JP2018514787A - 電圧センサ - Google Patents

Abstract

電圧センサは、第１端部（１０１）及び第２端部（１０３）を有する導体（１０２）を備え、第１端部は第１接続インターフェース（１５０）を含み、第２端部は接続を有さず、センサ区分（１２５）は、導体上に配置された少なくとも１つのセンサを含み、センサは少なくとも、導体の電圧、又は電圧のサンプルを感知する。電圧センサは、電力線若しくはケーブル、例えば、高架電力線若しくはケーブル、又はケーブル付属品、に接続可能であり、地下用途にも使用することができる。

Description

本発明は、電力線及び／又はケーブル付属品の用途のための、電圧センサに関する。

電力の分配は、再生可能エネルギーや分散型発電の出現、及び電気自動車の採択によってより複雑化し、インテリジェントな配電及びそれに関連する電気的検知はより有用になり、必須にさえなってきている。有用な検知としては、例えば、配電網内の様々な位置での、電圧、電流、及び電圧と電流との間の時間関係が挙げられ得る。

一般的に、本開示は、電力線、ケーブル、又はケーブル付属品に接続され得る、電圧センサを対象とする。特に、電圧センサは、第１端部及び第２端部を有する導体を備え、第１端部は第１接続インターフェースを含み、第２端部は接続を有さず、センサ区分は、導体上で第１端部と第２端部との間に配置された少なくとも１つのセンサを含み、センサは少なくとも、導体の電圧、又は電圧のサンプルを感知する。

一態様において、第２端部は、より低い電界ストレス集中度を有する。更なる態様において、導体の第２端部は、丸い表面、例えば、完全に丸い（又は半球の）表面を有する。更なる態様において、第２端部は、球根状の丸い表面を含む。

一態様において、センサ区分は、電圧センサを含む。電圧センサの第１電極は、導体を含み得る。あるいは、電圧センサの第１電極は、導体と接触した内側遮蔽層を備える。電圧センサは更に、絶縁された内側遮蔽層の上に配置された絶縁層と、絶縁層の上に配置された、電気的に絶縁された外側遮蔽層とを含む。

本発明の上記の概要は、本発明の各例示される実施形態又は全ての実現形態を説明することを目的とするものではない。本開示の１つ以上の実施例の詳細を添付図面及び以下の説明に示す。本開示の技法の他の特徴、目的、及び利点は、発明を実施するための形態及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

本発明の一態様による、電圧センサの切り欠き図である。 本発明の別の態様による電池センサの感知区分の拡大断面図である。 本発明の別の態様による電池センサの拡大断面図である。

以下の発明を実施するための形態では、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例として示す。その際、「上」、「下」、「前」、「後」、「前縁」、「前方」、「後縁」などの方向に関する用語は、説明する図面の方向を基準として用いられている。本発明の各実施形態の構成要素は多数の様々な方向で位置決めされ得るため、方向に関する用語は、説明の目的で用いられており、限定するものではない。他の実施形態を利用することもでき、また、構造的又は論理的な変更が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

本開示は、コンデンサバンク、スイッチ、又は保護装置、例えば、高架スイッチ（手動、又はモータによって起動される、ソレノイドなど）、セクショナライザ若しくはリクローザ、又は電圧調節変換器など、特定の位置において、高架電力線などの電力線の電圧を測定するために使用することができる電圧センサについて記載している。電圧センサは、小型の設計を有することがあり、単純な方法で既存の電力線（導体又はケーブル）に接続することができる。本明細書において記載される電圧センサは、電力ケーブル又は電気グリッド中の位置の電圧の特性をリアルタイムで高精度に供給するためのコンパクトな機構を提供することができる。電圧センサの出力は、電力線の電圧と正比例する波形であり得る。実際の線電圧の、出力電圧に対する分圧比は、任意の所望の電圧に調節することができる。幾つかの実施形態では、分圧比は、１：１〜１，０００，０００：１であり得る。他の好ましい実施形態において、分圧比はおよそ１００００：１であり得、例えば、およそ１００００Ｖの実際の線間電圧は、およそ１Ｖの出力電圧を生じる。電圧センサは、いくつかの実施形態において、演算装置、マイクロコントローラ、通信装置などと相互作用するために、デジタル値に容易に変換することができる電圧レベルを供給する。電圧センサはしたがって、設備、太陽光発電所、風力発電所、船、工場、又は中若しくは高電圧設備を使用するいずれかの個人又は法人に、電気が流れている電力線のリアルタイムの電圧読み取りを得るための容易なアクセスをもたらし、多くの異なるグリッド位置においてスマートノードを形成する能力をもたらす。

