爆破技術的作動手段を備えた短絡装置

专利摘要:
低コストの高速短絡が可能であると共に高い通電容量を備えている短絡装置を提供する。 この短絡装置は、開閉室内に配置されていてかつ接触機構を介する電流の流れを遮断している遮断位置および接触機構を介する電流の流れを可能にする通電位置を有する接触機構と、接触機構を遮断位置から通電位置へ移行させるための爆破技術による駆動装置（１０）とを備えた電気モジュールの電気的橋絡のための短絡装置（１）であって、上記の開閉室が、真空密にされた真空開閉室（２）であることを特徴としている。
公开号:JP2011510440A
申请号:JP2010542595
申请日:2009-01-06
公开日:2011-03-31
发明作者:キューベル、トーマス；シュテルツァー、アンドレアス；ツェンクナー、アンドレアス；ドルン、イエルク；ブルガー、イエンス；レンツ、ローマン
申请人:シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ；
IPC主号:H01H39-00

专利说明:

[0001] 本発明は、開閉室内に配置されていて電流の流れを遮断する遮断位置と電流の流れを可能にする通電位置とを有する接触機構と、その接触機構を遮断位置から通電位置へ移行させるための爆破技術（パイロテクニック）による駆動装置とを備えた、電気モジュールの電気的橋絡のための短絡装置に関する。]
[0002] さらに、本発明は、電気的接続手段を介して直列回路を構成するように互いに接続されたパワー半導体モジュールを備え、かつ各パワー半導体モジュールには、それぞれのパワー半導体モジュールを橋絡するための短絡装置が付設されている、送配電分野における電流変換装置に関する。]
背景技術

[0003] このような短絡装置は既に公知である（例えば、特許文献１参照）。この公知の短絡装置は、低電圧または中電圧領域における電気エネルギー供給線路の相短絡のために用いられる。短絡装置によって、故障時に障害アークの発生を阻止しようとするものである。この目的のために、電気エネルギー供給線路の各相が短絡されることにより、障害アークからエネルギーが取り去られて、最終的に障害アークが消弧される。短絡装置を作動するために、光化学反応能力のあるガスを満たされた反応室が用いられる。その光化学反応の際に爆発的に解き放たれる反応エネルギーによって、短絡装置の接触部が閉成される。その光化学反応は、光導波路を通して反応室内に障害アークの光が入射することによって開始される。]
[0004] 爆破技術による駆動装置を有する他の短絡装置も公知である（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。]
[0005] 真空開閉器用の高速の駆動装置が公知である（例えば、特許文献５参照）。この駆動装置は、電気開閉器を含んでおり、その電気開閉器の閉成によってエネルギー蓄積器が短絡される。このようにして液体が加熱され、この液体の爆発的に発生する気化ガスが、真空開閉器を閉成する。この液体気化は、爆破技術による駆動装置とは異なり、繰り返し利用することが可能である。]
[0006] 冒頭に述べたような電流変換装置は公知である（例えば、特許文献６参照）。この公知の装置はパワー半導体モジュールの短絡のために設けられている。そのパワー半導体モジュールは、例えば直列に接続されていて、コンバータの相モジュールを構成している。そのコンバータは、交流電流から直流電流への変換、またはその逆の変換のために用いられる。１つのパワー半導体モジュールが故障したときに、他の故障していないパワー半導体モジュールによるコンバータの運転を続行できるようにするために、故障したパワー半導体モジュールを橋絡（即ちバイパス）することが可能な短絡装置が設けられている。この短絡装置は、起爆装置と起爆装置によって移動可能な作動部とを有する、爆破技術による機械的要素を含む。]
[0007] 実際上、高電圧および中電圧の技術分野ではコンバータの広範囲に及ぶ損傷を効果的に制限するためには、できる限り短い時間でこのようなパワー半導体モジュールの短絡を行なわなければならないことが判明した。しかし、斯様な高速度が要求されるゆえに、従来技術においては、爆破技術による駆動装置では小さな質量しか移動できない。その結果、爆破技術で駆動される接触機構は、限られた通電容量しか持つことができない。この理由から、従来技術においては、並列接続された第２の接触部を閉成することとし、その並列の接触部の駆動装置を蓄勢ばね駆動装置としていた。この蓄勢ばね駆動装置は、爆破技術による駆動装置の作動時に、同様にその付勢力が開放されて作動する。しかし、並列接続されたこの接触部の閉成時間、即ち第２段階の閉成時間は、爆破技術的に駆動される開閉器の閉成時間よりも遅く、ミリ秒の範囲にある。しかし、第２段階の閉成によって必要な通電容量を達成することは可能である。ところが、この２段階式の閉成は、必然的に高いレベルの機械的な複雑さを伴う。さらに、空隙を保つことおよび機械的開閉器と爆破技術による開閉器とを並列した構造を設けなければならないことに起因して、そのための大きな占有スペースが要求される。また、２段階式開閉器では、１ミリ秒以下での完全閉成を達成することもできない。]
先行技術

