JP4900716B2

JP4900716B2 - 直流遮断装置

Info

Publication number: JP4900716B2
Application number: JP2007333542A
Authority: JP
Inventors: 千彰松原; 嘉和松本
Original assignee: 株式会社巧電社; 安川コントロール株式会社
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: JP2009158224A

Description

本発明は、小型の直流遮断装置に関する。

従来、小型の直流遮断装置に用いられている開閉器としては、細長のガラス管内に固定接点と磁気で機械的に動作する接点を固定接点と接離可能にしたパワーリードスイッチがある（例えば特許文献１，２参照）。しかし、従来のパワーリードスイッチはＤＣ１００Ｖ時に０．５Ａ程度が上限であり、開閉容量を大きくする際は部品を大型化する必要があった。近年では、高信頼性で小型形状を維持したままでＤＣ１００Ｖ、５Ａ、回路時定数Ｌ／Ｒ＝４０ｍｓの遮断の要求があり、本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものである。
特開２００３−３１０９４号公報特公昭６３−９３３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、アークの発生がほとんど無く、従来の小型の開閉器を用いながら比較的大きな直流電流を遮断できる耐久性に優れた小型の直流遮断装置を提供することにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）直流電源と負荷との間の給電路の途中に第１開閉器と第２開閉器を直列に接続し、コンデンサと抵抗器を第１開閉器に対してそれぞれ並列に接続し、バリスタを第１開閉器及び第２開閉器に対して並列に接続し、第１開閉器及び第２開閉器を開閉でき且つ開路時は第１開閉器を開路させた所定時間後に第２開閉器を開路させる開閉駆動手段を設け、しかも第１開閉器と第２開閉器が、不活性ガスを封入した細長のガラス管内に固定接点と磁気で機械的に動作する接点をバネの付勢力で固定接点と接離可能に常開した構造で、開閉駆動手段が、電磁コイル又は永久磁石の磁気により第１開閉器と第２開閉器の各接点を時間差をおいて順に開閉動作させるものである、直流遮断装置
２）閉路時は第１開閉器を閉路させた所定時間後に第２開閉器を閉路させる制御を開閉駆動手段に設けた、前記１）記載の直流遮断装置
にある。

本発明によれば、第１開閉器を開路すると、電流がコンデンサと抵抗器とバリスタに転流し、コンデンサにより遮断時のアークエネルギーを吸収し、電流は抵抗器とバリスタにより限流する。また、バリスタはコンデンサを過電圧から保護する。続いて所定時間経過後に第２開閉器を開路すると、限流された小電流が第２開閉器で遮断される。したがって、従来の小型の開閉器を使用しながら例えば５Ａに対しても数万回の開閉に耐えうる小型の直流遮断装置となる。

本発明の第１開閉器と第２開閉器としては、例えばベスタクト（製品名）があり、磁気接極部と通電発弧部を分離した構造とすることで、従来のパワーリードスイッチより開閉容量が大きく且つ高信頼性で、長寿命が好ましい。この製品は外径が６ｍｍ、長さが７２ｍｍと非常に小型で、単体ではＤＣ１００Ｖ時に０．５Ａと適用範囲が限定されるが、本発明の第１開閉器と第２開閉器に用いることで、ＤＣ１００Ｖ時で５Ａ以上でも適用可能となる。開閉駆動手段は別系統の回路を用いてもよい。

抵抗器としては１００オーム以上のものが実用的で、１００オーム以下では第２開閉器の電流が大きくなって耐久性に劣る。コンデンサとしてはフィルムコンデンサの２．２〜４．７μＦのものが実用的で、２．２μＦ以下では吸収能力が不足し、４．７μＦ以上では体積が大きくなって小型化に不向きとなる。バリスタはアーク時間を短縮するために用いられ、カット電圧は低いものが好ましく、バリスタ定数を上げる（カット電圧が上がる）と耐圧が高くて体積の大きいコンデンサを使用することになり、小型化に不向きとなる。

バリスタは半導体のため第１開閉器と第２開閉器が開路していても１０μＡ程度の漏れ電流が流れる。この漏れ電流が問題になる場合はバリスタにアレスタを直列に接続して放電する。主回路の電圧がおよそ０〜１５Ｖ程度であればバリスタを使用せずにアレスタ単体で同様の性能を発揮できる。以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。

図１〜３に示す実施例は、直流電源と負荷との間に第１開閉器と第２開閉器を直列に接続し、抵抗器とコンデンサを第１開閉器に対してそれぞれ並列に接続し、バリスタを第１開閉器及び第２開閉器に対して並列に接続した直流遮断装置の例である。図１は実施例の直流遮断装置の回路図、図２は実施例の直流遮断装置の遮断時における電流電圧波形、図３は実施例の直流遮断装置の閉路時における電流電圧波形である。図中、１は直流電源、２は負荷、３は第１開閉器、４は第２開閉器、５はコンデンサ、６は抵抗器、７はバリスタ、８は開閉駆動回路（開閉駆動手段）、８ａは電磁コイル、８ｂは遅延回路、８ｃはスイッチ、８ｄは電源である。

