JP3914278B2 - 放電測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属カプセルのラッパ形状の開口が金属カプセルのフランジ突起部によってその範囲が規定され、その開口に電気絶縁して挿入されている板状の電極と、金属カプセルの外側に配置され、フランジ突起部で担持されたフランジと、ラッパ形状の開口の内面内に配設されたリング隙間アンテナと、シールド導体を取り囲むシールドを有し、測定装置に通じる同軸測定ケーブルと、板状の電極を支え、シールド導体と接続する支持本体によって形成される内部導体およびシールドと接続され、フランジ突起部の内面で形成される第一部分を持つ外部導体を有し、これらの内部導体と外部導体とを同軸的に配置した、先細にされた移行導管とを備えたガス絶縁高電圧設備内の放電を検出する放電測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような装置は、ガス絶縁された設備内を伝播する放電インパルスにより放出される電磁波の検出に使用される。これにより、設備の誘電的な問題を早期に検出し、特定することができる。放電インパルスにより発生する電磁波はＨＦ領域からＶＨＦ領域を越えてＵＨＦ領域に達し、約 2000 MHz までの周波数を持つことがある。
【０００３】
ＨＦとＶＨＦ領域の放電測定は以前から行われている。しかし、そのような測定は設備の外で発生した空気中のコロナ放電により非常に強く影響を受ける。このコロナ放電は強度の強い300 MHz までの電磁波を放出する。このような影響を排除するため、測定をＵＨＦ領域で行うと有利である。
ガス絶縁された設備の絶縁寸法は予め指定されているので、放電測定に必要なセンサは設備の高圧導入電流線路と金属カプセルの間のガス領域には配置することができない。そのため、一般に板状に形成された電極が測定センサとして挿入されている。これ等の電極は金属カプセルの開口内に配設されている。そのような電極は放電から生じる電磁波を検出し、移行導管と同軸測定ケーブルを介して測定装置に通じているリング隙間アンテナの一部となっている。
【０００４】
この発明は、欧州特許第 0 134 187 B1 号明細書に開示されているような、放電測定装置の従来技術に関連している。この従来技術に説明されている放電測定装置には、ガス絶縁され、金属カプセルに封じられた高電圧設備の開口に電気絶縁して挿入された板状の電極と、同軸に導入された接続部品を伴う接続部があり、これ等の接続部品の外側のものが中空円錐状に、また内側のものが円錐状に形成されている。中空円錐状の接続部品は金属カプセルの開口の縁部分からシールドに、また円錐状の接続部品は電極から同軸測定ケーブルのシールドされた導体へ通じている。これ等の接続部品の直径を適当に構成すると、放電時にリング隙間アンテナとして働く電極により検出される電磁波が移行導管を介して実際上反射なしに同軸測定ケーブルに供給され、これにより高い測定精度となる。
【０００５】
このような装置は経費がかかり、比較的広い占有場所を必要とする。何故なら、中空円錐状の接続部品を金属カプセルの開口に合わせ、金属カプセルに電流接続させる必要があるからである。その場合、開口のところに電気的で機械的な接続部品が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、簡単にコンパクトに形成することができ、低経費で作製することができ、ＵＨＦ領域で測定精度が高いため優れている、冒頭に述べた種類の放電測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、この発明により、金属カプセルのラッパ形状の開口が金属カプセルのフランジ突起部によってその範囲が規定され、その開口に電気絶縁して挿入されている板状の電極と、金属カプセルの外側に配置され、フランジ突起部で担持されたフランジと、ラッパ形状の開口の内面内に配設されたリング隙間アンテナと、シールド導体を取り囲むシールドを有し、測定装置に通じる同軸測定ケーブルと、板状の電極を支え、シールド導体と接続する支持本体によって形成される内部導体およびシールドと接続され、フランジ突起部の内面で形成される第一部分を持つ外部導体を有し、これらの内部導体と外部導体とを同軸的に配置した、先細にされた移行導管とを備えたガス絶縁高電圧設備内の放電を検出する放電測定装置において、外部導体の第一部分と支持本体の外面で形成される内部導体の第一部分は、これら二つの第一部分の直径が非直線的に変化するような形で曲がっていることによって解決されている。
