(57)【要約】【課題】アーク発生の影響に対して安全な、ガス充填エンクロージャを含むスイッチング装置を提供する。【解決手段】スイッチング装置５は、入力導体33、アクチュエータ50、及びアーク・イニシエータ43,51,52を有するガス充填されたエンクロージャ30を含む。アクチュエータ50は、エンクロージャ30内に第１長さを有する第１アーク62の発生時に、アーク・イニシエータを作動させるように配置される。アーク・イニシエータは、作動時、第１長さよりも短い第２長さの第２アーク68のための径路を作り出す。アクチュエータ50は、第１アーク62の発生時に、エンクロージャ30内の圧力が増加するように配置することができる。ガスは、空気またはＳＦ6となり得る。アーク・イニシエータは、作動時、エンクロージャ30から入力導体33を絶縁する固体のケーブル絶縁体42の一部分43を介して第２アーク68のための径路を作ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を導くように配置された入力導体（33）を有する、ガスが充填されたエンクロージャ（30）を含むスイッチング装置であって、
前記入力導体（33）と前記エンクロージャ（30）は、互いにガスと固体絶縁物（10,42）によって絶縁されており、さらに、
アクチュエータ（50；150,156,158；250）とアーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）を含み、
前記アクチュエータ（50；150,156,158；250）は、前記エンクロージャ（30）内において第１長さを有する第１アークの発生時に前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）を作動させるように配置され、
前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）は、その作動時に、前記第１長さよりも短い第２長さの第２アーク（68；268）のための径路を作り出すことを特徴とするスイッチング装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ（50；150,156,158；250）は、前記第１アーク（62）の発生時、前記エンクロージャ内の圧力増加に反応するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチング装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ（50；150,156,158；250）は、前記エンクロージャ（30）に取り付けた機械式リンク（50；150,158；250）を含み、さらに、前記アクチュエータ（50；150,156,158；250）は、前記機械式リンク（50；150,158；250）を用いて、前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）に前記エンクロージャ（30）の一部分（60）を膨出させ移動するように配置されていることを特徴とする請求項２記載のスイッチング装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ（50）は、前記アーク・イニシエータに接続される柔軟な入力表面（72）と柔軟な出力表面（74）を有する圧力ボックス（70）を含み、
該圧力ボックスは、前記入力表面（72）を内側へ移動（76）させると共に、前記エンクロージャ内の圧力増加に反応し、前記出力表面（74）を外側へ移動（78）させるように配置されていることを特徴とする請求項２記載のスイッチング装置。
【請求項５】
前記アクチュエータ（50）は、アークの発生を検出するアーク検出器（ＡＤ）を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載のスイッチング装置。
【請求項６】
前記第２長さは、前記第１長さの半分までの長さであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスイッチング装置。
【請求項７】
前記アクチュエータ（50；150；250）と前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；251）は、前記エンクロージャ（30）の内側に位置していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のスイッチング装置。
【請求項８】
前記固体絶縁物は、前記入力導体（33）と前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）を絶縁するための固体のケーブル絶縁体（42）から構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のスイッチング装置。
【請求項９】
前記固体のケーブル絶縁体（42）は、孔を設けており、前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；251）は、駆動ペグ（51；151；251）と、第１表面（44；144；244）及び第２表面（45；145；245）を有する絶縁プラグ（43；143,243）とを含み、該絶縁プラグ（43；143,243）は、前記固体のケーブル絶縁体（42）の孔に挿入され、さらに、前記駆動ペグ（51；151；251）は、前記アクチュエータ（50；150；250）によって作動されるとき、前記絶縁プラグ（43；143,243）を第１表面から第２表面（45；145；245）に向けて孔をあけることを特徴とする請求項８記載のスイッチング装置。
【請求項１０】
前記アーク・イニシエータは、前記駆動ペグ（51；151；251）を案内するガイドチャネルを有する接地された金属ペグ（52；152；253）をさらに含むことを特徴とする請求項９記載のスイッチング装置。
【請求項１１】
