(57)【要約】本発明は遮断器、好ましくは高電圧および中電圧のための遮断器に関する。各遮断器ポールの可動接触子は、運動を伝達する機械的手段を介して電気モータ（６）の可動部分に連結している。可動接触子および運動伝達手段は、磁器などの絶縁材でできた気密な装置ハウジング（９）で囲まれた気密な装置チャンバ（３１）内に配設されている。本発明によると、モータ（６）は全体が装置チャンバ（３１）内に収まっている。本発明はまた、請求項に記載の遮断器を備えた電気プラント、請求項に記載の遮断器の使用方法、および請求項に記載の遮断器を用いた電流遮断方法にも関する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの可動接触子（５；１０６）と、該可動接触子（５；１０６）に連結されている運動を伝えるための１つの手段（１６、１７；１１４、１１６）を備え、該接触子および該運動伝達手段は、気密なハウジング（９；１０２）に囲まれている気密なチャンバ（３１；１１２）内に配設されており、該運動伝達手段（１６、１７；１１４、１１６）に連接している電気モータ（６；１１３）も備える、中電圧および高電圧に好ましい遮断器であって、該電気モータが気密な該ハウジング内に完全に収まっていることを特徴とする遮断器。
【請求項２】
ハウジング（９；１０２）が少なくとも部分的には絶縁材でできていることを特徴とする請求項１に記載の遮断器。
【請求項３】
モータ（６；１１３）が、運動伝達手段（１６、１７；１１４、１１６）に連結している回転子（１３）を有する回転式の電気モータであることと、該運動伝達手段が該回転子（１３）の回転運動を可動接触子（５；１０６）の並進運動に変換するための手段（１６、１７；１１５）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の遮断器。
【請求項４】
遮断器が複数、好ましくは３本の遮断器ポール（１０１）を備えることと、各遮断器ポールに属する運動伝達手段（１１４、１１６）が全遮断器ポールに共通のモータ（１１３）に機械的に連結していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の遮断器。
【請求項５】
遮断器が高電圧領域、好ましくは７２から４２０ｋＶの領域の電流を遮断するために配設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の遮断器。
【請求項６】
電気遮断器（２０１、２０５）のうちの少なくとも１つが請求項１ないし５のいずれか１項に定義した種類の遮断器であることを特徴とする、少なくとも１つの電気遮断器（２０１、２０５）を備える電気プラント（２００−２０５）。
【請求項７】
送電網において電流を遮断するための、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の遮断器の使用方法。
【請求項８】
供給網において電流を遮断するための、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の遮断器の使用方法。
【請求項９】
電流が請求項１ないし５のいずれか１項に記載の遮断器により遮断されることを特徴とする電流遮断方法。
【請求項１０】
モータを気密なハウジング内に配設することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の遮断器を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は第一の特徴として、請求項１の前提部分で述べた種類の遮断器に関する。したがって該遮断器は電気モータで動作する。本発明は第二の特徴としてそのような遮断器を伴う電気プラント、第三の特徴としてそのような遮断器の使用方法、第四の特徴として電流遮断方法、および第五の特徴として遮断器の製造方法に関する。
【０００２】
この種類の遮断器は、必要なときに電流を遮断するために、スイッチギアステーションのような電気プラントで用いられる。遮断器とは通常の負荷電流を遮断および接続できるものであるが、最も重要なことには、システムの故障による短絡電流を迅速に遮断できなければならない。遮断器の主要構成要素は遮断チャンバおよび動作手段である。電流の遮断および接続は遮断チャンバ内の接触子により達成され、通常は該接触子の一方は固定され、もう一方は可動である。該可動接触子は、モータと、運動を伝達するために該モータに連結された手段とを備える動作手段により、固定接触子に接触される、またはそこから遮断される。遮断器チャンバは、真空遮断器、ＳＦ６−遮断器、または油入り最小遮断器など多様な種類のものでよい。本発明による遮断器は、中電圧から高電圧、すなわち約１ｋＶから数百ｋＶの電圧向けである。
