JP2002033034A

JP2002033034A - 開閉装置及びそれを用いた系統切替装置

Info

Publication number: JP2002033034A
Application number: JP2000217202A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Morita; 歩森田; Takashi Sato; 隆佐藤; Hiroshi Arita; 浩有田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の電磁反発力を利用した開閉装置では、開
極状態を保持するために機械式ラッチを使用しているた
め、投入時には高速にラッチの係合を外す必要があり、
リンク機構や、駆動力が大きくかつ大電流を必要とする
電磁石を別途用意しなければばらなかった。【解決手段】開極用コイル３６と投入用コイル３７間に
配置した反発板３４が、各コイルに通電することにより
駆動されて接点８・９間が開閉し、開極状態はＵ型の鋼
板５３と永久磁石５２からなる固定鉄心５４と、磁性体
ロッド５１とからなる開極保持機構３３によって保持さ
れる開閉装置８０。【効果】機械式ラッチが不要で、さらに操作機構の動作
がすべて直線的になるため動作速度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開閉装置及びそれ
を用いた系統連係装置の構成に関するもので、特に開閉
装置構造の簡素化，性能の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】分散電源には、内燃機関を用いたもの、
自然エネルギー（風力発電，太陽光発電）を用いたもの
があり、特に内燃機関を用いて自家発電による電力と排
熱を利用した熱を供給する、いわゆるコージェネレーシ
ョン設備はこれまでに多数の例がある。コージェネレー
ション設備は、電力と熱源としての燃料を別個に購入す
る場合に比べてエネルギー利用率が高く、かつ電力料金
と燃料費を合わせたエネルギー費用を節約できるという
利点があり、今後も多数の施設で導入が見込まれてい
る。これらは、電力需要数１００ｋＷ以上、熱需要も数
１０万kcal／ｈ以上という大規模施設であるが、比較的
負荷変動の大きい部門では、負荷需要に対してどの程度
の発電能力，熱能力を考慮してコージェネレーションシ
ステムを導入するかが課題となる。また、系統への逆潮
流が認められる場合は、余剰電力を商用系統へ逆潮流さ
せ、原理的に発電機を定格出力で一定運転すればよく比
較的運用が簡単であるが、保護継電器等の費用が高くつ
くのが実情である。また、連系系統の状態においては逆
潮流が認められない場合もあり、この場合には受電電力
の一定制御等が必要となるため、必ずしも需要家側の負
荷のすべてをコージェネレーション設備で補うことがで
きない。

【０００３】これに対処するため、電力会社との協議を
必要としない系統分離方式が提案されており、例えば名
古屋大学理工科学研究センター主催のシンポジウム『２
１世紀にむけたエネルギー技術，Ｉ』ｐ.１０−２１(１
９９９.４)に紹介されている。小口産業用として９.８
ｋＷ用のガスエンジンコージェネレーションシステム
においてマルチ切替器による制御方式が提案されてお
り、最大２０Ａの機械式スイッチと半導体スイッチのハ
イブリットスイッチを複数制御することにより、負荷需
要に対してコージェネレーションの自家発電と系統から
の供給に対処している。ここで、切替器に要求される仕
様は、負荷変動に対する高速応答，短絡事故時の高速解
列であり、このために高速スイッチが必要となってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高速スイッチとして、
これまでにサイリスタスイッチなどの半導体スイッチ，
電磁反発力を利用した機械式スイッチなどが考案されて
いる。しかしながら、半導体スイッチは現在１００／２
００Ｖ，２０Ａ（２ｋＶＡ〜４ｋＶＡ）の小容量のもし
かなく、さらに大容量となるとスイッチング素子そのも
のが高価になってしまう。

