JP2000514191A - 電界と電圧とを容量的に検出する方法、装置およびセンサと、それらの利用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電界によって囲まれた高電圧部分２２の電圧を測定する測定装置１０は容量型センサ１１と信号変換器１３とを含む。センサはシールド電極によって囲まれた内側電極１２を含む。制御可能な基準電位に接続されたシールド電極において、測定の間高電圧部分２２に向って指向される開口１６が設けられている。前記シールド電極の開口を通して進入している電極の指向された部分を検出することにより高電圧部分２２の電圧が絶縁距離をおいて測定される。

Description

【発明の詳細な説明】 電界と電圧とを容量的に検出する方法、装置およびセンサと、それらの利用 技術分野 本発明は電界の変動を検出する容量的センサに関する。本発明は、また高圧の 導体からある距離をおいた電圧を検出するためにそのようなセンサを含む測定装 置とそのような測定を行なう方法とに関する。前記測定装置によって検出される その他の量には過渡電圧とイオン放電がある。前記測定装置は特に一相以上の相 からなり、電力の送電あるいは配電を制御するための、あるいは消費電力を記録 する基準としての配電網における電圧の測定を行なうのに適合している。 背景技術 距離をおいた高圧線の電圧を測定する必要性があることがよくある。この必要 性は、例えば数個の導体を用いて電力を配電し、特にそれらの導体の一本の電圧 を検出する必要がある場合に発生する可能性がある。そのような電圧測定値は配 電線での電圧低下の管理あるいは限界値が過度にならないように調整するために 使用される。また、測定された電圧に基づいて電力の通過を計算する問題もある 。双方の場合において、柔軟性があり、配電網における多数の測定点を高密度化 することを経済的に可能にする、単純で安価な測定装置に対する需要は大きい。 現在利用可能な検出器や測定装置は高価につき、かつ複雑な装置であって、例 えば電圧変換器のような高圧線と接触させる必要があることが多い。これらの方 法では著しい投資を必要とし、従って望ましい低額投資とか柔軟性とからは大き くかけ離れていることを意味する。 欧州特許第ＥＰ−Ｂ１−０１８１０５４号から、接地と導電体との間の電位差 を測定する装置が以前から知られている。前記特許に示す装置は導電体に装着す るようにされたもので、全体的に環状である。この装置に関わる一つの制約は導 電体に対して適用する必要があることであって、そのため投資が大きいことの他 にまた作業上の煩わしさがあることである。 ピー．サルマ マルヴァーダ、アール．デイ．ダレーおよびアール．ペドノー ル（P．Sarma Maruvada，R．D．Dallaire and R．Pedneault）による、１９８３ 年３月の電力装置およびシステムに対するIEEE会報（IEEE Transactions on Pow er Apparatus and Systems）における「HVDC送電線での接地レベルと地上レベル での電力測定のためのフィールドミル計器の開発」（“Development of field-mi ll instruments for ground-level and above-ground level electric measurem ent under HVDC transmission lines”と題する論文のVol．PAS-102，No．3，73 8〜744ページには、高電圧の導体下での電界を接地レベルで測定する一般に「フ ィールドミル（回転集電器）」と称されている装置が示されている。本装置は基 本的に、例えば上面に６個の円弧形の開口を備えた円筒形の箱形の形態で、大地 電位に固定された電極と、前記箱内にあるが、箱からは電気的に絶縁されている 回転電極とを含む。回転電極は円の周りに均等に配置されたベルヌーイのレムニ スケートとして形成された６個の同一のローブから構成されている。本装置は、 本装置のための開口を備えた金属で保護されたプレートで被覆された地面に掘っ た穴に埋設することによって接地レベルと同じレベルにおいて使用することが可 能である。本装置は、また地面から突出するように位置させてもよい。 前述の論文は、また高電圧導体の下での電界の地上レベルで測定を行なう装置 を示している。本装置は、各々長さ方向で相互に絶縁された２個の半体に分割さ れている２個の金属製円筒体からなる。前記円筒体は半径が均等か、あるいは相 違させるが、長さは異なっている。前記円筒体は異なる速度で回転し、機械的な 観点からは円筒体は相互に対して反対の方向に回転するのが望ましい。 前述の装置に関わる一つの問題は双方とも外乱電界に対して繊細であることで あり、そのため測定結果を大きく乱す可能性がある。別の問題は双方とも構造が 比較的複雑であることである。 米国特許第４，３２８，４６１号から、電界を測定する装置が以前から知られ ている。