JP6743381B2 - 受動的アーク制御を行うための、アーク転送を伴う配電盤電力母線 - Google Patents

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「Method for Treating Internal Arcs」と題する米国特許出願第１４／５８５５１８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-0301）、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、電気配電機器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、近くにいる作業員が付随的なエネルギーにさらされてしまうことや器機の損傷および故障時間などの内部アーク放電事象の深刻さを軽減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、低電圧電気配電機器の内部において、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、伸展し障害物に巻き付いて、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。

内部アーク放電は、短絡要素や表面汚染などの結果として、サーキット・ブレーカのプラグオン電源コネクタが母線と接続する場所などの接続ポイント付近で頻繁に発生する。プラグオン電源コネクタは作業員の近くに存在することが多く、したがって、アークをプラグオン電源コネクタから離れた位置に移動させることで作業員および器機に対する危害を抑制することができる。これらの危害は、内部アーク放電と関連して起きるアークフラッシュやアーク爆発により生じ、重大な被害をもたらすこともある。例えば、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、時間をかけて他の部品に損傷を与える。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、電気配電機器においてアークにより生じ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、米国シュナイダーエレクトリック社製のＩ‐Ｌｉｎｅ（商標）シリーズの配電盤などの電気配電機器において、アークによって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する。この方法およびシステムにより、配電盤に発生するアークを配電盤内の母線接続ポイントから離れた位置に転送するか、またはそうでなければ移動させることができるアーク転送機能を有する配電盤が提供される。したがって、アークにより器機が損傷することも作業員に害が及ぶこともない。アークの転送は、例えば、その元の発生場所でアークを遮断するよりも、安全かつ素早く、確実に行える場合があることが見出された。より確実にアークを転送する能力のある配電盤を備えることは、さまざまな種類のサーキット・ブレーカが配電盤に並べて装着されうることを考えると特に重要である。加えて、アークの元の発生場所は作業員に近いことが多いため、アークを転送させれば、そのような作業員がアークおよびアークの副生成物にさらされる機会を減らすことができる。

Ｉ‐Ｌｉｎｅ（商標）のような配電盤やそれに類似の配電盤は、平行かつ離間した複数の母線からなる母線スタックを備える。母線の側縁を掴むための導電性顎部を有するプラグオン電源コネクタまたは類似のコネクタを介して、サーキット・ブレーカを上記配電盤に接続してもよい。上記顎部は、各サーキット・ブレーカにある絶縁カバーによって部分的に隠されるか、またはそうでなければガードされている。具体的には、各絶縁カバーには複数の薄板状のカバー部材が設けられており、それらカバー部材は、母線と略平行に、母線に向かって横方向に内向きに延びている。隣接カバー部材間にはスロットが画定され、該スロット内には１つまたは複数の顎部を嵌め込むことができる。例えば、３支柱サーキット・ブレーカの場合、最大で３対の隣接カバー部材（すなわち６つのカバー部材）により、積み重ねられた３つの平行なスロットが画定されうる。サーキット・ブレーカが母線に接続されているとき、プラグオンコネクタの顎部は母線を掴み、カバー部材は母線の上下に突出した状態となる。

配電盤上の未使用のサーキット・ブレーカ装着箇所は、空所充填材により充填される場合が多く、これにより配電盤の完全性が維持される。空所充填材は、母線との物理的な接触を防ぐショック・バリアとしての役割と、アークにさらされることを防ぐフラッシュ・バリアとしての役割の両方を果たす。空所充填材には、サーキット・ブレーカと類似の絶縁カバーおよびカバー部材を設けることもできるが、その内側に顎部は嵌め込まれていない。同様に、空所充填材におけるカバー部材の各隣接対の中間領域も、サーキット・ブレーカにおけるカバー部材の各隣接対の中間領域も、顎部によって占有されない。

