JPS5919403B2 - 真空式回路遮断器用の真空漏れセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に真空式回路遮断器の真空漏れを測定す
る真空漏れセンサ装置に関するものである。

真空は絶縁体として優れた特性を有しているのでこれを
電力遮断装置に用いることはガスや液体の様な特殊な消
弧材を使用するよりも好ましい。

真空は１マイクロ秒当たり数千ボルトという回復率を持
った絶縁耐力を与えるので１通常は、交流電流波形のグ
めの零電流点に於いて遮断を予期することができる。

更に、真空式遮断器に必要とされる全接点ストロータは
１インチの何分の１かに過ぎない。

この短いストロータは１インチの何分の１かに過ぎない
。

この短いストロータが小さな質量及び慣性をもたらし、
これが作動速度を高（且つ機械的ショックを小さくする
ことになる。

通常、故障からそれを解除するまでの全シーケンスは３
段階以下で達成される。

故障部へ流入するエネルギは時間に比例するので、その
解除動作が速い程、損傷が小さく、接点の侵食が小さく
、保守のいらない接点寿命が長く、且つ装置の保護性が
大きいことを意味する。

従って真空式の遮断器を用いることが望ましい。

真空式の回路遮断器の使用に伴なう問題は、例えば不当
な機械的ストレスにより出来たクラックを通して空気の
漏れが生じたことによって真空が失なわれた場合に、真
空の高い絶縁耐力及び急速な回復特性が共に失なわれる
ということである。

小さな電極間隔ではもはや高電圧を維持できない様にな
る。

従って、アーク及びフラッシュオーバーが生じる。

白色の高温アークは電極を燃やしそしてそのｎ囲体を溶
かし、そして遮断器組立体の他の部分にまでも延びてそ
れをおかすことがある。

かかる漏れは作業者にとって見ることができずそしてこ
れまでこの故障は複雑な測定によって検出されている。

故障を見越す様に真空式遮断器の内部の圧力を測定する
のが望ましいことであると認められている。

最近、真空式回路遮断器のための圧力測定装置が開発さ
れている。

かかる圧力測定装置の１つが米国特許第２８６４９６８
号に開示されている。

この装置は電子を放出せしめるため電極間に印加される
直流電圧を用いている。

これらの電子がｎ囲体内のガス分子に衝突し、そして負
電位に保たれたシールドへ正のイオンが流れ込む。

測定回路がこのシールドに接続されそしてその電流を測
定する。

電流の増加は真空が失なわれることを示している。

米国特許第３２６３１６２号には、シールドと１つの電
極との間に電圧を与えそしてそれにより流れる電流を感
知するためにこれらの間に接続された装置が開示されて
いる。

もし漏れがあれば、イオンが形成されそしてその電流が
真空が失なわれたことを示す。

この装置は、イオンをらせん路に導（磁界を与える手段
と直流電源とを態別に備えている。

電源系統に於いては、遮断器を組合せた回路の作動中、
接点が開いている間に真空漏れが生じたか、接点が閉じ
ている間に真空漏れが生じたかを知ることが重要である
。

３相の非接地系統に於いて接点が開いている間に真空漏
れが感知された場合をζ真空式回路遮断器の取り外し中
に激しいアークが生じる危険なしにこの遮断器を取り外
して交換することができる。

一方、接地された３相系統に於いて接点が閉じている時
に真空漏れが生じた場合には、遮断器を取り外して交換
できる様にするため、この電流遮断器の上流で電力をオ
フにしなければならない。

この様にしなければ、遮断器を取り外した時にアークが
生じて装置が損傷を受ける。

そこで本発明の一般的な目的は、真空式回路遮断器のた
めの改良された真空センサを提供することである。

本発明の別の目的は、真空式遮断器内の真空を常時監視
するため、真空式回路遮断器により制御される電源電圧
によって作動される真空センサを提供することである。

本発明の前記目的及び他の目的は、平衡された交流ブリ
ッジ回路であって、その１つの枝路がシールドと回路遮
断器の電極との間に漏れ抵抗と漂遊容量を持ち、そして
他の枝路は通常高い真空状態で作動する回転遮断器に対
してこのブリッジを平衡するために高いインピーダンス
を備えている様なブリッジ回路を用いて達成される。

