JP2006260860A - 電力用ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】
ガス遮断器において、高速動作を可能にし、遮断容量を増大することにある。
【解決手段】
電力用ガス遮断器では、固定接触子と可動接触子を有する接点を開閉して電力の遮断と投入を切り換える。この接点を操作する遮断部または投入部は、電磁石２０１、２０２を有している。電磁石は、遮断指令または投入指令により励磁される第１のコイル２０８を有する。第１のコイルを第１の固定鉄心２０３ｂが収納する。第１の固定鉄心を移動可能にプランジャ２１１、２１２が貫通する。プランジャに第１の可動鉄心２０５を取り付ける。電磁石はさらに、遮断指令または投入指令が指令された直後にプランジャと第１の可動鉄心とをプランジャの移動方向に加力する第２のコイル２３０や反発板２３３を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電力用ガス遮断器に係り、特にそれに用いる開閉装置に関する。

従来の電力用ガス遮断器（以下、ガス遮断器と称す）の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載のガス遮断器はばね式の操作装置を有し、投入動作時の衝撃を低減するために、投入指令が入力されると電磁石が作動して、投入の駆動力を保持する保持部を解除する。通電状態における遮断ばね力を、遮断制御機構の遮断ラッチおよび第２遮断ラッチ、遮断トリガが保持する。そして、遮断動作時に電磁石のプランジャが遮断トリガを押圧して、遮断ばねのばね力を開放し始める。同様に、投入ばねのばね力を、投入制御機構の投入ラッチおよび投入トリガ、投入用電磁石が保持または開放する。

ところで、電磁操作装置を高速に動作させることが、特許文献２に記載されている。この公報に記載の電磁操作装置では、非磁性体の巻枠に巻線を巻いた２個の空心コイルの一方を固定し、他方を可動にして固定コイルに対向させる。２個の巻線を直列接続し、通電により発生する電磁力を遮断器などの操作、制御力として使用する。そして、反発力または吸引力が生じるように、両巻線の巻き方向と通電方向を選定する。

特開２００３−１１５２４３号公報（第５頁、図１） 特開平１０−４０７８２号公報（第４頁、図５）

上記特許文献１に記載のガス遮断器では、ガス遮断器の遮断容量が大きくなると、電流遮断に必要な駆動力が増加し、遮断制御機構の引外しトリガに用いる遮断側電磁石の負荷も増加する。この負荷の増大に対抗して磁石を大型化して吸引力を増大させると、電磁石の応答性が低下する。

すなわち、電磁石の電磁力は、磁気空隙の断面積とコイルの巻数に比例し、鉄心間の磁気的空隙の長さに反比例する。また、電磁力の立上りの速さは、コイルの時定数に依存する。時定数はコイルのインダクタンスに比例し、抵抗に反比例する。インダクタンスは、コイル巻数の二乗に比例する。これらの関係から、コイルの巻数を増加させれば、電磁石の吸引力が増大するが、コイルの巻数を増加させると、コイルのインダクタンスも増加して、電磁石の電磁石の応答性が低下する。特に、遮断または投入指令が入力されてから数ｍｓで電磁石を作動させる高速仕様では、電磁石の可動鉄心やプランジャなどの可動部を加速する慣性力の影響を無視できない。

また、ガス遮断器の電磁石を励磁する電源に直流の蓄電池を使用すると、電源電圧が定格電圧より低くなるおそれがある。この状態でも確実に遮断動作を達成するために、コイルの巻数を増加させて、電磁石の吸引力が負荷を上回るように設定すると、定格制御電圧で高速動作させることが困難になる。

電磁操作装置の応答性を改善する特許文献２に記載のものでは、電磁反発コイルが接点を高速に開離する。しかしながらこの公報に記載の遮断器は、接点を真空バルブで構成した遮断容量が小さい遮断器であり、電流遮断の際の負荷が小さい。そのため、接点を直接駆動するエネルギーがガス遮断器よりはるかに小さい。遮断容量が大きくなると、真空バルブを用いるのが困難になる。

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、ガス遮断器において、高速動作を可能にし、遮断容量を増大することにある。本発明の他の目的は、ガス遮断器の従来の操作装置に適用しても、高速動作と遮断容量の増大を小型の電磁石で可能にすることにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、電磁石とカムおよびリンク機構を用いて接点を開閉する電力用ガス遮断器において、電磁石はプランジャを有し、このプランジャを最大ストロークまで移動させる第１のコイルと、電磁石の動作時の初期に電磁力が第１のコイルよりも大である第２のコイルとを有し、第１のコイルの最大電磁力は第２のコイルの最大電磁力よりも大にしたことにある。

