JP2008525949A - 開閉装置を安全に作動させる方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、接触片および可動の接触ブリッジを有する少なくとも１つの閉路可能かつ開路可能な主接点と、可動の電機子を有する少なくとも１つの制御磁石とを備え、前記電機子は閉路および開路のときに対応する前記主接点が閉じられたり開かれたりするように前記接触ブリッジに作用する、開閉装置を安全に作動させる方法および装置に関するものであり、前記方法は、ａ）開路の後に少なくとも１つの前記主接点の可動の前記接触ブリッジが開放点を超過しているかどうかを認識するステップと、ｂ）所定の時間後に前記開放点を超過していないときは前記開閉装置の以後の動作を中止するステップとを有する。

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の開閉装置を安全に作動させる方法並びに請求項８の前文に記載の装置に関する。

開閉装置、特に低電圧開閉装置によって、電気供給装置と負荷との間の電流経路を開閉し、それによって動作電流を開閉できる。このことは、開閉装置で電流経路を開いたり閉じたりすることで、接続されている負荷を安全に開閉できることを意味している。

例えば接触器、電源スイッチ或いは小型スタータ等の電気的な低電圧開閉装置は、電流経路を開閉すべく、１つ又は複数の制御磁石で制御可能な１つ又は複数の所謂主接点を有する。このとき主接点は、原理的に、負荷および供給装置が接続された可動の接触ブリッジと、定置の接触片とで構成される。主接点を閉じたり開いたりするため、相応の閉路信号又は開路信号が制御磁石へ送られ、それを受けて制御磁石は、その電機子によって可動の接触ブリッジに作用を及ぼし、接触ブリッジが定置の接触片に対する相対運動を行い、開閉すべき電流経路を閉じるか、又は開く。

接触片と接触ブリッジを一層良好に接触させるべく、前記両者が互いに当たる個所に、相応に構成された接触面を設けている。この接触面は、これらの個所で接触ブリッジと接触片の双方に装着されて特定の厚みを有する素材、例えば銀合金等できている。

接触面の素材は、開閉操作のたびに磨耗を受ける。このような磨耗に影響を及ぼす可能性のある要因には次のものがある。閉路・開路操作の回数が増えるにつれて増える接触焼損又は接触磨減、変形の増大、アークの作用による接触腐食の進行、例えば水蒸気や浮遊物質等の環境要因。以上の結果として動作電流が安全に開閉されなくなってしまい、このことは、電流の遮断、接点の加熱、或いは接点の溶着を引起し得る。

例えば、特に接触焼損が増すに伴い、接触面に装着された素材の厚みが減少する。そのため、接触ブリッジと接触片の各接触面間の開閉距離が長くなり、このことは最終的に、閉止時の接触力を弱めることになる。その結果、開閉操作の回数が増えるにつれて、各接点が適正に閉じられなくなる。すると、その結果として生じる電流の遮断に伴い、或いは閉路時の衝撃が強まることにより、接点の加熱やそれに伴う接点材料の溶融の増加につながる場合があり、このことは、ひいては主接点の接触面の溶着を引起す可能性がある。

開閉装置の主接点が磨耗し、或いは更に進んで溶着を起こすと、開閉装置は負荷を安全にスイッチオフできなくなる。例えばこのように接点が溶着していると、開路信号にも係らず、少なくとも溶着した主接点を含む電流経路が、引き続き電流ないし電圧を導通する状態のままとなり、そのため負荷を供給装置から完全に切り離せなくなる。すると負荷は不安定な状態に留まることになり、開閉装置が潜在的な不具合の発生源になる。

この結果、例えば作動に応じて開閉が行われるとき、制御磁石と同じ主接点に追加の保護機構が作用するIEC 60 947‐6‐2に定める小型スタータでは、保護機能が妨げられてしまう可能性がある。

従って、開閉装置の安全な動作およびこれに伴う負荷と電気設備の保護のために、このような不具合の発生源が生じるのを回避すべきである。

本発明の課題は、このような潜在的な不具合の発生源を認識し、それに対して適宜対応することにある。

この課題は、請求項１の構成要件を備える方法並びに請求項８の構成要件を備える装置によって解決される。

かくして本発明は、開路時の接点の溶着を、即ち不安全な状態になっている開閉装置の動作を僅かなコストで発見し、それに適宜対応できるようにする。

そのために本発明では、開閉装置の作動時において、開路の際、少なくとも１つの主接点の可動接触ブリッジが開放点を超過しているかどうかを認識し、所定の時間後に開放点を超過していないときは開閉装置の以後の動作を中止する。

