JP4255566B2 - 焼損型開閉装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電所、変電所および他の電気エネルギー供給装置において動作電流と過電流を投入および遮断するために使用されるような、特に遮断器のための焼損開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヨーロッパ特許第０１７７７１４号公報により、冒頭に述べた種類の焼損型開閉装置が知られている。この開閉装置の場合には、第１の開閉部材が、周囲に分配された平行で長い複数の接触フィンガーを備えた接触チューリップとして形成されている。このような構造は高電流の場合に、損傷しやすいことが判った。なぜなら、接触フィンガーが短い間隔で平行な電流を案内し、従って電磁的な力によって非常に強く互いに引っ張られるからである。これは接触フィンガーを曲げたり、ねじることがある。それによって、開閉ピンと接触フィンガーの間の摩擦力が非常に大きな値に達し得るので、大きな駆動力が必要であり、開閉ピンと接触フィンガーの大きな摩耗が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の根底をなす課題は、高電流時にも開閉部材が機械的に過負荷されず、過大の押圧力が発生しない、焼損型開閉装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
これは請求項１記載の特徴によって達成される。この特徴により、接触要素を通る電流経路が、互いに少しだけ離れて平行に案内されるのではなく、接触領域から迅速に離れ、場合によっては続いて大きな間隔をおいて平行に案内される。従って、過大の力が接触要素に作用しない。これに対して、引張り力は完全には阻止できない。引張り力は、逆に、電流経路を適当に案内することによって調節可能であり、しかも接触要素と開閉ピンの間の必要な接触圧力のために寄与し、特に接触子反発力をほぼ相殺するように調節可能である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図には、本発明を説明するためにのみ役立つ複数の実施の形態が示してある。
【０００６】
図１に示した、本発明の第１の実施の形態による焼損型開閉装置（消耗型開閉装置）は、開閉軸線１の周りにほぼ回転対称に形成されている。開閉ピン２は、図示していない開閉駆動装置によって、左側に示した接続位置と右側に示した遮断位置との間で開閉軸線１に沿って摺動可能である。この開閉ピンは、例えばＷＣｕ、グラファイト、ＣＦＣ、グラファイト／ＣｕまたはＣＦＣ／Ｃｕのような耐焼損性材料からなっている。第１の開閉部材は、開閉軸線１の周りに配置されかつ半径方向において開閉軸線の方に向いた、細長い接触フィンガー４として形成された接触要素のリムを備えている。この接触フィンガーは、その端部に、耐焼損性材料からなる焼損ヘッド５を持っている。
【０００７】
接触フィンガー４は、共に、ほぼ円環状の接触部材を形成している。この場合、開閉軸線１の方に向いた焼損ヘッド５の接触面は、接続位置で開閉ピン２の外面に接触する接触領域を形成している。各々の接触フィンガー４は、焼損ヘッド５を除いて、ばね弾性的な高導電性材料からなるウェブ６と一体に作られ、ケーシング部分７に固着されている。このウェブは、接続方向に約９０度だけ曲げられ、接触フィンガー４と直角をなしている。ウェブ６は、ケーシング部分７を介して第１の電気的な端子に接続されている。これに対して、開閉ピン２は、例えば可撓性の導体またはスライドチューリップを介して第２の電気的な端子に接続された第２の開閉部材を形成している。
【０００８】
