JP4368552B2 - 低電圧電力回路遮断器用電極 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は改良された特性を有する低電圧電力回路遮断器用電極に関する。
【０００２】
より詳細には、「低電圧電力回路遮断器」なる用語は、例えば工業システムの分野で一般的に利用される回路遮断器を指すために使用され、１０００ボルト未満の動作電圧で、かつ比較的大きい公称電流値（数百ないし数千アンペア）の、従って比較的大電力レベルの一般には交流電流で作動する特性を持つことを特徴とする。
【０００３】
電力回路遮断器が１つまたは複数の電極を備えており、通常
種々のユーザーに必要な電流を保証するように設計されていることは周知のところである。また同時に、電力遮断器は、負荷の投入および遮断を実行し、または例えば過負荷または短絡による異常事態に対しては、自動的に回路を開くか、または設けられた電気接点を適切に開き保護する回路を切断することによって電力系統に対し負荷の完全な開離を達成し、異常事態から負荷を保護することも知られているところである。
【０００４】
現在では、考慮する公称電流に応じて、多くの実施形態の低電圧電力回路遮断器が存在する。
【０００５】
しかし一般には、各電極に対して、公称電流、過負荷電流、または短絡電流であれ、可動接点と固定接点との開離によって電流を遮断する。
【０００６】
低電圧電力回路遮断器用電極の代表的な構造を図１により説明する。電極は固定接点１とそれに相互に接触／開離が可能な可動接点２とを備えている。可動接点２は接点支持シャフト４に連結され、そのシャフト４上に配置されている。シャフト４は、一般に絶縁材料から製作され、機械的支持機構として作用し、かつ可動接点２に運動を伝達する。可動接点２の運動を可能にする間の電気的導通を維持するために、一般に可撓性の柔軟な導体３が使用されるが、この導体３は、可動接点２と図１には図示されていない電力系統との間の電気接続を保証する役割しか持っていない。
【０００７】
図２には、可動接点２、可撓性の導体３、および接点支持シャフト４がさらに詳しく示されている。この場合、可撓性の導体３は、接点支持シャフト４の空洞内に接触して収容されている金属製の柔軟な２つの編組導体により構成されている。金属製編組導体の先端には接続金具７およびピボット８が設けられ、それらは電力系統および可動接点２への接続にそれぞれ使用される。
【０００８】
公称電流時に開く動作条件下では、開極指令に従い、可動接点２は操作機構により操作される接点支持シャフト４によって特定速度で駆動される。これらのことは図１および２には図示されていない。
【０００９】
短絡電流時に開く場合の動作条件では、一般に、操作装置により実行される開極操作の前に、可動接点と固定接点との間に発生する電気力学的反発力に起因する電気接点の開離作用が発生する。低電圧電力回路遮断器に影響を与えるこのような大きい短絡電流（数十キロアンペア）に対しては、これらの電気力学的反発力の値は、超高速の可動接点のストローク終端速度を発生する値に達する。
【００１０】
ストローク終端時点で超高速であるため、可動接点２を停止させるには、例えば図１に示す受面板５など適切な制動手段を備えると共に、動的に開くシステムの可動接点２と接点支持シャフト４全体に十分に堅牢な寸法を与えることにより、可動接点２のストローク終端速度の衝撃により発生する大きい応力に耐えられるようにする必要がある。このような不都合事態の発生を避けるには、特に可動接点がストロークの終端に到達する前に、動的に開くシステム全体に、比較的短い時間で介入できるようにする必要がある。
【００１１】
これらの設計上の制約は、回路遮断器の製造時間およびコストのかなりの増加を必然的に伴う。
【００１２】
さらにストロークの終端速度が速いため、可動接点は受面板５で停止できずに、その上で跳ねかえり、固定接点１に再び接触することがある。これにより、故障状態が存在する状態で接点が望ましくない開閉現象を必然的に伴うため、上述の事態の発生は重大である。
【００１３】
本発明の課題は、回路短絡条件下で開く間、可動接点のストローク終端速度を比較的小さい値に制限できる低電圧電力回路遮断器用電極を提供することである。
【００１４】
この課題の範囲内での本発明の目的は、短絡を生じた動作条件下で開放する間、特定の制動装置を使用せずに可動接点の制動を保証できる低電圧電力回路遮断器用電極を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、短絡動作条件下で開放した後、電気接点の望ましくない再閉路状態を避けることを保証する低電圧電力回路遮断器用電極を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、動的に開くシステムの必要な調整速度の制限を保証する低電圧電力回路遮断器用電極を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、高信頼性の、製造が簡単で、低コストの低電圧電力回路遮断器用電極を提供することである。
