【発明の詳細な説明】
金属容器閉鎖形開閉設備
この発明は無線監視装置を備えた金属容器閉鎖形開閉設備に関する。
ドイツ実用新案第９４２０１９９号明細書により、金属容器閉鎖形高圧開閉設
備においてそのガス空間の１つにセンサとして表面波素子（ＯＦＷ）が配置され
ているものが公知である。この表面波素子は、閉鎖容器に含まれている消弧ガス
にアークが作用したとき発生するガス成分を検出するために、或いは圧力波を検
出するために利用される。その場合、閉鎖容器の外側にアンテナが配置され、こ
のアンテナが評価装置との無線による情報伝送のために用いられる。
シーメンス・ツァイトシュリフト、研究開発特集号、１９９４年春季版の論文
「技術革新のための音響表面波技術」により、原理的に、表面波センサの高電圧
技術における適用が公知である。この場合既に、表面波センサを容器内に、セン
サのアンテナを外部に固定することも提示されている。
その後公開されたドイツ特許第１９５１４３４２号明細書には表面波センサを
高電圧ケーブルにおいて使用することが記載されている。このセンサのアンテナ
はその場合開口においてケーブルの内部導体及び外部導体に配置されている。
この発明の課題は、閉鎖形開閉設備或いは管形導体における情報伝送のための
送受信素子の配置構成に対する簡単な解決法を提示することにある。
この課題は、この発明によれば、金属容器閉鎖形開閉設備或いは管形導体にお
いて、金属容器の内部に配置されアンテナを有する少なくとも１つのセンサを備
え、これらのセンサと無線で情報交換するための送受信アンテナが設けられ、こ
の送受信アンテナが金属容器における開口に配置され、容器の内部空間を指向し
ていることにより解決される。この解決法は特に簡単で、新設及び既設の設備に
問題なく組み込むことができる。この送受信アンテナの設置は付加的な手段なし
で行われる。開閉設備の内部空間は、その場合、無線情報伝送のための伝送空間
として用いられる。容器内部の故障線或いは導線と高電圧或いは中電圧導体との
間の電磁的影響は回避されている。容器の電磁遮蔽作用により情報伝送に対する
擾乱性の外部からの影響は回避されている。さらに、この電磁遮蔽作用により容
器外部の機器に対する擾乱性放射も僅少に保たれる。
設けられる開口は閉塞要素を備えるのがよく、それにより容易な接近性が得ら
れる。その場合、閉塞要素は特に蓋、フランジ或いは支持碍子として形成されて
いる。それ故、標準として存在する開口、例えば点検孔、手穴或いは覗き窓を送
受信アンテナを設置するために使用することもできる。
閉塞要素は特に送受信アンテナと１つの構造ユニットを形成するのがよい。こ
れにより送受信アンテナは、いわば開閉設備の全体を構成する構造部品となり、
これによりその取付けが非常に簡単である。
送受信アンテナは容器の外部で開口に取り付けることができる。それにより送
受信アンテナヘ外部から、容器を開放する必要なく、接近することが可能となる
。これにより容器の気密性も同様に変わらない。
その場合、開口は送受信アンテナの範囲において容器の内部空間側に向いた面
に誘電体物質を備えるのが好ましい。これにより両アンテナの間に良好な、確実
なそして異常のないデータ伝送が行われ、無線情報伝送がほとんど影響を受けな
い。
その場合、この物質としては石英ガラス、合成樹脂又はその他の、高周波を通
す電気的絶縁物質が有利である。これによりアンテナの間の良好な無線伝送が助
長される。他の伝送方式に対してはそれに見合った好ましい材料（例えば光伝送
に対してはガラス）が選ばれる。
これとは異なり送受信アンテナは容器の内部側においても開口に取り付けるこ
とができる。これにより容器の内部空間における特に良好なかつ損失のない放射
が得られる。この場合、開口には送受信アンテナに対してエネルギーを供給する
ための貫通手段を設けるのがよい。特にこの貫通手段は、その場合、開口の閉塞
要素或いは密封要素に組み込まれているのがよい。それにより容器における付加
的な取付け手段或いは変更を必要としない。
送受信アンテナはスロットアンテナとして形成するのが有利である。このよう
な構成は、その幾何学的形状が整合され得るので、特に金属容器に組み込むのに
適している。その場合、容器の内部空間に取付けられることがなくても、容器内
