JP3727071B2 - 電気装置を電気回路網から断路する遮断器 - Google Patents

Description

本発明は故障状況において、配電変圧器等の、電気装置を各端子において平均電圧網や高電圧網から断路する遮断器であって、各相に少なくとも1つの固定接点とそれに係合および解除されて各々が遮断器の回転軸に固定される移動接点とを含み、各相に配置された高圧ヒューズに同時に電気的に直列接続される遮断器に関する。
電力の品質に対する要求がますます厳しくなってきているため、電力線の使用における遮断量は最小限に抑えてその持続時間をできるだけ短縮しなければならない。配電変圧器に故障が生じると、故障診断中および故障変圧器の交換中はずっと線路が生きた状態に保持されることがあるため、電流供給線の使用中断長さは変圧器を電気回路網から即座に自動的に断路して短縮される。
油絶縁配電変圧器には、変圧器巻線に故障が生じると、変圧器外箱内の変圧器油が加熱されて外箱内にガス混和物が発生されるという特殊な問題がある。最悪の場合、外箱内の圧力が高くなりすぎて外箱は引き裂かれ変圧器油が地上へ漏洩して環境問題を起こし、地面その他に火がついたり、人命を脅かす爆発の危険性を生じることがある。故障した生きた変圧器を調べる際に保守要員は特に非常な危険に曝される。
配電変圧器や多くの特殊変圧器はそれらの保護装置が、恐らくは屋外に配置され、厳しい環境条件に曝される補助電源電圧なしで作動しなければならず、そのため高圧変圧器の環境で知られている保護リレーおよび遮断器により実現される解決方法をこれに関連して経済的に使用することができない。
配電変圧器の故障に対する既知の解決方法は変圧器の１次側に高圧ヒューズを設けることである。しかしながら、この解決方法には各相がそれ自体のヒューズで保護されるため、２相もしくは３相変圧器が故障状況において生きたままとされる欠点がある。３相変圧器の１相のヒューズが飛んだ後でも、まだその中を電流が流れる。さらに、通常の限流ヒューズを使用すると、ヒューズが飛んでも電流は断路されずに流れ続けてヒューズが切断するまでヒューズ内部に圧力上昇を生じることを意味する協調若しくは調整問題が生じる。標準ＩＥＣ２８２−１（１９８５）では低い過電流（一般的に３^*Ｉ_n以下）において高電圧ヒューズの遮断容量は必要とされない。さらに、例えばサイクル短絡により１次電流の強度からは表示できず特にヒューズでは保護されないような低故障電流が生じることがあるが、この種の故障でも変圧器外箱内で温度および圧力上昇が生じ、局部油加熱によりガスが発生する。
仏国特許第２，７１２，７３０号には、変圧器の各相の１次回路が３相遮断器に直列に２個の異種高圧フューズを含む解決方法が開示されている。遮断器は所定のしきい値を越えて変化する変圧器の誘電性液体の性質に従って開路する。この解決方法によりヒューズ保護の協調問題は解消されるが、それでも遮断器が開路しなければ故障状況において変圧器のいくつかの端子は生きたままとされる。さらに、直列接続された２個のヒューズを変圧器に関して配置するのにあまりにもスペースをとられるため、この種の解決方法ではなんらかの変更なしには使用済み標準変圧器をこのように置換することができない。
他の類似通則の中に標準ＩＥＣ４２０“高圧交流スイッチ−ヒューズ組合せ”があり、それは中位電圧エリア内で使用するＡＣ用ヒューズ遮断器の電気的および動作特性を定義している。
高電圧ヒューズをトリガーとして使用するヒューズ遮断器に関する限り、定格電流に対する必要条件は本発明の応用エリアに対するさまざまな必要条件よりも何十倍も高いため、前記ヒューズ遮断器にはパワーを増すためにヒューズストライカのトリップピンにより解放される複雑な機構を実際上常に設けなければならない。例えば、１６０ｋＶＡ配電変圧器の遮断器は定格電流が１５Ａでなければならず、遮断器の最低定格電流は６３０Ａである。
本発明の目的は前記した欠点を解消することである。この目的は接点を接続位置に生きたまま保持し断路時に最も遠い断路位置へ押し離す少なくとも１つのリンク−スプリング機構を遮断器の軸に設け、軸はその回転の盲点すなわちデッドスポット（deadspot）を越えて回転され、軸は各相にレバーアームが設けられ、各レバーアームは高圧フューズのストライカのトリップピンにより遮断器の軸したがって全相の移動接点を前記接続位置から前記軸回転の前記盲点を越えて回転させるようにされていることを特徴とする遮断器により達成される。
