JP7499703B2

JP7499703B2 - 高電圧遮断器

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Publication number: JP7499703B2
Application number: JP2020568422A
Authority: JP
Inventors: エリコ，エンニオ; カラマリ，マッテオ; ファッビ，ロベルト
Original assignee: Hitachi Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2024-06-14
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: JP2021527307A; EP3803930A1; WO2019234110A1; US11515109B2; US20210249207A1; CN112272855A; EP3579261A1

Description

説明
本発明は、高電圧遮断器に関し、特に、高電圧金属封入スイッチギアにおいて使用される高電圧遮断器または組み合わされた遮断器および接地スイッチのコンタクトアセンブリに関する。本発明の目的のために、「高電圧」という用語は、ＡＣの１０００ボルトを上回る動作電圧を指すよう使用される。

特に、本発明に従った高電圧遮断器は、その革新的な構造により、シンプル、効果的かつコンパクトなソリューションに従って、必要とされる電気的動作の実行を最適化することを可能にする。

ガス絶縁スイッチギア装置における遮断のための電気的動作または遮断および接地のための電気的動作は、対応する固定コンタクトに対して結合／切り離し得る１つ以上の可動コンタクトの平行移動によって行われ得ることが、現状技術から既知である。既知のタイプのデバイスの有意な欠点は、たとえば入力ラインまたは出力ライン上での遮断のためにさまざまな動作を実行するために、当該デバイスが、互いに対して構造的に別体かつ別個である専用の構成要素を使用するという事実によるものである。これにより、さまざまな動作を実現するのに用いられる構成要素の数が多くなり、装置の全体の寸法および容積の増加を伴うことになり、その結果、コスト面でさらなる負担がかかることになる。

さらに、遮断ユニット、または、組み合わされた遮断および接地ユニットは、典型的にはモータドライブである回転作動手段によって動作され得ることが現状技術から既知である。可動コンタクトは、通常、モータに堅牢に固定され、必要とされる遮断および／または接地動作を実行するためにモータにより堅牢に回転する。

開閉動作中に生じる電気アークに耐えるために、固定および可動コンタクトアセンブリには、通常、補助コンタクトが設けられる。補助コンタクトは、開閉動作中に電流がその中へスイッチングされる電気アークに対してより良好な抵抗を有する材料から形成されるか、または、当該材料を含む。当該材料の例としては、Ｗ／Ｃｕ合金が挙げられる。

ダブルバスバー（ＤＢＢ: Double Bus Bar）空気絶縁スイッチギア（ＡＩＳ: Air Insulated Switchgear）におけるバス切替（Bus Transfer）動作における場合のような特定の場合、一般にガス絶縁スイッチギア（ＧＩＳ: Gas Insulated Switchgear）におけるよりもはるかに高い有意な電圧降下による、２つのバスバー間のある電圧差に対処する必要がある。そのような条件下では、アークコンタクト材料の急速なアブレーションにつながり得る有意なアークエネルギーが存在する。

したがって、スイッチギアの適切な機能性を保証するために、そのような用途のための標準的な要件（たとえば、ＩＥＣ標準バス切替電流スイッチングテスト（IEC Standard Bus Transfer Current Switching test））は、Ｎ°１００ＣＯ動作からなるバス切替電流スイッチングテストに適用されるべき電圧定格および電流定格を定義する際に特に厳しい。

たとえば、１７０ｋＶの公称電圧および≧２０００Ａの定格正常電流を有する用途を参照して、バス切替定格は１００Ｖ／１６００Ａである。これらの条件において、コンタクトを回転するための通常使用される速度では、補助コンタクトは、開の際に、たとえば＞１００ｍｓの時間で延長された電気アーク持続時間に晒され、閉の際に、有意なプレアークを伴う。

そのような有意なアークエネルギーは、アークコンタクト材料の急速なアブレーションにつながり、絶縁協調が失なわれる。公称コンタクトはアークによって累進的に影響を受け、ＤＳ機能性が失われ、バス切替テストの失敗につながる。

上で概説した問題を回避し、かつ、回転ＤＳまたは組み合わされたＤＳ／ＥＳによるバス切替テストに合格するために、開の際の電気アーク持続時間は、許容可能なアークエネルギーレベルにまで大きく低減されなければならない。

したがって、アークコンタクト同士間の相対開速度は、有意に増加されるべきであり、たとえば、少なくとも１０倍多く増加されるべきである。これは、高速ドライブによって達成され得るが、そのようなソリューションは、必ず、モータドライブのサイズの有意な過大化ならびにコストおよび技術的リスク（機械的、シーリングなど）の増加につながる。

上記の考察に基づいて、上述の限界および問題を克服することを可能にする高電圧遮断ユニットのための利用可能な技術的ソリューションを有する必要がある。

したがって、本開示は、上述の欠点のうちの少なくともいくつかを克服することを可能にする高電圧遮断ユニットを提供することを目的とする。

特に、本発明は、遮断ユニットの開閉動作時における電気アークの悪影響に耐えることが可能な高電圧遮断ユニットを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、遮断ユニットの作動ドライブのサイズを過大化することなく、適切なアーク抵抗を保証することができる高電圧遮断ユニットを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、電気アークの形成の場合におけるコンタクト表面のアブレーションが有意に低減される高電圧遮断ユニットを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、閉動作時の電気アークのプレストライキング（pre-striking）のリスクが有意に低減される高電圧遮断ユニットを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、バス切替標準テストをある安全マージンでパスすることができる高電圧遮断ユニットを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、回転ＤＳまたは組み合わされたＤＳ／ＥＳの一般的な電力テスト性能が増加される高電圧遮断ユニットを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、構成要素の数が低減されたコンパクトな構造を有し、信頼性があり、かつ、競争力のあるコストで相対的に容易に製造される高電圧遮断ユニットを提供することを目的とする。