部への高周波の良好な結合が得られるということを前提としている。
その場合、スロットの形成のためには開口自体或いは結合位置が利用される。
その場合、フランジの縁部における接続位置をスロットアンテナとして形成する
ことが例えば可能である。このようにして送信波の非常に良好な結合が得られる
。また簡単に容器にフライス加工されたスロットをアンテナとして機能させるこ
とができる。これは既存の設備においてでも可能である。スロットは次いで適当
な密封部材で満たされ、容器の気密性が得られる。
アンテナの他の構成、例えば球状、棒状或いはダイポールアンテナも可能であ
ることは明らかである。この場合、最適な送受信条件は中電圧及び高電圧設備に
おいて与えられている電気的条件を考慮して得るのが重要である。アンテナはま
た送信及び受信装置に対して分割して構成することもできる。
特に、送受信アンテナは、場合によっては送受信装置を中間接続して、制御及
び／又は監視装置に接続され、開閉設備の良好な監視及びより確実な運転が得ら
れるようにするのがよい。
開閉設備を管形導体として構成した場合にはもう１つの開口に設けたもう１つ
の送受信アンテナを内部空間に指向させ、両アンテナの間で情報伝送が行われる
ようにすることも考えられる。容器の内部空間は、その場合、区画された伝送空
間として作用する。
管形導体は、その場合、隔壁で区画し、その隔壁の少なくとも１つがアンテナ
の間に配置されるようにすることができる。このようにして、さらに異なるデー
タ接続線を敷設する必要なく、保護されたデータ伝送が長距離にわたって可能で
ある。センサによるデータ交換が付加的に可能である。
センサは特に表面波センサ（ＯＦＷ）として構成するのがよい。これにより、
受動或いは能動変形例が可能である、コスト的に有利なかつ技術的に簡単な解決
法が提供される。表面波センサは、さらに、その構造が小さいという点で優れて
おり、これにより問題なく容器の内部に、例え高電圧の条件下においても、納め
ることができる。
送受信アンテナとセンサのアンテナとの間の情報伝送は超音波、赤外線伝送に
より、或いは特に高周波伝送により行うことができる。送受信アンテナは容器の
開口の支持碍子に或いはその中に配置することができ、それにより空間的に好ま
しい収納が得られる。
以下にこの発明の実施例、さらなる利点及び詳細を図面を参照して詳細に説明
する。図面において、
図１はセンサを備えた開閉設備を縦断面で示す。
図２乃至６は送受信アンテナの詳細構造を示す。
先ず、一般的に、監視装置を備え、高周波により情報伝送が行われる開閉設備
を説明する。この監視装置は開閉設備内部の他の機能に対しても、例えば開閉位
置をセンサなしでレーダーの原理に従って検出するために、付加的な制御責務に
対して或いは純粋に情報伝送のために使用可能であることは自ずから明らかであ
る。
図１は、例えば前記のドイツ実用新案第９４２０１９９号明細書による従来の
技術から公知の閉鎖形、ガス絶縁開閉設備１を示す。この開閉設備１は高電圧或
いは中電圧に適している。なお、ここで開閉設備とは、開閉要素のない閉鎖形の
管形導体も含まれるものとする。
開閉設備１の一部のこの縦断面において開閉機器３、特に断路器或いは遮断装
置を備えた部分が示されている。容器５の真ん中に母線６が電気導体として貫通
している。開閉機器３の詳細及びその機能については前記のドイツ実用新案を参
照する。
開閉設備１の容器５の内部空間４にはセンサとして種々の責務に対する表面波
センサ（ＯＦＷ）が、例えば温度検出用としてＯＦＷ７ａ、電流検出用としてＯ
ＦＷ７ｂ、ガス識別用としてＯＦＷ７ｃ及び位置識別用としてＯＦＷ７ｄが配置
されている。その他の機能及び責務に対して、例えば光検出、圧力測定等に対し
てさらなＯＦＷを設けることも考えられる。
各ＯＦＷは受信及び送信手段として情報伝送、特に照会用の少なくとも１つの
アンテナ９を備えている。情報伝送は、その場合、ＯＦＷ７ａ乃至７ｄから全て
のＯＦＷ７ａ乃至７ｄに対して共通な、以下アンテナ要素１１として示す中央の
送受信アンテナに対して行われる。
なおここで、アンテナ、送受信アンテナ、アンテナ要素或いは受信及び送信手
段とは、電磁波或いは光波の放射及び／又は受信を可能とするいずれの放射及び
受信素子、例えば無線アンテナ、超音波或いは光学的送受信素子（例えば、赤外
