(57)【要約】【課題】可動電極が脈動しても可動電極上部にある接点部材同士が衝突することを抑制し、接点部材がチャタリングすることを抑制することのできる限流装置を提供する。【解決手段】可動鉄心が固定鉄心の上面に対向して変位可能に設けられるとともに主回路導体に定格電流が流れている場合には固定鉄心とは離れるように構成されており、可動電極が可動鉄心の上面に固定され、複数の接点部材が２つの固定電極と可動電極との間に互いに隣接するように配置され、限流抵抗体が２つの固定電極間に接続され、複数の接点部材のうち最下段に設置されている接点部材は可動電極に固定されており、限流装置に過電流が発生した場合、最下段に設置されている接点部材とその真上の接点部材間のギャップが他の接点部材間のギャップよりも大きくなるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主回路導体が設けられる固定鉄心と、上記固定鉄心の上面に対向して変位可能に設けられるとともに上記主回路導体に定格電流が流れている場合には上記固定鉄心とは離れるように構成されている可動鉄心と、上記可動鉄心を上方向に押し上げるように作用する接圧バネと、上記可動鉄心の上面に固定されている可動電極と、２つの固定電極と上記可動電極との間に互いに隣接するように配置された複数の接点部材と、上記複数の接点部材の外部形状に沿うような内部形状を有するとともに上記複数の接点部材を挟み込む方向に力を加えられるように設置されたくさび部材と、上記２つの固定電極間に接続された限流抵抗体とから構成される限流装置であって、
上記複数の接点部材のうち最下段に設置されている接点部材は可動電極に固定されるとともに上記くさび部材によって挟まれないように構成されており、上記限流装置に過電流が発生した場合上記最下段に設置されている接点部材とその真上の接点部材間のギャップが他の接点部材間のギャップよりも大きくなるように構成したことを特徴とする限流装置。
【請求項２】
上記主回路導体を流れる電流によって形成される上記固定鉄心における磁気回路の一部に磁気ギャップを設けたことを特徴とする請求項１記載の限流装置。
【請求項３】
上記接圧バネを上記固定鉄心の外側に配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の限流装置。
【請求項４】
上記主回路導体を上記固定鉄心の内部を貫通するように設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の限流装置。
【請求項５】
上記主回路導体に流れる電流の方向が、上記主回路導体以外の素子を流れる電流の方向に対して垂直になるように上記主回路導体を配置したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の限流装置。
【請求項６】
上記固定鉄心と上記可動鉄心の接触部において、上記固定鉄心又は上記可動鉄心の一方に凸部を設けるとともに、上記固定鉄心又は上記可動鉄心の他方に上記凸部が収納される凹部を設け、上記凸部と上記凹部の間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の限流装置。
【請求項７】
上記接圧バネはバネ定数の小さい領域とバネ定数の大きい領域からなる荷重特性を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の限流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統での事故発生時に生じる過電流（短絡電流）を限流（抑制）するための限流装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の限流装置として、隣接配置された接点部材によって構成される接点部材列の一端側の接点部材に固定電極が接合され、他端側の接点部材に可動電極が接合され、隣接した接点部材間に並列に限流抵抗体が接続されており、隣接する接点部材間に挿抜可能な内側くさび部材と外側くさび部材とが設けられており、電力系統から接点駆動部が過電流を受けたとき、両くさび部材が接点部材側に変位し、隣接する接点部材同士を開離させることによって限流電路を形成させるものがあった（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７７９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の限流装置においては、数サイクルの交流の通電によって可動電極に発生する電磁吸引力が低下することになり、可動電極が開閉動作を繰り返すこととなる。