そしてこの特徴において、第１のコイルはプランジャに取り付けた第１の可動鉄心と、電磁石の起動前にこの第１の可動鉄心との間に磁気的空隙を有する第１の固定鉄心とで第１の磁気ループを形成し、第２のコイルはプランジャに取り付けた第２の可動鉄心と、電磁石の起動前にこの第２の可動鉄心との間に磁気的空隙を有する第２の固定鉄心とで第２の磁気ループを形成するのが好ましい。また、第１のコイルはプランジャに取り付けた第１の可動鉄心と、電磁石の起動前にこの第１の可動鉄心との間に磁気的空隙を有する第１の固定鉄心とで第１の磁気ループを形成し、第２のコイルを収容し第１の固定鉄心に隣り合わせて配置した第２の固定鉄心と、プランジャに取り付けられ、第２のコイルに通電したときに第２の固定鉄心との間に反発力を生じる反発板とを設けるようにしてもよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、固定接触子と可動接触子を有する接点を開閉して電力の遮断と投入を切り換える遮断部と、接点を開閉する駆動力を供給する遮断部及び投入部と、この遮断部を操作する操作力を付与する遮断制御機構と、投入部を操作する操作力を付与する投入制御機構と、これら遮断制御機構および投入制御機構に遮断指令または投入指令を指令する制御手段とを有する電力用ガス遮断器において、遮断制御機構および投入制御機構の少なくともいずれかに遮断部または投入部を操作するための電磁石を設け、この電磁石は、制御手段が指令した遮断指令または投入指令により励磁される第１のコイルと、この第１のコイルを収納する第１の固定鉄心と、この第１の固定鉄心を貫通し移動可能なプランジャと、このプランジャに固定した第１の可動鉄心とを有し、遮断動作または投入動作時に第１の固定鉄心と第１の可動鉄心との間に吸引力を作用させるものであり、さらに電磁石は、遮断指令または投入指令が指令された直後にプランジャと第１の可動鉄心とをプランジャの移動方向に加力する手段を有するものである。

そしてこの特徴において、第１の可動鉄心とプランジャを加力する手段は、電磁力を発生するものがよく、第１のコイルと離隔して配置した第２のコイルと、この第２のコイルと間隔を置くとともにプランジャに固定された電導性の板とを設け、遮断動作または投入動作時に第１のコイルを励磁すると共に第２のコイルに電流を供給して、電導性の板との間に反発力を発生させるものでもよい。電導性の板の外径を、第２のコイルの外径と実質的に同一にしてもよく、第１および第２のコイルの通電を制御する電気回路を有し、この電気回路は、コンデンサと、このコンデンサを充電する電源と、コンデンサの充電完了後に電源とコンデンサとの接続を解除する充電用スイッチと、遮断動作または投入動作の開始時にコンデンサを放電して第２のコイルにパルス的な電流を供給する放電スイッチとを備えるものであってもよい。

また上記特徴において、第１のコイルと離隔して配置した第２のコイルと、この第２のコイルを収納する第２の固定鉄心と、プランジャに固定した第２の可動鉄心とを有し、第１の固定鉄心と第２の固定鉄心とをフランジ結合し、遮断動作指令または投入動作指令が指令されたときに、第１の固定鉄心と第１の可動鉄心および第２の固定鉄心と第２の可動鉄心間にそれぞれ吸引力を発生させるものであってもよい。

さらに、第２の固定鉄心の外径が第１の固定鉄心の外径と実質的に同一であるのがよく、第２のコイルの巻数が第１のコイルの巻数より少ないことが好ましい。第２のコイルおよび前記第２の固定鉄心を、第１の固定鉄心に着脱自在としてもよく、電気回路において、第１のコイルに直列にコンデンサを接続し、このコンデンサと並列に抵抗を接続してもよい。

本発明によれば、ガス遮断器の操作装置の定常コイルユニットに、電磁反発や鉄心吸引動作をする加速コイルユニットを締結したので、高速動作と遮断容量の増大が小型の電磁石で可能になり、ガス遮断器が高速動作可能になり、遮断容量も増大できる。

以下、本発明に係るガス遮断器のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図５に、ガス遮断器１００の正面図を示す。ガス遮断器１００では、円筒形のタンク１０３を架台上に設置している。円筒形のタンク１０３には、例えばＳＦ_６ガス（六弗化硫黄ガス）が規定の圧力で封入されている。さらに図示しない可動接触子および固定接触子を有する接点もガスタンク１０３内に収納されている。ガスタンク１０３の軸方向中間部から斜め上方にブッシング１０１、１０２が突き出ており、変電所や開閉所の中の電線を接続して電路を構成する導体がブッシング１０１、１０２内に収納されている。架台１０５の側部には、このガス遮断器１００の操作装置を収納する操作箱１０４が取り付けられている。

本実施例で示したガス遮断器１００では、通電時に、電力が図示しない系統から上流側のブッシング１０１に供給される。そして、ブッシング１０１からタンク１０３内の接点に導かれ、下流側のブッシング１０２を経て再び系統に供給される。落雷などで系統に事故が発生すると、操作装置１０４を駆動してタンク１０３内の接点を開き、下流側への電力の供給を遮断する。なお、ここではＳＦ_６ガスを使用したガス遮断器を例にとり説明するが、真空遮断器など他の開閉装置にも本発明を適用できる。

図６ないし図９に、図５で示した操作箱１０４内に収容する操作装置とそれに接続する接点を含む開閉装置４００を、模式図で示す。図６から図９に変化するにしたがって、順次開閉動作が進行する。図６は、開閉装置４００において、接点２９を遮断する前の接点２９が投入されている状態を示す図であり、図７は接点２９が遮断された状態を示す図、図８は遮断状態から投入状態に復帰する途中の状態を示す図、図９は投入動作が終了した状態であって、投入ばね２８が開放状態にあるときの図である。この図９の状態の後に、投入ばね２８を付勢して図６の状態に戻す。