前記絶縁プラグ（243）は、真空室（246）と、第１端部キャップ（244）を有する第１表面を含み、前記第１端部キャップ（244）が無傷であるとき、前記真空室（246）内に真空を維持し、前記第１端部キャップ（244）が駆動ペグ（251）によって孔があけられたとき、前記真空が破られるように配置されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のスイッチング装置。
【請求項１２】
前記入力導体（33）に接続される回路遮断器と、前記入力導体（33）とレールシステム（15）の間の導電接触を作り出すまたは分離する任意の断路器（14）とを有し、前記断路器（14）と前記レールシステム（15）は、前記エンクロージャ（30）内に設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のスイッチング装置。
【請求項１３】
ガスが充填されたエンクロージャ（30）を含むスイッチング装置（5）を用いる方法であって、
前記エンクロージャ（30）内で第１長さを有する第１アークの発生を生じさせる際、第１長さよりも短い第２長さの第２アーク（68）のための径路を作り出すステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記第２アーク（68）のための径路を作り出すステップは、エンクロージャ（30）内の圧力を増加させるステップを含んでいることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記第２アーク（68）のための径路を作り出すステップは、入力電圧を導くように配置された入力導体（33）の回りの前記固体のケーブル絶縁体（42）の部分（43）を介して作り出され、前記入力導体（33）と前記エンクロージャ（30）は、互いにガスと、固体のケーブル絶縁体（42）を含む固体絶縁物（10,42）とによって絶縁されていることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス充填されたエンクロージャを含むスイッチング装置に関する。また、本発明は、このようなスイッチング装置を用いるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１０００Ｖ以上の電圧用の中電圧及び高電圧のスイッチング装置は、良好な絶縁特性によるＳＦ6絶縁を広く用いて、コンパクトな装置を得ることができるようにしている。しかし、ＳＦ6が、環境（特に、分解生成物ＨＦ、ＳＯＦ2およびＳＯ2）に対してネガティブな結果をもたらす理由から、ＳＦ6から離れることが強く望まれている。それゆえ、空気は、絶縁媒体として益々用いられる。
【０００３】
空気の絶縁品質より低いファクター２〜４の結果として、種々の電圧搬送部品の間で電気的なスパークオーバーまたはアークの発生を防止するために、装置のサイズを増加させる必要がある。これは、エネルギー量がアークのサイズに比例するので、導電部品の間の距離に比例する、時々のアーク動作時に、エネルギーの放出量を増加させることになる。
【０００４】
更なる対策を講じなければ、エネルギーのあるアークは、その電圧が電圧搬送部品に吸収されるまで続くであろう。スイッチング装置に供給する電源ラインの送電系統に、外部スイッチを備えて、送電系統をオフさせる切換えが行われる。このような外部切換え動作は、スイッチング装置の誤動作が送電系統における外部監視システムによって検出された後、一般的に約１秒後に行われる。しかし、エネルギーのあるアークの１秒間は、かなり危険であり、かつダメージを受ける。このように、スイッチング装置は、許容できるレベルに影響を抑えるために十分に早くエネルギーのあるアークを取り除くための方法を備えなければならない。
【０００５】
アーク保護を有するエアが充填されたエンクロージャを備えるスイッチング装置は、欧州特許公開第１４６３１７２号公報に記載されている。ここでは、エンクロージャ内のエネルギーのあるアークの発生時、入力導体は、アークを停止するために自動的に接地される。これは、エネルギーのあるアークの発生時、エンクロージャ内の圧力増加及び空気の加熱にかかっている。エンクロージャは、ベント用パネルを含み、このパネルは、エンクロージャ内の圧力が増加するとき開き、また、柔軟なケーブルを介して、接地開閉器を動作させる。この接地開閉器は、アークを停止させるために、入力導体をアースに短絡させる。
【０００６】
公知のスイッチング装置は、アークは停止されるけれども、ベント用パネルを介してホットガスが解放され、こうして、スイッチング装置の近くで人が操作する危険を取り除くことができる。
スイッチング装置の別の例では、内部アークによって発生した圧力が、接地するスイッチを作動させるために用いられており、この例は、欧州特許公開第０２３５７５５号公報に示されている。また、この装置では、スイッチを接地する動作によって、内部アークを消滅させる。
【０００７】
また、強力なアーク保護機構は、ＳＦ6を用いるシステムに対して有益である。このようなシステムにおけるアークは、短く、そしてエネルギーも弱いけれども、アークは、スイッチング装置になお損傷を生じさせ、ＳＦ6−分解生成物等のホットガスの望ましくない解放を生じさせる。また個人的に操作する安全保障上のリスクもより重要となる。さらに、ＳＦ6は、温室効果ガスであるので、ＳＦ6の解放は、環境面においても望ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それゆえ、本発明の目的は、アーク発生の影響に対して安全面で改良された、非常に強力なガス充填エンクロージャを含むスイッチング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のために、入力電圧を導くように配置された入力導体を有する、ガスが充填されたエンクロージャを含むスイッチング装置であって、
前記入力導体と前記エンクロージャは、互いにガスと固体絶縁物によって絶縁されており、さらに、アクチュエータとアーク・イニシエータを含み、
前記アクチュエータは、前記エンクロージャ内において第１長さを有する第１アークの発生時に前記アーク・イニシエータを作動させるように配置され、
