断路器的制作方法

专利名称：断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及断路器。
背景技术：
将电力系统故障时的电流抑制为某值以下的限流断路器，可分为有源 型与无源型两种。
无源型进行故障电流的自动检测与自动恢复。有源型，采用传感器， 通过控制信号而使限流断路器进行工作。
代表性的限流断路器，除电弧驱动型、半导体开关型、LC谐振型、 整流器型之外还有利用了超导的类型。还有，限流断路器，虽然目的为对 故障电流进行限流，但是最终必须进行断路，优选具有断路功能。
图7，为电弧驱动型限流断路器之一例(电学会技术报告第1053号"对 限流断路器的要求规格与评价方法"，故障检测技术调查专门委员会编，从 2006年5月的p. 8引用，原论文为，市川等，"6.6kV配电线路用电弧驱 动型限流断路器的现场(field)试验"平成13年电学会B部门大会，No. 342 )。
在电阻性的平行电极间将开关(高速换向开关)打开而使电弧点弧， 通过流过电弧的电流与流过电极的电流产生的磁场而使电弧等离子体以高 速移动，对电流进行抑制。在图7的构成中，开关(高速换向开关)以200 Hs进行工作，为高速。因此，能够从第1波就进入限流工作。 一般地， 为了使电弧消弧而在密封容器内设置开关部，对其填充SF6气体、氮气等 的绝缘气体。作为开发状况，已试制6.6kV/400A (三相)、短路容量 150MVA的装置，进行实验。
7图8，为半导体方式的构成图之一例(专利文献l的图12，电学会技 术报告第1053号"对限流断路器的要求规格与评价方法"，故障检测技术 调查专门委员会编，从2006年5月的p. 9引用，原报告为，电学会技术 报告第850号"故障电流抑制用限流装置的应用技术与分析评价"，p.4, 2001年)。
图8的构成，复合具备机械式真空阀(VCB; Vacuum circuit breaker: 也称为真空断路器)与半导体开关(GTO晶闸管等)，也称为"复合型半 导体方式"。还有，除图8的构成以外，还有并联双绕组型电抗器复合方式等。
关于图8的限流断路器的工作进行说明。通常，电流流过机械开关 (VCB)。当产生系统故障时，检测到短路电流，VCB打开(open)，在 电极间产生电弧。同时，对半导体开关(SCR (thyristor,晶闸管)、GTO (gate turn off thyristor，门极关断晶闸管))施加触发信号，变成导通状 态。于是，因为半导体开关的导通电压(-几伏)比VCB的电弧等离子 体的电压(-几十伏左右)低，所以电流从VCB向半导体开关换向。该 换向时间，由电路的电阻与阻抗及电弧电压与导通电压之差而确定。其中， 电弧电压，时间性地迅速变动，若以示波器等进行观测则有如一种尖峰噪 声。这是由于产生于VCB电极间的电弧等离子体不稳定所造成的，VCB 的电流由于换向而减少，若低于某阈值则急剧减少而导致流过VCB的电 流变成零。由此，换向完全地完成，全部的电流流过半导体开关。
在半导体开关中，有"自消弧型"的器件与"非消弧型"的器件，作
为前者的例有GTO,作为后者有SCR等。
在自消弧型中若触发信号中断，则切断电流的功能起作用。但是，因 为器件必须全部吸收此时流过电路的电流的能量(包括浪涌电压保护电 路)，所以因情况的不同有时会损坏器件，因此必须进行考虑了器件特性的 浪涌电压保护电路的设计。
在非消孤型器件中，虽然器件本身没有切断电流的功能，但是因为是 交流电路，所以电流发生反相，如果在横穿零时无触发信号的施加，则在该时刻之后电流不再流通，进行电流断路。这种情况为与二极管的整流作 用相同的现象。
如以上地，若电流不在VCB及半导体开关中流通，则故障电流全部 流过图8的过压抑制元件或限流阻抗器。因为阻抗大，所以对故障电流进 行抑制，发挥限流作用。
作为同样的类型的限流断路器，有时也不采用VCB而仅以半导体开 关构成(称为"纯半导体方式")。在纯半导体方式中，电流总是流过半导 体开关，若不向半导体开关输入触发信号，则转换为断路工作，电流向限 流阻抗器换向，发挥限流作用。
GTO、 SCR的导通电压，为2.5V 3.5V左右，才几械开关VCB的导通 电压为几十mV左右。因此，半导体开关需要散热，设备变得大型化。存 在输电网的电力损耗也变大的问题。由于用于半导体开关的器件的大型化， 成本也上升。这就是将其与机械开关(=VCB)并联连接的主要原因。
作为自消弧型元件，可利用功率MOSFET、 IGBT (insulated gate bipoler transistor,绝缘栅双极晶体管)，可以进行高速开关工作，导通电 压也<氐。
而且，若作为半导体材料采用SiC (碳化硅)，则具有不需要散热器等 等的特征。但是功率MOSFET、 IGBT，其耐压与GTO、 SCR相比较低， 电流也小。因此，向大功率控制方面的应用，将在将来实现。
