(57)【要約】【課題】センターシールドの電気的ストレスが低減され、簡単に製造でき、清掃が容易な真空遮断器を提供する。【解決手段】センターシールドを、電極組立体の電気接点から発生するアークプラズマが絶縁体の表面の少なくとも一部へ堆積することを妨げるように、センターシールドを、絶縁体と同心に配置する第１の要素と、絶縁体から離れて延びる第２の要素と、絶縁体に向かって延び、シールドの先端部を備える第３の要素と、を備え、第１の要素と第３の要素との間の軸方向距離が、第１の要素と第２の要素との間の軸方向距離よりも大きいように構成する。【選択図】図１
2014099417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空遮断器であって、
電気接点を有する電極組立体と、
前記電極組立体の周りに配置された電気絶縁材料を有する絶縁体と、
前記絶縁体と前記電極組立体との間に配置され、前記電極組立体の前記電気接点から発生するアークプラズマが前記絶縁体の表面の少なくとも一部へ堆積することを妨げる、シールドであって、前記シールドが、前記シールドを前記絶縁体と同心に配置する第１の要素と、前記絶縁体から離れて延びる第２の要素と、前記絶縁体に向かって延び、前記シールドの先端部を備える第３の要素と、を備え、
前記第１の要素と前記第３の要素との間の軸方向距離が、前記第１の要素と前記第２の要素との間の軸方向距離よりも大きい、
真空遮断器。
【請求項２】
電気接点を有する第２の電極組立体を更に備え、前記第２の電極組立体が、他の電極組立体に関して共通の長手方向軸上に配置され、前記共通の長手方向軸に沿って、前記他の電極組立体に向かって、また、前記他の電極組立体から離れるように動く、
請求項２３に記載の真空遮断器。
【請求項３】
前記電極組立体のうちの少なくとも一つが、接点裏板と、管状コイル導体と、を更に備え、前記接点裏板が、前記電気接点と前記管状コイル導体との間に配列され、前記管状コイル導体の直径の外側で、軸方向に延びる、
請求項２に記載の真空遮断器。
【請求項４】
前記先端部が、前記電極組立体の長手方向軸に関して約９０度の角度で配置されている、
請求項２３に記載の真空遮断器。
【請求項５】
前記シールドが、前記絶縁体から離れて延びる２つの第２の要素と、前記絶縁体に向かって延びる２つの第３の要素と、を備え、前記第３の要素の各々が、前記シールドの先端部を備える、
請求項２３に記載の真空遮断器。
【請求項６】
前記電極組立体が、接点裏板と、管状コイル導体と、を更に備え、前記電極組立体の前記接点裏板が、前記電気接点と前記管状コイル導体との間に配置され、前記管状コイル導体の直径の外側で軸方向に延びる、
請求項２３に記載の真空遮断器。
【請求項７】
前記接点裏板が、前記真空遮断器の電気的ストレスを減らすように構成されている、
請求項６に記載の真空遮断器。
【請求項８】
前記接点裏板が、ステンレス鋼製である、
請求項６に記載の真空遮断器。
【請求項９】
前記接点裏板が、前記管状コイル導体の突出し部を受容するノッチを備える、
請求項６に記載の真空遮断器。
【請求項１０】
前記真空遮断器が、真空漏電遮断器である、
請求項２３に記載の真空遮断器。
【請求項１１】
前記真空遮断器が、給電ラインのセクションを切り離すように構成されている真空スイッチである、
請求項２３に記載の真空遮断器。
【請求項１２】
前記真空遮断器が、負荷電流のスイッチ用の真空スイッチである、
請求項２３に記載の真空遮断器。
【請求項１３】
前記真空遮断器が、コンデンサバンクのスイッチ用の真空スイッチである、
請求項２３に記載の真空遮断器。
【請求項１４】
真空遮断器のシールドであって、
細長い要素を備え、前記細長い要素が、１点に集まる２つの部分を備え、前記部分の各々が、真空漏電遮断器の絶縁体から離れて延びる第１の要素と、前記絶縁体に向かって延びる第２の要素と、を備え、前記部分の各々の前記第２の要素が、前記部分の各々の先端部を備え、
前記１点と前記第２の要素との間の軸方向距離が、前記１点と前記第１の要素との間の軸方向距離よりも大きく、
前記細長い要素が、前記真空遮断器の接点から発生するアークプラズマが前記絶縁体の表面の少なくとも一部の上に堆積することを妨げる、
真空遮断器のシールド。
【請求項１５】
前記部分の各々の前記先端部が、前記シールドの長手方向軸に関して約９０度の角度に配置されている、
請求項３０に記載のシールド。
【請求項１６】
請求項１５のシールドを備える、真空遮断器。
【請求項１７】
請求項１５のシールドを備える、真空漏電遮断器。
【請求項１８】
電力送電システムであって、
電力を少なくとも１の客先に供給する給電ラインと、
給電ラインに結合され、給電ラインの漏電を遮断するスイッチギヤーと、を備え、
前記スイッチギヤーが、真空遮断器を備え、
前記真空遮断器が、
電気接点を備える電極組立体と、
前記電極組立体の周りに配置された電気絶縁材料を備える絶縁体と、
前記絶縁体と前記電極組立体との間に配置され、前記電極組立体の電気接点から発生するアークプラズマが前記絶縁体の表面の少なくとも一部の上に堆積することを防止するシールドと、を備え、前記シールドが、
前記シールドを前記絶縁体に対して同心に配置された第１の要素と、前記絶縁体から離れるように延びる第２の要素と、前記絶縁体に向かって延び、前記シールドの先端部を備える第３の要素と、を備え、
前記第１の要素と前記第３の要素との間の軸方向距離が、前記第１の要素と前記第２の要素との間の軸方向距離よりも大きい、
電力送電システム。
【請求項１９】
前記真空遮断器が、電気接点を備える第２の電極組立体を更に備え、前記第２の電極組立体が、別の電極組立体に対して共通の長手方向軸上に配置され、前記別の電極組立体見向かって、また、前記別の電極組立体から離れるように動く、
請求項１８に記載の電力送電システム。
【請求項２０】
前記電極組立体のうちの少なくとも１つが、接点裏板と、管状コイル導体と、を備え、
前記接点裏板が、前記電気接点と前記管状コイル導体との間に配置され、前記管状コイル導体の直径の外側で、軸方向に延びる、
請求項１９に記載の電力送電システム。
【請求項２１】
前記電極組立体が、接点裏板と管状コイル導体とを更に備え、前記電極組立体の前記電気接点が、前記電気接点と前記管状コイル導体との間に配置され、前記管状コイル導体の直径の外側で、軸方向に延びる、
請求項１８に記載の電力送電システム。
【請求項２２】
電力を給電ラインへ供給するサブステーションを更に備える、
請求項１８に記載の電力送電システム。
【請求項２３】
真空遮断器の接点裏板であって、
真空遮断器の電極組立体の電気接点と前記電極組立体のコイル導体との間に配置された部品を備え、前記部品が、前記コイル導体の直径の外側で、軸方向に延びる、
真空遮断器の接点裏板。
【請求項２４】
前記部品がステンレス鋼製である、請求項２３に記載の接点裏板。
【請求項２５】
前記部品が、前記コイル導体の突出し部を受容するノッチを備える、請求項２３に記載の接点裏板。
【請求項２６】
前記部品が、前記電気接点の外径と等しい直径を有する、請求項２３に記載の接点裏板。
【請求項２７】
前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延びる前記部品の一部が、凸に湾曲した形状を有する、請求項２３に記載の接点裏板。
【請求項２８】
前記接点裏板が、前記真空遮断器の電気的ストレスを低減する、請求項２３に記載の接点裏板。
【請求項２９】
前記真空遮断器が、真空漏電遮断器である、請求項２３に記載の接点裏板。
【請求項３０】
真空遮断器の接点裏板であって、
真空遮断器の電極組立体の電気接点と電極組立体のコイル導体との間に部品を備え、前記部品が、前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延び、前記部品が、前記コイル導体の突出し部を受容するノッチを備える、
真空遮断器の接点裏板。
【請求項３１】
前記部品がステンレス鋼製である、請求項３０に記載の接点裏板。
【請求項３２】
前記部品が、前記電気接点の外径と等しい直径を有する、請求項３０に記載の接点裏板。
【請求項３３】
前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延びる前記部品の一部が、凸に湾曲した形状を有する、請求項３０に記載の接点裏板。