本発明に従った遮断器機構は常に故障状況において全相の電圧を遮断するため、１相のヒューズだけが飛ばされても、変圧器の巻線には全く電圧および電流が残らない。したがって、故障変圧器は暖められることがなく爆発感応ガス混合物は発生されず、そのため変圧器を安全に調べて新しいものと交換することができる。
ヒューズが飛ぶと遮断器が開いて電流を断つためヒューズの協調問題は解消され、ヒューズの爆発は回避される。本発明の解決方法では、各供給相に１個のヒューズしか必要としない。ヒューズを貫通碍子内に一体化すると、保護のない従来の変圧器と交換可能な機械的寸法の変圧器とすることができる。
本発明による変圧器の遮断器は、さらに、変圧器の組立時に遮断器を作動状態に調整できることを特徴としている。装置の解放若しくはリリース限界は、遮断器が変圧器のいかなる切り替えもしくは過負荷状況でも開路せず、変圧器の故障時だけ開路するような寸法とすることができる。したがって、この機構は変圧器の保守および修理時の作動状態に再調整することができ、遮断器を制御するための独立した外部機構は不要である。
次に、添付図を参照して本発明の詳細な説明を行い、ここに、
図１は遮断器の斜視図。
図２はそのカバーに高圧フューズが定着されるトラフ内に配置された図１の遮断器機構の側面図。
図３はその中にヒューズが一体化される図２に従った貫通碍子の詳細図。
図４は遮断器の軸を回転させる概略図である。
本発明に従った遮断器の基本的構成要素は変圧器の各相に対する移動接点１および移動接点と協調する各固定接点２である。
変圧器の１次巻線の終端４は固定接点２に接続され、それらは誘電性絶縁材料で作られた定着ロッド３に定着されている。一方、定着ロッド３は遮断器のフレーム部２１に定着されている。
Ｕ字型移動接点１が、定着ロッド３に平行で点７においてフレーム部２１に軸受搭載された、軸６に搭載されてその軸周りに回転することができる。接点１は軸６により同時に作用するようにされており、接点１および２間の接触力は常に移動接点１の分岐１ａおよび１ｂ間に伸長されたスプリング５により与えられる。さらに、移動接点１がＵ字型であるため、その接触力は電流と共に増大し、その結果接点１は変圧器２次側の短絡状況および巻線内の故障による高電流に耐える。
図２および図３に従って、遮断器は誘電性液体が充填されたトラフ２０内に浸漬され、このトラフはたとえ全体システムを包囲するケーシング（図示せず）が漏洩していても遮断器の動作を保証する。
各１次相はヒューズ遮断器の使用から知られる高圧フューズ１７を含み、このヒューズは貫通碍子１６内に一体化される時は常にケーシング２０のカバー２２に定着されて遮断器に電気的に直列接続される。
遮断器機構が図１および図２に従った閉成位置にある時は、ヒューズ１７の下端の電極２３は移動接点１に配置される度にレバーアーム８により移動接点１の軸６と接触し、移動接点１は固定接点２に接続される。ヒューズ１７の下端には、ヒューズが飛ぶ時にトリップするストライカ１８もある。ストライカ１８の実質的な部分はヒューズ１７の端部から飛び出るトリップピン１９である。
ヒューズ１７が飛ぶと、トリップピン１９の動きがレバーアーム８により軸６へ伝達される。
遮断器機構はさらに、軸６に定着されたラグ９、一端がサポート２４によりロッド３に定着されているコッターボルト１０によりラグに定着されたタップ１１、および接点１および２の閉成位置において遮断器機構を幾分押して軸６回転の盲点を越えて回転させ衝撃や振動による意図せぬ解放を防止するタップ１１周りに搭載された圧力スプリング１２を含む少なくとも１つのリンク−スプリング機構を含んでいる。軸６回転の盲点は図４に示すＣ線を表し（タップ１１の一端、サポート２４の定着コッター２６、および軸６の軸間の線）、したがってトリップピン１９の動作の結果コッターボルト１０が前記Ｃ線と交差する場合に軸６は反対方向に回転する。したがって、ヒューズ１７が作動している時は、そのトリップピン１９の動作により軸６および全相の移動接点１が閉成位置から前記盲点を越えた開放位置へ向かって回転する。