【００１８】
これらの課題ないし目的は、以下の構成を備える低電圧電力回路遮断器用電極により実現される。すなわち、
相互に接触／開離が可能な固定接点および可動接点と、
可動接点を電力系統に電気的に接続することができ、通流する電流が互いに同一方向になるように配置された少なくとも２つの導電エレメントと、
可動接点を機械的に支持し操作する操作手段と、
を備えている低電圧電力回路遮断器用電極において、導電エレメント間に挿入されており、かつ回路短絡動作条件下で開放する間、導電エレメントとの摩擦により固定接点と可動接点との間に発生する電気力学的反発力に抵抗する少なくとも１つの絶縁エレメントを備えたことを特徴とする低電圧電力回路遮断器用電極である。
【００１９】
本発明の別の特徴および利点は、添付図面による非限定的な例によって示される、本発明による低電圧電力回路遮断器用電極の好ましいが非限定的な実施形態のいくつかの記述から明白になるであろう。
【００２０】
図３を参照して、本発明による電極は固定接点（図示なし）と、相互に接触／開離の可能な可動接点１０と、可動接点１０を電力系統（これも図３に図示されていない）に電気的に接続するための２つまたはそれ以上の導電エレメント１１とを有する。導電エレメント１１の具体的特徴は、それらを流れる電流が同一方向になるように配置されていることである。例えば、図３に示す好ましい実施形態によれば、導電エレメント１１は相互に平行に接続されている１対の金属製の可撓性のある柔軟な編組導体により構成されている。この構成は、両導電エレメント１１における電流の流れが同一方向、例えば矢印１６により示される方向に発生することを保証する。
【００２１】
他の実施形態でも当然、例えば導電エレメントが常に同一方向の電流を発生するように配置されているという条件下で、多数の導電エレメントを使用することが予測できる。好ましくは、図３の金属製の柔軟な編組導体からなる導電エレメント１１は、各先端に、可動接点１０と電力系統とにそれぞれ接続を可能にする接続手段を備えることである。図３の実施形態では、電力系統に接続する手段は接続フランジ１４により構成されている。
【００２２】
本発明による電極はさらに、可動接点１０を機械的に支持し、それに運動を伝達するのに適合する操作シャフト手段を含んでいる。詳細には、操作シャフト手段は絶縁材料で製作されている可動接点支持兼操作用の操作シャフト１２からなっている。
【００２３】
本発明による電極は、導電エレメント１１の相互間に挿入され図３に参照符号１３により示されている１つまたは複数の絶縁エレメントを備えることを特徴とする。
【００２４】
例えば、図３の実施形態では、平行な２つの導電エレメント１１の間に配置され、操作シャフト１２にその作用を受けるように接続されている単一の絶縁エレメント１３が設けられている。
【００２５】
絶縁エレメント１３により実行される基本的機能は、短絡回路動作条件下での開放動作中に、導電エレメント１１との摩擦により、固定接点と可動接点との間に発生する電気力学的反発力に抵抗させることである。
【００２６】
両導電エレメント１１は同一方向に電流を流すため、図３に矢印１７により概略的に示される電気力学的吸引力がその間に発生する。短絡回路動作条件下では、導電エレメント１１を流れる電流は高レベルに達し、導電エレメント１１はそれらのエレメント間に挿入されている絶縁エレメント１３に向かって吸引される。その時、導電エレメント１１と絶縁エレメント１３との間に発生する摩擦力が、可動接点１０に固定された操作シャフト１２の運動に抵抗する。このようにして、摩擦力は可動接点２を固定接点から開離させるのに要するエネルギーの一部を吸収する。したがって可動接点１０のストローク終端速度が減少し、比較的小さい限界値以下にすることができる。絶縁エレメント１３と導電エレメント１１の間の摩擦力は導電エレメントを流れる電流に比例するため、可動接点の運動に抵抗する力は、回路短絡時の短絡電流によって開離する動作条件における大きい電流値に対しては無視できなくなる。
【００２７】
他方で、通常電流時に開放する動作条件下では、電流値が非常に小さいことから、摩擦力は大きな値とは考えられず、したがって、開放運動にはいずれにせよ影響を与えない。
【００２８】
特に３極型回路遮断器での使用に適合する、接点支持手段を兼ねる操作シャフト１２と絶縁エレメント１３との好ましい実施形態を、図４ａおよび図４ｂにより説明する。
【００２９】
この場合、３つの絶縁エレメント１３は操作シャフト１２に固定されており、それらエレメントの各々は対応する極に属する可動接点（図示せず）に対応している。
【００３０】
図示のように、各絶縁エレメント１３は、側面から見て、対応する導電エレメント１１と相互作用するのに適合する２つの曲線状の壁面を有する本体を備えている。
【００３１】
構造が簡単で、かつ機能上効果的なソリューションによれば、絶縁エレメントはプラスティック材料で製作され、しかも操作シャフト１２と一体的に構成される。
