(57)【要約】本発明は、蓄積されたエネルギーが急速開閉運動に変換され、それにより開閉部が作動される開閉装置用駆動装置に関する。本発明によれば、駆動媒体を蒸発させるために、蓄積された電気エネルギーが用いられ、水中での火花放電に基づいてエネルギー変換が行われる。それによって開閉部を操作するための爆発圧力が発生される。その場合、好ましくは、作動媒体の完全な再凝縮／再結合の可能性が得られ、更に公知の爆発式駆動装置におけるよりも相当長い寿命の可能性が得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接又は間接に発生された圧力が開閉部（２１）を操作するために用いられ、蓄積されたエネルギーが前記開閉部を作動させるために急速開閉運動に変換される開閉装置用駆動装置において、
蓄積された電気エネルギー又はエネルギー分配系統から取り出されたエネルギーが駆動媒体を蒸発させるために用いられ、発生されたガス圧を前記開閉部に作用させる、火花放電に基づいて制御される可制御エネルギー変換部を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記駆動媒体が液状又はガス状の媒体であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記駆動媒体が水であることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記駆動媒体がイオン伝導剤を含有することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記駆動媒体内に配置されたエネルギー変換のための火花放電ギャップを備えた駆動装置であって、前記火花放電ギャップは前記開閉装置（１）の動作時間中、無電圧であり、前記開閉部（２１）の引外し過程のためにのみ短時間だけ電圧が印加されることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の装置。
【請求項６】
高電圧パルスを発生する手段（３３、３４）を備え、前記高電圧パルスが火花放電ギャップの補助電極（３２）に印加されることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記高電圧パルスが、キャパシタ（３３）を並列接続した電圧源（３４）により発生されることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記補助電極（３２）にスイッチ（３５）が接続されたことを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項９】
前記スイッチが半導体スイッチであることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記高電圧パルスを誘導結合する手段を備えることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項１１】
軸方向に動く可動接点（２１）を有する可動接点支持棒（２０）に、ラッチを掛けたり外したりするラッチ手段（４０〜４５）が設けられたことを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の装置。
【請求項１２】
前記ラッチ手段（４０〜４５）が機械的に動作することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記ラッチ手段（４０〜４５）が磁気的に動作することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
ラッチをかけるためのエネルギーが電気流体式駆動装置（３０）により提供されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄積したエネルギーを急速開閉運動に変換し、もって開閉部を作動させる開閉装置用駆動装置に関する。
【０００２】
例えば障害アークの発生を回避等の一定の使用目的のために、中電圧開閉装置の領域内では高い開閉速度を持つ駆動装置が要求される。その場合、開閉動作は電気的にトリガされ、障害アークエネルギーを制限すべく、数ミリ秒内に終了せねばならない。この目的のため、大きな駆動容量と駆動エネルギーを持った駆動原理のものが必要となる。
【０００３】
従来、各々特有の特異性を持った次のような駆動原理のものが用いられている。即ち、
