JP2016502745A - スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

移動方向に沿って移動可能である可動接触子と、固定接触子と、アーク消去装置とから成る接触子システムを有するスイッチング装置であって、改善されたアーク特性を有するスイッチング装置を形成するために、移動方向（１２）に沿って移動可能である可動接触子（７）と、固定接触子（５）と、前記移動方向（１２）に対して垂直な平面に形成される磁界を生じさせるための構造体（１３）と、前記可動接触子（７）と導電的に接続された第一の電極（１６）と、前記固定接触子と導電的に接続された第二の電極（１８）とから成る電極構造体とを有するアーク消去装置とから成る接触子システム（４）を有するスイッチング装置（１）が提案され、前記第一の電極（１６）と前記第二の電極（１８）は、前記第一の電極（１６）と前記第二の電極（１８）の間に前記移動方向（１２）に対して垂直に、かつ、前記磁界に対して垂直に電界が形成可能であるように設けられている。

Description

本発明は可動接触子と、固定接触子と、アーク消去装置とを備える接触子システムを有するスイッチング装置に関する。

可動接触子と、固定接触子と、アーク消去装置とを備える接触子システムを有するスイッチング装置は周知の従来技術から、例えば低電圧領域において、固定接触子と、回動可能に支承された可動接触子を有するスイッチであって、アーク消去装置が消去用プレートの形で設けられているスイッチとして知られている。中電圧領域では例えば真空スイッチ管としてのスイッチング装置が知られており、当該スイッチング装置は真空気密ハウジングから密封状態で可動式に導出された可動接触子と、同様に真空ハウジングから密封状態で導出された固定接触子を有しており、前記可動接触子と固定接触子は真空ハウジング内部で接触子システムを形成しており、アーク消去装置は当該接触子システムの接触子におけるスロットとして形成されており、当該スロットは磁界を生じさせるために設けられているとともに、アークの拡張もしくは回動を生じさせ、当該アークは電流ゼロ点通過の際に消去される。

本発明は、改善されたアーク消去特性を有するスイッチング装置を形成することを課題とする。

上記の課題は本発明により、移動方向に沿って移動可能である可動接触子と、固定接触子と、前記移動方向に対して垂直な平面に形成される磁界を生じさせるための構造体ならびに、前記可動接触子と導電的に接続された第一の電極および前記固定接触子と導電的に接続された第二の電極とを備える電極構造体を有するアーク消去装置と、を備える接触子システムを有するスイッチング装置であって、前記第一の電極と第二の電極は、当該第一の電極と第二の電極の間に、前記移動方向に対して垂直、かつ、前記磁界に対して垂直に電界が形成可能であるように設けられている、スイッチング装置によって解決される。

このようなスイッチング装置は改善されたアーク消去特性を有している。それは以下の理由による。すなわち、磁界を生じさせるための構造体と電極構造体とにより、短絡電流が生じた場合、接触子システムが分離されて生じるアークはプラズマとして導電性粒子を有しており、磁界を生じさせるための構造体において形成される磁界によって、第一の電極と第二の電極から成る電極構造体において電界が発生可能であり、アークのプラズマの帯電した導電性粒子は、磁界内の移動に規定された状態で電極へと移動し、当該電極において電界を構成し、当該電界は逆電流を生じさせ、当該逆電流は外部から印加される電圧に対して逆に形成されており、それによりアーク電圧に対抗するとともに、アーク消去を生じさせるか、もしくはアーク消去を支援するという理由による。このようなスイッチング装置において特に有利なのは、当該スイッチング装置が直流電圧動作に対しても、交流電圧動作に対しても用いられ得ることである。それは以下の理由による。すなわち、磁界発生構造体と電極構造体によって形成される電界は、直流電圧動作の場合、アーク消去のために十分であり、交流電圧動作の場合、交流電流の半波長の間の同一の効果は同様に、アーク電圧に対抗するとともに、アーク消去を支援するのに十分であるという理由による。このとき基礎となる理論は実際に知られている電磁流体力学的発電機の理論であり、当該理論では、磁界における導電性粒子流の移動は、当該導電性粒子に及ぼされる磁界の力に起因して電極構造体において電界を生じさせ、直流電流を生じさせる。電極構造体において生じさせられる当該電界は、本発明に係るスイッチング装置において好適に、外部から印加される電圧に対して、およびそれとともにアーク電圧に対して逆に向けられており、それにより有利な方法でアーク消去を生じさせるか、もしくはアーク消去を支援する。