【０００５】機械式の高速スイッチにおいては、例えば
特公平６−６０６２４号公報に示されるような電磁反発
力を利用した開閉装置が考案されているが、開極時に接
圧投入バネの蓄勢を同時に行うため、過大な開極操作力
を必要とし、その結果、コイル電源のエネルギー，コイ
ルおよび電磁反発部のサイズが大きくなってしまう。さ
らに、開極状態を保持するために機械式ラッチを使用し
ているため、投入時には高速にラッチの係合を外す必要
があり、駆動力が大きく、かつ大電流を必要とする電磁
石を別途用意しなければならない問題もある。また、特
開平9−326222号公報に示される開閉装置のように、皿
バネ力を投入時の接点接圧、および開極状態の保持力と
して利用するものが考案されているが、開極動作，投入
動作ともに電磁反発力に頼るため、開極直後の投入動
作，投入直後の開極動作を実現するためには、開極動
作，投入動作それぞれの個別の電源コンデンサを必要と
していた。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するためのも
のであり、その目的とするところは、操作機構の簡素
化，縮小化を図った開閉装置を提供することである。ま
た、この開閉装置を用いて構成した系統切替装置によっ
て、自家発電設備の利用率を高め、さらに安定な電力供
給を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、接離
自在な接点と、前記接点を開閉させる操作機構として、
開極用及び投入用の２つのコイルと、これらのコイルに
挟まれて配置した電磁反発部と、接圧投入バネを備え、
開極時に可動接点と連結する磁性体ロッドが永久磁石に
吸引されて開極状態を保持する開閉装置である。

【０００８】また本発明は、鋼板と永久磁石からなるヨ
ークと、可動接点と連結された磁性体ロッドで構成した
開極保持機構を備えた開閉装置であり、さらにＥ形の鋼
板と永久磁石で構成した固定鉄心と、可動接点と接続さ
れた操作ロッドに固定したＩ形の鋼板で構成した開極保
持機構を備える開閉装置であって、開極保持機構の寿
命，信頼性を向上したものである。

【０００９】さらに本発明は、接離自在な接点と、前記
接点を開閉させる操作機構を備え、固定側および可動側
の接点に接続された２つの外部導体が互いに逆方向に延
びる開閉装置であり、さらにこの開閉装置を２台備え
て、前記固定接点側あるいは前記可動接点側の一方の外
部導体を各相ごとに互いに接続した系統切替装置であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施例に関し、図１ない
し図１６を用いて説明する。（実施例１）以下では、本発明の実施例１の構成につい
て、図１ないし図３を用いて説明する。図１および図２
は開閉装置８０を横から見たときの断面図であり、それ
ぞれ切状態，入状態の場合を表す。図３は、開閉装置８
０を正面から見た場合の断面図である。図３からわかる
ように、開閉装置８０は三相開閉器であり、各相はすべ
て同一構造となっている。真空バルブ，操作機構など内
部構造の説明は１相分だけ（図３の左相）とし、他相の
説明は省略する。なお、本発明は三相開閉器を対象に説
明するが、勿論単相開閉器に適用することもできる。

【００１１】真空バルブ１は、上下の端板２，３，絶縁
筒４，固定導体５，可動導体６、およびベローズ７で真
空封止する。真空バルブ１内には、固定接点８および可
動接点９を配置し、それぞれ固定導体５，可動導体６に
接続する。可動導体６は操作機構３０と連結し、操作機
構３０によって接点を開閉させる。また、固定導体５は
固定側外部導体１０と接続し、可動導体６はフレキシブ
ル導体１２を介して可動側外部導体１１と接続して電気
回路を構成する。接点の周囲に設けた金属筒はアークシ
ールド１３であり、遮断時に生ずる金属粒子が絶縁筒４
に付着して絶縁耐力が低下するのを回避するためのもの
である。符号１４は、エポキシ，プリミクスなどで製作
した絶縁支持物を示し、固定側外部導体１０を挟持した
状態で真空バルブ１を固定する。絶縁支持物１４は操作
ユニット６０に固定する。可動導体６周囲に設けたガイ
ド１５は、可動導体６の垂直度を確保するためのもの
で、真空バルブ１の端板３に固定してある。

【００１２】操作機構３０の機構部は、操作機構室４０
内に収納してある。可動導体６は連結金具３１ａによっ
て絶縁ロッド３２の一端に接続してあり、絶縁ロッド３
２の他端に接続した連結金具３１ｂは開閉装置８０の下
部に備えた開極保持機構３３に延びる。開極保持機構３
３の構造については後述する。また、連結金具３１ｂに
は、ディスク状の反発板３４および投入接圧バネ３９の
保持金具３５を固定する。投入用コイル３７および開極
用コイル３６は、反発板３４を挟んだ状態で配置する。
各コイルは、絶縁物で製作されたコイル支持部３８に固
定され、コイル支持部３８は操作機構室４０の天板４１
ａに取り付ける。投入接圧バネ３９は、保持金具３５と
操作機構室４０の中板４１ｂで挟持する。図３の正面図
に示すように、操作機構３０は、各相ごとに駆動機構を
独立に有する構造で、投入用コイル３７，開極用コイル
３６，反発板３４、および開極保持機構３３などは各相
ごとに備える。これは、各相の接続機構などを省略して
可動部重量を極力減らし、動作速度を速くするためであ
る。なお、図４のように、接続金属７０を用いて各相の
連結金具３１ｂをつなぎ、開閉保持機構３３を一つで済
ませてもよい。この場合、低コストにできるとともに、
各相の動作速度を一様にでき、投入時間，開極時間の相
ごとのばらつきを抑制できる。