いくつかの実施例では、サーキット・ブレーカおよび空所充填材の絶縁カバーは、冒頭で述べた米国特許出願第１３／４５２１４５号明細書（特表２０１５−５１５２５３号明細書に対応）に記載された送気管チャネルと類似する重なり封止材を備えてもよい。重なり封止材は、例えば、隣接する重なり封止部材同士の構造により可能になる「さねはぎ式」の交互配置構造を有する。隣接する重なり封止部材同士の構造は、サーキット・ブレーカ、空所充填材、および配電盤との間の、アーク副生成物を漏出させうるリークパスを覆うのに役立ち、また漏出する高温ガスを冷却するための狭隘な迂回ルートとしても機能する。重なり封止材は、カバーにセットされたとき、互いにぴったり嵌まるように、かつカバーの頂部覆いとぴったり嵌まるように設計されており、これにより、隣接サーキット・ブレーカ間、隣接空所充填材間、隣接するサーキット・ブレーカと空所充填材との間、およびサーキット・ブレーカと空所充填材と配電盤との間に存在しうるどんな隙間も封止される。これらの重なり封止材により、配電盤から漏出しうるアーク副生成物の冷却が補助され、漏出アーク副生成物により引き起こされる作業員および器機に対する危険性はほぼなくなるか、またはすべてなくなる。

サーキット・ブレーカおよび空所充填材と、母線スタックの頂部および底部において長手方向に延在する頂部フランジ板および底部フランジ板とで、母線スタックを実質的に囲う筺体が形成される。母線スタック筺体内では、隣接した母線間において、隣接した母線と略平行かつ隣接した母線から略等距離となるよう配置された、非導電性母線に似た絶縁相バリアが長手方向に延在している。各相バリアの幅は、母線の幅よりも狭く（例えば約半分）、これにより、相バリアが隣接した母線間で延在していない非被覆領域が相バリアの両側に沿って残される。この非被覆領域において、略「Ｃ」字形状をした絶縁チャネル部材を隣接した母線間に嵌めるか、またはそうでなければ設けて、各相バリアを腕木支持する通路が相バリアの両側に存在するようにする。各チャネル部材は、隣接した母線間で長手方向に伸び、これにより相バリアの両側に沿う略Ｃ字形状の通路が作り出される。これらのチャネル部材により、相バリアは、チャネル部材の裏側にあるサーキット・ブレーカから効果的に守られる。

各絶縁チャネル部材の真ん中付近から外側に向かって、母線と平行にはしる棚状のアーク・バリアがサーキット・ブレーカ側に突出している。アーク・バリアは、サーキット・ブレーカの隣接カバー部材対の中間にある非占有領域に延出する。これにより、カバー部材全体の外見は、配電盤において、母線とアーク・バリアが交互に挟まった状態となる。各アーク・バリアは、母線と実質的に同じような範囲で広がっており、したがって、カバー部材は、アーク・バリアとの物理的な接触を伴うことなくアーク・バリアの上下に延出する。物理的接触がないことで、一方側のカバー部材と、他方側の母線、Ｃ字形状チャネル部材、およびアーク・バリアとによって形成されるつづら折り状の流路が隣接した母線間に画定され、そこでアークが発生する。

一般的動作では、つづら折り状のアーク流路により、アークが始動しうる領域またはゾーンが形成され、Ｃ字形状通路により、アークが通過しうる隣接領域または隣接ゾーンが形成される。アーク始動ゾーンで発生するどのアークも、典型的にはサーキット・ブレーカ接続ポイントの近傍において複数の母線のうちの１つから始まり、次いで、隣接した母線に到達する前に、つづら折り状のアーク流路を曲がりくねって進まねばならない。つづら折り状のアーク流路内では、アークから生成したガスおよびプラズマにより強烈な圧力が急速に発達する。これは「アーク爆発」とも称される。強烈な圧力により、アーク・ガスとプラズマは、つづら折り状のアーク流路から、母線スタックの絶縁チャネル部材の内側かつ相バリア付近にあるＣ字形状通路に向かって外側へ押し進められる。ガスおよびプラズマは，絶縁チャネル部材の開口部を介して他方側にあるＣ字形状通路に流入することができる。フラップ弁などの開口部を覆う一方向弁により、ガスおよびプラズマは捕捉され、つづら折り状のアーク流路へ逆流することが防止される。捕捉されたガスおよびプラズマは第２のアークを発生させる。第２のアークは、最初のアークと電気的に平行だが、アーク・バリアの端から端まで伸びなくてもよいため、そのインピーダンスおよび電圧は最初のアークよりも低い。第２のアークの低電圧が「有効」システム電圧となることで、最初のアークの電圧はシステム電圧よりも高いということになる。最初のアークの電圧がシステム電圧を超えてしまったため、最初のアークからの電流はゼロとなり、よって最初のアークは消弧する。次いで第２のアークは、Ｃ字形状通路に沿って伸びる相バリアによって誘導されつつ、電磁気力によりＣ字形状通路に沿って母線の端部に向かって進む。この領域または通過ゾーンを進む第２のアークの通過は、アークが母線の端部に到達するまで継続する。その後、冒頭で述べた「母線端アーク遮断器」と題される米国特許出願第１４／５８５５１８号明細書に記載されるように（Docket No.CRC-0300）、第２のアークは、母線端遮断器と称される箱状のアーク消弧構造体に入り、そこで破壊され消散する。

