JP2020134430A - 中間電極構造体及びそれを用いた変成器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の送電線を一括して収容した管路及び電力機器において、測定対象の送電線以外の送電線からの影響を抑制するためのシールドを設けることなく、簡易な構成で製造容易な小型の中間電極構造体及びそれを用いた変成器を提供する。【解決手段】中間電極構造体は、管路に収容された複数本の送電線のうち少なくとも１本の送電線の端部に配置された絶縁分部材と、絶縁部材の表面上に配置された導電性部材とを含み、導電性部材は、送電線と電気的に絶縁されており、導電性部材は、当該導電性部材と当該導電性部材が形成された送電線との間の結合容量を用いて、当該導電性部材が形成された送電線の電圧を測定する際に中間電極として使用される。これにより、３相一括型の管路及び電力機器等において、中間電極構造体を使用してコンデンサ分圧法等により送電線の電圧を測定する際に、他相の送電線の影響を回避できる。【選択図】図１

Description

本発明は、送電線又は電力設備において電圧を測定するための変成器に関し、特に高電圧の電力を送電するための３相一括型の管路及び電力機器において使用される中間電極構造体及びそれを用いた変成器に関する。

管路型の送電経路で使用されるガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ：Ｇａｓ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）等の機器では、送電線（以下、母線ともいう）を収容する管路に形成した容器の内部に、容器と絶縁した形態で中間電極を設け、中間電極と大地との間にコンデンサ成分を形成し、コンデンサ成分により分圧された電圧を検出する。３相の送電線を１つの管路に収容する３相一括型の送電経路においても、原理的には同様にして、各送電線に関して電圧を検出可能である。しかし、３相一括型の場合、次のような問題がある。

図８を参照して、３相一括型の管状容器９００には、３本（３相）の送電線９０２〜９０６が収容されている。管状容器９００は接地されており、管状容器９００と送電線９０２〜９０６の各々との間には、送電線９０２〜９０６の延伸方向（軸方向）に沿って所定の大きさを有する中間電極９０８〜９１２が配置されている。この構成は、例えば送電線９０２の電圧を、浮遊容量９１４及び浮遊容量９１６により分圧された中間電極９０８の電圧として検出することを意図したものである。送電線９０２の電位をＥ１とし、浮遊容量９１４及び浮遊容量９１６の容量をそれぞれＣ１１及びＣ１２とすると、送電線９０４及び９０６の影響を考慮しなければ、中間電極９０８の電位（分圧電位）Ｅ２は、Ｅ２＝Ｅ１×Ｃ１１／（Ｃ１１＋Ｃ１２）となる。しかし、実際には、中間電極９０８及び送電線９０４の間の浮遊容量９１８、並びに、中間電極９０８及び送電線９０６の間の浮遊容量９２０も存在し、中間電極９０８の電位はそれらの影響を受ける問題がある。送電線９０４及び９０６の電圧の測定に関しても同様の問題がある。測定対象の送電線以外の２本の送電線（以下、他相の送電線ともいう）により生じる浮遊容量を低減するには、３相の送電線の相互の間隔を大きくすればよいが、管状容器９００の直径が大きくなる問題がある。

この対策として、例えば下記特許文献１には、各送電線の周囲に軸方向に沿ってシールドを設けた、３相一括型ガス絶縁電気機器の電圧電流検出装置が開示されている。この電圧電流検出装置は、正三角形配置の３相一括母線（主回路導体ｕ、ｖ、ｗ）において、各主回路導体の周りに、各主回路導体と同軸に設けられたフローティング電極と、主回路導体及びフローティング電極を１組として、３組を相互に区切る断面Ｙ字型の接地グリッドとを備えている。フローティング電極により分圧された電圧を電圧検出装置（ＰＤ：Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）により検出し、主回路導体の電圧を測定する。このとき、各組は接地グリッドにより電気的に独立しており、３組の主回路導体及びフローティング導体の配置が３回対称（１２０°回転させると重なる）になっていれば、他相の送電線からの静電誘導の影響（浮遊容量の影響）を相互に排除できる。

