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▶ ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025068624
(43)【公開日】2025-04-28
(54)【発明の名称】冷却スロットを備えた空冷式断路器
(51)【国際特許分類】
H01H 31/32 20060101AFI20250421BHJP
【ＦＩ】
H01H31/32
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024180505
(22)【出願日】2024-10-16
(31)【優先権主張番号】23203719.2
(32)【優先日】2023-10-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(71)【出願人】
【識別番号】515322297
【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100151286
【弁理士】
【氏名又は名称】澤木 亮一
(72)【発明者】
【氏名】クリストフ・ミュラー
(57)【要約】
【課題】軸（ＸＸ’）に沿って延在し、筐体（３）を含み、空気中で動作する高電圧遮断器（１）及び断路器（２）を提供する。
【解決手段】断路器は、筐体内に設けられ、軸（ＸＸ’）に沿って延在する中空の通電導体（１０、２０、３０）を含み、導体は、軸に沿って延在する少なくとも１つの下側細長いスロット（１２ａ、２２ａ、３２ａ）及び少なくとも１つの上側細長いスロット（１１ａ、２１ａ。３１ａ）を含み、スロットの各々は、空気流断面を開く幅ｗと長さｌを有する。中空通電導体（１０、２０、３０）の外径面と、前記軸（ＸＸ’）に垂直な同一平面内の全てのスロットの空気流断面の合計との比は、７０～１００である。
【選択図】図３
【解決手段】断路器は、筐体内に設けられ、軸（ＸＸ’）に沿って延在する中空の通電導体（１０、２０、３０）を含み、導体は、軸に沿って延在する少なくとも１つの下側細長いスロット（１２ａ、２２ａ、３２ａ）及び少なくとも１つの上側細長いスロット（１１ａ、２１ａ。３１ａ）を含み、スロットの各々は、空気流断面を開く幅ｗと長さｌを有する。中空通電導体（１０、２０、３０）の外径面と、前記軸（ＸＸ’）に垂直な同一平面内の全てのスロットの空気流断面の合計との比は、７０～１００である。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸線（ＸＸ’）に沿って延び、空気中で動作するための高電圧遮断器及び断路器であって、筐体（３）を備え、断路器は、筐体内に設けられ、軸線（ＸＸ’）に沿って延びる中空の通電導体（１０、２０、３０）を含み、導体は、軸線に沿って延びる少なくとも１つの下側の細長いスロット（１２ａ、２２ａ、３２ａ）及び少なくとも１つの上側の細長いスロット（１１ａ、２１ａ、３１ａ）を含み、スロットの各々は幅ｗと長さｌを有し、ｌとｗの積はスロットの空気流断面を与え、中空通電導体（１０、２０、３０）の外径面と全てのスロットの空気流断面の合計との間の比は７０と１００の間である、高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項2】
導体は、少なくとも１、２、３又はそれ以上の下側スロット（１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ）と、同数又は異なる数の上側スロット（１１ａ、２１ａ、３１ａ）とを含み、下側スロットと上側スロットとは、好ましくは互いに向き合っている、
及び／又は、上側スロット及び下側スロットの少なくとも１つは、複数の整列スロット（３１ａ１、３１ａ２）に分割される、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
及び／又は、上側スロット及び下側スロットの少なくとも１つは、複数の整列スロット（３１ａ１、３１ａ２）に分割される、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項3】
２つ以上の下側スロット（１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ）と２つ以上の上側スロット（１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ）を含み、
上側スロット（１１ａ、２１ａ、３１ａ）の各スロットは、隣のスロット（１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ）に対して２０°から６０°の間の角度だけ離れ、
及び／又は、下側スロット（１２ａ、２２ａ、３２ｂ）の各スロットは、隣接するスロット（１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ）に対して２０°から６０°の間の角度だけ離れている、請求項２に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
上側スロット（１１ａ、２１ａ、３１ａ）の各スロットは、隣のスロット（１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ）に対して２０°から６０°の間の角度だけ離れ、
及び／又は、下側スロット（１２ａ、２２ａ、３２ｂ）の各スロットは、隣接するスロット（１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ）に対して２０°から６０°の間の角度だけ離れている、請求項２に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項4】
上側スロット（１１ａ、２１ａ、３１ａ）の複数のスロットは、１０°の角度だけ離れ、
及び／又は下側スロット（１２ａ、２２ａ、３２ａ）の複数のスロットは、１０°の角度だけ離れる、請求項３に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
及び／又は下側スロット（１２ａ、２２ａ、３２ａ）の複数のスロットは、１０°の角度だけ離れる、請求項３に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項5】
各スロット（１１ａ～１１ｃ、１２ａ～１２ｃ、２１ａ～２１ｃ、２２ａ～２２ｃ、３１ａ～３１ｃ、３２ａ～３２ｃ）の幅は、５ｍｍ～４０ｍｍである、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項6】
空気が中空導体（１２ａ、２２ａ、３２ａ）に流入する１つ又は複数の下側スロットの表面は、空気が中空導体（１１ａ、２１ａ、３１ａ）から流出する１つ又は複数の上側スロットの表面と、５％の範囲で同一又は類似している、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項7】
中空通電導体は、３０ｃｍから２００ｃｍの間の外径を有する、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項8】
スロットが断路器の内面（３３）に配向されている、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項9】
スロットの少なくとも１つが、軸ＸＸ’から曲線方向に中空導体の内側に少なくとも１つの丸みを帯びたエッジ（３４ａ、３５ａ、３４ｂ、３５ｂ）を有する、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項10】
スロットの少なくとも１つが、軸ＸＸ’に平行な方向において中空導体の内側に少なくとも１つの丸みを帯びた又は楕円形のエッジ（３６）を有する、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項11】
筐体（６）が空気で満たされている、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項12】
１つ又は複数の下側スロット及び／又は上側スロットが、５～３０°の角度で内側表面（３３）に配向されている、請求項１に記載の高圧回路遮断器及び遮断器。
【請求項13】
三相遮断器／遮断器であって、各相が請求項１乃至１２のいずれかに記載の高圧回路遮断器及び遮断器を含む、三相遮断器／遮断器。
【請求項14】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の遮断器及び断路器の冷却方法であって、空気中で動作し、導体に１０ｋＡ以上５０ｋＡ以下の電流が流通し、それにより、前記少なくとも１つの下側スロットから前記少なくとも１つの上側スロットへ空気が流通する、遮断器及び断路器の冷却方法。
【請求項15】
空気が、少なくとも１つの下側スロット（１２ａ、２２ａ、３２ａ）から導体の内面（３３）へ、次いで自然対流によって駆動される少なくとも１つの上側スロット（１１ａ、２１ａ、３１ａ）へと循環する、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、発電機用遮断器の空冷式断路器の分野に関する。
【0002】
発電機回路遮断器（発電機サーキットブレーカ：generator circuit breaker）とそれに対応する断路器（ディスコネクタ：disconnector）は、空気中で動作し、密閉ケーシングに収納されている。
【0003】
