斷路器及其開閉方法

專利名稱：斷路器及其開閉方法
技術領域：
本發明涉及斷路器及其開閉方法，尤其涉及適合于具備了利用電磁推斥作開閉方法。
技術背景利用電磁推斥作用將真空閥的操作軸向斷開方向快速驅動的斷開單元由 電磁推斥線圈及與其相對配置的環狀的銅板構成，利用電容器放電等對斷開單 元的電磁推斥線圈迅速進行勵磁，并利用線圈電流和銅板上產生的渦電流的電 磁推斥力使真空閥進行斷開動作。在具備了電磁推斥機構的斷路器中，有直流斷路器和快速斷路器。前者將 預先在電容器上充了電的電荷沿與系統電流相反的方向注入，強行造成電流零 點而進行斷^各。若在直流系統發生接地故障，則由于流動由電阻及電感的電路 常數決定的升速較快的短路電流等渦電流，因此，要求斷路器進行快速動作。另一方面，由于快速斷路器用于小型發電系統等上，因此，引入的目的在 于，防止電力系統停電時的從小型發電機一側的電力流出，避免伴隨過載而與 電源一起跳閘，使從停電系統向正常系統的通過快速切換的重要負載繼續運轉等。在該斷路器上由于要求在接受斷開指令后數ms以內作出響應，因此，也 利用電》茲推斥機構。作為搭載了該電磁推斥機構的斷路器，已知有例如專利文獻l (專利文獻 1:日本特開2000-299041號公報)所示的具備真空閥；設置在該電磁閥的 開閉方向上的搡作機構；以及設置在該操作機構的中間部位的電磁推斥機構， 進一步具備降低電流斷路過程中的可動電極一側軸跳回的機構的斷路器。然而，在上述的現有的斷路器中，由于在進行快速斷路時，不僅需要得到 規定的斷開速度，還需要超過維持閉合狀態的永磁的吸引力的電磁推斥力，因 此，不可避免地導致電^f茲推斥機構的大型化及電源容量的增加。另外，由于在真空閥和其操作機構之間，在上下方向上串聯配置有電;茲推斥機構及降低電磁 推斥機構工作時產生的可動電極一側的軸跳回的機構，因此，在利用真空閥的 操作機構來開閉操作真空閥時，需要一并移動電磁推斥機構及可動電極一側的 軸跳回降低機構。因此，在真空閥的操作機構例如為電磁操作方式的場合，由于必須加大其 構成零件即永磁、勵磁線圈等的容量，從而真空閥的操作機構大型化。另夕卜， 也存在真空閥的操作機構的操作性降低的可能性。 發明內容本發明是鑒于上述問題點而完成的，其目的在于提供容易解除因電磁推斥 機構而引起的閉合狀態，且能夠以簡易的構成降低在電流斷路中途時刻所產生 的可動電極一側軸的跳回，并且操作性良好的斷路器及其開閉方法。為了達到上述目的，本發明的斷路器，具備開閉真空閥的電磁鐵內的第一線圈；與該第一線圈一起設置在上述電磁鐵內的第二線圈；以及與該第二線 圏串聯連接的電磁推斥線圈，在進行利用電磁推斥作用的快速斷開動作時，同 時對上述第二線圈和電磁推斥線圈進行勵磁，或者，具備真空閥；由利用電 磁推斥作用將上述真空閥的操作軸向斷開方向驅動的線圈、可動鐵心、永磁構 成的電磁鐵；以及對上述線圈進行勵磁而進行上述真空閥的合閘動作，利用上 述永磁的吸引力將上述真空閥維持在閉合狀態，沿與進行合閘動作時相反的方 向對上述線圈進行勵磁而使上述真空閥進行斷開動作的操作機構，其特征在 于，與上述線圈一起在電磁鐵內設置了在進行利用電磁推斥作用的快速斷開動 作時與用于電磁推斥作用的電磁推斥線圈同時被勵磁的第二線圈。另夕卜，本發明的斷路器的開閉方法，通過對第一線圈進行勵磁而開閉真空 閥，在進行利用電磁推斥作用的快速斷開動作時，對與上述第一線圈一起設置 在電磁鐵內的第二線圈和串聯連接的電磁推斥線圈同時進行勵磁，或者，對利 用電磁推斥作用將真空閥的操作軸向斷開方向驅動的電磁鐵的線圈進行勵磁 而進行上述真空閥的合閘動作，利用電磁鐵的永磁的吸引力將上述真空閥維持 在閉合狀態，沿與進行合閘動作時相反的方向對上述線圈進行勵磁而使上述真 空閥進行斷開動作，其特征在于，與上述線圈一起設置在上述電磁鐵內的第二 線圈和用于電磁推斥作用的電磁推斥線圈在進行利用電磁推斥作用的快速斷開動作時同時一皮勵》茲。根據本發明，由于在進行通過電磁推斥機構的斷開動作的同時，沿與進行 合閘動作時相反的方向對電磁鐵的線圈進行勵磁，因此，降低維持閉合狀態的 永磁的吸引力從而容易解除閉合狀態，而且能夠得到以簡易的構成能夠降低在 電流斷路中途所產生的可動電極一側軸的跳回，并且操作性良好的斷路器及其 開閉方法。以簡易的構成實現了提供容易解除因電磁推斥機構而引起的閉合狀態，且 以筒易的構成能夠降低在電流斷路中途時刻所產生的可動電極一側軸的跳回， 并且操作性良好的斷路器及其開閉方法的目的。


