JP2011054796A - 真空コンデンサ形計器用変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、測定電流及び電圧をより正確に計測できる真空コンデンサ形計器用変圧器を提供することにある。
【解決手段】主コンデンサ部８と分圧コンデンサ部１０とを接地付き真空容器内に収納し、一次線路側の真空容器表面からの漏洩電流Ｉ₂を接地Ｅに流す主接地回路３０と、主コンデンサ部８と分圧コンデンサ部１０と接地Ｅとの間に設けた分圧絶縁筒１１の漏洩電流Ｉ₁₁を接地Ｅに流す分圧接地回路３１とを有することにある。
【選択図】図１

Description

本発明は一次線路側端子と分圧点との間の主コンデンサに真空コンデンサを用い、分圧点と接地側端子との間の真空分圧コンデンサと、それに並列に接続して使用するコンデンサ形計器用変圧器の変圧器、変圧器の出力を必要な出力形態に変換する変成装置部とを備えた真空コンデンサ形計器用変圧器に関する。

一般にコンデンサ形計器用変圧器（以下、ＣＶＴと記載する）は非特許文献１の掲載によれば、次のように記載されている。

即ち、ＣＶＴはコンデンサ分圧を利用した計器用変圧器と定義され、一次線路側端子と分圧点との間の主コンデンサと、分圧点と接地側端子との間の分圧コンデンサと、分圧コンデンサに直接又は共振リアクトルを通して、並列に接続して使用するＣＶＴの変圧器（以下、ＣＶＴ変圧器と記載する）により、ＣＶＴの分圧電圧を得られるように構成されている。

更に具体的に云えば非特許文献２に掲載されたブッシング用ＣＶＴが一般的である。ブッシング用ＣＶＴは変圧器の一次線路側端子に使用される樹脂含浸絶縁紙やエポキシなど固体絶縁および絶縁油により構成したコンデンサブッシングの静電容量を主コンデンサとして利用している。また、ブッシング用ＣＶＴは、製作可能な二次負担や確度階級についての制約条件が大きいとも掲載されている。

「計器用変成器―第２部：計器用変圧器」ＪＩＳ Ｃ１７３１−２：１９９８、財団法人 日本規格協会、１９９８年、ｐ．１ 「計器用変成器」ＪＥＣ−１２０１−２００７、株式会社 電気書院、２００７年、ｐ．７５−７６

しかし、このＣＶＴでは次のような課題がある。

１．これら静電容量を構成する樹脂含浸絶縁紙やエポキシなど固体絶縁および絶縁油などの誘電体は温度や水分、更には気圧などの変動により誘電率が変動する。誘電率が安定しないとＣＶＴの分圧電圧は不安定となり、計器用変圧器としての確度階級が低くなり、正確な保護・計測が困難である。

２．一次線路側と接地側の向かい合った２つの電極面に樹脂含浸絶縁紙やエポキシなど固体絶縁および絶縁油など高絶縁性の誘電体を入れて構成することにより主コンデンサや分圧コンデンサの静電容量を得るＣＶＴにおいて、２つの電極間距離を小さくすることにより必要な静電容量を得ている。

しかし、２つの電極間距離を小さくすると耐電圧特性と長期寿命が低下する。現在のものはそれらのバランスを考えて設計されている。その結果、高性能なＣＶＴほど事故発生率が高くなっている。

３．更に、２つの電極間の絶縁油や絶縁物が一旦絶縁破壊すると、絶縁回復が出来ず、ＣＶＴは機能喪失するだけでなく、爆発炎上する危険性がある。

等の理由により、主コンデンサや分圧コンデンサから得られる測定電流は変動しやすく、変成装置部で変換した測定電圧で高精度に計測するのが困難である。

４．絶縁物を誘電体として静電容量を得るためには、一次線路側と接地側の向かい合った２つの電極と、それらの２つの電極間にエポキシなどの絶縁物を入れたものを、磁器やエポキシなどの絶縁物などで覆い、２つの電極相互に支持と絶縁をしている。しかし、向かい合った２つの電極間にエポキシなどの絶縁物が存在する限り、絶縁物の表面に微小な漏れ電流が流れる。また、湿度や汚損により、支持と絶縁をしている絶縁の表面に微小な漏れ電流が流れる。

更にＣＶＴの分圧電圧および測定電流をＣＶＴ変圧器まで接続する接続電線においても同様に微小な漏れ電流が流れる。

一方、主コンデンサや分圧コンデンサの電流も微小電流である。この微小電流により働くＣＶＴ変圧器や、必要な出力形態に変換する変成装置部に、上記２種の漏れ電流が介在すると漏れ電流の影響により測定誤差が大きくなる。これにより計器用変圧器としての確度階級が低くなり、高精度な保護・計測が困難である。

