JP7203237B2 - モジュールｉｅｄ - Google Patents

Description

本開示は、たとえば電力システムにおいて保護リレーとして使用されるインテリジェント電子デバイス（Intelligent Electronic Device：ＩＥＤ）に関する。

背景
いわゆるインテリジェント電子デバイス（ＩＥＤ）は、たとえば、電力線におけるたとえば落雷に起因する障害電流が変圧器などのパワーシステム機器に損傷を与えることを防止するために、電力線／発電所のための保護リレーとして使用される。ＩＥＤは、ハウジングに搭載された複数の電子カード（回路基板）を含む。ＩＥＤは熱くなる場合があり、カードの過熱を防止するために冷却システムが必要とされる。従来、カードは、熱交換のために空気をハウジングの開口部を通して循環させ、カードを通過させるファンによって冷却される。

そのようなＩＥＤで経験される問題は、特にＩＥＤが屋外などの非制御環境にある場合に、害虫や汚染された空気がハウジングに入ってほこりや腐食物質を堆積させ、または、他の態様でカードに損傷を与えるおそれがあるということである。

概要
本発明の目的は、ほこりや腐食物質がカードのハウジングに入ることによるカード損傷のリスクが減少した冷却システムを有するＩＥＤを提供することである。

ほこりや腐食物質がハウジングに入るという問題は、その周囲に対して実質的に封止されるかまたは少なくとも冷却空気がそれを通って流れることを許可しないハウジングを使用することによって、対処され得るということが実現されてきた。しかしながら、そのようなハウジングは、電子カードの必要な冷却も妨げるであろう。

本発明によれば、冷却は、ＩＥＤの電子カードを複数のモジュールカセットに分割することによって対処され、各カセットは、その周囲に対して実質的に封止されてもよい。カセットは、ＩＥＤにおけるカセットに共通しているバックプレーンに接続される。カセットは、冷却空気がカセット間を流れるものの、カセット内には実質的に流れないようにするために、互いから距離をあけて配置される。カセット壁、少なくともＩＥＤ内の他のカセットに面する壁は、金属、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などの熱伝導材料でできている。熱交換をさらに向上させるために、カセット内のカードは、それぞれのヒートシンクを介して前記熱伝導壁に接続されてもよく、カードで形成された熱がそのヒートシンクを介してカセットの熱伝導壁に伝導されることを可能にし、それにより、熱は、カセット間を流れる冷却空気と交換され得る。

冷却ファンも、ほこりや腐食物質によって影響される場合があり、それは、ファンの適正動作を保証するために定期保守を必要とする。このため、ＩＥＤにおける冷却ファンの必要性を回避することが望ましい場合がある。本発明の実施形態は、カセット間の空気の対流流れを容易にし、冷却ファンの必要性をなくす。

本発明の一局面によれば、複数のカセットを含み、複数のカセットは、複数のカセットのすべてに共通しているバックプレーンに接続されている、ＩＥＤが提供される。カセットの各々は、熱伝導材料でできたエンベロープ壁、前方開口部、および後方開口部を有する矩形管の形をしたハウジングプロファイルを含む。カセットの各々はまた、ハウジングプロファイルによって形成された管内のカードスロットに配置された少なくとも１つの電子カードを含み、その少なくとも１つの電子カードは、バックプレーンに電気的に接続されている。隣り合うカセットは、それらのそれぞれのハウジングプロファイル間に空気路が形成されるように、ある距離だけ隔てられている。

なお、適切な場合はいつでも、局面のうちのいずれかのどの特徴も、他の局面に適用されてもよい。同様に、局面のうちのいずれかのどの利点も、他の局面のいずれかに適用されてもよい。実施形態の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な開示から、添付された従属請求項から、および図面から明らかとなるであろう。

