JP5738455B2 - 高電圧コネクタ用のゼラチン状誘電材料 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧回路遮断器、開閉装置及び他の電気機器等、高電圧電気コネクタに関する。

高電圧用途で使用される典型的な誘電材料としては、空気、油又は六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスが挙げられる。空気の場合、高電圧（例えば５＋ｋＶ）環境でアーク放電の可能性を低減するために接触子間に長い距離が必要である。空気と比較して、油の場合は接触子間に必要な距離が短いが、油は故障が発生したときに発火しやすく、有害なポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）を含む場合がある。油と同様に、ＳＦ_６ガスの場合、接触子間に必要な距離は比較的短いが、環境保護の理由でＳＦ_６ガスの使用は望ましくない。

本発明の一態様によると、装置本体とピンアセンブリとを備えるコネクタ装置が提供される。コネクタ装置は、第１のボアを有する導電性バスを備えるブッシング部と、前記第１のボアと軸方向に位置合せされる第２のボアを有する導電性ハウジングと、前記第１のボアと前記第２のボアとを分離する内部チャンバーと、前記内部チャンバー内に封入されたゼラチン状シリコーン材料とを備える。ピンアセンブリは、非導電性先端部と、前記非導電性先端部に固定された導電性ピンとを備える。ピンアセンブリは、前記第１のボア及び前記第２のボア内で、前記導電性バスと前記導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供する閉鎖位置と、前記導電性バスと前記導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供しない開放位置との間で、軸方向に移動するように構成される。前記ゼラチン状シリコーン材料は、前記ピンアセンブリが前記開放位置にあるときの前記非導電性先端部の表面を横切る電圧アーク放電を阻止する。

本発明の別の態様によると、コネクタ装置を組み立てる方法が提供される。本方法は、第１のボアを有する導電性バスを備えるブッシング部を準備することと、第２のボアを有する導電性ハウジングを準備することと、前記第１のボア及び前記第２のボアにピンアセンブリを挿入することであって、該ピンアセンブリは、非導電性先端部に固定された導電性ピンを備え、前記ピンアセンブリは、前記第１のボア及び前記第２のボア内で、前記導電性バスと前記導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供する閉鎖位置と、前記導電性バスと前記導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供しない開放位置との間で、軸方向に移動するように構成されることと、前記ブッシング部と前記導電性ハウジングとを接合することであって、前記第１のボア及び前記第２のボアを軸方向に位置合せすることともに、前記ピンアセンブリの一部の周囲に内部チャンバーを形成し、前記内部チャンバーは前記第１のボアと前記第２のボアとを分離することと、ポートを介して前記内部チャンバー内に、該内部チャンバー内にゼラチン状シリコーン材料を挿入することであって、該ゼラチン状シリコーン材料が、前記ピンアセンブリが前記開放位置にあるときの前記非導電性先端部の表面を横切る電圧アーク放電を阻止することとを含む。

本明細書に記載する実施態様による、開放位置にあるコネクタアセンブリを示す概略断面図である。 閉鎖位置にある図１のコネクタアセンブリを示す概略断面図である。 図１のコネクタアセンブリのコネクタ本体の概略断面図である。 図１のコネクタアセンブリのピンアセンブリの拡大概略図である。

以下の詳細な説明は、添付図面を参照する。異なる図面の同じ参照符号は、同じか又は同様の要素を識別するものとする。

本明細書に記載する実施態様によれば、高電圧電気コネクタにおいてコンタクトピンアセンブリを隔離する誘電材料として、シリコーンゲルで充填されたチャンバーが使用される。シリコーンゲルは、コンタクトピンアセンブリに対して付着し、分離しかつ再付着することができる可鍛性絶縁化合物として作用する。シリコーンゲルは、電圧によりピンアセンブリの絶縁面に沿ってクリープが発生すること及び／又は高電圧電気コネクタの導電性構成部品にわたってフラッシュオーバー又はアーク放電が発生することを防止する。

