JPS604536B2 - 高圧気中開閉器の直流電磁石回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動式高圧気中開閉器（以下開閉器と称する）
の直流電磁石回路に関するものである。

一般に自動式の開閉器は第１図に示すような回路構成を
とっている。即ち、図中１は開閉器、２は主接触子、３
は電源側配電線、４は負荷側配電線、５は投入用電磁石
、６は電磁石制御回路、７，８は制御回路用電源端子、
９は制御用変圧器でその１次側は電源側配電線３に接続
され２次側は制御回路用電源端子７，８に接続されてい
る。第２図及び第３図は常時励磁形の開閉器における投
入状態及び開放状態を示す概要図であり、図中３１は固
定接触子、３２は支持碍子、３３は主接触子２の基端部
を支承する枢軸、３４は電磁石５のロッド‘こ連結され
て主接触子２を投入状態に駆動するための連結リンク、
３５は電磁石５への通電を停止した時に主接触子２を開
放状態に引き外すための引外しスプリングである。さて
、一般に自動式の開閉器の電磁石においては、投入時に
は大きい吸引力を必要とするが投入後の保持力は小さく
て済むので、電磁コイルを分割して投入時は分割された
コイルを並列にしてアンペアターンを増し、投入後は直
列にし、さらに制限抵抗を挿入する等して励磁電流を減
らす、いわゆる直並列切替回路を用いる方法が行われて
いる。

また、配電線の区分開閉器として用いられる場合には雷
撃等のその後復旧する瞬時停電によって開閉器が開放し
てしまって停電が復旧しても配電が停止されてしまう不
都合を防止するために、停電後も一定時間は開閉器の投
入状態を保持してその時間を経過してもなお停電状態で
ある場合に開閉器を遮断させる、いわゆる遅延開放回路
を追加する方法が用いられている。第４図は、このよう
な直並列切替回路及び遅延開放回路を備えた従来の電磁
石制御回路の実施例を示すものであり、端子７側にダイ
オード１０′を挿入して整流し「ダイオード１０′の負
荷側端子１１′と端子８間に制限抵抗１２′とコンデン
サー３′の直列回路を接続する。

また、端子１１′と８間には制限抵抗１４′とコンデン
サー５′の直列回路を接続すると共に同コンデンサ１５
′に並列に補助リレー１６′を接続する。この補助リレ
ー１６′は投入用電磁石５の、分割された励磁コイル５
１，５２，５３の直並列切替を行わせるものであり、こ
れに並列接続されたコンデンサー５′は直並列切替の遅
延動作を行わせるためのものである。また前記のコンデ
ンサー３′は、補助リレー１６′が遅延開放動作をする
ときに投入用電磁石５の励磁コイルに励磁電流を供給す
るために通常時において電荷を蓄勢させておくためのも
のである。１７′及び１８′は補助リレー１６′の常閉
接点であり、この接点が閉じた状態では分割された第１
の励磁コイル５１と第２の励磁コイル５２とが端子１１
′と８に対して並列に接続されるように、また接点が開
いた状態では、第１の励磁コイル５１、第３の励磁コイ
ル５３、制限抵抗５６、逆流阻止ダイオード５７及び第
２の励磁コイル５２が直列に接続されるようにして直並
列切替回路が構成されている。

この従来の電磁石制御回路の動作を説明すると、電源側
配電線３に回路電圧が印加されると、制御用変圧器９の
２次側に制御電圧が発生し端子７，８を経て制御回路６
に制御電圧が印加される。

制御電圧はダイオード１０′により整流されて負荷側端
子１１′に直流電圧を与え、コンデンサ１３′により直
流電圧の平滑及び電荷の蓄勢が行われる。端子１１′，
８は投入用電磁石５の励磁電源をえる。補助リレー１６
′は高抵抗１４′をコンデンサ１５′の組合せにより若
干の時間遅れの後作動する。従って制御電圧の印加時に
おいては補助リレー１６′の常閉接点１７′及び１８′
は閉じたままであり、第１及び第２の励磁コイル５１及
び５２は電源様子７，８に対して並列に接続されている
ため大きなアンペアターンで投入用電磁石５が励磁され
て主接触子２は投入される。その後若干遅れて補助リレ
ー１６′が作動するため、常閉接点１７′及び１８′が
開き、従って第１の励磁コイル５１→第３の励磁コイル
５３→制限抵抗５６→ダイオード５７→第２の励磁コイ
ル５２という直列回路に電流が流れるため、吸引状態を
保持するための少ないアンペア夕−ンの励磁力で投入用
電磁石５は保持され、主接触子２の投入状態を保つこと
になる。この状態から制御電圧を切にすると、若干の間
はコンデンサー５′の蓄勢電荷によって補助リレー１６
′は作動状態を保持しており、従って投入用電磁石５の
励磁コイルは直列回路を形成したままであり「その励磁
を保持する電流はコンデンサー３′に蓄勢されていた電
荷の放電によってまかなわれる。