図１は、本発明の第１態様における、電圧センサ１００を示している。

電圧センサ１００は、アルミニウム、又は銅合金導体などの、中実の、又は撚り合わせた金属軸方向導体であり得る、導体（内部導体とも称される）１０２を含む。内側導体１０２は、第１接続インターフェース１５０を含む第１端部１０１、及び第２端部１０３を含み得る。第２端部１０３は、接続部を有さない。一態様において、第２端部は、部分的な放電、又は電気的故障の可能性を実質的に低減するために、最小の空間で、容易に、最適なストレス制御を可能にするような形状である。一態様において、第２端部１０３は、丸い表面１０５、例えば、完全に丸い表面（すなわち、鋭い縁部を有さない、又は殆ど有さない）を含む。この丸い表面形状は、電界ストレスの集中を低減する。図１に示されるように、１つの代表的な構成において、丸い表面１０５は球根の形状を有する。あるいは、導体１０２の大きさによって、導体１０２が十分に大きな直径を有する場合、球根状の端部は不要と成り得る。代わりに、いくつかの実施形態において、全半径（半球）が、導体の端部１０３から形成されてもよい。この半球の形状は、電気ストレスの集中につながり得る、いずれかの鋭い縁部を排除する。更なる代替的な態様において、電圧センサ１００の第２端部１０３は、成形された、半導電性ゴム又は半導電性プラスチック材料で被覆することができる。この代替的な態様において、半導電性成形を使用して、丸い表面又は鋭い表面を被覆することができる。

第１接続インターフェース１５０は、図１に示されるラグを含み得る。あるいは、接続インターフェースは、分離可能なコネクタ、スプライス、モジュラーコネクタ、又は他の接続インターフェースを備え得る。

接続インターフェースは、導体１０２の雄型端部と係合するように構成された円形断面を有し得る。別の態様において、導体１０２の第１端部は、雄型、又は複合タイプのコネクタとして形成され得る。

図１に示されるように、接続インターフェース１５０はラグを備える。図１の構造は、高架電力ケーブル、又は電力線との単純な機械的締結、及びここからの電気伝動（又は経路）を可能にする。例えば、電圧センサ１００を、高架線に取り付ける１つの方法は、従来的な高架主要タップ（Ｈｕｂｂｅｌｌ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＵＳＡから入手可能なＢＨＦ／ＡＨＦ２穴ホットラインパッドコネクタなど）を使用し、このコネクタを接続インターフェース／ラグ１５０へとボルトで固定するものである。あるいは、従来的なステムコネクタを使用することができる。したがって、電圧センサ１００は、電力ケーブル、電力線に沿ったいずれかの点、又はケーブル付属品内に設置することができる。

更に、電圧センサ１００は、例えば、高架電力線、又は高架電力ケーブル（電力線又は電力ケーブルは、１０００ボルトを超える電圧で動作する）などの電力線又はケーブル内の中電圧又は高電圧によって生じた電界を制御するように構成される。図１に示されるように、電界を制御するために、高誘電率層１３２を利用することができる。あるいは、電圧センサ１００は、幾何学的ストレス制御（図示されない）を含み得る。

任意により、いくつかの態様において、内側導体１０２は、導体遮蔽層１０４によって半径方向で包囲されてもよい。導体遮蔽層１０４は、特に、中又は高電圧線又はケーブルの電圧を感知する際に、高い電界ストレス集中を生じる可能性がある（これは、精度の低下、又は場合によりセンサの故障を生じ得る）、いずれかの導体表面の非平坦性を平滑にするように構成された、導電性、又は半導電性材料を備える。一態様において、導体遮蔽層１０４の外側表面は平滑である。以下で更に詳細に記載されるように、内側導体１０２、及び任意選択の内側遮蔽層１０４は、センサ区分のコンデンサの１つの電極をもたらす。コンデンサの他の電極は、絶縁遮蔽層１０８の絶縁区分１１０によって形成され、絶縁層１０６は、コンデンサの誘電体として機能する。

