JP2018506723A - 容量式に制御されるフィードスルーの測定接続部と結合するためのセンサ装置 - Google Patents

Abstract

容量式に制御されるフィードスルーの測定接続部と結合するためのセンサ装置（２）が提案される。アダプタ（５）を測定接続部および取付装置と結合可能である。センサハウジング（８）をアダプタ（５）によって取付装置と結合可能である。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載されている、容量式に制御されるフィードスルーの測定接続部と結合するためのセンサ装置に関し、ならびに、副請求項の前提部に記載されている方法に関する。

特に高圧変圧器のフィードスルーを連続監視することが知られている。たとえば欧州特許第２７６００９５Ａ１号明細書より、高圧フィードスルーの連続監視をするための測定システムが公知である。測定回路が接続ケーブルを介して測定接続部と結合される。

このような種類の測定システムはしばしば固有の周波数応答を有しており、過渡現象を測定するときには、後から作動時に信号処理にあたって考慮するために、このような周波数応答を記録しておかなければならない。

さらに、フィードスルーそのものにおける、またはフィードスルーに付属するたとえば変圧器などの設備における、過渡的な過電圧が障害につながりかねないことが知られている。そのような過渡的な過電圧の例には単相接地事故や落雷がある。

したがって本発明の課題は、過渡的な過電圧の認識をより良く認識するだけでなく、フィードスルーの動作も保証することにある。

本発明の根底にある課題は、請求項１に記載のセンサ装置によって解決され、ならびに副請求項に記載の方法によって解決される。好ましい発展例は従属請求項に記載されている。さらに、本発明にとって重要な構成要件が以下の説明および図面の中にもあり、各構成要件は単独でもさまざまな組み合わせとしても本発明にとって重要となり得るが、その点について再度明示的に指摘することはしない。

アダプタを測定接続部および取付装置と結合可能であるのが好ましい。センサハウジングをアダプタによって取付装置と結合可能である。特にセンサ装置の設置に不備がある場合、測定接続部の非接触によって高圧電位が測定接続部に印加されることがあり、このことはフィードスルーの破損につながりかねない。アダプタによってアダプタまでの検査を行うことができるという利点があり、センサハウジングに配置されたコンポーネントがこの結果に影響を及ぼすことがない。特にアダプタにより、フィードスルーの主キャパシタンスを測定することができる。主キャパシタンスをチェックすることで、測定接続部にも取付装置にもアダプタの接触が正しく行われていることが確保される。

１つの好ましい実施形態では、測定接続部と取付装置の間に接続可能であるアダプタは過電圧防護部を有している。測定接続部の電位が、過電圧防護部の反応によって、定義されたレベルに保たれる。それにより、フィードスルーの安全な動作を保証するアダプタが提供される。

１つの好ましい実施形態では、センサ装置は、容量式に制御されるフィードスルーの測定接続部とアースとの間に測定キャパシタンスを配置可能である容量式の分圧器の原理に基づいて作動する。並列につながれて表面実装された複数のコンデンサデバイスを測定キャパシタンスが含んでいることにより、各々のコンデンサデバイスに内在する寄生インダクタンスを、個数の増大によっても表面実装によっても大幅に低減できるという利点がある。特定の周波数を超えると、誘導式に作用するコンデンサのコンポーネントのほうが優位になる。このことは、それぞれの共振周波数から始まる。キャパシタンス値が低いコンデンサについてはこの共振周波数が高くなり、したがって、本発明では個数を増やしたコンデンサデバイスが設けられる。コンデンサデバイスの表面実装により、配線されるデバイスに比べて測定帯域幅利得を追加的に実現できるという利点がある。このように、全体として広い周波数領域にわたって、実質的に一定の減衰という意味におけるセンサ装置の好ましい周波数挙動を実現することができる。このようにして、落雷、切換行為、接地事故などの形態の過渡性を周波数と振幅により、センサ装置の周波数応答に関わる追加の振動処理コストなしに検出し、記録することができる。