前記アーク・イニシエータは、その作動時に、前記第１長さよりも短い第２長さの第２アークのための径路を作り出すことを特徴とする。
【００１０】
第２アークのための径路が作り出されるとすぐに、第１アークは、消滅しそして、より短い長さを有する第２アークが現れる。このより短い第２アークは、より長い第１アークと比較して、エンクロージャ内により少ないエネルギーをもたらす。このため、装置が損傷を受ける危険が減少する。更に、エンクロージャがとにかく破損した場合でも、ホットガスの漏れ及び更に可能な炎の発生は減少し重大な影響も少なくなる。結果として、本装置及びその近くにいる人々、すなわち操作者に対する関連した危険が減少する。
【００１１】
また、より短い第２アークは、より定められた位置に、例えば、アーク・イニシエータで生じることになるであろう。これに反して、より強力な第１アークの位置は、予測できない。これは、かなりの時間に対してどのような位置でも大きなアークに耐えることができるように、完全なエンクロージャを設計する必要が少なくなるので、エンクロージャの設計時、有効に利用することができる。ガスは、実質的に空気またはＳＦ6で構成する。
【００１２】
更なる実施形態では、アクチュエータは、第１アークの発生時、エンクロージャ内の圧力を増加させるように配置されている。
大きなアークの発生は、ガスが過熱により膨張するので、エンクロージャ内の圧力上昇をもたらす。この圧力は、アーク圧力と呼ばれている。
【００１３】
１つの実施形態によれば、アクチュエータは、エンクロージャと機械式リンクを構成し、アクチュエータは、この機械式リンクを用いるアーク・イニシエータにエンクロージャの一部分を膨出させるように配置される。
【００１４】
大きなアークの発生時、アーク圧力は、エンクロージャまたはその一部分の膨出を発生させる。この膨出は、膨出部分に連結した機械式リンクによって直接与えられる。こうして、機械式リンクは、エンクロージャの膨出により移動し、アークアクチュエータを動作させる。
【００１５】
アーク・イニシエータは、アクチュエータに機械的に連結することができる。このアーク・イニシエータは、アクチュエータから小さな距離に位置することができる。その結果、アクチュエータは、アーク・イニシエータを作動させる前に、小さい距離以上に自由に移動できる。
【００１６】
別の実施形態では、アクチュエータは、アーク・イニシエータに連結された柔軟な入力表面及び柔軟な出力表面を有する圧力ボックスを含み、さらに、アーク圧力が、前記圧力ボックスの柔軟な入力表面の内方への移動を生じさせ、さらに柔軟な出力表面の外方への移動を生じさせる。
アーク圧力は、圧力ボックスに影響を与え、そして、圧力ボックスによってアーク・イニシエータの移動を与えることになる。
【００１７】
別の実施形態において、アクチュエータは、アークの発生を検出するアーク検出器を含む。アーク検出器は、第１アークから発生する光のレベル又は第１アークから発生するイオン化のレベルを検出する。また、アーク検出器は、圧力センサを用いて圧力増加を積極的に検出することができる。アーク検出器がアークの発生を検出すると、アクチュエータは、アーク・イニシエータを駆動するように作動することができる。
【００１８】
実施形態において、第２長さは、第１長さのせいぜい半分である。さらなる実施形態では、第２長さは、第１長さのせいぜい１／４である。
アークエネルギーは、アーク長さに比例し、このアーク長さの減少は、直接同一比でアークエネルギーの減少をもたらす。すなわち、２つのファクターを有するアーク長さの減少は、実質的に同一の２つのファクターによってアークエネルギーが減少する。
こうして、アークは、アークの長さがより多く減少される位置に効果的に移動する。更に、第２アークに対する明確に定めた第２アークのための径路によって決定されるので、アークの長さ及び位置が、良く制御される。
【００１９】
実施形態において、アクチュエータ及びアーク・イニシエータは、エンクロージャの内部に配置されている。これは、エンクロージャに適合するのに必要とされる空間を増加させないように、エンクロージャの回りに付加的な空間を必要としないという利点を有する。
【００２０】
さらなる実施形態において、固体絶縁物は、入力導体を絶縁するための固体のケーブル絶縁体を含み、また、アーク・イニシエータは、動作時、固体のケーブル絶縁体の一部分を介して第２アークのための径路を作り出すように配置されている。
【００２１】
ある環境において作り出される第２アークのための径路は、ガスを含む環境の代わりに固体の絶縁材料を含んでいる。第２アークの径路は、良く制御されかつ比較的安全な位置に配置されている。
【００２２】
さらなる実施形態において、アーク・イニシエータは、駆動ペグと第１表面と第２表面を有する絶縁プラグを含み、絶縁プラグは、入力導体回りの固体のケーブル絶縁体内における孔の中に挿入される。駆動ペグは、アクチュエータによって動作するとき、絶縁プラグの第１表面から第２表面に孔をあけるように配置され、第２アークのための径路用のチャネルを作り出す。
【００２３】
駆動ペグは、例えば、エンクロージャに導電性の機械的な連結部を介してエンクロージャに接触する。この駆動ペグは、導電性を有する。駆動ペグは、直接に接地またはエンクロージャを介して間接的に接地される。
【００２４】
絶縁プラグは、ケーブル連結部の回りの固体絶縁物内の孔に配置することができる。固体絶縁物と絶縁プラグは、スイッチング装置の一部分が、通常の動作中、エンクロージャおよび他の部品から絶縁されることを確実にしており、全ての高電圧部品をエンクロージャおよび他の部品の近くに配置している。高エネルギーのアークが発生したとき、エンクロージャの膨出部分が膨出するとき、アクチュエータによってアーク・イニシエータが作動すると、この絶縁が破られる。
【００２５】
駆動ペグは、絶縁ペグに孔が明けられた後、まもなく入力導体に直接接触し、これにより、ケーブル接続部を接地して短絡させる。