可動電極上部には多数の接点部材が配置されており、開極動作途中または開極状態を保持している可動電極が電磁吸引力の低下により、閉極方向に動作することで、上部にある接点部材に衝突し、接点部材間が再閉極（チャタリング）してしまう。この開閉動作の繰り返し（可動電極の脈動）によってチャタリングが発生すると、チャタリングの回数分だけ接点部材表面にアークが発生することとなり、アーク発生回数が増加し、接点部材表面の損耗が増大するとともに、接点部材同士が溶着してしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされてものであり、可動電極が脈動しても可動電極上部にある接点部材同士が衝突することを抑制し、接点部材がチャタリングすることを抑制することのできる限流装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る限流装置は、主回路導体が設けられる固定鉄心と、固定鉄心の上面に対向して変位可能に設けられるとともに主回路導体に定格電流が流れている場合には固定鉄心とは離れるように構成されている可動鉄心と、可動鉄心を上方向に押し上げるように作用する接圧バネと、可動鉄心の上面に固定されている可動電極と、２つの固定電極と可動電極との間に互いに隣接するように配置された複数の接点部材と、複数の接点部材の外部形状に沿うような内部形状を有するとともに複数の接点部材を挟み込む方向に力を加えられるように設置されたくさび部材と、２つの固定電極間に接続された限流抵抗体とから構成されるものであって、複数の接点部材のうち最下段に設置されている接点部材は可動電極に固定されるとともにくさび部材によって挟まれないように構成されており、限流装置に過電流が発生した場合、最下段に設置されている接点部材とその真上の接点部材間のギャップが他の接点部材間のギャップよりも大きくなるように構成したものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る限流装置によれば、主回路導体が設けられる固定鉄心と、固定鉄心の上面に対向して変位可能に設けられるとともに主回路導体に定格電流が流れている場合には固定鉄心とは離れるように構成されている可動鉄心と、可動鉄心を上方向に押し上げるように作用する接圧バネと、可動鉄心の上面に固定されている可動電極と、２つの固定電極と可動電極との間に互いに隣接するように配置された複数の接点部材と、複数の接点部材の外部形状に沿うような内部形状を有するとともに複数の接点部材を挟み込む方向に力を加えられるように設置されたくさび部材と、２つの固定電極間に接続された限流抵抗体とから構成されるものであって、複数の接点部材のうち最下段に設置されている接点部材は可動電極に固定されるとともにくさび部材によって挟まれないように構成されており、限流装置に過電流が発生した場合、最下段に設置されている接点部材とその真上の接点部材間のギャップが他の接点部材間のギャップよりも大きくなるように構成したので、電磁吸引力低下に伴い可動鉄心の上下方向に振動するような動作が多少大きくなっても、その真上の接点部材との衝突を抑制できるため、接点部材のチャタリングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１による限流装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態１による限流装置を示す断面図である。
【図３】実施の形態２による限流装置の可動鉄心と固定鉄心の接触状態を示す断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図４】実施の形態３による限流装置の接圧バネの荷重特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１、図２は実施の形態１による限流装置を示す断面図であり、図１は定常時の動作を示すとともに、図２は限流動作時を示している。図において、上部フレーム１と下部フレーム２は互いに間隔をおいて対向するように設けられており、両フレーム１、２は図示しない複数の連結フレームによって互いに連結されている。上部フレーム１には固定電極３が取り付けられている。固定電極３は、電力系統の電路の負荷側電路および電源側電路のいずれか一方に接続される。
【００１０】
下部フレーム２には固定鉄心９が固定されている。固定鉄心９には溝９ａと磁気ギャップ９ｂが設けられており、溝９ａの中央部には主回路導体１３が貫通して設けられている。また磁気ギャップを可動鉄心８に設けても良い。また下部フレーム２には複数の接圧バネ７が配置されており、その接圧バネ７は固定鉄心９の外側に配置され、可動鉄心８に設けた接圧バネ受け６によって支持される。
