JP5615463B1

JP5615463B1 - 電圧検出装置および電圧検出方法

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Publication number: JP5615463B1
Application number: JP2014517294A
Authority: JP
Inventors: 茂雄藤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-10-29
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Abstract

接地されたタンク５内に延設される三相の導体１ａ〜１ｃと、三相の導体１ａ〜１ｃの周囲をそれぞれ囲む三相の中間電極２ａ〜２ｃと、三相の中間電極２ａ〜２ｃとタンク５との間に接続された三相の分圧抵抗３ａ〜３ｃとを備えた電気機器における各相の導体の電圧を検出する電圧検出装置であって、各相の中間電極とタンク５とに接続された各相の電圧検出部を備え、各相の電圧検出部は、自相の中間電極の電圧を測定する中間電極電圧測定部と、当該自相の中間電極の電圧への他相の影響度合いを表す補正係数を記憶する記憶部と、前記中間電極電圧測定部により測定された自相の中間電極の電圧測定値と前記記憶部に記憶された補正係数を用いて自相の導体の電圧を算出する電圧算出部とを備える電圧検出装置を提供する。

Description

本発明は、三相の導体に印加される電圧を、各相の導体の周囲に設けられた中間電極の電圧に基づいて検出する電圧検出装置および電圧検出方法に関する。

従来の電圧検出装置は、ある相の導体の電圧を求めるために、他相の中間電極の電圧データも必要としている（例えば、特許文献１）。

特開平９−３０４４４６号公報

従来の電圧検出装置では、各相の導体の電圧を求めるために、当該各相以外の他相の中間電極の電圧データが必要とされるため、一旦、全相分のデータを収集する構成が必要となり、電圧検出装置の構成が大掛かりで複雑になる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各相の導体の電圧を当該各相以外の他相の中間電極の電圧測定値を用いることなく当該各相の中間電極の電圧測定値に基づいて検出可能な電圧検出装置および電圧検出方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電圧検出装置は、接地された金属製のタンク内に延設されるとともに三相の交流電圧が印加される三相の導体と、前記各相の導体の周囲を囲むように設けられた各相の中間電極と、前記各相の中間電極と前記タンクとの間に接続された各相の分圧抵抗とを備えた電気機器における前記各相の導体の電圧を検出する電圧検出装置であって、前記各相の中間電極と前記タンクとに接続された各相の電圧検出部を備え、前記各相の電圧検出部は、自相の中間電極および前記タンクに接続され、当該自相の中間電極の電圧を測定する中間電極電圧測定部と、自相以外の第１相の導体のみに電圧が印加された場合における自相の中間電極の電圧を当該第１相の中間電極の電圧で除した比に相当する第１の補正係数、および、自相以外の第２相の導体のみに電圧が印加された場合における自相の中間電極の電圧を当該第２相の中間電極の電圧で除した比に相当する第２の補正係数が記憶された記憶部と、前記中間電極電圧測定部により測定された自相の中間電極の電圧測定値と前記記憶部に記憶された前記第１および第２の補正係数を用いて自相の導体の電圧を算出する電圧算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、各相の導体の電圧を当該各相以外の他相の中間電極の電圧測定値を用いることなく当該各相の中間電極の電圧測定値に基づいて検出することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る電圧検出装置の構成を示す図である。図２は、Ａ相の導体にのみ電圧が印加された場合においてＡ相の中間電極の電圧を測定するための分圧部の等価回路を示す図である。図３は、Ａ相の中間電極の電圧を測定するための分圧部の等価回路を示す図である。図４は、電圧検出回路の構成を示す図である。図５は、電圧検出回路の機能構成を示すブロック図である。図６は、実施の形態２に係る電圧検出装置の構成を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る電圧検出装置および電圧検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る電圧検出装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る電圧検出装置は、ガス絶縁開閉装置３０の三相の導体１ａ〜１ｃの電圧検出に用いられている。ここで、ガス絶縁開閉装置３０は、金属製で円筒状のタンク５と、タンク５内で軸方向に延設され、三相の交流電圧が印加される三相の導体１ａ〜１ｃとを備えている。また、タンク５は接地され、タンク５内には例えば六フッ化硫黄ガス等の絶縁性ガスが封入されている。導体１ａ〜１ｃには、例えば商用周波数の三相の高電圧が印加される。なお、図１では、タンク５の横断面によるガス絶縁開閉装置３０の構成の一部のみが示されている。