一般に、請求項で使用される用語はすべて、ここに他の態様で明示的に定義されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「要素、装置、構成要素、手段、ステップなど」への言及はすべて、ここに他の態様で明示的に記載されない限り、要素、装置、構成要素、手段、ステップなどの少なくとも１つの事例を指すとして公然と解釈されるべきである。ここに開示されるどの方法のステップも、明示的に記載されない限り、開示された順序通りに行なわれる必要はない。本開示の異なる特徴／構成要素について「第１」、「第２」などを使用することは、特徴／構成要素を他の同様の特徴／構成要素と区別するよう、および、特徴／構成要素にいかなる順序または階層も付与しないよう意図されているに過ぎない。

図面の簡単な説明
添付図面を参照して、実施形態を例として説明する。

本発明の一実施形態に従った、フレームに搭載された２×２個のカセットの行列を有するＩＥＤの概略背面斜視図である。 本発明の一実施形態に従った、電子カードのためのカードスロットを示す、裏側構成のないカセットの概略背面斜視図である。 本発明の一実施形態に従った、前方および後方開口部、ならびにその長手方向軸が示された、カセットのハウジングプロファイルの概略側面図である。 本発明の一実施形態に従った、フレームに搭載された２×２個のカセットの行列と前側構成とを有するＩＥＤの概略正面斜視図である。 本発明の一実施形態に従った、裏側構成とカセットに配置された電子カードとを有するカセットの概略背面斜視図である。 本発明の一実施形態に従った、ヒートシンクを有する電子カードの概略側面斜視図である。 本発明の一実施形態に従ったＩＥＤの概略分解図である。

詳細な説明
これから実施形態を、ある実施形態を示す添付図面を参照して、以下により十分に説明する。しかしながら、多くの異なる形の他の実施形態が、本開示の範囲内で可能である。むしろ、以下の実施形態は、この開示が綿密で完全であり、開示の範囲を当業者に十分に伝えるように、例として提供される。説明全体にわたり、同じ番号は同じ要素を指す。

本発明の実施形態は、ＩＥＤに関する。ＩＥＤは、電力網の制御のために構成されてもよい。電力網は典型的には、たとえば定格が少なくとも１０００Ｖである高電圧網であってもよいが、電力網はそれに代えて、たとえば分配電力網または産業において定格が中電圧または低電圧であってもよい。ＩＥＤは、たとえば電力網に接続された電気機器を保護するために使用される、電力システムにおける保護リレーとして使用するために構成されてもよい。これに代えて、ＩＥＤは、遠隔端末ユニットとして、合併ユニットとして、および／または回路遮断器コントローラとして構成されてもよい。

たとえば、ＩＥＤは、電気機器に接続された電力線における電圧および／または電流を監視することによって、電気機器、たとえば変圧器のための保護リレーとして作用してもよく、また、障害電流が検出された場合に、たとえば障害電流を取り除くために回路遮断器を開く指令を送信してもよい。本発明のいくつかの実施形態では、電気機器は、変圧器変電所を含む。本開示のＩＥＤの実施形態は、変圧器を保護するために特に有用であり得る。

図１は、フレーム２に搭載された２×２個のカセット３の行列を有するＩＥＤ１の概略背面斜視図である。たとえばバックプレーンが十分に剛性である場合、フレーム２はオプションであってもよい。図に示されるように、２次元の行列は、ｘｙ平面にある。カセットは、隣り合うカセットが、カセットのそれぞれのハウジングプロファイル４間に空気路１４が形成されるように、ある距離ｄだけ隔てられるように、フレームに搭載される。ハウジングプロファイル４はここに、「ハウジング」４とも呼ばれる。空気路は、冷却空気が、熱伝導材料から冷却空気への熱伝導のために、カセット間を、それぞれのカセットハウジングプロファイルのエンベロープ壁の熱伝導材料と接触して流れることを可能にする。冷却空気は好ましくは、空気路１４において対流を介して流れてもよく、冷却ファンの必要性をなくす。