ここで所定の開放点とは、接触ブリッジが未だ接触片と接触している、事前に判定された接触ブリッジの開放距離に相当している。そして開路後、即ち少なくとも１つの主接点が意図的に開かれた後に、この所定の開放点未満である開放距離、又は少なくとも開放点以下である開放距離を認知したときは、溶着およびこれに伴う開閉装置の不安全な動作が生じていると判定する。

この際、開閉装置の可動の接触ブリッジは、しばしばヨークとして構成され、その両方の向かい合う端部に各々接触面を装着される。その際、開閉装置を閉路すると、接触ブリッジの接触面が両方の付属の定置の接触片の対応する接触面に当たり、その結果負荷を電力供給装置に接続するように動く。それに対し開路時には、接触ブリッジの対応する接触面が切り離され、その結果主接点が開き、負荷が電力供給装置から切り離されるように動く。特に閉路時に、両方の接触面が、定置の接触片の対応する接触面に当たるのを確実に保証すべく、接触ブリッジを高剛性に構成せず、許容範囲の特定の柔軟性を与える。そして接触ブリッジの接触面の内少なくとも１つが、対応する定置の接触片の接触面と溶着、即ち一種の接着を生じると、開路時に、接触ブリッジがその柔軟性に基づきまず撓曲し、その後、開路状態にある開閉装置の安全な動作状況とは言えない位置で固定される。

このような不安全な動作状況の発生が、動作の進行中に監視、認識されれば、開閉装置のそれ以後の動作を早期に中止することができる。

このように、本発明の方法および本発明の装置によって、例えば接触器又は電源スイッチ又はコンパクト分岐器である開閉装置の安全な作動が保証され、特に、３極開閉装置の安全な作動が保証される。

本発明のその他の有利な実施形態および有利な発展例は、従属請求項に示す。

次に、本発明とその有利な実施例を、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。

図１に示すように、本発明による方法では開路信号の後に基本的に次の両方のステップを実行する。
ステップａ）開路の後に少なくとも１つの主接点の可動の接触ブリッジが開放点を超過しているかどうかを認識し、
ステップｂ）所定の時間後に開放点を超過していないときは開閉装置の以後の動作を中止する。

かくして、作動に基づく開路の後、即ち特に３極開閉装置の３つの主接点を開くための開路信号の後に、開閉装置の全ての主接点が開いているかどうをチェックする。

この主接点は、可動の接触ブリッジを介して相互につながれた２つの接触片で構成されている。即ち主接点を閉路又は開路することができ、それによって負荷を供給装置と接続したり、これから切り離したりできる。通常、開閉装置の可動の接触ブリッジは、ヨークの形態を有し、その両方の向かい合う端部に各々接触面が装着されるように構成されている。その場合、開閉装置が閉路されるとき、これらの接触ブリッジは、その接触面が接触片の対応する接触面に当たり、その結果負荷を電力供給装置と接続するように動く。それに対し開路時は、接触片は、対応する接触片が分離され、それによって負荷が電力供給装置から切り離されるように動く。特に閉路のときに、両方の接触面が、定置の接触片の対応する接触面に当たるのを確実に保証するために、この接触ブリッジは高い剛性で構成されるのではなく、許容される特定の柔軟性を有する。このような柔軟性は、例えば適当な材料の選択によって実現され、又は、接触ヨークへの形状付与により実現される。

このように、各々可動で柔軟な接触ブリッジは１組の接触面を有し、即ち、２つの開閉個所を有する。これらの接触面が、付属の接触ヨークの対応する接触面と溶着されると、その溶着のせいで開閉個所が開かなくなり、開閉装置の誤機能につながってしまう。このとき、開閉装置の考えられる１つの不具合状況は、接触ヨークの一方の側にある１つの接触面だけが溶着された場合に生じる可能性がある。かかる場合、接触ブリッジは開放時に一方の側でのみ、接触片から離れるように動く。しかし他方の側は接着しているため、接触ブリッジは所定の柔軟性の範囲内でしか動くことができず、そうすると、開いた状態のときの開閉装置の安全な状態には相当しない位置で固定されたままになる。これとは別の考えられる不具合状況では、接触ブリッジの両方の接触面が、接触片の対応する接触面と溶着される。この場合には両側で溶着が生じているので、やはり接触ブリッジは所与の柔軟性の範囲内でしか撓曲せず、そうすると、同じくこの場合にも、開いた状態のときの開閉装置の安全な動作状態ではない位置で固定される。