【０００３】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来の遮断器の動作手段は通常、開閉手順を行うためのエネルギーを十分蓄積した切断スプリングおよび接続スプリングを備えている。自動でまたは手動操作で引きはずすことができる。接続スプリングの機能は遮断器を閉じ切断スプリングを張った状態にすることである。遮断するときには切断スプリングが作動する。接続スプリングが電気モータにより張力を受ける。しかし、スプリングにより動作する遮断器には多くの欠点がある。
従来のスプリング動作型遮断器が有する欠点を取り除くため、駆動手段として代わりに電気モータの使用が提案されている。よって、国際公開第００／１０５７３５号は原則的に高電圧で適用するための遮断器を開示しており、可動接触子が運動伝達手段により電気モータに接続している。
【０００４】
遮断チャンバ、すなわち固定接触子と可動接触子が互いに接触または分離する空間は、通常は磁器でできたピンがいしの形状の気密なハウジングにより周囲から密閉されており、例えばＳＦ６ガスのような遮断媒質を含んでいる。気密な空間はまた、可動接触子を動作させるため可動接触子に連結されている運動伝達手段も備え、国際公開第９９／６０５９１号に開示されているように、該運動伝達手段も該磁器内に配設されている。本出願では、遮断チャンバと、動作手段が配設されている空間とを含む空間を装置チャンバと呼び、後者を取り囲むハウジングを装置ハウジングと呼ぶ。
【０００５】
動作運動は、電気モータから、シャフトのような可動機械要素を含む運動伝達手段に伝えられ、該可動機械要素は、密閉された装置チャンバ内に通じるように壁を貫通している。このためシャフトブッシングでの気密性についての要件が増大する。装置チャンバは完全に気密でなくてはならないので、何らかの形状の、気密に適合する機械的な接触密閉が必要となる。このため摩擦による損失がかなり大きくなる。遮断器を遮断するときの動作運動が４０―６０ｍｓ程度と非常に短いので、動作中にかなり大きな電力が必要となる。必要な電力が大きいほど、電気モータを大きくしなくてはならず、モータとモータに電流を供給する電流源との間に配設されている定常電流変更器の寸法もそれに合わせなくてはならない。またこれらにかかる費用も増大する。しかし、電気モータにより作動する有利な遮断器を提供するためには、これらの構成要素の費用を制限することが重要である。
【０００６】
独国特許第３２２４１６５号では、可動接触子が電気モータにより駆動されるという既知の配置について示している。内部に遮断器の可動接触子が配設されている気密なハウジングの内側および外側に、モータは配設されている。この場合、モータの回転子は該ハウジングの内側に配設されており、固定子はハウジングの外側に配設されている。そのような実施形態は非常に特別な構造となり、全ユニットをこの実施形態のために設計し、適合させなくてはならない。これは標準の構成成分を該遮断器およびその周辺機器に用いることができる可能性を低減させる。
【０００７】
独国特許番号３２２４１６５号に開示されたモータのその他の欠点は、固定子と回転子の間にある壁である。該ハウジングの内部の圧力に事実上耐えるため、且つガスの拡散防止を確実にするためには壁はかなり厚くなくてはならない。したがって隔たりが大きくなり、該モータの効率をかなり低減させる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような背景に対して、本発明の目的は電気モータにより駆動される遮断器内の電力損失を低減させ、且つガス漏れに対する安全性を高めて上記の問題を解決することである。
この目的は、請求項１の特徴を述べた部分で定義した特別な機構を有する該請求項の前提部分で述べた種類の遮断器により、本発明にしたがって達成される。
【０００９】
接触子を取り囲む同一の気密なハウジング内にモータ全体が収まっているので、上述のモータの運動を可動接触子に伝えるシャフトの周りの気密性に関する問題および漏洩の危険性は排除できる。気密にする必要があるブッシングはモータに電流を供給する電気ケーブルだけである。これは動かないので、気密性について全く問題なく、電力の損失を引き起こさない。したがって本発明による遮断器は電力損失の低減または除去を可能にし、モータおよび変換器を縮小することができる。よって従来の技術に関する上述の問題を解決するものである。
【００１０】
本発明の好適な実施形態によると、第一ハウジングは絶縁材でできており、本発明の他の好適な実施形態によるとモータを囲んでいるハウジングも絶縁材でできている。特に有利には、該装置ハウジングと、第二のハウジングすなわちモータが配設されているハウジングとを統合して共通の統合ハウジングを形成する。実際には、このことによって、両方の接触子、運動伝達手段、およびモータを全てピンがいしの磁器内に配設することが可能となる。
【００１１】
