JPH10255607A - 高速スイッチ装置 - Google Patents

高速スイッチ装置

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JPH10255607A
JPH10255607A JP5263897A JP5263897A JPH10255607A JP H10255607 A JPH10255607 A JP H10255607A JP 5263897 A JP5263897 A JP 5263897A JP 5263897 A JP5263897 A JP 5263897A JP H10255607 A JPH10255607 A JP H10255607A
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JP
Japan
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conductor
electromagnetic
short ring
electromagnetic repulsion
switch device
Prior art date
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Pending
Application number
JP5263897A
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English (en)
Inventor
Jun Matsuzaki
順 松崎
Kazuyuki Tsurunaga
和行 鶴永
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は信頼性の高い高速スイッチ装置を提
供することを課題としている。 【解決手段】 本発明の高速スイッチ装置は、可動軸1
bに取り付けてられたショートリング1dと、ショート
リング1dに近接して設置されショートリング1dに電
磁反発力を与えるために銅より抵抗率の大きい導体を用
いて巻回された電磁反発コイル1cとを備えたことを特
徴としている。 【効果】 本発明により高速スイッチ装置の操作安全性
を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、送配電装置などに
用いられる真空遮断器を高速に開極する高速スイッチ装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の高速スイッチ装置は、真空バルブ
(開閉器)の可動軸に取り付けられたショートリング
(短絡環)を、電磁反発コイル(巻線)を励磁すること
で開極する構成となっている。そして、電磁反発コイル
にはコンデンサーにチャージ(蓄積)したエネルギーを
投入している。
【0003】ここで、電磁反発コイルに流れる電流の周
波数及び波高値は、高速スイッチ装置を開極するための
電磁力を得るために、コンデンサーの静電容量と電磁反
発コイルの自己インダクタンス及び抵抗値によって決定
される。そして、高速スイッチ装置を所定の時間で開極
するためには、コンデンサーにチャージしたエネルギー
を、開極時間と一致するように電磁反発コイルの抵抗で
消費させることで、コンデンサーのチャージエネルギー
を極力小さくすることができ、高速スイッチ装置の小型
化を図ることができていた。
【0004】また、電磁反発力を受け、真空バルブの可
動軸を動かすシヨートリングは電磁反発力に耐え得るだ
けの強度と、効率よく電磁反発力を得るために抵抗率の
小さい銅を用いていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の高速ス
イッチ装置では、電磁反発コイルでコンデンサーのエネ
ルギーを消費させるために抵抗値を大きく取っているの
で、ジュール発熱が大きく導体の温度上昇が激しいとい
う問題があった。
【0006】また、ショートリングの重量が大きいの
で、所定の開極速度を得るために必要な電磁反発力が大
きくなり、装置全体の大きさが大きくなるという課題が
あった。 本発明は、以上のような事情に鑑み成された
もので、電磁反発コイルを構成する導体に抵抗率の高い
導体を用いることで導体体積を増やし、ジュール発熱に
よる導体の温度上昇を抑えるとともに、ショートリング
に軽量でかつ強度の高い材料を用いることによって、開
極に必要とされる電磁反発力を最小限に抑えることので
きる高速スイッチ装置を提供することを目的としてい
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載した高速
スイッチ装置は、固定側電極と可動側電極を備え回路電
流を遮断する真空バルブと、可動側電極を取り付けて可
動側電極を移動させる可動軸と、この可動軸に取り付け
てられたショートリングと、このショートリングに近接
して設置されショートリングに電磁反発力を与えるため
に銅より抵抗率の大きい導体を用いて巻回された電磁反
発コイルとを備えたことを特徴としている。
【0008】請求項2に記載した高速スイッチ装置は、
シヨートリングに軽量で強度の高い磁性材料を用いたこ
