極状態を維持するための余剰力を超える電磁反発力を電磁石３０１の可動部に作用させなければならない。従来技術のように電磁反発力を直接電磁石可動部に作用させると、その反力によって接点が再投入される危険がある。本実施の形態では、絶縁ロッド５８１、レバー５８５、およびピン５８３で構成される電磁石３０１の釈放機構９００を備えたので、この釈放機構９００は、てこの原理を利用するもので、釈放に必要な力を、図１に示すようにＬ１／Ｌ２倍に低減できる。

即ち、釈放機構９００によるわずかな操作力で電磁石３０１が釈放可能となる。その結果、電磁石３０１の釈放時の反力が低減され、主スイッチの再投入の危険性を回避することができる。また、この釈放機構９００は、高速遮断時の第２の主スイッチ５２および第２の副スイッチ５４の動作タイミングを調整する機能も兼ね備えている。連携して動作する主スイッチと副スイッチ間の動作タイミングは、図１及び図２に示す連結部材５３０，５４０にて調整可能だが、２つのスイッチ郡間は個別の操作器を用意して各々タイミングをずらした指令を送るなど、複雑な機構・構成が必要となる。本実施の形態では、シャフトレバー５８２とピン５８３が係合するタイミングのみを調整すればよく、容易に実現できる。

上述した本発明の実施の形態によれば、電磁反発機構による電流遮断途中時に生じる可動電極側軸の跳ね返りを、簡易な構成で低減することができるので、真空バルブの操作機構の大型化を抑えることができ、併せて、電磁反発機構による電流遮断途中時に生じる可動電極側軸の跳ね返りによって、真空バルブの操作機構における永久磁石と可動鉄心の吸着、即ち、真空バルブの閉極を、わずかな力ですみやかに解除でき、信頼性の高い遮断器を提供することができる。

図８乃至図１１は、本発明の遮断器である３相の高速遮断器６００の一実施の形態を示すもので、図８は本発明の遮断器である３相の高速遮断器６００の右側断面図、図９は背面図、図１０は正面図であり、いずれも閉極状態を表している。図１１は左側断面図であり、電磁石３０１の釈放直前の状態を示している。これらの図において、図１乃至図４の符号と同符号のものは、同一部分である。
これらの図において、３相の高速遮断器６００は、内部に接離自在の接点を備えた真空バルブ６０１を備えている、真空バルブ６０１の固定電極側の固定導体６０２は、上部側に位置しており、固定側フィーダ６０３に接続されている。一方、可動電極側の可動導体６０４は、集電部６０５を介して下方側に配置されて、可動側フィーダ６０６に導通されている。

また、可動導体６０４は絶縁ロッド６０７の一端に連結している。絶縁ロッド６０７の他端は操作ロッド６０８に固定されている。操作ロッド６０８は、上下部に平面加工された当接面を施したピン６０９内を貫通している。ピン６０９は３相とも単一のメインシャフト５００の一方のレバー５０３に係合している。ピン６０９と操作ロッド６０８に固定したナット６１０によって、ワッシャ６１１、接圧ばね６１２、ワッシャ６１３を狭持している。真空バルブ６０１が開極した状態では、接圧ばね６１２によって操作ロッド６０８下部の六角部６２０とピン６０９が係合した状態になる。一方、真空バルブ６０１の閉極動作では、真空バルブ６０１の固定接点６２１と可動接点６２２が接触した時点でピン６０９と六角部６２０の係合が解除され、接圧ばね６１２の荷重は接点の接触力となる。

操作ロッド６０８は、開極手段を構成する電磁反発コイル１７０および反発板１７１を連通している。電磁反発コイル１７０の励磁によって反発板１７１に発生した電磁反発力は、前述した実施の形態と同様に、絶縁ロッド６０７で受ける構成となっており、同反発力によって操作ロッド６０８は図中下方向に移動する。

操作ロッド６０７は、操作器ケース３００内に真空バルブ６０１に対して並設した電磁石３０１にて駆動される。電磁石３０１のシャフト３０２は、部材３０３を介してメインシャフト５００の他方のレバー５０１に連結されている。すなわち、電磁石３０１の吸引力は、メインシャフト５００を介して操作ロッド６０７に伝達される。真空バルブ６０１を投入するには、電磁石３０１内のコイル３０５を励磁し、プランジャ３０４を図中下方向に駆動すればよい。