いくつかの実施例では、チャネル部材の「Ｃ」字形状は、Ｃ字形状通路内で隣接した母線間に見通し経路が一切存在しないよう、相バリアの一部と重ねられている。見通し経路がないため、Ｃ字形状通路内で隣接した母線間に発生しうるどんなアークも、通路において弧状または中央が凸状にカーブした形状をとる。したがって、アークは伸長しアークの電圧は上昇する。電圧が上昇することでアーク電流は減少し、結果としてアークにより生成される総エネルギーは減少する。

いくつかの実施例では、母線スタックは三相／三導体システムとすることができる。一方、他の実施例では、単相／二導体システム、単相／三導体システム、三相／四導体システムなどを用いることもできる。

一態様においては、開示する実施形態は、一般に、アーク転送機能を有する耐アーク性配電盤に関する。耐アーク性配電盤は、特に、平行かつ離間した複数の母線をその内部に有する配電盤上の母線スタックと、隣接した母線間において、それら母線に略平行かつそれら母線から略等距離となるように長手方向に配置された相バリアとを備える。耐アーク性配電盤は、前記隣接した母線間で長手方向に嵌められたチャネル部材であって、該チャネル部材と前記隣接した母線間において長手方向に延在する相バリアとで成形通路が形成されるように、前記相バリアの側部を腕木支持する、前記チャネル部材も備える。耐アーク性配電盤は、前記チャネル部材の裏側から、該チャネル部材に対して略垂直方向に突出しているアーク・バリアであって、サーキット・ブレーカが前記母線スタックと接続しているとき、前記アーク・バリア、前記各母線、および前記チャネル部材は、前記サーキット・ブレーカとともに、つづら折り状のアーク流路を形成し、該つづら折り状のアーク流路では、前記隣接した母線間に発生するどんなアークも捕捉される、前記アーク・バリアをさらに備える。前記隣接した母線間の前記つづら折り状のアーク流路で捕捉されたどんなアークも、前記つづら折り状のアーク流路内のアーク爆発圧力によって、前記チャネル部材の開口部を介して前記成形通路へ転送される。

別の態様では、開示する実施形態は、一般に、配電盤の母線スタックにおいて、隣接した母線上のサーキット・ブレーカ接続ポイントから離れる方向にアークを転送する方法に関する。上記方法は、特に、前記母線スタックの側部において、前記隣接した母線間にあるつづら折り状のアーク流路内でアークを捕捉することと、前記つづら折り状のアーク流路から前記母線スタック内の成形通路へ前記アークを転送することと、前記成形通路内のアークを前記母線スタックの端部に向けて導くこととを含み、該アークは前記母線スタックの端部において消弧されうる。

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、アーク転送機能を有する配電盤の例を示す図である。 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、アーク転送機能を有する配電盤の例の内部図である。 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、アーク転送機能とともに用いられるサーキット・ブレーカおよび空所充填材の例を示す図である。 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、アーク転送機能とともに用いられるチャネル部材の例を示す図である。 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、アーク転送機能を有する母線スタックの例の断面図である。 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母線スタックの例によって転送されているアークを示す図である。 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、アークを転送するための方法のフローチャートの例である。

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したものではない。

図１に、開示する実施形態に係る、アークにより生じる被害を制御および制限するためのアーク転送機能を有する配電盤１００の例を示す。具体的には、配電盤１００は、配電盤１００に発生するアークを、配電盤内部にある母線接続ポイントから離れた方向に移動させるか、またはそうでなければ転送するように設計されている。先に述べたように、アークの転送は、例えば、その元の発生場所でアークを遮断するよりも、安全かつ素早く、確実に行える場合があることが見出された。より確実にアークを転送する能力のある配電盤１００を備えることは、さまざまな種類のサーキット・ブレーカが配電盤１００に並べられて装着されうることを考えると特に重要である。加えて、アークの元の発生場所は作業員に近いことが多いため、アークを転送させれば、そのような作業員がアークおよびアークの副生成物にさらされる機会を減らすことができる。いくつかの実施形態では、配電盤１００として、米国シュナイダーエレクトリック社製のＩ‐Ｌｉｎｅ（商標）シリーズの配電盤または類似の配電盤を用いてもよい。これら配電盤１００は、平行かつ離間した複数の母線から構成される母線スタック（図２参照）を有する。

