JP2019220519A - 容量分圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】容量分圧器を小型化し、容量分圧器を構成するコンデンサの破損を抑制する。【解決手段】直列に接続された複数の真空コンデンサ２を備える容量分圧器は、複数の真空コンデンサ２が収納される絶縁管を備え、絶縁管の外周部にポリマーでブッシングを形成する。高圧側電極２ａとベース側電極２ｂを絶縁筒２ｃで絶縁して、真空コンデンサ２を構成する。高圧側電極２ａの端面中央部に円筒状の凸部２ｄを備える。ベース側電極２ｂの端面中央部に接続穴２ｅを形成する。真空コンデンサ２の接続穴２ｅに、隣接する他の真空コンデンサ２の凸部２ｄを挿入して、隣接する真空コンデンサ２を直列に接続する。凸部２ｄと、凸部２ｄが挿入された接続穴２ｅの奥部の間に導電ばね１０を備える。凸部２ｄの外周部に、Ｏリング１１を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、容量分圧器に関する。例えば、真空コンデンサ形計器用変圧器に用いられ、一次線路側端子と分圧点の間に主コンデンサである複数のコンデンサを備える容量分圧器に関する。

容量分圧器は、例えば、絶縁筒内に直列接続された複数のコンデンサを備える（例えば、特許文献１）。

容量分圧器は、例えば、真空コンデンサ形計器用変圧器や高圧プローブ等に用いられる（例えば、特許文献２、３、非特許文献１）。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。

特開２００３−０５９７３８号公報 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

容量分圧器において、耐電圧性能を上げるためコンデンサを直列構造とした場合、外部絶縁のために絶縁油または絶縁ガスが必要であり、小型化が困難であった。

また、直列接続されたコンデンサが外部応力を受けて変形した場合に、コンデンサに応力が集中すると、コンデンサが破損するおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、容量分圧器を小型化し、容量分圧器を構成するコンデンサの破損を抑制した容量分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容量分圧器の一態様は、
直列に接続される複数のコンデンサと、
前記直列に接続されたコンデンサの外周部に備えられる樹脂製の碍管と、
前記碍管の各端部にそれぞれ設けられる端子と、を備え、
前記コンデンサは、
絶縁筒と、
前記絶縁筒の端部にそれぞれ備えられる一対の電極と、
前記一対の電極のうちの一方の電極の前記絶縁筒外側の端面に設けられ、前記絶縁筒の軸方向に突出する凸部と、
前記一対の電極のうちの前記凸部が設けられていない側の電極に形成される接続穴と、を備え、
前記複数のコンデンサのうち隣接するコンデンサは、一方のコンデンサの凸部を、他方のコンデンサの接続穴に挿入して直列に接続され、
該直列に接続されたコンデンサの一方のコンデンサの凸部と、他方のコンデンサの接続穴の奥部と、の間に、導電性を有する弾性部材が備えられた、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容量分圧器の他の態様は、上記容量分圧器において、
前記接続穴に挿入された凸部の外周部に、シール部材が備えられた、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容量分圧器の他の態様は、上記容量分圧器において、
前記直列に接続される複数のコンデンサを収容する絶縁管を、さらに備え、
前記絶縁管は、当該絶縁管の外周部に、該絶縁管の軸方向に延びるスリットを備え、
前記碍管は、前記絶縁管に収容された複数のコンデンサに対して樹脂で一体に成型して形成された、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は、上記いずれかの容量分圧器を備えた、ことを特徴としている。

以上の発明によれば、容量分圧器を小型化し、容量分圧器を構成するコンデンサの破損を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る容量分圧器の概略図である。 真空コンデンサの側面図である。 直列接続された真空コンデンサの接続部の説明図である。 （ａ)絶縁管の側面図、（ｂ）絶縁管のＡ−Ａ断面図である。

本発明の実施形態に係る容量分圧器について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、容量分圧器を真空コンデンサ形計器用変圧器に適用した形態を例示して説明するが、容量分圧器の用途は実施形態に限定されるものではなく、例えば、高圧プローブ等に適用することができる。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る容量分圧器１は、直列に接続された複数の真空コンデンサ２を備える。この直列に接続された複数の真空コンデンサ２は、真空コンデンサ形計器用変圧器３の主コンデンサとして備えられる。すなわち、容量分圧器１は、複数の真空コンデンサ２と、この真空コンデンサ２に直列接続される分圧コンデンサ４を備える。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る。また、主コンデンサ（直列に接続された複数の真空コンデンサ２）と分圧コンデンサ４の共通接続点には、出力端子５が接続される。図示省略しているが、分圧コンデンサ４と並列に共振リアクトルや変圧器、または電圧検出部が備えられ、これらの出力を必要な出力形態に変換する変成装置部が備えられる。

直列に接続された複数の真空コンデンサ２は、絶縁管６内に備えられる。絶縁管６の一方の端部には高圧端子７が備えられ、絶縁管６の他方の端部には、ベース８が備えられる。高圧端子７は一次線路側に接続され、ベース８は分圧コンデンサ４に接続される。また、絶縁管６の外周部にはブッシング９が備えられる。

