JP2000195391A - 遮断器の流体圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】開路動作および閉路動作の圧力上昇を適切に抑
え、小型且つ安価で信頼性の高い遮断器の流体圧駆動装
置を提供する。 【解決手段】本発明の遮断器の流体圧駆動装置は、流体
が封入されたシリンダ４とシリンダ内に摺動可能に配置
されたピストン５と、ピストンを移動させる制御弁と、
加圧された作動流体を供給する流体圧源８と、ピストン
の摺動によって開閉する電路開閉用の接触子１とを備
え、シリンダ操作室７はピストン５が開路動作する方向
に摺動するとシリンダ操作室７の圧力が上昇してピスト
ン動作を緩衝する機能を有する遮断器の流体圧駆動装置
において、バイパス弁５０は、一側がシリンダ操作室７
に接続し，他側が流体圧源８側に接続して設けられ、シ
リンダ操作室と流体圧源８側との圧力差が所定以上にな
ったときに開路するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は遮断器の流体圧駆動
装置に係わり、特に、電力用遮断器の流体圧駆動装置に
好適なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電力用遮断器の流体圧駆動装置
は、特開平８-２８７７８９号公報に示されているよう
に、流体が封入されたシリンダと、前記シリンダ内をシ
リンダ操作室と小受圧面積室とに区分するとともに、前
記シリンダ内に摺動可能に配置されたピストンと、前記
シリンダ内のシリンダ操作室側の作動流体を制御して前
記ピストンを移動させる制御弁と、加圧された作動流体
を小受圧面積室に供給する流体圧源と、前記ピストンの
摺動によって開閉する電路開閉用の接触子とを備え、前
記シリンダ操作室は前記ピストンが前記接触子を開路動
作する方向に摺動すると前記シリンダ操作室の圧力が上
昇してピストン動作を緩衝する機能を有する。この電力
用遮断器は、落雷等の非常時に電力供給系統を保護する
ために設けられており、極めて高速の開路動作が要求さ
れる。このため、ピストンがシリンダ端面に高速で動作
することとなる。この場合、前記シリンダ操作室で絞り
を介して制御弁に連通するために圧力が上昇するダッシ
ュポット室を設けることにより、ピストンを制動させて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、開
路動作の際に、ダッシュポット室の圧力変化が微妙であ
り、ピストンを適度に制動させるための絞りの形状の設
定が困難であり，適度な制動を得ることが困難であっ
た。また、投入動作開始時にシリンダ操作室での圧力が
瞬時に上昇するため、圧力の変動が大きくなり、変動が
繰り返される現象が起きるため、誤動作がおきやすかっ
た。さらには、この圧力変動に対する十分な強度を得る
ため、流体圧駆動装置は大型となり高価な材料を必要と
していた。

【０００４】本発明の目的は、開路動作時および閉路動
作時の圧力上昇を適切に抑え、小型で信頼性の高い遮断
器の流体圧駆動装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の遮断器の流体圧駆動装置は、流体が封入さ
れたシリンダと、前記シリンダ内をシリンダ操作室と小
受圧面積室とに区分するとともに、前記シリンダ内に摺
動可能に配置されたピストンと、前記シリンダ内のシリ
ンダ操作室側の作動流体を制御して前記ピストンを移動
させる制御弁と、加圧された作動流体を小受圧面積室に
供給する流体圧源と、前記ピストンの摺動によって開閉
する電路開閉用の接触子とを備え、前記シリンダ操作室
は前記ピストンが前記接触子を開路動作する方向に摺動
すると前記シリンダ操作室の圧力が上昇してピストン動
作を緩衝する機能を有する遮断器の流体圧駆動装置にお
いて、バイパス弁は、一側が前記シリンダ操作室に接続
し，他側が流体圧源側に接続して設けられ、前記シリン
ダ操作室と前記流体圧源側との圧力差が所定以上になっ
たときに開路するように構成されている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の遮断器の流体圧駆
動装置の一実施例を図１ないし図８を用いて説明する。