本発明の一の有利な構成において、磁界を生じさせるための構造体はＵ字型の鉄心を含んでおり、当該鉄心の底部は、固定接触子と、電流ループを形成している当該固定接触子の電気的接続導線との間に設けられており、前記鉄心の二つの脚部は接触子システムに沿って当該接触子システムの周囲に延在する。

言い換えれば、前記の有利な構成による構造体におけるＵ字型の鉄心により、一種のスロットモータが形成されており、当該スロットモータでは、Ｕ字型の鉄心の脚部の間に十分に大きな電流が生じる際、磁界が作り出され、当該磁界は接触子システムの可動接触子に力を及ぼし、当該力は接触子システムを開放する。さらにＵ字型の鉄心の当該構造体と、当該構造体によって作り出された磁界により、導電性粒子もしくはプラズマ流の粒子に及ぼされる力も保証されており、当該力は電極構造体において逆磁界を構成するために利用可能である。

本発明の特に有利な構成において、第一の電極は側方において可動接触子から固定接触子に向かって延在し、第二の電極は側方において固定接触子から可動接触子に向かって延在し、それにより接触子システムが遮断されているとき、第一の電極と第二の電極は、可動接触子と固定接触子の間に形成されている空間の周囲に当該空間に沿って延在する。第一の電極と第二の電極をこのように配置することにより、幾何学的に単純な構成が実現されており、当該構成により第一の電極と第二の電極の間に、電流方向と磁界方向との外積に応じて、可動接触子の移動方向に対して垂直に、かつ、磁界に対して垂直に電界を形成することが可能となっている。

本発明の特に有利な構成において、可動接触子は電気的に絶縁された状態で駆動部と機械的に結合されており、第一の滑り接触子を用いてスイッチング装置の第一の電気的接続部と導電的に接続されている。滑り接触子の代わりに柔軟な導体も接続のために役立ち得る。このような滑り接触子または柔軟な導体は、スイッチング装置の第一の電気的接続部を可動接触子と導電的に接続すると同時に、スイッチング装置の接触子システムを開閉するための可動接触子の移動を確実にするための簡単な可能性を示している。

本発明のさらなる有利な構成において、第一の電極は第二の滑り接触子を介してスイッチング装置の第一の電気的接続部と導電的に接続されている。第二の滑り接触子の代わりに第二の柔軟な導体も接続のために役立ち得る。第一の電極をスイッチング装置の第一の電気的接続部と導電的に接続するための第二の滑り接触子または第二の柔軟な導体は、同様に容易な方法で、導電的な接続を可能にすると同時に、可動接触子の可動性を保証する。

接触子システムとアーク消去装置は、例えば空気絶縁式ハウジング内に異なるように設けられていてよい。本発明の特に有利な構成において、接触子システムとアーク消去装置は真空気密ハウジング内に設けられており、可動接触子接続ボルトは真空ハウジングから密封状態で可動式に導出されている。接触子システムとアーク消去装置を真空気密ハウジングに設けることは、スイッチング装置を中電圧領域において用いるべきときに特に有利である。このような真空スイッチ管においてアークは、短絡電流のために接触子システムが遮断されたとき、極めて高い導電性を有する金属蒸気プラズマの形で発生するという理由による。さらに、遮断されるべき短絡電流は中電圧領域において高く、それにより磁界を生じさせるための構造体によって大きな磁界を生じさせることができる。同時に真空スイッチ管においてアークのアーク電圧が比較的小さいとき、電極装置の間において生じさせられ得る電界は、アークの消去を生じさせるか、もしくはアークの消去を支援するのに十分である。

本発明を以下に図面と実施の形態に基づいて、添付された図に関連させながらより詳しく説明する。図に示すのは以下の通りである。

閉じられた接触子システムを有する本発明に係るスイッチング装置の実施の形態を概略的に示す図である。 本発明に係るスイッチング装置の実施の形態の上面を概略的に示す図である。 遮断された接触子システムを有する本発明に係るスイッチング装置を概略的に示すさらなる図である。

