Electric switch

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸線上に間隔をおいて配置された少なくとも２個の接点支持体と、この軸線に沿って移動可能な少なくとも１個の接点とを備え、
この接点が開閉装置の接続状態で、少なくとも２個の接点支持体の間隔を導電的に架橋し、更に可動の接点を付勢する駆動装置を備え、この駆動装置が上位の設備制御装置によって制御可能に設計されている、電気開閉装置から出発している。

【０００２】

【従来の技術】その際、本発明は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４２１０５４５号公報記載の技術水準に関する。 この公開公報には、電気開閉装置として、
金属で被包されガスで絶縁された高電圧開閉設備のためのアングル型断路器が記載されている。 この断路器は２
つの開閉部材を備え、この開閉部材は絶縁ガスを充填した金属カプセル内に設けられ、軸線に沿って互いに接触可能であるかまたは互いに分離可能である。 開閉部材は軸方向に延びるピン状の予点弧接点を１つずつ備え、この予点弧接点は両開閉部材の一方の場合行程超過接点として形成されている。 開閉部材は更に、固定された他方の開閉部材の予点弧接点を軸方向に取り囲む固定接点と、可動の一方の開閉部材に設けられた可動接点を備えている。 この可動接点は接続位置で固定接点と共に連続電流路を形成する。

【０００３】この断路器の場合、可動接点が加速相の後で遮断方向および接続方向にほぼ一定の速度で移動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課題は、使用者に便利に形成され、大きな開閉能力を有する電気開閉装置と、この電気開閉装置を運転するための方法を提供することである。 開閉装置の開閉運動がその都度の開閉プロセスの物理的な要求に適合することができ、それによって開閉装置の能力が改善されるかまたは開閉プロセスによって生じる電源網の影響が最小となると特に有利である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】電気開閉装置は、軸線上に間隔をおいて配置された少なくとも２個の接点支持体と、この軸線に沿って移動可能な、開閉ピンとして形成された少なくとも１個の接点とを備え、この接点は開閉装置の接続状態で、少なくとも２個の接点支持体の間隔を導電的に架橋し、電気開閉装置は更に、可動の接点を付勢する駆動装置を備え、この駆動装置は上位の設備制御装置によって制御される。 少なくとも一つの可動の接点は、少なくとも１回の開閉プロセスの間、少なくとも二つの異なる速度で移動可能であり、少なくとも二つの速度の少なくとも一方が、当該の開閉プロセスを左右するその都度の物理的所与に最適に適合している。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、一つの実施の形態を示す図に基づいて、本発明とその効果を詳しく説明する。 すべての図において、同じ作用をする要素には同じ参照符号が付けてある。 本発明の直接的な理解に必要でないすべての要素は図示していない。

【０００７】電気開閉装置として先ず最初に、断路器を考察する。 図１は概略的に示したこの断路器のハウジング１の断面図である。 ハウジング１は通常は、圧力下の絶縁ガスが充填されている。 この充填ガスとしては六フッ化イオウ（ＳＦ ₆ ）が特に適している。 ハウジング１
の見えるエッジは、見やすくするために単に示唆してある。 このハウジング１は通常は、金属で被包されガスで絶縁された開閉設備の残りの被包部品と共に、大地電位である。 ハウジング１は一平面内にある２本の軸線２，
３を備えている。 この軸線は角度αをなして交差している。 角度αは通常は直角である。 しかし、特別な用途の場合には、直角と異なる角度が考えられる。 ハウジング１は一般的に、圧力を漏らさないようにアルミニウム合金で鋳造されている。 ハウジング１は少なくとも４個の円形の開口４，５，６，７を備えている。 この開口はフランジ８，９，１０，１１を備えている。 その際、開口４にフランジ８が付設され、開口５にフランジ９が付設され、開口６にフランジ１０が付設され、そして開口７
にフランジ１１が付設されている。 開口４，５，６，７
は、軸２，３が中央を貫通するよう配置されている。 この場合、軸線２が開口４，６を貫通し、軸線３が開口５，７を貫通している。 フランジ８，９，１０，１１はそれぞれの軸線２，３に対して垂直に配置された面を備えている。

