JP5690031B2 - 限流装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力系統での事故発生時に生じる過電流（短絡電流）を抑制するための限流装置に関するものである。

従来の限流装置は、例えば、電力系統の電源側電路及び負荷側電路間に電気的に接続され、定常時の電流を通電する低抵抗の定常電路部と、電力系統に過電流が流れた際に過電流を抑制するための高抵抗の限流電路部を有した構造のものが知られている。

このような構造の限流装置として、例えば、図５に示すような構成が開示されている。図５は限流装置の要部のみを示している。定常電路部は、互いに隣接させて設けられた複数の接点部材３１を有しており、この複数の接点部材３１の両側面には、一対の接点開離部材３２が配置されている。そして、限流電路部として、各接点部材３１に並列に限流抵抗体３３が接続されている。
接点開離部材３２は、隣接する接点部材３１を互いに開離させる位置である図５（ｂ）のような挿入位置と、挿入位置から反接点部材側に後退し、隣り合う接点部材３１を接触させる位置である図５（ａ）のような抜出位置との間で変位可能となっている。
接点部材３１と接点開離部材３２を係合させるために、各接点部材３１の両側面は凹状係合部３１ａを有しており、一方、それに対向する接点開離部材３２には、凹状係合部３１ａに係合可能な複数の係合突起部３２ａが設けられている。

電力系統に過電流が流れた場合には、一対の接点開離部材３２が、接点部材３１を開離させる挿入位置に駆動されて係合突起部３２ａが凹状係合部３１ａに完全に嵌合されることで、複数の接点部材３１同士を互いに開離し、過電流が定常電路部から限流電路部である限流抵抗体３３へと転流する。
この接点開離部材３２には、接点部材３１を互いに開離させる以外に、限流動作の間、互いに隣接する接点部材３１を所定の間隔で開離した状態で保持する機能が要求されることから、接点開離部材３２に設けられた係合突起部３２ａの間隔は、互いに隣接する接点部材３１の凹状係合部３１ａの開離後の間隔と同じになるように設計されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２５２６２号公報（第６−７頁、図１）

特許文献１に示すような従来の限流装置では、接点開離部材３２の構造は、上述のように、接点開離部材３２に設けた係合突起部３２ａの間隔を互いに隣接する接点部材３１の凹状係合部３１ａの開離後の間隔と同じになるように設計されているため、接点開離部材３２が抜出位置にある図５（ａ）のような定常状態においては、Ａ部に示すように、接点開離部材３２と接点部材３１とを接触させることができない箇所が生じる。
限流性能を向上させるためには、限流動作、すなわち接点部材３１の開離を速やかに行う必要があるが、限流開始の時点で接点開離部材３２と接点部材３１が接触していない箇所では、接点部材３１の開離を行うための拘束力が働くまでに時間を要し、隣接する接点部材３１同士が速く開離する部分と遅く開離する部分が生じ、それが限流性能を悪化させる要因になるという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力系統に過電流が流れた際に、速やかな限流動作を行うことで限流性能を向上させることを可能にする限流装置を得ることを目的とする。

この発明に係る限流装置は、電力系統の電源側電路及び負荷側電路間に電気的に接続され、電力系統に流れる過電流を限流する限流装置であって、一対の平行面を持ち側面に凹状係合部が形成され、平行面を互いに隣接させて接離可能に配列された複数の接点部材、及び複数の接点部材に並列に電気的に接続された限流抵抗体を有し、電源側電路及び負荷側電路間において複数の接点部材を経由して定常電流を流すための定常電路を形成するとともに、電源側電路及び負荷側電路間に流れる過電流を限流するための限流電路を形成する電路形成部と、複数の接点部材の凹状係合部と嵌合可能な複数の係合突起部を有し、係合突起部を凹状係合部に挿入して隣り合う接点部材同士を開離させる挿入位置、及び挿入位置から接点部材より離れる側へ後退し隣り合う接点部材同士を接触させる抜出位置の間で変位可能に設けられた接点開離部材と、電源側電路及び負荷側電路間に電気的に接続され、電力系統から定常電流を受けたときに接点開離部材を抜出位置で保持して電路形成部に定常電路を形成させるとともに、電力系統から過電流を受けたときに接点開離部材を挿入位置へ変位させて電路形成部に限流電路を形成させる接点駆動部と、を備え、接点開離部材の係合突起部は、接点開離部材が抜出位置においても、挿入位置に変位して開離させる全ての接点部材の凹状係合部に接触するように構成されているものである。