そこで本発明では、可動の接触ブリッジが開放時に、事前に規定されることによって設定された開放点よりも大きい、特定の開放距離を進んだかどうかがチェックされる。接触ブリッジのうちの１つの認識された開放距離が、開放後に、同じく事前に規定された時間の経過後になっても、依然としてこの開放点よりも下側にあれば、接点の溶着が生じていると考えることができ、従って、開閉装置のそれ以後の動作は中止せねばならない。

このような不具合状況の発生時、以後の動作の中止は、例えば主接点と直列につながれた、装置内部にある別の冗長的な開閉部材を開くことで行い得る。その場合、この開閉部材は、主接点が開いているか閉じているかに係りなく、負荷を供給装置から切り離す。その後は開閉部材を容易に閉じられないため、開閉装置の以後の動作が確実に中止される。このような追加の開閉部材を開く代わりに、不具合が起こった場合、リセットがなされるまで制御磁石の励磁を中止し、それによって制止することもできる。これに加えて、相応の強さを持つ蓄力器を装置内部でリリースしてもよく、この蓄力器は、主接点が再び引き剥がされ、それに伴い開くように溶着した１つ又は複数の主接点に作用する。

図２は、本発明による装置を備えた開閉装置１１０の第１の実施例を示す。主接点１０を閉路および開路させるための閉路制御信号および開路制御信号が、端子Ａ１およびＡ２と制御装置１６とを介して、制御磁石１２へ印加される。開路の場合、主接点のための電磁駆動装置１２としての役目をする制御磁石が、制御装置１６を介して励磁される。このとき接続部１８を介して、接点負荷ばね１７に抗する力が接触ブリッジに作用する。このようにして主接点１０が開かれ、それによって負荷Ｍは、ここでは３つの回線Ｌ１〜Ｌ３で図示している供給装置から切り離される。

更に、制御磁石１２の励磁後、評価装置１５では電極１１と１１'を用いて、接触ブリッジが所定の開放点を超過しているか否かをチェックする。そのため、主接点１０を介して電圧降下を測定すべく、本実施例では、電流経路毎に各々２つの電極１１と１１'を設け、即ち、１つは主接点１０の前、もう１つは主接点の後に設けている。そして本発明では、主接点１０の開路後に評価装置１５によって、電極１１と１１'を介して、主接点１０に関する電圧検査を行う。主接点１０の内の１つで電圧降下が小さすぎる場合、これはその主接点が十分に広く開いていないことを示す。即ち、開路時に接触ブリッジが進んだ開放距離が所定の値を超過しておらず、高い確率で溶着が生じている。

開路信号が発せられてから例えば１００ミリ秒の所定の時間後に、引き続いて小さ過ぎる開路距離が認識された際は、開閉装置の以後の動作を確実に中止せねばならない。そのため、本実施例では評価装置１５が、図示しない接続部を介して、制御装置１６と接続されている。そして、評価装置１５がそのような不具合状況を認識すると、それを制御装置１６へ伝え、それを受けて制御装置は制御回線の内の少なくとも１つを遮断する。

これに加えて、本実施例ではリリース機構１４が駆動され、これとばね蓄力器１３の噛合いが外される。このばね蓄力器は、例えば既に電源スイッチやコンパクトスタータで周知の切換ラッチであってよい。その場合、この切換ラッチは、開閉装置の開閉個所の開いていない主接点１０に高い力で機械的に作用し、溶着している主接点を引き剥がす。その際に引き剥がしを実現するには、ばね蓄力器１３の力を相応に大きく設定せねばならない。そしてばね蓄力器１３は、噛合いが外れた位置に留まったままリセット不能となるか、又はばね蓄力器１３は、ばねに再び応力をかけてリリース機構１４を再び噛み合わせることができる機構を有する。機構１３と１４のリセットは手動でしか行えないので、利用者は障害が発生したことを認知し、例えば開閉装置の交換によって適宜対応する必要がある。