[0008] 独国特許第１０２５４４９７号明細書
欧州特許出願公開第１２８２１４５号明細書
国際特許第９７／４１５８２号明細書
独国特許出願公開第１９９５５６８２号明細書
独国特許出願公開第１０３４５５０２号明細書
国際特許出願公開第２００７／０９５８７３号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0009] したがって、本発明の課題は、低コストな高速短絡が可能であると同時に高い通電容量を有する、冒頭に述べたような短絡装置および電流変換装置を提供することにある。]
課題を解決するための手段

[0010] 本発明は、この課題を、開閉室を真空状態にした真空開閉室とすることによって、解決する。]
[0011] 本発明の進歩性は、極めて迅速に作動する高電圧開閉器に高い通電容量を組み合わせるという２つの構成要素の結合にある。本発明によれば、爆破技術による駆動装置によって閉成することができる接触機構が、真空環境中に、例えば真空開閉器の真空開閉室の中に配置されている。真空中における接触機構の接触子間の距離は、遮断位置における接触子間の電圧が同じ場合には、大気中におけるよりも著しく僅かで済む。接触機構の接触子間の距離が小さくなればなるほど、接触機構の閉成時間が短くなる。従って、そのような接触子間の距離を、より小さくすることによって、接触子には、要求される閉成時間の範囲内で、例えば１ミリ秒以下のような閉成時間を犠牲にすることなしに、より大きな質量を持たせることができる。而して、より大きな質量を有する接触子は、より高い通電容量を持つので、第２の開閉段の並列投入は、本発明では不要となる。従って、本発明による短絡装置は、小型でかつ短い閉成時間および十分に高い通電容量を有するものとなる。]
[0012] さらには、爆破技術による駆動装置の作動には限られたエネルギーしか必要とされず、大きな力が接触機構に導入される。従って、本発明による装置は、長い耐用期間においても確実に動作するので、長年に亘って信頼性のあるスイッチングが可能となる。]
[0013] 爆破技術による駆動装置は、起爆装置および起爆装置によって移動可能な作動部を持つ爆破技術的な力伝達要素を有することが望ましい。この容器によって、例えば、並列接続された電気モジュールのための保護が実現される。この容器の壁は、爆発時または換言するならば作動時における爆破技術による駆動装置の容器またはその他の部分の破裂を回避するべく厚く形成するとよい。]
[0014] 本発明の有利な一実施形態によれば、接触機構が、接続部を介して機械的に作動部に接続されている少なくとも１つの可動接触子を有する。爆破技術による駆動装置の作動によって作動部が移動され、作動部の移動が接続部を介して接触機構の可動接触子に伝えられる。この場合に、各可動接触子は、例えば真空開閉室に固定して取り付けられた固定接触子と接触し、これにより接触機構を介しての電流の流れが可能となる。]
[0015] 本発明の、他の一実施形態によれば、可動接触子および作動部が長手方向に移動可能に案内されていて、可動接触子および作動部は、その長手方向に相前後して配置されている。爆破技術による駆動装置の作動によって、この作動部を通してストローク運動が行なわれる。例えば、ピンが前述の記長手方向に移動される。このストローク運動は、接続部を介して直接的に、接触機構における同様に長手方向に移動可能な可動接触子に伝えられる。その可動接触子および作動部の移動方向は、互いに一直線に並んでいる。換言すれば、それらは同一線上にある。この一直線配置によって、爆破技術によって発生させた運動エネルギーを接触機構の可動接触子に伝えるための接続部としては、簡単な低コストの縦方向接続部材、例えば剛体からなる押棒等で十分である。従って、接続部は、剛体からなる縦方向接続部材とすればよい。]
[0016] 真空開閉室および爆破技術による駆動装置を保持するために非導電性の保持枠を設けることが望ましい。この保持枠は、真空開閉室つまり真空開閉器と爆破技術による駆動装置との間の距離が、爆発時にも一定のままであるように設定される。爆破技術による駆動装置の作動によって発せられる運動エネルギーは、無駄に終わることなく、強固な保持構造によって、接触機構の閉成のみをもたらす。]
[0017] 爆破技術による駆動装置の開閉運動を始動させるために、電気的に作動可能な点火ユニットが設けられているとよい。電気的点火自体は公知であるので、ここではその詳細な説明は省略する。]
図面の簡単な説明