また、下記特許文献２には、コンデンサ型分圧器において接地シールドを設けることなく、他相の送電線からの影響を抑制できる３相一括型ガス絶縁開閉装置の電圧検出装置が開示されている。この電圧検出装置は、図８に類似する構成において、浮遊電極（中間電極９０８〜９１２に対応）の大きさを、高電圧導体（送電線９０２〜９０６に対応）の直径以下にすることにより、測定対象の高電圧導体以外の高電圧導体による静電界の影響（浮遊容量の影響）を低減する。

また、下記非特許文献１には、コンデンサ分圧による電圧を、ポッケル効果を用いた光ＰＴ素子により検出する３相一括型ＧＩＳ用光変成器が開示されている。この変成器は、図９を参照して、接地電極９４２を３本の母線の先端に対向させて配置し（図９では、１本の母線のみ示す）、接地電極９４２において、各送電線９４０の端部に対応する位置にピンホール９４４を設け、ピンホール９４４の近傍に中間電極９４６を備える。さらに、接地電極９４２の両面には、ピンホール９４４及び中間電極９４６を１組として、３組を相互に区切るＹ字型の電磁シールドを備える。このような構成により、送電線９４０に電圧を印加することにより発生する電界の一部はピンホール９４４の内部へ侵入し、中間電極９４６に電圧が生じるので、その電圧を光ＰＴ素子により検出し、送電線９４０の電圧を測定する。このとき、他相の送電線からの影響は、接地電極９４２及びＹ字型の電磁シールドにより抑制される。

特開昭６０−２６０８６３号公報 特許第４０８０７４９号公報

板倉英治，佐野修，野田武司，伊藤明，「７２ｋＶ三相一括ＧＩＳ用光変成器の開発」，電学論Ｂ，１１７巻８号，平成９年，ＰＰ．１１２１−１１３１

しかし、特許文献１に開示された中間電極を備えた構成では、他相の送電線の影響を回避するために、各相の間にシールド層（接地グリッド）を設ける必要があり、構造が複雑であり、製造が難しい問題がある。また、絶縁性能を維持するためには、外形が大きくなる問題がある。

特許文献２では、小さい電極の加工及び容器内への配置が難しい問題がある。また、電極が小さいために大きい浮遊容量を実現できず、検出信号が小さく、ノイズの影響を受け易い問題がある。

非特許文献１では、他相の送電線の影響を回避するために、Ｙ字型の電磁シールドを設けるので、特許文献１と同様に、構造が複雑であり、製造が難しい問題がある。また、ピンホールよりも小さい電極を使用するので、特許文献２と同様に、大きい浮遊容量を実現できず、検出信号が小さく、ノイズの影響を受け易い問題がある。

したがって、本発明は、複数の送電線を一括して収容した管路及び電力機器において、測定対象の送電線以外の送電線からの影響を抑制するためのシールドを設けることなく、簡易な構成で製造が容易である小型の中間電極構造体及びそれを用いた変成器を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に係る中間電極構造体は、１つの管路に収容された複数本の送電線のうち少なくとも１本の送電線の端部に配置された絶縁部材と、絶縁部材の表面上に配置された導電性部材とを含み、導電性部材は、複数本の送電線のいずれとも電気的に絶縁されており、導電性部材は、当該導電性部材と当該導電性部材に対応する送電線との間の結合容量を用いて、当該導電性部材に対応する送電線の電圧を測定する際に中間電極として使用される。

これにより、３相一括型の管路及び電力機器等において、中間電極構造体を使用してコンデンサ分圧法等により送電線の電圧を測定する際に、他相の送電線の影響を回避できる。

好ましくは、絶縁部材は、比誘電率が２．５以上の高誘電体で形成される。これにより、比較的大きい結合容量を形成でき、検出信号レベルが大きくなり、検出信号の取扱いが容易となる。

