JP2019121739A - 真空コンデンサ形計器用変圧器 - Google Patents

真空コンデンサ形計器用変圧器 Download PDF

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Abstract

【課題】コンデンサの分担電圧に対する外部の影響を低減する。【解決手段】主コンデンサ２と、主コンデンサ２を収納する絶縁筒３を備える真空コンデンサ形計器用変圧器１である。主コンデンサ２に、分圧コンデンサ４を直列接続する。主コンデンサ２は、直列に接続された複数の真空コンデンサ２ａ〜２ｃおよび真空コンデンサ２ｄを備える。絶縁筒３の高圧側に高圧側電極６を備え、低圧側に接地側電極７を備える。高圧側電極６に高圧シールド８を備える。高圧側に配置される真空コンデンサ（例えば、真空コンデンサ２ａ）の静電容量を、低圧側に配置される真空コンデンサ（例えば、真空コンデンサ２ｂ）の静電容量よりも大きくする。【選択図】図１

Description

本発明は、真空コンデンサ形計器用変圧器に関する。特に、一次線路側端子と分圧点との間に備えられる主コンデンサとして、複数の真空コンデンサを備えた真空コンデンサ形計器用変圧器に関する。
真空コンデンサ形計器用変圧器は、真空コンデンサの高耐電圧により、従来の計器用変圧器（ＶＴ）より小型化することができる。しかし、高耐電圧を実現させるため、電極形状が複雑となり、製造工程も長くなっている（例えば、特許文献１）。
コンデンサ形計器用変圧器には、直列に接続された複数の主コンデンサと、主コンデンサと直列に接続された分圧コンデンサを、碍管内に収納して構成されたものがある（例えば、特許文献２）。
特開２０１１−０５４７９６号公報 特開２００１−２２８１８０号公報
「計器用変成器」ＪＥＣ−１２０１−２００７、株式会社 電気書院、２００７年、ｐ．７５−７６
コンデンサ形計器用変圧器では、接地等の外部の影響を受けることにより、直列に接続されたコンデンサの分担電圧が変化する。コンデンサの分担電圧が変化することにより、特定のコンデンサに電界集中が起こり、コンデンサ形計器用変圧器の信頼性が損なわれるおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コンデンサの分担電圧に対する外部の影響を低減した真空コンデンサ形計器用変圧器を提供することを目的としている。
上記目的を達成する本発明の真空コンデンサ形計器用変圧器の一態様は、
主コンデンサと、前記主コンデンサと直列に接続された分圧コンデンサと、前記主コンデンサを収納する絶縁筒と、を備える真空コンデンサ形計器用変圧器であって、
前記主コンデンサは、直列に接続された複数の真空コンデンサを備え、
前記真空コンデンサ形計器用変圧器の高圧側に接続される側の端部に、高圧シールドを備えた、ことを特徴としている。
また、上記目的を達成する本発明の真空コンデンサ形計器用変圧器の他の態様は、
主コンデンサと、前記主コンデンサと直列に接続された分圧コンデンサと、前記主コンデンサを収納する絶縁筒と、を備え、
前記主コンデンサは、
直列に接続された複数の真空コンデンサを備え、
前記複数の真空コンデンサは、高圧側に配置される真空コンデンサの静電容量が、低圧側に配置される真空コンデンサの静電容量よりも大きい、ことを特徴としている。
以上の発明によれば、コンデンサの分担電圧に対する外部の影響が低減される。
本発明の実施形態に係る真空コンデンサ形計器用変圧器の断面図である。 本発明の実施形態に係る真空コンデンサ形計器用変圧器の回路図である。
本発明の実施形態に係る真空コンデンサ形計器用変圧器について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る真空コンデンサ形計器用変圧器１は、主コンデンサ２と、主コンデンサ２を収納する絶縁筒３を備える。なお、図１では図示省略しているが、真空コンデンサ形計器用変圧器１は、主コンデンサ２と直列に接続される分圧コンデンサを備える。すなわち、図２に示すように、主コンデンサ２には分圧コンデンサ４が直列接続され、この主コンデンサ２と分圧コンデンサ４により真空コンデンサ形計器用変圧器１が構成される。分圧コンデンサ４は、例えば、真空コンデンサやフィルムコンデンサ等であり、後に詳述する主コンデンサ２の出力端子１６に接続される。また、分圧コンデンサ４には、接地側端子５が接続される。
