JP4627417B2 - Power circuit breaker - Google Patents
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- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Description
本発明は電力用遮断器に係り、特に変電所や開閉所などの高電圧仕様に好適な電力用遮断器に関する。 The present invention relates to a power circuit breaker, and more particularly to a power circuit breaker suitable for high voltage specifications such as a substation and a switching station.
変電所や開閉所に設けられる電力用遮断器は、通常運用時には通電状態を保ち、電力系統に落雷等による異常電流が発生した際には電流を遮断する。遮断器を駆動する操作装置は、電力需要が増大しているので遮断器の高速及び小形軽量化の観点から油圧式やばね式が多用される。 Power circuit breakers provided in substations and switch stations maintain a current-carrying state during normal operation, and cut off the current when an abnormal current is generated in the power system due to a lightning strike or the like. As the operating device for driving the circuit breaker, since the demand for electric power is increasing, a hydraulic type or a spring type is frequently used from the viewpoint of high speed and small size and light weight of the circuit breaker.
操作装置は、駆動方式に関わらず遮断や投入指令が入力されると電磁アクチュエータの一種である電磁石を作動させる。そして、遮断や投入の駆動力の保持を解除する。このような、電磁石を用いた例が特許文献1に記載されている。この公報に記載の操作装置では、通電状態における遮断ばね力を遮断制御機構の遮断ラッチ、第2遮断ラッチ、遮断トリガを用いて保持し、遮断動作時における遮断ばね力を電磁石のプランジャが遮断トリガを押圧して解除する。また、投入制御機構の投入ラッチ、投入トリガおよび投入用電磁石を用いて、投入ばね力を保持または開放している。
The operating device operates an electromagnet, which is a type of electromagnetic actuator, when a shutoff or closing command is input regardless of the drive system. Then, the holding of the driving force for blocking or closing is released. An example using such an electromagnet is described in
特許文献2に、従来の電力用遮断器の他の例が記載されている。この公報に記載の遮断器では、ラッチおよびトリガの2段の機構を用いて遮断動作させ、遮断制御回路にコントロールスイッチと遅延コンデンサを設けている。これにより、遮断用電磁石の励磁を遅延させ、開極時間を遅らせて直流分を低減し、短絡電流を遮断している。
遮断器の開閉極時間は、プランジャの動作時間と、遮断トリガまたは投入トリガから可動鉄心までの機構の動作時間が大部分である。後者の機構の動作時間は、遮断および投入の駆動力と慣性質量から概ね決定される。前者のプランジャの動作時間は、電磁石で発生する吸引力と負荷により決定される。しかし、電磁石に供給される電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する際に、鉄心部で磁束の漏れや渦電流による損失など非線形性の強い損失が発生し、この損失を正確に予測するのが困難である。 The breaker open / close pole time is mostly the operation time of the plunger and the operation time of the mechanism from the break trigger or closing trigger to the movable iron core. The operation time of the latter mechanism is generally determined from the driving force and the inertial mass of the interruption and closing. The operation time of the former plunger is determined by the attractive force and load generated by the electromagnet. However, when converting the electrical energy supplied to the electromagnet to magnetic energy, loss of strong non-linearities such as magnetic flux leakage and eddy current loss occurs in the iron core, and it is difficult to accurately predict this loss. is there.
従来の操作装置では、遮断器の遮断容量が大きくなると、電流遮断に必要な駆動力が増加するため、遮断制御機構の引外しトリガに作用する力が大きくなる。これにより遮断側電磁石の負荷も増加するので、電磁石の大型化などによる磁気回路の改良を行うが、磁気抵抗が増大して、プランジャの動作が遅くなる。 In the conventional operating device, when the breaking capacity of the breaker increases, the driving force necessary for breaking the current increases, so that the force acting on the trip trigger of the breaking control mechanism increases. As a result, the load on the breaking-side electromagnet also increases, so that the magnetic circuit is improved by increasing the size of the electromagnet. However, the magnetic resistance increases and the operation of the plunger becomes slow.
そこで、目標開極時間よりもプランジャの動作時間が遅い場合には、鉄心の材質を3%ケイ素鋼など磁気特性の優れた材質に変え、鉄心の磁化を速めて吸引力の立ち上り特性を改善している。この方法によれば、遮断容量の大きな遮断器にも対応できるが、遮断容量に応じて操作装置の電磁石の種類が増加する。 Therefore, if the plunger operating time is slower than the target opening time, the material of the iron core is changed to a material with excellent magnetic properties such as 3% silicon steel, and the rise of the attractive force is improved by accelerating the magnetization of the iron core. ing. According to this method, it is possible to cope with a breaker having a large breaking capacity, but the types of electromagnets of the operating device increase according to the breaking capacity.
