JPH0471130A - ３相真空遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、１Ｏ−２Ｐａ以下の真空容器内に封入され
た３個の接点でもって３相交流の各線路を開閉する３相
真空遮断器に関し、特に、開閉サージの抑制と耐電流特
性の向上に関する。

（従来の技術） 真空遮断器は優れた消弧特性を有していることから、多
くの回路へ適用されている。しかし、消弧特性が優れて
いるが故に、小電流遮断時に特異な開閉サージを発生す
る欠点を有している。このため、開閉サージ発生が懸念
される回路へ真空遮断器を適用するときは、発生サージ
を抑えるサージ保護装置を設置することで実使用上、問
題なく使用してきた。

一方、サージ保護装置無しで、種々の回路へ適用できる
真空遮断器として、「低サージ真空遮断器」が開発され
てきた。これは、真空遮断器の消弧特性を低下させ、サ
ージ発生の主たる要因である裁断電流値を小さくしたも
のである。

ところが、この低サージ真空遮断器は、サージ発生抑制
のために消弧特性を低下させているため、短絡事故等で
流れる大電流の遮断に限界がある。

現状開発されている低サージ真空遮断器は、２０ｋＡ程
度が大電流遮断の限界である。このため、短絡電流が３
１゜５ｋＡ以上を必要とする真空遮断器では、サージ保
護装置を設置して、開閉サージ問題を解決してきた。

これは、「低サージ真空遮断器」が消弧特性を低下させ
てサージ発生を抑制しているため、大電流遮断時のアー
クにより接点が荒れ、アーク集中や電流消弧後の絶縁回
復の低下をまねき、電流消弧後の回復電圧に耐えられな
いため、大電流でかつ低サージ性を満足する真空遮断器
の実現が困難となる。

また、真空遮断器では、電流裁断に起因した裁断サージ
が接点の微小ギャップで発生した場合、その裁断サージ
に接点のギャップ間耐圧が耐えられず再発弧を起こすこ
とがある。この再発弧が起因して、多重再発弧、３相同
時遮断と呼ばれる大きなサージが発生する。このため、
裁断電流値を低く抑えた低サージ真空遮断器では、裁断
サージよりも、多重再発弧、３相同時遮断によるサージ
が問題となってくる（電気学会論文集Ｖｏ１．９３、　
Ｎｏ、８）。

これらのサージが発生しないようにするためには、各相
の電流ゼロ点近傍を外して開極させれば良いが、３相真
空遮断器では普通、開極は各相ともほぼ同時（開極ズレ
時間が０〜３ｍｓ程度以下）であるので、１サイクル内
にいずれかの相が電流ゼロ点近傍で開極する機会は６回
あり、実際に開極可能な位相の範囲は極めて限られるた
め非常に高い精度の位相制御が必要となる。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、低サージ真空遮断器では、大電流遮断時
の接点の荒れとギャップ長が微小領域での多重再発弧、
３相同時遮断の抑制が必要であり、これらを位相制御を
行って開極位相を制御する場合、非常に高い精度の位相
制御が必要となる。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、精度の低い位相制御
方式で大電流遮断が可能でかつサージ発生を抑制した真
空遮断器を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 基本となる第１の発明では、３相交流の各線路を開閉す
る３相真空遮断器において、３個の各接点の開極タイミ
ングを前記各線の電流位相と同相で１２０°ずつずらす
か、あるいは電流位相と逆相で６０°ずつずらす開極位
相差制御手段を設けた。

この構成に加えて第２の発明では、前記線路の電流を検
出し、その電流が比較的大きい場合にはその電流のゼロ
点付近の位相タイミングで前記接点を開極させ、前記電
流が比較的小さい場合にはその電流のゼロ点付近を外れ
た位相タイミングで前記接点を開極させる開極位相制御
手段を設けた。

（作用） 本発明によれば、真空遮断器を開極するとき各相は所定
の位相角だけずれて開極し、いずれかの相で電流０点近
傍で開極する機会は１サイクル以内に２回と各相がほぼ
同時に開極する場合の１／３の機会となり、電流０点近
傍を外して開極てきる位相の範囲は広くなる。また、主
回路に流れている電流が大電流か小電流かにより、電流
ゼロ点近傍（電流０点を中心として３０°以内）または
電流０点近傍外（電流ゼロ点を中心として３０°をこえ
る範囲）で真空遮断器が開極されることになる。従って
、大電流遮断が可能で、かつサージ発生を抑制できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図は基本となる第１の発明の一実施例を示す側面断面
図である。