【００１３】開極保持機構３３について、図５を用いて
説明する。連結金具３１ｂの端部に磁性体ロッド５１を
固定する。磁性体ロッド５１は、２つの永久磁石５２と
Ｕ型の鋼板５３で構成した固定鉄心５４に挿入される。
永久磁石５２によって、固定鉄心５４および磁性体ロッ
ド５１内部には図５中の点線で示した磁束Φが発生し、
ギャップＧには吸引力Ｆｐ１が働く。また、磁性体ロッ
ド５１と固定鉄心５４の対向面には、非磁性体板５５を
設けてある。磁性体ロッド５１と固定鉄心５４を直接接
触させると、接触面の状態によって吸引力Ｆｐ１が大き
く変化し、投入時の特性が変動する。非磁性体板５５に
よって磁性体ロッド５１と固定鉄心５４の間に常に非磁
性の空間を確保することにより、動作特性を安定化でき
る。

【００１４】次に、開閉装置８０の動作について説明す
る。図７および図８は、投入時および開極時の負荷特性
および駆動力特性を示すグラフである。グラフの横軸は
ストロークを表し、右端は開極位置、左端は投入位置を
示す。グラフの縦軸は荷重を表す。開極位置では、投入
接圧バネ３９の力Ｆｓと真空バルブ１に働く真空力Ｆｖ
の和で与えられる合成荷重Ｆｓ＋Ｆｖよりも開極保持機
構３３の吸引力Ｆp1が大きく、開極状態が保持される。
ここで、真空力Ｆｖとは、真空バルブ１内外の圧力差に
伴って生じる力で、図１で紙面上方向に働く。接圧投入
バネ力Ｆｓは開極に伴って蓄勢力が大きくなり、真空力
Ｆｖはストロークに関わらず一定であるため、それらの
合成荷重Ｆｖ＋Ｆｓは図７のように右上がりの特性を示
す。

【００１５】図１の状態にて、開閉装置８０に投入指令
が与えられると、後述する電源設備によって投入用コイ
ル３７に通電されて、磁界が発生する。この磁界によっ
て、反発板３４には誘導電流が発生し、反発板３４は投
入用コイル３７に対して電磁反発力Ｆ１を受ける。投入
動作では、電磁反発力Ｆ１と合成荷重Ｆｓ＋Ｆｖの和が
駆動力となり、開極保持機構３３の吸引力Ｆｐ１が負荷
となる。それゆえ、図７中のハッチ部分の面積に相当す
る運動エネルギーが可動部に与えられ（正確には可動部
が上昇するために位置エネルギーとしても与えられ
る）、投入動作が行われる。投入動作が完了すると、図
２の状態となり、投入接圧バネ３９によって接点に接圧
が加えられた状態で保持される。

【００１６】一方、投入状態(図２)において開閉装置８
０に開極指令が与えられると、後述する電源設備によっ
て開極用コイル３６が通電され、磁界が発生する。これ
によって、反発板３４に誘導電流が発生し、反発板３４
は開極用コイル３６に対して電磁反発力Ｆ２を受ける。
開極動作では、図８に示すように、電磁反発力Ｆ２１と
開極保持機構３３の吸引力Ｆｐ１の和が駆動力となり、
接圧投入バネ力と真空力の合成荷重Ｆｓ＋Ｆｖが負荷と
なる。それゆえ、図８中のハッチ部分の面積に相当する
運動エネルギーが可動部に与えられ（正確には可動部が
下降するため位置エネルギー分も運動エネルギーとして
加えられる）、開極動作が行われる。投入動作が完了す
ると、合成荷重Ｆｓ＋Ｆｖよりも開極保持機構の吸引力
Ｆｐ１の方が大きくなり、図１に示した開極状態が保持
される。