除以上之外，利用超导材料、利用超导状态与常导状态的S/N转变 现象使电路的阻抗在大电流时变大而对故障电流进行抑制的方式，也正在 进行开发。
这种方式虽然具有限流断路器为进行高速工作、可以不进行故障检 测的有源型限流断路器的特征，但是因为用于保持超导状态的制冷机的消 耗电力大、成本高等，所以在现阶段尚未确立实用化的目标。
示于图9中的例，表示虽非限流断路器、但现在广泛使用的空气自动 断路器的消弧部的剖面结构(电学会编"电工手册(第6版)"p.755，从 2001年引用)。空气自动断路器采用额定电流为200A 6kA、额定断路电流达5 125kA的设备。这种空气自动断路器不仅具有断路功能，而且通过电 孤等离子体的消弧作用而具有限流功能，这一点也为主要的特征。若ii^ 断路工作，则开关部打开，在电极间产生电弧。电弧等离子体与图9的分 隔壁或褶皱和去离子栅(deiongrid)的部位碰撞。这是因为通过电弧电流 本身产生的磁场、消弧线圏产生的磁场与由电弧等离子体电流产生的电磁 力所驱散。
分隔壁，在电压低的家用等、AC达600V的i殳备中为铁，在如图9 的结构中^C采用。若电弧等离子体碰撞，则因为电弧:故急剧冷却，所以温 度下降，电弧等离子体的电阻变大，同时因为被冷却，所以等离子体内的 离子与电子再结合，由此电流载流子减少，电阻急剧增大。因此，导通电 压急剧上升，表现出限流作用。
具体的结构，如示于图10 (从"电工手册(第6版)"p.756引用)， 对故障电流进行检测而以高速(半个周期 1个周期)进行断路工作。工作 时间，与VCB等相比为1/10以下，与大型的GCB(气体断路器)相比， 以按照近2位的程度比其快地进行工作。这是由可动部的质量小、驱动机 构的力大而实现的。多在家庭、工厂中采用，被称为"No Fuse Breaker" (无熔丝断路器NFB)，安装于用电侧。NFB，内置有故障检测电路，具 有对从漏电到短路故障等的大电流进行检测并进行断路的能力。还有， NFB，能够得到电压达AC600V的机型。在更高电压中一般采用VCB。专利文献1特开2002-325355号公报(图12 )非专利文献1电学会技术报告第1053号"对限流断路器的要求规 格与评价方法"，故障检测技术调查专门委员会编，从20(^年5月的p. 8 引用，原论文为，市川等，"6.6kV配电线路用电弧驱动型限流断路器的现 场试验"平成13年电学会B部门大会，No.34非专利文献2电学会技术报告第1053号"对限流断路器的要求规 格与评价方法，，，故障检测技术调查专门委员会编，从2006年5月的p, 9 引用，原报告为，电学会技术报告第850号"故障电流抑制用限流装置的 应用技术与分析评价"，p.4， 2001年
10

发明内容
本发明的目的，在于提供提高限流性能、并可以实现装置的小型化、 成本降低的限流断路器。
在本申请中所公开的发明为了解决前述问题而主要为以下的构成。
本发明的一个方面所涉及的限流断路器，具备以串联方式连接的第 1及第2机械开关，互相并联地连接于前述第1机械开关的两端间的第1 二极管、第1浪涌电压保护电路及第1限流阻抗器，和互相并联地连接于 前述第2机械开关的两端间的第2 二极管、第2浪涌电压保护电路及第2 限流阻抗器；前述第l及第2二极管的阳极彼此相连接，该阳极连接点连 接于前述第1及第2机械开关的连接点。前述第1及第2机械开关也可以 用NFB型高速4几械开关构成。
在本发明中，也可以构成为将前述第1及第2 二极管连接于前述第 l及第2机械开关的布线，包含电阻相对高的布线材料。或者，也可以构 成为在将前述第1及第2 二极管连接于前述第1及第2机械开关的布线 中插入电阻相对高的电阻体。
本发明的其他方面所涉及的限流断路器，具备以串联方式连接的笫
1及第2机械开关， 一端和另一端分别连接于前述第1机械开关的并非为 与前述第2机械开关的连接点的一方的一端和前述第2机械开关的并非为 与前述第l机械开关的连接点的一方的一端的限流阻抗器，和互相并联地 连接于前述第2机械开关的两端间的二极管及浪涌电压保护电路。
本发明的另外方面所涉及的限流断路器，具备以串联方式连接的笫 1及第2机械开关，和互相并联地连接于前述第1及第2机械开关的一方 的机械开关的两端间的二极管、浪涌电压保护电路及限流阻抗器。
本发明的另外方面所涉及的限流断路器，以具备以串联方式连接的 第1及第2机械开关， 一端和另一端分别连接于前述第1机械开关的并非 为与前述第2机械开关的连接点的一方的一端和前述笫2机械开关的并非 为与前述第l机喊开关的连接点的一方的一端的限流阻抗器，和互相并联 地连接于前述第2机械开关的两端间的二极管及浪涌电压保护电路的构成
ii为一个单元；将多个前述单元串联连接所构成。
在本发明中，也可以构成为前述第l及第2机械开关的至少其一收 置于具有电子吸收能力相对高的气体的容器。
在本发明中，也可以构成为前述第l及第2机械开关、前述二极管、 前述浪涌电压保护电路之中的至少其一收置于具有电子吸收能力相对高的 气体的容器。
