JPH01264277A - 電力開閉器 - 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〕 本発明は、電気回路の開閉機構に係り、特に、負荷側で
短絡などの事故が発生した場合に、その過電流をしゃ断
して、電路や機器を保護するのに好適なしゃ断器に関す
る。

〔従来の技術〕

従来のしゃ断器については、「現代の配電技術ＪＰ１１
２〜Ｐ１１９（電気書院　１９７２年発行）に記載され
ている。従来のしゃ断器で、過電流発生時に接点同士を
引きはずす自動引きはずし装置は、バイメタルと電磁石
を組み合せた熱動電磁形、及びオイルダッシュポットと
電磁石を組合せた完全電磁形とに大別される。以下、熱
動電磁形のしや断器を例に、その動作原理を説明する。

しゃ断器は、電動機の起動電流のように、定格電流の数
倍に達する電流が短時間流れた場合には動作せず、長時
間の過電流はしゃ断（時延引きはずし）して電路や負荷
機器を保護する必要がある。また、短絡電流のような大
電流（一般には定格電流の十倍以上）が流れた場合には
、瞬時に電流をしゃ断（瞬時引きはずし）する必要があ
る。熱動電磁形のしゃ断器では、時延引きはずしにバイ
メタルを。

瞬時引きはずしには電磁石を用いる。すなわち、定格電
流の十倍を越えるような大電流が流れた場合には、電磁
石と可動の鉄心との吸引力により鉄心を動かし、接点同
士を引きはずし、電流をしゃ断する。これより小さな過
電流では、バイメタルの近くに設けた加熱抵抗の発熱に
よるバイメタルのわん曲作用を利用して接点を開放する
構造とする。

超電導体を用いた開閉装置には、超電導コイル用の永久
電流スイッチが挙げられる。超電導コイルに永久電流を
流すには、コイル全体が超電導体で閉じた回路を形成す
る必要がある。従って、超電導コイルから永久電流を取
り出したり、超電導コイル内へ電流を導入するには超電
導コイルの一部を常電導状態へ遷移させる必要がある。

永久電流スイッチは超電導コイルの一部に近接したヒー
タを設けて、常電導状態へ遷移させ、永久電流の出し入
れを可能とする機構である。この種の機構は、特開昭５
８−３０１７３号、特開昭５８−３２４７９号、特開昭
６０−１００４８７号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

低圧屋内電路などに設けるしゃ断器の自動引きはずし装
置は、長時間過電流に対して働く時延引きはすしと短絡
電流のような大電流に対して働く瞬時引きはすしの二つ
の動作が必要となる。

従来技術の熱動電磁形は時延引きはずしにバイメタルを
、瞬時引きはずしに電磁石を用い、また。

完全電磁形は時延引きはずしにオイルダッシュポットを
、瞬時引きはずしには電磁石を用いており、構造が複雑
になるという問題点があった。

本発明の目的は、構造がより簡単なしゃ断器を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

電気回路を開閉する接点間を移動し得る超電導体で電気
的に接続し、超電導体が超電導状態の場合には磁石との
反発力により接点に超電導体を押し付は通電状態にする
。超電導体が常電導に遷移した場合には、磁石との反発
力は消滅し、スプリングの復元力などにより、超電導体
を接点から引きはずし、過電流をしゃ断する。すなわち
、上記目的は、超電導体が超電導状態と常電導状態の間
を遷移することに起因した磁石との反発力の生成・消滅
を利用して回路の開閉をすることにより達成される。

〔作用〕

超電導体の基本的性質を第２図（ａ）　、　（ｂ）　　
により説明する。

第２図（ａ）中■のように、超電導体は、臨界温度Ｔｃ
以下では超電導状態を示し、温度が上昇し、臨界温度Ｔ
ｃ以上になると常電導状態へ遷移する。また、第２図（
ａ）中■のように、超電導体を流れる電流密度が臨界電
流密度Ｊｃ以下では超電導状態を示し、臨界電流密度Ｊ
ｃを超えると常電導状態へ遷移する。同様に、磁界につ
いても第２図■のように、臨界磁界Ｈａを境にして超電
導状態から常電導状態へ遷移する。超電導状態では、超
電導体は完全反磁性を示し、磁石など磁界を発生するも
のと反発する。仮に１０００ガウスの磁石を使用すれば
反発力は１ｄ当り０．４Ｎ　となり、４０ｇのものを動
に逆って浮上できる。超電導体が超電導状態から常電導
状態に遷移すると、完全反磁性に起因する反発力は消滅
する。