【請求項３４】
前記接点裏板が、前記真空遮断器の電気的ストレスを低減する、請求項３０に記載の接点裏板。
【請求項３５】
前記真空遮断器が、真空漏電遮断器である、請求項３０に記載の接点裏板。
【請求項３６】
真空遮断器であって、
電気接点と、
コイル導体と、
前記電気接点と前記コイル導体との間に配置されたステンレス鋼製の接点裏板であって、前記接点裏板が、前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延びる接点裏板と、
を備える、真空遮断器。
【請求項３７】
前記接点裏板が、前記コイル導体の突出し部を受容するノッチを備える、請求項３６に記載の真空遮断器。
【請求項３８】
前記接点裏板が、前記電気接点の外径と等しい直径を有する、請求項３６に記載の真空遮断器。
【請求項３９】
前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延びる前記接点裏板の一部が、凸に湾曲した形状を有する、請求項３６に記載の真空遮断器。
【請求項４０】
前記接点裏板が、前記真空遮断器の電気的ストレスを低減する、請求項３６に記載の真空遮断器。
【請求項４１】
前記真空遮断器が、真空漏電遮断器である、請求項３６に記載の真空遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許出願番号第１１/７５８、１３６号（「真空漏電遮断器」、出願日２００７年６月５日）と、米国特許出願番号第１１／８８１、９５２号（「真空遮断器の接点裏板（Contact Backing for a Vacuum Interrupter）」、出願日２００７年７月３０日）と、を基礎出願とする出願である。上述の基礎出願に開示された事項は全て、本参照によって、本明細書に取り入れられる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、真空遮断器、例えば軸方向磁場真空遮断器、に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】真空漏電遮断器の実施形態の、閉じた位置における断面側面図である。
【図２】図１の真空漏電遮断器の実施形態の、開いた位置における断面側面図である。
【図３】真空漏電遮断器の他の実施形態の、閉じた位置における断面側面図である。
【図４】図３の真空漏電遮断器の実施形態の、開いた位置における断面側面図である。
【図５】真空漏電遮断器の別の実施形態の、閉じた位置における断面側面図である。
【図６】図５の真空漏電遮断器の実施形態の、開いた位置における断面側面図である。
【図７】真空漏電遮断器の更に別の実施形態の、閉じた位置における断面側面図である。
【図８】図７の真空漏電遮断器の実施形態の、開いた位置における断面側面図である。
【図９Ａ】図７と図８の真空漏電遮断器の実施形態を利用する電力システムの、実施形態を示すブロック図である。
【図９Ｂ】図７と図８の真空漏電遮断器の実施形態を利用する電力システムの、実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
典型的な実施形態に対する以下の説明は、添付図を参照しており、添付図中の類似の要素は、類似の数字によって示されている。
【０００５】
図１と図２とは、真空漏電遮断器１００の実施形態の断面側面図である。真空漏電遮断器１００は、内部に収容される構成要素に関して真空シールを完全に維持するように設計された、真空容器１３０を含む。空気は、真空容器１３０から除去され、後には高真空部１１７が残り、高真空部１１７は、高電圧に耐え、望ましい電流遮断能力を発揮する。真空容器１３０は、セラミック材料から成り、普通、円筒形の形状を有する、絶縁体１１５を備える。例えば、セラミック材料は、酸化アルミニウム等のアルミニウムを含む材料とすることができる。真空容器１３０内の可動電極構造１２２は、静止側の電極構造１２４の方へ向かって、また、静止側の電極構造１２４から離れるように、作動可能であり、それによって真空漏電遮断器１００を通って電流を流し、また、電流を遮断する。真空容器１３０内のベローズ１１８は、可動電極構造１２２が、静止側の電極構造１２４の方へ向かって、又は、静止側の電極構造１２４から離れるように動く間、真空容器１３０の真空を完全に維持するようにされた、渦巻状の、柔軟な材料を含む。可動電極構造１２２の、静止側の電極構造１２４の方へ向かって、又は、静止側の電極構造１２４から離れるように動く動きは、以下で更に詳細に論じられる。
【０００６】
静止側の電極構造１２４は、電気接点１０１と管状コイル導体１０５とを含み、管状コイル導体１０５には、スリット１３８が機械加工されている。電気接点１０１と管状コイル導体１０５とは、構造支持ロッド１０９で、機械的に強化されている。例えば、管状コイル導体１０５は、銅又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を備えることができ、構造支持ロッド１０９は、ステンレス鋼又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を備えることができる。外部伝導ロッド１０７は、構造支持ロッド１０９に、そして、導体ディスク１２０と１２１に、取り付けられている。例えば、伝導ロッド１０７は、銅又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を含むことができる。構造支持ロッド１０９又は伝導ロッド１０７は、一つ以上のねじを備えることができ、真空漏電遮断器１００を通して電流を流すか又は真空漏電遮断器１００を開閉するために必要な、電気的又は機械的な接続をすることができる。
【０００７】
可動電極構造１２２は、電気接点１０２と、導体ディスク１２３と、スリット１４４が機械加工されている管状コイル導体１０６と、を含む。例えば、管状コイル導体１０６は、銅又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を備えることができる。導体ディスク１２３は、電気接点１０２が、静止側の電極構造１２４の電気接点１０１と接触したり非接触となるように動けるように、ベローズ１１８と管状コイル導体１０６とに取り付けられる。電気接点１０１と１０２との各々は、銅、クロム、又は他の適当な材料製とすることができる。例えば、電気接点１０１と１０２との各々は、７０%の銅と３０%のクロムとから成る組成、又は３５%の銅と６５%のクロムとから成る組成、を備えることができる。
【０００８】
可動電極構造１２２は、構造支持ロッド１１０によって、機械的に強化されており、構造支持ロッド１１０は、真空容器１３０から延び、可動ロッド１０８に取り付けられている。例えば、構造支持ロッド１１０は、ステンレス鋼又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を含むことができ、可動ロッド１０８は、銅又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を含むことができる。可動ロッド１０８と支持ロッド１１０とは、真空漏電遮断器１００と外回路（図示せず）との間の、伝導性の外部接点として作動し、また、真空漏電遮断器の作動のための機械式接点として作動する。構造支持ロッド１１０又は伝導ロッド１０８は、一つ以上のねじ、例えばねじ１１９、を含むことができ、真空漏電遮断器１００を通して電流を流すか又は真空漏電遮断器１００を開閉するのに必要な、電気的又は機械的な接続を行う。
【０００９】
絶縁体１１５の両端部の真空シールは、金属製のエンドキャップ１１１と１１２とを備え、金属製のエンドキャップ１１１と１１２とは、ジョイント部１２５、１２６で、絶縁体１１５の上の金属被覆された表面に、ロウ付けされている。エンドキャップ１１１に沿って、エンドシールド１１３が、真空漏電遮断器１００の真空の完全性を保護する。エンドキャップ１１１とエンドシールド１１３とは、導体ディスク１２０と１２１との間に取り付けられている。同様に、エンドシールド１１４は、ベローズ１１８とエンドキャップ１１２との間に配置されている。
【００１０】