所定時間経過後、コンデンサ１５′の両端電圧が補助リ
レー１６′の作動電圧よりも低下すると、補助リレー１
６′は開放し、それによって接点１７′及び１８′が閉
じるので第１及び第２の励磁コイル５１及び５２は並列
接続となり、コンデンサ１３′の両端より見たインピー
ダンスが低くなるので励磁電流が多く流れてコンデンサ
１３′の蓄勢電荷が減り、電圧が降下して電磁石５の吸
引状態が保持できなくなり、前記第２図及ぴ第３図に示
す引外しスプリング３５のバネ力で主接触子２は開放さ
れることになる。この時の動作を詳述すると、電磁石５
の吸引力をＦｍ、引外しスプリング３５のバネ力をＦ５
とした場合、吸引力Ｆｍ‘ま励磁電流をｉとするとＦｍ
＝ｋ，×ｉ２（ｋ，は定数）で表わされ、更にｉはコン
デンサ１３′の静電容量と励磁コイル５１及び５２の並
列インピーダンス（直流抵抗）とにより決定される時定
数７で減衰する指数関数ｉ＝ｌｏｅｘｐ（一ｔ／７）で
表わされるからＦｍ＝ｋ，×ｊ。

ｅｘｐ（一２／７）となり（但し、ｔは補助リレー１６
′が開放し、常閉接点１７′，１８′が閉じた時からの
時刻であり、ｉｏはｔ＝０における電流値）または吸引
力Ｆｓは引外しスプリングのバネ定数をｋ２、伸びをｘ
とするとＦｓ＝ｋ２１×で表わされることになる。

従って、主接触子２の投入状態ではＦｓは一定であり、
Ｆｍは指数関数的に減少して行き、ＦｍがＦｓよりも小
さくなった状態でバネ力Ｆｓが吸引力Ｆｍ‘こ打ち勝っ
て開放状態に移行する。制御電圧が切となってからこの
時刻に達する迄の時間が遅延開放時間である。この遅延
開放時間が経過し、主接触子２が開放を開始すべき時間
に達しても、電磁石５の励磁コイルには依然として減衰
中の電流が流れており、この電流が引外しスプリング３
５による主接触子２の開放力を弱める励磁力として作用
する。即ち、開放力をＦｒとすると、Ｆｒ：Ｆｓ−Ｆｍ
＝ｋ２・ｘ−ｋ，×ｉ。

ｅｘｐ（一２ノ７）となり、上式の第２項の力の存在に
より開放力Ｆｒが小さくなって、開放完了までの時間が
大きくなり、従って開放速度が遅くなるという問題があ
る。開放速度が遅いということは、気中開閉器の場合、
アークが消弧する迄の時間が長いということであり、開
閉器の性能を著しく悪化させる要因となる。即ち、アー
クは主接触子２が固定接触子３１から一定距離開いた時
に消孤するが、開放速度が遅いと、その距離に達する迄
の時間が長く掛り、主接触子２、固定接触子３１に熔損
を起すなどの弊害が生じ、寿命や性能の低下につながる
というものである。本発明は、このような従来の欠点を
解消し、遅延開放時間経過後は投入用電磁石の励磁コイ
ルへの電流の流れ込みを遮断して、速やかに主接触子を
開放させることにより消弧能力を向上させた開閉器を提
供することを目的とするものである。

