バイパススイッチ

この発明は、パワエレ設備等に使用されるバイパススイッチに関するものである。

近年、電力分野において再生可能エネルギーの導入が進んでいるが、系統安定化対策のため、STATCOM(無効電力補償装置)等のパワエレ設備の導入や増強が行われている。パワエレ設備には電圧変換器が必要であり、電圧変換器内には電流の切替器としてIGBT等の半導体が使用される。変換器内にはIGBTの故障時にダイオードの保護や系統のシステムダウンを防ぐための、バイパススイッチが必要となる。バイパススイッチは、IGBTの故障時に、バイパススイッチ自身を短絡投入することによってダイオードの保護や系統のシステムダウンを防ぐものである。そのため、ダイオードが故障に至る前に動作する必要がある。しかし、ダイオードが故障するまでの時間は非常に短いため、バイパススイッチに要求される機能としては、信号を受けてから投入までの時間ができるだけ短いことが重要である。

パワエレ設備に使用されるバイパススイッチは、短絡投入の形で高電圧,大電流を通電する必要があるので、スイッチ本体部に真空バルブが採用される場合がある。 従来の真空バルブの操作機構部としては、例えば、真空バルブの可動接点に連結された開閉ロッドと、この開閉ロッドに設けられ、軸方向に可動でき所定の遊びを持って係合する開閉ブロックと、開閉ブロックの移動に応じて変位し且つ開閉ブロックに対して真空バルブの真空自閉力よりも大きな反転荷重を持つ皿状の開閉ばねとを備え、操作レバーで開閉ブロックを軸方向に移動させることで、開閉ばねが開極または閉極方向に作用して開極または閉極する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。

特公昭59−8932号公報(第1−2頁、第1−4図)

バイパススイッチとして特許文献1のような操作機構を備えた真空バルブを使用した場合、閉極動作において、可動接点に連結した開閉ブロックを駆動機構で直接駆動させているが、操作レバーを開閉ブロックに押し当てて操作を開始してから、皿状の開閉ばねが閉極方向に反転動作し接点が閉じられるまでに時間が掛かるという問題点があった。 また、皿状の開閉ばねではなく、操作ロッドと操作機構部とをリンク機構を介して連結して投入動作を行う方法も広く知られているが、この場合でも、やはり、閉極動作の開始から完了までに、例えば数十ms程度の時間が掛かっていた。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、投入時間の短縮を図ったバイパススイッチを得ることを目的とする。

この発明に係るバイパススイッチは、固定接点と可動接点とを有する真空バルブと、 一端側が前記可動接点に連結された絶縁ロッドと、投入機能と接圧機能を有し前記絶縁ロッドの他端側に挿入された投入ばねと、一端側が支持部材に回動自在に支持され、他端側に係合部が形成され、中間部が前記絶縁ロッドの他端側に連結されたレバーと、長手方向の一部を断面が半月状に切り欠いて形成した切り欠き部を有し、前記支持部材に回動自在に支持され前記長手方向の軸心を中心とした回動により前記レバーの前記係合部に係合・分離可能とした棒状のラッチと、前記棒状のラッチを軸心回りに回動駆動するソレノイドとを備え、前記レバーと前記ラッチと前記ソレノイドを組合わせて操作部とし、前記絶縁ロッドと前記投入ばねと前記操作部とを前記真空バルブの軸線方向に並べて配置するとともに前記レバーの前記係合部に前記ラッチが係合して開極状態が保持され、前記ソレノイドの励磁により前記係合が解除されることで、前記投入ばねが放勢されて閉極するものである。

この発明のバイパススイッチによれば、スイッチ本体部を構成する真空バルブの駆動側に、可動接点に連結された絶縁ロッドと、投入機能と接圧機能を有する投入ばねと、開極状態を保持するラッチ機能を有する操作部を備え、これらが真空バルブの軸線方向に並べて配置されているので、投入ばねの力をスムーズに可動接点に伝達でき、ラッチの係合を解除して投入が完了するまでの投入時間の短縮を図ることができる。 また、操作部の構造が簡素化されて、可動部の部品点数が削減されるため、操作部を軽量化でき、更に、組立が容易になるため組立時間を短縮することができる。

この発明の実施の形態1によるバイパススイッチの開極状態を示す側面図である。

この発明の実施の形態1によるバイパススイッチの閉極状態を示す側面図である。

図1のA−Aから見た操作部の断面図である。

図1のB−Bから見た操作部の断面図である。

図1のバイパススイッチの開極動作を説明する説明図である。

この発明の実施の形態2によるバイパススイッチの側面図である。

実施の形態1. 以下、図に基づいて説明する。図1及び図2は、この発明の実施形態1によるバイパススイッチの側面図であり、図1は開極状態を示し、図2は閉極状態を示している。図1及び図2において左側を便宜上、正面側と呼ぶことにする。 バイパススイッチのスイッチ本体部には、真空バルブを使用している。先ず、図1により全体の構成から説明する。なお、図1及び図2では、内部構造が分かりやすいように、一部切り欠いて断面を表示している。

