JPH01159921A

JPH01159921A - 真空開閉装置

Info

Publication number: JPH01159921A
Application number: JP62316439A
Authority: JP
Inventors: ▲つる▼永　和行; Kazuyuki Tsurunaga; Hiroyuki Okumura; 奥村　博行
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、高電圧、大電流回路の開閉に使用される真空
開閉装置であって、特に限流機能を有する真空開閉装置
に関する。

（従来の技術）真空開閉装置は、接点を構成する固定電極と可動電極と
を真空容器の内部に対向配置させたもので、高い信頼性
を有し、配電系統の保護や電動機回路の開閉等、広範な
分野に用いられている。従来の真空開閉装置として、特
開昭５７−１５４７２６に示された構成のものがある。

一方、近年の受配電システムにおいては、電路や回路機
器を短絡事故から確実に保護すること、また遮断器や開
閉装置か負担する遮断電流を低減することを目的として
、過大電流を速やかに所定値以下に限流する小型で簡易
な限流器の実現が望まれている。このような要望に対し
、特開昭６０−７４９３２に示されるような限流装置が
考案され実用に供されるに至っている。

従来の限流装置の回路構成について、第５図を参照し説
明する。この限流装置は、送電線路３１゜３２の間に、
磁束を通すための鉄心３３、この鉄心３３に巻かれた第
１のコイル３４、第１のコイル３４に直列接続されたし
ゃ断器３８、鉄心３３に巻かれた第２のコイル３５、事
故発生時の過大電流を検出してしゃ断器３８をトリップ
させる変流器３つ、しゃ断器３８の極間を保護するサー
ジ抑制器３７、第１のコイル３４を保護するサージ抑制
器３６を構成したものである。

正常動作時においては、しゃ断器３８は閉じており、第
１のコイル３４と第２のコイル３５とに電流が流れる。

第１のコイル３４と第２のコイル３５は同一の強度の磁
束を生じ、しかも互いに打消し合うように逆向きに巻か
れている。このため、第１のコイル３４の自己インダク
タンスＬ′１と第２のコイル３５の自己インダクタンス
Ｌ′２はインピーダンスとして働かず、送電線路３１゜
３２間はインピーダンスがゼロに保持される。

これに対し過大電流か流れるとしゃ断器３８か作動して
開となるため、電流は第２のコイル３５にのみ流れ、第
１のコイル３４には流れない。このため、自己インダク
タンスＬ′１か切り離され、第２のコイルの自己インダ
クタンスＬ′２がインピーダンスωＬ２として作用する
。これにより、過大電流が限流される。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、このような限流器では、第１のコイル３４及び
第２のコイル３５の所要寸法が、回路電流に応じて大き
くなる。さらに、サージ抑制器３６．３７やしゃ断器３
８を必要とするため、限流器が大型化し、限流器を、真
空開閉装置の真空容器に内蔵することはできなかった。

このため、真空開閉装置の外部にこのような限流器を設
置しなければならず、装置全体が大型化し、重量が大き
くなるという問題点があった。

また、しゃ断器３８を用いているため、動作が低速でし
かも信頼性が低いという問題点があった。

本発明は上記事情に鑑み、小型で簡易な限流器を真空容
器の内部に構成し、しかも高速で高信頼性である真空開
閉装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）上記目的は、真空容器の内部に固定電極と可動電極とか
対向するように配置され、前記固定電極に固定ロッドが
接続され前記可動電極に可動ロッドが接続された真空開
閉装置において、前記固定ロッドと電気的に絶縁された
状態で前記固定ロッドの外周に巻装され、第１の所定臨
界電流値を有する超電導材料から作られた第１のコイル
と、一端が前記第１のコイルの他端に電気的に接続され
、他端か前記固定電極に電気的に接続され、前記固定ロ
ッドの外周に前記第１のコイルとは逆方向に巻装され、
前記第１・の所定臨界電流値よりも低い第２の所定臨界
電流値を有する超電導材料から作られた第２のコイルと
を備えたことを特徴とする真空開閉装置によって達成さ
れる。

