JP4960141B2

JP4960141B2 - 非常用操作電源装置

Info

Publication number: JP4960141B2
Application number: JP2007119645A
Authority: JP
Inventors: 直明井上; 敏宏松永; 賢司下畑; 昭彦丸山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008277140A

Description

この発明は、モータを用いて開閉操作を行なう電動操作方式開閉器、又は電磁コイルを用いて開閉操作を行なう電磁操作方式開閉器の操作電源が、喪失状態になったときに使用する非常用操作電源装置に関するものである。

電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器では、モータの駆動や電磁コイル励磁用コンデンサの充電、さらにそれらを制御している制御回路への電力供給のために操作電源が必要であり、この電源の喪失時には開閉器の開閉操作が不可能な構成となっている。なお、特許文献１、２、３はこの発明の関連文献として列挙したものである。

特開平１１−７５３４４号公報(第５−７頁、第６図) 特開２００３−２９７１９７号公報(第２−３頁、第２図) 特開２００１−３３２１５６号公報

上述のごとく電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器の操作電源が、何らかの障害によって喪失した場合には開閉操作を行なうことができなくなり、そのため通常の操作電源が使用不能の状態では開閉操作を行なって負荷（電力系統から電力を受電しているすべての電気機器）への電力供給を実施することが不可能となる問題があった。
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、可搬式の手動発電装置で速やかに電動操作方式開閉器や電磁操作方式開閉器の駆動源、およびそれら開閉器の制御回路へ電力供給を行い、通常の操作電源を用いずとも開閉器の開閉操作を可能とする可搬式の非常用操作電源装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係わる開閉器の非常用操作電源装置は、通常は操作電源装置からの電力供給によって、負荷の開閉操作を行なう電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器を備え、上記操作電源装置の電源喪失状態時に、上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器へ電力を供給し上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器を開閉操作する非常用操作電源装置において、手動発電機で構成した発電部と、この発電部の出力により得られた電力を上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器の操作可能な電圧となるまで一旦蓄える蓄電池、又はコンデンサからなる蓄電部と、この蓄電部からの電力を上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器へ供給する出力部と、上記発電部から蓄電部への接続と上記蓄電部から上記出力部への接続を適宜切替えて上記蓄電部の充放電を制御する制御部と、により構成されこれらの部材を可搬式の収納ケースに収納し、上記蓄電部の充電電圧が，上記電動操作方式開閉器，又は電磁操作方式開閉器の定格操作電圧の変動範囲の上限に近付いた時に，上記制御部が上記出力部への電力の供給を開始し、上記蓄電部の充電電圧が，上記電動操作方式開閉器，又は電磁操作方式開閉器の定格操作電圧の変動範囲の下限に近付いた時に，上記制御部が出力部への電力の供給を停止するものである。

この発明の非常用操作電源装置によれば、操作電源からの電力供給が必要な開閉器が電源喪失により操作不能となった場合、例えば停電時等、電力の供給がまったく得られない状態になった場合でも、可搬式ケースに収納した手動発電装置により速やかに開閉器の開閉操作を行なうことができ、又装置全体を可搬式ケース内にコンパクトに収納でき、持ち運び容易な非常用操作電源装置を提供できる。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
実施の形態１は、モータを用いて開閉操作を行なう電動操作方式開閉器、又は電磁コイルを用いて開閉操作を行なう電磁操作方式開閉器を、操作電源喪失状態において開閉操作を行なう場合に使用する非常用操作電源装置のうち、電磁操作方式開閉器に使用される非常用操作電源装置である。
図１は、この発明の実施の形態１である非常用操作電源装置の構造を示す斜視図、図２は、ＤＣ電源１４による通常時における電磁操作方式開閉器（以下「開閉器」と云う）を示す回路図、図３は、例えば停電時に開閉器制御回路１２に供給するＤＣ電源１４が喪失した際に、図１の非常用操作電源装置を用いて開閉器を操作する場合を示す回路図、図４はこの発明の実施の形態１における非常用操作電源装置内の蓄電用コンデンサと開閉器内の励磁用コンデンサの充電電圧の関係を示すグラフである。

図１において、電源装置の収納ケース１の内部には、発電部を構成する手動発電機２と整流器（図３の２１）、蓄電部を構成する蓄電用コンデンサ３と抵抗器１０、及び制御部を構成するリレー回路４などが収納され、図３に示す電源回路２０を形成している。
手動発電機１には、ワンウェイクラッチ５を内蔵した取外し式の回転ハンドル６が伝達機構７を介して接続されている。
収納ケース１の上面には、電源装置の運搬を容易とするためのキャリングハンドル８が取付けられ、収納ケース１の前面には開閉器へ電力を供給するための出力コネクタ９、セレクトスイッチ１１を備えている。

