JP6992598B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統を遮断及び接続する回路遮断器に関する。

特許文献１においては、主接点の開極に伴って発生するアークにエアシリンダから空気を吹き付けてアークを消弧させる直流遮断器が開示されている。具体的には、エアシリンダからノズルを介してアークに空気を吹き付け、この吹き付けによってアークがアークランナーに移行され、アークがグリッドによって分断されて消弧される。

かかるアークの消弧にあっては、アーク電流によって生じるアーク駆動電磁力が極めて小さい小電流の場合、エアシリンダによる吹き出し空気による駆動力だけではアークランナーにアークを移行することが困難となる。そこで、特許文献１では、エアシリンダの外周に中空円筒形の空気タンクを設けている。空気タンクには圧縮空気発生装置から圧縮空気が供給されている。空気タンク内の圧縮空気はエアシリンダに重畳されて送り込まれ、空気タンク内の圧縮空気とエアシリンダ内の圧縮空気とが合成された空気がノズルからアークに向かって吹き付けられる。

実開平５－３８５０８号公報

特許文献１にあっては、空気タンクに圧縮空気を供給するための圧縮空気発生装置が必要となり、装置の大型化、設置スペースの拡大化、という問題がある。また、圧縮空気発生装置を駆動するために電力供給する必要があり、大電流が流れるおそれがある遮断器にて漏電や短絡対策に要する構成が複雑化する、という問題もある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、省スペース化を図りつつ、構成の簡略化を図ることができる回路遮断器を提供することを目的とする。

本発明の回路遮断器は、接離可能に設けられて接触状態で通電し、離間状態で通電を遮断する固定接触子及び可動接触子と、前記可動接触子における前記離間状態から前記接触状態への動作によって圧縮空気を生成可能な圧縮部と、前記圧縮部で生成された圧縮空気を貯留可能な蓄圧部と、前記固定接触子及び前記可動接触子間で発生したアークに対し、前記蓄圧部に貯留された圧縮空気を吹き付ける吹付部と、前記蓄圧部から前記吹付部に流れる圧縮空気を制御する調整弁とを備えていることを特徴とすることを特徴とする。

本発明によれば、可動接触子における離間状態から接触状態への投入（閉極）動作により圧縮部で空気を圧縮することが可能となる。かかる動作を利用して空気を圧縮することで、コンプレッサ等の圧縮装置が不要となり、装置の小型化、設置スペースの縮小化を図ることができる。更には、圧縮装置のための電力供給が不要となり、漏電や短絡対策のための構成をなくしたり簡略化したりすることができる。しかも、アークに空気を吹き付ける可動接触子の遮断動作時には空気の圧縮が不要となり、可動接触子の遮断動作の負荷となることを回避でき、遮断速度を良好に保つことができる。また、蓄圧部で貯留した圧縮空気を調整弁の制御を介して吹付部より吹き付けるので、遮断開始から空気の吹き付け開始までの時間を調整してアークを移行させる時間の遅延を抑制でき、アーク遮断時間を短縮することができる。

実施の形態に係る回路遮断器の概略構成図である。 実施の形態に係る吹付機構の概略構成図である。 回路遮断器の遮断動作の説明図である。 回路遮断器の遮断動作の説明図である。 回路遮断器の遮断動作の説明図である。 回路遮断器の投入動作の説明図である。 回路遮断器の投入動作の説明図である。 図８Ａは従来構造の吹付流速特性を示すグラフであり、図８Ｂは実施の形態の吹付流速特性を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、実施の形態にかかる回路遮断器について説明する。図１は、実施の形態に係る回路遮断器の概略構成図である。なお、回路遮断器は、図１に示す構成に限定されない。図１に示す回路遮断器は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

