視覚的表示を備える自動接地装置

本発明は、高電圧用電気スイッチギアの接地装置（grounding devices）に関する。

一般に、作業員は、回路の通電が停止していることが確実でないかぎり、高電圧用スイッチギアキャビネットを開けないように指示される。 通電の停止は、スイッチギアの外側にあるコネクタによって達成される。 現在、スイッチギア装置のデッドフロント構造部（dead front）に取り付けられている高電圧コネクタを接地するには、２つの主な方法がある。 第１の方法は、接地に結合される２００アンペアの接地用エルボの使用である。 ２００アンペアのエルボは、安全のためにホットスティックを用いて取り付けられる。 このエルボは１００００アンペアの定格を有するにすぎず、現今の高電流回路はこの定格を超える可能性がある。 コネクタを接地する第２の方法は、２５０００アンペアの定格を有する６００アンペアの接地用エルボを用いることによる。 しかし、この６００アンペアの接地用エルボは、ホットスティックによって取り外すことができない。

本発明の１つの態様によれば、安全な距離を置いて操作することができるモーター作動式スイッチギアの接地装置が提供される。 接地装置は、第１ボアを有するバスとスペードコネクタとを含む雄側相互接続部と、第１ボアと軸方向に位置合わせされる第２ボアと、接地線を受ける接地端子とを有する導電性ハウジングとを備える装置本体を備える。 装置本体は、非導電性チップと導電性ピンとを含むピンアセンブリであって、第１ボア及び第２ボア内で軸方向に、閉位置及び開位置間で動作し、閉位置はバスと導電性ハウジングとの電気的接続をもたらし、開位置はバスと導電性ハウジングとの電気的接続をもたらさないピンアセンブリを備える。 装置本体は、コントローラーからの信号に基づき、ピンアセンブリを開位置及び閉位置間で選択的に駆動するモーターを備える。 接地装置は、雄側相互接続部を受ける第１コネクタ端部と、電気設備の１つの装置のブッシングを受ける第２コネクタ端部とを有する装置コネクタを備える。

本発明の別の態様によれば、接地装置をスイッチギアアセンブリに取り付ける方法が提供される。 該方法は、接地装置の略Ｔ型のコネクタを準備する工程であって、Ｔ型コネクタは、第１軸を有する第１雌側コネクタ端部と、第１軸に対して略垂直の第２軸を有する第２雌側コネクタ端部と、第１軸と一致する第３雌側コネクタ端部とを有する準備工程と、第１コネクタ端部に電気設備の１つの装置のブッシングを挿入する工程であって、ブッシングは雌側ねじ付き開口を有する第１挿入工程と、第２コネクタ端部に接地装置本体を挿入する工程であって、接地装置本体が、コントローラーからの信号に基づき、接地装置本体内の接点を開位置及び閉位置間で選択的に駆動するモーターと、スペードコネクタを含む雄側相互接続部であって、スペードコネクタは自身を通るボアを有する雄側相互接続部とを備えるようにする第２挿入工程と、略Ｔ型コネクタ内で、ブッシングの雌側ねじ付き開口と、スペードコネクタのボアとを位置合わせする工程と、第３コネクタ端部に、ねじ付きスタッドを有する絶縁プラグを挿入する第３挿入工程とを含み、第３挿入工程は、ねじ付きスタッドを、スペードコネクタのボアに通してブッシングの雌側ねじ付き開口に入れる工程を有する。

