(57)【要約】      （修正有）【課題】応答時間が改善され、費用効果の高い改善されたアークフラッシュ防止機構を有するプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】管状空間１４４および長手軸ａを画定し、長手軸ａに沿った本体長さＢＬを有する環状本体１４２を含むアーク緩和デバイスである。電極１４６は管状空間１４４内に共軸で配置することができる。電極１４６は本体長さＢＬの少なくとも約５０％である電極長さＥＬだけ環状本体１４２内に延びることができ、環状本体１４２の内径ＢＤの約５０％以下の直径Ｄ２を有することができる。アブレーション材料部分１５２は環状本体１４２と電極１４６との間に配置することができる。環状本体１４２および電極１４６は、アークが環状本体１４２と電極１４６との間に存在するとき、アブレーション材料部分１５２がアブレーションを受け、それによってプラズマを生成する。【選択図】図５
2011222515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状空間（１４４）および長手軸を画定する環状本体（１４２）であり、前記長手軸に沿った本体長さを有する、環状本体（１４２）と、
前記管状空間内に共軸に配置された電極（１４６）であり、前記本体長さの少なくとも約５０％である電極長さだけ前記本体内に延びる、電極（１４６）と、
前記環状本体と前記電極との間に配置されたアブレーション材料部分（１５２）と
を含む装置。
【請求項２】
前記電極が前記環状本体の内径の約５０％以下の直径を有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記環状本体が、反対側の第１および第２の端部（１３８、１４０）を含み、前記電極が前記第１の端部から前記環状本体内に延び、装置が、前記第２の端部に配置されたノズル（１４７）をさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記環状本体および前記電極が、カソードおよびアノードの一方および他方として充電されるように構成される、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記環状本体および電極がプラズマ発生デバイス（１３４）に統合され、前記装置が主電極（１２８）をさらに含み、前記プラズマ発生デバイスが少なくとも約３０ｍｍだけ前記主電極から分離され、前記プラズマ発生デバイスと前記主電極との間の空間を全体的に占めるようにプラズマを放出するように構成される、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記電極が主領域（１４６ａ）と開始領域（１４６ｂ）とを含み、前記開始領域の少なくとも一部が前記環状本体の方へ前記主領域よりも近づけて配置される、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記アブレーション材料部分が前記環状本体の内壁（１４３）の約５０％から約９０％にわたって配置される、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記環状本体および前記電極に接続され、前記環状本体と前記電極との間にアークを保持するように構成されたエネルギー源（１４８）をさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記エネルギー源が約１ｋＶ以下の電圧および少なくとも約４ｋＡの電流を生成するように構成される、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記環状本体および前記電極は、アークが前記環状本体と前記電極との間に存在するとき、前記アブレーション材料部分がアブレーションを受けるように構成される、請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で提示される実施形態は一般にプラズマガンに関し、より詳細には、アブレーションプラズマガンに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力回路および開閉装置は、一般に、導体を絶縁物によって分離することを必要とする。しばしば空気隙間が、いくつかの区域でこの絶縁物の一部またはすべてとして働く。導体が互いに近くなりすぎるか、または電圧差が絶縁特性を超えた場合、アークが導体間で発生し得る。導体間の空気または任意の絶縁物（ガスまたは固体誘電体）がイオン化されるようになり、絶縁物が導電性になり、それによってアーク発生が可能になる。アーク温度は２０，０００℃もの高さに達することがあり、それにより、導体および隣接する材料が蒸発し、回路を破壊し得る爆発的なエネルギーが解放される。