図１の例では、配電盤１００は、並列する装着穴１０４が形成された装着基板１０２を有する。装着穴１０４により、１つまたは複数のサーキット・ブレーカ１０６が、サーキット・ブレーカ１０６に取り付けられた装着腕木１０８を介して装着基板１０２に装着される。サーキット・ブレーカ１０６は、母線スタックをその内部に有する筐体１１０の一部をなしており、配電盤１００上のどの未使用サーキット・ブレーカ装着箇所も空所充填材３２０により充填された状態で、筐体１１０の完全性が維持される。母線端アーク遮断器１１６と称される箱状のアーク消弧構造体により筐体１１０は塞がれる。筐体１１０の頂部に沿って長手方向に延在している頂部フランジ板１２０ａと底部フランジ板１２０ｂを含むアセンブリ全体を、複数のボルトまたは他の締結具（うち１つを１１８として示す）が貫通することで（図５参照）、アセンブリは一体に保たれている。いくつかの実施形態では、隣接サーキット・ブレーカ同士、隣接する空所充填材同士、またはサーキット・ブレーカと空所充填材との接合面上の「さねはぎ構造」に似た構造により可能になる、平行かつ交互配置された突起を有する重なり封止材を用いて、サーキット・ブレーカ１０６、空所充填材３２０、および配電盤１００の間の、アーク副生成物を漏出させうるどんなリークパスも覆うことができる。重なり封止材は、どんな漏出高温ガスも冷却するための狭隘な迂回ルートとして機能する。

図２に、開示する実施形態に係る配電盤１００の内部図を示す。この図から、母線スタック２００は、平行かつ離間した３つの母線２００ａ〜２００ｃから構成されうることがわかる。この図で示す母線スタック２００は、三相／三導体用のシステムである。しかしながら、ここに開示される原則および教示は、単相／二導体システム、単相／三導体システム、三相／四導体システムなど、他の種類のシステムにも同じように適用可能である。母線スタック２００は、頂部フランジ板と装着板から母線スタック２００をそれぞれ絶縁する上部絶縁体２０２ａと下部絶縁体２０２ｂの間に配置されている。本明細書で後述するが、サーキット・ブレーカ１０６は、これらの母線２００ａ〜２００ｃに接続することができる。

隣接した母線２００ａ〜２００ｃ間には、非導電性母線と似た絶縁相バリア２１０ａおよび２１０ｂが、母線２００ａ〜２００ｃと略平行に長手方向に延在する。相バリア２１０ａおよび２１０ｂの幅は、母線２００ａ〜２００ｃの幅よりも狭く（例えば約半分）、これにより、相バリアが隣接した母線２００ａ〜２００ｃ間で延在していない非被覆領域が相バリア２１０ａ〜２１０ｂの両側に沿って残される。この非被覆領域において、略「Ｃ」字形状をした絶縁チャネル部材４００を隣接した母線２００ａ〜２００ｃ間に嵌めるか、またはそうでなければ設けて、各相バリア２１０ａ〜２１０ｂを腕木支持するチャネル部材４００が相バリアの両側に存在するようにする。これらのチャネル部材４００により、相バリア２１０ａ〜２１０ｂは、チャネル部材４００の裏側にあるサーキット・ブレーカ１０６から効果的に守られる。

図３Ａにサーキット・ブレーカ１０６の例を示す。この種のサーキット・ブレーカ１０６は、母線２００ａ〜２００ｃの側端を掴むための導電性顎部３００ａ、３００ｂ、３００ｃを備えたプラグオン電源コネクタまたは類似のコネクタを採用している。これら顎部３００ａ〜３００ｃは、各サーキット・ブレーカにある絶縁カバー３０２により部分的に隠されている。具体的には、各カバー３０２には、互いに略平行に並列する複数の薄板状のカバー部材が設けられている。隣接カバー部材の各対により、１つまたは複数の顎部を嵌め込むことが可能なスロットが画定される。ここに示す例では、３対の隣接カバー部材３０４ａおよび３０４ｂと、３０６ａおよび３０６ｂと、３０８ａおよび３０８ｂとにより、顎部３００ａ〜３００ｃそれぞれが嵌め込まれる３つの平行するスロット３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃが画定されている。サーキット・ブレーカ１０６が配電盤１００に接続されるとき、顎部３００ａ〜３００ｃは母線２００ａ〜２００ｃを掴む一方、カバー部材３０４ａおよび３０４ｂと、３０６ａおよび３０６ｂと、３０８ａおよび３０８ｂは、母線２００ａ〜２００ｃの上下に延出する。