図１に示すように、回路遮断器１０は、図１中上方の導体１１が接続される固定接触子１２と、図１中下方の導体１３が接続される可動接触子１４とを備えている。固定接触子１２及び可動接触子１４は接離可能に設けられ、接触状態で通電（閉極）し、離間状態で通電を遮断（開極）する。各導体１１、１３は、整流器や変圧器等の外部機器に接続される。固定接触子１２又は導体１１には検出器（検出部）１６が設けられている。検出器１６は、固定接触子１２又は導体１１における電流値を検出する。そして、該電流値が所定の閾値を超えたときに遮断指令を出力し、回動部材１６ａの先端が上方に変位するよう動作させる（図３参照）。また、検出器１６の回動部材１６ａは、オペレータによる外部からの操作や所定のタイマー制御等による遮断指令によっても、上記と同様に動作する。

可動接触子１４は、本実施の形態では上下方向に延出しており、下端部において支持軸１４ａを介して回転可能に支持されている。従って、可動接触子１４は、上端側が左右に変位するように支持軸１４ａを中心として回転可能となっている。

また、回路遮断器１０は、可動接触子１４を駆動可能な駆動機構２０と、圧縮空気を吹き付ける吹付機構３０と、各接触子１２、１４の上方に設けられた消弧部５０とを備えている。

駆動機構２０は、可動接触子１４の上端側に連結される遮断ばね２１と、可動接触子１４に設けられたピン２２に係止可能なラッチ２３とを備えている。駆動機構２０では、引張りばねとなる遮断ばね２１を引き伸ばした状態でラッチ２３がピン２２に係止された状態となり、この状態で可動接触子１４が固定接触子１２に接触する接触状態とされる。この状態から、ラッチ２３の先端を上方に動作させることで、ラッチ２３とピン２２との係止が解除され、遮断ばね２１の復元力により可動接触子１４の上端が図１にて左方向に変位される（図４参照）。この変位によって可動接触子１４が固定接触子１２から離間する離間状態とされる。

また、駆動機構２０は、電磁石等を用いた機構によって出力軸２５ａを進退可能な投入器２５と、出力軸２５ａの先端側に連結される投入機構２６と、可動接触子１４の基端側に設けられて投入機構２６側に突出する投入アーム２７とを備えている。

投入機構２６は、複数のリンクバー２６ａがヒンジ連結されて構成され、一端側（図１中左端側）が投入器２５の出力軸２５ａの先端に相対回転可能に軸支持されている。投入機構２６の他端側（図１中右端側）は、投入アーム２７の先端に対向配置される。投入機構２６は、出力軸２５ａの進退動作によって各リンクバー２６ａが回動され、他端側が左右方向に変位する。具体的には、出力軸２５ａの上昇によって他端側が右上方向に変位し、投入アーム２７を右上方向に押圧する。一方、出力軸２５ａを下降した場合には、投入機構２６の他端側が左方向に変位し、投入アーム２７から離間するようになる。

吹付機構３０は、ピストン（圧縮部）３１を収容するシリンダ（圧縮部）３２と、ピストン３１に連結されてシリンダ３２の外部に突出するロッド３３と、可動接触子１４の基端側に設けられてロッド３３の端部が当接するロッド押し部３４とを備えている。また、吹付機構３０は、シリンダで生成された圧縮空気を貯留可能なエアタンク（蓄圧部）３６と、エアタンク３６にホース３７を介して接続されるノズル（吹付部）３８と、ホース３７に設けられた電磁弁（調整弁）３９とを備えている。

図２は、実施の形態に係る吹付機構の概略構成図である。図２に示すように、シリンダ３２内には、シリンダ３２とピストン３１とに連結されるばね部材（付勢手段）４１が設けられている。ばね部材４１は、引張りばねとなり、ピストン３１及びロッド３３を図２中左方向に付勢している。これにより、ロッド３３の一端（左端）がロッド押し部３４に押し付けられて接触した状態が保たれる。ばね部材４１の付勢力に抗してピストン３１が図２の二点鎖線で示すように右方向に動作すると、シリンダ３２内で空気が圧縮されて圧縮空気が生成される。

