JP4579045B2 - 開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、閉路時に一時的に直列に抵抗を挿入する開閉装置に関する。

変圧器を含む電力供給回路においては、開閉器により変圧器を電源に投入する時、投入位相によって異なるが、定格電流の数十倍の励磁突入電流が流れ、その後時間とともに減衰して定常状態になるという過渡現象が生じることが知られている。励磁突入電流の大きさは、投入位相以外にも変圧器が電源から遮断されたときに変圧器鉄心に残る残留磁束によっても大きく影響される。
この励磁突入電流は、電子機器に対して瞬時電圧降下の影響を及ぼしたり、保護装置の誤動作を誘発したりして、周辺電力系統の電圧変動に大きな影響を与える。このようなことから、励磁突入電流を低減する種々の対策が講じられている。

また、励磁突入電流は変圧器自身にも電磁機械力によりダメージを与える。励磁突入電流は通常の使用状態のもとで発生するものであるため、頻繁に励磁突入電流が流れた場合、変圧器にダメージが蓄積され破壊、特に巻線が電磁機械力により破壊することがある。このため、省エネルギーのために、毎日、負荷の大きくなる就業時間前に変圧器に課電し、負荷のなくなる夜間は変圧器を切り離すような場合は、励磁突入電流抵減変圧器を使用するか、特別な励磁突入電流抵減対策が要求される。また、一般の電力供給回路では、負荷がなくても変圧器に課電し、無駄な無負荷損を浪費せざるを得ないのが実状である。

励磁突入電流を低減する対策の一つとして、直列抵抗による変圧器の突入電流軽減方法がある。すなわち、変圧器に対して交流電圧の投入を行う電源スイッチの閉成時に、つまり変圧器を投入するとき、この電源スイッチと変圧器の一次側巻線との間の電路を介して流れる励磁突入電流を軽減する方法として、前記電路に電流制限素子（抵抗）を直列に挿入接続し、励磁突入電流をこの電流制限素子で減流した後に変圧器の一次巻線に導くようにするとともに、電流制限素子と並列にリレーを前記電路に接続し、電源スイッチの閉成時にはリレーは開状態にしておき、電源スイッチを閉成してから所定の時間経過するとリレーを閉成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、電力用コンデンサについても、直列リアクトルの容量が小さい場合、閉路時に充電電流による突入電流が発生し、同様に電源系統等に擾乱を与える。

特開平１１−２２５４３２号公報（段落番号００１１、００１６及び図１）。

しかし、上記のような変圧器の突入電流軽減方法においては、電源スイッチが閉路した後に電流制限素子を短絡するためのリレーを設けなければならず、スペースが大きくなるとともに電源スイッチとリレー閉成のタイミングの制御なども複雑となるのを避けられない。一方、６ｋＶ系統などの高圧の負荷開閉器で変圧器の励磁突入電流などの突入電流を抑制するための装置として、コンパクトで簡易な構造のものが要請されている。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、コンパクトで簡易な構成で変圧器の励磁突入電流などの突入電流を抑制することのできる開閉装置を得ることを目的とする。

この発明に係る開閉装置においては、主開閉器と投入抵抗開閉器と投入抵抗とを備えた開閉装置であって、
上記主開閉器は、係合部を有しベースに固定支持された主固定接触子と、上記ベースに回動支点を中心にして回動可能に支持された第１の可動接触子と、連結ピンにて上記第１の可動接触子に回動可能に支持された第２の可動接触子と、上記第２の可動接触子に上記連結ピンを中心にして第１の回転方向に回転トルクを与える弾性部材とを有し、上記第１及び第２の可動接触子が上記回動支点を中心にして上記第１の回転方向と逆方向の第２の回転方向に回動して上記第２の可動接触子が上記主固定接触子に接触するものであり、
上記投入抵抗開閉器は、投入抵抗可動接触子と上記ベースに固定された投入抵抗固定接触子とを有し、
上記投入抵抗可動接触子及び上記投入抵抗は、上記回動支点を中心にして上記第１及び第２の可動接触子とともに上記第２の回転方向に回動し上記投入抵抗可動接触子が上記投入抵抗固定接触子と接触し、
上記第１及び第２の可動接触子が上記回動支点を中心にして上記第１の回転方向に回動し上記第２の可動接触子が上記主固定接触子から開離しようとするとき上記第２の可動接触子が上記係合部に係合して上記弾性部材のばね力に抗して上記連結ピンを中心にして上記第２の回転方向に回動して折曲することにより上記第２の可動接触子が上記投入抵抗開閉器の開路よりも遅れて上記主固定接触子から開離するものである。