ケーシング部分７の開口内に、電気的な絶縁材料製の支持体８が固定されている。この支持体の円筒状外面は、支持面９を形成している。遮断位置で、ウェブ６がこの支持面に接触する。これに対して、接続位置では、焼損ヘッド５を開閉ピン２の外周面に接触させることにより、接触フィンガー４が半径方向外側に偏向され、ウェブ６を弾性的に変形する。ウェブは、支持面９から離れる。その際、ウェブ６が高弾性であるので、初期の偏向をかなり大きく選定することができ、大きな焼損予備量が供される。支持体８は、中央に開口を備えている。この開口は、開閉軸線１を取り囲むノズル１０を形成している。このノズル内に、接続位置で、開閉ピン２の尖端部３が達している。
【０００９】
遮断の途中で電流が図示していない定格電流開閉装置から焼損型開閉装置に方向を変えると、電流は、接触領域に続いて、接触フィンガー４を通って半径方向に流れる。開閉軸線１から大きな間隔Ｒをおいて初めて、電流は開閉軸線に対して平行に方向を変え、距離Ｌにわたって平行なウェブ６を通って流れる。
【００１０】
接触フィンガー４内の電流経路の半径方向外側に向いた部分は、比較的に小さな電磁力を互いに加え、開閉ピン２を通って延びる電流経路の区間の、開閉ピンに対する作用は、無視することができる。その後、ウェブ６を通る平行な電流経路は互いに引き合う。この場合、開閉軸線１に対する間隔が比較的に大きいので、引張り力の半径方向成分は、接触フィンガー４の損傷または開閉ピン２に対する接触フィンガー４の大きすぎる押圧力を心配しなれければならないほど大きくはない。この大きすぎる押圧力は、焼損ヘッド５を過剰に摩耗させ、開閉ピン運動を妨害することになる。
【００１１】
他方では、開閉軸線１からのウェブ６の間隔Ｒと、ウェブの長さＬは次のように調節可能である。すなわち、電流が通常の予想されるような強さである場合に、接触フィンガー４の相互の引張り力が、接触フィンガー４の弾性的な偏向に基づいて接触フィンガーによって開閉ピン２に加えられる接触圧力を、所望なように増幅し、特にこれらの部品の間で作用する接触子反発力をほぼ相殺するように調節可能である。このような相殺作用は、電流強さのあらゆる変化にわたって維持される。なぜなら、接触子反発力と引張り力が電流強さの変化に同じように依存するからである。開閉ピン２を更に動かすと、開閉ピンは接触フィンガー４のリムから引き出され、その焼損ヘッド５は、ウェブ６が支持面９に接触するまで、開閉軸線１の方に移動する。それによって、ウェブ６を通る電流経路の相互の引張り力の作用を受けて、接触フィンガー４が開閉軸線１の方に更に半径方向移動することが阻止される。
【００１２】
開閉ピンが接触フィンガー４のリムから外に引き出されるや否や、アーク１１が焼損体５と開閉ピン２の尖端部３の間に発生する。アークは、例えば図示していない吹き付けピストンによってガスを吹き付けられる。この場合、ガスがノズル１０を通って流出するので、次の電流零通過の際にアークは消弧される。
【００１３】
図２に示した、本発明の第２の実施の形態による焼損型開閉装置は、第１の開閉部材に関しては、第１の実施の形態と完全に一致している。しかし、第２の開閉部材は、開閉ピン２に加えて、焼損型開閉装置を備えている。この焼損型開閉装置は、第１の開閉部材に正確に一致し、焼損ヘッド５′を備えた接触フィンガー４′は、接続位置で、第２の接触領域を形成するその内面が、開閉ピン２の外周面に押し付けられる。この場合、接触フィンガー４′は、約９０度だけ曲げられてウェブ６′に接続し、ウェブとケーシング部分７′を介して、第２の電気的な端子に接続されているので、接触フィンガー４′は、同時にスライドチューリップの機能を発揮する。ウェブ６′は、遮断位置で支持面９′に接触している。この支持面は、支持体８′の外面によって形成されている。この支持体は、同時に、開閉軸線１を取り囲むノズル１０′を形成している。
【００１４】
遮断時に、開閉ピン２が接触フィンガー４′のリムから引き出されるや否や、アーク１１が開閉ピンの尖端部から接触フィンガー４′の焼損ヘッド５′に方向を変える。従って、アークは、焼損ヘッド５′と第１の開閉部材の接触フィンガー４の焼損ヘッド５の間に生じる。アーク１１にガスを吹き付ける際、ガスは、両ノズル１０，１０′を通って流出する。これは迅速な消弧にとって有利である。
【００１５】
