JP2013196807A - 開閉器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では構造の簡素化を実現できる開閉器を提供することを目的とする。
【解決手段】上記の課題を解決するために、固定電極８、及び、固定電極８と対向して配置されると共に固定電極８に対して閉極または開極される可動電極９、を各々備える複数の開閉部１３を備え、複数の開閉部１３は、開閉器に流れる電流の投入及び遮断を行い、複数の開閉部１３は電気的に直列に接続されており、更に複数の開閉部１３は、一の開閉部が開極された後に、他の開閉部が開極される様に形成されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は開閉器に関するものであり、特に直列に開閉部を配置するものに関する。

従来の開閉器として例えば特許文献１に記載されたものがある。該特許文献には、直流電源と負荷となるリアクトルに対して、複数の通電用の真空遮断器と、これらと並列に配置された遮断用の真空遮断器を有し、当該遮断用の真空遮断器は各々直列配置となる様に配置されている直流電流遮断用の直流遮断器が記載されている。該特許文献では、通電用の真空遮断器と遮断用の真空遮断器を分離して設けており、遮断用の真空遮断器は通電時には開極されており、通電用の真空遮断器を閉極して通電している。一方、遮断時には、遮断用の真空遮断器を投入し、その後通電用の真空遮断器を開極して遮断用の真空遮断器に転流させた後、直列に配置された遮断用の真空遮断器を順次開路し、該遮断用の真空遮断器と並列に設けられる抵抗とリアクトルの直列回路による所定の時定数に従う減衰を用いて、直流電流を最終的に零にする様にしている。

特開平５−８１９７３号公報

上記特許文献１によれば、通電用の真空遮断器と遮断用の真空遮断器を分離して設けており、構造が複雑化してしまう。

そこで、本発明では構造の簡素化を実現できる開閉器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明に係る開閉器では、固定電極、及び、該固定電極と対向して配置されると共に前記固定電極に対して閉極または開極される可動電極、を各々備える複数の開閉部を備え、該複数の開閉部は、開閉器に流れる電流の投入及び遮断を行い、前記複数の開閉部は電気的に直列に接続されており、更に前記複数の開閉部は、一の開閉部が開極された後に、他の開閉部が開極される様に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、構造の簡素化を実現できる開閉器を提供することが可能になる。

実施例に係る開閉器の全体構成を示す斜視図である。 実施例に係る開閉器の各開閉部を示す模式図であり、開極状態を示す図である。 実施例に係る開閉部の電極を示す図である。 実施例に係る開閉器の各開閉部を示す模式図であり、閉極状態を示す図である。

以下、上記した本発明を実施するうえで好適な実施の形態について図面を用いて説明する。下記はあくまでも実施例に過ぎず、発明内容が係る特定の態様に限定して解釈されることを意図する趣旨ではない。実施例について図１ないし図４を用いて説明する。

図１に示す様に、本実施例に係る開閉器は下述する真空バルブ６内に配置される可動電極９を操作するための操作機構２及び該操作機構２の下部に設けられる遮断ばね３と、これらを内部に有する筺体１と、操作機構２に対して遮断ばね３を介して連結される連結機構１４と、該連結機構１４内部材であり、自身の回転に伴うレバー駆動により操作力を伝達するシャフト４及びシャフト４に連結されて各開閉部の可動電極を駆動するために開閉部毎に各々設けられる操作ロッド１５と、該操作ロッド１５に対して更に各々設けられる接圧ばね５と、複数の真空バルブ６とから概略構成される。複数の真空バルブはいずれも同一形状としており、製作性が向上する。

図２は各開閉部を模式的に表した図である。該図に示す様に、三つの真空バルブ６−ａ，６−ｂ，６−ｃが並行に配置され、各真空バルブ内に固定電極８と、固定電極８と対向して配置されると共に固定電極８に対して閉極または開極される可動電極９とが収納され、各可動電極９は可動ロッド７−ａ，７−ｂ，７−ｃに接続されている。可動ロッド７−ａ，７−ｂ，７−ｃは接圧ばね５−ａ，５−ｂ，５−ｃを介して各操作ロッド１５に連結されている。各固定電極８は、固定ロッド１６−ａ，１６−ｂ，１６−ｃに接続されている。そして、固定ロッド１６−ａ，１６−ｂ，１６−ｃには固定側接続導体１７−ａ，１７−ｂ，１７−ｃが接続され、可動ロッド７−ａ，７−ｂ，７−ｃには可動側接続導体１８−ａ，１８−ｂ，１８−ｃが接続されている。本実施例では接圧ばね５−ａの接圧力は、他の接圧ばね５−ｂ，５−ｃの接圧力よりも強くなる様に形成している。接圧ばねの接圧力は、強くなる程閉極時の速度が遅くなり、開極時の速度は速くなる。逆に、接圧力が弱くなる程、閉極時の速度が速くなり、開極時の速度は遅くなる。

