JP5254340B2 - 短絡システムを有する低圧、中圧又は高圧スイッチギヤアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の、短絡システムを有する低圧、中圧及び高圧スイッチギヤアセンブリに関する。

低圧、中圧及び高圧スイッチギヤアセンブリは、エネルギの流れを分配し、安全な作動を保証するという役割を有する。内部欠陥（誤ったアーク）の極めて起こりそうもないケースにおいて、据付け安全性及び人員安全性も保証されねばならない。スイッチギヤアセンブリ内で生じる誤ったアークは、数ミリ秒の間に、その温度により、ガスの急激な圧力上昇を生じ、このことはスイッチギヤの爆発による破壊を生じる恐れがある。したがって、圧力をできるだけ迅速に散逸させるための手段が採用されている。さらに、アーキングの誤りは、関連する領域に限定されるようになっており、操作者を危険に陥らせてはならない。

アークの発生は、例えばスイッチパネルの内部分割（区割り）によって、適切な設計によって極めて限定されていることができる。この目的のために、スイッチギヤアセンブリの個々のスイッチパネルは、圧力逃がし開口又は圧力逃がしチャネルを有しており、この圧力逃がし開口又は圧力逃がしチャネルを介して、ガスは周囲へ流出することができる。したがって、誤ったアークの効果は、主にアーク持続時間を減じることによって制限されることができる。

これは、光、温度又は圧力に反応し、上流の回路遮断器、概してフィードスイッチを切断する適切なセンサを用いて達することができる。これは、４０ｍｓ〜８０ｍｓのアーキング時間を生じる（誤ったアークは、ガス雰囲気空気において、又は分割部、すなわち区画（カプセル封じ）内のその他の絶縁ガスにおいて、又は固体（境界層）において、燃焼する）。これは、最も大きな機械負荷が僅か約１０ｍｓ後に生じ、熱負荷のみが減じられるという欠点を有する。これは、スイッチギヤアセンブリ、カプセル封じ又は固体絶縁システムの、全体的に頑丈で且つコストのかかる設計を必要とする。

圧力が上昇している間でさえも内部欠陥（誤ったアーク）を克服するために、数ミリ秒以内で切り換えるスイッチング装置、いわゆる短絡システムが必要とされる。専ら、空気又はＳＦ₆中で切り換える、このような三相短絡装置が知られている。あらゆる場合において、スイッチング定格及び絶縁能力は、繰り返されるスイッチングにおける高い突入電流により、減じられる。これに対し、真空断続器室を用いる場合は、これらの電気特性は、スイッチング動作の回数が増加するにしたがって、実質的に不変のままである。

従来技術において、これに関連する様々な解決手段が存在する。

独国特許出願公開第１９９２１１７３号明細書は、"切り換えられる真空断続器室"及び"トリガされた真空ギャップ"の原理に基づき、それぞれの個々の相において又は相の間において真空断続器室を有する短絡システムを開示している。

独国特許出願公開１９９１６３２９号明細書は、コンパクトで、良好なピストン案内を行い、且つガス発生器の使用に適していることが意図された接続レールへの接続レールの電気的接続のための、ガス発生器と、ガス発生器によって直接に駆動される短絡ピストンとを備えた、電力の分配のための設備における使用のための、誤ったアーク保護装置のための短絡装置を開示している。

これは、短絡ピストンが接続レールにおいて案内及び保持され、ガス発生器が、初期体積を有する保持部分に埋設され、絶縁材料から成り、接続レールに直接に取り付けられていることにより達成される。

独国特許出願公開第１９７４６８１５号明細書は、ガス発生器を備えた電力の分配のための設備において使用するための同様の誤ったアーク保護装置を開示しており、ガス発生器において、ガス発生器によって駆動される短絡ピストンが、最適な突然の移動を行い、同時に、ガス発生器が固定して取り付けられるという別の目的のために、製造公差から独立して、搬送のために固定される。これは、短絡ピストンにシールとしての少なくとも１つのＯリングが設けられており、短絡ピストンの上面が、解放されていない状態において圧力膜と同一平面を成し、解放されていない状態におけるピストンの移動の際に真空が生ぜしめられ、短絡ピストンを休止位置へ戻す。

第２及び第３の引用された従来技術の文献は、中圧スイッチギヤアセンブリのための以下の欠点を有する。上流の回路遮断器に関して、公知の短絡装置の切換えはゆっくりすぎる。短絡装置の三相設計により、短絡装置は概して技術的にも複雑すぎ、コストも高い。スイッチングプロセスの間、これらの短絡装置は、全ての３つの相における前もって生きている電流経路を接地しているか、又は個々の相の間で接続している。これ自体は、短時間で概して大きな誤った電流を伝送するためのコンパクトな、複雑な接地電流経路を必要とする。さらに、電流は、寿命を通じてスイッチング定格及び隔離能力の低下を生じる。