開閉装置４００は、主軸４を有する遮断制御機構４０１と、カム軸２を中心とした投入制御機構４０２、主軸４を中心とした遮断ばね部４０３、カム軸２を中心とした投入ばね部４０４、および電力を投入または遮断する遮断部接点２９とを有している。遮断ばね部４０３に設けた遮断ばね２６のばね力を放勢して電力を遮断し、投入ばね部２８の投入ばね２８のばね力を放勢して電力を投入する。遮断ばね２６は、投入ばね２８の放勢により蓄勢され、投入ばね２８は駆動モータ４１と減速歯車列５１、５２により蓄勢される。

接点部接点２９では、一端部が主軸４に取り付けられたリンク３３の他端部が、端部に可動接点２９ａを形成する可動接触子３２に接続している。可動接触子３２の可動端２９ａは、タンク１０３に固定された固定接点２９ｂに接触可能に配置されている。

遮断ばね部４０３を構成する主軸４には、主レバー５が取り付けられている。主レバーはＹ字型をしており、Ｙ字型の２つの端部にはローラ６、７が取り付けられている。Ｙ字型の残りの端部には、遮断ばねリンク２５が回動自在に取り付けられている。主軸４が回動すると、遮断ばねリンク２５は上下動する。遮断ばねリンク２５は上下方向に配置されており、遮断ばねリンク２５の下端には、フランジ３４が取り付けられている。フランジ３４をストッパとして、遮断ばねリンク２５の外周に遮断ばね（遮断部材）２６が巻かれている。遮断ばね２６の上端は、筐体１で押えられている。

主レバー５の端部に設けた一方のローラ６は、投入動作時に、後述する投入ばね部４０４のカム３の外周面に当接してカム３から荷重が伝達される。主レバー５に設けた他方のローラ７には、第２遮断ラッチ８が係合可能に配置されている。第２遮断ラッチ８の中間部は、筐体１に固定した軸に回動自在に取り付けられている。第２遮断ラッチ８の一端に形成したテーパ部は、主レバー５のローラ７と係合可能である。第２遮断ラッチ８の他端部には、ローラ１０が取り付けられている。ローラ１０に係合可能に、遮断ラッチ１１が配置されている。第２遮断ラッチ１０の軸とテーパ部の中間には、復帰ばね９が取り付けられている。復帰ばね９は、一端が筐体に固定されている。

遮断ラッチ１１の中間部は、筐体１に固定した軸に回動自在に取り付けられており、一端側に形成したテーパ部が、第２遮断ラッチ８のローラと係合可能になっている。遮断ラッチ１１の他端部には、ローラ１３が取り付けられている。ローラ１３に係合可能に、遮断トリガ１４ａが配置されている。遮断ラッチ１１の軸とテーパ部との中間は、筐体１に一端が固定された復帰ばね１２が取り付けられている。

遮断トリガ１４ａはＴ字状をしており、垂直方向の端部に遮断ラッチ１１のローラ１３に当接する曲面部が形成されている。遮断トリガ１４ａの水平部の一方はトリガレバー１４ｂを形成し、詳細を後述する遮断用電磁石２０１のプランジャ２１１に当接する。水平部の他方には、一端が筐体１に固定された復帰ばね１５が取り付けられている。第２遮断ラッチ８および遮断ラッチ１１、遮断トリガ１４ａに取り付けた復帰ばね９、１２、１５は、図５に示す投入保持状態では圧縮状態にあり、第２遮断ラッチ８および遮断ラッチ１１、遮断トリガ１４ａには常に復帰ばねのばね力が作用している。

投入ばね部４０４では、カム軸２に大歯車５２が取り付けられている。大歯車５２の側面には、偏心した位置に投入ばねリンク２７の一端部が回動自在に取り付けられている。投入ばねリンク２７の他端部は、ピンによりばね受３５に接続されている。投入ばね（投入部材）２８が、投入ばねリンク２７を巻回している。投入ばね２８は、下端側をばね受３５で、上端側を筐体１で保持されている。上述したように、大歯車５２には小歯車５１が噛合っており、この小歯車５１を電動機４１が駆動する。

カム軸２には、外周部に滑らかな弧型の曲線部を有するカム３が取り付けられている。カム３の最大半径部付近には、ローラ１８が取り付けられている。ローラ１８に係合可能に、投入ラッチ１９が配置されている。投入ラッチ１９はＶ字状をしており、その折れ曲がり部を軸に回動自在に取り付けている。投入ラッチ１９のＶ字の一方端部にはテーパが形成されており、カム３のローラ１８に係合する。

投入ラッチ１９のＶ字型の他端部には、ローラ２１が取り付けられている。このローラ２１に当接可能に、投入トリガ２２が配置されている。投入ラッチ１９のローラ２１側の辺の途中には、一端が筐体に固定された復帰ばね２０が取り付けられている。投入トリガ２２の中間部は、筐体１に固定された軸に回動自在に取り付けられており、投入ラッチ１９のローラ２１に当接する側と反対端は、投入レバー２２ａを形成している。投入トリガ２２の投入レバー２２ａ側の中間部には、復帰ばね２３が取り付けられている。投入レバー２２ａに当接可能に、投入用電磁石２０２のプランジャ２１２が配置されている。

このように構成した開閉装置４００の投入保持状態では、遮断ばね２６のばね力および投入ばね２８のばね力が以下のようにして保持される。すなわち、遮断ばね２６のばね力により主レバー５が反時計回りに回転しようとする。しかし、主レバー５のローラ７が第２遮断ラッチ８のテーパ部と係合して、主レバー５の回転は阻止される。また、第２遮断ラッチ８では、第２遮断ラッチ８の端部に設けたローラ１０が遮断ラッチ１１のテーパ部に係合して、回転が阻止される。遮断ラッチ１１の端部に設けローラ１３が遮断トリガ１４ａに係合して、遮断ラッチ１１の回転が阻止される。このように、遮断制御機構４０１では、各構成部品同士が係合するので遮断ばね２６ばね力は保持される。遮断動作では、各構成部品同士の係合を解除し、遮断ばねのばね力を解放して接点部２９を開く。