【０００８】
この発明による他の有利な構成は特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の放電測定装置には、ガス絶縁され金属カプセルに封じられた高電圧設備の金属カプセルのフランジ突起部に簡単に組み込みでき、リング隙間アンテナを有する平坦な輪郭のセンサがある。このセンサはＨＦ領域、ＶＨＦ領域およびＵＨＦ領域内で高い感度を有する。このセンサは簡単に組み込みでき、場合によって既に存在する金属カプセルの部品をリング隙間を形成するためおよび放電時に検出される電磁波を同軸測定ケーブルに反射なしに伝送するために利用する。センサは一般に金属カプセルのフランジカバーで担持されているので、開口のところで余計な機械的で電気的な接続部材を省くことができる。同時に、このセンサを、金属カプセルに適当に形成されたフランジ突起部を有するガス絶縁され金属カプセル封止された設備に組み込むことができる。
【００１０】
更に、有利なことは、この発明の放電測定装置でアンテナのリング隙間を決める板状の電極がフランジ突起部の輪郭部分でシールドされることにある。それ故、付加的なシールド手段を節約できる。リング隙間アンテナは幾何学寸法が小さいので、ガス絶縁され金属カプセルで封止された高電圧設備に組み込まれたこの発明の放電測定装置は多数のセンサを保有でき、放電に対して設備の特に入念で正確な監視が行える。
【００１１】
【実施例】
以下、この発明を実施例に基づきより詳しく説明する。
図１と図２には、主として数バールの圧力の例えば SF₆のような絶縁ガスを充填し金属で封止された高電圧設備のカプセル１の円管状に形成された部分が示してある。円管の軸線上には、高圧を流す電流導体２が電気絶縁された状態で配置されている。参照符号３は金属カプセル１内の放電を測定する装置を示す。放電測定装置３は金属カプセル１のフランジ突起部４により決まる金属カプセル１の開口５に装着されていて、リング隙間アンテナ６を有し、図示していない測定装置に通じる同軸測定ケーブル７と、先細になった移行導管８とを有する。この移行導管８は内部をリング隙間アンテナ６により、外部を開口５の縁部分により仕切られたアンテナ６のリング隙間９を同軸測定ケーブル７に接続するものである。
【００１２】
図２から分かることは、リング隙間９が良導電性材料の円板１０によってその範囲が規定され、この円板が太くなってゆく回転対称の良導電性材料から成る支持本体１１の広がった端部に装着されている。この支持本体１１はフランジ突起部４にガス気密状態で装着された金属カプセル１の金属性のカバー１２に電気絶縁されて保持されている。このため、フランジカバー１２には支持本体９を支える絶縁体１３を納めるために使用する窪みがある。
【００１３】
移行導管８には内部導体と外部導体が同軸的に配置されている。内部導体は支持本体１１の外面により形成され、円板１０を同軸測定ケーブル７のシールド導体１４に接続する。外部導体は開口５の縁部分を同軸測定ケーブル７のシールド１５に接続する。移行導管８の外部導体は、第一部分で主にラッパ状のフランジ突起部４の内面により形成され、開口５の縁部分と、フランジカバー１２を保持するために使用されフランジ突起部４により担持されたフランジ１６との間でラッパ状に先細りになっている。
【００１４】
外部導体の第一部分と支持本体１１の外面で形成される内部導体の第一部分がほぼ円弧状に曲げてある。これら両方の第一部分で形成される第一部分での移行導管８の電波インピーダンスが主に 50 Ωの同軸測定ケーブル７の電波インピーダンスに整合するように曲率半径Ｒ_a とＲ_i を設計する。
絶縁体１３は中空円筒の形状であり、その外面は外部導体の第二部分を形成するフランジカバー１２の窪みの境界１７に、また内面は支持本体１１で形成される内部導体の第二部分の外面に接する。外部導体の第二部分、内部導体の第二部分および絶縁体１３で決まる第二部分の移行導管８の電波インピーダンスが同軸測定ケーブル７の電波インピーダンスに整合するように、外部導体の第二部分の半径Ｒ₂ と内部導体の第二部分の半径Ｒ₁ を設計する。
【００１５】
移行導管８の第一部分と第二部分の間には、更に第三導体部分がある。この第三導体部分は円筒状に形成された直径 2Ｒ₃ の支持本体１１の外面と、円筒状に形成された直径 2Ｒ₂ のフランジ突起部４の内面で限定され、同軸測定ケーブル７と整合する電波インピーダンスを有する。第三部分あるいは第一部分から絶縁体１３で決まる移行導管８の第二部分への移行で、内部導体を形成する支持本体１１の直径 2Ｒ₃ はステップ状に直径 2Ｒ₁ に先細りになる。