線素子）を意味し、さらに送受信方向の分割も含まれる。図１の構成は例えば無
線による情報伝送に関係する。
アンテナ要素１１は、適切な線１３、例えば同軸ケーブルを介して、場合によ
っては整合素子を中間に接続して、制御及び監視装置（以下監視装置１５とする
）に接続されている。この監視装置は送受信部１７と、その他の図示されてない
信号評価装置を備えている。その際、場合によっては記憶装置を備えたプロセッ
サーも含まれる。
送受信部１７或いは少なくともその部分は、原理的には、アンテナ要素１１に
おいて分散配置し、監視装置１５とアンテナ要素１１との間にはただ出力の少な
いデータ交換のみが行われるようにすることもできる。送信出力はその場合分散
的に作られる。
アンテナ要素１１は分散装置と線により結合されているか、或いは無線で直接
バス１９と接続されていることも考えられ得る。送受信部１７及び接続されたア
ンテナ要素１１を備えた監視装置１５は、この発明において、送受信装置或いは
トランシーバーとも称される。
監視装置１５は、例えば開閉設備における中央処理装置、或いはまた、他のデ
ータ接続、例えばバス１９を介して上位のコントロールセンター２１にデータ技
術的に接続されている分岐された或いは機器に関連した装置とすることができる
。このコントロールセンター２１は、また適切なインターフェイス２２を介して
上位の系統管理センターに接続されているローカルコントロールセンターとする
ことができる。
少なくともこのコントロールセンター２１は、開閉設備１の運転のために適切
な操作及び表示手段、例えばキーボードやスクリーンを備えていることは明らか
である。適切な、詳細に示されていないインターフェイスを介してポータブル機
器、例えばポータブルコンピュータ或いはラップトップが操作のために或いはそ
の他の入力及び出力のために、図１に示されるシステムの種々の位置に、例えば
バス１９に或いは監視装置１５に接続可能である。
図示されたデータ接続は任意に、例えば線を伴う接続、特に導線接続或いは光
導体接続として、或いは線を伴わない接続、例えば無線、音響或いは光学接続と
して構成することができる。
この実施例ではアンテナ要素１１は容器５の内部において開口に配置されてい
る。この開口は、その場合、閉塞要素２５、例えば蓋及び押圧リング２７で閉塞
されているフランジ２３により形成されている。勿論、この場合、図示されてい
ないが、従来の技術のようにフランジ接続に対するネジ結合を備えることもでき
る。
アンテナ要素１１は、それ故、容器５の内部にあり、それによりＯＦＷ７ａ乃
至７ｄまで問題のない情報伝送のための最善の条件が与えられている。アンテナ
要素１１はいわば短い管部の範囲内にあって、内部空間４には突き出ていないの
で、この場合電気的或いは電界技術上の問題は回避されている。さらに、アンテ
ナ要素１１はもともと容器５から外すことのできる構造部品とで１つの構造単位
を形成しているので、容易に接近可能であり、或いはまた後から装備することも
できる。
ＯＦＷ７ａ乃至７ｄは、その場合、一部は容器５に、一部は母線６に、開閉機
器３の可動部分に、或いはまた第一の支持碍子２８に或いはその背後に、場合に
よっては隔絶されたガス空間に配置されている。場合によっては異なる機能のた
めの複数のセンサを１つの場所に集合して配置し、それらに共通のアンテナを備
えることもできる。また１つのセンサが複数の機能を持つことも可能である。好
ましくは、センサはチェックカードの方式及び大きさに形成し、カードの主要部
分がアンテナを形成するようにすることができる。
全体の監視の機能に対して重要なことは、容器５の内部において確実な無線或
いはデータ接続が成立していることである。このためには支持碍子２８は誘電体
物質から作られ、それによりアンテナ要素１１と支持碍子２８の背後にあるＯＦ
Ｗ７ｃとの間の高周波伝送が損なわれない。他の伝送方式の場合には支持碍子の
材料はそれに応じて（例えば、光伝送の場合にはガラス）選ばれる。
フランジ２３或いは結合のために必要な開口は、例えば既存の点検孔、ガス充
填管、注型樹脂充填孔、覗き窓或いはまた端部フランジの部分とすることができ
る。従って、内容的には、開閉設備のそれぞれの可能な開口としてここに例示し
た実施例は、例えば図示の端部フランジ２９に対しても適用可能である。また特