【０００７】図１は閉路状態(通電中の状態)を、図２は
開路動作の初期の状態を、図３は開路動作の後期の状態
を、図４は開路状態(遮断した状態)、図５は閉路動作中
の初期の状態を、図６は閉路動作中の後期の状態を、図
７は開路動作中のシリンダ内の圧力変化を、図８は閉路
動作中のシリンダ内の圧力変化をそれぞれ示す。

【０００８】固定接触子１と可動接触子２から成る接点
を開閉する遮断器の流体圧駆動装置３は、ピストン５で
可動接触子２を駆動する流体圧シリンダ４を備え、流体
圧シリンダ４の小受圧面積側６には、流体圧源８から吐
き出されアキュムレータ９に蓄圧された作動流体の供給
圧が常時作用し、シリンダ操作室７を成す大受圧面積側
は、開路用主弁１１と閉路用主弁１２によって高圧の供
給圧側またはリザーバ１０につながる低圧の戻り側に選
択的に接続される。

【０００９】開路用主弁１１は、シリンダ操作室７を低
圧の戻り側に接続して開路動作させるための２方弁であ
る。開路用主弁パイロット室１７には切換弁１３の制御
ポート１４が接続され、弁体１５は、ばね１６の力およ
び開路用主弁パイロット室１７を高圧にしたときに作用
する力によって閉じられ、開路用主弁パイロット室１７
を低圧にしたときにシリンダ操作室７から押し出される
流体の圧力によって開かれる。弁体１５の背面には常に
戻り側に通じて低圧になっている低圧室１８が設けてあ
り、その分だけ開路用主弁パイロット室１７の内径は弁
座１９よりも小径にしてある。但し、閉路状態において
弁座１９から外側に作用する供給圧によって弁を開こう
とする力よりも、開路用主弁パイロット室１７にかかる
供給圧によって弁を閉じようとする力の方が大きくなる
ように構成してある。

【００１０】閉路用主弁１２はシリンダ操作室７を高圧
の供給側に接続して閉路動作させるための２方弁であ
り、弁体２０とピストン２１を有する。弁体２０にはば
ね２２の力が、ピストン２１にはばね２３の力がそれぞ
れ作用しており、ばね２２はばね２３よりも大きな力を
発生している。閉路用主弁パイロット室２４には開路用
主弁パイロット室１７と同様に切換弁１３の制御ポート
１４が接続される一方、弁体２０の背面には導通孔２５
を介してシリンダ操作室７を接続した弁室につながる補
助室２６が設けてある。弁座２７の直径は、閉路用主弁
パイロット室２４の内径すなわちピストン２１の外径よ
りも小さく、かつ、補助室２６の内径よりも大きくして
ある。従って、弁体２０は、閉路用主弁パイロット室２
４を低圧にすれば、ばね２２とばね２３の力の差と、弁
座２７と補助室２６の径差の部分に作用する供給圧によ
る力、および、補助室２６に作用する圧力による力によ
って閉じられ、閉路用主弁パイロット室２４を高圧にす
れば、ここで発生する力によって開かれる。

【００１１】切換弁１３は、切換弁パイロット室２８を
閉路用パイロット弁３７および開路用パイロット弁３９
によって高圧または低圧に選択的に切り換えることによ
り、開路用主弁パイロット室１７および閉路用主弁パイ
ロット室２４に通じる制御ポート１４を、高圧の供給側
につながる供給側弁室２９または低圧の戻り側につなが
る戻り側弁室３０のいずれかに接続する２位置３方弁で
ある。弁体３１の円筒部３２は供給側弁座３３よりも小
径にして円筒部３２の背面を戻り側に開き、切換弁パイ
ロット室２８の受圧面積は、戻り側弁座３４と円筒部３
２の径差の部分の受圧面積よりも大きくなるように構成
してある。さらに、切換弁パイロット室２８は絞り３５
を経て制御ポート１４を有する弁室に接続されている。