ばね蓄勢式駆動装置：急速引外しの際及び材料疲労に基づき、クリープその他により問題を起こすことがある。
磁石式駆動装置：この駆動装置は可動質量が大きいため比較的緩慢である。
電磁型渦電流式駆動装置：この駆動装置では大きなストロークを達成し難い。
爆発式駆動装置：この駆動装置の本質的な問題は寿命の短いことである（典型的には１回〜最大で約１０回）。
【０００４】
特に最後の爆発式駆動装置には種々の構造が知られている。例えば独国特許第３５４５３２７号明細書は爆発性の混合ガスで動作する駆動装置を開示する。独国特許出願公開第１０２０５３６９号及び独国実用新案登録第２９７２３８７２号明細書は、電流回路の遮断のために花火材料を用いる開閉回路を開示する。接点の急速開放と共に消弧剤によりアークの吹消しを行う同様の駆動装置が英国特許出願公開第２０１６２１０号及び米国特許第３７００９７０号明細書により公知である。
【０００５】
上述の背景技術から出発して本発明の課題は、開閉装置用の改善した駆動装置を提供することである。
【０００６】
この課題は本発明により、請求項１に記載の特徴事項によって解決される。種々の実施態様を下位の従属請求項に示す。
【０００７】
本発明は、従来技術とは異なり爆発式駆動装置を用いるのではなく、蓄積された電気エネルギーを利用し、火花放電、特に水中火花放電に基づき動作する駆動装置を提供する。適切な駆動媒体、例えば水や他の適当な液体又はガス状媒体をミリ秒弱ないしミリ秒領域内で非常に急速に加熱して蒸発させ、もって爆発的に発生するガス圧力を開閉接点の駆動のために利用する。その場合、開閉動作のために必要な全駆動エネルギーを電気的に導く。そうすることで、この方法は可逆的なものとなり、しかも摩耗現象を無視できる。回数の制限された花火型駆動装置を準備せねばならず、かつ可能な開閉動作の回数も制限される他の方法と異なり、開閉動作の回数に制限が無い。エネルギー変換のために必要な火花放電ギャップは、全運転時間の間無電圧に保持され、引外し時の短時間のみ電圧を印加されるので、望ましくない自己発弧は生じない。場合により、点弧過程を支援して加速し、更に点弧過程の固有散乱を低減すべく、補助電極に補助電圧を介して付加的な高電圧パルスを印加できる。主放電回路を誘導的に分離することで、この補助点弧パルスを両主電極の一方に直接印加でき、その場合、補助電極を省略できる。
【０００８】
本発明の利点は、特に作動媒体の完全な再凝縮／再結合により、爆発式駆動装置におけるよりも相当に長い寿命を得、爆薬カートリッジの交換や貯蔵が不要なことである。場合によっては、駆動エネルギーは開閉部の構造や開放時間に関する要求に従い、エネルギー蓄積手段を必要としないよう、２３０Ｖ系統から直接取り出し得る。
【０００９】
更に本発明の特別な利点は、引外しが完全に電気的に、即ち電気機械的に動く部分を備えることなしに行えることである。そのため、付加的な機械的引外し遅延を考慮せずにすむ。開閉過程は、数百Ｖの電圧と数百〜千Ａ程度のピーク電流
との下で、サイリスタやＩＧＢＴのような半導体スイッチング素子の数ミリ秒という通流時間となし得る。そのためスイッチバルブや電気機械的補助スイッチ等の老朽化しやすい部品を必要としない。
【００１０】
次に図示の実施例を参照し、本発明の詳細構成と利点を請求項との関連で説明する。
【００１１】
図１において１は、固定接点支持棒１０の先端に固定接点１１を強固に取付けた真空スイッチバルブを示す。それに対し軸方向に変位できる可動接点指示棒２０の先端には可動接点２１を取付けている。可動接点２１は駆動装置３０を用い、図示の「開」位置から「閉」位置へと駆動できる。
【００１２】
図１に示す真空スイッチバルブ１は、公知の爆薬駆動型駆動装置３０に対し本発明による駆動装置の利点を生ずる。ここでは従来技術による爆薬を満たした雷管を、適当な媒体、例えば水を満たした圧力容器で置き換える。媒体として流体、特に上述の水等の液体を用いるが、例えば窒素やアルゴン等の不活性ガスも使える。流体はイオン伝導剤を含み得る。
【００１３】
流体媒体中での火花放電の点弧によって爆発波に類似する圧力波が生じ、図示の場合、その圧力波が可動接点２１を固定接点１１に向けて駆動する。この結果、対応する開閉動作、図１に示す場合、接点システムの投入動作が起る。駆動媒体は可逆性であって、蒸発した媒体の冷却／再凝縮により液化し、長期の機械的寿命を達成できる。
【００１４】
