JP4202321B2 - 快速トリップ機能付きの低電圧断路器 - Google Patents

Description

本発明は、単極或いは多極の低電圧断路器に係わり、詳しくは快速トリップ機能付きの低電圧断路器に関するものである。

従来の低電圧断路器は、設置された単極或いは多極の接触子装置と、スイッチの開閉を実現する操作機構と、過負荷及び／或いはショート時に作動する熱エネルギー・電磁式トリッパー装置と、上記３種の装置を収納するアンダープレート、ベース及びカバーとを備えている。周知のように、断路器は大きな電流で過負荷を受ける場合、接触子装置における接触子が電動力の働きで互いに排斥しあい、電流を制限する役割を果たす。そして、熱エネルギー・電磁式トリッパー装置における電磁部は、快速な作動で断路器を遮断し、回路と設備の保護を実現する。多極における各極はショート電流からの衝撃を受ける可能性がある。そのため、各極は電流制限と電磁快速遮断の効果が得られる。しかし、接触子システムにおける接触子同士の排斥によって電流が制限されることと、熱エネルギー・電磁式トリッパー装置の電磁部の作動によって遮断されることは、作動時間が長いため、断路器のショート遮断保護能力に限界があり、遮断レベルを向上することは非常に難しい。

中国特許ＺＬ９２１１５０３．２では、快速トリップ機能付きの低電圧断路器を提供している。当該低電圧断路器はガス室を用いて接触子がショート電流を遮断するときに発生する高圧ガスを収集し、ピストンを動かしロッドを連動させロック部材を動かすことで、断路器における操作機構の四節回転連鎖を分離させ、断路器を素早く遮断するという目的を達成できる。ところが、その構造及びプロセスは複雑で、手間も材料もかかるという問題点があった。

本発明の目的は、遮断保護能力に限界があり、遮断レベルが向上されにくいといった従来の低電圧断路器の問題点を解決することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、次のようなより有効かつ便利な技術案を提供する。断路器はアンダープレートとベース及びカバーとからなるハウジングと、単極或いは多極の接触子装置とを備えている。前記接触子装置には消弧用仕切り板の室（消弧室）が設けられている。前記消弧室の間に取付けられた接触子は、通過する電流が所定値を超えた時生じた電動排斥力によって分離され、かかる電流を制限するように形成されている。前記断路器はさらに、前記接触子を開閉させる操作機構と、前記操作機構を駆動し過負荷及び／或いはショート故障時に作動する熱エネルギー・電磁式トリッパー装置及び回転軸とを備えている。 前記接触子装置の少なくとも一側面には開口凸縁が設けられている。前記開口凸縁は高圧ガスを生成・貯蔵する空間と連通している。また、アンダープレートの相応なる箇所には回転軸が設けられている。前記回転軸は前記開口凸縁と対応して設けられる力受け部材と、当該力受け部材によって伝達される回転力を利用して操作機構のトリップ装置を動かすことでスイッチをトリップさせる駆動部材とを備えている。前記駆動部材はロック部材と対応して配置されている。前記回転軸の下端はアンダープレートの台座に設けられ、その上端は支持部材に取付けられている。前記支持部材は回転軸がスムーズに回転できるようアンダープレートと連接している。

低電圧断路器は大きな電流からの衝撃を受けると、接触子が排斥力によって分離され、アークが発生し、そして、エネルギーと衝撃も生じる。そのエネルギーと衝撃の大部分は消弧用仕切り板により消耗され、一部のエネルギーと衝撃は接触子装置の開口凸縁に沿って放出される。力受け部材は接触子装置の開口凸縁より放出した高圧ガスを受けることで、回転軸を回転する力が生じる。当該回転力は駆動部材に伝達される時に拡大され、更に素早くロック部材を動かすことで、スイッチをトリップさせる。前記回転力は前記熱エネルギー・電磁システムにおける電磁部の作動で生じた力より早く生じるため、電磁力が調節ロッドとトリッパーにてトリップ装置を作動させるという中間プロセスを省ける。また、低電圧断路器をより早く遮断させるため、遮断時間も短縮され、多極低電圧断路器の遮断能力を大幅に向上できる。理論分析によれば、本発明の多極低電圧断路器が従来製品の遮断能力より５０％もアップすることが分かった。この数字も実験によって確認された。

前記接触子装置の開口凸縁には一つの浮動センサーが設けられている。前記センサーと前記開口凸縁との間には軸方向のストローク・スペースが設けられている。前記力受け部材は翼形の片状を呈し、その力受け面が前記開口凸縁の軸線と直交している。センサーは接触子装置の開口凸縁から放出したガスを受けて作動し、回転翼形片を動かし、回転軸を回転する力を生じる。当該回転力も駆動部材に伝達されたときに拡大され、更に素早くロック部材を動かしてトリップさせる。回転軸の回転角度は翼形片と接触子装置との間における取付け位置により制限され、センサーはそのストローク動作が完了すると、開口凸縁の中に制限されることで、接触子装置内のガスが外へ漏れない。前記開口凸縁の外表面は円錐形を呈し、開口凸縁の強度を保証できると共に、材料も節約できる。