軸６がトリップピン１９の力によりその回転の盲点を越えて回転された後で、リンク−スプリング機構のスプリング１２の力により軸６したがって移動接点１は十分な速度で最も遠い開放位置へ回転し続けて引き離された電流により生じるアークを遮断する。この回転を図１に矢符ＡおよびＢで示す。
接点１および２と１および電極２３が開くと、２つの直列アークによりアーク抵抗が増大して１つの接点よりも良好にアークが遮断される。遮断は誘電性液体として使用される油による接点の冷却現象および移動接点１を適切に形成するかあるいは、例えば、接点１の分岐１ａおよび１ｂ間に配置される翼２７をそれに設けることにより強化することができる油の動きに基づいている。
さらに、遮断器機構にはガスを含むタイトベローズ１３を含む機械的トリップ機構が補足されている。変圧器外箱もしくは遮断器機構ケーシング２０内の圧力が所定のしきい値を越えると、ベローズ１３が凹んでトリップピン１４をトリップさせ、スプリング１５の力により軸６および全相の接点１が閉成位置から開放位置へ前記軸回転の盲点を越えて回転する。その後、リンク−スプリング機構９から１２により遮断器はヒューズによる解放と同様に開路される。ベローズ１３内部のガス圧は一般式ｐ^*Ｖ／Ｔ＝一定に従って変化するため、過圧解放の動作点は外箱やケーシング２０内の液体温度に幾分依存する。
好ましくは、この装置の他にもう１つのリンク−スプリング機構９から１２が定着され、これら２つの機構９から１２により接続を保持するための十分な力およびあらゆる状況において最も遠い開放位置へ押すのに十分な力が保証される。
ヒューズおよび過圧保護の他に、本システムには油と巻線の温度および沈下する液面に基づいてトリップする保護を補足することができ、それは図面に独立に示されてはいない。温度保護は、バイメタル手段やトリップピン付き毛管等の、遮断器に関連して配置される温度センサを含むことができる。したがって、沈下する液面によりトリップする保護はやはりトリップピン付きのフロートを含むことができる。これらのピンは許容温度を越えかつヒューズおよび過圧保護に関して前記したように許容液面レベルが沈下する場合に、適切なレバーアームにより軸回転の盲点を越えて遮断器の軸６を回転させるようにされている。
さらに、例えば、電気遠隔制御器により遮断器の軸６を回転させるために遮断器に関連して電気機械トリガを配置し、他は前記した方法をとり、そのための他の特別な理由があれば接点１および２を断路することができる。
少なくとも１つの補助接点により遮断器の状態に関する補助接点情報をさらに検出して、例えば、遠隔制御システムにより操作監視者へ送ることができる。
また、遮断器の軸６は遮断器を取り巻く構造の壁を貫通させることができ、したがって位置データを機械的に外部へ表示しかつ遮断器を変圧器外部から再調整するようにすることができる。
さらに、トリガ手段として軸６に定着されるレバーアームも移動接点１内へ一体化することができる。したがって、異なるトリガに独立したレバーアームを使用することができ、またあるトリガは共通レバーアームを有することができる。
本発明の前記した説明は本発明を単に説明するものにすぎない。当業者ならば添付した請求の範囲内でその詳細をここに記載したものの他に非常に多くの方法で実現できるであろう。

Claims (21)

1. 電圧網と電気装置との間に接続されて、故障状況において該電気装置を該電圧網から断路するための遮断器であって、該遮断器は高電圧ヒューズ（１７）と電気的に直列に接続されて、
   該遮断器を回転する回転軸（６）と、
   少なくとも１つの固定接点（２）と、前記回転軸に設けられて前記固定接点（２）と接続又は非接続とされる移動接点（１）と、
   前記回転軸（６）に配置されたリンク−スプリング機構（９乃至１２）であって前記移動接点（１）及び固定接点（２）を接続位置に保持して前記電圧網と前記電気装置との接続を維持し、断路時には前記回転軸（６）をトリップ手段（１８，１９）に所定位置を越えて回転させて、前記移動接点及び固定接点を断路位置へ押し離すための前記リンク−スプリング機構（９乃至１２）と、
   前記回転軸（６）に設けられたレバーアーム（８）であって、トリップピン（１９）及び高電圧ヒューズ（１７）のストライカ（１８）からなるトリップ手段により該レバーアーム（８）及び移動接点（１）を前記回転軸（６）と共に前記接続位置から前記回転軸の回転の前記所定位置を越えて回転させる前記レバーアーム（８）とを含むことを特徴とする。