真空漏電遮断器１００が閉じた位置にある場合は、図１に示すように、電流は、例えば、静止側の電極構造１２４の管状コイル導体１０５と、静止側の電極構造１２４の電気接点１０１と、可動電極構造１２２の電気接点１０２とから、可動電極構造１２２の管状コイル導体１０６に、流れることができ、すなわち、電気接点１０１と１０２とに関して、電流は、管状コイル導体１０５と管状コイル導体１０６の各々のスリット１３８と１４４の端部から、まっすぐに流れることができる。管状コイル導体１０５のスリット１３８は、電流が電気接点１０１に入る前に円周の経路に強制的に流入するように、形成されている。同様に、管状コイル導体１０６のスリット１４４は、電流が可動ロッド１０８を通って真空漏電遮断器１００から出る前に電気接点１０２から出て円周の経路に強制的に流入するように、形成されている。本発明の開示から利益を受ける当業者であれば、電流の流れが逆転可能であることを、理解するであろう。
【００１１】
接点裏板１０３は、電気接点１０１と静止側の電極構造１２４の管状コイル導体１０５との間に配置されている。同様に、接点裏板１０４は、電気接点１０２と可動電極構造１２２の管状コイル導体１０６との間に配置されている。接点裏板１０３と１０４の各々は、銅、ステンレス鋼や他の適当な材料製の、一つ以上の部品を備えることができる。接点裏板１０３と１０４と、管状コイル導体１０５と１０６のスリット１３８と１４４とは、電極構造１２２と１２４、電気接点１０１と１０２と絶縁体１１５（以下に、「軸の磁場」）の、共通の長手方向軸と平行な、磁場をつくるのに用いられることができる。
【００１２】
真空漏電遮断器１００が開いた位置にある場合、言い換えると、電気接点１０１と１０２が切り離された場合、図２に示すように、電流が次にゼロ（以下で、「ゼロ交差」又は「電流ゼロ」という）になるまで、電気接点１０１と１０２はアークを発生する。一般的に、６０ＨｚのＡＣ電流は、１秒間に１２０回、ゼロと交差する。接点裏板１０３と１０４と、管状コイル導体１０５と１０６のスリット１３８と１４４と、によって発生する軸方向磁場は、電気接点１０１と１０２との間の電気アークを制御することができる。例えば、軸方向磁場は、電気接点１０１と１０２との間で、広がったアークを発生することができる。
【００１３】
アークは、金属蒸気から成り、普通「プラズマ」と呼ばれており、プラズマは、各電気接点１０１、１０２の表面が沸騰して蒸発したものである。各電気接点１０１、１０２からの金属蒸気の大部分は、他方の電気接点１０１、１０２上に堆積する。残りの蒸気は、真空容器１３０内に分散する。アークプラズマで満たされる最初の領域は、電気接点１０１と１０２からの視線に基づいて、簡単に計算でき、図２の中の符号２２０で示されている。アークプラズマの第二の領域は、アークプラズマの反射に基づくものと考えられ、小さいものであり、ここでは詳述しない。
【００１４】
中央に配置された金属製シールド１１６は、伝導性のアークプラズマ２２０を閉じ込めるようにされており、アークプラズマ２２０が絶縁体１１５の表面に堆積するのを防ぐ。同様に、エンドシールド１１３と１１４とは、センターシールド１１６の端部を通過する伝導性のアークプラズマ２２０を閉じ込めるように構成されている。エンドシールド１１３と１１４とは、アークプラズマ２２０が絶縁体１１５の特定の表面に堆積するのを防ぐことができ、絶縁器１１５の両端部のジョイント１２５と１２６とを、高い電気的ストレス（電界）から保護することができる。シールド１１３、１１４、１１６の各々は、銅、ステンレス鋼や他の適当な材料製の、一つ以上の部品を含むことができる。
【００１５】
真空漏電遮断器１００と関連した電力システムの特性に基づいて、電力システムの通常の電圧を上回る相当な電圧（言い換えれば、過渡回復電圧、すなわち「ＴＲＶ」）が、アークが消滅した後、短時間現れるかもしれない。例えば、３８ｋｖの電力システムに対して、ＴＲＶは７１．７ｋｖに至るピークを持つ可能性があり、９５．２ｋｖのピークを持つことさえある。この電圧は、非常に短い時間、すなわち２０〜７０マイクロ秒のオーダーの時間、現れる可能性がある。真空漏電遮断器１００は、この高電圧や、システム電圧をはるかに上回る他の過渡的な電圧に耐えるように、構成される。例えば、３８ｋｖの装置に対して、遮断器１００は、７０ｋｖのＡＣの二乗平均の電圧値、又は、ピークが１５０ｋｖ又は１７０ｋｖのベーシックインパルスレベル（「ＢＩＬ」）に耐えるか、又は、７０ｋｖのＡＣの二乗平均の電圧値、又は、ピークが１５０ｋｖ又は１７０ｋｖのベーシックインパルスレベル（「ＢＩＬ」）のオープン回路を維持するように、構成される。一例であるが、これらの電圧は、電力システム内外のスイッチ要素や、電力システムの停電から、生じることがある。
【００１６】
電気接点１０１と１０２の表面１０１ａと１０２ａの上の各隅部、また、接点裏板１０３と１０４の裏側１０３ａと１０４ａの上の各隅部は、それぞれ、エンドシールド１１３と１１４とセンターシールド１１６の先端部と同様に、鋭い端部を示し、高い電気的ストレス（電界）を引き起こすことがある。本発明の開示によって利益を受ける当業者は、電気的ストレスが３つの大きな要因によって変わりうることがわかるであろう。すなわち、電圧、距離、サイズである。例えば、接点間の電圧の差が大きいほど、２つの接点の間の電気的ストレスは高い。接点が離れて配置されているほど、２つの接触の間の電気的ストレスは低い。同様に、物体のサイズ（すなわち寸法と形）は、電気的ストレスに影響を及ぼす。一般に、小さな凸部寸法と鋭い半径を有する形状の物体は、高い電気的ストレスを有する。極端に高い電界は、電圧に耐えようとする物体又は他の媒体を損傷させる。
【００１７】
高温の金属蒸気もまた、高電圧に耐える真空漏電遮断器１００の能力を低下させる。例えば、熱いアークプラズマ２２０が、シールド１１３、１１４、１１６のうちの１つの、先端の近くを通過するならば、シールド１１３、１１４又は１１６は、熱くなりすぎて、望ましい電圧の値に耐えられない。電気接点１０１と１０２と、シールド１１３、１１４と１１６の先端と、に与えられた熱と電気的ストレスは、電気接点１０１と１０２、又は、シールド１１３、１１４と１１６の先端に、更にアークプラズマを放出させる可能性がある。このようなアークは、絶縁体１１５の内部の表面に金属蒸気を堆積させ、真空漏電遮断器１００の耐電圧能力の低下につながる。金属蒸気は、絶縁体１１５の内部の表面が電気接点１０１と１０２の直接の視線上になくても、絶縁体１１５の内部の表面に堆積する可能性がある。
【００１８】
図３と４は、他の実施形態の真空漏電遮断器３００の断面側面図である。シールド要素の若干の違いはさておき、真空漏電遮断器３００は、図１と２に関して前述した真空漏電遮断器１００と同一である。真空漏電遮断器３００と真空漏電遮断器１００との間で共通する特徴を示すために、図１−４を通して類似の参照符号が使用されている。図１−２に関して以前詳述したこのような類似の特徴は、従って、以下では詳述しない。
【００１９】
典型的な真空遮断器３００において、センターシールド３１６とエンドシールド３１３と３１４の各々は、カールした端部３１６ａと３１３ａと３１４ａと、を備える。カールの曲率半径は、真空漏電遮断器１００のシールド１１３、１１４と１１６の先端部で機械加工できる曲率半径よりも、かなり大きい。大きな半径は、シールド３１３と３１４と３１６の端部の電気的ストレスを、低下させ、それによって、真空遮断器３００の耐電圧レベルを、真空遮断器１００の耐電圧レベルよりも、増加させる。
【００２０】
センターシールド３１６の端部３１６ａのカール形状は、アークプラズマ４２０を、センターシールド３１６の端部を通過することから、部分的にシールドし、従って、センターシールド３１６の端部を、アークプラズマ４２０の熱エネルギーから保護する。センターシールド３１６の端部を熱エネルギーから保護することによって、カール形状は、センターシールド３１６の端部が壊れたりアークを発生したりする可能性を減少させる。
【００２１】