本開示で使用する「高電圧」という用語は、５キロボルト（ｋＶ）を超える公称システム電圧で動作するように構成された機器を指す。したがって、「高電圧」という用語は、一般に「配電」系統と呼ばれる、約５ｋＶから約３８ｋＶの公称電圧で動作するシステム等における、電力事業者サービスで使用されるのに適している機器とともに、約３８ｋＶを超える公称電圧で動作する「送電」系統で使用される機器を指す。適用可能な機器としては、回路遮断器、接地装置、開閉装置又は他の高電圧機器を挙げることができる。

図１は、本明細書に記載する実施態様による、開放位置にあるコネクタアセンブリ１０を示す概略断面図である。図２は、閉鎖位置にあるコネクタアセンブリ１０を示す概略断面図である。コネクタアセンブリ１０は、概して、装置本体１００と、装置本体１００内で図１の開放位置と図２の閉鎖位置との間で軸方向に移動するピンアセンブリ２００とを備えることができる。図３は、装置本体１００の概略断面図であり、図４は、ピンアセンブリ２００の拡大概略図である。

まとめて図１〜図４を参照すると、装置本体１００は、バス１０６に接続されるコネクタ１０２を備えることができる。一実施態様では、コネクタ１０２は、図示するようにねじ式接続部を有することができる。他の実施態様では、コネクタ１０２は、スペードコネクタ又はバス１０６と一体的に形成される別のタイプのコネクタを含むことができる。コネクタ１０２及びバス１０６を、銅等の導電性材料から作製することができる。コネクタ１０２及び／又はバス１０６は、装置本体１００のブッシング部１０４を通って延在することができる。ブッシング部１０４は、コネクタ１０２が延出しているバス１０６の周囲に絶縁外層を形成することができる。ブッシング部１０４を、例えば絶縁ゴム又はエポキシ材料から作製することができる。一実施態様では、ブッシング部１０４は、ＡＮＳＩ標準規格高電流インターフェースとしてサイズを決めることができる。

例えば図３に示すように、バス１０６は、内部に同心状に形成された軸方向ボア１０８と一組のルーバーコンタクト１１０とを備えることができる。ボア１０８を、更に後述するように、ピンアセンブリ２００がルーバーコンタクト１１０に対して摺動することができるようピンアセンブリ２００を収納するように構成することができる。例えば図３に示すように、ボア１０８は、ブッシング部１０４のより大きい開口部１０９内に通じることができる。

装置本体１００は、導電性ハウジング１１２を更に備えることができる。導電性ハウジング１１２を、銅等の導電性材料から作製することができる。導電性ハウジング１１２は、他の電気機器への又は接地への端子接続又は別のインターフェース（図示せず）を備えることができる。

図３に示すように、導電性ハウジング１１２はまた、内部に同心状に形成された軸方向中心ボア１１８と一組のルーバーコンタクト１２０とを備えることができる。本明細書では、実施態様を、ルーバーコンタクト１１０／１２０を用いて説明しているが、他の実施態様では、ボア１０８及びボア１１８において異なるタイプの接触子を使用することができる。他の実施態様では、ボア１０８及びボア１１８は、ルーバーコンタクト１１０／１２０の代りに単に接触子領域を含むことができる。中心ボア１１８を、更に後述するように、ピンアセンブリ２００がルーバーコンタクト１２０に対して摺動することができるようピンアセンブリ２００を収納するように構成することができる。例えば図３に示すように、中心ボア１１８は、導電性ハウジング１１２のより大きい開口部１１９につながることができる。

図１及び図４に示すように、ピンアセンブリ２００は、非導電性（例えば絶縁）先端部２０２及び導電性ピン２０４を備えることができる。一実施態様では、非導電性先端部２０２を、プラスチック材料から形成することができ、導電性ピン２０４を、銅から形成することができる。非導電性先端部２０２はねじ付きスタッド２０６を備えることができ、導電性ピン２０４は、非導電性先端部２０２を導電性ピン２０４に固定するために、対応するねじ切り雌開口部２０８を備えることができる（又はその逆も可）。他の実施形態では、非導電性先端部２０２を、エポキシ樹脂又は他の接着剤等により、導電性ピン２０４に化学結合又は接着させることができる。非導電性先端部２１０は、ピンアセンブリ２００がボア１０８内を前進する間に空気がボア１０８から漏れ出るのを可能にするために、導電性ピン２０４の対応するチャネル２１２と位置合せするように構成されたチャネル２１０を備えることができる。導電性ピン２０４はまた、非導電性先端部２０２と導電性ピン２０４との間の接触面を封止するためにＯリング２１６用の座部２１４を備えることができる。