本装置の役目は落雷の間の雰囲気の電気的特性を調査することである。 本装置は３種類の実施例で示されており、その基本設計は２個の半球形電極から 構成され、それらの間で測定し、測定されたデータを発生する装置が密閉されて いる。第２の実施例においては、測定電極は２個の変形した金属プレートの形態 であり、関連の測定電極が前記プレートの間に配置され、少なくとも部分的に遮 断されている。第３の実施例において、測定電極は相互に絶縁された2個の半円 筒形電極の形態であり、前記電子装置が前述のものと同じように電極の間に位置 されている。 落雷の衝撃の場合の電界を測定する周知の装置は、２個の均一なプレートがあ るため感度にある程度の方向性がある。しかしながら、望ましくなく電界を遮断 することは可能でなく、従って数個の高電圧部分の一つのみによって発生する電 界を測定すべき場合のような応用には有用ではない。 発明の要約 本発明の目的は、複数の高電圧部分から選択し、距離をおいて位置している電 力系統における高電圧部分の電圧を測定することが出来る測定装置を達成するこ とである。本測定装置は簡単な構成であるが、柔軟性があり、生産コストが低い ものである。本測定装置は望ましくない電界を遮断することが可能で、かつ高電 圧部分の電圧の大きさと周波数スペクトルとを測定するために外高圧部分に向っ て簡単な仕方で導くことが可能である。本測定装置は、また過渡電圧の存在ある いは高電圧部分のイオン放電を検出する。本発明によれば、これは電界の指向さ れた部分の変動を検出するセンサと信号変換器とを含む測定装置によって達成さ れ、前記センサと測定装置とはそれぞれ請求の範囲の独立項に記載の特徴を提供 する。本発明は、また複数の高電圧部分から選択され、電力系統において距離を おいて位置している高電圧部分の電圧を測定する方法にも関する。 高電圧導体は、該導体の電位、その変動およびその周波数の中味に関する情報 を有する電界によって囲まれている。この電界内へ導入される２個の対称形の電 極を含む容量型センサがこれらの量を検出しうる。しかしながら、一つの問題は そのような容量型センサが電界の全ての方向における変動に対して敏感であるこ とである。そのため、電界が発生させるその他の物体がそのような測定に影響を 与え、かつときには完全にそのような測定を支配してしまう可能性がある。した がって、変動の測定結果がその測定のために選択した要素に起因するものである か区別を付けることができない。電力の配電は通常隣接して延びる３個の導体に 対して実行されるので、そのようなセンサで、前記導体の１個から発生する電界 を限定することはできない。 本発明は、第１の局面によれば、電界の指向された部分における変動を検出す るようにされた２個の電極を備えた容量型センサに関する。このセンサは、また そのような電界において高電圧装置からの過渡電圧やイオン放電を検出するよう にされている。本発明によれば、電界の指向された部分は、接地あるいはその他 の制御可能な電位に接続された電極によって望ましくない電界からその他の電極 を遮断することにより検出される。この目的に対して意図しているセンサは、一 方の電極が他方の電極を優勢に囲み、接地あるいはその他の何らかの制御可能な 電位に接続して配置されている。以下遮断電極と称する、前記囲んでいる電極に おいて、以下内側電極と称する囲まれた電極に部分的に指向された量の電極がそ こを通して到達する開口が配置されている。電極のその他の指向された全ての小 部分の量は遮断電極によって効率的に阻止される。 好適実施例においては、電極はガス状の誘電体によって相互に絶縁され、電極 によって形成されるキャパシタンスは温度変動に対して敏感でなくなる。このた めセンサの形成が可能になり、そのキャパシタンスは実験室において測定され、 次に再度較正を行なう必要なくその他の環境において使用可能になる。センサは 、また変動する温度において長期に亘り使用可能で、その場合、補正を行なう必 要はない。感度を向上させたり、あるいはセンサの方向性を強化するために、内 側の電極を、相互に絶縁され、横方向と垂直方向の双方に位置させることが可能 な細分電極に分割することが出来る。 本発明の第２の局面によれば、本発明は、複数の電界発生要素を備えた電極に おける高電圧部分の絶縁距離において電圧測定を行なう、前述のようなセンサを 含む、測定装置に関する。本測定装置は、信号変換器をセンサに接続することに よって、シールド電極が接地されると、電界の方向性のある細分した量を測定可 能な測定装置が得られうるように配置されている。この測定装置は、接触するこ となく高電圧導体からある距離をおいて交番電圧を測定する、簡単で、安価で、 かつ安定した装置を構成する。本装置は広帯域装置であって、大きな周波数範囲 内で、測定すべき対象物の調和成分の発生と大きさとを簡単に測定可能である。 