本発明の別の形態として、前記開口凸縁の外表面は円柱形を呈する。前記力受け部材はカップ形を呈し、前記開口凸縁に取り付けられ、且つ両者の嵌合距離は前記力受け部材のストロークより長くなっている。回転軸は強いガスにより吹かれて回転すると、カップ形の力受け面が接触子装置の内部に連通する開口凸縁から離脱できない。そのため、隣接する接触子装置間のガスを連通させず、ショートし或いは単極のガスが溢れ出してアンダープレート、ベース及びカバーを破損することを防止できる。

前記回転軸と、駆動部材及び力受け部材は、一体化した構造に製造でき、或いは部品の組立で構成することもできる。前者の構造は高い強度を有し、製造も実現しやすい。当該機構は、隣接する接触子装置間或いは単極の片側に設置され、その下端と中間部には支持部材が設けられていることで、安定かつ快速な回転を保証できる。前記回転軸にはリセット・スプリングが設けられ、当該回転軸がガスに吹かれてトリップするときにおいて元の位置に素早く回復でき、次回の過負荷遮断にうまく対応できるようになる。前記スプリングはツイスト・スプリング、ドラフト・スプリング、プレス・スプリングを用いてもよい。低電圧断路器では単極の場合は１つの回転軸を設けてもよい。多極の場合では各極の快速な遮断能力を向上するために、隣接する両極の接触子装置の間にそれぞれこのような快速トリップ機構を設置してもよい。そのため、多極断路器の極数をＮとする場合、快速トリップ機構の数はＮ−１となる。且つ各快速トリップ機構はトリップすることができ、多極低電圧断路器の快速遮断を実現し、電気回路と設備を保護できる。

多極断路器では、回転打撃式快速トリップ機構の力受け部材をそれぞれ隣接する接触子装置の開口凸縁に向かるように一対にすることは最適である。

図１〜６に示すように、断路器はアンダープレート４と、ベース１７及びカバー１８から構成されるハウジングを備えている。当該断路器は並列配置される３極接触子装置５と、二つの消弧室１４と、前記消弧室１４に取り付けられ、通過電流が一定の値を超えるときに生じる電動排斥力によって分離され、前記電流を制限できる一対の接触子１２，１３と、前記接触子を開閉させる一つの操作機構１と、前記操作機構１を駆動し、過負荷及び／或いはショート故障時に作動する熱エネルギー・電磁式トリッパー装置１５及び回転軸８とを備えている。前記回転軸８の下端はアンダープレート４の台座３２に設けられ、その上端は支持部材３３に取付けられている。前記支持部材３３はアンダープレート４と連接されている。前記回転軸８はアンダープレートに設けられる一対の翼形片３０によって接触子装置５からの力を受け、回転モーメントを生じる。当該モーメントは所定値に達すると、前記操作機構１のトリップ装置２３を駆動する。

前記回転軸８の上端部には駆動部材９が設けられている。回転軸８と、駆動部材９と翼形片３０はプラスチック成形で一体に形成されている。前記駆動部材９はロック部材７と対応して配置されている。中間接触子装置５の両側面には内部と連通する開口凸縁６が設けられている。なお、両側の接触子装置５はその内側のみに開口凸縁６が設けられている。前記開口凸縁６は高圧ガスを生成・貯蔵する空間３４と連通されている。前記開口凸縁６の外表面２７は、円錐形を呈している。センサー２９は錐形或いは半球形の頭部を有する円柱体であり、開口凸縁６内に取り付けられ、翼形片３０と対向している。また、翼形片３０の力受け面２０は前記開口凸縁６の軸線と直交している。センサー２９は開口凸縁６の中で浮動し、軸方向において所定距離の運動をすることができる。回転翼形片３０は所定の位置移動制限を受けているため、センサー２９は回転翼形片３０にぶつかると、その位置移動も所定距離しかできないよう制限される。センサー２９は接触子装置５の開口凸縁６から放出したガスを受けてから外へ動かし、回転翼形片３０を作用し、回転軸８を回転する回転力を生じる。当該回転力は駆動部材９に伝達されるときに拡大され、ロック部材７を快速に作用しトリップさせる。リセット・スプリング３は主回転軸８を元の位置に戻させると共に、センサー２９も次回のショート遮断にうまく対応できるよう元の位置に戻させる。

図７に示されている実施形態は、前記実施形態の改良である。回転軸８に設けられている翼形片３０を一つにしたことが特徴である。そして、各接触子装置５は翼形片３０と対応するようそれぞれ同じ側に開口凸縁６を設けている。このような構造は同様に単極断路器にも適用される。

図８，９に示されているのは、本発明の別の実施形態である。図１の実施形態と異なる点として、回転軸の下端部に設けられた力受け部材１０はカップ形を呈している。接触子装置５の開口凸縁６の表面２７は円柱形を呈している。当該カップ形の力受け部材１０は直接に前記開口凸縁６に設けられ、両者の嵌合距離は前記力受け部材１０のストロークより長くなっている。