したがって、本発明は、少なくとも第１の固定メインコンタクトおよび第１の固定補助コンタクトを有する固定コンタクトアセンブリと、少なくとも第１の可動メインコンタクトおよび第１の可動補助コンタクトを有する可動コンタクトアセンブリとを含む高電圧遮断ユニットであって、第１の可動メインコンタクトおよび第１の可動補助コンタクトは、第１の固定メインコンタクトおよび第１の固定補助コンタクトに対して、コンタクト閉位置からコンタクト開位置へと回転する高電圧遮断ユニットに関する。本開示の高電圧遮断ユニットは、遮断ユニットの開動作中において、第１の固定メインコンタクトからの第１の可動メインコンタクトの分離が、第１の固定補助コンタクトからの第１の可動補助コンタクトの分離の前に行われることを特徴し、さらに、第１の可動補助コンタクトと第１の固定補助コンタクトとの間の相対開速度Ｖ１は、第１の可動メインコンタクトと第１の固定メインコンタクトとの間の相対開速度Ｖ２よりも大きいことを特徴とする。

以下の記載においてより良好に説明されるように、本発明の高電圧遮断ユニットの特定の構造、特に固定コンタクトアセンブリおよび可動コンタクトアセンブリの特定の構造によって、上述の問題は回避され得るか、または、少なくとも大幅に低減され得る。

実際には、本開示の高電圧遮断ユニットでは、対応する固定メインコンタクトおよび固定補助コンタクトからの可動メインコンタクトおよび可動補助コンタクトの分離は、異なる瞬間および異なる速度で行われ、補助コンタクトの分離は、メインコンタクトの分離よりも後でかつより速い速度で行われる。

これにより、可動コンタクトアセンブリの作動ドライブのサイズを過大化する必要なしに、アーク持続時間が有意に低減される。実際、第１の可動メインコンタクトの速度Ｖ２は、たとえば、＜１．５ｒａｄ／ｓといった相対的に低い値に維持される一方、第１の可動補助コンタクトの速度Ｖ１は、Ｖ２よりも１桁分大きい大きさと同じくらいであり得るか、または、さらに大きくあり得る。これにより、アーク持続時間は大きく低減され得る。

以下の記載においてより良好に説明されるように、本開示による高電圧遮断ユニットの典型的な実施形態では、可動コンタクトアセンブリは、有利なことに、対応する第１の固定補助コンタクトから分離する際に、スナップ作用により、第１の可動補助コンタクトに作用する弾性デバイスを含み、これにより、第１の可動補助コンタクトに開速度Ｖ２を与える。

そのような場合において、弾性デバイスは、ばねデバイスを簡便に含み得、たとえば、第１の可動補助コンタクトにスナップ作用を与えるように適切に位置決めされる１つ以上のばねを簡便に含み得る。

本発明に従った高電圧遮断ユニットの有利な実施形態では、第１の可動メインコンタクトは、好ましくは、第１の回転軸の周りを回転し、第１の可動補助コンタクトは、第１の回転軸とは異なるとともに第１の回転軸から離れている第２の回転軸の周りを回転する。

実際には、本発明の高圧遮断ユニットでは、開速度Ｖ１は、第２の回転軸周りの第１の可動補助コンタクトの回転角速度である一方、開速度Ｖ２は、第１の回転軸周りの第１の可動メインコンタクトの回転角速度である。

この場合、高電圧遮断ユニットの非常に好ましい実施形態では、第２の回転軸は、有利なことに、第１の可動メインコンタクトの回転中において第１の固定メインコンタクトおよび第１の固定補助コンタクトに対する第２の回転軸の相対位置が変化するように、第１の可動メインコンタクトに旋回可能に固定される。

実際には、この実施形態によれば、高圧遮断ユニットの遮断動作中において、第１の可動補助コンタクトの第２の回転軸は、固定コンタクトアセンブリに対して固定されないが、変化する。特に、以下においてより良好に説明されるように、第１の可動補助コンタクトの第２の回転軸と、第１の固定メインコンタクトおよび補助コンタクトとの間の距離は、少なくとも遮断動作の段階中において増加する。

ここで開示される高電圧遮断ユニットの特定の実施形態では、第１の可動メインコンタクトは、第１の回転軸に沿って互いに平行かつ離間する第１のコンタクトアームおよび第２のコンタクトアームを含み、第１の可動補助コンタクトは、第１のコンタクトアームと第２のコンタクトアームとの間に位置決めされる。

高電圧遮断ユニットの典型的な実施形態は、固定コンタクトアセンブリが固定コンタクト本体を含むことを特徴とする。第１の固定メインコンタクトは、有利なことに、固定コンタクト本体の対向する面上に位置決めされる第１のコンタクト表面および第２のコンタクト表面を含む。さらに、第１の固定補助コンタクトは、好ましくは、固定コンタクト本体の底部に位置決めされる第３のコンタクト表面を含む。本発明の目的のために、「底部」という用語は、第１の可動補助コンタクトに最も近い固定コンタクト本体の部分を指す。

さらに、第１のコンタクト表面および第２のコンタクト表面は、互いに実質的に平行であり、第３のコンタクト表面は、第１のコンタクト表面および第２のコンタクト表面に実質的に垂直である。

実際には、本発明のこの非常に好ましい実施形態では、固定コンタクトアセンブリは、単一の固定コンタクト本体によって形成される。当該単一の固定コンタクト本体は、第１および第２の対向する面上に、第１および第２のコンタクト表面を形成する２つの平行な表面を有し、第１および第２の対向する面に垂直な第３の面上に、第３のコンタクト表面を形成する第３の表面を有する。

そのような場合、本開示の高電圧遮断ユニットの好ましい実施形態によれば、第１の可動メインコンタクトの第１のコンタクトアームおよび第２のコンタクトアームは、有利なことに、それらのそれぞれの対向する表面上にコンタクトストリップを含み、コンタクトストリップは、以下により良く説明されるように、固定コンタクト本体の第１のコンタクト表面および第２のコンタクト表面に動作可能に結合可能である。

さらに、第１の可動補助コンタクトは、有利なことに、第２の回転軸上に堅牢に固定されるコンタクト支持部と、コンタクト支持部の端に存在するコンタクトヘッドとを含み、コンタクトヘッドは、以下においてより良く説明されるように、固定コンタクト本体の第３のコンタクト表面に動作可能に結合可能である。

