JP2016127794A - 内部アークの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配電設備においてアークにより引き起こされる被害を制御および制限するための方法およびシステムを提供する。
【解決手段】フィルタまたは他の多孔性基材を用いてアーク副生成物からのエネルギーを吸収する冷却アセンブリを設ける。このフィルタに基づく冷却アセンブリは、アークを制御および／または消弧するようにサイズ決めおよび成形されたチャンバと、アーク副生成物を冷却フィルタアセンブリ内に排出するための通気ポートとを有する受動的なアーク管理装置と共に用いることができる。フィルタに基づく冷却アセンブリは、アーク管理装置内の通気導管または通気管と並ぶように設置されるか、それら管の端部に設置されるか、それら管の代替物として設置されるか、または前記アーク管理装置のバックプレーンなどに設置されて、アーク副生成物からのエネルギーを吸収し、アーク副生成物を安全な温度まで冷却し、アーク副生成物を器機キャビネットの内部に逃がすことができる。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照

本願の主題は、同一出願人により２０１２年４月２０日に出願された「Passive Arc Management System with a Flue Chamber」と題する米国特許出願第１３／４５２１４５号明細書、２０１３年７月１７日に出願された「Internal Arc Management and Ventilation for Electrical Equipment」と題する国際出願ＰＣＴ／ＵＳ１３／５０７９７号明細書、２０１４年９月３０日に出願された「Passive Arc Protection for Main Breaker Line Side Power Conductors」と題する米国特許出願第１４／５０１９４６号明細書、本願と同時に出願された「Bus End Arc Interrupter」と題する米国特許出願第１４／５８５４７７号明細書、および本願と同時に出願された「Panelboard Power Bus with Arc Transfer for Passive Arc Control」と題する米国特許出願第１４／５８５７０３号明細書と関連しており（それぞれ、Docket Nos. CRC-0266、CRC-0275、CRC-0299、CRC-0300及びCRC-0304）、それらの内容はすべて参照により本明細書に援用される。

本発明は、一般に、配電設備でのアーク放電により生じる被害を制御および制限するための方法およびシステムに関し、より詳細には、そのようなアーク放電により生じる副生成物を冷却するための方法およびシステムに関する。

アーク放電またはアーク故障とは、常態では非導電性の気体（通常は空気）を介した放電のことをいう。そのようなアーク放電は、低電圧配電設備の内部において、隣接した母線間や母線とアースの間など異なる電位を有する露出導体間で発生しうる。アークは、１つの導体から別の導体へエアギャップを飛び越えるとき、伸展および屈曲して、エアギャップ間において最も抵抗の少ない経路を辿ることができる。

予想外かつ／または制御不能な内部アーク放電の危険性はよく知られており、例えば、アーク・フラッシュおよびアーク爆発（以後「アーク爆発」と簡略化する）により引き起こされうる作業環境での器機への損害および作業員への危害などが挙げられる。典型的な配電設備でのアーク爆発は、強烈な圧力、極度の高温ガス、蒸発金属／重合体、および他の有害な副生成物などをもたらす大量のエネルギーを放出することもある。

アーク放電を制御する技術は本分野で既に知られており、例えば、受動的なアーク制御技術および能動的なアーク制御技術などがある。能動的なアーク制御技術では、通常、何らかの形の検知機構およびスイッチ機構を用いることでアーク電流を制御している。能動的技術における問題は、コストが高いこと、ブレーカが落ちてしまい煩わしいこと、速度、および検知できないシステム故障などである。受動的技術では、アーク・エネルギーおよびアーク・ガスの封じ込めや誘導通気などが行われうる。別の受動的なアーク制御技術では、アークによる副生成物に対する耐久性を向上させるために構造的補強を行うこともある。いずれの上記受動的方法を用いてもアーク放電事象の継続を制限することはできない。

また、耐アーク性開閉器などの受動的な内部アーク管理装置では、通気導管および／または通気管を用いてアークの副生成物を逃がしている。しかしながら、高温ガス、蒸発金属／重合体、および他の副生成物は、上記管や導管を通った後でも十分に熱いために導電性を維持したままであり、他の部品に損傷を与える可能性がある。これらの問題に対処するには、部品および組立作業にさらなるコストを費やさなければならない。

したがって、配電設備においてアークにより引き起こされる被害、特にそのようなアークから生じる極度の高温副生成物により引き起こされる被害を制御および制限するための改良された方法が必要とされている。

