特許 6987794 ガス絶縁低電圧または中電圧負荷遮断スイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6987794

(24)【登録日】2021年12月3日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】ガス絶縁低電圧または中電圧負荷遮断スイッチ

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/915 20060101AFI20211220BHJP

   H01H 33/70 20060101ALI20211220BHJP

   H02B 13/035 20060101ALI20211220BHJP

   H02B 13/055 20060101ALI20211220BHJP

   H01H 33/12 20060101ALN20211220BHJP

【ＦＩ】

   H01H33/915

   H01H33/70 F

   H02B13/035 301G

   H02B13/055 A

   H02B13/035 331

   !H01H33/12

【請求項の数】28

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2018-563139(P2018-563139)

(86)(22)【出願日】2017年6月2日

(65)【公表番号】特表2019-517721(P2019-517721A)

(43)【公表日】2019年6月24日

(86)【国際出願番号】EP2017063474

(87)【国際公開番号】WO2017207763

(87)【国際公開日】20171207

【審査請求日】2020年5月22日

(31)【優先権主張番号】16172827.4

(32)【優先日】2016年6月3日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】505056845

【氏名又は名称】アーベーベー・シュバイツ・アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＡＢＢ Ｓｃｈｗｅｉｚ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ガレッティ，ベルナルド

(72)【発明者】

【氏名】アッター，エルハム

(72)【発明者】

【氏名】カルステンセン，ヤン

(72)【発明者】

【氏名】サクセゴード，マグネ

(72)【発明者】

【氏名】クリストフェルセン，マルティン

(72)【発明者】

【氏名】ゼーガー，マルティン

(72)【発明者】

【氏名】シュビンネ，ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】ランジャン，ニテシュ

(72)【発明者】

【氏名】シュトラー，パトリック

【審査官】 鈴木 重幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１８９１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５０６３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０１１８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５９８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 嶋崎敏夫 他８名，「ＸＡＥ．６形」７．２ｋＶ超縮小型スイッチギヤ，日新電機技報，日本，日新電機株式会社，2007年03月，Ｖｏｌ．５２，３１−３６頁

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３３／７０−３３／９９

Ｈ０２Ｂ １／００− １／３８

Ｈ０２Ｂ １／４６− ７／０８

Ｈ０２Ｂ １３／００−１３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス絶縁低電圧または中電圧負荷遮断スイッチ（１）であって、
−雰囲気圧ｐ_０で絶縁ガスを保持するためのハウジングボリュームを規定するハウジング（２）と、
−前記ハウジングボリューム内に配される第１のアークコンタクト（１０）および第２のアークコンタクト（２０）とを含み、前記第１および第２のアークコンタクトは、前記負荷遮断スイッチ（１）の軸に沿って互いに対して移動可能であり、電流遮断動作中にアーク（５０）が形成される消去領域（５２）を規定しており、前記負荷遮断スイッチ（１）はさらに、
−前記電流遮断動作中に消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}まで消去ガスを加圧するための、前記ハウジングボリューム内に配される加圧チャンバ（４２）を有する加圧システム（４０）を含み、前記消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}および前記雰囲気圧ｐ_０は、ｐ_０＜ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}の関係を満たしており、前記負荷遮断スイッチ（１）はさらに、
−前記電流遮断動作中に、前記加圧チャンバ（４２）から前記消去領域（５２）に形成された前記アーク（５０）に、加圧された前記消去ガスを亜音速フローパターンで吹き付けるための、前記ハウジングボリューム内に配されるノズルシステム（３０）を含み、前記負荷遮断スイッチ（１）は、すべてのタイプの電流遮断動作中に前記亜音速フローパターンを維持するために設計されており、
−前記ノズルシステム（３０）は、主に半径方向内方にオフ軸位置から前記消去領域（５２）に前記消去ガスを吹き付けるために配される少なくとも１つのノズル（３３）を含み、
前記絶縁ガスは、フルオロエーテル、オキシラン、フルオロアミン、フルオロケトン、フルオロオレフィン、フルオロニトリル、ならびに、その混合物および／または分解物からなる群から選択される有機フッ素化合物と混合されるバックグラウンドガスを含む、負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項2】

前記負荷遮断スイッチ（１）は、最大５２ｋＶ、好ましくは最大３６ｋＶ、より好ましくは最大２４ｋＶ、最も好ましくは最大１２ｋＶの定格電圧を有しており、および／または、前記負荷遮断スイッチ（１）は、２０００Ａまで、好ましくは１２５０Ａまで、より好ましくは１０００Ａまでの範囲において公称電流をスイッチングするために定格されている、請求項１に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項3】

前記負荷遮断スイッチ（１）は、１つの軸方向に移動可能なコンタクトを有しており、特に、前記ノズルシステム（３０）は前記移動可能なコンタクトと固定的に接合または一緒に移動可能である、請求項１または請求項２に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項4】

前記負荷遮断スイッチ（１）、特に前記ノズルシステム（３０）は、前記電流遮断動作の全体中において前記亜音速フローパターンを維持するために設計されており、および／または、
前記ノズルシステム（３０）は、すべてのタイプの電流遮断動作中に前記亜音速フローパターンを維持するために設計されており、および／または、
前記負荷遮断スイッチ（１）、特に前記ノズルシステム（３０）は、前記負荷遮断スイッチ（１）の内部、特に、前記ノズルシステム（３０）の内部または前記少なくとも１つのノズル（３３）の内部において前記亜音速フローパターンを維持するために設計されており、および／または、
前記負荷遮断スイッチ（１）、特に前記ノズルシステム（３０）は、前記電流遮断動作のいずれの瞬間においても音速フロー条件を回避し、かつ、前記負荷遮断スイッチ（１）によって各電流遮断動作が実行されるために設計されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項5】

前記ノズルシステム（３０）は、前記ノズル（３３）に前記加圧チャンバ（４２）を接続するノズルチャネル（３２）を含み、特に、前記ノズルチャネル（３２）は、半径方向において前記第１または第２のアークコンタクトの外に配されており、および／または、前記ノズルチャネル（３２）は、前記負荷遮断スイッチ（１）におけるオフ軸位置に配されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項6】

前記負荷遮断スイッチ（１）は、配電ネットワーク、リングメインユニット（ＲＭＵ）、または二次配電ガス絶縁スイッチギア（ＧＩＳ）において負荷電流を遮断するために設計されており、および／または、前記負荷遮断スイッチ（１）は、負荷電流をスイッチングする能力を有しているが、短絡電流遮断能力を有しておらず、特に、前記負荷遮断スイッチ（１）は公称コンタクトを含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項7】

前記ノズルシステム（３０）は、前記消去ガスのためのフローパターンを規定しており、前記フローパターンは、
−前記消去ガスのフローが本質的に停止する停滞点（６４）と、
−前記停滞点（６４）に向かう主に半径方向内方のフローの上流領域（６２）と、
−前記停滞点（６４）から離れるように主に軸方向にフローを加速する下流領域（６６）とを含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項8】

前記加圧システム（４０）はパッファシステムであり、前記加圧チャンバ（４２）は、ピストン（４６）を有するパッファチャンバであり、前記ピストン（４６）は、前記電流遮断動作中に前記パッファチャンバ（４２）内で前記消去ガスを圧縮するために配されている、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項9】

前記少なくとも１つのノズル（３３）は、前記軸方向から４５°〜１２０°の間、好ましくは６０°〜１２０°の間、より好ましくは７０°〜１１０°の間、最も好ましくは７５°と１０５°との間の入射角で、オフ軸位置から前記消去領域（５２）に前記消去ガスを吹き付けるために配される、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項10】

前記絶縁ガスは、１００年の間隔に亘ってＳＦ_６の地球温暖化係数よりも低い地球温暖化係数を有しており、前記絶縁ガスは、ＣＯ_２、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈ_２、空気、Ｎ_２Ｏ、炭化水素、特に、ＣＨ_４、過フルオロ化または部分的に水素化した有機フッ素化合物、および、その混合物からなる群から選択される少なくとも１つのガス成分を含む、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項11】

前記バックグラウンドガスは、前記有機フッ素化合物と混合されるＣＯ_２、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈ_２、空気からなる群から選択される、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項12】