ＩＥＤ１は、１次元または２次元（図１でのようなｘ次元およびｙ次元）の行列、たとえば１×２個、１×３個、２×２個、２×３個、３×２個または３×３個の行列、好ましくは２次元行列状に配置された任意の数のカセット３を含んでいてもよい。

カセット３はバックプレーン９０（図７参照）に接続されてもよく、それはＩＥＤのアクティブまたはパッシブバックプレーンであってもよい。カセットにおける電子カードの各々は、バックプレーンに電気的に接続されてもよい。バックプレーンは、後方開口部７に配置されてもよく、たとえば、カセット３の各々のための裏側構成１１（図５参照）を含んでいてもよい。これに代えて、バックプレーンは、たとえば図７の実施形態でのように、カセットの前方開口部６に配置されてもよい。バックプレーンは典型的には、カセット３に搭載された電子カード１２の対応する電気接点と接続するように配置された電気接点を含む。

図２は、電子カードのためのカードスロット９を示す、その裏側構成１１のないカセット３の概略背面斜視図である。カードスロットは、ハウジングプロファイル４のエンベロープ壁５の内面に都合よく組み込まれ、または取り付けられてもよい。図の実施形態では、スロット９の数は６個であり、それは、いくつかの実施形態で好ましい場合がある。他の実施形態では、スロットの別の数、たとえば、８枚の対応する電子カード１２のための８個のスロットが好ましい場合がある。より一般的には、いくつかの実施形態では、各カセット３における電子カード１２、ひいてはスロット９の数は、２～１２枚のカード、好ましくは４～１０枚のカードまたは６～１０枚のカード、たとえば８枚のカードという範囲内であってもよい。各カセット／ハウジングのサイズは、それが有するスロットの数、すなわち、それが保持するように構成されたカードの数に依存する。典型的には、ＩＥＤ１におけるカセット３はすべて、同じサイズのものであるが、十分な冷却路１４がカセット間に形成される限り、異なるサイズのカセットも使用されてもよく、たとえば、あるサイズのカセットが、別のサイズのカセットが保持するカードの数の２倍のカードを保持してもよい。

ここで、「エンベロープ壁」は、カセット３の横断する前側または裏側構成を除く、ハウジング４の矩形管を形成する環状の長手方向壁を意味する。エンベロープ壁５は好ましくは、汚れや小動物がカセットに入ることを防止するように、たとえば、周囲空気またはほこりがエンベロープ壁を通過してカセット３／ハウジング４に入ることを防止するように、換気穴なしで配置される。すなわち、エンベロープ壁には、空気が通過し得る穴が設けられない。たとえば、エンベロープ壁は、連続的な１つの部品状に作られてもよく、もしくは、たとえば矩形管の１つ、２つ、または３つの側面に各々対応する複数の部品から作られてもよく、それらは、たとえばカセットにおける電子カードの容易な搭載または取り外しのために、エンベロープ壁を形成するために組み立てられてもよい。エンベロープ壁５は、たとえば、押出しによって作られてもよい。

図３は、前方開口部６および後方開口部７、ならびに前記ハウジングプロファイルの長手方向軸８を有する、カセット３のハウジングプロファイル４の概略側面図である。カセットがフレーム２および／またはバックプレーン９０に搭載される場合、長手方向軸８は、ＩＥＤ１におけるカセット３の行列のｘｙ平面に垂直である。前方開口部６および後方開口部７は、エンベロープ壁５によるハウジングプロファイル４の矩形管形状から生じている。