電圧センサ１００は、絶縁層１０６を更に含み、これは導体遮蔽層１０４を同心状に囲む。絶縁層１０６は、エラストマーシリコーン、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム（ＥＰＤＭ）、混合物、又はこれらの組み合わせなど、従来的な誘電材料から形成され得る。あるいは、絶縁層１０６は、第１及び第２絶縁層（図示されない）など、２層以上の絶縁材料を備えてもよく、各層は、異なる又は同じ絶縁材料から形成される。任意の半導電性、又は導電性遮蔽層１０４は、導体１０２と、絶縁層１０６との間に空隙（これは、絶縁層１０６の劣化につながる漏れを生じ得る）が生じる可能性を排除、又は低減するように機能する。遮蔽層１０４はまた、例えば、キャストなどの製造プロセスによる、内側導体１０２の表面上のいずれかの粗さによって生じる、電気ストレスを軽減することができる。

別の態様において、導電性層１０２は、非常に平滑な外側表面を有し得る。したがって、接着剤又は他の結合材料は、導電性層１０２と、絶縁層１０６との間に介在し、遮蔽層１０４が排除されてもよい。接着剤又は他の結合材料が、導体１０２の外側表面に適用されてもよく、絶縁層１０６を導電性層１０２に結合してもよい。

加えて、絶縁遮蔽層１０８が設けられ、絶縁層１０６を同心状に囲む。絶縁遮蔽層１０８は、絶縁層１０６に隣接して、これを同心状に囲む層として形成された、導電性又は半導電性材料を備える。以下に記載されるように、感知区分１２５の目的のために、絶縁層１０６はまたコンデンサの絶縁層を形成し、これは、内側導体１０２、並びに／又は導体遮蔽層１０４、及び絶縁遮蔽層１０８の絶縁区分１１０を備える。絶縁遮蔽層１１０の絶縁された区分は、絶縁遮蔽層１０８の残部の地電位から絶縁されている。

図１の実施形態では、電圧センサ１００は、導体／内側遮蔽／絶縁体／遮蔽構造、及びセンサ区分１２５の少なくとも一部分にわたって延びる、管状スリーブ１１２を更に備える。一態様において、管状スリーブ１１２は、好適な常温収縮材料、例えば、ＥＰＤＭなどの低い永久歪みを有する、非常に弾性的なゴム材料、エラストマーシリコーン、電気材料として使用可能な品位の樹脂、又はこれらの複合物など、を含む。絶縁層１０６、及び管状スリーブは、同じ又は異なる種類の材料で作製することができる。半導電性材及び絶縁材は、使用される材料の固有の特性に基づいて、又は材料に添加される添加剤に基づいて、異なる程度の導電性及び絶縁性を有し得る。管状スリーブ１１２はまた、好適な熱収縮材料から作製することもできる。代替的に、管状スリーブ１１２は、オーバーモールド層又はプッシュオン層であってもよい。接地基準ワイヤ１１５もまた、設けられてもよい。任意により、例示される実施形態において、管状スリーブ１１２は、漏洩電流を低減するように機能し、屋外用途に特に有用な、スカート１３５を含む。いくつかの実施形態において、管状スリーブ１１２はまた、丸い端部１０３を被覆することができる。

加えて、封止化合物１３０は、環境封止を形成し、かつ絶縁層１０６と、接続インターフェース／ラグ１５０との間の領域内に水分が移動するのを防ぐために設けられることがある。

図１に示され、図２により詳細に示されるように、電圧センサ１００は、導体１０２の第１端部と第２端部との間に配置されたセンサ区分１２５を含む。一態様において、感知区分は、複素インピーダンスに基づく分圧を使用する、インピーダンス分圧器、又は電気的に絶縁された容量電圧センサを有する、容量電圧感知装置などの電圧センサを含む。より一般的に、感知区分がインピーダンス分圧器を含む、少なくとも一態様において、第１インピーダンス及び第２インピーダンスが、直列接続される。入力電圧が直列インピーダンスに適用され、出力電圧は、第２インピーダンスでの電圧である。第１インピーダンス及び第２インピーダンスは、レジスタ、インダクタ、及びコンデンサなどの、素子のいずれかの組み合わせで構成されてもよい。少なくとも一態様において、感知区分は多成分ＡＣ回路を含み、応答は複素数であり得、虚数成分を有することがある。別の態様において、センサ区分は、例えば、サーミスタなど、少なくとも１つの温度補償要素を含む。温度センサ（例えば、サーミスタ）は、感知区分１２５の内部（又は外部）に位置してもよい。１つの特定の実施形態が以下に記載されるが、国際公開第２０１５／１７９２８５号、及び同第２０１３／０９６３５４号に記載される電圧センサと同様の方法で構成されてもよく、それぞれ本明細書においてその全体が組み込まれる。更に、別の態様において、電圧センサ１００は更に、１つ以上の追加のセンサを含んでもよい。