部品の製作誤差や組立て誤差により個体差が生じるものでは、製品出荷時に開閉極時間を調整する必要がある。この目的で特許文献1に記載の操作装置では、トリガとラッチの係合代や電磁石のプランジャの空走距離を調整している。空走距離を調整する方法では、係合代が少ないと開極時間が速すぎたり、不安定動作を引き起こす恐れがある。また、特許文献2に記載の遮断器の操作装置では、トリガとラッチの係合代を調整することなしに電気回路が開極時間を遅らせている。しかしながら、遮断容量に応じて電磁石の負荷が変化することについては、考慮されていない。
In the case where individual differences occur due to part manufacturing errors or assembly errors, it is necessary to adjust the opening / closing pole time at the time of product shipment. For this purpose, the operating device described in
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、大小の電流遮断容量の電力用遮断器において電磁石を共用化することにある。本発明の他の目的は、電力用遮断器のトリガーとラッチの係合代を変更しないで、電磁石の吸引力を可変とすることにある。 The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to share an electromagnet in a power circuit breaker having a large and small current breaking capacity. Another object of the present invention is to make the attractive force of the electromagnet variable without changing the engagement margin between the trigger and the latch of the power circuit breaker.
上記目的を達成する本発明の特徴は、電磁石で発生した力をカムおよびリンク機構を介して固定接触子と可動接触子を有する接点の開閉動作に利用する電力用遮断器において、電磁石は直動運動可能なプランジャと、このプランジャに取り付けた可動鉄心と、この可動鉄心に隣り合う金属製の第1、第2の固定鉄心とを有し、この第1の固定鉄心の磁気特性および固有抵抗を第2の固定鉄心のそれらと異ならせたものである。 A feature of the present invention that achieves the above object is that, in a power circuit breaker that uses a force generated by an electromagnet for a switching operation of a contact having a stationary contact and a movable contact via a cam and a link mechanism, the electromagnet is linearly operated. A movable plunger, a movable iron core attached to the plunger, and metal first and second fixed iron cores adjacent to the movable iron core, the magnetic properties and resistivity of the first fixed iron core being It is different from those of the second fixed iron core.
そしてこの特徴において、可動鉄心を軸方向に2個重ねて配置してもよく、第1の固定鉄心にコイルを収容する円環状の窪みを形成し、第1の固定鉄心と第2の固定鉄心とを軸方向に隣接させて配置してもよい。また、第1の固定鉄心を円筒状に形成して第2の鉄心の内周側に配置し、この第1および第2の固定鉄心の側面に係合するプレートを設け、このプレートと第1および第2のプレートの係合を解除することにより第1の固定鉄心を電磁石から着脱自在としてもよい。 In this feature, two movable iron cores may be arranged in the axial direction, and an annular recess for accommodating a coil is formed in the first fixed iron core, and the first fixed iron core and the second fixed iron core are formed. May be arranged adjacent to each other in the axial direction. Further, the first fixed iron core is formed in a cylindrical shape and arranged on the inner peripheral side of the second iron core, and a plate that engages with the side surfaces of the first and second fixed iron cores is provided. The first fixed core may be detachable from the electromagnet by releasing the engagement of the second plate.
また上記特徴において、可動鉄心と第1の固定鉄心とは、ともににそれぞれが隣り合う面を円錐状に形成し、この円錐の傾きをほぼ同じにしてもよく、可動鉄心と、第1、第2の固定鉄心の少なくともいずれかとは、磁気特性の異なる材料から構成されていてもよい。さらに、第1の固定鉄心と第2の固定鉄心とをインロー形状により接続し、このインロー部の軸方向長さを第1の固定鉄心で第2の固定鉄心より長くして、窪みの体積を増してもよく、第1の固定鉄心と第2の固定鉄心間に円環状のコイルを配置し、このコイルにコンデンサを直列に接続し、このコンデンサに抵抗を並列に接続してもよい。 In the above feature, the movable iron core and the first fixed iron core may each have a conical surface formed adjacent to each other, and the cones may have substantially the same inclination. At least one of the two fixed iron cores may be made of materials having different magnetic characteristics. Further, the first fixed iron core and the second fixed iron core are connected by an inlay shape, and the axial length of the inlay portion is made longer than the second fixed iron core by the first fixed iron core, so that the volume of the recess is increased. Alternatively, an annular coil may be arranged between the first fixed core and the second fixed core, a capacitor may be connected in series to the coil, and a resistor may be connected in parallel to the capacitor.
