JP4901621B2

JP4901621B2 - 開閉装置

Info

Publication number: JP4901621B2
Application number: JP2007189046A
Authority: JP
Inventors: 孝司常峰; 光輔神川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Toyo Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Toyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: JP2009026627A

Description

本発明は、電路の閉路時に一時的に投入抵抗を挿入して励磁突入電流を抑制する開閉装置に関する。

一般に、高圧の電力系統の途中には変圧器や開閉器が配置されるが、開閉器を閉成して電力系統から変圧器に電力を供給する際、定格電流の数十倍の励磁突入電流が流れ、その後、時間経過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。この場合の励磁突入電流の大きさは、電圧位相のみならず、変圧器が電力系統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。

上記の励磁突入電流は、変圧器を経由して電力が供給される電子機器に対して瞬時電圧降下により誤動作を誘発したり、周辺電力系統の電圧が変動するなどの悪影響を及ぼすばかりか、変圧器自体にも励磁突入電流による熱的、機械的なストレスが加わり、長期の繰り返しで巻線が破損するなどの不具合を生じる。

そのため、従来技術では、電路の閉路時に生じる励磁突入電流を抑制する種々の対策が講じられている。その対策の一つとして、電源スイッチと変圧器の一次巻線との間に電流制限用の投入抵抗を直列に挿入接続するとともに、この投入抵抗と並列にリレーを接続し、電源スイッチのオン時には予めリレーをオフにしておいて励磁突入電流を投入抵抗で減流した後に変圧器に導き、その後、励磁突入電流が収まったと考えられる所定時間が経過した時点でリレーをオンするようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この特許文献１に記載されているものは、電源スイッチがオンした後に投入抵抗を短絡させるためのリレーを設けねばならず、設置スペースが大きくなるとともに、電源スイッチとリレーのオン／オフタイミングを電気的に制御する装置も必要で、制御が複雑になる。

また、他の従来技術では、電路を断続する開閉器と、これに電気的に並列に接続された投入抵抗装置とをシリンダ機構を介して互いに連動させ、投入抵抗装置は、投入抵抗固定接触子と投入抵抗可動接触子とを一直線状に対面して配置するとともに、投入抵抗固定接触子に励磁突入電流抑制用の投入抵抗を電気的に直列に接続し、開閉器のオン動作に先行して投入抵抗装置の投入抵抗可動接触子をシリンダ機構で直動させて投入抵抗固定接触子に接触させ、これによって投入抵抗を投入して励磁突入電流を抑制するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、この特許文献２記載のものは、開閉器と投入抵抗装置は、いずれも投入抵抗可動接触子をシリンダ機構で直動させて投入抵抗固定接触子に接触させる構成であるので、直動構造が複雑化するとともに、投入抵抗可動接触子を直動するためのストロークが長くなり、小型化を十分に図ることができない。

そこで、本出願人らは、電路を断続する主開閉器と、これに電気的に並列に接続された投入抵抗開閉器とを回動機構を介して互いに連動させるとともに、投入抵抗開閉器を、ベースに固定支持された投入抵抗固定接触子と、ベースに回動可能に支持されて投入抵抗固定接触子と離接する投入抵抗可動接触子とで構成し、かつ投入抵抗可動接触子に投入抵抗を電気的に直列に接続し、主開閉器の閉路動作に先行して投入抵抗開閉器を閉路して投入抵抗を投入することで励磁突入電流を抑制するようにした開閉装置を提供した（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−２２５４３２号公報特開昭５４−６９７７０号公報特開２００６−３０９９９７号公報

上記の特許文献３記載の開閉装置によれば、特許文献１記載のものに比べて設置スペースも少なくて済み、かつ電源スイッチとリレーのオン／オフタイミングを電気的に制御する制御装置も不要なため、コストダウンを図ることができる。また、特許文献２記載の直動型のものに比べて構成が簡単で、かつストローク範囲が小さくなるので小型化を図ることができるなどの利点が得られるものの、本出願人らは、この開閉装置について鋭意検討し、さらに構造を簡単化した。

すなわち、従来は、投入抵抗として一般的に巻線抵抗を用いているが、このような巻線抵抗は、絶縁体に抵抗線を巻回する際に線間スペースや巻心スペースを確保する必要がある等により、全体の寸法形状が大きく、この投入抵抗を投入抵抗開閉器の投入抵抗固定接触子側に設けた場合には開閉装置全体の寸法が大きくなる。このため、巻線抵抗を採用でるように、特許文献３記載の開閉装置では、装置全体を大型化することなく投入抵抗の設置スペースを確保するため、投入抵抗可動接触子側に投入抵抗を搭載した構成を採用している。