ピンアセンブリ２００は、ボア１０８／１１８及び開口部１０９／１１９内で軸方向に移動することができる。ピンアセンブリ２００を、例えばモーター（図示せず）又は他の機械力により、図１に示す開放位置と図２に示す閉鎖位置との間で駆動することができる。一実施態様では、例えば、ピンアセンブリ２００を図１の開放位置と図２の閉鎖位置との間で選択的に駆動するようにモーターを始動するコントローラーと通信することができる。

一実施態様では、装置本体１００及びピンアセンブリ２００は、コネクタアセンブリ１０が開放／非接地位置にあるときにバス１０６と導電性ピン２０４との間に軸方向距離（図１では「Ｄ」）のおよそ２インチ（例えば±１／８インチ）を提供するように構成されている。したがって、ピンアセンブリ２００の軸方向移動距離を、コネクタアセンブリ１０が閉鎖／接地位置にあるときに導電性ピン２０４とルーバーコンタクト１１０との間の優れた接触を確実にするように、約２インチと３インチとの間とすることができる。

概して、一実施態様では、ピンアセンブリ２００を、非導電性先端部２０２が、コネクタアセンブリ１０が図１の開放位置にあるときは少なくとも部分的にボア１０８内にあり（例えば、後述するＯリング１３４と接触し）、コネクタアセンブリ１０が図２の閉鎖位置にあるときは完全にボア１０８内にある（例えば、Ｏリング１３４を越えて挿入される）ように構成することができる。また、導電性ピン２０４を、コネクタアセンブリ１０が図１の開放位置にあるか図２の閉鎖位置にあるときに少なくとも部分的にボア１１８内にある（例えば、後述するＯリング１３６と接触する）ようにすることができる。したがって、ピンアセンブリ２００を、コネクタ装置１０の特定の開放／閉鎖位置に関らずボア１０８及び１１８内に常に係留されたままにすることができる。

開口部１０９及び開口部１１９が合わせて、装置本体１００内部にチャンバー１３０を形成することができる。本明細書に記載する態様に一貫して、チャンバー１３０は、固形又は半固形の誘電材料で充填される。特に、本明細書に記載する実施態様では、シリコーンゲル１３２が、誘電絶縁材料としての役割を果たすことができる。チャンバー１３０内でシリコーンゲル１３２を封止するために、かつ水密筐体を提供するために、幾つかのＯリング１３４、１３６及び１３８を使用することができる。より詳細には、Ｏリング１３４を、ボア１０８への入口の近くのピンアセンブリ２００に隣接してボア１０８に沿って設置することができる。同様に、Ｏリング１３６を、ボア１１８への入口の近くのピンアセンブリ２００に隣接してボア１１８に沿って設置することができる。ブッシング部１０４と導電性ハウジング１１２との間の接触面に、追加のＯリング１３８を含めることができる。一実施態様では、Ｏリング１３４、１３６及び１３８の各々を、それぞれの接触面を封止するように同一のエラストマー材料から作製することができる。他の実施態様では、Ｏリング１３４、１３６及び１３８のうちの１つ又は複数を、異なる材料から作製することができる。

ブッシング部１０４及び導電性ハウジング１１２が接合された後、シリコーンゲル１３２を、ポート１４０（図３に示す）を介してチャンバー１３０内に挿入することができる。ポート１４０を、例えばブッシング部１０４又は（図３に示すように）導電性ハウジング１１２を通して有することができる。例示的な実施態様では、ポート１４０は、シリコーンゲル１３２の挿入後に差し込むことができる部分的にねじ切りされた開口部を有することができる。