【００１１】
主回路導体１３は電力系統の負荷側電路および電源側電路のいずれか（固定電極３が接続された電路とは別の電路）に接続され、主回路導体１３の他端側は固定電極１２に接続されている。ここで固定電極３、１２と可動電極５および接点部材４に流れる電流方向は固定鉄心９を貫通する主回路導体１３に流れる電流方向（紙面手前側から奥方向）に対し垂直になるように配置されている。そして固定鉄心９及び主回路導体１３により電磁石装置が構成されている。
【００１２】
固定鉄心９の上面に対向して、板状の可動鉄心８が接圧バネ７に支持されて上下方向に変位可能に設けられている。さらに可動鉄心８の上面には可動電極５が固定されており、可動鉄心８と一体に変位する。上記の固定鉄心９、可動鉄心８、主回路導体１３、および接圧バネ７で接点駆動部を構成している。
【００１３】
主回路導体１３は電力系統に流れる電流の大きさに応じた電磁力を発生し、この電磁力によって可動鉄心８が可動電極５と共に固定鉄心９側に吸引されるが、接圧バネ７による可動鉄心８を上方向に押し上げる力は、主回路導体１３に定格電流が流れた場合の電磁力による吸引力よりも大きく設定されているため、定常電流では可動鉄心８は下方向に変位せず、固定鉄心９と所定の隙間を保つように構成されている。
【００１４】
固定電極３と可動電極５との間には、連なるように互いに隣接する複数の接点部材４ａ〜４ｄが配置され、同様に固定電極１２と可動電極５の間にも、連なるように互いに隣接する複数の接点部材４ｅ〜４ｈが配置されている。接点部材４ａ〜４ｈは例えば銅、銀、銀合金、またはアルミニウムの少なくともいずれか１つを含む金属によって構成されている。各固定電極３、１２とそれらに隣接する接点部材４ｄ、４ｈとは互いに接合されて電気的導通も図られている。同様に可動電極５とそれに隣接する接点部材４ａ、４ｅとは互いに接続されて電気的導通が図られている。即ち接点部材４ａ〜４ｈのうち最下段に設置されている接点部材４ａ、４ｅは可動電極５に固定されるとともに、これに対して上下方向で互いに隣り合う接点部材４ａ〜４ｈ同士は、接触面で互いに乖離可能となっている。
【００１５】
複数の接点部材４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈの外部形状に沿うような内部形状を有するくさび部材１１が接点部材４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈの両側から挟み込むように配置されており、複数の接点部材４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈは両側からくさび部材１１によって挟まれた形になるように設置されている。これに対して接点部材４ａ、４ｅはくさび部材１１によって挟まれていない。くさび部材１１は図示しないバネによって接点部材４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈを挟み込む方向に力を受けており、このバネの力によってくさび部材１１は接点部材４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈに押圧されるように設置されている。またくさび部材１１の山間の長さは接点部材４ｂ、４ｃ及び接点部材４ｆ、４ｇの谷間の長さよりも僅かに大きくなるように設定している。
【００１６】
このように構成することで、可動鉄心８が固定鉄心９に吸引され下方向へ動作した場合、固定電極３、１２に接続されている接点部材４ｄ、４ｈおよび可動電極５に接続されている接点部材４ａ、４ｅ以外の接点部材４ｂ、４ｃ、４ｆ、４ｇに対してくさび部材１１が左右からバネの力によって挿入されることで、くさび部材１１の山間の長さと接点部材４ｂ、４ｃ、４ｆ、４ｇの谷間の長さの差分だけ接点部材４ｂ、４ｃ、４ｆ、４ｇを下方向へ押し出し、可動電極５に接続されている接点部材４ａ、４ｅとその真上にある接点部材４ｂ、４ｆとのギャップ以外の接点部材間のギャップは接点部材とくさび部材１１の谷と山が一致した場合、各接点部材間にはその谷と山間の寸法差分だけの接点部材間のギャップが確保される。
【００１７】
上部フレーム１の外側には、内部に流れる電流を限流するための限流抵抗体１０が設けられており、固定電極３、１２に対して接続されるとともに、電気的導通が図られている。接点部材４の数ｎ（図１、２の構成では左側に存在する接点部材４ａ〜４ｄを考慮し、ｎ＝４となる）は、電力系統に過電流が流れている時に限流器の端子間電圧（過電流値×限流抵抗値）に対して１ギャップの接点部材間で発生するアーク電圧（接点降下電圧）の総計（接点部材数がｎであれば（ｎ−１）のギャップが存在することとなり、アーク電圧×（ｎ−１））が大きくなるように設定されている。
