JP3861834B2 - 遮断器の流体圧駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遮断器の流体圧駆動装置に係り、特に、電力用遮断器に好適な流体圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の遮断器では、例えば特開平７−２１７４０１号公報に記載されているように、高圧回路遮断器の油圧装置は、可動接点用の駆動ピストンを有している。可動接点は投入状態で高圧タンクに接続された２個のピストンを有し、この２個のピストンはそれに作用する高圧流体で駆動されている。回路遮断では、ピストンの低圧側に流路が形成されるよう切換弁が作動する。投入用パイロット弁と遮断用パイロット弁が切換弁を駆動する。そして、２個の回路遮断用パイロット弁が切換弁に接続されている。
【特許文献１】
特開平７−２１７４０１号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平7-２１７４０１号公報に記載の遮断装置では、片方のパイロット弁になんらかの異常が発生してこのパイロット弁が動作しなくなると、他方のパイロット弁だけの動作となり、遮断器の開極および閉極時間が変化する不具合を生じる。電力用遮断器においては、遮断器が開極するのに要する時間（開路指令から接点が離れるまでの時間）と閉極するのに要する時間（閉路指令から接点が付くまでの時間）は、所定の時間の範囲内に収められなければならない。また、相別に遮断器を備える場合には、相間の動作時間の違いが小さいことが必要である。さらに弁体を挿入するボディや管路を少なくして、コストを低減するとともに小型化することが望まれている。
【０００４】
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、遮断器の動作の信頼性を向上させることにある。本発明の他の目的は、遮断器の動作時間を長期にわたり略一定にすることにある。本発明のさらに他の目的は、遮断器を小型化してコストを低減することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、シリンダ内に収容されたピストンを駆動して可動接触子と固定接触子を有する接点を開閉する遮断器の流体圧駆動装置において、前記ピストンを駆動する圧力を切換える切換弁と、この切換弁に接続された流路を開閉する閉路用パイロット弁と開路用パイロット弁とを設け、各パイロット弁は１弁室内に２個の弁体を対向して配置し、それぞれの弁体の移動方向を実質的に逆方向とし、前記弁体間はばねで接続され、それぞれの弁体はフルストロークの半分のところで接触し、それ以上開口しないものである。
【０００６】
この特徴において、一方の弁体が最大ストロークまで変位し、他方の弁体が最小ストローク位置にあるときに、弁体同士が接触するように各弁体を配置するのが望ましい。また、弁体の最大ストロークを略同一とするのがよく、パイロット弁はポペット弁でもよい。さらに、弁体のストロークに比例してパイロット弁の流路面積が変化するのがよく、弁体間をばねで接続してもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の遮断器の流体圧駆動装置の一実施例を、図１ないし図８を用いて説明する。図１に、遮断器の流体圧駆動装置の縦断面図を示す。遮断器は、閉路状態(通電中の状態)にある。図２以下も図１と同様の縦断面図であり、それぞれ動作状態が異なっている。図２は、通常の開路動作の初期の状態であり、図３は、開路用パイロット弁の一つが動作しなかった場合の開路動作の初期の状態である。また図４は、開路動作の後期の状態であり、図５は、開路状態(遮断した状態)、図６は、通常の閉路動作中の初期の状態、図７は、閉路用パイロット弁の一つが動作しなかった場合の閉路動作の初期の状態、図８は、閉路動作中の後期の状態である。