１つの好ましい実施形態では、コンデンサデバイスはセンサ装置の内部導体の長軸に対して実質的に等しい大きさの間隔をおいて配置される。等しい大きさの間隔をおくことで、それぞれのコンデンサデバイスが実質的に同じ位相位置で、測定接続部の側を起点として印加される信号により負荷されることが実現される。それにより、出力されるべき測定信号に関わる改善がもたらされる。

１つの好ましい実施形態では、センサ装置は長軸に関して実質的に同軸の構造を有している。実質的に同軸の構造は、出力されるべき測定信号に対するセンサ装置のジオメトリーの影響を小さくする。電界が半径方向に、およびそれに伴って内部導体の周囲で均等に形成されるからである。

１つの好ましい形態では、複数のコンデンサデバイスが１つの配線板の上に配置され、配線板は実質的に長軸の鉛直平面に配置される。それにより、コンデンサデバイスの等しい大きさの間隔が可能となり、同軸の構造が実現されるという利点がある。

１つの好ましい実施形態では、コンデンサデバイスは配線板の両方の側に配置される。このことは、コンデンサデバイスの個数の増加を可能にするという利点があり、このことは漏れインダクタンスのいっそうの低減につながる。

別の好ましい実施形態では、並列につながれて表面実装された別の複数のコンデンサデバイスが別の配線板の上に配置され、別の配線板は長軸の別の鉛直平面に配置される。この方策も、コンデンサデバイスの個数が増加し、そのようにして漏れインダクタンスが低減されるとともに、全体キャパシタンスが高くなることにつながるという利点があり、このことは、センサ装置の周波数応答と出力電圧に対して好ましい影響を及ぼす。

１つの好ましい実施形態では、コンデンサデバイスは、平坦に構成された第１の内側の導体と、平坦に構成された第２の外側の導体との間にそれぞれつながれる。導体の平坦な構成は単位長さあたりのインダクタンスを低減させ、このことは周波数挙動に対して好ましい影響を及ぼす。さらに、そのようにして配線板の製作が簡素化される。

１つの好ましい実施形態では、測定キャパシタンスと測定接続部の間の間隔を、フィードスルーとセンサ装置との実質的に固定的な結合可能性によって縮小することができる。測定キャパシタンスと測定接続部との間のこのような距離の縮小は、導線インダクタンスが大幅に低減され、それに伴い、測定に利用することができる周波数領域を拡張するという帰結をもたらす。

１つの好ましい実施形態では、測定接続部に外嵌するための測定アダプタが構成される。ハウジングアダプタが、フィードスルーのフランジへの固定的で流体密閉的な配置のために、および電気的に接触しない測定接続アダプタの収容のために構成される。センサハウジングは、ハウジングアダプタと固定的かつ流体密閉的に結合可能である。測定接続部とフィードスルーのフランジのさまざまな施工形態に合わせた適合化のほか、ハウジングアダプタ、測定接続アダプタ、およびセンサハウジングによって、測定接続部と測定キャパシタンスの間の距離が明らかに縮小される。さらに、それによって気象などの外部要因に耐える、フィードスルーの安定的で確実な結合が成立する。

１つの好ましい実施形態では、測定接続アダプタは測定接続部と反対を向く側で、配線板から突出する内部導体区域と結合可能である。それにより、測定接続部と測定キャパシタンスの間に簡素で短い結合部が具体化される。

１つの好ましい実施形態では、コンデンサデバイスは、セルフヒーリングによって好ましく特徴づけられるプラスチックフィルムコンデンサとしてそれぞれ構成される。相応の誘電体で絶縁破壊が起こったときにはキャパシタンスのわずかな損失が生じるものの、その一方で、このようなコンデンサは耐用寿命が長くなるという特徴がある。