ところが、このように、投入抵抗開閉器の投入抵抗可動接触子側に投入抵抗を搭載した場合には、投入抵抗が投入抵抗可動接触子と共に回動するため、可動部側の重量が大きくなり、回動機構を動作させるために大きな出力が必要となる。また、投入抵抗可動接触子と投入抵抗とを電気的に直列に接続するためには、これらを取り付ける部材を絶縁物で構成する必要があり、このため可動部の構造が複雑化するとともに部品点数も増加する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、電路の閉路時における励磁突入電流を十分に抑制することができるとともに、可動部側の重量が軽くかつ構造が簡単で、従来よりも更に装置全体の小型化を図ることができる、開閉装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の開閉装置は、電路を断続する主開閉器に対して投入抵抗手段が電気的に並列に接続され、この投入抵抗手段は、励磁突入電流抑制用の投入抵抗とこの投入抵抗を断続する投入抵抗開閉器とが電気的に直列に接続されており、上記主開閉器と上記投入抵抗開閉器とが同一の駆動手段で駆動され、かつ、上記投入抵抗開閉器は、投入抵抗固定接触子と、揺動可能に軸支されて上記投入抵抗固定接触子に対して離接する投入抵抗可動接触子とを備えたものであって、上記主開閉器を構成する主可動接触子は、上記投入抵抗開閉器を構成する上記投入抵抗可動接触子よりも常に遅れて開路動作および閉路動作を行うように構成されており、かつ、上記投入抵抗は、外形柱状のセラミック抵抗体が筒状の保持筒内に収納されるとともに、上記保持筒内の上記セラミック抵抗体を両側から挟む付勢手段を有して構成されており、上記投入抵抗が上記投入抵抗固定接触子側に設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、励磁突入電流抑制用の投入抵抗が外形柱状のセラミック抵抗体を有し、この投入抵抗が投入抵抗開閉器の投入抵抗固定接触子側に設けられているので、可動部側の重量が軽くかつ構造が簡単となる。このため、電路の閉路時において変圧器に対する励磁突入電流を十分に抑制することができるだけでなく、従来よりもさらに装置全体の小型化を図ることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における開閉装置の１相分を示す斜視図、図２は同開閉装置の平面図、図３は同開閉装置の側面図で、同図（ａ）は閉路状態、同図（ｂ）は開路状態をそれぞれ示している。

この実施の形態１の開閉装置は、ベース１に取り付けられた一対の絶縁支持台２を備え、一方の絶縁支持台２には電力系統に接続される受電用の略平板状の入力端子板３が、他方の絶縁支持台２には図外の変圧器に接続される略Ｌ字状の出力端子板４がそれぞれ取り付けられている。

そして、入力端子板３には、主固定接触子６、およびこれを両側に挟むようにして絶縁材料で形成されたアークシュート７が取り付けられるとともに、励磁突入電流抑制用の投入抵抗８が固定されている。この投入抵抗８は外形が円柱状のもので、その軸心方向が入力端子板３の上面と直交するように縦置きに配置されている。そして、この投入抵抗８には、その軸心方向の一端側に逆Ｌ字状の投入抵抗固定接触子９が固定されている。

一方、出力端子板４には、金属等の導電材料でできたアーム１１の基端がヒンジピン１２とボルト１３によって回動可能に取り付けられている。このアーム１１は、左右並列してレール状に延びる一対の側板部１１ａを有し、その側板部１１ａの途中に絶縁リンク１４がピン１５によって回動可能に連結され、さらに、絶縁リンク１４は駆動軸１６に固定されたレバー１７にピン１８で回動可能に連結されている。これにより、駆動軸１６が図示しないモータ等によって正逆転駆動されることにより、アーム１１がヒンジピン１２を中心にして一定範囲にわたって回動するように構成されている。

アーム１１の側板部１１ａの絶縁リンク１４の連結位置よりも前方側には、主可動接触子１９が取付板２０を介して取り付けられている。なお、取付板２０は主可動接触子１９の回動範囲を規制するストッパの役目を兼ねている。そして、この主可動接触子１９と前述の主固定接触子６とによって電路を断続する主開閉器Ｘが構成されている。

また、アーム１１の側板部１１ａの先端部分１１ｂは、当該アーム１１が回動されることにより投入抵抗固定接触子９の両側に対して離接するようになっている。したがって、アーム１１の両側板部１１ａの先端部分１１ｂが投入抵抗可動接触子となり、この投入抵抗可動接触子１１ｂと上記の投入抵抗固定接触子９とによって投入抵抗開閉器Ｙが構成されている。