本発明の範囲内で多様な種類の電気モータを用いることができるが、ほとんどの場合、回転式の電気モータが最も適切である。したがって、これは、本発明による遮断器のさらに別の好適な実施形態を構成する。この実施形態では、運動伝達手段は、回転子の回転運動を可動接触子の並進運動に変換する運動変換手段を備える。
【００１２】
さらに別の実施形態によると、本発明の遮断器が複数の、好ましくは３本の遮断器ポールを備え、各遮断器ポールに属する運動伝達手段は、全遮断器ポールに共通のモータの可動部分に機械的に連結されている。したがって第二のチャンバすなわちモータが配設されているチャンバは各遮断器ポールの装置チャンバに通じている。これは複数ポールの遮断器に合わせて本発明の概念を応用した例である。よって、全ポールおよびそれらの運動伝達手段と、モータとの統合体全体は共通の密閉空間内に収容されている。
【００１３】
本発明による遮断器は、高圧電流を遮断するのに特に適している。したがってそのような用途に適した遮断器が本発明の好適な実施形態となる。該遮断器の利点は、特に７２から４２０ｋＶの範囲の電圧に発揮される。
本発明による遮断器の上述した好適な実施形態は、請求項１の従属項で定義される。
【００１４】
本発明の、第二の特徴による電気プラント、第三の特徴による遮断器の使用方法、本発明の第四の特徴による電流の遮断方法、および第五の特徴による遮断器の製造方法は、それぞれ請求項６、７、８、９および１０に定義する。
【００１５】
したがって本発明による電気プラント、使用方法、および方法は本発明による遮断器に関して説明した利点を含む。
本発明の好適な実施形態に関する次の詳細な説明で添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は電気遮断器の原理を表す概略図である。これは遮断チャンバ１と、動作ロッド３を備える動作手段２からなる。固定接触子４および可動接触子５は遮断チャンバ内に配設されている。各接触子はケーブルに電気的に接続している。通常、接触子４、５は互いに接触しており、電流は一方のケーブルからもう一方のケーブルに該遮断器を通って流れる。例えば故障など何らかの理由で電流を遮断しなくてはならない時、可動接触子５を素早く固定接触子４から引き離して短絡電流を遮断する。最初に生じる接触子間の電気アークは接触子が離れるとすぐ消滅する。その後電流を接続するときは、可動接触子５をもう一度固定接触子４に接触させる。分離および接触の開始は手動でまたは自動で行うことができる。遮断器の接続および切断の切り換えは可動接触子およびモータに連結されている動作ロッド３を介して達成される。この基本構造は多様な種類の遮断器に共通で、もちろん外見は多様であってよい。通常、遮断器内にある多構成要素の大部分は、操作の原理について説明するために図面では省略した。
遮断チャンバ１は該チャンバを囲んでいるハウジングにより外部から密閉されている。本発明はＳＦ６遮断器に適用されるものとして示されているので、遮断チャンバ１にはＳＦ６ガスが充填されている。
【００１７】
図２は、基本構造が図１を参照して述べた構造に類似している遮断器のための動作手段２の第一の例を示している。動作手段２はカバー７に囲まれた電気モータ６を備えている。モータは適切には三相交流永久磁石モータである。カバーの一端は、適切にはスタンドにより支持されている取付版８に、該板８の穴を貫通する連結ボルトによって固定されている。磁器またはプラスチック材料のような絶縁材でできた中空の柱９は、図面ではモータ側とは反対側に上の方に設置されている。絶縁体の柱９は外向きに延びるフランジ１０を有するので沿面距離が広がる。動作ロッド３は絶縁体の柱の内部に配設されている。図示されていないが、遮断チャンバも絶縁体の柱の上端に配設されており、そして可動接触子は動作ロッド３にしっかりと連接されている。動作ロッド３、絶縁体の柱９およびモータは全て互いに同軸となっている。絶縁体の柱は、モータ６から可動接触子５に運動を伝える運動伝達手段３、１７を内部に備え、且つ実質的に遮断チャンバ１を構成する空間３１を囲む。したがって、ＳＦ６ガスは本出願において装置チャンバと呼ばれるこのチャンバ３１内にある。
【００１８】
図１に関して述べたように、遮断器を開閉するために、モータの回転子１３の回転運動を動作ロッド３の並進運動に変換する変換メカニズムが配設されている。変換メカニズムについて次に詳細を述べる。
モータハウジング１１内で、回転子１３は回転子の各端にある軸受１４、１５により支えられている。モータの固定子１２はモータハウジング１１に固定されており、該モータハウジングは取付板８に固定されている。回転子１３の中心には、その軸方向に全長にわたって穴３０が形成されている。取付板８はモータのシャフトと同軸の開口部を有し、その内部で、ナット１６は、重複して動作する（ｄｏｕｂｌｅ−ｏｐｅｒａｔｉｎｇ）アンギュラコンタクト玉軸受１８で回転するように支えられている。軸受１８の外輪１９は、外輪のフランジを貫通している穴２０に取り付けられたボルトにより取付板８に固定されている。軸受１８の内輪２１はまた回転子１３に連接しており、回転子に対して回転することはできない。
