JPH071659B2

JPH071659B2 - 超高速回路遮断器

Info

Publication number: JPH071659B2
Application number: JP3503639A
Authority: JP
Inventors: ブロシューズ，ロラン
Original assignee: アセックトランスポールエス．アー．
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1991-02-18
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: CS9100464A2; WO1991013452A1; EP0516640A1; PL167473B1; DE69100511T2; SK278078B6; CA2076675A1; CA2076675C; ZA911157B; HU208590B; CZ279386B6; US5521569A; HUT61127A; BR9106069A; JPH05504229A; ES2044724T3; AU7210591A; EP0516640B1; KR0183451B1; AU653329B2

Description

【発明の詳細な説明】発明の概略本発明は、中高電圧に使用可能な限流超高速回路遮断器
に関し、より詳しくは鉄道の車両や軌道における電気牽
引に適合する限流超高速回路遮断器に関する。さらに詳
しく言えば、本発明は電子制限回路を備えた超高速回路
遮断器の機械装置に関する。

従来技術牽引や産業用電気ネットワークは次第に複雑になり、能
力は向上しつつあることは周知の通りである。電流遮断
器の設計は、容量が増大しつつある電流の遮断と保守費
の削減を目的としたものでなければならない。新世代の
電流遮断器は、電流を制限し、装置全体にかかる機械応
力、熱応力、接点とブローアウト室にかかる摩擦の軽減
を目的とする高速のものでなければならない。現在の電
流遮断用装置は、接点を開くための高速、超高速装置
と、発生したアークを閉じ込め冷却するためのブローア
ウト室とからなる。電流遮断用装置は、保守作業と摩耗
部品交換のために、かなりの費用がかかる。

いろいろある問題の中で、よく知られているのが、電流
を遮断すると、電流遮断器の構成装置の移動により過度
に速度がつきやすいということである。電流遮断後しば
らくの間は構成装置の動きを抑制する必要があるかもし
れない。速度が増せば、制動装置を働かせるために加え
る力もそれに応じて効果的でなければならない。

例えば、FR-A-2 438 333の文献を引用して説明しよう。
この文献は石油を満載したシリンダーからなる減衰装置
を備えた、従来の電気遮断装置について記述している。
この電気遮断装置には、安全装置に連接したピストンを
配設している。このピストンは、有孔であり、シリンダ
ーの中でどの方向に向かって動いていても制動装置が働
く。

もうひとつの例として、DE-U-6 606 297の文献がある。
この文献には電気回路遮断器の減衰用ポンプについて記
述している。ピストンには戻り弁で封印できる孔部を有
しており、減衰液を含むシリンダーの中を同じように動
くようになっている。この装置の構造は、回路を遮断す
ると、ただちに強力な電気アークが消滅し、同時に適当
に間隔をあけて、力の弱い臨界状態のアークも消滅する
よう設計されている。

機械装置と半導体制御回路との関連については、これま
でにもいろいろな提案が行われてきた。

欧州特許出願No.0 184 566には、有意的なアークの発生
を伴うことなく電流を遮断する装置を記載している。該
装置による回路遮断の方法としては、半導体や反発コイ
ルとして使用する自己インダクタンスコイルにより制御
する振動回路を付加する方法や、同じ構成部品が同時に
反発ディスクと可動接点ブリッジとの二役を兼ねた磁力
保持超高速装置を用いる方法がある。この超高速装置は
電力半導体を介して振動回路に連動し、詳しくは次のよ
うなものからなる。

−絶縁体の中に配設し、振動回路用自己インダクタンス
コイルとして機能する螺旋形反発コイル。

−接点ブリッジとし機能し、反発コイルと連動する金属
ディスク。

−往復運動する可動部。

−可動部に組み込んだ永久磁石、維持巻き線、磁石ヨー
ク。

−磁石ヨークに協動し、ディスクに連結した接極子。

該欧州出願に記載の装置の場合、反発力が生じるとすぐ
にかなり大きな力となる。反発ディスクの位置は、変形
可能な材料からなる層として記載される減衰装置で停止
する。