このような装置の冷却は重要である。発電所の発電機から来る大電流が、発電機回路遮断器とその付属の断路器を通過する際に、大量の熱を発生させるからである。この熱を効率的に外部に伝え、ライブ部品（live parts：活電部品）の温度を規格の範囲内に抑える必要がある。この熱を効率的に外部に伝達し、ライブ部品の温度を規格の範囲内に抑える必要がある。熱伝達を強化するために、次のような方法が使用される。
－熱を運ぶ流体は、熱を持ったまま外側に移動し、冷えて内側に戻ってくる。
－ファンが筐体内部に送風し、冷たい筐体（エンクロージャ）と高温のライブ部品との間の熱交換を増加させる。
－自然対流（natural convection）は、高温のライブ部品から冷たい筐体へと、自然な流体の動きによってカロリー（熱量）を運ぶ。
－熱を運ぶ流体は、熱を持ったまま外側に移動し、冷えて内側に戻ってくる。
－ファンが筐体内部に送風し、冷たい筐体（エンクロージャ）と高温のライブ部品との間の熱交換を増加させる。
－自然対流（natural convection）は、高温のライブ部品から冷たい筐体へと、自然な流体の動きによってカロリー（熱量）を運ぶ。
【0004】
冷却フィンと冷却孔を設けることで自然冷却を促進していた。冷却孔は、断路器の全周の数カ所に配置された。楕円形、円形、三角形、長方形の形があった。このような解決策は、試行錯誤によって寸法を決め、位置を決め、形を整えた。先行技術の他の解決策と同様、この方法は、空気循環、表皮効果、近接効果、温度依存抵抗率の３Ｄ効果を考慮していない。そうすることで、先行技術の設計では、冷却孔の近くに電流が集中（current concentration）したり、空気の動きがない停滞ゾーンが生じたりして、最終的に望ましくない局所的なホットスポットが生じる。
【0005】
温度が高くなると抵抗率が高くなり、さらに損失が大きくなり、その結果温度も高くなるという悪循環を知るに、こうしたホットスポットは機器全体の性能にとって重大なリスクとなる。
【0006】
機器の最大公称電流（maximum nominal current）は、ホットスポットである機器の最高温度よりも高い温度につながらない（not leading）電流である。従って、ホットスポットが公称電流を制限しているのであって、全体的な設計を制限しているわけではない。構築者（constructors）にとって、ホットスポットを防ぐために設計を強化することは明確な関心事である。
【0007】
さらに、試行錯誤によって見出されることが多い先行技術の設計は、限られた量の温度センサーですべてのホットスポットを捉えることは不可能であるため、信頼性に欠ける。
【0008】
特に、先行技術の設計では、滞留領域で局所的にゼロになる可能性のある空気循環の効果や、孔の近くの位置に電流が集中する可能性があり、その結果、電流密度が高くなり、その位置でさらにジュール熱が発生することを考慮していない。
【0009】
断路器にも筐体にも、より効率的な解決策が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】国際特許出願公開第２０２３／１３７６４４Ａ１号公報
【発明の概要】
【0011】
本発明は、まず、空冷式断路器の中空通電導体の冷却スロットの最適化設計に関する。
【0012】
本発明は、特に、軸線（ＸＸ’）（又は軸方向）に沿って延びる高電圧遮断器用の断路器、又は高電圧遮断器及び断路器(a disconnector for a high voltage circuit breaker, or a high voltage circuit breaker and disconnector, extending along an axis (XX’) (or axial direction))に関するものであり、前記断路器は、筐体と、前記筐体内の中空の通電導体とを備える（said disconnector comprising an enclosure and a hollow current carrying conductor in said enclosure）。前記導体は、少なくとも１つの下側の細長いスロットと少なくとも１つの上側の細長いスロットとを含む（said conductor comprising at least one lower elongated slot and at least one upper elongated slot extending along said axis）。
【0013】
前記断路器は、雌部品と、チューブハウジングと、前記雌部品と前記チューブハウジングとを接続する可動管とを含むことができる（Said disconnector can comprise a female part, a tube housing and a moveable tube to connect said female part and said tube housing）。前記スロットは、前記部品のいずれか、例えば、１つだけ（例えば、チューブハウジング）、又は２つ若しくは３つ全てに設けることができる（said slots can be provided to any of said parts, for example to only one (for example the tube housing) or to 2 or to all 3 of them）。
【0014】
本発明はまた、軸線（ＸＸ’）に沿って延びる、空気中で動作する断路器（又は、回路遮断器及び断路器）を冷却する方法（a method for cooling a disconnector or circuit breaker and disconnector operating in air, extending along an axis (XX’)）に関し、前記断路器は、筐体と、前記筐体内の中空の通電導体とを含み（said disconnector comprising an enclosure and a hollow current carrying conductor in said enclosure）、前記導体は、前記軸線に沿って延びる少なくとも１つの下側スロットと少なくとも１つの上側スロットとを含み（said conductor comprising at least one lower slot and at least one upper slot extending along said axis）、例えば１０ｋＡから３０ｋＡの間、あるいは５０ｋＡまでの電流が前記導体内を循環し、これにより空気が前記少なくとも１つの下側スロットから前記少なくとも１つの上側スロットへと循環する（a current of, for example, between 10kA and 30 kA or even up to 50 kA, circulating in said conductor, whereby air is circulating from said least one lower slot to said at least one upper slot）。
【0015】
本発明による、又は本発明による方法における高圧断路器（又は回路遮断器及び断路器）において、前記スロットの各々は、５ｍｍと４０ｍｍとの間の幅、例えば８ｍｍ又は１０ｍｍ又は２０ｍｍ又は３０ｍｍを有することができ（In a high voltage disconnector or circuit breaker and disconnector according to the invention or in a method according to the invention, each of said slot may have a width between 5 mm and 40 mm, for example 8 mm or 10 mm or 20 mm or 30 mm）、前記幅は、前記軸（ＸＸ’）に垂直に、又は前記軸（ＸＸ’）に垂直な平面において測定される（said width being measured perpendicularly to said axis (XX’) or in a plane perpendicular to said axis (XX’)）。
【0016】
好ましくは、最大公称電流は、機器の構成にもよるが、１０ｋＡから５０ｋＡの範囲、例えば３０ｋＡである（Preferably, the maximum nominal current is in a range of 10 kA to 50 kA, for example 30 kA, depending on the configuration of the equipment）。したがって、発電所の運転中の電流は、０ｋＡから最大公称電流まで設定することができる（The current during operation of the power plant may therefore be set from 0 kA to the maximum nominal current）。
【0017】