一実施態様では、シリコーンゲル１３２は、粘度が比較的低い、透明な２成分（例えば基剤及び架橋剤を含む）シリコーンゲルとすることができる。例示的な実施態様では、シリコーンゲル１３２を、例えば熱又は別の加速プロセスを用いてチャンバー１３０内で硬化させることができる。別の実施態様では、シリコーンゲル１３２を、チャンバー１３０内に挿入する前に硬化させることができる。シリコーンゲル１３２はまた、ピンアセンブリ２００の一部がＯリング１３４／１３６を越えてチャンバー１３０から出るように摺動するときにピンアセンブリ２００の表面から分離するという点で、自己回復性であることもできる。シリコーンゲル１３２は、ピンアセンブリ２００の一部がＯリング１３４／１３６を越えてチャンバー１３０内に戻るように摺動する際に、ピンアセンブリ２００の表面に再付着することができる。

チャンバー１３０内のシリコーンゲル１３２を、非導電性先端部２０２に沿ったバス１０６／ルーバーコンタクト１１０とピンアセンブリ２００との間の絶縁媒体として使用することができる。シリコーンゲル１３２は、電圧が、非導電性先端部２０２の表面を横切って（例えば、図１に示す距離Ｄにわたる）アーク放電を発生させるのを阻止することができる。さらに、シリコーンゲル１３２により、導電性ピン２０４及び非導電性先端部２０２は、交互にバス１０６／ルーバーコンタクト１１０と接触するように、ボア１０８に出入りするように移動することができる。

導電性ピン２０４がバス１０６／ルーバーコンタクト１１０と接触すると、導電性ハウジング１１２における高電圧とコネクタ１０２における電圧が同じ（例えば、図２に示すように交流「Ｘ」ボルト）であるように、コネクタアセンブリ１０を、閉鎖状態にすることができる。非導電性先端部２０２がバス１０６／ルーバーコンタクト１１０と接触すると、非導電性先端部２０２及びシリコーンゲルは、導電性ピン２０４及び／又は導電性ハウジング１１２に対するアーク放電をなくすように、バス１０６から導電性ピン２０４を分離することができる。したがって、コネクタアセンブリ１０が開放すると、導電性ハウジング１１２における高電圧（例えば、図１に示すように、交流「Ｘ」ボルト）を、コネクタ１０２（例えば、図１に示すように交流０ボルト）に伝達しないようにすることができる。２５０００アンペアインターフェースに対する例示的な構成では、誘電絶縁体としてのシリコーンゲル１３２の使用により、ピンアセンブリ２００が開放位置にあるとき、導電性ピン２０４とバス１０６との間で相対的に小さい距離Ｄ（図１）の使用が可能になる。例えば、距離Ｄは、概して、３インチ未満、より詳細には約２インチとすることができる。対照的に、同様の条件下で絶縁媒体として空気を使用するために必要な距離は、１０インチを超える。

本明細書に記載する実施態様によれば、第１のボアを有する導電性バスを含むブッシング部（例えば、ブッシング部１０４）を準備し、第２のボアを有する導電性ハウジング（例えば、導電性ハウジング１１２）を準備することにより、コネクタアセンブリ１０を組み立てることができる。第１のボア及び第２のボアにピンアセンブリ（例えば、ピンアセンブリ２００）を挿入することができる。ピンアセンブリは、非導電性先端部に固定された導電性ピンを備えることができ、それにより、第１のボア及び第２のボア内で、導電性バスと導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供する閉鎖位置と、導電性バスと導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供しない（例えば、導電性バスから導電性ハウジングを絶縁する）開放位置との間で軸方向に移動することができる。第１のボア及び第２のボアを軸方向に位置合せし、かつピンアセンブリの一部の周囲に内部チャンバー（例えば、内部チャンバー１３０）を、内部チャンバーが第１のボアと第２のボアとを分離するよう形成するように、ブッシング部及び導電性ハウジングを接合することができる。ピンアセンブリが開放位置にあるときの非導電性先端部の表面を横切る電圧アーク放電の可能性を阻止するか又は実質的に低減するように、内部チャンバー内に、ポートを介してゼラチン状シリコーン材料（例えば、シリコーンゲル１３２）を挿入することができる。