図１に示すように、主コンデンサ２は、直列に接続される複数の真空コンデンサ２ａ〜２ｃと、真空コンデンサ２ｃの下に備えられる真空コンデンサ２ｄを備える。真空コンデンサ２ｄは、真空コンデンサ２ａ〜２ｃの最下段に配置される真空コンデンサ２ｃに直列に接続される。なお、絶縁筒３に配置される真空コンデンサ２ａ〜２ｃの数は、主コンデンサ２が分担する電圧に応じて適宜選択される。
絶縁筒３の一方の端部には高圧側電極６が設けられ、絶縁筒３の他方の端部には接地側電極７が設けられる。高圧側電極６には高圧側端子６ａが設けられており、高圧側端子６ａは、一次線路側に接続される。
絶縁筒３は、例えば、ＦＲＰ樹脂（繊維強化プラスチック）等により形成されており、絶縁筒３の内部にはシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂が充填される。また、高圧側電極６には、高圧シールド８が設けられる。図示省略しているが、絶縁筒３の内部には樹脂が充填されるとともに、絶縁筒３の外周部には沿面閃絡を防止するためのひだが形成される。このひだは、例えば、絶縁筒３の内部に充填される樹脂と同様の樹脂等により形成される。
真空コンデンサ２ａは、セラミックで形成される絶縁筒９と、絶縁筒９の一方の端部にろう付け接合される高圧側端板１０と、絶縁筒９の他方の端部にろう付け接合される低圧側ベース１１を備える。絶縁筒９の端部は、高圧側端板１０と低圧側ベース１１で封止され、絶縁筒９内部は真空状態となっている。なお、真空コンデンサ２ｂ、２ｃの構成も、真空コンデンサ２ａと同様であるので、同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
高圧側端板１０の絶縁筒９内側の面には外側電極１０ａが設けられる。外側電極１０ａは、例えば、絶縁筒９の内側に延びて備えられる筒状の電極である。一方、高圧側端板１０の外周側の面には、柱状の高圧端子１０ｂが突出して設けられる。高圧端子１０ｂは、高圧側電極６に形成された溝部６ｂに設けられる。なお、真空コンデンサ２ｂ、２ｃの高圧端子１０ｂは隣接する他の真空コンデンサ２ａ（または、真空コンデンサ２ｂ）の低圧側ベース１１に形成された溝部１１ｂに設けられる。
高圧端子１０ｂの先端と溝部６ｂ（または、溝部１１ｂ）との間には、隙間が形成されており、この隙間にスプリング等の導電性の弾性体（図示せず）が設けられる。この弾性体により、真空コンデンサ２ａの高圧端子１０ｂと高圧側電極６の間（または、真空コンデンサ２ｂの高圧端子１０ｂと真空コンデンサ２ａの低圧側ベース１１の間等）の電気的な接続が確保される。また、高圧端子１０ｂの外周部には、Ｏリング等のシール材（図示せず）が設けられる。
低圧側ベース１１の絶縁筒９内側の面には、中心側電極１１ａが設けられる。中心側電極１１ａは、例えば、絶縁筒９の内側に延びて備えられる棒状の電極である。中心側電極１１ａは、外側電極１０ａ内に差し込まれて備えられる。一方、低圧側ベース１１の外周側の面には、隣接する他の真空コンデンサ２ｂの高圧端子１０ｂが備えられる溝部１１ｂが形成される。
なお、真空コンデンサ２ａ〜２ｃは、各々の外側電極１０ａ、中心側電極１１ａの形状が異なり、上段の真空コンデンサ（例えば、真空コンデンサ２ａ）の静電容量は、下段の真空コンデンサ（例えば、真空コンデンサ２ｂ）の静電容量よりも大きい。また、後に詳述する真空コンデンサ２ｄの静電容量は、真空コンデンサ２ｃの静電容量よりも小さい。
真空コンデンサ２ｄは、絶縁筒９と、絶縁筒９の一方の端部にろう付け接合される高圧側端板１０と、絶縁筒９の他方の端部にろう付け接合される接地部１２を備える。絶縁筒９の端部は、高圧側端板１０と接地部１２で封止され、絶縁筒９内部は真空状態となっている。なお、真空コンデンサ２ｄの説明において、真空コンデンサ２ａ〜２ｃと同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