真空漏れが生じると、漏れ電流の位相及び大きさが変わ
りそしてブリッジが不平衡になる。

この不平衡が検出されて真空漏れを指示する。

さて第１図を参照すれば、蒸気シールドをつんだ型式の
真空式回路遮断器が示されている。

この遮断器は円筒状の絶縁側壁１２と金属性端壁１３及
び１４を持った真空包囲体１１を備えている。

端壁は真空シール１６及び１７によって側壁に対して密
封される。

絶縁側壁１２は適当な磁器材又はガラスで作られる。

真空シール１６及び１７はコバール（Ｋ ｏｖａｒ ）
シールであり、これらは端壁１３及び１４並びに包囲体
部分１２に接着される。

図示した様に、包囲体１２は部分１２ａと１２ｂを備え
ており、これらの間にはリング状の支持体１９が支持さ
れて密封される。

このリングは金属シールド２１を支持する様に働く。

良く知られている様に、この金属シールドは、接点の開
成及び閉成中にアークによって発生された金属粒子をさ
えぎる様に働く。

金属粒子が＆囲体１２の内壁に付着するのを防ぐシール
ドがなければ、薄い金属層が形成されて端壁１３と１４
を互いに短絡することになる。

端壁１４は接点２３を持った固定電極２２を支持してい
る。

端壁１３は可動電極２４を支持している。

この電極２４はベロー２６によって端壁から支持され、
ベロー２６はその１端が端壁１３に密封されそして他端
が電極に密封されている。

電極２４はその接点２７が接点２３と電気的に接触をな
す様に電極２２へ向ったり離れたりして移動される。

可動電極のための駆動手段や真空式遮断器を支持するた
めの手段は図示されていない。

真空式回路遮断器により遮断即ち開路される電源ライン
３１と接地即ち戻りライン３２とを自んだ電源回路が示
されている。

ラインに印加される電力が３３で略図的に示されている
。

本発明による真空漏れセンサ３４が接地即ち戻りライン
３２とシールド２１との間に接続されている。

次いでシールドは漏れ抵抗３６及び漂遊容量３７によっ
て電極に接続されている。

さて特に第２図を参照すれば、真空漏れセンサが詳細に
示されている。

このセンサは、第１、第２、第３及び第４枝路即ちアー
ム４１，４２，４３及び４４を各々持った平衡したブリ
ッジを備えている。

１対の対向したターミナル４６及び４７はライン３１と
３２との間に接続され、そして他方の対のターミナル４
８及び４９は感知結合回路５１に接続されている。

漏れ抵抗３６及び漂遊容量３７がアーム４１に示されて
いる。

キャパシタ５２及び抵抗５３が枝路４２に接続されて示
されており、そして漏れ抵抗及び容量と実質的に同じ値
の抵抗値及び容量値を持つ様に選択されている。

実質的に同じ大きさの抵抗が枝路４３及び４４に接続さ
れ、それにより通常の作動状態の下ではブリッジが平衡
されそして感知回路５１の出力は存在しない。

真空漏れが生じると、包囲体内にイオンが形成されてブ
リッジを不平衡にする。

というのは。漏れ抵抗が変化するからである。

従ってブリッジの出力電流、位相及び大きさが変化する
。

位相検出回路又は振巾検出回路５１によって真空漏れが
ブリッジに於いて感知されてもよい。

図示された感知回路は光放射ダイオード５６を備えてお
り、これは発光した時は光抵抗即ち検出器５７に接続さ
れる。

この光抵抗は、電源に接続される。

この回路に流れる電流は、光の強さに左右される。

光抵抗５７に直列接続された抵抗５５間に接続すること
によって出力電圧が得られる。

この出力電圧が真空漏れを指示する。

もちろん、ブリッジのターミナル４８と４９との間によ
り複雑な感知回路を接続してもよい。

例えば、振巾及び位相測定回路を使用してもよい。

従って、漏れ抵抗及び漂遊容量が合成インピーダンスア
ームの１つとして働き、そして通常は出力を生じない平
衡状態を与える様に他のアームが選択された様な基本的
には変型交流ブリッジである、金属シールドに接続され
た真空漏れセンサが提供される。