配電盤１００上のどの未使用のサーキット・ブレーカ装着箇所も、上述の空所充填材３２０で充填され、これにより配電盤１００の完全性が維持される。空所充填材３２０のより詳細な例を図３Ｂに示す。図３からわかるように、いくつかの実施形態では、空所充填材３２０は、凹部３２４がその内部に画定されるフレーム形状の本体３２２を有しているが、これ以外の空所充填材の設計も当然可能である。凹部３２４の裏側において、空所充填材３２０は、上記サーキット・ブレーカと類似の絶縁カバー３０２と、カバー部材３０４ａおよび３０４ｂと、３０６ａおよび３０６ｂと、３０８ａおよび３０８ｂとを備えてもよい。ただし、空所充填材３２０には嵌め込まれた顎部はない。同様に、空所充填材３２０におけるカバー部材の各隣接対の中間領域も、サーキット・ブレーカ１０６におけるカバー部材の各隣接対の中間領域も、顎部によって占有されてない。図示例では、カバー部材３０４ｂおよび３０６ａの間には顎部によって占有されていない領域３１４ａがあり、カバー部材３０６ｂと３０８ａの間には顎部によって占有されていない領域３１４ｂがある。空所充填材３２０の頂部近傍にある頂部覆い３２６は、カバー部材３０４ａおよび３０４ｂと、３０６ａおよび３０６ｂと、３０８ａおよび３０８ｂの上方にそれらカバー部材と略平行に延在する。頂部覆い３２６は、母線スタック２００の筺体１１０の頂部フランジ板１２０ａ（図２参照）と係合することができる。

いくつかの実施形態では、サーキット・ブレーカ１０６および空所充填材３２０の絶縁カバー３０２に、上記した重なり封止材を嵌めて、サーキット・ブレーカ１０６と空所充填材３２０と配電盤１００との間の、副生成物を漏出させうるどんなリークパスも覆うことができる。重なり封止材はカバー３０２の縁に沿って延在し、その寸法は、配電盤１００に用いられるサーキット・ブレーカの幅（例えば、３インチ（７．６２ｃｍ）、４．５インチ（１１．４ｃｍ）、６インチ（１５．２ｃｍ）、７．５インチ（１９．１ｃｍ）、９インチ（２２．９ｃｍ）、１５インチ（３８．１ｃｍ）など）および任意の空所充填材の幅（例えば、３インチ（７．６２ｃｍ）、４．５インチ（１１．４ｃｍ）など）によって可変である。適切に装着されると、重なり封止材は互いにぴったり嵌まり、かつカバー３０２の頂部覆い３２６とぴったり嵌まり、それにより、隣接サーキット・ブレーカ１０６間、隣接空所充填材３２０間、隣接するサーキット・ブレーカと空所充填材との間、およびサーキット・ブレーカと空所充填材と配電盤１００との間に存在しうるどんな隙間も封止される。これらの重なり封止材により、配電盤１００から漏出しうるアーク副生成物の冷却が補助され、そのような漏出アーク副生成物により引き起こされる作業員および器機に対する危険性はほぼなくなるか、またはすべてなくなる。

上述のように、Ｃ字形状をしたチャネル部材４００は、開示する配電盤１００では、相バリア２１０ａ〜２１０ｂの両側において隣接した母線２００ａ〜２００ｃ間に嵌めることができる。図４Ａにチャネル部材４００の背面図を示し、図４Ｂおよび図４Ｃにチャネル部材４００の側面図を示す。図からわかるように、Ｃ字形状チャネル部材４００は、垂直部分４０２と、垂直部分４０２の上部端および下部端から垂直部分４０２に対して略垂直方向に延在する水平部分４０４および４０６とから構成される。水平部分４０４の頂部および水平部分４０６の底部に沿って、等間隔配置された並列する装着支柱が突出している。うち２つのみを４０８および４１０としてこの図では示す。これらの装着支柱４０８および４１０は、母線２００ａ〜２００ｃの対応する開口部（図５以降において明示する）内に延出して、隣接した母線２００ａ〜２００ｃ間においてチャネル部材４００を所定の位置に保持する。