投入ばね２８のばね力により、大歯車５２およびカム軸２を介してカム３に反時計回りの回転力が与えられる。このとき、カム３の一端に設けたローラ１８が投入ラッチ１９のテーパ部と係合して、カム３の回転が阻止される。投入ラッチ１９の端部に取り付けたローラ２１が投入トリガ２２に係合して、投入ラッチ１９の回転は阻止される。つまり、投入制御機構４０２の各構成部品同士を係合させて、投入ばね２８のばね力を保持する。

開閉装置４００が図６に示した状態にあるときに、遮断指令が入力されると遮断動作が開始される。初めに、遮断用電磁石２０１が励磁され、遮断用電磁石２０１のプランジャ２１１が上方向に突出してトリガレバー１４ｂを押圧する。トリガレバー１４ｂは反時計回りに回転する。このトリガレバー１４ｂを含む遮断トリガ１４ａは、遮断ラッチ１１との係合が解除される。

遮断トリガ１４ａとの係合が外れて、遮断ラッチ１１は回動自由になり、第２遮断ラッチ８のローラ１０からの押圧力により反時計回りに回転する。第２遮断ラッチ８は回動の規制がなくなったので、主レバー５のローラ７の押圧力により反時計回りに回転する。主レバー５と第２遮断ラッチとの係合が、外れる。

遮断ばね２６の規制力がなくなったので、遮断ばね２６は放勢される。遮断ばね２６は、遮断ばねリンク２５を下方に押し下げる。これにより主レバー５が反時計回りに回動し、可動接触子３２が下方に移動して固定接点２９ａと可動接点２９ｂ間が開かれる。遮断動作が終了すると、主レバー５の端部のローラ６が、投入ばね部４０４に属し隣り合うカム３の外表面にほぼ当接して止まる（図７参照）。

図７に示す開閉装置４００が遮断した状態で、投入指令が入力されると、投入用電磁石２０２が励磁される。電磁石２０２のプランジャ２１２が下に突出し、投入トリガ２２のトリガレバー２２ａを押圧する。押圧されたトリガレバー２２ａは、反時計回りに回動して、投入ラッチ１９とトリガレバー２２ａの係合が解除される。カム３のローラ１８の押圧力により、投入ラッチ１９は反時計回りに回動し、投入ラッチ１９とローラ１８の係合が解除される。カム３の動きの規制が外れたので投入ばね２８のばね力が解放され、投入ばねリンク２７が下方に移動する。投入ばねリンク２７の移動にともない、カム軸２および大歯車５２が反時計回りに回動する。

カム軸２が回動したので、カム３も反時計回りに回動する。そして図８に示すように、主レバー５のローラ６に接触し、主レバー５を時計回りに回転させる。図８の状態からさらに投入動作が進行し、カム３が反時計回りに略半回転すると、カム３の最大曲率半径部分でカム３は主レバー５のローラ６に接触する。このとき、主レバー５に接続した遮断ばねリンク２５が遮断ばね２６をほぼ元の位置まで圧縮する。主軸４が時計回りに回動したので、固定接点２９ａと可動接点２９ｂとが閉じる。

このようにして、遮断制御機構４０１を構成する各レバー等が復帰動作する。すなわち、第２遮断ラッチ８は復帰ばね９のばね力により時計回りに回動し、元の位置に復帰する。同様に、遮断ラッチ１１が復帰ばね１２の復元力により元の位置に復帰する。遮断トリガ１４も復帰ばね１５により元の位置に復帰する。この状態が、図９に示す状態である。

投入動作が終了すると、電動機４１を起動して小歯車５１を時計回りに駆動し、投入ばね２８を蓄勢する。つまり、小歯車５１に噛合う大歯車５２が反時計回りに回動し、投入ばねリンク２７が上方に移動し、投入ばね２８を圧縮する。大歯車５２が略半回転すると図示しないリミットスイッチが電動機４１を停止させる。このとき、投入ばね２８は、ばね力を解放しようとするが、カム３のローラ１８が投入レバー１９に、投入レバー１９が投入トリガ２２にそれぞれ係合しているので、投入ばね力が保持される。つまり、投入ばね２８は圧縮された状態に保持される。この動作により、開閉装置４００は、図６の状態に戻る。

ところで本発明においては、開閉装置４００の接点２９の開動作および閉動作を高速化することを目的としている。そこで、上記開閉装置４００では、接点２９の開動作および閉動作の起点となる電磁石２０１、２０２の動作を高速化している。この高速化した電磁石を、図１ないし図４を用いて説明する。図１および図２は、電磁石２０１、２０２の縦断面図であり、図３および図４はその特性を示す図である。電磁石２０１、２０２は軸対称に形成されている。図１および図２の電磁石２０１、２０２の軸の中心線の左側は、電磁石２０１、２０２の動作前の状態であり、左側は動作後の状態を示している。なお、図６〜９とは、上下方向を反対にして記載している。