本明細書において開示されるような高電圧遮断ユニットの実施形態では、弾性デバイスは、好ましくは、コンタクト支持部と第１のコンタクトアームおよび第２のコンタクトアームとの間でそれぞれ第２の回転軸上に同軸にマウントされる第１のねじりばねおよび第２のねじりばねを含む。

本発明に従った高電圧遮断ユニットの典型的な動作状況では、遮断ユニットの閉位置において、第１の可動メインコンタクトは、第１の固定メインコンタクトに結合される一方、第１の可動補助コンタクトは、第１の固定補助コンタクトから切り離される。したがって、閉位置では、電流は、第１の固定メインコンタクトおよび第１の可動メインコンタクトのみを通って流れる。代替的には、閉位置では、第１の可動メインコンタクトおよび第１の可動補助コンタクトの両方が、対応する固定コンタクトと係合する。

次いで、遮断ユニットの開動作は、典型的には、第１の可動メインコンタクトが回転し、かつ、第１の固定メインコンタクトに接触したままである一方、第１の可動補助コンタクトが第１の固定補助コンタクトに接触される第１のステップを含む。この段階の間、電流は、第１の固定メインコンタクトおよび第１の可動メインコンタクトならびに第１の固定補助コンタクトおよび第１の可動補助コンタクトを通って流れる。この第１のステップは、閉位置において、第１の可動メインコンタクトおよび第１の可動補助コンタクトの両方が対応する固定コンタクトと係合する場合、存在しない。

遮断ユニットの開動作の第２のステップでは、第１の可動メインコンタクトが回転し続けるとともに開速度Ｖ２で第１の固定メインコンタクトから切り離される一方、第１の可動補助コンタクトが第１の可動メインコンタクトの回転方向と反対の方向に曲げ戻されるとともに、それとの電気的接触を維持する第１の固定補助コンタクト上を摺動する。したがって、この段階の間、電流経路は、メインコンタクトから補助コンタクトへ転換される。

次いで、遮断ユニットの開動作の第３のステップでは、第１の可動メインコンタクトが回転し続ける一方、第１の可動補助コンタクトが第１の固定補助コンタクトから開速度Ｖ１で離れるようにスナップする。これは、可動コンタクトアセンブリと固定コンタクトアセンブリとの間の実際の分離が行われ、電気アークが形成される段階である。上で説明したように、開速度Ｖ１は、従来の開速度に対して（すなわち、典型的には、ドライブによって可動メインコンタクトに与えられる開速度Ｖ２に対して）非常に高くなり得るので、アーク持続時間は大幅に低減され得、これにより、前述の悪影響が最小化される。

最後に、遮断ユニットの開位置では、第１の可動メインコンタクトおよび第１の可動補助コンタクトの両方が、対応する第１の固定メインコンタクトおよび第１の固定補助コンタクトから切り離される。

ここで開示される高電圧遮断ユニットの好ましい実施形態では、第３のステップにおいて、第１の可動補助コンタクトは、好ましくは、弾性デバイスの作用下において、第１の可動メインコンタクトの同じ方向における回転によって第１の固定補助コンタクトから離れるようにスナップする。

以下においてより良好に説明されるように、本発明の好ましい実施形態では、開動作の段階中における第１の可動補助コンタクトは、第１の固定補助コンタクトの表面との機械的干渉によって、第１の可動メインコンタクトの回転方向と反対方向に曲げ戻され、これにより、たとえばばねデバイスといった弾性デバイスに荷重がかかる。

次いで、開動作のその後の段階では、第１の可動補助コンタクトと第１の固定補助コンタクトとの間の機械的干渉がなくなり、弾性デバイスの作用下において、第１の可動メインコンタクトの回転方向に第１の可動補助コンタクトが迅速に自由にスナップし、これにより、対応する第１の固定補助コンタクトからの分離が達成される。

換言すれば、本発明の非常に好ましい実施形態では、この後者の動作段階では、第１の可動補助コンタクトに作用する弾性手段によって加えられる力は、第１の可動補助コンタクトと第１の固定補助コンタクトとの間の機械的抵抗に打ち勝つ。したがって、第１の可動補助コンタクトは、その回転軸周りの第１の可動補助コンタクトの回転角速度によって実質的に与えられる開速度Ｖ１で反時計回りに回転することによって、第１の固定補助コンタクトから離れるように迅速に自由にスナップする。

本発明に従った高電圧遮断ユニットの実施形態によれば、遮断ユニットは、少なくとも第２の固定コンタクトアセンブリを含み得る。

好ましくは、第２の固定コンタクトアセンブリは、第１の固定コンタクトアセンブリから簡便に離間されており、実施形態では、第１の可動メインコンタクトの回転平面内に位置する。実際には、この実施形態によれば、第１の可動メインコンタクトは、連続するコンタクト位置を通る回転によって、第１または第２の固定コンタクトアセンブリのいずれかと結合され得る。好ましい代替的な実施形態によれば、第２の固定コンタクトアセンブリは、第１の可動メインコンタクトの回転平面の外側に位置し、可動コンタクトアセンブリには、第１の固定コンタクトおよび可動コンタクトと同様の態様で、第２の固定コンタクトと結合可能／切り離し可能な第２の可動メインコンタクトおよび第２の可動補助コンタクトが簡便に設けられる。

本発明に従った高電圧遮断ユニットのさらなる好ましい実施形態では、遮断ユニットは、第１の固定コンタクトアセンブリおよび第２の固定コンタクトアセンブリから離間されるとともに第１の可動メインコンタクトの回転平面内に位置する第３の固定コンタクトアセンブリを含み得、第２の固定コンタクトアセンブリおよび第３の固定コンタクトアセンブリのうちの１つは接地電位にある。これにより、高電圧スイッチギアの典型的な組み合わせられた遮断および接地動作を実行することが可能である。

特に、接地電位にある固定コンタクトに、対応する固定補助コンタクトが提供される場合、ＩＥＣ６２２７１－１０２ＡｎｎｅｘＣにおいて特定される誘導電流スイッチングテスト（Induced Current Switching test）のより厳しい定格に達することが可能になる。そうでなければ、はるかに高価な高速接地遮断器の使用が必要になる。