本明細書に記載される実施態様に一致する、接地装置が開位置にあるエルボアセンブリの側面図を示す概略断面図である。

本明細書に記載される実施態様に対応する、図１のエルボアセンブリを分解して示す、側方概略部分断面図である。

接地装置が閉位置にある図１のエルボアセンブリの前方概略断面図である。

図１の接地装置の装置本体を拡大して示す、側方概略部分断面図である。

図１の接地装置のピンアセンブリの前方概略断面図である。

１つの実施態様による、図１のエルボアセンブリの側面図である。

別の実施態様による、図１のエルボアセンブリの側面図である。

以下の詳細な説明では添付の図面を参照する。 異なる図面における同じ参照符号は、同じ又は同様の要素を特定する場合がある。

本明細書に記載される実施態様によれば、安全な距離を置いて操作することができるモーター作動式スイッチギアの自動接地装置が提供される。 視覚的表示として、表示窓によって、本装置内の接点が開状態／非接地状態であるときは緑色（又は別の色）、本装置内の接点が閉状態／接地状態であるときは黄色（又は他の可能な色）を示すことができる。 本装置は、２５０００アンペア以上の瞬時電流／障害電流に対応可能である。 しかし、いくつかの実施態様において、本装置はより低い電流に向けて構成してもよい。 １つの実施態様において、本装置は、接点間の絶縁材として透明ゲルを用いて、接点が分離されるときにアークが発生する可能性を低減するか又はなくす。

図１は、接地装置２０を含むエルボアセンブリ１０の側面図を示す概略断面図であり、装置本体１００は開位置にある。 図２は、エルボアセンブリ１０を分解して示す側方概略部分断面図である。 図３は、エルボアセンブリ１０の前方概略断面図であり、装置本体１００は閉位置にある。 図４は、装置本体１００を拡大して示す側方概略部分断面図である。 図１〜図４をまとめて参照すると、エルボアセンブリ１０は、接地装置２０と、高電圧ブッシング３０と、キャップ４２を有する絶縁プラグ４０とを含んでもよい。 接地装置２０は、装置本体１００と、「Ｔ」型コネクタ２００とを備えてもよい。

通常、「Ｔ」型コネクタ２００は、図２に示されているように３つの雌側相互接続部２０２、２０４、及び２０６を有してもよい。 相互接続部２０２及び２０４は、変圧器デッドブレイク（deadbreak：完全遮断）ブッシング、若しくは、絶縁プラグ等の他の高電圧端子若しくは中電圧端子、又は他の電気設備（例えば、タップ、高電圧避雷器、ブッシング等）を受ける開口を有する。 本明細書に記載される実施態様において、「Ｔ」型コネクタ２００の相互接続部２０２は、高電圧ブッシング３０を受けるように構成してもよく、高電圧ブッシング３０は、変圧器又はスイッチ等の電気設備の１つの装置に取り付けてもよい。 高電圧ブッシング３０は、電気設備の面３４から延びるＡＮＳＩ規格の６００アンペアの雄側相互接続部を有してもよい。 「Ｔ」型コネクタ２００の相互接続部２０４は、キャップ４２を有する絶縁プラグ４０を受けるように構成してもよい。 例示的な一実施態様において、絶縁プラグ４０は、６００アンペアの絶縁プラグとしてもよい。 相互接続部２０６は、スペードコネクタ１０２等のスペード（spade）が取り付けられているブッシング相互接続部を装置本体１００から受け入れるように構成される。 絶縁プラグ４０のスタッド４４を、スペード１０２の開口（又はボア）を通して高電圧ブッシング３０の雌側ねじ付き開口３２内に挿入してもよい。 他の実施形態において、スタッド４４は、ブッシング３０に取り付けて、絶縁プラグ４０のねじ付き開口が受けてもよい。

「Ｔ」型コネクタ２００は、例えば、一般にエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）と呼ばれる導電性の過酸化物硬化合成ゴムから形成される導電性外側シールド２１０を備えてもよい。 「Ｔ」型コネクタ２００は、シールド２１０内に、通常は絶縁ゴム又はエポキシ材料から成形される絶縁内側ハウジング２１２と、相互接続部２０２〜２０６がつながる部分を囲む導電性又は半導電性のインサート２１４とを備えてもよい。

装置本体１００は、雄側相互接続部１０４を通って延びるスペードコネクタ１０２を備えてもよい。 雄側相互接続部１０４は、バス１０６の回りに絶縁外層を形成してもよい。 バス１０６からスペードコネクタ１０２が延びる。 雄側相互接続部１０４は、例えば、絶縁ゴム又はエポキシ材料から作製してもよい。 雄側相互接続部１０４は、コネクタ２００の相互接続部２０６内に嵌まるサイズとしてもよい。 例示的な一実施態様において、雄側相互接続部１０４は、２５０００アンペアの瞬時電流定格を有する６００アンペアのエポキシ相互接続部を形成してもよい。 スペードコネクタ１０２及びバス１０６は、銅等の導電性材料から作製される一体部品としてもよい。 バス１０６は、自身の内部に同心に形成される軸方向ボア１０８と、１組のルーバー型接点１１０とを有してもよい。 ボア１０８は、ピンアセンブリ１３０がルーバー型接点１１０に対して摺動することができるように、ピンアセンブリ１３０を収めるよう構成してもよい。 このことは以下で更に記載される。 例えば、図４に示されているように、ボア１０８は、雄側相互接続部１０４のより大きい開口１０９に開通していてもよい。