圖1是本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的左視圖。 圖2是圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的后 視圖。圖3是圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的右 視圖。圖4是圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的正視圖。圖5是應用了圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的系統電路圖。圖6是表示圖l所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式 的發生故障時的操作的時間圖。圖7是表示圖l所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式 的通常運轉時的操作的時間圖。圖8是說明圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的進行合閘操作 時的線圈勵磁方法的圖。圖9是說明圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的通常進行斷開 操作時的線圏勵磁方法的圖。圖IO是說明圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的進行快速斷 路操作時的線圈勵磁方法的圖。圖11是本發明的斷路器即三相快速斷路器的右側剖視圖。圖12是圖11所示本發明的斷路器即三相快速斷路器的后視圖。圖13是圖11所示本發明的斷路器即三相快速斷路器的正視圖。圖14是設置了圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施 方式的開關機構的左側剖^L圖。附圖標記l一直流電源、2_負載、3—饋電線、4一回流線路、5—換向 型直流斷路器、50—充電裝置、51—第一主開關、52—第二主開關、53—第一 輔助開關、54—第二輔助開關、55—第一電容器、56—第二電容器、57—電抗 器、58—變流器、59—過電流脫扣裝置、170—電^茲推斥線圈、171—惟斥板、 300^^作器外殼、301—電磁鐵、304—插棒式鐵心、305a—第一線圈、305b~ 第二線圏、306—永磁、600—快速斷路器、900—控制裝置、901—線圈骨架、 914、 915_開關、950—二極管、952—保護電阻、954—浪涌電壓抑制裝置具體實施方式
下面說明本發明的斷路器的實施方式。圖1至圖7及圖14表示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施 方式，圖l是本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的左視圖， 圖2是圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的后視 圖，圖3是圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的右 視圖，圖4是圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的 正視圖，圖5是應用了圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實 施方式的系統電路圖，圖6是表示圖1所示本發明的斷路器即換向型直流斷路 器的一個實施方式的發生故障時的操作的時間圖，圖7是表示圖1所示本發明 的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的通常運轉時的操作的時間圖。 另外，圖14是使用了本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式的 開關機構的左剖視圖。 (實施例1 )首先，用圖5至圖7說明本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施 方式的使用方法以及運轉方法。在圖5中，符號1表示直流電源，在一般直流饋電線路中供給1500V的電壓。符號2表示電車等的負荷。符號3表示向負載供電的饋電線，符號4 表示連結負荷2和直流電源1的回流線路。本發明的斷路器即換向型直流斷路 器5插入饋電線3的中間部位用來開關從直流電源1向負荷2供給的電力。換向型直流斷路器5由第一主開關51、第二主開關52、第一輔助開關53 及第二輔助開關54的四個開關和控制裝置900構成。在換向型直流斷^^器5 上連接有第一電容器55、第二電容器56及電抗器57。第一主開關51和第二 主開關52串連接入々貴電線3中，且將第一主開關51配置在直流電源1 一側， 將第二主開關52配置在負荷2 —側。第一輔助開關53和第一電容器55以及 電抗器57的串連電路與第一主開關51并聯連接，第二輔助開關54和第二電 容器56的串連電路與第一電容器55并聯連接。設置在^t電線3上的變流器58沖全測流經^"電線3的電流，并將該電流值 輸入到過電流脫扣裝置59中。過電流脫扣裝置59具有自動斷路設定值，并在 流經饋電線3的電流值達到該設定值以上時，輸出斷開指令U。