本発明は、例えば高圧発電機用遮断器の上又は下に取り付けられるタイプの中空断路器の冷却に関する（The invention concerns the cooling of a hollow disconnector, for example of the type being attached to or beneath a high voltage generator circuit breaker）。本発明の一態様による断路器は、周囲空気中で作動（運転）、絶縁、冷却される（The disconnector according to an aspect of the invention is operated, insulated and cooled in ambient air）。その性能を向上させるために、高価な冷却ファンや冷却液体を使用する冷却回路を必要としない自然冷却方法が実施される（To increase its performance a natural cooling method is implemented, which does not require expensive cooling fans or cooling circuits using cooling liquid）。
【0018】
したがって、本発明は、内部中空部又は中空導体を含む発電機回路遮断器の断路器を空冷する方法にも関し、方法は、軸線（ＸＸ’）（又は軸線方向）に沿って延び、少なくとも１つの底側スロットを通って空気を循環させ、次に、断路器の内側の前記中空部分を通って、又は前記中空導体を通って、少なくとも１つの上側スロットを通って空気を循環させることを含む（Thus, the invention also concerns a method for air cooling a generator circuit breaker’s disconnector comprising an inner hollow portion or a hollow conductor, extending along an axis (XX’) (or axial direction), comprising circulating air through the at least one bottom slot, then through said hollow portion inside of the disconnector or through said hollow conductor and through the at least one upper slot）。
【0019】
例えば、本発明は、空気中で作動する発電機回路遮断器の断路器の冷却方法（a cooling method of a generator circuit breaker’s disconnector operating in air）に関し、前記断路器は、中空部分又は中空導体を含み（said disconnector comprising an inner hollow portion or a hollow conductor）、前記方法は、
－冷気を、好ましくは前記導体の可能な限り低い位置またはその近くに位置する１つの下側スロットを通して循環させ、その後、中空導体または中空ライブ電導体の内部で加熱し、熱気を好ましくは前記導体の可能な限り高い位置またはその近くに位置する１つの上側スロットから排出する。この自然循環の原動力は、空気密度の温度依存性であり、重力によって熱い空気が上方に移動する（circulating cool air through one bottom slot, preferably located at, or close to, the lowest possible position of said conductor, then heating up inside the hollow conductor or the hollow live conductor, the hot air leaving at one top slot, preferably located at, or close to, the highest possible position of said conductor; the motor of this natural circulation is the temperature dependency of the air density leading with gravity to an upwards movement of hot air）。
－又は、２つ以上の底側スロット（好ましくは、前記導体の可能な限り低い位置またはその近くに位置する）を通して冷気を循環させ、その後、中空導体または中空活電導体の内部を加熱し、熱気は、２つ以上の上側スロット（好ましくは、前記導体の可能な限り高い位置またはその近くに位置する）から排出される（or circulating cool air through two or more bottom slots, preferably located at, or close to, the lowest possible position of said conductor, then heating up inside the hollow conductor or hollow live conductor, the hot air leaving at two or more top slots, preferably located at, or close to, the highest possible position of said conductor）。
－冷気を、好ましくは前記導体の可能な限り低い位置またはその近くに位置する１つの下側スロットを通して循環させ、その後、中空導体または中空ライブ電導体の内部で加熱し、熱気を好ましくは前記導体の可能な限り高い位置またはその近くに位置する１つの上側スロットから排出する。この自然循環の原動力は、空気密度の温度依存性であり、重力によって熱い空気が上方に移動する（circulating cool air through one bottom slot, preferably located at, or close to, the lowest possible position of said conductor, then heating up inside the hollow conductor or the hollow live conductor, the hot air leaving at one top slot, preferably located at, or close to, the highest possible position of said conductor; the motor of this natural circulation is the temperature dependency of the air density leading with gravity to an upwards movement of hot air）。
－又は、２つ以上の底側スロット（好ましくは、前記導体の可能な限り低い位置またはその近くに位置する）を通して冷気を循環させ、その後、中空導体または中空活電導体の内部を加熱し、熱気は、２つ以上の上側スロット（好ましくは、前記導体の可能な限り高い位置またはその近くに位置する）から排出される（or circulating cool air through two or more bottom slots, preferably located at, or close to, the lowest possible position of said conductor, then heating up inside the hollow conductor or hollow live conductor, the hot air leaving at two or more top slots, preferably located at, or close to, the highest possible position of said conductor）。
【0020】
どちらの場合も、自然循環の原動力は空気密度の温度依存性であり、重力によって熱い空気が上方に移動する。
【0021】
本発明による装置又は方法において、軸（ＸＸ’）（又は軸方向）に沿って延びる中空の通電導体を含み、前記軸に沿って、又は前記軸に平行な方向に沿って細長く、好ましくは互いに対向し、又は互いに対向する少なくとも２つの冷却スロット、又は例えば好ましくは互いに対向し、又は互いに対向する２対の冷却スロットを備える、空冷式断路器が実施される（In a device or a method according to the invention, an air cooled disconnector is implemented, comprising a hollow current carrying conductor, extending along an axis (XX’) (or axial direction), provided with at least two cooling slots, elongated along said axis or along a direction parallel to said axis, preferably opposed to each other or facing each other, or for example 2 pairs of cooling slots, preferably opposed to each other or facing each other）。
【0022】
したがって、空気は筐体底部の最も冷たい部分から中空導体の底側スロットを経由して流れ、内部で加熱されて軽くなり、導体上部のスロットを経由して筐体外に移動し、筐体天井に移動することができる。筐体の天井では、中空導体の高温の空気は冷えて筐体の左右に移動し、最後に冷えて密度が増して重くなり、筐体の底に落ちる。その後、再び循環運動が始まる。
【0023】
