JPS6377322A - 直流しや断器回路 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、直流しゃ断器回路に関するものであり、特
に、しゃ断器を流れる電流がゼロであるときにしゃ断動
作を行なうようにされた直流しゃ断器回路に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第８図は１例えば特公昭４１−１２５８８号公報に示さ
れている従来の直流しゃ断器回路の概略構成図である。

この第８図において、（１）は直流電源であり、負荷（
２）としゃ断器（３）との直列回路が前記直流電源（１
）と並列にされており、さらに、スイッチ（４）。

インダクタ（５）およびコンデンサ電源（６）の直列回
路が前記しゃ断器（３）と並列にされている。

まに、第４図には、前記＠８図の従来例でしや断動作が
行なわれたときにしゃ断器（３）を流れる電流波形図が
例示されている。

以下、前記第８図および第４図を参照しながら動作につ
いて説明する。いま１時点（１＋）においてしゃ断器（
３）を開き、これと同時ｉこスイッチ（４）を閉じたも
のとする。このときには、コンデンサ電源（６）の極性
に依存して、（→極性のときには時点（ｔ２）において
、まＴこ、（＋）極性のときには時点（ｔｓ’）　　に
おいて、しゃ断器（３）を流れる電流がゼロ１こなり。

これにしにかって所期のしゃ断が行なわれることになる
。そして、この時点（ｔ２）または（ｔｚ’）　におけ
るしゃ断が失敗したときには１次に続くサイクルでしゃ
断器（３）を流れる電流がゼロになる時点で。

前記所期のしゃ断がくり返して行なわれる。なお。

インダクタ（５）は、しゃ断器（３）が開いてから、こ
れを流れる電流がゼロになるまでの時間を規定する時定
数を調節するためのものである。

次に第６図により大形のしゃ断器の構成概念の一例を説
明しておく。第５図でＱすは固定接点、（１）は可動接
点、ゆは固定接点端子台、（イ）は可動接点端子台、Ｑ
は絶縁ロッド％■は駆動ロッド、Ｃ！！１９はリンク、
（１）はレバー％勾はロッド、＠はピストン、に）はシ
リンダー、（１）は電磁弁、０メは圧縮空気、（至）は
閉極用スプリング、ｇ３はケース或はケースに取付けら
れた固定物を示す。しゃ断器にしゃ断指令が与えられる
と電磁弁（７）が励磁されて開となり圧縮空気タンク０
］）より圧縮空気がシリンダー（イ）の上部に送り送ま
れて閉極用スプリング（財）の力ｆこ打勝ってピストン
（至）が押し下げられ、この動きがロット幼、レバー（
至）、リンクに）等の伝達機構を介して駆動ロッド（財
）、絶縁ロッドＱ、可動接点（７）に伝えられ、可動接
点（７）が下方に動いて開極するに至る。

このように一般に大形のしゃ断器では空気圧、油圧、バ
ネ圧等を動力源としピストン、レバー、リンク、ロード
等の操作機構を介して可動接点を動かすため、しゃ断器
にしゃ断指令が与丸られてから実際に接点が開極するま
で憂こは無駄時間を含む時間遅れを有し、かつその値は
作動毎にバラツキすなわちジッターを有するのが通例で
ある。又このジッターの値は経年変化的な変化をするの
も通例である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の直流しゃ断器回路は以上のように構成されている
ので、しゃ断器が開（こされてからしゃ断が行なわれる
までの時にしゃ断器の電極間にアークプラズマが発生す
ることがある。そして、このアークプラズマのにめｆこ
前記しゃ断器の電極が損３を受けて、その寿命が短かく
なってしまう。また、前記アークプラズマが存在するこ
とから、しゃ断器を流ｎる電流がゼロ（こなることがあ
っても。

次の瞬間には、それまでとは逆方向の電流が流れ易くな
り、しゃ断が失敗してしまう可能性がある筈の問題点が
あった。

こσ）発明はと記のような問題点を解決するためになさ
れ１こもσ】であって、しゃ断器の電極間でのアークプ
ラズマの発生を防止してその使用可能期間を延長させ、
しゃ断を短時間で確実ｆこ行なうことができ、ま１こ小
容量のしゃ断器１こよって大電流をしゃ断することので
きる直流しゃ断回路を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る直流しゃ断器回路は、直流電源と負荷と
の間にしゃ断器とダイオードとの直列回路が設けられ、
前記直列回路と並列にコンデンサ電源とスイッチとの直
列回路が設けられ、前記しゃ断器の可動接点を駆動する
操作機構が動き出した事を検出する動作検出器が設けら
れ、前記しゃ断器が開極したことを検出する開極検出器
が設けられ、前記動作検出器が作動してから前記開極検
出器が作動するまでのしゃ断器の動作時間を測定し、そ
の測定データを基に、前記動作検出器が作動した時点を
起点として次回に前記スイッチを投入するタイミングを
決めるスイッチ同期投入制御回路が設けられているもの
である。