【００１２】尚、切換弁３１の円筒部３２の背面には保
持機構３６が設けてある。この機構は、流体圧がないと
きに弁体３１を機械的に保持するためのものであり、流
体圧による通常の動作には影響を及ぼさない程度の保持
力にしてある。

【００１３】閉路用パイロット弁３７および開路用パイ
ロット弁３９は、ともに開路用ソレノイド３８または閉
路用ソレノイド４０を励磁すると開き、励磁を解くとば
ね力で閉じる構成の２方弁であり、両者は間に逆止弁４
１を挟んで直列に接続してある。開路用パイロット弁３
９の１次側は高圧の供給側に、開路用パイロット弁３９
の２次側は逆止弁４１を経て閉路用パイロット弁３７の
１次側および切換弁パイロット室２８に、閉路用パイロ
ット弁３７の２次側は低圧の戻り側に接続している。

【００１４】さらに、逆止弁４１の背面にはアンチポン
ピングピストン４２とばね４３が設けてあり、ばね４３
は常に低圧の戻り側に通じる部屋に設けてある。また、
開路用パイロット弁３９の２次側には絞り４５と絞り４
６を経て戻り側に至る管路が設けてあり、絞り４５と絞
り４６の間がアンチポンピングピストン操作室４４に接
続している。従って、アンチポンピングピストン４２
は、操作室４４に作用する圧力によって逆止弁４１を閉
じ、ばね４３の力によってこれを開放する。

【００１５】バイパス弁５０は、弁体５１とばね５２か
ら構成され、一側がシリンダ操作室７に接続し，他側が
流体圧源８の側に接続されている。弁体５１は流体圧源
８側の圧力及びばね力を受けて前記バイパス弁５０を閉
じるように設置される。シリンダ操作室７は、動作時に
その一部がダッシュポット室５３を形成する。

【００１６】次に、本実施例の動作を説明する。

【００１７】上記の構成により、図１の閉路状態では、
シリンダ操作室７、開路用主弁パイロット室１７と閉路
用主弁パイロット室２４、切換弁パイロット室２８、閉
路用パイロット弁３７と開路用パイロット弁３９の１次
側、逆止弁４１の２次側は全て高圧であり、全ての弁は
閉じている。

【００１８】この状態において開路指令が発せられる
と、図２に矢印で示すように、開路用ソレノイド３８が
励磁されて開路用パイロット弁３７が押し開かれ、切換
弁パイロット室２８が低圧の戻り側に接続されるので、
切換弁１３が供給側弁室２９と制御ポート１４を有する
弁室に作用する高圧によって開路操作状態に切り換わ
る。従って、制御ポート１４およびこれに接続する開路
用主弁パイロット室１７が戻り側に接続して低圧になる
ため、開路用主弁１１は流体圧シリンダ４のシリンダ操
作室７から作用する高圧によって開いてシリンダ操作室
７を戻り側へ接続し、ピストン５と可動接触子２が開路
動作を開始する。その後は、シリンダ４の小受圧面積側
６にかかる高圧によってシリンダ操作室７の流体が押し
出される際に開路用主弁１１の前後に発生する圧力差に
よって開路用主弁１１は開いた状態を保ち、図３に示す
開路状態に至る。開路動作の後半では、シリンダ操作室
７で絞り５４を介して前記制御弁に連通するために圧力
が上昇するダッシュポット室５３が形成される。その
際、ダッシュポット室５３の圧力上昇がばね力と、供給
圧による弁体を閉じる力以上になるとバイパス弁５０は
開路する。開路動作が終了すると、ダッシュポット室５
３は絞り５４を介して戻り側へ抜けるため、圧力が低下
しバイパス弁５０は閉路する。また、シリンダ操作室７
から戻り側への流れが止まるので、開路用主弁１１前後
の圧力差がなくなるから、開路用主弁１１はばね１６に
よって閉じられる。一方、開路用ソレノイド３８の励磁
が解かれるので、開路用パイロット弁３７もばね力によ
って閉じ、再び全ての弁が閉じた状態となる。

