TW201419346A - 開閉器 - Google Patents

Abstract

〔課題〕其目的在於提供一種防止電極表面的混亂，可靠性高的開閉器。〔解決手段〕為了解決上述課題，其特徵在具備複數個開閉部(2、3)，該複數個開閉部(2、3)為個別具備：固定電極、及與該固定電極對向配置同時對固定電極做關上或是打開之可動電極；該複數個開閉部(2、3)，係進行流動在開閉器的電流之投入及遮斷；複數個開閉部(2、3)係電性地串聯連接；更進一步前述複數個開閉部(2、3)，係形成一個開閉部關上後，其他的開閉部才關上之樣態。

Description

開閉器

本發明，係有關開閉器，特別是有關串聯配置複數個開閉部之製品。

為了在新幹線等的高速鐵路得到大電力，採用有交流電化方式。為了從各變電所供給電力，存在用以區分不同電源之區段。具體的構成表示於圖11。為了區分2個電源G1、G2，隨處配置無電段(dead section)100。無電段100的長度設定成約1km。在列車101通過無電段100的情況下，首先，區分開閉器VS1開啟(ON)，讓無電段100先充電。於列車101通過無電段100中，區分開閉器VS1關閉(OFF)，區分開閉器VS2開啟，把無電段100的充電電源從G1切換到G2。此期間的無電時間抑制在0.05~0.3秒左右，列車101不用進行慣性移動，可以持續維持高速狀態通過無電段100。尚且，列車101通過無電段100後，關閉區分開閉器VS2。

在此，與上述式樣的高速鐵路向的開閉器不同，作為以往的開閉器，例如有記載在專利文獻1之技術。在該專 利文獻中，記載著針對直流電源與成為負載之電抗器，具有複數個通電用的真空斷路器，及與這些做並聯配置之遮斷用真空斷路器，該遮斷用的真空斷路器乃是配置成各自串聯配置狀的直流電流遮斷用的直流斷路器。在該專利文獻中，設成分離通電用的真空斷路器與遮斷用的真空斷路器，遮斷用的真空斷路器係於通電時打開(open)，關上(close)通電用的真空斷路器後通電。另一方面，於遮斷時，投入遮斷用的真空斷路器，之後打開通電用的真空斷路器使其在遮斷用的真空斷路器換流後，把已串聯配置的遮斷用的真空斷路器予以依序開路，使用隨與該遮斷用的真空斷路器並聯設置的阻抗以及因電抗器的串聯電路所致之既定的時間常數而導致的衰減，最終讓直流電流歸零。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平5-81973號專利公報

針對區分開閉器VS1、VS2，在進行上述的使用方法的情況下有下述的問題。區分開閉器VS2係在列車101通過中開啟並投入負載電流。另一方面，在關閉之際列車101已經通過無電段100，是在無負載狀態下進行關閉。反覆進行負載電流的投入的話，因先行放電開閉器 內的電極表面變成混亂狀態。遮斷負載電流的話，因遮斷時的電弧使電極表面平滑化，但是在VS2的情況下，因為反覆負載投入-無負載遮斷的緣故，電極表面的混亂係徐徐地進展，耐電壓恐怕會下降。區分開閉器VS2的電極間閃絡的話，電源G1與電源G2短路，導致重大事故，妨礙列車的運行。

另一方面，根據上述專利文獻1，原本就沒有考慮電極表面的混亂。

在此，在本發明中，其目的在於提供一種防止電極表面的混亂，可靠性高的開閉器。

為了解決上述的課題，有關本發明之開閉器，係具備複數個開閉部，該複數個開閉部為個別具備：固定電極、及與該固定電極對向配置同時對前述固定電極做關上或是打開之可動電極；該複數個開閉部，係進行流動在開閉器的電流之投入及遮斷；前述複數個開閉部係電性地串聯連接；更進一步前述複數個開閉部，係形成一個開閉部關上後，其他的開閉部才關上之樣態。