控制裝置900 接受來自外部指令IO或過電流脫扣裝置59的斷開指令11后，向換向型直流 斷路器5發出開閉指令。第一輔助開關53與第一主開關51聯動，第一主開關51斷開后，延遲時 間tl(例如2ms)暫且閉合，而后斷開。另一方面，第二輔助開關54與第二主 開關52聯動，在第二主開關52斷開的時間t2(例如2.5ms)之前斷開。在負荷2運轉時，閉合第一主開關51和第二主開關52,在負荷2上施加 電壓為1500V的直流電。此時，預先斷開第一輔助開關53,閉合第二輔助開 關54。另外，將第一電容器55和第二電容器56以直流電源1 一側為基準預 先充電到+2000V。若在負荷2出現故障或在饋電線3上發生接地故障等，則在饋電線3上流 經由電路常數決定的非常大且迅速上升的故障電流。例如，在電路電阻為 15mQ,電^各電感為150pH時，最大到達電流為100kA，最大電流沖擊速率達 到10kA/ms。在發生了這種故障電流時，為將對設備的影響抑制到最小限度， 必須快速地切斷故障電流。首先在變流器58一企測故障電流值，然后將故障電 流值輸入到過電流脫扣裝置59中。若預先將過電流脫扣裝置59的自動斷路設 定值設定為例如12000A,則在故障電流達到了 12000A的時刻，斷開指令11傳送到控制裝置900。根據來自控制裝置900的指令，第一主開關51斷開。 由于第一主開關51的斷開，第一輔助開關53延遲時間tl后閉合。由此，由 第一電容器55、第二電容器56、電抗器57、第一主開關51、第一輔助開關 53及第二輔助開關54構成的LC諧振電路成立，用充電裝置50預先充電的第 一電容器55和第二電容器56放電，從而與故障電流的方向相反的換向電流流 入第一主開關51。當將第一電容器55的電容設為60(HiF，將第二電容器56 的電容設為1200pF時，由于方向相反的換向電流值最大為40kA，因此，若使 第一輔助開關53在故障電流值達到40kA之前閉合，則故障電流和換向電流 彼此抵消。在流經第一主開關51的電流成為零的時刻，第一主開關51結束斷 路。雖然在第一主開關51斷開后，第二主開關52延遲時間t3后斷開，但若 時間t3預先設定為滿足t3;nl+t2的條件，則不會發生在第一輔助開關53閉合 之前第二輔助開關54斷開的情況，因此，可使第一電容器55和第二電容器 56同時放電，能夠應對如上所述的大電流。此外，即使第一主開關51結束斷 路，也由于存在第一輔助開關53和第二輔助開關54均處于閉合狀態的期間， 因此，第一電容器55和第二電容器56由直流電源l所充電。該充電電流在充 電電壓上升，電路電流趨近于零、降到真空閥的截斷電流值以下的時刻被斷路。另一方面，通常的運轉狀態中的換向型直流斷路器5的斷路動作通過外部 指令10進行。在通過外部指令10接受到斷開指令時，第一主開關51和第二 主開關52同時斷開。此時，由于第二輔助開關54以第二主開關52斷開之前 的時間t2先斷開，因此，在第一輔助開關53閉合時，由第一電容器55、電抗 器57、第一主開關51、第一輔助開關53構成的LC諧振電路成立。在預先充了電的第一電容器55和第二電容器56中，僅第一電容器55放 電，與負荷電流的方向相反的換向電流流入第一主開關51。這里，負荷電流 的最大值為過電流脫扣裝置59的設定值12000A以下。若使僅第一電容器55 放電的場合的換向電流最大值為14kA,則可抵消最大負荷電流12000A，在第 一主開關51的電流變為零的時刻結束第一主開關51的斷路。此外，第二主開 關52起在斷開斷路器后切斷負荷2和第一電容器55及第二電容器56的作用， 能夠防止負荷一側電路上的由電容器充電電壓引起的電擊故障。下面，根據圖1至圖4及圖14說明前面所述的本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實施方式。本發明的斷路器即換向型直流斷路器5的一個實施方式，利用兩個電磁鐵和機械聯桿構成自動地實現上述四個開關的動作定時。在圖1至圖4中，無論 是哪一個都表示運轉狀態(第一主開關51及第二主開關52處于閉合狀態)。四 個開關雖然均以內部具有一對觸點的真空閥記載，但也可以轉用在空氣開關等 上。首先對本發明的斷路器即換向型直流斷路器5的一個實施方式的電連接 進行說明。第一主開關51的固定側饋電線100和第二主開關52的固定側饋電線114 連接在換向型直流斷路器5的母線IOOO(圖14)上。該母線與電抗器57的一端 連接。電抗器57的另一端與第一電容器55及第二電容器56連接。第一主開 關51的可動導體62借助于集電部101與可動側4赍電線120接通。可動側饋電 線120與直流電源1連接。另外，第一主開關51的可動導體62和第一輔助開 關53的可動導體69借助于導體102、 103、撓性導體104及導體105處于總 是電地連接的狀態。在第一輔助開關53的固定導體108上固定有饋電線106和饋電線107。 饋電線107與第二輔助開關54的固定導體109連接。