メインシャフト５００、レバー５０３，５０１の下方には、電磁石３０１の釈放機構９００が設けられている。この電磁石３０１の釈放機構９００は、軸６３１を中心に回転できる干渉レバー６３２と、常に干渉レバー６３２を部材３０３側に回転させるように干渉レバー６３２とレバー５０１の間に設けた巻きばね６３３（図７参照）とのレバー機構で構成されている。釈放機構９００における軸６３１は、てこの原理を有効に発揮させるために、電磁石３０１側に配置されている。干渉レバー６３２の一方端は、部材３０３に当接しており、干渉レバー６３２の他方端は、操作ロッド６０８下部の六角部６２０の端部に位置している。

次に、上述した本発明の遮断器である３相の高速遮断器６００の一実施の形態の動作を説明する。
投入動作では、図８に示す予め充電しておいたコンデンサ５９０によって、電磁石３０１のコイル３０５を励磁し、プランジャ３０４に吸引力を発生させる。同吸引力は、メインシャフト５００を介して、操作ロッド６０７に伝達され、可動導体６０４が上方向に駆動されて真空バルブ６０１が閉極する。投入動作と同時に、接圧ばね６１２およびトリップばね５５５は蓄勢されており、開極動作に備えている。投入動作が完了すると、電磁石３０１の励磁を解除する。蓄勢された接圧ばね６１２およびトリップばね５５５の反力は、電磁石３０１内部の永久磁石３０６の吸引力で保持される。

真空バルブ６０１の通常の開極動作では、投入動作時と逆方向にコイル３０５を励磁する。コイル３０５の逆励磁によって、永久磁石３０６が発生する磁束がキャンセルされ、電磁石３０１の吸引力がばねの反力を下回った時点で真空バルブ６０１の開極動作が開始される。

事故時における真空バルブ６０１の高速遮断では、開極手段の電磁反発コイル１７０を励磁する。反発板１７１に発生する電磁反発力によって、操作ロッド６０７は接圧ばね６１２を更にたわませながら下方向に移動するので、真空バルブ６０１は開極状態になる。このとき、メインシャフト５００は未だ移動していない。

図９に示すように、電磁反発によって操作ロッド６０７が下方に移動すると、操作ロッド６０７と干渉レバー６３２が衝突し、この衝突力が部材３０３に伝達される。この伝達力と接圧ばね６１２およびトリップばね５５５の荷重の合計が永久磁石３０６の吸引力を超えると、プランジャ３０４が上方向に移動し始める。この動作に応じて、高速遮断器６００の操作機構全体が開極状態に移行する。

上述した開極手段による真空バルブ６０１の高速遮断では、永久磁石３０６の吸引力から接圧ばね６１２およびトリップばね５５５の反力を差し引いた力、すなわち真空バルブ６０１の閉極状態を維持するための余剰力を超える電磁反発力を電磁石３０１の可動部に作用させなければならない。従来技術のように電磁反発力を直接電磁石可動部に作用させると、その反力によって接点が再投入される危険がある。本実施の形態では、軸６３１、干渉レバー６３２で構成される電磁石３０１の釈放機構９００によって解消されている。この釈放機構９００は、図９に示すように、てこの原理に利用により、電磁石可動部の釈放に必要な力をＬ１／Ｌ２倍に低減することができる。すなわち、釈放機構９００におけるわずかな力で電磁石３０１が釈放可能となり、その結果、電磁石可動部の釈放時の反力が低減され、真空バルブ６０１の再投入の危険性を回避することができる。

また、本実施の形態では、負荷をスイッチングするための電磁石と、事故電流を高速遮断するための電磁石を個別にしている。高速遮断における電磁反発力の衝撃力は大きく、多頻度開閉に対応させるには各部材の強度アップが必須となる。強度アップは可動部質量の増加につながり、高速開閉のためには更に電磁反発力を強化するといった悪循環を招く。高速遮断を事故電流遮断に限定すれば、数回〜数十回の耐久性を確保すればよく、上記の課題を解決できる。なお、本実施の形態にて記載した電磁石では、投入動作時と逆方向に励磁すれば、真空バルブ６０１の開極動作が可能であるため、負荷電流遮断と事故電流遮断で使用する電磁石を変化させたとしても、制御方式を変更するだけで、構成部材には変化はない。

この実施の形態によれば、前述した実施の形態と同様に、電磁反発機構による電流遮断途中時に生じる可動電極側軸の跳ね返りを、簡易な構成で低減することができるので、真空バルブの操作機構の大型化を抑えることができ、併せて、電磁反発機構による電流遮断途中時に生じる可動電極側軸の跳ね返りによって、真空バルブの操作機構における永久磁石と可動鉄心の吸着、即ち、真空バルブの閉極を、わずかな力ですみやかに解除でき、信頼性の高い遮断器を提供することができる。