より好ましくは、絶縁部材は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、又はセラミックで形成される。これにより、より大きい結合容量を形成でき、検出信号レベルがより大きくなり、検出信号の取扱いがより容易となる。

本発明の第２の局面に係る変成器は、上記の中間電極構造体と、導電性部材を接地するコンデンサと、中間電極構造体が配置された送電線により交流電力が供給される際に、導電性部材の電圧を検出する検出部とを含み、検出部は、送電線の電圧を、結合容量とコンデンサとにより分圧された電圧として検出する。

これにより、３相一括型の管路及び電力機器等において、コンデンサ分圧法により送電線の電圧を測定する際に、他相の送電線の影響を回避できる。

好ましくは、変成器は、検出部により検出された電圧信号を増幅する絶縁アンプをさらに含む。これにより、測定対象である送電線を含む高圧の電気設備と測定機器とを容易に絶縁することができ、測定機器を保護できる。

より好ましくは、変成器は、検出部により検出された電圧信号の大きさを変換するトランスと、トランスの出力電圧信号を増幅するオペアンプとをさらに含む。これにより、測定対象である送電線を含む高圧の電気設備と測定機器とを容易に絶縁することができ、測定機器を保護できる。

本発明の第３の局面に係る変成器は、上記の中間電極構造体と、導電性部材を接地する導電性の接地線と、中間電極構造体が配置された送電線により交流電力が供給される際に、接地線に流れる電流を検出する検出部と、検出部により検出された信号を積分する積分部とを含み、積分部による積分結果は、送電線の電圧の測定値を生成するために使用される。

これにより、３相一括型の管路及び電力機器等において、中間電極構造体の結合容量を利用して送電線の電圧を測定する際に、他相の送電線の影響を回避できる。

好ましくは、検出部は、比透磁率が１０００以上の部材で形成されたコアを有するコイルである。これにより、接地線に流れる電流を、より大きい信号として検出できる。

より好ましくは、積分部は、オペアンプと、当該オペアンプの出力端子と反転入力端子とを電気的に接続するコンデンサとを含む。これにより、検出部により検出された電流信号を積分し、電圧信号として出力できる。

さらに好ましくは、導電性部材は、双方向ダイオードを介して接地される。これにより、過大な電流を大地に逃がすことができ、安全を確保できる。

本発明によれば、複数の送電線を一括して収容した管路及び電力機器において、コンデンサ分圧法等により送電線の電圧を測定する際に、他相の送電線の影響を回避できる。したがって、送電線間にシールドを設けることも、複数の送電線を収容する管路を大きくすることも不要になる。

絶縁部材に高誘電体を使用すれば、比較的大きい容量の結合容量を実現できるため、検出信号レベルが大きくなり、取扱いが容易となる。

本発明の実施形態に係る変成器の概略構成を示す模式図である。 図１の管路端部の構成を示す斜視図である。 図１の送電線の端部に配置された中間電極構造体を示す断面図である。 図１の検出ユニットの構成例を示す回路図である。 図４と異なる信号整合ユニットの構成を示す回路図である。 変形例に係る変成器の概略構成を示す模式図である。 図６の検出ユニットの構成例を示す回路図である。 従来の変成器の構成を示す断面図である。 従来の変成器の中間電極の構成を示す断面図である。

以下の実施形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施形態に係る変成器１００は、３相一括型の管路又は電力機器（例えば、３相一括ＧＩＳの母線引出部）に設けられる。変成器１００は、３相の送電線である第１〜第３送電線２００〜２０４の各々の先端を含む所定部分（以下、端部という）に設けられた第１〜第３中間電極構造体１０２〜１０６と、第１〜第３送電線２００〜２０４を収容する外装管２０６の端部付近に配置される第１スペーサ１０８と、外殻部１１０と、第２スペーサ１１２と、第１〜第３導電線１１６〜１２０と、第１〜第３検出ユニット１２２〜１２６とを含む。第１〜第３送電線２００〜２０４は、外装管２０６の軸に沿って配置されている。第１〜第３送電線２００〜２０４及び外殻部１１０の各々の外周には、絶縁被膜（図示せず）が配置されていてもよい。外装管２０６内部の空間２０８には、空気が存在していても、絶縁用の部材（ＳＦ_６、Ｎ_２、Ｃｏ_２等のガス、油等）が充填されていてもよい。なお、図１では、第１〜第３送電線２００〜２０４は、中実部材（棒状部材）として示しているが、これに限定されず、所定の肉厚の中空部材（筒状部材）であってもよい。