真空漏れが生じた場合には信号の大きさ及び位相角に変
二ありそしてブリッジは平衡ずれする。

センサ の異常状態を検出しそしてそれを電圧レベル
な識別可能な論理レベル変化信号に変換する。

図示した回路に於いては。光結合を用いることによって
指示即ち論理信号がブリッジ及び回路の高圧信号から分
離される。

然し乍ら、ターミナル４８と４９との間に回路接続され
た１次回路と感知即ち指示装置に接続された２次回路と
を持った遮蔽変成器の様な他の結合方法を用いてもよい
。

前記した様に、センサを組み込んだ真空式回路遮断器の
真空漏れは出力論理信号即ち制御信号を与える。

又、前記した様に、この論理信号と他の信号を用いて、
真空を失なった特定の回路遮断器を識別し、警報を発し
、そして操作者に命令を与えることが望ましい。

上記した型式の真空式回路遮断器は、比較的高い電圧で
作動する３相電源系統に一般的に用いられる。

特に第３図を参照すれば、３相負荷を持った３相Ｙ型系
統が略図的に示されている。

２次回路６６．６７．６Ｂを持った変成器６４０１次回
路６Ｌ６２．６３に接続されたこの３相系統の入力ター
ミナルは、ジャンパ７１の位置に基いて共通ターミナル
６９が接地されたりされなかったりしてＹ型回路に接続
される。

この変成器は負荷インピーダンス７２．７３及び７４に
接続され、これらインピーダンスもＹ型に接続されてお
りそしてジャンパ７２の位置に基いて接地された・すさ
れなかったりする。

前記した型式の真空式回路遮断器７６．７７及び７８が
電源ラインの各々に直列接続される。

真空式遮断器のシールドと３相回路の他の電源ラインの
１つとの間には前記した型式のセンサ８１゜８２及び８
３が接続され、これらは３相ラインのうちの対間の電圧
で作動される。

センサの出力は高電圧系統を低電圧指示系統から分離す
る様に働くカプラ８６，８７，８８に印加される。

これらカプラの出力は指示器９１，９２及び９３に印加
される。

前記した様に、真空式遮断器が適正な真空状態を持つ時
は、カプラ８６，８７，８８からの出力信号が論理零（
零電圧）となる。

指示器９１．９２及び９３はどれも付勢されない。

又、ここで明らかとなる様に、報知器９６，９７，９Ｂ
。

９９はどれも付勢されずそして警報器１０１も作動され
ない。

真空式回路遮断器の開成又は閉成動作がこの遮断器の１
次接点に印加された高電圧によって達成された時は、真
空センサが瞬間的に平衡状態からずれる様に駆動される
。

これは、各遮断器に於いてアーキングが生じそして粒子
の放出が瞬間的にブリッジを導通せしめ且つ不平衡にせ
しめるためである。

各カプラ８６，８７，８８の出力には論理１出力が存在
することになる。

これはアーク指示器９１，９２．９３を瞬間的に点灯す
る。

これは正常の状稗セあるから、開成又は閉成動作により
生じた真嬌センサの論理１出力は警報を発してはならず
即ち報知器９６，９７，９８，９９を点灯せしめてはな
らない。