図１２は、本発明の遮断器である転流式直流遮断器の他の実施の形態を示す左側面図で、この図１２において、図１と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明を省略する。
この実施の形態は、図１２の右側の中間部に位置するレバー５１３に、もう１つのレバー１０００を配置したものである。このレバー１０００は、その一方側が操作ロッド６５に設けた部材１００１側に位置し、また他方側が絶縁ロッド５０２側に位置するように、軸１００２によってレバー５１３に回動可能に設けられている。このため、開極手段における反発板１７１の上方への移動による高速遮断時には、操作ロッド６５の上方への移動により、部材１００１が位置Ｐでレバー１０００の一方側の当接し、レバー１０００を軸１００２を支点として反時計方向に回動する。このレバー１０００の反時計方向の回動により、レバー１０００の他方側が位置Qで絶縁ロッド５０２に衝突する。これにより、絶縁ロッド５０３が下方向に移動し、電磁石側のレバー５０１が時計方向の回動して、電磁石３０１を釈放可能にする。その結果、電磁石３０１の釈放時の反力が低減され、主スイッチの再投入の危険性を回避することができる。

この実施の形態においても、前述した実施の形態と同様に、電磁反発機構による電流遮断途中時に生じる可動電極側軸の跳ね返りを、簡易な構成で低減することができるので、真空バルブの操作機構の大型化を抑えることができ、併せて、電磁反発機構による電流遮断途中時に生じる可動電極側軸の跳ね返りによって、真空バルブの操作機構における永久磁石と可動鉄心の吸着、即ち、真空バルブの閉極を、わずかな力ですみやかに解除でき、信頼性の高い遮断器を提供することができる。

本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の左側面図である。図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の背面図である。図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の右側面図である。図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の正面図である。図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態を適用したシステム回路図である。図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の事故時の操作を示すタイムチャート図である。図１に示す本発明の遮断器である転流式直流遮断器の一実施の形態の通常運転時の操作を示すタイムチャート図である。本発明の遮断器である３相の高速遮断器の右側断面図である。図８に示す本発明の遮断器である３相の高速遮断器の背面図である。図８に示す本発明の遮断器である３相の高速遮断器の正面図である。図８に示す本発明の遮断器である３相の高速遮断器の左側断面図である。本発明の遮断器である転流式直流遮断器の他の実施の形態の左側面図である。

符号の説明

５転流式直流遮断器
５１第１の主スイッチ（真空バルブ）
１７０電磁反発コイル
１７１反発板
３０１電磁石
３０６永久磁石
６００高速遮断器
９００釈放機構

Claims

主スイッチと前記主スイッチと連動して動作する副スイッチとで構成される２つのスイッチを備えた遮断器において、一方のスイッチに電磁反発作用によって操作軸を開極方向へ駆動する開極手段と、コイル、可動鉄心、永久磁石で構成される電磁石を搭載し、前記２つのスイッチに対して前記コイルを励磁して投入動作を行い、前記永久磁石の吸引力によって閉極状態を維持し、投入動作時と逆方向に前記コイルを励磁して開極動作を行う操作機構と、前記開極手段による開極動作に応動して、前記主スイッチの閉極状態を解除するように前記操作機構に連結したリンク機構からなる釈放機構とを備えたことを特徴とする遮断器。
主スイッチと前記主スイッチと連動して動作する副スイッチとで構成される２つのスイッチを備えた遮断器において、一方のスイッチに電磁反発作用によって操作軸を開極方向へ駆動する開極手段と、コイル、可動鉄心、永久磁石で構成される電磁石を搭載し、前記２つのスイッチに対して前記コイルを励磁して投入動作を行い、前記永久磁石の吸引力によって閉極状態を維持し、投入動作時と逆方向に前記コイルを励磁して開極動作を行う操作機構と、前記開極手段による開極動作に応動して、前記主スイッチの閉極状態を解除するように前記操作機構に連結したレバー機構からなる釈放機構とを備えたことを特徴とする遮断器。
請求項１又は２に記載の遮断器において、前記電磁石は、前記開極手段及び前記操作機構に対して並設されていることを特徴とする遮断器。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の遮断器において、前記釈放機構に、前記閉極手段による電磁反発作用によって開極する２つのスイッチの動作タイミングを調整する調整手段を設けた
ことを特徴とする遮断器。