この発明の限流装置によれば、複数の接点部材の各側面に形成した凹状係合部と嵌合可能な複数の係合突起部を有する接点開離部材を備え、接点開離部材の係合突起部は、接点開離部材が抜出位置においても、挿入位置に変位して開離させる全ての接点部材の凹状係合部に接触するように構成されているので、電力系統からの過電流を接点駆動部が受け、その接点駆動部により接点開離部材が抜出位置から挿入位置へ変位されて互いに隣接している接点部材同士を開離するときに、接点部材を開離させるための力が接点開離部材の抜出位置から挿入位置への変位開始と同時に伝達されるので、限流動作を速めることができ、限流性能を向上させることができる。

この発明の実施の形態１による限流装置の、接点開離部材が抜出位置にある状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による限流装置の、接点開離部材が挿入位置にある状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による限流装置の要部断面図である。 図３におけるＢ部の拡大断面図である。 従来の限流装置の要部構成を説明する説明図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による限流装置を図に基づいて説明する。図１及び図２は、実施の形態１による限流装置を示す断面図である。図１は、接点開離部材が抜出位置にある状態を示し、図２は、接点開離部材が挿入位置にある状態を示している。
図１において、上側フレーム１及び下側フレーム２は、互いに間隔をおいて対向するように設けられている。また、上側フレーム１及び下側フレーム２は、複数の連結フレーム３によって互いに連結されている。上側フレーム１の下面には、第１固定電極４及び第２固定電極５が長さ方向に互いに間隔をおいて設けられている。第１固定電極４は、交流の電力系統の負荷側電路及び電源側電路のいずれか一方に接続されている。

下側フレーム２の上面には、固定鉄心６が固定されている。固定鉄心６の上面中央部には、接点駆動部としての電磁コイル７及び複数の接圧ばね８が設けられている。電磁コイル７の導体の一端は第２固定電極５に接続され、他端は電力系統の負荷側電路及び電源側電路の他方に接続されている。これにより、電磁コイル７は、電力系統に流れる電流の大きさに応じた電磁力を発生する。接圧ばね８のばね力は、電磁コイル７に定常電流が流れた場合の電磁コイル７の電磁力よりも大きくなるように設定されている。

各固定電極４，５と固定鉄心６との間の固定鉄心６の上面側には、接圧ばね８の上端部に接続された板状の可動鉄心９と、可動鉄心９の上面に固定された可動電極１０とが設けられている。
可動鉄心９及び可動電極１０は、第１固定電極４及び第２固定電極５間を電気的に短絡した状態である図１に示すような「短絡位置」と、電力系統に過電流が流れたときに電磁コイル７による電磁力によって吸引される、図２に示すような「限流位置」との間で、互いに一体となって変位可能となっている。短絡位置では、接圧ばね８のばね力により固定鉄心６側から各固定電極４，５側へ向けて付勢されており、電磁コイル７に過電流が流れた時に、接圧ばね８のばね力に抗する電磁力が働いて、限流位置へ移動する。
上記の固定鉄心６，電磁コイル７，接圧ばね８，及び可動鉄心９で、接点部を駆動する接点駆動部が構成されている。

第１固定電極４と可動電極１０との間、及び、第２固定電極５と可動電極１０との間には、連なるように互いに隣接させて複数の接点部材１１が配列されている。接点部材１１は、例えば銅または銀またはアルミの少なくともどれか１つを含む金属によって構成されている。
複数の接点部材１１からなり、第１固定電極４と可動電極１０の間に配置された接点部材列と、第２固定電極５と可動電極１０の間に配置された接点部材列に対し、それぞれの接点部材列の両側に、絶縁体からなる一対の接点開離部材１２が対向配置されている。接点部材１１と接点開離部材１２の詳細形状については後述する。