本実施例の直流遮断装置は、第１開閉器３と第２開閉器４としてベスタクト・パワーリードスイッチ（製品名）を用い、抵抗器６として５Ｗ・５６０オームのものを用い、コンデンサ５として耐圧４００Ｖ・４．７μＦのＭＩＣ−ＮＡ（製品名）を用い、バリスタ７として最大許容回路電圧１２５Ｖ・５Ａ時のカット電圧約３００ＶのＴＮＲ１５Ｇ２０１Ｋ（製品名）を用いた。負荷条件はＤＣ１００Ｖ、５Ａ、回路時定数Ｌ／Ｒ＝４０ｍｓで、開閉駆動回路８は閉路及び開路いずれも第１開閉器３を作動させた５ｍｓ後に第２開閉器４を作動させるように構成している。

本実施例の直流遮断装置による遮断過程は、以下の通りである
１）第１開閉器３を開路する。
２）コンデンサ５は第１開閉器３のアークエネルギーを吸収し、電流はコンデンサ５と抵抗器６とバリスタ７に転流する。
３）転流した電流は抵抗器６とバリスタ７で限流される。また、バリスタ７はコンデンサ５を過電圧から保護する。
４）所定時間経過後に第２開閉器４を開路する。
６）限流された小電流が第２開閉器４で遮断される。

図２はＤＣ１００Ｖ／５Ａを遮断した際の電流電圧波形を示している。第１開閉器３が開路すると（Ａ点）、第１開閉器３に流れる電流Ｉ_１は瞬時に、コンデンサ５（Ｉ_２）、抵抗器６（Ｉ_３）、バリスタ７（Ｉ_４）の各々の電流へ転流し、零値となる。この時第１開閉器３はアークレス状態となっている。また、第２開閉器４に流れる電流Ｉ_５は、第１開閉器３が開路すると（Ａ点）、抵抗器６とバリスタ７により小電流へ限流され、第２開閉器４が開路して（Ｂ点）、遮断される。以上のように、第１開閉器３は電流が瞬時にコンデンサ５、抵抗器６、バリスタ７へ転流されてアークレス状態であり、第２開閉器４は限流された小電流を遮断するため、接点開閉寿命は飛躍的に向上する。

閉路時の動作は、第１開閉器３が閉路すると（Ａ点）、第２開閉器４が開路している為、電圧・電流の変化はない。続いて第２開閉器４が閉路すると（Ｂ点）、電流はＩ_２、Ｉ_３、Ｉ_４を流れずにＩ_１、Ｉ_５を流れ始める。アーク等が発生している場合はＩ_１、Ｉ_５のＢ点に異常電流が見られるが、本実施例では図３に示すようにＩ_１、Ｉ_５のＢ点に放電の形跡は見られない。

本実施例の直流遮断装置を以下の方法で耐久試験した。
・サンプル：パワーリードスイッチ単体
・サンプル駆動：空芯コイル
・開閉頻度：１回／７秒
・試験回数：４万回

第１開閉器３と第２開閉器４は外観に異常は見られなかった。分解すると、第１開閉器３は固定接点面に消耗が若干見られた。第２開閉器４の消耗は軽微であった。このように、開閉を４万回繰り返しても十分に使用に耐えうる状態にあり、従来の小型の開閉器を使用しながら比較的大きな電流に対して耐久性に優れる小型の直流遮断装置となった。

本発明の直流遮断装置は、小型形状を維持したままでＤＣ１００Ｖ、５Ａ、回路時定数Ｌ／Ｒ＝４０ｍｓの遮断が要求される用途に利用できる。

実施例の直流遮断装置の回路図である。実施例の直流遮断装置の遮断時における電流電圧波形である。実施例の直流遮断装置の閉路時における電流電圧波形である。

符号の説明

１直流電源
２負荷
３第１開閉器
４第２開閉器
５コンデンサ
６抵抗器
７バリスタ
８開閉駆動回路（開閉駆動手段）
８ａ電磁コイル
８ｂ遅延回路
８ｃスイッチ
８ｄ電源

Claims

直流電源と負荷との間の給電路の途中に第１開閉器と第２開閉器を直列に接続し、コンデンサと抵抗器を第１開閉器に対してそれぞれ並列に接続し、バリスタを第１開閉器及び第２開閉器に対して並列に接続し、第１開閉器及び第２開閉器を開閉でき且つ開路時は第１開閉器を開路させた所定時間後に第２開閉器を開路させる開閉駆動手段を設け、しかも第１開閉器と第２開閉器が、不活性ガスを封入した細長のガラス管内に固定接点と磁気で機械的に動作する接点をバネの付勢力で固定接点と接離可能に常開した構造で、開閉駆動手段が、電磁コイル又は永久磁石の磁気により第１開閉器と第２開閉器の各接点を時間差をおいて順に開閉動作させるものである、直流遮断装置。
閉路時は第１開閉器を閉路させた所定時間後に第２開閉器を閉路させる制御を開閉駆動手段に設けた、請求項１記載の直流遮断装置。