【００１７】図７，図８の特性図からわかるように、投
入動作時の電磁反発力Ｆ１は開極動作時の電磁反発力Ｆ
２に比べて小さい。本発明では、投入動作は投入接圧バ
ネ３９のエネルギーで行うことを基本としており、投入
動作時の電磁反発力Ｆ１は開極保持機構３３の吸引力Ｆ
ｐ１を超える程度で良いからである。したがって、投入
用コイル３７は開極用コイル３６に比べて小型でよく、
かつ電源エネルギーも小さくてよい。

【００１８】開極用コイル３６および投入用コイル３７
の電源設備９０について、図９および図１０を用いて説
明する。電源設備９０は操作ユニット４０内に収納され
ている。図９は電源設備９０の回路図、図１０は電源設
備９０内の各スイッチ９５，９６，９７のタイムチャー
トを示したものである。開閉装置８０外部にある直流電
源９１によって、コンデンサ９４を充電する。直流電源
９１は交流電源出力を整流したものでもよい。スイッチ
９５は、投入動作および開極動作終了後にＯＮされ、コ
ンデンサ９４の充電電圧が設定値になった時点でＯＦＦ
される。符号９２は充電抵抗である。スイッチ９６およ
び９７は、それぞれ開極用コイル３６，投入用コイル３
７への通電を制御するものである。スイッチ９６，９７
は、例えばサイリスタスイッチなどの外部から制御でき
るスイッチとし、開極指令あるいは投入指令と同期して
ＯＮさせる。スイッチ９６，９７の制御信号は、操作ユ
ニット６０表面の操作パネル１５０に設けた押しボタン
スイッチ（図示しない）によっても送ることができ、遠
隔操作だけでなく操作パネル１５０からの手動操作も可
能とする。また、開極動作，投入動作が完了した時点
で、スイッチ９６および９７はＯＦＦし、コンデンサ９
４に充電された電荷をできるだけ保持して、動作後の充
電時間を短縮する。開極動作，投入動作の完了は個別に
設けた補助接点か、あるいは近接センサなどを取り付け
て認識できるようにすればよい。また、スイッチ９６，
９７は、タイマによってＯＮ時間をセッティングしてお
いてもよい。

【００１９】次に、本実施例の効果について説明する。

【００２０】本実施例の開閉装置８０によれば、開極状
態の保持に機械式ラッチを使用しないため、ラッチの係
合を外すための電磁石，複雑なリンク機構などが不要と
なり、操作機構３０を簡素化できる。また、その結果動
作にロスがなくなり動作速度が向上する。

【００２１】開極保持機構３３は、図５に示すように、
永久磁石５２に衝撃力が伝わらないようになっているた
め、機械的寿命を確保することができる。また、図６の
ように、磁性体ロッド５１と永久磁石５２を直接対向さ
せた場合と比べて、側脚がある分だけ磁気抵抗が小さく
なり、永久磁石５２を小型にできる。

【００２２】投入動作では、開極保持機構３３の吸引力
Ｆｐ１を超える程度の電磁反発力Ｆ１を与えばよいか
ら、投入用コイル３７は小型でよい。コイルサイズを小
さくすることはインダクタンスの低減につながり、その
結果、電流の立ち上がりが速くなって投入時間が短縮さ
れる。一方、開極動作においても、開極保持機構３３の
吸引力Ｆｐ１を利用できるため、開極用コイル３６や、
それに伴う電源設備を縮小できる。開極用コイルの小型
化，電源用のコンデンサ９４の容量縮小化によって、電
流の立ち上がり時間が短くなり、開極時間が短縮され
る。さらに、投入動作ではコンデンサ９４のエネルギー
消費が小さいため、コンデンサ９４は開極動作と共用で
きるようになり、電源回路９０の簡素化，低コスト化に
つながる。（実施例２）以下では、本発明の実施例２の構成につい
て、図１１ないし図１３を用いて説明する。実施例２
は、実施例１における開極保持機構３３を変更したもの
であり、その他の部分の構造，動作方法などは実施例１
と同様である。図１１，図１２は本実施例の開極保持機
構３３を表し、これらの開極保持機構３３を用いた場合
の投入時における駆動力，負荷特性を図１３に示した。