在本发明中，也可以构成为在前述容器中，具备使得来自前述第1 及第2机械开关的电弧等离子体不相接触的壁。或者，也可以构成为前 述容器，具备当收置于前述容器的前述机械开关成为开状态时敞开的窗。 在本发明中，前述容器内的气压，设定得比大气压高。
在本发明中，也可以从前述限流断路器去除前述限流阻抗器而构成断 路器。在该情况下，不必在第1、第2机械开关的串联电路中以串联方式 设置断路开关。
若依照于本发明，则具备
以串联方式连接的第1及第2机械开关，
在前述第l机械开关的两端间连接的第l二极管、或第l二极管与第 1浪涌电压保护电路的并联电路，和
在前述第2机械开关的两端间互相并联连接的第2二极管、或第2二 极管与第2浪涌电压保护电路的并联电路；
前述第1及第2 二极管的阳极彼此相连接或阴极彼此相连接，该连接 点连接于前述第1及第2机械开关的连接点；
在电流的流向为前述第l二极管的正向电流方向的情况下，使前述第 l机械开关打开，其后，在电流方向发生反向之后，使前述第2机械开关 打开；
在电流的流向为前述第2二极管的正向电流方向的情况下，使前述第 2机械开关打开，其后，在电流方向发生反向之后，使前述第l机械开关 打开。
在本发明中，与前述机械式开关的触点相连接的导体的至少一部分以 绝缘盖所覆盖。在本发明中，以遮蔽盖覆盖前述绝缘盖的、对应于前述机械式开关及 电弧等离子体产生区域侧的面。
若依照于本发明，则提供下述断路器，其具备以串联方式连接的第 1及笫2机械开关，
连接于前述第1机械开关的两端间的第1二极管、或第1二极管与第 l浪涌电压保护电路的并联电路，和
连接于前述第2机械开关的两端间的第2 二极管、或第2 二极管与第 2浪涌电压保护电路的并联电路；
前述第1及第2 二极管的阳极彼此相连接或阴极彼此相连接，该连接 点连接于前述第1及笫2机械开关的连接点；
与串联连接的前述第1及第2机械开关并联地具备开关与超导限流器 (SC FCL)的串联电路。
若依照于本发明，则提供下述断路器，其具备以串联方式连接的第 l及第2机械开关，
连接于前述第1机械开关的两端间的第1二极管、或第1限流阻抗器 和第1浪涌电压保护电路的至少一方与第1二极管的并联电路，和
连接于前述第2机械开关的两端间的第2 二极管、或第2限流阻抗器 和第2浪涌电压保护电路的至少一方与第2二极管的并联电路；
前述第1及第2 二极管的阳极彼此相连接或阴极彼此相连接，该连接 点连接于前述第1及第2机械开关的连接点。
若依照于本发明，则提供下述断路器，其具备以串联方式连接的第 1及第2机械开关，和
在前述第1及第2机械开关的一方的机械开关的两端间互相并联连接 的二极管、或浪涌电压保护电路和限流阻抗器的至少一方与二极管的并联 电路。
若依照于本发明，则提供下述断路器，其以具备以串联方式连接的 第1及第2机械开关，
一端和另一端分别连接于前述第l机喊开关的并非为与前述第2才几械 开关的连接点的一方的一端和前述第2积械开关的并非为与前述第1,开关的连接点的一方的一端的限流阻抗器，和
在前述第2机械开关的两端间互相并联连接的二极管及浪涌电压保护 电路的构成为一个单元；
将多个前述单元串联连接。
若依照于本发明，则在电流的流向为前述第l二极管的正向电流方向 的情况下，使前述第l机械开关打开，其后，在电流方向发生反向之后， 使前述第2机械开关打开；
在电流的流向为前述第2二极管的正向电流方向的情况下，使前述第 2机械开关打开，其后，在电流方向发生反向之后，使前述第l机械开关 打开。
若依照于本发明，则可以提高限流性能，并实现装置的小型化、成本 降低。


图l是表示本发明的第1实施方式的构成的图。 图2是表示本发明的第2实施方式的构成的图。 图3是表示本发明的第3实施方式的构成的图。 图4是表示本发明的第4实施方式的构成的图。 图5是表示本发明的第5实施方式的构成的图。 图6是表示本发明的笫6实施方式的构成的图。
图7是表示现有的电弧驱动式限流断路器的构成的图(电学会技术报 告第1053号"对限流断路器的要求规格与评价方法"，故障检测技术调查 专门委员会编，从2006年5月的p. 8引用，原论文为，市川等，"6.6kV 配电线路用电弧驱动型限流断路器的现场试验"平成13年电学会B部门 大会，No. 342)。
图8是表示现有的复合半导体方式的限流断路器的构成的图(电学会 技术报告第1053号"对限流断路器的要求规格与评价方法"，故障检测技 术调查专门委员会编，从2006年5月的p. 9引用，原报告为，电学会技 术报告第850号"故障电流抑制用限流装置的应用技术与分析评价"，p. 4，
142001年)。
图9是表示空气自动断路器的消弧装置的构成的图(电学会编"电工 手册(第6版)"p. 755，从2001年引用)。
图10是表示电磁操作空气自动断路器的消弧装置的构成的图(从"电 工手册(第6版)"p. 756引用)。