したがって、本発明は、前記欠点を克服し、物理的に単純な手段を用いて迅速なスイッチングを可能にするという目的に基づく。

前記目的は、この一般的な形式の中圧スイッチギヤアセンブリのために、請求項１の特徴によって達成される。

別の有利な改良は従属請求項に示されている。

この場合における発明の本質は、短絡装置が真空断続器室に配置されており、固定接点片が配置されている真空領域が、弱い破断線が設けられた膜を介して分割されているということである。可動接点片の上方における適切に設計されたピストン（スイッチング室の真空中に同様に配置された、プラグ又はソケットの形式）は、スイッチングの時に、破断箇所において膜を貫通し、ユニットを固定接点の方向に移動させる。その結果、移動接点において通常必要とされるベローズは必要とされない。今では必要とされる貫通移動は、目的に従って、よりよい動力学、ひいてはより迅速なスイッチングを生じる。

１つの有利な改良において、スイッチングの時に移動する接点片は、作動されない状態において、先端部において、配置されており、真空密封シールを形成する膜を貫通する。

別の有利な改良は、膜に螺合、溶接又はろう接された可動接点片を提供する。したがって、上部円筒状領域は、下部真空領域から真空気密式に仕切られている。

別の有利な改良において、可動接点片は、ガス発生器によって作用されることができるピストン・シリンダ装置に結合されており、このピストン・シリンダ装置には、作動時に弱い箇所を貫通する切断エッジが、ピストンの下面に配置されており、この切断エッジは、膜の破断線の僅かに上方に位置している。これは、通常のベローズによる気密切断よりも、優れた動力学を生じる。

別の有利な改良において、ピストンは、導電性材料から形成されており、可動接点と導電性接続を形成しており、環状のすり接点がピストンの走行面に配置されている。これは、単純な形式で可動接点片と共に有効に駆動される電気接点を生じる。

別の有利な改良において、ガス発生器は、ねじ結合部を介して挿入及び固定されることができる、化学的推進薬を備えたカートリッジとして形成されており、ねじ結合部は、適切な箇所において、スイッチング室のハウジングに取り付けられていることができる。したがって、推進薬は、後で使用されることができるか、又は、必要であれば、時間が経った後に交換されることができる。ねじ結合部は、機械的な過負荷に対する保護の形態も提供する。

ピストン・シリンダ装置を含む短絡装置の上側部分が、金属材料から形成され、短絡装置の下側部分が、絶縁体から成る真空断続器室を有することも有利である。

さらに、真空断続器室又は真空断続器室の誘電性材料は、セラミック材料から成る。

別の有利な改良において、可動接点の先端には、外側円錐が設けられており、固定接点には、外側円錐に対して相補的な内側円錐が設けられている。これは、慎重な短絡の間に確実に行われる接触を生じる。

最後の有利な改良において、スイッチングの時に外側円錐が内側円錐に入り込むことにより機械的な自己ロッキングが生じるように、円錐の側面は角度付けられている。したがって、このようにして生ぜしめられた短絡がその後も維持され、したがって反跳、すなわち可能であるところで接点片が跳ね返って離反することを回避する。

本発明による短絡装置は、この場合、供給電流路において直接に、１つ又は２つ以上のスイッチパネルを有する、低圧、中圧又は高圧スイッチギヤアセンブリ内に配置されている。したがって、スイッチングプロセスの時、（誤りの場合）、短絡装置は相を"短絡"し、供給スイッチに対して平行な回路が閉じ、先行（outgoer）パネルに生ぜしめられたあらゆるアークは遅滞なく消滅させられる。

短絡装置が"１つの三相"配列又は"複数の個々の"真空断続器室を含んでよいことが強調されるべきである。個々の"複数の"（例えば３つの）真空断続器室が星形に接続されている場合、星形の先端が接地されることができる。接地される場合、スイッチギヤアセンブリにおいてより複雑な接地電流路が必要とされる。真空技術の使用は、寿命全体を通じて、電流にかかわらず、一定の機能を保証する。

アーキング時間の著しい減少、すなわち誤りの際のスイッチギヤアセンブリ内の機械的及び熱的負荷の著しい減少は、費用対効果の高い、コンパクトなスイッチパネル及び構成部材を開発及び製造することを可能にする。本発明は、"一次的及び二次的な分配"のための、空気絶縁若しくはガス絶縁された、低圧、中圧又は高圧スイッチギヤアセンブリにおいて使用される。