另一方面，饋電線106 在換向型直流斷路器5的外部與第一電容器55連接。另外，第二輔助開關54 的可動導體110借助于導體111、撓性導體112、饋電線113與第二電容器56 連接。第二主開關52的可動導體200借助于集電部201與可動側饋電線203 接通。可動側饋電線203與負荷2連接。利用以上的電連接方法實現圖5所示 的系統電路。下面使用圖1至圖4說明本發明的斷路器即換向型直流斷路器5的一個實施方式的機械構造。如圖l所示，第一主開關51的可動導體62與部件64銷連結。操作桿65 其一端固定在部件64上，另一端固定在鉸鏈66上。第一輔助開關53的可動 導體69借助于部件67用銷534連結在鉸《連66上。即，第一主開關51的可動 導體62和第一輔助開關53的可動導體69彼此聯動動作。操作桿65貫通在上 下部實施了平面加工的銷150。通過銷150和固定在操作桿65上的螺母152成為夾持了墊片153、承壓彈簧151及墊片154的構成。在第一主開關51斷開的狀態下，通過承壓彈簧151使操作桿65的上部的 六角部155和銷150處于卡合的狀態。另一方面，在第一主開關51的閉合動 作過程中，在第一主開關51的固定觸點61和可動觸點60接觸的時刻，銷150 和六角部155的卡合被解除，若承壓彈簧151進一步壓縮，則承壓彈簧151 的載荷成為第一主開關51中的觸點的接觸力。另外，操作桿65貫通構成斷開單元的電磁推斥線圈170及推斥板171。 從而成為因電/f茲推斥線圈170的勵磁而在推斥板171上產生渦電流，作用在電 磁推斥線圈170的電流和推斥板171的渦電流之間的電磁推斥力通過推斥板 171由部件64所承受的構成，通過該推斥力使得操作桿65在圖1中朝上方向 移動。如圖3所示，第二主開關52的可動導體200與部件202銷連結。操作桿 204其一端固定在部件202上。操作桿204貫通在上下部實施了平面加工的抵 接面的銷206。通過銷206和固定在操作桿204上的螺母208成為夾持了墊片 210、承壓彈簧212、墊片214的構成。在第二主開關52的斷開狀態下，通過 承壓彈簧212使操作桿204的上部的六角部216和銷206處于卡合的狀態。另 一方面，在第二主開關52的閉合動作過程中，在第二主開關52的固定觸點 220和可動觸點222接觸的時刻，銷206和六角部216的卡合被解除，若承壓 彈簧212進一步壓縮，則承壓彈簧212的載荷成為第二主開關52中的觸點的 接觸力。如圖1及圖3所示，用在操作器外殼300內相對第一主開關51及第二主 開關52并排設置的電磁鐵301驅動第一主開關51的操作桿65及第二主開關 52的操作桿204。電磁鐵301的旋轉軸302借助于部件303與主旋轉軸500 的一方的柄501連結。主旋轉軸500的另一方的柄503及499上分別連結有在 第一主開關51 —側延伸的絕緣桿502和在第二主開關52 —側延伸的絕緣桿 504。絕緣桿502通過輔助旋轉軸510與銷150卡合，絕緣桿504通過輔助旋 轉軸512與銷206卡合。即，如圖1及圖3所示，電磁鐵301的吸引力借助于 主旋轉軸500和設置在其上的柄501、 503、 499以及輔助旋轉軸510、 512和 設置在其上的柄513、 514傳遞到第一主開關51上的操作桿65及第二主開關52上的操作桿204上。為對第一主開關51、第二主開關52進行合閘，只要對 電磁鐵301內的第一線圈305a進行勵磁并向圖中的朝下方向驅動插棒式鐵心 304即可。雖然第一輔助開關53如上述那樣與第一主開關51聯動而驅動，但為實現 圖6及圖7中所記載的操作定時，而如圖1所示那樣設有連結部件530和柄 531。連結部件530和柄531通過銷533彼此連結。連結部件530的另一端與 輔助旋轉軸510的柄513連接。另一方面，柄531以軸532為支點回轉自如。在第一主開關51斷開的場合，雖然操作桿65向圖1中的朝上方向移動而 第一輔助開關53暫且閉合， <旦同時柄531向逆時針方向回轉，柄531與設置 在鉸鏈66上的銷534卡合，從而將第一輔助開關53的可動導體69再次向斷 開方向拉回(朝下方向)。之所以將在鉸鏈66中銷534所貫通的孔做成長圓形 狀，是為了使可動導體69與操作桿65的位置無關地可向斷開方向(朝下方向) 移動。此外，符號70是用來向第一輔助開關53施加接觸力的彈簧。如圖3所示，在第二輔助開關54 —側也設有連結部件540和柄541。若 第二主開關52斷開，則柄541以軸542為中心沿順時針方向回轉，柄541和 設置在與第二輔助開關54的可動導體110連結的部件544上的銷543卡合， 使可動導體110向斷開方向(朝下方向)移動。此外，符號71是用來向第二 輔助開關54施加接觸力的彈簧。連結部件530、 540做成其長度可變，從而以 這些部件調節主開關和輔助開關的開閉定時。在圖4中，符號555表示以與主旋轉軸500聯動的方式設置在操作器外殼 300內的跳閘彈簧，符號590表示向第一線圈305a供給勵磁能的電容器，符 號591表示電磁鐵301的控制電路。