【００２３】図１１に示す開極保持機構３３は、Ｅ型の
固定鉄心９１のその両脚端部に設けた永久磁石５２ａ，
５２ｂと、連結金具３１ｂを接続したＩ型鉄心９０によ
り構成される。固定鉄心９１の中央脚９１ａには、Ｉ型
鉄心９０と対向する面に非磁性体板５５を取付け、Ｉ型
鉄心９０が固定鉄心と接触しても磁性体同士が密着しな
いようにしてある。また、中央脚９１ａ長さに非磁性体
板５５厚みを加えた寸法Ｌ１は、側脚９１ｂ長さに永久
磁石５２ａ，５２ｂ厚みを加えた寸法Ｌ２よりも長く形
成する。一方、図１２に示した開極保持機構３３は、中
央脚９１ａに永久磁石５２を備え、側脚９１ｂに非磁性
体板５５を取り付けたものである。側脚９１ｂ長さに非
磁性体板５５厚みを加えた寸法Ｌ３は、中央脚９１ｂに
永久磁石５２厚みを加えた寸法Ｌ４に比べて長くしてあ
る。

【００２４】本実施例の効果について説明する。

【００２５】Ｉ型鉄心とＥ型鉄心で構成する磁気回路で
は、固定鉄心９１とＩ型鉄心９０間の計３個所のギャッ
プに吸引力Ｆｐ２が働くため、実施例１の開極保持機構
３３の吸引力Ｆｐ１と比べて大きくなる。それゆえ、所
定の開極状態の保持力を得るには開極保持機構３３を小
型にできる。また、投入動作時には、ストロークによっ
て増加するギャップが３個所あるため、吸引力Ｆｐ２は
吸引力Ｆｐ１に比べて減衰が早い。それゆえ、図１３に
示す特性図からわかるように、ハッチ部分の面積で表さ
れる可動部の運動エネルギーは実施例１の場合よりも大
きくなり、投入速度が増加する。また、実施例１と同等
の投入速度に設定した場合にも、電源コンデンサ９４の
容量を小さくできるため、投入用コイル３７に流れる電
流の立ち上がりが速くなり、投入時間が短縮される。

【００２６】また、図１１の開極保持機構３３では寸法
Ｌ１を寸法Ｌ２に比べて長くし、図１２の開極保持機構
３３では寸法Ｌ３を寸法Ｌ４より長くしてある。これに
より、Ｉ型鉄心９０が永久磁石５２ａ，５２ｂと直接衝
突することなく、永久磁石５２ａ，５２ｂの破損を回避
できる。（実施例３）実施例３は、開極保持機構３３を更に改良
したもので、実施例１の磁性体ロッド５１および固定鉄
心５４、実施例２のＥ型鉄心およびＩ型鉄心を、互いに
絶縁された薄肉鋼板を積層した構造としたものである。
その他の構成は、実施例１，２と同一である。永久磁石
の起磁力は直流であるが、高速動作に伴ってギャップが
変化、すなわち磁気抵抗が急激に変動すると鉄心内部に
磁束の変化分ｄΦ／ｄｔに相当する起電力が生じ、渦電
流が流れる。渦電流は磁束の変化を妨げる方向に流れる
ため、開極時の磁束、すなわち吸引力Ｆｐ１の減衰が抑
制され、開極速度が遅くなる。本実施例のように、鉄心
を互いに絶縁された薄肉鋼板を積層した構造とすること
により、開極速度をさらに速くできる。（実施例４）以下では、本発明の実施例４について、図
１４ないし図１５を用いて説明する。上述した開閉装置
８０を組み合わせて系統切替装置１００を構成したもの
である。図１４は系統切替装置１００を正面から見た場
合の断面図、図１５は上面図を表す。

【００２７】系統切替装置１００は、２台の開閉装置８
０ａ，８０ｂで構成される。開閉装置８０ａ，８０ｂ
は、操作ユニット６０ａ，６０ｂの配置以外は同一構造
であり(図１５紙面上で左右対称となっている)、開閉装
置の内部構造については開閉装置８０ａのみを説明し、
開閉装置８０ｂの説明は省略する。また、開閉装置の構
成を説明する上で、三相をＸ相，Ｙ相，Ｚ相で表す。開
閉装置８０ａの真空バルブ１ａＸ，１ａＹ，１ａＺおよ
び操作機構３０ａは、実施例１の構成と同一であり、こ
こでは説明を省略する。なお、開極保持機構３３ａＸ,
３３ａＹ,３３ａＺについては、実施例２あるいは実施
例３で説明した構造のものを適用してもよい。

【００２８】開閉装置８０ａの固定側外部導体１０ａ
Ｘ，１０ａＹ，１０ａＺと可動側外部導体１１ａＸ，１
１ａＹ，１１ａＺは互いに逆方向に延びる構造とした。
操作ユニット６０ａはＸ相側の側面に設け、相方向と直
角方向に配置してある。絶縁支持物１４ａは、投入時の
突き上げ力に耐え得るように固定する必要があり、操作
機構室４０ａの天板４１ａと操作ユニット６０ａに固定
してある。