駆動ペグは、短絡電流に耐えることができないように寸法付けられているので、ケーブル接続部と直接接触するとき、燃えることになる。これは、直接接触が無くなり、その結果、駆動ペグが第２アークのための径路のチャネルから離れる。また、絶縁プラグも部分的に、あるいは完全に燃え尽きる。
【００２６】
言い換えると、駆動ペグがケーブル接続部に一旦接触すると、あるいはケーブル接続部に非常に接近すると、ペグは燃えることになる。ペグが燃えた後、接触は失われるが、アーク径路はそのまま残る。
【００２７】
こうして、アーク保護は、分断されない金属製の接地径路の存在に頼ることはなく、その代わり、第２アーク径路を与えることによって動作が続くことになる。これは、上述した欧州特許公開第１４６３１７２号公報におけるような、分断されない金属製の接地径路に頼る機構と比較してアーク保護がより強固となる。
【００２８】
代わりに、駆動ペグは、絶縁プラグを孔あけし、そして、薄いキャップだけ離れた入力導体に密接するようになる。この薄いキャップは、十分に小さく、電流が、入力導体から駆動ペグに流れることができ、入力導体と駆動ペグとの間に瞬時にアークを形成する。そして、駆動ペグは、燃え尽き、さらにアーク径路は、入力導体とアースとの間に残ることになる。
【００２９】
駆動ペグは、その端部に鋭いチップを有する金属要素とすることができる。鋭いチップは、絶縁プラグを容易に貫くことができる。
【００３０】
アーク・イニシエータは、更に、ガイドチャネルを有する金属製のプラグを含む。駆動ペグは、アクチュエータによって作動されるとき、ガイドチャネルを移動し、そして、金属製プラグが接地される。ガイドチャネルは、金属製プラグを貫通する円筒状の孔とすることができる。
【００３１】
こうして、第２アーク径路は、作り出され、そして、絶縁プラグ（もし存在するならば）内の孔を介して入力導体から金属製プラグに通じている。金属製プラグは、短絡回路を流れる短いパルスに耐えるように設計されている。この駆動ペグは、金属製プラグを介して接地される。
【００３２】
絶縁プラグは、第１表面に導電層を含む。これは、スイッチング装置の通常の動作中、入力導体から駆動ペグを誘電的に絶縁する。
【００３３】
絶縁プラグは、絶縁材料から作られた実質的に固体のプラグとすることができる。この絶縁プラグは、ゴム材料から構成することができる。このゴムは、駆動ペグによって容易に貫通される。更に、このゴムは、絶縁プラグの一端側の入力導体に供給される電圧と絶縁プラグの他端側のアース部品との間の良好な誘電的な絶縁を与える。
【００３４】
１つの実施形態において、絶縁プラグは、真空室を構成し、そして、第１表面は、第１端部キャップを構成する。この第１端部キャップは、第１端部キャップが無傷であるとき、真空室内の真空を維持し、また、第１端部キャップが駆動ペグによって孔あけされるとき真空が破られるように、配置されている。
【００３５】
真空室は、これが無傷であるとき、すなわち、第１端部キャップが無傷であり、真空室内の真空が維持されるとき、絶縁が保たれる。このような真空は、非常に良好な絶縁を与える。
【００３６】
第１端部キャップが孔あけされると、真空室は、エンクロージャからのガスで満たされ、そして、真空によって与えられた良好な絶縁が取り除かれる。その結果、駆動ペグは、入力導体と接触するか、または入力導体に十分近接するようになり、そして、第２アークのための径路に対するチャネルを作り出す。
【００３７】
さらなる実施形態では、エンクロージャは、明確な基準電圧を有し、かつ外部との障害を最小にするように接地される。
第２アークのための径路は、アーク・イニシエータの作動時、入力導体とアースとの間に作り出される。
【００３８】
エンクロージャ内のガスは、空気及びＳＦ6の群から選択されたガス成分を含んでいる。空気及びＳＦ6の両方は、エンクロージャ、入力導体、およびエンクロージャ内の可能な他の導電性要素の間の絶縁として役立つことができる。
上述したように、空気は、環境上の理由から用いられる。ＳＦ6は、エンクロージャの最大コンパクト性のために用いることができる。
【００３９】
スイッチング装置は、更に、入力導体に接続される回路遮断器と、エンクロージャを貫通する入力導体及びレールシステムの間の導電性接続のオンオフのための選択的な断路器とを含む。断路器とレールシステムは、エンクロージャを貫通する。
【００４０】
スイッチング装置は、三相設計であり、機能ユニット（またフィールドとも呼ばれる）あたり各々３つの上述した構成要素を有する。これらの構成要素は、各相に対して互いから物理的にかつ電気的に分離される。
【００４１】
スイッチング装置は、更に、作動ハンドルを有する接地装置を含み、この作動ハンドルは、エンクロージャの外側に配置されている。接地装置は、操作者によって作動ハンドルから操作され、作動時に、入力導体および他の導電性要素の少なくとも１つを接地するように配置されている。これは、操作者が、手動で安全モードに、すなわち、維持のためにアクセスする必要があるとき、スイッチング装置を操作することを可能にする。
【００４２】
さらなる構成では、本発明は、ガスが充填されたエンクロージャを含むスイッチング装置を用いる方法に関係している。この方法は、エンクロージャ内で第１長さを有する第１アークの発生を生じさせる際、第１長さよりも短い第２長さの第２アークのための径路を作り出すステップを含む。
【００４３】
更なる実施形態では、第２アークのための経路を作り出すステップは、エンクロージャ内の圧力を増加させるステップを含んでいる。
【００４４】
本発明の方法の実施形態では、前記第２アークのための経路は、入力電圧を導くように配置された入力導体の回りの固体のケーブル絶縁体の部分を介して作り出され、入力導体とエンクロージャは、互いにガスによって絶縁されており、固体絶縁物は、固体のケーブル絶縁体を含んでいる。
【００４５】
本発明の上記構成及び他の構成は、更に、対応する参照番号は、対応する部品を示している図面を参照して詳細に解明かつ記載されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に従うスイッチング装置内のエンクロージャを介して見た単純化された断面図を示す。