【００１６】
この放電測定装置の動作は以下のようである。
放電が生じると、金属カプセル内に電磁波が生じる。この電磁波は 1000 kVまでになる高圧の値に応じてＵＨＦ領域で多少強く形成される周波数帯域を有する。例えば 0.5 GHzあるいは 1.5 GHzにあるこの周波数帯域は、放電測定装置３により高精度と高感度で検出される。この場合、300 MHz までの妨げとなる周波数帯域を濾波できるのが特に有利である。このような周波数帯域は屋外装置の避けがたいコロナ放電により金属カプセル１に入ってくる。この周波数帯域に属する電磁波はリング隙間アンテナ６のリング隙間９に取り込まれ、移行導管８を経由して同軸測定ケーブル７に案内される。
【００１７】
リング隙間９は円板の直径が 50 〜 100 mm の間にあり、円板の厚さが数ミリ、例えば 2ミリメータの場合、ミリメートルからセンチメートルの範囲、例えば 10 mmの幅を有する。円板１０を電流導体２に特に密に近づけると電磁波を特に強くリング隙間９に取り込むことができる。しかし、絶縁のため、感度を犠牲にして円板１０を幾分開口５内に入れると一般的に有利である。
【００１８】
取り込んだ電磁波は、フランジ突起部および支持本体１１の円弧状に曲げて同軸に配置された面に沿って実用上損失なしにリング隙間６から絶縁体１３を経由して同軸測定ケーブル７に案内される。空気から絶縁体１３に移行する個所では、支持本体の半径Ｒ₁ がステップ状に狭まり、同時に絶縁体１３もステップ状に膨らむので、取り込んだ電磁波の反射が大幅に防止される。
【００１９】
図３には、電流導体２に印加する可変周波数の信号Ｕ_p の振幅と、この信号に対する応答としてこの発明の放電測定装置のセンサの出力端に出力する信号Ｕ_a の振幅が周波数の関数にして示してある。信号Ｕ_a の周波数応答はこの発明の放電測定装置の伝達関数を与える。この伝達関数は正確な放電測定に対して重要な 300 MHzと 1.8 GHzの間の周波数のＵＨＦ領域内で高く平坦になる部分を有する。それ故、放電測定はこの発明の放電測定装置を用いＵＨＦ領域内で高測定精度と高感度で行える。
【００２０】
図４のセンサを使用したこの発明の放電測定装置の実施例では、図２の実施例の場合と同じ参照符号を同じ作用の部材に付ける。先に説明したセンサとは異なり、絶縁体１３は少なくとも部分的に同軸測定ケーブル７の方向に勾配をもった円錐外面１８と同じ方向であるがより大きな勾配をもった円錐内面１９を有する中空円錐台の形状をしている。円錐外面１８は外部導体の第二部分を形成する境界１７に接触し、円錐内面１９は内部導体の第二部分を形成する支持本体１１の外面に接触する。絶縁体の円錐状の面１８と１９に接触する外部導体と内部導体の面の勾配は、外部導体の第二部分、内部導体の第二部分および絶縁体１３で決まる第二部分における移行導管８の電波インピーダンスが同軸測定ケーブルの電波インピーダンスに整合するように設計される。絶縁体１３を円錐状に形成し、これにより移行導管８も円錐状に形成すると、取り込んだ電磁波を絶縁体１３から同軸測定ケーブル７に移す時に反射損失を特に低く抑えることができる。
【００２１】
絶縁体１３が支持本体１１とフランジカバー１２の境界の間にスポーク状に配置された保持バンドあるいは保持台を有するセンサは特に損失が少ない。更に、支持本体１１をその外面とフランジ突起部４の内面の間に保持された絶縁体１３に固定することもできる。
フランジ突起部４の内面により形成され、開口５の縁部分に接続する外部導体の第一部分と、支持本体１１の外面により形成され、円板１０に接続する内部導体の第一部分とが円錐状の勾配をもっている。外部導体の第一部分の勾配と内部導体の第一部分の勾配が、これら両方の部分で形成される第一部分における移行導管の電波インピーダンスを同軸測定ケーブルの電波インピーダンスに整合させるように設計されていることが、良好な伝達能力にとって特に重要である。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明の放電測定装置は簡単にコンパクトに形成することができ、低経費で作製することができ、ＵＨＦ領域で測定精度が高いため優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による放電測定装置を備えたガス絶縁された金属カプセルで封止された高電圧設備の金属カプセルのほぼ円筒対称に形成された部分の縦断面図、
【図２】 図１の放電測定装置にあるセンサの第一実施例の断面図、