前記加圧システム（４０）は、前記電流遮断動作中に、
ｉ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．８・ｐ_０、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．５・ｐ_０、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．３・ｐ_０、
ｉｉ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞１．０１・ｐ_０、特にｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞１．１×ｐ_０、
ｉｉｉ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋８００ミリバール、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋５００ミリバール、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋３００ミリバール、最も好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋１００ミリバール、
ｉｖ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞ｐ_０＋１０バール
という条件のうち少なくとも１つを満たす消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}へ前記消去ガスを加圧するために構成される、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項13】

前記負荷遮断スイッチ（１）は少なくとも１ｋＶの定格電圧を有しており、および／または、前記負荷遮断スイッチ（１）は、１Ａより大きい、好ましくは１００Ａより大きい、より好ましくは４００Ａより大きい電流について定格されており、および／または、前記負荷遮断スイッチ（１）における前記雰囲気圧ｐ_０は、ｐ_０≦３バールであり、好ましくはｐ_０≦１．５バールであり、より好ましくはｐ_０≦１．３バールである、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項14】

前記ノズル（３３）は絶縁外側ノズル部分を含み、および／または、
前記負荷遮断スイッチ（１）は、
−前記ノズル（３３）が５ｍｍから１５ｍｍの範囲の直径を有し、
−前記加圧チャンバ（４２）が、４０ｍｍから８０ｍｍの範囲の径方向の直径と、４０ｍｍから２００ｍｍの範囲の最大軸方向長さとを有し、
−前記第１のアークコンタクト（１０）および前記第２のアークコンタクト（２０）が、１５０ｍｍまでもしくは１１０ｍｍまでおよび／または少なくとも１０ｍｍの最大接触分離を有し、特に、２５ｍｍから７５ｍｍの範囲の最大接触分離を有する
という寸法のうちの１つ以上を有する、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項15】

前記第１のコンタクト（１０）および前記第２のコンタクト（２０）の少なくとも１つはそれぞれ中空セクション（２６）を有しており、前記中空セクション（２６）は、前記消去領域（５２）に吹き付けられた前記消去ガスの部分が前記消去領域から前記中空セクション（２６）中へ流れるように配される、請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項16】

前記中空セクション（２６）は、前記中空セクション（２６）内に流れた前記消去ガスが、前記中空セクション（２６）の出口側にて、前記負荷遮断スイッチ（１）の前記ハウジングボリュームの雰囲気圧領域へ流れ出ることを可能にするためのアウトレットを有する、請求項１５に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項17】

前記負荷遮断スイッチ（１）はコントローラを有し、特に前記コントローラは、データネットワークに接続されるためのネットワークインターフェイスを有し、前記負荷遮断スイッチ（１）は、前記データネットワークへデバイスステータス情報を送信することと、前記データネットワークから受信されるコマンドを実行することとのうちの少なくとも１つのために前記ネットワークインターフェイスに動作可能に接続され、特に、前記データネットワークは、ＬＡＮ、ＷＡＮまたはインターネット（ＩｏＴ）のうちの少なくとも１つである、請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項18】

前記負荷遮断スイッチ（１）は回路遮断器ではなく、特に、５２ｋＶを上回る高電圧のための回路遮断器ではなく、および／または、前記加圧システム（４０）は、セルフブラスチング効果を提供するための加熱チャンバが欠けており、および／または、前記負荷遮断スイッチ（１）は、回路遮断器と組み合わせて、特に真空回路遮断器と組み合わせて、配されるように設計されている、請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）。

【請求項19】

請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）を有しており、特に、前記負荷遮断スイッチ（１）は、回路遮断器と組み合わせて、具体的には真空回路遮断器と組み合わせて、配されている、配電ネットワーク、リングメインユニット、または、二次配電ガス絶縁スイッチギア。

【請求項20】

請求項１〜１８のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）を使用して負荷電流を遮断する方法であって、前記方法は、
−前記負荷遮断スイッチの前記軸（１２）に沿って互いから相対的に離れるように前記第１のアークコンタクト（１０）および前記第２のアークコンタクト（２０）を動かすことにより、アーク（５０）が前記消去領域（５２）に形成されることと、
−ｐ_０＜ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}の条件を満たす前記消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}へ前記消去ガスを加圧することとを含み、ｐ_０は前記負荷遮断スイッチ（１）内の雰囲気圧であり、前記方法はさらに、
−前記加圧チャンバ（４２）から前記消去領域（５２）に形成された前記アーク（５０）に、加圧された前記消去ガスを、すべてのタイプの電流遮断動作中に維持される亜音速フローパターンで前記ノズルシステム（３０）を介して吹き付けることにより、主に半径方向内方にオフ軸位置から前記消去領域に前記消去ガスを吹き付けることを含む、方法。

【請求項21】

前記消去ガスのためのフローパターンは前記ノズルシステム（３０）によって規定され、前記フローパターンは、
−前記消去ガスのフローが本質的に停止する停滞点（６４）と、
−前記停滞点（６４）に向かう主に半径方向内方のフローの上流領域（６２）と、
−前記停滞点（６４）から離れるように主に軸方向にフローを加速する下流領域（６６）と
の形成を含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記電流遮断動作中に、前記消去ガスは、
ｉ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．８・ｐ_０、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．５・ｐ_０、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．３・ｐ_０、
ｉｉ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞１．０１・ｐ_０、特にｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞１．１×ｐ_０、
ｉｉｉ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋８００ミリバール、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋５００ミリバール、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋３００ミリバール、最も好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋１００ミリバール、
ｉｖ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞ｐ_０＋１０バール、
という４つの条件の少なくとも１つが満されるような消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}に加圧される、請求項２０〜２１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項23】

前記亜音速フローパターンは前記電流遮断動作の全体中に維持され、および／または、
前記亜音速フローパターンは、前記負荷遮断スイッチ（１）内、特に前記ノズルシステム（３０）内、もしくは、前記少なくとも１つのノズル（３３）内で維持され、および／または、
前記電流遮断動作の如何なる瞬間においても音速フロー条件が回避され、各電流遮断動作が前記負荷遮断スイッチ（１）によって実行される、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項24】

配電ネットワーク、リングメインユニットまたは二次配電ガス絶縁スイッチギアにおける請求項１〜１８のいずれか１項に記載の負荷遮断スイッチ（１）の使用。

【請求項25】

前記配電ネットワーク、前記リングメインユニット（ＲＭＵ）または前記二次配電ガス絶縁スイッチギア（ＧＩＳ）における、負荷電流をスイッチングするための請求項２４に記載の使用。

【請求項26】

負荷電流をスイッチングするためであって、短絡電流を遮断するためではない、請求項２４〜２５のいずれか１項に記載の使用。

【請求項27】

前記負荷遮断スイッチ（１）は、回路遮断器と組み合わせて、特に真空回路遮断器と組み合わせて配される、請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の使用。

【請求項28】

前記負荷遮断スイッチ（１）はコントローラを有し、特に前記コントローラは、データネットワークに接続されるためのネットワークインターフェイスを有し、前記負荷遮断スイッチ（１）は、前記データネットワークへデバイスステータス情報を送信することと、前記データネットワークから受信されるコマンドを実行することとのうちの少なくとも１つのために前記ネットワークインターフェイスに動作可能に接続され、特に、前記データネットワークは、ＬＡＮ、ＷＡＮまたはインターネット（ＩｏＴ）のうちの少なくとも１つである、請求項２４〜２７のいずれか１項に記載の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の局面は一般的に、アーク消失能力を有するガス絶縁低電圧または中電圧負荷遮断スイッチ（ＬＢＳ：load break switch）と、そのような負荷遮断スイッチを有する配電ネットワーク、リングメインユニット（ＲＭＵ：ring main unit）または二次配電ガス絶縁スイッチギアと、配電ネットワークにおけるそのような負荷遮断スイッチの使用と、負荷遮断スイッチを使用して負荷電流を遮断する方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