また、接点開離部材１２を接点部材１１側へ押しつける役目をする、外側押圧ばね１３と内側押圧ばね１４が設けられている。外側接圧ばね１３の一端は連結フレーム３側に固定され、他端が接点開離部材１２の背面に固定されている。内側押圧ばね１４は、二つの接点部材列の内側にある接点開離部材１２のそれぞれの背面に固定されている。これら押圧ばね１３，１４の押圧力により、接点開離部材１２は、常時、接点部材１１へ向けて付勢されている。
更に、第１固定電極４と第２固定電極５を繋いで、複数の接点部材１１に並列に、高抵抗の限流抵抗体１５が設けられており、これにより両電極４，５が電気的に接続されている。

各固定電極４，５及び可動電極１０に対し、それらに隣接する、すなわち直近の接点部材１１は、各電極に接合されており電気的にも常時接続されている。また、上下方向で互いに隣り合う接点部材１１同士は、一方の下面と他方の上面とで互いに接離可能となっている。
接点部材１１の形状は、他の接点部材１１と接離する、または各電極４，５，１０と接合する面となる一対の平行面１１ｂと、その側面に形成された凹状係合部１１ａとを有している。凹状係合部１１ａは、例えば、一対の平行面１１ｂの端部から長さ方向内側へＶ字状に凹んだ、Ｖ字状の凹状係合部１１ａで構成されている。

次に、接点開離部材１２の形状について説明する。
接点開離部材１２は、接点部材１１の側面の凹状係合部１１ａに対向する面に、鋸歯状の連続傾斜面が形成されている。連続傾斜面は、対向する接点部材１１のＶ字状の凹状係合部１１ａへ向けて先細りに尖った複数の係合突起部１２ａを有し、この係合突起部１２ａが、対向する複数の凹状係合部１１ａに嵌合可能になっている。係合突起部１２ａのピッチ等の詳細については後述する。

また、この接点開離部材１２の一端側、図１，２の場合では上部側は、連結フレーム３側に固定された回動軸１６により回動可能に支持されている。
これにより、接点開離部材１２は、係合突起部１２ａが隣接する接点部材１１のＶ字状の凹状係合部１１ａに挿入されて接点部材１１同士を互いに開離させる位置である挿入位置と、挿入位置から反接点部材１１側へ後退し、接点部材１１の凹状係合部１１ａから係合突起部１２ａが抜き出された位置である抜出位置との間で変位可能になっている。

ここで、接点部材１１の凹状係合部１１ａに対し、接点開離部材１２の係合突起部１２ａの形状の関係を次のようにしている。
接点開離部材１２が図１のような抜出位置にあり接点部材１１同士が密接している状態で、一番上の係合突起部１２ａの外壁の上側斜面とＶ字状の凹状係合部１１ａの内壁の上側斜面は互いにほぼ接した状態となっており、更に、上から２番目以降の係合突起部１２ａの外壁の下側斜面と凹状係合部１１ａの内壁の下側斜面が、対向する全ての部分で互いに接した状態となっている。

そして、図２のような挿入位置になり、接点開離部材１２の係合突起部１２ａと接点部材１１の凹状係合部１１ａとが互いに嵌合したときに、互いに隣り合う接点部材１１が開離し、その間隔は、いずれの箇所でも略等間隔となるようにしている。
すなわち、このような状態になるように、接点開離部材１２の係合突起部１２ａのピッチ及び形状が決められている。
また、先に説明したように、各電極４，５，１０に隣接した直近の接点部材１１は、各接点側に固定されているので、可動電極１０に隣接する接点部材１１は、可動電極１０の限流位置への移動と共に移動する。したがって、その接点部材１１に対しては接点開離部材１２の係合突起部１２ａを対向させていない。