本実施例では三つの開閉部１３を設け、これらを電気的に直列に接続している。接続の態様は図示されていないが、固定側接続導体または可動側接続導体を介して、隣り合う開閉部同士を、ｉ）一方の開閉部の固定電極８と他方の開閉部の可動電極９を電気的に接続することで直列に接続するか、ii）一方の開閉部の固定電極８と他方の開閉部の固定電極８、及び一方の開閉部の可動電極９と他方の開閉部の可動電極９、を電気的に接続することで直列に接続する、と言った接続態様を採ることなどが具体的に挙げられる。ｉ）の場合、使用する導体の数が減ると共に交流の大電流が流れる際の電磁力を制御できると言うメリットがある。

図３は、真空バルブ６−ａ内に配置される電極を示している。電極の接触面のうち、電極の中心部１９には、低サージ材料であるＡｇ−Ｗ−Ｃ系材料を配置し、その外周側２０には高耐圧材料であるＣｒ−Ｃｕ系材料を配置している。接触面に低サージ材料であるＡｇ−Ｗ−Ｃ系材料を配置することで遮断性能を向上させることが可能になる。そして、周囲を、高耐圧材料であるＣｒ−Ｃｕ系材料で形成することで開極状態にある際の耐圧を向上させることが可能になる。そして電極の接触面以外は、導電性を高める様にＣｕ材料により形成されている。本実施例では、低サージ材料であるＡｇ−Ｗ−Ｃ系材料と、その外周側２０に高耐圧材料であるＣｒ−Ｃｕ系材料を共に使用したハイブリッド型電極として、真空バルブ６−ａ内に配置される電極の接触面を形成しているが、開極状態にある際の断路特性は、他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃに主として任せることも可能であり、低サージ材料であるＡｇ−Ｗ−Ｃ系材料で接触面前面を形成することも可能である。他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃは、開極状態にある際の耐圧特性を高めるべく、接触面を高耐圧材料であるＣｒ−Ｃｕ系材料とするのが望ましい。

上記の様に構成した開閉器の動作について、図２及び図４を用いて説明する。図２は開極状態を、図４は閉極状態をそれぞれ示している。

初めに図４に記載された閉極状態から、開極状態に移行するまでの動作について説明する。閉極状態、即ち投入された状態から開極状態に移行するには、電流を遮断する必要がある。本実施例では、電流を遮断するべく真空バルブ６−ａ内の可動電極９を最初に開極させ、開極後、図示しない交流電源の周波数の半サイクル以上の時間経過後に他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内の可動電極９を開極させる。ここで、交流電源の周波数の半サイクル以上としたのは、半サイクルあれば必ず電流の零点を一度は通過するので、遮断機会を少なくとも一度は確保した後に、他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内の可動電極９を開極させることができるからである。無論、更に１サイクル、２サイクルと増やしていくことで電流の零点を通過する回数を増やし、真空バルブ６−ａで遮断できる確率を上げることが有効であることは言うまでもない。あくまで遅れの下限値として示したものに過ぎない。真空バルブ６−ａ内の可動電極９を最初に開極させて電流を遮断した後、他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内の可動電極９も開極する。電気的に直列な三つの電極による３点切りで開極状態、即ち断路を保持することで信頼性を向上させることが可能である。