接地部１２の絶縁筒９内周側には、セラミックで形成された絶縁筒１３が設けられる。絶縁筒９内部に突出した絶縁筒１３の端部は、分圧ベース１４で封止される。
分圧ベース１４の絶縁筒９内周側には分圧電極１５が設けられる。分圧電極１５は、絶縁筒９内部に延びるように設けられ、外側電極１０ａに差し込まれる。一方、分圧ベース１４の外周側には、出力端子１６が設けられる。出力端子１６は、絶縁筒１３、接地部１２および接地側電極７を挿通して設けられ、外部に備えられた分圧コンデンサ（図示せず）および分圧コンデンサと並列に接続される計測機器（図示ぜず）に接続される。
高圧シールド８は、絶縁筒３の軸心を中心として絶縁筒３の径方向外側に延在するシールド部８ａと、シールド部８ａの端部を絶縁筒３の径方向内側に折り返して形成される折り返し部８ｂを備える。図示省略しているが、折り返し部８ｂの端部に折り返し部を形成することもできる。高圧シールド８に折り返し構造を設けることで、高圧シールド８における電界集中が緩和される。高圧シールド８は、大きければ大きいほど接地の影響を低減することができるので、高圧シールド８の水平方向（絶縁筒３の径方向）の大きさは真空コンデンサ形計器用変圧器１の小型化等を考慮して決定される。例えば、水平方向（絶縁筒３の径方向）の最大径は、真空コンデンサ形計器用変圧器１の全長の１／２〜１／３程度の大きさに形成することが好ましい。また、高圧シールド８の水平方向の径は、絶縁筒３の径（例えば、７ｃｍ程度）よりも大きい径を有していることが好ましい。
以上のような、本発明の実施形態に係る真空コンデンサ形計器用変圧器１によれば、複数の真空コンデンサ２ａ〜２ｃと真空コンデンサ２ｄを直列に接続することで、高電圧印加時の各真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）の外側電極１０ａと中心側電極１１ａ（または、分圧電極１５）間の電界強度を低減させ、絶縁筒３の径を縮小化することができる。
また、高圧シールド８を配置することで、真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）と地面との静電容量による影響が低減される。つまり、真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）の電界集中が緩和され、真空コンデンサ形計器用変圧器１の絶縁性が担保される。また、高圧シールド８を配置することで、高圧シールド８の周囲に設けられた高圧線等の影響が低減される。
また、直列に接続している各真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）の静電容量を、下段より上段が大きいようにすることで、各真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）に印加される電圧が地面の影響により不均一になることが緩和される。すなわち、各真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）の静電容量を最適化することによって、地面からの影響を低減した、高電圧の測定が可能となる。つまり、真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）の静電容量を最適化することで、真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）の電界集中が緩和され、真空コンデンサ形計器用変圧器１の絶縁性が担保される。
また、絶縁筒３（および、絶縁筒３の外周に設けられるひだを含む碍管）を樹脂で形成することで、セラミック等で碍子を形成した場合と比較して、真空コンデンサ形計器用変圧器１を軽量化することができる。また、内部に絶縁オイルやガスを充填する必要がないので、真空コンデンサ形計器用変圧器１の構成を簡略化することができる。絶縁筒３（および、碍管）を樹脂で形成した場合、絶縁筒３（および、碍管）は熱等により伸縮する。絶縁筒３（および、碍管）の伸縮により真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）に応力が加えられることで、真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）が破損するおそれがある。