本発明の目的は、測定電圧の変動を抑制し正確な電圧を測定出来、安全性の高い真空コンデンサ形計器用変圧器を提供することにある。

本発明の第１は、一次線路側端子と分圧点との間の主コンデンサと、分圧点と接地側端子との間の分圧コンデンサと、主コンデンサ部と分圧コンデンサ部との静電容量比より成る測定電流を電圧として出力する変成装置部とを備え、
少なくとも主コンデンサの絶縁を真空絶縁とすることを特徴とするものである。

本発明の第２は、絶縁筒と絶縁筒端部開放端を絶縁筒内部が真空状態になるように塞いだ導電性端板とより成る接地付き真空容器と、この真空容器内に収納した一次線路側の主コンデンサ部と接地側の分圧コンデンサ部と、主コンデンサ部と接地側の分圧コンデンサ部との静電容量比より成る測定電流を電圧として出力する変成装置部とを備え、
一次線路側の真空容器表面からの漏洩電流を接地に流す主接地回路と、主コンデンサ部と分圧コンデンサ部と接地との間に設けた分圧絶縁筒を介して漏洩電流を接地に流す分圧接地回路とを有することを特徴とするものである。

本発明の第３は、真空容器内の一方側導電性端板に支持された分圧絶縁筒を有する支持板と、支持板に取付けられた測定電流を流す分圧板と、分圧絶縁筒を有する支持板と分圧板と一方側導電性端板とによりシルードされた内部を密閉状態にした収納室と、この収納室に一次導体を分圧板に接続するように配置された変成装置部とからな成ることを特徴とするものである。

本発明の第４は、前記収納室に収納室を乾燥状態に維持する乾燥手段を備えていることを特徴とする請求項２の記載から成るものである。

本発明の第５は、一次線路側の主コンデンサ部と接地側の分圧コンデンサ部との静電容量比より成る測定電流を電圧として出力する変成装置部を備え、
主コンデンサ部と分圧コンデンサ部とを接地付き真空容器内に収納し、一次線路側の真空容器表面からの漏洩電流を接地に流す主接地回路と、主コンデンサ部と分圧コンデンサ部と接地との間に設けた分圧絶縁筒を介して漏洩電流を接地に流す分圧接地回路とを有し、前記分圧コンデンサ部に代えて温度が変化しても抵抗値が変わらない抵抗体を使用することを特徴とするものである。

本発明の真空コンデンサ形計器用変圧器によれば、温度や水分、気圧に対する真空の静電容量安定性および真空の短絡時の非爆発性と絶縁回復性などを利用するコンデンサ部の真空絶縁化により、安定・安全な静電容量が得られ、ＣＶＴの分圧電圧は安定し、計器用変圧器としての確度階級が高くなり、正確な保護・計測が出来るようになった。

又、本発明の真空コンデンサ形計器用変圧器によれば、真空容器内部は汚損などがないため漏洩電流が最小にできる。又、一次線路側の真空容器表面からの漏洩電流を主接地回路により接地に流し、主コンデンサ部と分圧コンデンサ部と接地との間に分圧絶縁筒を配置した分圧接地回路より漏洩電流を接地に流すことにより、分圧絶縁筒を真空容器内に配置した分だけ漏洩電流を小さくできる。これらによりＣＶＴの分圧電圧の変動が少なくなり、出力が安定する。このことにより一次線路側の主コンデンサ部と接地側の分圧コンデンサ部との静電容量比からの測定電流は安定になり、変成装置部で変換した測定電圧も安定にできるから、測定電流及び測定電圧から漏洩電流を除去した分だけより正確に測定することが出来るようになった。

本発明の実施形態である真空コンデンサ形計器用変圧器を説明するための縦方向断面図である。 図１の本発明の真空コンデンサ形計器用変圧器の等価回路である。

［実施例１］
以下、本発明の実施例を図１に示した真空コンデンサ形計器用変圧器（ＶＣＶＴと称する）により説明する。

絶縁筒２は円筒形状に形成されたセラミック材より成る。この絶縁筒２の各開放端には円筒形状の円筒部３Ａ，３Ｂを取付けている。円筒部３Ａ，３Ｂの開放端と一次線路側フランジ４Ａと接地側フランジ４Ｂとの間に配置してロー付し、円筒部３Ａ，３Ｂの開放端と一次線路側フランジ４Ａと接地側フランジ４Ｂとの間を密閉し、絶縁筒内部を真空状態にした真空容器５を形成している。一次線路側フランジ４Ａ及び接地側フランジ４Ｂは導電部材よりなる端板で構成している。また絶縁筒２に直接一次線路側フランジ４Ａ及び接地側フランジ４Ｂを取付け、真空容器５を形成しても良い。