【０００８】
図1において、接点を開閉する遮断器１００は固定接触子１と可動接触子２を有する。この遮断器１００を駆動する流体圧駆動装置３は、ピストン５と、このピストン５に収納される流体圧シリンダ４とを備える。流体圧シリンダ４は可動接触子２を駆動する。流体圧シリンダ４は、ピストン５により小受圧面積側６と大受圧面積側７に分けられる。小受圧面積側６には、流体圧源８から吐き出されアキュムレータ９に蓄圧された作動流体の供給圧が常時作用する。シリンダ操作室７を形成する大受圧面積側には、開路用主弁１１と閉路用主弁１２の開閉を切り替えることにより、高圧の供給圧またはリザーバ１０の低圧の戻り流体圧が選択的に作用する。リザーバ１０は、この油圧装置から排出された流体を回収および貯蔵する。
【０００９】
開路用主弁１１は２方弁であり、シリンダ操作室７を低圧であるリザーバ１０に連通させて、ピストン５に開路動作をさせる。開路用主弁１１の一端側に形成された開路用主弁パイロット室１７には、切換弁１３の制御ポート１４が接続されている。開路用主弁１１の弁体１５を閉じるためのばね１６が、弁体1５の背面側に設けられている。ばね１６のばね力と開路用主弁パイロット室１７の高圧の流体圧が弁体1５を閉じるのに用いられる。開路用主弁パイロット室１７には、シリンダ操作室７から押し出される流体も作用し、この流体の圧力により開路用主弁パイロット室１７が低圧になったときに弁体１５が開かれる。弁体１５の背面には低圧室１８が形成されており、この低圧室１８は常に戻り側に通じている。開路用主弁パイロット室１７の内径は、低圧室18を設けているので弁体１５端部に形成した弁座１９より小径に形成されている。ここで、開路用主弁11は、閉弁状態において弁座１９の左方から作用する力よりも、開路用主弁パイロット室１７に負荷される右方から力の方が大きくなるように、受圧面積及び流体圧力を設定する。
【００１０】
閉路用主弁１２は２方弁であり、シリンダ操作室７を高圧の供給側配管８ａに連通させて、ピストン５を用いて閉路させる。閉路用主弁１２は、弁体２０とこの弁体２０の軸に接触するピストン２１とを有している。弁体２０の背面側にはばね２２が配置されており、このばね２２のばね力が弁体２０に作用する。閉路用主弁１２のシリンダとピストン２１との間に形成された閉路用主弁パイロット室２４には、開路用主弁パイロット室１７と同様に切換弁１３の制御ポート１４が接続されている。閉路用主弁１２の弁体２０の背面側には補助室２６が形成されており、この補助室２６には弁体２０の軸中心から側面に抜ける導通孔２５を介してシリンダ操作室７が連通している。
【００１１】
弁体２０の弁座２７の直径は、閉路用主弁パイロット室２４の内径、すなわちピストン２１の外径よりも小さく、かつ、補助室２６の内径よりも大きい。閉路用主弁パイロット室２４を低圧にすると、弁体２０には、ばね２２力と、弁座２７と補助室２６の半径の違いによる面積差分に作用する供給流体圧、および補助室２６に作用する流体圧が作用し、弁体２０は閉じられる。閉路用主弁パイロット室２４を高圧にすると、この高圧の流体圧力により弁体２０は開かれる。
【００１２】
切換弁１３は、軸方向中間部に２つの弁部が形成された弁体３１を有する２位置３方弁である。切換弁１３の一方の軸端部には、切換弁パイロット室２８が形成されている。弁体３1を駆動するために、２つのパイロット弁５０、６０が切換弁１３に接続されている。切換弁パイロット室２８は、閉路用パイロット弁６０を開き開路用パイロット弁５０を閉じることにより高圧になる。また閉路用パイロット弁６０を閉じ、開路用パイロット弁５０を開くと低圧になる。低圧と高圧を切換えることにより、開路用主弁パイロット室１７と閉路用主弁パイロット室２４に通じる制御ポート１４は、高圧の供給側に連通する供給側弁室２９か、または低圧の戻り側に連通する戻り側弁室３０のいずれかに連通する。
【００１３】