【図２】図２は、活動的なアーク中の本発明の第１実施形態に従うエンクロージャを介して見た単純化された断面図を示す。
【図３】図３は、アーク保護の動作中の単純化された断面図を示す。
【図４】図４ａ−図４ｃは、アーク保護の動作後の単純化された断面図を示す。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に従うスイッチング装置内のエンクロージャを介して見た単純化された断面図を示す。
【図６】図６は、活動的なアーク中の本発明の第２実施形態に従うスイッチング装置内のエンクロージャを介して見た単純化された断面図を示す。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態に従うスイッチング装置内のエンクロージャを介して見た単純化された断面図を示す。
【図８】図８ａは、本発明の第４実施形態に従うスイッチング装置内のエンクロージャを介して見た単純化された断面図であり、図８ｂは、図８ａの詳細図を示す。
【図９】図９ａは、活動的なアーク中の本発明の第４実施形態に従うスイッチング装置内のエンクロージャを介して見た単純化された断面図であり、図９ｂは、図９ａの詳細図を示す。
【図１０】図１０は、第４実施形態に用いる機械式リンクを示す。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施形態の詳細図を示す。
【図１２】図１２は、本発明の別の実施形態の詳細図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
図１は、本発明の１つの実施形態に従う中電圧又は高電圧用の電気スイッチング装置５の例を介して見た単純化された断面図を示す。このスイッチング装置５は、金属から作られた、閉じたエンクロージャ３０を含み、このエンクロージャ内に、スイッチング装置５の各要素が配置されている。エンクロージャ３０は、固定フレーム３４に取り付けられる。
【００４８】
図示された例では、スイッチング装置５は、電源ライン３５間の電気接続を接続または分離するのに使用される。この電源ラインは、ケーブル接続部３３に接続され、そして、三相レールシステムの各レール１５の１つに接続される。導体は、ケーブル接続部３３から真空のサーキットブレーカー形式としての回路遮断器１２の底部接続へ通じている。この回路遮断器は、駆動ロッド１６によって作動される。スイッチング装置５において、回路遮断器１２は、電流のオンオフを切り替えるために用いられる。回路遮断器１２の他方の接続部は、図示の例では、スライド式の電気導体接続部を介して第２駆動ロッド１７によって作動する断路器１４の第１面側に接続される。
【００４９】
スライド式の電気導体接続部は、回路遮断器１２と断路器１４の位置に関係なく回路遮断器１２と断路器１４の間に電気接点があることを意味する。閉じた位置では、断路器１４の他面側は、分岐レール１８に接触し、この分岐レールは、図面上の平面に垂直に伸びるレール１５の１つの接続されている。断路器１４は、また、ケーブル接続部３３とレール１５の間の導体径路に第２駆動ロッドによって電気的に分離することができる。この断路器１４は、アース接点２９に接触させることができ、その結果、回路遮断器１２から全体の電気回路を接地させることができる。回路遮断器１２と断路器１４のための駆動ロッド１６及び第２駆動ロッド１７は、それぞれ、駆動機構１１によって作動し、この駆動機構は、図１において、太い線で図示された、閉じたエンクロージャ３０の頂部上に配置されている。この機構１１に加えて、エンクロージャ３０の頂部側には、第２の設備３１（例えば、安全の、測定用及び記録用設備）と制御パネル３２のための空間がある。
【００５０】
図１は、スイッチング装置５の１面側部分のみを示す断面図である。当業者であれば、スイッチング装置５の他の２面側の部分は、図面の平面に対して垂直な方向に配置されてうることが明らかであろう。そして、各ケースにおける対応する分岐レール１８は、レールシステムの異なるレール１５に接続されている。３つの面部分は、一緒に機能ユニットを形成し、１つのフィールドと呼ぶことができる。それゆえ、完全なスイッチング装置５のために、複数の機能ユニットが、互いに隣り合って配置される。
【００５１】
回路遮断器１２の頂部側には、そのための駆動ロッド１６、断路器１４と第２駆動ロッド１７と分岐レール１８、アース接点２９とレール１５の各部分が、例示的な実施形態として説明されるように、隣接する面に関して、また閉じたエンクロージャ３０に関して、誘電的な分離（すなわち絶縁）のために用いられる電気的な絶縁バリア１０によって取り囲んでいる。
【００５２】
ケーブル接続部又は入力導体３３は、他の導電要素及び閉じたエンクロージャに対して絶縁のために用いられる固体のケーブル絶縁体４２を備えている。この固体のケーブル絶縁体４２は、入力導体３３に近接し、この絶縁体４２内の孔に適合する絶縁プラグ４３を含む。絶縁プラグ４３は、例えば、電気的絶縁特性を有し、かつ同時に貫通可能なゴムまたは他の適当な材料から作られている。絶縁プラグ４３の上部表面４５は、入力導体３３と接触しているか、または入力導体に近接した距離にある。金属製の薄い駆動ペグ５１は、絶縁プラグ４３の下部表面４４側に位置している。下部表面４４は、スイッチング装置の通常動作中、入力導体３３から駆動ペグ５１をシールドするために導電層４６に覆われている。駆動ペグ５１は、金属製プラグ５２によってガイドされ、また、固体のケーブル絶縁体４２内の孔に嵌合している。図示の例では、金属製プラグ５２は、接地されている。
【００５３】
代わりに、金属製プラグ５２は、それ自体接地されず、駆動ペグ５１が以下に記載するように動作するとき、エンクロージャ３０と電気的に接触する。金属製プラグを用いる代わりに、大きな電流を導くことが可能な駆動ペグ５１を実装することが可能である。このような別の実施形態において、駆動ペグ自体を接地することができる。絶縁プラグ４３、駆動ペグ５１、及び可能な金属製プラグは、一緒にアーク・イニシエータを形成し、これらの機能は、以下で説明する。  
エンクロージャ３０は、エンクロージャ３０に設けられた機械式リンク５０を有するアクチュエータを含んでいる。
