JP5038016B2 - サーボモータによって駆動される、交流電源の断路器回路遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、
− 第１の軸に沿って並進状態で、互いに対して動くように取り付けられた接点の第１の対を有する第１スイッチと、
− 第２の軸に沿って並進状態で、互いに対して動くように取り付けられた接点の第２の対を有する回路遮断装置の第２スイッチであって、該第２スイッチは第１スイッチと平行に設けられた回路遮断第２スイッチと、
− 互いに対して動くように取り付けられた接点の第３の対を有する断路器用第３スイッチと、
− 遮断が行われている間に、第１スイッチの接点が、第２スイッチの接点の分離の前に分離し、第２スイッチの接点その自身が、第３の接点が完全に分離する前に分離することを可能とする同期手段と、
を備える、交流電源の断路器回路遮断装置に関している。

このタイプの開閉装置は、特許文献１及び特許文献２からすでに知られている。このような開閉装置は、回路遮断装置が適正な操作順で駆動されることを保証する連係によって電極に接続された、単一の制御手段によって駆動されている。しかし、主回路、回路遮断装置、及び次には断路器を開とすることができる、そしてその次には位置表示装置を駆動することができる、組み合わされた制御手段及び連係は、それぞれの装置の部品の動きに対する要求と、回路遮断装置を制御するための従来の制御手段の動きにかかる時間との間の矛盾のため、設計するのが非常に困難である。また、その駆動順序は、寸法的な組み合わせ、及び時間の制限の組み合わせによって複雑にされている。

開閉装置は、また特許文献３からも知られており、この文献では、サーボモータは、回路遮断装置を駆動するために使用することができる。しかし、このようなサーボモータは、通常の連係を介して開閉装置の複数の部品を駆動するために使用することはできない。
欧州特許第０８７７４０５号明細書 欧州特許第０８７８８１７号明細書 欧州特許第１１０８２６１号明細書

本発明の目的は、これら欠点を克服する断路器回路遮断装置を提供することである。

この目的は、同期手段がサーボモータによって駆動されるという事実によって達成される。この特徴によって、接点の動作特性を電気的な方法によって、時間の関数として制御することが可能となる。このことによって、制御エネルギーを調整し、達成されるべき動作の要求に完全に一致させることが可能となる。

有利には、サーボモータは、第１スイッチの接点が、この接点の開ストロークのほぼ前半に対して、１．５ｍ／ｓから２．５ｍ／ｓの範囲で、及び接点の開ストロークの後半に対して、０．５ｍ／ｓから０．８ｍ／ｓの範囲で開とする、開速度を得るように、同期手段を駆動する。

この特性によって、アークが消滅し、断路器が動作するのを待つために、サイクルの一部分で急激に速度が落ちる、サイクルの最初において、速い動作が生成される。

好ましくは、同期手段は、第１スイッチが１．５ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓの範囲の開速度でそのストロークのほぼ半分に沿って動いたときに、第２スイッチが開となるように設計されている。

好ましくは、第１スイッチがその開ストロークのほぼ３分の２に沿って動くとすぐに、第３スイッチが開となる。有利には、同期手段は、第３スイッチの開速度が１．５ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓの範囲にあるように設計される。

任意な、又は代替的な特性が下記に挙げられている。
− 第３スイッチの第３の接点の対は、第３の軸に沿って互いに対して動くように取り付けられ、第２及び第３の軸のうちの少なくとも一方は第１の軸と交差している。
− 第３の軸は第１の軸と実質的に平行である。
− 第２の軸は第１の軸と交差している。
− 第３の接点の対は、所定の軸の周りに回転することによって互いに対して動くように取り付けられている。
− 第３スイッチは第２スイッチと一連とされており、第２スイッチと第３スイッチとはともに第１スイッチと平行である。
− 第２の軸は、第１の軸に対して実質的に９０°に等しい角度を形成している。
− それぞれの接点の対は、制御手段からの作用の下で動くように取り付けられた駆動装置の棒状部材に関連している。
− 回路遮断装置は、第１スイッチの接点、次いで第２スイッチの接点、次いで第３スイッチの接点を、この順に分離するように設けられた同期手段を有している。

また、本発明の別の特徴と利点は、添付の図面を参照しつつ図示の方法によって与えられる実施形態の、後述の記載を読むことで明らかとなるであろう。

回路遮断装置、及び特に本発明の交流電源の回路遮断装置の操作原理が図１に図示されており、この装置は操作の際に、低格電流Ｉに近い電流Ｉ_０が流れる主回路と、短絡回路を遮断するために使用される予備回路とを有している。

