(57)【要約】スイッチ（１１）、断路器及び／または複数の接点のような開閉要素が存在する開閉装置（１０）の耐アーク性ボックス。耐アーク性ボックスは、多数の導電性プレート部材（１９）を有するケーシングと、ボックス内で生じるアーク（６）から耐アーク性ボックスを保護する保護層（２０）とより成る。少なくとも１つのプレート部材（１９）は、ボックス外面上の保護すべき領域の方に遮蔽手段を形成する。保護層（２０）は絶縁特性を有し、少なくとも１つのプレート部材（１９）にのみ適用される。
2005521225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ（１１）、断路器、及び／または開閉装置の複数の接点のような開閉要素がある開閉装置（１０）の耐アーク性ボックスであって、
取り囲むケーシングが複数の導電性プレート部材（１９）と、
耐アーク性ボックスをボックス内で発生するアークから保護する保護層（２０）とより成り、
複数のプレート部材（１９）のうち少なくとも１つのプレート部材はボックスの外面上の保護すべき領域に対して遮蔽手段を構成し、保護層（２０）は絶縁特性を有し、少なくとも１つのプレート部材（１９）に適用される耐アーク性ボックス。
【請求項２】
保護層（２０）は耐熱材料で作られている請求項１の耐アーク性ボックス。
【請求項３】
保護層（２０）は熱硬化性材料で作られている請求項１または２の耐アーク性ボックス。
【請求項４】
保護層（２０）は厚さが３ｍｍのポリエステルガラスで作られている請求項１、２または３の耐アーク性ボックス。
【請求項５】
保護層（２０）はボックスの外面上に位置する請求項１乃至４のうちの１項の耐アーク性ボックス。
【請求項６】
保護層（２０）はボックスの内面上に位置する請求項１乃至４のうちの１項の耐アーク性ボックス。
【請求項７】
保護層（２０）は、少なくとも１つのプレート部材（１９）に実質的に平行に、少なくとも１つのプレート部材（１９）から所定の距離だけ離れて位置する請求項５または６の耐アーク性ボックス。
【発明の詳細な説明】
【実施例】
【０００１】
本発明は、スイッチ、断路器、及び複数の接点のような開閉要素が存在する開閉装置の耐アーク性ボックスであって、これらを取り囲むケーシングが複数の導電性プレート部材と、ボックス内で生じるアークから耐アーク性ボックスを保護する保護層とを有する耐アーク性ボックスに関する。このタイプのアーク（スパークまたはフラッシュオーバーとして知られている）は、短絡のような開閉装置の故障により生じることがある。スパークは、異なる電位の部材間で、または開閉装置の電圧のかかった導体または接点から通常はアース電位である導電性ボックスにかけて生じることがある。これらのスパークは、高電圧と大電流の組み合わせにより巨大なエネルギーを発生するため、保護措置を施さないと、開閉装置のボックスが重大な損傷を受ける可能性があり、ボックスの周辺領域、特に近くの人間に重大な結果が生じることがある。
【０００２】
スイス特許ＣＨ  ６４９  ８７２  Ａ５号は、電気設備の電流または電圧を運ぶ部材のための保護層を開示している。この保護層は、合成樹脂、硬化剤及び充填材より成る材料で作られており、合成樹脂は吸熱性、高反応性、低粘度、常温硬化性の合成樹脂であり、充填材は結合水を含む。短絡によるアークまたはスパークがその層に接触すると、その層は材料の分解により生じる熱を吸収して電気設備を保護する。このタイプの層はボックスの内面に適用する必要があり、完全に連続したものでなければならない。小さくても開口があれば、アークの発生を誘引するスポットとなりかねない。さらに、このタイプの層は開閉装置に利用するには高価である。
【０００３】
スイス特許ＣＨ  ５９８  ７０５  Ａ５号は、２つの導電材料層と、電気開閉設備をアークの影響から保護するためのその２つの層間の難燃材料層とより成るサンドイッチパネルを開示する。この設備にアークが発生してサンドイッチパネルに接触すると、導電層が燃えてホールが形成される。この導電層の直下には絶縁層があるため、アークは導電層に沿って押しやられる結果、難燃材料層の新しい部分が常にアーク放電にさらされることになる。この場合も、保護層はボックスの内面全体を覆う必要がある。さらに、このタイプのサンドイッチ層は製造及び処理コストが高い。
【０００４】
本発明の目的は、開閉装置の故障により生じるアークに耐えて、ボックスの周辺領域を危険な状況から保護する耐アーク性ボックスを提供することにある。
【０００５】
これは、複数のプレート部材のうちの少なくとも１つがボックスの外面上の保護すべき領域に対して遮蔽手段を提供し、保護層が絶縁特性を有し、少なくとも１つのプレート部材上にのみ適用される、導入部分に述べたタイプの耐アーク性ボックスにより実現される。
【０００６】