根據本發明中，可以提供一種防止電極表面的混亂，可靠性高的開閉器。

1‧‧‧開閉器

2‧‧‧遮斷用真空閥

3‧‧‧斷路用真空閥

21、22‧‧‧電磁鐵

41‧‧‧軸

42、43‧‧‧壓接彈簧

44、45‧‧‧遮斷彈簧

50、51‧‧‧電容

52‧‧‧控制基板

64、65‧‧‧主開關

SMAG‧‧‧電磁鐵行程

S1、S2‧‧‧真空閥的極間距離

W1、W2‧‧‧壓接彈簧的壓縮量

[圖1]為有關實施例1的開閉器的後視圖。

[圖2]為有關實施例1的開閉器的側剖面圖。

[圖3]為有關實施例1之開閉器的操作部之整體構造圖。

[圖4]為有關實施例1之開閉器的操作部之電磁鐵的剖視圖。

[圖5]為有關實施例1之開閉器中用以驅動2個電磁鐵的控制電路圖。

[圖6]為有關實施例1之開閉器中用以驅動2個真空閥的動作時序之說明圖。

[圖7]為有關實施例2的開閉器的後視圖。

[圖8]為有關實施例2之開閉器的操作部之整體構造圖。

[圖9]為表示有關實施例2之開閉器的投入時的行程特性之圖。

[圖10]為有關實施例3的開閉器的側剖面圖。

[圖11]為用以說明區分開閉器的功用之圖。

以下，在實施本發明的基礎上使用圖面說明有關適合的實施例。尚且，下述到底只不過是實施的例子，發明的內容並不限定下述具體的樣態。本發明，係包 含下述態樣，並理所當然可以變形成種種的樣態。

[實施例1]

關於有關實施例1的開閉器，使用圖1至圖6說明之。於表示於圖1及圖2的樣態，開閉器1係具備具有內部為真空的真空閥2、3與電磁鐵之操作器部(在實施例中，分別把真空閥2與遮斷用真空閥2、真空閥3與斷路用真空閥3作為等價的物來稱之)。

於真空閥2、3的內部，收納有利用固定電極、以及與固定電極對向配置的同時相對於固定電極關上或是打開的可動電極之兩電極所組成的電極對4、5，藉由把持續維持真空狀態的電極對4、5予以打開或是關上(接離)的方式，實現電路的投入及遮斷。遮斷用真空閥2具有電流的遮斷功能，斷路用真空閥3具有耐突波功能。於真空閥2、3的上部分別固定著用以與電源或是負載連接之導體6、7。另一方面，在真空閥2、3的下部，連接到可動側的電極並同時貫通真空閥2、3而配置的可動導體8、9延伸到真空閥的外部，並個別與集電器10、11電性地連接。集電器10、11固定到導體12、13，還有該導體12、13連接到連結導體14。亦即，遮斷用真空閥2與斷路用真空閥3係介隔著連結導體14串聯連接。可動導體8係連結到絕緣操作桿46，該絕緣操作桿46，係連結到與該絕緣操作桿46及軸40相連結的壓接彈簧42。另一方面，可動導體9係連結到絕緣操作桿47，該絕緣操作桿 47，係連結到與該絕緣操作桿47及軸41相連結的壓接彈簧43。接著，軸41連接到電磁鐵22。

還有，遮斷用真空閥2與斷路用真空閥3，係個別在周圍覆蓋絕緣物15、16，介隔著該絕緣物15、16，固定到電磁鐵側的框體17，確保對高電壓的絕緣性能。

接著，說明有關遮斷用真空閥2與斷路用真空閥3的操作部。於遮斷用真空閥2與斷路用真空閥3，各自連結個別的電磁鐵21、22。於圖3所表示的樣態，在框體17的內部，於該下部收納電磁鐵22，介隔著支撐板48於上部，收納電容50、51及控制基板52。電容50、51係分別並聯連接到控制基板52，介隔著控制基板52連接電磁鐵21、22。於電磁鐵21的下部配置遮斷彈簧44，該遮斷彈簧44係藉由後述之非磁性體桿34的位置，蓄力或是開放。同樣地於電磁鐵22的下部也配置遮斷彈簧45，該遮斷彈簧45係藉由具備電磁鐵22之非磁性體桿34的位置，蓄力或是開放。

電磁鐵21、22的剖視圖表示於圖4。在本實施例作為電磁鐵21、22使用相同的東西，為同樣的構成的緣故，總結說明之。電磁鐵21、22，係收納下部鐵板23、抵接到下部鐵板23的外徑側端部並設在該下部鐵板23的上方且配置成覆蓋後述之線圈29的外側樣之筒狀的鋼管24、抵接到鋼管24的上側並配置在鋼管24及線圈29的上方之永久磁鐵台25、設在永久磁鐵台25外徑側端部的上方之筒狀的鋼管26、設在鋼管26的上側並累積構成成 為對鋼管26的蓋狀構件之上部鐵板27且在內部配置到鋼管24的內徑側之線圈29、在比線圈29之更內徑側並配置到下部平板23的上側之中央腳28、配置到該中央腳28的上側之T字形的可動鐵心31、以及配置到前述永久磁鐵台25的上側之永久磁鐵30。T字形的可動鐵心31，係以配置到中央腳28的上方之柱塞32、配置到柱塞32的更上側之可動平板33所結構，永久磁鐵30，係利用可動平板33與永久磁鐵台25，成為從上下包挾之樣態。接著，於可動鐵心31及中央腳28的中心，不鏽材料等的非磁性體的桿34為貫通在高度方向。同桿34，係在電磁鐵21、22的下部側之外部分別連結到軸40、41。