图11是表示本发明的第7实施方式的构成的图。
图12是表示二极管的V-l特性与机械开关的导通电压的关系的图。
图13是表示本发明的第8实施方式的构成的图。
图14是对本发明的第8实施方式的控制工作进行说明的图。
图15是表示本发明的第9实施方式的构成的图。
图16是对NFB (实物)构成进行说明的图。
图17是表示本发明的第9实施方式的构成的图。
图18是表示本发明的第10实施方式的构成的图。
符号的说明
l(h、 102 高速机械开关(NFB型高速机械开关)
11, 112 二极管
12, 、 122浪涌电压保护电路
13, 、 132 限流阻抗器
14控制电路、故障检测电路 15密封容器
16 高耐压断路开关
17 高速开关
18 SC FCX 20、 26 电缆 21 一几械开关 22铜片
23绝缘盖 24、 25 触点 27 永久磁纟失28绝缘外壳
29遮蔽盖支持部
30 遮蔽盖
具体实施例方式
关于上述的本发明参照应当详细地叙述的附图在以下进行说明。 实施方式1
图1，是表示本发明的一实施方式的构成的图。若对图l进行参照， 则本实施方式，为采用了半导体器件与才几械开关双方的复合型半导体限流 断路器。以串联方式连接高速机械式开关(10,、 102)，并在高速机械式开 关(10,、 102)的各自的两端间，并联连接二极管(11，、 112)、浪涌电压 保护电路(12,、 122)、限流阻抗器(13!、 132)。 二极管(ll,、 112)阳极 彼此相连接，阳极连接点连接于高速机械式开关的连接点。虽然并不特别 限制，但是在本实施方式中，高速才几械式开关(10，、 102),分别以NFB 型高速机械式开关所构成。
图1的本实施方式，与图8的构成在以下方面不同。
具备并非为VCB、而为串联连接的高速机械式开关10。
并且，作为半导体器件，代替SCR、 GTO，以分别使阳极彼此相连接 的方式使用二极管11。
在本实施方式中，通过采用高速枳械开关，在产生故障之后，iiX限 流工作的时间变短。作为半导体开关若采用SCR，则在进行电流断路而进 入限流工作时，必须在工作开始后等待直至下一零电流。另一方面，机械 开关以高速进行工作，且也已知在已有产品中为从半个周期到l个周期， 在专用的机械开关中为200ps (微秒)。
在利用SCR等的非自消弧型元件的情况下，才几械开关的打开工作，不 必为半个周期以下的时间。在限流断路器中，已经达到该值。
因为在VCB、 GCB ( Generator Circuit Breaker,发电机断路器)中， 打开工作的时间，需要例如从0.1秒到l.O秒左右，所以从检测到故障电流 到开关变成开的时间，为从几个周期到几十个周期，故障电流增大，对构成电力网的设备产生热、机械性损伤。
在本实施方式中，通过利用高速机械开关，使限流的高速性比示于图
8的现有的复合型半导体方式的限流断路器进一步提高。限流断路器内置 对故障电流进行检测的传感器，自动进行开关的打开工作。已有产品NFB， 可以应对直到AC600V的电压，为了应对更高电压，将它们多个串联相连 接。
在本实施方式中，如前述地，作为半导体开关，代替GTO、SCR、IGBT， 具备二极管ll。虽然二极管只有整流作用，但是通过成为如图1的构成而 进行限流。二极管，在为正向电压VF以下时，并无电流流通。二极管的 截止时电阻(漏电流)，与高速机械开关(NFB)等金属触点开关相比，较 大。
在图8的现有构成中，因为若相对于半导体开关并不施加触发信号则 电流不流通，所以通常时的电流为零。如本实施方式地，即使采用二极管， 也能够使截止时的电流几乎为零。图12，为二极管的V-I特性图。如示于 图12地，选择正向电压VF比机械开关的触点电压(导通电压Vra)高的 二极管。若二极管的阳极阴极间的施加电压超过VF，则电流流通。在机 械开关的导通电压Vm为Vm〈VF的情况下，在通常工作时，在二极管中 并无电流流通。即，能够显著抑制二极管的劣化、省去二极管的散热措施 等。在正向电压VF低的情况下，也可以在二极管侧的布线中利用电阻高 的材料(例如，不锈钢等)进行布线、串联地插入电阻。在该情况下，从 NFB的触点电压按高电阻的电压下降量所降压的电压，被施加于二极管。
接下来，对本实施方式中的故障时的工作进行说明。若检测到故障电 流，则高速机械开关打开。因为高速机械开关的电弧电压比VCB等高， 所以在其自身也显现出限流作用，电流从高速机械开关10侧向二极管11 侧换向。虽然在图8的构成的情况下必须施加触发信号，但是在图l的构 成的情况下，二极管自动地开始换向。从而，本实施方式，能提高系统整 体的可靠性。
本实施方式中的换向时间，比采用有VCB的图8的现有构成快1位 以上。原因有2个。第1原因，因为二极管的正向电压(0.6V左右)，与SCR、 GTO等的 导通电压(从2,5V到3.0V)相比为几分之一。
第2原因，因为针对电弧电压而言，(空气自动断路器) 一方比VCB 高l位以上。