本発明により、導電材料を節約しながら、導体をより効率的に自然冷却することができる。
【0024】
本発明による装置又は方法の様々な実施形態による。
－スロットは、好ましくは、長い直線形状を有し／有し（the slot(s) preferably has/have a long linear shape）、前記スロットの各々は、２０ｍｍ～４００ｍｍの間の長さ、例えば、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、２００ｍｍを有することができ（each of said slot may have a length between 20 mm and 400 mm, for example 40 mm or 60 mm or 80 mm or 200 mm）、前記長さは、前記軸方向に沿って、又は前記軸方向に平行な方向もしくは軸に沿って測定される（said length being measured along, or along a direction or an axis parallel to, said axial direction）。
－及び／又は、前記中空導体の機械的強度を高めるために、前記上部及び／又は前記下側スロットのいずれかを複数の整列したスロットに分割することができる（and/or any of the slot(s) of the top and/or bottom slot(s) can be divided into several aligned slots to increase the mechanical strength of the hollow conductor）。
－及び／又は、前記中空導体の上部に２つ、下部に２つのスロットがあり（and/or there are 2 slots at the top and 2 at the bottom of the hollow conductor）、各組の冷却スロットの間隔は、例えば１０°～８０°、例えば１０°又は３０°又は７０°である（the spacing between each pair of cooling slots being for example between 10° and 80°, for example 10° or 30° or 70°）。
－及び／又は、前記中空通電導体は、３０ｃｍから２００ｃｍの間の外径を有する（and/or said hollow current carrying conductor has an outer diameter of between 30 cm and 200 cm）。
－及び／又は、前記装置の前記上部及び／又は前記下部のスロットの数は、少なくとも１、又は２、又は３、又は４、又はｎ（ｎ＜１０）に等しく（and/or the number of slots at the top and/or at the bottom of the device is at least equal to 1, or 2, or 3, or 4 or to n (n < 10)）、例えば前記導体は、少なくとも１、２、３、又はそれ以上の数の下側スロットと、同じ又は異なる（例えば機械的な理由から）数の上側スロットとを含み（for example said conductor comprises at least 1, 2, 3 or more lower slot(s) and a same or a different (for example for mechanical reasons) number of upper slot(s)）、前記下側スロット及び上側スロットは、好ましくは互いに向き合っている（said lower slot(s) and upper slot(s) preferably facing each other）。
－及び／又は、前記断路器の外径上の熱交換面、例えば１８０．０００ｍｍ２、前記中空通電導体の外径と、すべての上側スロットとすべての下側スロットの空気流断面の合計、例えば２４００ｍｍ２、好ましくは７０から１００の範囲を含むべきである（and/or the ratio between the disconnector’s heat exchange surface on the outside diameter, for instance 180.000mm2, of said hollow current carrying conductor and the sum of air flow cross sections of all upper and all lower slots, for instance 2400mm2, should preferably be comprised in the range of 70 to 100）。この範囲外では、冷却スロットは、導電性材料の除去量が多すぎる（電流密度が高くなるため、ジュール損失が高くなり、その結果、温度が高くなる）か、小さすぎる（スロットが非常に小さいと、自然冷却の空気循環が妨げられ、その結果、冷却が効果的に行われず、温度が高くなる）ため、効率が悪くなる（Outside this range, cooling slots are less efficient as they either require removing too much of the conductive material (which leads to higher current densities and thus higher Joule losses and in the following higher temperatures) or they are too small (very small slots impede the natural cooling air circulation, resulting in an ineffective cooling and thus in higher temperatures)）。
－スロットは、好ましくは、長い直線形状を有し／有し（the slot(s) preferably has/have a long linear shape）、前記スロットの各々は、２０ｍｍ～４００ｍｍの間の長さ、例えば、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、２００ｍｍを有することができ（each of said slot may have a length between 20 mm and 400 mm, for example 40 mm or 60 mm or 80 mm or 200 mm）、前記長さは、前記軸方向に沿って、又は前記軸方向に平行な方向もしくは軸に沿って測定される（said length being measured along, or along a direction or an axis parallel to, said axial direction）。
－及び／又は、前記中空導体の機械的強度を高めるために、前記上部及び／又は前記下側スロットのいずれかを複数の整列したスロットに分割することができる（and/or any of the slot(s) of the top and/or bottom slot(s) can be divided into several aligned slots to increase the mechanical strength of the hollow conductor）。
－及び／又は、前記中空導体の上部に２つ、下部に２つのスロットがあり（and/or there are 2 slots at the top and 2 at the bottom of the hollow conductor）、各組の冷却スロットの間隔は、例えば１０°～８０°、例えば１０°又は３０°又は７０°である（the spacing between each pair of cooling slots being for example between 10° and 80°, for example 10° or 30° or 70°）。
－及び／又は、前記中空通電導体は、３０ｃｍから２００ｃｍの間の外径を有する（and/or said hollow current carrying conductor has an outer diameter of between 30 cm and 200 cm）。
－及び／又は、前記装置の前記上部及び／又は前記下部のスロットの数は、少なくとも１、又は２、又は３、又は４、又はｎ（ｎ＜１０）に等しく（and/or the number of slots at the top and/or at the bottom of the device is at least equal to 1, or 2, or 3, or 4 or to n (n < 10)）、例えば前記導体は、少なくとも１、２、３、又はそれ以上の数の下側スロットと、同じ又は異なる（例えば機械的な理由から）数の上側スロットとを含み（for example said conductor comprises at least 1, 2, 3 or more lower slot(s) and a same or a different (for example for mechanical reasons) number of upper slot(s)）、前記下側スロット及び上側スロットは、好ましくは互いに向き合っている（said lower slot(s) and upper slot(s) preferably facing each other）。