保護層がボックスの外側の保護すべき領域を遮蔽するプレート部材のみに適用される場合、ボックス内でのアークの発生は阻止されないが、遮蔽される領域は、例えば、非常に高温のガスの放出または爆発によりボックスが燃えた場合に発生するかもしれない有害な状況に確実にさらされない。
【０００７】
開閉装置の故障により形成されるアークは、非常に短時間内に極めて多量のエネルギーを発生することが判明している。一般的に、アークは約１秒より長い期間持続せず、発生後は外部手段（例えば、外部のスイッチにより）によりアークが消弧される。ボックス内の圧力は、主として最初の０．１乃至０．１５秒で指数関数的に上昇する（２．５ａｔｍの値が測定されている）。開閉装置のボックスに常用されるブローオフ保護手段は安全な経路を介して圧力を消散させる結果、アークは残りの期間で約３５ミリバールの過大圧力を生ぜしめるにすぎない。それにもかかわらず、非常に高い温度（最高３０００℃）により、ボックスが損傷した場合（例えば、導電性プレート部材が燃えてホールが形成された場合）、この過大な圧力が依然として重大な事態を惹き起こすことにつながる場合がある。
【０００８】
第１の実施例では、保護層はボックスの外面上に配置されている。アークの作用により箱の外側の保護すべき領域を遮蔽するプレート部材にホールが形成された場合、このホールの形成には一般的に或る時間がかかるため、この時間は通常（ボックスの材料の選択及び厚さにもよるが）ボックス内の圧力をわずかに過大な圧力に減少させるに十分である。そのため、この保護層は、（わずかに）過大な圧力によりボックスから出ようとする高温ガスを領域保護に十分な程度保持する。この保護層は、アークがその層にホールを焼成しないようにするためには電気絶縁性を備えなければならない。さらに、保護層は、耐熱材料、例えば熱硬化性材料で作るのが好ましい。使用例として、アークが存在する間中（１秒間）十分な保護を与える厚さ３ｍｍのポリエステルガラスで作られた保護層がある。湿分の作用下で軟化を防止する十分な処置をとった場合、保護層として１枚の厚紙を用いることが可能である。
【０００９】
本発明のさらに別の実施例において、保護層はボックスの内面に適用される。保護層が保護すべきボックス外部の領域を遮蔽する少なくとも１つのプレート部材に直接接触する場合、アークはこの問題のプレート部材と接触することができず、導電経路を求めてアース電位のボックスの別の導体または高導電性部分を探すことになる。この場合、ボックスの別のプレート部材にホールが焼成されるかもしれないが、これは、原理的に危険性が極端に低いか全くない領域の方へ向けられることになる。保護層に用いられる材料は上述した実施例のものと同じでよい。
【００１０】
さらに別の実施例において、保護層は少なくとも１つのプレート部材からある特定の距離だけ離れた所に位置するプレートとして設計される。外側では、これにより少なくとも１つのプレート部材にホールが焼成された後高温ガスの放出があってもそれに対する十分な保護が与えられるが、その理由は、アークが危険性のない領域の方へ向けられるからである。内側に置かれた場合、上述した実施例と同じ利点が得られる。しかしながら、この場合、保護層が異なる温度の空気から分離されるように（例えば、ボックスの側部プレートに平行で、上部／下部に垂直なように）ボックス内に配置される場合には、さらに利点が得られる。このようにすると、ボックス内に煙突が形成されることになり、空気がボックス内部で循環し始めるという効果が得られる。通常の動作では、開閉装置のボックス内に、例えば、導体または接点を流れる電流によりさらに熱が発生するホットスポットとして知られる多数のスポットが存在する。ボックス内の空気が停滞しておれば、ボックスの外部への熱の放散は十分でない。一般的に、ボックス内のコンポーネントは周囲温度より６５℃または７５℃以上高くなってはならないとい要件がある。保護層をボックス内の少なくとも１つのプレート部材からある距離（例えば、数センチメートル）離して配置すると、ボックス内の空気は、熱がホットスポットから循環する空気へ、そしてそこからボックスそれ自体へ伝わるように、循環するようになるため、熱を周囲環境に放散させることができる。これにより、ファンまたは他の可動コンポーネントを使用せずとも、ボックス内でさらなる冷却効果が得られるため、温度は５乃至７℃低下することになる。
【００１１】
以下において、本発明を添付図面を参照して多数の実施例につき説明する。
【００１２】