本明細書に開示される実施形態は、配電設備において、アークにより引き起こされる被害を制御および制限するための方法およびシステムに関する。この方法およびシステムでは、フィルタまたは他の多孔性基材を使用する冷却アセンブリが用いられ、これにより、アークから生じる極度の高温ガス、蒸発金属／重合体、および他の有害な副生成物からのエネルギーが吸収される。このフィルタに基づく冷却アセンブリは、アークを制御および消弧するようにサイズ決めおよび成形されたアーク・チャンバと、アーク副生成物を排出するための通気ポートとを有する任意の受動的アーク管理装置に装着されるか、設置されるか、またはそうでなければそのようなアーク管理装置とともに用いられうる。これらのアーク管理装置としては、例えば、米国シュナイダーエレクトリック社製のArcBlok（登録商標）の技術や、冒頭で引用した関連出願に詳細に記載されている類似の技術が挙げられる。アーク管理装置は、配電機器のエンクロージャ（例えば周囲キャビネット）内の通気領域内に、濾過および冷却されたアーク副生成物を排出または送出することができる。フィルタに基づく冷却アセンブリは、アーク管理装置とともに用いられる「閉システム」通気管の代わりに装着されてもよい。装着箇所は、アーク管理装置のバックプレーンやアーク管理装置の母線端通気ポートなどでもよい。アーク副生成物は、アーク管理装置から放出された後、フィルタに基づく冷却アセンブリによって濾過され、もはや導電性を失い再発火できなくなる温度（例えば２０００°Ｆ（約１０９０℃））まで冷却されうる。

いくつかの実装例では、フィルタに基づく冷却アセンブリは、表面積対断面積比が十分に大きいハニカム式フィルタを採用することで、もはや導電性を失い再発火できなくなる温度までアーク副生成物を素早く冷却することができる。ハニカム式フィルタとしては、ステンレス鋼からなるハニカムフィルタでもよいし、ミシガン州ジーランドにあるプラスコア社（Plascore, Inc.）製のアラミド繊維からなるハニカムフィルタを用いてもよい。この場合、２つ以上のハニカム式フィルタを、重なるようにまたは互い違いなるように上下に積み重ねて、各フィルタ内においてアーク副生成物が通過しなくてはならない径路の数を増加させることができる。重ねるかまたは互い違いに積み重ねることで、アーク副生成物がフィルタを通過するにつれて、アーク副生成物からエネルギーを吸収できる速度が次第に速まるという効果が得られる。ハウジングまたはエンクロージャを用いて、重なりハニカムフィルタを冷却アセンブリに収容するか、またはそうでなければ保持することができる。その場合、フィルタに基づく冷却アセンブリは、アーク管理装置内の通気管と並べて設置されるか、通気管の端部に設置されるか、または通気管の代わりに設置され、アーク副生成物がアーク管理装置から通気されるのに伴い、アーク副生成物からのエネルギーを吸収することができる。

いくつかの実装例では、フィルタに基づく冷却アセンブリは、非常に短時間で、もはや導電性を失い再発火できなくなる温度までアーク副生成物を冷却するのに十分低い多孔度を有するメッシュ式またはスクリーン式のフィルタを採用することができる。スクリーン式フィルタとしては、米国シュナイダーエレクトリック社製のブレーカ用粒子フィルタとして用いられるフィルタと類似する、次第に目の細かくなる金属スクリーン層から構成される多層スクリーンフィルタを用いてもよい。そのようなスクリーン式フィルタは、冷却目的で使用された場合、かなりの量のエネルギーを吸収可能であることが確認されている。ハニカム式フィルタの場合と同様に、スクリーン式フィルタに基づく冷却アセンブリは、アーク管理装置とともに設置されて、アーク副生成物が受動的なアーク管理装置から通気されるのに伴い、アーク副生成物からのエネルギーを吸収することができる。

一般的動作では、耐アーク性配電設備内にアークが発生した場合、アーク副生成物は、アーク管理装置のフィルタに基づく冷却アセンブリを通して通気される。フィルタに基づく冷却アセンブリは、副生成物からのエネルギーを素早く吸収して、副生成物の温度を、およそ５０００°Ｆ（約２７６０℃）以上から、アーク副生成物がもはや導電性を失い再発火できない温度まで低下させる。

場合によっては、フィルタに基づく冷却アセンブリに用いられる特定の種類のフィルタは、配電設備内の通常の対流気流を過度に制限したり妨げたりするおそれがある。これは、多層スクリーンフィルタを用いた場合に起こり得る。そのような場合は、逆止弁などを冷却アセンブリに設けて対流気流を促進してもよい。逆止弁は、通常の対流気流時には開放状態を維持するが、アーク爆発などによりアーク管理装置内の圧力が突然上昇した場合、通常の気流を即座に遮断する。

一態様では、開示される実施形態は一般に耐アーク性配電設備に関する。耐アーク性配電設備は、特に、配電設備に設置された受動的なアーク管理装置と、アーク管理装置に形成され、配電設備に発生するアークにより生じるアーク副生成物を排出するためのサイズおよび形状を有する通気ポートと、アーク管理装置に配置され、冷却フィルタをその内部に収容するフィルタ・ハウジングとを備える。冷却フィルタは、通気ポートから排出されたアーク副生成物を受け取るように配置される。冷却フィルタは、アーク副生成物がもはや再発火できない温度までアーク副生成物を冷却するのに十分な大きさの熱吸収容量を有する。

一態様では、開示する実施形態は一般に配電設備におけるアーク爆発による被害を制限する方法に関する。この方法は、特に、アーク管理装置のチャンバ内にアークを受け取ることと、アークにより生じたアーク副生成物をアーク管理装置内の通気ポートに導くことと、アーク副生成物がもはや再発火できない温度までアーク副生成物を濾過することと、濾過されたアーク副生成物をアーク管理装置から放出することとを含む。