本発明のその他の構成要件、適用可能性、および利点は、図面の各図に示されている本発明の実施例についての以下の説明から明らかとなる。記述または図示されている一切の構成要件はそれ自体として、または任意の組み合わせとして本発明の対象物を形成し、特許請求の範囲でのそれらのまとめ方や引用には左右されず、ならびに、明細書ないし図面の中でのそれらの文章表現ないし図示形式にも左右されない。機能が等価である量や構成要件については、すべての図面において、異なる実施形態であっても同じ符号が使われている。

次に、一例としての本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図面には次のものが示されている。

センサ装置を示す模式的な断面図である。 模式的な形態のフィードスルーである。 組み立てられた状態のセンサ装置を示す模式的な断面図である。 模式的な等価回路図である。 模式的な電圧・時間・グラフである。 模式的な減衰・周波数・グラフである。 配線板を示す模式的な平面図である。 ばねリングを示す模式的な平面図である。 別のセンサ装置を示す模式的な断面図である。

図１は、センサ装置２を模式的な断面図として示している。センサ装置２にはハウジングアダプタ４と測定接続アダプタ６が付属しており、ハウジングアダプタ４と測定接続アダプタ６は共同でアダプタ５と呼称される。ハウジングアダプタ４と測定接続アダプタ６は互いに固定的に結合されていてもよい。センサハウジング８は、第１のハウジング区域１０と第２のハウジング区域１２を含んでおり、第１のハウジング区域１０はｘ方向に雌ねじを有しており、これに第２のハウジング区域１２の雄ねじが流体密閉的で固定的な閉止のために係合する。

センサハウジング８の内部に、配線板１４が結合部材１６により機械的かつ導電的にセンサハウジング８と結合されている。センサハウジング８は長軸１８を有していて、これからコンデンサデバイス２０が等しい大きさの間隔をおいて配置されている。長軸１８に沿ってｘ方向に、第１の内部導体区域２２が配線板１４から突出している。測定接続アダプタ６は第２の内部導体区域とも呼称される。配線板１４は両方の側にコンデンサデバイス２０を有している。コンデンサデバイス２０はそれぞれ長軸１８を中心として環状に配置されている。配線板１４そのものは、長軸１８の法平面２４に位置している。

センサハウジング８、ハウジングアダプタ４、および測定接続アダプタ６は導電性の材料から製作される。センサハウジング８はセンサアダプタ４を介して、接地された、または接地可能な測定接続部によりフィードスルーで接地可能である。このようにすべてのコンデンサデバイス２０が、フィードスルーの測定接続部と結合可能である内部導体２２と、接地可能なセンサハウジング８との間にそれぞれつながれる。

センサ装置２、ハウジングアダプタ４、および測定接続アダプタ６はいずれも長軸１８に関して実質的に同軸に構成されており、すなわち、これらは長軸１８を中心として実質的に回転対称に構成されている。ｘ方向と逆向きに配線板１４から抵抗Ｒｍが突出していて、この抵抗はｘ方向と逆向きに、図示しない形態でコネクタ２７を介して、外部からアクセス可能な測定接続部２４と導電接続される。

第１の内部導体区域２２の周囲には、センサハウジング８の内部空間２８で、第２のハウジング区域１２と配線板１４との間に図示しない形態で長軸１８と同軸に、コイルの形態の変流器が配置されている。

ハウジングアダプタ４は、センサハウジング側の区域３０により、センサハウジング８の円筒状の収容空間３２に収容可能である。シール材３４および３６が環状に施工されていて、区域３０とセンサハウジング８との間で流体密閉式の結合をする役目を果たす。センサハウジング８の中で半径方向に区域３０へ供給可能なクランプねじ３６が、環状の溝３８への係合のために構成されている。クランプねじ３６と溝３８に代えて、収容空間３２での区域３０のこれ以外の固定を行うこともできる。それにより、センサハウジング８をハウジングアダプタ４と固定的かつ流体密閉式に結合可能である。