負荷遮断スイッチ（ＬＢＳ）は、４００Ａ〜２０００Ａ（ｒｍｓ）の範囲において負荷電流をスイッチングするタスクに割り当てられたガス絶縁リングメインユニットの一体的な部分を構成する。電流をスイッチングする場合、スイッチは、互いから離れるようなコンタクト（プラグおよびチューリップ（tulip））の相対運動によって開かれ、これにより、分離しているコンタクト同士間にアークが生じ得る。

【0003】

従来の負荷遮断スイッチは典型的に、ナイフスイッチを使用するか、または、より先進的な設計では、アークを冷却および消失させるメカニズム（たとえばパッファメカニズム（puffer mechanism））を使用する。パッファメカニズムを有する負荷遮断スイッチにおいては、消去ガスが、圧縮（パッファ）ボリュームにおいて圧縮され、アークを消失するためにチューリップの中心を通ってアークに向かって解放される。このフローの一例が図４に示され、以下により詳細に説明される。

【0004】

典型的に、ＳＦ_６が、その優れた誘電性および冷却性により消去ガスとして使用される。低遮断電流と、ＳＦ_６の効率的な冷却性との組み合わせにより、ＬＢＳにおいてアークを遮断するための圧力増加を相対的に低くすることが可能になり、これにより、従来の負荷遮断器の駆動部および全体設計のための低コストのソリューションが可能になる。

【0005】

ＷＯ２０１３／１５３１１０Ａ１は、５２ｋＶを上回る高電圧にて数十キロアンペアの範囲の短絡電流を遮断するように設計される高電圧ガス回路遮断器を開示している。この目的のために、回路遮断器は、加熱チャネルを介してノズルシステムに流体接続されるピストン駆動加圧チャンバおよび／またはセルフブラスチング加熱チャンバを含む消去ガス加圧システムを有しており、当該ノズルシステムは、アーク吹付けガスを制限し、かつ、音速を上回るように加速するためのノズル圧縮部またはノズル喉部を提供する。そのような回路遮断器は、高電圧伝送システムで使用されており、特に、高電圧変電所（空気絶縁または誘電ガス絶縁されたスイッチギヤアセンブリ）で使用されている。

【0006】

回路遮断器はたとえば、数百Ａの相対的に低い定格電流およびたとえば３６ｋＶ、２４ｋＶまたは１２ｋＶまでの相対的に低い定格電圧にて電気エネルギーを分配するために設計されるリングメインユニット（ＲＭＵ（いわゆる二次中電圧機器））の部分を形成する負荷遮断スイッチと対照的である。負荷遮断スイッチは、公称負荷電流のみをスイッチオフでき、典型的に最大でも２キロアンペアまでのみスイッチオフできる。

【0007】

ＥＰ ２ ９５８ １２４ Ａ１はアーク消失絶縁材料モールディングおよびそれを使用するガス遮断器を開示している。

【0008】

ＥＰ １ ９１６ ６８４ Ａ１は、局所的に亜音速フローを提供するための第１の喉部および第２の喉部と、それに続いて、強い超音速ガス膨張を提供するためのノズル拡散器部分とを有するノズルを有するガス絶縁高電圧回路遮断器を開示している。

【0009】

ＷＯ８４／０４２０１は、アークブローのためのピストンおよびノズルシステムを有する、配電電圧のためのＳＦ_６ガス負荷遮断スイッチを開示している。ＷＯ８４／０４２０１において、ピストンの迅速な運動によって、コンタクトロッドの第１の端部のまわりにガスを方向付けるために、ピストンにおける孔を通り、かつ、アークを消去するためにノズルを通る絶縁ガスのブローが生成される。遮断器駆動部の高速動作と、したがってピストン運動と、気密封止と、ＳＦ_６ガス負荷遮断スイッチの小さな直径とにより、高ガス圧力と、したがって超音速フロー条件とが作り出される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、相対的に低コストおよびコンパクトな設計を少なくともある程度まで維持しつつ、困難な条件下でも信頼性のあるアーク消失を可能にする改善されたガス絶縁低電圧または中電圧負荷遮断スイッチを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記に鑑みて、請求項１に記載のガス絶縁低電圧または中電圧負荷遮断スイッチと、請求項１９に記載の、そのような負荷遮断スイッチを含む配電ネットワーク、二次配電ガス絶縁スイッチギア（ＧＩＳ： gas-insulated switchgear）のリングメインユニットと、請求項２０に記載の負荷電流を遮断する方法と、請求項２４に記載のそのような負荷遮断スイッチの使用とが提供される。

【0012】

本発明の第１の局面に従うと、ガス絶縁低電圧または中電圧負荷遮断スイッチが提供される。本願明細書において規定されるように、負荷遮断スイッチは、負荷電流をスイッチングする能力を有しているが、短絡電流遮断能力を有さない。負荷電流は、定格電流または公称電流と称され、たとえば、配電ネットワーク、リングメインユニットおよび二次配電ガス絶縁スイッチギア（ＧＩＳ）において使用される典型的な定格電流である２０００Ａまで、好ましくは１２５０Ａまで、またはより好ましくは１０００Ａまでであってもよい。他方、定格電流は１Ａより大きくてもよく、より好ましくは１００Ａより大きくてもよく、より好ましくは４００Ａより大きくてもよい。ＡＣ負荷遮断器の場合、本願明細書において定格電流はｒｍｓ電流で示される。

【0013】

本願明細書において、低電圧または中電圧は最大５２ｋＶまでの電圧として規定される。したがって、低電圧または中電圧負荷遮断スイッチは、最大５２ｋＶの定格電圧を有する。定格電圧は特に、最大５２ｋＶ、好ましくは最大３６ｋＶ、より好ましくは最大２４ｋＶ、または、最も好ましくは最大１２ｋＶであってもよい。電圧定格は少なくとも１ｋＶであってもよい。

【0014】

負荷遮断スイッチは、雰囲気圧ｐ_０（負荷遮断スイッチの定格動作圧力、すなわち定常状態条件下での負荷遮断スイッチ内に存在する雰囲気圧）で絶縁ガスを保持するためのハウジングボリュームを規定するハウジング（ガス閉鎖部）と、ハウジングボリューム内に配される第１のアークコンタクト（たとえばピンコンタクト）および第２のアークコンタクト（たとえばチューリップコンタクト）とを含み、第１および第２のアークコンタクトは、負荷遮断スイッチの軸に沿って互いに対して移動可能であり、電流遮断動作中にアークが形成される消去領域を規定しており、負荷遮断スイッチはさらに、電流遮断動作中に消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}まで消去ガス（単に加圧絶縁ガスであり得る）を加圧するための、ハウジングボリューム内に配される加圧チャンバを有する加圧システム（たとえばバッファシステム）を含み、消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}は、条件ｐ_０＜ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}を満たし、特にｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．８×ｐ_０であり、ｐ_０は雰囲気圧であり、負荷遮断スイッチはさらに、電流遮断動作中に、加圧チャンバから消去領域に形成されたアークに、加圧された消去ガスを亜音速フローパターンで吹き付けるための、ハウジングボリューム内に配されるノズルシステムを含む。フローパターンが超音速または亜音速かどうかは、消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}と雰囲気圧ｐ_０との間の圧力差に依存する。本願明細書において規定されるように、亜音速フローパターンは、特にｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．８×ｐ_０という条件下で存在する。

【0015】

本発明のさらに別の局面に従うと、本願明細書において記載される負荷遮断スイッチを使用して負荷電流を遮断する方法が提供される。上記方法は、負荷遮断スイッチの軸に沿って互いから相対的に離れるように第１のアークコンタクトおよび第２のアークコンタクトを動かすことにより、アークが消去領域に形成されることと、ｐ_０＜ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}の条件を満たす消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}へ消去ガスを加圧することとを含み、ｐ_０は雰囲気圧であり、上記方法はさらに、加圧チャンバから消去領域に形成されたアークに、加圧された消去ガスを亜音速フローパターンでノズルシステムによって吹き付けることにより、主に半径方向内方にオフ軸位置から消去領域に消去ガスを吹き付けることを含む。

【0016】

当該方法の実施形態において、亜音速フローパターンは電流遮断動作の全体中に維持され、および／または、亜音速フローパターンはすべてのタイプの電流遮断動作中に維持され、および／または、亜音速フローパターンは、負荷遮断スイッチ内、特にノズルシステム内、もしくは、少なくとも１つのノズル内で維持され、および／または、電流遮断動作の如何なる瞬間においても音速フロー条件が回避され、各電流遮断動作は負荷遮断スイッチによって実行される。