本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る、器機キャビネットと、冷却アセンブリを備えたアーク管理装置を有するサーキット・ブレーカとを示す図である。 本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る、例示的な冷却アセンブリを備えたサーキット・ブレーカおよびアーク管理装置を示す図である。 本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る、例示的な冷却アセンブリを備えた別のサーキット・ブレーカおよびアーク管理装置を示す図である。 本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る、例示的な冷却アセンブリを備えたアーク管理装置を示す図である。 本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る例示的な冷却アセンブリを示す図である。 本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る冷却アセンブリ用の例示的なフィルタを示す図である。 本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る、代替的な例示的逆止弁冷却アセンブリを示す図である。 本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る、代替的な位置に配置された冷却アセンブリを備えるサーキット・ブレーカおよびアーク管理装置を示す図である。 本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る、代替的な位置に配置された冷却アセンブリを備える別のサーキット・ブレーカおよびアーク管理装置を示す図である。 １つまたは複数の実施形態に係る、代替的な位置に配置された冷却アセンブリを備えるさらに別のサーキット・ブレーカおよびアーク管理装置を示す図である。 本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に係る、再発火可能な導電性温度を下回るまでアーク副生成物を冷却するための例示的な方法を示すフローチャートである。

開示する実施形態の上記利点および他の利点は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。最初の問題として、開示する実施形態の態様を採用する実際の現実的な商業用途を発展させるにあたり、商用実施形態における開発者の最終目標を達成するためには、実装時に固有の判断を多く行わねばならないことが理解されるであろう。そのような実装時に固有の判断としては、限定はしないが、システム、ビジネス、ならびに政府に関連する制約、および他の制約に対する準拠が挙げられる。これは、具体的な実装方法や場所、および時間の移り変わりによっても変化しうる。開発者の取り組みは絶対的な意味で複雑かつ時間がかかるものかもしれないが、それでもなお、本開示の利益を享受する当業者にとって、そのような取り組みは日常的作業とはなり得ないはずである。

本明細書に開示および教示される実施形態は、多くのさまざまな修正および代替形態を許容するものであることも理解されたい。したがって、これに限らないが、「ａ」などの単数を表す語は、要素の数を限定する意図では使用されない。同様に、これらに限らないが、詳細な説明で用いられる「頂部」、「底部」、「左」、「右」、「上部」、「下部」、「下方」、「上方」、「側」などの任意の相対的な語は、添付図面に具体的に関連して明確さを示すために使用したものであり、発明の範囲の限定を意図するものではない。

図１に、引出形ブレーカなどの配電設備用の例示的なキャビネット１００の内部の部分図を示す。キャビネット１００は、複数の引出形ブレーカ（うち１つを１０４で示す）を収容できるように設計されている。そのようなキャビネット１００としては、例えば、アーク・フラッシュからの保護を可能にする、モータコントロールセンタ（ＭＣＣ）・キャビネット、ロードセンタ・キャビネット、米国シュナイダーエレクトリック社製のPower-Zone 5 Arc Resistant Low Voltage Switchgearといったスイッチギヤ・キャビネットなどが挙げられる。

引出形ブレーカ１０４は、保守点検などを行う目的で、キャビネット１００から出し入れできるように特別に設計されている。そのような引出形ブレーカ１０４には、アーク放電により引き起こされる被害の制御および制限を促進するために、受動的なアーク管理装置１０６を設けるべきであることが今日では知られている。引出形ブレーカ１０４とともに用いられうる受動的なアーク管理装置の例としては、上で言及したような、米国シュナイダーエレクトリック社製のArcBlok（商標）系列のアーク管理装置が挙げられる。引出形ブレーカの場合、冒頭で言及した米国特許出願第１３／４５２１４５号明細書（Docket No.CRC-0266）に記載されるように、アーク管理装置１０６は、ブレーカの背面と、このブレーカの背面から突出するクラスタ囲い部と、バックモールドから突出する相バリアに挿入されたこれらの２つの部分と、バックモールド自体とにより形成されるアーク・チャンバを有することもできる。アーク管理装置１０６には、この装置の頂部および底部から突出する通気管すなわち導管１０８および１１０がそれぞれ嵌合されており、これにより、アーク副生成物は本明細書に記載する冷却フィルタに排出または送出される。次いで、冷却フィルタは、アーク副生成物をスイッチギヤ・キャビネットの内部にある通気領域１１２に放出してもよい。

開示される実施形態によれば、冷却フィルタとも称される１つまたは複数のアーク副生成物冷却アセンブリは、アーク管理装置１０６およびその導管に装着されるか、設置されるか、またはそうでなければアーク管理装置１０６およびその導管とともに用いられ、アーク副生成物がキャビネット内部の通気領域１１２に放出される前にアーク副生成物を冷却することができる。冷却アセンブリは、フィルタまたは他の多孔性基材を用いて、アークから生じる高温ガス、蒸発金属／重合体、および他の有害な副生成物からのエネルギーを吸収する。次いで、フィルタに基づく冷却アセンブリを用いて、アーク副生成物の典型的温度（例えば５０００°Ｆ（約２７６０℃））から、アーク副生成物がキャビネット内部１１２に放出された後、該アーク副産物がもはや導電性を失い再発火できない温度まで（例えば２０００°Ｆ（約１０９０℃））アーク副生成物を冷却してもよい。