したがって、この実施の形態１の開閉装置は、主可動接触子１９と投入抵抗可動接触子１１ｂとがアーム１１によって一体的に回動されるが、主可動接触子１９は、投入抵抗可動接触子１１ｂよりも常に遅れて開路動作および閉路動作を行うように構成されている。そのための主可動接触子１９の構成は既に公知なのでここでは詳しい説明は省略する。

また、電気回路的には、図４に示すように、投入抵抗８が投入抵抗開閉器Ｙの投入抵抗固定接触子９側に設けられていて両者８，Ｙが電気的に直列に接続されており、かつ、両者８，Ｙからなる投入抵抗手段Ｚが主開閉器Ｘに対して電気的に並列に接続された構成となっている。なお、２８は変圧器である。

また、この実施の形態１において、アーム１１の投入抵抗可動接触子１１ｂの近傍には、図５に示すようなバネ機構２１が設けられている。このバネ機構２１は、左右の両側板部１１ａを貫通してネジ２２が設けられ、このネジ２２の両側板部１１ａ間に位置する箇所にブッシュ２３が遊嵌され、また、ネジ２２の一方の側板部１１ａから突出した箇所には圧縮バネ２４が外嵌されるとともに、ボルト２５が螺合されて構成されている。これにより、投入抵抗可動接触子１１ｂが投入抵抗固定接触子９に接触した際には、圧縮バネ２４のバネ力によって投入抵抗固定接触子９を挟み付けるように付勢されるため、両接触子９，１１ｂの電気的導通を確実に保つことができる。

また、上記の投入抵抗８は、図６に示すように、碍子等の絶縁材料でできた円筒状の保持筒８ａ内に、炭化ケイ素等でできたセラミック抵抗体８ｂ、およびこのセラミック抵抗体８ｂの電極８ｃを上下で挟むようにコイルバネ８ｄがそれぞれ収納され、また、保持筒８ａの両端にはそれぞれキャップ８ｄが外嵌され、さらにキャップ８ｄを貫通して外部接続用の端子８ｆが外方に突出されている。

このように、この実施の形態１の投入抵抗８は、従来のような巻線抵抗を用いた場合に比べて全体の寸法形状が小さいにもかかわらず大容量にできるため、この投入抵抗８を投入抵抗固定接触子９側に設けた場合であっても装置全体の寸法形状を小さく保つことができる。なお、この投入抵抗８としては、例えば、東海高熱工業（株）社製のものを適用することができる。

上記構成を有する開閉装置において、図３（ａ）に示すように、主開閉器Ｘおよび投入抵抗開閉器Ｙが共に閉路している状態から、図３（ｂ）に示すように電路を開路する場合には、駆動軸１６が図示しないモータ等によって回転駆動される。すると、レバー１７を介して絶縁リンク１４がアーム１１を押し上げるので、最初にアーム１１先端の投入抵抗可動接触子１１ｂが投入抵抗固定接触子９から離脱して投入抵抗開閉器Ｙが開路する。そして、アーム１１が有る程度まで押し上げられた時点で初めて主可動接触子１９が主固定接触子６から離脱して主開閉器Ｘが開路する。このときの状況を図７（ａ）に示す。なお、主可動接触子１９が主固定接触子６から離脱すると、両者１９，６の間にアークが発生することがあるが、これはアークシュート７によって収束される。

一方、図３（ｂ）に示すように、主開閉器Ｘおよび投入抵抗開閉器Ｙが共に開路している状態から、図３（ａ）に示すように電路を閉路する場合には、駆動軸１６が図示しないモータ等によって逆方向に回転駆動される。すると、レバー１７を介して絶縁リンク１４がアーム１１を引き下げるので、最初にアーム１１先端の投入抵抗可動接触子１１ｂが投入抵抗固定接触子９に接触して投入抵抗開閉器Ｙが閉路する。このため、投入抵抗８によって変圧器２８に対する励磁突入電流が抑制される。そして、アーム１１が最後まで引き下げられた時点で主可動接触子１９が主固定接触子６に接触して主開閉器Ｘが閉路する。このときの状況を図７（ｂ）に示す。