交流電源回路遮断装置にとって、数千アンペアを超える定格電流Ｉの通過は、その端子が例えば銅で作られるように特に導電性を有する、主回路に使用されるスイッチ１０を必要とする。しかし、これら接点の遮断力は、電気的アークの発生（ｓｔｒｉｋｉｎｇ）によって限定される。回路遮断装置の第２スイッチ２０は、第１スイッチ１０と平行とされ、回路遮断機能を適正に行う。第１スイッチ１０の開は、事実上、電流Ｉを主回路から予備回路へ転換させ、例えばタングステンからなる前記第２スイッチ２０は、定格電流の通過に関する限定された機能ではあるが、高い遮断力を有する。

このように、永久電流の通過及び短絡電流の遮断の機能は分離され、よって、回路遮断が必要な場合には、まず第１スイッチ１０が駆動され、電流のすべてが予備回路に切り換わり、第２のスイッチを開として、回路遮断機能を得ることを可能とする。また、第３スイッチ３０は次いで開となる。その機能は主に安全機能であり、予備回路への第３スイッチ３０の関与によって、電流を関連する分岐回路の中へ誤って流してしまう場合がある、第２スイッチの絶縁強度の減少を回避することが可能となる。

このような回路遮断装置を再度閉とするために、逆の順序が適用される。まず、断路器３０が再度閉とされ、次いで回路遮断装置のスイッチ２０が再度閉とされ、最後に第１スイッチ１０が再度閉とされる。

スイッチ１０、２０、３０のそれぞれは、互いに対して動くように取り付けられた接点の対を有し、有利には、それぞれの対の第１の接点１２，２２，３２は固定されており、第２の接点１４、２４、３４は、第１の接点に対して動くように取り付けられた可動な接点である。図２に示す第１の実施形態においては、可動接点のそれぞれは、それぞれの軸ＡＡ，ＢＢ，ＣＣに沿って並行状態で動く。

特に、第１スイッチ１０はガス絶縁タイプとすることができる。また、定格電流が非常に高い場合には、第１スイッチは、互いに平行に設けられた２つのスイッチを備える開閉器とすることができる。しかし、好ましくは、図示されるように、第１スイッチ１０は、筒状の第１の接点１２の中に、これもまた筒状の第２の接点１４を挿入することのできる、筒状の第１の接点を有している。

第２スイッチ２０は、六フッ化硫黄（ＳＦ６）タイプのガスを含む、ガス絶縁された回路遮断装置とすることができる。第２スイッチ２０を通過する電流Ｉ−Ｉ_０は通常の操作状況の下では小さいので、好ましくは、第２スイッチ２０は真空の“瓶”であり、このことによって、経費を節減し、すべての社会生態学上の基準を満足するわけではないＳＦ６の使用を回避することが可能となる。第２スイッチの可動接点２４は、軸ＢＢに沿って動くように取り付けられた駆動体の棒状部材４４によって動かされる。

最後に、１つの実施形態においては、第３スイッチ３０は、別の棒状タイプの可動接点３４を開状態の閉塞容器の軸ＣＣに沿って挿入することができる、固定接点３２を有することができる。棒状部材３４は、並行する棒状部材４６を介して動かすことができる。

サーボモータ４０は、第１、第２、及び第３の可動接点１４、２４、及び３４を動かすことができる。このために、サーボモータ４０は機能的に駆動体４２、４４、４６のそれぞれに接続されている。同期手段５０は、スイッチ１０、２０、３０の相対的開状態を延長することを可能とする。

サーボモータ４０は、最初に第１スイッチを開とする。この開は、接点の開ストロークの最初の部分において、１．５ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓの範囲、好ましくは２ｍ／ｓに等しい、相対的に速い速度で行われる。この最初の部分は、第１スイッチ１０の開ストロークの実質的に半分を超えて延長される。

第１スイッチが十分な開距離に達するとすぐに、同期手段５０は第２スイッチ２０を開とする。前記十分な距離は電圧の関数である。例として、７０ミリメータ（ｍｍ）の開距離は６１キロボルト（ＫＶ）の電圧に対して十分であり得る。とにかく、第１スイッチがそのストロークの半分に沿って移動したら、遅くともすぐに、第２スイッチは開となる例えば、第１スイッチのストロークが１７０ｍｍである場合、第１スイッチの可動な接点が８５ｍｍを移動したら遅くともすぐに、第２スイッチは開となる。その開とする速度は比較的速く、約２ｍ／ｓである。