弁体３１の弁部の背面側軸部３２は、供給側弁座３３よりも小径である。切換弁パイロット室２８の受圧面積は、戻り側弁座３４の断面積と弁部の背面側軸部32と断面積の差分よりも大きい。したがって、切換弁パイロット室２８を低圧にすると、供給側弁座３３の面積と弁部の背面側軸部３２の面積の差に作用する供給圧により弁体３１は下方に移動する。一方、切換弁パイロット室２８を高圧にすると、高圧の供給圧により発生する上向きの力が、前記面積差に作用する下向きの力に打ち勝ち、弁体３１を上方に移動させる。なお、切換弁パイロット室２８は、絞り３５を経て、制御ポート１４を有する弁室に連通している。
【００１４】
弁部の背面側軸部３２のさらに背面側には、保持機構３６が設けられている。保持機構３６は、流体圧が作用しないときに弁体３１を機械的に保持する。流体圧が作用する通常の動作では、保持機構３６の保持力は無視できる程度の保持力である。
【００１５】
閉路用パイロット弁６０は、向かい合って配置された閉路用ソレノイド６１、６２を有する。閉路用ソレノイド６１を励磁すると弁体６５が開き、閉路用ソレノイド６２を励磁すると弁体６３が開く。これらのソレノイド６１、６２の励磁を解くと、弁体６３、６５間に設けたばね６４のばね力により弁体６３、６５は閉じる。同様に、開路用パイロット弁５０は、向かい合って配置された開路用ソレノイド５１、５２を有する。開路用ソレノイド５１を励磁すると弁体５５が開き、開路用ソレノイド５２を励磁すると弁体５３が開く。これらのソレノイド５１、５２の励磁を解くと、弁体５３、５５間に設けたばね５４のばね力により弁体５３、５５は閉じる。
【００１６】
閉路用パイロット弁６０では、弁体６３、６５が対向しており、弁体６３、６５の移動方向はともに図１において上下方向である。このため、ソレノイド６１、６２が励磁されると、弁体６３、６５が互いにぶつかるように動くので、弁体６３、６５はその運動をお互いにより規制される。同じ理由で、開路用パイロット弁５０でも２つの弁体５３、５５は、お互いにより自己の運動を規制される。
【００１７】
閉路用パイロット弁６０の１次側は高圧の供給側に、２次側は開路用パイロット弁５０の１次側および切換弁パイロット室２８に接続されている。開路用パイロット弁５０の２次側は、低圧の戻り側にも接続されている。閉路用パイロット弁６０と開路用パイロット弁５０は、ともにポペット弁であり、弁体の軸方向移動量に流路面積がほぼ比例する。
【００１８】
上記のように構成した本実施例の動作を、以下に説明する。
図１の閉路状態では、シリンダ操作室７、開路用主弁パイロット室１７、閉路用主弁パイロット室２４、切換弁パイロット室２８、閉路用パイロット弁６０の一次側および開路用パイロット弁５０の１次側は、すべて高圧になっている。そして、これらすべての弁は閉じている。
【００１９】
この状態において、図示しない上位制御装置から開路指令が発せられると、開路用ソレノイド５１、５２が励磁されて開路用パイロット弁５０の弁体５５、５３が押し開かれる。切換弁パイロット室２８が低圧の戻り側に連通するので、供給側弁室２９と制御ポート１４を有する弁室に作用する高圧により切換弁１３が開路操作状態に切り換わる。このとき、弁体５３、５５は、それぞれのフルストロークの半分のところで接触し、それ以上開口しない。
【００２０】
開路指令が発せられたとき、開路用ソレノイド５１が動作しなかったり、弁体５５が固着し動作しなかったり、あるいは開路用ソレノイド５２が発生した力が開路用ソレノイド５１が発生する力よりも大きい、等の不具合が発生したら、図３に示すように、弁体５３がフルストロークする。弁体５３がフルストロークすると、弁体５５は弁体５３に押されて閉じる。ポペット弁が開口したときの流路面積は、ポペット弁の軸方向移動量であるリフト量に比例する。
【００２１】