測定接続アダプタ６は、測定接続部と結合可能である内側に位置する収容区域４０をｘ方向に有している。測定接続部は、特に、収容区域４０に収容可能であるピンとして構成される。ｘ方向と逆向きに、測定接続部６は、半径方向外側に向かって過電圧防護デバイス４６のそれぞれのばね４４と電気接触するために構成された区域４２を有している。それにより、過電圧防護デバイス４６は測定接続部に外嵌される測定接続アダプタ６とつながれ、および、アースとフィードスルーの接地ライニングとの間で接地されるハウジングアダプタ４とつながれる。

このように検査ステップで、配置されるセンサハウジング８なしに、区域４２とハウジングアダプタ４の外側との間でフィードスルーの主キャパシタンスを測定することで、測定接続アダプタ６とハウジングアダプタ４の正しい設置をチェックすることができる。フィードスルー５２の主キャパシタンスの測定は、たとえば第１の時点でフィードスルー５２の高圧側に電圧を印加し、第１の時点から、区域４２とハウジングアダプタ４２の間で電圧が事前設定された値まで上昇する第２の時点までの時間を測定することで行うことができる。肯定的な検査の後に、すなわち測定値が所望の目標値と一致した後に、センサハウジング８を区域３０を介して流体密閉式かつ固定的にハウジングアダプタ４と結合することができる。事前に測定接続部で直接判定された別の測定値と測定値が一致したときにも、肯定的な検査を同様に行うことができる。測定接続アダプタ６は、センサ装置２の内部導体の一部を形成する。それにより、ハウジングアダプタ４と測定接続アダプタ６とを含むアダプタ５を、測定接続部６４および取付装置６６と結合可能である。アダプタ５で、検査ステップに基づいてフィードスルー５２の主キャパシタンスを測定可能である。センサハウジング８は、検査ステップが成功した後に、アダプタ５を用いて取付装置６６と結合可能である。

アダプタ５にセンサハウジング８が配置された後、測定を実施することができる。過電圧防護部４６がリリースされていると、センサ装置２によって信号を判定可能でないことになる。

第１の内部導体区域２２は、測定接続アダプタ６の収容区域５０へ収容可能であるマルチプルスプリングワイヤプラグ４８を有している。それにより測定接続アダプタ６を、測定接続部と反対を向いている側で、配線板１４から突出している内部導体区域２２ないし４８と結合可能である。

図２は、フィードスルー５２の設計形態を一例として模式的な図面で示している。フィードスルー５２は外部空間を、高圧変圧器５６の絶縁流体で充填された内部空間５４と接続し、高圧フィードスルーとも呼ぶことが可能である。フィードスルー５２は高圧導体５８を含んでおり、ならびに、高圧導体５８と同軸に配置されてｚ方向で別様に段差のある、相互に絶縁された制御ライニング６０を含んでいる。接地ライニング６２がもっとも外側のライニングとして施工されて、ピンとして製作される測定接続部６４を介して、フィードスルー５２から導出されている。ピンの周囲には、測定接続部６４に基づき、一般的には取付装置と呼ぶ接地されたフランジ６６が配置される。測定接続部６４は、フィードスルー５２の外面からアクセス可能である。測定接続部６４はフランジ６６に対して、またはその他の取付装置に対して絶縁されるとともに、容量式に制御されるフィードスルー５２の外側の導電性層の内の１つに、本例では一例として接地ライニング６２に取付られて、損失係数、キャパシタンス、および部分放電の測定を可能にし、それに対して、フィードスルー５２のフランジ６６は接地される。

このようにｘ方向で、まず測定接続アダプタ６が測定接続部６４に外嵌され、次いで、ハウジングアダプタ４が測定接続アダプタ６を非導電的に収容するようにフランジ６６に配置され、最後に、センサハウジング８がハウジングアダプタ４に配置される。

図３では、センサ装置２がフランジ６６を介して流体密閉式かつ固定的にフィードスルー５２と結合されている。クランプねじ３６だけが、まだクランプ状態で示されていない。このように図３は、測定接続部６４が測定接続アダプタ６の収容区域４０によってどのように収容され、そのようにして測定接続部６４から内部導体区域２２を介してコンデンサデバイス２０との電気接続を成立させるかを図示している。図１とは異なり、図３にはハウジングアダプタ４の別の実施形態が示されている。ハウジングアダプタ４はｘ方向で、フランジ６６の雌ねじに係合する。したがってフランジ６６は、測定接続部６４が挿通される測定開口部を提供する。測定接続部６４は、接地キャップにより接地可能である制御ライニングと、すなわち接地ライニング６２と、導電接続されている。