欧州特許出願No.0 348 584は、半導体制御回路で支援さ
れた超高速回路遮断器であって、反発コイルと、移動式
スイッチを備えた接点ブリッジと連動して該反発コイル
とも協動する反発ディスクと、接点の閉鎖状態維持手段
とからなり、接点の閉鎖状態維持手段が、該反発ディス
クに一体となったテール・ピースに作用する停留手段を
介して、接点ブリッジに連動する反発ディスクに作用す
る維持スプリングからなり、該停留手段が、接点閉鎖に
かかる圧力に抗するだけの十分な圧力をおよぼすことが
でき、該反発ディスクが、該反発コイルの作用により跳
ね返されるように配列された、超高速回路遮断器を提案
している。減衰手段や制動手段はここでは詳しく述べて
いないが、従来の減衰手段は図面に示されている。

遮断器の接点をできるだけ早く開くことができるように
かなりの加速をつけているため、装置の可動部が、移動
の前半に減衰手段や制動手段からの作用を受けないよう
にしておく。したがって、減衰手段の可動部を、自在に
動けるように分離すると、やがて動きがゆるやかにな
る。そのため、該可動部が極めて早い速度で動き、減衰
手段や制動手段にぶつかると、大きな衝撃が生じ、さま
ざまな損害が生じるようになる。30,000g程度の加速が
つき、30m/s程度の速度になると一層損害は大きくな
る。

さらに、従来の減衰手段では、流体を用いており、その
流体が１つあるいはそれ以上の孔部を通過すると、速度
が早くなった時圧力を失うことになる。制動しようとす
る可動部にはかなりの加速がつき速度が早くなることを
考えると、流体の速度があまりにも大きくなり、流体の
噴出のために、シールやガイド、ノズルなど構成装置を
破損しかねない。こうした問題は、前記の文献DE-U-6 6
60 297に記載するような減衰ポンプに生じやすい。

さらに電気回路を遮断する操作を行った後には、回路遮
断器の可動部と減衰手段の可動部とは、移動の終点位置
において、回路遮断器を再度いつでも作動できるように
しておかねばならず、そのため、電気回路も再度閉鎖す
る。前述した減衰手段の場合、減衰手段の作用部は、概
して、回路遮断器の可動部よりも動きがおそく、前アー
クが生じないようにするため、該回路遮断器の可動部の
動きを早くしなければならない。そのため、該減衰手段
の作用部が出発位置に戻らないうちに、該回路遮断器が
作動すると、回路遮断器の可動部には制動がきかなくな
り、減衰手段の作用部とぶつかる。

この難点を克服するため、いろいろな試みがなされてき
た。その方法としては、可動部には相互の間に遊びを設
け自在に動けるようにする方法や、減衰手段に戻りバネ
を設け、該戻りバネを利用するという方法がある。しか
しこのような解決策では、衝撃にあまり耐えることがで
きず、しばしば保守作業と部品交換、あるいはその両方
を行わなければならない。

発明の目的本発明の目的は、前述のような不利な点が生じないよう
にした超高速回路遮断器を提供することであり、さらに
詳しく言えば、回路遮断器の可動部が動き出すとかなり
の加速をつけることができ、該可動部の動きが終わり近
くになると何らの反動もなく、しかも機械的停止装置を
用いずに徐々に制動できる超高速回路遮断器を提供する
ことである。減衰手段は、30,000gあるいはそれ以上の
程度の加速をつけることができ、約２〜3mm程度のわず
かな間隔で、40m/sの速度に達することができ、該可動
部にゆっくり制動をかけると、やがて30〜40mmの間を動
きながら停止して、応力を抑えるようになっていなけれ
ばならない。該減衰手段は構造が単純で頑丈であり、費
用もあまりかからず、しばしば保守作業をせずにすむ。

発明の詳細な説明本発明によれば、半導体制御回路で支援された超高速回
路遮断器は、反発コイルと、可動接点を有する接点ブリ
ッジと連動するとともに該反発コイルと協動する反発デ
ィスクと、接点に加わる圧力に抗するに十分な圧力を加
えるとともに該反発ディスクが該反発コイルの作用によ
り反発するよう自在に配設された接点閉鎖維持手段と、
減衰手段とを備えてなり、該減衰手段は、該反発ディス
クと一体になったプランジャロッドと、流体で満たした
流体貯蔵タンクとからなり、反発コイルが反発した時に
は、プランジャロッドと流体貯蔵タンクとの形状の相互
の合致により、プランジャロッドの位置変化に応じて流
体排出部位が変化し、それによって、反発ディスク／プ
ランジャロッドの組み合わせ装置の運動エネルギが吸収
される。