開示される遮断ユニットを含む高電圧スイッチギアも、本発明の部分である。
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面において例として示される、本発明の高電圧遮断ユニットの好ましいが排他的ではない実施形態の記載からより明白となるであろう。

コンタクト閉位置における本発明に従った高電圧遮断ユニットの実施形態の斜視図である。コンタクト開位置における本発明に従った高電圧遮断ユニットの実施形態の斜視図である。コンタクト開位置における本発明に従った高電圧遮断ユニットの実施形態のより詳細な斜視図である。コンタクト閉位置における本発明に従った高電圧遮断ユニットの実施形態の第２の斜視図である。本発明に従った高電圧遮断ユニットの開動作の第１の段階の斜視図である。本発明に従った高電圧遮断ユニットの開動作の第２の段階の斜視図である。本発明に従った高電圧遮断ユニットの開動作の第３の段階の斜視図である。コンタクト開位置における本発明に従った高電圧遮断ユニットの実施形態の第２の斜視図である。

添付の図面を参照して、本発明の高電圧遮断ユニットは、参照番号１によって示され、そのより一般的な定義において、少なくとも第１の固定メインコンタクト２１および第１の固定補助コンタクト２２を有する固定コンタクトアセンブリ２を含む。

遮断ユニット１はさらに、少なくとも第１の可動メインコンタクト３１および第１の可動補助コンタクト３２を有する可動コンタクトアセンブリ３を含む。第１の可動メインコンタクト３１および第１の可動補助コンタクト３２は、第１の固定メインコンタクト２１および第１の固定補助コンタクト２２に対して、コンタクト閉位置からコンタクト開位置まで回転する。既知の実施形態によれば、第１の可動メインコンタクト３１は、所望の開動作または閉動作を実行するために回転運動を第１の可動メインコンタクト３１に与える、たとえば電子的に制御される回転モータといったモータドライブに動作可能に接続され得る。

本発明の遮断ユニット１の際立った特徴の１つは、遮断ユニット１の開動作中において、第１の固定メインコンタクト２１からの第１の可動メインコンタクト３１の分離が、対応する第１の固定補助コンタクト２２からの第１の可動補助コンタクト３２の分離の前に行われるという事実によって与えられる。

さらに、本発明の遮断ユニット１は、第１の可動補助コンタクト３２と第１の固定補助コンタクト２２との間の相対開速度Ｖ１が、第１の可動メインコンタクト３１と第１の固定メインコンタクト２１との間の相対開速度Ｖ２よりも大きいことを特徴とする。

換言すると、本発明の遮断ユニット１では、メインコンタクト２１および３１の間の分離は、補助コンタクト３２および２２の間の分離に対して、異なる時間および異なる速度で行われる。

高電圧遮断ユニット１の典型的な実施形態では、可動コンタクトアセンブリ３は、第１の可動補助コンタクト３２に開速度Ｖ２を与えるスナップ作用により、第１の可動補助コンタクト３２に作用する弾性デバイス４をさらに含む。換言すると、たとえばモータドライブにより第１の可動メインコンタクト３１が速度Ｖ２で移動される間、第１の可動メインコンタクト３１の速度Ｖ２よりも大きい速度Ｖ１でのスナップ作用により、弾性デバイス４によって第１の可動補助コンタクト３２の開動作が作動される。

好ましくは、弾性デバイス４は簡便には、たとえば、好適に位置決めされる１つ以上のねじりばねといったばねデバイスを含み得る。

示される実施形態では、高圧遮断ユニット１の開閉動作は、第１の回転軸３１０周りの第１の可動メインコンタクト３１の回転と、第２の回転軸３２０周りの第１の可動補助コンタクト３２の回転とによって行われる。

特に図１～図３を参照して、第１の回転軸３１０の位置は、第１の固定メインコンタクト２１および第１の固定補助コンタクト２２に対して固定される一方、第２の回転軸３２０は、第１の可動メインコンタクト３１、特に、第１の回転軸３１０に対するその偏心位置において、旋回可能に固定される。

実際には、開速度Ｖ１は、第２の回転軸３２０周りの第１の可動補助コンタクト３２の回転角速度によって与えられる一方、開速度Ｖ２は、第１の回転軸３１０周りの第１の可動メインコンタクト３１の回転角速度によって与えられる。

したがって、第１の固定メインコンタクト２１および第１の固定補助コンタクト２２に対する第２の回転軸３２０の相対位置は、第１の可動メインコンタクト３１の回転中において変化する。特に、図１の閉位置では、第２の回転軸３２０は、第１の回転軸３１０と、固定メインコンタクト２１および固定補助コンタクト２２との間に位置決めされる一方、図２および図３の開位置では、第２の回転軸３２０は、反時計回りに動かされ、固定メインコンタクト２１および固定補助コンタクト２２からのその距離が増加される。

添付の図面に示される高電圧遮断ユニット１の実施形態では、第１の可動メインコンタクト３１は、互いに平行である第１のコンタクトアーム３１１および第２のコンタクトアーム３１２を含む。さらに、第１のコンタクトアーム３１１および第２のコンタクトアーム３１２は、第１の回転軸３１０に沿って互いから離間し、これによりそれらの間に空間が残される。

これにより、第１の可動補助コンタクト３２は、第１のコンタクトアーム３１１と第２のコンタクトアーム３１２との間の上記空間に簡便に位置決めされ得、これにより、可動コンタクトアセンブリ３の非常にコンパクトな構造が得られる。

添付の図面の実施形態に示されるように、固定コンタクトアセンブリ２は、可動コンタクトアセンブリ３に向かって突出する細長い形状を有する固定コンタクト本体２０を含む。

次いで、第１の固定メインコンタクト２１は、細長い固定コンタクト本体２０の対向する面上に位置決めされる第１のコンタクト表面２１１および第２のコンタクト表面２１２を含む一方、第１の固定補助コンタクト２２は、固定コンタクト本体２０の底部、すなわち可動コンタクトアセンブリ３に近い固定コンタクト本体２０の端、に位置決めされる第３のコンタクト表面２２３を含む。