在本实施方式中，与图8的构成相比，电流快速地换向。但是，因为 是交流电路，所以换向只在二极管A (11!)、 二极管B (112)中的任一方 发生。因为在发生了换向的高速机械开关中电流变成零，电极打开期间的 电弧等离子体进行消弧，所以电极间的绝缘电压恢复。
接下来，若经过半个周期的时间，则电流的流向发生反向。于是，在 发生了换向的二极管中，因为电流的流向相反，所以没有电流流通，其结 果为，因为全部的电流在并联连接于发生了换向的二极管的限流阻抗器中 流通，所以开始限流。而且，在未发生换向的二极管侧，也同样地，开始 从高速机械开关向二极管换向，在接下来的半个周期中，同样地，因为全 部的电流流过限流阻抗器，所以限流完全开始。
在本实施方式中，因为没有如图8的现有构成那样的半导体开关的触 发电路，所以可以实现可靠性的提高、成本的降低。电力用半导体器件的 成本，若使电压与电流分别对应于相同的值、以二极管的成本为1，则SCR 为10， GTO、 1GBT为30左右。因此，本实施方式，可以实现成本的降 低。另一方面，示于图8的限流断路器，为高成本。
实施方式2
图2，是表示本发明的第2实施方式的构成的图。若参照图2，则仅相 对于高速机械开关102而设置二极管B (112 )。虽然并不特别限制，但是在 本实施方式中，高速才几械式开关(10" 102)，分别以NFB型高速机械式 开关所构成。
关于第2实施方式的工作进行说明。通常时，电流流过高速机械开关 10i、 102,而在二极管B(112)中并无电流流通(或者漏电流)。即，与图 1的第1实施方式相同。
若检测到故障电流，则2个高速机械开关10" 102变成开状态，在高 速机械开关的电极间产生电孤等离子体。在该时刻的电流的流向为B方向的情况下，电流向二极管B (112)换向，与二极管B (112)并联连接的高 速机械开关102的电极间的电弧等离子体进行消弧。
接下来，若经过半个周期的时间，则电流的流向发生反向，在图2中， 变成以电流的流向A表示的流向。于是，在发生了换向的二极管B (112) 中并无电流流通。由此，串联连接于二极管B (112)的高速才城开关10, 的电极间的电弧等离子体进行消弧，在电极间恢复绝缘。因为全部的电流 都在连接于发生了换向的二极管B (112)的限流阻抗器13中流通，所以 开始限流。
同时，然后，因为若再经过半个周期，则2个高速机械开关10,、 102， 都成为开状态而电极间也完全恢复绝缘，所以电流完全流过限流阻抗器 13。因此限流完全开始。
实施方式3
在示于图2的例中，高速机械开关10" 102串联连接，对高速机械开 关10，并未连接二极管，所以能够成为可进行完全的断路的电路。将此， 作为第3实施方式示于图3。
在示于图3的构成中，在通常运行时，与图l、图2相同。若检测到 故障电流，则高速机械开关l(h、 102变为开状态。然后，在电极间产生电 弧等离子体。而且，若电流的流向为B方向，则电流向二极管B (112)换 向。当相反时，等待半个周期。然后，高速机械开关的电极间的电弧等离 子体消弧，电流流过限流阻抗器132，开始限流。虽然并不特别限制，但 是在本实施方式中，高速机械式开关(10,、 102)，分别以NFB型高速机 械式开关所构成。
接下来，若经过半个周期的时间，则电流的流向发生反向，在图3中， 电流的流向变成A方向。于是，在发生了换向的二极管B (112)中，因为 电流的流向相反，所以并无电流流通。全部的电流流过限流阻抗器132。 因此，电流值大幅度减少。然后，电流流过高速4几械开关It)"
因为在机械开关中也具有断路功能，所以若未流通大电流，则能够使 电流在下一零点被断路。
在图3的电路中，因为电流完全被断路，所以从限流工作开始就完成故障时的断路。
在采用高速机喊开关(已有产品)(600V以下)的情况下，为了应对 高电压，采取下述的方法。
以图1及图2的构成为一个组，将其串联连接。此时，限流阻抗器13 也分开而连接于各自的开关。在图4表示构成例。但是，在图4并未图示 对故障电流进行检测的传感器、控制系统等。
实施方式4
在示于图4的实施方式中，若串联连接高速机械开关，则因为通过其 自身的电弧等离子体的阻抗而具有限流作用，所以即使是高压时也能够实 现有效的限流作用。串联连接2个具备有具备限流功能的高速机械开关的 单元，与l个单元相比，限流性能变为2倍。即，在示于图4的实施方式 中，连接多个单元，来应对高电压。若高速机械开关部成为开状态，则相 应地就能够实现大的限流作用。因为当串联连接多个单元时，限流阻抗器 对各个单元的电压进行分割，所以必须对此进行考虑而进行设计。
在示于图2~图4的实施方式中，若电流的流向为流向B，则机械开关 102立即为开状态，电流向二极管换向，所以触点不受损伤。从电流的流向 发生反向之后打开机械开关10,，此时，因为并无电流流通，所以机械开 关10,也不损伤触点。在必须进行限流断路时，当电流的流向为流向A时， 等待半个周期而变成电流的流向B之后，进行上述的工作。