したがって、本発明は、単純な減衰手段を備えた上述の
ような超高速回路遮断器を提供し、該超高速回路遮断器
は、該減衰手段により、よりわずかな移動で、移動式あ
るいは固定式の機械停止装置に衝動を与えることなく制
動をかけることができ、かつ、動き出すと接点を迅速に
開くことができる。事実、該流体貯蔵タンクの形状と該
プランジャロッドの形状は、該プランジャロッドが動き
出した時には流体排出部位は比較的大きく、該プランジ
ャロッドが該流体貯蔵タンクに深く沈んでいくと、該流
体排出部位は狭くなり、制動は緩やかであり、かつ、動
き出すとかなりの加速をつけることができる。

また、プランジャロッドの該反発ディスクに結合して一
体となることから、該回路遮断器は、同装置の可動部が
減衰手段の作用部にぶつかっても損害が生じることはな
い。

該反発ディスク／プランジャロッドの組み合わせ装置は
一体部品であることが好ましい。反動を受けてその直後
に同じ速度で動く構成装置の間には、機械的な遊びはな
い。本態様は、非常に大きな加速がついたり、極めて速
度が早くなってくると、１度から数度の自由度を持って
機械的手段で相互連結している構成部材が急激に劣化す
るような超高速回路遮断器にとりわけ適している。該反
発ディスク／プランジャロッドの組み合わせ装置は、単
一部品あるいは溶接や組み立てなどにより結合して一体
となる複数の部品から作ることができる。特にこのよう
な部品は、圧縮応用を用いてネジ止めすることができ
る。

もうひとつの注目点は、本発明による装置は、前述した
ような不利をかかえているスプリングなどを利用した、
調整ノズルなどの特殊な機械装置、すなわち、クラップ
など概して故障しやすい可動機械装置を必要としない。
つまり、摩耗したり破裂したりしない流体の運動が制動
に用いられている。回路遮断器をいつでも再作動できる
ようにしておく場合、該回路遮断器の動き方が不十分で
あっても、減衰手段がすぐに作動するようにしておかね
ばならない。

もうひとつの利点は、本発明による装置が自ずからセン
タリングすることである。

製作を簡素化するために、前記の流体貯蔵タンクは、実
質的に形状が円筒形であるのが好都合であり、プランジ
ャロッドの端部が、先端から外に広がるという特定の形
状をしている。

従来に比した注目点は、該プランジャロッドの先端部の
側面が、テーパ角度の異なる錐台の連続、すなわち、連
続的なカーブからなる特定の形状をしているため、可能
な限り一定した制動力を得ることができるという点であ
る。制動特性は、このカーブにどのように適合するかで
調節することができる。また、流体貯蔵タンクに連動す
るプランジャロッドを実質的に縦方向にまっすぐで円筒
形あるいは方形の形状とすることができる。該流体貯蔵
タンクの内面を側面から見ると、例えば相互にテーパ角
度が異なる錐台の連続、すなわちカーブの連続からなる
特定の形状をなしており、可能な限り一定した制動力を
得ることができる。

欧州特許出願No.0 348 584で述べたように、超高速回路
遮断器の可動部は、比較的軽い材料で作り、慣性力を減
少する。同様に本装置のプランジャロッドは軽材料、特
に強化アルミニウム合金で作ることができる。したがっ
て、該超高速回路遮断器の可動部の質量の増加は、欧州
特許出願No.0 184 566やNo.0 348 584（前述している）
に比べて少ない。