第１スイッチがそのストロークの半分に沿って移動するとすぐに、サーボモータは同期機構５０の駆動速度を遅くし、接点１２、１４の開の第２の半分が相対的にゆっくりと行われる。”相対的にゆっくり”という表現は、ｍ／ｓで表される開の速度が、相対的に速い速度より約３倍遅いことを意味すると理解されなければならない。よって、第１スイッチの相対的に遅い開の速度は、０．５ｍ／ｓ〜０．８ｍ／ｓの範囲にある。

回路遮断装置２０が開となるとすぐに、同期手段は、回路遮断装置２０のアークを消滅させるために必要な所定の待機時間が、断路器３０の第３スイッチ３４が動かされる前に経過することを保証するように作用する。断路器が十分な断路距離に達するとすぐに、サーボモータは（図示されない）位置表示装置を動作させる。この位置表示装置の機能は、回路遮断装置が開であるか、閉であるかを表示することである。

この実施形態のそれぞれの棒状部材４２、４４、４６は、同じ制御手段４０と並行して動くとともに、この制御手段４０に固定され、３つの開状態の閉塞容器の軸ＡＡ、ＢＢ、ＣＣは平行である必要は無く、例えばそれらの少なくとも１つは軸ＡＡと交差している。小型化のために、少なくとも１つの軸ＢＢを第１の軸ＡＡに対して９０°の角度で配置することが好ましい。この構成は、接点の対１２、１４；２２、２４；３２、３４、及びそれらを動かすための手段４２、４４、４６の異なる配置を必要とするが、同期の複雑性という理由で、先見的に採用されなかった（ｐｒｉｏｒｉ ｄｉｓｍｉｓｓｅｄ）この構成を選択することができるということがわかる。

よって、例えば同期手段５０は、第１スイッチ１０の駆動体の棒状部材４２の中にグルーブ５２を備え、このグルーブは、棒状部材の軸ＡＡに沿った略長手方向にあるが、傾斜部分を有し、このグルーブは第２の駆動体の棒状部材４４と一体とされたつまみ５４のタイプの要素に関連しており、よって、第１の段階において、第１の可動接点１４が動いている間に、第２の可動接点２４を第２の固定接点２２から離隔するように動かすように、つまみ５４の位置が動かされる。

切り替えスイッチ１０及び断路器３０の軸ＡＡ、ＣＣが、図２に示すように、平行であることは有利であり得るが、後述のように別の形態も可能である。同期手段５０は、断路器３０の開を回路遮断装置のスイッチ２０の開に対して遅らせるための前述のシステムと同様のシステムを有することができる。しかし、同期手段５０は、第１スイッチ１０と第３スイッチ３０との間で直接関連することが好ましい。例えば、同期手段５０は、第３の可動接点３４の端部に取り付けられたレバーアーム５６を備え、その枢動軸は第３スイッチ３０の駆動体の棒状部材４６に配置されたグルーブに関連している。第１及び第３スイッチ１０、３０の駆動体の棒状部材４２、４６は、駆動手段４０によってともに動かされるが、第３の接点３４の動きの遅延は、レバー５６が枢動される前の待ち時間によって生じる。

別の駆動及び同期の解法が自然に想到可能である。

特に、図３に示すように、断路器装置のスイッチ３０’は、“ナイフスイッチ”式の別の原理を操作することができる。図示された交流電源の回路遮断装置においては、主スイッチ１０’は２つの接点１２’、１４’を有し、これら接点１２’、１４’は互いに対して並進状態で動くように取り付けられているとともに、２００ｍｍの直径の管のような筐体中に配置されている。図３Ａに示す操作位置においては、交流電源の電流Ｉ_０は、（矢印で示す）この主回路を通じて流れている。

回路遮断が必要とされるとき、サーボモータ６０’は２つの接点１２’、１４’を比較的迅速に分離する。駆動は棒状部材４２’によって生じる。図３Ｂに示す第１段階においては、電流Ｉはその主電路に沿って流れ続けるが、アークがスイッチ１０’の２つの接点１２’、１４’の間の距離に亘って発生し、次いで主回路の回路遮断装置が完成され（図３Ｃ）、電流は予備回路のみを通じて流れ、遅延手段５０’は回路遮断装置のスイッチ２０’の接点２２’、２４’の遅延された開を有する。例えば、主回路の絶縁距離は、例えば、駆動体の棒状部材４２’が、真空チャンバ２０’が開く前にその全ストロークの約半分に亘って動くように、再アーク発生（ｒｅ−ｓｔｒｉｋｅ）遷移電圧に耐えることを可能とする。