实施方式5
图5，是表示本发明的第5实施方式的构成的图。在示于图5的例中， 将高速才;L^开关l(h、 102置于密封容器15，将六氟化硫气体(SF6)、氮气 等的电子吸收能力强的气体封入于密封容器15。提高未产生电弧等离子体 时的电绝缘性，并当电弧等离子体产生时，电弧电压变高，4吏机械开关自 身的限流作用较大而缩短向二极管的换向时间。封入于密封容器15的电子 吸收能力相对较强的气体，包括氟利昂类气体、氢气、氩气之一，或氟利 昂类气体、氢气、氩气之中的几种的混合气体。虽然并不特别限制，但是 在本实施方式中，高速机械式开关(l(h、 102)，分别以NFB型高速机械 式开关所构成。
20实施方式6
图6，是表示本发明的第6实施方式的构成的图。如示于图6地，还 可以包括二极管11及浪涌电压保护电路12部分，将它们封入于密封容器 15。
密封容器15，因为当限流时、内部压力由于电弧等离子体的产生而升 高，所以必须带安全阀。并且，容器材料可以采用绝缘物。因为内部压力 升高，所以采用例如圆柱状的密封容器。
因为SF6气体比空气重，所以若将设置于内部的高速机械开关10设 置于容器的底部(-与重力的方向相反侧的底部)，则即使密封容器因某种 原因漏气，高速机械开关10处于SF6气体中的概率也高。也可以如GCB (generator circuit breaker,发电机断路器)地，预先对内部压力进行加 压。具有开关的电弧电压提高(=限流性能的提高)与断路能力提高(= 在电流零点的断路能力的提高)的优点。但是，必须以不锈钢等制作容器， 使其耐压力。
若在密封容器15封入高速机械式开关10，、 102，则在密封容器15内 部产生的电弧等离子体有2种。若2种电弧等离子体互相接触，则有可能 以该部分电连接。
在本实施方式中，将收置高速机械式开关10,、 102的密封容器15分 成两部分或在容器内部设置分隔壁，以使得电弧等离子体不相接触的方式 使得电弧等离子体从高速机械式开关l(h、 102排出的方向不同。
并且，也可以在密封容器15设置窗，使得电弧等离子体吹向窗，若高 速机械开关变成开状态，则窗也敞开。通过为该构成，使得密封容器15 内的压力不会升高。
并且，若预先使密封容器15内的压力比大气压高，则因为向电弧等离 子体吹送SF6气体，所以电弧等离子体变得容易消孤，4吏限流工作可靠。 虽然并不特别限制，但是在本实施方式中，高速M式开关(IO,、 102)， 分别以NFB型高速机械式开关所构成。
实施方式7
图11，是表示本发明的另外的实施方式的构成的图。若参照图11，则在本实施方式中，在图2的构成中，具备与以串联方式连接的高速才;i^式
开关IO,、 102以串联方式连接的高耐压断路开关16。高耐压断路开关16， 包括VCB( vacuum circuit breaker,真空断路器)或GCB( generator circuit breaker,发电机断路器)。高耐压断路开关16在限流结束之后，相应于需 要成为开状态，使流过电路的电流为零。 实施方式8
图13，是表示本发明的另外的实施方式的构成的图。若参照图13,则 该实施方式，从示于图1的实施方式的构成，去掉限流阻抗器13,、 132而 构成。当在电力网发生故障时，存在与限流相比更希望断路的情况(或者， 本来就要求断路)。通过从图1的构成去掉限流阻抗器13，、 132而能够进 行断路作用。如果机械开关lOi、 102的电极间电弧消失，使耐压恢复，且 二极管lll、 112能够应对反向耐压，则不用并联地插入限流阻抗器13,、 132，而能够将电路断路。同样地，在前述各实施的方式中，通过从电路构 成中去除限流阻抗器，能够实现断路作用。在该情况下，不用设置图11 的断路开关(VCB等)。
在图13中，也可以使开关为开状态的时间根据电流的流向而可以改 变。在图14、图13中，电流的流向以箭头表示。
若为电流的流向A，则使高速开关A为开状态。然后，在延迟半个周 期之后使高速开关B为开状态。由此，使高速开关B的触点间的劣化、损 伤减少。
若为电流的流向B，则使高速开关B为开状态。然后，在延迟半个周 期之后使高速开关A为开状态。由此，使高速开关A的触点间的劣化、损 伤减少。从并联连接于流通有正向电流的二极管的一方的开关开始使之为 开状态，之后，使另一方开关为开状态。
实施方式9
图15，是表示本发明的另外的实施方式的构成的图。图15 (A)为侧 视图，图15 (B)为从上看的俯视图。电流沿铜片22流通。当断路时，在 触点24、 25间产生电弧等离子体。通过永久磁铁27与流过电弧等离子体 的电流而产生电磁力。此力，作用于电弧等离子体从触点间离开的方向。因为电弧等离子体的电流方向由二极管的连接朝向确定，所以由此确定永
久磁铁27的NS极。NFB，因为电流流通的铜片22露出(暴露于外部空 气)，所以以绝缘盖23覆盖其表面。或者，使铜片通过绝缘外壳28的下侧。 对永久磁铁27，连接未图示的磁路。