図２に示されるように、感知区分１２５は、絶縁層１０６の外側表面と接触する、導電性又は半導電性材料（絶縁遮蔽）層１０８の電気的に絶縁された区分１１０を含む。導電性、又は半導電性材料（絶縁遮蔽）層１０８の電気的に絶縁された区分１１０は、容量性分圧器又はセンサの感知コンデンサの電極を形成している。電気的に絶縁された区分はしたがって、導電体１０２に容量結合され、地電位から電気的に絶縁され得る。加えて、絶縁層１０６は、容量性分圧器又はセンサの感知コンデンサの誘電体を形成するように動作可能である。

いくつかの実施例において、電気的に絶縁された区分１１０は、環状リング構成であり、非導電性軸方向区分１１１ａ及び１１１ｂによって、導電性又は半導電性遮蔽層１０８から電気的に絶縁されていてもよい。これらの非導電性軸方向区分１１１ａ、１１１ｂは、非導電性材料又は間隙を含んでもよい。

このような実施例において、導電性又は半導電性遮蔽層１０８は、環状リング構成において、電気的に分離された区分１１０を形成するように、２つの長手方向位置において断絶していてもよい。このような実施例において、電気的に絶縁された区分１１０は、電気的に絶縁された区分１１０及び遮蔽層１０８が一般的な厚さを有するように、一般的な材料及び製造プロセスによって形成されてもよい。

他の実施例において、電気的に絶縁された区分１１０は、遮蔽層１０８とは異なる材料から形成されてもよく、及び／又は絶縁層１０６に固定された可撓性材料から形成された、矩形、又は丸い形状などの異なる構成を有してもよい。電気的に絶縁された区分１１０は例えば、導電性金属又は導電性ポリマーを含んでもよい。一実施例として、電気的に絶縁された区分１１０は、銅の層を含んでもよい。いくつかの実施例において、電圧センサ１００は、電気的に絶縁された区分１１０を絶縁層１０６に固定する接着剤を含んでもよい。いくつかの実施例において、電気的に絶縁された区分１１０は更に、水分がセンサ区分１２５に移動するのを防ぐため、適合するゴム絶縁体、又は高誘電率のテープ、又は自己融着絶縁体、又は高誘電率材料１２７（例えば、ゴムマスチック材料）を含んでもよい。絶縁、又は高誘電率材料のストリップは、間隙１１１ａ、１１１ｂを被覆して、絶縁区分１１０を、ＰＣＢ１２０以外の任意の他の導電性又は半導電性材料又は要素から分離し、間隙１１１ａ、１１１ｂ内に空気が存在するのを防止するが、この空気は、電圧センサの部分的な放電及び故障の原因となり得る。絶縁材料、又は高誘電率材料は、空隙１１１ａ、１１１ｂをより容易にふさぐマスチック及びマスチック上に配置されたＰＶＣテープの組み合わせなどの任意の好適な材料であってもよい。いくつかの実施例において、電気的に絶縁された区分１１０は、熱収縮又は常温収縮材料を含むことがある。

いくつかの態様において、電圧センサ１００の、内側及び外側導電性、又は半導電性遮蔽層１０４、１０８、並びに絶縁層１０６は、収縮スリーブの用途に好適な任意の材料から作製されてもよい。最も好適なのは、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、エラストマーシリコーン、又はこれらの混合物のような、低い永久歪を有する高弾性ゴムのような材料であり、これらは、必要に応じて層を適切に導電性、半導電性、又は絶縁性にするために、従来的な添加物を含んでもよい。導電性、又は半導電性遮蔽層、及び絶縁層は、個別の層に組み込まれ得る添加物の種類によって、同じ、又は異なる種類の材料で作製され得る。内側及び外側導電性又は半導電性遮蔽層、及び絶縁層は、使用される材料の固有の特性に基づいて、又は材料に添加される添加剤に基づいて、異なる程度の導電性及び絶縁性を有し得る。