真空容器内中間部に分圧板６を配置している。分圧板６は円筒形状の支持板１２に支持され、支持板１２は接地側フランジ４Ｂの中央にロー付支持されている。接地側フランジ４Ｂは接地Ｅしている。一次線路側フランジ中央部には高電圧系統と接続する一次側端子７を取付けている。

主コンデンサ部８は一次線路側フランジ４Ａと分圧板６との間に接続されている。分圧板６は測定電流を流す。主コンデンサ部８は絶縁筒２と一次側端子７との間の一次線路側フランジ４Ａに複数個の第１電極９Ａを設けている。第１電極９Ａは分圧板方向に伸びている。円筒形状の第１電極内にこれより直径が順次小さくなる第１電極を複数個配置している。

第２電極９Ｂは第１電極９Ａと第１電極９Ａとの間に第１電極９Ａと対向するように一次線路側フランジ４Ａ側に伸びるように複数個配置され、主コンデンサ部８の耐電圧仕様による真空の絶縁距離を第１電極９Ａと第２電極９Ｂの間隔として、分圧板６に支持されている。第１電極９Ａと第２電極９Ｂとの対向面に静電容量を電荷する。

また電極の配置は第１電極と第２電極とが対向配置された最少の構成だけでも真空の主コンデンサ部８として使用できる。

分圧コンデンサ部１０は分圧板６と接地側フランジ４Ｂとの間に接続されている。分圧コンデンサ部１０は分圧板６と接地側フランジ４Ｂとの間の中間に分圧絶縁筒１１を配置している。分圧絶縁筒１１は支持板１２により取付けられている。分圧板６と分圧絶縁筒１１及び支持板１２と接地側フランジ４Ａ及び絶縁筒２とより真空室５Ａを形成している。この真空室５Ａに主コンデンサ部８及び分圧コンデンサ部１０を配置している。

分圧コンデンサ部１０は分圧板６に支持された複数層の第１分圧電極１３Ａと、接地側フランジ４Ｂに取付けられた第２分圧電極１３Ｂとからなる。分圧コンデンサ部１０の耐電圧仕様による真空の絶縁距離を第１分圧電極１３Ａと第２分圧電極１３Ｂの間隔としている。第１分圧電極１３Ａと第２分圧電極１３Ｂとの間に静電容量を形成するように対向配置され、それぞれ接地側フランジ方向及び分圧板方向に伸びている。

主コンデンサ部８の第１電極９Ａと第２電極９Ｂの間隔は、分圧コンデンサ部１０の第１分圧電極１３Ａと第２分圧電極１３Ｂの間隔より大きく、静電容量生成効率は分圧コンデンサ部１０の方が主コンデンサ部８より高い。主コンデンサ部８が必要な静電容量を得るように軸方向の長さＬ８は、分圧コンデンサ部１０の軸方向の長さＬ１０より長くなるように構成されている。又、主コンデンサ部８の面積を分圧コンデンサ部１０の面積より広く構成しても良い。つまり、主コンデンサ部８の静電容量値と分圧コンデンサ部１０が各々耐電圧仕様を満足させながら、必要な静電容量値を得られるように設定する。

分圧絶縁筒１１を有する支持板１２と分圧板６と接地側フランジ４Ｂとによりシルードされた状態で内部を密閉状態にした円柱形状の収納室を形成している。この収納室には乾燥空気例えば窒素ガス，炭酸ガス等を注入する。又は乾燥剤例えばシリカゲルを配置しても良い。収納室２１は接地側フランジ４Ｂに形成された開口部１４と連通している。変成装置部１５は開口部１４より収納室２１に配置されている。

変成装置部１５の一次側導体１６を分圧板６に接続している。変成装置部内部は周知のように一次側導体１６と接続した一次巻線を鉄心に巻回し、更に鉄心に二次巻線を巻回し、二次巻線の二次側端子１７が外部に引出されている。一次巻線及び二次巻線と鉄心とは絶縁樹脂部材などに被覆されており、図示していない。