アーク指示器の瞬間的な点灯は真空センサ、カプラ及び
アーク指示器の作動のチェックを操作者に対して与える
ということに注目されたい。

オアゲー）Ｒ４及びインバータ１１が報知器及び警報の
作動を禁止する。

オアゲートＲ４の入力は回路１０２及び１０３に接続さ
れ、これらの回路は開成又は閉成信号がトリップ開成又
は閉成コイルに印加された時に論理１を与える。

インバータ１１はこの論理１出力を論理０に反転しそし
てこの論理０をアンドゲートＡ１ 、Ａ２ 、Ａ３の入
力に印加する。

従って、アンドゲートＡ１ 、Ａ２゜Ａ３の出力は、遮
断器が開成又は閉成命令を受は取った時は真空センサの
出力に拘りなく論理０レベルを持つ様にせしめられる。

これは実際上は開成又は閉成動作が行なわれる時は真空
センサの出力を論理回路から分離する。

１つの遮断器の真空漏れに対して、真空漏れ検出及び制
御論理回路の動作を説明する。

遮断器７６に真空漏れが生じそしてそれにより生じる真
空センサ８１の論理１出力がカプラ８８にも論理ｌ出力
を持たせる様にせしめるものと仮定する。

カプラ８８のこの論理１出力はアーク指示器９３を点灯
しそしてアンドゲートＡ１の１方の入力に印加される。

開成信号も閉成信号も遮断器に印加されていないとすれ
ば、オアゲー）Ｒ４の両入力が論理Ｏレベルである。

これにより生じたオアゲートＲ４の論理Ｏ出力はインバ
ータ１１によって論理１に反転されそしてアントゲ−）
ＡＩに印加されＡ１の出力を論理１にさせる。

アントゲ−）ＡＩのこの論理１出力はオアゲー）Ｒ１に
印加されそしてその出力を論理１にせしめる。

遮断器７７及び７８は真空を失なっておらずそしてそれ
らの各々の真空センサの出力が論理Ｏレベルであると仮
定すれば、アントゲ−）Ａ２及びＡ３の出力は論理Ｏで
ある。

アントゲ−）Ａ２及びＡ３の出力が共に論理零であるか
ら、アノトゲ−）Ａ４ 、Ａ５ 、Ａ６の出力も論理０
レベルである。

これらアントゲ−）Ａ４ 、Ａ５及びＡ６の論理０出力
はオアゲートＲ２の入力に印加され、その出力を論理０
にせしめる。

遮断器７６以外の他の２つの各々の遮断器の真空漏れも
上記したのと同様に、全ての場合にオアゲー）Ｒ１には
論理°１出力を持たせ、且つオアゲー）Ｒ２には論理０
出力を持たせる。

