JP3922522B2

JP3922522B2 - 電圧変成器

Info

Publication number: JP3922522B2
Application number: JP2001246962A
Authority: JP
Inventors: たか弘篠原
Original assignee: Toko Electric Corp
Current assignee: Takaoka Toko Co Ltd
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-08-16
Also published as: JP2003059738A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧を抵抗分圧して得た低電圧により静止形リレーや電子式メータ等を動作させるのに最適な電圧変成器（Voltage Transformer：以下、必要に応じてＶＴと略称する）に関し、特に、ＧＩＳ（ガス絶縁開閉装置）やＣ−ＧＩＳ（キュービクル形ガス絶縁開閉装置）に内蔵されて軽負担が接続される抵抗分圧式の電圧変成器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に欧州では、小電力（高入力抵抗）の計器と組み合わせることを前提とした、電磁式ＣＴ（Current Transformer）や電磁式ＶＴ（Voltage Transformer）と構造・原理が異なるタイプのＣＴやＶＴが普及し始めている。すなわち、ＶＴの場合を例にとると、コンデンサ分圧を利用したコンデンサ分圧式（Ｃ分圧式）ＶＴ、直流電圧計測に用いられる抵抗分圧を利用した抵抗分圧式（Ｒ分圧式）ＶＴ、Ｒ分圧式ＶＴを交流電圧計測に用いる際に、抵抗−大地間の漂遊キャパシタンスによる分圧比への影響を低減するため、抵抗とコンデンサを並列接続した抵抗・コンデンサ分圧式（ＲＣ分圧式）ＶＴ等が知られている。
【０００３】
なお、本願発明に係るＶＴは、ＩＥＣ（国際電気学会）規格、各メーカでも呼称が統一されておらず、電磁コイルを有しない静止形リレー、電子式メータ等の小電力の計器（軽負担）を対象とした「軽負担用ＶＴ」とも呼ばれている。また、ＣＴについても、同様に「軽負担用ＣＴ」とも呼ばれている。
これらの軽負担用ＶＴ・ＣＴは、従来型の電磁式ＶＴ・ＣＴに代えて、ＧＩＳやＣ−ＧＩＳの小型化、ひいては変電所敷設面積の低減を目的として積極的に採用されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、開閉サージ電圧や雷サージ電圧等の急峻なインパルス電圧が母線側から抵抗分圧式ＶＴに侵入する際に、高圧電極と接地電極間の電位分布は均一とならず、高圧電極側近傍に電界が集中し、絶縁が脅かされることが知られている。
このため、高圧電極側に配置される分圧用の抵抗器に対し、電界集中緩和用付属部品を備えたり絶縁用の空間を設けたりして絶縁補強手当を施すことが行われているが、これによると部品点数の増加やＶＴ本体の大型化を招くという問題があった。
また、ＶＴ本体の組立に要する作業工数が増加するので製造上の手間や作業時間が増える等の問題を生じていた。
【０００５】
そこで本発明は、特に絶縁補強手当を要することなくインパルス電圧課電時の電位分布を改善した電圧変成器を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、母線と大地との間に接続され、かつ、直列接続された複数の抵抗器により母線電圧を分圧して出力する電圧変成器において、母線に接続される高圧電極部と、大地に接続される接地電極部と、高圧電極部と接地電極部とを隔絶する絶縁筒と、高圧電極部と接地電極部との間に互いに直列接続され、かつ、少なくとも一部の抵抗器が絶縁筒の外周面に配置される複数の抵抗器と、高圧電極部と接地電極部との間に互いに直列接続され、かつ、絶縁筒の内部に配置される複数のコンデンサと、抵抗器の相互接続点に接続された出力端子としての中間端子と、を備えたものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電圧変成器において、前記絶縁筒としての中空角筒の内外を通り、かつ前記コンデンサの直列接続体を包囲するように複数の抵抗器を螺旋状に直列接続したものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電圧変成器において、複数の抵抗器のうちの１個の抵抗器が低抵抗であり、この抵抗器の両端に設けられた中間端子及び接地端子に軽負担が接続されるものであり、いわゆる軽負担用ＶＴとして用いるものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した電圧変成器において、複数の抵抗器の相互接続部に球状電極をかぶせたものである。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載した電圧変成器において、前記コンデンサがセラミックコンデンサであることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載した電圧変成器において、前記コンデンサが、円柱状のコンデンサ素子の両端面に電極を設けると共に絶縁樹脂により一体被覆されたセラミックコンデンサであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施形態を示す正面要部断面図、同（ｂ）は要部側面図、図２は図１の等価回路図である。
【００１３】
図１において、１１は母線側と接続される金属製かつ平板状の高圧電極部、１２はこのＶＴを固定設置するためのベース板と一体に形成された接地電極部であり、これらの高圧電極部１１及び接地電極部１２は強化繊維基材からなる芯材としてのＦＲＰ製の絶縁筒１３の軸方向両端に嵌合固定されている。なお、本実施形態の絶縁筒１３は中空の四角筒により形成されているが、これ以外に円筒や多角筒など後述の抵抗器やコンデンサの形状、個数等に応じて適宜選択することができる。また、絶縁筒１３の材質も、機械的強度や絶縁性能が十分であればＦＲＰに何ら限定されるものではない。
【００１４】