   遮断器。
2. ３相電圧網と電気装置との間に接続されて、故障状況において該電気装置を該電圧網から断路するための遮断器であって、該遮断器は３相の各相に配置された高電圧ヒューズ（１７）と同時に電気的に直列に接続されて、
   該遮断器を回転する回転軸（６）と、
   ３相の各相に少なくとも１つの固定接点（２）と、前記回転軸に設けられて前記固定接点（２）と接続又は非接続とされる各相の移動接点（１）と、
   前記回転軸（６）に配置されたリンク−スプリング機構（９乃至１２）であって前記移動接点（１）及び固定接点（２）を接続位置に保持して前記電圧網と前記電気装置との接続を維持し、断路時には前記回転軸（６）をトリップ手段（１８，１９）により所定位置を越えて回転させて、前記移動接点及び固定接点を断路位置へ押し離すための前記リンク−スプリング機構（９乃至１２）と、
   前記回転軸（６）に設けられた各相のレバーアーム（８）であって、トリップピン（１９）及び高電圧ヒューズ（１７）のストライカ（１８）からなるトリップ手段により該レバーアーム（８）及び移動接点（１）を前記回転軸（６）と共に前記接続位置から前記回転軸の回転の前記所定位置を越えて回転させる前記各相のレバーアーム（８）と、を含むことを特徴とする遮断器。
3. 請求項１または２記載の遮断器であって、配電変圧器の外箱の電気装置のケーシング内に配置されることを特徴とする遮断器。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の遮断器であって、誘電性液体内に浸漬されることを特徴とする遮断器。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の遮断器であって、該遮断器を誘電性液体内に保つために遮断器周りにトラフ（２０）が配置されていることを特徴とする遮断器。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の遮断器であって、高電圧ヒューズ（１７）は少なくとも一部が貫通碍子（１６）内部に配置され、それは電気装置のケーシング壁もしくはトラフ（２０）のカバー（２２）に定着されていることを特徴とする遮断器。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の遮断器であって、高電圧ヒューズ（１７）の一端（２３）は遮断器の１つの固定接点として働くことを特徴とする遮断器。
8. ３相の各相に対応する端子において電圧回路網から電気装置を断路するための回路遮断器であって、
   各相のためのストライカ及び該ストライカに応答するトリップピンを含む高電圧ヒューズ手段と、
   各相のための少なくとも１つの固定接点および対応する移動接点と、
   全ての移動接点が設けられた回転軸であって前記移動接点は該回転軸の周りに回転可能であって、前記移動接点及び固定接点が閉じられる付近の所定位置を通る回転が可能な前記回転軸と、
   各固定接点及び移動接点を接続状態に保持するために前記回転軸に結合された少なくとも１つのスプリング機構と、及び
   前記トリップピンに応答して前記回転軸を動かして前記接点を非接続状態に開らくために前記所定位置を越えて前記回転軸を回転するためのレバーアームとを有する回路遮断器。
9. 電圧回路網の複数の相に対応する複数の端子を持つ回路遮断器であって、該複数の相の各々において、
   少なくとも１つの固定接点と該固定接点に係合若しくは非係合とされる可動接点と、
   移動接点が設けられた回転軸であって該移動接点は該回転軸の周りに回転可能になった該回転軸と、
   該回転軸に結合されたレバーアームと、
   高電圧ヒューズの一端にトリップ手段を含み、前記レバーアームとの係合のために前記一端から延びるトリップピン及びストライカを含み、前記レバーアームが前記トリップピンと係合する第１位置と該レバーアームが該トリップピンから離れて非係合となる第２位置との間で前記回転軸は回転可能であって前記第１位置と第２位置との間で前記第１位置付近の所定位置を通る回転が可能であって、該回路遮断器と電気的に接続される前記高電圧ヒューズと、