また、注目すべきことは、ブレーキの動きは、本発明に
よる回路遮断器の可動部が最高速度に達しても影響を受
けないことである。

図面の簡単な説明本発明を図面に従い、さらに詳しく説明する。

−図１は本発明による超高速回路遮断器の全体断面図で
ある。

−図２は超高速回路遮断器の詳細図である。なお、回路
遮断器の装着用部材とケーシングは内部の明示のため省
略する。

−図３は他の実施例の図である。

好ましい実施例の詳細な説明図面の中で同一符号は、同一あるいは類似の構成装置を
示す。本発明による回路遮断器１は、シリンダー３を備
え、シリンダー３は、フランジ７、および該シリンダー
の対応溝11に収納したリング９により固定された底カバ
ー５によって一方の端を封印し、底カバー５をスクリュ
ーまたはボルト13で締めつけ、同じくフランジ17、リン
グ19、およびネジあるいはボルトで固定した第２のカバ
ー15で他方の端を封印する。

該シリンダー３は、内部で内側を滑動することができる
ピストン25と、底面カバー５および該ピストンの中に組
み込まれた肩部29で支える圧力スプリング27とを含む。
該ピストンは、対向する中央の開口部16の中のカバー15
を横切って動くスリーブ31を備えている。該スリーブ31
は、その自由端に、符号33で示す停留手段を備えてい
る。

本発明による回路遮断器は、樹脂35′で成形するのが好
都合な反発コイル35を備えており、全体をボルトやネジ
付ロッド36で組み立てる。

さらには、それは、可動接点41を有する接点ブリッジ39
や、テール・ピース43やプランジャロッド95と連動する
反発ディスク37を含む。これらの構成要素は、後で詳し
く説明する。

ネジ止めによってスリーブ31の端部に設けられた停留手
段33は、例えば、圧力を加減することで反発ディスク37
のテール・ピース43に押し付けられた複数のボールやロ
ーラー51を含む。事実、プッシャー53は、好ましくは円
筒形のガイド57に収納し、カバー59で封印したスプリン
グ55で作動し、プッシャー53をあまり押し下げないよう
にする停止装置61を備えており、そのプッシャー53でボ
ールあるいはローラー51に圧力を加える。

テール・ピース43は、反発ディスク37と一体化してい
る。テール・ピース43は、反発ディスク37から遠ざかる
につれて軸38から遠ざかる４つの傾斜面62を含むことが
好ましく、反発ディスク37に近い端部には肩部63を、自
由端には溝65を備えている。さらに回路遮断器は後述す
る減衰手段を含む。

スプリング27は、あらかじめ加圧しておくことが好まし
く、休止状態においては、ピストン25を一定状態に維持
する。すると、スリーブ31は上方に位置し、反発ディス
クは下方に位置して、反発コイルからは間隔を置くよう
になる。

本発明による回路遮断器（図１の左側）を始動準備する
には、カバー15に設ける１個あるいはそれ以上のダクト
75を介して、圧縮空気を取り込まなければならない。シ
リンダー３の壁で仕切られた室、カバー15およびピスト
ン25に、圧縮空気を満たして加圧すると、位置維持用ス
プリング25が圧縮し、ピストン25が下降し、それに連動
してスリーブ31と停留手段33も下方に引かれる。シール
77は、スリーブ31とカバー15との間の密着を維持する。
もうひとつのシール79の目的は、ピストン25をシリンダ
ー３との間の密着を維持することにある。

軸38に対する傾斜面61にボールやローラー51の圧力が加
わって停留手段33は動くと、それに連動して反発ディス
ク37も一緒に動くことを阻止するため、該反発ディスク
37の動きを固定停止装置83により停止しなければならな
い。

注目すべきことは、ピストン25の円筒形の壁がスプリン
グ27に対して、機械的な停止装置の役割りを果たしてお
り、スプリング27に、ねじりが入るための圧縮が生じな
いようになっている。さらにピストンの円筒形の壁は、
スプリング27が最大限圧縮されると、ボールあるいはロ
ーラ51が溝65に係合するようになっている。

本発明による回路遮断器を最適の状態、すなわち比較的
迅速に閉鎖するためには、維持用スプリング27で、確実
に蓄えたエネルギを迅速に放出できるようになっていな
ければならない。そのためには、場合によっては急速放
出バルブを備えることがある取出口ダクト85から、圧縮
空気を外部に放出する。この場合、前アークの形成は限
定される。

該ピストン25と一体となったスリーブ31は、連動して停
留手段、より詳しくはボール、あるいはローラー51を介
して、テール・ピース43、プランジャロッド95、その後
反発ディスクを同時に動かし、やがて、可動接点を備え
た接点ブリッジが、固定接点（図１の右側）と接触する
ようになる。