真空バルブ1は、真空容器内に固定接点2aと可動接点2bが接離可能に配置されており、固定接点2aは固定側電極棒3aを介して固定側導体4aに接続され、可動接点2bは可動側電極棒3bに接続され、可動側電極棒3bの他端は真空容器の外部に引き出されて、絶縁ロッド5に連結されている。また、可動側電極棒3bは可撓導体6を介して可動側導体4bに接続されている。 絶縁ロッド5の可動側電極棒3bに接続される側とは反対側の先端部には、連結金具7が連結されており、連結金具7はレバー8に連結ピン9で結合されている。

固定側導体4aは上部の横フレーム10に固定され、横フレーム10は縦フレーム11で支持され、縦フレーム11の下端側はベース12に固定されている。更に、縦フレーム11の中間部には中間横フレーム13が設けられおり、これより下部側が操作部となっている。 絶縁ロッド5の直下において、絶縁ロッド5に、コイル状の投入ばね14が挿入されて、絶縁ロッド5と中間横フレーム13との間で、可動接点2bを閉極方向に付勢する。 なお、投入ばね14は、可動接点2bを投入方向へ駆動すると共に、接点閉合状態において可動接点2bを固定接点2a側へ付勢するものである。

図3は、図1のA−Aから見た正面断面図である。また、図4は、図1のB−Bから見た正面断面図である。図3及び図4も参照しながら、操作部の構成を説明する。 ベース12には、操作部を支持する支持部材15がボルトで固定されている。支持部材15は、図3に示すように、正面側から見てL字状をした2つの板状部材からなり、垂直 面を向かい合わせ所定の間隔を空けてベース12に固定されている。 支持部材15の正面側から見て奥側に、レバー8の一端側が、レバー固定ピン16によって回動自在に支持されている。レバー8の手前側には、レバー8の他端側に形成された係合部C(図1参照)で係合可能なラッチ17が配置されており、このラッチ17は支持部材15に回動自在に設けられている。ラッチ17は丸棒状の部材からなり、長手方向の一部を切り欠いて、その部分の断面が半月状に形成された、いわゆる半月ラッチであり、半月状の角部が係合部Cとなる。このように、ラッチは機械式ラッチである。 絶縁ロッド5の先端側に設けた連結金具7は、レバー8の回動支点となるレバー固定ピン16と先端側の係止部との中間部において、連結ピン9で結合されている。

ラッチ17には、ラッチ駆動片18が、ラッチ17の軸方向と直交方向に向けて固着されている。そして、図4に示すように、ラッチ17と支持部材15との間に、例えばコイルばねからなる復帰ばね19が設けられており、ラッチ17は復帰ばね19により、図1の方向に見て、反時計方向に付勢されている。 また、ラッチ駆動片18の対向位置に、直動式のソレノイド20が配置され、このソレノイド20は、図示を省略しているが、縦フレーム11側または支持部材15側に固定されている。ソレノイド20のコイルを励磁することにより、ラッチ駆動片18が押圧され、ラッチ17が図1で時計方向に回動する。

また、図3に示すように、レバー固定ピン16の一端側(本実施の形態では正面側から見て右側)は、支持部材15より外側に突出する突出部16aを有している。同様に、連結金具7を止める連結ピン9の一端側(突出部16aと同じ側)が、支持部材15より外側に突出した突出部9aとなっている。突出部9aが支持部材15を貫通する部分には、図1に示すように逃し穴が形成されており、突出部9aの上下の動きが支持部材15によって規制されないようになっている。両突出部9a,16aの用途は後述する。

次に、各部の動作について説明する。先ず、真空バルブ1の投入動作から説明する。 図1のような開極状態では、ソレノイド20は励磁されておらず、ラッチ17は、復帰ばね19で付勢されて、反時計方向に回動しており、半月状のラッチ17とレバー8とは、図1に示すように係合部Cで係合し、これによりレバー8は時計方向に回動することができず、開極状態が保持されている。このとき投入ばね14は蓄勢されている。 ここで、閉極指令によりソレノイド20を励磁すると、ラッチ駆動片18が押圧され、ラッチ17が時計方向に回動する。この動作で、ラッチ17とレバー8の係合が外れ、投入ばね14が放勢され、絶縁ロッド5,可動側電極棒3bと共に可動接点2bが固定接点2a側に瞬時に移動し、固定接点2aと接触して移動が止まり、図2のような閉極状態となる。閉極状態でも、投入ばね14は自然長より収縮された状態に設定されているので、閉極状態において、両接点2a,2bは一定の接圧荷重で接触している。また、ソレノイド20の励磁を解除してもその接触状態が保たれている。