別に設けられた開口も使用することができる。
アンテナ要素１１は容器５の外部に配置し、誘電体の窓を介して内部空間４に
放射することも考えられる。このためには例えば開口として２つの容器部分の結
合フランジの範囲の充填管が適しており、その際アンテナ要素は場合によっては
棒形アンテナとして形成され開口に埋め込まれる。
もう１つの図示されてないアンテナをその付属する制御装置と共に他方の支持
碍子３９の背後のガス空間に配置する場合には、容器５の内部空間４を伝送空間
として使用することも可能である。その場合、保護されたデータ伝送が長い距離
にわたって可能である。この構成は特に管形導体において有利に使用可能である
。同時的なセンサ照会との組み合わせが考えられ得る。
以下に図１における詳細部Ａの具体的構成例を詳しく説明する。
図２は図１の構成に応じて詳細部Ａの第一の可能な構成例を示す。その場合、
アンテナ要素１１は閉塞要素２５の、容器５の内部空間４に向いた側の面に配置
されている。閉塞要素２５の材料はその場合金属或いはまた非金属とすることが
できる。
アンテナ要素１１は例えば間隔片により所定の間隔で閉塞要素２５に固定され
るか、図示のように、直接閉塞要素２５に配置される。直接の、場合によっては
絶縁されて配置される場合には取付けは例えば接着剤によることが考えられる。
閉塞要素２５を非導電性物質で形成する場合にはアンテナ要素１１は蒸着によ
り或いは直接閉塞要素２５と共に銅張りの仕様により被着することも考えられる
。その場合、例えば閉塞要素２５の外側に向いた面は同様に金属化し、外に向か
っての遮蔽効果が生ずるようにすることができる。
線１３は電気的にアンテナ要素１１と接続され、このために閉塞要素２５は適
切な貫通手段３１、特に高周波貫通部を備えている。この貫通手段３１は場合に
よってはフランジ２３の縁部範囲に設け、線１３を側面側から導出或いは側面側
でアンテナ要素１１に接続するようにすることもできる。この場合また、送信及
び受信エネルギーをカップラーにより線１３からアンテナ要素１１に誘導的に伝
達することも考えられる。
内容的には、アンテナ要素１１を閉塞要素２５の中に或いはその外側面に配置
することも勿論可能である。第一の場合にはアンテナ要素１１は場合によっては
閉塞要素２５に埋め込まれているか、サンドイッチ構造の場合、閉塞要素２５に
嵌め込まれている。アンテナ要素１１を外部に取り付けるのは、内部に取り付け
るのと同様に行われる。その場合、気密貫通部が必要とされないという利点があ
る。
しかしながら、この実施例に対して重要なことは、少なくともアンテナ要素１
１と内部空間４との間の閉塞要素２５の部分が、送信及び受信出力を妨げられる
ことなく通過させる誘電体物質から作られていることである。このための好適な
材料は例えば石英ガラス或いは合成樹脂である。
図示の実施例においては今までアンテナ要素１１形状についてはなお言及して
いなかった。このアンテナ要素は、今まで説明された実施例において、例えば単
純なダイポールとして、直線的或いは湾曲された構成、例えば棒状アンテナとし
て、或いはその他の適切な形状に従来の技術に従って構成することができる。
図３は送受信アンテナ１１ａが球状アンテナとして形成されている、例えば半
球が適用されている構成を示す。この実施例は、電界強度の上昇が回避されるの
で、電界強度分布に関して特に好ましい。従って、フラッシオーバー或いはその
他の異常が回避されている。図示の球状アンテナは、また活性的でもあるアンテ
ナ整合素子１４を中間に接続して同軸ケーブル１３ａに接続されている。
送受信アンテナの構成のもう１つの可能性はスロットアンテナとしての構成で
ある。一般にスロット放射器においては導電面にある切り欠き、特にスロットが
アンテナとして用いられる。特にスロットはλ／２の長さを持つのがよい。スロ
ットアンテナの詳細は、例えばハラルト・シュムニイ(Harald Schmny) 著の専門
書「信号伝送」、フィーヴェーク出版、２７６頁以下に記載されている。このよ
うなスロット放射器は開閉設備において多種多様な様式及び方法で実現される。
図４及び図５は、それぞれスロット３３が作られている容器５の壁の一部の縦
断面及び平面を示す。このスロットは例えばフライス加工することができる。ス