【００２９】開閉装置８０ａの固定側外部導体１０ａ
Ｘ，１０ａＹ，１０ａＺと開閉装置８０ｂの固定側外部
導体１０ｂＸ，１０ｂＹ，１０ｂＺは、各相ごとに接続
導体１０１Ｘ，１０１Ｙ，１０１Ｚで連結されている。
また、固定側外部導体および接続導体は、負荷に接続す
る負荷導体１０２Ｘ，１０２Ｙ，１０２Ｚと連結する。
負荷導体１０２Ｘ，１０２Ｙ，１０２Ｚは、開閉装置８
０ａ，８０ｂの相方向と平行に延ばし、各相ごとにずら
して配置してある。２つの開閉装置８０ａ，８０ｂを並
べる間隔を狭くして省スペース化を図るために、Ｘ相の
負荷導体102Xは開閉装置８０ｂの固定側外部導体１０ｂ
Ｘに、Ｙ相の負荷導体１０２Ｙは接続導体１０１Ｙに、
Ｚ相の負荷導体１０２Ｚは開閉装置８０ａの固定側外部
導体１０１ａＺに取り付けてある。系統１および系統２
との接続は、開閉装置８０ａ，８０ｂの可動側外部導体
１１ａＸ，１１ａＹ，１１ａＺおよび１１ｂＸ，11bY，
１１ｂＺにて行う。すなわち、このように構成された系
統切替装置であると、開閉装置８０ａ，８０ｂによって
負荷に電力を供給する系統を切り替ることができる。

【００３０】次に、本実施例の効果について説明する。

【００３１】固定側外部導体と可動側外部導体を逆方向
に延ばした構造とすることで、２つの開需装置８０ａ，
８０ｂを各相ごとに突き合わせて配置することができ、
省スペースな系統切替装置１００を提供できる。また、
永久磁石を利用した開極保持機構３３を利用した開閉装
置を適用することによって高速切替えが可能になり、安
価で大容量な切替器を提供できる。さらに、相方向に対
して直角方向に取り付けた操作ユニット６０ａ，６０
ｂ、すなわち操作パネル１５０ａ，１５０ｂを正面に並
べた構成にすることにより、作業者が操作，メンテナン
スしやすくなる。（実施例５）以下では、本発明の実施例５について、図
１６を用いて説明する。実施例５は、実施例１ないし実
施例３の開閉装置８０を受電遮断器１１３に、さらに実
施例４で説明した系統切替装置１００を自家発電設備１
０１と外部系統１１５との切替装置として使用したもの
である。

【００３２】自家発電装置は、コージェネレーション本
体１０２にある。コージェネレーション本体１０２内部
にある熱交換器によって熱回収された熱エネルギーは、
伝熱管１０３，循環ポンプ１０４を介して、貯湯タンク
１０５に送られる。１０６は給水管、１０７はガス供給
管である。さらに、給湯配管１０８を介してボイラ１０
９で所定の温度にしてから、最終給湯管１１０に連系さ
れている。該自家発電装置による発電電力は、連系装置
１１１を介して複数の需要家負荷１１２、及び受電遮断
器１１３，受電電力量計１１４を通して、外部系統１１
５に連系されている。

【００３３】連系装置１１１は、系統切替装置１００，
電力需要モニター１１６，配電遮断器１１８で構成さ
れ、系統切替装置１００は、系統側開閉器１２０ａ，自
家発側開閉器１２０ｂを有する。実施例４にて述べたよ
うに本発明の系統切替装置は、２つの開閉器で構成され
ており、その一方を系統側開閉器、他方を自家発側開閉
器として用いればよい。系統切替装置１００によって、
負荷１１２に対して外部系統からの給電，断路状態，自
家発電設備からの給電の３パターンに切替えできる。