変成装置部１５の二次端子側に設けられた絶縁基板１８により変成装置部１５を支持し、絶縁基板１８は取付けネジ１９により円形形状の金属座２０に支持されている。金属座２０は溶接により接地側フランジ４Ｂに支持されている。接地側フランジ４Ｂは電気機器などのシャーシ板２２に図示しない締付手段により支持されている。また収納室２１は真空にて使用しても良い。

変成装置部１５を支持する金属座２０及び二次側端子１７には封止部材（図示せず）を設ければ、収納室２１の気密漏れをより一層効果的に防止することができる。また変成装置部１５の支持は接地側フランジ４Ｂに直接取付けても良い。２５は絶縁基板に取付けられた制御部である。

この実施例の収納室２１に配置された変成装置部１５は、分圧絶縁筒１１を有する支持板１２と分圧板６と接地側フランジ４Ｂとによりシルードされているので、外部からのノイズの侵入を阻止できるから、計測電圧は侵入ノイズが除去された分だけ、より正確な電圧を測定できる。

収納室２１に乾燥空気例えば窒素ガス，炭酸ガス等を注入或いは乾燥剤を配置すれば、隣接する分圧側絶縁筒１１は水分吸収率が少なくなり、より一層漏洩電流Ｉ₁₁が小さく、出力が一定つまり安定にできるので、より正確な電圧を測定できる。

真空容器５内側に主コンデンサ部８と分圧コンデンサ部１０を配置したので、絶縁筒２の外表面距離が大きくでき、絶縁筒２外表面の耐電圧性能を向上させることができる。

分圧絶縁筒内側に形成した収納室２１に変成装置部１５を配置したので、変成装置部本体が外側に突出することなく、ＶＣＶＴを小形化することが出来るようになった。尚、変成装置部本体のみを真空容器外に配置しても電圧は測定できる。

このＶＣＶＴにより電圧を測定するには、例えば約６６ＫＶの高電圧は一次側端子７により主コンデンサ部８を介して、分圧板６では約１ＫＶ〜１０ＫＶに分圧され、一次側端子７からの測定電流Ｉ₁は、主コンデンサ部８より分圧板６を介して一次側導体１６に流れ、変成装置部１５の二次側端子１７で低い電圧として計測される。

本発明の実施例では、真空容器内の絶縁を従来は液体または固体絶縁により行っていたが、本発明では真空絶縁により行うようした。このため、温度,水分,気圧などの影響を受けず、静電容量分圧で低電圧においても安定しているので、安定した電圧を計測出来るようになった。

また、電極間は真空だから電極間距離を小さくしても、耐電圧特性が低下せず、ＶＣＶＴの寿命は寿命のある固体絶縁を、寿命のない真空絶縁まで延ばすことが出来る。又、真空は絶縁破壊を生じても絶縁回復が早く、ＶＣＶＴの機能を喪失することがなく運転持続可能となり、更に、真空は絶縁破壊が生じても爆発することがないので安全性を向上することが出来る。

計測電圧を図２の等価回路により説明する。図２は図１の等価回路である。一次線路側である高電圧系統Ｋに接続した一次側端子７からの真空容器外表面が長年の使用により汚損されてくると、これにより漏洩電流Ｉ₂が真空容器外表面を介して接地Ｅに流れる。これを主接地回路３０と称し、この主接地回路３０から接地Ｅに漏洩電流Ｉ₂が流れるから、従来の漏洩電流Ｉ₂を含んだ測定電圧に比べて漏洩電流Ｉ₂を除去した分だけ正確に電圧を測定できる。

本発明の実施例では電圧を更により正確に測定するために、分圧板６より分圧側絶縁筒１１を介して接地Ｅに至る分圧接地回路３１に流れる漏洩電流Ｉ₁₁を接地Ｅに流す。そして、漏洩電流Ｉ₁₁が極めて小さな一定な電流となるのは、分圧側絶縁筒１１が真空容器内に配置されているので、汚染が付着し難いからである。更に、漏洩電流Ｉ₁₁は前述したように収納室２１を乾燥することにより小さくなり、出力を一定つまりより一層安定にすることが出来る。

このように、本発明の実施例では漏洩電流Ｉ₂及び漏洩電流Ｉ₁₁を除去した分だけ測定電流Ｉ₁及び測定電圧を一定にできるので、より正確に電圧を計測できる。また前述のように計測電圧は侵入ノイズを除去した分だけ、更により正確な電圧を測定できる。