第５図は、本発明の実施例を示す回路図であり、第４図
に示した従来の制御回路６の構成に代えて以下のような
構成としたものである。即ち、整流用ダイオード１０、
ダイオード１０の負荷側端子１１、平滑兼蓄勢用コンデ
ンサー３及びその制限抵抗１２、電磁石５の励磁コイル
の直並列切替用第１の補助リレー１６及びその遅延動作
用コンデンサ１５及びその制限抵抗１４、第１の補助リ
レーＩＳの常開接点１７及び１８までの構成は従釆回路
におけるそれぞぞれを付した符号の構成と同じであり、
更に電源端子７，８間に逆流阻止ダイオード２１、制限
抵抗２２及び第２の補助リレー２４からなる直列回路を
接続する。また、この補助リレー２４を遅延動作させる
ためのコンデンサ２３を第２の補助リレー２４に並列に
接続する。この第２の補助リレー２４は２つの常開銭点
及び１つの常閉接点を有しており、常開接点２５及び２
６はそれぞれ第１の励磁コイル５１と端子１１及び第２
の励磁コイル５２と端子８の間に挿入され、常閉接点２
９はコンデンサ１５の瞬時放電用として制限抵抗２８を
介して第１の補助リレー１６に並列接続されている。な
お、第２の補助リレー２４の遅延開放時間ｔ３はコンデ
ンサ２３と第２の補助リレー２４の内部直流抵抗値の選
定により、主接触子２を遅延開放すべき時間に設定され
、第１の補助リレー１６の遅延開放時間ら‘まそれより
も長く設定される。その理由は後で述べ○る。このよう
な構成の回路において、端子７，６間に制御電圧Ｅａが
入力されると、ダイオード１０により制御電圧Ｅａが整
流され、その負荷側端子１１に直流電圧を与え、コンデ
ンサ１３により直５流露圧の平滑及び電荷の蓄勢が行な
われる。

端子１１の直流電圧は電磁石５の励磁電源となる。また
、ダイオード２１により制御電圧Ｅａは整流され、制限
抵抗２２を経てコンデンサ２３に電荷が蓄勢される。そ
の端子電圧Ｅｂは第６図のｂに示０すように所定の時間
で上昇し、第２の補助リレー２４の動作電圧Ｅｂよりも
高くなった時点で第２の補助リレー２４が励磁され（第
６図ｃ参照）、その常開接点２５及び２６が閉成すると
共に常閉接点２９が開放する常開接点２５，２６の閉成
により投入用電磁石５の第１及び第２の励磁コイル５１
，５２は第１の補助リレー１６の常閉接点１７，１８が
未だ閉じたままであるため端子１１，８‘こ対して並列
に接続されることになり、電磁石５は大きなアンペアタ
ーンの励磁力で励磁されて吸引されト主接触子２が投入
される。制御電圧Ｅａの立ち上がりから主接触子２の投
入までの時間を「遅延投入時間」という。また「制御電
圧Ｅａはダイオード１０により整流され、コンデンサー
３は直流電圧の平滑及び蓄勢を行なう。上記第２の補助
リレー２４の作動によって常閉接点２９が開いた時、高
抵抗１４と低抵抗２８とにより充電を阻止されていたコ
ンデンサ１５は充電を開始し、第６図のｄに示すように
その端子電圧Ｅｃは所定の時定数で上昇し、その電圧が
第１の補助リレー１６の動作電圧Ｅｃ′よりも高くなっ
た時点で第１の補助リレー１６が励磁され、その常閉接
点１７，１８を開いて電磁石５の励磁コイル５１，５３
，５２を端子ｉｌ，８に対して直列接続状態に切替える
。第６図のｆは第１の補助リレー１６の作動状態を示す
ものであり、また同図のｇは直並列功替回路の各接点１
７，１８，２５，２６の開閉状態を示すものである。同
図において■は接点１７，１８が閉で懐点２５，２６が
開の状態、■は援点１７，１８，２５，２６が共に閉の
状態（励磁コイルの並列状態）、■は接点１７，亀８が
関で競点２５，２６が閉の状態（励磁コイルの直列状態
）をそれぞれ示すものである。この■の動作時間ｔ，は
主接触子２が確実に投入される時間に選ばれる。次に制
御電圧Ｅａが切になると、コンデンサ１３に蓄勢されて
いた電荷が電磁石５の励磁コイル５１，５３，５２の直
列回路に流れ、電磁石５は暫くの間励磁状態を保持して
いる。

ここの間、コンデンサ２３の篭勢電荷は第２の補助リレ
ー２４に流れ、所定の時定数で端子電圧Ｅｈは降下して
行き、第２の補助リレー２４の保持電圧Ｅｂ″よりも低
くなった時点で第２の補助リレー２４は開放し、その後
点２５，２６が開くため、励磁コイル５１，５２，５３
に供給されていた励磁電流が全く流れなくなり、主接触
子２は引外しスプリング３５のバネ力で開放されること
になる。従って従来のように引外しスプリング３５のバ
ネ力が、指数関数的に減少する電磁石５の吸引力により
減殺されて遅い速度で開放されることがなく、制御電圧
Ｅａの切から第２の補助リレー２４の開放までの遅延開
放時間ｔ５後、主接触子２は速やかに開放し、よってア
ークの梢弧時間を短かくして開閉器の性能を向上させる
ことができる。ｔ３は、主接触子を開放すべき所定の値
に設定される。前記の第２の補助リレー２４の開放によ
り接点２９が閉成し、コンデンサ１５の電荷を急激に減
少させる。

