JP2008070265A

JP2008070265A - 光ｖｔ装置

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Publication number: JP2008070265A
Application number: JP2006249944A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 純一佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-14
Also published as: JP4643532B2

Abstract

【課題】電気機器の主回路電圧を計測する光ＶＴ装置の部品点数を抑制し、小型化を図る。
【解決手段】電界によって偏光して電圧計測を行うための電気光学素子２と、電気光学素子２に一方端が接続される光ケーブル４と、この電気光学素子２と離間して配置されるとともに、電気機器の主回路に接続された中心導体７と接続される電極５と、電気光学素子２と光ケーブル４および電極５を一体でモールドして形成するとともに、電気機器の第２の界面接続部８ｂに密着される第１の界面接続部３ｂを有する絶縁層３と、絶縁層３の外周に設けられた接地層６とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチギヤなどの電気機器の主回路電圧を電気光学効果（ポッケルス効果）で計測する光ＶＴ装置に関する。

スイッチギヤなどの電気機器においては、主回路の保護、計測のため、巻線型のＶＴ装置が用いられる。最近では、無誘導性、広帯域性、電気絶縁性などの利点を持つ光ＶＴ装置が用いられるようになってきた。

この種の光ＶＴ装置は、絶縁ガスを充填した主回路部と、主回路部に接続された分圧コンデンサおよび電気光学素子を有する光センサ部とから構成されているものが知られている。電気光学素子には、主回路部と分圧コンデンサとで分圧された主回路電圧が印加され、電圧計測が行われるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−８３９６１号公報（第３ページ、図１）

上記の従来の光ＶＴ装置においては、次のような問題がある。
主回路部に絶縁ガスを用いているので、絶縁ガスの絶縁耐力に応じた所定の絶縁距離の確保が必要であり、縮小化には限界が生じていた。即ち、主回路電圧を取り出すための主回路部が大型化していた。また、分圧コンデンサのような付属部品が必要であり、部品点数が増加していた。

これは、最近の趨勢である縮小化に逆行するものであり、絶縁ガスよりも絶縁距離を縮小化することができ、更に、部品点数を抑制できるものが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、部品点数を抑制し、小型化された光ＶＴ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光ＶＴ装置は、電圧計測を行うための電気光学素子と、前記電気光学素子に一方端が接続される光ケーブルと、この電気光学素子と離間して配置されるとともに、電気機器の主回路に接続される電極と、前記電気光学素子と前記光ケーブルおよび前記電極を一体でモールドして形成するとともに、前記電気機器の第２の界面接続部に密着される第１の界面接続部を有する絶縁層と、前記絶縁層の外周に設けられた接地層とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電気光学素子と主回路に接続された電極とを絶縁材料でモールドしているので、主回路側と接地側との静電容量比による制御された電界が電気光学素子に加わり、部品点数の削減ができ、絶縁材料の優れた絶縁耐力により全体形状を縮小化することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る光ＶＴ装置を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る光ＶＴ装置の構成を示す断面図である。

図１に示すように、光ＶＴ装置は、図示上部の電圧検出部１ａからなり、電圧検出部１ａには、図面下部のスイッチギヤのような電気機器の主回路に接続された主回路部１ｂが組み合わされるようになっている。

電圧検出部１ａには、ＢＧＯ結晶やＢＳＯ結晶からなる電界によって偏光する円柱状のポッケルス素子２（電気光学素子）が設けられている。ポッケルス素子２の周りには、エポキシ樹脂のような絶縁材料をモールドして形成した第１の絶縁層３が設けられている。ポッケルス素子２には、軸方向と直交する軸面に光ケーブル４の一方端が接続されており、図示しない外部の測定回路から、図中の点線で示すように光を受け、そして電界によって偏光したものを測定回路に戻すようになっている。測定回路では、光を電圧に変換し、電圧が計測されるようになっている。

