JP6667416B2 - 突入電流抑制装置付開閉器 - Google Patents

Description

本発明は、励磁突入電流の発生を抑制する突入電流抑制装置付開閉器に関する。

負荷装置を電力系統に投入する際には、突入電流が発生することがある。例えば変圧器を電力系統に投入する際に、一時的に変圧器の定格電流の数倍から数十倍の励磁突入電流が流れることがある。励磁突入電流により、該電力系統の電圧が一時的に低下し、該電力系統に接続されている精密機器の機能喪失、該電力系統の保護継電器の誤動作または該電力系統に接続されている近隣需要家における電圧変動などが生じる可能性がある。励磁突入電流の大きさおよび継続時間は、鉄心の飽和特性、鉄心の残留磁束、投入位相、または変圧器のインピーダンスなどに依存する。

特許文献１に開示される開閉器は、消弧室内に配置される補助電極に接続される抵抗体を備える。該開閉器の投入時に可動電極が補助電極に接触することで、励磁突入電流の発生を抑制することができる。

特開２０１５−１３３２６３号公報

開閉器は、高電圧受電設備キュービクルの内部または屋内電気室の内部の変圧器の上などに設置される。そのため、鉛直方向の寸法の縮小化が求められる。特許文献１に開示される開閉器においては、抵抗体が消弧室の異相間方向の側面に傾斜して設置されている。該開閉器において、抵抗体の先端部分は、電源側接続端子よりも鉛直方向の上側に位置する。このため、特許文献１に開示される開閉器は、鉛直方向の寸法に制約がある箇所に設置できない可能性がある。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、突入電流抑制装置付開閉器の小型化を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る突入電流抑制装置付開閉器は、一次端子、二次端子、主接点、消弧室、補助接点、抵抗素子、抵抗側接点、アーム、および可動接触子を備える。一次端子は、ベースの主面に取り付けられ、電源に電気的に接続される。二次端子は、負荷装置に電気的に接続される。主接点は、一次端子と電気的に接続される。消弧室は、消弧性および絶縁性を有する部材で構成される。補助接点は、一次端子と電気的に接続され、消弧室の内部に設けられる。抵抗素子は、鉛直方向上端が消弧室の鉛直方向上端より低い状態で、消弧室より主面に近い位置に設けられ、絶縁性を有するカバーで覆われ、一端が一次端子に電気的に接続される。抵抗側接点は、抵抗素子の他端に電気的に接続される。アームは、ベースに設けられた支点を中心にベースに対して回動可能に支持される。可動接触子は、アームに取り付けられ、二次端子に電気的に接続され、アームの回動に従って動くことで、主接点、抵抗側接点、および補助接点に接触する。負荷装置を電源に投入する投入動作時に、アームの回動に従って動く可動接触子は、抵抗側接点に接触した後に、抵抗側接点に接触した状態で主接点および補助接点に接触し、負荷装置が電源に投入されている投入状態において、可動接触子は少なくとも主接点および補助接点のそれぞれと係合する。負荷装置を電源から切り離す開放動作時に、アームの回動に従って動く可動接触子は、主接点および抵抗側接点から離脱した後に、補助接点から離脱する。消弧室は、開放動作時において、可動接触子が補助接点から離脱する時に生じるアークを消弧する。

本発明によれば、消弧室よりベースの主面に近い位置に絶縁性を有するカバーで覆われた抵抗素子を設けることで、突入電流抑制装置付開閉器の小型化が可能である。

本発明の実施の形態に係る開閉器の正面図 実施の形態に係る開閉器の側面図 実施の形態に係る開閉器の側面図 実施の形態に係る開閉器の上面図 実施の形態に係る開閉器の開放状態における側面図 実施の形態に係る開閉器の開放状態における側面図 実施の形態に係る開閉器における抵抗素子の配置例を示す斜視図 実施の形態に係る開閉器における抵抗素子の配置例を示す斜視図 実施の形態に係る開閉器の部分断面図 実施の形態に係る開閉器の部分断面図 実施の形態に係る開閉器の投入動作時の動きを示す図 実施の形態に係る開閉器の投入動作時の動きを示す図 実施の形態に係る開閉器の投入動作時の動きを示す図 実施の形態に係る開閉器の開放動作時の動きを示す図 実施の形態に係る開閉器の開放動作時の動きを示す図 実施の形態に係る開閉器の部分断面図 実施の形態に係る開閉器の部分断面図 実施の形態に係る開閉器の部分断面図 実施の形態に係る開閉器の部分断面図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