第１導電線１１６は信号を伝送するための電気配線であり、一端が第１中間電極構造体１０２に接続され、第１導電線１１６を伝搬する信号は第１検出ユニット１２２に入力される。第１検出ユニット１２２は、後述するように、第１中間電極構造体１０２を用いて第１送電線２００の電圧（交流電圧）に応じた信号を検出するための装置である。第２導電線１１８及び第３導電線１２０も同様に、それぞれ一端が第２中間電極構造体１０４及び第３中間電極構造体１０６に接続され、第２中間電極構造体１０４及び第３中間電極構造体１０６からの信号はそれぞれ第２検出ユニット１２４及び第３検出ユニット１２６に入力される。

図１に示した外装管２０６の軸に沿った断面図では、第１〜第３送電線２００〜２０４を、同一平面に配置されているように示しているが、実際には、例えば図２に示すように、外装管２０６の軸に垂直な断面において、三角形（例えば正三角形）の頂点の位置に第１〜第３送電線２００〜２０４が配置される。図２においては、第２スペーサ１１２は図示していない。なお、外装管２０６内における第１〜第３送電線２００〜２０４の配置は、図２に示した配置に限定されず、任意である。

図３を参照して、第１中間電極構造体１０２は、第１送電線２００の端部をモールドする絶縁部材１３０と、絶縁部材１３０の表面に形成された中間電極１３２とを含む。第１導電線１１６は中間電極１３２に接続されている。第２送電線２０２及び第３送電線２０４の各々の端部に配置された第２中間電極構造体１０４及び第３中間電極構造体１０６も、第１中間電極構造体１０２と同様に構成される。

絶縁部材１３０は、固体の高誘電体（比誘電率が２．５以上）で形成されることが好ましい。絶縁部材１３０は、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、又はセラミック等で形成される。第１送電線２００の端部に絶縁部材１３０を配置する方法としては、第１送電線２００の端部に誘電体を直接モールドしても、金型等を用いた射出成型等により、所定の形状に絶縁部材１３０を形成した後、加熱又は接着剤等により第１送電線２００の端部に密接させて配置してもよい。

中間電極１３２は、導電性部材で形成される。中間電極１３２は、電気伝導率の高い金属（例えば、銅、アルミニウム等）で形成されることが好ましい。絶縁部材１３０の表面に中間電極１３２を形成する方法は、絶縁部材１３０の表面形状に合わせて導電性部材を加工して形成した部品（電極）を、加熱又は接着剤等により絶縁部材１３０の表面に装着しても、蒸着により形成してもよい。

このような構成により、第１送電線２００の端部と中間電極１３２との間には結合容量１３４が形成される。絶縁部材１３０及び中間電極１３２は、第１送電線２００の端部に形成される結合容量１３４が所定の容量になるように形成されていればよく、絶縁部材１３０及び中間電極１３２の大きさ及び形状、並びに、中間電極１３２の絶縁部材１３０上の位置は、図３に示したものに限定されず、任意である。特定の場所に電界が集中しないようにするためには、表面に鋭角部分が存在しないように形成されることが好ましい。例えば、楕円体（例えば、第１送電線２００の軸を回転軸とする回転楕円体）、又は、卵形に形成されることが好ましい。

外殻部１１０は、第１〜第３送電線２００〜２０４の端部に形成された第１〜第３中間電極構造体１０２〜１０６を取り囲むように、筒状に形成されている。外殻部１１０は、円筒（軸に垂直な断面形状が円形状）であっても、多角形の筒（軸に垂直な断面形状が多角形）であってもよい。外殻部１１０は、所定強度の剛性部材で形成されていればよく、導電性部材で形成されても、非導電性部材で形成されてもよい。