ここで、絶縁筒１３は、図４（ａ）に示す軸方向断面図のごとく、絶縁平板１３ａ〜１３ｄを組み合わせて構成しても良く、更に、軸方向両端部を高圧電極部１１及び接地電極部１２に十分固定することで、図４（ｂ）に示すように軸方向の一端を開放したり、場合によっては、図４（ｃ）に示すごとく、２枚の絶縁平板１３ａ，１３ｂのみを対向立設する構造として、絶縁部品点数を削減すると共に、コンデンサや抵抗器の接続を容易にして作業工数を一層減少させることも可能である。
【００１５】
高圧電極部１１と接地電極部１２との間には、図２に示すように分圧用の複数の抵抗器Ｒ１，Ｒ２が直列に接続されている。なお、図２では端子Ｕを高圧電極部１１、端子Ｅを接地電極部１２として示してある。
ここで、高圧電極部１１側の複数の第１の抵抗器Ｒ１は抵抗値が大きくすべて同一の値であり、接地電極部１２側の単一の第２の抵抗器Ｒ２は抵抗値が小さい。何れの抵抗器Ｒ１，Ｒ２も、高耐電圧かつ高精度であって同一組成からなるメタルグレーズ形抵抗を採用しており、温度変化による変圧比への影響が微少となるように考慮されている。
【００１６】
第２の抵抗器Ｒ２の両端には、出力端子としての中間端子ｕ及び接地端子ｖがそれぞれ設けられている。高圧電極部１１と接地電極部１２との間（端子Ｕ−Ｅ間）の母線−大地間電圧は、端子Ｕ−ｕ間の抵抗器Ｒ１の直列合成抵抗値と端子ｕ−ｖ間の抵抗器Ｒ２の抵抗値との比によって分圧され、端子ｕ−ｖから、静止形リレーや電子式メータ等の軽負担に供給する電圧が出力される。
【００１７】
なお、抵抗器Ｒ１，Ｒ２と大地間の漂遊キャパシタンスによる分圧比への影響を低減するため、抵抗器Ｒ１，Ｒ２の直列回路の両端、すなわち端子Ｕ−ｖ間には、複数のコンデンサＣの直列回路が接続されている。これらのコンデンサＣによる分圧作用は補助的なものであり、分圧比はもっぱら抵抗器Ｒ１，Ｒ２によって決定される。
すなわち、本実施形態のＶＴは厳密には抵抗・コンデンサ分圧式ＶＴであるが、実質的には抵抗分圧式ＶＴと言うことができる。
【００１８】
次に、図１を参照しつつ本実施形態における各素子の機械的な接続構造を説明する。
図１に示すように、絶縁筒１３の内部には、その中心軸に沿って前記コンデンサＣが複数、直列に接続されている。なお、１５は絶縁筒１３との間でコンデンサＣを保持するための保持板である。
【００１９】
上記コンデンサＣとしては、絶縁樹脂注形により被覆された円柱状の高圧セラミックコンデンサが使用される。
本実施形態の如くセラミックコンデンサを採用することにより、静電容量を設定し易くし、容量特性や温度特性、その他の安定した諸特性を得ることができると共に、コンデンサ自体の形状として特に電極を形成し易い形状にすることができ、全体の直列接続も容易に行うことができる。
特に、セラミックコンデンサは高耐電圧で大きな静電容量を有するので、ＶＴ用の高圧電極部１１と接地電極部１２との間の電位分布を均等にする効果が大きい。
【００２０】
また、水分や塵埃の含有量が十分に管理された設置条件の下では、両端面にそれぞれ電極を設けたセラミックコンデンサ素子自体で使用してもよいが、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂にてコンデンサ素子及び電極を一体被覆したセラミックコンデンサとして、その取り扱いを容易にするなど各種条件によって適宜対応すればよい。
【００２１】
複数の第１の抵抗器Ｒ１は、複数のコンデンサＣの直列接続体（見方を変えれば絶縁筒１３の中心軸）を包囲するように螺旋状に直列接続されるが、一部の抵抗器Ｒ１は絶縁筒１３の対向する２側板の外側に配置され、残りの抵抗器Ｒ１は絶縁筒１３の内部においてコンデンサＣの前方及び後方に配置されている。すなわち、絶縁筒１３の外側に配置された抵抗器Ｒ１の一端が絶縁筒１３の内側に配置された別の抵抗器Ｒ１の一端に接続され、その他端が絶縁筒１３の外側に配置された更に別の抵抗器Ｒ１の一端に接続されるようにして、すべての抵抗器Ｒ１が順次、直列に接続される。
【００２２】
このように第１の抵抗器Ｒ１を螺旋状に組み上げて直列接続することにより、単に複数の抵抗器を直線状に直列接続する場合に比べて抵抗器相互間の静電容量を大きくし、直列抵抗器全体での直列静電容量を大きくすることができる。これにより、急峻なインパルス電圧が母線側の高圧電極部１２からＶＴに侵入した場合にも、抵抗器相互間の静電容量によってインパルス電圧を分担するので、前述したセラミックコンデンサの使用と相まって、電位分布を従来よりも均等化することができる。
なお、抵抗器を螺旋状に直列接続する構造は、ＶＴ全体の機械的安定性を向上させるためにも有効である。
【００２３】
また、最上段の抵抗器Ｒ１はリード線を介して高圧電極部１１に接続され、最下段の抵抗器Ｒ１は、図１（ｂ）に示すように第２の抵抗器Ｒ２の一端に接続され、その他端は接地電極部１２に接続されている。
なお、図２に示した出力側の端子ｕ，ｖについては、便宜上、図１における図示を省略してある。
【００２４】
第１の抵抗器Ｒ１の相互接続部分には、球状電極１４をかぶせてある。
この球状電極１４は、絶縁筒１３の外部に配置される第１の抵抗器Ｒ１の相互接続点の電界集中緩和用として設けられると共に、抵抗器Ｒ１を相互に任意の方向、角度で接続可能にすることにより、複数の抵抗器Ｒ１を螺旋状に形成しやすくしている。
その結果、急峻なインパルス電圧が高圧電極部１２からＶＴに侵入しても絶縁が脅かされるおそれはなく、特に、製造上の手間や多くの作業時間をかけることなくＶＴ全体の構造的安定性を保持することができる。
【００２５】
なお、図３は、ＧＩＳに内蔵される本実施形態の抵抗分圧式ＶＴの定格・仕様を例示したものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、急峻なインパルス電圧が母線側から電圧変成器に侵入した場合にも、抵抗器に対して特に絶縁補強手当を施すことなく電位分布を改善できると共に、電圧変成器の全体をコンパクトかつ安定した構造とし、更に組み立ても容易な電圧変成器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す正面要部断面図（図１（ａ））及び要部側面図（同（ｂ））である。
【図２】図１の等価回路図である。
【図３】本実施形態による抵抗分圧式ＶＴの定格・仕様の一例を示す図である。
【図４】絶縁筒の他の構成例を示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
１１高圧電極部（端子Ｕ）
１２接地電極部（端子Ｅ）
１３絶縁筒
１３ａ〜１３ｄ絶縁平板
１４球状電極
１５保持板
Ｒ１第１の抵抗器
Ｒ２第２の抵抗器
Ｃコンデンサ
ｕ中間端子
ｖ接地端子

