CN104395980B - 开闭器 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供一种防止电极表面的粗糙、可靠性高的开闭器。为了解决上述课题，本发明的特征在于具备多个开闭部(2、3)，所述多个开闭部(2、3)分别具备固定电极和可动电极，所述可动电极与所述固定电极对置配置，并且相对于固定电极而合闸或者分闸，多个开闭部(2、3)进行流过开闭器的电流的接通以及切断，多个开闭部(2、3)电串联连接，并且多个开闭部(2、3)形成为在一个开闭部(3)合闸之后，其他开闭部(2)合闸。

Description

开闭器

技术领域

本发明涉及开闭器，尤其涉及串联配置多个开闭部的开闭器。

背景技术

对于新干线等高速铁路，为了获得大功率，采用了交流电气化方式。因为从各变电站提供电力，所以存在用于区分不同的电源的段(section)。在图11中示出具体的结构。为了区别两个电源G1、G2，到处配置中段100。中段100的长度被设定为大约1km。在列车101通过中段100时，首先，使分段开闭器VS1接通(ON)对中段100进行预先充电。在列车101正在通过中段100的期间，使分段开闭器VS1切断(OFF)、使分段开闭器VS2接通，将中段100的充电电源从G1切换到G2。将这期间的无电时间抑制为0.05～0.3秒左右，列车101不进行惯性运动而能够维持高速状态下通过中段100。另外，在列车101通过了中段100后，使分段开闭器VS2切断。

这里，虽然与上述那样的面向高速铁路的开闭器不同，但是作为现有开闭器，存在例如专利文献1中所记载的装置。该专利文献中记载了一种直流电流切断用的直流断路器，该直流断路器对于直流电源和成为负载的电抗器，具有多个通电用的真空断路器、和与它们并联配置的切断用的真空断路器，该切断用的真空断路器配置为分别串联配置。在该专利文献中，分离设置了通电用的真空断路器和切断用的真空断路器，在通电时，使切断用的真空断路器分闸，并且使通电用的真空断路器合闸(閉極)来进行通电。另一方面，在切断时，使切断用的真空断路器接通，之后使通电用的真空断路器分闸(開極)从而转流到切断用的真空断路器之后，使串联配置的切断用的真空断路器依次开路，利用按照给定时间常数的衰减，使直流电流最终为零，所述给定时间常数是基于与该切断用的真空断路器并联设置的电阻和电抗器的串联电路的时间常数。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平5-81973号公报

发明内容

发明要解决的课题

对于分段开闭器VS1、VS2，进行上述的使用方法的情况下，存在下述问题。分段开闭器VS2在列车101正在通过的期间接通从而接通负载电流。另一方面，切断时，列车101已经通过了中段100，在无负载状态下进行切断。若反复负载电流的接通，则由于先行放电而导致开闭器内的电极表面成为粗糙的状态。若切断负载电流，则通过切断时的电弧，电极表面被平滑化，但在VS2的情况下，由于反复进行负载接通-无负载切断，因此电极表面的粗糙逐渐进展，耐电压有可能降低。若分段开闭器VS2的极间闪络，则电源G1和电源G2短路，成为重大事故，妨碍列车的运行。

另一方面，根据上述专利文献1，原本就没有考虑过电极表面的粗糙。

因此，在本发明中，目的是提供一种防止电极表面的粗糙、可靠性高的开闭器。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明所涉及的开闭器中具备多个开闭部，所述多个开闭部分别具备固定电极和可动电极，所述可动电极与所述固定电极对置配置，并且相对于所述固定电极而合闸或者分闸，所述多个开闭部进行流过开闭器的电流的接通以及切断，所述多个开闭部电串联连接，并且所述多个开闭部形成为在一个开闭部合闸之后，其他开闭部合闸。