在图16中，表示NFB之一例。整体收置于绝缘外壳中，机械开关具 备可动部(可开关部)与固定部，开关机构部，具备用于可动部驱动的开 关弹簧部。为了使电弧等离子体消孤，有时也采用栅格(grid)。但是在栅 格材料为铁等的金属的情况下，断路能力因高电压而下降。因此，未包括 于图16的构成中。若在可开关部与固定部之间产生电弧等离子体，则由于 金属的熔融、绝缘外壳的切削等造成的污损，也成为绝缘性降低的原因。 即，由于断路时产生的电弧等离子体而使绝缘外壳28的表面污损。由此， 为了防止绝缘电压下降，在本实施方式中，如示于图17地，在绝缘外壳 28的表面配置遮蔽盖30。虽然并不特别限制，但是遮蔽盖30通过遮蔽盖 支持部29安装于绝缘外壳28。通过遮蔽盖30,可避免由断路时产生的电 弧等离子体引起的绝缘外壳28表面的污损。该结果为，能够避免绝缘外壳 28沿面的绝缘电压的降低。
实施方式10
近来，利用了超导现象的限流器的开发正在t艮中。例如，在美国DOE (能源部)，将电力相关的超导设备作为最优先项目而提出。超导限流器的 原理是由于超导体从超导状态转变成常导(通常导体)状态而阻抗增大， 由此对流过电路的电流进行限制，但是不能断路。从而，为了使其与断路 器相组合，可利用图18的电路。具备分别并联连接于阳极彼此相连接的 二极管A与二极管B的浪涌电压保护电路12，、 122和高速开关(机械开关) A、 B(1(V 102)，在二极管A与二极管B的阴极间，与串联连接的高速 开关A、 B(l(h、 102)并联地，连接有高速开关C与超导限流器(SCFCL: Supercon ducting Fault Current Limiter，超导故障限流器)18的串联电路。
作为运转方式，高速开关A、 B、 C总是导通，超导限流器(SCFCL) 18也在正常工作时为超导状态，为极低阻抗状态。因此，电流基本上在 SCFCL18中流通，而不流过高速开关A、 B侧。当故障时，使SCFCL18转变成常导状态，使阻抗较大同时使高速开 关C为开状态。于是，电流向高速开关A、 B侧换向。之后的断路运转方 法，如上所述。通过本实施方式的构成，能够将SCFCL组装于断路器。
在图1、图13等中，也可以使二极管(11,、 112)的阴极彼此连接， 并将该连接点连接于高速机械式开关的连接点。并且，也可以为省略掉浪 涌电压保护电路的构成。在图1 图6等的断路器中，也可以为省略掉限流 阻抗器的构成。
以上，虽然对本发明就上述实施方式进行了说明，但是本发明并非仅 限于上述实施方式的构成，在本发明的范围内当然包括技术人员可得到的 各种变形、修改。
权利要求
1. 一种断路器，其具备以串联方式连接的第1及第2机械开关；和连接于前述第1及第2机械开关的至少一方的两端间的二极管、或二极管与浪涌电压保护电路的并联电路。
2. 按照权利要求l所述的断路器，其具备连接于前述第1机械开关的两端间的第1二极管、或第1限流阻抗器 和第1浪涌电压保护电路的至少一方与第1二极管的并联电路；和连接于前述第2机械开关的两端间的第2二极管、或第2限流阻抗器 和第2浪涌电压保护电路的至少一方与第2二极管的并联电路；前述第1及第2 二极管的阳极彼此相连接或阴极彼此相连接，该连接 点连接于前述第1及第2机械开关的连接点。
3. 按照权利要求l所述的断路器，其具备在前述第1及第2机械开关的一方的机械开关的两端间，相互并联地 连接的二极管、或浪涌电压保护电路和限流阻抗器的至少一方与二极管的 并联电路。
4. 按照权利要求l所述的断路器，其中以下述构成为一个单元，将多个前述单元串联连接，所述构成具备 连接于前述第2机械开关的两端间的二极管、或二极管与浪涌电压保护电 路的并联电路。
5. 按照权利要求2所述的断路器，其中在电流的流向为前述第l二极管的正向电流方向时，使前述第l机械 开关为开状态，其后，在电流方向发生反向之后，使前述第2机械开关为 开状态；在电流的流向为前述第2二极管的正向电流方向时，使前述第2机械 开关为开状态，其后，在电流方向发生反向之后，使前述第l机械开关为 开状态。
6. —种断路器，其具备以串联方式连接的第1及第2机械开关；连接于前述第1机械开关的两端间的第1二极管、或第1二极管与第 1浪涌电压保护电路的并联电路；和在前述第2机械开关的两端间，相互并联地连接的第2二极管、或第 2 二极管与第2浪涌电压保护电路的并联电路，前述第1及第2 二极管的阳极彼此相连接或阴极彼此相连接，该连接 点连接于前述第1及第2机械开关的连接点；在电流的流向为前述第l二极管的正向电流方向时，使前述第1^0^ 开关为开状态，其后，在电流方向发生反向之后，使前述第2机械开关为 开状态；在电流的流向为前述第2二极管的正向电流方向时，使前述第 开关为开状态，其后，在电流方向发生反向之后，使前述第l机械开关为 开状态。