【０００３】
アークフラッシュは、相−相間、相−中点間、または相−接地間のアーク発生故障に起因する急速なエネルギー解放の結果である。アークフラッシュは、爆発と同様の高熱、強い光、圧力波、および音波／衝撃波を生成することがある。しかし、アーク故障電流は短絡電流と比較して通常はるかに小さく、したがって、遮断器がアーク故障状態を扱うように選択されていない限り、回路遮断器のトリップの遅延またはトリップしないことが予想される。一般に、アークフラッシュ緩和技法では標準ヒューズおよび回路遮断器が使用される。しかし、そのような技法は、応答時間が遅く、アークフラッシュを緩和するには十分な速さでないことがある。
【０００４】
アーク故障を緩和するのに使用されている他の一技法は、電力バスと接地との間、または相間に配置された短絡（機械式クローバー）開閉器を使用することである。アーク故障が発生した際、クローバー開閉器は電力バスのライン電圧を短絡させ、エネルギーをアークフラッシュからそらし、それにより、アーク爆発に起因する損傷から装置を保護する。電力バス上で短絡が生じると、上流回路遮断器がボルト故障（ｂｏｌｔｅｄ  ｆａｕｌｔ）をうまく処理する。そのような開閉器は、大型で高価であり、主電力バスに配置され、トリガされるとボルト故障状態を引き起こす。その結果、機械式クローバーは極端なストレスを上流変圧器に引き起こすことが知られている。
【０００５】
応答時間が改善され、費用効果の高い改善されたアークフラッシュ防止機構が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９０１３４１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
応答時間が改善され、費用効果の高い改善されたアークフラッシュ防止機構を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、アーク緩和デバイスなどの装置が提供される。この装置は管状空間（ｌｕｍｅｎ）および長手軸を画定する環状本体を含むことができ、環状本体は長手軸に沿った本体長さを有することができる。電極は管状空間（ｌｕｍｅｎ）内に共軸で配置することができる。電極は本体長さの少なくとも約５０％である電極長さだけ本体内に延びることができ、環状本体の内径の約５０％以下の直径を有することができる。電極は主領域と開始領域とを含むことができ、前記開始領域の少なくとも一部は前記環状本体の方へ前記主領域よりも近づけて配置される。実施形態によっては、環状本体は反対側の第１の端部および第２の端部を含むことができ、電極は第１の端部から環状本体内に延び、ノズルは第２の端部に配置される。
【０００９】
アブレーション材料部分は環状本体と電極との間に配置することができる。アブレーション材料部分は環状本体の内壁に沿って配置し、例えば、内壁の約５０％から約９０％にわたって配置することができる。アブレーション材料部分は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオキシメチレンポリアミド、および／またはポリメチルメタクリレートなどのアブレーション材料を含むことができる。
【００１０】
実施形態によっては、環状本体および電極はプラズマ発生デバイスに統合することができる。装置は主電極をさらに含むことができ、前記プラズマ発生デバイスは少なくとも約３０ｍｍだけ前記主電極から分離され、前記プラズマ発生デバイスと前記主電極との間の空間を全体的に占めるようにプラズマを放出するように構成される。
【００１１】
環状本体および前記電極は、カソードおよびアノードの一方および他方として充電されるように構成することができる。エネルギー源は、環状本体と電極との間にアークを保持するように接続および構成することができる。一実施形態では、エネルギー源は約１ｋＶ以下の電圧および少なくとも約４ｋＡの電流を生成するように構成することができる。環状本体および電極は、アークが環状本体と電極との間に存在するとき、アブレーション材料部分がアブレーションを受け、それによってプラズマを生成するように構成することができる。
【００１２】
別の態様では、アーク緩和デバイスなどの装置が提供される。この装置は管状空間および長手軸を画定する環状本体を含むプラズマ発生デバイスを含むことができる。環状本体は長手軸に沿った本体長さを有することができる。電極は、管状空間内に共軸で配置し、本体長さの少なくとも約５０％である電極長さだけ本体内に延びることができる。アブレーション材料部分は環状本体と電極との間に配置することができる。