図４は、ここでは、すべてのカセットに共通しており、カセットの各々のそれぞれの前方開口部６を封鎖するように配置された前方パネルを含むオプションの前側構成１０と、フレーム２に搭載された２×２個のカセット３の行列とを有する、ＩＥＤ１の概略正面斜視図である。前側構成１０は、ハウジングプロファイル４の前方開口部６を封鎖するように配置される。前側構成は、たとえば、フレーム２に、および／または、１つもしくはいくつかの隣り合うカセット３のハウジングプロファイルのエンベロープ壁５に搭載されてもよい。図４の実施形態では、前側構成１０は、２×２個の行列構成の４個のカセットをカバーする共通の前方パネルを含み、このため、ハウジングプロファイル４のそれぞれの前方開口部を封鎖し、前記４個のカセットのそれぞれの前側構成１０の一部を形成する。カセットの前側構成１０は、ほこりや腐食物質がハウジング４にその前方開口部６を介して入ることを防止する。これは必ずしも、前側構成がカセットのエンベロープ壁５に対して密封すること（それは、いくつかの実施形態では好ましいかもしれないが）を示唆しておらず、冷却空気または害虫の少なくとも大部分がハウジングに入ることを効果的に防止するには、前側構成が前方開口部６を覆って、または前方開口部６内により緩く装着されれば十分かもしれない。いくつかの実施形態では、前側構成１０は、たとえばその前方パネルにおいて、たとえばディスプレイ、ボタン、またはステータスライトを含むユーザインターフェイスを含む。これに代えて、各カセットは、その前側構成の一部を形成し、隣り合うカセットの前方パネルから分離している、それ自体の前方パネルを含んでいてもよい。

同様に、各カセット３には、たとえば、各カセットが電気的に接続されるバックプレーン９０に含まれた、または電気的に接続された、たとえば図５に示すような裏側構成１１が設けられてもよい。裏側構成１１は、ハウジングプロファイル４の後方開口部７を封鎖するように配置される。

エンベロープ壁５と協働するオプションの前側構成１０および裏側構成１１により、ハウジング４の各々は実質的に閉鎖されてもよく、ほこりおよび／または他の汚染物質がハウジングに入ることを防止する。

図５は、裏側構成１１とカセットに配置された電子カード１２とを有するカセット３の概略背面斜視図である。裏側構成１１は、電子カード１２がハウジングプロファイル４内のそれぞれのスロット９に装着された場合に、電子カード１２の後方部分から形成されてもよく、それらは組み合わされて、オプションで裏側構成の他の封鎖区分とともに裏側構成１１を形成し、ひいては、たとえばほこりおよび／または他の汚染物質がカセットに入ることを防止するために、後方開口部７を封鎖する。これに代えて、ＩＥＤにおける各カセット３の裏側構成１１は、たとえば、前側構成１０の前方パネルに関して上述されたものと同様の特性を有する後方パネルを含んでいてもよく、またはその一部であってもよい。

図６は、ヒートシンク１３が取り付けられた電子カード１２の概略側面斜視図である。ヒートシンク１３は、電子カードから、カード１２がスロット９に搭載されているカセット３のエンベロープ壁５の熱伝導材料に、熱を伝導するように配置される。多くの抵抗性の熱が電子カード１２で生じるかもしれず、それは、空気路１４を流れる冷却空気と交換される必要がある。カード１２からヒートシンクを介してエンベロープ壁５に熱を効率的に伝えるために、ヒートシンク１３は、カードがハウジング４内のスロット９に搭載される場合に、カードおよびエンベロープ壁の双方と接触するように配置されてもよい。複数のカード１２がハウジング４におけるスロット９に配置される場合、これらのカードのうちの１枚、数枚、または各々は、それぞれのヒートシンク１３を介してハウジングのエンベロープ壁に接続されてもよく、もしくは、これらのカードのうちのすべてまたは数枚は、同じ（共通の）ヒートシンクを介してハウジングプロファイルのエンベロープ壁に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、ＩＥＤ１のカセット３のすべてが、少なくとも１つのヒートシンク１３を含むが、いくつかの他の実施形態では、カセットのうちの１つのみまたはいくつか（すべてではない）が、少なくとも１つのヒートシンク１３を含む。

ＩＥＤ１を効果的に冷却する能力は、特にたとえば暖かく湿った気候で屋外に配置された場合に基本的であるかもしれず、それは、腐食物質が空気または害虫を介してＩＥＤに入るリスクが最も顕著であり得る場合であるかもしれない。