【００１９】
ネジ１７はナットを貫通している、すなわちナットはネジ山が切られている。ナット１６およびネジ１７のネジ山は互いに嵌合している。したがって、それらの間の相対運動はナットに対してネジを軸方向に移動させる。ネジの上端は動作ロッド３の下端２４にある穴２３内に延びているので、ネジ１７は、モータと反対側の端すなわち図面では上端で遮断器の動作ロッド３に連結している。該連結はネジおよび動作ロッドの端の直径方向に延びているピン２５で固定されている。
【００２０】
ネジ１７を囲んでいる誘導スリーブ２６は取付板８から延びている。誘導スリーブには、互いに正反対側に配設された軸方向のガイド２７が取り付けられている。ピン２５は各ガイド２７を貫通し、各端に止め座金２８が取り付けられている。ガイド２７の幅はピン２５の直径に一致する。したがってネジ１７は誘導スリーブ２６に連結され、誘導スリーブに対して回転することはできない。穴２９を貫通するボルトにより取付板８に固定されているので、誘導スリーブ２６もまた回転できないようになっている。誘導スリーブ２６の内径は動作ロッド３を少しゆとりを持って挿入できるようになっている。
したがって、ナット１６が軸受により軸方向に固定され、ネジ１７が上述のように配設されて回転できないように固定されている場合、ナットの回転運動によりネジは軸方向に移動する。
【００２１】
図２は通常の閉じている状態にある遮断器の、動作部分を示している。
電流を遮断するために遮断器を動作させるとき、モータ６が始動して、回転子１３を図の上から見て時計周りに回転させる。これによりネジは下向きに移動し、可動接触子５（図１参照）を固定接触子から引き離す。中心の穴３０の長さは、分離を達成するためにネジが十分に移動できるような長さである。遮断過程の間、動作ロッド３の下方部分は誘導スリーブ２６の内側を下方に摺動する。
【００２２】
分離が達成されるとモータは停止し、この位置でネジ１７の下端は穴３０の底に近づいている。そのときピン２５はガイド２７の下端に位置している。その後遮断器を回復するときは、モータを反対に回転させるように始動し、動作ロッドを伴うネジ１７を上方に可動接触子５が再び固定接触子と接触するまで移動させ、ここで述べた部分は図２に示した位置をとる。
遮断過程は非常に迅速に行わなくてはならない。ネジのピッチは大きすぎてはいけないので、高速で回転できるモータが必要である。これにより、加速および減速による相当な力が生じる。したがって、慣性力の影響をうけるこれらの構成要素の質量はできるだけ小さくすることが重要であり、よって動作ロッド３は中空である。
【００２３】
ネジは複数のネジ筋が入っている。このため過大な負荷をかけることなくネジのピッチを大きくできる。したがって、該遮断器では、ピッチが３ｍｍ／回転の場合、モータの各回転ごとに３ｍｍの並進移動が達成される。筋が８本入っている場合はそれに対応してピッチが大きくなり並進移動は２４ｍｍ／回転になり、１２本入っている場合は３６ｍｍ／回転になるはずである。遮断運動の行程長が１２０ｍｍであり、１２本ネジ筋が入っている場合、遮断運動にはモータは３．３３回転する必要がある。
モータ６を囲んでいるカバー７は第２の気密なハウジングを構成し、したがってモータ６を囲む第２の気密なチャンバ３２を形成する。動作時にモータに電流を供給するケーブル３３は気密にカバー７を貫通している。モータを囲んでいるチャンバ３２も気密なので、運動伝達手段が取付板８を通過する所を気密にする必要はない。したがって気密にするため生じる摩擦による電力の損失は除去される。
【００２４】
図中の運動伝達手段は単なる例である。ネジとナットの配置は逆でもよく、例えばネジがモータに連接し、ナットが可動接触子５の動作ロッド３に連接していてもよい。そうすると、図の実施形態に比べてモータにより加速されるときの慣性モーメントが低減されるので有利である。モータの回転運動を可動接触子の並進運動に変換するメカニズムは他にもたくさんあり、もちろん本発明の範囲内で実現可能である。本発明はまたリニアモータでも適用でき、その場合運動を変換する必要はない。
モータに電流を供給しているケーブル３３は変換器を介して、コンデンサー、電池、またはパワーネット、あるいはそれらの組み合わせといったような電源（図示されていない）に連結される。しかし、これらの構成要素は本発明の中心となる特徴を形成するものではないので図面にはなく、またさらに詳細には説明しない。
【００２５】