【0017】

本願明細書に記載される実施形態と組み合わせられ得るさらに別の利点、特徴、局面および詳細は、従属項および請求項の組み合わせ、記載ならびに図面において開示される。

【0018】

添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1a】電流遮断動作中のさまざまな状態における本発明の実施形態に従った負荷遮断スイッチの断面図を示す図である。

【図1b】電流遮断動作中のさまざまな状態における本発明の実施形態に従った負荷遮断スイッチの断面図を示す図である。

【図1c】電流遮断動作中のさまざまな状態における本発明の実施形態に従った負荷遮断スイッチの断面図を示す図である。

【図2】図１ａ〜図１ｃの負荷遮断スイッチの電流遮断動作中の消去ガスのフローパターンをより詳細に示す図である。

【図3】本発明のさらに別の実施形態に従った負荷遮断スイッチの断面図を示す図である。

【図4】比較例に従った負荷遮断スイッチの断面図を示す図である。

【図5】本発明のさらに別の実施形態に従った負荷遮断スイッチの概略的な断面図を示す図である。

【図6】本発明のさらに別の実施形態に従った負荷遮断スイッチの概略的な断面図を示す図である。

【図7】本発明のさらに別の実施形態に従った負荷遮断スイッチの概略的な断面図を示す図である。

【図8】本発明のさらに別の実施形態に従った負荷遮断スイッチの概略的な断面図を示す図である。

【図9】本発明のさらに別の実施形態に従った負荷遮断スイッチの概略的な断面図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

好適な実施の形態の説明
ここでさまざまな局面および実施形態を詳細に参照する。各局面および実施形態は説明として提供され、限定を意味していない。たとえば、１つの局面または実施形態の一部として例示または記載される特徴は、任意の他の局面または実施形態について、または、任意の他の局面または実施形態に関連して使用され得る。本開示はそのような組み合わせおよび修正を含むことが意図される。

【0021】

本発明の局面に従うと、ノズルシステムは、主に半径方向内方にオフ軸位置から消去領域に消去ガスを吹き付けるために配される少なくとも１つのノズルを含む。少なくとも１つの（または各々の）ノズルのオフ軸位置は、軸から所定の距離にあり、当該所定の距離はたとえば少なくとも第２の（チューリップ）コンタクトの内径である。上記少なくとも１つのノズルは、第１のコンタクト（ピン）または第２のコンタクト（チューリップ）の半径方向において外側に配され得る。

【0022】

本発明の局面において、ノズルシステムは、消去ガスのためのフローパターンを規定しており、フローパターンは消去ガスのフローが実質的に停止する停滞点と、停滞点に向かう主に半径方向内方のフローの上流領域（すなわち消去ガスの流れ方向における停滞点の上流）と、停滞点から離れるように主に軸方向にフローを加速する下流領域（すなわち消去ガスの流れ方向における停滞点の下流）とを含む。

【0023】

本願明細書において、主に半径方向内方のフローは、ノズルアウトレットからのフローであり、ノズルアウトレットは、スイッチの中心軸に対してオフセットされている。すなわち、ノズルアウトレット開口部（または複数のすべてのノズルアウトレット開口部）は、軸との如何なる重畳部も有していない。ある局面では、少なくとも１つのノズルは、軸方向から４５°より大きくたとえば６０°〜１２０°、好ましくは７０°〜１１０°、より好ましくは７５°〜１０５°の入射角で、オフ軸位置から消去領域に（特に中心軸に向かって）消去ガスを吹き付けるために配される。流れの方向は、ノズルアウトレットでの主なフローまたは平均のフローによって規定される。

【0024】

同様に、停滞点から離れる主に軸方向のフローは、軸に対して４５°未満、好ましくは３０°未満の角度で、実質的に軸に沿って方向付けされる主なフローまたは平均的なフローによって規定される。

【0025】

本発明の局面では、加圧システムはパッファシステムである。当該局面において、加圧チャンバは、たとえば、電流遮断動作中にパッファチャンバ内で消去ガスを圧縮するために配されるピストンを有するパッファチャンバである。したがって、本発明の関連する局面に従うと、ノズルシステムは、セルフブラスト効果のないパッファタイプノズルシステムである。随意に、第１または第２のアークコンタクトは移動可能であり、ピストンは第１または第２のアークコンタクトと一緒に移動可能である一方、電流遮断動作中にパッファチャンバを圧縮するためのパッファチャンバの別の（残りの）部分は固定である。

【0026】

本発明のある局面では、絶縁ガスは、（たとえば１００年の間隔に亘って）ＳＦ_６よりも低い地球温暖化係数を有している。絶縁ガスはたとえば、炭化水素または有機フッ素化合物と混合されるＣＯ_２、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈ_２、空気、Ｎ_２Ｏからなる群から選択される少なくとも１つのバックグラウンドガス成分を含み得る。たとえば、誘電絶縁媒体は、乾燥空気または技術的な空気（technical air）を含み得る。誘電絶縁媒体は、特に、フルオロエーテル、オキシラン、フルオロアミン（fluoramine）、フルオロケトン、フルオロオレフィン、フルオロニトリル、ならびに、その混合物および／または分解物からなる群から選択される有機フッ素化合物を含み得る。特に、絶縁ガスは、少なくともＣＨ_４、過フルオロ化および／または部分的に水素化した有機フッ素化合物、ならびに、その混合物を炭化水素として含み得る。有機フッ素化合物は好ましくは、フルオロカーボン、フルオロエーテル、フルオロアミン、フルオロニトリルおよびフルオロケトンからなる群から選択され、好ましくはフルオロケトンおよび／またはフルオロエーテルであり、より好ましくはパーフルオロケトンおよび／またはハイドロフルオロエーテル、より好ましくは、４〜１２個の炭素原子を有するパーフルオロケトンであり、さらに好ましくは、４、５または６個の炭素原子を有するパーフルオロケトンである。特に、パーフルオロケトンは、Ｃ_２Ｆ_５Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）_２またはドデカフルオロ−２−メチルペンタン−３−オン、およびＣＦ_３Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ_３）_２またはデカフルオロ−３−メチルブタン−２−オンの少なくとも１つであるか、または、当該少なくとも１つを含む。絶縁ガスは好ましくは、空気、または、Ｎ_２、Ｏ_２および／もしくはＣＯ_２といった空気成分と混合したフルオロケトンを含む。

【0027】

特定の場合では、上記のフルオロニトリルはパーフルオロニトリルであり、特に２つの炭素原子、および／または３つの炭素原子、および／または４つの炭素原子を含有するパーフルオロニトリルである。より特定的には、フルオロニトリルはパーフルオロアルキルニトリルであり得、具体的にはパーフルオロアセトニトリル、パーフルオロプロピオニトリル（Ｃ_２Ｆ_５ＣＮ）および／またはパーフルオロブチロニトリル（Ｃ_３Ｆ_７ＣＮ）であり得る。最も特定的には、フルオロニトリルは、（式（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＮに従った）パーフルオロイソブチロニトリルおよび／または（式ＣＦ_３ＣＦ（ＯＣＦ_３）ＣＮに従った）パーフルオロ−２−メトキシプロパンニトリルであり得る。これらのうち、パーフルオロイソブチロニトリルがその低毒性により特に好ましい。

【0028】

本発明のある局面では、スイッチの定格電圧は最大５２ｋＶである。この定格電圧は、以下に与えられる値のように、スイッチの圧力形態および寸法に反映され得る。

【0029】

本発明のある局面では、加圧システムは、電流遮断動作中に消去ガスを、以下の４つの条件（ｉ．、ｉｉ．、ｉｉｉ．およびｉｖ．）の少なくとも１つを満たす消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}に加圧するために構成される。

【0030】

ｉ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．８×ｐ_０、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．５×ｐ_０、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．３×ｐ_０、
ｉｉ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞１．０１×ｐ_０、特にｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞１．１×ｐ_０、
ｉｉｉ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋８００ミリバール、特にｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋５００ミリバール、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋３００ミリバール、最も好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋１００ミリバール、
ｉｖ．ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞ｐ_０＋１０バール。

