JP4865535B2 - 遮断器の流体圧駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力用遮断器における流体圧駆動装置に関する。

従来の遮断器の流体圧駆動装置では、例えば特許文献１に記載されているようにピストンを駆動するために制御弁を用いる構成が取られており、さらに特許文献２に記載されているように、ピストンロッド制動時に圧力上昇する液室を設け、液室には作動流体の流通を制御する逆止弁が設けられた構成が取られている。

特開平９−１４７６９６号公報 特開平８−２８７７８９号公報

流体圧駆動装置では、主弁として切換弁が必要となる場合があり、流体圧駆動装置のピストンの駆動力を増やすためには、切換弁のストロークを大きくする必要がある。そして、切換弁は高速で動くため、弁座への衝突速度を抑えることで、信頼性を高めなければならないが、そのためには緩衝室を設け、切換弁動作終端では制動をかけている。この場合、切換弁始動時に流体が絞りを通ってしか供給されず、動き出しが遅れる。この遅れをなくすためには、逆止弁を取り付けることが良いが、その取り付けのために部品点数が増え、また大型化する。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、遮断器の信頼性を向上させ、かつ部品点数を削減してコスト低減を図ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、可動接触子と固定接触子を有する接点を開閉する流体圧シリンダと、該流体圧シリンダのシリンダ制御室の圧力を切り換える切換弁と、該切換弁を駆動する開路用パイロット弁及び閉路用パイロット弁と、該開路用パイロット弁及び閉路用パイロット弁をそれぞれ駆動する開路用ソレノイド及び閉路用ソレノイドを有し、前記開路用ソレノイドあるいは閉路用ソレノイドを励磁することにより前記切換弁を駆動し、前記接点を開閉する遮断器の流体圧駆動装置において、前記切換弁は、軸方向中間部に２つの弁体を有する２位置３方弁であり、両前記弁体の間に形成され前記流体圧シリンダの制御室に接続される制御ポートと、前記弁体の一方端部に設けられたパイロット室側軸部と、前記パイロット室側軸部と前記切換弁の内壁との間に形成された切換弁パイロット室と、前記弁体の他方端部に設けられた開放軸部と、前記開放軸部に摺動可能として設けられた中空状のダンパピストンと、前記切換弁の内壁面、前記ダンパピストンの端部、前記開放軸部の外周部との間に形成された供給側ダンパ室と、前記供給側ダンパ室内に設置され、前記ダンパピストンを開路動作方向へ押付けるばねと、を備えたものである。

本発明によれば、供給側ダンパ室内のダンパピストンを開路動作方向へ押付けるばねを設けたので、切換弁動作において制動を与えることができ、かつ切換弁動作の開放に遅れなく動作することができ、信頼性を高めることができる。

以下、図を参照して説明する。

以下、本発明に関する遮断器の流体圧駆動装置の一実施例を、図１ないし図４に示した縦断面図を用いて説明する。図１は、遮断器の閉路状態の図であり通電中を示す。図２は、開路動作中の図である。図３は、開路状態の図であり、遮断した状態である。図４は、閉路動作中の図である。また、図５および図６は、切換弁の供給側の拡大図、図７は切換弁パイロット室側の拡大図を示す。
遮断器の流体圧駆動装置３は接点部７０を開閉する流体圧シリンダ４と、流体圧シリンダ４のシリンダ制御室７の圧力を切り換える切換弁１２，切換弁１２を駆動する開路用パイロット弁５０，閉路用パイロット弁４０と、これらパイロット弁を駆動する開路用ソレノイド５１，閉路用ソレノイド４１，アンチポンピング機構３１などからなる。

流体圧シリンダは流体圧シリンダ４内を摺動可能で、流体圧シリンダ４内を小受圧面積室６とシリンダ制御室７とに分けるピストン５を有し、ピストン５はロッド１１を介し可動接触子２に接続されている。小受圧面積室６には流体圧源８から吐き出されアキュムレータ９に蓄圧された作動流体の供給圧が常時作用し、シリンダ制御室７を成す大受圧面積側は、切換弁１２によって高圧の供給圧側またはリザーバ１０につながる低圧の戻り側に選択的に接続される。リザーバ１０は排出された流体を回収，貯蔵する。