〔作用〕

この発明１こよれば前記しゃ断器にしゃ断指令が与えら
れてしゃ断動作を開始した時、前記スイッチ同期投入制
御回路の指令Ｃζより前記スイッチを閉にすることによ
り、Ｂ記コンデンサ電源から流れる電流によって前記し
ゃ断器を流れる電流がゼロにされ、この電流ゼロの期間
内にしゃ断が行われるため無アークしゃ断となるととも
に、前記スイッチの投入タイミングを前記しゃ断器の操
作機構が実際足動き出した時点を起点として過去のしゃ
断器の動作時間を基に決めているため、しゃ断器の動作
時間に対するジッターや経年変化が補正され、前記コン
デンサ電源の設備容量を極力小さく出来る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、上記実施例の概略構成図であり。

また、第２図は、上記実施例におけるしゃ断器電流の波
形図である。

先ず、第１図において、（７）は直流電源であり。

これは、しゃ断器（８）およびダイオードαｐからなる
直列回路を介して負荷コイル鵠に接続されている。

また、前記されたしゃ断器（８）とダイオードＣ１１）
との直列回路には、コンデンサ電源（９）およびスイッ
チαＱからなる直列回路ならびに転流用抵抗＠がそれぞ
れ並列にされている。そして、クローバスイッチα荀が
直流電源（７）と並列にされている。又（至）はしゃ断
器（８）の可動接点を駆動する操作機構１例えば第５図
の駆動ロッド（至）が所定位置まで動い１こことを検出
する動作検出器、ＱＱは前記しゃ断の接点が開極した事
を検出する開極検出器、ａｎは前記動作検出器α穆が作
動してから前記開極検出器ＵＳが作動するまでのしゃ断
器（８）の動作時間を測定しそのデータを基に前記動作
検出器（ハ）が作動した時点を起点として前記スイッチ
四の投入タイミングを決定するスイッチ同期投入制御回
路である。なおコンデンサ電源（９）およびスイッチＧ
Ｏからなる直列回路には必要に応じてインダクタ（至）
が挿入されることもある。

次に第２図をも参照しながら、第１図に示されティるこ
の発明の実施例の動作について説明する。

第２図は横軸を時間軸とし縦軸にしゃ断電流と操作機構
例えば第５図の駆動ロッド（ハ）Ｇｌ）　トラベルとを
とってそＱ）変化を説明したものである。始めζこ直流
ｗ！を源（７）を動作させ、負荷コイル四に流れる電流
を立上げ一定（工、）にする。こり）とき、負荷コイル
叫を流れる電流としゃ断器（８）を流れる電流とは互い
に略々等しいものである。この通電により負荷コイル口
に所定のエネルギが保持された後で。

クローバスイッチσ尋が閉にされ、負荷コイル口を流れ
る電流は前記クローバスイッチα４によってクローバさ
れ、直流電源（７）は回路から切離される。

次いで時点（ｔ３）に於てしゃ断器（８）にしゃ断指令
が与えられると前述の如くしゃ断器は一般Ｃζピストン
、レバー、リンク、ロッド等の操作機構を空気圧、油圧
、バネ圧等で駆動して接点機構を動かすため無駄時間や
遅れを有するため時点（ｔ４）で操作機構が動き出し時
点（【８）で接点が開極すること）こなる。ここで時点
（ｔ６）でスイッチＱ□を閉にしコンデンサ電源（９）
から過渡的な電流（Ｉ２）を前記電流（１Ｋ）とは逆向
きにしゃ断器（８）１こ流してやると時点（ｔ、）でし
ゃ断器を流れる電流はゼロとなり、ダイオード（ロ）Ｃ
ζは逆電圧が印加され始める。この時点（ｈ）からコン
デンサ電源（９）からの放電が終了し、ダイオードＱｌ
）＋こ順電圧が印加され始める時点（ｔ９〕までの逆バ
イアス期間の間はしゃ断器（８）の電流はゼロに保持さ
れるのでこの期間内にしゃ断器の開極時点（ｔ８）がく
るようにタイミングを調整するとアークプラズマが生ず
ることはない。時点（【９）以降はしゃ断器（８）に再
起電圧が印加されるが、このときまでにはしゃ断器（８
）の電極間距離は大きくされておりアークプラズマを生
じることはな（無アークしゃ断が行われることになる。