本発明の方法も適用される図２に示す本発明の実施形態は、特に各主接点１０を別々に監視すべき場合に適し、従って特に唯一の主接点を備える単相の開閉装置にも適する。接触ブリッジの両方の接触面が溶着している場合、例えば電極対１１と１１'を介して主接点１０に印加される補助電圧を用いて、このようなもはや安全ではない主接点１０の状態を認識できる。即ちこの場合、開放後にも、溶着した主接点を介して補助電圧が引き続き印加される。このように、評価装置１５はこの補助電圧を監視し又は主接点の等価抵抗に基づいて生じる電流を監視することで、主接点１０の接触ブリッジが溶着のため開放点を超過していないことを認識できる。すると評価装置は、この認識した不具合状況を制御装置１６へ伝え、もって不具合状況の発生に基づいて開閉装置の以後の動作が中止される。補助電圧を用いる上述の方法に代えて、これ以外の実施形態も考えられる。例えば評価装置を通じて、電極１１の負荷側と電極１１'の電源側との間の電圧の差異を評価できる。又はごく単純に、負荷側の電極１１における電源電圧の印加がチェックされる。

図示しない更に別の実施例では、電流経路毎に唯一の電流センサを設けてもよい。これは特に、２相又はそれ以上の相の開閉装置に適用できる。その場合、各電流経路における電流測定を通じて、開路の後に開放点を超過しているか否かを認識できる。開放点を超過していないことを電流測定により認識すると、開閉装置のそれ以後の動作を中止する。

図３は、開閉個所２０の接触ブリッジの認識されるべき開放距離が評価装置２５によって直接照会される、本発明による装置の別の実施例を模式的に示す。このことは、例えば相応の、ただし図３には詳しくは示さない手段２１で行い得る。例えば、閉路時に主接点が閉じると第１の状態へ移行し、少なくとも１つの主接点が溶着していると開路後もこの第１の状態のままに留まる開閉監視手段を設けるとよい。

この場合、この手段が開路後に、開放後の所定の状態に相当していないこの第１の状態に留まっていれば、認識された開放距離は所定の値を下回っていると考えられる。

本発明による方法も適用する可能な図３に示す本発明の実施形態は、接触ブリッジの一方の側でのみ接触面の溶着又は接着が生じた際、直ちにこれを認識したいという場合に格別に適している。他ならぬこのような不具合状況では、負荷がオフになったときに主接点２０は開いているものの、接触ブリッジは、開閉装置の安全な状態を保証できない距離しか進んでいない。むしろ、このような不具合状況では焼損が増えるために、接触ブリッジの向かい合う側にある第２の接触面も間もなく溶着するものと予想される。主接点２０の接触ブリッジが片側の溶着に伴い、確実に開いた状態のときの開放点を下回る距離しか進んでいないことを、評価装置２５が開路時に手段２１を通じて認識したときは、開閉装置のそれ以後の動作を中止させ得る。

図３に示すこの実施形態を、図２との関連で説明した方策と組み合わせてもよい。例えば手段２１により片側での溶着を認識でき、このことは、主接点が開かないために開閉装置の故障が迫っていることを示す最初の徴候である。或いは、開閉装置の以後の動作の本来の中止は、以後の動作中に補助電圧を通じて追加の電極で、例えば電極１１と１１'で、両側での接着のため主接点が完全に開かなくなっていることを認識した際に初めて行うこともできる。

主接点の開放距離を認識するための更に別の実施例では、制御磁石のコイルで直接インダクタンス測定してもよい。制御磁石は、正常な閉路状態の際、開路状態のときとは異なるインダクタンスを示す。開路後にこのような開路状態のインダクタンスに達しないときは、開放点を超過していないものと判定し、開閉装置の作動を停止させる。

図４は、本発明による装置の更に別の実施例を示す。ここでは、不具合状況の際、以後の動作を中止すべく、本来の開閉主接点３０と直列に個々の電流経路に配置された別の開閉部材３９'を設けている。主接点３０の１つで溶着が生じた際、評価装置３５は電極３１と３１'によって、該主接点での電圧降下が小さすぎることを認識する。その結果として、評価装置３５はリリース機構３４を駆動し、もってばね蓄力器３３の噛合いを外す。このばね蓄力器３３は、作用接続３９を介して開閉部材３９'に作用し、これを開く。それによって電流経路が確実に、かつ、主接点が開いているかまだ閉じているかに関わりなく遮断され、開閉装置の以後の動作が中止される。

本発明による方法の簡略化したフローチャートである。 本発明による装置の第１の実施形態である。 本発明による装置の第２の実施形態である。 本発明による装置の第３の実施形態である。