（作　用）正常動作時には、電流は第１のコイルの第１の所定臨界
電流値及び第２のコイルの第２の所定臨界電流値よりも
小さい電流しか流れず、第］のコイルと第２のコイルは
共に超電導状態である。このため、電流は外部配線から
第１のコイル、第２のコイル、固定電極、可動電極、可
動ロッドを順に経て流れ、固定ロッドには電流が流れな
い。第１のコイルによって生じる磁束と第２のコイルに
よって生じる磁束は相互に逆方向であるため打ち消しあ
い、それぞれの自己インダクタンスはインピーダンスと
して働かない。これにより、電流は限流されずに流れる
。

過大電流が流れる条件が生じると、このときの電流値は
第１のコイルの第１の所定臨界電流値よりも小さく、第
２のコイルの第２の所定臨界電流値よりも大きくなり、
第１のコイルは超電導状態、第２のコイルは常電導状態
となる。第２のコイルの抵抗は急激に大きな値となり、
第２のコイルが外周に巻装されている固定ロッドの抵抗
より値が大きくなる。このため、電流は外部配線から第
１のコイルを経て、第２のコイルに流れずに固定ロット
に流れ、さらに固定電極、可動電極、可動ロッドに順に
流れる。第１のコイルによって生じる磁束は第２のコイ
ルによって打消されず、第１のコイルによる自己インタ
゛クタンスがインピータ゛ンスとして働く。これにより
、過大電流が限流される。

（実施例）以下、本発明を図示する実施例に基ついて詳述する。

まず、本発明の一実施例による真空開閉装置の構造につ
いて、第１図を参照し説明する。真空容器］の内部に、
固定電極２と固定電極３とが対向配置され、固定電極２
に固定ロッド４が接続され、可動電極３に可動ロッド５
が接続されている。固定ロッド４は鋼材から成り、・可
動ロッド５は表面に超電導材料が配された金属から成る
。さらに、固定電極２及び可動電極３をシールドするシ
ールド６、可動電極３を可動させるためのベローズ７が
配置されている。固定ロッド４の下方において固定ロッ
ド４の外周に、第２の所定臨界電流値を有する超電導利
料から成る第１のコイル１０が任意の向きに任意の巻数
だけ巻装されている。第２のコイル１１の下端は固定電
極２に電気的に接続され、上端は固定ロッド４の外周に
はめられて導電性材料から成るリング状の中継部１２に
電気的に接続されている。中継部１２の上方の固定ロッ
ド４の外周に、絶縁性材料から成る絶縁キャップ８がは
めこまれている。この絶縁キャップ８の外周に、第１の
所定臨界電流値を有する超電導材料から成る第１のコイ
ル１０が、第２のコイル１１とは逆の向きに、さらにほ
ぼ第２のコイル１１と同巻数だけ巻装されている。この
第１のコイル１０の第１の所定臨界電流値は、第２のコ
イル１１の第２の所定臨界電流値よりも大きい。絶縁キ
ャップ８の上部には、導電性材料から成るターミナル９
かはめこまれている。第１のコイル１０の下端は中継部
１２に、上端はターミナル９に電気的に接続されている
。尚、超電導材料は、いずれも常温で使用できるものを
用いる。本実施例の真空開閉装置は、従来の真空開閉装
置に第１のコイル１０、第２のコイル１１、中継部１２
、絶縁キャップ８、ターミナル９を有した限流器を付加
したものであると考えることができる。

以上のような構成を有する本実施例の真空開閉装置の動
作について、説明する。本実施例の真空開閉装置を等価
回路に置きかえたものが第２図である。図示されていな
い電源に接続される、固定電極側の接続端２５と、図示
されていない負荷に接続される可動電極側の接続端２５
′　との間において、以下のものが構成されている。タ
ーミナル９の抵抗Ｒ２１に、第１のコイル１０が直列に
接続され、これに第２のコイル１１と固定ロッド４の抵
抗Ｒ２３とを並列に接続したものが直列に接続され、さ
らに固定電極２と可動電極３との間の電極間接触抵抗Ｒ
２２が直列に接続されている。ここで可動ロッド５の抵
抗は、表面に配された超電導材料によって短絡された形
となり、抵抗を無視することができる。さらにこの超電
導材料は、過大型流が流れた場合にも超電導状態である
ような高い臨界電流値を有するものであり、正常動作時
は勿論、過大電流が流れた場合においても常に抵抗は無
視しうるとする。