図７は、ＩＥＤ１の一実施形態の分解図である。ＩＥＤは、ＩＥＤのすべてのカセット３に共通しているバックプレーン９０を含む。バックプレーンには、カセットに搭載された電子カード１２の対応する電気接点と接続するように配置された電気接点が設けられており、このため、電子カードをバックプレーン９０に／バックプレーン９０を介して電気的に接続する。図７の実施形態では、ＩＥＤはまた、フレーム２と前方パネルとを含む。さらに、図７の実施形態では、バックプレーン９０は、たとえば、バックプレーンの電気接点がフレーム２の開口部を通して電子カードの電気接点と接続する状態で、カセットの前方開口部６で、フレーム２と前方パネルとの間に配置される。本発明の他の実施形態では、バックプレーン９０は、カセットの前方開口部６または後方開口部７に、別のやり方で配置されてもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、距離ｄは、５～３０ｍｍ、たとえば８～１５ｍｍの範囲内にある。しかしながら、距離ｄは、カセットの冷却のためのカセット間の空気の対流流れを可能にする任意の好適な距離であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、少なくとも１つの電子カード１２は、２～１２枚のカード、好ましくは４～１０枚のカードまたは６～１０枚のカード、たとえば８枚のカードという範囲内の複数の電子カードからなる。単純化のために、カセットごとにできるだけ多くのカードを装着することが便利かもしれないが、カセットごとに生じる熱を減少させるには、より少ないカードが好ましく、それは、カセットごとのカードの数を定める際のトレードオフをもたらす。カードホルダー９、ひいてはそこに搭載されたカード１２はたとえば、１０～３０ｍｍ、たとえば１５～２５ｍｍの範囲内で互いから距離をあけて配置されてもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、熱伝導材料は、たとえば、有用な伝導材料であるアルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）のうちのいずれかを含む熱伝導材料を含み、または当該熱伝導材料からなるが、Ａｇ、Ａｌ、および／またはＣｕなどを含む合金といった任意の好適な熱伝導材料が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、Ａｌからなる熱伝導材料が好ましい。いくつかの実施形態では、熱伝導材料は、押出しアルミニウムである。

本発明のいくつかの実施形態では、ＩＥＤ１は、周囲の雨および／または風が、ＩＥＤにおけるカセット３のうちの少なくとも１つのそれぞれのエンベロープ壁５の外面に直接当たるように、屋外に搭載される。この発明の実施形態は、汚染物質がカセットに入ってその内部のカードを危険にさらすリスクのために換気穴をエンベロープ壁に有することが望ましくない環境で使用するのに特に好適であり得る。

本発明のいくつかの他の実施形態によれば、フレーム２と、フレームに搭載された複数のカセット３とを含み、カセットの２次元行列を形成するＩＥＤ１が提供される。カセットの各々は、矩形管の形をしたプロファイル４と、ハウジングプロファイル管の前方開口部６を封鎖するように配置された前側構成１０と、ハウジングプロファイル管の後方開口部７を封鎖するように配置された裏側構成１１と、ハウジングプロファイルによって形成された管内の行列の平面ｘｙに垂直な平面に配置された少なくとも１つの電子カード１２と、熱が少なくとも１つの電子カードからヒートシンクを介してプロファイルに伝導され得るように、少なくとも１つの電子カードをプロファイルに接続するヒートシンク１３とを含む。行列における隣り合うカセットは、それらのそれぞれのプロファイル間に空気路１４が形成されるように、ある距離ｄだけ隔てられている。

