JP4138564B2 - 断路器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の導体を遮断する装置に関する。この装置は、１つの外箱及びこの外箱から突出する２本の電流端子を有する。両電流端子を電気伝導的に互いに接続する導体部材及び発泡剤が、この外箱の内部に設けられている。この発泡剤は、プリセット可能な電流に依存した限界値を超えたときに導体を遮断する。一般にこの遮断は、形状，高さ及び導体に通電する期間に依存する。ヒューズ，ばね機構又は爆発性の物質で満たされた点火カプセルが、導体を遮断する手段として一般に使用される。導体は、一般に避雷器と地電位又は高電圧電位との間に接続されている。したがって、避雷器は、導体の遮断によって地電位又は高電圧電位から分離される。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、主に例えば米国特許発明第 5,434,550号明細書中に記されているような断路器の技術に関する。説明されている断路器の１つが、避雷器を地電位から遮断するために使用され、絶縁外箱を有する。２本の電流端子が、この絶縁外箱から突出している。爆発性の物質で満たされたカートリッジ及び両電流端子間に接続された２本の電流経路が、この絶縁外箱内に設けられている。これらの両電流経路のうちの低抵抗の１本の電流経路は、コイル状に巻かれた１本のヒューズを有する。これに対して、両電流経路のうちの高抵抗に作られた１本の電流経路は、２つのリング間に配置された火花ギャップを有する。避雷器の通常運転中では、断路器の加熱だけに作用する非常に僅かな漏れ電流だけがヒューズに通電する。例えば開閉操作又は落雷に起因して、過電圧が避雷器を有する系統内で短時間発生する場合は、大電流が断路器に短期間通電する。この電流は、アークを発生しつつ火花ギャップを含む電流経路内を流れる。しかしながら過電圧が系統の故障状況に起因して比較的長い場合は、ヒューズが溶断し、アークが外箱内部で発生する。このアークは、カートリッジを起動させる。これによって、外箱が爆破されて、避雷器が地電位から分離される。非常に大きい漏れ電流が、避雷器の故障状況に起因してヒューズ内で流れるときに、同じ動作が得られる。カートリッジが限界温度より上で起動し、接続部が爆発によって分離されるように、この電流は断路器を非常に緩やかに加熱する。表示要素が爆発時に目視可能になり、電流がこの表示要素を有する接地導体内を流れる。しかしながら、断路器のカートリッジ内に存在する爆発性の物質は、望まない危険を引き起こす原因になる。
【０００３】
冒頭で述べた種類の避雷器用の断路器は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第 100 30 669 号明細書中にも記されている。この装置の場合、エアバッグに基づいたガス発生器が、迂回電流経路の導体の盲孔内に配置されている。長く持続する故障電流が発生した場合、エアバッグが電気信号によって点火される。この電気信号は、故障電流が通電する誘導性変換器内で生成される。このような装置は、比較的経費がかかる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許請求の範囲中で規定されている本発明の課題は、ほとんどの保護目的の解決手段に対して十分な応答特性を特徴とし、さらに完全に危険なしに製造され運搬されそして取り付け可能である冒頭で述べた種類の断路器を提供することにある。
【０００５】
本発明の断路器の場合、発泡剤が、着火可能な物質を含有せず、かつ遮断に必要な圧縮ガスが故障電流の電流動作によって発泡剤から熱的に遊離可能であるように選択されている。所望の量の圧縮ガスが外箱内に生成されるまで、発泡剤が、電流動作によって加熱され、そして熱の供給によって熱的に分解される。この圧縮ガスは、吸熱性でそれ故に良好に監視できる工程によって生成される。したがって、本発明の断路器は、着火可能な物質、特に爆発性の物質の取扱いに対して規定されている予防措置を守ることなしに製造され販売され取付けられそして整備され得る。これによって、さもなければありうる製造時、輸送時、取付け時及び整備時の危険を引き起こす原因が排除されるだけではなくて、同時に危険の低減と安全規定の厳守の理由から爆発性の物質の使用時にかかるコストと時間が節減される。
【０００６】
本発明の好適な一実施形では、発泡剤が、気化によってガスを発生する添加物を有する。この添加物は、好ましくは特に水のような液体、場合によってはアルコールである。この液体は、非常に容易にかつ比較的大量に吸着剤によって吸着され得る。経済上の理由から、及び断路器を確実にかつ安全に作動できるようにするため、液体として水を使用することが望ましい。吸着剤は、好ましくは毛細管構造及び／又は結晶構造を有し、かつこのときに絶縁する必要のない方法で大量の水を貯蔵できる。珪酸塩構造，アルミン酸塩構造及び／又はアルミノ珪酸塩構造を有する物質、及び例えば滑石（凍石），沸石及び／又は湿った土（粘土，砂）のように毛細管又は中間層のような中空空間内に物理的に結合された形態で大量の水を含む物質が、吸着剤として実証されている。水は、結晶水の形態で発泡剤中に化学的に適切に結合され得る。これに対する特に好ましい例は、銀星石のような結晶化された水酸化物である。
【０００７】