第１スペーサ１０８は、非導電性部材で形成され、第１〜第３送電線２００〜２０４の端部を貫通させ、第１〜第３送電線２００〜２０４を支持する。外殻部１１０と、第１スペーサ１０８及び第２スペーサ１１２とにより、密閉された空間１１４が形成される。空間１１４には、空気が存在していても、絶縁用ガス（ＳＦ_６、Ｎ_２、ＣＯ_２等）が充填されていてもよい。

なお、図１〜図３では通常のＧＩＳ構造を例に説明したが、中間電極構造体は必ずしも、送電線を貫通させたスペーサ（例えば、第１スペーサ１０８）に当接させて形成する必要はなく、送電線の端部を利用したものであればよい。スペーサから離隔させて、送電線の端部に、絶縁部材及び中間電極を含む中間電極構造体を形成してもよい。また、スペーサを使用しない構成であってもよい。

第１送電線２００と中間電極１３２との間の結合容量１３４以外に、中間電極１３２（絶縁部材１３０に接していない表面）と中間電極１３２の周囲の導電性部材（第２送電線２０２、第３送電線２０４等）との間にも浮遊容量が存在する。しかし、絶縁部材１３０が上記したように固体（例えば高誘電体）であるのに対して、空間１１４の媒体は気体（空気、又は絶縁用ガス）であるので、中間電極１３２と中間電極１３２の周囲の導電性部材との間の浮遊容量は、結合容量１３４よりも充分に小さく、電圧測定において無視できる。即ち、所定の送電線の電圧を測定する際に、他相の送電線からの影響を回避できる。

図４を参照して、第１検出ユニット１２２の構成に関して説明する。第２検出ユニット１２４及び第３検出ユニット１２６も、第１検出ユニット１２２と同様に構成されている。図４には、第１検出ユニット１２２に対応する第１中間電極構造体１０２の断面図を示す。第１検出ユニット１２２は、信号整合ユニット１４０と、分圧コンデンサ１４２と、保護素子１４４とを含む。分圧コンデンサ１４２の一方の端部は、中間電極１３２に接続された第１導電線１１６に接続され、他方の端部は大地２１０に接続（接地）されている。分圧コンデンサ１４２の第１導電線１１６に接続された端部は、信号整合ユニット１４０にも接続されている。分圧コンデンサ１４２を第１導電線１１６に電気的に接続する方法は任意である。溶接であっても、ネジ、ボルト等による固定であってもよい。

保護素子１４４は、異常電圧が発生した場合に、電流を大地２１０に逃がすためのものであり、避雷器とも言われる。保護素子１４４は安全のために装備されており、変成器１００の機能を実現するために不可欠なものではなく、装備されなくてもよい。

第１送電線２００が伝送する電力（電圧）は、所定周波数（例えば、５０Ｈｚ、６０Ｈｚ等）の交流電圧であり、その変動に応じて周囲の金属は電磁気的影響を受ける。上記したように、第１送電線２００及び中間電極１３２の間には結合容量１３４が存在する。第１送電線２００、結合容量１３４及び分圧コンデンサ１４２は、第１送電線２００の電圧を分圧する分圧回路を構成する。即ち、第１導電線１１６と分圧コンデンサ１４２との接続ノードには、第１送電線２００及び中間電極１３２の間の結合容量１３４の容量Ｃ２と、分圧コンデンサ１４２の容量Ｃ１とにより第１送電線２００の電圧Ｖ０が分圧された電圧が発生する。第１送電線２００の電圧をＶ０とすると、第１導電線１１６及び分圧コンデンサ１４２の接続ノードの電圧Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖ０×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。したがって、電圧Ｖ１を信号整合ユニット１４０により検出することにより、第１送電線２００の電圧Ｖ０を測定し、その変動を観測できる。第１導電線１１６及び分圧コンデンサ１４２の接続ノードの電圧Ｖ１は、容量Ｃ１及びＣ２に依存するが、第１送電線２００の電圧が高電圧であれば、比較的高い電圧である。