シールド３１３と３１４と３１６とのカールした端部３１３ａと３１４ａと３１６ａとは、製造コストが高くなり、加工するのが難しく、真空遮断器に含まれる汚染物質を浄化して低レベルにすることが難しくなる可能性がある。一般的に、真空遮断器の、銅とステンレス鋼製の構成要素は、この要求される清浄レベルを達成するために、電解研磨されなければならない。これらが完全なカップ形状をしているので、シールド３１３と３１４と３１６の端部３１３ａと３１４ａと３１６ａのカール部は、電解研磨の間、空気、酸、又は他の汚染物質を、捕捉してしまう可能性がある。捕捉された空気は、シールド３１３と３１４と３１６の清掃を、不十分にする可能性がある。捕捉された酸又は他の汚染物質は、真空遮断器３００の、その後の組立体に、持ち込まれる可能性がある。いずれにせよ、捕捉された空気、酸又は他の汚染物質は、真空遮断器３００の性能低下を引き起こす可能性がある。この性能低下の可能性は、センターシールド３１６を、いくつかのきれいにされた部分から組み立てることによって、減らすことができる。しかし、このような組立は、部品総数、複雑さ、及びコストを、上昇させる。
【００２２】
図５と６は、別の実施形態の真空漏電遮断器５００の断面側面図である。図１と２に関して前述した真空漏電遮断器１００と同様、図５と６の真空漏電遮断器５００は、内部に収容される構成要素に関して真空シールを完全に維持するように設計された、真空容器５３０を含む。空気は、真空容器５３０から除去され、後には高真空部５１７が残り、高真空部１１７は、高電圧に耐え、望ましい電流遮断能力を発揮する。真空容器５３０は、セラミック材料から成り、普通、円筒形の形状を有する、絶縁体５１５を備える。例えば、セラミック材料は、酸化アルミニウム等のアルミニウムを含む材料を備えることができる。真空容器５３０内の可動電極構造５２２は、静止側の電極構造５２４の方へ向かって、また、静止側の電極構造５２４から離れるように、作動可能であり、それによって真空漏電遮断器５００を通って電流を流し、また、電流を遮断する。真空容器５３０内のベローズ５１８は、可動電極構造５２２が、静止側の電極構造５２４の方へ向かって、又は、静止側の電極構造５２４から離れるように動く間、真空容器５３０の真空を完全に維持するようにされた、渦巻状の、柔軟な材料を含む。可動電極構造５２２の、静止側の電極構造５２４の方へ向かって、又は、静止側の電極構造５２４から離れるように動く動きは、下で更に詳細に論じられる。
【００２３】
静止側の電極構造５２４は、電気接点５０１と管状コイル導体５０５とを含み、管状コイル導体５０５には、スリット５３８が機械加工されている。電気接点５０１と管状コイル導体５０５とは、構造支持ロッド５０９で、機械的に強化されている。例えば、管状コイル導体５０５は、銅又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を備えることができ、構造支持ロッド５０９は、ステンレス鋼又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を備えることができる。外部伝導ロッド５０７は、構造支持ロッド５０９に取り付けられている。例えば、伝導ロッド５０７は、銅又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を含むことができる。構造支持ロッド５０９又は伝導ロッド５０７は、一つ以上のねじを備えることができ、真空漏電遮断器５００を通して電流を流すか又は真空漏電遮断器５００を開閉するために必要な、電気的又は機械的な接続をすることができる。
【００２４】
可動電極構造５２２は、電気接点５０２と、スリット５４４が機械加工されている管状コイル導体５０６と、を含む。例えば、管状コイル導体５０６は、銅又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を備えることができる。導体ディスク５２３は、電気接点５０２が、静止側の電極構造５２４の電気接点５０１と接触したり非接触となるように動けるように、ベローズ５１８と管状コイル導体５０６とに取り付けられる。電気接点５０１と５０２との各々は、銅、クロム、又は他の適当な材料製とすることができる。例えば、電気接点５０１と５０２との各々は、７０%の銅と３０%のクロムとから成る組成、又は３５%の銅と６５%のクロムとから成る組成、を備えることができる。
【００２５】
可動電極構造５２２は、構造支持ロッド５１０によって、機械的に強化されており、構造支持ロッド５１０は、真空容器５３０から延び、可動ロッド５０８に取り付けられている。例えば、構造支持ロッド５１０は、ステンレス鋼又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を含むことができ、可動ロッド５０８は、銅又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を含むことができる。可動ロッド５０８と支持ロッド５１０とは、真空漏電遮断器５００と外回路（図示せず）との間の、伝導性の外部接点として作動し、また、真空漏電遮断器の作動のための機械式接点として作動する。構造支持ロッド５１０又は伝導ロッド５０８は、一つ以上のねじ、例えばねじ５１９、を含むことができ、真空漏電遮断器５００を通して電流を流すか又は真空漏電遮断器５００を開閉するのに必要な、電気的又は機械的な接続を行う。
【００２６】
真空漏電遮断器５００の管状コイル導体５０５と５０６の各々は、図１と２の真空漏電遮断器１００の管状コイル導体１０５と１０６よりも、そのそれぞれの接触直径に比例して、大きな直径を持つ。例えば、管状コイル導体５０５と５０６の各々は、直径を、それぞれ電気接点５０１と５０２の直径と、等しくすることができる。管状コイル導体５０５と５０６の直径が大きくなれば、管状コイル導体５０５と５０６は、図１と２の真空漏電遮断器１００の管状コイル導体１０５と１０６よりも、銅又は他の材料を、より多く必要とする。従って、直径が大きくなれば、管状コイル導体５０５と５０６は、図１と２の真空漏電遮断器１００の管状コイル導体１０５と１０６よりも、コストがかかることになる。同様に、可動管状コイル導体５０６の直径が大きくなれば、管状コイル導体５０６は、可動管状コイル導体１０６よりも質量が大きくなり、従って、真空漏電遮断器５００を所望の操作速度で開閉するのに、真空漏電遮断器１００を同じ操作速度で開閉するよりも、大きなアクチュエータ負荷が必要である。
【００２７】
絶縁体５１５の両端部の真空シールは、金属製のエンドシールド５１１と５１２とを備え、金属製のエンドシールド５１１と５１２とは、ジョイント部５２５、５２６で、絶縁体５１５の上の金属被覆された表面に、ロウ付けされている。エンドシールド５１１と５１２とは、真空漏電遮断器５００の真空の完全性を保護する。エンドシールド５１１は、導体ディスク５０７と管状コイル導体５０５との間に取り付けられている。エンドシールド５１２は、ベローズ５１８と導体ディスク５１３との間に配置されている。エンドシールド５１１と５１２とは、円形で、真空容器５３０の空間内に湾曲している。エンドシールド５１１と５１２とは、図１の真空漏電遮断器１００のエンドキャップ１１１と１１２及びエンドシールド１１３と１１４のような、エンドキャップとエンドシールドの両方を兼ねた機能をする。
【００２８】
真空漏電遮断器５００が閉じた位置にある場合は、図５に示すように、電流は、例えば、静止側の電極構造５２４の管状コイル導体５０５と、静止側の電極構造５２４の電気接点５０１と、可動電極構造５２２の電気接点５０２とから、可動電極構造５２２の管状コイル導体５０６に、流れることができ、すなわち、電気接点５０１と５０２とに関して、電流は、管状コイル導体５０５と管状コイル導体５０６の各々のスリット５３８と５４４の端部から、まっすぐに流れることができる。管状コイル導体５０５のスリット５３８は、電流が電気接点５０１に入る前に円周の経路に強制的に流入するように、形成されている。同様に、管状コイル導体５０６のスリット５４４は、電流が可動ロッド５０８を通って真空漏電遮断器５００から出る前に電気接点５０２から出て円周の経路に強制的に流入するように、形成されている。本発明の開示から利益を受ける当業者であれば、電流の流れが逆転可能であることを、理解するであろう。
【００２９】
接点裏板５０３は、電気接点５０１と静止側の電極構造５２４の管状コイル導体５０５との間に配置されている。同様に、接点裏板５０４は、電気接点５０２と可動電極構造５２２の管状コイル導体５０６との間に配置されている。接点裏板５０３と５０４の各々は、銅、ステンレス鋼や他の適当な材料製の、一つ以上の部品を備えることができる。接点裏板５０３と５０４と、管状コイル導体５０５と５０６のスリット５３８と５４４とは、軸方向の磁場をつくるのに用いられることができる。