本発明の耐アーク性ボックスは、図１の単純化した断面図で示すような開閉装置に使用できる。開閉装置１０は真空スイッチのようなスイッチ１１を有し、このスイッチは導体１３を別の導体１４に接続できる。導体１３は、接続部１２を介して電源ライン（図示せず）に作動的に接続されている。導体１４は、スイッチ１１を図面の面に垂直に延びる接続レール１８の１つに接続する。標準の開閉装置１０では導体１４に断路器があるが、これは本発明の説明にとって重要でないため図示の簡潔を期すため省略されている。スイッチ１１は、駆動機構１６の助けにより駆動ロッド１５により作動される。開閉装置１０には操作パネル１７も設けられている。開閉装置１０の電圧がかかる部品（スイッチ１１、導体１３、１４、接続レール１８のような）は、通常の使用時はアース電位に保持される導電材料で作られたプレート部材１９より成るボックスにより取り囲まれている。図１は６個のプレート部材１９を示すが、完全に閉じたボックスを形成するように図面の面に平行なプレート部材１９も存在することが明らかである。１またはそれ以上のプレート１９には、短絡時に図示の例では安全経路を介して開閉システム１０の裏側及び下側に過大な圧力を放出するブローオフホール２１が設けられている。
【００１３】
図１の断面図は、開閉装置１０の１つの区画室を示す。実際は、開閉装置１０には図１に示すような互いに隣接する区画室があるが、接続レール１８は各区画室を貫通し、導体１４の開閉により任意の接続レール１８を接続部１２の１つに接続することができる。従って、スイッチパネル全体の操作は操作パネル１７により開閉装置１０の正面で行われる。
【００１４】
プレート部材１９により取り囲まれた開閉装置１０の区画室内で故障が発生することがあるが、その結果として、開閉装置１０の電圧がかかった部品の１つと１つのプレート部材１９（アース電位にある）との間にアーク（電弧）が形成される。大きな電圧差が存在し、それにより大きな電流が流れ始めるが、これはボックス内に高レベルのエネルギーが発生していることを意味する。アークは、一般的に約１秒間存在し、その後、外部の手段が開閉装置１０全体をスイッチオフしてアークを消滅させる。アークの形成はボックス内部で非常に急速に上昇する圧力と関連がある。この圧力はブローホールホール２１を介する安全経路によりボックス外部に放出されるため、開閉装置１０の健全性が引き続き確保される。テストの測定値は、圧力は０．１乃至０．１５秒間に２．５ａｔｍの大きさにまで上昇することを示している。その後、圧力は再び急速に低下するが、アークが存在するため、約３５ミリバールの過大圧力が依然として存在する。アークが十分長く存在する場合は、非常に高い温度が発生するためスパークが当たるプレート部材１９の領域の材料が溶融して、プレート部材１９に最終的にホールが形成される危険性がある。これにより非常に高温のガス（最高３０００℃）が放出され、開閉装置１０の近くにいる人間に危険が及ぶ場合がある。
【００１５】
図１に示す開閉装置１０の右側にあるボックスのプレート部材１９は、人間が存在する可能性のため開閉装置１０の故障による重大な事態から保護しなければならない開閉装置１０の前方領域を遮蔽する。
【００１６】
本発明は、プレート部材１９の外面上に配置された非燃焼性材料の保護プレートまたは層２０によりこの領域を非常に効果的に保護するものである。この保護層２０は、アークが保護層２０と接触する場所にホールを焼成できる可能性をなくすように電気絶縁性でなければならない。
【００１７】
アークがプレート部材１９にホールを焼成するにはある時間がかかるため、保護層２０は、アークが形成される結果生じる圧力ピークが再び低下した時に保護手段としてのみ用いられる。従って、保護層２０は、スパークが依然として存在する間（１秒未満）わずかに過大な圧力（通常は３５ミリバール）の高温ガスを保持する必要がある。従って、保護層２０に耐熱性の絶縁性材料を用いるだけで十分である。かかる材料の例として、ポリエステルガラスのような熱硬化性材料が含まれる。テストによると、厚さ３ｍｍのポリエステルシートはアーク発生により逃げる高温ガスに対して十分な保護を与えることが分かっている。軟化に対する十分な保護が提供されれば（乾いた遮蔽環境）、保護層２０として硬質繊維板または硬い厚紙のシートを用いることも可能である。
【００１８】
従って、主として高温ガスの放出によりプレート部材１９を焼き切るアークが危険な状況を発生させる場所に保護層２０を取り付けることが必要であるに過ぎない。このようにして、開閉装置１０の故障の有害な影響に対して非常に低コスト且つ簡単なやり方で十分な保護を与えることができる。
【００１９】
図２乃至４は本発明の多数の変形例を示す。開閉装置１０を非常に単純化した形で示すが、それは導電性プレート部材１９より成り、電圧のかかる部品５を取り囲み、出口開口２１が設けられたボックスより成る。プレート部材１９は一般的にアース電位に保持される。開閉装置１０に、例えば、短絡のような故障が発生すると、電圧のかかる部品の１つと１つのプレート部材１９との間にアーク６が発生する。
【００２０】