この点に於いては、遮断器が作動される電源系統の型式
に関して成る仮定をしなげればならない。

先ず第１に、電源系統が接地型のものであることを仮定
する。

そして電源系統が非接地型のものであることを仮定する
。

遮断器が作動される電源系統が接地型のものである場合
には、論理０がインバータ■４に印加される様にスイッ
チＳ１が下方位置にセットされねばならない。

従ってインバータ■４の論理１出力がアントゲ−）Ａ７
の１方の入力に印加される。

アントゲ−）Ａ７の他方の入力はオアゲー）Ｒ１の出力
に接続される。

既に決定された様に、Ｒ１の出力は論理１である。

か（してＡ７の両入力が論理ルベルでありそしてＡ７の
出力は論理１である。

ＡＩのこの論理１出力はオアゲートＲ５に印加されその
出力を論理１にせしめる。

Ｒ５の論理１出力は図示された様にアントゲ−）Ａ１１
及びＡ１２に印加される。

遮断器が開成した位置にある場合は、補助スイッチが上
方位置に入れられそして論理１をインバータ１５へ印加
する。

従ってインバータ１５の論理０出力がインバータ１６に
よって論理１に反転されそしてアントゲ−）Ａｌ ｌに
印加される。

この論理１はオアゲー）Ｒ５からの論理１人力と合成さ
れてアンドゲートＡ１１に論理１出力を持たせる様にす
る。

アンドゲートＡ１１の論理１出力は報知器９７を点灯し
そしてオアゲートＲ３を経て警報器を付勢する。

この系統に於いては、報知器が次の表に従ってとられる
べき適正な動作を操作者に指示する。

報知器９７は、開成位置にあり且つ接地系統に於いて作
動している遮断器の１つの遮断器真空漏れに対して従う
べき命令の適正な組を操作者に指示する。

開成位置にある代りに遮断器が閉成位置にある場合は補
助スイッチが下方位置にあって論理０信号をインバータ
■５０入力に印加する。

従インバータ■５の論理１出力がアンドゲートＡ１２に
印加される。

この論理１はオアグー）Ｒ５からの論理１人力と合成さ
れるアントゲ−）Ａ１２の出力を論理１にせしめる。

アンドゲートＡ１２の論理１出力は報知器９６を点灯し
そしてオアグー）Ｒ３を経て警報器を付勢する。

この報知器９６は、閉成位置にあり且つ接地系統に於い
て作動している遮断器の１つの遮断器真空漏れに対して
従がわねばならない命令の適正な組を操作者に指示する
。

電源系統が非接地式のものである場合には、スイッチＳ
１が上方位置にあり、論理１信号をインバータ■４０入
力に印加する。

従ってインバータ■４の論理Ｏ出力がインバータ■３に
印加されてその出力を論理１にせしめる。

この論理１がアントゲ−）Ａ８に印加される。

前記したように１つの遮断器漏れに対してはオアグー）
Ｒ１の出力が論理１でありそしてオアグー）Ｒ２の出力
が論理Ｏである。

オアゲートＲ１の論理１出力は直接的にアントゲ−）Ａ
８に印加されそしてＲ２の論理０出力はインバータ■２
によって論理１に反転されそしてアンドゲートＡ８に印
加される。

従ってアントゲ−）Ａ８の３つの入力の各々が論理ルベ
ルにありそしてその出力は論理１である。

アンドゲートＡ８のこの論理１出力は図示されたように
アンドゲートＡ９及びＡ１０に印加される。

遮断器が開成位置にある場合は補助スイッチが論理１を
インバータ■５へ印加する。

このインバー タＩ ５ （ｒ）ｂ理０出力はインバー
タ１６によって論理１に反転されそしてアンドゲートＡ
９に印加サレる。

この論理１はアンドゲートＡ８からの論理１人力と合成
されてアントゲ−）Ａ９に論理１出力を持たせるように
する。

アンドゲートＡ９のこの論理１出力は報知器９９ヤ点灯
しそしてオアグー）Ｒ３を経て警報器を付勢する。

報知器９９は、開成位置にあり且つ非接地系統に於いて
作動している遮断器の１つの遮断器真空漏れに対して従
うべき命令の適正な組を操作者に指示する。

開成位置にある代りに遮断器が閉成位置にある場合は補
助スイッチが論理Ｏ信号をインバータエラ０入力に印加
する。

インバータＩ５の論理１出力はア／トゲ−）ＡＩ Ｏに
印加される。

この論理１出力はアントゲ−）Ａ８からの論理１人力と
合成されてアンドグー）Ａ１０の出力を論理１にせしめ
る。

アントゲ−）Ａｌ Ｏのこの論理１出力は報知器９８を
点灯しそしてオアゲートＲ３を経て警報器を付勢する。

この報知器９８は、閉成位置にあり且つ非接地系統に於
いて作動する遮断器の１つの遮断器真空漏れに対して従
うべき命令の適正な組を操作者に指示する。

多数の遮断器の真空漏れが生じた場合の真空漏れ検出制
御論理回路の作動を以下に説明する。

遮断器７６及び７７が真空を失ったと仮定する。

この多数の遮断器の真空漏れが３つの全部の遮断器であ
るか又は３つのうちのいずれか２つである場合の真空漏
れ検出制御論理回路の一般的な作動については以下の説
明より明らかとなろう。