以上のように、この実施の形態１の開閉装置は、外形柱状のセラミック抵抗体８ｂを有する投入抵抗８が、投入抵抗開閉器Ｙの投入抵抗固定接触子９側に設けられているので、従来に比べてアーム１１などの可動部側の重量が軽くかつ構造が簡単となる。すなわち、従来のように可動部側に投入抵抗８を設けた構成に比べて可動部側の重量が軽くなるので、絶縁リンク１４を介してアーム１１を回動させるモータ出力は小さくて済む。また、主可動接触子１９を取り付けたり投入抵抗可動接触子１１ｂを構成するためのアーム１１は、導電性の金属等のみで形成することができて絶縁物を使用する必要がないので、構造が簡単で部品点数も少なくなって安価に製作することができる。さらに、アーム１１の側板部１１ａの長さも短くすることができる。したがって、閉路時における変圧器２８に対する励磁突入電流を十分に抑制しつつ、従来よりも装置全体の小型化を図ることができる。

実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２における開閉装置の１相分を示す斜視図、図９は同開閉装置の平面図、図１０は同開閉装置の側面図で、同図（ａ）は閉路状態、同図（ｂ）は開路状態をそれぞれ示している。なお、これらの図において、図１ないし図７に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態２における開閉装置の特徴は、外形円柱状の投入抵抗８の軸心方向が入力端子板３の上面と並行するように横置きに配置されている。このため、この投入抵抗８は、その軸心方向が投入抵抗可動接触子１１ｂと投入抵抗固定接触子９とが接触した状態において投入抵抗可動接触子１１ｂと略対面する状態となる。そして、この投入抵抗８の軸心方向のアーム１１側の一端にクランク状に形成された投入抵抗固定接触子９が固定されている。

この実施の形態２のように、投入抵抗８を横置きに配置した場合には、投入抵抗８の容量を大きくするために軸心方向の長さが幾分長くなった場合でも、アーム１１先端の投入抵抗可動接触子１１ｂが常に同じ高さ位置で投入抵抗固定接触子９と接触するため、投入抵抗開閉器Ｙの開路および閉路のタイミングを一定に保つことが可能となる。

その他の構成、および作用効果は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

実施の形態３．
図１１は本発明の実施の形態３における開閉装置の１相分を示す斜視図、図１２は同開閉装置の平面図、図１３は同開閉装置の側面図で、同図（ａ）は閉路状態、同図（ｂ）は開路状態をそれぞれ示している。また、図１４は投入抵抗に取り付けられる投入抵抗固定接触子９を示すもので、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお、これらの図において、図１ないし図７に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３における開閉装置は、投入抵抗８の軸心方向が入力端子板３の上面と直交するように縦置きに配置されている点は実施の形態１の場合と同じであるが、この実施の形態３では、投入抵抗固定接触子９と投入抵抗可動接触子１１ｂの形状が実施の形態１の場合と異なっている。

すなわち、投入抵抗固定接触子９は、図１４に示すように、投入抵抗８の外周に嵌着されるリング状の取付部９ａと、この取付部９ａから径方向外方に並列して突出された左右一対の挟着部９ｂと、取付部９ａの一端から軸心方向に延設されて投入抵抗８の片側の端子８ｆに接続される接続部９ｃとを有している。これにより、一対の挟着部９ｂは、投入抵抗可動接触子１１ｂを挟圧付勢するようにバネ性が付与されている。

また、アーム１１の先端部分の投入抵抗可動接触子１１ｂは、投入抵抗固定接触子９の挟着部９ｂ間に挿入されるように、アーム１１の両側板部１１ａ内の片方のみが投入抵抗固定接触子９に接触するように延長されて側面視で略Ｔ字形をした平板状に形成されている。

これにより、投入抵抗可動接触子１１ｂが投入抵抗固定接触子９と接触した際には、その挟着部９ｂのバネ力によって投入抵抗可動接触子１１ｂが挟み付けられることになり、両接触子１１ａ，９の電気的導通を確実に保つことができる。

実施の形態４．
図１５は本発明の実施の形態４における開閉装置の１相分を示す斜視図、図１６は同開閉装置の平面図、図１７は同開閉装置の側面図で、同図（ａ）は閉路状態、同図（ｂ）は開路状態をそれぞれ示している。また、図１８は投入抵抗を入力端子板に取り付ける固定金具を示す正面図である。なお、これらの図において、図１ないし図７に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態４における開閉装置は、投入抵抗８の軸心方向が入力端子板３の上面と並行するように固定金具２８によって横置きに配置されている。このため、この投入抵抗８は、その軸心方向が投入抵抗可動接触子１１ｂと投入抵抗固定接触子９とが接触した状態において投入抵抗可動接触子１１ｂと略対面する状態となる。そして、この投入抵抗８の軸心方向のアーム１１側の一端に投入抵抗固定接触子９が固定されている。