在圖4表示接點對為投入狀態之際的電磁鐵21、22的狀態。永久磁鐵30所產生的磁通，為在永久磁鐵30-可動平板33-柱塞32-中央腳28-下部鐵板23-鋼管24-永久磁鐵台25-永久磁鐵30的路徑流動，在柱塞32-中央腳28間及可動平板33-永久磁鐵30間產生吸引力。表示於本圖的狀態係表示電磁鐵21、22已投入的狀態，用以賦予接觸力到電極之壓接彈簧42、43(圖1的記載)及用以使電磁鐵21、22打開之遮斷彈簧44、45(圖3的記載)為已蓄力的狀態，以永久磁鐵30的吸引力保持著該狀態。

說明有關電磁鐵21、22的動作，在使電磁鐵21、22投入作動的情況下，對線圈29激磁，使得與永久磁鐵30所產生的磁通成為同方向。另一方面，在打開的情況下， 激磁在與投入時之逆方向，把永久磁鐵30所作用的磁通予以取消，以壓接彈簧42、43及遮斷彈簧44、45的力使其動作。

在此，於線圈29的激磁是利用電容50、51的充電能量。表示控制基板52的電路結構於圖5。電容50、51，係介隔著二極體66相對於充電電路61並聯連接，可以各自相對於另一方獨立而放電。電容50、51，係於投入時，介隔著用以變換打開時的激磁方向之電路62、63，被連接到線圈29。於各電容50、51與電路62、63之間，設有主開關64、65，關閉主開關64的話，電容51、電路62、電磁鐵21的線圈29形成閉迴路，電容51開始放電的話，電容50因為設有二極體66的緣故，沒有放電。相反地，關閉主開關65的話，電容50、電路63、電磁鐵22的線圈29形成閉迴路，電容50開始放電的話，電容51因為設有二極體66的緣故，沒有放電。如此透過主開關64、65的開閉切換，於各電磁鐵21、22之各個的線圈29，可以控制對電容充電能量予以放電的時序，亦即遮斷用真空閥2與斷路用真空閥3的開閉時序。

具體而言設定時序成圖6之樣態。亦即，於投入(ON)時，斷路用真空閥3比遮斷用真空閥2還要先投入(關上)，之後投入遮斷用真空閥2。兩真空閥內的接點對係串列配置的緣故，實際上電源與負載連接，是在之後被投入之遮斷用真空閥2的投入時。另一方面，變成於遮斷(OFF)時，遮斷用真空閥2開始打開作動後，斷路 用真空閥3開始打開作動。

接著，說明有關本發明的效果。於表示於圖11之區分開閉器VS1、VS2，一般是使用真空切換器，但在上述的使用方法的情況下，有關VS2是反覆進行負載投入-無負載遮斷的緣故，所以電極表面的混亂會徐徐地進展，恐會讓耐電壓下降。相對於此，根據有關本實施例的開閉器1，斷路用真空閥3係以常時無負載狀態進行投入、遮斷，電極表面的混亂係僅限定在遮斷用真空閥2，有關斷路用真空閥3的絕緣性能可以維持在初始的狀態。尚且，於遮斷用真空閥2的電極對，如日本特願2012-059632號專利所示般，以於接觸面配置是為低突波材料之Ag-W-C系材料的方式可以使遮斷性能提升，在特定(彙集)產生電極表面的混亂之處的基礎上，於該處配置電極表面的混亂難以產生的材料者為更佳。區分開閉器之極間閃絡係成為使不同電源短路之重大事故的緣故，藉由以本實施例所說明的開閉器使絕緣可靠性提升的意義是很大的。尚且，有關電極表面的混亂，特別是負載投入的影響很大的緣故，有關打開動作係不成為斷路器先開始打開，斷路器最後開始打開般的時序，而亦可僅錯開投入作動時的動作時序。