そこで、溝部６ｂ（または、溝部１１ｂ）に高圧端子１０ｂを備えることで、熱による絶縁筒３（および、碍管）のサイズ変化の影響による真空コンデンサ２ａ〜２ｃ（または、真空コンデンサ２ｄ）の破損を防止することができる。また、高圧端子１０ｂにシール材を用いることで、絶縁筒３内に樹脂を充填した際に、溝部６ｂ（または、溝部１１ｂ）に樹脂が入り込むことが防止される。さらに、シール材により、真空コンデンサ形計器用変圧器１の絶縁筒３の径方向の可動領域が増加する。
以上、具体的な実施形態を示して本発明の真空コンデンサ形計器用変圧器について説明したが、本発明の真空コンデンサ形計器用変圧器は、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更されたものも、本発明の技術的範囲に属する。
例えば、実施形態の説明では、高圧端子１０ｂの外周部にシール材を設けた例を示しているが、シール部材は、必ずしも必要なものではなく、高圧端子１０ｂを溝部６ｂ（または、溝部１１ｂ）に摺動可能に設ける態様とすることもできる。
また、実施形態の説明では、高圧シールド８を高圧側電極６に設けた例を示しているが、高圧シールド８は、高圧印加部であれば（例えば、高電圧が印加される碍管（ブッシング）の上部等）、いずれに設ける態様とすることができる。
また、本発明の真空コンデンサ形計器用変圧器は、一次線路側と分圧点の間に主コンデンサを備え、分圧点と接地側端子との間に分圧コンデンサを備えるものであれば、例えば、分圧コンデンサからの出力を必要な出力形態に変換する変成装置部を備える態様を含んでいる。
また、真空コンデンサ２ａ〜２ｃの高圧端子１０ｂは、必ずしも高圧側に設けることに限定されるものではなく、低圧側に突出した端子を設けることもできる。
また、実施形態で説明した真空コンデンサ形計器用変圧器１の特徴の一部を備える形態も本発明の技術的範囲に属する。例えば、実施形態の説明では、ポリマー碍子を備えた真空コンデンサ形計器用変圧器を例示して説明したが、セラミック製の碍子を用いた場合でも、高圧シールド８を備えた効果や、真空コンデンサ２ａ〜２ｃおよび真空コンデンサ２ｄの静電容量に差異を設けることによる効果を得ることができる。
また、主コンデンサ２を構成する各真空コンデンサ２ａ〜２ｄにおいて、高圧側端板１０に棒状の中心側電極を設け、低圧側ベース１１（または、接地部１２）に筒状の外側電極を設ける態様とすることもできる。
１…真空コンデンサ形計器用変圧器
２…主コンデンサ、２ａ〜２ｃ…真空コンデンサ、２ｄ…真空コンデンサ
３…絶縁筒
４…分圧コンデンサ
５…接地側端子
６…高圧側電極、６ａ…高圧側端子、６ｂ…溝部
７…接地側電極
８…高圧シールド、８ａ…シールド部、８ｂ…折り返し部
９、１３…絶縁筒
１０…高圧側端板、１０ａ…外側電極、１０ｂ…高圧端子
１１…低圧側ベース、１１ａ…中心側電極、１１ｂ…溝部
１２…接地部
１４…分圧ベース
１５…分圧電極
１６…出力端子

Claims (2)

  1. 主コンデンサと、前記主コンデンサと直列に接続された分圧コンデンサと、前記主コンデンサを収納する絶縁筒と、を備える真空コンデンサ形計器用変圧器であって、
    前記主コンデンサは、直列に接続された複数の真空コンデンサを備え、
    前記真空コンデンサ形計器用変圧器の高圧側に接続される側の端部に、高圧シールドを備えた、ことを特徴とする真空コンデンサ形計器用変圧器。
  2. 主コンデンサと、前記主コンデンサと直列に接続された分圧コンデンサと、前記主コンデンサを収納する絶縁筒と、を備え、
    前記主コンデンサは、
    直列に接続された複数の真空コンデンサを備え、
    前記複数の真空コンデンサは、高圧側に配置される真空コンデンサの静電容量が、低圧側に配置される真空コンデンサの静電容量よりも大きい、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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