シリンダ３２で生成された圧縮空気は、流路４２を介してエアタンク３６に流れ込んで貯留される。流路４２には逆止弁４３が設けられ、エアタンク３６からシリンダ３２に空気が逆流することを規制してエアタンク３６における圧縮空気の圧力低下が抑制される。また、エアタンク３６には安全弁４４が設けられている。安全弁４４は、エアタンク３６内の圧力が規定値以上に上昇したときに自動的に開弁し、圧縮した空気を外部に逃がして規定値の圧力に低下させる。

エアタンク３６とノズル３８とを接続するホース３７には、エアタンク３６からノズル３８に流れる圧縮空気を制御する電磁弁（調整弁）３９が設けられている。電磁弁３９が閉弁状態から開弁されることでノズル３８からの圧縮空気の吹き付けを開始する一方、エアタンク３６に圧縮空気を貯留する際には電磁弁３９が閉弁される。ノズル３８は、固定接触子１２及び可動接触子１４の各接点の下方に設けられ（図４参照）、それらの間で発生したアークＫに対し、エアタンク３６に貯留された圧縮空気を吹き付ける。

電磁弁３９は、遅延制御部４６を介して開弁動作のタイミング、つまりノズル３８から空気を吹き付けるタイミングが制御される。遅延制御部４６は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭを有するコンピュータやディレイ回路によって構成される。遅延制御部４６には、検出器１６の遮断指令が入力され、かかる入力のタイミングから予め記憶した遅延時間の経過後に、電磁弁３９が開弁するように制御する。なお、遅延制御部４６にて、遅延時間を０として、検出器１６からの信号を入力したタイミングで電磁弁３９が開弁する制御を行うことを妨げるものでない。

図１に戻り、消弧部５０は、消弧室５１と、消弧室５１内において固定接触子１２及び可動接触子１４の上方に配設された一対のアークランナー５２、５３とを備えている。また、消弧室５１内の上方には、薄板状のグリッド５４が複数配設されている。アークランナー５２、５３は、固定接触子１２及び可動接触子１４の上部で発生したアークＫ（図４参照）を転流させて走行させる。消弧部５０では、アークランナー５２、５３上を走行させたアークＫをグリッド５４まで導き、グリッド５４でアークＫを引き伸ばして昇圧する。これにより、固定接触子１２及び可動接触子１４の遮断を完了する。

続いて、上記回路遮断器１０の遮断動作及び投入動作について図１に加えて図３から図７を参照して説明する。図３から図５は、回路遮断器の遮断動作の説明図、図６及び図７は、回路遮断器の投入遮断動作の説明図である。

先ず、回路遮断器１０の遮断動作について説明する。図１では投入（閉極）した状態の回路遮断器１０を示している。この状態で、短絡や事故等によって大電流が発生し、導体１１を流れる電流が上昇すると、かかる電流上昇を検出器１６が検出する。すると、図３に示すように、検出器１６が遮断指令を発することで回動部材１６ａが回動動作し、回動部材１６ａの先端を上方に変位する。この変位によって、ラッチ２３の先端を上方に動作し、ラッチ２３とピン２２との係止を解除する。なお、回路遮断器１０を遮断する場合、大電流が発生した場合に限られず、回路遮断器１０を含む所定の回路等の通常運転中でも遮断が実施され、この場合には、定格電流以下の小電流が各導体１１、１３に流れている。

かかる係止を解除した瞬間に、図４に示すように、遮断ばね２１の復元力により可動接触子１４の上端が図４にて左方向に変位するよう回動する。この変位によって可動接触子１４が固定接触子１２から離間する離間状態となり、固定接触子１２及び可動接触子１４間の電流を遮断（開極）する。図４における可動接触子１４の変位後は、ピン２２の上にラッチ２３が載った状態となる。

可動接触子１４が固定接触子１２から離間することで、それらの端子間にアークＫが発生する。このアークＫに対しては、電磁弁３９が開弁することでノズル３８からエアタンク３６に貯留された圧縮空気を下方から吹き付ける。吹き付けのタイミングは後述する。アークＫに圧縮空気を吹き付けることで、アークＫがアークランナー５２、５３に移行して走行され、その後、アークＫがグリッド５４で引き伸ばして昇圧されることで電流遮断に要する時間を短縮することができる。