信号変換器はインピーダンス変換、増幅のための部材を含み、また測定信号の 濾波とデジタル変換のための部材も含みうる。信号変換器は実際のセンサから短 い距離の所に位置し、本発明の好適実施例においては、センサと一体にされてい る。変換されたアナログあるいはデジタル信号はその後、電気的あるいは光学的 媒体を介して分析器まで伝送されるか、あるいはトランスミッタあるいはレシー バを介して接触せずに伝送することが可能である。 本測定装置を電圧の測定に適用する場合、シールド電極を接地する代わりに制 御可能電位に接続することが可能で、その場合、位相の一つに位相ロッキングす ることにより、測定のより大きなダイナミックスとより高度の分解能とを得るこ とができる。本発明の別の実施例においては、内側の電極が代わりに位相ロック 回路に接続されており、その場合、望ましくない電界発生源の影響を抑制するこ とが出来る。このように、信号変換器は、また反対方向の信号に適用される導体 を含むようにされる。同様に、検出された信号の濾波を使用する場合、信号変換 器は濾波された種々の信号をマルチチャンネル分析器まで伝送するための複数の 導体を含むようにすればよい。 本発明による測定装置は、特に高電圧設備における交番電圧の測定に関連して 広範囲の用途を有する。そのような用途の一つは電力配電系統における密閉ある いは非密閉スイッチギアである。測定装置の好適な用途において、本測定装置は 交番電圧を測定するために、各位相に属する、各バスバーから絶縁された距離に おける密閉されたスイッチギアに位置される。三相系統においては、測定装置は 共通の点に位置してよく、スイッチギアの各バスバーに向って個々に指向させれ ばよい。 前記測定装置は測定する対象物と測定装置との間の距離の変動に敏感である。 しかしながら、そのような変動は長期的に見れば無視しうるようなものであるた め通常は問題とはならない。距離の変動が最小である場合、測定すべき対象物が 例えば取り付け点あるいは懸垂点に固定されているような位置に測定装置を位置 させるのが有利である。 一相のみの分配系統においては、導体の周りに複数の測定装置を位置させるこ とにより簡単な仕方で精度を増すことができる。例えば、一相のみの密閉スイッ チギアにおける好適用途においては、導体の延長部分の周りに回転方向に対称的 に４個の測定装置を位置させることにより電圧測定の精度が上げられる。測定装 置は導体から等距離に位置されるので、４個の測定装置の平均値から電圧の正確 な値が得られる。 測定すべき対象物と測定装置との間の距離の変動に対する敏感さを用いて測定 対象物の運動を検出することが可能である。高電圧導体の周りの固定位置に少な くとも３個の測定装置を位置させることにより、導体が動いたかどうか、この運 動はどの方向に行われたかを検出することが可能である。 高電圧部分までの距離を安定して測定する方法は測定装置と測定対象物とを、 中空でよい絶縁体の各側に配置させることにより達成される。このように、絶縁 体の長さを利用して非変動測定装置を構成する。測定装置は絶縁体の外側および 内側の双方に位置させればよい。好適実施例のうちに、特に送電塔における懸垂 型絶縁体や支持絶縁体を挙げることができる。 前記測定装置のさらに別の好適な用途は高電圧装置における直接電圧の測定で ある。これは、シールド電極の開口を通して入ってくる入射整流電界において簡 単な仕方で検出可能な周知の変動を創生することによって可能にされる。入射電 界のそのような変動はシールド電極を接地された導電性シールドによって安定し た周波数のシールド電極の開口を被覆することによって達成される。これは接地 された回転シャフトにプレートあるいは複数のプレートを適用することにより最 も簡単な仕方で実行可能である。囲み電極の開口をこのようにリズミカルに遮断 することにより、変動する電極が形成され、この電極から高電圧部分の直接電圧 の指向された部分の大きさを測定することができる。求めるべき大きさを測定し うる変動電界を達成する別の方法は内側電極を既知の周波数で振動するよう配置 することである。 本発明による測定装置は、また配電系統に関連して、リレー保護機能を制御し うるのに特に適当である。その場合、測定装置は少ない投資で測定点を集中させ 、従って選択性を向上させることが出来る。本測定装置は、またエネルギ消費を 記録することに関連して導体の電圧を測定するのに特に適している。この目的に 対して、測定は導体を通る種々の測定した電流と組み合わせることになり、その ため通過する電気エネルギを検出することが出来る。 図面の簡単な説明 本発明を添付図面を参照して好適実施例による実施例の説明により以下詳細に 説明する。 