図２に、本明細書に開示する冷却アセンブリを有するアーク管理装置を備えた引出形ブレーカ２００の例を示す。引出形ブレーカ２００（この図では、引出形架台は示さない）は、三相電源用の個々のブレーカ用柱（図では明示されない）を収容することができるエンクロージャ２０２を備える。米国特許出願第１３／４５２１４５号明細書に記載されるように、ブレーカ２００は、そのクラスタシールド・アセンブリ２０７を介して母線アセンブリのバックモールド２１１において相バリアと接続し、それによりアーク管理装置２０４が形成される。アーク管理装置２０４は、いくつかの装着フランジ２１０ａ、２１０ｂ、および２１０ｃがその表面に締結された頂部カバー２０６と、いくつかの逆止弁２１２ａ、２１２ｂ、および２１２ｃ（うち逆止弁２１２ａのみがここでは確認できる）がその表面に締結された底部カバー２０８を有する。装着フランジ２１０ａ〜２１０ｃは、頂部カバー２０６にある通気開口または通気ポート（この図では見えない）の上に、１つの通気ポートにつき１つのフランジとなるように配置されている。一方、逆止弁２１２ａ〜２１２ｃは、底部カバー２０８にある通気開口または通気ポートの下に、１つの通気ポートにつき１つの逆止弁、１つの導電相につき１つの通気ポートとなるように配置されている。これらの逆止弁２１２ａ〜２１２ｃは、通常動作においては、開口状態を維持することで各母線導体相（図示せず）間の対流気流が可能になるよう動作するが、アーク爆発による高圧の存在下では、これら逆止弁は即座に閉まり、アーク副生成物は、頂部カバー２０６の通気開口または通気ポートを強制的に通過させられることになる。

頂部カバー２０６の通気開口または通気ポートは、装着フランジ２１０ａ〜２１０ｃから、装着フランジ２１０ａ〜２１０ｃに対して垂直に延在する共有通気管または導管２１６まで垂直方向に延在する管状延在部２１４ａ、２１４ｂ、および２１４ｃへとつながっている。共有通気管２１６、管状延在部２１４ａ〜２１４ｃ、および装着フランジ２１０ａ〜２１０ｃにより、アーク副生成物は、アーク管理装置２０４からキャビネット内部１１２（図１参照）まで移動することが可能になり、また、共有通気管２１６、管状延在部２１４ａ〜２１４ｃ、および装着フランジ２１０ａ〜２１０ｃは、実施形態に応じて、一体部品として形成することもできるし、別部品として形成することもできる。このとき、フィルタに基づく冷却アセンブリ２１８は、本明細書でさらに詳しく後述するが、共有通気管２１６の端部に装着されて、アーク副生成物がキャビネット内部の通気領域１１２に流入するのに伴いアーク副生成物を冷却することができる。

一般的動作では、アークが引出形ブレーカ２００のうちの１つで発生すると、アーク管理装置２０４内に極めて大きい圧力が発生する。この強烈な圧力により、通常は対流気流を可能にするために開いている逆止弁２１２ａ〜２１２ｃは即座に閉じる。この力により、アークから生成したアーク副生成物は、頂部カバー２０６の通気開口または通気ポートを通って急伸し、共有通気管２１６に入り、フィルタに基づく冷却アセンブリ２１８を介してキャビネット通気領域１１２へ排出される。アーク副生成物のエネルギーは、フィルタに基づく冷却アセンブリ２１８を通過する際に素早く吸収され、アーク副生成物の温度は、およそ５０００°Ｆ（約２７６０℃）以上から、もはやアーク副生成物の導電性が失われ再発火できないような低い温度（例えば２０００°Ｆ（約１０９０℃））まで低下する。次いで、冷却され導電性を失ったアーク副生成物は、キャビネット内部に放出され、必要に応じてキャビネット外部へも放出される。

通気管２１６およびフィルタに基づく冷却アセンブリ２１８は、アーク管理装置２０４の頂部から突き出る必要はなく、例えば、いくつかの実施形態では、逆止弁２１２ａ〜２１２ｃと配置を交換して、通気管２１６がアーク管理装置２０４の底部から突き出る構成としてもよいことに留意されたい。