装置本体１００は導電性ハウジング１１２を更に備えてもよい。 導電性ハウジング１１２は、銅等の導電性材料から作製してもよい。 導電性ハウジング１１２は、ねじ付き開口１１４を有してもよい。 ねじ付き開口１１４は、端子及び接地線（図示していない）を受ける雌側ねじ付き接続点を有してもよい。 接地線の端子を開口１１４にねじ込んで（又は別様に固定して）、接地装置２０の接地電気的接続をもたらしてもよい。

また、導電性ハウジング１１２は、電圧センサー線１６２（以下で更に説明される）を受ける小ボア１１６と、軸方向センターボア１１８とを有してもよい。 センターボア１１８は、ピンアセンブリ１３０がルーバー型接点１２０に対して摺動することができるように、ピンアセンブリ１３０を収めるよう構成してもよい。 このことは以下で更に記載される。 例えば、図１及び図２に示されているように、センターボア１１８は、導電性ハウジング１１２のより大きい開口１１９につながっていてもよい。

本明細書に記載される実施態様において、ビューレンズ１２２が、雄側相互接続部１０４と導電性ハウジング１１２との間に介在する。 １つの実施態様において、ビューレンズ１２２は、例えば、ガラス、プラスチック（例えばＬｅｘａｎ（商標））等の透明又は実質的に透明な絶縁材料から形成してもよい。 ビューレンズ１２２は略環状の円盤としてもよく、このとき、外径は雄側相互接続部１０４の隣接端部の外径と略等しく、内径は開口１０９及び１１９の内径と略同じである。

いくつかの実施態様において、ビューレンズ１２２は、雄側相互接続部１０４、ビューレンズ１２２、及び導電性ハウジング１１２をともに固定するスタッド（図示していない）を除いて、約３６０度の（例えば、装置本体１００の中心軸の回りの）視界を提供するように構成してもよい。 別の実施態様において、ビューレンズ１２２は装置本体１００の一部のみに（例えば、装置本体１００を通る円筒形若しくは矩形の窓又はポートとして）設けてもよい。

ピンアセンブリ１３０は、緑色の非導電性（例えば絶縁）チップ１３２と、導電性ピン１３４と、黄色の表示バンド１３６を備えてもよい。 本明細書に記載される特定の色は例示のために用いられており、限定する意図はない。 １つの実施態様において、非導電性チップ１３２はプラスチック材料から形成してもよく、導電性ピン１３４は銅から形成してもよい。 表示バンド１３６は、導電性ピン１３４に接着するか又は機械的に固定される導電性又は非導電性の材料としてもよい。 １つの実施態様において、表示バンド１３６は、導電性ピン１３４の表面に塗装してもよい。

図５は、ピンアセンブリ１３０の拡大図を提供している。 図１〜図５をまとめて参照すると、非導電性チップ１３２はねじ付きスタッドを有してもよく、導電性ピン１３４は対応する雌側ねじ付き開口を有してもよく（又は逆の場合もある）、それにより、非導電性チップ１３２が導電性ピン１３４に固定される。 非導電性チップ１３２内のチャネル１３８が、導電性ピン１３４内のチャネル１４０と位置合わせされてもよく、それにより、ピンアセンブリ１３０がボア１０８内に進む間に、ボア１０８から空気が流出することが可能になる。 また、導電性ピン１３４がＯリング１３７に対するシート１３５を有して、非導電性チップ１３２と導電性ピン１３４との接合点がシールされてもよい。 チャネル１４０は、導電性ピン１３４とは反対側の端部において、部分ねじ付き開口１４２につながっていてもよい。 部分ねじ付き開口１４２は、雄側駆動ねじ１４４を受けるように構成してもよい。