【００５４】
図２は、断路器１４とエンクロージャ３０との間の第１の活動的なアーク６２の発生時における電気スイッチング装置５を示す。この第１アーク６２は、大いに活動的であるので、多くの熱を発生し、エンクロージャ３０内の空気を暖め、エンクロージャ３０の一部分６０に膨出６４を生じさせる。供給電流の交流作用により、この活動的なアーク６２は、さらなる手段が付加されなければ、交流が続く各サイクルで点火することになるので、かなりの時間維持される。しかし、この実施形態では、エンクロージャの膨出６４は、機械式リンク５０を作動させ、リンクによって駆動ペグ５１が上方に動く。駆動ペグ５１は、絶縁プラグ４３の上部表面４５を貫いて絶縁プラグ４３に孔をあける。
【００５５】
このようにして、入力導体３３からアースに向かう、金属製の、電気的な導電径路が作り出される。大きな短絡電流が、駆動ペグ５１を通り抜けることになる。駆動ペグ５１は、あまりに薄いので、大きな電流に耐えることができず、駆動ペグ５１は、ほとんど瞬時に燃え尽きるか、あるいは金属製プラグ５２から伸びている先端部が少なくとも燃え尽き、図４ａ−図４ｃに示された状況の１つが残るであろう。また、絶縁プラグ４３は、図４ａ,図４ｂに示すように消えか、あるいは図４ｃに示すようにチャネルを残すことになる。絶縁ペグ４３が孔あけされた、または蒸発し、そして、駆動ペグ５１が消えた後、図３に示すように、入力導体３３と金属製プラグ５２の間に第２アーク６８を作り出す。この第２アーク６８は、短い長さを有し、そのため、活動的な第１アーク６２よりもエネルギーが低く、特定の場所に作り出される。活動的な第１アーク６２は、消滅し、そして、これに関連する危険は取り除かれる。電源ライン３５の外部スイッチを用いて電圧が入力導体３３に導かれるまで、通常、エネルギーの低い第２アーク６８は続く。
【００５６】
図５には、別の実施形態が図示されている。機械式リンクの代わりに、エンクロージャ３０内のアクチュエータ５０は、圧力ボックス７０を含んでいる。この圧力ボックス７０は、柔軟な入力表面７２と柔軟な出力表面７４を有する。柔軟な出力表面７４は、駆動ペグ５１に結合している。駆動ペグ５１は、上述した実施形態と同様に、これが動くと絶縁プラグ４３に孔をあける。
【００５７】
図６は、活動的な第１アーク６２の発生時における圧力ボックス７０の行動を示す。エンクロージャ３０内の空気の膨張は、柔軟な入力表面７２に作用し、柔軟な入力表面７２を内方向への移動７６を生じさせる。圧力ボックス内の空気、薄められた空気またはガスは、この柔軟な入力表面７２の内方向への移動７６を柔軟な出力表面７４の外方向への移動７８に変化させ、その結果、駆動ペグ５１を内方向へ動かして、絶縁プラグ４３に孔をあける。
【００５８】
更に別の実施形態が図７に示されている。エンクロージャ３０は、アーク検出器ＡＤとアクティブアクチュエータ５０を含む。アーク検出器ＡＤは、エンクロージャ３０内の第１アーク６２から発する光のレベルを検出する。アーク検出器ＡＤは、絶対光レベル又は光レベルにおける変動（増加）を検出することができる。代わりに、アーク検出器ＡＤは、第１アーク６２から発生するイオン化レベルを検出することができる。アーク検出器ＡＤは、絶対イオン化レベル、またはイオン化レベルの変動（増加）を検出することができる。アーク検出器ＡＤが活動的なアークを検出すると、アクティブアクチュエータ５０は、駆動ペグ５１を駆動するようになる。駆動ペグ５１は、駆動時、上述した実施形態と同様に、絶縁プラグ４３を孔あけするように配置されている。アクティブアクチュエータ５０は、多くの異なる性質を有することができる。アクティブアクチュエータ５０は、駆動ペグ５１を駆動するリニアモータ等のモータとすることができる。代わりに、アクティブアクチュエータ５０は、解放時に駆動ペグ５１を動作させる、前もって張力をかけたスプリング（引張りではない）を解放させる。
【００５９】
別の実施形態が図８ａ、図８ｂ、図９に示されている。図８ａは、本発明の第４実施形態に従うスイッチング装置におけるエンクロージャを通してみた概略断面図を示す。図９は、活動的なアーク作用時の断面図を示す。図８ｂは、図８ａの詳細図を示す。
【００６０】
これらの実施形態は、図１−７に示された実施形態とは異なる。ここでは、アーク・イニシエータ１４３，１５１，１５２は、駆動ペグ１５１が水平位置で配置されている。機械的に固定された基準プレート１５４が、絶縁バリア１０とエンクロージャ３０との間に取り付けられている。アクチュエータは、ヒンジ付き機械式リンク１５０、ヒンジ１５６、およびコネクタ１５８を含む。ヒンジ付き機械式リンク１５０は、基準プレート１５４とヒンジ１５６を用いて連結され、また、エンクロージャとコネクタ１５８を用いて連結されている。活動的なアーク作用時、圧力増加は、エンクロージャの一部分６０の膨出部６４を生じさせる。エンクロージャの一部分６０の膨出部６４は、ヒンジ付きの転送リンク１５０上にあるコネクタ１５８を介して作動する。コネクタ１５８とヒンジ１５６との間にあるヒンジ付き機械式リンク１５０の上側部分２５２は、左側に移動する。この移動は、ヒンジ１５６を介して伝えられ、ヒンジ付き機械式リンク１５０の下側部分２５２の右方向への移動に変えられる。これは、駆動ペグ１５１を右側に移動させる。駆動ペグ１５１は、金属製プラグ１５２によってガイドされている。この例示の実施形態では、金属プラグ１５２は接地されている。駆動ペグ１５１は、入力導体３３回りの固体のケーブル絶縁体４２内に設けた絶縁プラグ１４３を左側表面１４４から右側表面１４５に貫通する。この結果、入力導体３３から接地された金属製プラグ１５２へ、下側の活動的な第２アーク６８のための径路を作り出す。
【００６１】
図１０は、第４実施形態に用いるための機械式リンクを示しており、この形態では、３相設計の３分野のスイッチング装置が使用される。この実施形態では、絶縁バリア１０内の各部品（入力導体３３、回路遮断器１２、断路器１４、駆動ロッド１６,１７）と、異なる局面での固体のケーブル絶縁体１４２は、物理的にかつ電気的に互いにエンクロージャ３０から分離される。固体のケーブル絶縁体の各々は、対応するアーク・イニシエータと関連した、それぞれ絶縁プラグ１４３を含む。エンクロージャ３０は、全ての局面及び全てのフィールドに対して共通である。