另外，用雙點劃線表示的部分表示用于向 電磁推斥線圈170供給勵磁能的控制裝置900,由電容器902、控制電路板卯3 等構成。下面說明電磁鐵301的構造。第一線圏305a和第二線圈305b設置在同一 線圈骨架901上。在第一線圈305a、第二線圏305b的上表面、外周面、下表 面配置固定鐵心903、 904、 905，在上表面的固定鐵心903上放置永磁306。 電磁鐵301的可動鐵心由圓形的可動平板906和插棒式鐵心304構成，由旋轉 軸302和螺母卯7所夾持。在對電磁鐵301進行合閘時，插棒式鐵心304和中央支腳908處于接觸的狀態。這里說明本發明的斷路器即換向型直流斷路器5的一個實施方式的動作。 (通常的合閘、斷開操作)在合閘動作過程中，對電磁鐵301的第一線圏305a進行勵磁，使插棒式 鐵心304產生吸引力。由于該吸引力借助于主旋轉軸500、輔助旋轉軸510、 512傳遞到第一主開關51的操作桿65及第二主開關52的操作桿204上，因 而可動導體62、 200朝下方向被驅動，從而第一主開關51及第二主開關52 斷開。在合閘動作過程中，各主開關51、 52的承壓彈簧151、 212及設置于操 作器外殼300內的跳閘彈簧555蓄能以備進行第一主開關51及第二主開關52 的斷開動作。此時，第一輔助開關53伴隨銷534和鉸鏈66的卡合而處于斷開狀態，另 一方面，第二輔助開關54因解除柄541和銷543的卡合而處于閉合狀態。若 合閘動作結束，則解除電石茲鐵301的勵磁。已蓄能的承壓彈簧151、 212及跳 閘彈簧555的反作用力由電磁鐵301內部的永磁306的吸引力所保持。此時， 永磁306的磁通主要在7Jc》茲306—可動平板906—插棒式鐵心304~中央支腳 908—固定鐵心905—固定鐵心904—固定鐵心卯3—永磁306的路徑上產生。在第一主開關51及第二主開關52的通常的斷開動作過程中，沿與上述的 合閘動作時相反的方向對第一線圈305a進行勵磁。利用該第一線圈305a的反 向勵磁來消除在插棒式鐵心304和中央支腳908之間流通的磁通，電磁鐵301 的吸引力降低。在該吸引力低于彈簧的反作用力的時刻，第一主開關51及第 二主開關52的斷開動作開始。此外，在該電-茲操作機構中，斷開動作基本上 通過承壓彈簧151、 212及跳閘彈簧555的彈簧力完成。即，僅用消除永磁所 產生的磁通的少許能量即可實現第一線圈305a的反向勵磁。 (故障時的快速斷路操作)在故障時的快速斷路操作中，對電磁推斥線圈170進行勵磁以產生在推斥 板171上產生的電磁推斥力。該電磁推斥力由部件64所承受，與部件64連結 的操作桿65 —邊進一步壓縮承壓彈簧151 —邊朝上方向移動，從而第一主開 關51處于斷開狀態，第一輔助開關53處于閉合狀態。此時，主旋轉軸500 及輔助旋轉軸510不進行動作，第二主開關52、第二輔助開關54的狀態也保持原樣。電箱象4失301的第二線圈305b與電i茲推斥線圈170串聯連4妾，第二線圈305b 與電磁推斥線圈170同時被勵磁。若將第二線圏305b的勵^茲方向設定為與第 一線圈305a的斷開動作時的勵磁方向(反向勵磁)相同，則由于永磁306的 磁通被消除，因而電磁鐵301的吸引力減少。在電磁鐵301的吸引力低于承壓 彈簧151、 212及跳閘彈簧555的反作用力的時刻，插棒式4失心304朝上方向 移動。按照該動作，第二主開關52及第二輔助開關也斷開。這里，使用圖8至圖IO對本發明的斷路器即換向型直流斷路器的一個實 施方式的控制方法進行說明。圖8是說明進行合閘操作時、圖9是說明通常的 進行斷開操作時以及圖10是說明故障時進行斷路操作時的控制電路的動作的 圖。通常的合閘操作及斷開操作以控制電路板591進行控制。在進行合閘操作 過程中，^接通兩個觸點934、 935而形成電路，接通開關915，將電容器590 的充電電荷向電^茲鐵301的第一線圈305a供給(圖8)。另一方面，在進行通常 的斷開動作過程中，使觸點930、 931、 932、 933動作而形成電路并接通開關 915，沿與合閘動作相反的方向對第一線圏305a進行勵磁(圖9)。此外，圖8及圖9中的帶箭頭的曲線表示勵磁電流的流向。在故障時進行快速斷路操作過程中，接通開關914,用配置在控制裝置900 中的電容器902的充電電流對電,茲推斥線圈170及電,茲鐵301內的第二線圈 305b進行勵磁(圖10)。然而，由于第一線圈305a和第二線圈305b做成復疊繞線構造，因此，若 對一方進行勵磁，則在另一方產生感應電壓(電磁感應)。快速斷路操作用第 二線圈305b,由于進行快速動作，因此，有必要減小電感，其匝數為10匝左 右。另一方面，對于通常的開閉操作中使用的第一線圈305a，以降低電容器 590、開關915的負擔為目的，有必要降低線圈電流，其匝數設定為200-400 匝程度。由于感應電壓與匝數成比例，因而雖然在對第一線圏進行勵磁時第二 線圈上感應的電壓不會特別地成問題(通常的合閘、斷開操作時)，但與其相 反地、即在進行快速斷路操作過程中，在第一線圈305a上感應kV級的電壓。