図３に示すように、フィルタに基づく冷却アセンブリは、通気管の端部ではなく、アーク管理装置に直接取り付けてもよい。この実施形態に係る引出形ブレーカ３００は、先の実施形態における引出形ブレーカ２００と類似するものでよく、その後面にアーク管理装置３０４を有していてもよい。先の実施形態の場合と同様に、ブレーカ３００は、そのクラスタシールド・アセンブリ３０７を介して母線アセンブリのバックモールド３１１における相バリアと接続してアーク管理装置３０４を形成する。アーク管理装置３０４は、底部カバー３０８を備えていてもよく、その表面では、いくつかの逆止弁３１２ａ、３１２ｂ、および３１２ｃ（うち逆止弁３１２ａのみがここでは確認できる）が、底部カバー３０８の通気開口または通気ポートに、１つの通気ポートにつき１つの弁、１つの導電性相につき１つの通気ポートとなるように装着されている。しかしながら、この実施形態のアーク管理装置３０４は、通気管２１６の代わりに、アーク管理装置３０４に装着されたフィルタに基づく冷却アセンブリ３１８ａ、３１８ｂ、および３１８ｃをいくつか有している。これらのフィルタに基づく冷却アセンブリ３１８ａ〜３１８ｃは、例えば、頂部カバー３０６の通気開口または通気ポート上で頂部カバー３０６に直接取り付けることができる。次いで、フィルタに基づく冷却アセンブリ３１８ａ〜３１８ｃを用いることで、アーク管理装置３０４からのアーク副生成物を、キャビネットの内側（図１参照）に放出する前に冷却することができる。

図４に、アーク管理装置の一部の内部図を、符号４００を用いて例示する。図４に示すのは、アーク管理装置４００の半分だけであり、もう半分は、引出形ブレーカの裏面に取り付けられることに留意されたい。図４に示すアーク管理装置４００の半分は、ほぼ同一の平行かつ等距離の複数の相バリア４０２を備えることができる。これらの相バリアは、相囲い部４０２とも称され、頂部カバー４０６および底部カバー４０８とともに、アーク管理装置４００のバックモールド半分の内部を３つの個々のアーク抑制チャンバ４０４ａ、４０４ｂ、および４０４ｃに分割する。これにより、どの相導体において発生するアーク副生成物の捕捉および通気でも促進することができる。次いで、フィルタに基づく冷却アセンブリ４１８ａ、４１８ｂ、および４１８ｃは、１つのチャンバにつき１つの冷却アセンブリとなるように、アーク抑制チャンバ４０４ａ〜４０４ｃ上で頂部カバー４０６に直接装着することができる。同様に、逆止弁４１２ａ、４１２ｂ、および４１２ｃ（または類似の弁）も、アーク抑制チャンバ４０４ａ〜４０４ｃ下で底部カバー４０８に直接装着することができる。通気ポートは、冷却フィルタアセンブリ４１８ａ〜４１８ｃの下で頂部カバー４０６に配置されるとともに、逆止弁４１２ａ〜４１２ｃの上で底部カバー４０８に配置される。これにより、アーク抑制チャンバ４０４ａ〜４０４ｃ中を周囲気流が流れることが可能になる。底部カバー４０８の通気ポート４０５ａ、４０５ｂ、および４０５ｃのみがこの図では確認できる。

図５に、本明細書に開示する実施形態に係る、フィルタに基づく冷却アセンブリ５００の例示的な実装を示す。開示する実施形態の範囲から逸脱しない限りにおいて、この図に示す以外の構成を用いてよいことは当然理解される。図５では、冷却アセンブリ５００は、概ね長方形の装着フランジ５０４の上に、概ね円形の開口５０６を有する概ね円柱形状のハウジング５０２を有する。冷却アセンブリ５００は、封止リング５０８と、冷却フィルタ５１０または他の多孔性基材と、支持リング５１２と、架台５１４とをさらに備える。これら種々の部品がハウジング５０２内に組み立てられるとき、支持リング５１２は架台５１４に着座する一方、冷却フィルタ５１０は、支持リング５１２の内側に（すなわち、支持リングの内径に）嵌合し、封止リング５０８は支持リング５１２の頂部に載置する。封止リング５０８の内径は、冷却フィルタ５１０の外径よりも小さいため、フィルタ５１０の、支持リング５１２への固定が促進される。同様に、円形開口５０６の径は、封止リング５０８の外径よりも小さいため、封止リング５０８ひいては冷却フィルタ５１０の、ハウジング５０２内への固定が促進される。次いで、ハウジング５０２は、装着フランジ５０４を介して、アーク管理装置の通気ポート５１８上で（例えばアーク管理装置の頂部カバー上で）アーク管理装置に締結されるか、またはそうでなければ貼り付けられる。

冷却フィルタ５１０としては、十分に高い熱吸収容量を有していれば任意の適したフィルタまたは他の多孔性基材を用いることができる。冷却フィルタ５１０としての主な条件は、極めて短時間内に（例えば数ミリセカンド以内に）、アーク副生成物を、典型的なアーク爆発温度（例えば５０００°Ｆ（約２７６０℃））から、もはやアーク副生成物の導電性が失われ再発火できない温度（例えば２０００°Ｆ（約１０９０℃））まで冷却可能なことである。適した冷却フィルタ５１０の例としては、要求される温度（またはそれ以下）まで短時間でアーク副生成物を冷却するのに十分な低多孔度を有するメッシュ式またはスクリーン式フィルタが挙げられる。あるいは、要求される温度以下まで短時間でアーク副生成物を冷却するのに十分に高い表面積対断面積比を有するハニカム式フィルタを冷却フィルタ５１０として用いてもよい。開示される実施形態の範囲から逸脱しない限りにおいて、必要とされる冷却を行うことが可能な他の種類のフィルタを用いることもできる。