この発明は、主開閉器と投入抵抗開閉器と投入抵抗とを備えた開閉装置であって、
上記主開閉器は、係合部を有しベースに固定支持された主固定接触子と、上記ベースに回動支点を中心にして回動可能に支持された第１の可動接触子と、連結ピンにて上記第１の可動接触子に回動可能に支持された第２の可動接触子と、上記第２の可動接触子に上記連結ピンを中心にして第１の回転方向に回転トルクを与える弾性部材とを有し、上記第１及び第２の可動接触子が上記回動支点を中心にして上記第１の回転方向と逆方向の第２の回転方向に回動して上記第２の可動接触子が上記主固定接触子に接触するものであり、
上記投入抵抗開閉器は、投入抵抗可動接触子と上記ベースに固定された投入抵抗固定接触子とを有し、
上記投入抵抗可動接触子及び上記投入抵抗は、上記回動支点を中心にして上記第１及び第２の可動接触子とともに上記第２の回転方向に回動し上記投入抵抗可動接触子が上記投入抵抗固定接触子と接触し、
上記第１及び第２の可動接触子が上記回動支点を中心にして上記第１の回転方向に回動し上記第２の可動接触子が上記主固定接触子から開離しようとするとき上記第２の可動接触子が上記係合部に係合して上記弾性部材のばね力に抗して上記連結ピンを中心にして上記第２の回転方向に回動して折曲することにより上記第２の可動接触子が上記投入抵抗開閉器の開路よりも遅れて上記主固定接触子から開離するものであるので、簡易な構成で変圧器の励磁突流やコンデンサの充電電流などの突入電流を抑制できる。

実施の形態１．
図１〜図７は、この発明の実施の形態１である開閉装置の構成を示すもので、図１は開閉装置を構成する開閉器の正面図、図２は開閉器の側面図である。図３は開閉器にヒューズ装置を組み合わせた開閉装置の正面図、図４は開閉装置の構造を理解しやすくするために模式的に表わした模式図であり、開閉器の投入状態を示している。図５〜図７は、開閉器の開路動作の順序を示す説明図である。これらの図において、三相の開閉装置は、開閉器３０とヒューズ装置７０を有し、開閉器３０は主開閉器４０と投入抵抗開閉器５０にて構成されている。

まず、開閉器３０の構成を説明する。主端子４が絶縁支持台１３（図２）を介して開閉器用ベース３１に固定支持されている。主端子４に主固定接触子６が電気的に接触した状態で固着されている。主固定接触子６は、係合部としての突起６ａ及び接触部６ｂを有する（図６）。接触部６ｂは、弾性を有する導電材料でＵ状に形成されたものであり、この接触部６ｂが後述の主可動接触子３の第２の可動接触子３ｂと接離する（図５）。主固定接触子６を両側に挟むようにして板状の絶縁材料で形成されたアークシュート２が設けられている。主回路端子５は、絶縁支持台１３を介して開閉器用ベース３１に固定支持されている。ヒンジ１５が主回路端子５に電気的に接続された状態で固着されている。ヒンジ１５はピン１５ａ及び支持部１５ｂを有する（図４）。

主可動接触子３は、図４に示すように、第１の可動接触子３ａ、第２の可動接触子３ｂ、ピン３ｃ、ストッパ３ｄを有し、第１の可動接触子３ａと第２の可動接触子３ｂがピン３ｃにより回動可能に連結されている。また、第１の可動接触子３ａと第２の可動接触子３ｂとの間に弾性部材としてのねじりコイルばね１８が介装されている（図５も参照）。主可動接触子３は、ヒンジ１５のピン１５ａに回動可能に支持されている。以上のものが所定の間隔を設けて三相分設けられている。

三相軸１６が開閉器用ベース３１に回動可能に支持されており、三相軸１６にレバー２３が固着され（図４）、三相軸１６の回動にともない回動する。三相軸１６の右端部に手動ハンドル９（図１）が設けられるとともに、手動ハンドル９に電動操作機構７が連結され、電動機により回動駆動され、電動及び手動いずれにても三相軸１６の回動操作が可能である。各相の主可動接触子３の第１の可動接触子３ａは、各絶縁リンク１２に回動可能に連結され、絶縁リンク１２はレバー２３にそれぞれ回動可能に連結されている。また、レバー２３の図１における右端部にトーションバー２７が固着されている。主開閉器４０は以上のように構成されている。

投入抵抗開閉器５０は、次のように構成されている。投入抵抗１は、棒状に形成されたものであり、絶縁板１４を介して主可動接触子３の第１の可動接触子３ａに固定されるとともに、図１における下方の端部が第１の可動接触子３ａに図示しない接続導体により電気的に接続された状態で絶縁板１４に固定されている。また、絶縁板１４に投入抵抗可動接触子２４が固定支持されており、投入抵抗１の上方の端部が投入抵抗可動接触子２４に接続されている。投入抵抗可動接触子２４は、第１の可動接触子３ａと一体になって回動し、投入抵抗固定接触子２５と接離する（動作の詳細は後述する）。なお、投入抵抗固定接触子２５は、主端子４に電気的に接続された状態で固定されている。投入抵抗開閉器５０は、以上のように構成されている。