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、固定接触子と可動接触子を有する接点を開閉して電力の遮断と投入を切り換える遮断部と、前記接点を開閉する遮断部材および投入部材と、前記遮断部材および投入部材による駆動力を保持または解放する遮断制御機構および投入制御機構と、遮断指令または投入指令により励磁されるコイルを内蔵し固定鉄心および可動鉄心を有する電磁石とを備えた電力用遮断器において、電磁石の固定鉄心は少なくとも第1、第2の分割形状部分を有し、第1の分割形状部分と第2の分割形状部分は、互いに磁気特性と固有抵抗の異なる金属材料で構成されているものである。 Another feature of the present invention that achieves the above-mentioned objects is a shut-off unit that opens and closes a contact having a fixed contact and a movable contact to switch power off and on, a shut-off member that opens and closes the contact, and a throw-in member, A power control system comprising a shutoff control mechanism and a throwing control mechanism for holding or releasing the driving force by the shutoff member and the throwing member, and an electromagnet having a built-in coil excited by a shutoff command or a throwing command and having a fixed iron core and a movable iron core In the circuit breaker, the fixed core of the electromagnet has at least first and second divided shape portions, and the first divided shape portion and the second divided shape portion are made of metal materials having different magnetic properties and specific resistance. It is what has been.
そしてこの特徴において、可動鉄心の分割形状は、動作方向と垂直な方向で分割したものであってもよく、動作方向と平行な方向で分割したものであってもよい。 In this feature, the divided shape of the movable iron core may be divided in a direction perpendicular to the operation direction, or may be divided in a direction parallel to the operation direction.
本発明によれば、固定鉄心または可動鉄心を分割形状とし、鉄心を異なる材質を組合わせて構成下ので、電磁石で発生する吸引力を変化させることができる。その結果、電流遮断容量によらず、電磁石を共用化することができる。また、制御機構においてトリガーとラッチの係合代を変更しないでもプランジャの動作時間を調整できるので、電力用遮断器の信頼性が向上し、開閉極時間の調整が容易になる。 According to the present invention, since the fixed iron core or the movable iron core is divided and the iron cores are combined with different materials, the attractive force generated by the electromagnet can be changed. As a result, the electromagnet can be shared regardless of the current interruption capacity. Further, since the operation time of the plunger can be adjusted without changing the engagement margin between the trigger and the latch in the control mechanism, the reliability of the power circuit breaker is improved and the adjustment of the open / close pole time is facilitated.
以下、本発明に係る電力用遮断器100のいくつかの実施例を、図面をを用いて説明する。図1〜図8は本発明の一実施例の図であり、図1は電力用遮断器100が有する電磁石201、202部の縦断面図、図2及び図3はその特性を説明する図、図4は電力用遮断器100の正面図、図5〜図8は電力用遮断器100の操作機構の模式図である。
Hereinafter, some embodiments of a
図4に示すように、電力用遮断器100は水平に配置された円筒形のタンク103と、この円筒形のタンク103から斜め上方に延びている左右2個のブッシング101、102とを有する。円筒形タンク103の側部には、操作装置を収納する箱104が設けられている。円筒形タンク103は、架台105に載置されており、架台105と箱104が接続されている。
As shown in FIG. 4, the
円筒形タンク103の内部には、例えばSF6ガス(六弗化硫黄ガス)が規定の圧力で封入されている。さらに、図示しない可動接触子及び固定接触子を備えた接点も収納されている。ブッシング101、102には、変電所や開閉所の中の電線を接続して電路を構成する導体が収納されている。