ブッシング９は、例えば、絶縁管６とともにポリマー（樹脂）で成型される。したがって、ブッシング９は、絶縁管６内に充填された内部ポリマー９ａと、絶縁管６の外周部に形成される碍子部ポリマー９ｂを備える。碍子部ポリマー９ｂをひだ状に形成することで、ブッシング９の外周部における沿面閃絡が防止される。ブッシング９は、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等のポリマー（樹脂）により形成される。

図２に示すように、真空コンデンサ２は、例えば、高圧側電極２ａとベース側電極２ｂを絶縁筒２ｃで絶縁して構成される。絶縁筒２ｃは、例えば、セラミック等により形成される。絶縁筒２ｃの一方の端部に高圧側電極２ａをろう付け接合し、絶縁筒２ｃの他方の端部にベース側電極２ｂをろう付け接合して、絶縁筒２ｃの内部が真空状態となるように封止される。図示省略しているが、絶縁筒２ｃ内部には、接触しない状態で対向配置される高圧側内部電極と低圧側内部電極が備えられる。高圧側内部電極は、例えば、円筒状であり高圧側電極２ａの絶縁筒２ｃ内側端面に備えられる。低圧側内部電極は、例えば、高圧側内部電極内に挿入される円筒状または棒状でありベース側電極２ｂの絶縁筒２ｃ内側端面に備えられる。

高圧側電極２ａの絶縁筒２ｃ外側端面の中央部には、絶縁筒２ｃの軸方向外側に突出して円筒状の凸部２ｄが備えられる。そして、ベース側電極２ｂの絶縁筒２ｃ外側端面の中央部には接続穴２ｅが形成される。なお、ベース側電極２ｂには接続穴２ｅが形成されるので、ベース側電極２ｂは接続穴２ｅの深さ以上の厚みを有している。

図３に示すように、凸部２ｄは、隣接する他の真空コンデンサ２の接続穴２ｅまたは高圧端子７に形成された接続穴（接続穴２ｅと同様の接続穴）に挿入される。凸部２ｄには、凸部２ｄの軸方向に延びる穴２ｆが形成される。この穴２ｆに、導電ばね１０等の導電性を有する弾性部材が備えられる。導電ばね１０は、凸部２ｄと凸部２ｄが挿入された接続穴２ｅの奥部の間に設けられ、凸部２ｄと凸部２ｄが挿入された接続穴２ｅの奥部の間の電気的接続を確保する。また、凸部２ｄの外周部には、凸部２ｄの外周に沿って径方向に突出する一対の保持部２ｇが備えられており、この保持部２ｇ間にＯリング１１等のシール部材が備えられる。なお、Ｏリング１１は、凸部２ｄの軸方向に並んで複数備えてもよい。

接続穴２ｅは、隣接する他の真空コンデンサ２の凸部２ｄまたは、ベース８に備えられた凸部（凸部２ｄと同様の凸部）が挿入される穴である。接続穴２ｅの内径は、凸部２ｄの外径よりも大きく形成される。接続穴２ｅに凸部２ｄを挿入することで、隣接する真空コンデンサ２間（真空コンデンサ２と高圧端子７間、または真空コンデンサ２とベース８間も同様、以下同じ）が接続される。このとき、隣接する真空コンデンサ２間の高圧側電極２ａとベース側電極２ｂはＯリング１１によって保持され、この真空コンデンサ２間の電気的接続は導電ばね１０によって確保される。

絶縁管６は、例えば、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で環状に形成された筒である。図４に示すように、絶縁管６の外周部には、絶縁管６の軸方向に延びる複数のスリット６ａが形成される。絶縁管６にスリット６ａを形成することで、ブッシング９のポリマー成型時にボイド等の成型不良が発生することが抑制される。

以上のような本発明の実施形態に係る容量分圧器１によれば、直列接続した真空コンデンサ２の絶縁をポリマーで形成されたブッシング９で行うことで、容量分圧器１の小型・軽量化とメンテナンスフリー化が可能となる。

具体的に説明すると、絶縁管６（および、絶縁管６の外周に設けられるひだを含むブッシング９）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、容量分圧器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、容量分圧器１の構成を簡略化することができる。

一方で、絶縁管６（および、ブッシング９）を樹脂等で形成した場合、絶縁管６（および、ブッシング９）は熱等により伸縮する。絶縁管６（および、ブッシング９）が伸縮して真空コンデンサ２に応力が加えられると、真空コンデンサ２が破損するおそれがある。

そこで、本発明の実施形態に係る容量分圧器１は、接続穴２ｅに凸部２ｄを挿入して真空コンデンサ２間を直列に接続することで、熱による絶縁管６（および、ブッシング９）のサイズ変化や外部から応力の影響による真空コンデンサ２の破損を防止することができる。