それ故、スプリング55には、この段階で溝65にボールか
ローラーを保持できて、最適の接点圧力を確保できるだ
けの力を加えなければならない。

本発明による回路遮断器を組み込んだ電気回路に許容範
囲を越えた電流が流れるとしよう。この場合、電子制御
回路により、オジー型の電流パルスを反発コイルに送出
し、電気力学的効果により、ディスク37に生じた電流に
加える。したがって、特に強力な反発力を得ることがで
きる。このように強い力を加えると、スプリング55の圧
縮により、溝65からボールやローラー51を取り外すこと
ができ、可動プーリは自由に動けるようになる。該反発
ディスクは、接点ブリッジ39や、プランジャロッド95と
一体になったテール・ピース43と連動し、反動の力が加
わると、特に大きな加速がつき、アーク形成や接点の摩
耗の危険性が少なくなり、すぐに固定接点と可動接点と
の間に十分な間隔をおくようになる。

反発ディスクは、１〜5mmの間に10〜50m/sの範囲の速度
で、20,000gから40,000gの加速がつくため、20〜40mmの
距離を移動する間に制動しなければならない。制動は、
減衰装置97やボールあるいはローラー51などでかける
が、減衰装置97やボールあるいはローラー51によって、
反発ディスク37が底面方向に動かなくなる。

図２において、減衰装置は、実質的には、反発ディスク
37と一体となったプランジャロッド95と、流体貯蔵タン
ク99とからなる。プランジャロッド95の形状と流体貯蔵
タンク99の形状は、該流体貯蔵タンク99の中に沈むロッ
ドの部分のために、ロッドが移動する間に、環状の流体
排出部位に変化が生じるように合致している。図示した
実施例では、流体貯蔵タンク99は、実質的に円筒形の形
状をなし、側面の形状は円錐形をなし、プランジャロッ
ド95の端部は、相互にテーパの角度が異なる錐台の連続
からなる。したがって、該流体貯蔵タンクに満たした流
体が通って漏れていく環状の漏水部は、反発中に漸次減
少し、可動部の速度が落ちてもかなりの制動力を維持す
ることができる。

該流体貯蔵タンク99は、カバー104で閉鎖したスリーブ1
03に収納しておくのが好都合である。カバー104、は対
向側に封印手段、特にシール105、固定シール106、擦り
シール107の、３つのシールを備えている。該封印手段
は、弾性リングやネジ止め、接着による組み立てなど、
周知の方法で座部に保持しておくのが好ましい。

プランジャロッド95は、自己滑動ライニング110でガイ
ド・リング109に導き、自己滑動ライニング110は、流体
貯蔵タンク99とシール105,107の間に配設するのが好都
合である。

該ガイド・リング109には、保護スカート113を備えるこ
とが好都合である。該保護スカート113により、流体の
噴出によって、自己滑動リング110とシール105,107、あ
るいはそのいずれかに損傷を与えずにすむ。

大量の空気102を流体101の上面に貯えておく。流体貯蔵
タンク99をガイド・リング109で閉じ込めると、流体101
と空気102の占める容積は一定となる。反発中に、流体1
01の中にプランジャロッド95を突っ込めば、それに応じ
て流体貯蔵タンク99の中の流体101の水位が上昇し、そ
れに対応して空気102のかたまりを圧縮する。

例示した実施例に見られるように、流体貯蔵タンク99
は、単独の部品から成り立っている。好都合な代案とし
ては、流体貯蔵タンク99を、プランジャロッド95を制動
する役目を果たす２つの部品で製造してもよく、この場
合、これら２つの部品の間にはスペーサリング（図示し
ない）を装着する。

好ましい実施例において、プランジャロッドは、少なく
とも自己滑動リングやシール105,107と当接する面に表
面仕上げを施した超硬軽合金からなる。例示した実施例
においては、硬化陽極酸化処理したアルミニウム合金を
用いた。

プランジャロッド95は、反発ディスク37およびテール・
ピース43、あるいはそのいずれかと一体に形成すること
ができる。しかし、部品の組み合わせ、特にネジや接着
剤での組み合わせによることも可能である。