For example, SF 6 gas (sulfur hexafluoride gas) is enclosed in the
このように構成した電力用遮断器100においては、通常の通電時に系統から上流側のブッシング102を介して電力が円筒形タンク103内の導体に供給される。導体の先端部に形成された接点は閉じており、接点の一方に接続された導体から下流側のブッシング101に電力が通電され、再び系統に戻される。落雷などで系統に事故が発生すると、箱104内の操作装置を駆動して接点を開き、下流側への電力の供給を遮断する。
In the
図5〜図8を用いて、電力用遮断器100が有する操作装置の動作を説明する。電力用遮断器100は、投入状態にある。電力用遮断器100は、電磁石201を有する遮断制御機構401と、電磁石202を有する投入制御機構402、主軸4を中心とした遮断ばね部403、カム軸2を中心とした投入ばね部404、および電力を投入または遮断する接点部405を有する。遮断ばね部に設けた遮断ばね26のばね力を放勢して電力を遮断し、投入ばね28のばね力を放勢して電力を投入する。遮断ばね26は、投入ばね28の放勢により蓄勢され、投入ばね28は駆動モータ50と減速歯車51、52列により蓄勢される。
Operation | movement of the operating device which the circuit breaker 100 for electric power has is demonstrated using FIGS. The
接点部は、一端部が主軸4に取り付けられ、他端部が可動接点を形成する可動接触子32と、この可動接触子32の可動端が接触する固定接点29bと、可動接触子32の回動端部を形成する固定接点29aとを有する。遮断ばね部は、主軸4に取り付けられT字状をした主レバー5を有する。主レバー5の1つの端部にはローラ6が、また1つの端部にはローラ7が、それぞれ取り付けられている。主レバー5の残りの端部には、棒状の遮断ばねリンク25が接続されており、この遮断ばねリンク25は主軸4が回動すると上下動する。遮断ばねリンク25の下端にはフランジ34が取り付けられており、フランジ34をストッパとして遮断ばねリンク25回りに遮断ばね(遮断部材)26が巻かれている。遮断ばね26の上端部は筐体1で押えられている。
The contact portion has one end attached to the
ローラ6は、投入制御機構の後述する投入カム3の外周面に接触しており、投入動作時に投入カム3から荷重が伝達される。ローラ7は、遮断用電磁石201につながる第2遮断ラッチ8に係合可能である。第2遮断ラッチ8は開いたV字型状であり、中央部で筐体1に回動自在に支持されている。一端側に、ローラ7と係合する係合部8aが形成されている。第2遮断ラッチ8の他端部には、ローラ10が取り付けられており、このローラ10は遮断ラッチ11と係合する。第2遮断ラッチ8の係合部8a側の腕の中間には、復帰ばね9が取り付けられており、復帰ばね9の一端は筐体1に固定されている。遮断ラッチ11も第2遮断ラッチ8とほぼ同様の構成であり、筐体1に回動自在に支持されている。そして、V字の一端側には、ローラ10と係合する係合部11aが形成されており、多端側には遮断トリガ14aと係合するローラ13が取り付けられている。ローラ13側の腕の中間には、一端が筐体1に固定された復帰ばね12が取り付けられている。
The
遮断トリガ14aはL字状をしており、曲がり部で回動可能になっている。水平方向に延びる腕部分の中間部には、復帰ばね15が取り付けられている。遮断トリガ14aの回動軸14cには、遮断トリガ14bが取り付けられている。遮断トリガ14bに遮断用電磁石201のプランジャ211が当接して、遮断ばね26が作用する。遮断トリガ14aの垂直方向に伸びる腕の先端は、ローラ13に係合する。
The
第2遮断ラッチ8および遮断ラッチ11、遮断トリガ14aに設けた復帰ばね9、12、15は、投入保持状態である図5の状態では、ばねの自由長から圧縮されている。これらのラッチ8、11やトリガ14aには、常に復帰ば9、12、15ねのばね力が作用している。
The return springs 9, 12, and 15 provided on the
図5に示した状態では、遮断ばね26のばね力が主レバー5を反時計回りに回転させようとする。しかし、主レバー5のローラ7が第2遮断ラッチ8の係合部8aと係合しているので、この回転の動きは阻止される。同様に、第2遮断ラッチ8も、ローラ10が遮断ラッチ11の係合部に係合しているので、回転を阻止される。遮断ラッチ11も、ローラ13が遮断トリガ14aの垂直方向端部に係合しているので、回転が阻止される。その結果、遮断制御機構においては各構成要素が互いに係合し、遮断ばね26のばね力が放勢されずに、保持される。後述する遮断動作では、この構成要素同士の係合を解除して、遮断ばね26のばね力を放勢して接点部を開く。
In the state shown in FIG. 5, the spring force of the
投入ばね部では、カム軸2に大ギヤ52が取り付けられている。大ギヤ52には、偏心して投入ばねリンク27の一端部が取り付けられている。投入ばねリンク27の他端部は、ピンにより投入ばね28をを保持するばね受35に接続されている。投入ばねリンク27には投入ばね(投入部材)28が貫挿されている。投入ばね28の一端側はばね受35で、他端側は筐体1で保持されている。大ギヤ52は、モータ50に取り付けた小ギヤ51と噛合っている。
A
カム軸2には遮断ばね部のローラ6に係合可能なカム3も取り付けられている。カム3のほぼ最大径部にはローラ18が取り付けられており、ローラ18に投入ラッチ19の係合部19aが係合する。投入ラッチ19はV字状をしており、V字の折れ曲がり部付近に回動軸19bが取り付けられている。係合部19aが形成された腕とは異なる腕19cの中間部には、一端が筐体に固定された復帰ばね20が取り付けられている。この腕19cの端部には、ローラ21が取り付けられている。ローラ21に係合可能に、投入トリガ22が配置されている。投入トリガ22は中間部で回動可能であり、2つの腕部を有する。一方の腕部の先端がローラ21に係合し、他方の腕が投入用電磁石202のプランジャ212に当接可能である。プランジャ212側の腕の中間部には、復帰ばね23が取り付けられている。