【００３０】
真空漏電遮断器５００が開いた位置にある場合、図６に示すように、電流が次にゼロ交差するまで、電気接点５０１と５０２はアークを発生する。接点裏板５０３と５０４と、管状コイル導体５０５と５０６のスリット５３８と５４４と、によって発生する軸方向磁場は、電気接点５０１と５０２との間の電気アークを制御することができる。例えば、軸方向磁場は、電気接点５０１と５０２との間で、広がったアークを発生することができる。
【００３１】
アークは、金属蒸気から成り、各電気接点５０１、５０２の表面が沸騰して蒸発したものである。各電気接点５０１、５０２からの金属蒸気の大部分は、他方の電気接点５１０１、５０２上に堆積する。残りの蒸気は、真空容器５３０内に分散する。アークプラズマで満たされる最初の領域は、電気接点５０１と５０２からの視線に基づいて、簡単に計算でき、図６の中の符号６２０で示されている。アークプラズマの第二の領域は、アークプラズマの反射に基づくものと考えられ、小さいものであり、ここでは詳述しない。
【００３２】
中央に配置された金属製シールド５１６は、伝導性のアークプラズマ６２０を閉じ込めるようにされており、アークプラズマ６２０が絶縁体５１５の表面に堆積するのを防ぐ。エンドシールド５１１と５１２とは、センターシールド５１６の端部を通過する伝導性のアークプラズマ６２０を閉じ込めるように構成されている。エンドシールド５１１と５１２とは、アークプラズマ６２０が絶縁体５１５の特定の表面に堆積するのを防ぐことができ、絶縁器５１５の両端部のジョイント５２５と５２６とを、高い電気的ストレス（電界）から保護することができる。シールド５１１、５１２、５１６の各々は、銅、ステンレス鋼や他の適当な材料製の、一つ以上の部品を含むことができる。
【００３３】
センターシールド５１６は、図１の真空漏電遮断器１００のセンターシールド１１６よりも厚い規格材料を備え、センターシールド５１６の端部で、より大きな半径の機械加工をすることができる。センターシールド５１６の端部の、より大きな半径と、エンドキャップ兼用エンドシールド５１１と５１２の、より大きな半径は、真空遮断器５００の電気的ストレスを低下させることができ、耐電圧性能を増加させることになる。同様に、管状コイル導体５０５と５０６と、電気接点５０１と５０２と、接点裏板５０３と５０４と、の直径が等しいことは、接点５０１と５０２の面５０１ａと５０２ａの隅部の電気的ストレスと、接点５０１と５０２及び接点裏板５０３と５０４の、外径上の電気的ストレスと、を低下させることができ、従って、耐電圧性能を増加させることになる。電気接点５０１と５０２の電気的ストレスを低下させることはまた、アークを低減し、電気接点５０１と５０２の接触腐食を低減し、製品の利用可能寿命を長くすることになる。しかし、アークプラズマ６２０の熱は、センターシールド５１６及びエンドシールド５１１と５１２の先端に、依然として放電やアークを引き起こし、蒸着による絶縁体５１５の劣化に至る可能性がある。
【００３４】
図７と８は、更に別の実施形態の真空漏電遮断器７００の断面側面図である。シールド、接点裏板、管状コイル要素、の若干の違いはさておき、真空漏電遮断器７００は、図５と６に関して前述した真空漏電遮断器５００と同一である。真空漏電遮断器７００と真空漏電遮断器５００との間で共通する特徴を示すために、図５−８を通して類似の参照符号が使用されている。図５と６に関して以前詳述したこのような類似の特徴は、従って、以下では詳述しない。
【００３５】
図７と８の真空漏電遮断器７００の管状コイル導体７０５と７０６の各々は、図５と６の真空漏電遮断器５００の接点サイズに関して、管状コイル導体５０５と５０６より直径が小さい。例えば、管状コイル導体７０５と７０６の各々は、図１と２の真空漏電遮断器１００の管状コイル導体１０５と１０６のサイズと、類似したサイズを有する。管状コイル導体７０５と７０６の、小さな直径は、図５と６の真空漏電遮断器５００の管状コイル導体５０５と５０６よりも、管状コイル導体７０５と７０６のコストを少なくすることができる。同様に、可動電極組立体２２と関連した可動管状コイル導体７０６の、小さな直径は、管状コイル導体７０６の質量を、可動管状コイル導体５０６の質量よりも、小さくすることができ、従って、真空漏電遮断器７００を所望の操作速度で開閉するのに、真空漏電遮断器５００を同じ操作速度で開閉するよりも、アクチュエータの負荷を小さくすることができる。
【００３６】
図１−６の真空漏電遮断器１００、３００、５００の接点裏板１０３、１０４、５０３と５０４、と同様に、図７−８の真空漏電遮断器７００の接点裏板７０３と７０４は、可動電極組立体７２２と静止側の電極組立体７２４の電気接点５０１と５０２の上に、磁場を制御するように構成されている。
【００３７】
接点裏板７０３と７０４もまた、電気的ストレスを制御するように構成されている。接点裏板７０３は、管状コイル導体７０５の軸と直角に、管状コイル導体７０５の直径の外へ拡がり、管状コイル導体７０５の少なくとも一部で外にはみ出る。同様に、接点裏板７０４は、管状コイル導体７０６の軸と直角に、管状コイル導体７０６の直径の外へ拡がり、管状コイル導体７０６の少なくとも一部で外にはみ出る。この構成は、電気接点５０１と５０２の反対側に配置された各接点裏板７０３、７０４の隅部が、大きい半径７０３ｂ、７０４ｂと、従って、小さい電気的ストレスと、を持つようにする。この構成はまた、接点５０１と５０２の面５０１ａと５０２ａの隅部の電気的ストレスを減少させ、接点裏板７０３と７０４の軸長の近接による、接点５０１と５０２、及び、接点裏板７０３と７０４の、外径の電気的ストレスを減少させることができる。
【００３８】
従って、接点裏板７０３と７０４は、電気接点５０１と５０２の回復電圧や耐電圧をより高くし、耐食性を高める。これらの特徴は、真空漏電遮断器７００を、図１と２の真空漏電遮断器１００よりも高い漏電遮断電流レベル又は電圧定格を有するようにする。例えば、漏電遮断電流レベル又は電圧定格の高さは、図５と６の真空漏電遮断器５００の漏電遮断電流レベル又は電圧定格と比較すれば、より高いことがわかる。
【００３９】
接点裏板７０３と７０４は、ステンレス鋼又は他の適当な材料製の、一つ以上の部品を備えることができる。例えば、接点裏板７０３と７０４は、他の真空漏電遮断器接点裏板で使われた他の材料、例えば銅、よりも高い耐電圧を有する材料を、備えることができる。
【００４０】
接点裏板７０３は、管状コイル導体７０５の、対応する突出し部７０５ａを受けるようにされた、ノッチ７０３ａを含む。同様に、接点裏板７０４は、管状コイル導体７０６の、対応する突出し部７０６ａを受けるようにされた、ノッチ７０４ａを含む。接点裏板の対応する突出し部７０５ａ、７０６ａと、電気接点５０１、５０２と、の間に配置された、各接点裏板７０３、７０４の一部は、各管状導体７０５、７０６から各電気接点５０１と５０２に流れる電流の抵抗を最小にするためには、十分薄く、また、交流電流が電気接点５０１と５０２の上の磁場の制御をすることができるようにするためには、十分厚い、厚みを備えている。
【００４１】
真空漏電遮断器７００のセンターシールド７１６は、２つのフレアー端部７１６ａを備えた２つの「Ｓ」字カーブ形状を有する。各端部７１６ａは、絶縁体５１５から離れて内側に延びる、要素７１６ａａと、絶縁体５１５の方に外側に延びる、要素７１６ａｂと、を含む。典型的な実施形態において、要素７１６ａａと７１６ａｂとは、前述の、図３と図４の真空漏電遮断器３００のセンターシールド３１６のカールした端部３１６ａの各半径に類似した、半径を形成する。別の実施形態において、要素７１６ａａと７１６ａｂとは、異なるカール半径を有する。これらのカールは、センターシールド７１６の、電気的ストレスの低減を、助長する。
【００４２】