同図において、真空遮断器は、車輪１ａを設けて移動自
在とした架台１と、この架台１に固定された絶縁支持枠
２と、この絶縁支持枠２の正面側に固定された操作機構
３と、絶縁支持枠２の背面側に固定された真空バルブ４
で構成され、この真空バルブ４は、図示しない固定接点
の固定軸を上部側口出端子５に接続し、図示しない可動
接点の可動軸６を可撓導体７ａを介して下部側口出端子
７に接続している。

一方、操作機構３には、内部に取り付けたモータ（図示
しない）、と適宜のトルク伝達手段により連結された主
軸８が設けられ、この主軸８にカム９が一体に回転する
ように取り付けられており、このカム９は、ローラ１０
ａを介してリンク１０と連結している。このリンク１０
は、絶縁支持枠２に回動自在に支持され、−側（上側）
を操作ロッド１１およびワイプばね１２を介して真空バ
ルブ４の可動軸６に連結するとともに、他側（下側）を
張力の調整を可能とした開路ばね１３に連結している。

カム９には、第２図に示すように段部９１が設けられて
いる。ここで、カム９、ローラ１０ａ、リンク１０、操
作ロッド１１およびワイプばね１２は３相真空遮断器の
各相の真空バルブに対してそれぞれ独立して１組ずつ設
けられており、各相のカム９ａ、９ｂ、９ｃはそれぞれ
主軸８を中心にして所定の角度でズレを設けて主軸８に
取り付けられている。このズレが前記開極位相差制御手
段の要部である。

第２図は本発明による真空遮断器の各相の真空バルブの
開極位相と各相の電流の関係を示す図であり、各相のカ
ム９ａ、９ｂ、９ｃ間に主軸８を回転中心として設けた
回転方向のズレにより各相の開極位相にズレが発生する
。このズレは最初に開極した相の位相が電流ゼロ点であ
れば他の２相も電流ゼロ点となる位相になるように設定
されている。即ち、第２図に示すように真空遮断器２の
各相の真空バルブの開極位相は電気角と同じように１２
０’ずつずらしであるかあるいは電気角のズレとは逆順
に６０°ずつずらしである。

以上のように構成された実施例の作用を説明する。第１
図に示す真空遮断器の投入状態でトリップ信号が入力さ
れると、モータ（図示しない）が起動しカム９を同図で
時計方向に回転させる。このカム９の回転によりローラ
１０ａは、先端係止部９２で係止されている位置から段
部９１て係止される位置に移動する。ローラ１０ａが先
端から段部まで移動する間にリンク１０、操作ロッド１
１、ワイプばね１２を介して真空バルブ４の可動軸６が
下方向へ移動され接点が開極する。このとき、各相のカ
ム９ａ、９ｂ、９ｃは所定の角度だけずらして主軸８に
取り付けであるので、真空遮断器を開極すると各相の真
空バルブは所定の位相角たけずれて開極する。このとき
各相の電流と開極点の関係は第２図に示すようになり、
いずれかの相の真空バルブが電流ゼロ点近傍で開極する
ときは他の２相の真空バルブも電流ゼロ点近傍で開極す
る。逆にいずれかの相の真空バルブが電流ゼロ点近傍を
外れて開極したときは他の２相の真空バルブも電流ゼロ
点近傍を外れて開極することになる。このためいずれか
の相が電流ゼロ点近傍で開極する機会は１サイクルに２
回となり、電流ゼロ点近傍で開極する位相の範囲は狭く
なる。一方、第３図に示すように、従来の３相真空遮断
器では開極は各相ともほぼ同時（開極ズレ時間が０〜３
ｍｓ程度以下）であるので、１サイクル内にいずれかの
相が電流ゼロ点近傍で開極する機会は６回あり、電流ゼ
ロ点近傍で開極する位相の範囲は非常に広くなる。

消弧特性を低下させた低サージ真空遮断器で小電流を遮
断したとき裁断電流は完全にゼロとはならず、小さな裁
断電流となる。このため、この裁断電流以下の位相で真
空遮断器が開極すれば、開極と同時に電流裁断か発生し
、裁断サージが発生スル。このときの真空バルブのギャ
ップ長は微小であるからギャップ間で裁断サージによる
放電が発生し再発弧する。これが原因となり大きなサー
ジ発生へと進展していく。従って、真空遮断器２の開極
点が裁断電流値以上の位相であれば、真空遮断器２が開
極してすぐに電流裁断を起こすことはなくなり、また電
流裁断か発生したときには、真空遮断器のギャップ長は
発生する裁断サージに耐えられるたけ開いているから、
大きなサージ発生へ現象が進展することを防止できる。