実際には、添付の図に明確に示されるように、第１のコンタクト表面２１１および第２のコンタクト表面２１２は、互いに実質的に平行である一方、第３のコンタクト表面２２３は、第１のコンタクト表面２１１および第２のコンタクト表面２１２に対して実質的に垂直である。

したがって、構成の観点から、固定コンタクトアセンブリ２は、第１および第２の対向する面上に、第１および第２のコンタクト表面を形成する２つの平行な表面２１１および２１２を有する単一の固定コンタクト本体２０によって簡便に形成され得る。固定コンタクト本体２０にはさらに、固定コンタクト本体２０の第１および第２の対向する面に垂直な第３の面上に、第３のコンタクト表面を形成する第３の表面２２３が設けられる。これにより、固定コンタクトアセンブリ２の全体的な設計は、非常にコンパクトな設計を有し得、かつ、非常に容易に製造され得る。

特に図２および図３に示される実施形態を参照して、第１の可動メインコンタクト３１の第１のコンタクトアーム３１１および第２のコンタクトアーム３１２は各々、それらのそれぞれの対向する表面上、すなわち、互いに対向する第１のコンタクトアーム３１１および第２のコンタクトアーム３１２の表面上、に位置決めされるコンタクトストリップ３５０を含む。

コンタクトストリップ３５０は、固定コンタクト本体２０の第１のコンタクト表面２１１および第２のコンタクト表面２１２に動作可能に結合可能であり、遮断ユニット１が閉位置にある際に公称電流経路を提供する。

次いで、第１の可動補助コンタクト３２は、第２の回転軸３２０上に堅牢に固定される第１の端を有する細長い本体の形態にあるコンタクト支持部３２１と、コンタクト支持部３２１の第２の端に存在するコンタクトヘッド３２２とを含む。

コンタクトヘッド３２２は、固定コンタクト本体２０の第３のコンタクト表面２２３に動作可能に結合可能であり、遮断ユニット１の開動作のある段階中において、転換電流経路（commutated current path）を提供する。

高電圧遮断ユニット１の実施形態では、弾性デバイス４は、コンタクト支持部３２１と第１のコンタクトアーム３１１および第２のコンタクトアーム３１２との間でそれぞれ第２の回転軸（３２０）上に同軸にマウントされる第１のねじりばね４１および第２のねじりばね４２を含む。

添付の図４～図８を参照して、本発明の高圧遮断ユニット１の開動作は、以下のように説明され得る。

図４を参照して、遮断ユニット１の閉位置において、第１の可動メインコンタクト３１は、第１の固定メインコンタクト２１に結合され、これにより、公称電流経路を提供する一方、第１の可動補助コンタクト３２は、第１の固定補助コンタクト２２から切り離される。

次いで、図５を参照して、開動作の第１のステップにおいて、第１の可動メインコンタクト３１は、たとえば反時計回りに回転し、かつ、第１の固定メインコンタクト２１に接触したままである一方、第１の可動補助コンタクト３２は、第１の固定補助コンタクト２２に接触される。この段階の間、電流は、メインコンタクト２１，３１および補助コンタクト２２，３２の両方のシステムを通って、メインコンタクト２１，３１および補助コンタクト２２，３２のシステムの接触抵抗に依存する強度で流れる。

前述のように、高電圧遮断ユニット１のより一般的な実施形態では、閉位置において、第１の可動メインコンタクト３１および第１の可動補助コンタクト３２の両方が、対応する固定メインコンタクト２１および固定補助コンタクト２２と係合する。そのような場合、上述の第１のステップは存在しない。

図６に示される開動作の第２のステップでは、第１の可動メインコンタクト３１が反時計回りに回転し続けるとともに開速度Ｖ２で第１の固定メインコンタクト２１から切り離される（メインコンタクト開）一方、第１の可動補助コンタクト３２が第１の可動メインコンタクト３１の回転方向と反対の方向に時計回りに曲げ戻されるとともに、それとの電気的接触を維持する第１の固定メインコンタクト２１上を摺動する。したがって、この段階の間、電流経路は、メインコンタクトシステムから補助コンタクトシステムへ転換される。同時に、第１の可動補助コンタクト３２が曲げ戻されて時計方向に回転させる、第１の可動補助コンタクト３２と第１の固定補助コンタクト２２との間の機械的な干渉により、弾性手段４に荷重がかかる。

次いで、第１の可動メインコンタクト３１は反時計回りに回転し続け、第１の可動補助コンタクト３２は、図７の位置に達するまでその回転軸３２０が固定コンタクトアセンブリから離れるように動かされる間に、第１の固定補助コンタクト２１上を摺動する。

そのような位置では、弾性手段４によって加えられる力は、第１の可動補助コンタクト３２と第１の固定補助コンタクト２２との間の機械的抵抗に打ち勝つ。したがって、第１の可動補助コンタクト３２は、回転軸３２０周りの第１の可動補助コンタクト３２の回転角速度によって実質的に与えられる開速度Ｖ１で反時計回りに回転することによって、第１の固定補助コンタクト２２から離れるように迅速に自由にスナップする。

最後に、図８を参照して、開位置では、第１の可動メインコンタクト３１および第１の可動補助コンタクト３２の両方が、対応する第１の固定メインコンタクト２１および第１の固定補助コンタクト２２から切り離される。

高圧遮断ユニット１の開動作は、第１の可動メインコンタクト３１の反時計周りの動きと、第１の可動補助コンタクト３２の時計周りの最初の動きと、その後のその反時計周りのスナップ作用とを参照して記載されている。明らかなことに、当該動作は、第１の可動メインコンタクト３１を時計回りに回転し、第１の可動補助コンタクト３２を最初に反時計回りに回転し、次いで時計回りに回転することにより、同様の態様で行われ得る。