在本實施例中，作為第一線圈305a的感應電壓對策，設置了浪涌電壓抑 制裝置954。浪涌電壓抑制裝置954與第一線圈305a并排設置，只要在第一線圈305a和浪涌電壓抑制裝置954之間流動循環電流即可。在浪涌電壓抑制 裝置954上雖然也可以4吏用氧化鋅變阻器(ZNR),但考慮到對多次操作的耐久 性，最好由圖8至圖10所示的保護電阻952和二^ l管950構成。如圖IO所示， 在進行快速斷路才喿作過程中，由于電流I通過浪涌電壓抑制裝置954流動，因 此，第一線圈305a上產生的感應電壓降低。此外，雖然越減小保護電阻952 則感應電壓就越降低，但其另一方面，電磁鐵301的釋放時間變長。最好在滿 足電路的絕緣規格要求的基礎上，盡可能加大電阻值。在本實施例的場合， 一邊在承壓彈簧151、 212及跳閘彈簧555上蓄能一 邊驅動的合閘操作，基本上比上述的利用彈簧力的斷開操作需要更大的操作 能。如在前面也已敘述，在本實施例的電磁鐵301的場合，在進行斷開操作過 程中，只要消除電磁鐵301內的永磁306的磁通即可。因此，如圖8至圖10 所示那樣預先配置二極管950,從而不影響需要較大的能量的合閘動作。另外，對于操作能較小的通常的斷開操作，也可以在某種程度上分流到浪涌電壓抑制 裝置954—側。即，可謂該浪涌電壓抑制裝置954對于斷開操作能較小的本實 施例的電磁鐵301尤其有效。再有，在該控制方式上實施了如下措施。在換向型直流斷路器5合閘后緊 接著發生了接地故障的場合，必須迅速地切換到斷開操作上(脫扣自由操作)。 與存在常時電流零點的交流系統不同，在直流系統的場合，若斷開動作延遲而 故障電流超過換向電流，則導致無法斷路的狀態。在合閘操作過程中，若在第一主開關51及第二主開關52的觸點接觸的瞬 間發生接地故障，則設置在饋電線3上的變流器58檢測出故障電流，開閉指 令借助于過電流脫扣裝置59、控制裝置900輸入到換向型直流斷路器5中。 此時，由于換向型直流斷路器5處于合閘操作過程中，因此，控制電路處于圖 8的狀態。若在該狀態下對電磁推斥線圈170及第二線圏305b進行勵磁，則 由于過大的感應電流流經第一線圈305a—觸點935—觸點933—開關915—電 容器590—觸點930—觸點934—第一線圈305a的低阻抗電路，因而存在斷開 時間延遲并且損傷開關915的危險。因而在本實施例的控制方式中，做成在對 電磁推斥線圈170進行勵磁的同時，強行切斷開關915而對上述低阻抗電路進 行斷路的構成。因此，要求開關914及開關915具有快速響應性，尤其開關915需要具有快速斷路性能。在開關914上應用閘流晶體管、在開關915上應 用FET或IGBT的半導體開關而實現了上述要求和需要。下面敘述本發明的斷路器即換向型直流斷路器5的一個實施方式的效果。 現有的斷路器具備真空閥；設置在真空閥的開閉方向上的操作機構；以 及設置在操作機構的中間部位的電磁推斥機構，在操作機構內搭載永磁，用該 永磁的吸引力維持閉路狀態。在快速斷路操作過程中，必須使從永磁306的吸 引力減去承壓彈簧151、 212及跳閘彈簧555的反作用力的力即超過用于維持 真空閥的閉合狀態的剩余力的電磁推斥力在電磁鐵301的可動部上作用。在這 種斷路器中，由于在進行快速斷路時，不僅需要得到規定的斷開速度，還需要 超過維持閉合狀態的永磁的吸引力的電磁推斥力，因此，不可避免地導致電磁 推斥機構的大型化及電源容量的增加。此外，必須另設降低因電磁推斥的反作 用力而產生的可動電極一側的軸跳回的機構以防止再次合閘。在本實施例中，通過在進行電磁推斥操作的同時對電磁鐵301進行反向勵 磁而解除永磁306的吸引，從而能夠順利地進行快速斷路動作。其結果，能夠 提供降低了可動電極一側的軸跳回，避免了再次合閘的可靠度較高的斷路器。 除了通常的合閘、斷開操作用的第一線圈302a以外，還設置了確保快速響應 性的小電感的第二線圈302b并與電磁推斥線圈170串聯連接，從而實現了勵 /磁的同時性。在本實施例的電磁鐵301的場合，由于斷開操作基本上利用承壓彈簧151、 212和跳閘彈簧555的蓄能，因而不僅消除施加吸引力的永磁306的磁通，而 且適合確保快速響應性。由于將第一線圈301a和第二線圈302b做成雙重化構造，因此，若對一方 進行勵磁則在另 一方的線圏上感應電壓。在進行磁通變化較大的快速斷路操作 時，雖然在匝數較多的第一線圏301a上產生的感應電壓成問題，但利用與該 線圈并列設置的浪涌電壓抑制裝置954得以解決。浪涌電壓抑制裝置954由保 護電阻952和二極管950構成，確保了對多次操作的耐久性。此外，在以保護 電阻952和二極管950構成浪涌電壓抑制裝置954的場合，二極管950配置如 下在進行只需少許操作能即可的斷開操作時，容許勵磁電流向浪涌電壓抑制 裝置954分流；在進行需要較大的操作能的斷開操作時，不分流。該浪涌電壓抑制裝置954不能應用于在合閘操作、斷開操作雙方需要較大的操作能的電^茲 鐵上。