上記のように、いくつかの態様において、センサ区分１２５は、接続インターフェース１５０との接続を介した、電力線（図示されない）における電圧も表す、内側導体１０２の電圧を感知するように動作可能な、容量性電圧センサとして構成される。電気的に絶縁された区分１１０は、容量性電圧センサの感知コンデンサの電極を形成するように動作可能であり、例えば、２つの反対を向く主面（例えば、第１主面及び第２主面）を有してもよい。第１主面は絶縁層１０６と機械的に接触してもよい。第２主面は、コンデンサ、回路、又はプリント回路基板（ＰＣＢ）１２０などの、容量性要素と機械的に接触している場合がある。多くの態様において、ＰＣＢ１２０などの容量性要素は、既定の容量値を有する。

上記のように、電圧センサの出力は、電力線の電圧と正比例する波形であり得る。実際の線電圧の、出力電圧に対する分圧比は、任意の所望の電圧に調節することができる。幾つかの実施形態では、分圧比は、１：１〜１，０００，０００：１であり得る。他の態様において、分圧比はおよそ１００００：１であり得、例えば、およそ１００００Ｖの実際の線間電圧は、およそ１Ｖの出力電圧を生じる。電圧センサ１００は、いくつかの実施形態において、演算装置、マイクロコントローラ、通信装置などと相互作用するために、デジタル値に容易に変換され得る電圧レベルを供給する。

容量性電圧センサは、電気的に絶縁された区分１１０と電気的に接触している、容量性要素（本明細書においてＰＣＢ１２０）を更に含む。一態様において、ＰＣＢ１２０は、電気的に絶縁された区分１１０の付近に、又はその上に直接位置し、絶縁区分１１０と電気接触するようになっており、絶縁区分１１０は、絶縁層１０６の上に配置されている。ＰＣＢ１２０は更に、電気的に絶縁された区分１１０の検出された電圧により、内側導体１０２の電圧を決定するために、導電性分圧器を形成するように、少なくとも１つの追加的なコンデンサ、又は他の容量性要素を含む。ＰＣＢ１２０のコンデンサは、電気的に絶縁された区分１１０に電気的に接続されてもよい。コンデンサ要素は容量性分圧器における二次コンデンサとして動作可能であってもよい。容量性分圧器は、電気的に絶縁された区分１１０を含む感知コンデンサ、及び二次コンデンサを備えてもよい。

いくつかの態様において、ＰＣＢ１２０は柔軟であってもよく、よってＰＣＢ１２０は、電気的に絶縁された区分１１０の周囲に適合するように曲げることができる。ＰＣＢ１２０は、いくつかの位置において、電気的に絶縁された区分１１０との電気的接触を形成してもよい。この構成は、電気的に絶縁された区分１１０における、１つの位置においてのみ電気接触を有することの不利益、例えば、この１つの接触部が、例えば、不完全である、腐食している、又は損傷している場合（これは、電圧の読み取りを不可能にし得る）に、１つの位置における電気接触不良により生じる問題を回避する。加えて、多数の接点を設けることにより、電気的に絶縁された区分１１０の縁部から単一の接触位置へと移動する電子が、より長い軌道にわたって、電気的に絶縁された区分１１０の電気抵抗を受けるという事実により生じる問題が回避され得る。これはひいては、電圧低下、及び最終的には、ＰＣＢ１２０上で電圧が測定される際のより低い、すなわち、劣った精度につながり得る。

いくつかの実施例において、ＰＣＢ１２０は、電気的に絶縁された区分１１０に機械的に取り付けられてもよい。他の実施例において、あるいはＰＣＢ１２０は、電気的に絶縁された区分１１０に圧接されてもよい。ＰＣＢ１２０は両面ＰＣＢを含んでもよく、すなわちＰＣＢ１２０は反対側を向く第１主面及び第２主面を有してもよい。あるいは、ＰＣＢ１２０は、絶縁区分１１０から離れて位置してもよく、このときＰＣＢ１２０は、絶縁区分１１０と電気的に結合され得る。

例えば、図３に更に例示されるように、ＰＢ１２０は、多層構造を備えてもよく、第１層１２０ａは、導電性金属、例えば、金、銀、又は銅を含み、第２層１２０ｂは、可撓性絶縁材料を含み、第３層、又は導電性トレース１２０ｃは、ジャンパ線１２２に接続し、第４層１２０ｄは外側絶縁層を備え、外側導電性遮蔽層１２０ｅは、ＰＣＢ１２０を保護する、導電性又は半導電性層を備えている。