次に、開極動作について説明する。 図5は、開極動作を説明する説明図である。開極動作は操作ハンドル21を用いて手動により行う。図5のように、操作ハンドル21の一端に設けた穴をレバー固定ピン16の突出部16aに嵌め合わせ、操作ハンドル21の側面に形成した係合凹部を連結ピン9の突出部9aに係合させて、投入ばね14の付勢力以上の力で操作ハンドル21の他端側を太矢印方向に押し下げれば、連結ピン9が下方に移動し、連動して絶縁ロッド5が下方に移動し、接圧荷重が解かれて開極が始まる。更に押し下げて、レバー8の係合部がラッチ17を越えて下方に移動して干渉が外れると、復帰ばね19によりラッチ17が反時計方向に回動して、ラッチ17とレバー8とが係合部Cで係合可能となり図1のような状態になる。

このように、絶縁ロッド5の直下に配置した投入ばね14を、その下方に配置した操作部を操作して放勢する構造としたので、投入動作の開始後、高速で動作することが可能となり、投入時間を短縮することができる。また、リンクを用いるものや、特許文献1のような皿ばねを用いるものと比較して、構造が簡素化され、軽量化が図られる。 また、ラッチに半月ラッチを採用したことで、ラッチの僅かな回動で係合部の係合と解除が可能となり、投入動作の高速化に寄与できる。

以上のように、実施の形態1のバイパススイッチによれば、固定接点と可動接点とを有する真空バルブが用いられたバイパススイッチであって、一端側が可動接点に連結された絶縁ロッドと、投入機能と接圧機能を有し、絶縁ロッドの他端側に挿入された投入ばねと、開極状態を保持するラッチ機能を有し、絶縁ロッドの他端側に連結された操作部とを備え、絶縁ロッドと投入ばねと操作部とが、真空バルブの軸線方向に並べて配置されているので、投入ばねの力をスムーズに可動接点に伝達でき、ラッチの係合を解除して投入が完了するまでの投入時間の短縮を図ることができる。 また、操作部の構造が簡素化されて、可動部の部品点数が削減されるため、操作部を軽量化でき、更に、組立が容易になるため組立時間を短縮することができる。

また、操作部は、一端側が支持部材に回動自在に支持され、他端側に係合部が形成され、中間部が絶縁ロッドの他端側に連結されたレバーと、レバーの係合部に係合可能なラッチと、ラッチを駆動するソレノイドとを備え、レバーの係合部にラッチが係合して開極状態が保持され、ソレノイドの励磁により係合が解除されることで、投入ばねが放勢されて閉極されるようにしたので、簡単な構成で、開極状態の保持と、素早い閉極動作を行うことができる。

実施の形態2 図6は、実施の形態2によるバイパススイッチの側面図である。実施の形態1の図1と同等部分は同一符号を付して説明は省略し、相違部分を中心に説明する。相違点は、投入ばね14より下部の、操作部の構造である。なお、図6では、内部構造が分かりやすいように、一部切り欠いて断面を表示している。

図6に示すように、操作部の構造において、図1のレバー8をなくし、絶縁ロッド5の先端部に設けられた連結金具7に、直接、ラッチ17と係合可能な係合部を設けたものである。 ラッチ17の形状と、それに固着されたラッチ駆動片18の形状は、実施の形態1と同様である。このラッチ17を、回動位置によっては連結金具7の係合部に係合可能な位置に配置し、支持部材15に回動可能に取り付けている。ラッチ駆動片18を押圧するソレノイド20は、支持部材15側に固定されている。

図6は開極状態であり、ラッチ17は復帰ばね19により反時計方向に回動して、係合部Cで係合し開極状態が保たれている。この状態から、閉極指令を受けてソレノイド20が励磁されると、ラッチ駆動片18が押圧されてラッチ17が時計方向に回動し、係合が外れ、投入ばね14が放勢されて接点が閉極状態となる。開極動作は、実施の形態1と同様に、操作ハンドル21による。 このような構成により、連結金具7に直接ラッチ17を係合させることで、実施の形態1と比較して、レバー8がなくなり、可動部の小型化と軽量化を図ることができ、更に、投入時間の短縮が可能である。

なお、図6では、ラッチ17及びソレノイド20を連結金具7の片側にのみ配置しているが、同様なものを両側に配置してもよい。そうすれば、中心軸に対して力が均等に作用し、より安定した動作が得られる。

以上のように、実施の形態2のバイパススイッチによれば、操作部は、絶縁ロッドの他端側に連結された連結金具の係合部に係合可能なラッチと、ラッチを駆動するソレノイドとを備え、連結金具の係合部にラッチが係合して開極状態が保持され、ソレノイドの励磁により係合が解除されることで、投入ばねが放勢されて閉極されるようにしたので、操作部の構造が簡単になり、可動部の小型化と軽量化を図ることができる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることが可能である。

1 真空バルブ、2a 固定接点、2b 可動接点、 3a 固定側電極棒、3b 可動側電極棒、4a 固定側導体、 4b 可動側導体、5 絶縁ロッド、6 可撓導体、7 連結金具、 8 レバー、9 連結ピン、9a 突出部、10 横フレーム、 11 縦フレーム、12 ベース、13 中間横フレーム、 14 投入ばね、15 支持部材、16 レバー固定ピン、 16a 突出部、17 ラッチ、18 ラッチ駆動片、 19 復帰ばね、20 ソレノイド、21 操作ハンドル。