【００１９】この際、切換弁パイロット室２８は、既に
低圧になった制御ポート１４に絞り３５を介して接続し
ているので、開路用パイロット弁３７が閉じても低圧に
保たれ切換弁１３を開路操作状態に保持する。

【００２０】尚、開路用主弁パイロット室１７とともに
閉路用主弁パイロット室２４も低圧になるので、閉路用
主弁１２のピストン２１が一旦上方へ動き、開路動作が
終了するとばね２３によって下方へ戻るが、閉路用主弁
１２は始めから閉じており、ピストン２１だけが動いて
も閉じたままなので上記の開路動作には影響しない。

【００２１】開路動作のときのダッシュポット室５３の
圧力変化を図に７示す。横軸が時間、縦軸が圧力変化を
示し、ダッシュポット室５３の圧力を１０１、供給圧を
１０２で示す。制御弁が切り換わることにより、ダッシ
ュポット室５３の圧力１０１は減少する。そしてピスト
ンの開路動作の終端手前で制動のために圧力が上昇し、
所定圧力以上となると、バイパス弁が開き一定圧力が維
持される。開路動作が終了すると、圧力はリザーバ側に
抜けるため低圧になる。

【００２２】次に、図４の開路状態において閉路指令が
発せられると、図５に示すように、閉路用ソレノイド４
０が励磁され、閉路用パイロット弁３９が押し開かれて
供給側に接続している１次側から２次側へ流入し、逆止
弁４１を押し開いて、切換弁パイロット室２８を高圧に
して切換弁１３を閉路操作状態に切り換える。従って、
制御ポート１４およびこれに接続する閉路用主弁パイロ
ット室２４が高圧になるため、閉路用主弁１２のピスト
ン２１と弁体２０が下方に動いて弁を開き、シリンダ操
作室７を高圧側に接続し、ピストン５と可動接触子２は
閉路動作を開始する。この際、シリンダ操作室７は、シ
リンダ動作開始時に瞬時に高圧となる。このとき、バイ
パス弁５０は、このシリンダ操作室７の圧力上昇が弁体
を閉じる力以上になると開路する。ピストン動作中は、
シリンダ操作室７の圧力は供給圧よりも低下し、そのた
めバイパス弁５０は閉路する。シリンダ操作室７の圧力
上昇とともに導通孔２５を経て補助室２６の圧力も高ま
るが、ピストン５が動いている間は供給圧までは上昇し
ない。すなわち、小受圧面積側６に作用する供給圧、可
動接触子等の質量、ピストン５周囲のパッキンの摩擦力
等の負荷に打ち勝ってピストン５を駆動するに足るだけ
の圧力がシリンダ操作室７に生じ、この圧力は概ね小受
圧面積側６とシリンダ操作室７の受圧面積の比で決まる
が、シリンダ操作室７の方が受圧面積が大きいのでこの
圧力は供給圧よりも低い値となる。従って、この圧力で
はピストン２１は閉路用主弁パイロット室２４に作用す
る供給圧とばね２３の力によって下方に押されており、
この力は補助室２６やばね２２から上方に作用する力よ
りも大きくなるように構成してある。よって、ピストン
５の閉路動作中、閉路用主弁１２は開いた状態に保た
れ、閉路動作を継続する。

【００２３】この際、切換弁１３が閉路操作状態に切り
換わると、開路用主弁パイロット室１７も高圧になる
が、開路用主弁１１は動作開始前から閉じており、弁を
閉じる力が増すだけなので何ら動作に影響は与えない。