【００１８】
また限流抵抗体１０の限流抵抗値は、一緒に組み合わせて使用される回路遮断器の遮断容量を考慮して設定されている。即ち限流器単体で動作した場合の限流後の電流波高値または実効値が回路遮断器の遮断容量以下に抑制することができるような抵抗値に設定されている。この抵抗値は定格電圧、系統の推定短絡電流値に基づいて予め設定することができる。
【００１９】
以上のように構成された限流装置の定常状態における電流経路は、図１に示すように、固定電極３から複数の接点部材４ａ〜４ｄを通過し、可動電極５、複数の接点部材４ｅ〜４ｈ、固定電極１２を通過し、主回路導体１３に流れることにより、一連の電流経路を形成している。一方、電力系統に過電流が発生した場合、その過電流が主回路導体１３に流れることで、主回路導体１３によって発生する電磁力が接圧バネ７による可動電極５に作用する力を上回り、可動鉄心８および可動電極５は固定鉄心９側へ吸引され動作が開始される。
【００２０】
可動鉄心８および可動電極５が移動することにより、可動電極５に接続されている接点部材４ａ、４ｅとその真上にある接点部材４ｂ、４ｆとの隙間が開き始める。これに伴い接点部材４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈの上方向に作用していた接圧バネ７による力が消失することから、可動電極５に接続されている接点部材４ａ、４ｅ以外の接点部材４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈはくさび部材１１による力を左右から受けることで、接点部材の谷間とくさび部材１１の山間の寸法差分だけ接点部材４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈ間のギャップが広がり保持される。
【００２１】
可動電極５に接続されている接点部材４ａ、４ｅとその真上の接点部材４ｂ、４ｆ間のギャップは、可動鉄心８の総変動量から各接点部材４ｂ〜４ｄ、４ｆ〜４ｈ間のギャップの長さの総計値を引き算した値に決定される。接点部材間のギャップが開き始めることで、電力系統に発生した過電流は接点部材間でアークを発生させ、過電流はアークが発生した経路及び、この経路と並列に接続されている限流抵抗体１０へ流れる経路の２つの経路を通過する。上記で説明したとおり、くさび部材１１によって接点部材間のギャップは安定してその開極状態を維持するため、接点部材間で発生していたアークは瞬時に消弧され、全過電流は固定電極３、１２に対して並列に接続された限流抵抗体１０へと流れ、過電流は限流される。
【００２２】
上記のように限流装置の可動鉄心８は、主回路導体１３が発生する電磁力が接圧バネ７による可動鉄心８を押し上げる力を上回った場合に動作を開始する。動作開始後、主回路導体１３に流れ込む過電流は限流抵抗体１０によって抑制される。主回路導体１３に流れる電流値が抑制されることで、電磁力が減少し、可動鉄心８に作用する吸引力は低下するが、可動電極５に接続されている接点部材４ａ、４ｅとその真上の接点部材４ｂ、４ｆ間とのギャップ１４（最下段ギャップと称する）を他のギャップに比べて大きくすることによって、吸引力低下に伴い可動鉄心８の上下方向に振動するような動作（可動鉄心８の脈動）が多少大きくなっても、その真上の接点部材４ｂ、４ｆとの衝突を抑制できるため、接点部材のチャタリングを抑制することができる。これにより限流装置を長期に亘り使用することができるとともに、限流装置の耐久性を向上させることができる。
【００２３】
また主回路導体１３を流れる電流によって形成される固定鉄心９の磁気回路Ｘの一部に磁気ギャップ９ｂを設けることにより、設計時に設定した動作電流値以上の電流が流れた場合でも、鉄心の磁気飽和を抑制でき、これによって可動鉄心８に生じる電磁力を増加させることができるため、可動鉄心８の脈動を抑制でき、接点部材のチャタリングを抑制できる。
【００２４】
更に接圧バネ７を電磁石装置（固定鉄心９、可動鉄心８）の外側へ配置することで、上記特許文献１に示すように固定鉄心９の内部に接圧バネ７を配置する場合に比べると、接圧バネ７の最初の高さを高く確保できるため、バネ定数を小さく設定できる。これによって可動鉄心８に作用するバネの力を低減できることから、より小さな電磁力で可動鉄心８を下方向に移動させることができ、可動鉄心８の脈動による接点部材のチャタリングを抑制できる。
【００２５】
さらに主回路導体１３自身は電磁石装置内に形成される磁気回路Ｘを貫通するように固定鉄心９の内部に配置することにより、電磁石装置内部の部品収容容積を小さくすることができる。これにより固定鉄心９の外形が小さくなり、固定鉄心９が形成する磁気回路Ｘの磁路長を短縮できるため、電磁石装置の磁気抵抗が削減でき、可動鉄心８に作用する電磁力を大きくすることができ、可動鉄心８の脈動を抑制でき、接点部材のチャタリングを抑制できる。