図２において、１２は開閉器の制御回路、１３は通常の操作電源である。制御回路１２は、操作電源１３のＤＣ電源１４から安全ブレーカ１５を介して電力が供給されると接点１６を閉じて電磁コイル１７の励磁用コンデンサ１８に充電を行なう。そして開閉器を駆動する場合は、接点１９を閉じて励磁用コンデンサ１８から電磁コイル１７に電力を供給することによって通常の開閉操作を行っている。
なお、４４は、励磁用コンデンサ１８、チョッパ部４１、リアクトル部４２、抵抗４３、４５ダイオード４５などにより構成された通常の昇圧チョッパ回路（約５０ＫＨ_Z）で、その動作は次のとおりである。
ＦＥＴなど高速、高頻度でオン、オフのスイッチング動作を行う素子であるチョッパ部４１がオンの時に、リアクトル４２にエネルギーを蓄積させ、チョッパ部４１がオフの時に、蓄積エネルギーならびに電源１４からのエネルギーを励磁用コンデンサ１８に供給する。ここで、電源１４の電圧Ｅ₁、励磁用コンデンサ１８の電圧Ｅ₂とし、チョッパ部４１がオンの時間をＴ_ON、チョッパ部４１がオフの時間をＴ_OFFとすると、Ｅ₁とＥ₂の関係は、次式で表すことができる。すなわち、Ｅ₂はＥ₁より大きくなるので、後述する図４の昇圧動作を行うことができる。

図３において、１２は、図２と同じく開閉器の制御回路１２を示し、２０は非常用操作電源装置の電源回路を示したものである。
以下、図３に基いて、例えば停電時に開閉器の制御回路１２に供給するＤＣ電源１４が喪失した際に、図１の非常用操作電源装置を用いて開閉器を操作する場合の回路構成と動作を合わせて説明する。
開閉器の制御回路１２と非常用操作電源装置の電源回路２０とは、出力部を構成する出力コネクタ９を介し接続されている。
この出力コネクタ９は、セレクトスイッチ１１を開いて蓄電用コンデンサ３と抵抗器１０の接続を切り離すと使用可能な状態となる。すなわち、蓄電用コンデンサ３と抵抗器１０との接続は、この電源装置を使用する際に、使用者がセレクトスイッチ１１を操作することにより切り離される。なお、抵抗器１０は、電源装置を使用しない場合に安全のため蓄電用コンデンサ３を放電させておくためのものである。

図４に示すように開閉器には、定格操作電圧に対して変動範囲が定められており、開閉器の制御回路１２は、変動範囲外の電圧が入力されても動作しないようセットされている。そのため、この実施の形態１では、開閉器へ安定して電力を供給できるよう蓄電用コンデンサ３に一旦電力を蓄える方法を採っている。
又、この蓄電用コンデンサ３は、開閉器の定格操作電圧に対して十分大きな定格電圧を有するものを選定している。すなわち、蓄電用コンデンサ３の定格電圧が、開閉器の定格操作電圧と同等又はそれ以下では、蓄電用コンデンサ３を定格電圧まで充電しても開閉器の制御回路１２に電力を供給するとすぐに電圧低下して開閉器の定格操作電圧を下回る、又は蓄電用コンデンサ３を定格電圧まで充電しても開閉器の定格操作電圧以下では開閉器の制御回路が動作しないので、これらの動作を補うため蓄電用コンデンサ３は、上記のごとく開閉器の定格操作電圧に対して十分大きな定格電圧を有するものを選定している。さらに、手動発電機２の出力電圧のピーク値が、蓄電用コンデンサ３の定格電圧を上回ると、蓄電用コンデンサ３の絶縁の破壊や、寿命の低下が起こるため、手動発電機２は、出力電圧のピーク値が蓄電用コンデンサ３の定格電圧を上回らないものを採用している。