【0031】

なお、これらの４つの条件の各々はそれ自体のみで既に好ましいが、負荷遮断スイッチにおいて亜音速ガスフローパターンを改善または最適化するために、さまざまな組み合わせ（たとえばｉ．とｉｉ．、またはｉ．とｉｉｉ．、またはｉｉ．とｉｉｉ．とｉｖ．、またはこれらすべて）で満たされるのが有利であり得る。

【0032】

条件ｉおよびｉｉｉの制限下の圧力差によって、消去ガスの亜音速フローパターンが可能なるだけでなく、スイッチの駆動部の要件も低いままとなり、したがってスイッチの駆動部のコストも低いままとなる。それにもかかわらず、条件ｉ〜ｉｉｉの制限はそれでも、本願明細書において記載されるノズル設計が使用される限り、低または中負荷遮断スイッチの定格内で妥当なアーク消失特性を可能にする。典型的に、負荷遮断スイッチにおける雰囲気圧ｐ_０はｐ_０≦３バールであり、好ましくはｐ_０≦１．５バールであり、より好ましくは、ｐ_０≦１．３バールである。

【0033】

本発明の局面では、スイッチは、
−ノズルが５ｍｍから１５ｍｍの範囲の直径を有し、
−加圧ボリュームまたは加圧チャンバが、４０ｍｍから８０ｍｍの範囲の（径方向の）直径と、４０ｍｍから２００ｍｍの範囲の最大（軸方向）長さとを有し、
−第１および第２のアークコンタクトが、１５０ｍｍまで、好ましくは１１０ｍｍまで、および／または、少なくとも１０ｍｍの最大接触分離を有し、特に、２５ｍｍから７５ｍｍの範囲の最大接触分離を有する、
という寸法の１つ以上を有する。

【0034】

本発明の局面では、ノズルは、たとえば、ノズルの離れた先端部において絶縁外側ノズル部分を含む。

【0035】

本発明のある局面において、第１のコンタクトおよび第２のコンタクトの少なくとも１つはそれぞれ中空セクションを有しており、中空セクションは、消去領域に吹き付けられた消去ガスの部分が消去領域から中空セクション中へ流れるように配される。それぞれのコンタクトはたとえば、チューブのようなトポロジーを有し得、中空セクションは内側チューブボリュームである。ある局面において、中空セクションは、たとえば消去ボリュームから離れたチューブ部分において、中空セクションの出口側にアウトレットを有している。アウトレットは、ハウジングボリュームのバルクボリューム（雰囲気圧領域）に接続され得る。これにより、中空セクションは、中空セクション内へ流れた消去ガスがアウトレットにて雰囲気圧領域へと流れ出ることを可能にし得る。好ましくは、第１および第２のコンタクトの両方はそれぞれそのような形状を有する。これにより、アークは、小さなエネルギー入力で特に効果的に消滅され得る。本発明のさらに別の局面に従うと、第１および第２のコンタクト（ピンおよびチューリップコンタクト）の両方が、それらの側においてアウトレットとして機能する１つ以上の孔を有しており、当該１つ以上の孔は好ましくはバルクボリュームに接続されている。

【0036】

本発明のさらに別の局面に従うと、負荷遮断スイッチは、第１および第２のコンタクトのうちの１つのみが移動可能であるシングルモーションタイプである。移動可能なコンタクトは駆動ユニットによって駆動される。本発明のさらに別の局面に従うと、第１のコンタクト（たとえばピンコンタクト）が固定され、第２のコンタクト（たとえばチューリップコンタクト）が移動可能である。

【0037】

本発明のさらに別の局面に従うと、ノズルシステムは、移動可能コンタクトに固定的に結合され、および／または、移動可能コンタクトと共に移動可能であり、および／または、移動可能コンタクトを駆動する駆動ユニットによって駆動される。

【0038】

本発明のさらに別の局面に従うと、第１および第２のコンタクトのうちの１つはチューリップコンタクトであり、ノズルシステムのノズル（または各ノズル）は、半径方向においてチューリップコンタクトの外側に配される。本発明のさらに別の局面に従うと、ノズルの内側はチューリップの外側によって形成される。本発明のさらに別の局面に従うと、ノズルの外側は絶縁部分を有し、絶縁部分は好ましくはノズルの先端部分である。

【0039】

本発明のさらに別の局面に従うと、負荷遮断スイッチはさらに、それぞれ第１および／または第２コンタクトを電気的にスクリーニングするための第１および第２のフィールド制御素子のうち少なくとも１つを含む。フィールド制御素子はノズルシステムとは異なっており、好ましくはノズルから間隔を置いた態様で、たとえばノズルから軸方向に遠位に配され、および／または、半径方向においてノズルの外側に配されている。

【0040】

さらに別の局面に従うと、第２のアークコンタクトは、パイプの内部に取り付けられる挿入物を有する中空パイプを含んでおり、ノズルシステムは、加圧システムからノズルに延在し、かつ、特に挿入物と中空パイプとの間のスペースによって規定されるチャネルを含み、随意に加圧システムは中空パイプの外側に配されており、随意に、中空パイプは、消去ガスが加圧システムからチャネルへ通過することを可能にする開口部を含む。

【0041】

本発明のさらに別の局面に従うと、本願明細書に記載されるような負荷遮断スイッチを有する配電ネットワーク、リングメインユニットまたは二次配電ガス絶縁スイッチギアが提供される。その実施形態において、負荷遮断スイッチは、回路遮断器と組み合わせて、特に真空回路遮断器と組み合わせて配される。

【0042】

本発明のさらに別の局面に従うと、配電ネットワーク、リングメインユニットまたは二次配電ガス絶縁スイッチギアにおける、本願明細書において開示される負荷遮断スイッチの使用が請求される。使用の実施形態は、配電ネットワーク、リングメインユニット（ＲＭＵ）、または二次配電ガス絶縁スイッチギア（ＧＩＳ）において負荷電流を遮断し、負荷電流をスイッチングするために負荷遮断スイッチを使用するが短絡電流を遮断するためには使用しないこと、および／または、負荷遮断スイッチと異なる回路遮断器と組み合わせて、特に真空回路遮断器と組み合わせて、負荷遮断スイッチを使用することを含む。完全性のために言及されるべき別の実施形態として、（特定の）リングメインユニットの内部において、付加的な回路遮断器なしで配される負荷遮断スイッチが存在することも可能である。

【0043】

図面の詳細な説明
図面に示される実施形態の以下の記載において、同じ参照番号は同じまたは同様の構成要素を指す。一般的に、個々の実施形態に関する相違点のみが記載される。一実施形態における部分または局面の記載は、別の態様で特定されなければ、別の実施形態における対応する部分または局面に同様に適用される。

【0044】

図１ａ〜図１ｃは、本発明の実施形態に従った中電圧負荷遮断スイッチ１の断面図を示す。図１ａでは、スイッチが閉状態である場合が示されており、図１ｂでは、アークが燃焼している電流遮断動作中の第１の状態である場合が示されており、図１ｃでは、電流遮断動作中の第２のその後の状態にある場合が示されている。

【0045】

スイッチ１は、雰囲気圧ｐ_０で電気絶縁ガスで充填された気密ハウジング（図示せず）を有する。示される構成要素は、当該ガスで充填されたハウジングボリューム内に配される。言いかえれば、雰囲気圧ｐ_０は、負荷遮断スイッチ１に充填され負荷遮断スイッチ１内に存在するバックグラウンド圧力を示す。

【0046】

スイッチ１は、固定ピンコンタクト（第１のアークコンタクト）１０および移動可能なチューリップコンタクト（第２のアークコンタクト）２０を有する。固定コンタクト１０は中実であり、移動可能なコンタクト２０は、チューブ部分２４および内側ボリュームまたは中空セクション２６を有するチューブのような形状を有する。移動可能なコンタクト２０は、スイッチ１を開くために固定コンタクト１０から離れるように軸１２に沿って移動され得る。