【００６２】
ヒンジ付きの機械式リンク１５０は、全ての３つのフィールド及び３つの局面に対して単一の共通の要素である。このヒンジ付きの機械式リンク１５０は、各局面及びフィールドに対して、コネクタ１５８を介してエンクロージャ３０に連結される。すなわち、この例では、全体で９つのコネクタ１５８が、ヒンジ付きの機械式リンク１５０の上側部分２５２に連結される。ヒンジ付きの機械式リンク１５０は、さらに、下側部分に複数のフィンガー２５０を含んでいる。複数のフィンガーは、各アーク・イニシエータに対して１つのフィンガー２５０を含む、各フィンガー２５０は、対応するフィンガー２５０上の対応する位置２５８から対応する駆動ペグ１５１を駆動するために配置されている。
【００６３】
活動的なアークの発生時に膨出するエンクロージャの一部分６０は、エンクロージャの一部分の膨出を、ヒンジ軸２５６とフィンガー２５０に沿う位置でヒンジ１５６を介してアーク・イニシエータの駆動ペグ１５１の各々に伝えるように、ヒンジ付きの機械式リンク１５０に影響を与えることになるであろう。
フィンガー２５０は、ヒンジ付きの機械式リンク１５０の動きを駆動ペグ１５１に伝えて、絶縁プラグ１４３に孔をあけるために十分に強固な硬さを有している。さらに、フィンガー２５０の各々は、他のすべてのフィンガーが対応する絶縁プラグに孔あけがされるまで、そして、すべてのフィールド及び局面でアースへのそれぞれの電流径路が設けられるまで、完全に、ヒンジ付きの機械式リンク１５０が動けるように、十分回復力がある。
【００６４】
さらなる実施形態において、絶縁プラグ４３または１４３は、絶縁材料、例えばゴムから作られた実質的に固体のプラグである。
【００６５】
絶縁プラグの別の実施形態は、図１１及び図１２に示されている。この別の実施形態において、絶縁プラグ２４３は、第１端部キャップ２４４と第２端部キャップ２４５を有する真空室２４６を含む。アクチュエータ２５０が、エンクロージャ内の活動的なアーク６２の発生時に作動するとき、駆動ペグ２５１は、第１端部キャップ２４４を孔あけるための金属製プラグ２５２によってガイドされるように配置されている。真空室２４６は、通常、真空になっており、入力導体３３と、駆動ペグ２５１等の他の導電性部品との間に強力な絶縁を与える。しかし、アクチュエータ２５０が作動するとき、駆動ペグ２５１は、第１端部キャップ２４４を孔あけし、そして、真空を破る。さらなる実施形態では、駆動ペグ２５１の動きは、駆動ペグが第１端部キャップ２４５と接触するまで、続けられる。そして、更なる実施形態では、駆動ペグ２５１は、第２端部キャップ２４５を孔あけすることもできる。
【００６６】
第１端部キャップ２５４が孔あけられ、そして、真空が破られると、真空室２４３は、ガス、例えば、空気がエンクロージャから充填される。その結果、真空によってより早く与えられた良好な絶縁が失われ、そして、第２アーク２６８を有するアーク動作が、入力導体３３と駆動ペグ２５１との間に起こる。別の実施形態において、アーク動作は、入力導体３３とアクチュエータ２５０および／または金属製プラグ２５２との間で起こるであろう。この第２アーク２６８は、電流を入力導体からアースへ運び、そして、活動的なアークが消滅する。第２アーク２６４は、より小さい長さを有し、そして、エンクロージャ内の活動的なアーク６２よりもエネルギーが低い。こうして、スイッチング装置および／またはスイッチング装置近くで人に害を及ぼす危険を減少する。
【００６７】
本発明は、図面に示した（単純化した）実施形態に基づいて説明してきた。当業者であれば、種々の変更及び修正が本発明の発明に関する概念の範囲内において可能であることが明らかであろう。たとえば、図面で示された実施形態は、エンクロージャにエアが充填された例について説明したけれども、エンクロージャは、ＳＦ6を充填させても良い。１つの実施形態に関連して記載した要素は、他の実施形態に関連して用いることもできる。例えば、アクチュエータの異なる実施形態は、アーク・イニシエータの異なる実施形態のいずれかに用いることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年7月26日(2010.7.26)
【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】
ガスが充填されたエンクロージャ（30）と、
入力電圧を導くように配置され、前記エンクロージャ（30）と共に、固体絶縁物によって互いに絶縁される入力導体（33）と、
アクチュエータ（50；150,156,158；250）と、
アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）とを含み、
前記アクチュエータ（50；150,156,158；250）は、前記エンクロージャ（30）内において第１長さを有する第１アークの発生時に前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）を作動させるように配置されている、スイッチング装置（5）であって、