冷却フィルタとして採用されるハニカム式フィルタの例を、符号６００を用いて図６Ａ〜図６Ｃに例示する。図６Ａに示す斜視図に見られるように、ハニカム式フィルタ６００は、連続する六角形セル６０２が、各セル６０２間に空間または隙間がないように連結された形状と似ている。このようなハニカムフィルタ６００は、ステンレス鋼からなるハニカムフィルタか、またはプラスコア社製のハニカムフィルタのようなアラミド繊維からなるハニカムフィルタだと好ましいが、開示される実施形態の範囲から逸脱しない限りにおいて、他の適した材料を用いてもよい。本明細書では「ハニカム式」という語を用いてはいるが、開示する実施形態のこの態様は、六角形の壁付き構造に制限されることを意図してはいない。いずれにしても、図６Ｂの側面図に示されるように、２つ以上のこれらのハニカム式フィルタ６００ａ、６００ｂ、および６００ｃを重ねるようにまたはずらして上下に積み重ねて、本明細書で開示されるフィルタに基づく冷却アセンブリ６１０に用いることができる冷却フィルタを形成してもよい。ハニカムフィルタ６００ａ〜６００ｃを重複するようにまたはずらして積み重ねることにより、六角形セル６０２の開口のオフセット層を介した径路化が倍増し、図６Ｃの平面図に示されるように、アーク副生成物は、各ハニカムフィルタ６００ａ〜６００ｃ内においてそれら倍増した経路を通過しなくてはならなくなる。これにより、アーク副生成物がハニカムフィルタ６００ａ〜６００ｃのそれぞれを通過するにつれて、アーク副生成物からエネルギーが吸収される速度が次第に速まるという効果が得られる。

一方、メッシュ式またはスクリーン式フィルタは、ハニカムフィルタ６００ａ〜６００ｃのようなオフセット開口を必ずしも備えていない。これらスクリーン式フィルタは、次第に小さくなる開口のみを有するという場合もある。スクリーン式フィルタは、極端な低多孔度に依存するものであり、その結果、総表面積が大きくなり、要求される温度以下までアーク副生成物を冷却できる。スクリーン式フィルタとしては、米国シュナイダーエレクトリック社製のブレーカ用粒子フィルタとして用いられるフィルタに類似する、次第に目の細かくなる金属スクリーン層から構成される多層スクリーンフィルタを用いてもよい。そのようなブレーカ（スクリーン式）フィルタは、冷却目的で使用された場合、かなりの量のエネルギーを吸収することが確認されている。

図７Ａ〜図７Ｂに、本明細書に開示する実施形態に係る、上記スクリーン式フィルタを用いたフィルタに基づく冷却アセンブリ７００の例示的な実装を示す。当然のことではあるが、開示される実施形態の範囲から逸脱しない限りにおいて、この図に例示された以外の構成を用いてもよい。スクリーン式冷却フィルタの多孔度は極端に低いため、ハニカム式フィルタと同じやり方で実装された場合、通常動作条件時、対流気流を妨害または防止しうる。したがって、フィルタに基づく冷却アセンブリ７００は、通常動作条件下では対流気流を可能にしつつ、アーク事象が発生したときはスクリーン式冷却フィルタを通るすべての流れの方向を転換させる種類の弁として実装されると好ましい。そのような「方向転換弁」の例を図７Ａに示す。

図７Ａに見られるように、フィルタに基づく冷却アセンブリ７００は、方向転換弁として構築されること以外は、図５のフィルタに基づく冷却アセンブリ５００と類似している。概ね長方形の装着フランジ７０４の上に、概ね円形の開口７０６を有する概ね円柱形状のハウジング７０２と、封止リング７１０と、支持リング７１４と、架台７１６とが存在する。フィルタに基づく冷却アセンブリ５００とは異なり、フィルタに基づく冷却アセンブリ７００は、冷却フィルタ７１２として次第に目の細かくなるスクリーン式フィルタを用いている。これら種々の部品がハウジング７０２内で組み立てられるとき、スクリーン式冷却フィルタ７１２は支持リング７１４の内径において支持リング７１４の内側に嵌合し、封止リング７１０は支持リング７１４の頂部に着座する。封止リング７１０の内径は、スクリーン式冷却フィルタ７１２の外径よりも大きいため、冷却フィルタ７１２の、支持リング７１４への固定が促進される。同様に、開口７０６の径は、封止リング７１０の外径よりも小さいため、封止リング７１０ひいては冷却フィルタ７１２の、支持リング７１４への固定が促進される。一方、支持リング７１４は架台７１６に載置される。ハウジング７０２内で封止リング７１０と開口７０６の間にバネまたは他の付勢機構７０８を設けて、封止リング７１０ひいては冷却フィルタ７１２を、開口７０６から離れる方向に付勢するか、またはそうでなければ押勢して、封止リング７１０および冷却フィルタ７１２のまわりの対流気流を促進する。次いで、ハウジング７０２は、装着フランジ７０４を介して、アーク管理装置の通気ポート７２０上で（例えばアーク管理装置の頂部カバー上で）アーク管理装置に締結されるか、またはそうでなければ貼り付けられる。