センターシールド７１６の先端部７１６ａｃは、電圧ストレスのストレス源から離れて、センターシールド７１６の残りの部分の電位とストレスの影の中に配置されている。例えば、先端部７１６ａｃの各々は、管状コイル導体７０５と７０６の長手方向軸に関して、約９０度の角度で配置される。或いは、先端部７１６ａｃは、管状コイル導体７０５と７０６の長手方向軸に関して、鋭角又は鈍角に配置される。先端部７１６ａｃは、アークの間、アークプラズマ８２０の直接路にはない。従って、先端部７１６ａｃは、アークプラズマ８２０から保護され、それによってアークプラズマ８２０の熱入力に基づく先端部７１６ａｃの損傷を、低減するか又はなくす。
【００４３】
センターシールド７１６の端部７１６ａのカールはカップを形成しないので、図３と４の真空漏電遮断器３００のセンターシールド３１６のカールと同様に、センターシールド７１６は、産業上の既知のプロセスによって簡単に製造でき、清掃が容易である。センターシールド７１６の利用は、エンドキャップ兼用エンドシールド５１１、５１２とともに、真空遮断器７００の電気的ストレスを低下させ、高い電圧回復と高い耐電圧レベルを得ることができる。別の実施形態では、例えば図１−４を参照して説明した別のエンドキャップとエンドシールドが、エンドキャップ兼用エンドシールド５１１と５１２の代わりに利用することができる。
【００４４】
シールド７１６、５１１と５１２の各々は、銅、ステンレス鋼や他の適当な材料又はこれらを成分に含む材料製の、一つ以上の部品を含むことができる。例えば、別の実施形態では、シールド７１６は、相互に直接結び付けられた２つの金属部品を含むことができ、２つの金属部品のうち一方又は両方に突出し部７３９を形成することができ、突出し部７３９は、絶縁体５１５の対応するノッチ７４０に係合するようにされている。別の手段で絶縁体５１５にシールド７１６を固定又は配置してもよいし、又は、真空遮断器７００の真空容器７３０内にシールド７１６を固定又は配置してもよい。例えば、シールド７１６は、絶縁体５１５の対応する突出し部を受容するノッチを含むことができる。説明を簡単にするために、以下では、シールド７１６と絶縁体５１５とが結合された場所は、「結合点」７３８という。
【００４５】
シールド７１６の２つの要素７１６ａｄは、結合点７３８の両側に配置されている。シールド７１６の要素７１６ａａは、要素７１６ａｄと要素７１６ａｂとの間に配置されている。要素７１６ａｂと要素７１６ａｄとの間の軸方向距離は、要素７１６ａａと要素７１６ａｄとの間の軸方向距離よりも大きい。要素７１６ａａの第１の端部７１６ａａａは、要素７１６ａｄに結合している。要素７１６ａａの第２の端部７１６ａａｂは要素７１６ａｂに結合している。要素７１６ａａの第１の端部エンド７１６ａａａは、静止側の電極組立体７２４に近接して配置され、電極組立体７２４の接点裏板７０３とシールド５１１との間に配置されている。要素７１６ａａは、第１の端部７１６ａａａから、シールド５１１の方へ、曲線を形成して延びている。同様に、要素７１６ａａの第１の端部７１６ａａａは、可動電極組立体７２２に近接して配置され、可動電極組立体７２２の接点裏板７０４とシールド５１２との間に配置され、第１の端部７１６ａａａから、シールド５１２の方へ、曲線を形成して延びている。
【００４６】
図９Ａと図９Ｂは、図７と８の実施形態の真空漏電遮断器７００を利用した電力システム９００の実施形態を表すブロック図である。電源９０５は、例えば発電所又は別のユーティリティから導かれた高圧変電ラインで、サブステーション９１０と、給電ライン９５０と、スイッチギヤー９５５と、給電変圧器９６０と、を介して、電力を客先９３５に送る。図９Ａと図９Ｂの電力システム９００の実施形態は、１つのサブステーション９１０と、給電ライン９５０とスイッチギヤー９５５と給電変圧器９６０と客先９３５との１つの組み合わせのみを含むが、本開示に利害関係を有する当業者は、電力システム９００が、多数の、サブステーション９１０と、給電ライン９５０と、スイッチギヤー９５５と、給電変圧器９６０と、を備えることができることを、理解するであろう。
【００４７】
サブステーション９１０の中身は、説明のために単純化されており、変圧器９２０の一つの側で高圧スイッチギヤー９１５を含むことができ、変圧器９２０のもう一つの側で、中間電圧の（一般に、「送電クラス」と呼ばれる）電圧スイッチギヤー９２５を含むことができる。電源９０５は、高圧ケーブル９０７によって電力を高圧スイッチギヤー９１５に送電することができ、高圧スイッチギヤー９１５は、電力を、変圧器９２０を介して中間電圧スイッチギヤー９２５に送ることができる。中間電圧スイッチギヤー９２５は、電力を、給電ライン９５０に送ることができる。
【００４８】
用語「高電圧」は、ここでは、３８ｋｖを超える電圧の電力に対して使用されている。用語「低電圧」は、ここでは、約１２０Ｖと２４０Ｖの間の電圧の電力に対して使用されている。用語「中間電圧」は、ここでは、「高電圧」と「低電圧」との間の給電ラインに使用される電圧の電力に対して使われている。
【００４９】
変圧器９２０は、磁気接続によって、一方の電気回路から他方の電気回路へエネルギーを送る。例えば、変圧器９２０は、２以上の結合巻線と、磁心と、を含み、磁束を集めることができる。一方の巻線に印加される電圧は、磁心で、時間変化する磁束を発生し、時間変化する磁束は、他方の巻線に、電圧を誘導する。巻線の巻数を変えることは、巻線間の電圧比を決定し、従って、一方の回路から他方の回路に電圧を変換する。
【００５０】
給電ライン９５０は、サブステーション９１０の中間電圧スイッチギヤー９２５から電力を受け取り、受け取った電力を客先９３５に送る。１つのサブステーション９１０は、電力を、複数の異なる送電フィーダー９７０に供給することができる。第１の送電フィーダー９７０ａでは、サブステーション９１０は、給電ライン９５０を介して、電力を、直接客先９３５に送る。他の送電フィーダー９７０ｂと９７０ｃでは、サブステーション９１０は、電力を、給電ライン９５０と、給電ライン９５０に結合した一つ以上のスイッチギヤー９５５を介して、複数の客先に供給する。例えば、各スイッチギヤー９５５は、給電ライン９５０の故障を遮断するように構成された真空遮断器７００を、含むことができる。スイッチギヤー９５５は、他の、利用可能な給電ライン９５０での電力の供給を遮断することなく、故障を遮断することができる。
【００５１】
送電フィーダー９７０ｃでは、給電ライン９５０が、複数の区分９７０ｃａと９７０ｃｂとに分けられている。各区分９７０ｃａと９７０ｃｂとは、区分９７０ｃａと９７０ｃｂにおける故障を遮断するように構成された、スイッチギヤー９５５を含む。この構成は、区分９７０ｃｂのスイッチギヤー９５５を遮断し、他の、利用可能な区分９７０ｃａにおける電力の供給を遮断することなく、区分９７０ｃｂの故障を遮断することができる。
【００５２】
客先９３５は、給電ライン９５０から直接、又は、給電ライン９５０に結合した給電変圧器９６０から、中間電圧電力を受け取ることができる。給電変圧器９６０は、給電ライン９５０からの中間電圧を、例えば家庭用電圧１２０Ｖ又は２４０ＶＡＣのような、低電圧に下げるように構成されている。各給電変圧器９６０は、低電圧電力を、１以上の客先９３５に供給することができる。
【００５３】
スイッチギヤー９１５、９２５、９５５の各々は、スイッチギヤー９１５、９２５、９５５に結合された回路内の漏電を遮断するように構成された、漏電遮断器を含む容器を備えている。例えば、各スイッチギヤー９５５は、真空漏電遮断器７００と、ヒューズ又はサーキットブレーカーと、を含むことができる。
【００５４】
図９Ａと図９Ｂに示すシステム９００の実施形態は、電力を客先へ供給する構成の代表例にすぎない。他の実施形態は、図９Ａと図９Ｂに示す構成要素の全てを必ずしも含んでいないか、又は、更なる構成要素を含んでいる。例えば、本開示に利害関係を有する当業者は、図９Ａと図９Ｂの電力システム９００の実施形態が、３つの送電フィーダー９７０と、２つの区分９７０ｃａと９７０ｃｂと、を含んでいるが、電力システム９００は、適切な数の、送電フィーダー９７０と、区分９７０ｃａと９７０ｃｂと、を含むことができることを、理解するであろう。
【００５５】
テストデータ
【００５６】
漏電遮断テスト：
【００５７】
前述の、機械的及び構造的な特徴をいくつか有する真空漏電遮断器の実施形態の、性能特性を決定するために、複数のテストを実施した。テストは、総合テスト回路とフルパワー電力テスト回路での真空漏電遮断器の実施形態の、性能特性の評価を含んでいる。フルパワー電力テスト回路では、漏電電流と回復電圧とは、発電機か又は電力システムから発生された。総合テスト回路では、漏電電流と回復電圧とは、充電したコンデンサバンクから発生された。