その端子電圧Ｅｃが第１の補助リレー１６の保持電圧Ｅ
ｃ″よりも低くなった時点で第１の補助リレー１６は開
放し、その接点１７，１８が閉成して第５図の回路状態
に復帰する。ここで、第１の補助リレー１６の開放時間
ｔ２を遅延開放時間ｔ３よりも若干長くしたのは、もし
第１の補助リレー１６が第２の補助リレー２４よりも先
に開放してしまいその接点１７，１８が閉じると、電磁
石５の励磁コイルが並列に接続されてコンデンサ１３の
電荷が急速に消費され、設定された遅延開放時間ｔ３以
前に電磁石５の吸引力Ｆｍが反溌力Ｆｓより小さくなっ
て、開放力Ｆｒが生じ、電磁石５に励磁電流が流れ続け
ている状態、即ち開放力Ｆｒが小さい状態のまま電磁石
６が開放し始め、主接触子２の開放が遅い速度で行われ
るのを防止するためである。また、第１の補助リレー１
６を第２の補助リレー２４の開放後、接点２９により速
やかに開放するようにしたのは、第２の補助リレー２４
が開放して接点２５，２６が開いた段階で、暫くの間第
１の補助リレー１６の接点１７，１８が開いていたとす
ると（この段階では電磁石５は消勢し、主接触子２は開
放されている。