【００１３】
エネルギー源は環状本体および電極に接続することができる。エネルギー源は、環状本体と電極との間にアークを保持するように構成し、約１ｋＶ以下の電圧および少なくとも約４ｋＡの電流を生成することができる。アークが環状本体と電極との間に存在するとき、アブレーション材料部分はアークによりアブレーションを受け、それにより、プラズマを生成することができる。
【００１４】
プラズマ発生デバイスは少なくとも約３０ｍｍだけ主電極から分離することができる。プラズマ発生デバイスは、プラズマ発生デバイスと主電極との間の空間を全体的に占めるようにプラズマを放出するように構成することができる。装置は、第２のプラズマ発生デバイスと、少なくとも約５０ｍｍだけ互いに分離された２つの主電極とを含むこともできる。プラズマ発生デバイスおよび第２のプラズマ発生デバイスは各々実質的に主電極間に配置することができ、主電極間にプラズマブリッジを供給するように構成することができる。
【００１５】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、同様の文字が図面の全体を通して同様の部分を表す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとき一層よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示の一実施形態に従って構成された電力システムの概略図である。
【図２】図１のアーク緩和デバイスの斜視図である。
【図３】図２のプラズマ発生システムの斜視図である。
【図４】図２のプラズマ発生システムの斜視部分分解図である。
【図５】図３で参照番号５と名付けられた平面に沿って得られた図３のプラズマガンの断面図である。
【図６】図３で参照番号６と名付けられた平面に沿って得られた図３のプラズマガンの断面図である。
【図７】図２のプラズマ発生システムの回路図である。
【図８】プラズマガンの環状本体と、対応する電極との間でのそれぞれのアークの形成を示す図２のプラズマ発生システムの回路図である。
【図９】プラズマガンにおけるプラズマの発生を示す図２のプラズマ発生システムの回路図である。
【図１０】図２のアーク緩和デバイスの動作を示す概略側面図である。
【図１１】図２のアーク緩和デバイスの概略側面図である。
【図１２】別の例示の実施形態に従って構成されたプラズマ発生システムの斜視図である。
【図１３】図１２のプラズマ発生システムを含むアーク緩和デバイスの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
同じ参照番号が図面を通じて同じ部分を表す添付図面を参照しながら例示の実施形態が以下で詳細に説明される。これらの実施形態のうちのいくつかは上述および他の要求に対処することができる。
【００１８】
図１を参照すると、電力システムが参照番号１００によって全体的に図示および明示される。電力システム１００は、回路遮断器１０６を介して負荷１０４に電力を配送するように構成された電源１０２を含む。例えば、電源１０２は、図示のような三相構成を使用して、または例えば単相構成を介して交流（ＡＣ）電力を共通バス１０８に配送することができる。電源１０２および負荷１０４は、さらに、共通バス１０８を介してアーク緩和デバイス１１０に結合することができる。アーク緩和デバイス１１０はアーク閉込めデバイス１１２内に密閉することができる。
【００１９】
電気信号モニタリングシステム１１４はアークフラッシュ事象１１６に起因して生じることがある電力システム１００における電流変動をモニタするように構成することができる。一例では、電気信号モニタリングシステム１１４は変流器を含む。アークフラッシュ決定システム１１８は、電気信号モニタリングシステム１１４からの電気的パラメータ１２０と、アークフラッシュセンサ１２４からのパラメータ１２２とを受け取るように構成することができる。本明細書で使用する「パラメータ」という用語は、例えば、アークフラッシュ事象１１６から生じる可視光、熱放射、音響、圧力、および／または無線周波数信号などのアークフラッシュ事象の徴候を指す。したがって、センサ１２４は、例えば、光センサ、熱放射センサ、音響センサ、圧力変換器、および／または無線周波数センサを含むことができる。パラメータ１２０および１２２に基づいて、アークフラッシュ決定システム１１８はアークフラッシュ事象１１６の発生を示すアーク故障信号１２６を生成することができる。以下で説明するように、アーク故障信号１２６はアーク緩和デバイス１１０を作動させるように働くことができる。