【０００８】開口４はここでは、円板状に形成された絶縁体１２によって閉鎖されている。 この絶縁体は導電性のある鋳込み取付け具１３を備えている。 この鋳込み取付け具１３は導体１４にボルト止めされている。 絶縁体１２は外側リング１５によって保持されている。 外側リングには、図示していないシールリングを収容するための溝が形成されている。 外側リング１５は同一に形成された２個の金属製の導電性リングからなっている。 絶縁体１２と外側リング１５はフランジ８にボルト止めされた、隣のハウジング１７の接続フランジ１６によって位置保持されている。 開口５は被覆フランジ１８によって閉鎖されている。 被覆フランジ１８とフランジ９の間には、外側リング１５が取付けられている。 この外側リングは図示していない必要なシールリングを収容している。 しかし、この外側リング１５を省略して、その代わりに被覆フランジ１８の載置面またはフランジ９の載置面がシールリングを収容するための溝を備えていてもよい。 被覆フランジ１８は接続短管１９を備えている。 この接続短管はボルト止めされたカバー２０によって圧力を漏らさぬよう閉鎖されている。 被覆フランジ１８またはカバー２０には、場合によっては、ハウジング１にガスを供給するための破裂円板（バーストディスク）と接続部材を組み込んでもよい。

【０００９】開口６は円板状に形成された絶縁体１２によって閉鎖されている。 この絶縁体は導電性の鋳込み取付け具１３を備えている。 この鋳込み取付け具１３は導体２１にボルト止めされている。 絶縁体１２は外側で外側リング１５によって保持されている。 この外側リングには、図示していないシールリングを収容するための溝が形成されている。 絶縁体１２と外側リング１５は、フランジ１０にボルト止めされた、隣のハウジング２３の接続フランジ２２によって位置保持されている。 開口７
は被覆フランジ１８によって閉鎖されている。 被覆フランジ１８とフランジ１１の間には、外側リング１５が取付けられている。 この外側リングは図示していない必要なシールリングを収容している。 しかし、この外側リング１５を省略して、その代わりに被覆フランジ１８の載置面またはフランジ１１の載置面がシールリングを収容するための溝を備えていてもよい。 被覆フランジ１８は接続短管１９を備えている。 この接続短管はボルト止めされたカバー２０によって圧力を漏らさぬよう閉鎖されている。

【００１０】ハウジング１と上述の閉鎖部材は内室２４
を取り囲んでいる。 この内室には、高電圧をかけた、電気式開閉機器の作動部材、ここでは既述のように断路器の作動部材を組み込むことができる。 カバー２０は、金属で被包されガスで絶縁された開閉設備において使用される非常に異なる付属器具を組み込むために用いることが可能である。 ハウジング１は更に、付加的な接続短管を備えていてもよい。 この接続短管は断路器位置を光学的にチェックするための視界窓やセンサを組み込むために使用可能である。 図１において、ハウジング１の中央に視界窓２５が設けられている。 この視界窓の中心軸線は、軸線２，３を含む平面に対して垂直に延びている。
ハウジング１の反対の壁には、全く同じ個所に、同一に形成された視界窓が設けられている。 すべての断路器の断路個所は、ハウジング１内でそれぞれ中央に配置され、それによって断路個所は上述の視界窓２５からチェック可能である。