様々な構成装置を収納するスリーブ103は、下方から超
高速回路遮断器に押し込み、フランジ115で底面カバー
５の外表面に固定するのが好都合である。

従来に比したもう一つの注目点は、部品が特定の形状を
なしているため、特に流体で満たした流体貯蔵タンクか
らなるスリーブを、必要に応じて流体が外に排出しない
ようにして、回路遮断器に水平に組み込むことができる
（例えば組み立てが容易になる）ということである。

図３は他の実施例を示しており、それにおいては、反発
ディスク37と一体となったプランジャロッド95は、実質
的に垂直な方向で、円筒形あるいは方形をなし、流体貯
蔵タンク99と連動する。流体貯蔵タンクの内面は、側面
から見ると、該流体が上方に押し出されるように構成さ
れたカーブをなしている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反発コイルと、可動接点（41）を有する接
点ブリッジ（39）と連動するとともに該反発コイル（3
5）と協動する反発ディスク（37）と、接点に加わる圧
力に抗するに十分な圧力を加えるとともに該反発ディス
ク（37）が該反発コイルの作用により反発するよう自在
に配設された接点閉鎖維持手段と、減衰手段とを備えて
なる半導体制御回路で支援された超高速回路遮断器であ
って、該減衰手段は、該反発ディスク（37）と一体になったプ
ランジャロッド（95）と、流体で満たした流体貯蔵タン
ク（99）とからなり、プランジャロッド（95）の外面と
流体貯蔵タンク（99）の内面とのいずれか一方が、実質
的に一定の制動力を得ることができるように、テーパ角
度の異なる錐台が連続する連続カーブかなる輪郭をな
し、反発コイル（35）が反発した時には、プランジャロ
ッド（95）の外面形状と流体貯蔵タンク（99）の内面形
状との相互の合致により、プランジャロッド（95）の位
置変化に応じて流体排出部位が変化し、それによって、
反発ディスク（37）／プランジャロッド（95）の組み合
わせ装置の運動エネルギが吸収されることを特徴とする
半導体制御回路で支援された超高速回路遮断器。
【請求項２】反発ディスク（37）／プランジャロッド
（95）の組み合わせ装置が、一体部品であることを特徴
とする請求項１記載の超高速回路遮断器。
【請求項３】前記流体貯蔵タンク（99）が、実質的に垂
直方向に円筒形あるいは長方の形状をなし、プランジャ
ロッド（95）が、その端部において、先端から次第に広
がっていく特定の輪郭をなすことを特徴とする請求項１
または２記載の超高速回路遮断器。
【請求項４】流体貯蔵タンクが、円錐形の空間（100）
からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１
つに記載の超高速回路遮断器。
【請求項５】プランジャロッド（95）が、その縦断面に
おいて、実質的に垂直方向に円筒形あるいは方形をな
し、かつ流体貯蔵タンク（99）と連動し、該流体貯蔵タ
ンクの内表面が、前記流体を取出口に向って押し出すよ
うな特定の輪郭をなしていることを特徴とする請求項１
または２記載の超高速回路遮断器。
【請求項６】反発ディスク（37）とプランジャロッド
（95）が、軽材料、特に超硬アルミ合金からなることを
特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の超高
速回路遮断器。
【請求項７】流体貯蔵タンク（99）が、シール（10
5）、固定シール（106）および擦りシール（107）から
なる封印手段を備えたカバー（104）で閉鎖されたスリ
ーブ（103）に収納されることを特徴とする請求項１か
ら６のいずれか１つに記載の超高速回路遮断器。
【請求項８】プランジャロッド（95）が、流体貯蔵タン
ク（99）とシール（105,107）との間に配設された自己
滑動ガイド・リング（109,110）にガイドされ、該自己
滑動ガイド・リングが、保護スカート（113）で装備さ
れていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１
つに記載の超高速回路遮断器。
【請求項９】プランジャロッド（95）が、少なくともガ
イドリング（109,110）やシール（105,107）に当接する
面において、スムーズに移動できるように、表面が滑ら
かに形成されていることを特徴とする請求項１から８の
いずれか１つに記載の超高速回路遮断器。