【００２４】一方、図６に示すように、閉路用パイロッ
ト弁３９が開いて２次側が高圧になると、アンポンピン
グピストン操作室４４の圧力が絞り４５と４６によって
決まる圧力まで高まり、この圧力によってアンチポンピ
ングピストン４２は逆止弁４１の２次側の高圧による力
に打ち勝って左方へ動き逆止弁４１を押して閉じる。し
かし、既に切換弁１３は閉路操作状態に切換わり制御ポ
ート１４を有する弁室は高圧になっているので、絞り３
５を介してここに接続された切換弁パイロット室２８は
逆止弁４１が閉じても高圧に保たれ閉路操作状態を保持
する。同様に、閉路用ソレノイド４０の励磁が解かれて
閉路用パイロット弁３９が閉じても切換弁１３は閉路操
作状態を保持する。

【００２５】そして、閉路動作が終了してピストン５が
停止し流れが止まると、シリンダ操作室７、導通孔２
５、補助室２６が供給圧まで高まるので、ばね２２の力
によって弁体２０とピストン２１を押し上げて閉じる。
また、閉路用パイロット弁３９と逆止弁４１が閉じる
と、これらの間にあった圧力は絞り４５と４６を介して
戻り側へ抜け、次第に低圧になるので、アンチポンピン
グピストン４２はばね４３によって右方へ戻される。こ
れら一連の動作の結果、図１に示した閉路状態に至る。

【００２６】閉路動作時のシリンダ操作室７の圧力変化
を図８に示す。シリンダ操作室の圧力変化２０１に示す
ようにサージ圧力が立つがバイパス弁５０が開くことに
より、所定圧力以上にはならない。そして、ピストン動
作中は供給圧よりも低下するためバイパス弁５０が閉路
し、動作が完了すると供給圧になる。

【００２７】本実施例によれば、以下の効果が得られ
る。

【００２８】まず、遮断器ではきわめて高速の開路動作
が要求されるため、ピストン５は極めて高速で動作する
が、これを適度に制動しなければならない。しかし、本
実施例によれば、バイパス弁５０により、ばね力と供給
圧による弁体５１を閉じる力を容易に設定できるため、
制動時のダッシュポット室の圧力を所望の値に設定で
き、適度な制動を得ることができ、信頼性の高い遮断器
の流体圧駆動装置とすることができる。

【００２９】また、閉路動作時には、シリンダ操作室の
圧力が瞬時に上がるろうとするが、その圧力が所定圧力
以上になると、バイパス弁５０によりシリンダ操作室７
の圧力を逃がすことができるため、サージ圧の発生を容
易に抑えることができる。そのため主弁での誤動作を防
ぐことができ、信頼性の高い遮断器の流体圧駆動装置と
することができる。また、サージ圧の発生を小さくする
ことができるので、装置の応力を下げることができ、小
型で安価な流体圧駆動装置とすることができる。

【００３０】次に、本発明の他の実施例を図９を用いて
説明する。

【００３１】本実施例は、バイパス弁５０で示したばね
を用いたものではなく、図９に示すバイパス弁６０を用
いてもよい。このバイパス弁６０は一側がシリンダ操作
室７に接続し，他側が流体圧源８の側に接続して設けら
れ、流体圧源８の側に接続された弁室から受ける部分の
受圧面積がシリンダ操作室側に接続された弁室から受け
る部分の受圧面積よりも大きくなるように構成してい
る。図９は閉路状態を示している。

【００３２】バイパス弁５０をバイパス弁６０に変えた
点以外は、図１ないし図８に示した実施例とすべて同じ
構成である。本実施例の動作を説明する。バイパス弁６
０は、流体圧源側に接続されている弁室６３からの受圧
部分で受ける力よりも、シリンダ操作室側に接続された
弁室６２から受ける部分の受圧部分で受ける力よりも、
大きくなったときに開路する。そのほかの動作は前述の
実施例と同じである。