図３に示した本発明の第３の実施の形態による焼損型開閉装置は、第２の実施の形態の焼損型開閉装置に似ているが、接触フィンガー４，４′の前にそれぞれ焼損リング１２，１２′が設けられている点が異なっている。この焼損リングは、カップ状シールド１３，１３′の一部を形成している。ウェブ６または６′に導電的に連結されたシールドは、それぞれ、開閉部材の残りの部分を取り囲み、完全に遮蔽している。遮断時に、アーク１１は接触フィンガー４の焼損ヘッド５から焼損リング１２に迅速に方向を変えるが、アークは開閉ピン２の尖端部３から本質的に焼損リング１２′に方向を変える。これは、接触フィンガー４，４′の焼損を低減し、それによってその寿命を高める。
【００１６】
図４に示した、本発明の第４の実施の形態による焼損型開閉装置の基本的な構造は、第１の実施の形態の基本構造と一致している。しかし、第１の開閉部材を構成する接触フィンガー４は、接続（閉鎖）方向に見て開閉軸線１に対して約６５°の角度αをなすように配置されている。接触フィンガーは、比較的に長い焼損ヘッド５を除いて、ばね弾性的な高導電性材料からなり、ケーシング部分７まで真っ直ぐに案内され、ケーシング部分に固着されている。従って、接触フィンガーは互いにほぼ漏斗状の接触部分を形成している。
【００１７】
この場合にも、電流経路が接触領域、すなわち開閉ピン２に接触する焼損ヘッド５の内面から出発して迅速に離れることにより、接触フィンガー４の相互の引張り力が低減される。この引張り力は、その大きさの半径方向の成分の長さＲ′と、開閉ピン２の半径Ｒ_０と、その大きさの軸方向成分の長さＬ′とを介して、次のように調節可能である。すなわち、接触フィンガーを損傷させず、焼損ヘッド５を過剰に損耗させず、そして開閉ピン運動を妨害せず、そして充分な接触圧力を加えるために寄与し、特に接触子反発力の相殺を保証するように、調節可能である。この場合、支持体８は、円錐台外周面状の支持面９を形成している。この支持面は、接触フィンガー４の下方に間隔をおいて設けられ、開閉軸線１の方へのその動きは制限されている。遮断（開放）の過程は、本発明の第１の実施の形態による焼損型開閉装置と関連して説明した遮断の過程と一致している。
【００１８】
図５に示した、本発明の第５の実施の形態による焼損型開閉装置の場合には、基本的な構造が、本発明の第１の実施の形態による焼損型開閉装置の構造と一致している。しかしながら、接触要素として、接触フィンガーの代わりに、接触部材４″が設けられている。この接触部材は、特に、開閉軸線１の方に開放した、保持リング１５の半径方向の凹部１４内に、半径方向に摺動可能に支承されている。保持リングは、ケーシング部分７に固定され、このケーシング部分を介して第１の電気的な端子に導電的に連結され、ノズル１０を形成している。その他、保持リング１５は、中実に形成され、導電性材料からなっている。保持リングは、内側と、遮断位置で相手方開閉部材、すなわち開閉ピンの方に向いた側に、耐焼損性材料からなる被覆材１６を備えている。
【００１９】
接触部材４″は、その前端の少なくとも耐焼損性尖端部１７だけが、被覆材１６の開口を通って突出している。一方、被覆材は、接触部材の幅広の本体１８の前側肩部のためのストッパーを形成している。保持リング１５との電気的な接触は、接触積層板１９によって行われる。背面を押圧するばね要素、すなわちコイルばね２１が、凹部１４を閉鎖する保持リング１５の外側被覆材２０に支持されている。このばね要素を用いて、接触部材４″は、それぞれ開閉軸線１の方に半径方向に作用する力で付勢されている。
【００２０】
この場合にも、電流経路は、接触領域、すなわち開閉ピン２に接触する、接触部材４″の尖端部１７の前側端部から、半径方向外側に案内されるので、相互に作用する電磁的な力は、接触部材４″を開閉ピン２の外周面に押し付ける押圧力にほとんど影響を与えない。必要な接触押圧力は、コイルばね２１によって加えられる。遮断時に、開閉ピン２の尖端部３と接触部材４″の尖端部１７との間に生じたアーク１１は、接触部材４″の尖端部１７から直ちに被覆材１６に方向を変える。従って、この被覆材の遮断側の端範囲は、接触部材４″の前に設けられた焼損リングとしての機能を発揮する。