ヒューズ装置７０は、図３及び図４に示すように、開閉器３０と組み合わせて設けられており、次のように構成されている。電動操作機構７（図４）は開閉器用ベース３１に支持されるとともに手動レバー９に連結されている。負荷側主回路端子１１は絶縁支持台１３を介して電動操作機構７に固定支持されている。また、負荷側主回路端子１１に負荷側ヒューズホルダ７２が固定されている（図４）。主回路端子５に電源側ヒューズホルダ７３が導電状態で固着されている（図４）。ヒューズ１０は、円筒状の形状を有し、ヒューズエレメントが内蔵されており、図３及び図４に示すように、負荷側ヒューズホルダ７２及び電源側ヒューズホルダ７３に挿脱可能に支持されている。

また、ヒューズ１０には、内蔵のヒューズエレメントが溶断すると図４における左方へ突出動作するストライカ２６が設けられている。そして、ストライカ２６が動作したとき、レバー１７、絶縁リンク１９、ロッド２２を介してトリップ機構８のレバー８ａを回動動作させる（図４）。図示を省略しているが、トリップ機構８は図示しないリンク機構を介して手動レバー９を係止するラッチを引外し、トーションバー２７の復元力により主開閉器４０及び投入抵抗開閉器５０を開路させる。

次に、図５〜図７により動作を説明する。なお、図５〜図７は説明のために主開閉器まわりだけを示したものである。図５の投入状態から開閉器３０を開路させるとき、ラッチ機構８のレバー８ａ（図４）を時計方向に回動させると、手動レバー９すなわちトーションバー２７の回動を阻止していた図示しないラッチが外れる。すると、トーションバー２７の復元しようとするトルクにより、３相軸１６及びレバー２３が図５における反時計方向に回動する。

絶縁リンク１２は上方に移動し、絶縁板１４、第１の可動接触子３ａ、投入抵抗１、投入抵抗可動接触子２４が一体となって、ヒンジ１５のピン１５ａを支点に反時計方向に回転する。第１の可動接触子３ａが反時計方向に回動するのにともない、第２の可動接触子３ｂが主固定接触子６の突起６ａに図６に示すように係止され、ねじりコイルばね１８を蓄勢しながらピン３ｃを中心に「く」の字に曲がり、第２の可動接触子３ｂと主固定接触子６とは接触を続ける。このとき、図４に示す投入抵抗可動接触子２４が投入抵抗固定接触子２５から先に開離する（図３参照）。

そして、さらに第１の可動接触子３ａが反時計方向に回動すると、第２の可動接触子３ｂが突起６ａの係止から抜け出し、ねじりコイルばね１８のばね力により開路方向に回動しストッパ３ｄに当たって停止し、第１及び第２の可動接触子３ａ，３ｂは直線状となる。なお、閉路時は、第２の可動接触子３ｂが固定接触子６の突起６ａを投入方向と直角な方向に押し広げながら接触部６ｂに接触し、開路時は上述のように突起６ａに係止されながら摺動して抜け出し、開離する。

第２の可動接触子３ｂと主固定接触子６の突起６ａとの係合が外れると、第２の可動接触子３ｂと主固定接触子６との間にアークが発生し、第２の可動接触子３ｂがねじりコイルばね１８のトルクで反時計方向に高速駆動されながら、アークシュート２内でアークが冷却され、電流を遮断し、図７の開極状態となる。

開閉器３０の閉路は次のようにする。図７の状態から、電動操作機構７により手動ハンドル９（図１）を介して三相軸１６、レバー２３を図７における時計方向に回動駆動することにより、絶縁リンク１２により絶縁板１４、第１の可動接触子３ａ、第２の可動接触子３ｂ、投入抵抗１、投入抵抗可動接触子２４が一体となって、ヒンジ１５のピン１５ａを支点に時計方向に回転駆動される。図３に示す投入抵抗可動接触子２４と投入抵抗固定接触子２５は、第２の可動接触子３ｂと主固定接触子６が接触するより先に接触し、投入抵抗１に変圧器の励磁突入電流が流れる。このとき、変圧器に直列に挿入された投入抵抗１により、変圧器の励磁突入電流が抑制される。

さらに、レバー２３が時計方向に回動して、第２の可動接触子３ｂと主固定接触子６とが接触し、投入抵抗１が短絡されるととともに、第２の可動接触子３ｂが主固定接触子６の突起６ａを押し広げて接触部６ｂに接触し、図５（及び図４）の投入状態となる。この状態では、変圧器の電流は主固定接触子６から主可動接触子３へ流れ、投入抵抗１には殆ど流れない。