本発明は、１つの典型的な実施形態に関連して、以下により詳細に説明され且つ図面に示されている。

短絡装置の１つの典型的な実施形態を示す図である。 三相電源システムにおける多相構造を示す図である。 三相電源システムにおける単相構成を示す図である。

図１は、本発明の典型的な実施形態を示している。この場合、誤ったアークを消滅させるための例示された短絡装置は、閉じた又は開いたスイッチギヤアセンブリにおいて説明され、このスイッチギヤアセンブリは、特に"２つの"真空断続器室によって又は"１つの"真空断続器室による相（Ｒ，Ｙ；Ｙ，Ｂ）の間の相短絡に基づいて、誤りの際に互いに３つの相（Ｒ，Ｙ及びＢ）を短絡させる。誤り、この場合は誤ったアークが生じると、例えば、図１に示されたような２つのこのような真空断続器室、又は"三相"真空断続器室が閉じ、真空断続器室へ、電流が誤ったアークから流される。これは、ガス発生器１の使用によって達成され、ガス発生器１は、真空断続器室の一方の側に配置された、爆発性スリーブとして形成されており、起動された後、可動接点７を、ピストン２を介して、固定接点８の方向に加速する。ユニットが接続（短絡）された後の２つの導体の固定された接続のために、２つの導体接点片（スイッチング接点片及び固定接点片）は、一方では円錐形に、他方ではチューリップ形に形成されているので、接続後にいわゆる"自己ロッキング"が生じ、２つの構成部材は閉じた状態に保たれる。接続した状態になるように永久に接触力を加えておく必要はない。

短絡装置が"１つの"真空断続器室だけを有する場合、この真空断続器室は、星形配列に対応する、相（Ｒ，Ｙ及びＢ）の３つの導体を有している。しかしながら、この配列において、星形の先端は接地されることができない。装置は、２つの導体が真空断続器室に永久に据え付けられ、１つの導体が２つの導体に対して"垂直"（直角）であるように設計されており、移動することができるように設計されている。可動導体は、爆発性スリーブによって（爆発性スリーブが爆発した後）、２つの他の導体の方向へ加速され、装置において三相短絡回路を生ぜしめる。この真空断続器室は、短絡の後に自己ロッキングするための接続（短絡）された位置に保たれる接点片も有する。別の選択肢は、三相の間に２つの真空短絡装置を配置することであり、これにより、スイッチングにおいて導体の間に短絡が生ぜしめられる。真空短絡装置が互いに接続されているならば、中央の相、この場合は相Ｙの２つのピストンが、相Ｒ及びＢに関して開始されることができる。これは、短絡装置の外部におけるあらゆる反応力を回避する。

図１は、この場合、短絡装置の上部にピストン・シリンダ装置が設けられており、このピストン・シリンダ装置は作動中に可動接点片７を移動させ、下方において、固定接点片８が真空６に配置されているとこでは、真空室が設けられており、セラミック絶縁体９、すなわちセラミック壁部を備えていることが示されている。

２つの領域は前記膜１５によって互いに分離されている。この場合、膜は、真空気密形式で、可動接点片７に溶接、螺合又はろう接されている。膜１５は、弱い破断線（弱い箇所）１２を有しており、この破断線は、作動時に、ピストン２自体によって、又はピストン２の底部に配置された切断エッジ１３によって貫通される。円筒状の領域が、圧力領域において、この場合は圧力抵抗カバー３の形式で形成されており、圧力領域において、ピストン２は、移動接点片７のための移動供給ライン５と一緒に真空室６内へ加速される。絶縁体９は、２つの導体の間の絶縁を提供する。このプロセスの間、可動接点片７と固定接点片８との接点は極めて迅速に閉じられる。可動接点７の供給ライン接点片は、接続（接点片の閉鎖）の後、接点片が、機械的な自己ロッキングによって、接続された位置に確実にロックされるように、適切な円錐形状を有している。電流は、ピストンにおける環状のすり接点によって、可動接点片の側部に伝達される。

単相短絡装置真空断続器室（ＶＫ）９は、３つの導体Ｒ，Ｙ；及びＹ；Ｂの間で切り換えられることができる。各相のために真空断続器室９を提供することも可能である。この場合、結果として生じる星形の先端は、開いているように設計されるか、又は接地されていることができる。真空断続器室９は、接点領域８を備えた固定されたろう接された供給ラインに加えて可動供給ライン５を有している。セラミック絶縁体９は、２つの導体の間の絶縁を提供する。例示されたように設計されることができるピストン２は、真空の外側に、及び、円錐形の接点領域７を備えて、可動供給ライン５における膜１５の上方に配置されている。例えば爆発性チャージの形式のガス発生器１は、ピストン２の上方に配置されており、作動されない限り、ピストンを上部位置にロックさせたまま保持しており、接点片は真空６において離れたまま保たれている。ピストンをこの位置に保持する別の可能な方法は、ピストンとカバー３との間のワイヤ又はロッドによって提供されることができる。誤りが生じた場合に、爆発性チャージ１は、検出（ラインセンサ＋電子評価ユニット＋開始→トリガ出力）及び開始の後、爆発させられる。この場合は圧力抵抗カバー３の形式である圧力領域において、ピストンは、可動供給ラインと一緒に、真空断続器室内へ加速される。このプロセスの間、接点は、極めて迅速に閉じられる。供給ライン接点片は、対応する円錐形状を有しており、接続（接点片の閉鎖）の後、接点片は、機械的な自己ロッキングによって、接続された位置に確実にロックされる。ここで例示したように、真空シーリングがベローズによって達成されることができる。可動側における電流伝達は、多接点摺動システムによって、又は電流バンドソリューションによって達成されることができる。

