JPS6051227B2 - 回路遮断器用トリツプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は回路遮断器に関し、特に瞬時及び遅延トリッ
プ動作の可能な回路遮断器に関するものである。

回路遮断器は、過負荷状態の発生時に負荷電流を自動的
に遮断して電気回路および電気機器の保護を行う。

一般に回路遮断器は、負時間一電流トリップ特性を利用
し、極めて大きい過負荷ではほ一とんど瞬間的な遮断が
行われ、また低乃至中程度の過負荷ではトリップ動作ま
でに時間遅れが与えられて遮断の行なわれるまでに過渡
的状態が自然に消滅するようにして、不必要な給電停止
を防ぐようにしてある。フ 慣用の回路遮断器は、この
負の時間一電流特性を得るのに二つのトリップ装置を用
いている。

瞬時トリップは、高い過負荷状態時に導体に流れる負荷
電流が発生する磁束アマチュアを吸引して、トリップ機
構を働かせるようにした磁気装置によつて行なわれ、ま
た、遅延トリップ機能は、過負荷電流の流れるように接
続されたバイメタル要素によつて与えられていた。低程
度乃至中程度の過負荷では、バイメタル要素が加熱され
て曲るが、この曲りは過負荷の程度とそれが続く時間の
長さとに関係する。バイメタル要素が曲つてある点を通
り過ぎると、ラッチが釈放されるかまたは他の方法でト
リップ機構が働かされて、遮断が行われることになる。
一層複雑な配電系統の保護システムでは、これに含まれ
る遮断器のために、注意深く調整された時間一電流トリ
ップ特性が必要である。

これは或る例では、回路導体の回りに配置されて電子回
路に電流信号を与える変流器を利用し、そのパラメータ
を、作動信号をトリップ機構に与えるように所望の時間
一電流トリップ特性に従つて調整することにより得られ
る。このような電子的トリップ回路は多くの用途で非常
にうまくいつている。

しかし、多くの電子装置を含む構成要素の数が多いのて
事故の可能性も多い。更に、ある電子的トリップ回路で
は、感度の良い永久磁石トリップアクチュエータが必要
であり、遮断器が据え付けられるまでに手荒な扱いを受
けるとアクチュエータが損傷することがある。いくつか
の用途では、変流器と電子的トリップ回路とを設けるの
に要する費用が正当なものとは認められない。

従つて、簡単で費用が安く、部品数が少なく、負の時間
一電流特性を有する回路遮断器用トリップ機構を得るこ
とは望ましいことでこある。この発明の好ましい実施例
によれば、磁性材料コアを用いた回路遮断器用のトリッ
プ装置が得られる。

このコアに対して、同じく磁性材料のアマチュアがコア
を通る第１と第２の磁気回路を形成３するように設けら
れている。このアマチュアは正常位置とトリップ位置と
に可動である。１次巻線はコア部材に結合され、トリッ
プ装置に組合される遮断器への負荷電流を通す。

負荷電流によつて第１と第２の磁気回路に発生する磁束
は、通常の４１負荷状態にある間、平衡した磁気力をア
マチュアに作用させて、アマチュアをその正常位置に保
持させる。第２の磁気回路の、第１の磁気回路と共通で
ない部分の回りに２次巻線が設けられている。

２次巻線は、この装置に組合わされる遮断器に与えられ
る負荷電流に応じて出力を生じる。

過負荷電流状態が発生した時、２次巻線を分路する分路
装置が設けられている。

このため、第２の磁気回路の磁束アマチュアに与えられ
る力を不平衡にするように変化する。すると、アマチュ
アはそのトリップ位置へ移動して、回路遮断器内の機構
を作動させてトリップ動作を行わせる。この発明の好ま
しい実施例に於ては、分路装置は、加えられる電圧が臨
界電圧よりも低いときはそこに流れる電流が常に小さい
という特性を持つ材料から成るスイッチング抵抗器を、
２次巻線の出力部に備えている。臨界電圧より高い電圧
が与：えられたときには、電流は初めは小さいが、与え
られる電圧の大きさに応じた遅延の後により大きい値に
変る。二酸化バナジウムまたはランタンコバルト酸化物
のような物質は、１００：１またはそれ以上の抵抗比を
生じることができる。次に図面に示されたこの発明の実
施例に沿つてこの発明を説明する。