図１は、本発明による指向された電圧測定のための容量型センサと信号変換器 とを含む測定装置の部分的に断面で示す図、 図２は、測定装置の代替実施例の部分的に断面で示す図、 図３は、シールド電極の開口を通して進入する電界の計算した分布を示す図、 図４は、本発明による測定装置を適用した絶縁体の部分的に断面で示す図、 図５は、本発明による測定装置を各バスバーに関連させている、３本のバスバ ーを備えた密閉スイッチギアの説明図、 図６は、電圧を測定するために本発明による測定装置を取り付けている、三相 交流を伝送するための送電塔の説明図、 図７は、本発明による測定装置を備えた相の密閉スイッチギア装置の説明図、 図８は、本発明による４個の測定装置を備えた相の密閉スイッチギア装置の説 明図、 図９は、相互に絶縁した細分電極に内側電極を分割した測定装置の好適実施例 を部分的に断面で示す図、 図１０は、直接電圧を測定するために、シールド電極の開口をリズミカルに被 覆する回転翼を含む測定装置の好適実施例を部分的に断面で示す図である。 好適実施例の説明 図１は本発明による、指向された電圧を測定するための測定装置１０を示す。 前記測定装置１０は導電体２２から絶縁距離をおいて交番電圧を測定するもので ある。測定装置１０は容量型センサ１１と信号変換器１３とを含む。容量型セン サは内側電極１２と、該内側電極を囲むシールド電極１４とを有する。シールド 電極には測定の間導電体２２に向って指向される開口１６が設けられている。例 えば、２個の電極は導電性材料から作られている。しかしながら、前記電極は、 それらの限界面が導電性である限りは任意の材料からなる本体として作ればよい 。例えば、電極は例えば導電性コーテイングが付与されているプラスチック製本 体からなる周りの導電性層を除いては非導電性材料で作ってよい。 例えば、シールド電極はバケツの形状で、すなわち底から円筒形あるいは僅か に円錐形の境界が延びている。例えば、内側電極はシールド電極の開口に対して 平行な平面における平坦部分を有する。内側電極はシールド電極から絶縁されて おり、図１において矢印Ａで指示するように内側電極１２とシールド電極１４の 開口１６との間の距離が調整可能なようにシールド電極に対して調整可能に固定 されている。例えば、このことは、シールド電極を通して延び、内側電極１２が 固定されている絶縁チューブ１７によって可能にされる。 信号変換器１３はシールド電極１４の近傍に位置し、インピーダンス変換なら びに増幅のための部材を含む。信号変換器は、またtンサ１１からのアナログ信 号を濾波し、デジタル変換するための部材を含む。一次的に、信号は極めて外乱 の大きなセンサからの信号をアナログ信号に、あるいは測定された情報を伝送す るようにされたデジタルパルス列に調整するようにされている。信号変換器は接 地されたシールドを設けるか、あるいは例えばシールド１９によって囲まれた空 間に密閉するのが有利である。センサ１１と信号変換器１３は、チューブ１７内 を延び、遮蔽可能な導電体１８によって相互に接続されている。信号を評価する ために、信号変換器は、測定装置１０からある距離をおいて位置しうる分析器１ ５に接続されている。信号は電気的および光学的に、かつトランスミッタとレシ ーバとを介して接触せずに伝送することができる。 容量型センサ１１は通常は零と数千ヘルツの間である、大きな周波数帯域を有 する電界を検出することが可能である。従って、測定装置に対して広帯域の信号 変換器１３を配置するのが有利である。信号変換器に含まれたインピーダンス変 換および増幅のための部材は所謂ビデオ増幅器によって提供されることが好まし い。種々の濾波特性を有する複数のフィルタも信号変換器に配置することが出来 る。そのようなフィルタは帯域フィルタすなわち低域フィルタあるいは高域フィ ルタでよい。測定の間これらのフィルタはそれぞれ信号を送るか、あるいは順次 接続しうる。 特殊な用途に対して、シールド電極を、接地でなくて、例えば所望の測定量に 対してダイナミックスあるいは分解能を向上させるために相に対してロックしう る電位に接続するのが有利である。従って、信号変換器１３はシールド電極１４ に接続された位相ロック回路（図示せず）を含むことができる。この回路、所謂 ＰＬＬ回路（パルスロックループ）は、例えば三相系統において測定装置１０の シールド電極１４を、測定すべき位相と共に変動する電位にロックすることを可 能にする。このように、その他の位相からの影響が信号変換器１３からの出力信 号において抑制することができ、その結果測定精度を向上させる。 高電圧の導電体２２から絶縁距離をおいて交番電圧を測定するために測定装置 １０で測定している間、該測定装置１０は導電体２２に向って指向される。内側 電極が電界の誘引された部分を検出出来るようにするために、電界の所望部分は シールド電極の開口を通して落下可能である必要がある。この目的に対して、内 側電極の中心と開口の中間点を通過する想像軸は測定対象物に向って指向される 。実際の測定が開始する前に、測定装置１０はその場で較正される。較正は既知 の電圧を適用することによって実行され、そのとき測定装置による測定が実行さ れる。