－及び／又は、前記断路器の外径上の熱交換面、例えば１８０．０００ｍｍ２、前記中空通電導体の外径と、すべての上側スロットとすべての下側スロットの空気流断面の合計、例えば２４００ｍｍ２、好ましくは７０から１００の範囲を含むべきである（and/or the ratio between the disconnector’s heat exchange surface on the outside diameter, for instance 180.000mm2, of said hollow current carrying conductor and the sum of air flow cross sections of all upper and all lower slots, for instance 2400mm2, should preferably be comprised in the range of 70 to 100）。この範囲外では、冷却スロットは、導電性材料の除去量が多すぎる（電流密度が高くなるため、ジュール損失が高くなり、その結果、温度が高くなる）か、小さすぎる（スロットが非常に小さいと、自然冷却の空気循環が妨げられ、その結果、冷却が効果的に行われず、温度が高くなる）ため、効率が悪くなる（Outside this range, cooling slots are less efficient as they either require removing too much of the conductive material (which leads to higher current densities and thus higher Joule losses and in the following higher temperatures) or they are too small (very small slots impede the natural cooling air circulation, resulting in an ineffective cooling and thus in higher temperatures)）。
【0025】
前記スロットの前記エアフロー断面は、前記断路器のＸＸ’に平行である。
【0026】
好ましくは、スロットの少なくとも１つは、導体の内側で丸みを帯びた端部を有し、これは導体の内側に沿った流体の流れに有利である（Preferably at least one of the slots have rounded ends at the inside of the conductor, which is favorable to the fluid flow along the inside of the conductor）。表皮効果は導体の外側に電流を集中させるので、このような丸みを帯びた形状は、好ましくは、電気断面積の減少があまり重要でない導体の内側又は内面にのみ実装されるべきである（Knowing that the skin effect concentrates the current at the outside of the conductor, such a rounded shape should be implemented preferably only at the inside or inner surface of the conductor where an electrical cross section reduction is of less importance）。
【0027】
軸方向（ＸＸ’）において、冷却スロットの１つ以上（好ましくは全て）は、好ましくは、少なくとも１つの丸みを帯びた又は楕円形の端部を有し、これにより、電流は、電流集中を生じることなく、前記丸みを帯びた又は楕円形の端部の周りを円滑に流れる。（In the axial direction (XX’), one or more (preferably all) of the cooling slots preferably has at least one rounded or oval end, which enables the current to flow smoothly around said rounded or oval shaped end without creating current concentrations）好ましくは、前記１つ以上の、又は全てのスロットの２つの端部は、丸みを帯びた又は楕円形である（Preferably, the two ends of said one or more, or of all, slot(s) are rounded or oval）。
【0028】
本発明によれば、異なるスロットのセットを実装することができる（different sets of slots may be implemented）。幅及び／又は長さ及び／又は形状及び／又はデザイン、及び／又はスロットの数及び／又はスロットの半径方向分布のようなパラメータを変化させることができる（Parameters like width and/or length and/or shape and/or design, and/or the number of slots and/or the radial distribution of slots can be varied）。必要性に応じて、より大きい又はより大きなスロットを導入することを考慮に入れたトレードオフが推奨される（Depending on the needs, a trade-off is recommended taking into account that, with the introduction of bigger or larger slots）。
－電流断面積が減少する（the electrical current cross section is reduced）。冷却スロットの存在は、利用可能な電流断面積を減少させ、残りの導体の電流密度を上昇させるため、ジュール損失が大きくなり、結果として温度が上昇する（the presence of the cooling slots decreases the available current cross section and raises the current density in the remaining conductor leading to higher joule losses and consequently a higher temperature）。
－自然対流は、空気がより広い底部及び上部の溝を通りやすくなるため、より強力になる（natural convection gets more powerful as the air can travel more easily through wider bottom and top slot(s)）。より広い溝又は開口部の圧力損失はより低くなり、より大量の冷気が中空の断路器に入り、内部からより効率的に冷却することができる（the pressure drop for wider slots or openings is lower and a higher mass flow of cold air can go into the hollow disconnector and cool it consequently more efficiently from the inside）。
－電流断面積が減少する（the electrical current cross section is reduced）。冷却スロットの存在は、利用可能な電流断面積を減少させ、残りの導体の電流密度を上昇させるため、ジュール損失が大きくなり、結果として温度が上昇する（the presence of the cooling slots decreases the available current cross section and raises the current density in the remaining conductor leading to higher joule losses and consequently a higher temperature）。
－自然対流は、空気がより広い底部及び上部の溝を通りやすくなるため、より強力になる（natural convection gets more powerful as the air can travel more easily through wider bottom and top slot(s)）。より広い溝又は開口部の圧力損失はより低くなり、より大量の冷気が中空の断路器に入り、内部からより効率的に冷却することができる（the pressure drop for wider slots or openings is lower and a higher mass flow of cold air can go into the hollow disconnector and cool it consequently more efficiently from the inside）。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明を適用できる断路器を備えた発電機用遮断器の一例を示している。
【図2】本発明を適用できる断路器を備えた発電機用遮断器の一例を示している。
【図3】本発明による異なる部品を備えた断路器の一例を示す。
【図5A】本発明によるディスコネクトの簡略化されたモデルを示しており、下部に１つのスロット、上部に１つのスロットから構成されている。