短絡回路の電流を遮断するため、サーボモータ６０’は、第１スイッチ１０’の並行する軸に直行する軸に沿った回路遮断チャンバ２０’の相対的に可動な２つの接点２２’、２４’を並進状態で動かす：図３Ｄ。２つの接点２２’、２４’は、棒状部材４２’に直交する駆動体の棒状部材４４’によって動かされ、遅延手段５０’を介して、例えば第１の駆動体の棒状部材４２’のグルーブ５２’中で動くつまみ５４’によって駆動棒状部材４４’に固定されている。接点２２’、２４’が離間して動いている間に、アークは発火し、次いで非常に迅速に回路遮断が完成される：図３Ｅ。

これら段階の間に、遅延手段５０’によって、断路器スイッチ３０’は駆動されない。この点から、サーボモータ６０’は接点を比較的ゆっくりと駆動する。断路器３０’の静止接点３２’は、第１スイッチの静止接点１２’に固定され、断路器３０’の第２の接点３４’は軸３６’の周りに枢動することによって静止接点に対して動くように取り付けられている。前記スイッチ３０の接点３２’、３４’を駆動するための駆動手段４６’は、第１の棒状部材４２’に固定され、さらに、枢軸３６’において、可動接点３４’が駆動棒状部材４６’上のつまみと互いに補足し合う、グルーブの形状の遅延手段５６’を有して設けられているが、それは、接点３４’が軸３６’の周りに回転する棒状部材によって駆動される前に、つまみがそれに対して動くことを可能とし、最終的に、図３Ｆに示すように、断路器が完成される。

当然、別の駆動装置が可能である。例えば、断路器３０’もまた、例えば、前述のように、別の２つのスイッチ１０’、２０’の接点の並行する軸のうちの１つに平行な軸３６’の周りに枢動することによって、“水平”面内で動くことができる。

図４において、参照符号１１０は第１の接点１０の開ストロークの曲線を示し、参照符号１２０は第２スイッチの開ストロークを示し、参照符号１３０は第３スイッチ３０の開曲線を示している。図４からわかるように、曲線１１０は、大きい傾きの部分１３２と、比較的ゆるい傾きの部分１３４を表している。部分１３２はサーボモータ４０又は６０’が同期手段を比較的速く駆動するサイクルの部分に対応し、部分１３４は、サーボモータが同じ同期手段を比較的ゆっくりと駆動する、断路器回路遮断装置の開サイクルの第２の部分に対応している。例として、曲線１１０の部分１３２は２ｍ／ｓの開速度に対応し、同じ曲線の部分１３４は０．６ｍ／ｓの開速度に対応する。言い換えると、開サイクルの比較的速い部分中の開速度は、比較的遅い開部分中の３倍以上である。曲線の２つの部分の間の遷移部分の点１３５は、第１スイッチ１０の開ストロークに沿った略半分に位置している。図４からわかるように、回路遮断装置２０は速い開期間のほぼ終わりに開となり、部分１３６の傾きは、部分１３２の傾きにほぼ等しい。例えば、それは例における約２ｍ／ｓの速度に対応している。回路遮断装置のスイッチ２０の開の終了の後、所定の待機時間、断路器装置のスイッチ３０が開となる前の直線部分１３８によって示される、例えば１０ミリ秒（ｍｓ）が経過する。この点で、第１スイッチはその開ストロークのほぼ３分の２に沿って移動している。断路器スイッチ３０は次いで、たとえそのときにサーボモータが第１の接点を比較的ゆっくりと開とするように駆動されていても、例えば約２ｍ／ｓにおける、曲線１２０の傾き１４０によって示されるように、比較的速く開となる。第３スイッチの比較的速い開は、例えばレバーアーム４２及び５６の比によるような、同期手段の構成によって得られる（図２参照）。

本発明の断路器回路遮断装置の回路遮断の原理を図示的に示す図である。 本発明の回路遮断装置の好ましい実施形態を示す図である。 本発明の交流電源の回路遮断装置の別の実施形態の回路遮断順序を示す図である。 本発明の交流電源の回路遮断装置の別の実施形態の回路遮断順序を示す図である。 本発明の交流電源の回路遮断装置の別の実施形態の回路遮断順序を示す図である。 本発明の交流電源の回路遮断装置の別の実施形態の回路遮断順序を示す図である。 本発明の交流電源の回路遮断装置の別の実施形態の回路遮断順序を示す図である。 本発明の交流電源の回路遮断装置の別の実施形態の回路遮断順序を示す図である。 ３つのスイッチのストロークを時間の関数として表した３つの曲線を示す図である。

符号の説明

１０、１０’・・・第１スイッチ
１２、１４、１２’、１４’・・・第１の接点
２０、２０’・・・第２スイッチ
２１、２４、２２’、２４’・・・第２の接点
３０・・・第３スイッチ
３２、３４、３２’、３４’・・・第３の接点
５０、５０’・・・同期手段
４０、６０’・・・サーボモータ
ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ・・・軸
４２、４４、４６・・・棒状部材