また、凸部２ｄにＯリング１１を備えることで、容量分圧器１の絶縁管６の径方向の可動領域が増加する。つまり、高圧側電極２ａの凸部２ｄの軸径をベース側電極２ｂの接続穴２ｅの穴径より小さくし、さらにＯリング１１等のシール部材で真空コンデンサ２間を保持する構造とすることで、ブッシング９に応力が加えられ変形した際に、真空コンデンサ２の接続部が可動し、応力が真空コンデンサ２に集中することが防止される。その結果、絶縁管６（および、ブッシング９）のサイズ変化や外部からの応力によって、真空コンデンサ２が破損することが防止される。

また、凸部２ｄにＯリング１１を備えることで、絶縁管６内にポリマーを充填した際に、凸部２ｄの端面と接続穴２ｅの奥部の間にポリマーが入り込むことが防止される。このように、Ｏリング１１によって、接続穴２ｅの内周面と凸部２ｄの端部とＯリング１１で囲まれた空間に対するポリマーの充填を防ぐことで、導電ばね１０による高圧側電極２ａとベース側電極２ｂの電気的接続をブッシング９変形時も保つことができる。

そして、本発明の実施形態に係る容量分圧器１を、高電圧ＣＶＴ（例えば、真空コンデンサ形計器用変圧器３）に適用することで、軽量且つ絶縁材の交換を不要とすることができる。また、外部応力による真空コンデンサ２の破壊を防止することができる。

以上、具体的な実施形態を示して本発明の容量分圧器について説明したが、本発明の容量分圧器は、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、真空コンデンサ２の凸部２ｄは、必ずしも高圧端子７側に設けることに限定されるものではなく、ベース８側に突出した凸部を設けることもできる。この場合、真空コンデンサの高圧端子側に接続穴が形成されることとなる。

また、実施形態で説明した容量分圧器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、凸部２ｄの外周部にＯリング１１を設けた例を示しているが、Ｏリング１１は、必ずしも必要なものではなく、凸部２ｄを接続穴２ｅに摺動可能に設ける態様とすることもできる。また、コンデンサ間のジョイント部を可動な状態で支持する支持部材をＯリングの代わりに用いたり、ジョイント部に空間が形成されるように絶縁管６と各真空コンデンサ２の間を固定または支持する態様としたりすることで、コンデンサの破損を防止できる。

また、凸部２ｄは、円筒状だけでなく、円柱状または円柱状の端面に導電ばね１０（弾性部材）が備えられる溝が形成された態様とすることもできる。

また、実施形態の説明では、絶縁管６内に同様の真空コンデンサ２を複数収納した例を示したが、絶縁管６内に種類の異なる真空コンデンサを配置する態様とすることもできる。例えば、直列に接続された真空コンデンサの静電容量を、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。また、本発明の容量分圧器を構成するコンデンサは、真空コンデンサに限定されるものではなく、ガス封入コンデンサ、オイルコンデンサまたはセラミックコンデンサ等を用いることもできる。

１…容量分圧器
２…真空コンデンサ（コンデンサ）
２ａ…高圧側電極（電極）、２ｂ…ベース側電極（電極）、２ｃ…絶縁筒
２ｄ…凸部、２ｅ…接続穴、２ｆ…穴、２ｇ…保持部
３…真空コンデンサ形計器用変圧器
４…分圧コンデンサ
５…出力端子
６…絶縁管、６ａ…スリット
７…高圧端子（端子）
８…ベース（端子）
９…ブッシング（碍管）
９ａ…内部ポリマー、９ｂ…碍子部ポリマー
１０…導電ばね（弾性部材）
１１…Ｏリング（シール部材）

Claims (4)

1. 直列に接続される複数のコンデンサと、
   前記直列に接続されたコンデンサの外周部に備えられる樹脂製の碍管と、
   前記碍管の各端部にそれぞれ設けられる端子と、を備え、
   前記コンデンサは、
   絶縁筒と、
   前記絶縁筒の端部にそれぞれ備えられる一対の電極と、
   前記一対の電極のうちの一方の電極の前記絶縁筒外側の端面に設けられ、前記絶縁筒の軸方向に突出する凸部と、
   前記一対の電極のうちの前記凸部が設けられていない側の電極に形成される接続穴と、を備え、
   前記複数のコンデンサのうち隣接するコンデンサは、一方のコンデンサの凸部を、他方のコンデンサの接続穴に挿入して直列に接続され、
   該直列に接続されたコンデンサの一方のコンデンサの凸部と、他方のコンデンサの接続穴の奥部と、の間に、導電性を有する弾性部材が備えられた、ことを特徴とする容量分圧器。
2. 前記接続穴に挿入された凸部の外周部に、シール部材が備えられた、ことを特徴とする請求項１に記載の容量分圧器。
3. 前記直列に接続される複数のコンデンサを収容する絶縁管を、さらに備え、
   前記絶縁管は、当該絶縁管の外周部に、該絶縁管の軸方向に延びるスリットを備え、
   前記碍管は、前記絶縁管に収容された複数のコンデンサに対して樹脂で一体に成型して形成された、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の容量分圧器。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の容量分圧器を備えた、ことを特徴とするコンデンサ形計器用変圧器。

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