図２は、三相Ｒ；Ｙ；Ｂを備えた周期図を示している。保護のために、これは、可能でもあり且つ"三相"を有し、且つ三相に接続されている、短絡装置の三相の領域に配置されている。誤ったアーク（１０３）が相の間又は大地に対して生じると、アークが、例えば光学式に検出され、真空断続器室（１００）における爆発性カプセル又はガス発生器が、制御ユニット（１０２）を介して爆発させられる。接点片が閉じられると、電流が真空断続器室（１００）内へ流され、誤ったアーク（１０３）が消滅させられる。

図３は、３つの相Ｒ；Ｙ；Ｂを有する回路の図を示している。保護のために、"単相"短絡装置が、３つの相の間に配置されており、図１に示したように設計されており、相（Ｒ，Ｙ；Ｙ，Ｂ）に接続されている。誤ったアーク（１０３）が相の間で又は大地に対して生じると、アークが、例えば光学式に検出され、真空断続器室（１００）内の爆発性カプセルが、制御ユニット（１０２）を介して爆発させられる。接点片が閉じられると、電流が真空断続器室（１００）内へ流され、誤ったアーク（１０３）が消滅させられる。

１ ガス発生器、 ２ ピストン、 ３ カバー、 ５ 供給ライン、 ６ 真空、 ７ 可動接点、 ８ 固定接点、 ９ 絶縁体、 １０ 固定接点への接続、 １１ すり接触、 １２ 弱い破断線、 １３ 切断エッジ、 １４ 螺合、 １５ 膜、 １０１ 真空断続器室、 １０２ 制御ユニット、 １０３ 誤ったアーク

Claims (6)

1. 低圧、中圧又は高圧のスイッチギヤアセンブリであって、少なくとも１つの短絡装置が設けられており、該短絡装置において、可動接点片が、推進薬又はガス発生器によって、固定接点片へ閉じられることができる形式のものにおいて、
   短絡装置が、真空断続器室に配置されており、固定接点片が配置されている真空領域が、膜を備えたカバーを介して分割されており、前記膜が、弱い破断線を具備しており且つ、スイッチングの時に可動接点片によって貫通されることができ、
   可動接点片が、作動していない状態において、先端に配置されており、真空気密シールを形成する膜を貫通し、
   可動接点片が、膜に溶接、螺合又はろう接されており、
   可動接点片が、ピストン・シリンダ装置に結合されており、該ピストン・シリンダ装置がガス発生器によって作用されることができ、ピストンの下面に切断エッジが配置されており、該切断エッジが、作動時に前記弱い破断線を貫通するようになっており、前記切断エッジが、膜の弱い破断線の僅かに上方の高さに位置しており、
   前記ピストンが、導電性材料から形成されており、可動接点片と導電性の接続を形成するようになっており、ピストンの走行面に環状のすり接点が配置されていることを特徴とする、低圧、中圧又は高圧のスイッチギヤアセンブリ。
2. ガス発生器が、化学的な推進薬を備えたカートリッジとして形成されており、該カートリッジが、ねじ結合を介して挿入及び固定されることができ、前記ねじ結合が、スイッチング室のハウジングの適切な箇所において取り付けられることができることを特徴とする、請求項１記載の中圧スイッチギヤアセンブリ。
3. ピストン・シリンダ装置を有する短絡装置の上側部分が金属材料から形成されており、短絡装置の下側部分が、絶縁体から成る真空断続器室を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の中圧スイッチギヤアセンブリ。
4. 真空断続器室又は該真空断続器室の絶縁体がセラミック材料から成ることを特徴とする、請求項３記載の中圧スイッチギヤアセンブリ。
5. 可動接点片の先端に外側円錐が設けられており、固定接点片に、外側円錐に対して相補的な内側円錐が設けられていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の中圧スイッチギヤアセンブリ。
6. スイッチングの時に外側円錐が内側円錐に入り込むことによって機械的な自己ロッキングが生じるように、前記円錐の側面が角度付けられていることを特徴とする、請求項５記載の中圧スイッチギヤアセンブリ。

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