弁体５３、５５の一方がフルストロークしたときに、１次側から２次側に作動流体が流れる流路の面積と、弁体５３、５５がそれぞれフルストロークの半分のところで静止したときに１次側から２次側へ作動流体が流れる２箇所の流路の面積の和が、ほぼ等しくなる。切換弁１３の切換え速度は、開路用パイロット弁の１次側から２次側へ作動流体が流れる流路の面積が大きいほど速い。図２と図３では流路面積が等しいので、切換弁１３の動作速度は変わらない。
【００２２】
切換弁１３が開路操作状態に切り換わったので、制御ポート１４、およびこれに接続された開路用主弁パイロット室１７が、戻り側に連通して低圧になる。開路用主弁１１は、流体圧シリンダ４が有するシリンダ操作室７の高圧流体により開き、シリンダ操作室７を戻り側に連通させる。これにより、ピストン５と可動接触子２が開路動作を開始する。
【００２３】
シリンダ４の小受圧面積側６には高圧が負荷されているから、シリンダ操作室７の流体は押し出される。その際、弁室１１ａの圧力が高くなり、開路用主弁１１は開いた状態を保つ。図４に、この開路用主弁１１が開いたままである開路動作後期の状態を示す。ピストン５の開路動作が完了すると、シリンダ操作室７から戻り側への流れが止まる。開路用主弁１１では、図４において右方と左方の圧力差がなくなる。そこで開路用主弁１１は、ばね１６により閉じられる。一方、開路用ソレノイド５１、５２の励磁が解かれるので、開路用パイロット弁５０もばね力によって閉じる。つまり、再び全ての弁が閉じる。この状態を、図５に示す。
【００２４】
切換弁１３が動作した後は、図２の場合であっても、図３の場合であっても、全く同じ動作である。したがって、図２の場合と図３の場合では、開極時間が変化しない。なお、開路用主弁パイロット室１７が低圧になると、それとともに閉路用主弁パイロット室２４も低圧になる。そのため、閉路用主弁１２のピストン２１が一旦右方へ動く。しかし、閉路用主弁１２は最初から閉じているので、ピストン２１だけが動いても閉じたままとなる、その結果、上記の切換弁１３による開路動作は、閉路用主弁１２に影響されない。
【００２５】
図５の開路状態において、図示しない上位制御装置から閉路指令が発せられたときの様子を、図６に示す。閉路用ソレノイド６１、６２が励磁される。閉路用パイロット弁６０が閉路用ソレノイド６１、６２により押し開かれ、供給側に連通するパイロット弁６０の１次側から２次側へ作動流体が流入する。切換弁パイロット室２８は高圧になり、切換弁１３が閉路操作状態に切り換わる。このとき、弁体６３、６５は、それぞれフルストロークの半分のところで接触し、それ以上パイロット弁６０を開口させない。
【００２６】
閉路指令が発せられたとき、閉路用ソレノイド６１が動作しない、弁体６５が固着し動作しない、あるいは閉路用ソレノイド６２が発生する力が閉路用ソレノイド６１が発生する力よりも大きい、等の不具合が発生したら、図７に示すように、弁体６３がフルストロークする。弁体６３がフルストロークすると、弁体６５は弁体６３に押されて閉じる。閉路指令では開路指令のときと同様、弁体６３、６５の一方がフルストロークするときに、１次側から２次側へ作動流体が流れる流路への流路面積(図7参照)と、弁体６３、６５の双方がそれぞれフルストロークの半分のところで静止するときに、１次側から２次側へ作動流体が流れる２箇所の流路の面積の和(図６参照)は、ほぼ等しい。したがって、図６と図７では切換弁１３の動作速度は変化しない。
【００２７】
図６および図７に示すように切換弁１３が動作すると、制御ポート１４に閉路用主弁パイロット室２４が連通する。これにより、制御ポート１４と閉路用主弁パイロット室２４が高圧になり、閉路用主弁１２のピストン２１と弁体２０とが、図において左方に動いて閉路用主弁１２を開く。シリンダ操作室７が高圧側に連通し、可動接触子２と一体になったピストン５は、閉路動作を開始する。この際、シリンダ操作室７は、シリンダ動作開始時に瞬時に高圧となる。
【００２８】