【００３４】連系装置１１１の制御装置１２３の入出力
は、電力需要モニター１１６によって需要家負荷をモニ
ターし、需要家電力信号線１２４，系統切替装置１００
の切替信号線１２６，自家発電装置への発電出力指令信
号線１２８，発電出力信号線１２９とにより構成されて
いる。基本的に発電電力と、需要家負荷電力との比較に
より、系統切替装置１００を選択的に切り替えることに
より、負荷変動の需要変化に対応することができる。
尚、自家発電装置としては、ガソリンエンジン，ディー
ゼルエンジン，ガスエンジン，ケロンシンエンジン，ロ
ータリエンジン，ガスタービン，燃料電池を適用するこ
とができる。また、自然エネルギーとして、太陽光発
電，風力発電も含むことができる。実際には、気候に左
右されない常時発電タイプと、自然エネルギーを利用し
た発電タイプとのハイブリット自家発電方式が望まし
い。また、常時発電タイプ，自然エネルギーを利用した
発電タイプと、２次電池との貯蔵装置を組み合わせたト
リプル自家発電方式はさらに良いが、コストとの兼ね合
いで検討すべきものである。

【００３５】このように構成された自家発電装置におい
て、常時は、自家発側開閉器120ｂが投入状態，外部系
統側開閉器１２０ａが開極状態となっている。発電出力
は、負荷需要電力に比べて少し多めに設定されている。
負荷の電力需要モニター116により監視されている負荷
需要が急増した場合、自家発電での電力では電力容量が
不足するため、系統切替装置１００の系統側開閉器１２
０ａを高速投入する。この投入タイミングは、外部系統
側に設けた電圧監視モニターの電圧信号線130の値によ
り、電圧零点を検出して同期投入することが望ましい。
これにより、負荷需要の急増分の電力を、外部系統１１
５から補うことができる。

【００３６】短時間の負荷急増で、負荷需要電力が発電
電力より減少したならば、系統側開閉器１２０ａを開極
して元の断路状態へ戻す。一定の時間を監視して、負荷
需要が減少しない場合は、発電出力指令信号線１２８を
介して、自家発電出力の増大を指令する。反対に負荷の
電力需要モニター１１６により監視されている負荷需要
が急減した場合は、系統切替装置１００は状態を保持し
たままで負荷需要を監視し、一定の時間を過ぎても負荷
が元の状態に戻らない場合は、発電出力指令信号線１２
８を介して、自家発電出力の減少を指令する。このよう
な制御をすることにより、内燃機関を用いた自家発電の
場合、燃料を節約することができ、発電コストを節約す
ることができる。

【００３７】次に、本実施例の効果について述べる。

【００３８】本発明の開閉装置を受電遮断器１１３に適
用することにより、外部系統側で短絡事故が発生した場
合でも高速遮断できるようになり、自家発側の電力を負
荷側に安定供給できる。自家発側，負荷側で短絡事故が
生じた場合も同様で、外部系統を高速に解列でき、事故
の拡大を抑制できる。なお、直流分を含んだ短絡電流が
開閉装置の遮断性能を上回る場合には、限流リアクトル
を挿入して電流を抑えてもよい。従来の半導体スイッチ
を使った開閉装置に比べて安価であり、システム全体を
低コストにできる。また、大容量システムへの適用も容
易である。

【００３９】また、本発明の系統切替装置を外部系統と
自家発電設備の連係装置に適用することにより、負荷需
要に高速に追従できる。特に、負荷需要が増加して自家
発電出力が不足する場合、系統切替装置１００を系統側
に投入することにより、外部系統からの電力を負荷に対
して短時間で供給でき、その間に発電出力を適正な発電
機出力に制御することができる。それゆえ、負荷に電力
を安定に供給することができ、しかも発電機の燃料を節
約することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の開閉装置及びそれを用いた系統
切替装置によれば、開極状態の保持に機械式のラッチを
使用しないため、ラッチの係合を外すための電磁石，リ
ンク機構などが不要で操作機構を簡素化でき、高速動作
が可能になる。また、この開閉装置を自家発電設備の系
統切替装置に適用することによって、従来の半導体スイ
ッチを使った開閉装置に比べて安価で、システム全体を
低コストにできる。さらに、大容量システムへの適用も
容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である開閉装置の開極状態を表
す断面図である。