このように、測定装置が測定された値を調整し、既知の電圧に対応させる ことによって較正される。この作業が完了すると、実際の測定を開始すればよい 。 本発明による測定装置１０の一つの利点はその電圧を測定すべき導体と電気接 触あるいは単に接触させる必要のないことである。その代わりに、測定は導電体 ２２からの絶縁距離において実行可能なことであって、これは測定装置を、それ に接触するようになるもの全てに対して半ば保護されていることを意味する。こ のことは、また導体の直近に設備を作る必要がないこと、従って測定方法によっ て作動上の外乱が発生する必然性が無いことを意味する。測定装置は極めて単純 な設計であり、従ってきわめて製造が安価につき、また信頼性がある。測定装置 は、測定対象物の過渡電圧およびイオン放電に対して検出器、所謂ＰＤ（部分的 放電）検出器を構成するように有利に配置することが可能である。前記測定装置 は、その信頼性、広帯域設計および僅かな投資費用のため、消費された電気エネ ルギの記録のためにエネルギ測定に関連して極めて良好に適しており、かつリレ ー保護のために機能する。 図２は本発明による測定装置１０の代替実施例を示す。前述の実施例と同様に 、測定装置はセンサ１１と信号変換器１３とを含む。シールド電極１４が内側の 電極１２を囲み、開口１６を残しており、該開口は測定の間測定対象物に向って 指向されている。本実施例においては、シールド電極は球形であり、内側電極は コ ップ状で凹型の側が開口に面している。しかしながら、シールド電極は任意の形 状でよく、任意の密度にしたり、あるいは穿孔してもよい。同様に、内側電極も 任意の形状としうる。しかしながら、内側電極をその平面が開口の平面と概ね平 行として配置してもよい。センサ１１は実施例に示すものに限定されるのではな く、円形にしてもよい。開口は狭いほうが信号は弱くするが、方向性の感度は大 きくする。したがって、電界発生電源電圧の場合は、開口ならびに内側電極が電 源電圧と一致する方向に細長いセンサを設計するのが有利である。 図３は接地接続のシールド電極を通して内側電極１２内へ進入した電界の分布 の計算を示す。図３は、図ではコップ状である内側電極の縁部の近傍における電 極の一部のみを示している。実験によって立証されている前記計算では、最初に 前記開口を通して進入する電界の部分は開口に対して直角に対して平行な方向を 有することを示す。更に、シールド電極内では、電極線はシールド電極の内側に 向って分出し、最終的に内側電極１２によって吸収される。内側電極１２はその 凹面がシールド電極の開口に向って指向されている。このような形状の利点は、 シールド電極内の電界分布がさらに均一になることである。球形に湾曲したプレ ートとしてのコップ状の内側電極１２の構成によって全ての電極線がプレートに 対して垂直方向に入射するようにさせる。このことはセンサからより強力な出力 信号が得られ、同時にその遮蔽性が保持されるという更に別の利点を提供する。 図４は本発明による測定装置１０の有利な使用方法を示す。図示例においては 、測定装置は中空の絶縁体２５の端部に適用される。絶縁体は磁器製あるいはそ の他の絶縁材料製の絶縁材２６と、第１の極２７および第２の極２８とからなる 。第１の極は高電圧装置（図示せず）に接続され、一方第２の極は接地されてい る。測定装置はそのシールド電極１４を極に接続し、内側の電極１２を絶縁し、 かつシールド電極１４に調整可能に固定させて第２の極２８に対して適用されて いる。前述した使用方法により、測定対象物と測定装置との間の距離は不変とな る。これは、前記距離の変動が電圧測定の精度を落とすことから有利なことであ る。 望ましくない電界を更に遮蔽するために、絶縁体の横方向に延びた導電性の材 料で作られたプレートの形態であって、各極に接続されたスクリーン（図示なし ）を２個の極に設ける。ＳＦタイプの保護ガスを備えた中空の絶縁体の場合、 ガスによってもたらされる絶縁体内部の絶縁距離がより小さいものを利用して測 定装置１０を全体的に絶縁体内部に収容することが出来る。このようにして、電 圧測定用装置を含む絶縁体を最終製品として簡単に製作することができる。 図５は密閉体２９によって囲まれた、三相の交番電圧のためのバスバーＲ，Ｓ およびＴを備えたスイッチギアの説明図である。この図面によれば、スイッチギ アの上部分において密閉体２９に接続されて、本発明により指向された電圧測定 のために各バスバーに使用する意図の測定装置１０_R、１０_Sおよび１０_Tが配置 されている。３個の測定装置は設置と配線とを単純にするために共通の位置に合 わされており、各測定装置は各バスバーに向って指向している。しかしながら、 各測定装置はスイッチギア内の任意の位置において絶縁距離をおいて位置させれ ばよい。しかしながら、共通の位置は測定装置の感度方向の間の角度を可能最大 にしうるため有利である。このように測定装置を使用することにより、特に密閉 体内での装着時間や装着空間が節約される。 