在如本實施例那樣在斷開操作上利用承壓彈簧151、 212和跳閘彈簧555 的蓄能的場合有效。為實現合閘操作后的迅速的快速斷路(脫扣自由責任和義務)，做成在接 通對電磁推斥線圈170進行勵磁的開關914的同時，切斷第一線圏302a的勵 -茲開關915。在開關914上應用閘流晶體管，在開關915上應用FET或IGBT 的半導體開關而確保了開關的快速響應性，尤其確保了開關915的快速斷路性 能。圖11至圖13表示了本發明的斷路器即三相快速斷路器600的一個實施方 式，圖11是本發明的斷路器即三相快速斷路器600的右側剖視圖，圖12是后 視圖，圖13是正視圖，這些圖均表示了閉合狀態。在這些圖中，符號與圖1至圖4的符號相同的部分是同一部分。在這些圖中，三相的快速斷路器600具備內部備有接觸脫離自如的觸點的 真空閥601。真空閥601的固定電極一側的固定導體602連接在位于上部一側 的固定側饋電線603上。另一方面，可動電極一側的可動導體604借助于集電 部605與可動側4貴電線606 4妄通。可動導體604與絕緣桿607的一端連結。絕緣桿607的另一端固定在操作 桿608上。操作桿608貫通在上下部實施了平面加工的抵接面的銷609內。銷 609與三相均為單一的主旋轉軸500的一方柄503卡合。通過銷609和固定在 操作桿608上的螺母610夾持墊片611、承壓彈簧612及墊片613。在真空閥 601斷開的狀態下，通過承壓彈簧612操作桿608的下部的六角部620和銷609 處于卡合的狀態。另一方面，在真空閥601的閉合動作過程中，在真空閥601 的固定觸點621和可動觸點622接觸的時刻，銷609和六角部620的卡合^皮解 除，承壓彈簧612的載荷成為觸點的接觸力。操作桿608貫通構成斷開單元的電^茲推斥線圈170及推斥板171。從而形 成因電磁推斥線圏170的勵磁而在推斥板171上產生的電磁推斥力，與上述的 實施方式相同地由絕緣桿607所承受的構成，操作桿608通過該推斥力在圖中 朝下方向移動。操作桿608通過在操作器外殼300內相對真空閥601并排設置的電磁4失301驅動。電磁鐵301的旋轉軸302借助于部件303與主旋轉軸500的另 一方 的柄501連結。即，電磁鐵301的吸引力借助于主旋轉軸500傳遞到操作桿 608上。為了對真空閥601進4亍合閘，只要對電》茲4失301內的第一線圈305a 進行勵石茲并向圖中的朝下方向驅動插棒式鐵心304即可。電石茲鐵301的構造與前面的實施例相同。第一線圈305a和第二線圏305b 設置在同一線圈骨架901上，在第一線圈305a、第二線圈305b的上表面、外 周面、下表面配置固定4失心903、 904、 905,在上表面的固定鐵心903上放置 永》茲306。電》茲4失301的可動《失心由圓形的可動平板906和插才奉式鐵心304構 成，由旋轉軸302和螺母卯7所夾持。在合閘電》茲鐵301時，插棒式鐵心304 和中央支腳908處于接觸的狀態。下面，說明上述本發明的斷路器即三相快速斷路器600的一個實施方式的 動作。在合閘動作過程中，利用圖13所示預先充了電的電容器590對電磁鐵301 的第一線圈305a進行勵磁，使得在插棒式鐵心304上產生吸引力。該吸引力 借助于主旋轉軸500傳遞到操作桿608上，可動導體604朝上方向被驅動，從 而真空閥601斷開。在進行合閘動作的同時，承壓彈簧612及跳閘彈簧555 蓄能以備進行斷開動作。若合閘動作結束，則解除電磁鐵301的勵磁。已蓄能 的承壓彈簧612及跳閘彈簧555的反作用力由電磁鐵301內部的永磁306的吸 引力所保持。在真空閥601的通常的斷開動作過程中，沿與合閘動作時相反的方向對第 一線圈305a進行勵磁。利用第一線圈305a的反向勵/磁來消除永磁306產生的 磁通，在電磁鐵301的吸引力下降到彈簧的反作用力的時刻真空閥601開始斷 開動作。將電磁鐵301的第二線圈305b預先與電磁推斥線圈170串聯連接。在故 障時的真空閥601的快速斷路過程中，通過由電容器902、控制電路板903等 構成的控制裝置900(圖13)對電磁推斥線圈170進行勵磁。利用在推斥板171 上產生的電磁推斥力，操作桿608 —邊進一步壓縮承壓彈簧612 —邊朝下方向 移動，從而真空閥601處于斷開狀態。此時，主旋轉軸500尚未移動。在快速斷路動作過程中，與電磁推斥線圏170同時對電磁鐵301的第二線圈305b進行勵^t。若預先將第二線圈305b的勵〃磁方向與第一線圈305a的勵 磁方向(反向勵磁方向)相同，則永磁306的吸引力減少。若承壓彈簧612 及跳閘彈簧555的載荷之和超過永磁306的吸引力，則插棒式《失心304開始朝 上方向移動。按照該動作，快速斷路器600的操作機構整體切換到斷開狀態。 此外，快速斷路器600的控制方式與前面的實施例相同，如圖8至圖IO所示。 在真空閥601的快速斷路過程中，必須使從永》茲306的吸引力減去承壓彈 簧612及跳閘彈簧555的反作用力的力即超過用于維持真空閥601的閉合狀態 的剩余力的電;茲推斥力在電磁鐵301的可動部上作用。若使電^茲推斥力直接在 電磁鐵可動部上作用，則由于存在因其反作用力使得觸點再次合閘的危險，因 此，如現有技術那樣，必須另設抑制跳回的機構。在本實施方式中，由于通過 在進行電磁推斥操作的同時對電磁鐵301進行反向勵磁而解除永磁306的吸 引，從而與上述的實施方式相同地、能夠提供可抑制因電磁推斥機構而在電流 斷路中途時刻所產生的可動電極一側軸的跳回且可靠度較高的斷路器。