次に、本発明の動作原理を説明する。

電気回路を開閉する二つの接点間を電気的に接続する超
電導体は、電路に異常がない場合には、超電導状態を示
し、超電導体に近接して設けた磁石との反発力が、スプ
リングなどの引きはずし力に打ち勝ち、超電導体を接点
に押し付ける。従って、電流は、一方の端子から他方の
端子へ超電導体を介して流れる。電動機の超勤電流のよ
うな過電流が長時間電路に流れると、超電導体に近接し
て電路に設けた加熱抵抗が発熱し、超電導体の温度が上
昇する。超電導体の温度が臨界温度Ｔｃを超えると超電
導状態から常電導状態へ遷移し、磁石との反発力は消滅
する。電路に短絡などの異常が生じ、大電流が流れた場
合には、超電導体を流れる電流密度が臨界電流密度Ｊｃ
を越える。従って、超電導状態から常電導状態へ遷移し
て磁石との反発力は消滅する。これら、温度上昇、電流
密度上昇に起因した反発力の消滅により、超電導体に引
きはずし力が働き、接点間を電気的に接続していた超電
導体は、接点から離れ電流をしゃ断する。この結果、過
電流時の電流しゃ断を従来のバイメタルと電磁石の組合
せから超電導体のみに簡略化できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図（ａ）　、　（ｂ）　
、　（Ｃ）により説明する。第１図（ａ）は、電路や負
荷機器に異常がなく、超電導体１が超電導状態の場合を
示す。超電導体１は、軸１１を介してしゃ新表示６と固
定されており、圧縮されたスプリング４が元へ戻ろうと
する左方向の力を受ける。また、超電導状態では超電導
体１は完全反磁性を示し、ケース９に固定された永久磁
石２との反発による右方向の力を受ける。この永久磁石
２との反発力がスプリング４の復元力より大きいため、
超電導体１は互いに電気絶縁された一対の接点３に押し
付けられる。従って、接点間は超電導体１により電気的
に接続され、電流は、超電導体１を介して電源側端子１
２と負荷側端子１３間を流れる。

電路や負荷機器に異常が起こり、過電流が発生した場合
、超電導体１に近接して電路に設けた加熱抵抗１０の発
熱量が増大し、超電導体１の温度が上昇する。超電導体
１の温度が臨界温度を超えると超電導体１は、超電導状
態から常電導状態へ遷移する。また、短絡事故などによ
り超電導体１に臨界電流密度を超える大電流が流れても
同様に常電導状態に遷移する。常電導状態に遷移すると
超電導体１と永久磁石２の間の反発力は消滅し、スプリ
ング４の復元力のみが超電導体１に働く。

その結果、超電導体１は左方向へ移動し、接点３から引
きはずされ、第１図（ｂ）のように、電流はしゃ断され
しゃ新表示６がとび出す。電流しゃ断による温度低下な
どにより、超電導体１は常電導状態から超電導状態へ遷
移し、再び、永久磁石２との間に反発力が働く。この力
により、超電導体１が接点３と接触し電源が自動復帰す
るのを防ぐ必要がある。そこで１時計回りの回転力をも
つばね７を回転軸に設けたストッパ８と軸１１に設けた
切りかきにより超電導体１を固定する構造とした。電源
を再投入する場合は、スイッチ５を反時計回りに回転さ
せ、ストッパをはずす。ストッパが解除されると、超電
導体１は永久磁石２との反発力により右方向へ移動し、
接点３に押し付けられ、第２図（ａ）の通電状態にもど
る。

第３図に本実施例の電流としゃ断動作時間の関係を示す
０本発明は、超電導体を流れる電流が臨界電流密度を越
え、常電導状態に遷移するのを利用して、瞬時引きはず
し、超電導体の温度が臨界温度を越え常電導状態に遷移
するのを利用して時延引きはすしを行なう。すなわち、
瞬時引きはずしの場合、電路を流れる電流が設定値Ｉｃ
（一般には定格電流の十倍前後）に達すると超電導体の
臨界電流密度になるように超電導体の電路面積を設定し
た。

Ｊｃ ここで、Ｓは超電導体の電路面積、Ｊｃは超電導体の臨
界電流密度、Ｉｃは瞬時引きはずしの設定電流である。

また、設定値Ｉｃ以下の過電流では、超電導体の近傍に
設けた加熱抵抗により超電導体の温度を臨界温度以上に
上昇させて時延引きはすしを行なう。加熱抵抗による単
位時間当りの発熱量Ｑは次式で与えられる。