電磁石２０１、２０２では、上下方向に往復動するプランジャ２１１、２１２の上部に、磁性体の可動鉄心２０５が取り付けられている。プランジャ２１１、２１２の下部には、可動鉄心２０５と軸方向に間隔を置いて反発板２３３が取り付けられている。軸方向に可動鉄心５と反発板２３３の間には、プランジャ２１１、２１２と同心であってプランジャ２１１、２１２と僅かの隙間を有して、磁性体の固定鉄心２０３ｂが配置されている。プランジャ２１１、２１２は、非磁性体の金属であり、例えばオーステナイト系ステンレスである。

固定鉄心２０３ｂの半径方向中間部には、軸方向に延びるリング状の空間２０３ｃが形成されている。この空間２０３ｃには、樹脂製のケース２０８ａに保持されたコイル２０８が収容されている。固定鉄心２０３ｂの空間２０３ｃより内径側は、空間２０３ｃより外形側よりも軸方向距離が短い。したがって、コイル２０８の内径側の一部は、固定鉄心２０３ｂから外れている。

コイル２０８には、制御用電源３０６を有する電気回路３０１が接続されており、この電気回路３０１により励磁される。電気回路３０１は、コイル２０８に直列に接続したコンデンサ３０４および抵抗３０５からなる並列回路と制御用電源３０６とスイッチ３０７とを有する。高速仕様でない場合には、コンデンサ３０４を省いてもよい。

固定鉄心２０３ｂの上方であって隣接して、円環状をした磁性体の固定鉄心２０３ａが配置されている。固定鉄心２０３ａは、可動鉄心２０５と僅かな隙間を持って、可動鉄心２０５の外径側に位置している。固定鉄心２０３ａの上面は、半径方向にプランジャ２１１、２１２付近まで延びる非磁性体の円板２０７で覆われている。図１に示すように、プランジャ２１１、２１２を動作させる前の状態で、円板２０７に当接するように、図示しない復帰ばねが可動鉄心２０５を位置決めする。また、プランジャ２１１、２１２の動作前には、可動鉄心２０５と固定鉄心２０３ｂとは軸方向に十分な隙間（磁気的空隙）２４０があり、可動鉄心２０５が動作した後には、固定鉄心２０３ｂと可動鉄心２０５は当接する。

固定鉄心２０３ｂの下部はフランジ状に形成されており、その底側面には非磁性体の枠２３２が取り付けられている。枠２３２は、プランジャ２１１、２１２とは半径方向に僅かな隙間を有している。枠内２３２には、樹脂製のケース２３０ａに保持された電磁反発コイル２３０が収容されている。枠２３２と常に軸方向に間隔を置いて、反発板２３３がプランジャ２１１、２１２に固定されている。反発板２３３の径方向寸法を、電磁反発コイル２３０の径とほぼ同一にする。これにより、磁束の漏れを低減できる。反発板２３３の厚さが薄ければ、加速性を高められる。そこでこの厚さを、電気的抵抗率と反発の角周波数から定まる表皮厚さ程度にする。

第２のコイル２３０には、第２の電気回路３０２が接続されている。電気回路３０２は、放電用スイッチ３１３と、コンデンサ３１２、充電用スイッチ３１１、充電用電源３１０とを有している。遮断または投入の動作指令が入力される前には、スイッチ３１３は「切」状態にある。コンデンサ３１２が放電状態であれば、スイッチ３１１を「入」にして、充電する。充電が完了したら、スイッチ３１１を「切」にする。なお、コンデンサ３１２の静電容量は、遮断器の動作責務の一つである高速連続動作、すなわち、Ｏ−ＣＯ−１分−ＣＯ動作（Ｏは遮断動作、Ｃは投入動作、ＣＯは投入動作の後に連続して遮断動作）を充電なしで実行できる容量に、規定される。

第１の電気回路３０１および可動鉄心２０５、コイル２０８、固定鉄心２０３ａ、２０３ｂ等は定常コイルユニット２４１を形成する。この定常コイルユニット２４１は、以下のように動作する。ガス遮断器に遮断または投入の動作指令が入ると、第１の電気回路３０１のスイッチ３０７が「入」に変わり、固定鉄心２０３ｂに保持されたコイル２０８が励磁される。電気回路３０１は、コンデンサ３０４を有しているので、スイッチ３０７が投入されたときにコンデンサ３０４からも電流がコイル２０８に流れ、コイル２０８の電流の立ち上がりを速める。コイル２０８に通電されると、可動鉄心２０５および磁気的空隙２４０、固定鉄心２０３に磁束が発生し、磁気回路が形成される。その結果、可動鉄心２０５が固定鉄心２０４に吸引される。本実施例では、さらに加速コイルユニット２４２を設けて、コイル２０８の立ち上がり特性を向上させている。加速コイルユニットは２４２は、上述した第２の電気回路と、電磁反発コイル２３０、枠２３２、反発板２３３とを有している。

このように構成した電磁石２０１、２０２の動作を、以下に説明する。ガス遮断器に遮断または投入の動作指令が入力されると、初めに第１のコイル２０８が励磁される。同時に図示しないコントローラが第２の電気回路３０２の放電スイッチ３１３を「入」状態にする。第２の電気回路３０２のコンデンサ３１２が放電されて、電磁反発コイル２３０にパルス状の電流が供給され、電磁反発コイル２３０が磁束を発生する。