しかし前述の如くしゃ断器（８）の動作時間にはジッタ
ーを有し、経年変化を有するので上記逆バイアス期間を
長く選んでおかないと開極時点（ｔ８）が逆バイアス期
間内に入らなくなる。一方逆バイアス期間を長くとる１
こめｆこはコンデンサ電源（９）の容１を大きくし充電
々圧を高くする必要があり設備容量が大きくなって経済
的に問題となる。こ＼でしゃ断器（８）１こしゃ断指令
が与えられ時点（【３）から開極する時点（【Ｓ）まで
の動作時間には無駄時間や操作機溝の動作速度の遅い期
間を含むためそのジッターの値も大きいが操作機構が実
際に動き出しその動作速度も大きくなった時点（ｔ５）
から開極時点（ｔ８）までの動作時間のジッターは前述
のしゃ断指令を与九る時点（ｔ３）を起点とするそれに
くらべ大巾に小さくなる。従ってスイッチ四の投入する
時点（ｔ６〕の設定をしゃ断器（８）にしゃ断指令が与
えられる時点（ｔ３）ではなく操作機構１例えば第５図
の駆動ロッド（財）が実際にある程度動き出したことを
第１図の動作検出器側で検出し、この操作機構動作検出
時点（ｔ５）を起点として決めてやることによりジッタ
ーの影響を大巾に軽減出来、その分道バイアス期間を小
さく出来る。又しゃ断器（８）の動作時間の経年変化の
影響は第１図の動作検出器に）が作動してから開極検出
器σＱが作動するまでの動作時間を測定し、そのデータ
により１次にしゃ断動作を行わせる場合のスイッチαｑ
の投入タイミングを調整してやることをこよりこれも又
大巾に軽減することが出来る。第６図はこのようなスイ
ッチαＱの投入をしゃ断器（８）のしゃ断動作と同期し
て行わせるためのスイッチ同期投入制御回路の一例であ
り（至）はカウンター（至）はクロックパルス発振器、
（７）平均値算出回路、＠は偏差検出器、（７）は標準
動作時間設定器、（至）は加算器、（イ）は標準遅延時
間設定器、（６）はプリセットカウンター、（４ａはク
ロックパルス発振器を示す。しゃ断器（８）にしゃ断指
令が与えられてしゃ断動作を開始し操作機構１例えば第
６図の駆動ロッド（財）がある程度動き出した事をマイ
クロスイッチ、光電スイッチ等の動作検出器（ト）が検
出するとその信号がカウンター（財）及びプリセットカ
ウンターＧｔｌ）ｆこカウント開始信号として与えられ
夫々クロックパルス発振器（７）、四よりのクロックパ
ルスのカウントを開始する。そしてしゃ断動作が進み、
しゃ断器の接点が開極した事を接点間の電圧をモニター
する等の手段で開極検出器（ＩＱが検出するとその信号
がカウンタ−０４蚤ζカウント終了信号として与えられ
カウンター（財）はカウントを停止する。従ってカウン
ター（財）は操作機構が所期の位置まで動いた事を動作
検出器ＵＳが検出してから接点が開極した事を開極検出
器Ｑ・が検出するまでの動作時間を計測した事になる。

この動作時間の計測値は平均値演算回路に与えられ１例
えば最新の１０回分の動作時間の平均値が算出される。

この計測動作時間の平均値信号は偏差検出器（ロ）に送
られ標準動作時間設定器（至）で設定された標準動作時
間設定値と比較して偏差信号＝実測動作時間平均値−標
準動作時間設定値を算出し加算器（至）ｆこ与えられる
。標準遅延時間設定器（ト）はしゃ断器（８）が上記標
準動作時間で作動するとしｒことき第２図の開極時点（
ｔ８）が時点（ｔ、）から時点（ｔ９）の間の逆バイア
ス期間内の所定の位置になるよう動作検出器（ハ）が作
動した時点（ｔ６）を起点としてスイッチαＱを投入す
るまでの標準遅延時間を設定する設定器でその設定値は
加算器（至）で前記偏差信号と加算されて、例えば実測
された動作時間の平均値が標準動作時間設定値より長く
なった場合はその分だけスイッチαｑを投入するタイミ
ングを遅らせてやるよう修正して遅延時間を算出しその
値がプリセットカウンター（６）ｆこプリセット値と与
几られる。プリセットカウンター（財）は前述の如く動
作検出器（至）が作動した時点からカウントを開始し、
ｈ記プリセット値までカウントアツプするとスイッチＱ
Ｏｆこ投入指令を出してスイッチＱＯを投入する。なお
スイッチαＱの動作時間はイグナイトロン、サイリスタ
等のスイッチを使用すれば十分高速であり、スイッチＣ
１Ｏを投入した時点（ｔ６）からしゃ断器電流がゼロに
なる時点（ｔ、）までの時間は十分小さく選定する事が
可能であり、かつ初期充電電圧を管理する事によりその
変動をしゃ断器（８）のジッターｉこくらべ十分小さく
選定する事が可能である。