電気エネルギーの準備は、図１に示す如く、例えばキャパシタ３３の形の電気エネルギー蓄積装置で行える。図示のスイッチ３５は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ又はフリーホイーリングダイオード付きのサイリスタで構成できる。特に好ましい装置では、ピーク電力は、許容短絡負荷の形で２３０Ｖ系統３４から直接取り出し得る程度に小さい（数十ｋＷ）。例えば駆動質量２ｋｇで、必要な接点ストローク１５ｍｍ及び開閉時間５ｍｓにおいて、約１２０ＶＡというエネルギーのみを要する。その際、電気エネルギーの機械エネルギーへの変換効率は３０％であり、その際の対応する約２４ｋＷという電力は近代の半導体装置で制御でき、場合によっては系統から直接取出し得る。さもなければ、タイプ３１１Ｖというエネルギー蓄積装置３３の充電電圧において（２３０Ｖ系統の振幅に応じブリッジ型全波整流との仮定のもとで）、２．５ｍＦの蓄積装置キャパシタンスが必要になる。
【００１５】
スイッチ３５を点弧することで、火花放電ギャップに十分な高さの電圧が印加され、駆動媒体中にフラッシュオーバを引き起こすに至る。それにより、次の過程で十分多量のエネルギーが駆動媒体中に放出され、その駆動媒体が蒸発し、続いて高温に加熱され、その時生じる熱力学的に十分な圧力が可動接点２１を駆動する。
【００１６】
従来技術に準じて、必要に応じ場合によっては可動接点をその終端位置にラッチし、又はその当初位置に再び引き戻すためのラッチ手段が設けられる。それは、例えば機械的ラッチ又は永久磁石を用いて実現できる。
【００１７】
上述の例で利用する放電ギャップの過電圧点弧時に不可避の点弧遅延を低減し、かつ統計学的変動を取除くべく、より高い点弧電圧を持つ独立の補助点弧回路を用いとよい。その際、エネルギーの少ない付加的な引外しパルスは付加的なトリガ電極を介してまず部分放電ギャップをブレークダウンさせ、それにより誘発されて次に僅か数μ秒の短い点弧遅延をもって主放電ギャップの点弧が起る。
【００１８】
それに代えて、高周波用主放電回路の高電圧側電極は、高周波高電圧補助パルスが放電電極に直接結合でき、放電ギャップを遅れなしのブレークダウンに導くべく、主放電回路から誘導的に分離できる。
【００１９】
図２と３は、図１を参照して詳細に説明した電気流体式駆動装置を全体として符号３０で示す。電気流体駆動装置３０は軸方向に動く可動接点支持棒２０に作用する。装置３０は、それ自体公知の如く、機械式ラッチ機構４０を備えている。ラッチ機構４０は固定配置された支持板４１に、ラッチばね３１に対し移動可能なように取付けられ、ラッチ４２を介して、ラッチ４２用係合子２４を持ち、軸方向に可動の接点支持棒２０に作用する。更に図２に緊張（圧縮）状態、図３に弛緩状態を示す圧縮型の開放ばね４５を備える。
【００２０】
図２は、電気流体式に駆動される可動接点２１が「閉」状態にあり、機械的にラッチされた位置を示す。その際、従来技術に応じて設けた開放ばね４５は緊張状態にある。開放ばね４５を緊張するためのエネルギーは、図示の実施例では、図１の電気流体式駆動装置３０、３１、３２により発生する。ラッチ機構４０を操作することでラッチ４２が外れ、緊張された開放ばね４５が可動接点２１をその当初位置、即ち開放位置に戻す。
【００２１】
図３は、電気流体式に駆動される可動接点２１が「開」状態にあって機械的にラッチが外された開放位置を示す。そこでは開放ばね４５が弛緩状態にある。
【００２２】
図２及び３を参照して説明した機械的ラッチに代えて、磁気的に動作するラッチ手段を設けることも可能であり、そのためには電磁石が適している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の原理を真空スイッチに適用した場合の構成例を示す説明図である。
【図２】図１の駆動装置により電気流体式に駆動される、投入機能を有する高速開閉器の投入状態を示す図である。
【図３】図１の駆動装置により電気流体式に駆動される、投入機能を有する高速開閉器の開放状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  真空スイッチバルブ、１０  固定接点支持棒、１１  固定接点、２０  可動接点支持棒、２１  可動接点、２４  係合子、３０  電気流体式駆動装置、３３  キャパシタ、３４  電圧源、３５  スイッチ、４０  機械式ラッチ機構、４１  支持板、４２  ラッチ、４３  ラッチばね、４５  開放ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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