【００３２】
特に絶縁エレメント１３は、例えば射出成形加工により、操作シャフト１２から直接得ることができる。
【００３３】
代替方法では、各絶縁エレメント１３および操作シャフト１２は、相互に適切に接続される２つの別個の部品として構成することができる。さらに、各絶縁エレメント１３は極の他方のエレメントに相互に作用を受けるように接続することができる。
【００３４】
特に本発明による電極は意図する課題および目的を完全に達成していることが判明している。
【００３５】
特に、絶縁エレメントおよび導電エレメントに適切な寸法を与えることにより、妥当な近似で、短絡回路電流を開放する動作条件下においても、可動接点のストローク終端速度を決定することができる。したがって、本発明により電極の寸法を設定し、ストローク終端速度を比較的小さい値の範囲に制限されるようにし、ストローク限界点での衝撃エネルギーを減少させ、接点の望ましくない再閉路の発生を防止することができる。
【００３６】
さらに、既知のタイプの回路遮断器に一般に採用されている可動接点の制動手段を無くすか、または少なくとも大幅に減少させることが可能である。
【００３７】
可動接点のストローク終端速度を減少させることにより、動的な機械機構を開放するのに必要な調整速度を減少し、それにより設計制約を緩和することができる。
【００３８】
最後に、絶縁エレメントを操作シャフトから直接得ることができるため、絶縁エレメントの採用が、製造コストの大幅な上昇を伴わないことが判明している。一方、可動接点の制動装置を省略する可能性と回路遮断器に動的機械機構を開放するのを簡単化する可能性とは、動作の高信頼性と合わせて、回路遮断器の製造の簡単化を伴う。
【００３９】
このようにして得られた低電圧電力回路遮断器用電極には本発明の要旨の範囲内にある限り、修正と変更を加えるが可能である。さらに細部のすべては、技術的に均等なエレメントに置き換えることができる。実際、それらが特定用途に適合する限り、使用される材料および寸法はその都度の要求と従来技術に従い任意である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 既知の構造を有する低電圧電力回路遮断器用電極の概略構成図である。
【図２】 図１の電極の詳細構造を示す斜視図である。
【図３】 本発明による電極の第１実施形態の構造を示す概略構成図である。
【図４】 図４ａおよび図４ｂは、図３に示す、本発明による電極の実施形態の詳細構造を示す２つの異なる斜視図である。

Claims (8)

1. 相互に接触／開離が可能な固定接点および可動接点と、
   前記可動接点を電力系統に電気的に接続することができ、通流する電流が互いに同一方向になるように配置された少なくとも２つの導電エレメントと、
   前記可動接点を機械的に支持し操作する操作手段と、
   を備えている低電圧電力回路遮断器用電極において、前記導電エレメント間に挿入されており、かつ回路短絡動作条件下で開放する間、前記導電エレメントとの摩擦により、前記固定接点と前記可動接点との間に発生する電気力学的反発力に抵抗する少なくとも１つの絶縁エレメントを備えたことを特徴とする低電圧電力回路遮断器用電極。
2. 前記可動接点を機械的に支持し、かつそれを操作する前記操作手段は、絶縁材料で製作された接点支持操作シャフトを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電極。
3. 前記絶縁エレメントは前記操作シャフトにその作用を受けるように接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電極。
4. 前記絶縁エレメントおよび前記操作シャフトは一体的に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電極。
5. 前記絶縁エレメントは、曲線状の形状を持ち、かつ、側面から見て、前記導電エレメントに相互作用する２つの曲線状の壁面を有する、プラスティック材料で製作された本体を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電極。
6. 前記導電エレメントは、相互に並列接続された１対の金属製の柔軟な編組導体で構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電極。
7. 前記金属製の柔軟な編組導体は、各先端に、前記可動接点および前記電源にそれぞれ接続するための接続手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載の電極。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の少なくとも１つの電極を備えていることを特徴とする低電圧電力回路遮断器。

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