とを特徴としている。
【0009】請求項3に記載した高速スイッチ装置は、
ショートリングをドーナツ状とし可動軸との取付部をス
ポーク状にしたことを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】次に本発明の高速スイッチ装置の
実施の形態を説明する。図1において、真空バルブla
は固定側電極と可動側電極を有し、固定側電極と可動側
電極との接触または開離によって回路を接続または遮断
する開閉器である。
【0011】可動軸lbは真空バルブ1aに内臓されて
いる可動側電極に接続されており、可動側電極を移動さ
せるのに用いられる。そして、可動軸lbは投入磁石1
gを励磁することによって移動される。例えば、投入磁
石1gによって可動軸lbが励磁されると、固定側電極
と可動側電極と開離し、主回路は遮断される。しかし、
この場合、可動軸lbはワイプバネ1fを圧縮した状態
となっているので、投入磁石1gによる可動軸lbの励
磁がなくなると、固定側電極と可動側電極とは再び接触
し、主回路は接続された状態となる。
【0012】電磁反発コイルlcは可動軸lbに取り付
けられたシヨートリングldの近くに設けられ、可動側
電極の移動に同期して励磁されシヨートリングldを吸
引または反発することによって可動側電極の移動を助け
ている。
【0013】コンデンサーleは電気的エネルギーを蓄
積し、可動側電極の移動に同期して電磁反発コイル1c
に放電して電磁反発力を強化するために用いられる。ス
イッチ1hは可動側電極の移動に同期して電磁反発コイ
ル1cをコンデンサーleに接続する開閉器である。
【0014】ここで高速スイッチ装置の諸元は以下の通
りである。
【0015】 開極時間 : 500 マイクロ秒 ストローク長さ : 4 mm 真空バルブ可動軸重量 : 0.15kg シヨートリング重量 : 0.5 kg 電磁反発コイルの自己インダクタンス : 100μH コンデンサーの仕様 : 1000μF−1kV この高速スイッチ装置を500マイクロ秒で4mm開極
するためには、加速度a=32×10m/秒が必要で
ある。
【0016】また、この高速スイッチ装置の可動部重量
は真空バルブ可動軸重量0.15kgとシヨートリング
重量0.5kgとの合計値0.65kgであるから、電
磁力F=m−a=0.65×32×10=20800
ニュートン「N]が必要である。そして、この電磁力F
は電磁反発コイル1cとコンデンサー1eの組み合わせ
によって得られる。
【0017】電磁反発コイル1cは自巳インダクタンス
100μHを得るために、図2に示すような直列無誘導
構成とする。電磁反発コイル1cの1層当たりの巻数を
9夕一ン(巻数回)とすることで自己インダクタンス1
00μHを得ることができる。この時の導体2bの長は
9.16mとなる。
【0018】また、電磁反発コイル1cはコンデンサー
1eから投人されるエネルギーを全て高速な開極動作に
消費させるため、インダクタンスと抵抗値の比L/R=
500マイクロ秒ということから、導体抵抗として0.
2Ω以上が必要である。それで、通電時におけるジュー
ル発熱によって導体温度が上昇するのを防ぐため、抵抗
率の高い銅ニッケル合金を用い、所定の抵抗値を有する
導体2bの体積を増やす。例えば、導体2bを銅ニッケ
ル合金(Cu−30%Ni)で構或した場合には、導体
径は直径4.7mmとなる。
【0019】次に本実施例の作用について説明する。
【0020】電磁反発コイル1cに通電するためのコン
デンサー1eには、500J(ジュール)のエネルギー
がチャージされている。このエネルギーを電磁反発コイ
ル1cが消費し、電磁反発コイル1cを構成する導体2
bの温度が上昇することになる。
【0021】従来のように、電磁反発コイル1cの導体
2bを銅で構成した場合には、導体抵抗を0.2Ωにす
るためには導体径を直径1.0mmとする。この場合、
導体2bが消費す単位体積当たりのエネルギーは7.0
×10kJ/mとなる。一方、本実施例のように電
磁反発コイル1cの導体2bを銅ニッケル合金で構成す
ると、導体径は直径4.7mmであるから、導体2bの
消費する単位体積当たりのエネルギーは3.1×10
kJ/mとなる。
【0022】本実施例によれば、従来の導体で一回の通
電当たり20Kの導体温度上昇があるのに対し、1Kの
温度上昇に抑えることが可能となる。
【0023】次に、その他の実施例に就いて説明する。
【0024】真空バルブ1aの可動軸1bには電磁反発
力を受けるショートリング1dが取り付けられる。この
シヨートリング1dは高速開極するのに必要な電磁力を
抑えるために軽量化する。例えば、従来は銅製であった
ショートリングをジュラルミンに変えると、高速スイッ
チ装置の諸元は以下の通りとなる。
【0025】 開極時間 : 500 マイクロ秒 ストローク長さ : 4 mm 真空バルブ可動軸重量 : 0.15kg シヨートリング重量 : 0.15kg 電磁反発コイルの自己インダクタンス : 100μH この場合、高速スイッチ装置の可動部重量は真空バルブ
可動軸重量0.15kgとシヨートリング重量0.15
kgとの合計値0.3kgであるから、開極するために