【図２】本発明の実施例である開閉装置の投入状態を表
す断面図である。

【図３】本発明の実施例である開閉装置の正面からみた
断面図である。

【図４】本発明の実施例である開閉装置の正面からみた
断面図である。

【図５】本発明の実施例である開閉装置における開極保
持機構を示す。

【図６】本発明の実施例である開閉装置における開極保
持機構を示す。

【図７】本発明の実施例である開閉装置における投入動
作の特性図である。

【図８】本発明の実施例である開閉装置における開極動
作の特性図である。

【図９】本発明の実施例である開閉装置における操作機
構の電源回路図である。

【図１０】本発明の実施例である開閉装置における操作
機構の電源回路に設けたスイッチのタイムチャートであ
る。

【図１１】本発明の他の実施例である開閉装置における
開極保持機構を示す。

【図１２】本発明の他の実施例である開閉装置における
開極保持機構を示す。

【図１３】本発明の他の実施例である開閉装置における
投入動作の特性図である。

【図１４】本発明の実施例である系統切替装置の断面図
である。

【図１５】本発明の実施例である系統切替装置の上面図
である。

【図１６】本発明の実施例である系統切替装置を適用し
た自家発電装置の構成図である。

【符号の説明】

１…真空バルブ、８…固定接点、９…可動接点、１０，
１１…固定側外部導体、３３…開極保持機構、３４…反
発板、３６…開極用コイル、３７…投入用コイル、３９
…投入接圧バネ、５１…磁性体ロッド、５２…永久磁
石、６０…操作ユニット、８０…開閉装置、１００…系
統切替装置、１５０…操作パネル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有田浩茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内Ｆターム(参考） 5G051 NB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接離自在な接点と、前記接点を開閉させる
操作機構として、開極用及び投入用の２つのコイルと、
これらのコイルに挟まれて配置した電磁反発部分と、接
圧投入バネを備え、開極時に可動接点と連結する磁性体
ロッドが永久磁石に吸引されて開極状態を保持すること
を特徴とする開閉装置。
【請求項２】接離自在な接点と、前記接点を開閉させる
操作機構として、開極用及び投入用の２つのコイルと、
これらのコイルに挟まれて配置した電磁反発部分と、接
圧投入バネを備え、鋼板と永久磁石からなる固定鉄心
と、可動接点と連結された磁性体ロッドとからなる開極
保持機構を備えたことを特徴とする開閉装置。
【請求項３】接離自在な接点と、前記接点を開閉させる
操作機構として、開極用及び投入用の２つのコイルと、
これらのコイルに挟まれて配置した電磁反発部分と、接
圧投入バネを備え、Ｅ形の鋼板とその両側脚端部に配置
した永久磁石とからなる固定鉄心と、可動接点と接続さ
れた操作ロッドに固定したＩ形の鋼板により開極保持機
構を構成し、前記Ｅ形鋼板の中央脚長さを永久磁石の厚
み分を加えた側脚長さより長くしたことを特徴とする開
閉装置。
【請求項４】接離自在な接点と、前記接点を開閉させる
操作機構として、開極用及び投入用の２つのコイルと、
これらのコイルに挟まれて配置した電磁反発部分と、接
圧投入バネを備え、Ｅ形の鋼板とその両側脚端部に配置
した永久磁石とからなる固定鉄心と、可動接点と接続さ
れた操作ロッドに固定したＩ形の鋼板により開極保持機
構を構成し、前記Ｅ形鋼板の永久磁石の厚み分を加えた
中央脚長さを側脚長さより短くしたことを特徴とする開
閉装置。
【請求項５】請求項２ないし４のいずれかに記載の開閉
機構において、前記鋼板が互いに絶縁された薄肉鋼板の
積層で構成されることを特徴とする開閉装置。
【請求項６】接離自在な接点と、前記接点を開閉させる
操作機構を備え、固定側および可動側の接点に接続する
２つの外部導体が互いに逆方向に延びることを特徴とす
る開閉装置。
【請求項７】接離自在な接点と、前記接点を開閉させる
操作機構を備え、固定側および可動側の接点に接続する
２つの外部導体が互いに逆方向に延びる開閉部を三相分
並列し、この並列方向に対して直角方向に操作パネルを
設けたことを特徴とする開閉装置。
【請求項８】接離自在な接点と、前記接点を開閉させる
操作機構を備え、固定側および可動側の接点に接続する
２つの外部導体が互いに逆方向に延びる開閉部を三相分
並列した開閉装置を２台備え、前記固定接点側あるいは
前記可動接点側の一方の外部導体を各相ごとに接続した
ことを特徴とする系統切替装置。
【請求項９】接離自在な接点と、前記接点を開閉させる
操作機構を備え、固定側および可動側の接点に接続する
２つの外部導体が互いに逆方向に延びる開閉部を三相分
並列した開閉装置を２台備え、前記固定接点側に接続し
た外部導体が各相ごとに対向するように配置して互いに
接続し、前記開閉装置の操作パネルを相方向に対して直
角方向に並べて配置することを特徴とする系統切替装
置。