【００２６】
また主回路導体１３以外の素子である固定電極３、１２及び限流抵抗１０等に流れる電流の方向は主回路導体１３に流れる電流の方向に対して垂直になるように配置されている。これによって主回路導体１３以外の限流装置における素子を流れる電流によって発生する磁界が主回路導体１３を流れる電流によって発生する磁界に干渉しないようになっているので、主回路導体１３が発生する磁束を打ち消す方向の磁束が電磁石装置周辺で発生しないようにしている。これにより可動鉄心８に作用する電磁力の低下を抑制できるため、可動鉄心８の脈動を抑制し、接点部材のチャタリングを抑制できる。尚上記においては接点部材を左右に４個ずつ設けた場合について説明したが、接点部材の数はこれに限られない。即ち最下段にある接点部材のみが可動電極５に固定されるとともにくさび部材１１の拘束を受けないように構成されるものであれば接点部材の数は４個に限られない。
【００２７】
尚可動電極５に取り付けられている最下段の１つの接点部材及びその上に存在する１つの接点部材を設置するとともに、更にくさび部材を省略して装置を構成することも考えられるが、このように接点部材間のギャップを１つに設定して、ギャップを少なくすると、限流抵抗への転流が困難となり、所望の限流性能が得られなくなってしまう。  図１、２に示すように接点部材４を左右４個ずつ、並びにくさび部材１１を設けるようにして、２つよりも多くの複数の接点部材により構成することにより、接点部材間（ギャップ）に発生するアークを高速に消弧することができる。接点部材間のアークをすばやく消弧すれば、接点部材表面の損傷を小さくすることができる。これに対してギャップの数を少なくすると、限流抵抗への転流が困難となり、所望の限流性能が得られなくなる。
【００２８】
実施の形態２．
図３は実施の形態２による限流装置における固定鉄心９と可動鉄心８の接触部を示す拡大断面図であり、図３（ａ）は両者が接触した状態、図３（ｂ）は両者が離れた状態をそれぞれ示している。固定鉄心９と可動鉄心８の接触部（吸着面）において、可動鉄心８に凸部８ａを設けるとともに、固定鉄心９には凸部８ａが収納される凹部９ｃを設け、凸部８ａと凹部９ｃの隙間をＡに設定する。そして図３（ｂ）に示すように、可動鉄心８が上方向へ戻るように動作した場合に可動鉄心８の変位量Ｂに対して、極力小さい寸法Ａを設定するものである。
【００２９】
即ち寸法Ａ以上に可動鉄心８が上方向へ変位した場合、凹凸部を設けない場合に比べて、接触部に生じる平均的な磁気ギャップを小さくできるため（図３（ｂ）では磁気ギャップはＡのまま維持される）、可動鉄心８が上方向へ戻った場合の電磁力低下を小さくできる。これによって可動鉄心８の脈動による接点部材のチャタリングが抑制できる。尚図３においては、可動鉄心８側に凸部を設けるとともに、固定鉄心９側に凹部を設けた場合について説明したが、可動鉄心８側に凹部を設けるとともに、固定鉄心９側に突部を設けるようにしても良い。
【００３０】
実施の形態３．
図４は実施の形態３による接圧バネ７の荷重特性を示した図である。限流装置に適用される接圧バネ７の荷重特性として非線形特性を有する接圧バネ７を使用するものである。即ちバネ定数の小さい領域とバネ定数の大きい領域を有する接圧バネ７を設置する。そしてバネ定数の小さい領域（図４のＹで示した範囲）を使用することにより可動鉄心８を動作させ、可動鉄心８に作用する力を小さくすることができる。これによってより小さな電磁力で可動鉄心８を動作させることができるので、可動鉄心８の駆動力向上が期待でき、可動鉄心８の脈動も抑制できるため、接点部材間のチャタリングを抑制することができる。更にバネ定数の小さい領域のみを有するバネを使用する場合に比べるとバネの収容容積を小さく設計することができるようになる。
尚本発明は、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、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
３，１２  固定電極、４ａ〜４ｈ  接点部材、５  可動電極、７  接圧バネ、
８  可動鉄心、８ａ  凸部、９  固定鉄心、９ｃ  凹部、９ｂ  磁気ギャップ、
１０  限流抵抗体、１１  くさび部材、１３  主回路導体。
【図１】
2013251967.tif 000003
【図２】
2013251967.tif 000004
【図３】
2013251967.tif 000005
【図４】
2013251967.tif 000006