同様に、垂直部分４０２に沿って規則的な間隔で開口部が配置されている。うち２つのみを４１２および４１４としてこの図では示す。開口部４１２および４１４は２列に並べられており、各列は、垂直部分４０２の上側半分と下側半分にそれぞれ設けられている。複数の上側開口部４１２および下側開口部４１４の各セットは、サーキット・ブレーカ１０６と対向するように並べられていると好ましい。同様に、上側開口部４１２および下側開口部４１４の各セットを覆うように、規則的間隔で配置された複数の一方向弁が垂直部分４０２に取り付けられている。うち１つを４１６としてこの図では示す。いくつかの実施形態では、一方向弁４１６として、アーク爆発のチャネル部材４００を介した流れが、図４Ｃにおいて「Ａ」で表わされた矢印によって示されるように、「Ｃ」字形状の前側または開口側に向かう一方向のみに流れることを可能にするフラップ弁を用いてもよい。垂直部分４０２の中央付近から、棚状のアーク・バリア４１８が、チャネル部材４００の裏側から垂直部分４０２に対して略垂直方向に外側に向かって突出している。

アーク・バリア４１８は、母線スタックの筺体１１０の断面図を示す図５においても確認できる。この図から、チャネル部材４００は、隣接した母線２００ａ〜２００ｃ間で長手方向に延在し、相バリア２１０ａ〜２１０ｂの両側に沿って、「Ｃ」で表された点線により示されるような略Ｃ字形状の通路を作り出していることが見てとれる。母線２００ａ〜２００ｃと相バリア２１０ａ〜２１０ｂの間に絶縁環状母線支持体５００が配置される。そのような母線支持体５００を母線２００ａ〜２００ｃの長さに沿って規則的な間隔で配置することで、母線と相バリア２１０ａ〜２１０ｂとを互いに離間配置させ電気的に絶縁することができる。締結具１１８により、これら母線支持体５００と、頂部フランジ板１２０ａおよび底部フランジ板１２０ｂと、上部絶縁体２０２ａおよび下部絶縁体２０２ｂと、装着基板１０２とが貫かれ、こうしてアセンブリ全体が一体に保たれる。

図５に示されるように、アーク・バリア４１８は、サーキット・ブレーカ１０６のカバー部材３０４ａ〜３０４ｂ、３０６ａ〜３０６ｂ、および３０８ａ〜３０８ｂ側を向いて母線２００ａ〜２００ｃと平行に延在し、母線２００ａ〜２００ｃと実質的に同じような範囲に広がっている。具体的には、各アーク・バリア４１８は、隣接対であるカバー部材３０４ａ〜ｂと３０６ａ〜ｂの中間と、３０６ａ〜ｂと３０８ａ〜ｂの中間にある非占有領域内に延出しており、カバー部材３０４ａ〜３０４ｂ、３０６ａ〜３０６ｂ、および３０８ａ〜３０８ｂが、母線２００ａ〜２００ｃおよびアーク・バリア４１８と交互に、しかし母線２００ａ〜２００ｃおよびアーク・バリア４１８とは非接触を保つように配置されている。物理的接触がないことで、一方側のカバー部材３０４ａ〜ｂ、３０６ａ〜ｂ、および３０８ａ〜ｂと、他方側の母線２００ａ〜２００ｃ、Ｃ字形状チャネル部材４００、およびアーク・バリア４１８とによって形成されるつづら折り状の狭路（例えば１０ｍｍ未満）が隣接した母線２００ａ〜２００ｃ間に画定され、そこで、「Ｐ」で表わされる点線により示されるようにアークが発生する。

ここで、図６Ａおよび図６Ｂを参照する。つづら折り状のアーク流路により、アークが始動しうる領域またはゾーン６００が形成され、Ｃ字形状通路により、アークが通過しうる隣接領域または隣接ゾーン６０２が形成される。このアーク始動ゾーン６００で発生するアーク６０４は、典型的にはサーキット・ブレーカ１０６の接続ポイントの近傍において複数の母線２００ａ〜２００ｃのうちの１つから始まり、隣接した母線２００ａ〜ｃに到達する前に、つづら折り状のアーク流路を屈曲しながらまたは曲がりくねりながら進まねばならない。つづら折り状のアーク流路内では、アークから生成したガスおよびプラズマにより強烈な圧力が急速に発達する。アーク爆発の強烈な圧力により、アーク・ガスとプラズマは、つづら折り状のアーク流路からＣ字形状チャネル部材４００に向かって外側へ吹き飛ばされる。「Ａ」で表わされる矢印によって示されるように（図６Ｂ参照）、ガスおよびプラズマは、チャネル部材４００の開口部４１２および４１４（図４Ａ〜４Ｃ参照）を介して他方側にあるＣ字形状通路に流入することができる。