）、次に制御電圧が印加されて第２の補助リレー２４が
励磁された場合、その接点２５，２６が閉じても第１の
補助リレー１６の接点１７，１８が開いているため電磁
石５の励磁コイルは直列に接続され、投入に必要なアン
ペアターンの励磁力が得られず、しかも第１の補助リレ
ー１６は制御電圧の印加によりものまま励磁された状態
となって主接触子２が投入されないということを防止す
るためである。従って、第２の補助リレー２４の消勢後
、速やかに第１の補助リレー１６が消勢するようにコン
デンサ１５の残留電荷を強制的に放電させるようにした
ものである。第６図では説明の都合上、制御電圧切後、
第１の補助リレー１６が消勢するまでの時間ｔ２をＷこ
対して比較的長くとっているが、実際上は、遅延開放時
間ｔ３＝２秒に対し、ｔ２−ｔ３は数１０肌ｓのオーダ
ーである。上述したように本発明は、 高圧気中開閉器１の主接触子２の投入動作を行う直流電
磁石５の駆動を行うための電磁石回路６において、当該
電磁石５の励磁コイルを少なくとも２つに分割し、これ
らの励磁コイルを励磁電源に並列に接続する常閉接点１
７，１８を有する第１の補助リレー１６と、これらの励
磁コイルを直列にし、この直列にされた励磁コイルの両
端を励磁電源に接続する常開接点２５，２６を有する第
２の補助リレー２４とを備え、前記気中開閉器１設定個
所の電源側配電線３に接続された制御用変圧器９の２次
側出力である制御電圧Ｅａを整流するダイオード１０に
よる第１の整流回路の負荷側に、第１の制限抵抗１２及
び第１のコンデンサ１３により平滑及び蓄勢をする第１
の蓄勢回路を設け、当該蓄勢回路電圧を前記電磁石５の
励磁電源とし、前記第１の整流回路の負荷側に第２の制
限抵抗１４及び第２のコンデンサ１５により蓄勢をする
第２の蓄勢回路を設け、当該第２の蓄勢回路のコンデン
サー５に並列に前記第１の補助リレー１６を接続し、前
記制御電圧Ｅａを整流するダイオード２１による第２の
整流回路に、第３の制限抵抗２２及び第３のコンデンサ
２３により蓄勢をする第３の蓄勢回路を設け、当該第３
の蓄勢回路のコンデンサ２３に並列に前記第２の補助リ
レー２４を接続し、第２の補助リレー２４の常開接点２
９と制限抵抗２８の直列回路を前記第２の蓄勢回路のコ
ンデンサ１５に並列に接続して、前記第１の補助リレ‐
１６が第２の補助リレー２４の投入後主接触子２が完全
に投入される余裕時間ら経過後に投入し、かつ、制御電
圧Ｅａの消勢時に前記第２の蓄勢回路のコンデンサ１５
が急速に放電するように前記制限抵抗２８，１４及びコ
ンデンサ１５の回路の時定数を設定し、制御電圧Ｅａ消
勢時において、前記第２の蓄勢回路の第２のコンデソサ
１５の放電による前記第１の補助リレー１６の遅延開放
時間をｔ２とし、前記第３の蓄勢回路の第３のコンデン
サ２３の放電による前記第２の補助リレー２４の遅延開
放時間をｔ３としたとき、ｔ２＞ｔ３となるように各蓄
勢回路の時定数をそれぞれ設定した構成であるので、予
め設定した遅延開放時間経過後には投入用電磁石の励磁
コイルへの電流が瞬断されて支援軸子を速やかに開放し
、消弧能力が著しく向上するという効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の自動式の開閉器の回路構成を示す回路図
、第２図は自動式の開閉器の投入状態を示す概要図、第
３図は同じく開放状態を示す概要図、第４図は従来の電
磁石回路を示す回路図、第５図は本発明に係る電磁石回
路の実施例を示す回路図、第６図は本発明における回路
の動作を示すタタイムチヤートである。 １：気中開閉器、２：主接触子、３５４：配電線、５：
投入用電磁石、６：電磁石制御回路、７，８：制御回路
用電源端子、９：制御用変圧器、１１，５４，５５：端
子、１０，２１，５０７：ダイオード、１２，１４，２
２，２８，５６：抵抗、１３，１５，２３：コンデンサ
、１６：第１の補助リレー、２４：第２の補助リレ−、
１７，１８：第１の補助リレー１６の常閉接点、２５，
２６：第２の補助リレー２４の常開接づ点、２９：第２
の補助リレー２４の常閉接点、５１，５２，５３：励磁
コイル。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高圧気中開閉器１の主接触子２の投入動作を行う直
   流電磁石５の駆動を行うための電磁石回路６において、
   当該電磁石５の励磁コイルを少なくとも２つに分割し
   、 これらの励磁コイルを励磁電源に並列に接続する常
   閉接点１７，１８を有する第１の補助リレー１６と、こ
   れらの励磁コイルを直列にし、この直列にされた励磁コ
   イルの両端を励磁電源に接続する常開接点２５，２６を
   有する第２の補助リレー２４とを備え、 前記気中開閉
   器１設置個所の電源側配電線３に接続された制御用変圧
   器９の２次側出力である制御電圧Ｅａを整流するダイオ
   ード１０による第１の整流回路の負荷側に、第１の制限
   抵抗１２及び第１のコンデンサ１３により平滑及び蓄勢
   をする第１の蓄勢回路を設け、当該蓄勢回路電圧を前記
   電磁石５の励磁電源とし、 前記第１の整流回路の負荷
   側に第２の制限抵抗１４及び第２のコンデンサ１５によ
   り蓄勢をする第２の蓄勢回路を設け、当該第２の蓄勢回
   路のコンデンサ１５に並列に前記第１の補助リレー１６
   を接続し、 前記制御電圧Ｅａを整流するダイオード２
   １による第２の整流回路に、第３の制限抵抗２２及び第
   ３のコンデンサ２８により蓄勢をする第３の蓄勢回路を
   設け、当該第３の蓄勢回路のコンデンサ２３に並列に前
   記第２の補助リレー２４を接続し、第２の補助リレー２
   ４の常閉接点２９と制限抵抗２８の直列回路を前記第２
   の蓄勢回路のコンデンサ１５に並列に接続して、前記第
   １の補助リレー１６が第２の補助リレー２４の投入後主
   接触子２が完全に投入される余裕時間ｔ＿１経過後に投
   入し、かつ、制御電圧Ｅａの消勢時に前記第２の蓄勢回
   路のコンデンサ１５が急速に放電するように前記制限抵
   抗２８，１４及びコンデンサ１５の回路の時定数を設定
   し、 制御電圧Ｅａ消勢時において、前記第２の蓄勢回
   路の第２のコンデンサ１５の放電による前記第１の補助
   リレー１６の遅延開放時間をｔ＿２とし、前記第３の蓄
   勢回路の第３のコンデンサ２３の放電による前記第２の
   補助リレー２４の遅延開放時間をｔ＿３としたとき、ｔ
   ＿２＞ｔ＿３となるように各蓄勢回路の時定数をそれぞ
   れ設定したことを特徴とする高圧気中開閉器の直流電磁
   石回路。