7. 按照权利要求6所述的断路器，其中与前述机械式开关的触点相连接的导体的至少一部分被绝缘盖所覆盖。
8. 按照权利要求7所述的断路器，其中以遮蔽盖覆盖前述绝缘盖的、对应于前述机械式开关及电弧等离子体 产生区域侧的面。
9. 一种断路器，其具备以串联方式连接的第1及第2机械开关；连接于前述第1机械开关的两端间的第1二极管、或第1二极管与第 1浪涌电压保护电路的并联电路；和连接于前述第2机喊开关的两端间的第2二极管、或第2二极管与第 2浪涌电压保护电路的并联电路，前述第1及第2 二极管的阳极彼此相连接或阴极彼此相连接，该连接 点连接于前述第1及第2机械开关的连接点；具备与串联连接的前述第l及第2机械开关并联的、开关与超导限 流器的串联电路。
10. —种断路器，其具备以串联方式连接的第1及第2机械开关；在前述第1机械开关的两端间，互相并联连接的第1二极管、第1浪 涌电压保护电路及第1限流阻抗器；和在前述第2机械开关的两端间，互相并联连接的第2二极管、第2浪 涌电压保护电路及第2限流阻抗器，前述第l及第2二极管的阳极彼此相连接，该阳极连接点连接于前述 第1及第2机械开关的连接点。
11. 按照权利要求10所述的断路器，其中分别将前述第1及第2 二极管连接于前述第1及第2机械开关的布线， 包含电阻相对较高的布线材料。
12. 按照权利要求10所述的断路器，其中对分别将前述第1及第2 二极管连接于前述第1及第2机械开关的布 线插入有电阻相对较高的电阻体。
13. 按照权利要求l所述的断路器，其具备限流阻抗器，其一端和另一端分别连接于前述第l才几械开关的并非为 与前述第2机械开关的连接点的一端和前述第2机械开关的并非为与前述 第l机械开关的连接点的一端；和在前述第2机械开关的两端间，互相并联连接的二极管及浪涌电压保 护电路。
14. 按照权利要求l所述的断路器，其具备在前述第1及第2机械开关的一方的机械开关的两端间，互相并联连 接的二极管、浪涌电压保护电路及限流阻抗器。
15. 按照权利要求l所述的断路器，其中以下述构成为一个单元，将多个前述单元串联连接，所述构成具备 限流阻抗器，其一端和另一端分别连接于前述第l机械开关的并非为与前述第2机械开关的连接点的一端和前述第2才几械开关的并非为与前述第l机械开关的连接点的一端；和在前述第2机械开关的两端间，互相并联连接的二极管及浪涌电压保护电路。
16.按照权利要求l所述的断路器，其中前述第1及第2机械开关的至少一个收置于具有电子吸收能力相对较 高的气体的容器。
17，按照权利要求l所述的断路器，其中前述第1及第2积械开关、前述二极管、前述浪涌电压保护电路之中 的至少一个收置于具有电子吸收能力相对较高的气体的容器。
18. 按照权利要求l所述的断路器，其中前述第1及第2机械开关的至少一个收置于具有电子吸收能力相对较 高的气体的容器，在前述容器中，具备使得来自前述第l及第2机械开关的电弧等离子 体不相接触的壁。
19. 按照权利要求16所述的断路器，其中前述容器，具备当收置于前述容器的前述才几械开关成为开状态时敞开 的窗。
20. 按照权利要求16所述的断路器，其中 前述容器内的气压设定得比大气压高。
21. 按照权利要求17所述的断路器，其中前述电子吸收能力相对较高的气体，包括氟利昂类气体、氢气、氩气 之中的一种或氟利昂类气体、氢气、氩气之中的多种的混合气体。
22. 按照权利要求l所述的断路器，其中具备相对于前述第1及第2机械开关的串联电路以串联方式连接的断 路开关；前述断路开关在限流完毕之后被设定为开状态。
23. 按照权利要求l所述的断路器，其中前述第1及第2机械开关，包括无熔丝断路器型机械开关。
24. 按照权利要求22所述的断路器，其中前述断路开关，包括VCB或GCB，其中，VCB为vacuum circuit breaker,即真空断路器，GCB为generator circuit breaker,即发电才几断路器。
25. —种断路器，其通过从权利要求10所述的断路器中去除前述限流 阻抗器而构成。
26. 按照权利要求25所述的断路器，其中不对前述第1及第2 W^开关的串联电路以串联方式设置断路开关而 实现断路作用。
全文摘要
本发明涉及断路器。其提高限流性能，并可以实现装置的小型化、成本的降低。具备以串联方式连接的第1及第2机械开关(10₁，10₂)，互相并联地连接于第1机械开关的两端间的第1二极管(11₁)、第1浪涌电压保护电路(12₁)及第1限流阻抗器(13₁)，和互相并联地连接于前述第2机械开关的两端间的第2二极管(11₂)、第2浪涌电压保护电路(12₂)及第2限流阻抗器(13₂)；前述第1及第2二极管的阳极彼此相连接，连接于前述第1及第2机械开关的连接点。
文档编号H02H9/02GK101505054SQ20081013136
公开日2009年8月12日 申请日期2008年8月6日 优先权日2008年2月7日
发明者山口作太郎 申请人:Y.Y.L株式会社