本発明のもう１つの好適な実施形では、ガスを発生する物質を含有する発泡剤が使用される。この物質は、限界温度を超えるとほぼ吸熱的に分解する。この場合、特に特定の合成樹脂，グリース及び／又はオイルのような物質がアークの作用下でガスを発生することが実証されている。特にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ），ポリウレタン（ＰＵＲ），シリコン，シリコンジェル，シリコンオイル，ミネラルオイル，有機オイルやグリースが含まれる。
【０００８】
断路器を良好に作用させるため、及び迅速に応答させるため、発泡剤は、目的に合わせて外箱の内部に配置しなければならない。断路器が場合によっては比較的長い遅延時間で応答しなければならない場合、断路器は、導体部分に対して並列接続されかつ外箱内部に配置された導体の遮断時に発生するアークを得るための火花ギャップを有さねばならず、この火花ギャップの両電極のうちの一方が中空電極として形成されなければならず、かつこの中空電極の内部が発泡剤を収納しなければならない。中空電極が、アークの根元を受ける部分内にアーク放電の仕事量の所定の値より上で発泡剤に対するアークのガスを発生する作用を可能にする壁の厚さを有するならば、再現可能な応答特性が得られる。コイル状に形成された導体部分が外箱の壁の中に埋め込まれているならば、外箱の露出している内部空間が発泡剤で満たされ得、かつ並列接続された火花ギャップだけを収納すれば済むので、発泡剤のとりわけ有効な配置が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施の形態に基づいて詳しく説明する。図１〜４はそれぞれ、本発明の４つの断路器のうちの１つの断路器の図である。これらの断路器では、軸線対称的に形成された外箱の前面がそれぞれ軸線部分の構造にしたがって省略してある。
【００１０】
図中では、同一の部分は同一の符号で示す。図１〜４中に例示的に示された断路器はそれぞれ、ほぼ軸線対称的な配置で軸線方向に互いに間隔をあけて保持されている２本の電流端子１，２及びこれらの両電流端子を固定する例えば磁器又は熱硬化性の重合体又は熱可塑性の重合体のような絶縁材から成る外箱３を有する。外箱は、例えば絶縁材を成形することによって一体的に形成してもよいが、２つ又はそれより多い部分から作ってもよい。外箱３は、シリンダ状の内部空間４を有する。この内部空間４の両端面はそれぞれ、両電流端子１又は２の各面５又は６によって形成されている。この電流端子の外面は、外箱３によって形成されている。
【００１１】
低抵抗の電流経路を形成する全ての実施形において、両電流端子は、両面５，６間に接続された導体部材７によって電気伝導的に互いに接続されている。図１の実施形の場合、この導体部材は、内部空間４内に配置されたオーム抵抗８を有する。図２の実施形の場合、この導体部材は、内部空間４内に配置されたインダクタンス９を有する。図３の実施形の場合、この導体部材は、内部空間内に配置された溶融導線１０を有する。図４の実施形の場合、この導体部材は、外箱３内に封緘によって組込まれたインダクタンス１１を有する。
【００１２】
さらに図１，２，４の実施形は、アーク１２によって見分けのつく軸線対称的に形成された火花ギャップを伴う高抵抗の電流経路を同時に有する。火花ギャップの一方の１つの電極は、面５によって形成されている。別の１つの電極１３は、電流端子２の面６から突出しているピンの先端部によって形成されている。この高抵抗の電流経路は、導体部材７によって代表された低抵抗の電流経路に対して並列に存在する。
【００１３】
図１の実施形の場合、爆発性の物質を含有しない発泡剤、一般に湿った土が、中空に形成された電極１３内に存在する。低抵抗の電流経路内で抵抗８に流れる一般に過電圧を制限する避雷器から供給される電流が限界値を超えると、その電流がアーク１２を発生しつつ火花ギャップに沿って通電する。アーク１２の根元を受ける電極１３の部分が、アーク放電の仕事量の所定の値より上で発泡剤に対するアークのガスを発生ずる作用を可能にする壁の厚さを有する。特に開閉操作や落雷によって避雷器を有する系統内で発生する過電圧のような一時的な過程の場合、このアーク放電の仕事量は、発泡剤を活性化させるためには一般に不十分である。これに対して故障電流が長く持続する場合は、アーク放電の仕事量が所定の限界値を超える。吸熱性の圧縮ガス、一般に水蒸気及び／又は爆鳴ガスが、激しい加熱によって発泡剤中に生成される。この圧縮ガスは、外箱３を破壊して、このとき故障電流の流れる導体を遮断しつつ両電流端子１，２を遠くに引き離す。電極と発泡剤の組成を適切に決めることによって、良好に再現可能な遅延が、断路器の起動時に得られる。
【００１４】
また、発泡剤を内部空間４のその他の空間に充填してもよい。このとき、アーク１２が、発泡剤中で発生し、その発生直後に内部空間４内に圧縮ガスを生成する。同様に、圧縮ガスの生成は、アーク放電の仕事量に依存する。発泡剤の種類と量並びに外箱の強度を適切に決めることによって、アーク放電の仕事量が所定の限界値を超えたときに初めて、外箱が破壊されるようにすることができる。一時的な過電圧によって短期間に発生したパルス電流は、外箱３の破壊なしに断路器内を通電できる。これに対して、長く持続する故障電流は、導体を遮断し、そして避雷器を接地又は系統から遮断する。
【００１５】
発泡剤が電極１３内に封入されているか又は内部空間４内に収納されている場合、比較的小さい振幅の長く持続する故障電流は、確かにアークを発生させないものの、このような電流は、発泡剤が電流動作によって決められた温度の限界値より上で外箱３を破壊するのに十分高い圧力の圧縮ガスを生成する程度に発泡剤を激しく加熱する。