図面には、相当する部分に同じように符号が付けられて
いる。第１図に示す例に於ては、この発明のトリップ装
置１０が設けてある。

トリップ装置１０は磁性材料のコア部材１２と、コア部
材１２の近くに設けられ、点１６で枢支された磁性材料
のアマチュア１４と、コア部材１２に巻かれた１次巻線
１８とを備えている。１次巻線１８は、全体として符号
２０で示される回路遮断器を流れる負荷電流に直列に接
続されている。

負荷電流は端子２２を通じて与えられる。第１図に示す
如く、１次巻線１８を流れる負荷電流１によつて、二つ
の磁気回路２４と２６とを通る磁束がコア部材１２内に
発生する。

第２の磁気回路２６の、第１の磁気回路２４と共通では
ない部分に２次巻線２８が設けられている。

１次巻線１８を流れる負荷電流に応じて２次巻線２８か
ら出力が生じる。

２次巻線２８の出力部を挾んで、分路装置２９が常開型
に接続されている。

分路装置２９は２次巻線２８の出力に応じて作動し、ま
た２次巻線２８から独立して標準型のシャントトリップ
動作のように制御されることが可能である。回路遮断器
２０は、固定接点３０と、接点アーム３４に取付けられ
た可動接点３２とを有し、接点アーム３４はその端が点
３６で枢支されている。

アーム３４は、バネ３８によつて上向きに左回りの接点
を開く向きの偏倚を与えられていて、常時はプランジャ
４２に保持されるラッチ４０によつて接点閉位置に保持
されている。プランジャ４２はベルクランク４６の点４
４に連結され、ベルクランク４６は点４８で枢支されて
いる。ベルクランク４６の他方の端はリンク５０によつ
てアマチュア１４に点５１で連結されている。正常動作
中には、固定接点３０と可動接点３２と１次巻線１８と
を通る負荷電流によつて、磁気回路２４と２６のそれぞ
れに磁束φ１とφ２とが発生する。

従つて、アマチュア１４に平衡した磁気力が発生し、ア
マチュア１４が第１図に示される位置に保持される。過
負荷状態が発生すると、分路装置２９が閉じ、２次巻線
２８には、前より大きい電流が流れる。この電流は磁束
φ２に対抗する磁束を発生し、磁気回路２６の正味磁束
が非常に少なくなる。すなわち、アマチュア１４に作用
する磁気力はもはや平衡しておらす、磁気回路２４中の
前より大きい磁束φ１のためにアマチュア１４が点１６
を軸として右回りに回転する。この運動がリンク５０と
ベルクランク４６によつて伝えられて、プランジャ４２
が第１図で左へ動かされる。すると、ラッチ４０が釈放
され、接点アーム３４の点３６を中心とする回転が可能
になり、固定接点３０と可動接点３２とが開離して、負
荷電流１が遮断されることになる。第２図には、この発
明の一つの実施例として、２次巻線２８の出力部に接続
されて分路装置２９として働き、遅延スイッチング機能
を行う固態遅延スイッチング抵抗器５２が用いられてい
るものの斜視図を示す。