電磁反発コイル２３０で発生した磁束は反発板２３３を貫き、反発板２３３に渦電流を発生し、その結果反発力が発生する。この反発力により反発板２３３が固定されたプランジャ２１１が起動する。ガス遮断器に動作が指令された瞬間は、定常コイルユニット２４１の磁気的空隙２４０が大きいので、磁気的空隙２４０で発生する電磁力は小さい。しかしながら、反発板２３３の反発力がプランジャ２１１の起動を速め、加速する。これにより、磁気的空隙２４０が急激に狭まり、電磁力が増大する。

図３に、起動指令発生後における電磁石２０１、２０２のコイル２０８、２３０に流れる電流の変化を示す。また図４に、コイル２０８が発生する電磁力の変化を、模式的に示す。これらの図において、（ａ）が電磁反発コイル２３０、（ｃ）が第１のコイル２０８の場合である。（ｂ）は、後述する鉄心吸引式の加速コイルの場合である。

電磁反発コイル２３０（ケース（ａ））の場合：コンデンサ３１２が放電すると電磁反発コイル２３０に多大な電流が流れる。このとき、電磁力の立ち上がりも急峻になる。早期に電磁力がピークになるので、プランジャ２１1、２１２および可動鉄心２０５の起動が速まり、高速動作が可能になる。プランジャ２１１が動作開始すると、枠２３２と反発板２３３との距離が広がり、反発板２３３に作用する反発力が急激に弱まる。

コイル２０８（ケース（ｃ））の場合：コイル２０８にコンデンサ３０４からも電流が供給されるが、磁気的空隙２４０が広いので、可動鉄心２０５と固定鉄心２０３ｂ間の吸引力はそれほど大きくなく、プランジャ２１１、２１２は、電磁反発コイル２３０の場合よりもゆっくり動き始める。プランジャ２１１、２１２が移動し始めるにつれて、磁気的空隙２４０が狭まり、電磁力が次第に増大する。電磁力の増大中にコンデンサ３０４からの電流の供給はなくなる。しかし、そのときには磁気的空隙２４０が狭められているので、可動鉄心２０５と固定鉄心２０３ｂ間の吸引力が、コンデンサ３０４からの電流遮断の影響を上回る。そして、最終的には電磁反発コイル２３０が発生する電磁力を上回る電磁力を、コイル２０８が発生する。

これら２つのコイルを組み合わせた本実施例では、初めに電磁反発コイル２３０の電磁力が支配的になり、枠２３２は反発板２３３を遠避けようとする。この電磁力により、枠２３２と反発板２３３の距離は急速に広がる。これにより、電磁反発コイル２３０の電磁力が急速に低下する。一方、枠２３２が移動したので、定常コイルユニット２４１の磁気的空隙２４０が狭まり、コイル２０８による電磁力が支配的になる。したがって、反発力が消失した後でも、プランジャ２１１、２１２の高速動作が維持される。そして、コイル２０８の励磁し続けると、可動鉄心２０５が固定鉄心２０３ｂに接触する。遮断または投入の動作指令が終了すると、復帰ばねにより可動鉄心２０５が初期位置に復帰する。

本実施例によれば、プランジャ２１１、２１２の起動に、初期加速では電磁反発を利用し、反発力が消失した後では可動鉄心と固定鉄心間の吸引力を利用している。これにより、可動鉄心と固定鉄心間の吸引力のみを利用する場合よりも、電磁石２０１、２０２の高速化が可能になり、ガス遮断器１００の高速化が可能になる。また、電磁反発のみを利用して接点を直接駆動するものに比較すると、エネルギー効率を向上できる。したがって、電磁反発コイルの充電用電源やコンデンサを小型化できる。さらに、電磁反発コイルを駆動するエネルギー源にコンデンサ放電を利用しているので、制御電圧が変動してもプランジャの起動や加速動作を安定させることができる。

本発明の他の実施例を、図２ないし図４を用いて説明する。図２は、図１と同様の電磁石２０１、２０２のたて断面図であり、軸心よりも左側が電磁石を動作する前の図、軸心よりも右側が電磁石を動作させた時の図である。本実施例が上記実施例と相違するのは、加速コイルユニットを反発型から吸引型にしたことにある。

すなわち、定常コイルユニット２４１の下方に加速コイルユニット２４３を設けている。具体的には、固定鉄心２０３ｂのフランジ部とフランジ締結する第２の固定鉄心２２４ａの内周側に、樹脂ケースに保持された第２のコイル２２１を収容する。第２の固定鉄心２２４ａおよび第２のコイル２２１の下端部は、第２の固定鉄心２２４ｂで覆われている。第２の固定鉄心２４０ｂは、内径側が外形側よりも上方まで延びており、第２のコイル２２１を部分的に保持している。また、第２の固定鉄心２２４ｂは、半径方向に僅かに隙間を形成している。

軸方向に第１の固定鉄心２０３ｂと第２の固定鉄心２２４ｂとの間には、第２の可動鉄心２２３が配置されており、この第２の可動鉄心２２３はプランジャ２１１、２１２に固定されている。第２の可動鉄心２２３の軸方向位置は、電磁石２０１、２０２の動作前に第２の固定鉄心２２４ｂとの間に磁気的空隙２４０ｂを形成する位置であり、動作させたときに第２の固定鉄心に当接する位置とする。第２の可動鉄心２２３は、第２のコイル２２１や第２の固定鉄心２２４ａと半径方向に僅かな隙間を有している。