切換弁１２は、軸方向中間部に２つの弁部が形成された弁体１３を有する２位置３方弁である。弁体１３の一方の端部にはパイロット室側軸部２９が設けられ、切換弁内壁との間に切換弁パイロット室２６が形成される。切換弁パイロット室２６には、閉路用パイロット弁４０，開路用パイロット弁５０が接続されている。切換弁パイロット室２６は、閉路用パイロット弁４０を開き、開路用パイロット弁５０を閉じると高圧になる。また開路用パイロット弁５０を開けば低圧になる。

弁体のもう一方の端部には開放軸部２８が設けられ、端部は低圧側に開放されており、手動で弁体を動かすことができるように構成されている。開放軸部２８の径は供給側弁座２３よりも小径である。切換弁パイロット室２６の受圧面積は、戻り側弁座２２の断面積と開放軸部２８の断面積の差分よりも大きい。したがって、切換弁パイロット室２６を高圧にすると、高圧の供給圧により発生する上向きの力が、前記面積差に作用する下向きの力に打ち勝ち、弁体１３を上方に移動させる。なお、切換弁パイロット室２６は絞り２７を経て、制御ポート２０を有する弁室に連通している。

開放軸部２８の開放側には保持機構１６が設けられている。保持機構１６は、流体圧が作用しないときに弁体１３を機械的に保持する。流体圧が作用する通常の動作では、保持機構１６の保持力は無視できる程度の保持力である。
また、開放軸部２８に摺動可能な中空状のダンパピストン１５が供給側弁室２１内に設置される。供給側弁室２１にはダンパピストン１５が可動できるような凹部６５を設ける。この凹部による内壁面、ダンパピストン１５の端部、開放軸部２８の外周部により供給側ダンパ室２４が形成される。供給側ダンパ室２４と供給側弁室２１との間には絞り（たとえば、凹部６５内壁面とダンパピストン１５の外周部との間とで形成される環状部により形成）により連通している。ダンパピストン１５はばね１７により開路動作方向へ押す力が働いている。

また、切換弁パイロット室２６内には切換弁パイロット室側軸部２９よりも小径のパイロット室側ダンパピストン１４が設けられる。このパイロット室側ダンパピストン１４は、弁体１３とは反対側に設けられた凹部内を摺動可能である。この凹部６６の内壁とパイロット室側ダンパピストン１４の端面の間にパイロット室側ダンパ室２５が形成される。パイロット室側ダンパ室２５は切換弁パイロット室２６との間を絞り（たとえば、凹部
６６内壁面とパイロット室側ダンパピストン１４の間に形成される環状部により形成）により連通している。パイロット室側ダンパピストン１４はパイロット室側ダンパ室２５内に設置されたパイロット室側ばね１８により閉路操作方向に押されている。

閉路用パイロット弁４０は、閉路用ソレノイド４１を励磁すると弁体４２が開く。励磁を解くと、弁体４２に設けられたばね４３により弁体４２は閉じる。同様に開路用パイロット弁５０は、開路用ソレノイド５１を励磁すると弁体５２が開く。励磁を解くと、弁体
５２に設けられたばね５３により弁体５２は閉じる。

閉路用パイロット弁４０の１次側は高圧の供給側に、２次側はアンチポンピング機構
３１の逆止弁３２を介して開路用パイロット弁５０の１次側および切換弁パイロット室
２６に接続されている。開路用パイロット弁５０の２次側は、低圧の戻り側に接続されている。

アンチポンピング機構３１は、アンチポンピングピストン３３，逆止弁３２，絞り３４，３５，ばね３６などから構成されている。アンチポンピングピストン制御室３７は、閉路用パイロット弁４０の２次側と戻り側の間に設けられ、閉路用パイロット弁４０の２次側とアンチポンピングピストン制御室３７の間には絞り３４，アンチポンピングピストン制御室３７と戻り側の間には絞り３５が設けられる。逆止弁３２は閉路用パイロット弁
４０の２次側からの流れを切換弁パイロット室２６の方向にだけ流れを許すように設けられる。アンチポンピングピストンの制御室３７の圧力が上昇したままの場合にはアンチポンピングピストンにより逆止弁３２は閉じられる。

上記のように構成した本実施例の動作を、以下に説明する。

図１の閉路状態では、シリンダ制御室７，切換弁パイロット室２６，閉路用パイロット弁４０の１次側および開路用パイロット弁５０の１次側はすべて高圧になっている。そして、切換弁の弁体１３は図の上方に位置し、戻り側弁座２２が閉じており、供給側弁座
２３が開いた状態であり、また開路用パイロット弁５０，閉路用パイロット弁４０は閉じている。