図１は例えばエネルギー供給領域におけるスイッチング設備に接続するための、第一の電気的接続部２と、第二の電気的接続部３を有するスイッチング装置１を概略的に示す図である。スイッチング装置１は、例えば短絡が生じた場合、スイッチング設備のエネルギー供給を遮断するために設けられており、前記短絡は図に示されていない制御装置によって検出可能であるとともに、同様に図に示されていないスイッチング装置１の駆動部に駆動移動を開始させ、それによりスイッチング装置１の接触子システム４は遮断され得る。接触子システム４は、定置式に設けられているとともに、電流ループ６を介して第二の電気的接続部３と導電的に接続されている固定接触子５と、電気的導線８と第一の滑り接触子９とを用いて第一の電気的接続部２と導電的に接続されているとともに、電気的に絶縁式に形成されている駆動ロッド１０を用いて、図に示されていないスイッチング装置１の駆動部に機械的に結合されている可動接触子７と、を含んでいる。滑り接触子９の代わりに、例えば導体線などの形の柔軟な導体も導電的な接続のために役立ち得る。駆動ロッド１０にベアリング１１が設けられており、それにより駆動ロッドはガイドされた移動を確実に行うとともに、場合によって生じる横力を受容する。可動接触子７は１２で示されている移動方向矢印によって暗示されているように、駆動移動が開始され、通常動作では留められている駆動ロッドが外されるとき、図１に示す実施の形態では上に向かう移動方向に移動され、もしくは、短絡が除去されて、接触子システムが制御コマンドにより再び閉じられるべきときは、下に向かう方向に移動される。磁界を生じさせるための構造体１３が設けられており、当該構造体はＵ字型の鉄心１４によって形成されているが、図１では当該鉄心の底部１５のみが認められ、当該構造体は固定接触子５と電流ループ６の間に設けられており、以下において図２に関してより詳しく説明されるように、Ｕ字型の鉄心の脚部は底部から離れて接触子システム４の周囲において上方に向かって延在している。短絡電流が生じる場合に磁界を生じさせるための構造体１３が設けられており、当該磁界は可動接触子の移動方向に対して垂直な平面に形成される。第一の電極１６は第二の滑り接触子１７を介して、電気的導線８と、およびそれとともに可動接触子７もしくは第一の電気的接続部２と導電的に接続されており、側方において可動接触子７から固定接触子５の方向に延在している。第二の滑り接触子１７の代わりに同様に、例えば導体線などの形の柔軟な導体も導電的な接続のために役立ち得る。第二の電極１８は電流ループ６と、およびそれとともに固定接触子５もしくは第二の電気的接続部３と導電的に接続されており、側方において固定接触子５から可動接触子７の方向に延在しており、第一の電極１６と第二の電極１８は、当該第一の電極と第二の電極が接触子システム４の周囲に延在するとともに、第一の電極１６と第二の電極１８の間に、可動接触子７の移動方向に対して垂直であり、かつ、磁界を生じさせるための構造体１３によって作り出される磁界に対して垂直である電界の形成が可能とされるように設けられている。

図２はスイッチング装置１の上面を概略的に示しており、図２において可動接触子７と駆動ロッド１０、および磁界を生じさせるための構造体１３の底部１５と、第一の脚部１９と第二の脚部２０が認められ、当該第一の脚部１９と第二の脚部２０は底部１５から上方に接触子システム４を囲むように延在する。第一の電極１６と第二の電極１８も図２において認められ、第一の電極１６と第二の電極１８は同様に接触子システム４の周囲に延在しており、それにより電界を作り出すことができ、当該電界は可動接触子７の移動方向１２に対して垂直に、かつ、構造体１３の磁界に対して垂直に形成可能である。図２において可動接触子７は円形の接触子として表示されているが、アーク消去装置を有するスイッチング装置１の機能は、電極構造体と磁界を生じさせるための構造体のための上記の条件が満たされている限り、固定接触子５と可動接触子７の幾何学的形状には関係がない。

スイッチング装置１の機能は図３に関連させてより詳しく説明されるが、図３はすでに遮断された接触子システム４を有するスイッチング装置１を示しており、可動接触子７と固定接触子５の間に空間２１が形成されている。制御装置によって短絡電流が検出された後、駆動ロッド１０が外され、駆動部が駆動ロッド１０に駆動移動を開始させたためであり、接触子システム４の開放は磁界を生じさせるための構造体１３によって支援され、当該磁界を生じさせるための構造体は短絡電流の場合にまず、スロットモータのように機能し、可動接触子と固定接触子の間に反発力を生じさせ、当該反発力が接触子システム４の開放を支援する。図３に示されているように接触子システム４が開放されている場合、鋸歯状の矢印２３，２４によって概略的に表示されているように、空間２１内でアーク２２が点火され、当該アークは金属蒸気プラズマを形成する。図３の実施の形態において第一の電気的接続部２は負の極性を付与されており、第二の電気的接続部３は正の極性を付与されているが、これは相応に外部から印可される直流電圧であるか、もしくは外部から印可される交流電流の半波長内の極性であってよい。当該極性がこのように設けられている間、ｉで表される電流矢印に応じて技術的電流が流れ、これにより正電荷を持つ粒子は空間２１内の技術的電流方向に応じて固定接触子５から可動接触子７へと移動し、これに応じて負電荷を持つ粒子は可動接触子７から固定接触子５へと下に向かって移動する。構造体１３によって作り出される磁界であって、図３において図面平面から外に延在するとともにＢで表されている磁界によって、上に向かって移動する正の電荷担体は右に向かう力を受け、当該力は正の電荷担体を第一の電極１６へと移動させ、これに対して負の電荷担体は磁界によって左に向かう力を受け、当該力は負の電荷担体を第二の電極１８へと移動させ、これにより第一の電極１６と第二の電極１８の間に逆電界が生じ、当該逆電界は外部から印可される駆動電圧に対して、およびそれとともにアーク電圧に対しても逆向きになっており、極めて短時間で空間２１内のアークを崩壊もしくは消去させる。