第１送電線２００と中間電極１３２との間に発生する結合容量１３４の容量Ｃ２に関しては、第１送電線２００と中間電極１３２との距離、中間電極１３２の面積、及び絶縁部材１３０の材質（誘電体）を調整することにより、所望の容量を得ることができる。結合容量１３４の容量Ｃ２は、約１００ｐＦ以上であれば好ましい。

信号整合ユニット１４０は、絶縁アンプ１４６と、抵抗Ｒ１〜Ｒ３とを含む。信号整合ユニット１４０への入力信号ＩＮ（電圧Ｖ１）は、絶縁アンプ１４６により増幅されて出力信号ＯＵＴとして、後段の測定機器（図示せず）に出力される。増幅率ａは、抵抗Ｒ１及びＲ２により決定され、ａ＝１＋Ｒ２／Ｒ１となる。後段の測定機器では、例えば、出力信号ＯＵＴを所定の周波数でサンプリングしてデジタルデータに変換し、上記の式を用いて第１送電線２００の電圧Ｖ０を求めることができる。また、測定結果を記憶し、その変動を観測できる。

絶縁アンプ１４６は、アイソレーションアンプとも呼ばれ、入力側と出力側とが絶縁されている。したがって、第１送電線２００を含む高電圧の電力設備と、絶縁アンプ１４６の出力信号を処理する測定機器とを絶縁することができる。絶縁アンプ１４６には、例えば、光学素子を用いた光結合型のアンプ、又は、トランスを用いたトランス結合型のアンプを使用できる。

なお、絶縁アンプ１４６と周囲の抵抗との接続関係は、図４に示した回路に限定されない。入力信号ＩＮを増幅した出力信号ＯＵＴを出力できるものであればよい。信号整合ユニット１４０は、入力信号ＩＮ及び出力信号ＯＵＴの極性が反転する反転増幅回路であっても、極性が同じである非反転増幅回路であってもよい。

また、信号整合ユニット１４０は、図５に示したように、トランス１５０と、オペアンプ１５２と、抵抗Ｒ４〜Ｒ６とを含んで構成されてもよい。この場合、トランス１５０の１次側コイルへの入力信号ＩＮ（電圧Ｖ１）は、トランス１５０により電圧レベルが調整されて所定のレベルの電圧として２次側コイルから出力され、オペアンプ１５２に入力される。オペアンプ１５２に入力される信号は、オペアンプ１５２により増幅されて、後段の測定機器に出力され、上記と同様に処理される。増幅率ａは、抵抗Ｒ４及びＲ５により決定され、ａ＝１＋Ｒ５／Ｒ４となる。したがって、図５に示した回路により、第１導電線１１６と分圧コンデンサ１４２との接続ノードの電圧Ｖ１（入力信号ＩＮ）を検出することにより、第１送電線２００の電圧Ｖ０を測定し、その変動を観測できる。

図５の回路では、トランス１５０により、第１送電線２００の側とオペアンプ１５２の後段の測定機器とは絶縁されるので、オペアンプ１５２は、アイソレーションアンプではなく、通常のオペアンプ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）であればよい。

なお、オペアンプ１５２と周囲の抵抗との接続関係は、図５に示したものに限定されない。入力信号ＩＮを増幅した出力信号ＯＵＴを出力できるものであればよく、非反転増幅回路を構成する接続であっても、反転増幅回路を構成する接続であってもよい。

（変形例）
上記の実施形態では、中間電極１３２の電圧（分圧電圧）を直接検出して増幅する場合を説明した。第１送電線２００の電圧を測定する方法は、これに限定されない。本変形例では、上記の実施形態と同じ構成の第１中間電極構造体１０２を用いて、第１送電線２００の交流電圧により生じる電流を検出する。