図７Ｂに上記方向転換弁の動作を示す。通常動作条件時、対流空気は、封止リング７１０および冷却フィルタ７１２のまわりを循環および流動し、開口７０６から外部に流れ出る。アークが発生すると、アークから生じる強烈な圧力により、「Ｐ」を付された矢印により示されるように、支持リング７１４、冷却フィルタ７１２、および封止リング７１０はハウジング７０２に対して押圧され、これによりさらなる対流気流は妨げられる。アーク副生成物流れを含むすべての後続する流れは、「Ｂ」を付された矢印で示されるように、冷却フィルタ７１２を強制的に通過させられ、冷却フィルタ７１２によりアーク副生成物が冷却されることになる。

図５に関連して論じたハニカム式冷却フィルタ５１０を用いた場合は、方向転換弁を使用する必要がないことに留意されたい。ハニカム式冷却フィルタ５１０は、スクリーン式冷却フィルタ７１２と同じような低多孔度を有しておらず、したがって、スクリーン式冷却フィルタ７１２と同じ度合いで対流気流を妨害したり制限したりしない。この理由により、ハニカム式冷却フィルタでは図２および図３に関連して論じた逆止弁を使用する必要もない。したがって、ハニカム式冷却フィルタ５１０は、どのような弁も用いることなくアーク管理装置に組み込むことができる。これにより、方向転換弁としてのスクリーン式冷却フィルタ７１２を組み込んだアーク管理装置と比較して、アーク管理装置の動作信頼性を大幅に向上させることができる（すなわち可動部分を少なくできる）。

図８〜図１０にスクリーン式冷却フィルタの利用例を示す。これらの図では、本明細書に開示したフィルタに基づく冷却アセンブリを採用したアーク管理装置を備える引出形ブレーカの例を示す。

まず図８には、引出形架台８０６に装着されたエンクロージャ８０２を有する引出形ブレーカ８００を示す。エンクロージャ８０２は、個々のブレーカ用柱（図では明示されない）をその内部にいくつかと、エンクロージャ８０２に取り付けられたアーク管理装置８０４とを有する。アーク管理装置８０４は、アーク管理装置８０４の頂部から突出する後ろ向きのいくつかのＬ字形状通気管８１２ａ、８１２ｂ、および８１２ｃを有する。１つのブレーカ用柱および導電性母線相につき１つの通気管という構成である。各通気管８１２ａ〜８１２ｃは、通気管から出るアーク副生成物を冷却するために、通気管８１２ａ〜８１２ｃの端部に装着されたフィルタに基づく冷却アセンブリ８１４ａ、８１４ｂ、および８１４ｃを有している。これらの冷却アセンブリ８１４ａ〜８１４ｃが上述のスクリーン式冷却フィルタを採用する場合、これらの実施形態では、冷却アセンブリ８１４ａ〜８１４ｃは方向転換弁として実装される。

図９には、フィルタに基づく冷却アセンブリが、通気管の端部ではなく、アーク管理装置９０４のバックモールド９０１の上部に直接装着されている例を示す。ここでは、通気管に代えて、フィルタに基づく冷却アセンブリ９１４ａ、９１４ｂ、および９１４ｃが、導電体相毎に、アーク管理装置９０４の頂部に直接装着されている。ここでも、これらの冷却アセンブリ９１４ａ〜９１４ｃが対流気流を妨害しうるスクリーン式冷却フィルタを採用する場合、冷却アセンブリ９１４ａ〜９１４ｃは方向転換弁として実装される。ただし、冷却アセンブリ９１４ａ〜９１４ｃは、通常動作下では対流気流を可能にするものである。

図１０には、本明細書で論じたスクリーン式冷却フィルタを、アーク管理装置１００４のバックモールド１００１内の後部通気ポートに配置した例を示す。これらの実施形態では、アーク管理装置１００４の頂部にある逆止弁１０１４ａ〜１０１４ｃの下部にある周囲通気ポートに加えて、アーク管理装置１００４は、該装置のバックモールド１００１に後部通気ポート１０１０ａ、１０１０ｂ、および１０１０ｃも有する。後部通気ポート１０１０ａ〜１０１０ｃは、各導電体相からアーク副生成物を排出または送出させるための後部通気ポートが１つとなるようにバックモールド１００１に配置されている。その場合、スクリーン式冷却フィルタ１０１２ａ、１０１２ｂ、および１０１２ｃは、後部通気ポートを出るアーク副生成物を冷却するために各後部通気ポート１０１０ａ〜１０１０ｃ内に装着されうる。また、これらのスクリーン式冷却フィルタ１０１２ａ〜１０１２ｃは対流気流を妨害しうるため、従来の逆止弁１０１４ａ、１０１４ｂ、および１０１４ｃを設けることにより、通常動作時はアーク管理装置１００４の対流気流が可能になり、アーク爆発があった際には、高圧力の副生成物に冷却フィルタ１０１２ａ〜１０１２ｃを強制的に通過させることが可能になる。