次に動作について説明する。
（１）手動で発電機２を回すと、発生した電力は整流器２１を介して０ボルトからスタートした蓄電用コンデンサ３に充電されていく。
（２）蓄電用コンデンサ３の充電電圧２２が前述の電圧変動範囲の上限近く（例えば１２０Ｖ）になると、リレー回路４内のリレー２３が動作して接点２４を閉じる。
（３）それによってリレー２５が動作し、この動作で発電機側の接点２６、２７が開き開閉器側の接点２８を閉じる。
（４）これにより蓄電用コンデンサ３は、一旦発電機２からの充電が遮断され、逆に出力コネクタ９を介して開閉器の制御回路１２へと電力の供給を開始する。
なお、リレー回路４が２段階となっているのは、１段階の場合、接点が切り替わる際に発電機側の接点２６と開閉器側の接点２８の両方が開いてしまう一瞬が存在し、回路が分断されて誤動作を引き起こす可能性があるためである。また、リレー回路４にはリレー２３の動作電圧を前述の電圧変動範囲上限近くに合わせるため抵抗２９、３０が設けられている。
（５）リレー２３の上記（２）の動作に連動して上記（３）の動作で接点２７が開くと、抵抗２９、３０の合成抵抗値が変化し、リレー２３の復帰電圧は前述の電圧変動範囲の下限近くとなる。
（６）他方、開閉器の制御回路１２へ電力が供給されると、前述と同じく接点１６を閉じて励磁用コンデンサ１８への充電が行われ、蓄電用コンデンサ３の電圧２２は次第に低下する。
（７）電圧２２が前述の電圧変動範囲の下限近く（例えば６０Ｖ）となるとリレー回路４が復帰して発電機側へ接続が切り替わり、再び蓄電用コンデンサ３への充電を開始する。
（８）発電機２を回し続けると、ここまでの一連の動作（１）〜（６）が、リレー回路４により自動的に繰り返され、励磁用コンデンサ１８の充電電圧３１は、図２で説明した昇圧チョッパ回路４４の動作により図４のように段階的に上昇していく。
（９）励磁用コンデンサ１８の充電が完了（例えば１９０Ｖ）すると、蓄電用コンデンサ３からの電力供給は開閉器の制御回路１２を動作させるのみとなり電圧２２の降下は緩やかとなる。
このため、リレー回路４の復帰まで十分な時間を得ることができ、発電機２を回す手を止めて開閉器を操作することが可能となる。

図３では、蓄電用コンデンサ３を使用した場合を示したが、実施の形態１の変形例として蓄電用コンデンサ３の代わりに蓄電池を使用しても同等の効果が期待できる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２である非常用操作電源装置の外観構造を示す斜視図、図６は、図５の非常用操作電源装置を用いて電磁操作方式開閉器を操作する場合の回路図である。
実施の形態１では手動による発電のみに頼る構成であったが、実施の形態２では、外部電源用ＡＣプラグ３２が、蓄電用コンデンサ３対し発電部と並列に接続されている。なお、３３は整流器、３４はセレクトスイッチである。
これにより、使用者は、セレクトスイッチ３４を操作することによりＡＣプラグ３２、又は発電機２のどちらから充電を行なうか選択することができる。
なお又、ＡＣプラグ３２と整流器３３とセレクトスイッチ３４は、図５に示すように収納ケース１に装備されている。
従って、ＡＣコンセントが開閉器側にある場合、又は、開閉器の近くに使用可能なＡＣコンセントがある場合には、それにＡＣプラグ３２を挿入することで、そこより電力を得ることができ選択的に蓄電用コンデンサ３を充電することができる利便性がある。
また、開閉器の近くに使用可能なＡＣコンセントがある場合には、手動で発電する必要は無く、容易に開閉器の操作を行なうことができる。
なお、実施の形態１と同一の部分については、説明を省略する。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３である非常用操作電源装置を用いて電磁操作方式開閉器を操作する場合の回路図である。
実施の形態１では手動による発電のみに頼る構成であり、実施の形態２では外部ＡＣ電源を利用して蓄電用コンデンサ３を充電する方式であったが、実施の形態３では開閉器の主回路３６が計器用変圧器３７と接続されている場合、計器用変圧器の低圧側３７ｂが、蓄電用コンデンサ３に対し、発電部が並列に接続されている。なお、３３は整流器、３４はセレクトスイッチである。これにより使用者はセレクトスイッチ３４を操作することに
より計器用変圧器の低圧側３７ｂ又は発電機２のどちらから充電を行うか選択することができる。
したがって、開閉器の主回路３６が計器用変圧器３７と接続されている場合には、そこから電力を得ることができ、選択的に蓄電用コンデンサ３を充電することができる利便性がある。又、開閉器の主回路３６が計器用変圧器３７と接続されている場合には、手動で発電する必要が無く、容易に開閉器の操作を行うことができる。
なお、実施の形態１と同一の部分については、説明を省略する、