发明效果

根据本发明，能够提供一种防止电极表面的粗糙、可靠性高的开闭器。

附图说明

图1是实施例1所涉及的开闭器的后视图。

图2是实施例1所涉及的开闭器的侧剖视图。

图3是实施例1所涉及的开闭器中的操作部的整体构造图。

图4是实施例1所涉及的开闭器中的操作部的电磁铁的剖视图。

图5是用于驱动实施例1所涉及的开闭器中的两个电磁铁的控制电路图。

图6是实施例1所涉及的开闭器中的两个真空阀的动作定时的说明图。

图7是实施例2所涉及的开闭器的后视图。

图8是实施例2所涉及的开闭器的操作部的整体构造图。

图9是表示实施例2所涉及的开闭器的接通时的行程特性的图。

图10是实施例3所涉及的开闭器的侧剖视图。

图11是用于说明分段开闭器的作用的图。

具体实施方式

以下，使用附图来说明实施本发明时优选的实施例。但是，下述只不过是实施的示例，发明内容不限定于下述具体的形态。当然，包括下述形态在内，本发明能够变形为各种各样的形态。

【实施例1】

使用图1至图6来说明实施例1所涉及的开闭器。如图1以及图2所示，开闭器1具备内部为真空的真空阀2、3和具有电磁铁的操作器部(在实施例中，将真空阀2和切断用真空阀2、真空阀3和断路用真空阀3分别作为等同的名称来称呼)。

在真空阀2、3的内部，收纳有由固定电极和可动电极这两个电极构成的电极对4、5，可动电极与固定电极对置配置，并且相对于固定电极进行合闸或者分闸，通过维持真空状态的情况下使电极对4、5分闸或者合闸(接离)，从而实现电路的接通以及切断。切断用真空阀2具有电流的切断功能，断路用真空阀3具有耐浪涌功能。在真空阀2、3的上部，分别固定有用于连接电源或者负载的导体6、7。另一方面，在真空阀2、3的下部，与可动侧的电极连接并且贯通真空阀2、3而配置的可动导体8、9，延伸到真空阀的外部，分别与集电器(集電子)10、11电连接。集电器10、11固定在导体12、13，并且该导体12、13通过联结导体14进行连接。即，切断用真空阀2和断路用真空阀3通过联结导体14进行串联连接。可动导体8联结于绝缘操作杆46，该绝缘操作杆46联结于与该绝缘操作杆46以及轴40联结的接压弹簧42。另一方面，可动导体9联结于绝缘操作杆47，该绝缘操作杆47联结于与该绝缘操作杆47以及轴41联结的接压弹簧43。而且，轴41与电磁铁22连接。

此外，切断用真空阀2和断路用真空阀3分别被绝缘体15、16覆盖周围，隔着该绝缘体15、16固定于电磁铁侧的壳体17，确保了对于高电压的绝缘性能。

接下来，对切断用真空阀2和断路用真空阀3的操作部进行说明。对于切断用真空阀2和断路用真空阀3，分别联结个别的电磁铁21、22。如图3所示，在壳体17的内部，在其下部收纳有电磁铁22，隔着支承板48在上部收纳有电容器50、51以及控制基板52。电容器50、51分别并联连接于控制基板52，并经由控制基板52与电磁铁21、22连接。在电磁铁21的下部配置了截止弹簧44，该截止弹簧44根据后述的非磁性体杆34的位置，进行蓄势或者开放。同样地，在电磁铁22的下部也配置了截止弹簧45，该截止弹簧45根据电磁铁22所具备的非磁性体杆34的位置，进行蓄势或者开放。

在图4中示出电磁铁21、22的剖视图。在本实施例中，作为电磁铁21、22，使用了相同的电磁铁，由于具有相同的结构，因此一起进行说明。电磁铁21、22构成为，堆叠：下部铁板23；筒状的钢管24，其与下部铁板23的外径侧端部抵接，并且设置在该下部铁板23的上方，配置为覆盖后述的线圈29的外侧；永磁铁架25，其与钢管24的上侧抵接，配置在钢管24以及线圈29的上方；筒状的钢管26，其设置在永磁铁架25外径侧端部的上方；和上部铁板27，其设置在钢管26的上侧，成为对于钢管26的盖状部件，并在内部收纳有：线圈29，其配置在钢管24的内径侧；中央腿28，其配置在相较于线圈29的内径侧，并且配置在下部平板23的上侧；T字型的可动铁芯31，其配置在该中央腿28的上侧；和永磁铁30，其配置在所述永磁铁架25的上侧。T字型的可动铁芯31由配置在中央腿28的上方的柱塞(plunger)32、和配置在相较于柱塞32的上侧的可动平板33构成，永磁铁30成为由可动平板33和永磁铁架25从上下夹持。而且，在可动铁芯31以及中央腿28的中心，不锈钢等的非磁性体的杆34在高度方向上贯穿。该杆34在电磁铁21、22的下部侧的外部分别联结于轴40、41。