Claims (13)

1. − 第１の軸（ＡＡ）に沿って並進状態で互いに対して動くように取り付けられた第１の接点（１２、１４、１２’、１４’）の対を有する第１スイッチ（１０）と、
   − 第２の軸（ＢＢ）に沿って並進状態で互いに対して動くように取り付けられた第２の接点（２１、２４、２２’、２４’）の対を有する回路遮断装置の第２スイッチ（２０、２０’）であって、該第２スイッチ（２０、２０’）は、前記第１スイッチ（１０、１０’）に電気的に並列に接続されている第２スイッチ（２０、２０’）と、
   − 互いに対して動くように取り付けられた第３の接点（３２、３４、３２’、３４’）の対を有する断路器の第３スイッチ（３０、３０’）と、
   − 遮断が行われている間に、前記第１スイッチ（１０、１０’）の接点が、前記第２スイッチ（２０、２０’）の接点が分離する前に分離し、前記第２スイッチの接点それ自体が、前記第３の接点（３２、３４、３２’、３４’）が完全に分離する前に分離することを可能とする同期手段（５０，５０’）と、
   を備える交流電源断路器回路遮断装置であって、
   該交流電源断路器回路遮断装置は、前記同期手段が１つのサーボモータ（４０、６０’）によって駆動され、該サーボモータは、前記第１の接点が離れる開ストロークの約第１の半分において第１の開速度を得るように前記同期手段を駆動し、前記サーボモータ及び前記同期手段は、前記第１の接点が開き続ける開ストロークの約第２の半分において、第２の開速度を得るためのものであり、前記第１の開速度は、前記第２の開速度よりも約３倍速いことを特徴とする交流電源断路器回路遮断装置。
2. 前記サーボモータ（４０、６０’）は、前記第１スイッチの接点の開ストロークの約第１の半分に対して１．５ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓの範囲にある、前記接点（１２、１４、１２’、１４’）が開く開速度と、前記第１スイッチの接点の開ストロークの第２の半分に対して０．５ｍ／ｓ〜０．８ｍ／ｓの範囲にある、前記接点（１２、１４、１２’、１４’）が開く開速度と、を得るような方法で同期手段（５０、５０’）を駆動していることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断装置。
3. 前記同期手段（５０）は、前記第１スイッチが、前記第１スイッチのストロークの略半分に沿って動いたときに、前記第２スイッチが１．５ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓの範囲にある開速度で開となるように設計されていることを特徴とする請求項２に記載の回路遮断装置。
4. 前記第３スイッチは、前記第１スイッチ（１０）がその開ストロークの略３分の２に沿って動くとすぐに、開となることを特徴とする請求項２又は３に記載の回路遮断装置。
5. 前記同期手段は、前記第３スイッチ（３０）の開速度が１．５ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓの範囲にあるように設計されていることを特徴とする請求項４に記載の回路遮断装置。
6. 前記第３スイッチ（３０）の第３の接点の対は、第３の軸に沿って並進状態で互いに対して動くように取り付けられ、前記第２及び第３の軸の少なくとも一方は、前記第１の軸（ＡＡ）と交差していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路遮断装置。
7. 前記第３の軸（ＣＣ）は、前記第１の軸（ＡＡ）と略平行であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路遮断装置。
8. 前記第３の接点の対（３２’、３４’）は、軸（３６）の周りに枢動することによって互いに対して動くように取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路遮断装置。
9. 前記第３スイッチ（３０、３０’）は、前記第２スイッチ（２０、２０’）と一連とされ、前記第２及び第３スイッチはともに前記第１スイッチ（１０、１０’）と電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の回路遮断装置。
10. 前記第２の軸（ＢＢ）は、前記第１の軸（ＡＡ）に対して略９０°に等しい角度を形成していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の回路遮断装置。
11. 前記それぞれの接点の対は、制御手段（４０）からの作用の下で動くように取り付けられた駆動体の棒状部材（４２、４４、４６）に関連していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回路遮断装置。
12. 前記同期手段（５０、５０’）は、前記第１スイッチ（１０、１０’）の接点、次いで前記第２スイッチ（２０、２０’）の接点、次いで前記第３スイッチ（３０、３０’）の接点を、この順に分離するように適用されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の回路遮断装置。
13. 前記同期手段（５０、５０’）は、前記スイッチ（１０、２０、３０、１０’、２０’、３０’）の接点を、これら接点が分離された順に対する逆の順に連続して再度閉とするように設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の回路遮断装置。

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