ポッケルス素子２の他の軸面には、所定の絶縁距離を保って凹状の埋め込み電極５が凹部５ａを露出させて第１の絶縁層３内に埋め込まれている。第１の絶縁層３端部は半径方向に広がった第１のフランジ部３ａに形成され、その中心部に埋め込み電極５の凹部５ａが露出している。また、第１の絶縁層３端部は、テーパ状の凹状の第１の界面接続部３ｂとなっている。第１の界面接続部３ｂを除く第１の絶縁層３の外周には、導電性塗料を塗布した第１の接地層６が設けられている。

主回路部１ｂには、スイッチギヤの主回路に接続された中心導体７が配置され、その周りに、エポキシ樹脂のような絶縁材料をモールドして形成した第２の絶縁層８が設けられている。第２の絶縁層８端部は半径方向に広がった第２のフランジ部８ａに形成され、その中心部に中心導体８端部が露出している。

第２の絶縁層８端部はテーパ状の凸状の界面接続部８ｂとなっており、シリコンゴムのような可撓性絶縁材料からなる可撓性絶縁体９を介して、第１の界面接続部３ｂと密着されるようになっている。また、凹部５ａに中心導体７端部が接続されるようになっている。第２の界面接続部８ｂを除く第２の絶縁層８の外周には、導電性塗料を塗布した第２の接地層１０が設けられている。

次に、電圧検出部１ａと主回路部１ｂとの組み合わせを説明する。

第１の界面接続部３ｂに可撓性絶縁体９を介して第２の界面接続部８ｂに密着させるとともに、埋め込み電極５に中心導体７を接続する。また、第１のフランジ部３ａと第２のフランジ部８ａとを図示しないボルトで強固に固定するとともに、第１の接地層６と第２の接地層１０とを接触させる。

これにより、ポッケルス素子２には、ポッケルス素子２と埋め込み電極５間で形成される主回路側の静電容量と、ポッケルス素子２と第１の接地層６間で形成される接地側の静電容量とで分圧された電圧が加わる。即ち、分圧によって制御された電界が加わる。ポッケルス素子２に電界が加わると、図示しない測定回路からの光が偏光し、予め求めておいた偏光度合いと電圧の関係から主回路電圧を計測することができる。

ここで、ポッケルス素子２は円柱状であり、その円柱部が埋め込み電極５と第１の接地層６とで形成される等電位線を横切るように配置されている。即ち、円柱部を電界方向と平行に配置しているので、ポッケルス素子２と第１の絶縁層３との境界面での電界の乱れが抑制され、偏光がスムーズに行われるようになる。このため、主回路電圧の計測の精度を向上させることができる。なお、主回路電圧が例えば６６ｋＶ以下のような電圧範囲では、電圧が低く、電界が乱れ難いので、ポッケルス素子２を方形体状としてもよい。

また、第１の絶縁層３は、一般的に３０ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力を有しているので、従来の絶縁ガスの８ｋＶ／ｍｍ（大気圧）と比べて、格段に優れている。このため、絶縁耐力が向上する割合に比例して電圧検出部１ａを縮小化することができる。また、主回路側と接地側との静電容量比によってポッケルス素子２に加わる電界を制御することができるので、従来のような分圧回路が不要となり部品点数を削減することができる。更に、第１の接地層６を設けているので、外部電界による影響を受けることがなく、主回路電圧の計測を高精度で高感度とすることができる。

上記実施例１の光ＶＴ装置によれば、ポッケルス素子２と主回路に接続された埋め込み電極５とをエポキシ樹脂でモールドして第１の絶縁層３を設けているので、主回路側と接地側との静電容量比による電界がポッケルス素子２に加わり、分圧回路が不要となって部品点数の削減ができ、優れた第１の絶縁層３の絶縁耐力により全体形状を縮小化することができる。