本発明による測定装置１０_R，１０_S，１０_Tを備えた送電塔の説明図が図６に 示されている。送電塔は２個の枠組み柱３０_a，３０_bによって支持された枠組み 梁３１と、該梁に配置され、各々が高電圧導体２２_R，２２_S，２２_Tを支持して いる３個の懸垂型絶縁体３２_R，３２_S，３２_Tとを含む。２枚の側面図で示す拡 大図は、高圧線２２_Rを支持している懸垂型絶縁体３２_Tの近傍で枠組み梁３１に 適用される態様を示している。高圧線のそのような懸垂点に測定装置を位置決め することは測定距離が明確にされ、風とかその他の力によって高圧線が動いた場 合にも測定距離が著しく変動しないことを意味する。測定装置は図４に示すよう に絶縁体と有利に一体化することが出来る。測定装置から送られてくる変換され た信号は電気的、光学的、そして電話の支援を得て無線で分析器まで伝送するこ とが可能である。本例による測定方法を使用し、配線網に沿って固定した複数の 測定装置からの測定値を収集することにより、有利な方法で送電あるいは配電を 検査することが出来る。 密閉体２９によって囲まれた、一相のみを備えたスイッチギアの説明図が図７ に示されている。単一のバスバー３３から交番電圧を測定するための本発明によ る測定装置１０は図５での例と同様にここでも密閉体内の任意位置で絶縁距離を おいて配置することが出来る。この適用例の一つの利点は密閉体においてその他 の電界が何ら発生しないことであって、そのため測定装置の位置決めをその他の 理由で制御する場合、それを可能にする。一相のみを備えた密閉スイッチギアに おいて本発明による測定装置を使用することは極めて簡単で、かつ費用節約型の 設置を構成する。 本発明による測定装置による電圧測定は測定装置と測定対象物との間の距離の 変動に敏感であることは既に述べた。この事実を測定対象物の運動を検討する目 的で利用することが出来る。このように、中間点の周りを確率的に運動している 測定対象物からの電圧を測定する方法が簡単に達成しうる。一方では導体の運動 を検討する方法と、他方では測定精度を向上させる方法とを可能にする測定装置 が図８に示されている。図８は、前述の図面と同様に、密閉体２９によって囲ま れた、一相のみを備えたスイッチギアの説明図を示す。中央に位置したバスバー ３３の周りに、本発明による４個の測定装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃおよび１０ ｄがスイッチギアの断面の隅に各々配置されている。各測定装置からの変換され た信号は４チャンネルの分析器（図示せず）によって分析することが好ましい。 運動を検討するために、信号は比較され、測定精度を向上させるために、信号の 平均値が形成される。 測定信号から標準タイプを幾何学的に計算することにより、バスバーの位置が 検出され、それによって、計算により正しい測定値に到達しうるように電圧の測 定値が位置の変動に対して修正される。本方法は、また測定された信号において 非対称の変動をもたらす、背景の電界の変動の測定値を検出し、修正するために 使用することも可能である。同じ対象物に対して測定を行なう複数の測定装置を 導入することにより最良の測定精度が得られる。前述の測定方法は密閉されたス イッチギアのみに適用が限定されないのみならず、自由導体や非密閉スイッチギ アに対しても適用可能である。非密閉スイッチギアにおいては、背景電界の変動 に対する測定値を修正可能であることは特に貴重である。 本発明による測定装置に含まれるセンサ１１の別の実施例が図９に示されてい る。前記センサ１１はシールド電極１４を含み、該電極１４は開口１６を備え、 第１の内側細分電極１２ａと第２の内側細分電極１２ｂとを囲んでいる。前記細 分電極は相互に対して絶縁され、各々シールド電極に調整可能に固定されている 。図示した場合では、開口１６はシールド電極に接続された導電性材料のリング ３４によって縁取られており、該リングの役目はコロナを阻止するため電界を均 等化することである。図示した例においては、内側の細分電極は大きさが均等で あって、該細分電極が合わされると完全な丸いプレートの形状を呈するように丸 いプレートの半体の形状であることが好ましい。内側の細分電極は各々、それぞ れの信号変換器（図示せず）に接続され、例１同様に測定信号は各々それぞれの 分析器、あるいは共通のマルチチャンネル分析器まで伝送される。 内側電極を細分電極に分割することにより、前述のように感度が距離に左右さ れるということを更に利用することができる。電極は同じキャパシタンスを呈す るよう調整することが好ましく、そのため、ブリッジ回路により各細分電極から の変換された信号間で比較を行なうことにより、一方では、測定対象物がセンサ の前方にあるか否か、他方では測定対象物が測定の間動いているか否かを検出す ることができる。