次に、この場合における第１のコイル１０、第２のコイ
ル１１、固定ロッド４、可動ロッド５のそれぞれの抵抗
率が、この等価回路に流れる電流ｉの値によりどのよう
に変化するかについて、説明する。第３図は、電流りに
対するそれぞれの抵抗率ρの変化を示したものであり、
第１のコイル１０の抵抗率をρ１、第２のコイル１１の
抵抗率をρ　　固定ロッド４の抵抗率をρ４、可動ロッ
２　ゝド５の抵抗率をρ５とし、さらに第１のコイル１０の第
１の所定臨界電流値をＩ。１、第２のコイル１１の第２
の所定臨界電流値をＩ。２、可動ロッド５の臨界電流値
をＩ。５とする。正常動作時では、電流ｉは第１の所定
臨界電流値■。１、第２の所定臨界電流値Ｉ。２、可動
電極可動ロッド５の臨界電流値’ｃ５のいずれよりも小
さい。このため、第１のコイル１０の抵抗率ρ１、第２
のコイル１１の抵抗率ρ　　可動ロッド５の抵抗率ρ５
、はいず２　ゝれもゼロである。これに対し、過大電流が流れると電流
ｉは、第２の所定臨界電流値■。２よりも大きく、第１
の所定臨界電流値■。１、可動電極の臨界電流値Ｉ。５
よりも小さい値となる。これにより、第１のコイル］０
の抵抗率ρ１、可動ロッド５の抵抗率ρ５はゼロのまま
であり、第２のコイル１１の抵抗率ρ２は非常に高い値
となって、電流ｉの値に影響されず一定値である固定ロ
ッド４の抵抗率ρ４よりもはるかに大きな値となる。第
１のコイル１０の第１の所定臨界電流値■。１及び可動
ロッド５の所定臨界電流値は十分に大きく、この値より
も大きな電流が流れることはなく、第１のコイル１０の
抵抗率ρ１及び可動ロッド５の抵抗率ρ５は常にゼロの
状態が維持される。

第２図において、正常動作時には第２のコイル１１の抵
抗率ρ２はゼロであるため、相対的に固定ロッド４の抵
抗Ｒ２３は無限大となり、固定ロッド４には全く電流ｉ
は流れない。よってこの場合の等価回路は第４図（ａ）
のように表わされる。

第１のコイル１０によって生じる磁束と第２のコイル１
１によって生じる磁束は逆向きてしかも同強度であるた
め打消し合う。このため、第１のコイル１０の自己イン
ダクタンスＬ１と第２のコイル１１の自己インピーダン
スＬ２はインピーダンスとして働かず、第１のコイル１
０と第２のコイル１１の部分は固定ロッド４を周回する
抵抗ゼロの電路となる。このときの等価回路は第４図（
ｂ）のように表わされ、接続端２５．　２５’間のイン
ピーダンスの総和は、ターミナル９の抵抗Ｒ２□と電極
間接触抵抗Ｒ２゜のみの和となり、負荷側への給電を支
障なく行なう。

負荷側に過大電流条件が生じると、電流ｉが増大し、第
２のコイル１１の抵抗率ρ１は固定ロッド４の抵抗率ρ
４よりはるかに大きな値となる。

このため、正常動作時において固定ロッド４に流れずに
第２のコイル１１にのみ流れていた電流ｉは、固定ロッ
ド４へ転流し、第２のコイル１１にはほとんど流れなく
なる。よってこの場合の等価回路は、第４図（ｃ）のよ
うに表わされる。第２のコイル１１に電流１が流れない
ため、正常動作時において第２のコイル１１によって打
消されていた第１のコイル１０による磁束ψが発生し、
第１のコイル１０の自己インダクタンスＬ１がインピー
ダンスωＬ１として作用する。これにより、この場合の
接続端２５．２５’の間のインピーダンスの総和は、タ
ーミナル９の抵抗Ｒ２□と電極間接触抵抗Ｒ２２と、新
たに生じた第１のコイル１０によるインピーダンスωＬ
１と固定ロッド４の抵抗Ｒ２３との和となる。よって正
常動作時よりも、インピーダンスωＬ　と抵抗Ｒ２３と
が増加し、この分だけ過大電流が限流される。