スイッチング抵抗器５２の抵抗は、温度の上昇に伴つて
急速に減少する。このような装置が電圧源に接続される
と、第３図に示されている曲線の一つに似た曲線が得ら
れる。低い電圧では、スイッチング抵抗器は周囲温度よ
り僅かに高い温度まで熱され、その温度では周゛囲への
放散速度が抵抗器の発熱速度にちようど等しい。従つて
抵抗器はいつまでもこの温度で維持される。この有様が
曲線■１で示されている。与えられる電圧が曲線■２で
示されるように高くなると、スイッチング抵抗器は前の
ように発熱し始めるが、周囲への放熱速度と抵抗器内部
の発熱速度の等しい温度にまではならない。温度の上昇
に伴つて抵抗が減少する。このため、スイッチング抵抗
器を流れる電流が増して抵抗器内部で発熱速度が更に増
大する。発熱速度の増大に伴つて温度が更に急速に上昇
して無拘束状態に達してスイッチング抵抗器の抵抗が高
い値から低い値へ急に変化することになる。すなわち、
この抵抗器は、スイッチング機能を効果的に示すことに
なる。曲線Ｖ３とＶ４は、電圧の上昇に伴つてスイッチ
ングが更に早く行われることを示している。二酸化バナ
ジウムまたはランタンコバルト酸化物で作られたスイッ
チング抵抗器は、鋭いスイッチング特性を示し、従つて
特に適するものである。

スイッチング抵抗器５２の大きさの調整と、外界への熱
的結合関係の調整とによつて、種々の定格回路遮断器に
対して遅延の程度を所望のように調整することができる
。更に、所望の応答特性が得られるように、１次巻線と
２次巻線の巻数比を調整することが可能である。第２図
に示される装置のコア部材１２とアマチュア１４は、リ
ベット５４て締めつけられた多数の磁性板の積層体とさ
れている。

正常状態時に平衡位置でストップネジ５９にアマチュア
１４を押．し当てて保持するために、アマチュアにバネ
５６が設けられている。１次巻線は剛性の導電材料の半
ターン５７から成り、組合わされる回路遮断器の主導体
にネジで取付けられる。

２次巻線２８の出力電圧には、たとえば負荷にノ繁がれ
たスイッチングサイリスタあるいは金属蒸気ランプによ
つて生じる過渡的歪みが与えられる。従つて、出力信号
には、たとえばスイッチング抵抗器５２でなされるよう
な、積分処理または平均化処理の施されることが必要で
ある。遅延卜７リップ機能にはこれによる悪い影響はな
かつた。バネ５６と可調整ストップネジ５９とによつて
、瞬時トリップが行われる。アマチュア１４の可動端に
上向きの力が与えられており、一方可動端はストップネ
ジによつて、エアギャップ６１つ（第１図）の中心のす
ぐ下に保持されている。このことによつて、磁気力に不
平衡が生じ、差し引き下向きの磁気力が与えられる。ス
トップネジ５９の調整によつて、瞬時トリップの行われ
る負荷電流レベルが変更できる。負荷電流の２乗に比例
する磁気力が、アマチュア１４に右回りに与えられる。

回路遮断器の瞬時トリップレベルに等しいかそれより高
い厳しい過電流が現れると、バネ５６の力と第２の磁気
回路の磁束の力の組合せより大きい磁気力が直ちにアマ
チュア１４に作用して、トリップ動作を行わせる。バネ
とストップネジの作る不平衡は、遅延トリップ動作に影
響しない。所望によつては、ここで述べられる実施例の
どれでもスイッチング抵抗器５２の代りに電子的電圧感
知及び分路回路を２次巻線２８の出力部に接続すること
ができる。

一層複雑かつ高価にはなるが、より複雑な用途にはこの
ような回路が必要になることもある。あるいは、遅延ト
リップ機能が必要ではなくまた単純な分路トリップ機能
の求められる場合には、２次巻線２８の出力部に、簡単
な手で操作されるスイッチを設けることも可能である。

第４図には、二つの磁気回路に対するアマチュア１４の
有効長さ等が等しくないことを除いて、第２図の実施例
と同様なこの発明の第２の実施例が示されている。

場合によつてはかような装置が望ましい。第５図には、
始めてコア部材１２を分解する必要なしにコア部材１２
に２次巻線２８を取付けることができることを除いて、
第１図のものと同様なこの発明の更に実施例が示されて
いる。