低電圧断路器は大きな電流からの衝撃を受けると、接触子１２，１３が排斥力によって分離され、アークが発生し、そして、エネルギーと衝撃も生じる。そのエネルギーと衝撃の大部分は消弧用仕切り板により消耗され、一部のエネルギーと衝撃は接触子装置５の開口凸縁６に沿って放出する。左右側のカップ形力受け部材１０は相隣なる両接触子装置５の開口凸縁６から放出したガスを受けるため、回転軸を自身の軸線に沿って回転する力が生じる。当該回転力は上端部の駆動部材９に伝達される時に拡大され、更に素早くトリッパーを動かすことで、トリッパーを自身の軸線に沿って反時計方向に回転させ、トリップさせる。前記回転力は前記熱エネルギー・電磁システムにおける電磁部の作動で生じた力より早く生じるため、電磁力が調節ロッド１６とトリッパー２２にてトリップ装置２３を作動させるという中間プロセスを省き、低電圧断路器をより早く遮断させ、遮断能力を向上させる。

図１０に示される実施形態は、上記実施形態の改良である。異なる点としては、回転軸のカップ形力受け部材１０が一つである。そして、各接触子装置５はカップ形力受け部材１０と対応するようすべて同じ側に開口凸縁６が設けられている。このような構造は単極断路器にも適用される。

本発明の低電圧断路器の実施形態の構造を説明する図である。 ダブル翼形片、回転軸本体、駆動部を有する回転軸の拡大斜視図である。 センサーと開口凸縁の駆動装置構造を説明する図である。 多極接触子装置の内部構造を説明する図である。 熱エネルギー・電磁式トリッパー装置の構造を説明する図である。 ベースとカバーの斜視図である。 シングル翼形片、回転軸本体、駆動部を有する回転軸の拡大斜視図である。 本発明の低電圧断路器の別の実施形態の構造を説明する図である。 一対のカップ状力受け部材を有する回転軸の拡大斜視図である。 一つのカップ状力受け部材を有する回転軸の拡大斜視図である。

Claims (6)

1. アンダープレート（４）、ベース（１７）及びカバー（１８）から構成されるハウジングを有し、
   消弧用仕切り板の室（１４）が設けられ、その消弧室（１４）の間に取付けられた接触子（１２，１３）は、通過する電流が所定値を超えた時生じた電動排斥力によって分離され、かかる電流を制限するように形成されている単極或いは多極の接触子装置（５）と、
   前記接触子を開閉させる操作機構（１）と、
   前記操作機構（１）を駆動し過負荷及び／或いはショート故障時に作動する熱エネルギー・電磁式トリッパー装置（１５）及び回転軸（８）と
   を備えている快速トリップ機能付きの低電圧断路器において、
   前記接触子装置（５）の少なくとも一側面には開口凸縁（６）が設けられ、前記開口凸縁（６）は高圧ガスを生成・貯蔵する空間（３４）と連通しており、アンダープレート（４）の相応なる箇所には回転軸（８）が設けられ、
   前記回転軸（８）は前記開口凸縁（６）と対応して設けられる力受け部材（１０，３０）と、当該力受け部材（１０，３０）によって伝達される回転力を利用して操作機構（１）のトリップ装置（２３）を動かすことでスイッチをトリップさせる駆動部材（９）とを備え、
   前記駆動部材（９）はロック部材（７）と対応して配置され、
   前記回転軸（８）の下端はアンダープレート（４）の台座（３２）に設けられ、その上端は支持部材（３３）に取付けられ、前記支持部材（３３）はアンダープレート（４）と連接されていることを特徴とする快速トリップ機能付きの低電圧断路器。
2. 請求項１に記載の快速トリップ機能付きの低電圧断路器において、前記接触子装置（５）の開口凸縁（６）の中には、一つの浮動センサー（２９）が設けられ、前記センサー（２９）と前記開口凸縁（６）との間には軸方向のストローク・スペースを設け、前記力受け部材（３０）は翼片形を呈し、その力受け面（２０）は前記開口凸縁（６）の軸線と直交していることを特徴とする快速トリップ機能付きの低電圧断路器。
3. 請求項１に記載の快速トリップ機能付きの低電圧断路器において、前記開口凸縁（６）の外表面は円錐形を呈していることを特徴とする快速トリップ機能付きの低電圧断路器。
4. 請求項１に記載の快速トリップ機能付きの低電圧断路器において、前記開口凸縁（６）の外表面は円柱形を呈し、
   前記力受け部材（１０）はカップ形を呈し、前記開口凸縁（６）に取り付けられ、且つ両者の嵌合距離は前記力受け部材（１０）のストロークより長くなっていることを特徴とする快速トリップ機能付きの低電圧断路器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の快速トリップ機能付きの低電圧断路器において、前記回転軸（８）にはリセット・スプリング（３）が設けられていることを特徴とする快速トリップ機能付きの低電圧断路器。
6. 請求項５に記載の快速トリップ機能付きの低電圧断路器において、前記回転軸（８）と、駆動部材（９）と力受け部材（１０，３０）は、一体に形成されていることを特徴とする快速トリップ機能付きの低電圧断路器。

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