一実施例において、第１層１２０ａは、銅層を含んでもよく、これは、電気的接触を高めるため及び／又は環境の影響から（例えば腐食から）保護するために金めっきされていてもよい。異なる実施例において、第１ＰＣＢ層１２０ａは、電気的に絶縁された区分１１０と接触するために、連続的な表面接触領域、又はパターン化した、すなわち、断絶した、不連続な表面接触領域をもたらす、導電性区域を備える。パターン付き表面接触領域の全ての部分は互いに電気的に接触することができる。パターン付き表面接触領域は、これを製造するために、より少ない導電性材料を必要とする一方で、電気的接触及び抵抗損失の信頼性に対してごくわずかな影響しか有さない。

ＰＣＢ１２０は可撓性部分を備えてもよい。パターン付き表面接触領域はまた、ＰＣＢ１２０の機械的可撓性を向上させることができ、したがってＰＣＢ１２０が折り曲げられた場合の層の亀裂及び／又は剥離のリスクを低減させることがある。具体的な実施例では、第１ＰＣＢ層１２０ａは、パターン付き金めっき銅層を含む。表面接触領域のパターンは、例えば正方形又は菱形のパターンを備えた格子であってもよい。

ＰＣＢ１２０は、従来的な可撓性絶縁材料などの、可撓性絶縁材料を含む、第２層１２０ｂを更に備えてもよい。

ＰＣＢ１２０の可撓性部分、及び特に、フレキシブルＰＣＢは、ＰＣＢ１２０が、電気的に絶縁された区分１１０により良好にコンフォームとなることを可能にし得る。これは、ひいては、ＰＣＢ１２０と電気的に絶縁された区分１１０との間の電気的接触を高め、よって接点の信頼性を高め、抵抗損失を低減し、電圧センサの更に高い精度を促進する。

導電性トレース１２０ｃは、遮蔽層１０８上に配置された、導電性テープ／接着剤１０９によって、絶縁された区分１１０のいずれかの側で、接地に接続された、ジャンパ線１２２と接続する。導電性テープ／接着剤１０９は、十分な表面積をもたらす。

図３に示されるように、外側遮蔽層１２０ｅは、導電性又は半導電性材料を備えてもよく、導電性テープ／接着剤１０９に接地している。

図示されていないが、ＰＣＢ１２０は更に、複数の、比率調節コンデンサ（ratio adjustment capacitors）を含み得る。

ＰＣＢ１２０は、内側導体１０２の電圧を示す、信号を生成してもよい。センサ信号線１２４は、ＰＣＢ１２０からセンサ電圧信号を送信するために、ＰＣＢ１２０に接続されてもよい。いくつかの実施例において、電気測定回路が、ＰＣＢ１２０に組み込まれてもよい。他の例では、ＰＣＢ１２０は、電気測定回路を含んでもよい。センサ信号線１２４はひいては、センサ区分１２５からの電圧データを処理する遠隔端末ユニット、又は積算器、測定装置、制御装置、又は他の好適な種類の装置に接続することができる。

接地基準ワイヤ１２２を使用して、接地をＰＣＢ１２０に組み込み、電気的接地を、電気測定回路に接続することができる。一態様において、接地基準ワイヤ１２２は、図３に示されるように、導電性トレース１２０ｃなど、ＰＣＢ１２０の導電性トレースに接続される。この構成は、絶縁区分１１０のいずれかの側の、絶縁遮蔽層の間のブリッジ接続をもたらす。電気測定回路は、接地に対する内側導体１０２の電圧を決定するように動作可能であり得る。

いくつかの実施例において、ＰＣＢ１２０は、温度、湿度、磁場などの、更なる感知をサポートするように適合されてもよい。

別の態様において、ＰＣＢ１２０は、絶縁層１０６の上に直接配置されてもよく、これにより遮蔽層１０８の絶縁区分１１０は排除され得る。更なる別の態様において、ＰＣＢ１２０は、遮蔽層１０８の端部を超えた位置において、絶縁層１０６上に直接配置されてもよい。

一態様において、センサ区分１２５は更に、絶縁区分１１０に隣接して配置される、センサ絶縁層１２６を含む。別の態様において、センサ絶縁層１２６は、ＰＣＢ１２０の、電気絶縁区分１１０とは反対側に、ＰＣＢ１２０に隣接するようにして、あってもよい。センサ絶縁層１２６は、ＰＣＢ１２０のショートを防ぐのに役立つ。