Claims

母線と大地との間に接続され、かつ、直列接続された複数の抵抗器により母線電圧を分圧して出力する電圧変成器において、
母線に接続される高圧電極部と、
大地に接続される接地電極部と、
高圧電極部と接地電極部とを隔絶する絶縁筒と、
高圧電極部と接地電極部との間に互いに直列接続され、かつ、少なくとも一部の抵抗器が絶縁筒の外周面に配置される複数の抵抗器と、
高圧電極部と接地電極部との間に互いに直列接続され、かつ、絶縁筒の内部に配置される複数のコンデンサと、
抵抗器の相互接続点に接続された出力端子としての中間端子と、
を備えたことを特徴とする電圧変成器。
請求項１記載の電圧変成器において、
前記絶縁筒としての中空角筒の内外を通り、かつ前記コンデンサの直列接続体を包囲するように複数の抵抗器を螺旋状に直列接続したことを特徴とする電圧変成器。
請求項１または２記載の電圧変成器において、
複数の抵抗器のうちの１個の抵抗器が低抵抗であり、この抵抗器の両端に設けられた中間端子及び接地端子に軽負担が接続されることを特徴とする電圧変成器。
請求項１〜３の何れか１項に記載した電圧変成器において、
複数の抵抗器の相互接続部に球状電極をかぶせたことを特徴とする電圧変成器。
請求項１〜４の何れか１項に記載した電圧変成器において、
前記コンデンサがセラミックコンデンサであることを特徴とする電圧変成器。
請求項１〜４の何れか１項に記載した電圧変成器において、
前記コンデンサが、円柱状のコンデンサ素子の両端面に電極を設けると共に絶縁樹脂により一体被覆されたセラミックコンデンサであることを特徴とする電圧変成器。