この場合、投入抵抗固定接触子９は、投入抵抗８の片側の端子８ｆに固定される略三角状の取付部９ａと、この取付部９ａから外方に並列して突出された左右一対の挟着部９ｂとを有している。これにより、一対の挟着部９ｂは、投入抵抗可動接触子１１ｂを挟圧付勢するようにバネ性が付与されている。

また、アーム１１の先端部分の投入抵抗可動接触子１１ｂは、投入抵抗固定接触子９の挟着部９ｂ間に挿入されるように、実施の形態３の場合と同様、アーム１１の両側板部１１ａ内の片方のみが投入抵抗固定接触子９に接触するように延長されて側面視で略Ｔ字形をした平板状に形成されている。

上記の各実施の形態１〜４では、１相分の開閉装置に着目して説明したが、３相分の開閉装置については、各実施の形態１〜４の開閉装置を３台並列して設けることで対応することができる。また、本発明は上記の実施の形態１〜４の構成のみに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において各種の変形を加えることが可能である。

本発明の実施の形態１における開閉装置の１相分を示す斜視図である。同開閉装置の平面図である。同開閉装置の側面図で、同図（ａ）は閉路状態、同図（ｂ）は開路状態をそれぞれ示している。同開閉装置の等価的な電気回路図である。同開閉装置の投入抵抗可動接触子の先端近傍を拡大して示す平面図である。同開閉装置に適用される投入抵抗の断面図である。同開閉装置の動作説明に供する電気回路図で、同図（ａ）は閉路状態から開路状態への移行時、同図（ｂ）は開路状態から閉路状態への移行時の動作をそれぞれ示している。本発明の実施の形態２における開閉装置の１相分を示す斜視図である。同開閉装置の平面図である。同開閉装置の側面図で、同図（ａ）は閉路状態、同図（ｂ）は開路状態をそれぞれ示している。本発明の実施の形態３における１相分の開閉装置を示す斜視図である。同開閉装置の平面図である。同開閉装置の側面図で、同図（ａ）は閉路状態、同図（ｂ）は開路状態をそれぞれ示している。本発明の実施の形態３における投入抵抗固定接触子を示すもので、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明の実施の形態４における開閉装置の１相分を示す斜視図である。同開閉装置の平面図である。同開閉装置の側面図で、同図（ａ）は閉路状態、同図（ｂ）は開路状態をそれぞれ示している。本発明の実施の形態４において、投入抵抗を入力端子板に取り付ける固定金具を示す正面図である。

符号の説明

Ｘ主開閉器、Ｙ投入抵抗開閉器、Ｚ投入抵抗手段、６主固定接触子、
８投入抵抗、８ｂセラミック抵抗体、９投入抵抗固定接触子、１１アーム、
１１ｂアームの先端部分（投入抵抗可動接触子）、１９主可動接触子。

Claims

電路を断続する主開閉器に対して投入抵抗手段が電気的に並列に接続され、この投入抵抗手段は、励磁突入電流抑制用の投入抵抗とこの投入抵抗を断続する投入抵抗開閉器とが電気的に直列に接続されており、上記主開閉器と上記投入抵抗開閉器とが同一の駆動手段で駆動され、かつ、上記投入抵抗開閉器は、投入抵抗固定接触子と、揺動可能に軸支されて上記投入抵抗固定接触子に対して離接する投入抵抗可動接触子とを備えている開閉装置において、
上記主開閉器を構成する主可動接触子は、上記投入抵抗開閉器を構成する上記投入抵抗可動接触子よりも常に遅れて開路動作および閉路動作を行うように構成されており、かつ、上記投入抵抗は、外形柱状のセラミック抵抗体が筒状の保持筒内に収納されるとともに、上記保持筒内の上記セラミック抵抗体を両側から挟む付勢手段を有して構成されており、上記投入抵抗が上記投入抵抗固定接触子側に設けられていることを特徴とする開閉装置。
上記主可動接触子と上記投入抵抗可動接触子とが導電性の部材で一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の開閉装置。
上記投入抵抗は、その軸心方向が上記投入抵抗可動接触子と投入抵抗固定接触子とが接触した状態において投入抵抗可動接触子と対面する方向と略直交するように縦置きに配置されてい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。
上記投入抵抗は、その軸心方向が投入抵抗可動接触子と投入抵抗固定接触子とが接触した状態において投入抵抗可動接触子と略対面するように横置きに配置されてい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。
上記投入抵抗可動接触子は、上記投入抵抗固定接触子を挟圧付勢するバネ構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の開閉装置。
上記投入抵抗固定接触子は、上記投入抵抗可動接触子を挟圧付勢するバネ構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の開閉装置。