可動接触子１４の遮断動作時の回動において、吹付機構３０では、ばね部材４１の付勢力によってロッド３３が左方向に変位する。これにより、ロッド３３の左端がロッド押し部３４に押し付けられた状態が保たれ、ばね部材４１の付勢力が可動接触子１４が回動方向に加わることとなる。従って、ロッド３３の変位によってシリンダ３２内のピストン３１も左方に変位するが、ピストン３１の変位はばね部材４１の付勢力により発生するので、可動接触子１４の動作抵抗にならない。

遮断の完了後は、図５に示すように、検出器１６の回動部材１６ａが初期位置に復帰する。

図５における遮断した状態の回路遮断器１０にて投入動作を実施する場合、図６に示すように、投入器２５の出力軸２５ａを上昇動作する。この上昇動作によって、投入機構２６の複数のリンクバー２６ａがそれぞれ回動し、右端側にて投入アーム２７を右上方向に押圧する。すると、遮断ばね２１を引き伸ばしながら可動接触子１４の上端が右方向に変位するよう回動し、図７に示すように、ラッチ２３がピン２２に係止された状態となる。このとき、可動接触子１４と固定接触子１２とが離間した離間状態から、相互に接触する接触状態となり、固定接触子１２及び可動接触子１４間の電流を投入（閉極）する。投入完了後は、投入器２５の出力軸２５ａを下降して元の位置に復帰し、図１に示すように、投入機構２６の右端と投入アーム２７とを離間した状態にする。

上記の可動接触子１４の投入動作時の回動において、吹付機構３０では、図６に示すように、ロッド押し部３４が右方向に変位し、この変位によりばね部材４１の付勢力に抗してロッド３３及びピストン３１を右方向に変位する。ピストン３１が変位すると、シリンダ３２内の空気が圧縮され、圧縮された空気がエアタンク３６に流れ込んで圧縮空気を貯留することができる。このとき、電磁弁３９は閉弁しておく。

このような実施の形態によれば、投入時の可動接触子１４の動作でピストン３１を動作してシリンダ３２で圧縮空気を生成するので、コンプレッサ等の大型となり且つ電力供給が必要な圧縮装置を省略することができる。かかる省略を実現した分、回路遮断器１０の小型化、設置スペースの縮小化を達成できる上、圧縮装置駆動用の電力系統をなくすことができ、高電圧となり得る回路遮断器１０での漏電や短絡を防止する構造を簡素化することができる。

また、上記実施の形態では、可動接触子１４の投入動作を利用して圧縮空気を生成し、空気を吹き付ける遮断動作では空気の圧縮を行わない。これにより、遮断時間を短縮すべく、より高速な遮断動作が要求される可動接触子１４において、その遮断動作に負荷が発生する原因をなくすことができる。つまり、可動接触子１４の動作を利用して効率良く圧縮空気を生成しつつ、遮断速度を良好に保って接続機器に対する通電時間が長くなることを回避できる。

ところで、従来構造として、遮断時の可動接触子の動作に連動してシリンダ内のピストンを駆動し、圧縮空気を吹き付ける構成を採用したものがある。従来構造では、可動接触子が動作を開始してからシリンダ内で空気を圧縮するので、その開始のタイミングから吹付流速が目標流速に達するまでの時間ｔが長くなる（図８Ａ参照）。

一方、また、上記実施の形態では、エアタンク３６で圧縮空気を一旦貯留し、電磁弁３９を開弁することで貯留した圧縮空気をアークＫに吹き付けている。従って、従来構造のような圧縮する動作が不要になる分、電磁弁３９を開弁してから目標流速に達するまでの時間Ｔを従来構造の時間ｔに比べて短縮することができる。これにより、流速応答性能（立ち上がり性）を良好にすることができ、アークＫを移行させる時間の遅延を抑制してアーク遮断時間を短縮することができる。