本実施例において上記動作を実現する具体的な機構について説明する。本実施例では操作機構は一つであり、開閉部毎に操作機構を設けていない。そこで、上記の様な時間差を操作機構によらずに、接圧ばね５−ａの接圧力を他の接圧ばね５−ｂ，５−ｃの接圧力よりも強くなる様に形成することで実現している。接圧ばね５−ａの接圧力を他の接圧ばね５−ｂ，５−ｃの接圧力よりも強くなる様に形成することで、真空バルブ６−ａの可動電極９開極時の速度は他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃの開極時の速度より速くなる。一つの操作機構で上記の時間差を作ることで、部品点数が多いと共に、大型でかつ高価となる操作機構を一つに集約することができ、構造を簡素化することが可能になる。無論、上述した時間差に基づく操作は、操作機構を複数設け、各操作機構から操作力が発生するタイミングをずらすことによっても実現できる。

断路時においては、真空バルブ６−ｂ，６−ｃの接触面を高耐圧材料であるＣｒ−Ｃｕ系材料としておくことにより、同じ電極間距離でも断路時の信頼性を向上させることができるので、装置の信頼性向上及び小型化にも寄与する。

また、断路時における電極間距離を真空バルブ６−ａ内で他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内よりも長くなる様に形成している。真空バルブ６−ａ内は耐サージ性能を高めており、真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内よりも耐圧性で劣る可能性があるため、安全性の観点から電極間距離を長くしている。

次に、図２に記載された閉極状態から、開極状態に移行するまでの動作について説明する。開極状態から閉極状態、即ち投入状態に移行するには、投入時の先行放電を負担する必要がある。本実施例では、投入時には真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内の可動電極９を閉極させ、最後に真空バルブ６−ａ内の可動電極９を最初に閉極させて投入する。これにより、耐サージ性能を高めた真空バルブ６−ａ内で先行放電を負担でき、他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内では単に電路をクローズするのみで済み、先行放電の影響を受けなくなる。

上述した様に、開極時には真空バルブ６−ａ内の可動電極９を最初に開極させ、開極後に他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内の可動電極９を開極させて、閉極時には真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内の可動電極９を閉極させ、最後に真空バルブ６−ａ内の可動電極９を最初に閉極させて投入する様にしたので、アークを消弧する遮断性能及び先行放電に耐える投入性能は真空バルブ６−ａ内にのみ持たせれば良く、他の真空バルブ内の構造は簡素化できる。

本実施例では、真空バルブ６−ａ内でのアークを消弧する遮断性能及び先行放電に耐える投入性能を高めるべく、真空バルブ６−ａ内の電極のみ低サージ材料であるＡｇ−Ｗ−Ｃ系材料を接触面に用いている。一方で、他の開閉部である他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃについても開極状態にある際の耐圧性能は要求される。そこで、本実施例では他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃの接触面に高耐圧材料であるＣｒ−Ｃｕ系材料を用いている。尚、真空バルブ６−ａでも開極状態を保持する際に耐圧性能を有する必要があるので、Ａｇ−Ｗ−Ｃ系材料の周囲に高耐圧材料であるＣｒ−Ｃｕ系材料を用いてハイブリッド型電極とすることも有効である。その他、開極状態において真空バルブ６−ａ内の電極間距離を他の真空バルブ６−ｂ，６−ｃ内の電極間距離よりも長くすると言う対策も、耐圧性向上のための手段であり、上記と併用してより強化するか、または代替策として使用することも可能である。

尚、上記の様な真空バルブ６−ａ内で耐サージ性能を高めると言う対策を講じず、電極が痛んできた場合には交換すると言うスタイルを採用することも選択肢の一つとなる。この場合であっても、交換する真空バルブは一つのみで済み、他の真空バルブを交換する必要はないことから、複数の開閉部を同時に駆動させる場合と比較して（この場合、全ての開閉部が均等に痛み、いずれも交換しなければならなくなる。）交換時の作業負担、所有者のコスト面での負担も大きく低減できる。所有者の希望に応じて、初期投資を大きくしてメンテナンス費用を減らすか、初期投資を小さくしてメンテナンス費用を増やすかいずれにも対処することが可能である。

尚、上記実施例では真空バルブを用いた場合を例にして説明している。真空バルブを用いることで、装置全体の著しい小型化を実現できると言ったメリットがある。しかし、本発明については、真空バルブを用いない場合にも一定の効果は得られる。