図６を参照して、本変形例に係る変成器１６０は、図１と同様に構成される。変成器１６０が図１の変成器１００と異なるのは、第１〜第３検出ユニット１２２〜１２６が、それぞれ第１〜第３検出ユニット１６２〜１６６に代替されていることだけである。したがって、重複説明を繰返さず、以下においては、主として異なる点に関して説明する。

図７を参照して、第１導電線１１６の一端は、実施形態と同様に中間電極１３２に接続されているが、他端は、実施形態と異なり大地２１０に接続（接地）されている。第１中間電極構造体１０２は、上記したように、実施形態と同様に構成されている。図７には、図３に示した第１中間電極構造体１０２の構成の一部を示す。第１検出ユニット１６２は、第１導電線１１６に巻回された検出コイル１７２と、検出コイル１７２に発生した信号（電流）が入力される信号整合ユニット１７０と、ダイオード対１７４とを含む。図６に示した第２検出ユニット１６４及び第３検出ユニット１６６も、第１検出ユニット１６２と同様に構成されている。

検出コイル１７２は、第１導電線１１６を流れる電流を検出するためのものである。上記したように、第１送電線２００と中間電極１３２との間には結合容量１３４（Ｃ２）が存在するので、第１送電線２００を流れる交流電流により、中間電極１３２の電位が変動し、それに応じた変動電流が第１導電線１１６に流れる。第１導電線１１６を流れる変動電流により形成される変動磁場により、検出コイル１７２の両端には電位差が生じる。したがって、これを信号整合ユニット１７０により検出し、検出信号を積分して第１送電線２００の電圧を測定（算出）する。検出コイル１７２により検出される電流は比較的小さいので、検出コイル１７２には透磁率の高い部材（例えば、比透磁率が１０００以上の部材。パーマロイ等）で形成したコアを設けることが好ましい。

ダイオード対１７４は、順方向が相互に逆になるように接続された２つのダイオード（以下、双方向ダイオードともいう）で構成されている。ダイオード対１７４は、安全のために設けられ、過大な電流が発生した場合に、電流を大地に逃がすためのものである。なお、ダイオードの数は２つ（１対）に限定されず、４つ（２対）以上であってもよい。

信号整合ユニット１７０は、オペアンプ１７８と、抵抗Ｒ７と、コンデンサＣ３とを含む。

オペアンプ１７８の反転入力端子（「−」を付した端子）は、検出コイル１７２の一方の端部と接続され、オペアンプ１７８の非反転入力端子（「＋」を付した端子）は接地されている。オペアンプ１７８の出力端子と反転入力端子とは、並列接続されたコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ７により接続されている。このように構成されることにより、オペアンプ１７８は積分器として機能し、出力信号ＯＵＴは、反転入力端子に入力される入力信号ＩＮを積分した信号となる。なお、抵抗Ｒ７は、回路を安定させるためのものであり、積分するために不可欠ではない。

ここで、検出コイル１７２が検出するのは、第１導電線１１６を流れる電流である。第１導電線１１６を流れる電流Ｉ（ｔ）は、結合容量１３４（容量Ｃ２）の両端の電圧をＶ（ｔ）とすると、Ｉ（ｔ）＝Ｃ２×ｄＶ（ｔ）／ｄｔで表される（ここで、ｔは時間を表し、ｄＶ（ｔ）／ｄｔは電圧の微分を表す）。したがって、電流Ｉ（ｔ）を積分すると、電圧Ｖ（ｔ）を得ることができる。即ち、オペアンプ１７８は、検出コイル１７２の検出信号（第１導電線１１６を流れる電流の検出信号（入力信号ＩＮ））を積分して、電圧（出力信号ＯＵＴ）を出力する。オペアンプ１７８の出力信号ＯＵＴは、後段の測定機器に出力され、上記と同様に処理される。これにより、第１送電線２００の電圧を信号整合ユニット１７０により測定でき、その変動を観測できる。