このように本実施例の真空開閉装置は、限流器を小型で
簡易な構造にして真空容器の内部に構成しているため、
装置全体が小型・軽量化されている。さらにこの内蔵さ
れた限流器は、しゃ断器等の機械的動作を行なう素子を
用いず、磁気作動により動作するものであり、かつ主回
路電流を直接検出して動作するため、高速でしかも信頼
性が高い。また、第１のコイル１０と第２のコイル１１
の巻数を変えたり、用いる超電導材料の臨界電流値を変
えることにより、限流作用が働くときの電流値や、この
作用が働いたときの限流作動電流の値を自由に選ぶこと
ができる。第１のコイル１０及び第２のコイル１１は耐
圧性の高い真空容器内部に構成されているため、コイル
をかなり近づけて巻装してもとなり合った線の間で表面
線路が発生せず、コイル素線ピッチを小さくでき、コイ
ルの小型化を図ることができる。

本実施例では、可動ロッド５の表面に超電導材料を配し
ているため、より発熱量を抑えることができるが、通常
の可動ロッドと同様に鋼材を用いたものであってもよい
。第１のコイル１０と第２のコイル１１との接続を、中
継部１２を介して行なっているが、このようなものを用
いずに、直接接続してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の真空開閉装置は、超電導
材料の臨界電流の前後における抵抗率の急激な変化を利
用して、磁気作動により過大電流を限流する小型で簡易
な限流器を真空装置の真空容器内部に構成したことによ
り、小型軽量化を図ることかでき、さらに高速かつ信頼
性か高いという長所を備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による真空開閉装置の構造を
示す図、第２図は本発明の一実施例による真空開閉装置
の等価回路を示す回路図、第３図は本発明の一実施例に
よる真空開閉装置の第１のコイル、第２のコイル、固定
ロッドの電流に対する抵抗率の変化を示すグラフ、第４
図は本発明の一実施例による真空開閉装置の実際に作動
している場合の等価回路を示す回路図、第５図は従来の
限流器の回路構成を示す回路図である。１・・真空容器、２・・固定電極、３・・・可動電極、
４・・・固定ロッド、５・・・可動ロッド、６・・シー
ルド、７・・・ベローズ、８・・・絶縁キャップ、９・
・・ターミナル、１０・・・第１のコイル、１１・・第
２のコイル、１２・・・中継部、２５．２５’・・・接
続端、３］・・・送電線路、３２・・・送電線路、３３
・・・鉄心、３４・・第１のコイル、３５・・・第２の
コイル、３６・・サージ抑制器、３７・・・サージ抑制
器、３８・・・しゃ断器、３９・変流器、Ｒ２□・・タ
ーミナル９の抵抗、Ｒ２２・・・電極間接触抵抗、Ｒ２
３・・・固定ロッド４の抵抗、Ｌｌ・・・第１のコイル
１０の自己インダクタンス、Ｒ２・・・第２のコイル１
１の自己インダクタンス。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄の　　　− （Ｑ）（ｂ）（Ｃ）第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】真空容器の内部に固定電極と可動電極とが対向するよう
に配置され、前記固定電極に固定ロッドが接続され前記
可動電極に可動ロッドが接続された真空開閉装置におい
て、前記固定ロッドと電気的に絶縁された状態で前記固定ロ
ッドの外周に巻装され、第１の所定臨界電流値を有する
超電導材料から作られた第１のコイルと、一端が前記第
１のコイルの他端に電気的に接続され、他端が前記固定
電極に電気的に接続され、前記固定ロッドの外周に前記
第１のコイルとは逆方向に巻装され、前記第１の所定臨
界電流値よりも低い第２の所定臨界電流値を有する超電
導材料から作られた第２のコイルとを備えたことを特徴
とする真空開閉装置。