導電性ハウジング１１２は、剛性のカバー１４６に固定されてもよい。 カバー１４６は、ピンアセンブリ１３０の一部と、雄側駆動ねじ１４４と、モーター取付けプレート１４８と、モーター１５０と、マイクロスイッチ１５２／１５４と、安定用ピン１５６と、トラック１５８とを収容（enclose）してもよい。 カバー１４６は、例えば、ステンレス鋼から形成してもよい。 モーター取付けプレート１４８は、モーター１５０の取付け支持体を提供してもよい。 モーター１５０は、例えば、ピンアセンブリ１３０を異なる位置に動かして接地装置２０を開閉するＤＣギアモーターを含んでもよい。 モーター１５０は、雄側駆動ねじ１４４に係合して、ピンアセンブリ１３０をボア１０８／１１８及び開口１０９／１１９内で軸方向に動かしてもよい。

ピンアセンブリ１３０／駆動ねじ１４４の移動距離は、マイクロスイッチ１５２／１５４及び安定用ピン１５６によって調節することができる。 安定用ピン１５６は、ピンアセンブリ１３０の下部に固定してもよく、それにより、雄側駆動ねじ１４４がピンアセンブリ１３０を動かすときにピンアセンブリ１３０の回転が防止される。 安定用ピン１５６は、上側マイクロスイッチ１５２及び下側マイクロスイッチ１５４間でトラック１５８に沿って動いてもよい。 マイクロスイッチ１５２／１５４は、モーター１５０及び／又はコントローラー（例えば、図６及び図７に示されている制御ユニット５０）に信号を提供してもよい。 上側マイクロスイッチ１５２は、安定用ピン１５６に接触すると、接地装置２０の閉位置／接地位置を示してもよい。 下側マイクロスイッチ１５４は、安定用ピン１５６に接触すると、接地装置２０の開位置／非接地位置を示してもよい。 １つの実施態様において、ピンアセンブリ１３０は、接地装置２０が開位置／非接地位置にあるときに、バス１０６及び導電性ピン１３４間に約５．１ｃｍ（例えば、±０．３ｃｍ）の軸方向距離（図４の「Ｄ」）をもたらすように構成される。 したがって、マイクロスイッチ１５２／１５４間の距離は約５．１〜７．６ｃｍとしてもよく、それにより、接地装置２０が閉位置／接地位置にあるときに、導電性ピン１３４及びルーバー１１０間の良好な接触が確実になる。 他の実施態様において、最小の軸方向距離Ｄは、装置本体１００において用いられる誘電性絶縁材のタイプに基づき決定してもよい（このことは以下で更に記載される）。

また、装置本体１００は、電圧センサー１６０と、電圧センサー線１６２と、センサー線コネクタ１６４とを備えてもよい。 電圧センサー１６０は、例えば、コネクタ１６４によってセンサー線１６２に結合される静電容量式電圧センサーを含んでもよい。 電圧センサー１６０の出力は、電圧センサー線１６２を通して通信用レセプタクル１６６に、最終的には装置本体１００の外部に位置する制御部（例えば、制御ユニット５０）に送ってもよい。

開口１０９と、開口１１９と、ビューレンズ１２２の内部開口とは、装置本体１００内のチャンバー１７０をともに形成してもよい。 チャンバー１７０は、誘電性絶縁材で充填されてもよい。 通常の誘電性絶縁材としては、空気、六フッ化硫黄（ＳＦ _６ ）、他のガス、又はオイルが挙げられる場合がある。 本明細書に記載される一実施態様によれば、チャンバー１７０は、固体又は半固体の誘電性絶縁材料で充填してもよい。 特に、透明なシリコーンゲル１７２が、誘電性絶縁材料としての役割を果たしてもよい。 いくつかのＯリング１７４を用いて、チャンバー１７０内のシリコーンゲル１７２をシールするとともに水密な密閉状態をもたらしてもよい。 より詳細には、Ｏリング１７４を、ピンアセンブリ１３０に隣接して、ボア１０８の入口付近と、ボア１１８の入口付近とに備えてもよい。 追加のＯリング１７４を、雄側相互接続部１０４とビューレンズ１２２との接合点と、レンズ１２２と導電性ハウジング１１２との接合点とに備えてもよい。