なお、上記の例では最新の１０回分の動作時間の実測値
の平均をとり遂次スイッチαｑの投入タイミングを調整
する例について説明したが、核融合用実験設備のトカマ
ク等でプラズマ電流発生の１こめポロイダル磁場コイル
電流を計画的に高頻度でしゃ断するような場合には動作
時間のジッターが周囲温度や潤滑材の影響を大きく受け
る事から毎日事前に無負荷でしゃ断動作を何回か行わせ
、その値からその日のしゃ断器の動作時間をつ′かみ上
記スイッチ０１投入の遅延時間を設定してやるよう構成
しても非常に有効である。また、ハードウェアについて
もカウンターや加算器等個別回路によらずマイクロプロ
セッサで情報処理、演算を行うよう構成出来るのは勿論
である。

また、上記実施例においては、負荷コイルが用いられる
場合１こついて説明されたけれども、これに限ることな
く、負荷抵抗が用いられる場合についても同効が奏せら
れる。また、コンデンサ電源（９）から流れる電流の変
化率を制限するために必要なときは、第１図において点
線で示されているように、コンデンサ電源（９）および
スイッチＱＱと直列にインダクタｑ＠を設けることもで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明されにように、この発明による直流しゃ断器回
路は、直流電源と負荷との間にしゃ断器とダイオードと
の直列回路が設けられ、前記直列回路と並列（こコンデ
ンサ電源とスイッチとの直列回路が設けられ、前記しゃ
断器の可動接点を駆動する操作機構が所定の位置まで動
いたことを検出する動作検出器が設けられ、前記しゃ断
器が開極したことを検出する開極検出器が設けられ、前
記動作検出器が作動してから前記開極検出するまでの前
記しゃ断器の動作時間を測定し前記動作検出器が作動し
た時点を起点として前記動作時間の過去の測定データを
基にスイッチの投入タイミングを決定するスイッチ同期
投入制御回路が設けられた溝底にされていることから、
前記スイッチ同期投入制御回路の指令により前記スイッ
チを閉にしたとき前記コンデンサ電源から流れる電流が
ゼロにされ、この電流ゼロの期間内にしゃ断が行われ、
このため前記しゃ断器のＩＪｉ間にアークプラズマが生
じることがなく、その使用可能期間、頻度が大となり、
しゃ断が短時間内で確実に行われ、小容量のしゃ断器で
大電流をしゃ断することが出来るとともに、しゃ断器の
ジッター及びその経年変化の影響を小さく押えるようス
イッチの投入タイミングを制御しているため、コンデン
サ電源の設備容量を極力小さくすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１因は、この発明の一実施例である直流しゃ断器回路
の概略構成図、＠２図は、上記実施例のしゃ断器電流の
波形図、第３図は、従来のこの種の直流しゃ断器回路の
概略構成図、第４図は、上記従来例のしゃ断器電流の波
形図、第５図は、従来からある大形しゃ断器の概念を示
す構成図、第６図は、この発明に用いるスイッチ同期投
入回路の一実施例を示す。 （７）は直流電源、（８）はしゃ断器、（９）はコンデ
ンサ電流、αＱはスイッチ、σやはダイオード、Ｑ２は
転流用抵抗、Ｑ３は負荷コイル、α４はクローバスイッ
チ。 （至）はスイッチ同期投入制御回路、田はインダクタ。 なお１図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源と負荷との間に設けられたしや断器によつて直
   流しや断を行う直流しや断器回路において、前記しや断
   器と直列に整流器が設けられ、前記しや断器と整流器と
   の直列回路に対して並列にコンデンサ電源とスイッチと
   の直列回路が設けられ、前記しや断器の可動接点を駆動
   する操作機構が所定の位置まで動いたことを検出する動
   作検出器が設けられ、前記しや断器が開極したことを検
   出する開極検出器が設けられ、前記動作検出器が作動し
   てから前記開極検出器が作動するまでの前記しや断器の
   動作時間を測定し、前記動作検出器が作動した時点を起
   点として前記動作時間の過去の測定データを基にスイッ
   チの投入タイミングを決定するスイッチ同期投入制御回
   路が設けられており、前記しや断器にしや断指令が与え
   られてしや断動作を開始した時、前記スイッチ同期投入
   制御回路の指令によつて前記スイッチを閉にすることに
   より前記コンデンサ電源から流れる電流によつて前記し
   や断器を流れる電流がゼロにされ、この電流ゼロの期間
   内にしや断動作を行うようにされた直流しや断器回路。