図１は、本発明の実施の形態に係る開閉器の正面図である。突入電流抑制装置付開閉器１（以下、開閉器１という）は、図示しない電源と負荷装置との間に設けられる。開閉器１は、電源と、例えば三相変圧器である負荷装置との間に設けられる。本実施の形態では、ベース１０の主面１０ａに設けられる一次端子１１が電源に電気的に接続され、二次端子１２が負荷装置に電気的に接続される。図１の例では、主面１０ａと直交する方向をＹ軸方向とする。また一次端子１１と二次端子１２との間隔方向をＺ軸方向とする。Ｙ軸方向およびＺ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とする。図２および図３は、実施の形態に係る開閉器の側面図である。図２は、Ｘ軸正方向から見た側面図である。図３は、Ｘ軸負方向から見た側面図である。図４は、実施の形態に係る開閉器の上面図である。

開閉器１が投入されることで、負荷装置が電源に投入される。開閉器１が開放されることで、負荷装置が電源から切り離される。図１から図４は、負荷装置が電源に投入されている投入状態における図である。図５および図６は、実施の形態に係る開閉器の開放状態における側面図である。図５は、Ｘ軸正方向から見た側面図である。図６は、Ｘ軸負方向から見た側面図である。

開閉器１は、それぞれが一次端子１１と電気的に接続される、主接点１９、抵抗側接点２０および補助接点２１を備える。補助接点２１は、消弧性および絶縁性を有する部材で構成される消弧室１４の内部に設けられる。開閉器１は、絶縁性を有するカバー１６で覆われ、消弧室１４より主面１０ａに近い位置に設けられる抵抗素子１７を備える。抵抗素子１７の一端は一次端子１１に電気的に接続され、他端は抵抗側接点２０に電気的に接続される。開閉器１はさらに、ベース１０に設けられた支点２５を中心にベース１０に対して回動可能に指示されるアーム２４を備える。アーム２４には、可動接触子１５が取り付けられ、アーム２４の回動に従って可動接触子１５が動く。可動接触子１５は、二次端子１２に電気的に接続される。本実施の形態においては、可動接触子１５は、ヒューズリンク１３を介して二次端子１２に電気的に接続される。ヒューズリンク１３の代わりに、導体を用いてもよい。可動接触子１５は、アーム２４の回動に従って動くことで、主接点１９、抵抗側接点２０、および補助接点２１に接触する。

電動操作機構部１８の操作に応じて、開閉器１は、負荷装置を電源に投入する投入動作および負荷装置を電源から切り離す開放動作を行う。投入動作時に、アーム２４の回動に従って動く可動接触子１５は、抵抗側接点２０に接触した後に、抵抗側接点２０に接触した状態で主接点１９および補助接点２１に接触する。負荷装置が電源に投入されている投入状態において、可動接触子１５は、少なくとも主接点１９および補助接点２１のそれぞれと係合する。開放動作時に、アーム２４の回動に従って動く可動接触子１５は、主接点１９および抵抗側接点２０から離脱した後に、補助接点２１から離脱する。消弧室１４は、開放動作時において、可動接触子１５が補助接点２１から離脱する時に生じるアークを消弧する。

図１から図６の例では、主接点１９および抵抗側接点２０は、消弧室１４の二次端子１２の側に設けられる。アーム２４は、一端が支点２５に固定されることで、他端が回動可能に支持される。投入動作時において、アーム２４は、支点２５に固定された一端を中心に、他端が図５および図６において破線の矢印で示す第１の方向に回動する。可動接触子１５は、アーム２４の回動する他端に取り付けられ、投入状態において主接点１９と係合する主接触子２２と、投入状態において抵抗側接点２０および補助接点２１のそれぞれと係合する板状の補助接触子２３とで構成される。補助接触子２３は、長手方向がアーム２４の長手方向と一致する始点と、始点から第１の方向に回動した位置である終点との間を回動可能に、アーム２４に取り付けられる。