【図３】 高電圧設備の電流導体に印加する試験電圧Ｕ_P の振幅と、試験電圧に対する応答として図２のセンサの出力端に出力する電圧Ｕ_a の振幅とを周波数の関数として示すグラフ、
【図４】 図１の放電測定装置に含まれるセンサの第二実施例の断面図。
【符号の説明】
１ 金属カプセル
２ 電流導体
３ 放電測定装置
４ フランジ突起部
５ 開口
６ リング隙間アンテナ
７ 同軸測定ケーブル
８ 移行導管
９ リング隙間
１０ 円板
１１ 支持本体
１２ フランジカバー
１３ 絶縁体
１４ シールド導体
１５ シールド
１６ フランジ
１７ 境界
１８ 円錐外面
１９ 円錐内面

Claims (13)

1. 金属カプセル（１）のラッパ形状の開口（５）が金属カプセル（１）のフランジ突起部（４）によってその範囲が規定され、その開口（５）に電気絶縁して挿入されている板状の電極（１０）と、
   金属カプセル（１）の外側に配置され、前記フランジ突起部（４）で担持されたフランジ（１６）と、
   前記ラッパ形状の開口（５）の内面内に配設されたリング隙間アンテナ（６）と、
   シールド導体（１４）を取り囲むシールド（１５）を有し、測定装置に通じる同軸測定ケーブル（７）と、
   前記板状の電極（１０）を支え、前記シールド導体（１４）と接続する支持本体（１１）によって形成される内部導体および前記シールド（１５）と接続され、前記フランジ突起部（４）の内面で形成される第一部分を持つ外部導体を有し、これらの内部導体と外部導体とを同軸的に配置した、先細にされた移行導管（８）と、
   を備えたガス絶縁高電圧設備内の放電を検出する放電測定装置において、
   前記外部導体の第一部分と前記支持本体（１１）の外面で形成される前記内部導体の第一部分は、これら二つの第一部分の直径が非直線的に変化するような形で曲がっていることを特徴とする放電測定装置。
2. 前記外部導体の第一部分の曲率半径（Ｒ_i ）と前記内部導体の第一部分の曲率半径（Ｒ_a ) は、前記移行導管の電波インピーダンスがこれら二つの第一部分で形成される第一インピーダンス整合部分において前記同軸測定ケーブル（７）の電波インピーダンスと整合するように選択されることを特徴とする請求項１に記載の放電測定装置。
3. 前記外部導体の第一部分と前記内部導体の第一部分は、勾配を有することを特徴とする請求項１に記載の放電測定装置。
4. 前記外部導体の第一部分の勾配と前記内部導体の第一部分の勾配は、前記移行導管（８）と前記同軸測定ケーブル（７）の電波インピーダンスが整合するように選択されることを特徴とする請求項３に記載の放電測定装置。
5. 前記支持本体（１１）と前記外部導体の間に、絶縁体（１３）が配置されることを特徴とする請求項１に記載の放電測定装置。
6. 前記支持本体（１１）は、前記フランジ（１６）に装着されたフランジカバー（１２）上に電気絶縁して保持されることを特徴とする請求項１に記載の放電測定装置。
7. 前記絶縁体（１３）は、スポーク状に配置された保持バンドあるいは保持台を有することを特徴とする請求項６に記載の放電測定装置。
8. 前記フランジカバー（１２）は、前記外部導体の第二部分を形成する窪みを有し、この窪みが前記支持本体（１１）を支える絶縁体（１３）を収納することを特徴とする請求項６に記載の放電測定装置。
9. 前記絶縁体（１３）の少なくとも一部は、通常は中空円錐台の形状を成し、その円錐台の内径が第一の割合で直線的に変化し、その外径が第二の割合で直線的に変化することを特徴とする請求項８に記載の放電測定装置。
10. 前記外部導体の第二部分と前記支持本体（１１）によって形成される前記内部導体の第二部分の勾配は、前記移行導管（８）と前記同軸測定ケーブル（７）の電波インピーダンスが整合するように選択されることを特徴とする請求項９に記載の放電測定装置。
11. 前記絶縁体（１３）は、前記外部導体の第二部分を形成する境界（１７）に接する外面と前記内部導体の第二部分の外面に接する内面とを有することを特徴とする請求項８に記載の放電測定装置。
12. 前記外部導体の第二部分の半径（Ｒ₂ ）と前記内部導体の第二部分の半径（Ｒ₁ ）は、前記移行導管（８）の第二部分と前記同軸測定ケーブル（７）の電波インピーダンスが整合するように選択されることを特徴とする請求項１１に記載の放電測定装置。
13. 前記支持本体（１１）の直径は、前記移行導管（８）の第二部分において縮小されていることを特徴とする請求項１１に記載の放電測定装置。

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