図４ａは、本件で適用される容量式の分配器に依拠する測定原理の模式的な等価回路図６８を示している。フィードスルー５２は高圧導体５８を含んでいる。主キャパシタンスＣ１は、高圧導体５８と測定接続部６４の間のキャパシタンスである。ピックアップキャパシタンスＣ２は、測定接続部６４と接地された取付フランジ６６との間のキャパシタンスである。フィードスルー５２とセンサ装置２の間のインターフェースとしての役目を、測定接続部６４と接地されたフランジ６６とが果たす。測定キャパシタンスＣｍがコンデンサデバイス２０によって形成される。測定キャパシタンスＣｍと測定接続部２４の間に、抵抗Ｒｍが配置されている。測定接続部２４と接地された接続部７０との間で、測定電圧Ｕｍを評価ユニット７２により検出可能である。抵抗Ｒｍは、接続部２４および７０と評価ユニット７２との間の導線を相応の特性インピーダンスで終端する。

図４ｂは模式的な電圧・時間・グラフを示している。電圧Ｕが時間ｔに対して図示されている。５０Ｈｚの周波数を有する位相の電圧推移７４が示されている。電圧推移７４は、振幅Ａ１およびＡ２を有する、過渡的な推移７６の形態の差異を時点ｔ１の周辺に有している。このような過渡的な推移７６を、センサ装置２により測定電圧Ｕｍとして図像化可能である。

図４ｃは、一例としての模式的な減衰・周波数・グラフを示しており、既知の電圧形状を有する、特に既知の周波数を電圧Ｕｉｎが高圧導体５８とアースの間で設定されており、電圧Ｕｏｕｔが測定接続部２４とアースの間で測定されている。減衰推移７８は、第１の下側の周波数領域８０ではほぼ一定の減衰を有しており、中程度の周波数領域８２では減衰が共振周波数８４の領域で低下しており、高い周波数領域８６では再びほぼ一定の減衰が実現される。

図５は配線板１４の平面図を示している。長軸１８を中心として環状に、コンデンサデバイス２０が配置されている。コンデンサデバイス２０は、長軸１８に向かっては、平坦に構成された第１の導体８７と導電接続されるとともに、外方に向かっては、平坦に構成された第２の導体８８と導電接続される。さらには図示しない形態で、２つの別の過電圧防護デバイスが第１の導体８７と第２の導体８８の間に配置される。第１の導体８７は実質的に円環状であるとともに、取付穴ないしフィードスルー穴によってのみ途切れている。第２の導体８８も実質的に円環状に構成される。導体８７および８８は、長軸１８に対して実質的に同軸に構成されている。接触穴９０が、センサハウジング８の機械的、電気的な接触のための役目を果たす。

図６には、過電圧防護デバイス４６が配置される環状のばね９２の模式的な平面図が示されている。ばね９２は、ハウジングアダプタ４の区域３０の対応する内側溝に収容可能である。

図７は、センサ装置２の別の実施形態をハウジングアダプタ４と測定接続アダプタ６なしに示している。図１とは異なり、センサハウジング８の中に、法平面２４から間隔をおく長軸１８の別の法平面９６に別の配線板９４が配置されている。配線板９４は配線板１４に準じて構成される。相応の結合手段９８が、センサハウジング８との電気的、機械的な結合を成立させる。

表面実装されたコンデンサデバイスはＳＭＤコンデンサデバイスとも呼ぶことが可能であり、ここでＳＭＤはＳｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅを表す。

Claims (15)