開閉器１はさらに、一端がアーム２４に取り付けられ、他端が補助接触子２３に取り付けられ、補助接触子２３をアーム２４に対して第１の方向と反対方向に付勢するばね２６を備える。ばね２６は、例えばねじりコイルばねである。開閉器１は、補助接触子２３が終点を超えて第１の方向へ回動することを規制する、アーム２４に取り付けられた規制部を備えてもよい。投入動作時に、補助接触子２３はアーム２４と一体に第１の方向に回動し、補助接触子２３が抵抗側接点２０に接触した後に、補助接触子２３の先端部分２３１が補助接点２１に接触し、主接触子２２が主接点１９に接触する。開放動作時に、補助接触子２３の先端部分２３１が補助接点２１に接触した状態で、アーム２４が第１の方向と反対方向に回動することで、主接触子２２が主接点１９から離脱し、補助接触子２３が抵抗側接点２０から離脱する。さらにアーム２４が第１の方向と反対方向に回動し、アーム２４が定められた位置まで回動する。アーム２４が定められた位置まで回動した時点で、補助接触子２３は終点に位置する。アーム２４が定められた位置まで回動すると、ばね２６によって付勢された、あるいは規制部によって第１の方向と反対方向に押し上げられた補助接触子２３はアーム２４に対して第１の方向と反対方向に回動し、補助接点２１から急速に離脱する。

本実施の形態では、補助接触子２３は、アーム２４に取り付けられた位置からアーム２４の長手方向に延びた位置で、第１の方向と第１の方向の反対方向とに分岐する。第１の方向への分岐は、投入状態において、抵抗側接点２０と係合する突起２３２を形成する。第１の方向の反対方向への分岐は、第１の方向の反対方向へ延びてから第１の方向に向かって湾曲した位置で、アーム２４の長手方向に延びる。

図７および図８は、実施の形態に係る開閉器における抵抗素子の配置例を示す斜視図である。図９および図１０は、実施の形態に係る開閉器の部分断面図である。図９は、図６におけるＡ−Ａ線での断面の一部を示す図である。図１０は、図９におけるＢ−Ｂ線での断面図である。図７から図１０では、消弧室１４および抵抗素子１７の周辺のみ記載した。消弧室１４は、プレート１４１を介して主面１０ａに取り付けられる。消弧室１４の面の内、開放状態において補助接触子２３と対向する面には開口１４２が形成される。消弧室１４の主接点１９および抵抗側接点２０と対向する面は閉じられている。上述のように、補助接触子２３が、第１の方向の反対方向へ延びてから、第１の方向に向かって湾曲する形状を有するため、消弧室１４の主接点１９および抵抗側接点２０と対向する面に開口を設けなくとも、補助接触子２３の先端部分２３１が補助接点２１に接触することができる。これにより消弧室１４の消弧性能を向上させることが可能である。抵抗側接点２０は、図示しないＺ軸方向に延びる締結部材によって、消弧室１４に固定される。

抵抗素子１７は、例えばセラミック抵抗である。本実施の形態において、抵抗素子１７の電極が対向する方向は、Ｘ軸方向である。抵抗素子１７の電極はそれぞれ、金属蓋１７１ａ，１７１ｂで覆われている。抵抗素子１７の電極間は、磁器または樹脂で構成される抵抗素子カバー１７２で覆われている。抵抗素子１７の一方の電極は、取付板１７３ａによって、抵抗側接点２０と電気的に接続される。抵抗素子１７の他方の電極は、取付板１７３ｂによって一次端子１１と電気的に接続される。また抵抗素子１７は、取付板１７３ａ，１７３ｂによってプレート１４１に固定される。取付板１７３ａ，１７３ｂの代わりに、導体を用いて抵抗素子１７を抵抗側接点２０および一次端子１１のそれぞれと電気的に接続してもよい。その場合、導電性を有しない部材によって抵抗素子１７がプレート１４１に固定される。抵抗素子１７を、絶縁性を有するカバー１６で覆い、消弧室１４より主面１０ａに近い位置に設けることで、開閉器１のＺ軸方向の寸法を低減することができ、開閉器１を小型化することが可能である。