更なる態様において、センサ区分１２５は、センサ絶縁層１２６の、ＰＣＢ１２０とは反対側に、センサ絶縁層１２６と隣接するようにして配置された、センサ（外側）遮蔽層１２８を更に含む。外側センサ遮蔽層１２８は、導電性又は半導電性材料から形成されてもよく、例えば地電位にて、遮蔽層１０８に電気的に接続されてもよい。外側センサ遮蔽層１２８は、絶縁区分１１０／外側電極の電界、及び外部の電界を阻止するための、電界遮蔽をもたらす。外側センサ遮蔽層１２８及び絶縁遮蔽層１０８は、電気絶縁区分１１０、ＰＣＢ１２０、及びセンサ絶縁層１２６を含む、容量性電圧センサを実質的に封入するように機能し得る。いくつかの実施例において、外側センサ遮蔽層１２８、及び絶縁遮蔽層１０８は、一体型機構として形成されてもよい。加えて、図２に示されるように、管状スリーブ１１２は、センサ区分１２５の少なくとも一部にわたって延びる。

電圧センサ１００の設計及び構成により促進される、正確な寸法制御は、センサ区分１２５の容量性電圧センサによる、正確な電圧測定を可能にする。例えば、コンデンサを形成する、２つの導電性電極、及び絶縁体の幾何学的形状に直接関連する。導電性電圧センサに関し、感知コンデンサは、内側導体１０２／内側遮蔽層１０４、絶縁層１０６、及び電気絶縁区分１１０から形成される。

いくつかの実施例において、電圧センサ１００は、オーバーモールドした構成体を使用して形成されてもよい。例えば、内側遮蔽層１０４は、内側導体１０２上にオーバーモールドされてもよい。同様に、絶縁層１０６は、内側遮蔽層１０４上にオーバーモールドされてもよく、又は、内側遮蔽層１０４が電圧センサ装置１００に含まれない場合、内側導体１０２に直接オーバーモールドされてもよい。同様に、遮蔽層１０８は、絶縁層１０６上にオーバーモールドされた、オーバーモールドされた、外側導電性、又は半導電性層であってもよい。したがって、いくつかの態様において、構成体は、絶縁層１０６、遮蔽層１０８、絶縁区分１１０、及び任意選択により内側遮蔽層１０４を含む、連続するオーバーモールドされた本体として形成され得る、多層体を備えてもよい。

別の態様において、感知区分１２５の電圧比は、絶縁区分１１０の長さを変化させることによって、又は別の態様においては、絶縁区分１１０の代わりの、ＰＣＢ１２０の長さを変化させることによって調節することができる。ＰＣＢ１２０とケーブル絶縁体１０６との間の空隙／間隙を排除するため、及び／又はコロナ放電を排除するために、ＲＴＶ、グリース、マスチック、又は他の絶縁若しくは高誘電率材料が適用されてもよい。

本明細書で記載された電圧センサは、様々な用途で利用することができる。高架用途（overhead applications）において、電圧センサは、標準的な媒体又は高電圧ケーブル、バスバー、コンデンサバンク、コネクタ、ラグ、ジャンパ、電力グリッドにおいて使用されるいずれかの構成要素、スイッチ、及びスイッチギアを備える、電圧を有する電力グリッドのいずれかの区分において配備することができる。他の用途において、電圧センサは、パッドマウントトランスクロージャ、パッドマウント主要計測キャビネット、及び多くのライブフロントパッドマウント、又はヴォールト式ライブフロント用途など、地下設備の用途において使用され得る。電圧センサはまた、スイッチギア用途において使用することができ、ギアは、デッドフロント地下設備とみなされる。

好ましい実施形態の説明の目的のために、特定の実施形態を本明細書で例示し記述したが、様々な代替又は同等な実施が、本発明の範囲に逸脱することなく、図示及び説明された特定の実施形態と置き換わり得ることを、当業者は理解するであろう。当業者は、本発明が様々な実施形態において実施されてもよいことを容易に理解するであろう。本出願は、本明細書で説明された実施形態のいかなる翻案又は変形をも包含すべく意図されている。

Claims (28)