また、真空バルブを三つ用いる場合を例にして説明しているが、三つに限らず、更に多くすることや二つの開閉部を使用する場合についても適用可能である。

本実施例では、複数の開閉部である真空バルブが、開閉器に流れる電流の投入及び遮断機能を兼用しているので、構造の簡素化を実現できる開閉器を提供することが可能になる。

また、交流電流遮断用の開閉器として使用することで、直流電流遮断用の開閉器として使用する場合の様に、電流の零点形成様に様々な部材を使用する必要がなく、装置として簡素化することもできる。

１ 筐体
２ 操作機構
３ 遮断ばね
４ シャフト
５，５−ａ，５−ｂ，５−ｃ 接圧ばね
６，６−ａ，６−ｂ，６−ｃ 真空バルブ
７，７−ａ，７−ｂ，７−ｃ 可動ロッド
８ 固定電極
９ 可動電極
１０，１１，１２ 電極間
１３ 開閉部
１４ 連結機構
１５ 操作ロッド
１６ 固定ロッド

Claims (13)

1. 固定電極、及び、該固定電極と対向して配置されると共に前記固定電極に対して閉極または開極される可動電極、を各々備える複数の開閉部を備え、
   該複数の開閉部は、開閉器に流れる電流の投入及び遮断を行い、
   前記複数の開閉部は電気的に直列に接続されており、
   更に前記複数の開閉部は、一の開閉部が開極された後に、他の開閉部が開極される様に形成されることを特徴とする開閉器。
2. 請求項１に記載の開閉器であって、
   前記開閉器は交流電流遮断用の開閉器であることを特徴とする開閉器。
3. 請求項２に記載の開閉器であって、
   前記他の開閉部は、前記一の開閉部の開極後、前記交流電源の周波数の半サイクル以上の時間経過後に開極されることを特徴とする開閉器。
4. 請求項１ないし３のいずれか一つに記載の開閉器であって、
   前記一の開閉部は、いずれも前記他の開閉部の閉極後に閉極される様に形成されることを特徴とする開閉器。
5. 請求項１ないし４のいずれか一つに記載の開閉器であって、
   更に操作機構と、前記複数の開閉部毎に設けられる複数の可動ロッドと、該複数の可動ロッドの各々に設けられる接圧ばねと、前記操作機構と前記複数の可動ロッドを連結し、前記操作機構からの操作力を前記複数の可動ロッドに伝達する連結機構とを備え、
   前記一の開閉部に接続される前記接圧ばねの接圧力は、いずれもの前記他の開閉部に接続される前記接圧ばねの接圧力よりも強くなる様に形成されることを特徴とする開閉器。
6. 請求項５に記載の開閉器であって、
   前記複数の開閉部を操作するための前記操作機構は一つであることを特徴とする開閉器。
7. 請求項６に記載の開閉器であって、
   隣り合う前記開閉部同士は、一方の開閉部の固定電極と他方の開閉部の可動電極を電気的に接続することで直列に接続することを特徴とする開閉器。
8. 請求項６に記載の開閉器であって、
   隣り合う前記開閉部同士は、一方の開閉部の固定電極と他方の開閉部の固定電極、及び一方の開閉部の可動電極と他方の開閉部の可動電極、を電気的に接続することで直列に接続することを特徴とする開閉器。
9. 請求項１ないし８のいずれか一つに記載の開閉器であって、
   前記一の開閉部における前記可動電極の開極時の前記可動電極と前記固定電極の間の距離は、前記他の開閉部における前記可動電極の開極時の前記可動電極と前記固定電極の間の距離よりも長くなる様に形成されることを特徴とする開閉器。
10. 請求項１ないし９のいずれか一つに記載の開閉器であって、
    前記一の開閉部における前記電極の接触面には、Ａｇ−Ｗ−Ｃ系材料を配置することを特徴とする開閉器。
11. 請求項１ないし９のいずれか一つに記載の開閉器であって、
    前記一の開閉部における前記電極の接触面には、中心部にＡｇ−Ｗ−Ｃ系材料を配置し、該中心部の外周側にはＣｒ−Ｃｕ系材料を配置することを特徴とする開閉器。
12. 請求項１０または１１に記載の開閉器であって、
    前記他の開閉部における前記電極の接触面にはＣｒ−Ｃｕ系材料を配置することを特徴とする開閉器。
13. 請求項１ないし１２のいずれか一つに記載の開閉器であって、
    前記複数の開閉部は、各々同一形状の真空容器内に配置されることを特徴とする開閉器。