前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）は、その作動時に、前記入力導体（33）から前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）に前記固体絶縁物を通る第２長さの第２アーク（68；268）に対する遮断用の接地径路を作り出し、前記第２長さは、前記第１長さよりも短いことを特徴とするスイッチング装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ（50；150,156,158；250）は、前記第１アーク（62）の発生時、前記エンクロージャ内の圧力増加に反応するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチング装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ（50；150,156,158；250）は、前記エンクロージャ（30）に取り付けた機械式リンク（50；150,158；250）を含み、さらに、前記アクチュエータ（50；150,156,158；250）は、前記機械式リンク（50；150,158；250）を用いて、前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）に前記エンクロージャ（30）の一部分（60）を膨出させ移動するように配置されていることを特徴とする請求項２記載のスイッチング装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ（50）は、前記アーク・イニシエータに接続される柔軟な入力表面（72）と柔軟な出力表面（74）を有する圧力ボックス（70）を含み、
該圧力ボックスは、前記入力表面（72）を内側へ移動（76）させると共に、前記エンクロージャ内の圧力増加に反応し、かつ前記出力表面（74）を外側へ移動（78）させるように配置されていることを特徴とする請求項２記載のスイッチング装置。
【請求項５】
前記アクチュエータ（50）は、アークの発生を検出するアーク検出器（ＡＤ）を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載のスイッチング装置。
【請求項６】
前記第２長さは、前記第１長さの半分までの長さであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスイッチング装置。
【請求項７】
前記アクチュエータ（50；150；250）と前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；251）は、前記エンクロージャ（30）の内側に位置していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のスイッチング装置。
【請求項８】
前記固体絶縁物は、前記入力導体（33）を絶縁するための固体のケーブル絶縁体（42）を構成し、アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；243,251）は、動作時に、前記固体のケーブル絶縁体（42）の一部分を介して前記第２アーク（68；268）のための前記接地径路を作り出すように配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のスイッチング装置。
【請求項９】
前記固体のケーブル絶縁体（42）は、孔を設けており、前記アーク・イニシエータ（43,51,52；143,151,152；251）は、駆動ペグ（51；151；251）と、第１表面（44；144；244）及び第２表面（45；145；245）を有する絶縁プラグ（43；143,243）とを含み、該絶縁プラグ（43；143,243）は、前記固体のケーブル絶縁体（42）の孔に挿入され、さらに、前記駆動ペグ（51；151；251）は、前記アクチュエータ（50；150；250）によって作動されるとき、前記絶縁プラグ（43；143,243）を第１表面から第２表面（45；145；245）に向けて孔をあけることを特徴とする請求項８記載のスイッチング装置。
【請求項１０】
前記アーク・イニシエータは、前記駆動ペグ（51；151；251）を案内するガイドチャネルを有する接地された金属ペグ（52；152；253）をさらに含むことを特徴とする請求項９記載のスイッチング装置。
【請求項１１】
前記絶縁プラグ（243）は、真空室（246）と、第１端部キャップ（244）を有する第１表面を含み、前記第１端部キャップ（244）が無傷であるとき、前記真空室（246）内に真空を維持し、前記第１端部キャップ（244）が駆動ペグ（251）によって孔があけられたとき、前記真空が破られるように配置されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のスイッチング装置。
【請求項１２】
前記入力導体（33）に接続される回路遮断器（12）と、前記入力導体（33）とレールシステム（15）の間の導電接触を作り出すまたは分離する任意の断路器（14）とを有し、前記断路器（14）と前記レールシステム（15）は、前記エンクロージャ（30）内に設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のスイッチング装置。
【請求項１３】
ガスが充填されたエンクロージャ（30）と、入力電圧を導くように配置された入力導体（33）とを含み、前記入力導体（33）と前記エンクロージャ（30）が固体絶縁物によって互いに絶縁されている、スイッチング装置（5）を用いる方法であって、
前記エンクロージャ（30）内で第１長さを有する第１アークの発生を生じさせる際、前記入力導体からアースへ固体絶縁物を通る、第１長さよりも短い第２長さの第２アーク（68）のための遮断用の接地径路を作り出すステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記第２アーク（68）のための前記接地径路を作り出すステップは、前記エンクロージャ（30）内の圧力を増加させるステップを含んでいることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記第２アーク（68）のための前記接地径路は、入力電圧を導くように配置された前記入力導体（33）の回りの固体のケーブル絶縁体（42）の部分（43）を介して作り出され、前記入力導体（33）と前記エンクロージャ（30）は、互いにガスと、前記固体のケーブル絶縁体（42）を含む固体絶縁物（10,42）とによって絶縁されていることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2012503968.tif 000019
2012503968.tif 000020