A
投入ばね28のばね力により、大ギヤ52およびカム軸2を介してカム3に反時計回りの回転力が与えられる。しかし、ローラ18が投入ラッチ19の係合部19aに係合するので、カム3の回転が阻止される。同様に、ローラ21が投入トリガ22に係合しているので、投入ラッチ19の回転が阻止される。このように、投入制御機構において部品同士が係合しているので、投入ばね28のばね力は放勢されずに保持される。
Due to the spring force of the
操作装置の一連の動作を、以下に説明する。図5は操作装置のの投入状態を表す図であり、図6は遮断状態を表す図、図7は投入途中を表す図、図8は投入終了を表す図である。これらの図において、遮断ばね26と投入ばね28は、双方ともに圧縮コイルばねであり、図5ではこれらのばね26、28は圧縮状態にある。
A series of operations of the operating device will be described below. FIG. 5 is a diagram showing the input state of the operating device, FIG. 6 is a diagram showing the shut-off state, FIG. 7 is a diagram showing the in-progress state, and FIG. In these drawings, the
図5の状態において遮断指令が入力されると、遮断用電磁石201が励磁される。遮断用電磁石201が励磁されると、プランジャ211が図5の上方向に突出し、遮断トリガ14bを押す。遮断トリガ14bは反時計回りに回転し、遮断トリガ14aと遮断ラッチ11との係合が解除される。
When a shut-off command is input in the state of FIG. 5, the shut-off
遮断トリガ14aとの係合が外れたので、遮断ラッチ11は回動自由になる。第2遮断ラッチ8のローラ10が遮断ラッチ11を押し、遮断ラッチ11は反時計回りに回転する。遮断ラッチ11と第2遮断ラッチ8との係合が外れ、第2遮断ラッチ8が回動自由になる。そして、主レバー5の接触力により反時計回りに回転し、主レバー5との係合が外れる。
Since the engagement with the
遮断ばね26を押圧する遮断ばねリンク25の動きを主レバー5が止めていたが、主レバー5のこの規制がなくなったので、遮断ばね26が放勢されて遮断ばねリンク25を下方に押し下げる。主レバー5が反時計回りに回動し、可動接触子32が下方に移動して接点29a、29b間が開く。遮断動作が終了した状態を、図6に示す。主レバー5のローラ6が、投入機構のカム3にほぼ当接して静止する。
Although the
遮断状態から、図5に示す投入状態に戻る投入動作を、以下に説明する。投入指令が入力されると投入用電磁石202が励磁され、プランジャ212が図6において下方向に突出する。プランジャ212は、投入トリガ22の一端を押圧する。押圧された投入トリガ22は、反時計回りに回動し投入ラッチ19との係合を解除する。投入ラッチ19は、カム3のローラ18に押されて反時計回りに回動し、ローラ18との係合が解除される。カム3の動きに対する規制がなくなったので、投入ばね28のばね力が放勢され、投入ばねリンク27が下方に移動する。投入ばねリンク27が移動すると、カム軸2および大ギヤ52が反時計回りに回動する。
The making operation for returning from the shut-off state to the making state shown in FIG. 5 will be described below. When the input command is input, the
カム軸2が回動したので、カム3も反時計回りに回動する。そして、主レバー5のローラ6に接触し、主レバー5を時計回りに回転させる。この状態を図7に示す。さらに投入ばね28の放勢が進み、投入ばねリンク27を下方に押しやると、カム3は反時計回りに回転を続ける。カム3が主レバー5および主軸4を時計回りに回転させたので、主レバー5の1つの腕に接続された遮断ばねリンク25が上方に移動し、遮断ばね26を圧縮する。そして、カム3が静止位置から略半回転すると、カム3の最大曲率半径部分が主レバー5のローラ6に接触し、遮断ばね26をほぼ元の位置まで圧縮する。このとき、主軸4に接続された可動接触子32が上方に移動し、接点29a、29b間を閉じる。
Since the
接点29a、29b間の閉動作と平行して、遮断制御機構の各レバーを復帰させる。すなわち、復帰ばね9が第2遮断ラッチ8を時計回りに回動させて、元の位置に復帰させる。同様に、復帰ばね12が遮断ラッチ11を押して元の位置に復帰させる。復帰ばね15は、遮断トリガ14を押して元の位置に復帰させる。これにより、投入動作が終了する。この状態を図8に示す。
In parallel with the closing operation between the
投入動作が終了したら、投入ばね28を圧縮して元の状態に戻す。具体的には、電動機50を駆動して、小歯車51を時計回りに回転させる。小歯車51に噛合う大ギヤ52が反時計回りに回動し、投入ばねリンク27が上方に移動する。投入ばねリンク27が上方に移動したので、投入ばね28が圧縮される。大ギヤ52が略半回転すると、図示しないリミットスイッチが電動機50を停止させる。このとき、投入ばね28はばね力を放勢しようとするが、カム3のローラ18が投入レバー19の係合部19aに、投入レバー19が投入トリガ22にそれぞれ係合しているので、投入ばね28は圧縮された状態に保持される。遮断ばね26および投入ばね28が元の圧縮の状態に戻り、図5に示した投入保持状態になる。
When the closing operation is completed, the closing
上記実施例に用いる電磁石201、202の詳細縦断面図を、図1に示す。図1では、プランジャ211、212の動作前後の状態を、同一図内に示している。すなわち、図の左半分がプランジャ211、212、可動鉄心205の動作前の状態であり、右半分が動作後の状態である。