別の望ましくない対象物から発生した電極は分析器において測 定値を比較することにより内側電極を分割して検出され、測定結果から除去する ことが出来る。本発明によれば、内側電極を任意数の細分電極に分割する。特に 、先の尖った高電圧対象物に関連して、内側電極は円の複数の均等な円弧分に形 成する。他の実施例においては、例えば前述の細長いセンサの場合は、細分電極 を並置された複数のプレートとして形成することが有利である。 本発明による測定装置の更に別の代替実施例が図１０に示されている。本実施 例は、図１、図２あるいは図３に示す例による実施例の一つに、既知の周波数を 有する内側電極において整流された電界の変形を発生する装置を補ったものから なる測定装置を示している。測定装置１０はセンサ１１と信号変換器１３とを含 む。センサは内側電極１２と該内側電極を囲み、開口１６を備えたシールド電極 １４とを含む。内側電極は絶縁チューブ１７に固定されており、該チューブは電 極がＡで指示した方向において変動しうるようにシールド電極に調整可能に固定 されている。内側電極はチューブ１７を通して引っ張られた導電体１８によって 信号変換器１３に接続されており、該信号変換器はシールド１９によって囲まれ た空間２１に配置されている。 駆動装置（図示せず）によって回転するシャフト３６が測定装置に回転可能に固 定されており、このシャフト３６に、開口１６に対して平行なデイスク３５が固 定されている。シャフト３６とデイスク３５とはシールド電極１４と同じ電位に 接続されている。シャフト３６の回転の間、例えば半円に沿って延びるデイスク ３５は既知の周波数で開口を遮蔽する。整流された電界の中、指向された部分は このように零の強度と全電界強度との間で変動し、シールド電極の開口を通して 進入する。この変動により、開口を通る整流された電極の指向された部分の大き さを測定することができる。 金属製が好ましいデイスク３５は回転の間開口を交互に被覆、従って遮蔽し、 そして開口を非遮蔽状態にするので進入する静電界が変動する。本発明はデイス クを含むものに限定されないのみならず、軸の周りで均等に分割されるのが好ま しい複数のデイスクを含むことが可能である。また、デイスクは開口１６を完全 に被覆するか、あるいはその一部のみを被覆するように形成することが可能であ る。また、デイスクはセンサ全体を遮蔽するか、あるいはその一部を遮蔽するよ うに配置しても同じ結果を得ることが出来る。 本発明は図示した実施例に限定されるのではなく、請求の範囲内において複数 の修正が可能である。このように、シールド電極は、複数の開口を含んでよく、 ある適用例においてはネットあるいは穿孔材料から構成してもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ワルフリドソン，ラルス スウェーデン国 エス―723 50 ベステ ルオース，インファンテリガタン 52 (72)発明者 ダールベルグ，ラルス，グンナル スウェーデン国 エス―722 45 ベステ ルオース，スラグブヨルンスガタン 12 (72)発明者 カルディン，ハンス―オロブ スウェーデン国 エス―723 46 ベステ ルオース，グレナドヤルガタン ９ (72)発明者 ホルムボルン，ハカン スウェーデン国 エス―771 43 ルドビ カ，ラベンデルスティゲン ４ (72)発明者 シレン，ヤン スウェーデン国 エス―771 42 ルドビ カ，モサケルスベーゲン ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 内側電極（１２）とシールド電極（１４）とからなり、電極の指向された 部分を検出する容量型センサ（１１）において、前記シールド電極（１４）が、 開口（１６）を残して前記内側電極（１２）を囲み、それによってセンサが電界 を発生させる対象物に向って指向されると、前記開口を通して進入している電界 の部分が内側電極によって検出されることを特徴とする容量型センサ。 2. 内側電極（１２）とシールド電極（１４）とがガス状誘電体によって相互 に絶縁されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のセンサ。 3. 前記内側電極（１２）がシールド電極（１４）に調整可能に固定されてい ることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のセンサ。 4. 前記内側電極（１２）が前記シールド電極（１４）の開口（１６）に対し て直角の方向に概ね垂直である概ね平面の部分を有することを特徴とする請求の 範囲第１項から第３項までのいずれか1項に記載のセンサ。 5. 前記内側電極（１２）がコップ状であることを特徴とする請求の範囲第１ 項から第４項までのいずれか１項に記載のセンサ。 6. 前記内側電極（１２）が相互に電気的に絶縁された複数の細分電極（1２ ａ，１２ｂ）を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれ か１項に記載のセンサ。 