【００２１】
図６に示した、本発明による第６の実施の形態の焼損型開閉装置は、前述の実施の形態の焼損型開閉装置に充分一致しているが、凹部１４が貫通形成され、接触部材４″の本体１８が、保持リング１５の外面から幾分越えて突出ような長さに形成されている。ばね要素として、それぞれ１個の板ばね２２が設けられている。この板ばねは、接触部材４″の背面を押圧している。
【００２２】
図７に示した、本発明の第７の実施の形態による焼損型開閉装置は、前述の実施の形態の焼損型開閉装置に充分一致しているが、接触部材４″が、均一な直径であり、かつそれぞれスライドガイド２３内を案内されている。このスライドガイドは、凹部１４内に取付けられている。更に、保持リング１５との電気的な接触は、それぞれ、高導電性材料からなる可撓性の帯状部材２４を介して行われている。この帯状部材の一端は、接触部材４″の背面に導電的に連結、特に溶接され、他端は、保持リング１５に導電的に連結されている。
【００２３】
図８〜１０に示した、本発明の第８の実施の形態では、第１の開閉部材が、耐焼損性材料からなる剛性のある第１の開閉リング２５として形成されている。この開閉リングは、ケーシングに固定され、ケーシングを介して第１の電気的な端子に導電的に接続されている。第２の開閉部材は、開閉ピン２を備えている。この開閉ピンは、遮断方向に制限的に圧縮可能な皿ばねセット２６を介して支持されている。開閉ピンは、軸方向に摺動可能に保持部材２７に固定されている。保持部材は、図示していない開閉駆動装置によって開閉軸線１に沿って摺動可能である。第２の開閉部材は、更に、接触部材を備えている。この接触部材は、ばね弾性的な高導電性材料、例えばＣｕＢｅまたはＣｕＣｒＺｒからなる円環ディスク２８として形成されている。接触部材は、ケーシング部分７にボルト止めされた、周囲全体にわたって延びる外側リング２９と、中央開口から外側リング２９まで延びる半径方向のスリット３０によって分離された、接触要素としての６個の扇形部分３１を備えている。円環ディスク２８の各々の扇形部分３１は、その内側縁部に、耐焼損性材料からなる、第２の開閉リング３３の扇形部分３２を支持している。外側リング２９は、ケーシング部分７を介して第２の電気的な端子に導電的に接続されている。開閉ピン２は、周方向に延びる肩部３４を備えている。この肩部は、開閉ピン２の尖端部に対して、ほぼ第１の開閉リング２５と第２の開閉リング３３との間隔だけ、遮断方向にずれている。接続位置では、開閉ピン２の尖端部が、圧縮された皿ばねセット２６によって充分な接触圧力で付勢されて、第１の開閉リング２５の前面に環状に接触している。一方、肩部３４は、第２の開閉リング３３の接触領域に押し付けられ、開閉リングの扇形部分３２は、円環ディスク２８の扇形部分３１を弾性的に変形しながら、接続方向に向かって軸方向にやや偏向する。従って、扇形部分３１の弾性的な戻し力によって、この場合にも、充分な接触圧力が生じる。
【００２４】
扇形部分３１を通る部分電流の方向が本質的に半径方向であるので、電磁的な力が円環ディスク２８に発生しない。この電磁的な力は、接触圧力に作用する。第１の開閉リング２５が剛性を有するように形成されているので、第１の開閉部材の範囲には、電磁的な力による変形またはその他の損傷の危険が生じない。
【００２５】
遮断時に、第１の開閉リング２５と開閉ピン２の尖端部との間にアークが発生する。開閉ピン２の尖端部が第２の開閉リング３３を通過するや否や、アーク基部は、開閉ピンの尖端部から第２の開閉リングに移る。第１の開閉リング２５と第２の開閉リング３３を接続するアークには、側方からガスが吹き付けられる。この場合、ガスは、両開閉リングを通って逃げる。
【００２６】