添付の図面に表されていない高電圧遮断ユニット１の特定の実施形態によれば、遮断ユニット１は、少なくとも第２の固定コンタクトアセンブリを含み得る。

第２の固定コンタクトアセンブリは、第１の固定コンタクトアセンブリ２から簡便に離間され、第１の可動メインコンタクト３１の回転平面内に位置する。実際には、この実施形態によれば、第１の可動メインコンタクト３１は、連続するコンタクト位置を通る回転によって、第１の固定コンタクトアセンブリ２または第２の固定コンタクトアセンブリのいずれかと結合され得る。

さらに、遮断ユニット１は、第１の固定コンタクトアセンブリ２および第２の固定コンタクトアセンブリから離間される第３の固定コンタクトアセンブリを含み得、第３の固定コンタクトアセンブリは、第１の可動メインコンタクト３１の回転平面内に位置しており、第２の固定コンタクトアセンブリ２および第３の固定コンタクトアセンブリのうちの１つが接地電位にある。これにより、高電圧スイッチギアの典型的な組み合わされた遮断および接地動作を実行することが可能である。

以上の記載から、ここで開示される高電圧遮断ユニットは、先行技術の遮断ユニットの際立った技術的課題を完全に解決することが明らかである。

特に、本発明によって達成され得る固定補助コンタクトと固定メインコンタクトとの間の高い分離速度によって、従来の遮断ユニットに対してアーク持続時間を低減することが可能になる。結果として、電気アークの形成の場合のコンタクト表面のアブレーションは、有意に低減される。これは、遮断ユニットの動作寿命に対してだけでなく、ある安全マージンでバス切替標準テストをパスする能力、および、より一般的には電力テスト性能を向上させる能力に対しても非常にポジティブな影響を有する。

さらに、アーク曝露が少ないのでコンタクトのアブレーションが大幅に低減されるため、閉動作中のプレストライキングのリスクも有意に低減され、これにより、閉動作中においても高電圧遮断ユニットの性能が大きく向上される。

さらに、遮断ユニットの構造が極めてシンプルであり、構成要素の数が低減されているので、製造およびメンテナンスコストが最小化されることにも注目すべきである。加えて、構造は極めてコンパクトであり、遮断ユニット内の空間および容積を大幅に最適化することが可能である。

このように考えられる高電圧遮断ユニットに対していくつかの変形例が可能であり、当該変形例はすべて、添付の請求の範囲内にある。実際には、使用される材料ならびにそれに伴う寸法および形状は、要件および現状技術に従って、任意のものであり得る。

