JP4172916B2 - 短絡防護装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、特に短絡負荷がかかった際に接触器の接点溶着を防止するために、請求項１の前文に記載の電流制限機構が設けられている電気機械接触器の短絡防護装置に関する。
【０００２】
電流を少なくとも一時的に案内するための電流制限機構は、ドイツ特許第４０４０３５９号明細書および同第４１１０３５５号明細書で知られている。更にヨーロッパ特許第０６９１０４６号明細書において、短絡時に低電圧回路網の枝路を安全に開放する装置が知られている。その枝路において負荷が相線およびその中性線に接続され、投入及び／又は遮断するための開閉要素が負荷に前置接続され、相線及び／又は中性線に短絡遮断用の補助開閉要素が設けられ、これらの補助開閉要素に開閉器付き橋絡回路が接続され、その場合相線にのみ唯一の遮断器が設けられている。橋絡回路は、唯一の遮断器の負荷側において、短絡電流の一部を開閉器を迂回して案内する。橋絡回路に抵抗付き橋絡電流枝路が設けられ、その抵抗を介して、橋絡回路の磁気作動式開閉器が中性線に接続されている。その抵抗の抵抗値は予期される最小負荷回路インピーダンスの値の２５〜５０％である。そのような装置は短絡防護の特殊な仕様用に設計されている。
【０００３】
電気機械接触器は運転電流を頻繁に開閉するために使用される。接触器の電磁石駆動装置は１０〜２０ｍｓの時間遅れで投入指令ないしは遮断指令に応答するので、その接触器は例えば短絡時に迅速に作用する保護装置を実現するのには適さない。従って、短絡の有害作用を制限するために、接触器は遮断器あるいはヒューズと電気的に直列接続される。その短絡挙動に応じて、接触器と遮断器ないしは接触器とヒューズとの（ＩＥＣ９４７−４に応じて）許された組合せは、協調様式１、２、３に分けられる。
【０００４】
協調様式１の場合、接触器は短絡後に使えなくなってよいが、それにより危害を及ぼしてはならない。協調様式２の場合、開閉機能が安価な経費で修復できるように、ネジ回しで容易にこじ開け得る接点溶着が存在してよい。協調様式３の場合、接触器の機能障害は決して存在してはならない。
【０００５】
開閉器メーカの目標は、接触器の利用のために協調様式２ないしは３を実現することにある。このために、特に非溶着接点材料（例えばＡｇＳｎＯ₂）が選定され、開閉器と接触器ないしはヒューズと接触器との機器組合せの調和によって、短絡時における順電流が十分低い値に制限される。
【０００６】
後者の機器組合せは、接触器をその定格電流仕様のために採用できないのではなく、機器組合せの運転電流が接触器の定格運転電流の半分ないしはそれよりもっと小さな値に減少されねばならないという望ましくない経験を有する。
【０００７】
協調様式３における開閉器と接触器との機器組合せ（機能制限なし）は、今日において、完全機器（製品名：インテグラルコンタクタ）として小さなサイズ（例えばＩ_n＝３２Ａ）用に提供されている。この場合、接触器の橋絡接点は短絡時において電磁式引外し装置によって強制的に開かれ、同時に短絡電流が強電流制限開閉機構によって未臨界値に制限される。
【０００８】
しかしこの方式は、高い定格電流（１００〜４００Ａ）の接触器に簡単に転用できず、また接触器の基本構造にかなり手を加えねばならない。
【０００９】
本発明の課題は、今日の構造様式の接触器に対して、即ち構造的処置なしに、最適な電流制限装置を提供することにある。特に上述の協調様式３における運転が、定格運転電流を制限することなしに、できるようにしようとしている。
【００１０】
この課題は本発明によれば請求項１の特徴部分に記載の手段によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明において短絡防護は次のような電流制限機構によって行われる。即ち第１段階において電流制限機構が第１の橋絡電流枝路の橋絡接点を閉じて接触器の電流を軽減し、第２段階においてその橋絡機能がアークで引き受けられ、遮断過程の継続経過中にアークが消弧室に入り込み、これによって短絡電流回路を中断する。
【００１２】
橋絡接点が、可動接点に衝撃を与えて開く電磁式引外し装置における衝撃個所自体によって形成されていると有利である。電磁式引外し装置の電磁石コイルは橋絡接点の閉成時点まで短絡電流で貫流され、これによって１〜２ｍｓの閉成時間が実現できる。橋絡接点の接触が行われた直後に、主電流路の可動接点および固定接点は衝撃開放によって互いに分離され、短絡電流が橋絡電流枝路に転流し、それに応じて接触器および引外し装置コイルの電流が軽減される。その引外し装置コイルは引外し装置の接極子を降下させ、これによって、橋絡接点から固定接点用導電レールへのアークの転流が、その前に行われていないときに惹き起こされる。
【００１３】
以下において図に示した実施例を参照して本発明の更なる詳細および利点を説明する。
【００１４】