[0018] 図１は本発明による短絡装置の実施例の斜視図である。
図２は図１による短絡装置の下面図である。
図３は図１による短絡装置の側面図である。] 図１ 図２ 図３
実施例

[0019] 以下において、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明の他の適切な実施形態および利点を説明する。図において、同じ作用をする構成部分には同じ符号が付されている。]
[0020] 図１は本発明による短絡装置１の実施例を斜視図で示している。図示の短絡装置１は、真空開閉器２を有し、真空開閉器２の内部は、図示されていないが、真空化された真空開閉室となっている。その真空開閉器２の真空開閉室内では、真空開閉器２に固定的に接続された、図示されていない固定接触子と、同じく図示されていない可動接触子とが、長手方向３において向き合っている。可動接触子は、長手方向３に移動可能に案内されているので、駆動装置の運動、この場合には直線的運動を生じせしめ、それにより、可動接触子が固定接触子に対して押し当てられて、真空開閉器２を介しての電流の流れが可能になる。] 図１
[0021] 真空開閉室内部の真空を維持し、同時に可動接触子を移動可能に保持するために、金属ベローズ４が設けられている。金属ベローズ４は、真空密を保ちつつ可動接触子ボルトに固定されていて、その可動接触子ボルトの自由端にて可動接触子と接触している。その可動接触子から遠い側の可動接触子ボルトの端部が真空開閉器の外側に延び、ここですべり接触を介して可動接触子側固定部５に電気的に接続されており、その可動接触子側固定部５には、可動接触子側接続端子６が固定されている。]
[0022] 真空開閉器２の固定接触子は、真空開閉室内に突出している固定接触子ボルト７の端部に固定されている。固定接触子ボルト７は真空開閉器２の境界壁を貫通しており、かつ固定接触子から遠い側の固定接触子ボルト７の端部は、固定接触子側固定部８に電気的に接続されている。固定接触子側固定部８は、固定接触子側接続端子９を取り付けるために用いられる。]
[0023] 図１では不可視の可動接触子ボルトには、長手方向３においてそれに対向して、爆破技術による駆動装置１０が設けられている。その爆破技術による駆動装置１０は、２つの取付ねじ１１によって保持枠１２に強固に結合されている。保持枠１２は、非導電性であり、絶縁材料、例えばガラス繊維強化プラスチックからなる。真空開閉器２は、固定接触子ボルト７および固定用ナット１３によって保持枠１２に強固に結合されている。爆破技術による駆動装置１０は図示されていない作動部を含んでおり、この作動部は、爆発時に長手方向３に真空開閉器２へ向けて移動される。この構成では、作動部は、接続部１４を介して、可動接触子ボルトつまり真空開閉器２に、機械的に接続されているので、爆破技術による駆動装置１０の爆発によって発せられた運動エネルギーが、長手方向３に真空開閉器２の接触機構の可動接触子へと伝えられ、それによって、接触機構が遮断位置から通電位置へと移行させられる。従って、爆破技術による駆動装置１０の作動後には、真空開閉器２を介する電流の流れ、すなわち可動接触子側接続端子６から固定接触子側接続端子９への電流の流れが可能となる。爆破技術による駆動装置の作動開始は、図示されていない市販の電気式点火ユニットを用いて行なわれる。] 図１
[0024] 図２は、図１による実施例を下から見た図を示している。この図２においては、爆破技術による駆動装置１０と真空開閉器２の図示されていない可動接触子ボルトとの間に、長手方向３に延びている接続部１４を特に良好に見ることができる。] 図１ 図２
[0025] 図３は、図１に示した爆破技術による駆動装置全体の側面を示すもので、この図では、固定接触子ボルト７およびその固定手段である固定用ナット１３が特に良好に視認され得る。] 図１ 図３
[0026] １短絡装置
２真空開閉器
３長手方向
４金属ベローズ
５可動接触子側固定部
６ 可動接触子側接続端子
７固定接触子ボルト
８ 固定接触子側固定部
９ 固定接触子側接続端子
１０爆破技術による駆動装置
１１取付ねじ
１２保持枠
１３固定用ナット
１４ 接続部]