Ｑ＝ＲＩ” ここでＲは加熱抵抗の抵抗値、工は加熱抵抗を流れる電
流である。従って、過電流が大きくなるほど超電導体の
温度上昇が速くなり、短時間でのしゃ断が可能となる。

本発明により、従来のバイメタルと電磁石を組み合わせ
た熱動電磁形の基本部品数二十個に比べ十五個に部品数
を低減でき。

構造の簡略化が図れる。また、超電導体の電路面積、加
熱抵抗の抵抗値の変更により、しゃ断容量の変更が簡単
にできる。

本発明では、永久磁石を用い、超電導体との反発力を惹
起させたが、永久磁石の代りに電磁石を用いることもで
きる。

本発明では、過電流発生時の超電導体と接点と。

の引きはずしにスプリングの復元力を用いたが。

他の力を使用することもできる。その例を、第４図に示
す。第４図（Ｃ）　、　（ｄ）は、永久磁石と強磁性体
１４との吸引力を利用したもので左が超電導状態、右が
常電導状態を示す。超電導体１と強磁性体１４は接着さ
れた構造となっている。超電導状態では、超電導体は完
全反磁性を示し、磁束が透過しないため、永久磁石２と
強磁性体１４との吸引力は非常に小さい。従って、超電
導体１は永久磁石２との反発により接点３に押し付けら
れる。

過電流により常電導状態に遷移すると反発力は消滅し超
電導体１中を磁石が透過するようになる。

従って、永久磁石２と強磁性体１４の間に吸収力が働き
、超電導体１は接点３から引きはずされ、電流はしゃ断
される。

第４図（ｅ）　、　（ｆ）は、重力を引きはずしに利用
だもので（ｅ）が超電導状態、（ｆ）が常電導状態であ
る。超電導状態では、超電導体１と永久磁石２の反発力
は重力を上回り、超電導体１は接点３に押し付けられる
。過電流などにより常電導状態に遷移すると反発力は消
滅し、重力のみが働くため、超電導体は落下し接点を開
放する。

第５図に本発明の他の実施例を示す。本発明は第１図に
示したしゃ新機構に加え漏洩電流を検出する零相変流器
により構成した。零相変流器は鉄心１５及び鉄心に巻い
た二次巻線１６からなる。

漏電が発生すると往路電流と帰路電流の差に帰因した磁
束が鉄心１５に発生し、二次巻線１６に電圧が誘起され
る。この零相変流器の二次側出力を直接、あるいは、増
幅して、超電導体を常電導状態へ遷移させるのに用いる
。第５図（ａ）は、零相変流器の二次側にコイル１７を
接続し、第１図に示したしゃ新機構の超電導体１の近傍
に接続したものである。漏電の発生により、零相変流器
の二次側に設けたコイル１７に電流が流れ磁界を発生さ
せる。この磁界が超電導体１は常電導状態に遷移し、接
点３は開放され、ｌｔ流はしゃ断される。

第５図（ｂ）は、（ａ）のコイルの代りに加熱抵抗１ｏ
を設けたものである。漏電発生時には、加熱抵抗１０に
電流が流れ超電導体の温度を臨界温度以上に上昇させる
。従って、超電導体１は、常電導状態となり、永久磁石
２との反発力は消滅し接点３は開放される。本発明によ
り、漏電しゃ断器の構造の簡略化が図れる。

第６図に本発明の他の実施例を示す。本実施例は、恒温
槽など雰囲気温度を一定に保つ用途に用いる回路の開閉
装置である。恒温槽２４内に超電導体１、−及び、永久
磁石２を設け、接点３間を電気的に接続する導体２２は
軸１１により超電導体１と固定する。超電導体１が超電
導状態では、永久磁石２との反発力により超電導体１は
浮上し、超電導体１と固定された導体２２は接点３に密
着し、加熱器２３に電流が流れ、雰囲気温度が上昇する
。雰囲気温度が超電導体１の臨界温度を越えると、永久
磁石２との反発力は消滅し、動により超電導体は落下し
、接点３は開放され雰囲気温度は低下する。接点３の開
閉により、雰囲気温度は、超電導体１の臨界温度に保た
れる。冷却器の温調は、加熱器２３とは逆で、超電導体
１の臨界温度以下で働く反発力により接点を開放し、臨
界温度を越えて反発力がなくなると接点を閉じる。本発
明では、臨界温度の異なる超電導体を用いて雰囲気温度
の設定値を変えることができる。また、同一の超電導体
を用いる場合でも、コイルなどを用いて超電導体に磁場
をかけることにより臨界温度を変更でき、雰囲気温度の
設定値を変えられる。