図１，２から分かるように、第１固定電極４，可動電極１０，及びその間に配列された複数の接点部材１１からなる部分と、第２固定電極５，可動電極１０，及びその間に配列された複数の接点部材１１からなる部分は、可動電極１０を介して一連の電路が形成されおり、更にこの電路に並列に限流抵抗体１５が接続されて、全体で電源側電路及び負荷側電路間を繋ぐ電路形成部が構成されている。
この電路形成部は、図１のように可動電極１０が短絡位置のとき、電源側電路及び負荷側電路間に定常電流を流すための定常電路を形成する。また、図２のように可動電極１０が限流位置のときに、互いに隣り合う接点部材１１同士が開離され、限流抵抗体１５側に電流が流れ、電源側電路及び負荷側電路間に流れる過電流を限流するための限流電路を形成する。

次に、動作について説明する。まず、図１のように、電力系統に定常電流が流れている場合、接圧ばね８のばね力が電磁コイル７で発生する電磁力よりも大きくなっているので、可動電極１０が短絡位置で保持されるとともに、接点開離部材１２が抜出位置で保持され、互いに隣接する接点部材１１同士が圧接され、各固定電極４，５と可動電極１０との間に定常電路が形成される。このとき電流は、第１固定電極４から、第１固定電極４側に連なる接点部材１１，可動電極１０，第２固定電極５側に連なる接点部材１１，第２固定電極５，電磁コイル７の順に流れ、その後、交流の位相の反転により逆向きに流れる。

一方、電力系統に過電流が発生した場合、その過電流が電磁コイル７内に流れることによって、電磁コイル７により発生する電磁力が接圧ばね８のばね力よりも大きくなり、この電磁力により、可動鉄心９及び可動電極１０が短絡位置から限流位置へ変位する。この変位により、各接点部材１１の圧接状態が解除され、各押圧ばね１３，１４のばね力によって、接点開離部材１２は、回動軸１６を中心に回動しながら抜出位置から挿入位置へ変位し、接点開離部材１２の係合突起部１２ａは、対向する接点部材１１の凹状係合部１１ａに押し込まれて互いに嵌合する。これによって、互いに隣接している接点部材１１同士が開離し、電路形成部の定常電路が断たれ限流電路が形成され、固定電極４，５間は限流抵抗１５によって過電流が限流される。

そして、電力系統の異常が解消され、過電流が定常電流へと変化すると、接圧ばね８のばね力が電磁コイル７により発生する電磁力よりも大きくなって、可動電極１０が限流位置から短絡位置へと変位し、この変位によって、互いに隣り合う接点部材１１同士が互いに接する方向へ変位する。この接点部材１１の変位に伴い、接点開離部材１２の係合突起部１２ａが反接点部材１１側へ押し戻されて、接点開離部材１２が挿入位置から抜出位置へと変位する。
これにより、接点開離部材１２の係合突起部１２ａと接点部材１１の凹状係合部１１ａとの嵌合状態が解消され、接点部材１１の変位が進み、接点部材１１が初期位置に戻ることによって、互いに隣り合う接点部材１１同士が再び圧接され、各固定電極４，５と可動電極１０との間に定常電路が形成される。

上記動作において、定常電路から限流電路へ移るとき、限流抵抗１５側への転流速度が速い方が限流電流の上昇を抑制することができ、限流性能が向上する。
互いに隣接する接点部材１１の開離は、接点開離部材１２の係合突起部１２ａが接点部材１１の凹状係合部１１ａへ与える拘束力によって行われる。
本実施の形態では、接点開離部材１２の係合突起部１２ａが、抜出位置にあるときも、挿入位置に変位して開離させる全ての接点部材１１の凹状係合部１１ａと接触しているので、接点開離部材１２の抜出位置から挿入位置への変位の初期段階から接点開離部材１２が接点部材１１へ拘束力を与えることができるため、互いに隣接する接点部材１１の開離速度が速くなり、限流性能を向上させることができる。