【００２０】
図１および２を参照すると、アーク緩和デバイス１１０は、それぞれ共通バス１０８の導体１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ（例えば、異なる相、中点、または接地に対応する異なる導体）に接続された主電極１２８、１３０、１３２を含むことができる。この実施形態は３つの主電極を示しているが、他の実施形態では、電力システムによる要求に応じてより多くの電極またはより少ない電極を含むことができる。主電極１２８、１３０、１３２間のクリアランスが電力システム１００の通常動作で必要とされることがあり、クリアランスの必要量はシステム電圧によって決まる。例えば、約６００Ｖで動作する低電圧システムは、主電極１２８、１３０、１３２間に約２５〜３０ｍｍのクリアランスを必要とする場合があり、一方、約１５ｋＶで動作する中電圧システムは、少なくとも約５０ｍｍ、場合によっては１００ｍｍ以上、またはさらに１５０ｍｍだけ主電極が分離される必要がある場合がある。
【００２１】
図１〜６を参照すると、アーク緩和デバイス１１０はプラズマ発生システム１３４を含むことができる。プラズマ発生システム１３４は、ハウジング１４１によって支持され、主電極１２８、１３０、１３２間に配置されたプラズマガン１３６などの１つまたは複数のプラズマ発生デバイスを含むことができる。プラズマガン１３６の各々はそれぞれの環状本体１４２を含むことができる。各環状本体１４２は、例えばそれぞれの環状本体の内壁１４３によって画定されるそれぞれの管状空間１４４を画定することができる。各環状本体１４２は内側本体直径ＢＤを有することができ、かつ長手軸ａを画定することができ、それに沿って各環状本体は本体長さＢＬを有することができる。環状本体１４２は、例えば、銅および／またはステンレス鋼から形成することができ、電気的接続を容易にするための端子を含むことができる。
【００２２】
プラズマガン１３６の各々は、例えば、銅および／またはステンレス鋼から同様に形成することができる電極１４６を同様に含むことができ、電気的接続を容易にするための端子を同様に含むことができる。電極１４６は、関連する環状本体１４２と共軸となるように、対応する管状空間１４４内に配置することができる。各電極１４６は電極長さＥＬだけそれぞれの本体１４２内に延びることができる。各電極１４６は主領域１４６ａと開始領域１４６ｂとを含むことができる。開始領域１４６ｂは、開始領域と環状本体との間の距離ＤＩが主領域と環状本体との間の距離ＤＭよりも小さくなるように環状本体１４２の方へ主領域１４６ａよりも近づけて配置することができる。例えば、開始領域１４６ｂは第１の直径Ｄ１の円柱とすることができ、主領域は、開始領域から延び、Ｄ１よりも小さい第２の直径Ｄ２を有する円柱とすることができ、その結果、開始領域と主領域との間を移動するとき形状の鋭い変化が見られる。
【００２３】
プラズマガン１３６の各々は、さらに、ノズル１４７を含むことができる。例えば、各環状本体１４２は反対側の第１の端部１３８および第２の端部１４０を含むことができ、電極１４６は第１の端部から環状本体内に延び、ノズル１４７は第２の端部に配置される。ノズル１４７は、ノズル長さＮＬ、入口直径ＩＤ、および出口直径ＯＤを有することができる。
【００２４】
１つまたは複数のアブレーション材料部分１５２は、各環状本体１４２と、対応する電極１４６との間に配置することができる。例えば、アブレーション材料部分１５２は、それぞれの環状本体１４２の内壁１４３に沿って配置された誘電体材料を含むことができる。以下でさらに説明するように、十分な電流のアークが、対応する環状本体と電極との対１４２と１４６との間に存在するとき少なくとも１つのアブレーション材料部分１５２がアブレーションされるようにアブレーション材料部分１５２を構成することができる。アブレーション材料の候補には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオキシメチレンポリアミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、および／または他のアブレーション用ポリマーが含まれる。
【００２５】