開口部４１２および４１４を覆う一方向フラップ弁４１６により、ガスおよびプラズマは捕捉され、つづら折り状のアーク流路へ逆流することが防止される。したがって、捕捉されたガスおよびプラズマは、第２のアーク６０６を発生させる。第２のアークは、最初のアーク６０４と電気的に平行だが、そのインピーダンスおよび電圧は最初のアークよりも低い。第２のアーク６０６の低電圧が「有効」システム電圧となることで、最初のアーク６０４の電圧は突如としてシステム電圧よりも高いということになる。最初のアーク６０４の電圧がシステム電圧を超えてしまったため、最初のアーク６０４からの電流はゼロとなり、よって最初のアークは消弧する。次いで第２のアークは、Ｃ字形状通路に沿って伸びる相バリア２１０ａ〜２１０ｂによって誘導されつつ、電磁気力によりＣ字形状通路に沿って母線２００ａ〜２００ｃの端部に向かって進む。この通過ゾーン６０２を進む第２のアーク６０６の通過は、アークが母線２００ａ〜２００ｃの端部に到達するまで継続する。その後、第２のアークは、母線端アーク遮断器１１６（図１参照）に入り、そこで破壊され消散する。

いくつかの実施形態では、第２のアーク６０６の母線端アーク遮断器１１６への通過が容易になるように、配電盤１００の各Ｃ字形状通路を、母線端アーク遮断器１１６内のそれらの対応する通路と類似させてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、「Ｂ」で表わされる矢印によって示されるように、Ｃ字形状チャネル部材４００の水平部分４０４および４０６は、Ｃ字形状通路内で隣接した母線２００ａ〜２００ｃ間に見通し経路が一切存在しないように相バリアの一部と重ねられている。見通し経路がないため、Ｃ字形状通路内で隣接した母線２００ａ〜２００ｃ間に発生しうるどんなアークも相バリアに沿って巻き付き、プロセスにおいて弧状または中央が凸状にカーブした形状をとる。これにより、アークは伸長しアークの電圧は上昇する。電圧が上昇することでアーク電流は減少し、結果としてアークにより生成される総エネルギーは減少する。

上記説明に基づき、本明細書で開示したアーク転送方法およびシステムは、多くのやり方で実施できることが理解できる。図７に、開示した実施形態に係る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７００として示す。フローチャート７００に示すように、アークの転送は、ステップ７０２において、アーク始動ゾーンでアークを捕捉することにより開始される。次いで、アークにより生成したガスおよびプラズマは、ステップ７０４においてアーク始動ゾーンからアーク通過ゾーンに転送される。ステップ７０６において、アーク・ガスおよびプラズマが、アーク始動ゾーンに逆流することが防止される。ステップ７０８では、アーク通過ゾーンにおいて、アーク通過ゾーンに捕捉されたアーク・ガスおよびプラズマから第２のアークを発生させ、上述したプロセスにより最初のアークを消弧させる。ステップ７１０において、第２のアークは、アーク通過ゾーンに沿って母線端アーク遮断器側へ導かれ、そこで消弧される。

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 (15)