図３は請求項に記載の遮断器の第二の実施形態を示している。図３の構造が図２と違う点は、モータを囲むカバー７がなくモータの回転子１３だけが囲まれている点のみで、他の点は同じである。この実施形態では、実際のモータハウジング１１は連結リム３４により取付板８に気密に取り付けられている。モータ６の反対側の端には、蓋３５がモータハウジング１１に気密に取り付けられている。したがって回転子１３は、取付板８、連結リム３４、モータハウジング１１および蓋３５で形成されたチャンバ内に密閉されることとなる。図２で示した実施形態について述べたように、装置チャンバ３１に対しては気密ではない。モータに電流を供給するケーブル３３は、電源（図示されていない）に連結される。
【００２６】
図４は本発明による第三の実施形態を示す。この実施形態では、電気モータは絶縁体の柱９の内部に持ち上がっている。したがって絶縁体の柱は、接触子、動作手段およびモータを備える全統合体内に収容されている空間３１を囲む統合ハウジングを構成する。必要な絶縁距離を維持するために、絶縁体の柱９をモータの長さに一致する距離だけ延長する必要がある。
【００２７】
図５は３本のポール遮断器に本発明を適用したときの様子を示しており、３本の遮断器ポール１０１はそれぞれ、三相伝達または三相供給機構の各相に連結されるようになっている。各遮断器ポール１０１はＳＦ６ガスの形態の遮断媒質で充填されており、遮断チャンバ隔離部材１０３を支えるピン状の絶縁体１０２を備える。固定接触子１０４および可動接触子１０６は各遮断チャンバ隔離部材１０３内に配設されている。固定接触子１０４は第一連結フランジ１０５を介して電気ネットワークに接続している。可動接触子１０６もまた滑り接触１０９および第二の連結フランジ１０７を介して電気ネットワークに接続している。遮断器ポール１０１は中空の梁１０８上に取り付けられているので、遮断媒質は梁１０８と各遮断器ポール１０１の間を自由に流れることができる。梁１０８の各端には、各々第一端部品１１０および第二端部品１１１が気密に取り付けられている。梁１０８、端部品１１０、１１１および３本のポール１０１は、遮断媒質で充填された体積１１２を取り囲む遮断器ポール全部に共通する囲いを構成する。
【００２８】
可動接触子１０６は機械システムを介して梁１０８の短い方に配設されたモータ１１３に機械的に連結されている。モータ１１３は全遮断器ポール３本を駆動させ、シャフト１１４に回転力に関して影響を及ぼす。シャフト１１４の他に、機械システムはまた各遮断器ポールについて継手１１５と、動作ロッド１１６も備える。シャフト１１４は梁１０８の中を梁１０８の長手方向に延びており、軸受ブラケット１１７によって回転自在に支えられている。各遮断器ポール１０１内では動作ロッド１１６の上端が可動接触子１０６になっている。ロッド１１６の下端は、シャフト１１４の回転運動をロッド１１６の並進運動に変換する継手１１５になっている。このように機械システムの大部分は囲いの内側に配設されており、したがって外部からの機械的（衝撃など）および化学的（腐食）影響両方から保護されている。
【００２９】
モータ１１３はハウジング１２０により周囲から密閉されている空間１１９の内部に配設されている。モータ１１３の回転子に連結しているシャフト１１４は、梁の内部空間１１２とモータ１１３が配設されている外部空間１１９の間を密封することなく、その間に延びている。したがって空間１１２および１１９は互いに通じている。
【００３０】
図６は電気的なスイッチギアステーション部分を含む電気プラントを示している。入力ケーブル２００は変換器２０６および第一遮断器２０１を介して母線２０２に接続している。ユーザケーブル２０３は母線から各遮断器２０５を介して各負荷２０４に繋がっている。遮断器２０１および２０５のそれぞれは、本発明の遮断器にしたがって構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気遮断器の概略図である。
【図２】本発明の第一の実施形態による遮断器のための動作手段およびモータの縦断面図である。
【図３】本発明の第二の実施形態による遮断器のための動作手段およびモータの縦断面図である。
【図４】本発明の第三の実施形態による遮断器のための動作手段およびモータの縦断面図である。
【図５】ポールが３本の遮断器に適用したときの本発明の実施形態を示している。
【図６】本発明によるスイッチギアステーションの一部を示した線図である。
【国際公開パンフレット】
2004508789.tif 000003
2004508789.tif 000004
2004508789.tif 000005
2004508789.tif 000006
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2004508789.tif 000019
2004508789.tif 000020
【国際調査報告】
2004508789.tif 000021
2004508789.tif 000022