【図5B】本発明によるディスコネクトの簡略化されたモデルを示しており、下部に１つのスロット、上部に１つのスロットから構成されている。
【図6A】本発明による断路器の一実施形態の簡略化されたモデルを示し、下部に３つのスロット、上部に３つのスロットを備える。
【図6B】本発明による断路器の一実施形態の簡略化されたモデルを示し、下部に３つのスロット、上部に３つのスロットを備える。
【図7A】１つの上側スロットと１つの下側スロットを有する構成について、異なるスロット幅ｗ（断路器の半径方向断面で測定）の結果（温度上昇の観点から）を示している。
【図7B】上下スロットの数を変えた場合の結果（温度上昇）を示している。
【図7C】（断路器の半径方向断面で測定した）スロット間の角度を変えた場合の結果（温度上昇）を示している。
【図8】ディスコネクトの半径方向断面図であり、単一の上側スロット及び単一の下側スロットの好ましい形状を示す。
【図9】ディスコネクトの半径方向断面図であり、２つの上側スロットと２つの下側スロットを含む設計の好ましい形状を示す。
【図10A】１つ又は複数の上側スロットの好ましい形状の上面図又は底面図を示す。
【図10B】１つ又は複数の上側スロットの好ましい形状の上面図又は底面図を示す。
【図10C】１つ又は複数の上側スロットの好ましい形状の上面図又は底面図を示す。
【図10D】１つ又は複数の上側スロットの好ましい形状の上面図又は底面図を示す。
【図10E】１つ又は複数の上側スロットの好ましい形状の上面図又は底面図を示す。
【図11】本発明の実施形態による断路器を通る自然冷却の流れを示し、垂直方向に対して配向された上側スロット及び下側スロットから構成されている。
【発明を実施するための形態】
【0030】
【0031】
これは、発電機用遮断器１（ブレード（braids）４を介して母線（busbar：バスバー）に接続でき、母線自体が発電機に接続できる）と断路器２（ブレード４を介して母線に接続でき、母線自体が変圧器（transformer、例えば昇圧器：step-up transformer）に接続できる）を含み、両方とも軸ＸＸ’に沿って延びている。断路器のチューブハウジング３０の外径は定格電流に依存し、例えば３０ｃｍから２００ｃｍの範囲で変化する。
【0032】
発電機回路遮断器１と断路器２の両方は、接地されたケーシング又は筐体（enclosure）６から中央のライブ部品を分離する絶縁体５によって支持することができる。
【0033】
断路器２は、図２に示すように、３つの主要部品を含むことができる。この中空空冷絶縁断路器は、その性能に応じて、例えば３０ｃｍから２００ｃｍの外径（チューブハウジング３０の外径）を有する。この断路器は、発電機用遮断器１に完全かつ好ましくは永久的に接続される雌部品（female part）１０と、可動管（moveable tube）２０と、チューブハウジング３０とを含む。通常、両部品１０、３０はほぼ同じ外径を有する。可動管２０は、軸（ＸＸ’）に沿った軸方向移動により、発電機と変圧器とを接続することができる。言い換えれば、中空の可動管２０は、他方の固定側３０（チューブハウジング）との接触を開閉する。装置全体は、接地スイッチ、発電機始動スイッチ、電流変圧器及び電圧変圧器、サージアレスタを含むこともできるが、これらは図には示されていない。装置は、空気で満たされたケーシング又は筐体３に入っている。ケーシング３は、外部の雰囲気（outside atmosphere：外部大気）６と空気を交換することができず、通電部（母線、ブレード、回路遮断器、断路器）を環境から保護し、磁界を内部に保持し、通電部の望まない接地（unwanted grounding）から保護する。
【0034】
この断路器には、１０ｋＡから３０ｋＡ、あるいは５０ｋＡまでの電流（公称電流）を流すことができる。公称電流は、装置に流れる最大電流である。公称電流を超える電流は、過熱を引き起こし、装置を破壊する可能性がある。動作時、回路遮断器及び断路器に流れる電流は、０ｋＡから公称電流、例えば３０ｋＡまで変化する。
【0035】
図３Ａ及び図３Ｂに示す本発明による断路器の一実施例によれば、１つ又は複数の冷却スロット１１ａ、２１ａ、３１ａが断路器の上側（上部）に、１つ又は複数の冷却スロット１２ａ、２２ａ、３２ａが断路器の下側（下部）に、より正確には、上記で説明したように断路器の部品１０、２０、３０の少なくとも１つに配置されている。図３Ａに見られるように、このような冷却スロットは、３つの部品１０、２０、３０すべてに存在することができる。
【0036】
この説明の残りの部分は、チューブハウジング３０に設けられたスロットに焦点を合わせているが、他の部品１０、２０に設けられる可能性のあるスロットにも同様に適用することができる。
【0037】
好ましくは、部品３０の底部の冷却スロット３２ａは、絶縁体５の隣にある。
【0038】
各スロットは、好ましくは、軸ＸＸ’に沿って（又は平行に）延びている。このようなスロットの効果については後述する。本願では、導体の「上部」（又は「上側」）と「底部」（又は「下側」）は、重力方向ｇ（図１及び図１１に図示）を基準として理解されなければならない。
【0039】
図３Ｂは、チューブハウジング３０の断面を示す。絶縁体５の存在により、下側スロット３２ａと上側スロット３１ａは互いにわずかにずれている。
【0040】
図４Ａ及び図４Ｂは、２つの底側スロット（bottom slots）と２つの上側スロット（図４Ａ）及び３つの底側スロットと３つの上側スロット（図４Ｂ）を含む、本発明による装置を示す。角度αは、軸ＸＸ’に垂直な平面内（又はディスコネクトの半径方向断面内）で測定した、平行なスロット間の角度間隔である。
【0041】
本発明による断路器のために実施され、以下に提示される様々なコンピュータシミュレーションの観点から、簡略化されたモデルが使用された。断路器２及びそのケーシング３の実施形態として、図５Ａ及び図５Ｂに示すような簡略化されたモデルが使用された。前記実施形態は、断路器の中空チューブハウジング３０に対応するリング又は中空管を、ケーシング３に対応するフレーム（例えば１２ｍｍの厚さｔｅを有する）内に配置したものである。すべてのシミュレーションにおいて、対称境界条件が選択された。
【0042】
図５Ａ及び図５Ｂの実施形態のモデルのシミュレーション結果は、図５Ｃ、５Ｄ（図５Ｃ及び５Ｄの両方に温度及び速度の目盛りを含む）及び５Ｅに示されている。図５Ｃは温度分布、図５Ｄは風速分布、図５Ｅはスロット近傍の電流密度（電流密度はスロット近傍ほど高い）を示している。模擬モデルは、断路器の上部にある１つの冷却スロット３１ａと断路器の下部にある１つの冷却スロット３２ａで構成されている。
【0043】
本発明の実施形態による断路器２の別の簡略化モデルを図６Ａ及び図６Ｂに示すが、当該実施形態は、断路器の上側に３つの冷却スロット３１ａ、３１ｂ及び３１ｃを備え、断路器の下側に３つの冷却スロット３２ａ、３２ｂ及び３２ｃを備える。図６Ｃは特にスロット近傍の温度分布、図６Ｄは風速分布、図６Ｅは上下スロット近傍の電流密度を示している。
【0044】
上側冷却スロット３１ａ、３１ｂ、３１ｃの数と、下側冷却スロット３２ａ、３２ｂ、３２ｃの数が何であれ、それらの位置は最適なトレードオフとなりうる。
－スロット３１ａ～３１ｃ及び３２ａ～３２ｃの存在により、電流の断面積が減少すること（この減少は、電流密度を高く、したがってスロットの周囲でジュール効果を高くするため、より多くの熱を発生させる）。
－対流によるより効率的な自然冷却。しかし、導体３０がより冷却されると、より多くの熱が奪われ、輸送され、その結果、筐体３が加熱される。
－冷却がよくなると、気体が筐体の近くまで熱を運ぶことになり、筐体が加熱される可能性がある。
－また、冷却スロットの近くでは、より多くのジュール発熱が発生し、放熱量が多くなるため、やはり筐体が加熱される可能性がある。
－スロット３１ａ～３１ｃ及び３２ａ～３２ｃの存在により、電流の断面積が減少すること（この減少は、電流密度を高く、したがってスロットの周囲でジュール効果を高くするため、より多くの熱を発生させる）。
－対流によるより効率的な自然冷却。しかし、導体３０がより冷却されると、より多くの熱が奪われ、輸送され、その結果、筐体３が加熱される。
－冷却がよくなると、気体が筐体の近くまで熱を運ぶことになり、筐体が加熱される可能性がある。
－また、冷却スロットの近くでは、より多くのジュール発熱が発生し、放熱量が多くなるため、やはり筐体が加熱される可能性がある。
【0045】
本発明による断路器は、例えば、以下のものを備えることができる。
－断路器の上部には１つの冷却スロット３１ａのみ、下部には２つの冷却スロット３２ａ、３２ｂがある。
－断路器の上部には２つの冷却スロット３１ａ、３１ｂがあり、下部には１つの冷却スロット３２ａのみがある。
－断路器の上部には冷却スロット３１ａが１つだけ、下部には冷却スロット３２ａが１つだけある（図５Ａ及び図５Ｂに図示）。
－断路器の上部には３つの冷却スロット３１ａ、３１ｂ、３１ｃがあり、下部には３つの冷却スロット３２ａ、３２ｂ、３２ｃがある（図４Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ）。
－複数の上側冷却スロットと複数の下側冷却スロットがあり、上側冷却スロットと下側冷却スロットの数は同一でも同一でなくてもよい。例えば、機械的な理由から、上部に２つのスロット（各スロットの幅は例えば１０ｍｍ）、下部に３つのスロット（各スロットの幅は例えば６．６７ｍｍ）を設けることも可能である（機械的な理由から）。