例えばラッチ機構および過電流引外し装置のような代表的な開閉器構成要素は図に詳細に示されていない。接触器接点が溶着することなしに或る程度のアーク負荷を受けることができるように、接触器が非溶着接点材料を備えていることが前提とされている。更に短絡防護を実現するために、短絡電流あるいはばね力蓄積器に起因する力以外には、例えば電気補助エネルギあるいは化学エネルギのような外部エネルギを利用してはならない。
【００１５】
溶着防護用の電流制限機構１は、橋絡機構を備えた電流制限開閉器と、電磁石駆動装置を備えた接触器２０とを組み合わせて構成されている。橋絡機構は第１の橋絡電流枝路９と第２の橋絡電流枝路１９とを有している。第１の橋絡電流枝路９は電磁式引外し装置１０で閉じられる橋絡接点８を備え、第２の橋絡電流枝路１９はアーク２５によって閉じられる。両橋絡様式即ち接点あるいはアークによる橋絡様式はそれぞれ従来技術によって公知であり、上述の特別な組合せにおいて、新たな短絡防護装置を実現する。これは特に、電磁式引外し装置がその橋絡機能の後で橋絡接点の再開放時にアークを発生し、このアークがアークが消弧されるまで橋絡を維持することにある。
【００１６】
電流制限機構１は公知のように固定接点６と可動接点７とから成る接点装置５を有している。両接点６、７はそれぞれ接触子３、４に設けられている。
【００１７】
可動接点７用の接触子４は、接点装置５を越えて延び、橋絡接点８の一方の部分を実現するように形成されている。コイル１１、接極子１２、プランジャ１３およびフレキシブル導線１４から成る電磁式引外し装置１０が設けられている。この電磁式引外し装置１０は橋絡接点８の他方の部分を形成し、可動接触子４に作用する。更に可動接点７は、可動接点用導電レール１６と多数の消弧板から成る消弧室１７とに結合されている。消弧室１７は固定接点用導電レール１８を介して橋絡接点８と接触している。
【００１８】
即ちここでは橋絡接点８は、接触子４の終端部とプランジャ１３とによって形成されている接点対である。電磁式引外し装置１０のプランジャ１３および接極子１２は、導電率を向上するために銅芯を含むことができる。
【００１９】
電流制限開閉器として示されている電流制限機構１は、各主電流路毎に４個の主電流端子２１〜２４を有している。そのうちの２個の電流端子即ち端子２３、２４はこの開閉器を電気系統に通常に接続するために使われ、即ち主電流路ごとにそれぞれ１つの端子が開閉器の給電側および負荷側に設けられている。
【００２０】
残りの２個の主電流端子２１、２２に接触器２０の対応した主電流路が接続されている。即ち主電流路の電流回路が給電側から電流制限開閉器の一部を通して接触器２０に通じ、そこから開閉器１の残り部分を通して負荷側に通じている。接触器２０は通常運転においてその開閉機能によって全主電流路を投入あるいは遮断する。
【００２１】
例えば接触器あるいは負荷回路を点検する目的で電流制限開閉器１が通常運転中に開かれているとき、図２に示されているようにアーク２５が、開かれた接点６、７から付設の導電レール１６、１８に転流し、消弧室１７に入り込むことによって、可動接点７を有する給電側と負荷側との間の電流回路を中断する。それに応じて負荷側および接触器２０は給電側から電気的に分離される。
【００２２】
過電流および短絡電流が生じると、電流による引外し装置１０の励磁作用が、通常存在するラッチ機構（図示せず）の速やかな引外しおよび橋絡接点８の閉成が行われるほどに大きくなる。そのようにして形成された橋絡電流回路は、可動接点７の接触子４、接極子を有する橋絡接点８およびフレキシブル導線１４を介して接触器２０の負荷端子２４に通じる。この電流回路はただ瞬間的に、即ちｍｓ（マイクロ秒）範囲で電流を負担するだけでよく、通常運転中は死んでいなければならないので、フレキシブル導線は例えば、障害時にラッチ機構を作動するバイメタル式引外し装置（図示せず）によって監視される。あるいはまた、非電子式監視機構として、変流器・保持電磁式引外し装置、スナップ板などがある。
【００２３】
端子２１、２２を備えた主電流路が接触器２０の外で橋絡された際、電磁式引外し装置１０のコイル１１も無電流になるので、接極子１２はプランジャ１３と共にその休止位置に戻り、橋絡接点８を開く。その開いた接点８間に即ち可動接触子４とプランジャ１３との間に生じたアーク２５は、可動接点７の磁気吹消し域によって作動され、アーク２５′として固定接点用導電レール１８に転流し、生じたアーク電圧上昇に伴って伸長しながら消弧室１７に移動する。
【００２４】
固定接点６から接触器２０および電磁石コイル１１を介して負荷端子に通じている主電流路の部分インダクタンスは、橋絡接点８が接触した際、接触器の主電流路の電流が瞬間的に消滅せず、むしろそのために或る時間（ｔ_B＜１ｍｓ）が必要とされるようにさせる。その場合、電流制限機構１の接点装置５の開かれた固定接点６と可動接点７との間に生じたアーク２５は、可動接点とアークと固定接点とから成る電流ループを磁気的に吹き消しながら、固定接点６と固定接点用導電レール１８との間の隙間に移動し、電流の消滅後に消える（（１／２）Ｌｉ²≒（１／２）ｉ・Ｕ_B・ｔ_B、およびＬ≒２μＨ、ｉ≒５ｋＡ、Ｕ_B≒２０Ｖの場合、アーク時間（＝消滅時間）ｔ_B≒０．５ｍｓで行われる）。
【００２５】