【００３３】また、バイパス弁５０あるいはバイパス弁
６０をシリンダの外につける必要はなく図１０のように
ピストン内部に収めたものであってもよい。動作は前述
の実施例と同じである。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、シリン
ダ操作室と流体圧源側とに接続し、シリンダ操作室と流
体圧源側との圧力差が所定以上になったときに開路する
バイパス弁を設けることにより、開路動作時および閉路
動作時の圧力上昇を適切に抑えることができ、そのた
め、小型且つ安価で、信頼性の高い遮断器の流体圧駆動
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の遮断器の閉路状態を示す
構成図である。

【図２】同遮断器の開路動作中の初期の状態を示す構成
図である。

【図３】同遮断器の開路動作中の後期の状態を示す構成
図である。

【図４】同遮断器の閉路状態を示す構成図である。

【図５】同遮断器の閉路動作中の初期の状態を示す構成
図である。

【図６】同遮断器の閉路動作中の後期の状態を示す構成
図である。

【図７】同遮断器の開路動作中のシリンダ操作室内の圧
力変化示す図である。

【図８】同遮断器の開路動作中のシリンダ操作室内の圧
力変化示す図である。

【図９】本発明の第二実施例の遮断器を示す構成図であ
る。

【図１０】本発明の第三実施例の遮断器を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１・・・固定接触子、２・・・可動接触子、３・・・流体圧駆動
装置、４・・・流体圧シリンダ、５・・・ピストン、６・・・小
受圧面積室、７・・・シリンダ操作室、８・・・流体圧源、１
１・・・開路用主弁、１２・・・閉路用主弁、１３・・・切換
弁、５０・・・バイパス弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 勝 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大門 五郎 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 武田 康秀 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 河本 英雄 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体が封入されたシリンダと、前記シリン
   ダ内をシリンダ操作室と小受圧面積室とに区分するとと
   もに、前記シリンダ内に摺動可能に配置されたピストン
   と、前記シリンダ内のシリンダ操作室側の作動流体を制
   御して前記ピストンを移動させる制御弁と、加圧された
   作動流体を小受圧面積室に供給する流体圧源と、前記ピ
   ストンの摺動によって開閉する電路開閉用の接触子とを
   備え、前記シリンダ操作室は前記ピストンが前記接触子
   を開路動作する方向に摺動すると前記シリンダ操作室の
   圧力が上昇してピストン動作を緩衝する機能を有する遮
   断器の流体圧駆動装置において、一側を前記シリンダ操
   作室に接続し，他側を流体圧源側に接続してバイパス弁
   を設け、バイパス弁は、前記シリンダ操作室と前記流体
   圧源側との圧力差が所定以上になったときに開路するよ
   うに構成したことを特徴とする遮断器の流体圧駆動装
   置。
2. 【請求項２】前記バイパス弁は、弁体とばねで構成さ
   れ、前記弁体は流体圧源側の圧力及び前記のばね力を受
   けて前記バイパス弁を閉じるように設置され、前記シリ
   ンダ操作室の圧力が弁体を閉じる力以上になると開路す
   るように構成しことを特徴とする請求項１記載の遮断器
   の流体圧駆動装置
3. 【請求項３】前記ピストンが前記接触子を開路動作する
   ように摺動した際に、動作終端付近において作動流体が
   高圧に圧縮されるように，前記ピストンと前記シリンダ
   内壁により構成されるダッシュポット室と、バイパス弁
   は、一側が前記ダッシュポット室に接続するように構成
   されたことを特徴とする請求項１記載の遮断器の流体圧
   駆動装置。
4. 【請求項４】前記弁体は流体圧源側に接続された弁室か
   ら受ける部分の受圧面積がシリンダ操作室側に接続され
   た弁室から受ける部分の受圧面積よりも大きくなるよう
   に構成したことを特徴とする請求項１記載の遮断器の流
   体圧駆動装置
5. 【請求項５】前記バイパス弁は前記ピストンの内部に設
   置したことを特徴とする請求項１記載の遮断器の流体圧
   駆動装置。