図２は、上述した保護層２０を２つのプレート部材１９の外面上に配置した実施例を示す。これにより、保護層２０を設けた２つのプレート部材１９により遮蔽されるボックスの外側領域が保護される。
【００２１】
図３は、保護層２０をプレート部材１９の内面上に配置した別の変形例を示す。公知の解決法としてボックスの内面全体に絶縁層が設けられているため、ボックス内の電圧のかかる部品５はプレート部材１９のアース電位を「見る」ことができず、これらの部品へのアーク発生が事実上阻止される。しかしながら、これには、内面を非常によく絶縁しなければならないという問題がある。絶縁層に形成されるホールが非常に小さなものでも、それによりアークが発生できる。特に、ボックスのコーナーでは、連続する絶縁層の形成は非常に困難である。図３に示すような本発明の実施例では、保護層２０はプレート部材１９の内面上に配置されるだけで、高温ガスの放出危険性がある箱の外側領域を遮蔽する。その場合、開閉装置１０の故障発生後にアークが形成されると、このアークはそれ以外のプレート部材１９のうちの１つに接触する。しかしながら、これらのプレート部材１９にホールが形成され、それに続いて高温ガスが放出されても、これらの領域には人間がいないため対応のプレート部材１９により遮蔽された領域には何の危険もない。
【００２２】
図４は本発明のさらに別の変形例を示す。この場合、ボックスの内部には、プレート部材１９から短い距離（数センチメートルで十分）離れた所に２つの保護プレート２０が設けられており、これらのプレート部材により保護すべきボックス外部の領域が遮蔽される。開閉装置１０に故障が発生すると、これらの保護プレート２０は、関連のプレート部材１９を遮蔽しボックスの外側領域に十分な保護を与える。さらに、開閉装置１０の通常動作時には非常に有利な作用効果が得られる。開閉装置１０の動作時、種々の部品（特に電圧のかかる部品５）は非常に大きな電流強度により非常に加熱されるため、ボックス内にホットスポットとして知られる局所領域が発生する。開閉装置１０の全てのコンポーネント（特に、可動コンポーネント）を適正に動作させるために、設計段階においてホットスポットが周囲温度より６５℃または７５℃以上の高温にならないように想定される。標準の開閉装置１０では、この熱は静止状態の空気を介する熱の対流のみにより放散される。しかしながら、図４に示す実施例の保護プレート２０は「煙突効果」の発生を保証するため、ボックス内部の空気は循環し始め、ボックスの外面全体が熱の放散に利用される。この効果を得るために、保護プレート２０は図示のようにプレート部材１９に実質的に平行にする必要があり、その結果、高温の空気は保護層２０と上面のプレート部材１９との間の空間内に引き込まれるが、その理由はプレート部材の温度は下側の方が低いからである。保護プレート２０はまた、この同じ効果を得ることができるようにするためプレート部材１９に関してわずかに斜めに配置してもよい。テスト構成では、循環する空気により５℃乃至７℃のさらなる冷却効果が得られた。ボックス内での空気の循環のために可動要素を使用しないため、図示の解決法は非常に信頼性が高く、簡単で且つ低コストで取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例による開閉装置の単純化した断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例の該略図である。
【図３】本発明の第２の実施例の概略図である。
【図４】本発明の第３の実施例の概略図である。
【図１】
2005521225.tif 000003
【図２】
2005521225.tif 000004
【図３】
2005521225.tif 000005
【図４】
2005521225.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月12日(2004.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
公報ＤＥ‐Ｕ‐７２  ３２  ０１１号は、アークを導電性防火プレートに誘導することにより囲壁内のアークにより生じる事態に対して保護を与える防火プレートを開示している。この防火プレートの組成は、材料が膨張し水分を解放して消弧するようになっている。
公報ＤＥ‐Ｕ‐８９  ０１  ４２３号は、囲壁の外表面の加熱のような囲壁内部の火炎の影響に対する保護を目的とする囲壁内部のプレート部分を記載している。再び、導電性の保護プレートが使用される。
本発明の目的は、開閉装置の故障により生じるアークに耐えて、ボックスの周辺領域を危険な状況から保護する耐アーク性ボックスを提供することにある。


【国際調査報告】
2005521225.tif 000007
2005521225.tif 000008