実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４である非常用操作電源装置を用いて電磁操作方式開閉器を操作する場合の回路図である。
実施の形態１では手動による発電のみに頼る構成であり、実施の形態２では外部ＡＣ電源を利用して蓄電用コンデンサ３を充電する方式であり、実施の形態３では、開閉器の主回路３６が計器用変圧器３７と接続されている場合に計器用変圧器の低圧側３７ｂから電力を得て蓄電用コンデンサ３を充電する方式であったが、実施の形態４では、電磁操作方式開閉器の定格操作電圧と同等の出力電圧を有する乾電池３８が発電部と並列に接続されている。なお、３４はセレクトスイッチである。これにより使用者はセレクトスイッチ３４を操作することにより乾電池３８又は発電機２のどちらから充電を行うか選択することができる。
したがって、乾電池３８がある場合には、そこから電力を得ることができ、選択的に蓄電用コンデンサ３を充電することができる利便性がある。
又、乾電池３８がある場合には、手動で発電する必要が無く、容易に開閉器の操作を行うことができる。乾電池３８は、燃料電池、自動車用バッテリーなどの採用も可能である。
なお、実施の形態１と同一の部分については、説明を省略する、

実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５である非常用操作電源装置を用いて電磁操作方式開閉器を操作する場合のブロック回路図である。
実施の形態５では、実施の形態１である手動発電機２により電力を得る装置、実施の形態２であるＡＣプラグ３２から電力を得る装置、実施の形態３である計器用変圧器から電力を得る装置、実施の形態４である電池（乾電池、燃料電池、自動車用バッテリなど）３８から電力を得る装置をすべて採用し、これらの電源をセレクトスイッチ４０により、使用者が状況に応じて選択使用できるようにしたものである。
したがって、各装置の使い分けにより各装置が有する効果を適宜発揮することができる。

この発明の実施の形態１である非常用操作電源装置の構造を示す斜視図で、図１（ａ）は内部を示す斜視図、（ｂ）は外観の斜視図である。ＤＣ電源１４による通常時における電磁操作方式開閉器を示す回路図である。ＤＣ電源１４が喪失した際に、図１の非常用操作電源装置を用いて電磁操作方式開閉器を操作する場合の回路図である。この発明の実施の形態１における非常用操作電源装置内の蓄電用コンデンサと電磁操作方式開閉器内の励磁用コンデンサの充電電圧の関係を示すグラフである。この発明の実施の形態２である非常用操作電源装置の外観構造を示す斜視図である。この発明の実施の形態２である非常用操作電源装置の回路図である。この発明の実施の形態３である非常用操作電源装置の回路図である。この発明の実施の形態４である非常用操作電源装置の回路図である。この発明の実施の形態５である非常用操作電源装置のブロック回路図である。

符号の説明

１収納ケース２手動発電機
３蓄電用コンデンサ４リレー回路
５ワンウェイクラッチ６回転ハンドル
７伝達機構８キャリングハンドル
９出力コネクタ１０抵抗器
１１セレクトスイッチ１２開閉器制御回路
１３開閉器操作電源１４ＤＣ電源
１５安全ブレーカ１６接点
１７電磁コイル１８励磁用コンデンサ
１９接点２０非常用電源装置電源回路
２１整流器２２蓄電用コンデンサ充電電圧
２３リレー２４接点
２５リレー２６接点
２７接点２８接点
２９抵抗３０抵抗
３１励磁用コンデンサ充電電圧３２外部電源用ＡＣプラグ
３３整流器３４セレクトスイッチ
３５キャスター３６開閉器の主回路
３７計器用変圧器３７ａ計器用変圧器の高圧側
３７ｂ計器用変圧器の低圧側３８乾電池（電池）
３９計器用変圧器接続プラグ４０セレクトスイッチ。
４１チョッパ部４２リアクトル部
４３抵抗４４昇圧チョッパ回路
４５ダイオード。