7. 電界によって囲まれた高電圧部分（２２）の電圧を測定する測定装置（１ ０）において、前記測定装置（１０）が、内側電極（１２）と、制御可能な基準 電位に接続されたシールド電極（１４）とを含む容量型センサ（１１）を含み、 前記シールド電極が外乱の電界から前記内側電極を遮蔽するようにされ、前記セ ンサは絶縁距離において前記内側電極内へ進入してくる電界の指向された部分を 検出することにより高電圧部分の電圧を測定することを特徴とする測定装置。 8. 前記シールド電極（１４）と内側電極（１２）とがガス状の誘電体によっ て相互に絶縁されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の測定装置。 9. 前記シールド電極（１４）が前記内側電極（１２）を囲み、かつ開口（１ ６）を備え、該開口を通して前記内側電極が電界の指向された部分を検出するこ とを特徴とする請求の範囲第７項または第８項に記載の測定装置。 10．前記内側電極（１２）が複数の細分電極（１２ａ，１２ｂ）を含むことを 特徴とする請求の範囲第７項から第９項までのいずれか１項に記載の測定装置。 11．前記測定装置が、前記センサの近傍で配置され、測定信号の増幅とインピ ーダンス変換を行なう部材を含む信号変換器（１３）を含むことを特徴とする請 求の範囲第７項から第１０項までのいずれか1項に記載の測定装置。 12．前記信号変換器（１３）がシールド電極（１４）および（または）内側電 極（１２）を位相ロックするための部材を含むことを特徴とする請求の範囲第１ １項に記載の測定装置。 13．前記測定装置（１０）が絶縁体の接地された部分に配置されていることを 特徴とする請求の範囲第７項から第１２項までのいずれか1項に記載の測定装置 。 14．請求の範囲第７項から第１３項までのいずれか1項に記載の測定装置（１ ０）のスイッチギアでの使用。 15．請求の範囲第７項から第１３項までのいずれか１項に記載の測定装置（１ ０）の消費エネルギを記録するために電力の配電網での使用。 16．請求の範囲第７項から第１３項までのいずれか１項に記載の測定装置（１ ０）のリレイ機能を設定するために電力の配電網での使用。 17．電界によって囲まれた高電圧部分（２２）の電圧を測定する方法において 、電界の指向された部分が少なくとも１個の容量型センサ（１１）との絶縁距離 において検出されることを特徴とする高電圧部分の電圧を測定する方法。 18．前記センサ（１１）が内側電極（１２）と、制御可能電位に接続されたシ ールド電極（１４）とを含むようにされ、前記シールド電極は高電圧部分から発 生した電界が前記内側電極によって検出されるように外乱の電極から前記内側電 極を遮蔽するようにされていることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の方 法。 19．前記シールド電極（１４）がガス状の誘電体によって前記内側電極（１２ ）から絶縁されるようにされていることを特徴とする請求の範囲第１７項または 第１８項に記載の方法。 20．前記シールド電極（１４）が、電界の指向された部分が前記内側電極によ ってそこを通して検出される開口（１６）を残して前記内側電極（１２）を囲む ようにされていることを特徴とする請求の範囲第１７項から第１９項までのいず れか１項に記載の方法。 21．位相ロックのための部材が前記センサ（１１）に接続され、前記部材によ って前記シールド電極（１４）および（または）内側電極（１２）が、外乱の電 極による影響が抑制されるように高電圧部分に対してロックされることを特徴と する請求の範囲第１７項から第２０項までのいずれか１項に記載の方法。 22．前記内側電極（１２）が複数の細分電極（１２ａ，１２ｂ）を含むように され、前記細分電極からの信号を比較することにより高電圧部分の転移によって 生じる入射電界の変動が検出されることを特徴とする請求の範囲第１７項から第 ２１項までのいずれか1項に記載の方法。 23．前記センサ（１１）が固定距離において高電圧部分（２２）に対して配置 されていることを特徴とする請求の範囲第１７項から第２２項までのいずれか１ 項に記載の方法。 24．前記センサ（１１）が指向された静電界から既知の周波数で交互に遮蔽さ れるようにされ、そのため前記センサに変動する電界が形成され、前記変動電界 から高電圧部分（２２）の直接電圧が測定されることを特徴とする請求の範囲第 １７項から第２３項までのいずれか１項に記載の方法。 25．請求の範囲第１７項から第２４項までのいずれか１項に記載の方法のスイ ッチギアでの使用。 26．請求の範囲第１７項から第２４項までのいずれか１項に記載の方法の消費 エネルギを記録するために電力配電網での使用。 27．請求の範囲第１７項から第２４項までのいずれか１項に記載の方法のリレ イ機能設定のために電力配電網での使用。