ロット３３は、その場合、それ自体容器５に配置された開口を形成する。これに
よって形成されたアンテナ要素１１ｂはそれ故容器５の全体を構成する要素であ
る。
スロット３３は、放射される波長λ／２の偶数倍の長さをもつのが有利である
。線１３の接続は、その場合、図５に基本的に同軸導体と共に示されるように、
スロット３３の両長手側面で行われる。
スロット３３は、その場合、任意の形状、例えば長形、アーチ形或いは円形、
特に前述の専門書に記載されているような形状とすることができる。このような
スロットアンテナは開閉設備１の容器５の中に良好に納めることができる。この
スロットアンテナは例えばまた既に上述した開口の閉塞要素の中に組み込むこと
もできる。スロット３３は気密封止部材で充填され、同時に電磁波の放射及び受
信を妨害しないようにせねばならないことは自明である。
最も簡単な場合には、スロット放射器はもともと容器５内に存在するスロット
により形成することが考えられる。このために適切なスロットは例えば接続位置
、例えばねじ結合部或いはフランジに生ずる。図１ではこのために例えばフラン
ジ２３と閉塞要素２５或いは押圧リング２７との間に生ずるスロットが適してい
る。場合によってはこのような接続位置になおスロットの幅を設定する間隔片及
び場合によっては開放された金属リングとして形成されスロットの長さを設定す
る中間素子が設けられねばならない。
アンテナ要素を取り付けるその他の適切な位置は、例えば２つの管部分を互い
に接続する接続フランジ３５（図１）である。この場合スロットとして用いられ
る開口は、両フランジ端部３７の間にあり、支持碍子３９で充填されている。場
合によってはそこに通常存在する注形樹脂の充填孔を使用することもできる。
開閉設備１の支持碍子自体は送受信アンテナを納めるための別の可能性を提供
している。図６は開閉設備１の容器５をもう１つの支持碍子３９ａの範囲で切断
した断面を示す。この支持碍子３９ａは容器５において両フランジ端部３７の間
の開口の範囲に配置されている。アンテナ要素１１は支持碍子３９ａの内部に配
置されている。線１３はフランジ３７端部の範囲において引き出されている。
アンテナ要素１１は、その場合、任意の適切な形状、例えばダイポール形とす
ることができる。特にこのアンテナ要素１１は、容器５の壁の縁部範囲において
フランジ端部３７により形成された開口に位置し、それにより容器５と内部導体
６との間において電界、特に電界分布の電磁的障害が回避されるようにするのが
よい。この範囲において支持碍子３９ａはまた特に薄く作られているので、場合
によっては存在する支持碍子物質の減衰作用も僅少に保たれている。アンテナ要
素１１は、勿論、支持碍子３９ａの外側面にも既に上述した方式で配置すること
ができる。
この発明思想の上記の個々の特徴及び構成は、この思想の基本的考え方の範囲
を逸脱することなく、専門家の行為の範囲内として、互いに或いはまた従来の技
術の特徴と組み合わせることができることは明らかである。この発明の思想に対
して本質的なことは、開閉設備の内部空間が情報伝送に使用されるということで
ある。
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フロントページの続き
(72)発明者 ブルスト、ウォルフ―エックハルト
ドイツ連邦共和国 デー―81739 ミュン
ヘン ヘルマン―ピュンダー―シュトラー
セ 15
(72)発明者 マゴリ、ファレンティン
ドイツ連邦共和国 デー―81539 ミュン
ヘン リンブルクシュトラーセ 17
(72)発明者 オスターターク、トーマス
ドイツ連邦共和国 デー―85464 フィン
ジング ザンクト―クヴィリン―ヴェーク
２
(72)発明者 ラインドル、レオンハルト
ドイツ連邦共和国 デー―83071 シュテ
ファンスキルヒェン エトリンガーシュト
ラーセ 74
(72)発明者 ショル、ゲルト
ドイツ連邦共和国 デー―80636 ミュン
ヘン ノイシュテッター シュトラーセ
３
(72)発明者 スクツェスニ、オリファー
ドイツ連邦共和国 デー―85609 アシュ
ハイム プラターネンヴェーク ７
(72)発明者 ローレンツ、ディーター
ドイツ連邦共和国 デー―12207 ベルリ
ン ゲルトナーシュトラーセ １ベー