JP2002313195A - 電力用遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遮断器の容量が大きくなっても、遮断器の駆
動手段であるばねのエネルギー効率を高めて小型化を図
る電力用遮断器を提供すること。 【解決手段】 遮断動作が終端に近づくとシリンダ３７
内の流体圧が上昇し、流路３８に放出される。そして、
流体は絞り３９を通過してさらに圧力が上昇してアキュ
ムレータ４１に蓄えられる。投入指令が入力されると投
入ソレノイド２４と逆止め弁４６が励磁され、逆止め弁
４６が開いてアキュムレータ４１に蓄えられた高圧流体
がピストン３６を付勢して遮断ばねの圧縮を補う構成と
した。本発明によれば、エネルギー効率が向上し、投入
ばね力の低減が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電力用遮断器に係
り、特にエネルギー効率を高めて装置全体の小型化を図
るのに好適な電力用遮断器の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力需要の増大のため、電力用遮断器で
は、高速かつ小形軽量化のニーズが高まっており、メン
テナンス性がよく、騒音振動が少なく、安全性に優れて
いる面から、動力手段にばねを用いた駆動装置の需要が
拡大している。

【０００３】このような、ばねを用いた電力用遮断器の
駆動装置あるいは操作装置は、例えば特開平９−１０６
７４２号公報に記載されているように、投入動作時にカ
ムを介して投入ばね力を遮断ばね側に伝達し、遮断ばね
を圧縮しながら接点を閉路する構成となっている。

【０００４】投入動作時には、投入ばね力は最大値から
最小値まで解放され、遮断ばね力を最小値から最大値ま
で圧縮する。ばねとしては一般的に変位と力が線形関係
にある圧縮コイルばねがよく使用されており、遮断ばね
力は遮断性能を満足させるように決められている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ばねの線形性
のために、投入動作開始時には、投入ばね力最大値＞遮
断ばね力最小値とする必要があり、遮断ばね力の圧縮と
接点を駆動するのに必要以上のエネルギを印加してお
り、必ずしも投入ばねのエネルギーを有効利用していな
い。

【０００６】したがって、遮断器の容量を大きくすると
遮断ばね力が大きくなり、そのために投入ばね力も大き
くなるので、部品が大型化し、操作器全体の小型化を図
るのが困難になるという問題があった。

【０００７】なお、特開平１１−１７６２９４号公報で
は、駆動手段のばねを主ばねと補助ばねに分け、動作の
初期は２つのばね力を合成したばね力で接触子の移動速
度を速め、動作の終端では補助ばね力を切り離して接触
子を制動する際の衝撃力を和らげようとする技術が記載
されている。

【０００８】本公知例においても、投入動作の初期で
は、遮断の主ばねのみを圧縮すれば良いが、投入ばね力
は主ばねと補助ばねの２つの合力になるため、エネルギ
ー効率が悪いという問題があった。かつ、投入動作終了
後には、投入ばねの主ばねおよび補助ばねの両方とも圧
縮する必要があるため、電動機や減速機等の小型化が図
れず、したがって、操作器全体が小型化できない問題が
あった。

【０００９】本発明の課題は、電力用遮断器（以下、遮
断器ともいう）において、駆動手段であるばねのエネル
ギー効率を向上させることにより、遮断器全体の小型化
を実現することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、固定接触子と可動接触子からなる接点を
開閉することによって電力の遮断と投入を行う遮断部
と、歪エネルギーを放勢することにより前記接点の開閉
を行う遮断用弾性体および投入用弾性体を備えた電力用
遮断器であって、前記接点の開閉動作の終端で該可動接
触子を制動させる際に発生するエネルギーを蓄積する蓄
積手段と、該蓄積されたエネルギーを次の開閉動作の開
始時に放出する放出手段とを備えたことを特徴とするも
のである。

【００１１】開閉動作の終端で可動接触子を制動するた
めに付与されるエネルギーは、一部が可動接触子を制動
するために消費されるほかは、熱エネルギーとなって放
熱される。本発明によれば、この捨てられる制動エネル
ギーを例えば油圧力や弾性力として蓄え、可動接触子の
次の動作の補助力として利用するので、投入もしくは遮
断用弾性体の最大力を低減でき、部品の小型化や軽量化
が可能になる。

【００１２】特に、上記エネルギー蓄積手段として、高
圧の非圧縮性流体をアキュムレータに蓄積し、放出手段
として逆止め弁、例えば、接点の投入動作指令と連動し
て動作する電磁式逆止め弁を用いることにより、エネル
ギーロスのない開閉動作が可能となる。そのため、遮断
器全体の小型化、省スペース化を図ることが可能にな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。本実施形態の概略構成は、図１
において、遮断部接点２９の開閉動作の終端で、可動接
触子３２を制動させる際のエネルギー蓄積手段として、
シリンダ３７内で発生する高圧の非圧縮性流体をアキュ
ムレータ４１に蓄積する。