この状態で、図示しない上位制御装置から開路指令が発せられると、開路用ソレノイド５１が励磁されて開路用パイロット弁５０の弁体５２が押し開かれる。切換弁パイロット室２６が低圧の戻り側に連通するので、供給側弁室に作用する高圧により切換弁１２が開路操作状態に切り換わる。

このとき、供給側ダンパ室２４は、絞りを介して供給側弁室２１に連通しているので、弁体１３に比べ遅れて動くことになる。一方、パイロット室側ダンパピストン１４は弁体
１３と一体となって動くが、形成されるパイロット室側ダンパ室２５は絞り以外は閉じられた空間になっており、圧力が上昇する。したがって、弁体を制動する方向に力が働く。

切換弁１２が開路操作状態に切り換われば、制御ポート２０とシリンダ制御室７が戻り側と連通する。これによりピストン５と可動接触子２が開路動作を開始し、図３に示す開路状態となる。パイロット室側ダンパ室２５の圧力は絞りを通して抜ける。
開路用ソレノイド５１への励磁が解かれると、開路用パイロット弁５０は閉じられるが、切換弁パイロット室２６が低圧を保つので切換弁１２は開路操作状態を維持する。

図３の開路状態において、図示しない上位制御装置から閉路指令が発せられた場合の様子を図４に示す。閉路用ソレノイド４１が励磁されると閉路用パイロット弁４０の弁体
４２が閉路用ソレノイド４１により押し開かれ、供給側に連通するパイロット弁４０の１次側から２次側へ流体が流入する。これにより逆止弁３２が開かれ、切換弁パイロット室
２６が高圧になる。これにより切換弁１２は閉路操作状態に切り換わる。

このとき、パイロット室側ダンパ室２５は、絞りを介して高圧が供給されるため、パイロット室側ダンパピストン１４の動きは弁体１３の動きに比べ、遅れることになる。一方、供給側ダンパピストン１５は弁体１３と一体で動作する。供給側ダンパピストン１５により形成される供給側ダンパ室２４は圧力が上昇するため、弁体の制動をすることができる。

切換弁が閉路操作状態になると、制御ポート２０およびシリンダ制御室７が高圧側に連通し、可動接触子２と一体になったピストン５は、閉路動作を開始し、最終的に図１の閉路状態となる。

切換弁動作後、閉路用ソレノイド４０への励磁が切れると、弁体４２はばね４３により閉じ、逆止弁３２が閉じる。なお、アンチポンピングピストン３３は、閉路用パイロット弁４０が開いている間は逆止弁３２を閉じる方向に動くが、閉路用パイロット弁４０が復帰すれば、元の位置に復帰する。万一、閉路用パイロット弁４０が開いたままになる不具合が発生した場合には、逆止弁３２は閉じた状態を保ち、いったん閉路用パイロット弁
４０が閉じない限りは再び閉路動作することはない構成となっている。

なお、図５に示すようにダンパピストン１５の形状を変えて（たとえばテーパ状）、凹部６５との間で作る環状絞りの流路面積が変わるようにすれば、圧力上昇の割合を自由に変えられるため、所望の制動特性を得ることが可能である。図６に示すように凹部６５の形状を変えることでも同様の効果が得られる。

また、パイロット室側ダンパピストン１４と切換弁パイロット室２６の間の絞りは、図７に示すようにパイロット室側ダンパピストン１４内に管路６８を設け、かつ開路動作側ほど流路が狭くなるようにすれば、徐々に圧力上昇をさせることが可能となる。
以上のような構成により、切換弁弁体１３を動作させる場合に、弁座への衝突速度を抑えると同時に、切換弁弁体動作の動き出しが遅れないようにすることが可能である。

図８を参照して本発明の第２の実施例を説明する。
本実施例では図１ないし図４で示した実施例で用いた遮断器の流体圧駆動装置において切換弁１２の戻り側１９ならびに切換弁パイロット室２６の部分が異なる。
すなわち、切換弁弁体１３の戻り側端部にはパイロット室側軸部２９が設けられ、パイロット室側軸部２９の端部には切換弁パイロット室２５が設けられる。またパイロット室側軸部に摺動可能な円筒可動部６０が設けられる。戻り側弁室１９にはパイロット室方向に凹部６２が設けられ、円筒可動部６０の端部と凹部６２内壁との間に戻り側ダンパ室
６１が設けられる。戻り側ダンパ室６１内にはパイロット室側ばね１８が設けられ、円筒可動部６０を閉路動作方向に押す力が働く。戻り側ダンパ室６１と戻り側弁室１９の間には絞りが設けられる。