以上のように、実施の形態１の限流装置によれば、複数の接点部材の各側面に形成した凹状係合部と嵌合可能な複数の係合突起部を有する接点開離部材を備え、接点開離部材の係合突起部は、接点開離部材が抜出位置においても、挿入位置に変位して開離させる全ての接点部材の凹状係合部に接触するように構成されているので、電力系統からの過電流を接点駆動部が受け、接点駆動部により接点開離部材が抜出位置から挿入位置へ変位されて互いに隣接している接点部材同士を開離する時に、接点部材を開離させるための力が接点開離部材の抜出位置から挿入位置への変位開始と同時に伝達されるので、限流動作を速めることができ、限流性能を向上させることができる。

また、接点開離部材は、一端側が回動軸により支持され、回動軸を中心に回動して抜出位置と挿入位置との間で変位可能に構成したので、簡単な構成で接点開離部材を抜出位置と挿入位置との間を変位させることができ、上記の効果を得ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２による限流装置を図３及び図４に基づいて説明する。図３は、限流装置の電極と接点部材からなる定常電路部を示す要部断面図であり、図４は図３におけるＢ部拡大図である。定常電路部を除く限流装置の全体の構成は実施の形態１の図１と同等なので、図示及び説明は省略する。また、図１と同等部分は同一符号を付してその部分の説明は省略する。

先の実施の形態１では、接点開離部材１２は、回動軸１６を中心に回動する構成であったが、実施の形態２では、図３及び図４に示すように、接点開離部材は、各固定電極４，５の側から順番に、隣接する２個の接点部材１１毎に、そのＶ字状の凹状係合部１１ａに対向させて両側から挟むように一対の接点開離部材１７が設けられている。
図３で説明すれば、第１固定電極４と可動電極１０の間に配列された５個の接点部材１１に対し、上から１番目と２番目の接点部材１１に対しその両側に一対の接点開離部材１７を設け、３番目と４番目の接点部材１１に対しその両側に一対の接点開離部材１７を設けている。第２固定電極５と可動電極１０の間に配列された５個の接点部材１１に対しても同様である。
なお、可動電極１０に隣接した接点部材１１は可動電極に固定されて可動電極１０と共に動くので、接点開離部材を対向させていない。

更に、上下となる接点開離部材１７の間には上下押圧ばね１８が挿入されている。これにより、上下の接点開離部材１７は、上下押圧ばね１８で連結されていると共に、互いに開離する方向に付勢されている。
また、各接点開離部材１７の背面側、すなわち接点部材１１との対向面の反対面には、外側押圧ばね１９及び内側押圧ばね２０が連結されて、それらのばねによって接点開離部材１７が接点部材１１側に付勢されている。

図４により、接点開離部材１７の形状と接点部材１１との関係を説明する。
接点開離部材１７には、接点部材１１との対向面側に係合突起部１７ａと１７ｃが設けられており、この２個の係合突起部１７ａ，１７ｃは、隣接する２個の接点部材１１の凹状係合部１１ａのそれぞれに対向している。このうち係合突起部１７ａの上側斜面１７ｂは、２個の接点部材１１が密接状態にあるとき、上側に配置された接点部材１１のＶ字状をした凹状係合部１１ａの内壁の上側斜面と接しており、また、係合突起部１７ｃの下側斜面１７ｄは、下側に配置された接点部材１１の凹状係合部１１ａの内壁の下側斜面と接している。それ以外では略同じ隙間が形成されている。

このような構成により、図３のような接点開離部材１７の抜出位置においても、接点開離部材１７の係合突起部１７ａ，１７ｃの一部は、接点部材１１の凹状係合部１１ａと接触している。
電力系統に過電流が発生した場合は、可動電極１０が電磁力により下方に駆動されるので、接点開離部材１７は、外側押圧ばね１９及び内側押圧ばね２０に押圧されて接点部材１１の側面に押しつけられ、接点開離部材１７が挿入位置へ変位し、係合突起部１７ａ，１７ｃが対向する凹状係合部１１ａに嵌合して隣接する接点部材１１間が開離する。
ここで、図４における接点部材１１の上から２番目と３番目の間の開離が不安定となる可能性があるので、上下押圧ばね１８により、上下の接点開離部材１７を開離させることで、接点部材１１の開離動作の安定化を図っている。
このように、抜出位置から挿入位置への変位の初期段階から接点開離部材１７が接点部材１１へ拘束力を与えることができるので、互いに隣接する接点部材１１の開離速度を速めることができ、限流性能を向上させることができる。