1. アーク転送機能を有する耐アーク性配電盤において、
   前記配電盤上の母線スタックであって、平行かつ離間した複数の母線をその内部に有する、前記母線スタックと、
   隣接した母線間において、それら母線に略平行かつそれら母線から略等距離となるように長手方向に配置された相バリアと、
   前記隣接した母線間で長手方向に嵌められたチャネル部材であって、該チャネル部材と前記隣接した母線間において長手方向に延在する相バリアとで成形通路が形成されるように、前記相バリアの側部を腕木支持する、前記チャネル部材と、
   前記チャネル部材の裏側から、該チャネル部材に対して略垂直方向に突出しているアーク・バリアであって、サーキット・ブレーカが前記母線スタックと接続しているとき、前記アーク・バリア、前記各母線、および前記チャネル部材は、前記サーキット・ブレーカとともに、つづら折り状のアーク流路を形成し、該つづら折り状のアーク流路では、前記隣接した母線間に発生するどんなアークも捕捉される、前記アーク・バリアとを備え、
   前記隣接した母線間の前記つづら折り状のアーク流路で捕捉されたどんなアークも、前記つづら折り状のアーク流路内のアーク爆発圧力によって、前記チャネル部材の開口部を介して前記成形通路へ転送される、耐アーク性配電盤。
2. 前記相バリアは、前記成形通路に転送されてきたどんなアークも前記母線スタックの端部に向けて導く、請求項１に記載の耐アーク性配電盤。
3. 前記チャネル部材の開口部に配置された一方向弁をさらに備え、該一方向弁は、前記成形通路から前記つづら折り状のアーク流路へのアーク・ガスおよびプラズマの流れを妨げる、請求項１に記載の耐アーク性配電盤。
4. 前記チャネル部材は、前記成形通路内で隣接した母線間に見通し経路が一切ないように、前記相バリアの一部と重なっている、請求項１に記載の耐アーク性配電盤。
5. 前記母線スタックと接続されたサーキット・ブレーカをさらに備え、該サーキット・ブレーカはカバーを有し、該カバーは、それ自体から突出する複数の略平行なカバー部材を備えており、該複数のカバー部材の間には、前記母線および前記アーク・バリアが交互に挟まれ、これにより、前記隣接した母線間に前記つづら折り状のアーク流路が形成される、請求項１に記載の耐アーク性配電盤。
6. 前記サーキット・ブレーカと類似のカバーおよび複数のカバー部材を有する空所充填材をさらに備え、前記空所充填材が前記母線スタックに取り付けられているとき、前記空所充填材の複数のカバー部材の間には、前記母線および前記アーク・バリアが交互に挟まれ、これにより、前記空所充填材の複数のカバー部材は、前記母線、前記チャネル部材、および前記アーク・バリアと共につづら折り状のアーク流路を形成する、請求項５に記載の耐アーク性配電盤。
7. 前記チャネル部材はＣ字形状のチャネル部材であり、前記成形通路はＣ字形状の通路である、請求項１に記載の耐アーク性配電盤。
8. 前記チャネル部材の頂部および底部に配置された装着支柱をさらに備え、該装着支柱は、前記隣接した母線の対応する開口部内に延出して、前記隣接した母線間において、前記チャネル部材を所定の位置に保持する、請求項１に記載の耐アーク性配電盤。
9. 前記母線スタックは、三相／三導体システム、三相／四導体システム、単相／二導体システム、および単相／三導体システムのうちのいずれか１つである、請求項１に記載の耐アーク性配電盤。
10. 配電盤の母線スタックにおいて、隣接した母線上のサーキット・ブレーカ接続ポイントから離れる方向にアークを転送する方法であって、
    前記母線スタックの側部において、前記隣接した母線間にあるつづら折り状のアーク流路内でアークを捕捉することと、
    前記つづら折り状のアーク流路から前記母線スタック内の成形通路へ前記アークを転送することと、
    前記成形通路内のアークを前記母線スタックの端部に向けて導くことと、を含み、該アークは前記母線スタックの端部において消弧されうる、方法。
11. 前記つづら折り状のアーク流路から前記成形通路へ前記アークを転送することは、前記成形通路を形成するチャネル部材の開口部を介して、アーク・ガスおよびプラズマを前記成形通路に流入させることを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記つづら折り状のアーク流路から前記成形通路へ前記アークを転送することは、前記成形通路を形成するチャネル部材の開口部にある一方向弁を用いて、前記アーク・ガスおよびプラズマの前記つづら折り状のアーク流路への逆流を妨げることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記つづら折り状のアーク流路から前記成形通路へ前記アークを転送することは、前記成形通路内において、前記成形通路に流入した前記アーク・ガスおよびプラズマから別のアークを発生させることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記つづら折り状のアーク流路内でアークを捕捉することは、前記母線スタックに接続されたサーキット・ブレーカのカバーから延在する複数のカバー部材の間に、前記母線および前記成形通路を形成するチャネル部材の裏側から突出しているアーク・バリアを交互に挟んで、前記つづら折り状のアーク流路を形成することを含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記成形通路内のアークを導くことは、隣接した母線間において、それら母線に略平行かつそれら母線から略等距離となるように長手方向に配置された相バリアに沿ってアークを移動させることを含む、請求項１０に記載の方法。