權利要求
1.一種斷路器，具備真空閥；由利用電磁推斥作用將上述真空閥的操作軸向斷開方向驅動的第一線圈、可動鐵心、永磁構成的電磁鐵；以及對上述第一線圈進行勵磁而進行上述真空閥的合閘動作，利用上述永磁的吸引力將上述真空閥維持在閉合狀態，沿與進行合閘動作時相反的方向對上述第一線圈進行勵磁而使上述真空閥進行斷開動作的操作機構，其特征在于，與上述第一線圈一起在上述電磁鐵內設置了在進行利用電磁推斥作用的快速斷開動作時與用于電磁推斥作用的電磁推斥線圈同時被勵磁的第二線圈。
2. —種斷路器，具備真空閥；以及利用電磁推斥作用將上述真空閥的 操作軸向斷開方向驅動的快速斷開單元，其特征在于，具有由第一線圈、第二線圈、可動鐵心、永磁構成的電磁鐵，具備對上述 第 一線圈進行勵^磁而進4亍上述真空閥的合閘動作，利用上述永-磁的吸引力將上 述真空閥維持在閉合狀態，沿與進行合閘動作時相反的方向對上述第 一線圈進 行勵磁而使上述真空閥進行斷開動作的操作機構，在進行利用電磁推斥作用的 快速斷開動作時，對用于電磁推斥作用的上述電磁推斥線圈和上述第二線圈同 時進行勵磁。
3. —種斷路器，具備真空閥；以及利用電磁推斥作用將上述真空閥的 操作軸向斷開方向驅動的快速斷開單元，其特征在于，具有將第 一線圏及第二線圈配置在同軸上，并在上述第 一線圏及第二線圏的中 心軸上移動的可動鐵心；設置在上述第一線圈及第二線圏的上表面、下表面及 外周面上的固定鐵心；以及具備了配置于上述上表面一側的固定鐵心的上面的 永磁的電磁鐵，上述可動鐵心由具備夾著上述永磁與上述上表面一側的固定鐵 心相對的面的圓形平板和具備與上述第 一線圏及第二線圈的內周面相對的圓 筒面的插棒式鐵心構成，具備對上述第 一線圏進行勵;茲而進行上述真空閥的合 閘動作，利用上述永磁的吸引力將上述真空閥維持在閉合狀態，沿與進行合間 動作時相反的方向對上述第一線圈進行勵磁而使上述真空閥進行斷開動作的 操作機構，在進行利用電磁推斥作用的快速斷開動作時，對用于電磁推斥作用 的上迷電磁推斥線圏和上述第二線圈同時進行勵-磁。
4. 根據權利要求1所述的斷路器，其特征在于， 串聯連接上述電磁推斥線圏和上述第二線圈。
5. 根據權利要求1所述的斷路器，其特征在于，上述第 一線圏及上述第二線圈設置在單一的線圈骨架上，上述第 一線圈的 匝數多于上述第二線圈的匝數。
6. 根據權利要求1所述的斷路器，其特征在于，將用于對上述電》茲推斥線圈進行勵^磁的開關以閘流晶體管構成，在用于對第 一線圏進行勵f茲的開關上使用FET或IGBT。
7. 根據權利要求1所述的斷路器，其特征在于，與上述第 一線圈并列地連接了氧化鋅變阻器或由二極管和電阻構成的浪 涌電壓抑制裝置。
8. —種斷路器的開閉方法，其特征在于，通過對第一線圈進行勵磁而開閉真空閥，在進行利用電磁推斥作用的快速 斷開動作時，同時對與上述第 一線圏 一起設置在電磁鐵內的第二線圈和串聯連 接的電磁推斥線圈進行勵磁。
9. 一種斷路器的開閉方法，對利用電磁推斥作用將真空閥的操作軸向斷 開方向驅動的電磁鐵的第 一線圏進行勵磁而進行上述真空閥的合閘動作，利用 電磁鐵的永>磁的吸引力將上述真空閥維持在閉合狀態，沿與進行合閘動作時相 反的方向對上述第一線圈進行勵磁而使上述真空閥進行斷開動作，其特征在 于，在進行利用電磁推斥作用的快速斷開動作時，與上述第 一線圈 一起設置在 上述電磁鐵內的第二線圈和用于電磁推斥作用的電磁推斥線圈同時被勵磁。
10. 根據權利要求8所述的斷路器的開閉方法，其特征在于， 在接通用于對上述電》茲推斥線圈進行勵磁的開關的同時，切斷用于對第一線圈進行勵磁的開關。
全文摘要
本發明提供一種避免了因電磁推斥機構而在電流斷路中途時刻所產生的可動電極一側軸的跳回的可靠度較高的斷路器。在具備第一線圈(真空閥)(51)；以及利用電磁推斥作用將第一線圈(51)的操作軸向斷開方向驅動的斷開單元的斷路器(5)中，具有利用永磁(306)的吸引力將第一線圈(51)維持在閉合狀態的電磁鐵(301)，在進行利用電磁推斥作用的斷開動作時，同時對電磁推斥線圈(170)與電磁鐵(301)的第二線圈(305b)進行勵磁。
文檔編號H01H33/38GK101252055SQ20071030043
公開日2008年8月27日 申請日期2007年12月27日 優先權日2006年12月28日
發明者大內茂俊, 宮下敬一, 松田佳彥, 森田步, 矢野晃史, 細田稔, 鈴木真聰, 齊藤正昭 申請人:株式會社日立制作所