【００１４】さらに、アキュムレータ４１からシリンダ
３７方向のみに放出が可能な逆止め弁４０を配置し、投
入動作開始時にアキュムレータ４１からシリンダ３７へ
高圧の流体を放出する構成とした。

【００１５】これにより、遮断動作の次の投入動作開始
時に、アキュムレータに蓄積した高圧流体のエネルギー
を放出して遮断ばね力の圧縮を補うので、投入ばねの最
大力を低減することが可能になり、機構部品の小型、軽
量化ができ、したがって遮断器全体の小型化、省スペー
ス化を図ることが可能になる。

【００１６】以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜
図４を用いて詳述する。図１は、遮断器の投入状態を示
し、遮断ばね２６、投入ばね２８は共に圧縮コイルばね
で構成され、両方共に圧縮状態を示す構成図である。こ
れらのばね２６、２８は、他の弾性体要素、例えば皿ば
ね、渦巻きばね、板ばね等であっても良い。

【００１７】遮断部の接点２９には、一端がレバー３３
に回転自在に接続された可動接触子３２が設けられてい
る。レバー３３の他端は操作器の主軸４に取付けられて
いる。主軸４は筐体１に回転自在に支持され、主レバー
５が取付けられている。すなわち、主レバー５の回転に
よりレバー３３が動作して可動接触子３２を接点２９か
ら引き離す構成となっている。

【００１８】なお、レバー３３と可動接触子３２との間
に、可動接触子のストローク長を増幅するレバーやリン
クを備えても良い。主レバー５の一端には遮断ばね２６
の荷重を伝える遮断ばねリンク２５が取り付けられてい
る。遮断ばねリンク２５の他端は、内部に非圧縮性流
体、例えば油で充たされたシリンダー３７内を摺動可能
なピストン３６となっている。

【００１９】また、ピストン３６とシリンダ３７との摺
動部は４２、４３でシールされている。流路３８は一端
がシリンダ３７に接続され、他端がアキュムレータ４１
に接続されている。流路３８に設けられた絞り３９によ
り、シリンダ３７から排出された流体が加圧され、アキ
ュムレータ４１に蓄えられる。また、逆止め弁４０は、
アキュムレータ４１からシリンダ３７への方向のみ流体
の移動が可能である。

【００２０】したがって、シリンダ３７から排出された
油は必ず絞り３９を通過して加圧されてアキュムレータ
４１に蓄積され、逆に、アキュムレータ４１から排出さ
れた流体は大部分が逆止め弁４０を通過してシリンダ３
７に流れ込むように構成されている。

【００２１】遮断ばね２６に蓄えられた歪エネルギー
は、以下に示す手段により保持され、解放される。すな
わち、主レバー５の回転は、他端に設けられたローラ７
から回転自在に支持された第２遮断ラッチ８の斜面と係
合保持することにより阻止されている。

【００２２】第２遮断ラッチ８の回転は、その他端に設
けられたローラ１０から回転自在に支持された遮断ラッ
チ１１の斜面に係合保持することで阻止されている。さ
らに、遮断ラッチ１１は、他端に設けられたローラ１３
から回転自在に支持された遮断トリガ１４に係合保持す
ることで回転が阻止されている。

【００２３】これらの遮断ラッチ８、１１、および遮断
トリガ１４には、復帰ばね９、１２、１５が設けられ、
常に弾性付勢されている。遮断ソレノイド１７は筐体１
に取り付けられ、そのプランジャが筐体１を貫通して遮
断トリガ１４の端部付近まで延びている。

【００２４】次に、投入動作でのみ可動する部品を説明
する。回転自在なカム軸２には、大歯車５２とカム３が
固定され、大歯車５２には小歯車５１が噛み合ってい
る。カム３には投入ばねリンク２７の一端が接続され、
投入ばねリンク２７の他端は、ばね受３５を介して投入
ばね２８に接続されている。

【００２５】投入操作手段は以下に示すように構成され
ている。投入ばね２８のエネルギーによりカム３は反時
計回りの回転力が与えられるが、カム３の一端に設けら
れたローラ１８から回転自在に支持された投入ラッチ１
９の斜面と係合保持することにより回転を阻止されてい
る。