在图4中示出接点对处于接通状态时的电磁铁21、22的状态。永磁铁30产生的磁通量沿永磁铁30-可动平板33-柱塞32-中央腿28-下部铁板23-钢管24-永磁铁架25-永磁铁30的路径流过，使柱塞32-中央腿28间以及可动平板33-永磁铁30间产生吸引力。本图所示的状态示出了接通了电磁铁21、22的状态，用于向电极提供接触力的接压弹簧42、43(图1记载)和用于使电磁铁21、22分闸的截止弹簧44、45(图3记载)成为蓄势的状态，通过永磁铁30的吸引力而保持该状态。

若对电磁铁21、22的动作进行说明，则在使电磁铁21、22执行接通动作时，使线圈29励磁为与永磁铁30产生的磁通量成为相同方向。另一方面，在使其分闸的情况下，向与接通时相反的方向进行励磁，消除永磁铁30产生的磁通量，利用接压弹簧42、43以及截止弹簧44、45的力进行动作。

这里，对于线圈29的励磁，利用电容器50、51的充电能量。在图5中示出控制基板52的电路结构。电容器50、51经由二极管66相对于充电电路61预先并联连接，并且分别预先构成为相对于另一方能够独立放电。电容器50、51经由用于变换接通时、分闸时的励磁方向的电路62、63与线圈29连接。在各电容器50、51与电路62、63之间设置了主开关64、65，若闭合主开关64，则电容器51、电路62、电磁铁21的线圈29形成闭合电路，电容器51开始放电，但由于设置有二极管66，因而电容器50不放电。相反，若闭合主开关65，则电容器50、电路63、电磁铁22的线圈29形成闭合电路，电容器50开始放电，但由于设置有二极管66，因而电容器51不放电。如此，通过切换主开关64、65的开闭，能够控制在各电磁铁21、22各自的线圈29中使电容器充电能量进行放电的定时，即，能够控制切断用真空阀2和断路用真空阀3的开闭定时。

具体而言，如图6那样设定定时。即，在接通(ON)时，在切断用真空阀2之前，使断路用真空阀3接通(合闸)，之后接通切断用真空阀2。因为两真空阀内的接点对串联配置，所以实际上将电源与负载连接是后接通的切断用真空阀2的接通时。另一方面，在切断(OFF)时，在切断用真空阀2开始了分闸动作之后，使断路用真空阀3开始分闸动作。

接下来，对本发明的效果进行说明。对于图11所示的分段开闭器VS1、VS2，一般使用真空开关，而在上述的使用方法的情况下，对于VS2，由于反复进行负载接通-无负载切断，因此电极表面的粗糙逐渐进展，耐电压有可能降低。与此相对，根据本实施例所涉及的开闭器1，断路用真空阀3会总是在无负载状态下进行接通/切断，从而电极表面的粗糙仅限定于切断用真空阀2，对于断路用真空阀3的绝缘性能，能够维持初始状态。另外，对于切断用真空阀2的电极对，如JP特愿2012-059632所示那样，能够通过在接触面配置作为低浪涌材料的Ag-W-C系材料来提高切断性能，进一步优先在确定(集中)了电极表面的粗糙发生的部位的基础上，在该部位配置电极表面的粗糙难以发生的材料。由于分段开闭器中的极间闪络会造成使不同的电源短路的重大事故，因此通过本实施例所说明的开闭器来提高绝缘可靠性，意义重大。另外，关于电极表面的粗糙，由于尤其负载接通的影响较大，因此对于分闸动作，也可以不设为使断路器先开始分闸而切断器最后开始分闸那样的定时，而仅接通动作时使动作定时错开。