図１１に概略的に示した、本発明の第９の実施の形態による焼損型開閉装置は、前述の実施の形態に類似している。この場合、第１の開閉部材は、ばね弾性的な高導電性材料からなる、内側縁部からスリットを形成した第１の円環ディスク３５として形成されている。開閉ピン２は、開閉駆動装置によって開閉軸線１に沿って摺動可能な図示していない保持部材に固定連結され、スライドチューリップ３６を介して第２の電気的な端子に導電的に接続されている。耐焼損性材料からなる、第１の円環ディスク３５の内側縁部３７は、接続位置で接続方向に向けて軸方向にやや偏向可能な接触領域を形成している。この第１の円環ディスクの弾性的な戻し力は、充分な接触圧力を保証する。第２の開閉部材は、第２の電気的な端子に導電的に接続された、耐焼損性材料からなる高剛性の第２の円環ディスク３８を備えている。この円環ディスクの内径は、開閉ピン２の直径よりも少しだけ大きい。円環ディスクは、焼損リングとして作用する。この焼損リング上には、遮断時に、一方のアーク基部が開閉ピン２から飛び移る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態による焼損型開閉装置の軸方向断面図であり、左側に接続位置が、右側に遮断位置が示してある。
【図２】 本発明の第２の実施の形態による焼損型開閉装置の軸方向断面図であり、左側に接続位置が、右側に遮断位置が示してある。
【図３】 本発明の第３の実施の形態による焼損型開閉装置の軸方向断面図であり、左側に接続位置が、右側に遮断位置が示してある。
【図４】 本発明の第４の実施の形態による焼損型開閉装置の軸方向断面図であり、左側に接続位置が、右側に遮断位置が示してある。
【図５】 本発明の第５の実施の形態による焼損型開閉装置の軸方向断面図であり、左側に接続位置が、右側に遮断位置が示してある。
【図６】 本発明の第６の実施の形態による焼損型開閉装置の軸方向断面図であり、左側に接続位置が、右側に遮断位置が示してある。
【図７】 本発明の第７の実施の形態による焼損型開閉装置の軸方向断面図であり、左側に接続位置が、右側に遮断位置が示してある。
【図８】 本発明の第８の実施の形態による焼損型開閉装置の軸方向断面図であり、左側に接続位置が、右側に接続位置に達する直前の状態が示してある。
【図９】 図８の焼損型開閉装置の一部の平面図である。
【図１０】 図９のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図１１】 本発明の第９の実施の形態による焼損型開閉装置の軸方向断面図であり、左側に接続位置が、右側に遮断位置が示してある。
【符号の説明】
１ 開閉軸線
２ 開閉ピン
３ 開閉ピン２の尖端部
４，４′ 接触フィンガー
４″ 接触部材
５，５′ 焼損ヘッド
６，６′ ウェブ
７，７′ ケーシング部分
８，８′ 支持体
９，９′ 支持面
１０，１０′ ノズル
１１ アーク
１２，１２′ 焼損リング
１３，１３′ 遮蔽部材
１４ 凹部
１５ 保持リング
１６ 保持リング１５の被覆材
１７ 接触部材４″の尖端部
１８ 接触部材４″の本体
１９ 接触積層板
２０ 保持リング１５の外壁
２１ コイルばね
２２ 板ばね
２３ スライドガイド
２４ 帯状部材
２５ 第１の開閉リング
２６ 皿ばねセット
２７ 保持部材
２８ 円環ディスク
２９ 円環ディスク２８の外側リング
３０ 円環ディスク２８のスリット
３１ 円環ディスク２８の扇形部分
３２ 第２の開閉リング３３の扇形部分
３３ 第２の開閉リング
３４ 開閉ピン２の肩部
３５ 第１の円環ディスク
３６ スライドチューリップ
３７ 第１の円環ディスク３５の内側縁部
３８ 第２の円環ディスク

Claims (14)

1. ケーシング内に、少なくとも接続位置で第１の電気的な端子に接続される第１の開閉部材と、少なくとも接続位置で第２の電気的な端子に接続される第２の開閉部材とを備え、第２の開閉部材が開閉ピン（２）を備え、この開閉ピンが開閉駆動装置によって開閉軸線（１）に沿って第１の開閉部材と相対的に、接続位置と遮断位置との間で摺動可能であり、接続位置において第１の開閉部材が開閉ピン（２）に接触し、それによって焼損型開閉装置が第１の電気的な端子と第２の電気的な端子の間の電流経路を閉鎖し、遮断位置において開閉ピン（２）が第１の開閉部材から離隔され、更に少なくとも１個の接触部材を備え、この接触部材が開閉部材の一つに所属し、開閉軸線を取り囲む接触部材の接触領域が接続位置において開閉ピン（２）に接触する、焼損型開閉装置において、