オペアンプ１７８は、検出コイル１７２により、送電線を含む電力設備と絶縁されているので、アイソレーションアンプでなく、通常のオペアンプであればよい。

上記では、検出される電流を、オペアンプを使用した積分回路により積分して、電圧に変換する場合を説明したが、これに限定されない。オペアンプを使用せずに、アナログの検出信号（電流）をデジタルデータに変換した後に、半導体演算子（ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等）により積分を実行してもよい。

上記では、３本の送電線の各々の端部に、中間電極構造体を配置する場合を説明したが、これに限定されない。電圧測定の対象である、少なくとも１本の送電線の端部に中間電極構造体が配置されていればよい。

絶縁部材１３０は、１種類の部材で形成されていなくてもよく、複数の部材により形成されていてもよい。例えば、絶縁部材１３０は、複数の部材を混合した部材（例えば、エポキシにシリカを充填した部材、エポキシにグラスファイバを充填した部材等）で形成されてもよい。また、絶縁部材１３０は、複数の材料を積層したもの（平面状に積層したもの、及び、中心付近を第１の材料で形成し、その周囲に第２の材料を形成したものを含む）であってもよい。

上記では、１つの管路（容器）に一括して収容された３相の送電線の電圧を測定する変成器に関して説明したが、これに限定されない。２本の送電線が１つの管路に収容されていても、４本以上の送電線が１つの管路に収容されていてもよい。

以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。

１００、１６０ 変成器
１０２ 第１中間電極構造体
１０４ 第２中間電極構造体
１０６ 第３中間電極構造体
１０８ 第１スペーサ
１１０ 外殻部
１１２ 第２スペーサ
１１４、２０８ 空間
１１６ 第１導電線
１１８ 第２導電線
１２０ 第３導電線
１２２、１６２ 第１検出ユニット
１２４、１６４ 第２検出ユニット
１２６、１６６ 第３検出ユニット
１３０ 絶縁部材
１３２、９０８、９１０、９１２、９４６ 中間電極
１３４ 結合容量
９１４、９１６、９１８、９２０ 浮遊容量
１４０、１７０ 信号整合ユニット
１４２ 分圧コンデンサ
１４４ 保護素子
１４６ 絶縁アンプ
１５０ トランス
１５２、１７８ オペアンプ
１７２ 検出コイル
１７４ ダイオード対
２００ 第１送電線
２０２ 第２送電線
２０４ 第３送電線
２０６ 外装管
２１０ 大地
９００ 管状容器
９０２、９０４、９０６、９４０ 送電線
９４２ 接地電極
９４４ ピンホール

Claims (4)

1. １つの管路に収容された複数本の送電線のうち少なくとも１本の送電線の端部に配置された絶縁部材と、
   前記絶縁部材の表面上に配置された導電性部材とを含み、
   前記導電性部材は、前記複数本の送電線のいずれとも電気的に絶縁されており、
   前記導電性部材は、当該導電性部材と当該導電性部材に対応する送電線との間の結合容量を用いて、当該導電性部材に対応する送電線の電圧を測定する際に中間電極として使用されることを特徴とする、中間電極構造体。
2. 前記絶縁部材は、比誘電率が２．０以上の高誘電体で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の中間電極構造体。
3. 請求項１又は２に記載の中間電極構造体と、
   前記導電性部材を接地するコンデンサと、
   前記中間電極構造体が配置された送電線により交流電力が供給される際に、前記導電性部材の電圧を検出する検出手段とを含み、
   前記検出手段は、前記送電線の電圧を、前記結合容量と前記コンデンサとにより分圧された電圧として検出することを特徴とする、変成器。
4. 請求項１又は２に記載の中間電極構造体と、
   前記導電性部材を接地する導電性の接地線と、
   前記中間電極構造体が配置された送電線により交流電力が供給される際に、前記接地線に流れる電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された信号を積分する積分手段とを含み、
   前記積分手段による積分結果は、前記送電線の電圧の測定値を生成するために使用されることを特徴とする、変成器。

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