符号の説明

１０ 主接点、１１、１１'、３１、３１' 電極、１２ 制御磁石、１３、３３ ばね蓄力器、１４ 開放機構、１５、３５ 評価装置、１６ 制御装置、１７ 接点負荷バネ、１８ 制御部、２０、３０ 主接点、３９ 作用接続、３９' 開閉部材、１１０ 開閉装置

Claims (17)

1. 接触片と可動の接触ブリッジを有する少なくとも１つの閉路可能かつ開路可能な主接点と、可動の電機子を有する少なくとも１つの制御磁石とを備え、前記電機子は閉路および開路の際に対応する前記主接点が閉じられたり開かれたりするように前記接触ブリッジに作用する開閉装置を安全に作動させる方法において、以下のステップを有する方法。
   ａ）開路の後に少なくとも１つの前記主接点の可動の前記接触ブリッジが開放点を超過しているかどうかを認識するステップと、
   ｂ）所定の時間後に前記開放点を超過していないときは前記開閉装置の以後の動作を中止するステップ。
2. 前記開放点の超過を前記主接点によって開閉するべき電流経路での電流の測定によって認識し、測定した電流が開路後に想定される電流よりも大きいときには前記開放点を超過していないと判定することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記開放点の超過を前記主接点を介しての電圧降下の測定によって認識し、前記電圧降下が開路後に想定される電圧降下よりも小さいときには前記開放点を超過していないと判定することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記開放点の超過を前記制御磁石のインダクタンスの測定によって認識し、開放後に想定される値に相当していない値を前記インダクタンスが開路後に有するときには前記開放点を超過していないと判定することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記開放点を前記接触ブリッジと作用接続している手段の状態によって認識し、開放後の所定の状態に相当していない前記状態に前記手段が開路後にとどまっているときには認識された前記開放点を超過していないと判定することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 電流経路で前記主接点と直列に配置された開閉部材を開くことによって以後の動作を中止することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。
7. 前記制御磁石を制御するための少なくとも１つの制御回線を遮断することによって以後の動作を中止することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。
8. 開閉装置を安全に作動させる装置であって、前記開閉装置は、接触片および可動の接触ブリッジを有する少なくとも１つの閉路可能かつ開路可能な主接点と、可動の電機子を有する少なくとも１つの制御磁石とを含み、前記電機子は閉路および開路時に対応する前記主接点が閉止可能かつ開放可能となるように前記接触ブリッジに作用する装置において、
   少なくとも１つの前記主接点の前記接触ブリッジの開放点が超過されているかどうかを認識する第１の手段が設けられ、
   所定の時間後に前記開放点が超過されていないことを前記手段が開路後に認識したとき、前記開閉装置の以後の動作を中止する別の手段が設けられたことを特徴とする装置。
9. 前記第１の手段は、前記主接点によって開閉すべき電流経路の電流を測定する電流センサを含むことを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記第１の手段は２つの電極を含み、前記第１および前記第２の電極は前記主接点を介しての電圧降下を導き出すように配置されたことを特徴とする請求項８記載の装置。
11. 前記第１の手段は、前記制御磁石のインダクタンスを測定する、インダクタンス検出手段を含むことを特徴とする請求項８記載の装置。
12. 前記第１の手段は、前記接触ブリッジと接続され、第１および第２の状態をとることができる開放機構を含むことを特徴とする請求項８記載の装置。
13. 前記別の手段は、以後の動作を中止すべく電流経路で前記主接点と直列に配置された開閉部材を開く評価装置を含むことを特徴とする請求項８から１２の１つに記載の装置。
14. 前記別の手段は、以後の動作を中止すべく前記制御磁石への制御回線を遮断する、前記制御磁石を制御するための制御装置を含むことを特徴とする請求項８から１２の１つに記載の装置。
15. 負荷を安全に開閉するために請求項１から７の１つに記載の方法を実施する開閉装置において、前記開閉装置が接触器又は電源スイッチ又はコンパクト分岐器である開閉装置。
16. 請求項８から１４の１つに記載の装置を備え、負荷を安全に開閉するための開閉装置において、前記開閉装置は接触器又は電源スイッチ又はコンパクト分岐器である開閉装置。
17. 前記開閉装置は、制御磁石を備え、３つの電流経路を閉路および開路すべく３つの主接点を備えた３極開閉装置であることを特徴とする請求項１５又は１６記載の開閉装置。

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