【００５８】
総合テストは、電力テストよりもより制御されたテストであり、より精密な測定を行う可能性があるので、通常、新しい真空漏電遮断器の開発テストで利用されている。電力テストは、通常、完全に設計された装置の最終的な証明とテストのために利用され、真空漏電遮断器と、真空漏電遮断器を開くアクチュエータと機構と、真空漏電遮断器に関連した絶縁システムと、真空漏電遮断器に関連した電子制御と、のテストを含む。
【００５９】
一般的に、総合テストと電力テストの両方において、真空漏電遮断器は、確立されテスト標準、例えばＩＥＥＥ標準Ｃ３７.６０-２００３、に従うことを、テストされる。特に、真空漏電遮断器は、Ｃ３７.６０−２００３の表６による標準漏電遮断レベルと要求「機能」とに従うことと、Ｃ３７.６０−２００３の表１０ａと１０ｂ（３相、単相、いずれのシステムに対しても、ＴＲＶの値と回数を含む）の標準ＴＲＶに従うことと、をテストされる。ＩＥＥＥのＣ３７.６０-２００３では、３つの異なる漏電電流と電圧レベルで真空漏電遮断器が発揮すべき機能を、要求する。例えば、１２．５ｋＡでの３８ｋｖ３相の定格に対しては、真空漏電遮断器は、７１．７ｋｖのピークＴＲＶで、漏電定格１２．５ｋＡの９０%〜１００%で、１６の漏電を遮断しなければならない。また、７８．１ｋｖのピークＴＲＶで、漏電定格（５．６ｋＡ - ６．９ｋＡ）の４５%〜５５%で、５６の漏電を遮断しなければならず、８２．４ｋｖのピークＴＲＶで、漏電定格（１．９ｋＡ - ２．５ｋＡ）の１５%〜２０%で、４４の漏電を遮断しなければならない。漏電電流が増加すれば、ＴＲＶレベルは、一般的に減少する。従って、真空漏電遮断器に要求される典型的な機能は、合計１１６の漏電を遮断することである。特定の実施形態では、真空漏電遮断器の性能は、２つの機能を達成することが確認され、すなわち、合計２３２の漏電遮断となる。
【００６０】
単相の装置、すなわち１つの真空漏電遮断器付きの装置に対する要求機能は、通常、３相の装置、すなわち３つの真空漏電遮断器付きの装置に対する要求機能よりも、面倒である。３相の装置では、１つの真空漏電遮断器は、他の２つの真空漏電遮断器から、支援を受け取ることができる。多くの場合、最初に開く２つの真空漏電遮断器が、３相の装置の仕事をすべて行う。ランダムに開く回数を利用すれば、機能と作動とは、３相の装置における３つの真空漏電遮断器の全てに拡張することができる。単相の装置では、１つの真空漏電遮断器は、自分自身の全１１６の（又は２３２の）漏電遮断を行わなければならない。単相の真空漏電遮断器の負荷を倍加させているということは、単相の遮断に対する要求ＴＲＶレベルのほうが、３相の遮断に対する要求ＴＲＶレベルよりも、より高いということである。例えば、単相の装置に要求される３８ｋｖのＴＲＶレベルは、９５．２ｋｖ、９０．２ｋｖ、８２．８ｋｖという値であるのに対して、３相の装置では、８２．４ｋｖ、７８．１ｋｖ、７１．７ｋｖという値である。
【００６１】
以下の表は、７６．２ミリメートル（３インチ）の外径と、４４．４５ミリメートル（１．７５インチ）の直径の電気接点を有する、真空漏電遮断器１００及び５００と同一の機械的構造を有する真空漏電遮断器の実施形態の、性能をまとめたものである。
【００６２】
真空漏電遮断器１００と５００：漏電遮断テストの結果
【表１】
2014099417.tif 000003
*電力テストについて、すべての運転がピークのＴＲＶレベルで実施されたというわけではなく、漏電電流レベルに依存して実施された。
**すべてのショットが９０−１００%の漏電電流レベルで行われたのではなく、いくつかのショットは、ＩＥＥＥのＣ３７．６０−２００３の１５−２０%と４４−５５%で行われた。
***すべてのショットは、１００%の電流レベルで、このシーケンスに対して非対称にレベルを変化させて行った。
【００６３】
上記の表に示すように、真空漏電遮断器の実施形態は、電力テストにおいて、３８ｋｖ３相ＴＲＶレベル又は２７ｋｖ単相ＴＲＶレベルで、Ｃ３７.６０-２００３の１又は２の要求機能を十分満たした。しかし、真空漏電遮断器の実施形態は、３８ｋｖ単相ＴＲＶレベルでは、テストに合格しなかった。
【００６４】
特定の総合テストデータの調査では、比較的高いＴＲＶレベルでは、真空漏電遮断器の実施形態が、最初の電流ゼロの後、漏電電流に合格（遮断）しにくかったことを示している。真空漏電遮断器の実施形態の調査では、接点の磨耗と腐食の程度と、絶縁体の内部表面上の蒸着量とが、低電圧に対しては許容できるが、ＴＲＶレベルが３８ｋｖ単相の作動に要求されるＴＲＶレベルに接近すると、接触磨耗と腐食の程度と絶縁体の内部表面上の蒸着量とが両方とも、過剰になることを示した。特に、真空漏電遮断器は、接点からのアーク発生と同様に、シールドの先端からのアーク発生の徴候を示した。
【００６５】
同様のテストが、真空漏電遮断器７００と同一の機械的構造を有する真空漏電遮断器に対して実施された。テスト結果を、以下の表にまとめる：
【００６６】
真空漏電遮断器７００：漏電遮断テスト結果
【表２】
2014099417.tif 000004
*電力テストについて、すべての運転がピークのＴＲＶレベルで実施されたというわけではなく、漏電電流レベルに依存して実施された。
**すべてのショットが９０−１００%の漏電電流レベルで行われたのではなく、いくつかのショットは、ＩＥＥＥのＣ３７．６０−２００３の１５−２０%と４４−５５%で行われた。
***すべてのショットは、１００%の電流レベルで、このシーケンスに対して非対称にレベルを変化させて行った。
【００６７】
最初にテストした真空漏電遮断器は、図７の真空漏電遮断器７００のシールド７１６と同一のシールドを備え、接点裏板は、図１の真空漏電遮断器１００の接点裏板１０３及び１０４と、同一である。この真空漏電遮断器は、ＩＥＥＥのＣ３７．６０−２００３の機能に対する総合テストよりはむしろ、１００%の漏電電流でのショット（漏電）を利用してテストした。テスト結果は、真空漏電遮断器１００と５００に対する結果の前述の表の、真空漏電遮断器５００の同様のテスト（テスト番号８）と比較することができる。この真空漏電遮断器に対する最初の電流ゼロの漏電不合格の数（１３−１７）は、真空漏電遮断器５００に対する最初の電流ゼロの漏電不合格の数（２０）と比較して、少なくなっているが、それにもかかわらず、接点の磨耗と腐食の兆候が、依然として存在した。
【００６８】
テストした第２と第３の真空漏電遮断器７００は、３５%の銅と６５%のクロムからなる合金製で、図７の真空漏電遮断器７００の接点裏板７０３と７０４と同一の接点裏板を備えた電気接点５０１と５０２とを備えている。第２の真空漏電遮断器７００は、銅製の接点裏板７０３と７０４とを備えている。第３の真空漏電遮断器７００は、ステンレス鋼製の接点裏板７０３と７０４とを備えている。これらの真空漏電遮断器７００は、真空漏電遮断器１００と５００のテスト結果の前述の表に示したのと同じ機能に対して同じ電圧でテストした真空漏電遮断器５００（テスト番号７）の、最初の電流ゼロ上で漏電不合格となった数（９-１３）に対して、最初の電流ゼロ上で漏電不合格の数（１２−１４）が同一である。
【００６９】
第４の真空漏電遮断器７００は、７０%の銅と３０%のクロムからなる合金製の電気接点５０１と５０２と、図７の真空漏電遮断器７００の接点裏板７０３と７０４と同一のステンレス鋼製の接点裏板と、を備えている。この真空漏電遮断器７００は、総合テストをした場合に、最初の電流ゼロ上での漏電不合格の数（５−７）が、減少している。テストした後の調査で、電気接点７０１と７０２は、磨耗と腐食徴候をほとんど示さなかった。同様に、絶縁体５１５の上には、ごくわずかな蒸着しかなく、シールド７１６、５１１、５１３の上には、アークの徴候がほとんどなかった。
【００７０】
第４の真空漏電遮断器と構造が同一の、第５の真空漏電遮断器７００は、電力テストでも、良い結果を示した。３８ｋｖの単相テストでは、真空漏電遮断器７００は、ＩＥＥＥのＣ３７．６０−２００３の２つの漏電遮断機能を良好に満たし、この真空漏電遮断器が、９０%〜１００%の漏電レベル遮断に対して８２.８ｋｖ、４５%〜５５%の漏電レベル遮断に対して９０．２ｋｖ、１５%〜２０%の漏電レベル遮断に対して９５．２ｋｖという、機能に関する高圧３８ｋｖの単相ＴＲＶレベルを遮断しこれに耐える、能力を示した。