1. 第１接続インターフェースを含む第１端部及び接続を有さない第２端部を有する導体と、
   前記導体の上に配置された少なくとも１つのセンサを含むセンサ区分であって、前記センサは、前記導体の少なくとも１つの電圧、又は電圧のサンプルを感知する、センサ区分とを備えている電圧センサ。
2. 前記第２端部は、半球形表面を備えている、請求項１に記載の電圧センサ。
3. 前記センサ区分は、前記導体と接触する内側遮蔽層を有する容量性電圧センサと、前記内側遮蔽層上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された電気的に絶縁された外側遮蔽層と、を含む、請求項１に記載の電圧センサ。
4. 前記外側遮蔽層は、導電性又は半導電性材料の電気的に絶縁された区分を備えている、請求項３に記載の電圧センサ。
5. 導電性又は半導電性材料の前記電気的に絶縁された区分は、容量性電圧センサの電極を形成している、請求項４に記載の電圧センサ。
6. 前記接続インターフェースは、ラグ、ステムコネクタ、分離可能なコネクタ、スプライス、及びモジュラーコネクタのうちの１つを備えている、請求項１に記載の電圧センサ。
7. 前記接続インターフェースは、高架電線又はケーブルに接続可能である、請求項６に記載の電圧センサ。
8. 前記センサ区分は、前記高架電線又はケーブルの電圧を感知する、請求項７に記載の電圧センサ。
9. 耐トラッキング絶縁材料から形成された管状体を備える外側スリーブを更に含んでいる、請求項１に記載の電圧センサ。
10. 前記外側スリーブは、複数のスカートを更に含んでいる、請求項９に記載の電圧センサ。
11. 前記センサ区分は、容量性素子を含んでいる、請求項１に記載の電圧センサ。
12. 前記容量性素子は、既定の静電容量、インピーダンス、及び抵抗のうちの少なくとも１つを有する、プリント回路基板を備えている、請求項１１に記載の電圧センサ。
13. 前記感知区分は、インピーダンス分圧器を含み、第１インピーダンス及び第２インピーダンスは、直列接続されている、請求項１に記載の電圧センサ。
14. 前記第１インピーダンス及び第２インピーダンスは、レジスタ、インダクタ、及びコンデンサを含む素子のいずれかの組み合わせを含む、請求項１３に記載の電圧センサ。
15. 前記感知区分は、多成分ＡＣ回路を含み、応答は複素数であり、虚数成分を有する、請求項１に記載の電圧センサ。
16. 前記センサ区分は、前記導電性又は半導電性材料の、前記電気的に絶縁された区分と電気接触した、静電容量素子を含んでいる、請求項４に記載の電圧センサ。
17. 前記プリント回路基板に接続された、接地基準線を更に含んでいる、請求項１２に記載の電圧センサ。
18. 前記完全に丸い表面は、球根状表面を備えている、請求項２に記載の電圧センサ。
19. 前記導体の少なくとも前記第２端部を被覆する導体遮蔽層を更に備え、前記導体遮蔽層は、高い電界ストレス集中度を生じ得る、いずれかの導体表面の非平坦性を平滑化するように構成されている、請求項１に記載の電圧センサ。
20. 少なくとも１つのセンサ出力ワイヤを更に備えている、請求項１に記載の電圧センサ。
21. 前記センサ区分は、少なくとも１つの温度補償要素を更に備えている、請求項１に記載の電圧センサ。
22. 前記少なくとも１つの温度補償要素は、サーミスタを備えている、請求項２１に記載の電圧センサ。
23. 前記第２端部は、部分的な放電、又は電気的故障の可能性を実質的に低減するために、ストレス制御を可能にするような形状である、請求項１に記載の電圧センサ。
24. 前記センサ区分は、前記導体の上に配置された絶縁層と、前記絶縁層の上に配置された、電気的に絶縁された外側遮蔽層とを有する電圧センサを含み、前記導体は、コンデンサの第１電極を形成し、前記電気的に絶縁された外側遮蔽層は前記コンデンサの第２電極を備えている、請求項１に記載の電圧センサ。
25. 前記センサ区分は、前記導体の前記第１端部と前記第２端部との間に配置されている、請求項１に記載の電圧センサ。
26. 前記導体の第２端部は、成形された半導電性ゴム、又は半導電性プラスチック材料によって被覆されている、請求項１に記載の電圧センサ。
27. 前記絶縁層は、第１絶縁層及び第２絶縁層を備え、各層は異なる絶縁材料から形成されている、請求項３に記載の電圧センサ。
28. 前記プリント回路基板は、前記導体を囲む絶縁層の上に直接配置されている、請求項１２に記載の電圧センサ。

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