【００２６】投入ラッチ１９の回転は、他端に取り付け
られたローラ２１から回転自在に支持された投入トリガ
２２に係合保持することで回転が阻止されている。投入
ソレノイド２４は筐体１に取り付けられ、そのプランジ
ャが筐体１を貫通して投入トリガ２４の端部付近まで延
在している。

【００２７】次に、本実施形態の動作を説明する。ま
ず、遮断動作は、遮断指令が入力されると遮断ソレノイ
ド１７が励磁され、プランジャが突出して引外しトリガ
１４を押圧し、復帰ばね１５の付勢力に対抗して遮断ト
リガ１４を反時計回りに回転させ、遮断トリガ１４と遮
断ラッチ１１のローラ１３との係合を解除する。

【００２８】遮断ラッチ１１は回転自由になるので、第
２遮断ラッチ８のローラ１０からの接触力により回転
し、遮断ラッチ１１と第２遮断ラッチ８との係合が解除
される。すると、第２遮断ラッチ８が回転自由になり、
主レバー５からの接触力により回転し、主レバー５と第
２遮断ラッチ８との係合が解除される。

【００２９】主レバー５は、遮断ばね２６の駆動力によ
り主軸４を中心として反時計回りに回転し、遮断ばね２
６が放勢され、接点２９の遮断動作が行われる。遮断動
作が終端に近づくとシリンダ３７内の流体圧が上昇し、
流路３８に放出される。そして、流体は絞り３９を通過
してさらに圧力が上昇してアキュムレータ４１に蓄えら
れる。

【００３０】遮断動作が終了した状態を図２に示す。主
レバー５の一端に設けられたローラ６が、カム３の外表
面にほぼ当接した状態で静止している。また、遮断ばね
２６はフルストローク状態であり、ばね受３４が筐体１
に当接している。

【００３１】このとき、図７に示した遮断ばね力は最小
力Ｆ_Ｏ１である。なお、アキュムレータ４１から高圧の
流体が逆止め弁４１を通過して流路３８に流れ、ピスト
ン３６を押圧する力をＦ_Ｈ１とすると、Ｆ_Ｈ１＜Ｆ_Ｏ１
となるように構成している。

【００３２】これは、Ｆ_Ｈ１＞Ｆ_Ｏ１とすると、投入指
令が入力されてないにも拘らず、遮断ばね２６の圧縮と
接点２９の投入動作とが開始されてしまうためである。
以上の如く、遮断動作が終了すると、アキュムレータ４
１に蓄えられた流体圧により、遮断ばねを圧縮する方向
にピストン３６を押圧しながら、投入指令が入力される
まで待機している。

【００３３】ここで、図７を用いて、遮断器の投入動作
時の遮断ばね力と投入ばね力との関係を説明する。投入
動作開始時の両方のばねの変位をゼロとし、投入終了時
の変位をＸ_２とする。ばねの全変位は両方で異なる設定
とする場合もあるが、ここでは同一とする。投入ばね力
は最大値Ｆ_Ｃ１から最小値Ｆ_Ｃ２まで解放され、遮断ば
ね力を最小値Ｆ_Ｏ１から最大値Ｆ_Ｏ２まで圧縮する。

【００３４】投入動作では、遮断ばねを圧縮しながら接
点を駆動するため、投入ばねによる駆動力を全変位で遮
断ばね力より大きくする必要がある。この場合、投入ば
ね力そのものを全変位で遮断ばね力より上回るように構
成することも考えられるが、ばね力が大きくなりすぎ、
部品が大型化するので、カムの外形形状等を工夫して投
入終了時には両方のばね力の関係は、Ｆ_Ｏ２＞Ｆ_Ｃ２と
なっているのである。

【００３５】次に、接点の投入動作について説明する。
投入指令が入力されると、投入ソレノイド２４が励磁さ
れ、プランジャが突出して投入トリガ２２の一端を押圧
する。すると投入トリガ２２は復帰ばね２３の付勢力に
抗して、軸を回転中心として反時計回りに回転し、投入
トリガ２２と投入レバー１９との係合が解除される。

【００３６】次に、カム３のローラ１８からの接触力に
より投入ラッチ１９が反時計回りに回転して、投入ラッ
チ１９とカム３との係合が解除される。すると、投入ば
ね２８によりカム３が反時計回りに回転し、主レバー５
のローラ６に当接して主レバー５を時計回りに回転さ
せ、遮断ばね２６を圧縮しつつ接点２９の投入動作を行
う。

【００３７】図３に投入動作中の状態を示す。ピストン
３６は流体圧により矢印Ａの方向に押圧されるため、従
来技術と比較すると遮断ばね力を圧縮する力が大きくな
る。本実施形態によれば、図７において、ピストン推力
によるエネルギーが、斜線部分Ｉの面積で与えられる。
したがって、従来技術の投入ばね力のエネルギーを斜線
部分Ｉのエネルギー分だけ減らすことができる。