内側本体直径ＢＤは約４ｍｍから約６ｍｍまでの範囲とすることができ、本体長さＢＬは約５ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲とすることができる。電極長さＥＬはＢＬの約５０％から約１００％までの範囲とすることができ、ＥＬの７５％から９５％までの任意の場所が主領域１４６ａによって使用される。電極直径Ｄ１およびＤ２はそれぞれ０．５から１ｍｍおよび１から２ｍｍの範囲とすることができる。実施形態によっては、電極長さＥＬは本体長さＢＬの少なくとも約５０％とすることができ、一方、他の実施形態では、ＥＬはＢＬの７５％またはさらに１００％とすることができる。実施形態によっては、電極１４６の直径Ｄ２は、環状本体１４２の内径ＢＤの約５０％以下、実施形態によってはＢＤの３分の１以下とすることができる。さらに、アブレーション材料部分１５２は、場合によっては、内壁１４３の少なくとも５０％から約９０％にわたって配置することができる。
【００２６】
図２〜７を参照すると、アーク緩和デバイス１１０は、さらに、低電圧高電流パルスエネルギー源１４８を含むことができる。この文脈において、「低電圧高電流」パルスエネルギー源は、約１ｋＶ以下の電圧および少なくとも約４ｋＡのパルス電流を生成するように構成されたエネルギー源を指す。低電圧高電流パルスエネルギー源１４８は、対応する環状本体１４２と電極１４６との間にアークが存在するとき、アークに関連した電流が少なくとも１つのアブレーション材料部分１５２をアブレーションするのに十分であるように構成することができる。低電圧高電流パルスエネルギー源１４８の一例が以下で提供される。
【００２７】
低電圧高電流パルスエネルギー源１４８は、例えば、比較的高電流および比較的低電圧（例えば、約１ｋＶよりも低い電圧で約４〜５ｋＡ）を生成するマイクロファラド範囲キャパシタを使用する容量性放電回路とすることができる。低電圧高電流パルスエネルギー源１４８は、電源（図示せず）に電力接続された整流器１７８と、抵抗−容量充電回路１８４として構成される抵抗器１８０およびキャパシタ１８２とを含むことができる。例えば、低電圧高電流パルスエネルギー源１４８は電源（図示せず）から約４８０ＶＡＣの電圧を受け取ることができ、キャパシタ１８２は約６００Ｖまで充電することができる。さらに、開閉器１９０および抵抗器１９２は、低電圧高電流パルスエネルギー源１４８の試験の間放電経路を与えるために整流器１７８の両端に直列に接続することができる。
【００２８】
プラズマガン１３６は互いに直列に接続することができ、あるガンの電極１４６は後続のガンの環状本体１４２に接続される。低電圧高電流パルスエネルギー源１４８は、導体１９４を介して、ならびに抵抗器１８６、インダクタ１８８、およびダイオード１８９を通して、一連のうちの第１のものであるプラズマガン１３６の環状本体１４２と、かつ導体１９６を介して一連のうちの最後のものであるプラズマガンの電極１４６と接続することができる。このようにして、キャパシタ１８２は一連のプラズマガン１３６と並列に接続することができる。
【００２９】
高電圧低電流パルスエネルギー源１５０は、同様に、一連のプラズマガン１３６の両端に接続することができ、各環状本体−電極対１４２と１４６との間で空気の絶縁破壊を引き起こすのに十分な少なくとも過渡的電位差を生成するように構成することができる。この文脈において、「高電圧低電流」パルスエネルギー源は、少なくとも約８ｋＶの電圧および約１Ａ以下のパルス電流を生成するように構成されたエネルギー源を指す。高電圧低電流パルスエネルギー源１５０の一例が以下で提供される。
【００３０】
高電圧低電流パルスエネルギー源１５０は、例えば、キャパシタ放電回路またはパルストランスベースとすることができる。高電圧パルスエネルギー源１５０は、電源（図示せず）に電力接続した整流器１６３と、抵抗−容量充電回路１６８を形成する抵抗器１６４およびキャパシタ１６６と、キャパシタ１６６と直列に配置された開閉器１７０とを含むことができる。例えば、高電圧低電流パルスエネルギー源１５０は、約１２０〜４８０Ｖ  ＡＣ（１２０〜４８０ＶＡＣ）の電圧を受け取ることができ、キャパシタ１６６は約２４０Ｖの所定の電圧に充電することができる。高電圧低電流パルスエネルギー源１５０は、１次巻線１７４および２次巻線１７６を有する高電圧パルス変圧器１７２をさらに含むことができる。１次巻線１７４は開閉器１７０を通して電源（図示せず）と電力接続することができ、二次巻線１７６は、ダイオード１７７を通して一連のプラズマガン１３６のうちの第１のものに接続する導体１９４と、かつさらに一連のうちの最後のものに接続する導体１９６とに電力接続することができる。
【００３１】