权利要求:

請求項1
開閉室内に配置されており、電流の流れを遮断する遮断位置および電流の流れを可能にする通電位置を有する接触機構と、当該接触機構を前記遮断位置から前記通電位置へと移行させるための爆破技術（pyrotechnic）による駆動装置（１０）とを備えて、電気モジュールの電気的橋絡を行うように設定された短絡装置であって、前記開閉室が、真空密に保たれた真空開閉室（２）であることを特徴とする短絡装置。
請求項2
請求項１記載の短絡装置において、前記爆破技術による駆動装置（１０）が、起爆装置と当該起爆装置によって移動可能な作動部とを含む、爆破技術による力の伝達要素を備えていることを特徴とする短絡装置。
請求項3
請求項１または２記載の短絡装置において、前記接触機構が、接続部（１４）を介して前記作動部に機械的に接続された少なくとも１つの可動接触子を備えていることを特徴とする短絡装置。
請求項4
請求項３記載の短絡装置において、前記可動接触子および前記作動部が、長手方向（３）に移動可能に案内されており、かつ前記可動接触子および前記作動部が、前記長手方向（３）に相前後して配置されていることを特徴とする短絡装置。
請求項5
請求項１ないし４のうちいずれか１つの項に記載の短絡装置において、前記真空開閉室（２）および前記爆破技術による駆動装置を保持するための、非導電性の保持枠（１２）を備えていることを特徴とする短絡装置。
請求項6
請求項１ないし５のうちいずれか１つの項に記載の短絡装置において、前記爆破技術による駆動装置（２）の開閉運動を始動させるための、電気的に作動可能な点火ユニットを備えていることを特徴とする短絡装置。
請求項7
電気的接続部を介して直列回路を構成するように互いに接続された複数のパワー半導体モジュールを備え、前記各パワー半導体モジュールにそれぞれ当該パワー半導体モジュールを橋絡するための短絡装置が付設されている、送配電分野における電流変換装置であって、前記短絡装置が、請求項１ないし６のうちのいずれか１つの項に記載の短絡装置であることを特徴とする電流変換装置。