Claims

高電圧遮断ユニット（１）であって、少なくとも第１の固定メインコンタクト（２１）および第１の固定補助コンタクト（２２）を有する固定コンタクトアセンブリ（２）と、
少なくとも第１の可動メインコンタクト（３１）および第１の可動補助コンタクト（３２）を有する可動コンタクトアセンブリ（３）とを含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）および前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、前記第１の固定メインコンタクト（２１）および前記第１の固定補助コンタクト（２２）に対して、コンタクト閉位置からコンタクト開位置へと回転する高電圧遮断ユニット（１）において、前記遮断ユニット（１）の開動作中において、前記第１の固定メインコンタクト（２１）からの前記第１の可動メインコンタクト（３１）の分離が、前記第１の固定補助コンタクト（２２）からの前記第１の可動補助コンタクト（３２）の分離の前に行われ、
さらに、前記第１の可動補助コンタクト（３２）と前記第１の固定補助コンタクト（２２）との間の相対開速度Ｖ１は、前記第１の可動メインコンタクト（３１）と前記第１の固定メインコンタクト（２１）との間の相対開速度Ｖ２よりも大きく、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）は、第１のコンタクトアーム（３１１）および第２のコンタクトアーム（３１２）を含み、
前記固定コンタクトアセンブリ（２）は固定コンタクト本体（２０）を含み、
前記第１の固定メインコンタクト（２１）は、前記固定コンタクト本体（２０）の対向する面上に位置決めされる第１のコンタクト表面（２１１）および第２のコンタクト表面（２１２）を含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）の前記第１のコンタクトアーム（３１１）および前記第２のコンタクトアーム（３１２）は、それらのそれぞれの対向する表面上にコンタクトストリップ（３５０）を含み、前記コンタクトストリップ（３５０）は、前記固定コンタクト本体（２０）の前記第１のコンタクト表面（２１１）および前記第２のコンタクト表面（２１２）に動作可能に結合可能であり、前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、第２の回転軸（３２０）上に堅牢に固定されるコンタクト支持部（３２１）と、前記コンタクト支持部（３２１）の端に存在するコンタクトヘッド（３２２）とを含み、
前記第１のコンタクトアーム（３１１）および前記第２のコンタクトアーム（３１２）は、第１の回転軸（３１０）に沿って互いに平行かつ離間し、前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、前記第１のコンタクトアーム（３１１）と前記第２のコンタクトアーム（３１２）との間に位置決めされる、高電圧遮断ユニット（１）。
高電圧遮断ユニット（１）であって、少なくとも第１の固定メインコンタクト（２１）および第１の固定補助コンタクト（２２）を有する固定コンタクトアセンブリ（２）と、
少なくとも第１の可動メインコンタクト（３１）および第１の可動補助コンタクト（３２）を有する可動コンタクトアセンブリ（３）とを含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）および前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、前記第１の固定メインコンタクト（２１）および前記第１の固定補助コンタクト（２２）に対して、コンタクト閉位置からコンタクト開位置へと回転する高電圧遮断ユニット（１）において、前記遮断ユニット（１）の開動作中において、前記第１の固定メインコンタクト（２１）からの前記第１の可動メインコンタクト（３１）の分離が、前記第１の固定補助コンタクト（２２）からの前記第１の可動補助コンタクト（３２）の分離の前に行われ、
さらに、前記第１の可動補助コンタクト（３２）と前記第１の固定補助コンタクト（２２）との間の相対開速度Ｖ１は、前記第１の可動メインコンタクト（３１）と前記第１の固定メインコンタクト（２１）との間の相対開速度Ｖ２よりも大きく、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）は、第１のコンタクトアーム（３１１）および第２のコンタクトアーム（３１２）を含み、
前記固定コンタクトアセンブリ（２）は固定コンタクト本体（２０）を含み、
前記第１の固定メインコンタクト（２１）は、前記固定コンタクト本体（２０）の対向する面上に位置決めされる第１のコンタクト表面（２１１）および第２のコンタクト表面（２１２）を含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）の前記第１のコンタクトアーム（３１１）および前記第２のコンタクトアーム（３１２）は、それらのそれぞれの対向する表面上にコンタクトストリップ（３５０）を含み、前記コンタクトストリップ（３５０）は、前記固定コンタクト本体（２０）の前記第１のコンタクト表面（２１１）および前記第２のコンタクト表面（２１２）に動作可能に結合可能であり、前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、第２の回転軸（３２０）上に堅牢に固定されるコンタクト支持部（３２１）と、前記コンタクト支持部（３２１）の端に存在するコンタクトヘッド（３２２）とを含み、
前記第１の固定補助コンタクト（２２）は、前記固定コンタクト本体（２０）の底部に位置決めされる第３のコンタクト表面（２２３）を含み、前記第１のコンタクト表面（２１１）および前記第２のコンタクト表面（２１２）は、互いに実質的に平行であり、前記第３のコンタクト表面（２２３）は、前記第１のコンタクト表面（２１１）および前記第２のコンタクト表面（２１２）に実質的に垂直である、高電圧遮断ユニット（１）。
前記コンタクトヘッド（３２２）は、前記固定コンタクト本体（２０）の前記第３のコンタクト表面（２２３）に動作可能に結合可能である、請求項２に記載の高電圧遮断ユニット（１）。
高電圧遮断ユニット（１）であって、少なくとも第１の固定メインコンタクト（２１）および第１の固定補助コンタクト（２２）を有する固定コンタクトアセンブリ（２）と、
少なくとも第１の可動メインコンタクト（３１）および第１の可動補助コンタクト（３２）を有する可動コンタクトアセンブリ（３）とを含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）および前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、前記第１の固定メインコンタクト（２１）および前記第１の固定補助コンタクト（２２）に対して、コンタクト閉位置からコンタクト開位置へと回転する高電圧遮断ユニット（１）において、前記遮断ユニット（１）の開動作中において、前記第１の固定メインコンタクト（２１）からの前記第１の可動メインコンタクト（３１）の分離が、前記第１の固定補助コンタクト（２２）からの前記第１の可動補助コンタクト（３２）の分離の前に行われ、
さらに、前記第１の可動補助コンタクト（３２）と前記第１の固定補助コンタクト（２２）との間の相対開速度Ｖ１は、前記第１の可動メインコンタクト（３１）と前記第１の固定メインコンタクト（２１）との間の相対開速度Ｖ２よりも大きく、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）は、第１のコンタクトアーム（３１１）および第２のコンタクトアーム（３１２）を含み、
前記固定コンタクトアセンブリ（２）は固定コンタクト本体（２０）を含み、
前記第１の固定メインコンタクト（２１）は、前記固定コンタクト本体（２０）の対向する面上に位置決めされる第１のコンタクト表面（２１１）および第２のコンタクト表面（２１２）を含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）の前記第１のコンタクトアーム（３１１）および前記第２のコンタクトアーム（３１２）は、それらのそれぞれの対向する表面上にコンタクトストリップ（３５０）を含み、前記コンタクトストリップ（３５０）は、前記固定コンタクト本体（２０）の前記第１のコンタクト表面（２１１）および前記第２のコンタクト表面（２１２）に動作可能に結合可能であり、前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、第２の回転軸（３２０）上に堅牢に固定されるコンタクト支持部（３２１）と、前記コンタクト支持部（３２１）の端に存在するコンタクトヘッド（３２２）とを含み、
前記可動コンタクトアセンブリ（３）は、前記第１の可動補助コンタクト（３２）に前記開速度Ｖ１を与えるスナップ作用により、前記第１の可動補助コンタクト（３２）に作用する弾性デバイス（４）を含むか、または、