【0047】

スイッチ１は、消去ガスが含有されている加圧チャンバ４２を有するパッファタイプ加圧システム４０をさらに有する。消去ガスは、スイッチ１のハウジングボリュームに含有される絶縁ガスの一部である。加圧チャンバ４２は、チャンバ壁部４４と、電流遮断動作中にパッファチャンバ４２内で消去ガスを圧縮するためのピストン４６とによって境界が定められる。

【0048】

スイッチ１はさらにノズルシステム３０を有する。ノズルシステム３０は、ノズルチャネル３２によって加圧チャンバ４２に接続されるノズル３３を含む。ノズル３３は中心軸１２に関してオフ軸で配されており（言いかえれば中心軸１２と同軸方向に配されており）、より具体的には軸方向においてチューリップコンタクト２０の外に配される。図１ａ〜図１ｃの実施形態において、軸１２の周りの円に沿って規則的な角度間隔（または方位角位置）で配されるいくつかのノズルが存在しており、本願明細書における「ノズル」という用語は、これらのノズルのうちのいずれか１つを指し、好ましくは当該ノズルの各々を指す。

【0049】

スイッチング動作中おいて、図１ｂに示されるように、移動可能コンタクト２０は固定コンタクト１０から軸１２に沿って離れるように（図１ｂにおける右側に）駆動部（図示せず）によって移動される。これにより、アークコンタクト１０および２０は互いから分離され、アーク５０が両方のコンタクト１０および２０の間における消去領域５２に形成される。

【0050】

ノズルシステム３０およびピストン４６は、スイッチング動作中に、チューリップコンタクト２０と一緒にピンコンタクト１０から離れるように駆動部（図示せず）によって移動される。加圧ボリューム４２の他のチャンバ壁部４４は固定である。したがって、加圧ボリューム４２は圧縮され、そこに含有される消去ガスは、加圧チャンバ４２内における最大合計圧力（全体、すなわち局所的な圧力増加を無視する）として規定される消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}にされる。

【0051】

その後、ノズルシステム３０は、図１ｂにおける矢印によって示されるように、加圧された消去ガスを加圧チャンバ４２からアーク５０へ吹き付ける。この目的のために、加圧チャンバ４２からの消去ガスは解放され、チャネル３２およびノズル３３を通ってアーク発生ゾーン５２に吹き付けられる。

【0052】

ノズル３３は、図１ｂおよび図１ｃに示されるように、消去ガスのフローパターンを以下のように規定する。すなわち、消去ガスは、主に半径方向内方にオフ軸位置（ノズル３３のノズルアウトレット）から消去領域５２上に流れ、したがって、アーク５０上に流れる。

【0053】

少なくとも１つのノズル３３によって規定された主に半径方向に方向付けされた内方フローは、好ましい局面において、軸方向から７５°と１０５°との間の入射角でオフ軸位置から消去領域５２上に消去ガスを吹きつけるために配されるノズル３３として記載され得る。

【0054】

図２は、消去ガスのフローパターンをより詳細に示す。フローパターンは、消去ガスのフローが本質的に停止する停滞点６４を含む。より正確には、停滞点６４は、消去ガスのフローパターンが本質的に消失する速度を有する領域として規定される。量的な意味で、ガスの速度は、ガス速度の大きさｖ_ｇａｓが以下の不等式を満たす場合、本質的に消失する。

【0055】

【数1】

【0056】

式中、Δｐ＝ｐ_{ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ}-ｐ_０は、加圧された（消去）ガス（加圧ボリューム４２における最大圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ}）と、雰囲気ガス（バルク圧力ｐ_０）との圧力差であり、ρは（最大圧縮での）圧縮ボリュームにおける加圧された（消去）ガスのガス密度であり、ｃは、たとえばｃ＝０．０１、好ましくはｃ＝０．１といったｃ＜０．２の範囲において好ましくは選択される所定の一定の係数である。

【0057】

本願明細書において、停滞点６４は、たとえば電流のないスイッチの開動作（無負荷動作）といったアークのない動作中の消去ガスの定常状態のフロー中に上記不等式が満たされる領域として規定される。上記の不等式は好ましくは、アークが存在しない（特にアーク生成電流のない）状態で規定される。

【0058】

したがって、停滞点６４は領域を表す。さらに、停滞点６４は、この領域内の任意の点を指してもよく、特に、この領域の中心を指す。

【0059】

フローパターンはさらに、停滞点６４に向かう（主に半径方向内方の）フローの上流領域６２、すなわち停滞点６４の上流の上流領域６２と、停滞点６４から離れるように主に軸方向にフローを加速する下流領域６６、すなわち停滞点６４の下流の下流領域６６とを含む。ここで、「上流」および「下流」は、ガスが停滞点６４を通ったことを必ずしも意味しない。

【0060】

好ましくは、停滞点６４は、アーク領域５２と重なり、より好ましくはアーク領域５２内に位置する。

【0061】

したがって、消去ガスは、（上流領域６２において）主に半径方向からアーク発生ゾーン５２に向かって流れ、それによって減速する。アーク発生ゾーン５２から、ガスは（下流領域６６において）主に軸方向にアーク発生ゾーンから離れるように流れ、それによって軸方向に加速する。このフローパターンは、アーク５０の断面および直径が制限され小さく保たれる圧力プロファイルを作り出すという利点を有する。これと、アーク５０上への軸方向の吹付けとによって、アーク５０の冷却および消失の向上につながる。

【0062】

図１ａ〜図１ｃおよび図２に示される実施形態において、ガスは、停滞点６２の下流において、軸１２に沿って２つの反対方向に加速する。ノズルシステムは、軸１２に沿った停滞点６４の対向する側同士上に２つの下流領域６６を規定する。アーク５０からのこのダブルフローは第２のコンタクト２０の中空ボリュームまたは中空セクション２６によって可能になる。中空セクション２６は、消去領域５２上に吹付けられた消去ガスの部分が、消去領域５２から中空セクション２６内へ流れることが可能となり、そこから中空セクション２６のアウトレット（図１ａ〜図１ｃでは中空セクション２６の右側）を通って負荷遮断スイッチ１のバルクハウジングボリューム内へと流れることが可能となるように配される。

【0063】

負荷遮断スイッチ１は、図では省略されており、本願明細書においては説明されていない公称コンタクト、駆動部、コントローラなどのような他の部分も含む。これらの部分は、従来の低電圧または中電圧負荷遮断スイッチと同様に設けられる。

【0064】

負荷遮断スイッチは、ガス絶縁リングメインユニットの一部として提供され得、４００Ａまで、または、２０００Ａ（ｒｍｓ）までの範囲において負荷電流をスイッチングするために定格され得る。

【0065】

負荷遮断スイッチのためのいくつかの可能な用途は、低電圧もしくは中電圧負荷遮断スイッチおよび／またはスイッチヒューズコンビネーションスイッチであるか、または、アークが除外され得ないセッティングにおける中電圧ディスコネクタである。これらの用途のための定格電圧は最大で５２ｋＶである。

【0066】

本願明細書において記載されたフローパターンを低電圧または中電圧負荷遮断スイッチに適用することによって、その熱遮断性能は著しく改善され得る。これはたとえば、ＳＦ_６とは異なる絶縁ガスの使用を可能にする。ＳＦ_６は優れた誘電性およびアーク消去特性を有しており、したがってガス絶縁スイッチギアにおいて従来使用されている。しかしながら、その地球温暖化係数が高いことにより、エミッションを削減しそのような温室効果ガスの使用を最終的に停止し、したがって、ＳＦ_６を置き換え得る代替的なガスを見つけるための多大な努力がなされている。

【0067】

そのような代替的なガスは、他のタイプのスイッチについて既に提案されている。たとえば、ＷＯ２０１４／１５４２９２Ａ１は、代替的な絶縁ガスを用いるＳＦ_６のないスイッチを開示する。ＳＦ_６は、アークを冷却するその固有の能力により、非常に良好なスイッチング特性および絶縁特性を有するので、ＳＦ_６をそのような代替的なガスに置き換えることは技術的に困難である。

【0068】

本構成は、代替的なガスが完全にはＳＦ_６の遮断性能とマッチしなくても、負荷遮断スイッチにおいて、ＳＦ_６より低い地球温暖化係数を有するそのような代替的なガスの使用を可能にする。