図１１から図１３は、実施の形態に係る開閉器の投入動作時の動きを示す図である。図１１から図１３においては、主接触子２２および補助接触子２３で構成される可動接触子１５および主接点１９、抵抗側接点２０、および補助接点２１の周辺についてのみ記載した。消弧室ベース部１４３に消弧室１４が取り付けられる。なお図１１から図１３において、消弧室１４の記載を省略した。投入動作時に、補助接触子２３はアーム２４と一体に第１の方向に回動する。図１１に示すように、補助接触子２３の突起２３２が抵抗側接点２０に接触する。その後に、図１２に示すように、補助接触子２３の先端部分２３１が補助接点２１に接触する。そして、図１３に示すように、主接触子２２が主接点１９に接触する。主接点１９および抵抗側接点２０はＸ軸方向に押圧するクリップ形状である。この形状により、投入状態において、主接触子２２が主接点１９と係合し、補助接触子２３の突起２３２が抵抗側接点２０と係合する。補助接点２１の先端部分には、Ｙ軸方向に対して傾斜した平板が設けられている。投入状態において、補助接触子２３の先端部分２３１が、平板に係止することで、補助接触子２３の先端部分２３１が補助接点２１と係合する。

図１４および図１５は、実施の形態に係る開閉器の開放動作時の動きを示す図である。図の見方は、図１１から図１３と同様である。開放動作時に、補助接触子２３の先端部分２３１が補助接点２１に接触した状態で、アーム２４が第１の方向と反対方向に回動することで、図１４に示すように、主接触子２２が主接点１９から離脱する。ここで、補助接点２１に先端部分２３１が係合しているので、アーム２４の回動によって、ばね２６の付勢力に抗して補助接触子２３がアーム２４に対して第１の方向に回動する。その結果、先端部分２３１が補助接点２１と接触した状態で、突起２３２が抵抗側接点２０から離脱する。さらにアーム２４が第１の方向と反対方向に回動し、アーム２４が定められた位置まで回動すると、ばね２６の付勢力が、先端部分２３１と補助接点２１との係合力に打ち勝って、あるいは、アーム２４の規制部が補助接触子２３に当接して補助接触子２３を第１の方向と反対方向に押し上げるので、先端部分２３１が補助接点２１から離脱する。先端部分２３１が補助接点２１から離脱すると、ばね２６によって付勢された補助接触子２３はアーム２４に対して第１の方向と反対方向に回動する。ばね２６の付勢力によって補助接触子２３がアーム２４に対して第１の方向と反対方向に回動することで、補助接触子２３の先端部分２３１が補助接点２１から急速に離脱する。消弧室１４は、ばね２６によって付勢された補助接触子２３が補助接点２１から離脱する際に生じるアークを消弧する。

図１６から図１９は、実施の形態に係る開閉器の部分断面図である。図の見方は、図９および図１０と同様である。図１７は、図１６におけるＣ−Ｃ線での断面図である。図１９は、図１８におけるＤ−Ｄ線での断面図である。図１６および図１７の例では、上述の実施の形態とは異なり、抵抗素子１７の電極方向がＹ軸方向である。図１８および図１９の例では、上述の実施の形態とは異なり、抵抗素子１７の電極方向がＺ軸方向である。いずれの場合においても、抵抗素子１７が絶縁性を有するカバー１６に覆われ、消弧室１４より主面１０ａに近い位置に設けられるため、開閉器１の小型化が可能である。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態に係る開閉器１によれば、抵抗素子１７を絶縁性を有するカバー１６で覆い、消弧室１４より主面１０ａに近い位置に設けることで、開閉器１の小型化が可能である。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。可動接触子１５の形状は、上述の実施の形態に限られない。また補助接触子２３の形状は、上述の実施の形態に限られない。

１ 開閉器、１０ ベース、１０ａ 主面、１１ 一次端子、１２ 二次端子、１３ ヒューズリンク、１４ 消弧室、１５ 可動接触子、１６ カバー、１７ 抵抗素子、１８ 電動操作機構部、１９ 主接点、２０ 抵抗側接点、２１ 補助接点、２２ 主接触子、２３ 補助接触子、２４ アーム、２５ 支点、２６ ばね、１４１ プレート、１４２ 開口、１４３ 消弧室ベース部、１７１ａ，１７１ｂ 金属蓋、１７２ 抵抗素子カバー、１７３ａ，１７３ｂ 取付板、２３１ 先端部分、２３２ 突起。

Claims (7)