本実施例では、さらに第１、第２の電気回路を統合し、１個のスイッチ３０７で第１、第２のコイル２０８、２２１に通電している。つまり、第１のコイル２０８を励磁する電気回路３０３は上記実施例と同じであるが、この電気回路３０３に第２のコイルを高速励磁するコンデンサ３１４と抵抗を並列にした回路を並列接続している。第２のコイル２２１の巻数は、第１のコイル２０８より少ない。第１のコイル２０８と第２のコイル２２１の巻数の比は、少なくとも２対１以下とする。

ガス遮断器に遮断または投入指令が入力されると、スイッチ３０７が「入」状態になり、第１のコイル２０８および第２のコイル２２１に同時に電流が供給される。これにより第１のコイル２０８を主とする磁気回路Ｊ１と第２のコイル２２１を主とする磁気回路Ｊ２が形成される。磁気回路Ｊ２の長さは磁気回路Ｊ１より短い。また、第２のコイル２２１の巻数が第１のコイル２０８の巻数より少ないので、磁気回路Ｊ２の磁束の立上がりの方が磁気回路Ｊ１の立ち上がりよりも速い。

したがって、第１、第２のコイル２０８、２２１の励磁直後は、磁気回路Ｊ２の電磁力が支配的になり、磁気的空隙２４０ｂに吸引力が作用してプランジャ２１１を移動させ、空隙２４０ｂを狭める。その際、定常コイルユニット２４１の磁気的空隙２４０ａも縮まるから、次第に第１のコイル２０８の電磁力が支配的になり、プランジャ２１１、２１２が高速で動作する。本実施例では、スイッチ３０７が投入されている限り、第１、第２のコイル２０８、２２１の双方に同方向の電磁力が発生し続けるので、図１に示した実施例よりも確実に電磁石２０１、２０２が作動する。

本実施例において、第２のコイル２２１に流れる電流および第２のコイル２２１が発生する電磁力を、図３、４にケース（ｂ）で示す。
コイル２２１（ケース（ｂ））の場合：第２のコイル２２１は第１のコイル２０８よりも巻数が少ないので、インダクタンスが小さい。したがって、動作指令入力後に急峻に電流が立ち上がり、それとともに電磁力の立ち上がりも第１のコイル２０８より速くなる。動作指令が入力されてからある程度の時間が経過すると、巻数の多い第１のコイル２０８の電磁力が大きくなる。

定常コイルユニット２４１に加えて、加速コイルユニット２４３を設けたので、制御電圧が低下すると、第２のコイルによるプランジャ２１１、２１２の加速効果が小さくなる。しかし、第１のコイル２０８の電磁力がゆっくりではあるが作用し始めるので、プランジャ２１１、２１２を安定して動作させる。なお、第２の固定鉄心２２４の径方向寸法は、第１の固定鉄心２０３と実質的に同じにする。径方向の寸法を増大させると、磁気的空隙２４０ｂの磁路が長くなり磁気抵抗が増える。その結果、磁束及び電磁力の立ち上がりが遅くなる。

本実施例によれば、第２のコイル２２１を設けてプランジャ２１１、２１２に取り付けた第２の固定鉄心２２３を吸引するとともに、第２のコイル２２１の巻数を第１のコイル２０８の巻数より少なくしたので、磁束の立ち上がりが速まり、プランジャ２１１の起動が加速される。これにより、ガス遮断器全体を高速化できるとともに、大容量であってもガス遮断器を高速に起動できる。

なお、上記各実施例に示した電磁石２０２を投入側に使用すると、閉極時間が速くなりすぎる恐れがあるときには、加速コイルユニット２４２、２４３をフランジ部で切り離して取り去る。すなわち、上記各実施例では、加速コイルユニット２４２、２４３の第２の固定鉄心２３２、２２４ａに第１の固定鉄心２０３ｂと係合するフランジ部を形成するとともに、この第２の固定鉄心２３２、２２４ａにコイル２２１、２３０を収容するようにしたので、第２の固定鉄心２３２、２４２ａ取り去るだけで、閉極時間を制御できる。このとき、反発板２３３や第２の固定鉄心２４０ｂ、第２の可動鉄心２２３を同時に取り去ってもよいことは言うまでもない。一般的に閉極時間は開極時間より長く、高速仕様が要求されない。

本発明に係る電力用ガス遮断器に用いる電磁石の一実施例の縦断面図。 本発明に係る電力用ガス遮断器に用いる電磁石の他の実施例の縦断面図。 コイル電流の変化を説明する図。 電磁石で発生する電磁力の変化を説明する図。 本発明に係る電力用ガス遮断器の一実施例の正面図。 本発明に係る電力用ガス遮断器の開閉装置の一実施例の模式図。 本発明に係る電力用ガス遮断器の開閉装置の一実施例の模式図。 本発明に係る電力用ガス遮断器の開閉装置の一実施例の模式図。 本発明に係る電力用ガス遮断器の開閉装置の一実施例の模式図。

符号の説明

１…筐体、２…カム軸、３…カム、４…主軸、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、１９…投入ラッチ、２２…投入トリガ、１００…電力用遮断器、２０１…遮断用電磁石、２０２…投入用電磁石、２０３ａ、２０３ｂ…固定鉄心、２０５…可動鉄心、２０８…第１のコイル、２１１…遮断用電磁石のプランジャ、２１２…投入用電磁石のプランジャ、２２１…第２のコイル、２２３…第２の可動鉄心、２２４ａ、２２４ｂ…第２の固定鉄心、２３０…電磁反発コイル、２３２…コイル収納枠、２３３…反発板、２４０、２４０ａ…磁気的空隙、２４１…定常コイルユニット、２４２、２４３…加速コイルユニット、３０４…コンデンサ、３０５…抵抗、３０６…制御電源、３０７…スイッチ、３１０…コンデンサ充電用電源、３１１…コンデンサ充電用スイッチ、３１２…コンデンサ、３１３…コンデンサ放電用スイッチ、３１４…コンデンサ、３１５…抵抗。