電流制限機能の説明に当たっては、ラッチ機構のような開閉器構成要素について詳細に触れていない。即ち、電流制限機構１の第１実現方式において、電磁式引外し装置は、橋絡接点の閉成および可動接点の衝撃的開成のほかに、ラッチ機構の機械的解除作用も引き受けている。このラッチ機構はその特性について、電磁式引外し装置の接極子の降下後に、ラッチ機構の機械式駆動によって、可動接点の完全開放ないし開放維持が行われるように、設計しなければならない。
【００２６】
異なった実現方式において、電流制限機構は第２の電磁式引外し装置を有している。第２の電磁式引外し装置は電流制限機構の主電流回路に配置され、その応答挙動によって、その可動接点の開成動作が、橋絡接点を有する第１の電磁式引外し装置の開成動作よりも或る時間（≒０．５〜１ｍｓ）だけ遅れて行われるように設定されている。その時間は、橋絡接点の閉成時間より大きいかそれと同じである。
【００２７】
図を参照して説明した電気機械式防護装置は、低電圧回路における短絡電流制限の確かな防護構想を利用し、この防護構想を、アークによる橋絡に機能的に移行する本発明に基づく電磁式引外し装置による高速橋絡によって補完する。
【００２８】
上述した防護装置は、技術的およびコスト的な追加的経費が最小であるので、工業用において広い範囲に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電流制限機構と接触器との組合せにおける主要部の第１段階を示す概略構成図。
【図２】 図１における短絡防護装置の第２段階を示す概略構成図。
【符号の説明】
１ 電流制限機構
４ 可動接触子
５ 接点装置
６ 固定接点
７ 可動接点
８ 橋絡接点
９ 第１の橋絡電流枝路
１０ 電磁式引外し装置
１１ 電磁石コイル
１２ 接極子
１３ プランジャ
１７ 消弧室
１８ 固定接点用導電レール
１９ 第２の橋絡電流枝路
２０ 接触器

Claims (12)

1. 特に短絡負荷がかかった際に接触器の接点溶着を防止するために、接触器に直列接続された電流制限機構が設けられ、この電流制限機構が固定接点と可動接点とを備えた接点装置およびこの接点装置に付設された消弧室から構成されている電気機械接触器の短絡防護装置において、第１段階において電流制限機構（１）が第１の橋絡電流回路（９）の橋絡接点（８）を閉じて接触器（２０）の電流を軽減し、第２段階においてその橋絡機能がアーク（２５、２５′）および第２の橋絡電流回路（１９）で引き受けられ、遮断過程の継続経過中にアーク（２５）が橋絡接点（８）からそれに付設された導電レール（１６、１８）に転流し、電流制限機構（１）の消弧室（１７）に入り込み、これによって短絡電流回路が中断されることを特徴とする短絡防護装置。
2. 橋絡接点（８）が、可動接点（７）に衝突する電磁式引外し装置（１０）の導電性プランジャ（１３）と可動接触子（４）の消耗部片とから形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 端子（２１、２２）に接続された接触器（２０）が、橋絡電流回路（９、１９）に電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 電流制限機構（１）の主接点（６、７）が、橋絡電流回路（９、１９）に電気的に並列接続されかつ端子（２１、２２）に接続された接触器（２０）に電気的に直列接続されていることを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 電磁式引外し装置（１０）の電磁石コイル（１１）が、橋絡接点（８）の閉成時点まで短絡電流で貫流されることを特徴とする請求項２記載の装置。
6. １〜２ｍｓの閉成時間が実現できることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 橋絡接点（８）の接触後に、電流制限機構（１）の主電流路の可動接点（７）および固定接点（６）が互いに離され、短絡電流が橋絡電流枝路（９）に転流することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の装置。
8. 短絡電流の転流後に、引外し装置の接極子（１２）が降下することを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 短絡電流が第１の橋絡電流枝路（９）から第２の橋絡電流枝路（１９）に転流したとき、橋絡接点（８）から固定接点用導電レール（１８）へのアーク転流が惹き起こされることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 橋絡接点（８）の第１の橋絡電流枝路（９）が短絡遮断時にのみ電流を負担することを特徴とする請求項１記載の装置。
11. 第１の橋絡電流枝路（９）における電流監視装置が、電流が予め定められた大きさおよび時間を超過したとき、電流制限機構（１）を引き外すことを特徴とする請求項１記載の装置。
12. 電流監視装置が電熱式バイメタル引外し装置であることを特徴とする請求項１１記載の装置。

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