－断路器の上部には１つの冷却スロット３１ａのみ、下部には２つの冷却スロット３２ａ、３２ｂがある。
－断路器の上部には２つの冷却スロット３１ａ、３１ｂがあり、下部には１つの冷却スロット３２ａのみがある。
－断路器の上部には冷却スロット３１ａが１つだけ、下部には冷却スロット３２ａが１つだけある（図５Ａ及び図５Ｂに図示）。
－断路器の上部には３つの冷却スロット３１ａ、３１ｂ、３１ｃがあり、下部には３つの冷却スロット３２ａ、３２ｂ、３２ｃがある（図４Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ）。
－複数の上側冷却スロットと複数の下側冷却スロットがあり、上側冷却スロットと下側冷却スロットの数は同一でも同一でなくてもよい。例えば、機械的な理由から、上部に２つのスロット（各スロットの幅は例えば１０ｍｍ）、下部に３つのスロット（各スロットの幅は例えば６．６７ｍｍ）を設けることも可能である（機械的な理由から）。
【0046】
本発明によるスロットは、導電材料を１％～３％節約し（以下にコメントする図７Ａ、７Ｂ～７Ｃのそれぞれの下部を参照）、導体３０（又は断路器の対応する部分）を軽量化する。
【0047】
【0048】
前記中空通電導体３０の外径面（the outer diameter surface of said hollow current carrying conductor 30）と、幅ｗ×長さｌ×全スロット（３１ａ、３２ａ）の数（図５Ｅ参照）である追加スロット断面（added slot cross section）との比は、好ましくは７０～１００の間であり、より好ましくは８０～９０の間である。すべてのスロット（３１ａ及び３２ａ）の数（図５Ｅ参照）は、好ましくは７０～１００の間、より好ましくは８０～９０の間、さらに好ましくは８５に等しいか近い。最適な結果を得るためには、７０～１００の範囲外の比率は好ましくない（比率が７０～１００の範囲にある場合、より高い温度上昇が生じる）。
【0049】
空気が流れるすべての下側スロットの表面が、空気が流れるすべての上側スロットの表面と等しいか同様（＋１０％、好ましくは＋５％の範囲）であれば、最良の結果が得られる。
【0050】
言い換えれば、すべての空気通過断面の合計（the sum of all air passing cross sections）をＡと呼び、スロット付き導体の外部伝熱面（the external heat transfer surface of the slotted conductor）をＢと呼ぶとすると、比Ｂ／Ａは７０から１００の範囲にあることが好ましい。
【0051】
上記から明らかなように、本発明は、本発明は、単一のスロットが上部に作られ、単一のスロットが上部のスロットの前の導体の下部に作られる解決策もカバーする。しかし、２つの単一スロットしかないこの解決策は、前記単一スロットが大きすぎる場合、スロットの周囲に電流が集中しすぎて、ジュール損失の増大と温度上昇を招く可能性があることが試験で示されている。そのため、代替案が存在する。
－導体の上部に作られた２つのスロットと下部に作られた２つのスロット、好ましくは上部のスロットの前に作られたスロットとを含む実施形態（図４Ａ、図９Ａ及び図９Ｂ参照）。
－導体の上部に作られた３つのスロットと下部に作られた３つのスロット、好ましくは上部のスロットの前に作られたスロットを含む実施形態（図４Ｂ、６Ａ、６Ｂ参照）。
－導体の上部に作られた２つのスロットと下部に作られた２つのスロット、好ましくは上部のスロットの前に作られたスロットとを含む実施形態（図４Ａ、図９Ａ及び図９Ｂ参照）。
－導体の上部に作られた３つのスロットと下部に作られた３つのスロット、好ましくは上部のスロットの前に作られたスロットを含む実施形態（図４Ｂ、６Ａ、６Ｂ参照）。
【0052】
本発明の一態様によれば、空気は対流によってケーシングの底部から底側スロット３２ａを通り、導体を通って上方に流れ、次いで上側スロット３１ａを通る。本発明は、材料を節約しながら、導体の効率的な自然冷却を提供する。しかし、筐体は空気の流れによって運ばれる熱によって加熱されるため、筐体の温度にも注意を払う必要がある。
【0053】
上記では１相のみを説明したが、本出願は、それぞれが本発明による構造を有する３相遮断器／遮断器への適用を見出すものである。
【0054】
本発明は、例えば、非常に高い公称電流（例えば１０ｋＡ及び５０ｋＡ）及び／又は１０ｋＶから４０ｋＶの電圧範囲を流す回路遮断器への適用を見出すことができる。
【0055】
次に、本発明の別の態様を図８Ａ～１１に関連して説明する。
－図８Ａ及び図８Ｂは、１つの上側スロットと１つの下側スロットを有する構成の断路器の半径方向の断面を示す。図８Ａは、上側スロット３１ａと、中空導体３０の内面３３の丸みを帯びたエッジ３４ａの拡大図である。図８Ｂは、下側スロット３２ａと、中空導体３０の前記内面３３の丸みを帯びたエッジ３５ａの拡大図である。これらの図の矢印は、前記内表面３３に沿った流体の流れを示している。表皮効果は導体の外側に電流を集中させるので、より滑らかな流体の流れのための形状の最適化は、電気的断面の減少があまり重要でない導体の内側でのみ行われるのが好ましい。
－図９Ａ及び図９Ｂは、２つの上側スロット３１ａ及び３１ｂと、２つの下側スロット３２ａ及び３２ｂを有する構成の断路器の半径方向の断面を示す。図９Ａは、上側スロット３１ａ、３１ｂの拡大図と、中空導体３３の内側で丸みを帯びたエッジ３４ａ、３４ｂの拡大図である。内側は、流体の流れが角の周囲を低圧力損失でスムーズに移動することを可能にする。図９Ｂは、下側のスロット３２ａ、３２ｂと、中空導体３０の内側にある丸みを帯びたエッジ３５ａ、３５ｂの拡大図である。スロットは、したがって冷却空気は、高温の導体表面に向けられる。表面３３に沿った流体の流れを有利にするという点で、上述したのと同じ効果が得られる。好ましくは、丸みを帯びたエッジ３５ａ、３５ｂは、流体が流れるべき側面３３にのみ作られる。丸みを帯びたエッジ３５ａ、３５ｂは、圧力損失を下げ、従ってスロットを通る空気の通過を容易にするディフューザー効果がある。
－図１０Ａ～図１０Ｅは、本発明の実施形態によるいくつかの冷却スロット構成を示し、すべてのスロット３１ａ～３１ｃは丸みを帯びた端部３６を有する。すべての図は、筐体の上部から断路器を見た図であるが、同様の構成を底側スロット３２ａ～３２ｃにも適用することができる。図１０Ａ（それぞれ１０Ｃ又は１０Ｄ）は、１つ（それぞれ２つ又は３つ）のスロット３１ａ（それぞれ３１ａ及び３１ｂ、又は３１ａ、３１ｂ及び３１ｃ）が中空管の軸ＸＸ’を構成する垂直面から対称に配置された状態を示し、図１０Ｅは、２つの二重スロット３１ａ、３１ｂ、単一のスロット３１ｃ、及び図１０Ｅは、２つのダブルスロット３１ａ、３１ｂ、シングルスロット３１ｃ、及び別のダブルスロット３１ｄ、３１ｅを含む構成を示す。すべての構成において、丸みを帯びた端部３６は、局所的な電流集中のない滑らかな電流経路を可能にする。図１０Ｂに示されるように、単一の冷却スロットは、温度上昇に対して同じ有益な効果を有する丸みを帯びた及び／又は楕円形の端部３６を有することができる２つ以上の整列した冷却スロットに分割することもできる。機械的安定性の理由から、図１０Ｂに示す例のように、上下のスロット３１ａ１、３１ａ２（図１０Ｂ参照）の１つ以上を、軸方向に整列した２つ、３つ、又はそれ以上（例えば１０個）のスロットに分割することができる。この例では、スロットは整列しているが、２つのスロットに分割されている。これらの間の導電性材料の小さなブリッジは、導体構造全体の強度と剛性をかなり高める。
－図８Ａ及び図８Ｂは、１つの上側スロットと１つの下側スロットを有する構成の断路器の半径方向の断面を示す。図８Ａは、上側スロット３１ａと、中空導体３０の内面３３の丸みを帯びたエッジ３４ａの拡大図である。図８Ｂは、下側スロット３２ａと、中空導体３０の前記内面３３の丸みを帯びたエッジ３５ａの拡大図である。これらの図の矢印は、前記内表面３３に沿った流体の流れを示している。表皮効果は導体の外側に電流を集中させるので、より滑らかな流体の流れのための形状の最適化は、電気的断面の減少があまり重要でない導体の内側でのみ行われるのが好ましい。
－図９Ａ及び図９Ｂは、２つの上側スロット３１ａ及び３１ｂと、２つの下側スロット３２ａ及び３２ｂを有する構成の断路器の半径方向の断面を示す。図９Ａは、上側スロット３１ａ、３１ｂの拡大図と、中空導体３３の内側で丸みを帯びたエッジ３４ａ、３４ｂの拡大図である。内側は、流体の流れが角の周囲を低圧力損失でスムーズに移動することを可能にする。図９Ｂは、下側のスロット３２ａ、３２ｂと、中空導体３０の内側にある丸みを帯びたエッジ３５ａ、３５ｂの拡大図である。スロットは、したがって冷却空気は、高温の導体表面に向けられる。表面３３に沿った流体の流れを有利にするという点で、上述したのと同じ効果が得られる。好ましくは、丸みを帯びたエッジ３５ａ、３５ｂは、流体が流れるべき側面３３にのみ作られる。丸みを帯びたエッジ３５ａ、３５ｂは、圧力損失を下げ、従ってスロットを通る空気の通過を容易にするディフューザー効果がある。