これを図示すると第４図となる。また真空遮断器の最大
裁断電流は真空遮断器の消弧特性で決まる。また回路電
流は負荷によって決まる。真空遮断器が最大裁断電流値
以下で開極する位相角は電流零点部２φ１の位相範囲で
ある。

本実施例では、第２図に示すように開極位相を所定の角
度だけずらしであるので各相の電流の位相と開極位相の
関係は各相でまったく同じになり、最初に開極する相で
開極位相の条件が満足されれば良い。従って電流０点近
傍の２φ１領域で開極する機会は１サイクルで２回であ
り、電流０点近傍で開極する位相の範囲は２×２φ１と
なる。

この範囲は第３図に示すように、普通の３相真空遮断器
では開極は各相ともほぼ同時（開極ズレ時間が０〜３ｍ
ｓ程度以下）であるので、１サイクル内にいずれかの相
が電流ゼロ点近傍で開極する機会は６回あり、電流ゼロ
点近傍で開極する位相の範囲は６×２φ１と非常に広く
なることに比べると非常に狭い範囲であることが判る。

電流ゼロ点近傍で開極する位相の範囲は、たとえばφ１
−１５’とすると、本実施例では６０″となるのにたい
して、従来の３相真空遮断器では１８０″であり開極位
相を所定の角度だけずらした効果が大きいことが判る。

以上の手段により、小電流遮断時にサージ発生の起こる
電流零点近傍の位相で開極する確率は従来の真空遮断器
の１／３になる。従って多重再発弧や３相同時遮断によ
るサージが発生する確率は従来の真空遮断器の１７３と
なり、開閉サージの発生が抑制される。

次に、前記の開極位相制御手段を付加した第２の発明に
ついて、第５図の実施例に従って説明する。

第５図において、真空遮断器５２が接続された主回路５
１に設置された変流器等の電流センサ５３の検出出力が
、判別回路５４および同期信号発生回路５５へ入力され
るようになっている。判別回路５４は電流センサ５３の
検出出力を整流、平滑した後、短絡電流相当の大電流か
、数１０Ａ相当の小電流かが判別される。判別回路５４
の出力は第１および第２の遅延時間設定回路５６．５７
へそれぞれ入力されるようになっている。判別回路５４
の判別結果により、小電流のときは遅延時間設定回路５
７へ駆動信号が出力されるようになっている。そして、
遅延時間設定回路５６．５７の出力は引き外し回路５８
へ人力されるようになっている。また、同期信号発生回
路５５の出力は引き外し回路５８へ入力され、この引き
外し回路５８の出力は真空遮断器５２へ入力されるよう
になっている。

ここで真空遮断器２の各相の真空バルブの開極位相は、
先に説明した第２図のように、３相交流の電気角と同じ
ように１２０°ずつずらしであるか、あるいは電気角の
ズレとは逆順に６０°ずつずらしである。

また、主回路５１を流れる電流は電流センサ５３で検出
され、その検出出力は判別回路５４および同時信号発生
回路５５へ入力される。判別回路５４では、短絡電流相
当の大電流か、数１ＯＡ相当の小電流かが判別され、こ
の判別結果により、大電流であれば遅延時間設定回路５
６へ駆動信号がａカされ、小電流であれば、遅延時間設
定回路５７へ駆動信号を出力する。

一方、同期信号発生回路５５では、電流センサ５３より
の人力信号が交流波形であることから、その零点を検出
してパルス信号を発生し、ついてそのパルス信号を整流
し、結果として、人力信号１／２サイクルごとに同一パ
ルス信号を出力し、これ引き外し回路５８へ人力する。

ここで、第６図のように外部より引き外し回路５８へ真
空遮断器５２の引き外し信号が入力されると、その引き
外し信号入力後、最初の同期信号発生回路５５よりの信
号が入力された時間１（、から、遅延時間設定回路５６
または５７で設定された遅延時間ｔ８またはｔ７だけ遅
れて真空遮断器５２の引き外し信号が遮断器へ出力され
る。この出力信号により真空遮断器５２は真空遮断器５
２の動作時間ｔ２後に開極する。