【００７１】
ベーシックインパルスレベル（ＢＩＬ）テスト：
【００７２】
流体絶縁と固体絶縁の両方で、複数のテストが、ＢＩＬ発生装置を利用して行われ、様々な設計の真空漏電遮断器の、稲妻サージのような様々な過渡条件のもとでの、耐電圧レベルのシミュレーションが行われた。真空漏電遮断器は、ＩＥＥＥ標準Ｃ３７.６０-２００３、特に、そのセクション６．２．１．１、タイトル「稲妻インパルス耐電圧テスト電圧」、を含む確立したテスト標準に従うことを、テストされた。ＩＥＥＥ標準Ｃ３７.６０-２００３は、真空漏電遮断器に、１．２マイクロ秒で所定のピークに上昇し５０マイクロ秒でこのピークの半分に減衰するインパルス波に耐える（すなわち、放電せずに電圧を維持する）ことを要求する。真空漏電遮断器は、４つの条件で電圧に耐える必要がある。すなわち、静端部を接地して、動端部に、正電圧と負電圧の両方のインパルス波で、エネルギーを与え、また、動端部を接地して、静端部から、正電圧と負電圧の両方のインパルス波で、エネルギーを与える。各条件の間、真空漏電遮断器は、３つの高圧インパルスに耐えなければならない。もし、真空漏電遮断器が、これらの高圧インパルスのいずれかに耐えることができないならば、この真空漏電遮断器は、この標準に従うためには、更に９つの高圧インパルスの全てに耐えなければならない。或いは、この真空漏電遮断器は、ＩＥＣ標準６００６０−１−１９８９−１１に従い、各条件で１５のインパルス波を受け、そのうち最大２つの不合格が許される。
【００７３】
普通、２７ｋＶのシステムでは、真空漏電遮断器は、１２５ｋＶのＢＩＬに耐えることになっている。３８ｋＶのシステムでは、真空漏電遮断器は、１５０ｋＶのＢＩＬに耐えることになっている。しかし、電力システムの要求が増大するために、真空遮断器が、１７０ｋＶに耐えることが、ますます一般的になってきている。
【００７４】
広範囲のテスト結果に基づき、下記の表は、真空漏電遮断器１００、５００、７００と同一の構造を有する真空漏電遮断器の実施形態に要求される、ＢＩＬ耐電圧の典型的な範囲を示す。各遮断器は、７６．２ミリメートル（３インチ）の外径と、直径４４．４５ミリメートル（１．７５インチ）の電気接点を有する。いくつかのケースでは、ＢＩＬは、特定の条件についてのみテストされ、その結果、表には、空白の欄がある。また、いくつかのケースでは、わずかのサンプルしかテストされず、測定値の分布の一般的なばらつき度よりも小さかった。
【００７５】
真空漏電遮断器１００、５００、７００の、ＢＩＬテスト結果
【表３】
2014099417.tif 000005
*真空漏電遮断器７００と同一の遮断器ではあるが、真空漏電遮断器１００のステンレス鋼製接点裏板を使用している。
**真空漏電遮断器は、１５０ｋｖより高圧のテストはされなかった。
【００７６】
これらの結果から分かるように、真空遮断器１００と５００の実施形態と同一のデザインを有する真空遮断器は、約１４５ｋｖ〜１６０ｋｖのＢＩＬ耐電圧を有すると考えられるが、真空遮断器７００の実施形態と同一のデザインを有する真空遮断器は、１６０ｋｖ〜１７５ｋｖのオーダーの、より高いＢＩＬ耐電圧を有すると考えられる。
【００７７】
結論として、前述の実施形態は、真空漏電遮断器に適用可能である。他の修正、特徴、実施形態が、多数あることは、本開示に利害関係を有する当業者にとって、明らかであろう。例えば、ここに記述された実施形態のいくつか又は全てが、別のタイプの真空スイッチギヤー、例えば送電ラインの分離セクションに利用され、負荷電流を切り換える、又は、電力の質を制御するために使用されるコンデンサーバンクを切り換える、真空スイッチ、での使用に採用される可能性がある。これらの他の真空製品の多くは、高電圧適用と長い使用寿命の要求を受け、これに対して、本願明細書に記載される特定の実施形態が、採用可能又は適用可能である。従って、上述では、本発明の多くの特徴が、単に例示としてのみ述べられており、明確に述べていない限り、本発明の必要な要素や主要な要素を意図したものではないことを、理解しなければならない。また、本発明が、図示した実施形態に制限されるものではなく、様々な修正を、添付請求項の精神と範囲の中でなし得ることを、理解しなければならない。
【図１】
2014099417.tif 000006
【図２】
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【図３】
2014099417.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014099417.tif 000012
【図８】
2014099417.tif 000013
【図９Ａ】
2014099417.tif 000014
【図９Ｂ】
2014099417.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月4日(2014.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空遮断器の接点裏板であって、
真空遮断器の電極組立体の電気接点と前記電極組立体のコイル導体との間に配置され、前記コイル導体の直径の外側で、軸方向に延びる、
真空遮断器の接点裏板。
【請求項２】
前記接点裏板がステンレス鋼製である、請求項１に記載の接点裏板。
【請求項３】
前記接点裏板が、前記コイル導体の突出し部を受容するノッチを備える、請求項１に記載の接点裏板。
【請求項４】
前記接点裏板が、前記電気接点の外径と等しい直径を有する、請求項１に記載の接点裏板。
【請求項５】
前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延びる前記接点裏板の一部が、凸に湾曲した形状を有する、請求項１に記載の接点裏板。
【請求項６】
前記接点裏板が、前記真空遮断器の電気的ストレスを低減する、請求項１に記載の接点裏板。
【請求項７】
前記真空遮断器が、真空漏電遮断器である、請求項１に記載の接点裏板。
【請求項８】
真空遮断器の接点裏板であって、
真空遮断器の電極組立体の電気接点と電極組立体のコイル導体との間に配置され、前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延び、前記コイル導体の突出し部を受容するノッチを備える、
真空遮断器の接点裏板。
【請求項９】
前記接点裏板がステンレス鋼製である、請求項８に記載の接点裏板。
【請求項１０】
前記接点裏板が、前記電気接点の外径と等しい直径を有する、請求項８に記載の接点裏板。
【請求項１１】
前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延びる前記接点裏板の一部が、凸に湾曲した形状を有する、請求項８に記載の接点裏板。
【請求項１２】
前記接点裏板が、前記真空遮断器の電気的ストレスを低減する、請求項８に記載の接点裏板。
【請求項１３】
前記真空遮断器が、真空漏電遮断器である、請求項８に記載の接点裏板。
【請求項１４】
真空遮断器であって、
電気接点と、
コイル導体と、
前記電気接点と前記コイル導体との間に配置されたステンレス鋼製の接点裏板であって、前記接点裏板が、前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延びる接点裏板と、
を備える、真空遮断器。
【請求項１５】
前記接点裏板が、前記コイル導体の突出し部を受容するノッチを備える、請求項１４に記載の真空遮断器。
【請求項１６】
前記接点裏板が、前記電気接点の外径と等しい直径を有する、請求項１４に記載の真空遮断器。
【請求項１７】
前記コイル導体の直径の外側で軸方向に延びる前記接点裏板の一部が、凸に湾曲した形状を有する、請求項１４に記載の真空遮断器。
【請求項１８】
前記接点裏板が、前記真空遮断器の電気的ストレスを低減する、請求項１４に記載の真空遮断器。
【請求項１９】
前記真空遮断器が、真空漏電遮断器である、請求項１４に記載の真空遮断器。
【外国語明細書】
2014099417000001.pdf