以上のように、実施の形態２の限流装置によれば、接点開離部材は、隣り合う２個の接点部材毎に対応させて分割して配置され、分割された接点開離部材同士がばねにより連結されて接点部材の接離方向に移動可能に構成したので、抜出位置から挿入位置への変位の初期段階から接点開離部材が接点部材へ拘束力を与えることができるため、互いに隣接する接点部材の開離速度を速めることができ、限流性能を向上させることができる。
また、配列される接点部材の個数が多い場合でも容易に対応できる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることが可能である。

１ 上側フレーム、２ 下側フレーム、３ 連結フレーム、
４ 第１固定電極、５ 第２固定電極、６ 固定鉄心、７ 電磁コイル、
８ 圧接ばね、９ 可動鉄心、１０ 可動電極、１１ 接点部材、
１１ａ 凹状係合部、１１ｂ 平行面、１２ 接点開離部材、
１２ａ 係合突起部、１３ 外側押圧ばね、１４ 内側押圧ばね、
１５ 限流抵抗体、１６ 回動軸、１７ 接点開離部材、
１７ａ，１７ｃ 係合突起部、１７ｂ 上側斜面、１７ｄ 下側斜面、
１８ 上下押圧ばね、１９ 外側押圧ばね、 ２０ 内側押圧ばね。

Claims (3)

1. 電力系統の電源側電路及び負荷側電路間に電気的に接続され、前記電力系統に流れる過電流を限流する限流装置であって、
   一対の平行面を持ち側面に凹状係合部が形成され、前記平行面を互いに隣接させて接離可能に配列された複数の接点部材、及び前記複数の接点部材に並列に電気的に接続された限流抵抗体を有し、前記電源側電路及び前記負荷側電路間において前記複数の接点部材を経由して定常電流を流すための定常電路を形成するとともに、前記電源側電路及び前記負荷側電路間に流れる過電流を限流するための限流電路を形成する電路形成部と、
   前記複数の接点部材の前記凹状係合部と嵌合可能な複数の係合突起部を有し、前記係合突起部を前記凹状係合部に挿入して隣り合う前記接点部材同士を開離させる挿入位置、及び前記挿入位置から前記接点部材より離れる側へ後退し隣り合う前記接点部材同士を接触させる抜出位置の間で変位可能に設けられた接点開離部材と、
   前記電源側電路及び前記負荷側電路間に電気的に接続され、前記電力系統から前記定常電流を受けたときに前記接点開離部材を前記抜出位置で保持して前記電路形成部に前記定常電路を形成させるとともに、前記電力系統から前記過電流を受けたときに前記接点開離部材を前記挿入位置へ変位させて前記電路形成部に前記限流電路を形成させる接点駆動部と、を備え、
   前記接点開離部材の前記係合突起部は、前記接点開離部材が前記抜出位置においても、前記挿入位置に変位して開離させる全ての前記接点部材の前記凹状係合部に接触するように構成されていることを特徴とする限流装置。
2. 請求項１記載の限流装置において、
   前記接点開離部材は、一端側が回動軸により支持され、前記回動軸を中心に回動して前記抜出位置と前記挿入位置との間で変位可能に構成されていることを特徴とする限流装置。
3. 請求項１記載の限流装置において、
   前記接点開離部材は、隣り合う２個の前記接点部材毎に対応させて分割して配置され、分割された前記接点開離部材同士がばねにより連結されて前記接点部材の接離方向に移動可能に構成されていることを特徴とする限流装置。

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