Claims

通常は操作電源装置からの電力供給によって、負荷の開閉操作を行なう電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器を備え、上記操作電源装置の電源喪失状態時に、上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器へ電力を供給し上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器を開閉操作する非常用操作電源装置において、手動発電機で構成した発電部と、この発電部の出力により得られた電力を上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器の操作可能な電圧となるまで一旦蓄える蓄電池、又はコンデンサからなる蓄電部と、この蓄電部からの電力を上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器へ供給する出力部と、上記発電部から蓄電部への接続と上記蓄電部から上記出力部への接続を適宜切替えて上記蓄電部の充放電を制御する制御部と、により構成されこれらの部材を可搬式の収納ケースに収納し、上記蓄電部の充電電圧が，上記電動操作方式開閉器，又は電磁操作方式開閉器の定格操作電圧の変動範囲の上限に近付いた時に，上記制御部が上記出力部への電力の供給を開始し、上記蓄電部の充電電圧が，上記電動操作方式開閉器，又は電磁操作方式開閉器の定格操作電圧の変動範囲の下限に近付いた時に，上記制御部が出力部への電力の供給を停止することを特徴とする非常用操作電源装置。
上記手動発電機にこの手動発電機を回動操作作するハンドルを備え、このハンドルは、上記手動発電機に一定の方向にのみ回転力を伝えるワンウェイクラッチを介して接続したことを特徴とする請求項１に記載の非常用操作電源装置。
上記蓄電部における蓄電池、又はコンデンサの定格電圧を、操作対象となる上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器の定格操作電圧以上とし、且つ上記手動発電機の出力電圧のピーク値を上記蓄電部における蓄電池、又はコンデンサの定格電圧以下としたことを特徴とする請求項１、又は請求項２記載の非常用操作電源装置。
上記蓄電部に対し上記発電部と並列に接続された外部電源用ＡＣプラグ、上記蓄電部を上記発電部又は上記ＡＣプラグと適宜切替え接続するスイッチを備え、
上記スイッチにより上記発電部、又は上記ＡＣコンセントのいずれか片方のみを上記蓄電部に切替え接続することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の非常用操作電源装置。
上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器の主回路に設けられその低圧側端子を上記蓄電部に対し上記発電部と並列に接続した変圧器、上記蓄電部を上記変圧器又は上記発電部と適宜切替え接続するスイッチを備え、
上記スイッチにより上記発電部、又は上記変圧器のいずれか片方のみを上記蓄電部に切替え接続することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の非常用操作電源装置。
通常は操作電源装置からの電力供給によって、負荷の開閉操作を行なう電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器を備え、上記操作電源装置の電源喪失状態時に、上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器へ電力を供給し上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器を開閉操作する非常用操作電源装置において、手動発電機で構成した発電部と、この発電部の出力により得られた電力を上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器の操作可能な電圧となるまで一旦蓄える蓄電池、又はコンデンサからなる蓄電部と、この蓄電部からの電力を上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器へ供給する出力部と、上記発電部から蓄電部への接続と上記蓄電部から上記出力部への接続を適宜切替えて上記蓄電部の充放電を制御する制御部と、により構成されこれらの部材を可搬式の収納ケースに収納すると共に、
上記蓄電部に対し上記発電部と並列接続され、上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器の定格操作電圧と同等の出力電圧を有する電池、上記蓄電部を上記発電部又は上記電池と適宜切替え接続するスイッチを備え、上記スイッチにより上記発電部、又は上記電池のいずれか片方のみを上記蓄電部に切替え接続することを特徴とする非常用操作電源装置。
通常は操作電源装置からの電力供給によって、負荷の開閉操作を行なう電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器を備え、上記操作電源装置の電源喪失状態時に、上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器へ電力を供給し上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器を開閉操作する非常用操作電源装置において、手動発電機で構成した発電部と、この発電部の出力により得られた電力を上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器の操作可能な電圧となるまで一旦蓄える蓄電池、又はコンデンサからなる蓄電部と、この蓄電部からの電力を上記電動操作方式開閉器、又は電磁操作方式開閉器へ供給する出力部と、上記発電部から蓄電部への接続と上記蓄電部から上記出力部への接続を適宜切替えて上記蓄電部の充放電を制御する制御部と、により構成されこれらの部材を可搬式の収納ケースに収納すると共に、
上記蓄電部に対し上記発電部と並列接続され上記電動操作方式開閉器又は電磁操作方式開閉器の定格操作電圧と同等の出力電圧を有する電池、上記発電部、外部電源用ＡＣプラグ、上記発電部と並列に接続した変圧器の接続プラグが並列に接続され、上記蓄電部を、上記発電部、上記ＡＣプラグ、上記変圧器の接続プラグ、上記電池と適宜切り替え接続するセレクトスイッチを備え、
上記セレクトスイッチにより上記発電部、上記ＡＣプラグ、上記変圧器の接続プラグ、上記電池のいづれかひとつと切り替え接続することを特徴とする非常用操作電源装置。