本実施例の動作について説明する。
本実施例の動作は第一の実施例と切換弁動作時のみ異なる。切換弁が閉路状態で開路指令が発せられ、切換弁パイロット室２６が低圧になると、弁体１３は円筒可動部６０と一体となって動き、戻り側ダンパ室６１の圧力上昇により弁体１３に制動する力を与える。このとき、ダンパピストン１５は供給側ダンパ室２４内に流入する流量が少ないため弁体１３よりも遅れて動くが、弁体１３には遅れは生じない。

開路状態で閉路指令が発せられ、切換弁パイロット室２６が高圧になると、弁体１３は、ダンパピストン１５と一体となって動き、これにより供給側ダンパ室２４の圧力が上昇し、弁体を制動することが可能となる。このとき円筒可動部６０はダンパ室６１への流量が少ないために遅れて動くが、弁体１３に動き出しの遅れは生じない。

以上のような構成により、きめ細かい絞り調整が可能な構成とすることが可能である。

本発明による一実施の形態において、閉路状態を示す縦断面図。 図１において、開路動作途中を示す縦断面図。 図１において、開路状態を示す縦断面図。 図１において、閉路動作途中を示す縦断面図。 図１において、切換弁の供給側の拡大図。 他の実施の形態による切換弁の供給側の拡大図。 図１において、切換弁の制御室側の拡大図。 さらに、他の実施の形態による閉路状態を示す縦断面図。

符号の説明

１ 固定接触子
２ 可動接触子
３ 流体圧駆動装置
４ 流体圧シリンダ
５ ピストン
６ 小受圧面積室
７ シリンダ制御室
８ 流体圧源
１２ 切換弁
１４ パイロット室側ダンパピストン
１５ ダンパピストン
１７ ばね
１８ パイロット室側ばね
２４ 供給側ダンパ室
２６ 切換弁パイロット室
２８ 開放軸部
２９ パイロット室側軸部

Claims (5)

1. 可動接触子と固定接触子を有する接点を開閉する流体圧シリンダと、該流体圧シリンダのシリンダ制御室の圧力を切り換える切換弁と、該切換弁を駆動する開路用パイロット弁及び閉路用パイロット弁と、該開路用パイロット弁及び閉路用パイロット弁をそれぞれ駆動する開路用ソレノイド及び閉路用ソレノイドを有し、前記開路用ソレノイドあるいは閉路用ソレノイドを励磁することにより前記切換弁を駆動し、前記接点を開閉する遮断器の流体圧駆動装置において、
   前記切換弁は、軸方向中間部に２つの弁体を有する２位置３方弁であり、
   両前記弁体の間に形成され前記流体圧シリンダの制御室に接続される制御ポートと、
   前記弁体の一方端部に設けられたパイロット室側軸部と、
   前記パイロット室側軸部と前記切換弁の内壁との間に形成された切換弁パイロット室とを備え、
   前記切換弁は、前記パイロット室側軸部に凹部を設けると共に、
   該凹部内を摺動可能とされたパイロット室側ダンパピストンと、
   前記凹部の内壁と前記パイロット室側ダンパピストンの端面との間に形成されたパイロット室側ダンパ室と、
   前記パイロット室側ダンパ室内に設置され、前記パイロット室側ダンパピストンを閉路動作方向へ押付けるパイロット室側ばねと、
   を備えたことを特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記弁体の他方端部に設けられた開放軸部と、
   前記開放軸部に摺動可能として設けられた中空状のダンパピストンと、
   前記切換弁の内壁面、前記ダンパピストンの端部、前記開放軸部の外周部との間に形成された供給側ダンパ室と、
   前記供給側ダンパ室内に設置され、前記ダンパピストンを開路動作方向へ押付けるばねと、
   を備えたことを特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記ダンパピストンはテーパ状とされたことを特徴と
   する遮断器の流体圧駆動装置。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記供給側ダンパ室の内壁がテーパ状とされたことを
   特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記パイロット室側軸部に摺動可能な円筒可動部と、該円筒可動部を閉路動作方向へ押付けるパイロット室側ばねと、を備えたことを特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。

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