必要な電磁力F=m−a=0.3×32×10=96
00「N]となり従来の半分である。
【0026】このように、開極するために必要な電磁力
が従来の半分となると、電磁力を得るために必要な電流
値がルート(平方根)2分の1となる。即ち、電磁反発
コイル1cに電流を流すためのコンデンサー1eの仕様
が1000μF−700Vとなり、コンデンサーの小型
化が可能となる。
【0027】図3は軽量化したショートリング1dの形
状を示す平面図である。3aは電磁反発コイル1cの発
生する磁束により生じる渦電流を流すためのリング(導
電)部、3bはリング部3aを真空バルブ1aの可動軸
1bに取り付けるためのスポーク(支持)部である。リ
ング部3aの材質は抵抗率が低く強度の高いジュラルミ
ンを用いる。スポーク部3bは渦電流と無関係なため軽
量で強度の高いGFRP(ガラス繊維強化複合材料)を
用いる。
【0028】この場合の高速スイッチ装置の諸元は以下
の通りとなる。
【0029】 開極時問 : 500 マイクロ秒 ストローク長さ : 4 mm 真空バルブ可動軸重量 : 0.15kg シヨートリング重量 : 0.05kg 電磁反発コイルの自己インダクタンス : 100μH そして、高速スイッチ装置の可動部重量は真空バルブ可
動軸重量0.15kg、シヨートリング重量0.05k
g、合計値は0.2kgであるから、開極するために必
要な電磁力はF=m−a=0.2×32×10=64
00[N]となり、従来の1/3である。
【0030】このように、開極するために必要な電磁力
が従来の1/3となると、電磁力を得るために必要な電
流値がルート3分の1となる。即ち、電磁反発コイル1
cに電流を流すためのコンデンサー1eの仕様が100
0μF−580Vとなり、コンデンサーの小型化が可能
となる。
【0031】以上のように、電磁反発力により高速で開
極する高速スイッチ装置において、電磁反発力を得るた
めに励磁する電磁反発コイルを、銅より抵抗率の大きい
導体を用いることにより励磁時の電磁反発コイルの導体
温度上昇を抑制することが可能となる。
【0032】また、電磁反発力により高速で開極する高
速スイッチ装置において、電磁反発コイルが反発するシ
ヨートリングに、軽量で強度の高い(例えばジュラルミ
ン)材料を用いたことにより、また、シヨートリングを
ドーナツ状とし、軸との取付部をスポーク状とすること
で、可動部の重量の軽減により高速開極のために必要な
電磁力が小さくなり、その結果電磁反発コイルにエネル
ギー投入するためのコンデンサーを小型化することがで
きる。
【0033】
【発明の効果】本発明により、高速スイッチ装置の信頼
性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す高速スイッチ装置の構
成図である。
【図2】図1の電磁反発コイル部を拡大して示す断面図
である。
【図3】図1のショートリングを示す平面図である。
【符号の説明】
1a 真空バルブ 1b 可動軸 1c 電磁反発コイル 1d ショートリング 1e コンデンサー 1f ワイプバネ 1g 投入磁石 1h スイッチ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定側電極と可動側電極を備え回路電流
    を遮断する真空バルブと、前記可動側電極を取り付けて
    前記可動側電極を移動させる可動軸と、この可動軸に取
    り付けてられたショートリングと、このショートリング
    に近接して設置され前記ショートリングに電磁反発力を
    与えるために銅より抵抗率の大きい導体を用いて巻回さ
    れた電磁反発コイルと、を具備してなる高速スイッチ装
    置。
  2. 【請求項2】 前記シヨートリングに軽量で強度の高い
    磁性材料を用いたことを特徴とする請求項1に記載した
    高速スイッチ装置。
  3. 【請求項3】 前記ショートリングをドーナツ状とし前
    記可動軸との取付部をスポーク状にしたことを特徴とす
    る請求項1または請求項2に記載した高速スイッチ装
    置。
JP5263897A 1997-03-07 1997-03-07 高速スイッチ装置 Pending JPH10255607A (ja)

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JP5263897A JPH10255607A (ja) 1997-03-07 1997-03-07 高速スイッチ装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100361257C (zh) * 2004-05-27 2008-01-09 三菱电机株式会社 电路断路器的过电流释放装置
CN107591278A (zh) * 2017-09-21 2018-01-16 西安交通大学 一种半轴卡扣式单稳态操动机构及其操动方法
CN113764225A (zh) * 2021-08-24 2021-12-07 西安交通大学 一种电磁斥力盘置于真空灭弧室内部的真空开关装置

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