第５図には１次巻線は示されてない。第６図にはこの発
明の更に別の中心に枢軸を持つ実施例が示されている。

個々の遮断器の物理的！な構成配置にはこのような変更
を行なうことにより容易に対応できる。第７図に示され
る実施例は、第１の磁気回路に第３の巻線６０が設けら
れていることを除いて第６図のものと同様である。

前に示された実施例にこ比べて、二つの巻線２８と６０
との電圧の和は瞬時トリップレベルの所定値に対してよ
り独立している。さらに、第７図に示される装置で、巻
線６０を短絡し、２次巻線２８は開放しておき、この装
置がトリップされる時にその構成を逆にすることによつ
て、点５１で得られるトリツプカが効果的に増大される
。さらに有利なことは、必要に応じて巻線６０が２次巻
線２８を分路する電子的タイミング回路に電力を与える
電力源にはり得ることである。第８図にはそれぞれの磁
気回路に二つのエアギノヤツプ６４と６６とを備えるコ
ンパクトな実施例が示されている。

すなわち、低いリラクタンスの枢支点が必要ではなくな
り装置の構成がいくらか簡単になる。ここで開示された
実施例あるいは他の変形例を・特定の回路遮断器に要求
される機械的及び電気的条件に従つて回路遮断器のトリ
ップ装置として採用できる。

この発明に従つて作られたトリップ装置のコストは、多
相の回路遮断器の相ごとに別々のトリップ装置を持つこ
とができるようになる程度に低いものである。以上のこ
とから、この発明によつて従来の変流器とトリップアク
チュエータの二つの装置に組合わせた磁気的トリップ装
置が得られることがわかる。

このことによつて、低いコストで簡単な、所望の機能を
果す信頼性の高い機構が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の動作の基本的な原理を示す単
純化された概略図、第２図はこの発明の好ましい実施例
の装置を示す斜視図、第３図は分路装置として用いられ
るスイッチング抵抗器の時間一電流特性を示すグラフ、
第４図乃至第８図はこの発明のいくつかの実施例の斜視
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁性材料からなるコア部材と、磁性材料からなり、
   前記コア部材に対して第１と第２の磁気回路を形成する
   関係におかれ、正常位置からトリップ位置への動きによ
   つて、組合わされた回路遮断器をトリップさせるアマチ
   ュアと、前記コア部材に結合され、組合わされた回路遮
   断器への負荷電流を通し、この負荷電流によつて前記第
   １と第２の磁性回路に磁束を発生させ、正常負荷電流時
   に前記アマチュアに平衡した磁気力を作用させる１次巻
   線と、前記第２の磁気回路を形成するコア部材に結合さ
   れ、前記、負荷電流に比例する出力を生じる２次巻線と
   、この２次巻線の出力端間に接続され、前記出力に応動
   して前記第２の磁気回路内の磁束を変化させ、過負荷電
   流時に前記アマチュアに不平衡の磁気力を作用させるス
   イッチング素子とを備えた回路遮断器用トリップ装置。 ２ 前記スイッチング素子が温度感応スイッチング抵抗
   器である特許請求の範囲第１項記載の回路遮断器用トリ
   ップ装置。３ 前記スイッチング抵抗器が基本的に温度
   の上昇に伴つて減少する抵抗率を持つ材料から成る特許
   請求の範囲第２項記載の回路遮断器用トリップ装置。 ４ 前記スイッチング抵抗器の材料が主として二酸化バ
   ナジウムである特許請求の範囲第３項記載の回路遮断器
   用トリップ装置。 ５ 前記スイッチング抵抗器が主としてランタンコバル
   ト酸化物から成つている特許請求の範囲第３項記載の回
   路遮断器用トリップ装置。