【００３８】以上のように本実施形態によれば、遮断動
作の終端で可動接触子を制動する際のエネルギーを蓄積
して、次の投入動作の開始時に放出して遮断ばねを圧縮
する力を補い、従来技術で全て熱として排出されていた
エネルギーを有効利用することが可能となり、高効率の
操作器を実現できる。さらに、投入ばねを始めとする各
部品の小型化および軽量化を図ることができる。

【００３９】続いて投入動作の後半までにカム３は半回
転して最大曲率半径部分で主レバー５のローラ６と当接
して、主レバー５が投入保持状態の位置よりオーバース
トロークするように構成しているので、まず第２遮断ラ
ッチ８が復帰ばね９により元の位置に復帰する。

【００４０】次いで、遮断ラッチ１１が復帰ばね１２に
より元の位置に復帰する。最後に遮断トリガ１４が復帰
ばね１５により元の位置に復帰する。投入動作が終了し
た状態を図４に示す。投入トリガ２２、投入レバー１９
も各々の復帰ばねにより元の位置に復帰している。

【００４１】投入ばねの圧縮は、図示しない電動機を始
動し、小歯車５１を反時計回りに回転させ、小歯車と噛
み合う大歯車５２およびカム３を反時計回りに回転させ
て、投入ばね２８の圧縮を行う。カム３が半回転すると
電動機が止まり、投入ばね力が解放し始めるが、カムロ
ーラ１８が投入レバー１９に係合し、投入レバー１９が
投入トリガ２２と係合して投入ばね力を保持する。

【００４２】次に、本発明の第２の実施形態であり、遮
断器が投入状態で遮断ばねおよび投入ばね共に圧縮状態
を示す構成図を図５に示す。本実施形態では、第１の実
施形態の逆止め弁を投入ソレノイドと連動する電磁操作
式の逆止め弁４６とした。すなわち、投入指令が入力さ
れると投入ソレノイド２４と逆止め弁４６を励磁するよ
うに構成した。

【００４３】このように構成しても、遮断動作の終端で
制動エネルギーをアキュムレータ４１に蓄える作用は第
１の実施形態となんら変わらない。本実施形態では、電
磁逆止め弁４６により高圧流体の漏れを完全に防止でき
る。

【００４４】そのため、投入動作が開始してから電磁逆
止め弁４６が開き、アキュムレータ４１に蓄えられた高
圧の流体がピストン３６を押圧し始めるので、ピストン
推力Ｆ_Ｈ１に制限を設ける必要がない。したがって、投
入ばね力を小さく、もしくは投入ばねそのものを省略す
ることができ、さらなる操作器と遮断器全体の小型化が
可能になる。

【００４５】次に、本発明の第３の実施形態であり、本
実施形態の遮断器が、投入状態で遮断ばねおよび投入ば
ね共に圧縮状態を示す構成図を図６に示す。エネルギ蓄
積手段として弾性体を利用し、例えば、ばね４５のよう
に構成する。遮断動作の後半で遮断ばね２６のばね受３
４が、ばね受４４に接触してばね４５を圧縮する。

【００４６】本実施形態では弾性体として圧縮コイルば
ねとしたが、ねじりばね、板ばね等、他の弾性体要素と
しても良い。本実施形態においても、遮断動作の終端で
制動エネルギをばね４５に蓄え、次の投入動作開始時に
放出するので、前記第１の実施形態と同様の効果が得ら
れるのに加えて、さらに、流路や弁やアキュムレータ等
の補器を必要としないので、極めて簡単に構成できる。

【００４７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
遮断動作の終端で遮断部の可動接触子を制動する際の制
動エネルギーを蓄え、次の投入動作時に放出して遮断ば
ねの圧縮を補う構成としたことにより、エネルギー効率
が向上し、投入ばね力の低減が可能になる。

【００４８】また、投入ソレノイドと連動する電磁操作
式の逆止め弁を配置することにより、さらに投入ばね力
を小さく、もしくは投入ばねを省略することができ、機
器のレイアウトに自由度が広がって小型化が可能とな
る。その結果、遮断器全体を小型化でき、さらには遮断
器を含む送変電システム全体の省スペース化を図ること
ができるため、設備の小型化、低コスト化、設置スペー
ス削減を図ることも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の電力用遮断器の投入
状態で、遮断ばね、投入ばね共に圧縮された状態を示す
構造図。