－図１０Ａ～図１０Ｅは、本発明の実施形態によるいくつかの冷却スロット構成を示し、すべてのスロット３１ａ～３１ｃは丸みを帯びた端部３６を有する。すべての図は、筐体の上部から断路器を見た図であるが、同様の構成を底側スロット３２ａ～３２ｃにも適用することができる。図１０Ａ（それぞれ１０Ｃ又は１０Ｄ）は、１つ（それぞれ２つ又は３つ）のスロット３１ａ（それぞれ３１ａ及び３１ｂ、又は３１ａ、３１ｂ及び３１ｃ）が中空管の軸ＸＸ’を構成する垂直面から対称に配置された状態を示し、図１０Ｅは、２つの二重スロット３１ａ、３１ｂ、単一のスロット３１ｃ、及び図１０Ｅは、２つのダブルスロット３１ａ、３１ｂ、シングルスロット３１ｃ、及び別のダブルスロット３１ｄ、３１ｅを含む構成を示す。すべての構成において、丸みを帯びた端部３６は、局所的な電流集中のない滑らかな電流経路を可能にする。図１０Ｂに示されるように、単一の冷却スロットは、温度上昇に対して同じ有益な効果を有する丸みを帯びた及び／又は楕円形の端部３６を有することができる２つ以上の整列した冷却スロットに分割することもできる。機械的安定性の理由から、図１０Ｂに示す例のように、上下のスロット３１ａ１、３１ａ２（図１０Ｂ参照）の１つ以上を、軸方向に整列した２つ、３つ、又はそれ以上（例えば１０個）のスロットに分割することができる。この例では、スロットは整列しているが、２つのスロットに分割されている。これらの間の導電性材料の小さなブリッジは、導体構造全体の強度と剛性をかなり高める。
【0056】
本発明は、高温のライブ部品から低温の筐体に移動し、カロリーを運び去る自然流体の自然対流を実施する。高い永久電流（high permanent currents）、例えば１０～３０ｋＡの範囲であれば、自然冷却でライブ部品の温度を限界以下に保つのに十分である。ファンやヒートパイプのような余分な冷却手段は必要ない。自然対流を改善し最適化することで、より効率的に機器を冷却することができ、余分な投資をすることなく、さらに高い公称電流でも同じ製品を使用することができる。
【0057】
本発明は、筐体内に配置された空気絶縁発電機用遮断器及び断路器の特殊機器の最適化された冷却に関するものである。冷却スロットの位置、形状、寸法を詳細に分析した結果、導電材料を節約すると同時に性能を大幅に向上させることができた。
【0058】
本発明の発明者らは、異なる構成をシミュレーションし、導電性材料を節約しながら温度上昇を低減するための冷却スロットの異なる特徴に至った。これらの特徴は、冷却スロットの設計及び／又は位置及び／又は形状及び／又は幅及び／又は長さである。
【0059】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、上部に１つのスロットと下部に１つのスロットのみを含む装置では、２つのスロットは互いに対向していることが好ましい。上部に２つ以上のスロット及び／又は下部に２つ以上のスロットを含む構成では、例えば図４Ａ及び４Ｂを参照するように、対称的な設計が好ましい。図４Ａ及び４Ｂに示す角度は、１０°以上８０°以下に保つべきである（図７Ｃの結果参照）。
【0060】
図１１に示すように、スロットは、この例では２つの下側スロットと２つの上側スロットは、より良い結果を得るために、好ましくは異なる向きに配置される。
－下側のスロット３２ａ及び３２ｂは、好ましくは互いに発散（diverging）しており（導体３０の外側から内側へ）、冷たい冷却空気流が高温の断路器内面３３に向けられるように、又は断路器内面３３に沿って流れるように方向付けられている。スロットを通過する冷気はかなりの運動エネルギーを持っており、断路器の内面と効率的に熱交換するために使用される。スロットは、垂直方向に対して５度から３０度の範囲で構成される角度βで内面に向けられることがある。
－上側のスロット３１ａ及び３１ｂは、好ましくは互いに（導体３０の内側から外側に向かって）収束しており、加熱された空気流が断路器の中空内側部分から出る際の抵抗ができるだけ少なくなるように方向付けられている。従って、スロットは、空気流が最も回転する必要のない方向に向けられている。スロットは、垂直方向に対して５～３０°の範囲で構成される角度βで内面に向けられることができる。
－下側のスロット３２ａ及び３２ｂは、好ましくは互いに発散（diverging）しており（導体３０の外側から内側へ）、冷たい冷却空気流が高温の断路器内面３３に向けられるように、又は断路器内面３３に沿って流れるように方向付けられている。スロットを通過する冷気はかなりの運動エネルギーを持っており、断路器の内面と効率的に熱交換するために使用される。スロットは、垂直方向に対して５度から３０度の範囲で構成される角度βで内面に向けられることがある。
－上側のスロット３１ａ及び３１ｂは、好ましくは互いに（導体３０の内側から外側に向かって）収束しており、加熱された空気流が断路器の中空内側部分から出る際の抵抗ができるだけ少なくなるように方向付けられている。従って、スロットは、空気流が最も回転する必要のない方向に向けられている。スロットは、垂直方向に対して５～３０°の範囲で構成される角度βで内面に向けられることができる。
【0061】
図７Ａ～図７Ｃは、異なる設計パラメータ及び／又は異なる装置（異なる直径を有する）、異なるスロット幅、及び／又は異なるスロット数、及び／又は異なる隣接スロット間の角度に対する温度上昇を示す。図７Ａの上部は、同一の直径及び形状を有する装置の最大温度上昇を示す。最大温度上昇は各図の上部に示されており、７０．３ケルビンから７２．９ケルビンの間で変化する。
【0062】
１番目の装置（左側、温度上昇７２．９ケルビン）にはスロットがなく、他の装置には上部に１つ、下部に１つのスロットがあり、前記スロットの幅は５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ（左から右へ）と異なっている。
【0063】
図７Ａの下部は、図７Ａの上部と同じ順序で配置された同じ装置の材料消費量を示しており、左からスロットのない装置（材料 １００％）で始まっている。幅の広いスロットを統合又は追加することで、導電材料の消費量が少なくなる。
【0064】
図７Ｂの上部は、異なるスロット数、同一の装置直径、同一の空気流断面積（スロットがないため断面積が０である装置１を除く）に対する最大温度上昇を示している。最大温度上昇は各図の上部に示されており、６９．８ケルビンから７２．９ケルビンの間で変化する。
【0065】
１番目の装置（左側、最大温度上昇７２．９ケルビン）にはスロットがない。右隣の装置には上部に１つ、下部に１つのスロット（装置の最大温度上昇７０．３ケルビン、各スロットの幅は２０ｍｍ）、その右隣の装置には上部に２つ、下部に２つのスロット（装置の温度上昇７０．０ケルビン、各スロットの幅は１０ｍｍ）、そして右側の最後の装置は上部に３スロット、下部に３スロット（装置の最高温度上昇６９．８ケルビン、各スロットの幅は６．７ｍｍ）を備えている。
【0066】
図７Ｂの下部は、図７Ｂの上部と同じ順序で並べられた同じ装置の材料消費量を示しており、左からスロットのない装置（材料１００％）で始まり、他の３つの装置は同量のアルミニウム（９８．６％）を消費し、外径は４つの装置すべてで同じである。
【0067】
図７Ｃの上部は、同じ直径の装置について、隣り合うスロット間の角度αを変えた場合の最大温度上昇を示している。最大温度上昇は各図の上部に示されており、６９．８ケルビンから７２．９ケルビンの間で変化する。
【0068】
１番目の装置（左側、最大温度上昇７２．９ケルビン）にはスロットがない。その他の装置には、上部に２つ、下部に２つのスロットがあり、それぞれ１０°（最大温度上昇７０．０ケルビンの装置）、２０°（最大温度上昇６９．８ケルビンの装置）、３０°（最大温度上昇６９．９ケルビンの装置）、４０°（最大温度上昇６９．８ケルビンの装置）、６０°（最大温度上昇６９．９ケルビンの装置）の角度で離れている。９ケルビン）、４０°（最大温度上昇６９．８ケルビンを有する装置）、６０°（最大温度上昇６９．９ケルビンを有する装置）、８０°（最大温度上昇７０．２ケルビンを有する装置）、１００°（最大温度上昇７０．７ケルビンを有する装置）の角度で離れている。
【0069】
好ましくは、隣り合うスロット間の角度αは２０°から６０°の間である。
【0070】
図７Ｃの下側には、図７Ｃの上側と同じ順序で並べられた同じ装置について、スロットのない装置（１００％の材料）を左から開始し、他の装置は同量のアルミニウム（９８．６％）を消費した場合の材料消費量を示している。
【0071】
図７Ａ～図７Ｃは、本発明により、温度上昇が７２．９ケルビンから６９．８ケルビンへと４％以上低減され、同時に導電材料が１．４％節約されることを示している。スロットの存在により）推定４％の加熱低減により、定格電流を約４％増加させることが可能で、同時に温度上昇を７５ケルビンに抑えることができる。例えば、最大電流２０ｋＡの装置（スロットなし）は、本発明による冷却スロットがあれば２０．８ｋＡまで使用できる。
【0072】
導体の最高温度上昇を７５ケルビン以下に抑えることで、導体の周囲に設置しなければならない冷却ファンを省くことができる。
【0073】
本発明により、導電性断面積を増加させることなく、装置の最適化と高い公称電流を可能にする最高温度又はホットスポット温度の低減が可能になる。
【符号の説明】
【0074】
１：発電機回路遮断器 ２：断路器 ３：ケーシング／筐体 ５：絶縁体 ６：筐体 １０：雌部品 １１ａ、２１ａ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ：上側冷却スロット １２ａ、２２ａ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ：下側冷却スロット ２０：可動管 ３０：チューブハウジング ３１ｄ、３１ｅ：ダブルスロット ３３：内面 ３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ：エッジ ３６：端部 ｇ：重力方向 ＸＸ’：軸 α：角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図11】
【外国語明細書】