本明細書に記載する実施態様は、装置本体及びピンアセンブリを備える高電圧コネクタ装置を提供する。コネクタ装置は、第１のボアを有する導電性バスを備えるブッシング部と、第１のボアと軸方向に位置合せされる第２のボアを有する導電性ハウジングと、第１のボアと第２のボアとを分離する内部チャンバーと、内部チャンバー内に封入されたゼラチン状シリコーン材料とを備えることができる。ピンアセンブリは、非導電性先端部と非導電性先端部に固定された導電性ピンとを備えることができる。ピンアセンブリを、第１のボア及び第２のボア内で、閉鎖位置（例えば、導電性バスと導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供する）と開放位置（例えば、導電性バスと導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供しない）との間で、軸方向に移動するように構成することができる。ゼラチン状シリコーン材料は、ピンアセンブリが開放位置にあるときの非導電性先端部の表面を横切る電圧アーク放電を阻止する。

例示的な実施態様の上述した説明は、例示及び説明を提供し、網羅的であるようにも、本明細書に記載する実施形態を開示される厳密な形態に限定するようにも意図されていない。上記教示に鑑みて変更及び変形が可能であり、又は変更及び変形を、実施形態の実施から得ることができる。例えば、本明細書に記載した実施態様を、中電圧機器又は低電圧機器等、他の装置とともに使用することもできる。

本発明を詳細に上述したが、当業者には、本発明の趣旨から逸脱することなく本発明を変更することができることが明らかとなることは明示的に理解される。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、形式、設計又は配置の様々な変更を行うことができる。したがって、上述した説明は、限定するものではなく例示的なものとしてみなされるべきであり、本発明の真の範囲は、以下の特許請求の範囲において定義される範囲である。

本明細書の説明で使用するいかなる要素、行為又は指示も、明示的に記載されていない限り、本発明に対して不可欠又は本質的であるものと解釈されるべきではない。また、本明細書で使用する数量を限定しない語（the article "a"）は、１つ又は複数のものを含むように意図されている。さらに、「〜に基づく」という句は、別段明示的に述べられていない限り、「〜に少なくとも部分的に基づく」を意味するように意図されている。

Claims (12)