次に、本発明の実施例２に係る光ＶＴ装置を図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る光ＶＴ装置の構成を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、ポッケルス素子に加わる電界を改善したことである。図２において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図２に示すように、埋め込み電極５と対向するポッケルス素子２の対向面には、例えばアルミのような金属材料を蒸着させた金属蒸着膜１１ａが設けられている。同様に、金属蒸着膜１１ａと対向する面、即ち、埋め込み電極５の反対向面にも、光ケーブル４の接続部を除いた面に金属蒸着膜１１ｂが設けられている。

これにより、ポッケルス素子２内は、金属蒸着膜１１ａ、１１ｂによって平行な電界分布となって電界が改善され、電圧計測の精度を向上させることができる。

上記実施例２の光ＶＴ装置によれば、実施例１による効果のほかに、主回路電圧の計測の精度を向上させることができる。

次に、本発明の実施例３に係る光ＶＴ装置を図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る光ＶＴ装置の構成を示す断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、ポッケルス素子を可撓性絶縁材料でモールドしたことである。図３において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３に示すように、ポッケルス素子２の周りには、ＥＰゴム、シリコンゴムのような可撓性絶縁材料をモールドして形成した第３の絶縁層１２が設けられている。

なお、第３の絶縁層１２端部に形成される第３のフランジ部１２ａ、第３の界面接続部１２ｂは、実施例２と同様の形状である。ただし、実施例２で用いた可撓性絶縁体を用いていないので、この点は考慮されている。また、第３の絶縁層１２は、エポキシ樹脂と同様の絶縁耐力を有し、絶縁ガス（大気圧）よりも高い絶縁耐力を有している。一般的には、２０〜３０ｋＶ／ｍｍとなる。

これにより、第３の界面接続部１２ｂが可撓性絶縁材料から形成されているので、部品点数を削減することができ、また、互いの界面接続部８ｂ、１２ｂの密着作業を容易とすることができる。

上記実施例３の光ＶＴ装置によれば、実施例２による効果のほかに、部品点数の削減をすることができる。

本発明の実施例１に係る光ＶＴ装置の構成を示す断面図。本発明の実施例２に係る光ＶＴ装置の構成を示す断面図。本発明の実施例３に係る光ＶＴ装置の構成を示す断面図。

符号の説明

１ａ電圧検出部
１ｂ主回路部
２ポッケルス素子
３第１の絶縁層
３ａ第１のフランジ部
３ｂ第１の界面接続部
４光ケーブル
５埋め込み電極
５ａ凹部
６第１の接地層
７中心導体
８第２の絶縁層
８ａ第２のフランジ部
８ｂ第２の界面接続部
９可撓性絶縁体
１０第２の接地層
１１ａ、１１ｂ金属蒸着膜
１２第３の絶縁層
１２ａ第３のフランジ部
１２ｂ第３の界面接続部

Claims

電圧計測を行うための電気光学素子と、
前記電気光学素子に一方端が接続される光ケーブルと、
この電気光学素子と離間して配置されるとともに、電気機器の主回路に接続される電極と、
前記電気光学素子と前記光ケーブルおよび前記電極を一体でモールドして形成するとともに、前記電気機器の第２の界面接続部に密着される第１の界面接続部を有する絶縁層と、
前記絶縁層の外周に設けられた接地層とを備えたことを特徴とする光ＶＴ装置。
前記絶縁層をエポキシ樹脂でモールドし、前記第１の界面接続部に可撓性絶縁体を介して前記電気機器の第２の界面接続部と密着させることを特徴とする請求項１に記載の光ＶＴ装置。
前記絶縁層を可撓性絶縁材料でモールドしたことを特徴とする請求項１に記載の光ＶＴ装置。
前記電極と対向する前記電気光学素子の対向面および反対向面に、それぞれ金属蒸着膜を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光ＶＴ装置。
前記電気光学素子を円柱状とし、その円柱部が等電位線を横切るように配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光ＶＴ装置。