【0069】

絶縁ガスは好ましくは、１００年の間隔に亘ってＳＦ_６よりも低い地球温暖化係数を有する。絶縁ガスは好ましくは、ＣＯ_２、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈ_２、空気、Ｎ_２Ｏ、炭化水素、特に、ＣＨ_４、過フルオロ化または部分的に水素化した有機フッ素化合物、および、その混合物からなる群から選択される少なくとも１つのガス成分を含む。

【0070】

有機フッ素化合物は好ましくは、フルオロカーボン、フルオロエーテル、フルオロアミン、フルオロニトリル、フルオロケトン、ならびに、その混合物および／または分解物からなる群から選択され、好ましくはフルオロケトンおよび／またはフルオロエーテルであり、より好ましくはパーフルオロケトンおよび／またはハイドロフルオロエーテルであり、最も好ましくは、４〜１２個の炭素原子を有するパーフルオロケトンである。絶縁ガスは好ましくは、空気またはＮ_２、Ｏ_２、ＣＯ_２といった空気成分と混合したフルオロケトン（fluorketone）を含む。

【0071】

いくつかの実施形態において、アークが非常に有効に冷却されることを可能にするフロープロファイルにより、この改善は、ノズルにおける消去ガスの圧力増加を増やすことなく（パッファチャンバの圧力を増やすことなく）達成することができ、したがって、スイッチの駆動部について要求／コストを増加することなく達成することができる。いくつかの実施形態では、圧力増加はさらに低減され得る。

【0072】

したがって、本発明の局面において、加圧システム４０は、電流遮断動作中に消去ガスを消去圧力ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．８×ｐ_０に加圧するために構成され得、ｐ_０は、ハウジングのバルクボリュームにおける絶縁ガスの雰囲気（平衡）圧力であり、ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}は、加圧チャンバにおける電流遮断動作中の消去ガスとも称される加圧絶縁ガスの（最大の全体）圧力である。消去圧力に関するこの条件は、消去ガスのフローが亜音速であり、同時に、消去ガスを加圧する作業を通常もたらす駆動部の要件を制限することを保証する。

【0073】

より好ましくは、消去圧力はｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．５×ｐ_０、または、ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．３×ｐ_０、または、ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜１．１×ｐ_０を満たす。他方、消去圧力は好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞１．０１×ｐ_０を満たす。そのため、圧力増加はアークを消失させるのに十分である。

【0074】

別の局面では、消去圧力は、ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋８００ミリバール、好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋５００ミリバール、より好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋３００ミリバール、さらに好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＜ｐ_０＋１００ミリバールを満たす。他方では、消去圧力は好ましくはｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}＞ｐ_０＋１０ミリバールを満たす。

【0075】

実施形態において、ハウジングにおける（バルク）絶縁ガスの雰囲気圧ｐ_０は≦３バールであり、より好ましくはｐ_０≦１．５バールであり、さらに好ましくは、ｐ_０≦１．３バールである。

【0076】

これらの圧力状態は、高電圧（５２ｋＶを大きく上回る定格電圧）回路遮断器における典型的なフロー条件とは非常に異なる。これらの高電圧回路遮断器（バッファおよびセルフブラストタイプ）において、フロー条件はアークの冷却を最大化するために超音速である。これにより、さらに高い圧力増加、すなわち１．８×ｐ_０を著しく上回る（ｐ_０＋８００ミリバールを著しく上回る）ｐ_{ｑｕｅｎｃｈ}が必要とされる。これは、これらの高電圧回路遮断器の駆動部に対して、ここで考慮される低または中負荷遮断器についてコストの見地から不利または禁止的ですらある強い要件を課する。これらの低および中負荷遮断器は、回路遮断器とは完全に異なる用途、設計およびマーケットのための完全に異なるタイプのスイッチである。

【0077】

対照的に、本願は、典型的に最大５２ｋＶの電圧に定格され、より高い電圧について定格されないかまたは当該より高い電圧をスイッチングすることができない低電圧または中電圧負荷遮断スイッチであって、最大２０００Ａまたは最大１２５０Ａの電流に定格され、より高い電流について定格されないかまたは当該より高い電流をスイッチングすることができない低電圧または中電圧負荷遮断スイッチに関する。特に、負荷遮断スイッチは、障害電流を遮断するために定格されていないか、または、障害電流を遮断することができない。具体的には、負荷遮断スイッチは、短絡電流を遮断するために定格されていないか、または、短絡電流を遮断することができない。

【0078】

次に、図３を参照して、本発明のさらに別の実施形態に従った負荷遮断スイッチが記載される。当該実施形態は、第２のコンタクト２０の中空セクション２６がブロッキング要素２７によってブロックされている点で図１ａ〜図１ｃの実施形態とは異なる。結果として、消去ガスのフローが中空セクション２６を通ることが可能ではなくなる。したがって、図３の実施形態において、消去ガスは、軸１２に沿って１つの方向においてのみ、すなわち他のコンタクト（第１のコンタクト（図３に図示せず））に向かって、つまり、図３における左に、（消去領域５２において）停滞点６４の下流へと加速する。それにもかかわらず、消去領域５２へ向かう消去ガスの主に軸方向の流入により、ガスフローはそれでも停滞点６４を示す。

【0079】

図３の実施形態の他の局面は図１ａ〜図１ｃおよび図２の局面と類似しており、その上記の記載が同様に図３の実施形態に適用される。

【0080】

図４を参照して、比較例に従った従来の負荷遮断スイッチが記載される。従来の負荷遮断スイッチにおいて、消去ガスが、軸１２に沿って延在するチャネル３２’と、軸方向に配されるノズル（第２のコンタクト２０を構成するチューリップの中心）とを通って、アーク領域５２へと軸方向に吹き付けられる。このフローパターンは、停滞点のない主に軸方向のフローを規定する。図４のこの実施形態において、これは、軸方向チャネル３２’を加圧ボリューム４２に接続することと、たとえばブロッキング要素３７により任意の非軸方向チャネルをブロッキングすることとによって、達成される。

【0081】

図４の比較の経路において、消去ガスは主に軸方向から、特にチューリップ（第２のコンタクト）２０の中心から、アークに吹き付けられる。これに対応して、アークはノズル３３から排気口（ここでは図４における左側）を通って出るように動かされる。軸方向とも称される図４のこの従来のフロートポロジーは、先行技術の負荷遮断スイッチにおいて使用されている。ＳＦ_６ガスと１００ミリバール〜２００ミリバールの圧力増加とを伴う許容できるアーク消失性能を実現および作り出すことは簡易かつ安価である。

【0082】

図１ａ〜図４の異なる設計の性能を実験により比較した。すなわち、負荷電流が第１および第２のコンタクト１０および２０を通じて適用され、プラグ（第１のコンタクト１０）が第２のコンタクト３０に対して相対的に動かされ、第２のコンタクト３０から分離され、それによってアークが点火された。同時に、図１ｂ〜図１ｃ、図２、図３および図４についてそれぞれ上述したように、消去ガスが加圧され、加圧ボリューム４２から解放され、アーク５０を消失させるためにアーク領域５２に流れた。

【0083】

結果として、図４の従来の設計と比較して、同じレベルの遮断電流を消失させるために、本発明の実施形態（図１ａ〜図３）が必要とした圧力（加圧ボリュームにおける超過圧力）ははるかに小さかったということが分かった。

【0084】

同様に、消去ガスとしてＳＦ_６を使用する従来のスイッチ（図４）については所与の圧力増加があったが、図１ａ〜図３のフロープロファイルによって、アーク消去能力が低減された代替的なガスが消去ガスとして使用されても電流を熱的に遮断することが可能であるということが分かった。なお、本願明細書において記載される負荷遮断スイッチが、消去ガスとしてＳＦ_６と共に使用することもできることはしたがって明らかである。

【0085】

これらの結果は、本発明に従ったノズル設計および消去ガスフローパターンにおける変化によってもたらされた利点を明確に示している。この最適化されたノズル設計は、従来の設計と比較して、非常に効率的なアーク冷却および消去効率を可能にし、したがって、本願明細書において言及されたような代替的な消去ガスによって、負荷遮断スイッチの広範囲の可能な定格について（たとえば１２ｋＶ、２４ｋＶ、３６ｋＶ、または５２ｋＶの電圧までの定格電流について）負荷電流を熱的に遮断することが可能になる。