ここで、小電流遮断時に発生するアークＫは、事故時の大電流によって発生するアークＫよりも電流値が小さいことからアークＫの駆動力が小さくなり、アークＫが各接触子１２、１４の近傍で停滞し、適切な遮断が行い難くなる。そこで、上記実施の形態のように、アークＫに圧縮空気を吹き付けてアークＫを空気によって引き伸ばすことで、小電流遮断時においても遮断の確実性を高めることができる。

ところが、小電流遮断時において、各種の条件によっては、圧縮空気の吹き付けによってアークＫのルーピングが生じる場合がある。この場合、ルーピングしたアークＫの近接点で短絡が発生することで、アークＫの伸長及び短縮を繰り返す現象が発生する可能性がある。かかる現象が発生すると、遮断指令と同時に圧縮空気を吹き付けてもアーク遮断時間を良好に短縮できなくなる場合がある。

そこで、本実施の形態では、上述した遅延制御部４６（図２参照）によって電磁弁３９を開弁するタイミングを制御している。遅延制御部４６では、検出器１６から出力される遮断指令を入力したタイミングから予め設定した遅延時間の経過後に、電磁弁３９が開弁するように制御する。従って、回路遮断器１０の試験運転等において、同じ条件にて、遅延時間を経過させた場合と経過させない場合とで遮断時間を比較しておく。そして、遅延時間を経過させた場合の方が遮断時間を短縮できれば、その遅延時間後に電磁弁３９を開弁するよう制御する。これにより、ルーピングによる現象が生じても、アーク遮断時間を良好に短縮することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、向きなどについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、遅延制御部４６による遅延時間を設けた開弁制御は、遅延時間の有無によってアーク遮断時間に変化がなければ実施しなくても良く、選択的に採用し得る制御となる。

また、固定接触子１２及び可動接触子１４の構造や向きについては、上記と同様の機能を有する限りにおいて、例えば、可動接触子１４を鉛直方向に動作して固定接触子１２と切離可能にする等、変更してもよい。この場合、各接触子１２、１４の向きに応じて消弧部５０の向きも変更される。

また、圧縮空気を生成する圧縮部としては、シリンダ３２及びピストン３１を採用する他、可動接触子１４の投入動作を回転動作や往復動作に変換する機構を介して圧縮空気を生成可能な構成にする等、種々の変更が可能である。

また、駆動機構２０は、上記実施の形態で示した構成に限られるものでなく、可動接触子１４を接触状態から離間状態に駆動するものであれば、種々の構成を採用することができる。

１０ 回路遮断器
１２ 固定接触子
１４ 可動接触子
１６ 検出器（検出部）
３１ ピストン（圧縮部）
３２ シリンダ（圧縮部）
３６ エアタンク（蓄圧部）
３８ ノズル（吹付部）
３９ 電磁弁（調整弁）
４１ ばね部材（付勢手段）
４６ 遅延制御部
Ｋ アーク

Claims (3)

1. 接離可能に設けられて接触状態で通電し、離間状態で通電を遮断する固定接触子及び可動接触子と、
   前記可動接触子における前記離間状態から前記接触状態への動作によって圧縮空気を生成可能な圧縮部と、
   前記圧縮部で生成された圧縮空気を貯留可能な蓄圧部と、
   前記固定接触子及び前記可動接触子間で発生したアークに対し、前記蓄圧部に貯留された圧縮空気を吹き付ける吹付部と、
   前記蓄圧部から前記吹付部に流れる圧縮空気を制御する調整弁とを備えていることを特徴とする回路遮断器。
2. 前記可動接触子を前記接触状態から前記離間状態に動作するための遮断指令を出力する検出部と、
   前記遮断指令の入力後、所定の遅延時間経過後に前記調整弁を開弁する制御を行う遅延制御部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記圧縮部は、圧縮空気を生成可能なピストン及びシリンダと、
   前記ピストン及び前記シリンダに連結され、前記可動接触子を前記接触状態から前記離間状態に動作する方向に付勢する付勢手段とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器。

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