1. ベースの主面に取り付けられ、電源に電気的に接続される一次端子と、
   負荷装置に電気的に接続される二次端子と、
   前記一次端子と電気的に接続される主接点と、
   消弧性および絶縁性を有する部材で構成される消弧室と、
   前記一次端子と電気的に接続され、前記消弧室の内部に設けられる補助接点と、
   鉛直方向上端が前記消弧室の鉛直方向上端より低い状態で、前記消弧室より前記主面に近い位置に設けられ、絶縁性を有するカバーで覆われ、一端が前記一次端子に電気的に接続される抵抗素子と、
   前記抵抗素子の他端に電気的に接続される抵抗側接点と、
   前記ベースに設けられた支点を中心に前記ベースに対して回動可能に支持されるアームと、
   前記アームに取り付けられ、前記二次端子に電気的に接続され、前記アームの回動に従って動くことで、前記主接点、前記抵抗側接点、および前記補助接点に接触する可動接触子と、
   を備え、
   前記負荷装置を前記電源に投入する投入動作時に、前記アームの回動に従って動く前記可動接触子は、前記抵抗側接点に接触した後に、前記抵抗側接点に接触した状態で前記主接点および前記補助接点に接触し、前記負荷装置が前記電源に投入されている投入状態において、前記可動接触子は少なくとも前記主接点および前記補助接点のそれぞれと係合し、
   前記負荷装置を前記電源から切り離す開放動作時に、前記アームの回動に従って動く前記可動接触子は、前記主接点および前記抵抗側接点から離脱した後に、前記補助接点から離脱し、
   前記消弧室は、前記開放動作時において、前記可動接触子が前記補助接点から離脱する時に生じるアークを消弧する、
   突入電流抑制装置付開閉器。
2. 前記主接点および前記抵抗側接点は、前記消弧室の前記二次端子の側に設けられ、
   前記アームは、一端が前記支点に固定されることで、他端が回動可能に支持され、
   前記可動接触子は、
   前記アームの回動する前記他端に取り付けられ、前記投入状態において、前記主接点と係合する主接触子と、
   長手方向が前記アームの長手方向と一致する始点と前記始点から前記投入動作時に前記アームが回動する第１の方向に回動した位置である終点との間を回動可能に、前記アームに取り付けられ、前記投入状態において、前記抵抗側接点および前記補助接点のそれぞれと係合する板状の補助接触子と、
   を有し、
   一端が前記アームに取り付けられ、他端が前記補助接触子に取り付けられ、前記補助接触子を前記アームに対して前記第１の方向と反対方向に付勢するばねをさらに備え、
   前記投入動作時に、前記補助接触子は前記アームと一体に前記第１の方向に回動し、前記補助接触子が前記抵抗側接点に接触した後に、前記主接触子が前記主接点に接触し、前記補助接触子の先端部分が前記補助接点に接触し、
   前記開放動作時に、前記補助接触子の前記先端部分が前記補助接点に接触した状態で、前記アームが定められた位置まで回動することで、前記主接触子が前記主接点から離脱し、前記補助接触子が前記抵抗側接点から離脱し、前記アームが前記定められた位置まで回動した後に、前記補助接触子は前記アームに対して前記第１の方向と反対方向に回動し、前記補助接点から離脱する、
   請求項１に記載の突入電流抑制装置付開閉器。
3. 前記補助接触子は、前記アームに取り付けられる位置から前記アームの長手方向に延びた位置で、前記第１の方向と前記第１の方向の反対方向とに分岐し、前記第１の方向への分岐は、前記投入状態において、前記抵抗側接点と係合する突起を形成し、前記第１の方向の反対方向への分岐は、前記第１の方向の反対方向へ延びてから前記第１の方向に向かって湾曲した位置で、前記アームの長手方向に延びる、
   請求項２に記載の突入電流抑制装置付開閉器。
4. 前記消弧室は、前記負荷装置が前記電源から切り離されている開放状態において前記補助接触子と対向する面が開口であり、前記主接点および前記抵抗側接点と対向する面は閉じられている、
   請求項２または３に記載の突入電流抑制装置付開閉器。
5. 前記抵抗素子の電極が対向する方向は、前記一次端子と前記二次端子の間隔方向と直交し、かつ、前記主面に平行な方向である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の突入電流抑制装置付開閉器。
6. 前記抵抗素子の電極が対向する方向は、前記主面に直交する方向である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の突入電流抑制装置付開閉器。
7. 前記抵抗素子の電極が対向する方向は、前記一次端子と前記二次端子の間隔方向および前記主面のそれぞれに平行な方向である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の突入電流抑制装置付開閉器。

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