チャンバー１７０内のシリコーンゲル１７２を、非導電性チップ１３２に沿って、バス１０６／ルーバー型接点１１０とピンアセンブリ１３０との間の絶縁媒体として用いてもよい。 １つの実施態様において、シリコーンゲル１７２は、通常、半透明又は透明である。 それにより、外側からチャンバー１７０及びビューレンズ１２２を通して、緑色の非導電性チップ１３２又は黄色の表示バンド１３６を見ることが可能になる。 また、シリコーンゲル１７２は、ピンアセンブリ１３０の部分がＯリング１７４を越えてチャンバー１７０内に摺動する際に、ピンアセンブリ１３０の表面に再び付着する場合があるという点で、自己回復的である場合がある。

シリコーンゲル１７２は、電圧を抑制して、非導電性チップ１３２の表面にわたり（例えば、図４に示されている距離Ｄにわたり）アークが発生して接地に流れないようにすることができる。 さらに、シリコーンゲル１７２は、導電性ピン１３４及び非導電性チップ１３２が、バス１０６／ルーバー型接点１１０と交互に接触するためにボア１０８を出入りして動くことを可能にする。 導電性ピン１３４がバス１０６／ルーバー型接点１１０に接触しているとき、接地装置２０は閉状態／接地状態にある場合がある。 非導電性チップ１３２がバス１０６／ルーバー型接点１１０に接触しているとき、非導電性チップ１３２及びシリコーンゲルは、導電性ピン１３４をバス１０６から分離して、接地へのアークをなくすことができる。 本明細書に記載される２５０００アンペアの相互接続部構成において、誘電性絶縁材としてシリコーンゲルを使用することにより、ピンアセンブリ１３０が開位置すなわち非接地位置にあるときに、導電性ピン１３４及びバス１０６間に比較的短い距離Ｄを用いることが可能になる。 例えば、距離Ｄは、通常、７．６ｃｍ未満、より詳細には約５．１ｃｍとしてもよい。 対照的に、同様の条件下で、絶縁媒体として空気を用いる場合、２５．４ｃｍを超える距離が必要となる。

図６は、１つの実施態様によるエルボアセンブリ１０の側面図である。 図６に示されているように、制御ユニット５０が、通信用レセプタクル１６６及びケーブル５２を介して接地装置２０に接続される。 制御ユニット５０は、例えば、多目的制御ユニットを含んでもよい。 制御ユニット５０は、電圧センサー１６０による電圧測定を監視して、ピンアセンブリ１３０を駆動するようにモーター１５０に対して指示するよう構成してもよい。 １つの実施態様において、制御ユニット５０は、エルボアセンブリ１０に結合される他の設備の制御機能部と組み合せてもよい。

図６の実施態様では、接地装置２０は、高電圧ブッシング３０を有する電気設備に直接取り付けられる。 キャップ４２を有する絶縁プラグ４０（図６では見えていない）を高電圧ブッシング３０にねじ込み、エルボアセンブリ１０を高電圧ブッシング３０に固定してもよい。 図６の特定の位置では、緑色の非導電性チップ１３２がビューレンズ１２２を通して視認可能である場合がある。 この場合、接地装置２０が開いて接地されていないことが示される。

図１〜図６を参照すると、動作時、接地装置１０と結合される回路を開くように、安定用ピン１５６が下側マイクロスイッチ１５４に接触するまで、モーター１５０がピンアセンブリ１３０を後退させるよう（例えば下方に）駆動する。 この位置では、非導電性チップ１３２は、ねじ付き開口１１４における銅製バス１０６及び接地端子間の回路形成が防止されるようにルーバー型接点１１０に対して位置決めされる。 ピンアセンブリ１３０を動かしてこの開定位／非接地定位にすることにより、緑色の非導電性チップがビューレンズ１２２の内部開口内に位置決めされる。 その緑色がビューレンズ１２２を通して視認可能であり、このことは、接地装置１０が開いて非接地状態であることの視覚的表示を提供する。