此外，为了避免接通动作中的断路用真空阀3的先行放电，期望使动作时间错开10ms以上以充分确保串联连接的切断用真空阀2的极间距离。这里，采用10ms以上指的是至少经过一次50Hz的半周期的时间的情况，通过经过所涉及的期间，从而至少越过一次电压峰值。在进行一般化方面，只要使动作时间错开交流频率的半周期以上即可，即，对于交流频率X[Hz]的电源，使动作时间错开(1×10³)/(2×X)[ms]以上即可。另一方面，对于切断，若假设在切断时电弧点火了1周期，则期望断路用真空阀3相较于切断用真空阀2延迟20ms以上进行分闸。这里，采用20ms以上指的是至少经过一次50Hz的一个周期的时间的情况，这是因为通过经过所涉及的期间，从而通过电压的零点，可以认为能切断交流电流的缘故。对于进行一般化，只要使动作时间错开交流频率的一个周期以上即可，即，对于交流频率X[Hz]的电源，使动作时间错开(1×10³)/X[ms]以上即可。

此外，在本实施例中说明了将电磁铁21、22用于操作部的情况，但是实现如下1)、2)的一方或者双方的情况并不限于电磁铁，利用电动弹簧操作部、空气操作等，也能够实现同样的效果，这是毋庸置疑的，即：1)在接通(合闸)时，使断路用真空阀3相较于切断用真空阀2先接通(合闸)，使切断用真空阀2后接通；2)对于分闸时，断路用真空阀3先开始分闸，切断用真空阀2最后开始分闸。

根据本实施例，形成为多个开闭部电串联连接，进而对于该多个开闭部，在成为一个开闭部的断路用真空阀3进行了合闸之后，成为其他开闭部的切断用真空阀2进行合闸，所以一方的真空阀(在上述动作中是断路用真空阀3)总是在无负载状态下接通，所以能够提供一种防止电极表面的粗糙、不损害绝缘性能、可靠性高的开闭器。

【实施例2】

使用图7至图9来说明实施例2。在本实施例中，使用共同的轴60和共同的电磁铁61来驱动切断用真空阀2和断路用真空阀3。另外，伴随电磁铁61成为一个，电容器70也采用一种。虽然未图示，但是伴随电容器70成为一种，控制基板52中的电路结构也从二重电路将二极管、主开关减少到一种，成为一重电路。此外电磁铁成为一种，所以按照轴60不倾斜的方式配置在壳体17的中央。对于除此之外的结构，则与实施例1相同，这里省略重复说明。图9中示出接通动作时的行程特性。在本实施例中的开闭器55中，电磁铁61的行程长(准确而言，是根据杆件距离轴60中的旋转轴的长度比，换算为在真空阀侧的移动距离而得到的值)SMAG，与真空阀2的极间距离S1和接压弹簧的压缩量W1之和、以及真空阀3的极间距离S2和接压弹簧的压缩量W2之和相等。

即，若将断路用真空阀3的分闸状态下的极间距离(开闭部中的可动电极以及固定电极之间的距离)设定得比切断用真空阀2的分闸状态下的极间距离短，则成为断路用真空阀3先进行接通，能够取得与实施例1中所说明的效果相同的效果。

根据本实施例，能够进一步减少电磁铁、电容器等的部件个数，此外控制电路也能够简化，能够利用简单的结构来实现。

【实施例3】

使用图10来说明实施例3。在本实施例中，对于实施例2中所说明的结构，沿高度方向来配置切断用真空阀2和断路用真空阀3，从而为了实现设置面积的缩小化。图10若乍一看则似乎与实施例1中的图2相同，但从正面方向或者背面方向来看，电磁铁70仅为一个，并且切断用真空阀2以及断路用真空阀3的水平方向上的占有面积是一个的量(因为在高度方向上堆叠了两个真空阀)，所以实际上成为大约一半的占有面积。

在该情况下，为了将在上下方向上驱动的杆75的力改变为水平方向，使操作部侧链杆部72连接于杆75，在操作部侧链杆部72连接沿水平方向动作的轴71，在轴71中的真空阀侧，设置有夹着轴71上下分支的开闭部侧链杆部74。开闭部侧链杆部74的轴71的另一端侧，连接于两真空阀的可动导体。

此外，对于链杆部等动力传动机构，并不限定于这里所记载的形态，只要在高度方向上配置多个开闭部，并能够在上述的任意一个定时操作开闭部，就能够获得实施例1以及2所说明的效果，并且能够缩小设置面积。