A detailed longitudinal sectional view of the
非磁性の金属、例えばオーステナイト系ステンレス鋼製のプランジャ211、212には、可動鉄心205が嵌合されている。また、プランジャ211、212とわずかな隙間を持って第1の固定鉄心203が配置されている。第2の固定鉄心204と可動鉄心205とは、隣り合って配置されている。第1の固定鉄心203および可動鉄心205の外周側には、コイル208が配置されており、コイル208の側面部及び外周部を覆うように、第2の固定鉄心204が配置されている。第2の固定鉄心204および可動鉄心205の側面部には、非磁性のプレート207が配置されている。
A
第2の固定鉄心204は下向きに凹状であり、第1の固定鉄心203は上向きに凸状である。第1の固定鉄心203と第2の固定鉄心204にインロー部が形成されており、各インロー部を組み合わせたのち、ボルト等で第1、第2の固定鉄心203、204を固定する。電力用遮断器が通電中には、可動鉄心205の頂部がプレート207に接するように、図示しない復帰ばねが可動鉄心205を押しており、可動鉄心205と第1の固定鉄心203との間には軸方向に隙間が形成されている。
The second
このように構成した電磁石201、202は、以下のように動作する。電力用遮断器に遮断または投入指令が入力されると、図示しない電源から電線209を介してコイル208に電力が供給される。コイル208は、第1の固定鉄心203を磁化する。可動鉄心205は、磁化された第1の固定鉄心203に吸引されて下方向に移動し、第1の固定鉄心203と可動鉄心205間の距離が狭まる。可動鉄心205が取り付けられたプランンジャ211、212も下方向に移動し、図5に示したトリガ14b、22を押す。指令された動作が終了すると、可動鉄心205を押す復帰ばねが、可動鉄心205を初期位置に復帰させる。
The
図2に、磁性体の磁気特性の一例を示す。図の横軸は磁界の強さHであり、単位は(A/m)である。縦軸は磁束密度Bであり、単位は(T)である。実線(a)は磁界の強さが2000(A/m)のときに、磁束密度が約1.0(T)になる第1の材質の特性であり、破線(b)は磁界の強さが2000(A/m)のときに、磁束密度が約1.5(T)を越え、飽和磁束密度が約2.0(T)に達する第2の材質の特性である。第1の材質としては、例えばフェライト系ステンレス鋼であるSUS430を用いられる。第2の材質としては、純鉄や3%ケイ素鋼が用いられる。 FIG. 2 shows an example of the magnetic characteristics of the magnetic material. The horizontal axis of the figure is the magnetic field strength H, and the unit is (A / m). The vertical axis represents the magnetic flux density B, and the unit is (T). The solid line (a) is the characteristic of the first material where the magnetic flux density is about 1.0 (T) when the magnetic field strength is 2000 (A / m), and the broken line (b) is the magnetic field strength. This is a characteristic of the second material in which the magnetic flux density exceeds about 1.5 (T) and the saturation magnetic flux density reaches about 2.0 (T) when is 2000 (A / m). As the first material, for example, SUS430, which is ferritic stainless steel, is used. Pure iron or 3% silicon steel is used as the second material.
可動鉄心205、固定鉄心203、204の全てを同一の材質で構成するときは、第1の材質よりも透磁率が大きい第2の材質で構成するほうが望ましい。これは、発生する吸引力が大きく、プランジャの動作時間が速くなるからである。第1、第2の材質の固有抵抗は、SUS430と3%ケイ素鋼とで比較すると、SUS430が約0.99(μ・Ω・m)で、3%ケイ素鋼の約0.47(μ・Ω・m)に較べて2倍程度大きい。したがって、第1の材質を用いた方が、電流値が小さくて済み、渦電流による損失も小さい。
When all of the
図3に、コイルに流れる電流の時間変化を示す。横軸は時間であり、単位は(s)である。縦軸は電流であり、単位は(A)である。定常電流は、制御電圧を制御回路の全抵抗で割った値である。コイル抵抗だけでは定常電流値が規定より大きくなる場合は、コイルと直列に抵抗を挿入して調整する。 FIG. 3 shows the time change of the current flowing through the coil. The horizontal axis is time, and the unit is (s). The vertical axis represents current, and the unit is (A). The steady current is a value obtained by dividing the control voltage by the total resistance of the control circuit. If the steady-state current value is larger than the specified value with only the coil resistance, adjust the resistance by inserting a resistance in series with the coil.