【００１１】図２は、金属で被包されガスで絶縁された高電圧開閉設備のための断路器として形成された開閉装置の略示した第１の実施の形態の遮断状態の概略断面図でる。 この断路器は、例えば金属で被包されガスで絶縁された母線の途中に設けられるような区分開閉器（母線連結スイッチ断路器）として形成されている。 導体１
４，２１はここでは、高圧電位の母線区間のそれぞれの端部である。 導体１４は左側の絶縁体１２の金属製の鋳込み取付け具１３にボルト止めされている。 導体１４と反対の鋳込み取付け具１３の側には、誘電的に望ましく形成された導電性のアングル連結部材２６が接続されている。 このアングル連結部材は軸線２に対して角度βだけ傾斜した接続面を備えている。 角度βはここでは３０
°である。 しかし、この角度βはハウジング１の形状に相応して、異なる角度でもよい。 この角度βは通常は２
５〜３５°の範囲が有利に実施可能である。 傾斜した接続面は円筒形に形成された中間部材２７にボルト止めされている。 接続面と反対の中間部材２７の側は接点支持体２８にボルト止めされている。 中間部材２７は軸線２
９に沿って延びている。 この軸線２９は軸線２，３と同じ平面内にあり、軸線２に対して角度βだけ傾斜している。 接点支持体２８は誘電的に望ましく形成され、金属で作られている。 接点支持体２８には円筒状に形成された対向接点３０が嵌め込まれている。 この対向接点は断路器の固定された予備アーク電極としての働きをする。
接点支持体２８には更に、らせん接点３１が嵌め込まれている。 このらせん接点は断路器が閉じているときに電流を導く。 対向接点３０は軸線３の方向に延びている。
この軸線は同時に対向接点３０の中心軸線を形成する。

【００１２】導体２１は右側の絶縁体１２の金属製鋳込み取付け具１３にボルト止めされている。 導体２１と反対の鋳込み取付け具１３の側に、誘導的に望ましく形成された導電性のアングル連結部材２６が接続されている。 このアングル連結部材は軸線２に対して角度βだけ傾斜した接続面を備えている。 この両角度βは常に同じ値である。 従って、この角度βはここでも３０°である。 傾斜した接続面は円筒形に形成された中間部材２７
にボルト止めされている。 接続面と反対の中間部材２７
の側は接点支持体３２にボルト止めされている。 中間部材２７は軸線３３に沿って延びている。 この軸線２９は軸線２，３と同じ平面内にあり、軸線２に対して角度β
だけ傾斜している。 軸線３３は軸線２９に対して平行に延びている。

【００１３】接点支持体３２は誘電的に望ましく形成され、金属で作られている。 接点支持体３２内には電流を案内するためのらせん接点３４が嵌め込まれている。 接点支持体３２の中央には可動の断路器接点３５が設けられている。 可動の断路器接点３５は円筒形に形成され、
その軸線は軸線３と重なっている。 可動の断路器接点は開閉ピン３６を備えている。 この開閉ピンは管状に形成された接点管３７によって取り囲まれている。 断路器を接続する際に、接点管３７は開閉ピン３６の後で接点支持体２８のらせん接点３１に接触する。 断路器を遮断するときには、先ず最初に接点管３７が接点本体２８のらせん接点３１から離れ、その後初めて開閉ピン３６が対向接点３０から離れる。 駆動装置３９によって操作される絶縁ロッド３８は可動の断路器接点３５を動かす。 駆動装置３９は上側の接続短管１９に固定されている。 駆動装置３９は回転数制御される直流モータを備えている。 このモータのロータは永久磁石を備えている。 回転数制御される直流モータのための制御命令は、図示していない上位の設備制御装置によって発生する。 絶縁ロッド３８は圧力を漏らさぬようハウジング１から外へ案内されている。 絶縁ロッド３９は回転数制御される直流モータによってレバー装置を介して動かされる。 圧力を漏らさない貫通案内部としては通常、回転ブッシングが使用される。 駆動装置３９寄りの可動断路器接点３５の側は、誘電的に望ましく形成された導電性材料からなるシールドによって覆われている。 可動の断路器接点３５は軸線３に沿って延びている。 この軸線は同時にこの接点の中心軸線を形成している。 らせん接点３４は接点管３
７を取り巻き、接点管と接点支持体３２を導電的に連結する。