前記可動コンタクトアセンブリ（３）は、前記第１の可動補助コンタクト（３２）に前記開速度Ｖ１を与えるスナップ作用により、前記第１の可動補助コンタクト（３２）に作用する弾性デバイス（４）を含み前記弾性デバイス（４）は、ばねデバイスを含み、
前記弾性デバイス（４）は、前記コンタクト支持部（３２１）と前記第１のコンタクトアーム（３１１）および前記第２のコンタクトアーム（３１２）との間でそれぞれ前記第２の回転軸（３２０）上に同軸にマウントされる第１のねじりばね（４１）および第２のねじりばね（４２）を含む、高電圧遮断ユニット（１）。
高電圧遮断ユニット（１）であって、少なくとも第１の固定メインコンタクト（２１）および第１の固定補助コンタクト（２２）を有する固定コンタクトアセンブリ（２）と、
少なくとも第１の可動メインコンタクト（３１）および第１の可動補助コンタクト（３２）を有する可動コンタクトアセンブリ（３）とを含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）および前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、前記第１の固定メインコンタクト（２１）および前記第１の固定補助コンタクト（２２）に対して、コンタクト閉位置からコンタクト開位置へと回転する高電圧遮断ユニット（１）において、前記遮断ユニット（１）の開動作中において、前記第１の固定メインコンタクト（２１）からの前記第１の可動メインコンタクト（３１）の分離が、前記第１の固定補助コンタクト（２２）からの前記第１の可動補助コンタクト（３２）の分離の前に行われ、
さらに、前記第１の可動補助コンタクト（３２）と前記第１の固定補助コンタクト（２２）との間の相対開速度Ｖ１は、前記第１の可動メインコンタクト（３１）と前記第１の固定メインコンタクト（２１）との間の相対開速度Ｖ２よりも大きく、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）は、第１のコンタクトアーム（３１１）および第２のコンタクトアーム（３１２）を含み、
前記固定コンタクトアセンブリ（２）は固定コンタクト本体（２０）を含み、
前記第１の固定メインコンタクト（２１）は、前記固定コンタクト本体（２０）の対向する面上に位置決めされる第１のコンタクト表面（２１１）および第２のコンタクト表面（２１２）を含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）の前記第１のコンタクトアーム（３１１）および前記第２のコンタクトアーム（３１２）は、それらのそれぞれの対向する表面上にコンタクトストリップ（３５０）を含み、前記コンタクトストリップ（３５０）は、前記固定コンタクト本体（２０）の前記第１のコンタクト表面（２１１）および前記第２のコンタクト表面（２１２）に動作可能に結合可能であり、前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、第２の回転軸（３２０）上に堅牢に固定されるコンタクト支持部（３２１）と、前記コンタクト支持部（３２１）の端に存在するコンタクトヘッド（３２２）とを含み、
前記遮断ユニット（１）の閉位置において、前記第１の可動メインコンタクト（３１）は、前記第１の固定メインコンタクト（２１）に結合される一方、前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、前記第１の固定補助コンタクト（２２）から切り離され、前記遮断ユニット（１）の前記開動作は、前記第１の可動メインコンタクト（３１）が回転し、かつ、前記第１の固定メインコンタクト（２１）に接触したままである一方、前記第１の可動補助コンタクト（３２）が前記第１の固定補助コンタクト（２２）に接触される第１のステップと、前記第１の可動メインコンタクト（３１）が回転し続けるとともに前記開速度Ｖ２で前記第１の固定メインコンタクト（２１）から切り離される一方、前記第１の可動補助コンタクト（３２）が前記第１の可動メインコンタクト（３１）の回転方向と反対の方向に曲げ戻されるとともに、それとの電気的接触を維持する前記第１の固定補助コンタクト（２２）上を摺動する第２のステップと、前記第１の可動メインコンタクト（３１）が回転し続ける一方、前記第１の可動補助コンタクト（３２）が前記第１の固定補助コンタクト（２２）から前記開速度Ｖ１で離れるようにスナップする第３のステップと、前記第１の可動メインコンタクト（３１）および前記第１の可動補助コンタクト（３２）の両方が、対応する前記第１の固定メインコンタクト（２１）および前記第１の固定補助コンタクト（２２）から切り離される第４のステップと、を含む、高電圧遮断ユニット（１）。
前記可動コンタクトアセンブリ（３）は、前記第１の可動補助コンタクト（３２）に前記開速度Ｖ１を与えるスナップ作用により、前記第１の可動補助コンタクト（３２）に作用する弾性デバイス（４）を含むか、または、
前記可動コンタクトアセンブリ（３）は、前記第１の可動補助コンタクト（３２）に前記開速度Ｖ１を与えるスナップ作用により、前記第１の可動補助コンタクト（３２）に作用する弾性デバイス（４）を含み前記弾性デバイス（４）は、ばねデバイスを含み、
前記第３のステップにおいて、前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、前記弾性デバイス（４）の作用下において、前記第１の可動メインコンタクト（３１）の同じ方向における回転によって前記第１の固定補助コンタクト（２２）から離れるようにスナップする、請求項５に記載の高電圧遮断ユニット（１）。
高電圧遮断ユニット（１）であって、少なくとも第１の固定メインコンタクト（２１）および第１の固定補助コンタクト（２２）を有する第１の固定コンタクトアセンブリ（２）と、
少なくとも第１の可動メインコンタクト（３１）および第１の可動補助コンタクト（３２）を有する可動コンタクトアセンブリ（３）とを含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）および前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、前記第１の固定メインコンタクト（２１）および前記第１の固定補助コンタクト（２２）に対して、コンタクト閉位置からコンタクト開位置へと回転する高電圧遮断ユニット（１）において、前記遮断ユニット（１）の開動作中において、前記第１の固定メインコンタクト（２１）からの前記第１の可動メインコンタクト（３１）の分離が、前記第１の固定補助コンタクト（２２）からの前記第１の可動補助コンタクト（３２）の分離の前に行われ、
さらに、前記第１の可動補助コンタクト（３２）と前記第１の固定補助コンタクト（２２）との間の相対開速度Ｖ１は、前記第１の可動メインコンタクト（３１）と前記第１の固定メインコンタクト（２１）との間の相対開速度Ｖ２よりも大きく、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）は、第１のコンタクトアーム（３１１）および第２のコンタクトアーム（３１２）を含み、
前記第１の固定コンタクトアセンブリ（２）は固定コンタクト本体（２０）を含み、
前記第１の固定メインコンタクト（２１）は、前記固定コンタクト本体（２０）の対向する面上に位置決めされる第１のコンタクト表面（２１１）および第２のコンタクト表面（２１２）を含み、
前記第１の可動メインコンタクト（３１）の前記第１のコンタクトアーム（３１１）および前記第２のコンタクトアーム（３１２）は、それらのそれぞれの対向する表面上にコンタクトストリップ（３５０）を含み、前記コンタクトストリップ（３５０）は、前記固定コンタクト本体（２０）の前記第１のコンタクト表面（２１１）および前記第２のコンタクト表面（２１２）に動作可能に結合可能であり、前記第１の可動補助コンタクト（３２）は、第２の回転軸（３２０）上に堅牢に固定されるコンタクト支持部（３２１）と、前記コンタクト支持部（３２１）の端に存在するコンタクトヘッド（３２２）とを含み、
前記第１の固定コンタクトアセンブリ（２）から離間される第２の固定コンタクトアセンブリを少なくとも含むか、または、
前記第１の固定コンタクトアセンブリ（２）および前記第２の固定コンタクトアセンブリから離間される第３の固定コンタクトアセンブリを含み、前記第２の固定コンタクトアセンブリおよび前記第３の固定コンタクトアセンブリのうちの１つは接地電位にある、高電圧遮断ユニット（１）。
前記可動コンタクトアセンブリ（３）には、前記第２の固定コンタクトアセンブリおよび／または前記第３の固定コンタクトアセンブリに結合可能／切り離し可能な第２の可動メインコンタクトおよび第２の可動補助コンタクトが設けられる、請求項７に記載の高電圧遮断ユニット（１）。
請求項１に記載の遮断ユニット（１）を含む、高電圧スイッチギア。