図１および７〜９を参照すると、動作中、アークフラッシュ決定システム１１８は、アークフラッシュ事象１１６の発生を判断し（パラメータ１２０および１２２に基づき）、アーク故障信号１２６を生成することができる。高電圧低電流パルスエネルギー源１５０は、アーク故障信号１２６を受け取り、応答して、各環状本体１４２と対向電極１４６との間で空気（または、より一般的に、いかなるガスが存在していても）の絶縁破壊を引き起こすパルスを生成するように構成することができる。例えば、アーク故障信号１２６により、開閉器１７０を閉じることができ、パルスがパルス変圧器１７２の１次巻線１７４を通して送られる。応答して、第２の電圧ポテンシャルを、変圧器１７２の２次巻線１７６を介して各環状本体−電極対１４２と１４６との両端に確立することができる。したがって、高電圧（例えば、キャパシタ１６６が約２４０Ｖに充電されたとき約８ｋＶ）低電流パルスを生成することができる。
【００３２】
高電圧低電流パルスは、それぞれアノードおよびカソードとしての環状本体１４２および電極１４６を充電するように働き（または実施形態によっては逆も同様である）、パルスは各環状本体１４２と対向電極１４６との間の空気の絶縁破壊電圧に打ち勝つのに十分な高さとすることができる。その結果、比較的低いエネルギーのアーク１９８は、各環状本体１４２と対向電極１４６との間の距離に及ぶことができる。ダイオード１７７、１８９は、高電圧低電流パルスが例えばキャパシタ１８２を通る経路に従って進むことによってプラズマガン１３６のうちのいくつかをバイパスしないように働くことができる。
【００３３】
各環状本体１４２と対向電極１４６との間のアーク１９８の開始は、電極１４６の開始領域１４６ｂがあることによって容易となることができる。環状本体１４２の方へ主領域１４６ａよりも近づけて配置された開始領域１４６ｂにより、より低い電圧でのアーク１９８の開始および／またはアークのより信頼できる開始を可能とすることができる。さらに、主領域１４６ａと開始領域１４６ｂとの間で形状の急激な変化がある場合、環状本体１４２と対向電極１４６との間の電界はより強くなることができ、それにより、アーク１９８を開始するのに必要とされる電圧は低下することができる。
【００３４】
電極１４６と環状本体１４２との間にアーク１９８があると、それらの間の空間により生じるインピーダンスを低下させることができる。このインピーダンスの低下は、低電圧高電流パルスエネルギー源１４８の作用の下で電極１４６と環状本体１４２との間にアーク１９８を保持させるのに十分な量となることができる。インピーダンスの低下により、さらに、低電圧にもかかわらず電極１４６と環状本体１４２との間に高電流パルスが流れるようになる。したがって、低電圧高電流パルスエネルギー源１４８のキャパシタ１８２が放電するときアーク１９８のエネルギーは著しく増加する。
【００３５】
図２、５および８〜１０を参照すると、アーク１９８が確立された後、低電圧高電流パルスエネルギー源１４８は、関連するアブレーション材料部分１５２のアブレーションを引き起こすのに十分なアーク電流を維持するように構成され、それにより、管状空間１４４にプラズマ２００の発生がもたらされる。次に、プラズマ２００は、主電極１２８、１３０、１３２間の空間を占めるようにそれぞれのノズル１４７から放出することができる。プラズマ２００は、主電極１２８、１３０、１３２間に導電性プラズマブリッジ２０２を生成することができ、それによって、主電極を短絡させて、保護アーク２０４がそれらの間に形成されるようにする。したがって、プラズマブリッジ２０２はアークフラッシュ事象１１６を緩和するように働き、保護装置を上流で作動させ（回路遮断器１０６など）、それによって、故障している電力システムに供給される電力を切断することができる。この故意に生み出された故障は制御された方法で実行することができ、アークフラッシュ事象１１６に関連するエネルギーは故障位置から離れたところで迂回することができる。保護アーク２０４は、強い光、音、圧力波、および衝撃波の形態でかなりの量のエネルギーを放出することができる。保護アーク２０４は、さらに、主電極１２８、１３０、１３２の蒸発を引き起こし、高圧力をもたらす。アーク緩和デバイス１１０は、保護アーク２０４に起因する衝撃波および高圧力を抑制するように構成されたエンクロージャまたはアーク閉込めデバイス１１２を含むことができることに留意されたい。アーク閉込めデバイスの例は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる２００９年５月２６日に出願された米国特許出願第１２／４７１，６６２号に与えられている。
【００３６】