Claims (13)

1. 電磁石とカムおよびリンク機構を用いて接点を開閉する電力用ガス遮断器において、前記電磁石はプランジャを有し、このプランジャを最大ストロークまで移動させる第１のコイルと、電磁石の動作時の初期に電磁力が第１のコイルよりも大である第２のコイルとを有し、前記第１のコイルの最大電磁力は第２のコイルの最大電磁力よりも大であることを特徴とする電力用ガス遮断器。
2. 前記第１のコイルは前記プランジャに取り付けた第１の可動鉄心と、電磁石の起動前にこの第１の可動鉄心との間に磁気的空隙を有する第１の固定鉄心とで第１の磁気ループを形成し、前記第２のコイルは前記プランジャに取り付けた第２の可動鉄心と、電磁石の起動前にこの第２の可動鉄心との間に磁気的空隙を有する第２の固定鉄心とで第２の磁気ループを形成することを特徴とする請求項１に記載の電力用ガス遮断器。
3. 前記第１のコイルは前記プランジャに取り付けた第１の可動鉄心と、電磁石の起動前にこの第１の可動鉄心との間に磁気的空隙を有する第１の固定鉄心とで第１の磁気ループを形成し、前記第２のコイルを収容し前記第１の固定鉄心に隣り合わせて配置した第２の固定鉄心と、前記プランジャに取り付けられ、第２のコイルに通電したときに第２の固定鉄心との間に反発力を生じる反発板とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電力用ガス遮断器。
4. 固定接触子と可動接触子を有する接点を開閉して電力の遮断と投入を切り換える遮断部と、前記接点を開閉する駆動力を供給する遮断部及び投入部と、この遮断部を操作する操作力を付与する遮断制御機構と、投入部を操作する操作力を付与する投入制御機構と、これら遮断制御機構および投入制御機構に遮断指令または投入指令を指令する制御手段とを有する電力用ガス遮断器において、
   前記遮断制御機構および投入制御機構の少なくともいずれかに遮断部または投入部を操作するための電磁石を設け、この電磁石は、前記制御手段が指令した遮断指令または投入指令により励磁される第１のコイルと、この第１のコイルを収納する第１の固定鉄心と、この第１の固定鉄心を貫通し移動可能なプランジャと、このプランジャに固定した第１の可動鉄心とを有し、遮断動作または投入動作時に前記第１の固定鉄心と前記第１の可動鉄心との間に吸引力を作用させるものであり、さらに前記電磁石は、遮断指令または投入指令が指令された直後に前記プランジャと前記第１の可動鉄心とを前記プランジャの移動方向に加力する手段を有することを特徴とする電力用ガス遮断器。
5. 前記第１の可動鉄心と前記プランジャを加力する手段は、電磁力を発生することを特徴とする請求項４に記載の電力用ガス遮断器。
6. 前記第１のコイルと離隔して配置した第２のコイルと、この第２のコイルと間隔を置くとともに前記プランジャに固定された電導性の板とを設け、遮断動作または投入動作時に前記第１のコイルを励磁すると共に第２のコイルに電流を供給して、前記電導性の板との間に反発力を発生させたことを特徴とする請求項４に記載の電力用ガス遮断器。
7. 前記電導性の板の外径を、前記第２のコイルの外径と実質的に同一にしたことを特徴とする請求項６に記載の電力用ガス遮断器。
8. 前記第１および第２のコイルの通電を制御する電気回路を有し、この電気回路は、コンデンサと、このコンデンサを充電する電源と、前記コンデンサの充電完了後に前記電源と前記コンデンサとの接続を解除する充電用スイッチと、遮断動作または投入動作の開始時に前記コンデンサを放電して前記第２のコイルにパルス的な電流を供給する放電スイッチとを備えたことを特徴とする請求項７に記載の電力用ガス遮断器。
9. 前記第１のコイルと離隔して配置した第２のコイルと、この第２のコイルを収納する第２の固定鉄心と、前記プランジャに固定した第２の可動鉄心とを有し、前記第１の固定鉄心と第２の固定鉄心とをフランジ結合し、遮断動作指令または投入動作指令が指令されたときに、前記第１の固定鉄心と前記第１の可動鉄心および前記第２の固定鉄心と前記第２の可動鉄心間にそれぞれ吸引力を発生させることを特徴とする請求項４に記載の電力用ガス遮断器。
10. 前記第２の固定鉄心の外径が前記第１の固定鉄心の外径と実質的に同一であることを特徴とする請求項９に記載の電力用ガス遮断器。
11. 前記第２のコイルの巻数が前記第１のコイルの巻数より少ないことを特徴とする請求項９に記載の電力用ガス遮断器。
12. 前記第２のコイルおよび前記第２の固定鉄心を、前記第１の固定鉄心に着脱自在としたことを特徴とする請求項６に記載の電力用ガス遮断器。
13. 前記電気回路において、前記コンデンサを前記第１のコイルに直列に接続し、このコンデンサと並列に前記抵抗を接続したことを特徴とする請求項８に記載の電力用ガス遮断器。

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