シリンダ操作室７の圧力が上昇するとともに、導通孔２５を介して補助室２６の圧力も高まる。しかしながら、ピストン５が動いている間は供給圧までは上昇しない。すなわち、シリンダ４の小受圧面積側６に作用する供給流体の圧力、可動接触子２等の質量、ピストン５周囲に設けた図示しないパッキンの摩擦力、等の負荷に打ち勝ちピストン５を駆動できる力が、シリンダ操作室７に生じる。この力は、概ね小受圧面積側６とシリンダ操作室７の受圧面積の比で決定される。シリンダ操作室７の受圧面積の方が大きいので、シリンダ操作室７の圧力は供給圧よりも低くなる。
【００２９】
この供給圧力より低い圧力がシリンダ操作室７に作用している状態では、ピストン２１は閉路用主弁パイロット室１２にかかる供給圧力により左方に押される。ピストン２１が左方に押されるとこのピストン２１に隣り合う弁体２０も左方に押される。ここで、弁体２０とピストン２１には、次の左方からの力が発生する。ピストン２１の径と弁座２７の径差部分に作用する作動流体の圧力による力、弁座２７と補助室２６の径差部分に作用する供給圧による力およびばね２２等の力である。一方、弁体２０とピストン２１には、閉路用主弁パイロット室２４に作用する作動流体の圧力により、右方からの力が発生する。
【００３０】
ばね２２力を流体圧の力より小さく設定すると、補助室に作用する圧力はピストン５が閉路動作中の供給圧力より低いので、右方から作用する力が左方から作用する力より大きくなる。これにより、弁体２０は左方に押された状態を維持し、ピストン５は閉路動作を継続する。切換弁１３が閉路操作状態に切り換わると、開路用主弁パイロット室１７も高圧になる。しかし、開路用主弁１１は動作開始前から閉じており、弁を閉じる力が増すだけであり、閉路動作に悪影響は与えない。
【００３１】
閉路動作が終了してピストン５が停止すると、作動流体の流れが止まる。シリンダ操作室７、導通孔２５および補助室２６内の圧力が、供給圧まで高まる。ばね２２の力により閉路用主弁１２の弁体２０とピストン２１が右に押され、閉路用主弁１２が閉じる。閉路側ソレノイド６１、６２を用いる閉路指令が切れると、閉路用パイロット弁６０が閉じる。これら一連の動作の結果、図１に示した閉路状態に至る。切換弁１３の作動後の閉路用主弁１２とピストン５の動作は、図６の場合と図７の場合で同じであり、閉極時間は変化しない。
【００３２】
本実施例によれば、ソレノイドやパイロット弁の一つに不具合が生じた場合でも、通常の場合と同じ速度で動作可能であり、遮断器の流体圧駆動装置の信頼性を向上できる。
【００３３】
本発明の他の実施例を、図９ないし図１６を用いて説明する。
本実施例では、図１ないし図８に示した実施例で用いた開路用主弁１１と閉路用主弁１２を省き、切換弁１３の制御ポート１４を流体圧シリンダ４のシリンダ操作室７に接続している。これにより、切換弁が直接流体圧シリンダを駆動している。図９に通電中である閉路状態を、図１０に通常の開路動作の初期の状態を、図１１に開路用パイロット弁の一つが動作しなかった場合の開路動作の初期の状態を示す。また、図１２に開路動作の後期の状態を、図１３に遮断した状態である開路状態を、図１４に、通常の閉路動作中の初期の状態を、図１５に閉路用パイロット弁の一つが動作しなかった場合の閉路動作の初期の状態を、図１６に閉路動作中の後期の状態を示す。開路用主弁１１と閉路主弁１２を省いた点以外は、図1ないし図８に示した実施例とすべて同じ構成である。したがって、これらの図９ないし図１６の状態は、ぞれぞれ図１ないし図８の状態に対応する。
【００３４】
本実施例は、小容量から中容量の遮断器を駆動する場合に適している。また本実施例では切換弁により直接流体圧シリンダを駆動しているので、切換弁の動作時間の違いが開極時間または閉極時間に大きく影響する。しかしながら、パイロット弁を用いて切換弁の動作時間を変化させないようにしているので、遮断器の動作に悪影響を与えることは無い。
【００３５】