【図２】図１の遮断状態を示す構造図。

【図３】図１で、投入動作が開始した状態を示す構造
図。

【図４】図１の投入状態で、投入ばねが放勢した状態を
示す構造図。

【図５】本発明の第２の実施形態の電力用遮断器の投入
状態で、遮断ばね、投入ばね共に圧縮状態を示す構造
図。

【図６】本発明の第３の実施形態の電力用遮断器の投入
状態で、遮断ばね、投入ばね共に圧縮状態を示す構造
図。

【図７】本発明による遮断ばね力と投入ばね力との関係
を示す図である。

【符号の説明】

１ 筐体 ３ カム ５ 主レバー ８ 第２遮断ラッチ １１ 遮断ラッチ １４ 遮断トリガ １７ 遮断ソレノイド １９ 投入ラッチ ２２ 投入トリガ ２４ 投入ソレノイド ２５ 遮断ばねリンク ２６ 遮断ばね ２７ 投入ばねリンク ２８ 投入ばね ２９ 接点 ３２ 可動接触子 ３６ ピストン ３７ シリンダ ３８ 流路 ３９ 絞り ４０ 逆止め弁 ４１ アキュムレータ ４５ ばね ４６ 電磁操作式逆止め弁

フロントページの続き (72)発明者 河本 英雄 茨城県日立市国分寺一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者 大久保 健一 茨城県日立市国分寺一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者 石黒 哲 茨城県日立市国分寺一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内 Ｆターム(参考） 5G028 AA08 BB04 BB07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定接触子と可動接触子からなる接点を
   開閉することによって電力の遮断と投入を行う遮断部
   と、歪エネルギーを放勢することにより前記接点の開閉
   を行う遮断用弾性体および投入用弾性体を備えた電力用
   遮断器であって、前記接点の開閉動作の終端で該可動接
   触子を制動させる際に発生するエネルギーを蓄積する蓄
   積手段と、該蓄積されたエネルギーを次の開閉動作の開
   始時に放出する放出手段とを備えたことを特徴とする電
   力用遮断器。
2. 【請求項２】 固定接触子と可動接触子からなる接点を
   開閉することによって電力の遮断と投入を行う遮断部
   と、歪エネルギーを放勢することにより前記接点の開閉
   を行う遮断用弾性体および投入用弾性体と、前記投入用
   弾性体に蓄えた歪エネルギーを放勢することにより、前
   記接点の閉路を行いながら前記遮断用弾性体を圧縮する
   ようにした電力用遮断器であって、遮断動作の終端で前
   記可動接触子を制動させる際に発生するエネルギーを蓄
   積する蓄積手段と、該蓄積されたエネルギーを投入動作
   開始時に放出する放出手段とを備えたことを特徴とする
   電力用遮断器。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の電力用遮断器におい
   て、前記エネルギーの蓄積手段として、前記可動接触子
   を制動させる制動手段に発生する高圧流体を蓄積するア
   キュムレータを備え、該アキュムレータに蓄積された高
   圧流体の圧縮エネルギーを前記接点の投入動作開始時に
   放出するように構成したことを特徴とする電力用遮断
   器。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の電力用遮断器におい
   て、前記エネルギーの蓄積手段として、前記可動接触子
   を制動させる制動手段に付随して弾性体を設置し、該弾
   性体に蓄積された歪エネルギーを前記接点の投入動作開
   始時に放出するように構成したことを特徴とする電力用
   遮断器。
5. 【請求項５】 固定接触子と可動接触子からなる接点を
   開閉することによって電力の遮断と投入を行う遮断部
   と、歪エネルギーを放勢することにより前記接点の開閉
   を行う遮断用弾性体および投入用弾性体と、前記投入用
   弾性体に蓄えた歪エネルギーを放勢することにより、前
   記接点の閉路を行ないながら前記遮断用弾性体を圧縮す
   るようにした電力用遮断器であって、内部に非圧縮性流
   体を入れたシリンダと該シリンダ内を摺動するピストン
   を設置し、前記可動接触子を制動させる際に該シリンダ
   内で発生する高圧の非圧縮性流体を絞りを介して蓄積す
   るアキュムレータと、前記アキュムレータと前記シリン
   ダとの間に、アキュムレータからシリンダ方向のみに前
   記高圧の非圧縮性流体を放出可能な逆止め弁とを備え、
   前記接点の投入動作開始時に、前記高圧の非圧縮性流体
   を放出して遮断ばねの圧縮を補うように構成したことを
   特徴とする電力用遮断器。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の電力用遮断器におい
   て、前記逆止め弁は、前記接点の投入動作指令と連動し
   て動作する電磁式逆止め弁であることを特徴とする電力
   用遮断器。