エルボアセンブリ１０に結合される回路を閉じて接地状態にするのに、制御ユニット５０が、静電容量式電圧センサー１６０によって電力が存在しているか否かを検知することにより、回路が通電していないことを確認する。 電力が存在しない場合、安定用ピン１５６が上側マイクロスイッチ１５２に接触するまで、モーター１５０がピンアセンブリ１３０を前進させるよう（例えば上方に）駆動する。 この位置では、銅製バス１０６から、ルーバー型接点１１０、導電性ピン１３４、ルーバー型接点１２０、及び導電性ハウジング１１２を通って、ねじ付き開口１１４における接地端子までの電気的接続がもたらされ、それにより、完全な回路が形成されてエルボアセンブリ１０が接地される。 ピンアセンブリ１３０を動かしてこの閉定位／接地定位にすることにより、黄色の表示バンド１３６がビューレンズ１２２の内部開口内に位置決めされる。 その黄色がビューレンズ１２２を通して視認可能であり、このことは、接地装置２０が閉じて接地状態であることの視覚的表示を提供する。

図７は、別の実施態様によるエルボアセンブリ６０の側面図である。 図７を参照すると、接地装置２０が、標準的なエルボ７０に取り付けられ、エルボ７０は、高電圧ブッシング３０を有する電気設備に取り付けられている。 エルボ７０は、例えば、電力ケーブル７２を高電圧ブッシング３０に接続する標準的な「Ｔ」体エルボを含んでもよい。 コネクタプラグ７４を用いて、エルボ７０が接地装置２０の「Ｔ」型コネクタ２００に接続される。 図７の特定の位置では、黄色の表示バンド１３６がビューレンズ１２２を通して視認可能である場合がある。 この場合、接地装置２０が閉じて接地状態であることが示される。

本明細書に記載される実施態様において、スイッチギアの接地装置は、「Ｔ」コネクタと装置本体とを備えてもよい。 １つの実施態様において、この本体は、（１）第１のボアを有する導電性バスとスペードコネクタとを含む雄側相互接続部と、（２）第１のボアと軸方向に位置合わせされる第２のボアと、接地線を受ける接地端子とを有する導電性ハウジングと、（３）非導電性チップと導電性ピンとを含むピンアセンブリと、（４）装置本体の外部にあるコントローラーから信号を受信する通信用レセプタクルと、（５）コントローラーからの信号に基づき、ピンアセンブリを開位置及び閉位置間で選択的に駆動するように構成されるモーターとを備えてもよい。 ピンアセンブリは、第１のボア及び第２のボア内で軸方向に、閉位置及び開位置間で動くように構成され、閉位置はバスと導電性ハウジングとの電気的接続をもたらし、開位置は電気的接続をもたらさない。 「Ｔ」型コネクタは、雄側相互接続部と、電気設備の１つの装置のブッシングと、絶縁プラグとを受けるように構成してもよい。

上述した接地装置は、高電圧スイッチギアの接地装置を接続及びアクティベートする有効な手段を提供する。 他の実施態様において、他の低電圧電力機材、中電圧電力機材、又は高電圧電力機材を、本明細書に記載されている接地装置を備えるように構成してもよい。

例示的な実施態様の前述した記載は例示及び説明を提供する。 しかし、この記載は、包括的であることも、本明細書に記載されている実施形態を、開示されている正確な形態に限定することも意図されていない。 変更形態及び変形形態が、上記教示に鑑みて可能であるか、又は実施形態の実施から得られる場合がある。 例えば、本明細書に記載されている実施態様はまた、中電圧設備又は低電圧設備等の他の機器とともに用いてもよい。

本発明を上記で詳細に記載したが、本発明は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更してもよいことが当業者には明らかであることが明白に理解される。 本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明に対して、形態、設計、又は構成の様々な変更を行ってもよい。 したがって、上述の記載は限定的ではなく例示的とみなされ、本発明の真の範囲は、特許請求の範囲に規定されている範囲である。

本願の記載に用いられている要素、動作、又は指示は、本発明にとって肝要又は必須であると明示的に記載されていないかぎり、肝要又は必須であると解釈されるべきでない。 また、本明細書に記載されている数量を限定しない表現は、１つ又は複数のものを含むように意図される。 さらに、「〜に基づき」という句は、別途明示的に述べられないかぎり、「少なくとも部分的に〜に基づき」ということを意味するように意図される。