本実施例により温度センサなしで恒温槽などの温度調節
が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の熱動電磁型の基本部品数を少な
くすることができ、超電導体の電路面積・加熱抵抗の抵
抗値の変更により、しゃ断器のしや断容量を容易に変え
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）　、　（ｃ）は本発明の一実施
例のしゃ断器の断面図であり、第１図（ａ）は超電導状
態の時を示し、第１図（ｂ）は常電導状態の時を示し、
第１図（Ｃ）は等価回路を示す図、第２図（ａ）は超電
導体の電流密度と温度、第２図（ｂ）は磁束密度と温度
の関係を示すグラフ図、第３図は本発明の一実施例のし
ゃ断器の動作特性図、第４図（８）〜（ｆ）は超電導体
の常電導遷移時の動作の説明図、第５図（ａ）は本発明
の一実施例の漏電しゃ断器の回路図、第５図（ｂ）は本
発明の他の実施例による漏電しゃ断器の回路図、第６図
は本発明の一実施例の温度調節用電力開閉器の回路図で
ある。 １・・・超電導体、２・・・永久磁石、３・・・接点、
４・・・スプリング、５・・・スイッチ、６・・・しゃ
新表示、７・・・回転用ばね、８・・・ストッパー、９
・・・ケース、１０・・・加熱抵抗、１１・・・軸、１
２・・・電源側端子、１３・・・負荷側端子、１４・・
・磁性体、１５・・・鉄心、１６・・・二次巻線、１７
・・・コイル、１８・・・負荷、１９・・・変圧器、２
０・・・漏電しゃ断器、２１・・・アース、２２・・・
導体、２３・・・加熱抵抗、２４・・・恒温槽。 第１図 １゜ （Ｃ） 　　ｊ 第２図 （久） Ｃ １／Ｊ−ン 扉界 第３図 Ｉ　　　　　Ｉｃ 電鹿 第４図 （α）（６］ ｔ４　　　　　　　　　／４ 第５図 （ｔ２．ン １″ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回路を開閉する接点を持つ電気回路において、前記
   回路の開閉箇所に移動し得る超電導体を用いたことを特
   徴とする電気回路。 ２、回路を開閉する接点を持つ電力開閉器において、 前記回路の開閉箇所に移動し得る超電導体を用いたこと
   を特徴とする電力開閉器。 ３、特許請求の範囲第２項において、 前記超電導体と近接して磁石を設け、前記磁石と前記超
   電導体の反発力の有無を利用して回路を開閉することを
   特徴とする電力開閉器。 ４、特許請求の範囲第３項において、 前記超電導体に近接した回路に抵抗体を設けたことを特
   徴とする電力開閉器。 ５、特許請求の範囲第３項において、 零相変流器及び前記零相変流器の二次側にコイルおよび
   ／または抵抗体を設け、前記コイルおよび／または前記
   抵抗体を前記超電導体に近接して配置したことを特徴と
   する電力開閉器。 ６、特許請求の範囲第４項または第５項において、前記
   接点と前記超電導体の電気的な隔絶にスプリングの復元
   力を用いることを特徴とする電力開閉器。 ７、特許請求の範囲第４項または第５項において、前記
   超電導体に強磁性体を接続し、前記強磁性体と前記磁石
   の間の吸収力により、前記接点と超電導体を電気的に隔
   絶することを特徴とする電力開閉器。 ８、特許請求の範囲第４項または第５項において、重力
   方向に対して上から前記接点、前記超電導体、前記磁石
   の順に配置し、重力により前記接点と前記超電導体を電
   気的に隔絶することを特徴とする電力開閉器。 ９、特許請求の範囲第６項、第７項または第８項におい
   て、 前記接点と前記超電導体の電気的隔絶時に、前記超電導
   体を固定する手段及び固定を解除する手段を設けたこと
   を特徴とする電力開閉器。 １０、温度を一定に保持する空間に超電導体を設け、前
   記超電導体と磁石の反発力の有無を検知して、前記空間
   での熱の発生・除去を制御することを特徴とする温度調
   節器。