還有，為了迴避投入作動之斷路用真空閥3的先行放電，期望可以錯開作動時間為10ms以上而充分確保串接的遮斷用真空閥2的極間距離。在此，作為10ms以上方面，期望至少一次經過50Hz的半週期的時間，以經過相 關的期間的方式至少一次超過電壓峰值。在一般化方面，為交流頻率之半週期以上，亦即相對於交流頻率X[Hz]的電源，亦可把作動時間錯開(1×10₃)/(2×X)[ms]以上者為佳。另一方面，相對於遮斷，於遮斷時想定電弧做1週期點弧的話，期望斷路用真空閥3要比遮斷用真空閥2還要延遲20ms以上來進行打開。在此，作為20ms以上方面，期望至少一次經過50Hz的一週期的時間，是因為考慮到以經過相關的期間的方式通過電壓的零點，得以遮斷交流電流。在一般化方面，為交流頻率之一週期以上，亦即相對於交流頻率X[Hz]的電源，亦可把作動時間錯開(1×10₃)/X[ms]以上者為佳。

還有，在本實施例中說明把電磁鐵21、22使用到操作部之情況，但是，以實現：1)有關投入(關上)時，比遮斷用真空閥2還要早投入(關上)斷路用真空閥3，之後投入遮斷用真空閥2，或是，2)有關打開時斷路用真空閥3先開始打開，遮斷用真空閥2最後開始打開的方式中其中一方或是兩方的方式，不限於電磁鐵，以電動彈簧操作部或空氣操作等，當然也是可以達成同樣的效果。

根據本實施例，複數個開閉部電性地串列連接，更進一步有關該複數個開閉部，形成作為一開閉部的斷路用真空閥3關上後，作為其他的開閉部之遮斷用真空閥2關上之樣態的緣故，其中一方的真空閥(上述的作動中為斷路用真空閥3)，係以常時無負載狀態投入的緣故，防止了電極表面的混亂，不會損及絕緣性能，可以供給信賴性高 的開閉器。

[實施例2]

關於實施例2，使用圖7至圖9說明之。在本實施例中，把遮斷用真空閥2與斷路用真空閥3，使用共通的軸60與共通的電磁鐵61來驅動。尚且，隨著電磁鐵61變成一個，電容70也為一種。未圖示的是，隨著電容70為一種，控制基板52之電路結構也從雙重電路減少成二極體或主開關之其中一種，成為單重的電路。還有電磁鐵成為一種的緣故，軸60不傾斜地配置在框體17的中央。有關這些以外的構成，係與實施例1同樣，省略在此的重複說明。於圖9表示投入作動時的行程特性。在本實施例之開閉器55中，電磁鐵61的行程長度(正確地說，利用從軸60之旋轉軸的桿的長度比，換算出到在真空閥側的移動距離之值)SMAG，係真空閥2的極間距離S1與壓接彈簧的壓縮量W1的和，以及真空閥3的極間距離S2與壓接彈簧的壓縮量W2的和是相等的。

亦即，把斷路用真空閥3的打開狀態之極間距離(開閉部之可動電極及固定電極間的距離)設定成比遮斷用真空閥2的打開狀態之極間距離還要短的話，變成斷路用真空閥3方先投入，可以發揮與在實施例1所說明之同樣的效果。

根據本實施例，更進一步可以減少電磁鐵或電容等的零件數量，還有控制電路也可以簡樸化，可以實現簡易的 構成。

[實施例3]

有關實施例3，使用圖10進行說明。在本實施例中是把有關在實施例2所說明的遮斷用真空閥2與斷路用真空閥3配置在高度方向的緣故，是目標於設置面積的縮小化。圖10係乍看之下與實施例1之圖2所見同樣，但是從正面方向或是背面方向看的話，電磁鐵70就為一個，且遮斷用真空閥2及斷路用真空閥3的水平方向之佔有面積，為一個份的緣故(於高度方向上堆上兩真空閥的緣故)，實際上變成約一半的佔有面積。

該情況下，驅動在上下方向的桿75的力應代換成水平方向，把操作部側連接部72連接到桿75，連接於操作部側連接部72作動在水平方向的軸71，於軸71之真空閥側，設有包挾著軸71並分枝在上下的開閉部側連接部74。與開閉部側連接部74的軸71之另一端側，連接到兩真空閥的可動導體。

還有，有關連接部等的動力傳遞機構，並不限於在此記載之態樣，於高度方向配置複數個開閉部，以上述中任一的時序可以操作開閉部的話，得到在實施例1及2所說明的效果，並可以縮小化設置面積。

作為有關時序的實現策略，具體而言，與實施例2同樣，考慮到把打開狀態之斷路用真空閥3的極間距離，設定成比打開狀態之遮斷用真空閥2的極間距離還要短，經 此變成斷路用真空閥3方先投入，得到與實施例1同樣的效果。