作为所涉及的定时的实现方法，具体而言，可以考虑与实施例2同样地，将分闸状态下的断路用真空阀3的极间距离设定得比分闸状态下的切断用真空阀2的极间距离短，由此成为断路用真空阀3先接通，能够获得与实施例1同样的效果。

另外，当然，不仅是实施例1，对于实施例2以及本实施例，也不是在操作部中必须设置电磁铁。

此外，在上述各实施例中，对于开闭部使用了真空阀，但是并不是非真空阀不可。通过采用真空阀，能够成为小型且高可靠性的装置。

符号说明

1 开闭器

2 切断用真空阀

3 断路用真空阀

21、22 电磁铁

41 轴

42、43 接压弹簧

44、45 截止弹簧

50、51 电容器

52 控制基板

64、65 主开关

SMAG 电磁铁行程

S1、S2 真空阀的极间距离

W1、W2 接压弹簧的压缩量

Claims (7)

1.一种开闭器，其特征在于，

具备多个开闭部，所述多个开闭部分别具备固定电极和可动电极，所述可动电极与所述固定电极对置配置，并且相对于所述固定电极而合闸或者分闸，

所述多个开闭部进行流过开闭器的电流的接通以及切断，

所述多个开闭部电串联连接，

所述开闭器还具备操作所述可动电极的操作部，

所述操作部中具备产生用于操作所述可动电极的驱动力的电磁铁，

所述多个开闭部中的所述可动电极通过从所述电磁铁产生的驱动力进行动作，

所述开闭器还具备：

所述电磁铁所具备的可动元件；和

电容器，其通过对电能进行充电并将所充电的能量进行放电，来使所述可动元件执行操作，

按照所述多个开闭部的每一个设置所述电磁铁，在所述电磁铁与所述电容器之间分别设置开关，

所述开闭器形成为：在产生用于操作一个开闭部中的所述可动电极的驱动力的电磁铁与所述电容器之间设置的所述开关接通之后，在产生用于操作其他开闭部中的所述可动电极的驱动力的电磁铁与所述电容器之间设置的所述开关接通，由此在所述一个开闭部合闸之后，所述其他开闭部合闸，或者，

在产生用于操作所述其他开闭部中的所述可动电极的驱动力的电磁铁与所述电容器之间设置的所述开关接通之后，在产生用于操作所述一个开闭部中的所述可动电极的驱动力的电磁铁与所述电容器之间设置的所述开关接通，由此在所述其他开闭部开始了分闸动作之后，所述一个开闭部开始分闸动作。

2.根据权利要求1所述的开闭器，其特征在于，

所述多个开闭部形成为，在所述其他开闭部开始了分闸动作之后，经过附加于该开闭器的交流频率的一个周期以上的时间后，所述一个开闭部开始分闸动作。

3.根据权利要求1所述的开闭器，其特征在于，

所述操作部为一个，并且所述操作部具有将操作力向所述可动电极侧传递的可动部，

所述开闭器还具备伴随所述可动部的动作进行伸缩的第一弹簧以及第二弹簧，

该第一弹簧向所述一个开闭部中的所述可动电极传递来自所述操作部的驱动力，

所述第二弹簧向所述其他开闭部中的所述可动电极传递来自所述操作部的驱动力，

分闸状态下的所述一个开闭部中的所述可动电极与所述固定电极之间的距离，小于分闸状态下的所述其他开闭部中的所述可动电极与所述固定电极之间的距离。

4.根据权利要求3所述的开闭器，其特征在于，

所述一个开闭部、以及所述其他开闭部沿高度方向排列配置。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的开闭器，其特征在于，

所述开闭器形成为在所述一个开闭部合闸之后，经过附加于该开闭器的交流频率的半周期以上的时间后，所述其他开闭部合闸。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的开闭器，其特征在于，

所述一个开闭部是具有耐浪涌功能的断路部，

所述其他开闭部是具有电流切断功能的切断部。

7.根据权利要求1～4中任意一项所述的开闭器，其特征在于，

所述多个开闭部在内部为真空的真空阀内收纳有所述固定电极以及所述可动电极。