【0086】

次に、本発明のさらに別の実施形態に従った負荷遮断スイッチを記載する。また、別の態様で特定されていなければ、任意の他の実施形態の記載がさらにこの実施形態に適用され得る。この実施形態においては、第１のコンタクトはピンであり、第２の（移動）コンタクトは、パイプの内部に挿入物が取り付けられる中空パイプを含むチューリップタイプのコンタクトである。ノズルシステムは、ノズルと、パイプと挿入物との間に規定されるノズルチャネルとを含む。ノズルは、図１ａ〜図１ｃおよび図２に関して既に記載されたように、主に半径方向内方にオフ軸位置から消去領域に消去ガスを吹き付けるために配される。これらの図とは異なり、加圧ボリュームは半径方向において、ノズルチャネルの外部であり、および／または、加圧ボリュームからノズルチャネルまでのインレットを規定するパイプの外部である。ノズルチャネルまたはパイプの側における孔が加圧ボリュームからノズルチャネルまでのインレットを規定する。

【0087】

この実施形態により、電流遮断動作は、図１ａ〜図１ｃと同様に実行される。すなわち、第２のコンタクトおよびピストンは第１のコンタクトから離れるように駆動部によって動かされ、加圧ボリュームにおけるガスは、ピストンによって圧縮されて主に半径方向内方にオフ軸位置からアークに向かってアーク領域に流れる。消去ガスは、アーク領域に到達した後、図１ａ〜図１ｃおよび図２に関して上で記載されたように、２つの方向（ダブルフロー）に流れる。

【0088】

この実施形態により、単に付加的な挿入物を提供することによって、最小数の部品と移動可能なコンタクトのコストおよび重量の最低限の増加とにより有利なフローパターンが実現されることが可能になる。

【0089】

本発明は、上に示された実施形態に限定されないが、請求の範囲によって規定される範囲内でいくつかの態様で修正され得る。たとえば、図５〜図９は、本発明のさらなる実施形態に従った負荷遮断スイッチの付加的な変形例を示す。ここで、それぞれのスイッチの上半分（軸１２の上）のみが示されるが、一般に、スイッチは本質的に、回転対称である。これらの図において、参照符号は前述の図の参照符号に対応しており、別の態様で特定または示されなければ、それらの説明がさらに図５〜図９に該当する。これらの図５〜図９は、他の実施形態と関連して使用され得る一般的な局面を示す。

【0090】

図５は、第１のコンタクト１０として中空プラグ１０が使用され得るため、軸方向排出チャネル１６が中空プラグ１０内に規定されることを示している。この設計は、下流領域における消去ガスのより効率的なフローを可能にする。この設計はさらに、アーク消去効率を損なうことなく、（軸方向に延在する）長いノズル３３の使用を可能にする。この設計は、図５に示されるようなダブルフロータイプのスイッチ（図１ａ〜図１ｃおよび図２を参照）または図２に示されるようなシングルフロースイッチの両方に適用され得る。

【0091】

図６は、加圧システム（パッファシステム）のピストン４４および／またはノズルシステム３０が第２のアークコンタクト２０とともに移動可能であり得ることを示しており、特にピストン４４がノズルシステム３０に、具体的にはノズル３３に、取り付けられ得ることを示している。この局面により、第２のアークコンタクト（チューリップ）２０、ノズルシステム３０およびピストン４４が、一緒に移動し得る。

【0092】

一般的な局面に従うと、ピストン４４および加圧ボリューム４６は、スイッチのオフ軸位置に配される。しかしながら、図７は、代替的な局面では、ピストン４４および加圧ボリューム４６はスイッチの軸１２上にも配され得ることを示す。ノズルシステム３０のチャネル３２は、加圧ボリューム４６からノズル３３のオフ軸位置へ延在する。

【0093】

図７はさらに、中空セクション２６からのアウトレット４８が、軸上の中空セクション２６からスイッチハウジングのバルクボリュームへ主に半径方向に延在し得ることを示す。

【0094】

図８は、ある実施形態において、第２のアークコンタクト２０が固定され得る一方第１のアークコンタクト１０が移動可能であることと、ノズルシステム３０が固定である（第２のアークコンタクト２０に取り付けられている）ことと、ピストンが第１のアークコンタクト１０と共に移動可能であることと、加圧システム４４，４６の残りが固定であり得ることとを示している。この配置は、特に低い移動質量を伴う構成につながり得る。

【0095】

図９は、ある実施形態において、アークコンタクト１０および２０の両方が、プラグ−プラグ構成で互いに当接するプラグであり得ることを示している。別の局面として、固定であることの代わりに、第１のアークコンタクト１０には、ばねがマウントされ得る。第２のアークコンタクト２０は、ノズルシステム３０と共に移動可能であるが、代替的には、本願明細書において記載される局面のうちのいずれか１つに従った別の構成が可能である。

【0096】

実施形態では、負荷遮断スイッチ１はナイフスイッチであるか、または、一般に、負荷遮断スイッチ１は回転コンタクトを有するコンタクトシステムを有する。代替的な実施形態では、負荷遮断スイッチ１は、軸方向に移動可能な１つのコンタクト（シングルモーションタイプ）を有する。このさらに別の実施形態に従うと、ノズルシステム３０は、移動可能なコンタクトに固定的に連結され、および／または、移動可能なコンタクトと共に移動可能であり、および／または、移動可能なコンタクトを駆動する駆動ユニットによって駆動される。

【0097】

実施形態においては、負荷遮断スイッチ１は、公称コンタクト（図示せず）を含む。典型的に、公称コンタクトは、半径方向において第１のアークコンタクト１０および第２のアークコンタクト２０の外に存在し、特に半径方向においてノズル３３の外に存在する。

【0098】

実施形態において、負荷遮断スイッチ１はコントローラを有し、特にコントローラは、データネットワークに接続されるためのネットワークインターフェイスを有しており、負荷遮断スイッチ（１）は、データネットワークへデバイスステータス情報を送信することと、データネットワークから受信されるコマンドを実行することとのうちの少なくとも１つのためにネットワークインターフェイスに動作可能に接続され、特に、データネットワークは、ＬＡＮ、ＷＡＮまたはインターネット（ＩｏＴ）のうちの少なくとも１つである。したがって、そのようなコントローラを有する負荷遮断スイッチの使用が同様に開示される。

【0099】

実施形態において、負荷遮断スイッチ１、特にノズルシステム３０は、電流遮断動作の全体中において亜音速フローパターンを維持するために設計されており、および／または、負荷遮断スイッチ１、特にノズルシステム３０は、すべてのタイプの電流遮断動作中に亜音速フローパターンを維持するために設計されており、および／または、負荷遮断スイッチ１、特にノズルシステム３０は、負荷遮断スイッチ１の内部、特に、ノズルシステム３０の内部または少なくとも１つのノズル３３の内部において亜音速フローパターンを維持するために設計されており、および／または、負荷遮断スイッチ１、特にノズルシステム３０は、電流遮断動作のいずれの瞬間においても音速フロー条件を回避し、かつ、負荷遮断スイッチ１によって各電流遮断動作（すなわち障害電流または短絡電流の遮断を除く）が実行されるために設計されている。

【0100】

実施形態において、ノズルシステム３０は、ノズル３３へ加圧チャンバ４２を接続するノズルチャネル３２を含み、特に、ノズルチャネル３２は、半径方向において第１または第２のアークコンタクトの外に配されており、および／または、ノズルチャネル３２は、負荷遮断スイッチ１におけるオフ軸位置に配されている。

【0101】

本願明細書において開示されるように、負荷遮断スイッチ１は回路遮断器ではなく、特に、５２ｋＶを上回る高電圧のための回路遮断器でなく、および／または、加圧システム４０は、セルフブラスチング効果を提供するための加熱チャンバが欠けており、および／または、負荷遮断スイッチ１は、回路遮断器と組み合わせて、特に真空回路遮断器と組み合わせて、配されるように設計されている。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】