速度、イオン濃度、および広がりなどのノズル１４７を出て行くプラズマ２００のジェットの特性、ならびにさらにプラズマブリッジ２０２の特性は、とりわけ、プラズマガン１３６の寸法、間隔、および構成、アブレーション材料のタイプ、ならびにエネルギーがエネルギー源１４８によって供給される方法によって制御することができる。上述の範囲の寸法による共軸形状を示すアブレーションプラズマガンの実施形態は、延長された長さのプラズマジェットを生成する傾向があることを出願人は見いだした。この延長された長さは、アークフラッシュ事象の間ガン内に十分な体積のプラズマを発生させることと、周辺区域にプラズマを効率的に押し出すようにガンを構成することとに基づくことができる。したがって、プラズマ発生システム１３４および主電極１２８、１３０、１３２は、比較的速く頑強な保護アーク２０４を生成するように設計することができる。
【００３７】
図３および１１を参照すると、ハウジング１４１上のプラズマガン１３６の構成は、例えば約１００ｍｍだけ分離された電極１２８、１３０間でプラズマブリッジを生成するように選ぶことができる。図１２および１３を参照すると、別の実施形態では、同様のプラズマガン１３６は、例えば約１４０ｍｍだけ隔たった電極２２８、２３０間にプラズマブリッジを生成するようにハウジング２４１上に異なるように配置することができる。一般に、プラズマガン１３６は、電極間距離がより大きいとき、プラズマガンがプラズマを誘導する距離が増加するように構成することができる。
【００３８】
上述の例に従って構成した実施形態は、１７．５ｋＶもの高い電圧を扱い、１１０ｋＶの電光インパルスに耐え、少なくとも１分間電力周波数で４２ｋＶを扱うように構成された電力システムで使用するためのアーク緩和デバイスに役立つことができる。より具体的には、上述の例に従って構成した実施形態は、電極間の１００ｍｍ以上の間隙を橋渡しするようにプラズマを生成することができるアーク緩和デバイスに役立つことができる。
【００３９】
本明細書では本発明のいくつかの特徴だけが図示および説明されているが、当業者は多くの変更および改変を思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨内にあるすべてのそのような変更および改変を包含するものであることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００４０】
１００  電力システム
１０２  電源
１０４  負荷
１０６  回路遮断器
１０８  共通バス
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ  導体
１１０  アーク緩和デバイス
１１２  アーク閉込めデバイス
１１４  電気信号モニタリングシステム
１１６  アークフラッシュ事象
１１８  アークフラッシュ決定システム
１２０  電気的パラメータ
１２２  アークフラッシュセンサからのパラメータ
１２４  アークフラッシュセンサ
１２６  アーク故障信号
１２８、１３０、１３２  主電極
１３４  プラズマ発生システム
１３６  プラズマガン
１３８  第１の端部
１４０  第２の端部
１４１  ハウジング
１４２  環状本体
１４３  内壁
１４４  管状空間
１４６  電極
１４６ａ  主領域
１４６ｂ  開始領域
１４７  ノズル
１４８  低電圧高電流パルスエネルギー源
１５０  高電圧低電流パルスエネルギー源
１５２  アブレーション材料部分
１６３  整流器
１６４  抵抗器
１６６  キャパシタ
１６８  抵抗−容量充電回路
１７０  開閉器
１７２  高電圧パルス変圧器
１７４  １次巻線
１７６  ２次巻線
１７７  ダイオード
１７８  整流器
１８０  抵抗器
１８２  キャパシタ
１８４  抵抗−容量充電回路
１８６  抵抗器
１８８  インダクタ
１８９  ダイオード
１９０  開閉器
１９２  抵抗器
１９４、１９６  導体
１９８  アーク
２００  プラズマ
２０２  導電性プラズマブリッジ
２０４  保護アーク
２２８、２３０  電極
２４１  ハウジング
【図１】
2011222515.tif 000003
【図２】
2011222515.tif 000004
【図３】
2011222515.tif 000005
【図４】
2011222515.tif 000006
【図５】
2011222515.tif 000007
【図６】
2011222515.tif 000008
【図７】
2011222515.tif 000009
【図８】
2011222515.tif 000010
【図９】
2011222515.tif 000011
【図１０】
2011222515.tif 000012
【図１１】
2011222515.tif 000013
【図１２】
2011222515.tif 000014
【図１３】
2011222515.tif 000015