また、図４において開閉器に短絡電流が流れると、ヒューズ１０が溶断し、短絡電流を遮断するとともに、ヒューズ１０のエレメントの溶断によってストライカ２６が図４の左方向に飛び出す。ストライカ２６が動作すると、レバー１７が反時計方向に回転し、絶縁リンク１９が上方向に移動し、レバー２０、レバー２１、ロツド２２を介して、トリップ機構８のレバー８ａを時計方向に押す。レバー８ａが時計方向に回転すると、トーションバー２７の回動を阻止していた図示していないラッチ機構のラツチの係合がはずれ、トーションバー２７のトルクにより、３相軸１６が反時計方向に回転し、前述のように開閉器３０が開路動作し、短絡電流溶断後のヒューズ１０に長時間にわたって電圧が加わらないように、開路状態すなわち断路状態となる。

なお、上記では主可動接触子３が回動して主固定接触子６と接離し、投入抵抗可動接触子２４が主可動接触子３とともに回動して投入抵抗固定接触子２５と接離するものを示したが、主可動接触子が回動するものに限られものではなく、主可動接触子及びこれに固設された投入抵抗可動接触子がともに例えば水平方向に往復移動する主開閉器及び投入抵抗開閉器であっても、同様の効果を奏する。
また、開閉器３０の負荷が変圧器である場合について説明したが、コンデンサである場合にも投入時の充電電流の突入電流を抑制することができる。

以上のように、この実施の形態によれば、主可動接触子３の第１の可動接触子３ａに投入抵抗１を固定し、第１の可動接触子３ａとともに回動するようし、かつ第１の可動接触子３ａが第２の可動接触子３ｂと接触する前に投入抵抗１の投入抵抗可動接触子２４が投入抵抗固定接触子２５と接触するようにしたので、簡易な構成で変圧器の励磁突流やコンデンサの充電電流などの突入電流を抑制できる。また、主可動接触子３と一体に投入抵抗１を設けたので、スペースを節約できる。

この発明の実施の形態１である開閉装置の開閉器の構成を示す正面図である。 図１の開閉器の側面図である。 開閉器にヒューズ装置を組み合わせた開閉装置の正面図である。 図３の開閉装置の構成を模式的に表わした模式図である。 開閉器の開路動作の順序を示す説明図であり、閉路状態を示している。 開閉器の開路動作の順序を示す説明図であり、開路途中の状態を示している。 開閉器の開路動作の順序を示す説明図であり、開路状態を示している。

符号の説明

１ 投入抵抗、２ アークシュート、３ 可動接触子、３ａ 第１の可動接触子、
３ｂ 第２の可動接触子、６ 固定接触子、６ａ 突起、８ トリップ機構、
８ａ レバー、１０ ヒューズ、１４ 絶縁板、１７ レバー、
１８ ねじりコイルばね、２４ 投入抵抗可動接触子、２５ 投入抵抗固定接触子、
２６ ストライカ、３０ 開閉装置、４０ 主開閉器、５０ 投入抵抗開閉器、
７０ ヒューズ装置。

Claims (3)

1. 主開閉器と投入抵抗開閉器と投入抵抗とを備えた開閉装置であって、
   上記主開閉器は、係合部を有しベースに固定支持された主固定接触子と、上記ベースに回動支点を中心にして回動可能に支持された第１の可動接触子と、連結ピンにて上記第１の可動接触子に回動可能に支持された第２の可動接触子と、上記第２の可動接触子に上記連結ピンを中心にして第１の回転方向に回転トルクを与える弾性部材とを有し、上記第１及び第２の可動接触子が上記回動支点を中心にして上記第１の回転方向と逆方向の第２の回転方向に回動して上記第２の可動接触子が上記主固定接触子に接触するものであり、
   上記投入抵抗開閉器は、投入抵抗可動接触子と上記ベースに固定された投入抵抗固定接触子とを有し、
   上記投入抵抗可動接触子及び上記投入抵抗は、上記回動支点を中心にして上記第１及び第２の可動接触子とともに上記第２の回転方向に回動し上記投入抵抗可動接触子が上記投入抵抗固定接触子と接触し、
   上記第１及び第２の可動接触子が上記回動支点を中心にして上記第１の回転方向に回動し上記第２の可動接触子が上記主固定接触子から開離しようとするとき上記第２の可動接触子が上記係合部に係合して上記弾性部材のばね力に抗して上記連結ピンを中心にして上記第２の回転方向に回動して折曲することにより上記第２の可動接触子が上記投入抵抗開閉器の開路よりも遅れて上記主固定接触子から開離するものである開閉装置。
2. 上記主開閉器に直列に接続されたヒューズを設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
3. 変圧器の開閉を行うものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉装置。

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