電流変化から、プランジャ211、212の動作状態を推測可能である。遮断または投入が時刻ゼロに指令される。コイル208にはインダクタンスがあるので、コイル208を含む磁気回路に電圧が印加されても電流がすぐには定常値に達しない。コイル208を含む磁気回路の時定数により、図3に示すように電流が上昇する。プランジャ211、212が動き出すと、固定鉄心203と可動鉄心205間の距離が狭まる。その結果、インダクタンスが増加し、コイル208の電流が減少する。
The operating state of the
さらに時間が経過すると、電流が低下し、電流波形に窪んだ点Aが現れる場合がある。点Aはプランジャ211、212がフルストロークしてトリガレバー14b、22を押し切って、トリガレバー14b、22からプランジャ211、212に負荷が作用しなくなった状態である。これ以降、電流は定常電流に向けて上昇する。投入または遮断指令が指令された瞬間から点Aまでの時間が、プランジャ211、212の動作時間である。
As time further elapses, the current decreases, and a recessed point A may appear in the current waveform. Point A is a state in which the
磁気特性が良く、固有抵抗が小さい第2の材質だけを組合わせて鉄心を構成すると、細線(a)に示すように、点Aに至る間の電流の最大値が大きく、プランジャの動作時間が短い。これに対して、磁気特性が第1の材質より悪く、固有抵抗が大きい第1の材質だけを組合わせて構成した鉄心では、太線(b)に示すように、電流の立上りと鉄心の磁化が遅い。この場合、十分な吸引力が得られず、プランジャ211、212がトリガレバー14b、22を押し切れず停滞するおそれがある。
When the iron core is formed by combining only the second materials having good magnetic characteristics and low specific resistance, the maximum current value until reaching point A is large as shown in the thin line (a), and the operation time of the plunger is large. short. On the other hand, in the iron core composed of only the first material having a magnetic property worse than that of the first material and having a large specific resistance, as shown by the thick line (b), the rise of current and the magnetization of the iron core are slow. In this case, a sufficient suction force cannot be obtained, and the
第1、第2の材質を組合わせて鉄心を構成すると、破線(c)に示すように、電流の立上がりは細線(a)より遅くなるものの、開極特性を満足する電磁石(プランジャ211、212)の動作時間を短くすることができる。鉄心の材質の組合わせを変えることにより、プランジャ211、212の動作時間を速めることも、遅くすることもできる。
When the iron core is configured by combining the first and second materials, as shown by the broken line (c), the rise of the current is slower than that of the thin line (a), but the electromagnets (
本実施例によれば、電磁石201、202の可動鉄心205および固定鉄心203、204に、それぞれ透磁率や固有抵抗の異なる材料を組み合わせて用いることにより、電磁石201、202の吸引力を様々に設定できる。その結果、プランジャ211、212の動作時間を調整できる。これにより、遮断トリガ14aの端部に形成した幅Wの平坦部が係合代として作用するときに、ローラ13とこの平坦部との調整が不要となり、電力用遮断器の操作装置の動作安定性が増し、信頼性が向上する。
According to the present embodiment, various attractive forces of the
本発明に係る電磁石のいくつかの変形例を、図9〜図12に縦断面図で示す。これらの図で左側は電磁石の動作前の図であり、右側は動作後の図である。上記実施例では固定鉄心を、内周側の第1の固定鉄心203と外周側の第2の固定鉄心204の2個で構成していたが、図9に示す変形例では、固定鉄心を軸方向に2分割した上固定鉄心204aと下固定鉄心203aとで構成している。そして下固定鉄心203aにコイル208を収容している。
Several modifications of the electromagnet according to the present invention are shown in longitudinal sectional views in FIGS. In these drawings, the left side is a diagram before the operation of the electromagnet, and the right side is a diagram after the operation. In the above-described embodiment, the fixed iron core is composed of the first
また、可動鉄心も軸方向に2分割した可動鉄心205a,205bで構成している。これにより、磁気特性の異なる材質の組み合わせが増加し、設計の尤度が増す。なお、プランジャ211、212の動作時間を調整するときは、可動鉄心205bの材質を適宜に変化させるのが好ましい。
The movable iron core is also composed of movable iron cores 205a and 205b divided into two in the axial direction. As a result, the combination of materials having different magnetic characteristics increases, and the design likelihood increases. In addition, when adjusting the operation time of the