1. 容量式に制御されるフィードスルー（５２）の測定接続部（６４）および接地された取付装置（６６）と結合するためのセンサ装置（２）において、アダプタ（５）を前記測定接続部（６４）および前記取付装置（６６）と結合可能であり、センサハウジング（８）を前記アダプタ（５）によって前記取付装置（６６）と結合可能であることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記アダプタ（５）は前記測定接続部（６４）と前記取付装置（６６）の間に接続可能である過電圧防護部（４６）を有している、請求項１に記載のセンサ装置（２）。
3. 前記アダプタ（５）は、前記センサハウジング（８）が前記アダプタ（５）に配置される前に、前記フィードスルー（５２）の主キャパシタンス（Ｃ１）を前記アダプタ（５）で測定可能であるように構成されている、請求項１または請求項２に記載のセンサ装置（２）。
4. 前記アダプタ（５）は測定接続アダプタ（６）とハウジングアダプタ（４）を含んでおり、前記測定接続アダプタ（６）は前記測定接続部（６４）へ外嵌するために構成されており、前記ハウジングアダプタ（４）は前記フィードスルー（５２）の前記取付装置（６６）へ固定的かつ流体密閉式に配置するため、および前記測定接続アダプタ（６）を収容するために構成されており、前記センサハウジング（８）は前記ハウジングアダプタ（４）と固定的かつ流体密閉式に結合可能である、請求項３に記載のセンサ装置（２）。
5. 前記センサ装置（２）は前記測定接続部（６４）とアースの間に配置可能である測定キャパシタンス（Ｃｍ）を含んでおり、前記測定キャパシタンス（Ｃｍ）は並列につながれて表面実装された複数のコンデンサデバイス（２０）を含んでいる、先行請求項の内いずれか１項に記載のセンサ装置（２）。
6. 前記コンデンサデバイス（２０）は前記センサ装置（２）の内部導体（２２，６）の長軸（１８）に対して実質的に等しい大きさで間隔をおいている、請求項５に記載のセンサ装置（２）。
7. 前記センサ装置（２）は長軸（１８）に関して実質的に同軸の構造を有している、先行請求項の内いずれか１項に記載のセンサ装置（２）。
8. 前記複数のコンデンサデバイス（２０）は１つの配線板（１４）の上に配置されており、前記配線板（１４）は実質的に長軸（１８）の鉛直平面（２４）に配置されている、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のセンサ装置（２）。
9. 前記コンデンサデバイス（２０）は前記配線板（１４）の両方の側に配置されている、請求項８に記載のセンサ装置（２）。
10. 並列につながれて表面実装された別の複数のコンデンサデバイス（２１）が別の配線板（９４）の上に配置されており、前記別の配線板（９４）は長軸（１８）の別の鉛直平面（９６）に配置されている、請求項８または請求項９に記載のセンサ装置（２）。
11. 前記コンデンサデバイス（２０）は平坦に構成された第１の内側の導体（８６）と平坦に構成された第２の外側の導体（８８）との間にそれぞれつながれている、請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載のセンサ装置（２）。
12. 前記測定接続アダプタ（６）は前記測定接続部（６４）と反対を向いている側で前記配線板（１４）から突出する内部導体区域（２２）と結合可能である、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のセンサ装置（２）。
13. 容量式に制御されるフィードスルー（５２）の測定接続部（６４）および接地された取付装置（６６）とセンサ装置（２）を結合する方法において、アダプタ（５）が前記測定接続部（６４）および前記取付装置（６６）と結合され、センサハウジング（８）が前記アダプタ（５）によって前記取付装置（６６）と結合されることを特徴とする方法。
14. 前記アダプタ（５）は前記測定接続部（６４）と前記取付装置（６６）の間に接続可能である過電圧防護部（４６）を有している、請求項１３に記載の方法。
15. 前記アダプタ（５）は、前記センサハウジング（８）が前記アダプタ（５）に配置される前に、前記フィードスルー（５２）の主キャパシタンス（Ｃ１）を前記アダプタ（５）で測定可能であるように構成されている、請求項１３または請求項１４に記載の方法。

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