図ではこれ以上示されていないが、真空気密なハウジング内にスイッチング装置１を配置し、それにより、言い換えれば真空スイッチ管が形成されていることは特に有利であり、当該真空スイッチ管は接触子システム４と、磁界を生じさせるための構造体１３と、第一の電極１６と第二の電極１８から成る電極構造体とを真空気密なハウジング内に相応に受容している。中電圧領域において支配的な条件の元で、このような構造体は特に効果的にアーク消去を支援する。そのために駆動ロッド１０も、可動接触子への電気的導線８および場合により第一の電極１６への電気的導線８も、可動接触子７の移動と電気的な接続がともに、真空気密式かつ可動式に真空スイッチ管の真空気密なハウジング内に導入されるように形成されるべきである。

１ スイッチング装置
２ 第一の電気的接続部
３ 第二の電気的接続部
４ 接触子システム
５ 固定接触子
６ 電流ループ
７ 可動接触子
８ 電気的導線
９ 第一の滑り接触子
１０ 駆動ロッド
１１ ベアリング
１２ 移動方向
１３ 構造体
１４ Ｕ字型の鉄心
１５ 底部
１６ 第一の電極
１７ 第二の滑り接触子
１８ 第二の電極
１９ 第一の脚部
２０ 第二の脚部
２１ 空間
２２ アーク
２３，２４ アーク矢印

Claims (6)

1. 移動方向（１２）に沿って移動可能である可動接触子（７）と、
   固定接触子（５）と、
   前記移動方向（１２）に対して垂直な平面に形成される磁界を生じさせるための構造体（１３）と、前記可動接触子（７）と導電的に接続された第一の電極（１６）および前記固定接触子と導電的に接続された第二の電極（１８）とを備える電極構造体とを有するアーク消去装置と、
   を備える接触子システム（４）を有するスイッチング装置（１）であって、
   前記第一の電極（１６）と前記第二の電極（１８）は、前記第一の電極（１６）と前記第二の電極（１８）の間に、前記移動方向（１２）に対して垂直、かつ、前記磁界に対して垂直に電界が形成可能であるように設けられているスイッチング装置（１）。
2. 前記磁界を生じさせるための前記構造体（１３）は、Ｕ字型の鉄心（１４）を備え、当該鉄心の底部（１５）は、前記固定接触子（５）と、電流ループ（６）を形成している前記固定接触子（５）の電気的接続導線との間に設けられており、前記鉄心の二つの脚部（１９，２０）は前記接触子システム（４）に沿って前記接触子システムの周囲に延在することを特徴とする、請求項１に記載のスイッチング装置（１）。
3. 前記第一の電極（１６）は、側方において前記可動接触子（７）から前記固定接触子（５）に向かって延在し、前記第二の電極（１８）は側方において前記固定接触子（５）から前記可動接触子（７）に向かって延在し、それにより前記接触子システム（４）が遮断されている場合、前記第一の電極（１６）と前記第二の電極（１８）は、前記可動接触子（７）と前記固定接触子（５）の間に形成されている空間（２１）の周囲に、当該空間に沿って延在することを特徴とする、請求項２に記載のスイッチング装置（１）。
4. 前記可動接触子（７）は、電気的に絶縁された状態で駆動部と機械的に結合されており、第一の滑り接触子（９）または柔軟な導体を用いて前記スイッチング装置（１）の第一の電気的接続部（２）と導電的に接続されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のスイッチング装置（１）。
5. 前記第一の電極（１６）は、第二の滑り接触子（１７）または第二の柔軟な導体を介して前記スイッチング装置（１）の前記第一の電気的接続部（２）と導電的に接続されていることを特徴とする、請求項４に記載のスイッチング装置（１）。
6. 前記接触子システム（４）と前記アーク消去装置は真空気密ハウジング内に設けられており、可動接触子接続ボルトは前記真空気密ハウジングから密封状態で可動式に導出されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のスイッチング装置（１）。

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