真空式回路遮断器７６及び７７が共に真空を失ったとす
れば１両真空センサ８１及び８２がｂ埋１出力にならね
ばならない。

真空センサ８１及び８２の論理１出力はカブラ８７及び
８８の出力をも論理ルベルにせしめる。

カブラ８７及び８８の論理１出力はアーク指示器９２及
び９３を点灯して遮断器に於ける真空の損失を指示する
。

これらの出力はアントゲ−）ＡＩ及びＡ２の入力に印加
される。

閉成信号も開成信号もないと仮定すれば、オアゲートＲ
４の入力は共に論理Ｏレベルである。

それにより生じるオアゲートＲ４の論理Ｏ出力はインバ
ータ１１によって論理１に反転され、そしてアントゲ−
）ＡＩ 、Ａ２ 、Ａ３の入力に印加される。

従ってアンドゲートＡ１及びＡ２は論理１出力を持つ。

遮断器７８も真空を失ったとすれば、アンドゲートＡ３
も論理１出力を持つことになる。

゛アンドゲートＡ１及びＡ２の論理１出力はアンドゲー
トＡ４の入力に印加され、その出力を論理１にせしめる
。

アンドゲートＡ４のこの論理１出力はオアグー）Ｒ２の
入力に印加されてその出力を論理１にせしめる。

多数の遮断器の真空漏れは常にオアグー）Ｒ２の出力を
論理１にせしめるということに注意されたい。

Ｒ２の論理１はオアゲートＲ５に印加されてその出力を
論理１にせしめる。

Ｒ５のこの論理１出力は図示したようにアントゲ−）Ａ
ｌ ｌ及びＡ１２に印加される。

遮断器が開成位置にある場合には、補助スイッチが位置
１にありそして論理１をインバータ■５に印加する。

インバータエ５の論理０出力はインバータ■６に印加さ
れる。

インバータ■６の論理１出力はオアグー）Ｒ５の論理１
出力に合成されてアンドゲートＡ１１に論理１出力を持
たせるようにする。

アントゲ−）Ａ１１のこの論理１出力は報知器９７を点
灯しそしてオアゲートＲ３を経て警報器を付勢する。

報知器９７は、開成位置にある遮断器の多数の遮断器真
空漏れに対して従うべき命令の適正な組を操作者に指示
する。

開成位置にある代りに遮断器が閉成位置にある場合は、
補助スイッチが論理０をインバータＩ５の入力に印加す
る。

インバータＩ５の論理１出力はオアグー）Ｒ５の論理１
出力と合成されてアンドゲートＡ１２の出力を論理１ｔ
ｋせしめる。

アントゲ−）Ａ１２のこの論理１出力は報知器９６を点
灯しそしてオアゲートＲ３を経て警報器を付勢する。

この報知器９６は閉成位置にある遮断器の多数の遮断器
真空漏れに対して従うべき命令の適正な組を操作者に指
示する。

故障の他の組合せの指示を与える論理回路の動作も前記
の手順によって容易に追従できよう。

前記説明に対する論理的な流れ線図が関連オア及びアン
ドゲートと共に第４図に示されている。

かくして、警報１０１、欠陥遮断器の指示９１゜９２又
は９３、並びに命令の指示９６，９７，９８゜及び９９
を単純な論理手段の組合せにより与える装置が提供され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による真空漏れセンサを組み込んだ真空
式回路遮断器の断面図、第２図は本発明による交流式真
空漏れセンサブリッジの回路図。 第３図は３相電源系統に於いて真空漏れセンサと関連さ
れた指示装置の回路図、第４図は指示装置の動作を示す
フローチャートである。 １１・・・真空包囲体、１９・・・リング状の支持体。 ２１・・・シールド、２２・・・固定電極、２３・・・
接点、２４・・・可動電極、２６・・・ベロー、２７・
・・接点、３１・・・電源ライン、３２・・・接地即ち
戻りライン、３４・・・真空漏れセンサ、３６・・・漏
れ抵抗、３７・・・漂遊容量、４１から４４・・・ブリ
ッジの枝路、５１・・・感知結合回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空包囲体と、この親囲体内にあたりそして直列回
   路接続される１対の分離可能な電極と、これら電極を取
   り巻きそして上記包囲体を金属付着に対して遮蔽する金
   属シールドとを備えた型式の真空式回路遮断器のための
   真空漏れセンサに於いて、４つのアーム及び４つのター
   ミナルを持ったブリッジ回路を備えており、上記アーム
   のうちの１つのアームのグンピーダンスは上記シールド
   と上記電極のうちの少なくとも一方との間の漏れ抵抗及
   び漂遊容量であり、上記電極及び上記シールドは上記ブ
   リッジの隣接するターミナルに接続されており、その他
   のアームのインピーダンスは上記真空式回路遮断器が正
   常の真空状態で作動している時に上記ブリッジを平衡す
   るように選択されており、上記電極に接続された上記ブ
   リッジのターミナルを自む上記ブリッジの１対の対向し
   たターミナルはその作動電圧を直接的に且つ連続的に導
   出するように上記遮断器を接続する回路に接続され、そ
   して他方のターミナル対に接続されブリッジの不平衡を
   感知し、そして上記真空式回路遮断器の真空が失われた
   ことを指示する出力信号を与える手段を備えていること
   を特徴上する真空漏れセンサ。