1. 装置本体であって、
   第１のボアを有する導電性バスを備えるブッシング部と、
   前記第１のボアと軸方向に位置合せされる第２のボアを有する導電性ハウジングと、
   前記第１のボアと前記第２のボアとを分離する内部チャンバーと、
   前記内部チャンバー内に封入されたゼラチン状シリコーン材料と、
   を備える装置本体と、
   ピンアセンブリであって、
   非導電性先端部と、
   前記非導電性先端部に固定された導電性ピンと、
   を備え、前記第１のボア及び前記第２のボア内で、前記導電性バスと前記導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供する閉鎖位置と、前記導電性バスと前記導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供しない開放位置との間で、軸方向に移動するように構成されたピンアセンブリと、
   を備え、
   前記ゼラチン状シリコーン材料は、前記ピンアセンブリが前記開放位置にあるときの前記非導電性先端部の表面を横切る電圧アーク放電を阻止する、コネクタ装置。
2. 請求項１に記載のコネクタ装置であって、該コネクタ装置は、５キロボルト（ｋＶ）を超える公称システム電圧で動作するように構成され、前記ピンアセンブリが前記開放位置にあるときの前記導電性ピンと前記バスとの間の距離は３インチ未満である、請求項１に記載のコネクタ装置。
3. 前記ブッシング部は、前記第１のボアと前記ピンアセンブリとの間に配置された第１のＯリングを更に備え、前記導電性ハウジングは、前記第２のボアと前記ピンアセンブリとの間に配置された第２のＯリングを更に備える、請求項１又は２に記載のコネクタ装置。
4. 前記ゼラチン状シリコーン材料は、前記ピンアセンブリの一部が前記内部チャンバー内に前記第１のＯリング又は前記第２のＯリングのいずれかを越えて摺動すると、前記ピンアセンブリの表面に再付着するように構成されている、請求項３に記載のコネクタ装置。
5. 前記装置本体は、
   前記ピンアセンブリが前記閉鎖位置にあるときに前記導電性ピンと前記バスとの間に電気的接触を提供する、前記第１のボアの一部に沿ったルーバーコンタクトの第１の組と、
   前記導電性ピンと前記導電性ハウジングとの間に電気的接触を提供する、前記第２のボアの一部に沿ったルーバーコンタクトの第２の組と、
   を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコネクタ装置。
6. 前記内部チャンバー内にゼラチン状シリコーン材料を収容し、前記ルーバーコンタクトの第１の組により前記第１のボアの前記一部を分離するように更に構成されている、請求項５に記載のコネクタ装置。
7. 前記ピンアセンブリは、
   前記非導電性先端部の第１の軸方向チャネルと、
   前記導電性ピンの第２の軸方向チャネルと、
   を更に備え、前記第１の軸方向チャネル及び前記第２の軸方向チャネルは、前記ピンアセンブリが前記第１のボア内に前進する間、空気が前記第１のボアから漏れ出るのを可能にするように位置合せされる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコネクタ装置。
8. 前記チャンバーが形成された後、かつ前記ピンアセンブリが前記チャンバー、前記第１のボア及び前記第２のボア内に配置された後、前記内部チャンバー内に前記ゼラチン状シリコーン材料を追加する挿入ポートを更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコネクタ装置。
9. 第１の接触子を備えるブッシングと、
   第２の接触子を備えるハウジングであって、前記第１の接触子と前記第２の接触子との間の高電圧回路が、前記第１の接触子及び前記第２の接触子と選択的に係合する導電性部材アセンブリを介して開閉するように構成されている、ハウジングと、
   前記第１の導電性部分と前記第２の導電性部分とを分離する内部チャンバーと、
   前記内部チャンバー内に封入されたゼラチン状シリコーン材料であって、前記内部チャンバー内の前記導電性部材の移動を可能にし、かつ前記回路が開放したときに前記第１の接触子と前記第２の接触子又は前記導電性部材のいずれかとの間に誘電バリアを提供するように構成されたゼラチン状シリコーン材料と、
   を備えるコネクタ装置本体。
10. 前記内部チャンバーが水密筐体として構成されている、請求項９に記載のコネクタ装置本体。
11. 前記内部チャンバーが形成された後、該内部チャンバー内に前記ゼラチン状シリコーン材料を追加する挿入ポートを更に具備する、請求項９又は１０に記載のコネクタ装置本体。
12. コネクタ装置を組み立てる方法であって、
    第１のボアを有する導電性バスを備えるブッシング部を準備することと、
    第２のボアを有する導電性ハウジングを準備することと、
    前記第１のボア及び前記第２のボアにピンアセンブリを挿入することであって、該ピンアセンブリは、非導電性先端部に固定された導電性ピンを備え、前記ピンアセンブリは、前記第１のボア及び前記第２のボア内で、前記導電性バスと前記導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供する閉鎖位置と、前記導電性バスと前記導電性ハウジングとの間に電気的接続を提供しない開放位置との間で、軸方向に移動するように構成されることと、
    前記ブッシング部と前記導電性ハウジングとを接合することであって、前記第１のボア及び前記第２のボアを軸方向に位置合せするとともに、前記ピンアセンブリの一部の周囲に内部チャンバーを形成し、前記内部チャンバーは前記第１のボアと前記第２のボアとを分離することと、
    ポートを介して前記内部チャンバー内に、該内部チャンバー内にゼラチン状シリコーン材料を挿入することであって、該ゼラチン状シリコーン材料が、前記ピンアセンブリが前記開放位置にあるときの前記非導電性先端部の表面を横切る電圧アーク放電を阻止することと、
    を含む、コネクタ装置を組み立てる方法。