尚且，不僅實施例1，也有關實施例2及本實施例，當然於操作部不一定非得要設有電磁鐵。

還有，在上述各實施例中於開閉部使用真空閥，但也不一定非得是真空閥不可。以選定真空閥的方式，是可以選定小型且高可靠性的裝置。

1‧‧‧開閉器

2‧‧‧遮斷用真空閥

3‧‧‧斷路用真空閥

4、5‧‧‧電極對

6、7‧‧‧導體

8、9‧‧‧可動導體

10、11‧‧‧集電器

12、13‧‧‧導體

14‧‧‧連結導體

15、16‧‧‧絕緣物

40‧‧‧軸

41‧‧‧軸

42、43‧‧‧壓接彈簧

46‧‧‧絕緣操作桿

47‧‧‧絕緣操作桿

Claims (10)

1. 一種開閉器，係具備複數個開閉部，該複數個開閉部為個別具備：固定電極、及與該固定電極對向配置同時對前述固定電極做關上或是打開之可動電極；該複數個開閉部，係進行流動在開閉器的電流之投入及遮斷；前述複數個開閉部係電性地串聯連接；更進一步前述複數個開閉部，係形成一個開閉部關上後，其他的開閉部才關上之樣態。
2. 如請求項1之開閉器，其中，更進一步前述複數個開閉部，係形成前述其他的開閉部開始打開作動後，前述一個開閉部才開始打開作動之樣態。
3. 如請求項2之開閉器，其中，前述複數個開閉部，係形成前述其他的開閉部開始打開作動後，在附加到該開閉器之交流頻率的一週期以上的時間經過後，前述一個開閉部才開始打開作動之樣態。
4. 如請求項1至3中任一項之開閉器，其中，更進一步具備操作前述可動電極之操作部；前述複數個開閉部，係利用從前述操作部所產生的驅動力，使前述一個開閉部關上後，前述其他的開閉部才關上，或者是，前述其他的開閉部開始打開作動後，前述一個開閉部 才開始打開作動。
5. 如請求項4之開閉器，其中，於前述操作部具備產生用以操作前述可動電極之驅動力之電磁鐵；前述複數個開閉部之前述可動電極，係利用從前述電磁鐵所產生的驅動力作動；更進一步，具備：具備前述電磁鐵之可動件；及以充電電能，並把該已充電的能量予以放電的方式操作前述可動件之電容；前述電磁鐵係設在前述複數個開閉部中的每一個，在前述電磁鐵與前述電容之間設有各個切換器；以於使設在前述一個開閉部中產生用以操作前述可動電極的驅動力之電磁鐵與前述電容之間的前述切換器為ON後，使於使設在前述其他的開閉部中產生用以操作前述可動電極的驅動力的電磁鐵與前述電容之間的前述切換器為ON的方式，於前述一個開閉部關上後，前述其他的開閉部才關上；或者是，以於使設在前述其他的開閉部中產生用以操作前述可動電極的驅動力之電磁鐵與前述電容之間的前述切換器為ON後，使於使設在前述一個開閉部中產生用以操作前述可動電極的驅動力的電磁鐵與前述電容之間的前述切換器為ON的方式，於前述其他的開閉部開始打開作動後，前述一個開閉部才開始打開作動。
6. 如請求項4之開閉器，其中，前述操作部為一個，且前述操作部係具有把操作力傳遞到前述可動電極側之可動部；更進一步前述開閉器，係具備隨著前述可動部的動作而伸縮之第1彈簧及第2彈簧；該第1彈簧，係把來自前述操作部的驅動力傳遞到前述一個開閉部之前述可動電極；前述第2彈簧，係把來自前述操作部的驅動力傳遞到前述其他的開閉部之前述可動電極；打開狀態之前述一個開閉部的前述可動電極及前述固定電極之間的距離，是比打開狀態之前述其他的開閉部的前述可動電極及前述固定電極之間的距離還要小。
7. 如請求項6之開閉器，其中，前述一個開閉部、及前述其他的開閉部係配置成在高度方向並列。
8. 如請求項1至7中任一項之開閉器，其中，形成為於前述一個開閉部關上後，在附加到該開閉器之交流頻率的半週期以上的時間經過後，前述其他的開閉部才開始關上之樣態。
9. 如請求項1至8中任一項之開閉器，其中，前述一個開閉部為具有耐突波功能之斷路部；前述其他的開閉部為具有電流的遮斷功能之遮斷部。
10. 如請求項1至9中任一項之開閉器，其中， 前述複數個開閉部，係在內部為真空的真空閥內收納前述固定電極及前述可動電極。