以上のように第５図の実施例によれば、真空遮断器５２
は主回路５１に流れる電流値を大電流と小電流に区別し
である特定の位相で開極することが可能となる。

消弧特性を低下させた低サージ真空遮断器で小電流を遮
断したとき裁断電流は完全にゼロとはならず、小さな裁
断電流となる。このため、この裁断電流以下の位相で真
空遮断器が開極すれば、開極と同時に電流裁断が発生し
、裁断サージが発生する。このときの真空バルブのギャ
ップ長は微小であるからギャップ間で裁断サージによる
放電が発生し再発弧する。これが原因となり大きなサー
ジ発生へと進展していく。従って、真空遮断器２の開極
点を裁断電流値以上の位相に設定しておけば、真空遮断
器２が開極してすぐに電流裁断を起こすことはなくなり
、また電流裁断が発生したときには、真空遮断器のギャ
ップ長は発生する裁断サージに耐えられるだけ開いてい
るから、大きなサージ発生へ現象が進展することを防止
できる。

これを図示すると第６図となる。真空遮断器の開極時間
ｔ２は遮断器の機構で決定される。また真空遮断器の最
大裁断電流は真空遮断器の消弧特性で決まる。また回路
電流は負荷によって決まる。

真空遮断器が最大裁断電流値以下で開極する位相角は電
流零点部２φ１の位相範囲である。この領域を避けて、
真空遮断器が開極する為には、電流零点ｔ□を基準とし
て、ｔ７＋ｔ２が２φ１領域に入らないように設定すれ
ば良い。ｔ２は遮断器で決まる値であるからｔ７を設定
することでこの条件が満足される。

一方、大電流遮断では、開極点で大きな電流が流れてい
ると、接点の損傷が大きい。従って、サージの抑制とは
逆に、電流零点近くて開極すれば、開極点での電流値は
小さいから接点の損傷は小さくなる。電流の各位相で開
極した時の真空遮断器の遮断可能な電流値の関係を求め
ると第６図となる。これより電流波高値で開極するより
も電流零点近傍（電流ゼロ点を中心として３０″以内）
で開極した方が大きな電流まで遮断できることが判る。

この場合、遅延時間設定回路５６で決まるｔ６と真空遮
断器の開極時間ｔ２の和が電流零点を中心として３０″
以内に真空遮断器が開極てきる。

以上の手段により、小電流遮断時はサージ発生の起こる
電流零点近傍の位相で開極することを避け、大電流遮断
時には接点損傷に小さい電流零点近傍で開極することで
大電流遮断可能な低サージ真空遮断器を提供できると同
時に各相の開極位相をそれぞれ所定の角度でずらすこと
により位相制御の精度を高くすることなく必要十分な位
相制御を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成されているから、精度の低
い安価な位相制御方式で大電流遮断が可能でかつ有害な
開閉サージ発生をなくした真空遮断器を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基本となる第１発明の実施例を示す側面断面図
、第２図は本発明による３相真空遮断器の各相の電流と
開極位相の関係を示す図、第３図は従来の３相真空遮断
器の各相の電流と開極位相の関係を示す図、第４図は小
電流遮断時の各部信号を示す図、第５図は第２の発明の
実施例を示すブロック図、第６図は第５図の構成におけ
る小電流遮断時の各部信号を示す図、第７図は開極位相
と遮断可能電流の関係を示す図である。 ３・・・操作機構 ４・・・真空バルブ ８・・・主軸 ９・・・カム １０ａ・・・ローラ １０・・・リンク ５１・・・主回路 ５２・・・真空遮断器 ５３・・・電流センサ ５４・・・判別回路 ５５・・・同期信号発生回路 ５６．５７・・・遅延時間設定回路 ５８・・・引き外し回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内に封入された３個の接点でもって３相
   交流の各線路を開閉するものにおいて、３個の前記接点
   の開極タイミングを前記各線路の電流位相と同相で１２
   ０゜ずつずらすか、あるいは電流位相と逆相で６０゜ず
   つずらす開極位相差制御手段を設けたことを特徴とする
   ３相真空遮断器。
2. （２）請求項１記載の３相真空遮断器において、前記線
   路の電流を検出し、その電流が比較的大きい場合にはそ
   の電流のゼロ点付近の位相タイミングで前記接点を開極
   させ、前記電流が比較的小さい場合にはその電流のゼロ
   点付近を外れた位相タイミングで前記接点を開極させる
   開極位相制御手段を設けたことを特徴とする３相真空遮
   断器。