上記各実施例ではのパイロット弁にポペット弁を用いているが、ポペット弁の代わりにスプール弁を用いてもよい。また、開路用パイロット弁と閉路用パイロット弁は独立に動作するから、開路用パイロット弁と閉路用パイロット弁の一方だけを上記構造としてもよい。また、上記実施例ではパイロット弁の２個の弁体を互いに接触させたが、接触しないようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パイロット弁の２個の弁体を１弁室内に対向して配置したので遮断器を小型化することができ、コストを低減できる。また、２個の弁体を互いに接触させて弁体の動作を制限したので、１個のパイロット弁に不具合が生じても動作時間に影響を与えず、信頼性の高い遮断器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遮断器の一実施例の縦断面図であり、閉路状態を示す図。
【図２】図１に示した遮断器の縦断面図であり、通常の開路動作中の初期状態を示す図。
【図３】図１に示した遮断器の縦断面図であり、一方の開路用パイロット弁が動作しなかったときの開路動作中の初期状態を示す図。
【図４】図１に示した遮断器の縦断面図であり、開路動作中の後期の状態を示す図。
【図５】図４に示した遮断器の縦断面図であり、開路状態を示す図。
【図６】図４に示した遮断器の縦断面図であり、通常の閉路動作中の初期状態を示す図。
【図７】図４に示した遮断器の縦断面図であり、一方の閉路用パイロット弁が動作しなかった場合の閉路動作中の初期状態を示す図。
【図８】７に示した遮断器の縦断面図であり、閉路動作中の後期の状態を示す図。
【図９】本発明に係る遮断器の他の実施例の縦断面図であり、閉路状態を示す図。
【図１０】図９に示した遮断器の縦断面図であり、通常の開路動作中の初期状態を示す図。
【図１１】図９に示した遮断器の縦断面図であり、一方の開路用パイロット弁が動作しなかったときの開路動作中の初期状態を示す図。
【図１２】図９に示した遮断器の縦断面図であり、開路動作中の後期の状態を示す図。
【図１３】図９に示した遮断器の縦断面図であり、開路状態を示す図。
【図１４】図９に示した遮断器の縦断面図であり、通常の閉路動作中の初期状態を示す図。
【図１５】図９に示した遮断器の縦断面図であり、一方の閉路用パイロット弁が動作しなかったときの閉路動作中の初期状態を示す図。
【図１６】図９に示した遮断器の縦断面図であり、閉路動作中の後期の状態を示す図。
【符号の説明】
１・・・固定接触子、２・・・可動接触子、３・・・流体圧駆動装置、４・・・流体圧シリンダ、５・・・ピストン、６・・・小受圧面積室、７・・・シリンダ操作室、８・・・流体圧源、１１・・・開路用主弁、１２・・・閉路用主弁、１３・・・切換弁、２８・・・切換弁パイロット室、５０・・・開路用パイロット弁、５３、５５…弁体、５４…ばね、６０・・・閉路用パイロット弁、６３、６５…弁体、６４…ばね。

Claims (3)

1. シリンダ内に収容されたピストンを駆動して可動接触子と固定接触子を有する接点を開閉する遮断器の流体圧駆動装置において、
   前記ピストンを駆動する圧力を切換える切換弁と、この切換弁に接続された流路を開閉する閉路用パイロット弁と開路用パイロット弁とを設け、各パイロット弁は１弁室内に２個の弁体を対向して配置し、それぞれの弁体の移動方向を実質的に逆方向とし、前記弁体間はばねで接続され、それぞれの弁体はフルストロークの半分のところで接触し、それ以上開口しないことを特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。
2. 前記パイロット弁をポペット弁としたことを特徴とする請求項１に記載の遮断器の流体圧駆動装置。
3. 前記弁体のストロークに比例してパイロット弁の流路面積が変化することを特徴とする請求項１に記載の遮断器の流体圧駆動装置。

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