上記説明に基づき、本明細書で開示したアーク副生成物を冷却する実施形態は、アーク管理装置において多くのやり方で実施可能なことが理解できる。図１１に、開示した実施形態に係る、アーク副生成物を冷却するためのアーク管理装置のどの実施方法においても用いることができる一般的な指針をフローチャート１１００として示す。

フローチャート１１００に示すように、アーク副生成物の冷却は、ステップ１１０２において、アーク管理装置内にアーク副生成物を受け取るか、または捕捉することにより始まる。ステップ１１０４では、アーク副生成物は、アーク管理装置において通気ポートに導かれる。これらの通気ポートは、アーク管理装置の頂部、底部、および／またはアーク管理装置のバックモールドに配置され、本明細書に記載した１つまたは複数の冷却フィルタを備えて、アーク副生成物が通気ポートから外部へ出るのに伴い、アーク副生成物を冷却することができる。ステップ１１０６では、本明細書に開示した冷却フィルタはアーク副生成物からエネルギーを吸収して、アーク副生成物がもはや導電性を失い再発火できない温度を下回るまでアーク副生成物を冷却する。そして、このようにして濾過されたアーク副生成物は、ステップ１１０８において、アーク管理装置からキャビネット内部（図１参照）へ放出されるか、またはそうでなければ送出される。

本開示の特定の態様、実施、および用途を例示し説明したが、本開示は、本明細書に開示した厳密な構造および構成に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に定義されるように、開示した実施形態の精神および範囲から逸脱しない限りにおいて、上記説明から種々の修正、変更、改変を行えることは明らかであることを理解されたい。

Claims (16)

1. 耐アーク性配電設備であって、
   配電設備に設置された受動的なアーク管理装置と、
   前記アーク管理装置に形成され、前記配電設備に発生するアークにより生じるアーク副生成物を排出するためのサイズおよび形状を有する通気ポートと、
   前記アーク管理装置に配置され、冷却フィルタをその内部に収容するフィルタ・ハウジングであって、該冷却フィルタが、前記通気ポートから排出された前記アーク副生成物を受け取るように配置された、フィルタ・ハウジングとを備え、
   前記冷却フィルタは、前記アーク副生成物がもはや再発火できない温度まで前記アーク副生成物を冷却するのに十分な大きさの熱吸収容量を有する、耐アーク性配電設備。
2. 前記フィルタ・ハウジングは、通常動作時は開放状態を維持して対流気流を可能にしつつ、前記アーク管理装置内で突然の圧力増加があったときは対流気流を遮るように構成された方向転換弁である、請求項１に記載の耐アーク性配電設備。
3. 前記冷却フィルタはハニカム式フィルタを含む、請求項１に記載の耐アーク性配電設備。
4. 前記冷却フィルタは、ずらして上下に重ねられた多層ハニカム式フィルタを含む、請求項１に記載の耐アーク性配電設備。
5. 前記冷却フィルタは、次第に目の細かくなる多層スクリーンを有するスクリーン式フィルタ含む、請求項１に記載の耐アーク性配電設備。
6. 前記冷却フィルタは、ステンレス鋼およびアラミド繊維のうち１つの材料から主に構成される、請求項１に記載の耐アーク性配電設備。
7. 前記アーク管理装置は通気導管を備え、前記フィルタ・ハウジングは、前記アーク管理装置の前記通気導管に装着されている、請求項１に記載の耐アーク管理装置。
8. 前記アーク管理装置は、導電体母線アセンブリ用のバックモールドを備え、前記フィルタ・ハウジングは、前記アーク管理装置の前記バックモールドに装着されている、請求項１に記載の耐アーク性配電設備。
9. 配電設備におけるアーク爆発による被害を制限する方法であって、
   アーク管理装置のチャンバ内にアークを受け取ることと、
   前記アークにより生じたアーク副生成物を前記アーク管理装置内の通気ポートに導くことと、
   前記アーク副生成物がもはや再発火できない温度まで前記アーク副生成物を濾過することと、
   前記濾過されたアーク副生成物を前記アーク管理装置から放出することと、を含む方法。
10. 前記濾過されたアーク副生成物は、前記配電設備のキャビネット内に放出される、請求項１０に記載の方法。
11. 前記濾過することは、ハニカム式フィルタを用いて行われる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記濾過することは、ずらして上下に重ねられた多層ハニカム式フィルタを用いて行われる、請求項１０に記載の方法。
13. 前記濾過することは、次第に目の細かくなる多層スクリーンを有するスクリーン式フィルタを用いて行われる、請求項１０に記載の方法。
14. 前記濾過することは、前記アーク副生成物が、前記アーク管理装置に接続された通気導管から外に出るのに伴って行われる、請求項１０に記載の方法。
15. 前記濾過することは、前記アーク副生成物が、前記アーク管理装置のバックモールドから外に出るのに伴って行われる、請求項１０に記載の方法。
16. 前記アーク管理装置内で突然の圧力増加があった場合、前記アーク管理装置内の対流気流を遮断することをさらに含む請求項１０に記載の方法。