［実施例２］
抵抗体は温度が変化しても、抵抗値が一定値になる金属を抵抗体として分圧コンデンサ部１０の代わりに配置し。分圧コンデンサ部１０の代わり抵抗体は、分圧板６に支持された複数層の第１分圧電極１３Ａに相当する個所に第１分圧抵抗電極と、接地側フランジ４Ｂに取付けられた第２分圧電極１３Ｂに相当する個所に第１抵抗電極とから成り、第１分圧抵抗電極と第２抵抗電極との間に静電容量を形成するように対向配置され、それぞれ接地側フランジ方向及び分圧板方向に伸びるように構成されている。

この構成によれば、抵抗体は温度が変化しても、抵抗値が一定値であるから、分圧接地回路に流れる漏洩電流は極めて小さな一定な電流となり、接地にながれるので、出力電圧を一定つまりより一層安定にすることが出来る。

以上のように、本発明のＶＣＶＴによれば、真空絶縁により小型にでき、寿命が長くなり、短絡時でも非爆発により安全が高められ、速やかに絶縁が自己回復することが出来るようになった。

更に、本発明のＶＣＶＴによれば、測定電流Ｉ₁及び測定電圧を安定にできるので、変成装置部で電圧をより正確に測定出来るようになった。

１…ＶＣＶＴ（真空コンデンサ形計器用変圧器）、２…絶縁筒、３Ａ，３Ｂ…円筒部、４Ａ…一次線路側フランジ、４Ｂ…接地側フランジ、５…真空容器、５Ａ…真空室、６…分圧板、７…一次側端子、８…主コンデンサ部、９Ａ…第１電極、９Ｂ…第２電極、１０…分圧コンデンサ部、１１…分圧側絶縁筒、１２…支持板、１３Ａ…第１分圧電極、１３Ｂ…第２分圧電極、１４…開口部、１５…変成装置部、１６…一次側導体、１７…二次側端子、１８…絶縁基板、１９…ネジ、２０…金属座、２１…収納室、３０…主接地回路、３１…分圧接地回路。

Claims (5)

1. 一次線路側端子と分圧点との間の主コンデンサと、分圧点と接地側端子との間の分圧コンデンサと、主コンデンサ部と分圧コンデンサ部との静電容量比より成る測定電流を電圧として出力する変成装置部とを備え、
   少なくとも主コンデンサの絶縁を真空絶縁とすることを特徴とする真空コンデンサ形計器用変圧器。
2. 絶縁筒と絶縁筒端部開放端を絶縁筒内部が真空状態になるように塞いだ導電性端板とより成る接地付き真空容器と、この真空容器内に収納した一次線路側の主コンデンサ部と接地側の分圧コンデンサ部と、主コンデンサ部と接地側の分圧コンデンサ部との静電容量比より成る測定電流を電圧として出力する変成装置部とを備え、
   一次線路側の真空容器表面からの漏洩電流を接地に流す主接地回路と、主コンデンサ部と分圧コンデンサ部と接地との間に設けた分圧絶縁筒を介して漏洩電流を接地に流す分圧接地回路とを有することを特徴とする真空コンデンサ形計器用変圧器。
3. 絶縁筒と絶縁筒端部開放端を絶縁筒内部が真空状態になるように塞いだ導電性端板とより成る接地付き真空容器と、この真空容器内に収納した一次線路側の主コンデンサ部と接地側の分圧コンデンサ部と、主コンデンサ部と接地側の分圧コンデンサ部との静電容量比より成る測定電流を電圧として出力する変成装置部とを備え、
   真空容器内の一方側導電性端板に支持された分圧絶縁筒を有する支持板と、支持板に取付けられた測定電流を流す分圧板と、分圧絶縁筒を有する支持板と分圧板と一方側導電性端板とによりシルードされた内部を密閉状態にした収納室と、この収納室に一次導体を分圧板に接続するように配置された変成装置部と、から成ることを特徴とする真空コンデンサ形計器用変圧器。
4. 前記収納室に収納室を乾燥状態に維持する乾燥手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の真空コンデンサ形計器用変圧器。
5. 絶縁筒と絶縁筒端部開放端を絶縁筒内部が真空状態になるように塞いだ導電性端板とより成る接地付き真空容器と、この真空容器内に一次線路側の主コンデンサ部と接地側の分圧コンデンサ部との静電容量比より成る測定電流を電圧として出力する変成装置部とを収納し、
   一次線路側の真空容器表面からの漏洩電流を接地に流す主接地回路と、主コンデンサ部と分圧コンデンサ部と接地との間に設けた分圧絶縁筒を介して漏洩電流を接地に流す分圧接地回路とを有し、前記分圧コンデンサ部に代えて温度が変化しても抵抗値が変わらない抵抗体を使用することを特徴とする真空コンデンサ形計器用変圧器。

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