   前記少くとも１つの固定接点と可動接点とを前記第１位置で電気的接触状態に保持して前記第２位置に対しては該接点を離して非接触とするための少くとも１つのリンクスプリクング機構であって前記回転軸は該機構によって前記所定位置付近の前記第１位置に位置可能であって前記所定位置を越えて回転可能である、該リンクスプリング機構と、
   該回路遮断器のケーシングとを含み、
   前記レバーアームは前記トリップ手段と係合して、該トリップ手段は該レバーアームを解放して前記回転軸と共に前記第１位置から前記所定位置を越えて前記第２位置へ回転して前記移動接点を該所定位置を越えて動かして固定接点と非係合とするように前記トリップ手段が動作可能である、
   回路遮断器。
10. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の遮断器であって、レバーアーム（８）は独立手段であることを特徴とする遮断器。
11. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の遮断器であって、レバーアームは移動接点内に一体化されていることを特徴とする遮断器。
12. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の遮断器であって、遮断器に関連してベローズ（１０）が配置されており、ベローズには誘電性液体の圧力が所定のしきい値を越える時に遮断器の回転軸（６）をレバーアームにより軸回転の所定位置を越えて回転させるようにされたトリップピン（１４）が設けられていることを特徴とする遮断器。
13. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の遮断器であって、遮断器に関連してバイメタル手段が配置されており、該手段には誘電性液体の温度が所定のしきい値を越える時に遮断器の回転軸（６）をレバーアームにより軸回転の所定位置を越えて回転させるようにされたトリップピンが設けられていることを特徴とする遮断器。
14. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の遮断器であって、遮断器に関連してフロートが配置されており、該フロートには液面が所定レベルよりも低い場合に遮断器の回転軸（６）をレバーアームにより軸回転の所定位置を越えて回転させるようにされたトリップピンが設けられていることを特徴とする遮断器。
15. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の遮断器であって、遮断器に関連して電気機械トリガが配置されており、遮断器の回転軸（６）をレバーアームにより軸回転の所定位置を越えて回転させることを特徴とする遮断器。
16. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の遮断器であって、トリガを設けた毛管やバイメタル手段等の温度センサがさらに遮断器に関連して配置されており、トリガは電気装置の巻線温度が所定のしきい値を越える時に遮断器の軸をレバーアームにより軸回転の所定位置を越えて回転させるようにされていることを特徴とする遮断器。
17. 請求項１２から請求項１６のいずれか１項に記載の遮断器であって、レバーアームは高電圧ヒューズに関連するものと同じレバーアームであることを特徴とする遮断器。
18. 請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の遮断器であって、レバーアームは前記手段のための独立したレバーアームであることを特徴とする遮断器。
19. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の遮断器であって、遮断器にはその位置データを転送するための少なくとも１つの補助接点が設けられていることを特徴とする遮断器。
20. 請求項３から請求項１８のいずれか１項に記載の遮断器であって、遮断器の回転軸（６）の少なくとも一端が電気装置のケーシング壁を貫通し、装置の外部から遮断器の位置を検出するための位置表示装置が設けられていることを特徴とする遮断器。
21. 請求項３から請求項２０のいずれか１項に記載の遮断器であって、遮断器の回転軸（６）の少なくとも一端が電気装置のケーシング壁を貫通し、装置の外部から遮断器を作動位置へ調整できることを特徴とする遮断器。

Images