いくつかの実施形態によれば、ＩＥＤ１が提供される。ＩＥＤは、電力網の制御のために、たとえば電力網の自動化のために配置されてもよい。電力網は典型的には、たとえば定格が少なくとも１０００Ｖである高電圧網であってもよいが、電力網はそれに代えて、たとえば分配電力網または産業において定格が中電圧または低電圧であってもよい。ＩＥＤは、たとえば電力網に接続された電気機器を保護するために使用される、電力システムにおける保護リレーとして使用するために構成されてもよい。これに代えて、ＩＥＤは、遠隔端末ユニットとして、合併ユニットとして、および／または回路遮断器コントローラとして構成されてもよい。ＩＥＤは、バックプレーン９０に接続された複数のカセット３を含み、少なくとも２つのカセットが互いに隣り合って搭載される。カセットの各々は、熱伝導材料でできたエンベロープ壁５を有する矩形管の形をしたハウジングプロファイル４と、ハウジングプロファイルによって形成された管内のカードスロット９に配置された少なくとも１つの電子カード１２とを含み、少なくとも１つの電子カードは、バックプレーンに電気的に接続される。隣り合うカセットは、それらのそれぞれのハウジングプロファイル間に空気路１４が形成されるように、ある距離ｄだけ隔てられている。

本開示を、いくつかの実施形態を参照して上に主に説明してきた。しかしながら、当業者であれば容易に理解するように、上に開示されたもの以外の実施形態が、添付された請求項によって定義されるような本開示の範囲内で同様に可能である。

Claims (12)

1. インテリジェント電子デバイス（ＩＥＤ）（１）であって、
   複数のカセット（３）を含み、前記複数のカセットは、前記複数のカセットのすべてに共通しているバックプレーン（９０）に接続されており、
   前記カセットの各々は、
   熱伝導材料でできたエンベロープ壁（５）、前方開口部（６）、および後方開口部（７）を有する矩形管の形をしたハウジングプロファイル（４）と、
   前記ハウジングプロファイル（４）によって形成された前記管内のカードスロット（９）に配置された少なくとも１つの電子カード（１２）とを含み、前記少なくとも１つの電子カードは、前記バックプレーン（９０）に電気的に接続され、
   隣り合うカセットは、それらのそれぞれのハウジングプロファイル間に空気路（１４）が形成されるように、ある距離（ｄ）だけ隔てられている、ＩＥＤ。
2. 前記複数のカセット（３）に共通しており、前記カセットの各々の前記前方開口部（６）を封鎖するように配置された前方パネルを含む前側構成（１０）をさらに含む、請求項１に記載のＩＥＤ。
3. 各カセット（３）の前記ハウジングプロファイル（４）は、周囲空気および／またはほこりが前記エンベロープ壁（５）を通過することを防止するように配置される、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のＩＥＤ。
4. 前記距離（ｄ）は、５～３０ｍｍ、たとえば８～１５ｍｍの範囲内にある、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＥＤ。
5. 前記カセット（３）が搭載されるフレーム（２）をさらに含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＩＥＤ。
6. 前記カセット（３）の各々は、前記カセットの前記後方開口部（７）を封鎖するように配置された裏側構成（１１）を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＩＥＤ。
7. 前記カセット（３）の各々は、前記少なくとも１つの電子カード（１２）を前記エンベロープ壁（５）に接続する少なくとも１つのヒートシンク（１３）を含み、熱が、前記少なくとも１つの電子カードから前記少なくとも１つのヒートシンクを介して前記エンベロープ壁に伝導され得るようになっている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＩＥＤ。
8. 前記少なくとも１つの電子カード（１２）は、２～１２枚のカード、好ましくは４～１０枚のカードまたは６～１０枚のカード、たとえば８枚のカードという範囲内の複数の電子カードからなる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＩＥＤ。
9. 前記ＩＥＤは、電力システム（１００）における保護リレーとして使用するように構成される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＩＥＤ。
10. 前記電力システム（１００）は、高電圧システムである、請求項９に記載のＩＥＤ。
11. 前記熱伝導材料は、アルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）のうちのいずれか、好ましくはＡｌを含み、または、ＡｌおよびＣｕのうちのいずれか、好ましくはＡｌからなる、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のＩＥＤ。
12. 前記熱伝導材料は、押出しアルミニウムである、請求項１１に記載のＩＥＤ。

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