【００１４】断路器の接続状態では、電流が導体１４から鋳込み取付け具１３、アングル連結部材２６、中間部材２７、接点支持体２８、らせん接点３１、接点管３
７、らせん接点３４、接点支持体３２、中間部材２７、
アングル連結部材２６および鋳込み取付け具１３を経て導体２１に流れる。 図３は、時間ｔに対する、開閉ピン３６の開放運動の経過を概略的に示している。 定格電流を案内するために設けられた接点管３７の運動は、ここではこれ以上考慮しない。 閉じた断路器は時点Ｔ ₀で遮断命令を得る。 その直後、開閉ピン３６の開放運動が時点Ｔ ₁で開始される。 駆動装置３９は、開閉ピン３６と対向接点３０の接点断路が時点Ｔ ₂で行われるまで、開閉ピン３６を次第に加速する。 開閉ピン３６はその最高速度に達するまで更に加速される。 この最高速度はこの断路器の場合例えば約３００ｍｍ／秒の範囲である。 しかし、ほとんどの場合、３００ｍｍ／秒を少し超えている。 特に、３３０ｍｍ／秒の速度が有効であることが実証された。 この最高速度に達した直後、開閉ピン３６は再び制動されるので、時点Ｔ ₃から遅い速度で遮断方向に更に動く。 この速度は約５０ｍｍ／秒の範囲である。
しかし、時点Ｔ ₄から、開閉ピン３６が再び強く加速され、しかも約３００ｍｍ／秒の速度に加速される。 遮断位置に達する直前に、開閉ピン３６は再び制動され、そして時点Ｔ ₅で完全な遮断位置に達する。

【００１５】図４は、断路器の遮断のときの、時間ｔに対する、開閉ピン３６の速度ｖの経過を概略的に示している。 このグラフは図３に関連して説明した開閉ピン３
６の３つの速度範囲Ａ，Ｂ，Ｃを示している。 範囲ＡはＴ ₂とＴ ₃の間の時間区間、範囲ＢはＴ ₃とＴ ₄の間の時間区間、そして範囲ＣはＴ ₄とＴ ₅の間の時間区間を含んでいる。

【００１６】範囲Ａの比較的に高い最高速度は次のような利点をもたらす。 すなわち、この範囲Ａにおいていわゆる“ループ電流開閉動作”の結果として生じる再点弧にとって、比較的に短い時間しか残っていないという利点をもたらす。 起こり得る数の再点弧のこの有利な制限と、それに伴うエロージョンの減少の結果、開閉ピン３
６と対向接点３０の寿命が長くなるので有利である。 これは断路器の有用性を大幅に高めることになる。 二重または多重母線系を備えた開閉設備の場合、“ループ電流開閉動作”とは、断路器によって行われる、負荷下での一方の母線系から他方の母線系に切り換える動作であると理解される。

【００１７】範囲Ｂの比較的に遅い速度は次のような利点をもたらす。 すなわち、容量性電流が遮断されるときに、この範囲Ｂを通過した後、比較的に小さな“捕捉荷電”だけが金属で被包されガスで絶縁された高電圧設備に残るという利点がある。 この“捕捉荷電”とは、高電圧設備の作動部材に残る容量性残留荷電であると理解される。 この残留荷電は範囲Ｂ内で発生する、対向接点３
０と開閉ピン３６の間の再点弧によってかなりの部分が消える。 この残留荷電は過渡過電圧の大きさに悪影響を与える。 すなわち、この残留荷電が小さければ小さいほど、期待される過渡過電圧の値が小さくなる。 しかしながら、範囲Ｂで発生する再点弧の数が非常に多くなるほど、開閉ピン３６の速度は範囲Ｂにおいて遅くならない。 なぜなら、この各々の再点弧が補償プロセス、ひいては望ましくない急な電圧ピーク（ＶＦＴ，非常に速い過渡）を生じるからである。

【００１８】範囲Ｃにおいて、完全な断路に対応する開閉ピン３６の位置ができるだけ早く達成されるように、
開閉ピン３６はもう一度比較的に速い速度に加速される。 この開閉ピンの位置は換言すると、金属で被包されガスで絶縁された当該の開閉設備で発生する電圧ピークに耐える、開閉ピン３６と対向接点３０の間の距離に相当する。 時点Ｔ ₅において、開閉ピン３６はその完全な遮断位置に達し、その遮断ストローク全体を進む。