【００１６】
図２の実施形の場合、インダクタンス９が、オーミック抵抗８の代わりに導体部材７で使用される。これによって、一時的な過電圧によって引き起こされる短期間に作用するパルス電流の発生時に低抵抗の電流経路から火花ギャップを有する高抵抗の電流経路への電流の通電が容易になる。インダクタンスは、溶融導線として有効に形成されている。したがって、僅かな故障電流が、インダクタンス９の導線の溶融によって遮断され得る。このときに生成されたアークは、内部空間４内に有効に直接設けられている消弧媒体として有効に作用する発泡剤によって抑制される。
【００１７】
図３の実施形の場合、軸線方向に敷設された溶融導体１０によって形成された低抵抗の電流経路の導体部材７だけが設けられている。火花ギャップを有する高抵抗の電流経路は設けられていない。この実施形は、構造が非常に簡単である点に特徴がある。発泡剤は、内部空間４の全体を充填してもよいし又は一部だけを充填してもよい。例えば、この発泡剤は、シースとして溶融導体１０上に被覆してもよい。発布剤を適切に決めることによって、導線１０の溶融後に形成されるアークが十分大きく発生する時に初めて、外箱３のｆ爆破がこの断路器でも実施され得る。
【００１８】
図４の実施形の場合、インダクタンス１１として形成された低抵抗の電流経路が、図２の実施形と違って外箱３の壁の中に埋め込まれている。このとき、インダクタンスは、アーク１２の影響から保護されている。同時に、大量の発泡剤が、内部空間４内に収納され得る。このことは、断路器の特定の用途に対してとりわけ有益であり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の断路器を示す。
【図２】 本発明の断路器を示す。
【図３】 本発明の断路器を示す。
【図４】 本発明の断路器を示す。
【符号の説明】
１，２ 電流端子
３ 外箱
４ 内部空間
５，６ 面
７ 導体部材
８ 抵抗
９，１１ インダクタンス
１０ 溶融導線
１２ アーク
１３ 電極

Claims (12)

1. １つの外箱（３），この外箱（３）から突出する２本の電流端子（１，２），これらの両電流端子（１，２）を外箱内部（４）で電気伝導的に互いに接続する１本の導体部材（７），及び外箱内部（４）内に配置された故障電流の発生時に導体部材（７）を遮断するのに十分な量の圧縮ガスを生成する発泡剤を備えた通電導体を遮断する装置において、発泡剤は、着火可能な物質を含有せず、かつ遮断に必要な圧縮ガスが故障電流の電流動作によって発泡剤から熱的に遊離可能であるように選択されていることを特徴とする装置。
2. 前記発泡剤は、気化によってガスを発生する添加物を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記添加物は、液体，特に水又はアルコールであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記発泡剤は、前記液体を吸収する吸着剤を有することを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記水が、液体として設けられていること、及び、前記吸着剤は、毛細管構造及び／又は結晶構造を有することを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記吸着剤は、珪酸塩構造，アルミン酸塩構造及び／又はアルミノ珪酸塩構造を有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記吸着剤は、滑石，沸石及び／又は土を含有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記発泡剤は、化学的な分解によってガスを発生する物質を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記物質は、合成樹脂，グリース及び／又はオイル、特にＰＭＭＡ，ＰＵＲ，シリコン，シリコンジェル，シリコンオイル，ミネラルオイル，有機オイル又はグリースを含有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記発泡剤は、外箱内部（４）内に配置されているか、又はこの外箱内部（４）内に設けられていてかつ導体部材（７）に対して並列接続された花火ギャップの中空に形成された１本の電極（１３）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記中空電極（１３）を有する装置を構成する場合、前記外箱（３）を破壊するのに十分な程度に吸熱性の圧縮ガスが、加熱によって発泡剤中に生成されるように、アーク（１２）の根元を受ける電極（１３）の部分が、アーク放電の仕事量の所定の値より上で発泡剤に対するアーク ( １０ ) の作用を可能にする壁の厚さを有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. コイル状に形成された導体部分（７）が、前記外箱（３）の壁の中に埋め込まれていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。

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