   接触部材が、開閉軸線（１）をリム状に取り囲み、かつ接触領域を形成する内側縁部から出発して広がること、
   接触部材が、開閉軸線（１）から少なくとも本質的に半径方向外側に向いていること、
   接触領域が、接続位置で開閉ピン（２）の作用を受けて弾性的に、本質的に半径方向に偏向され、かつ開閉ピン（２）の外周面に接触するか、本質的に軸方向に偏向され、かつ開閉ピン（２）の、本質的に接続方向に向いた当接面に接触すること、
   接触部材が、開閉軸線（１）の方に少なくとも本質的に真っ直ぐに向いた複数の接触要素からなっていること
   を特徴とする焼損型開閉装置。
2. 各々の接触部材が、細長い接触フィンガー（４，４′）として形成されていること、
   各々の接触フィンガー（４，４′）が、曲げられて、可撓性の導電性材料製のウェブ（６，６′）に接続し、このウェブが、接触フィンガー（４，４′）と電気的な端子との間の導電性連結部の少なくとも一部を形成していることを特徴とする請求項１記載の焼損型開閉装置。
3. ウェブ（６，６′）が、それぞれ、開閉軸線（１）に対して少なくとも本質的に平行に、接触フィンガー（４，４′）と反対側のその端部で固着されていることを特徴とする請求項２記載の焼損型開閉装置。
4. 各々の接触フィンガー（４）が、少なくとも本質的に真っ直ぐであり、その長さの少なくとも一部にわたって可撓性の材料からなり、開閉軸線（１）と反対側のその端部で固着されていることを特徴とする請求項２または３記載の焼損型開閉装置。
5. 各々の接触フィンガー（４）が、開閉軸線（１）の方に斜めに向いていることを特徴とする請求項４記載の焼損型開閉装置。
6. 遮断位置においてウェブ（６）または接触フィンガー（４，４′）が外向きの支持面（９，９′）に接触し、これにより、支持面（９，９′）が、ウェブ（６）を通る電流による相互の引張り力の作用を受けて接触フィンガー（４，４′）が開閉軸線（１）の方に半径方向に移動することを阻止することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の焼損型開閉装置。
7. 接触部材が、それぞれ、半径方向に摺動可能な接触部材（４″）として形成され、この接触部材が、接続位置で開閉ピン（２）を取り囲む保持部材に支承されていることを特徴とする請求項１記載の焼損型開閉装置。
8. 保持部材が、開閉軸線（１）を取り囲む保持リング（１５）として形成され、かつ接触部材（４″）を収容するための、少なくとも開閉軸線（１）の方に開放した半径方向の凹部（１４）を有することを特徴とする請求項７記載の焼損型開閉装置。
9. 保持リング（１５）が、内側と、遮断位置で開閉ピン（２）の方に向いた側に、耐焼損性材料からなる被覆材（１６）を備えていることを特徴とする請求項８記載の焼損型開閉 装置。
10. 接触部材が、スリット（３０）によって分離された、ばね弾性的な材料からなる円環ディスク（２８）の扇形部分（３１）を備え、この円環ディスクの内側縁部に接触領域が配置されていることを特徴とする請求項１記載の焼損型開閉装置。
11. スリット（３０）が、半径方向に延びていることを特徴とする請求項１０記載の焼損型開閉装置。
12. 円環ディスク（２８）が、閉じた外側リング（２９）を備えていることを特徴とする請求項１０または１１記載の焼損型開閉装置。
13. 当接面が、開閉ピンの周方向に延びる肩部（３４）によって形成されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の焼損型開閉装置。
14. 当接面が、開閉ピン（２）の尖端部（３）によって形成されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の焼損型開閉装置。

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