【００１９】断路器の接続の際、駆動装置３９によって操作される絶縁ロッド３８により、可動の断路器接点３
５が軸線３に沿って固定された対向接点３０の方へ移動する。 場合によっては残留荷電によっておよびまたは接点支持体３２と接点支持体２８の間の動作周波数の電圧によって生じる、開閉ピン３６と固定された対向接点３
０の間の予備点弧は、断路器によって申し分なく制御される。 断路器作動部材の配置構造により、ハウジング１
の壁の方へ予備点弧アークが広がることはない。 断路器の駆動装置３９は、あらゆる動作の場合、可動の接点構造体３５が所定の接続位置に確実に移動し、それによって常にそのための接点管３７とらせん接点３１，３４を経て申し分なく電流が案内されるように、設計されている。 断路器の場合、通常は接続時に、開閉ピン３６のできるだけ大きな速度を接続プロセス全体で得るよう努め、接続運動の段階付けはこの電気開閉装置では利用されない。 なぜなら、この段階付けは物理的に重要でないからである。

【００２０】開閉ピン３６の運動経過、物理的な所与、
断路器の開閉プロセスに従う、断路器で使用されるこの駆動原理は勿論、他の開閉装置や他の開閉プロセスで使用するために適当に変更可能である。 その際特に、不均一な接点運動を行う電力回路遮断器が考えられる。 特に、行うべき開閉操作に依存して、異なる接点運動を行うことが考えられる。 例えばパッファ回路遮断器の場合に小さな誘導電流を遮断する際、遮断運動をゆっくりと行なうことができ、それによってアークの吹きつけが充分にスムースに行われ、零交叉の前にアークが途切れることが阻止されるので、途切れることによる過電圧が発生せず、従ってこのような過電圧に対する保護手段を設ける必要なく、この電力回路遮断器に挿入される開閉設備が非常に安価になる。 しかし、電力回路遮断の際、普通のピストン−シリンダ−構造体内で短時間でアークの吹きつけのための必要な吹きつけ圧力を発生するためには、同じパッファ回路遮断器は比較的に速い接点速度で作動する。

【００２１】開閉装置の運動経過は、電気的エネルギーの分配のすべての範囲内で、すなわち、露出型または被包された開閉設備と直流電源網および交流におけるすべての電源レベルで、適当な開閉操作の物理的特性に有利に適合する。 接点運動を最適に適合させる際、いろいろな絶縁媒体およびまたは消弧媒体、例えば液状媒体またはガス状媒体の影響を非常に簡単に考慮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気開閉装置のハウジングの断面図である。

【図２】本発明による電気開閉装置の実施の形態の概略断面図である。

【図３】本発明による電気開閉装置の接点の遮断運動の経過を示す概略的なグラフである。

【図４】本発明による電気開閉装置の接点の遮断時の接点速度の経過を示す概略的なグラフである。

【符号の説明】

１ ハウジング ２，３ 軸線 ４，５，６，７ 開口 ８，９，１０，１１ フランジ １２ 絶縁体 １３ 鋳込み取付け具 １４ 導体 １５ 外側リング １６ 接続フランジ １７ 隣のハウジング １８ 被覆フランジ １９ 接続短管 ２０ カバー ２１ 導体 ２２ 接続フランジ ２３ 隣のハウジング ２４ 内室 ２５ 視界窓 ２６ アングル連結片 ２７ 中間部材 ２８ 接点支持体 ２９ 軸線 ３０ 対向接点 ３１ らせん接点 ３２ 接点支持体 ３３ 軸線 ３４ らせん接点 ３５ 可動の断路器接点 ３６ 開閉ピン ３７ 接点管 ３８ 絶縁ロッド ３９ 駆動装置 ４０ 遮蔽部材 α，β 角度 ｓ 路程 ｔ 時間 ｖ 速度 Ａ，Ｂ，Ｃ 範囲

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オラーフ・クヌーゼン スイス国、8050 チユーリッヒ、グライフ エンゼーストラーセ、49 (72)発明者 アンドレアス・ラウビ スイス国、8050 チユーリッヒ、マグダレ ーネンストラーセ、77 (72)発明者 エルヴイン・マンツ ドイツ連邦共和国、79787 ラウフリンゲ ン、ミユーレヴエーク、16 (72)発明者 マルタ・ラコルテ スイス国、5417 ウンタージーゲンター ル、イリスヴエーク、10