図1に示した実施例において、第2の固定鉄を軸方向に2分割し、第1の固定鉄心を円筒状にした例を、図10に示す。分割された第2の固定鉄心204b1、204b2は、コイル208を保持するために、第1の固定鉄心203bとの間に円環状の空所を形成する。さらに、固定鉄心204b2、203bを保持するために、非磁性体のプレート210をこれら固定鉄心204b2、203bの下側側面部に設けている。本変形例でも、プランジャ211、212の動作時間を調整できる。本変形例によれば、コイル208の内部側に固定鉄心203bを設けているので、磁力のより強い内周側で固定鉄心203bを早期に磁化でき、可動鉄心205を吸引する作用の立ち上がりが速くなる。
In the embodiment shown in FIG. 1, an example in which the second fixed iron is divided into two in the axial direction and the first fixed iron core is formed in a cylindrical shape is shown in FIG. The divided second fixed iron cores 204b1 and 204b2 form an annular space with the first fixed iron core 203b in order to hold the
図10に示した例において、可動鉄心とそれに隣り合う固定鉄心の側面部を、円錐形とした例を、図11に示す。固定鉄心203cの内側側面部は円錐形に形成されており、可動鉄心205cの固定鉄心203cに隣り合う面はこの円錐面と同じ傾きの円錐面で形成されている。図10に示した例から図11に示した形状に変更するときは、固定鉄心203b、204b2とプレート210とを結合している図示しないボルト等を外せばよい。したがって、構造変化が容易であり、固定鉄心203c可動鉄心205c間の軸方向距離と吸引力との関係が変化する。
In the example shown in FIG. 10, the example which made the side part of the movable iron core and the fixed iron core adjacent to it conical is shown in FIG. The inner side surface portion of the fixed iron core 203c is formed in a conical shape, and the surface adjacent to the fixed iron core 203c of the
図9から図11に示した変更を電磁石201、202に加えると、電磁石201、202において鉄心間距離と吸引力の特性である吸引力特性を、容易に変更できる。その結果、1個の電磁石でプランジャ211、212の動作時間の調整が容易になる。また、プランジャ211、212の動作時間を長くすることもできる。
When the changes shown in FIGS. 9 to 11 are applied to the
図9に示した例において、可動鉄心を分割せずに1個の可動鉄心を用いる例を、図12に示す。この電磁石201、202ではさらに、固定鉄心203と固定鉄心204とのインロー接続部に空隙を形成している。固定鉄心203dのインロー部の軸方向長さを固定鉄心204aの対応する長さよりも長くして断面積を絞り、固定鉄心203から固定鉄心204に流れる磁束を制限している。本変形例によれば、図9に示した例に比べて電磁石201、202で発生する吸引力が小さい。その結果、プランジャ211、212の動作時間を遅く調整することができる。
FIG. 12 shows an example in which one movable iron core is used without dividing the movable iron core in the example shown in FIG. In the
図13に、上記実施例が有する遮断制御機構および投入制御機構に接続する電気回路を、模式図で示す。遮断または投入用電磁石201、202のコイル208に、制御電源306が接続されている。電磁石201、202のコイル208に直列にコンデンサ304が接続されており、このコンデンサ304に並列に抵抗305が接続されている。コイル208の内部抵抗と抵抗305との和が回路の全抵抗であるので、定常電流の規定を満たすように抵抗305の値を決める。投入指令または遮断指令を入力して、電源電圧が印加された瞬間からコイル208に過渡的に大電流が流れる。その結果、吸引力の立ち上りが速くなり、プランジャ211、212の動作時間が速まる。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an electrical circuit connected to the shutoff control mechanism and the closing control mechanism of the above embodiment. A
上記実施例および各変形例ではSF6ガスを使用したガス遮断器について説明したが、真空遮断器など他の開閉装置であってもよいことは言うまでもない。 Although the gas breaker using SF6 gas has been described in the above embodiments and modifications, it goes without saying that other switchgear such as a vacuum circuit breaker may be used.
1…筐体、2…カム軸、3…カム、4…主軸、5…主レバー、8…第2遮断ラッチ、11…遮断ラッチ、14…遮断トリガ、19…投入ラッチ、22…投入トリガ、100…電力用遮断器、201…遮断用電磁石、202…投入用電磁石、203、203a…固定鉄心、204…第2の固定鉄心、205…可動鉄心、208…コイル、211、212…プランジャ、300…電気回路、304…コンデンサ、305…抵抗、306…制御電源。
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