また、導体１ａの周囲には導体１ａを囲むようにして円筒状の中間電極２ａが設けられている。具体的には、導体１ａを中心として金属製の円筒状の部材から成る中間電極２ａが設けられる。同様に、導体１ｂの周囲には導体１ｂを囲むようにして円筒状の中間電極２ｂが設けられ、導体１ｃの周囲には導体１ｃを囲むようにして円筒状の中間電極２ｃが設けられている。

また、中間電極２ａとタンク５との間には分圧抵抗３ａが接続されている。すなわち、分圧抵抗３ａの一端は中間電極２ａに接続され、分圧抵抗３ａの他端はタンク５に接続されている。同様に、中間電極２ｂとタンク５との間には分圧抵抗３ｂが接続され、中間電極２ｃとタンク５との間には分圧抵抗３ｃが接続されている。

本実施の形態に係る電圧検出装置は、電圧検出回路４ａ〜４ｃを備えて構成され、いわゆる分圧方式により、導体１ａ〜１ｃの電圧を直接測定する代わりに、中間電極２ａ〜２ｃの電圧を測定し、中間電極２ａ〜２ｃの電圧測定値から導体１ａ〜１ｃの電圧を検出する。なお、中間電極２ａ〜２ｃおよび分圧抵抗３ａ〜３ｃは、電圧検出装置の構成要素に含めてもよい。

電圧検出回路４ａは、導体１ａおよび中間電極２ａに対応して設けられている。電圧検出回路４ａは、中間電極２ａとタンク５の双方に接続されている。従って、分圧抵抗３ａの両端が電圧検出回路４ａに接続される。同様に、電圧検出回路４ｂは、導体１ｂおよび中間電極２ｂに対応して設けられ、中間電極２ｂとタンク５の双方に接続されている。同様に、電圧検出回路４ｃは、導体１ｃおよび中間電極２ｃに対応して設けられ、中間電極２ｃとタンク５の双方に接続されている。このように、電圧検出回路４ａ〜４ｃは相毎に設けられている。電圧検出回路４ａ〜４ｃの構成については後述する。

電圧検出回路４ａ〜４ｃは、それぞれ通信線６ａ〜６ｃを介して上位装置７に接続される。上位装置７は、例えば電圧計測用機器または電力用保護リレーである。

次に、本実施の形態で採用する電圧検出の原理について説明する。まず、三相の導体１ａ〜１ｃのうちＡ相の導体１ａにのみ電圧Vaが印加される場合を考える。導体１ａに電圧Vaが印加されると、中間電極２ａに電圧va1が発生する。導体１ａと中間電極２ａとの間の静電容量をCa1、中間電極２ａとタンク５との間の静電容量をCa2、分圧抵抗３ａの抵抗値をRaとすると、この場合の等価回路は図２のようになり、次式が成り立つ。
va1=Ra×Ca1×(dVa/dt) ・・・（１）
なお、式（１）の導出の際に、ωを電圧Vaの角周波数として、Ra<<1/(ωCa2)が成り立つことを仮定した。実際、Ca2はpFのオーダに、RaはkΩのオーダに設定されることから、例えば商用周波数に対して、この条件は成り立つ。

従って、Ａ相の導体１ａにのみ電圧Vaが印加される場合には、Ａ相の中間電極２ａの電圧va1を測定し、式（１）に従ってva1を時間積分することで、Vaを得ることができる。なお、Raは既知であり、Ca1は予め算出することができるので、va1が得られればva1/(Ra×Ca1)も得られる。

Ｂ相の導体１ｂにのみ、あるいは、Ｃ相の導体１ｃにのみ電圧が印加される場合も同様である。すなわち、Ｂ相の導体１ｂにのみ電圧Vbが印加されたときに、中間電極２ｂに発生する電圧vb1は、次式で与えられる。
vb1=Rb×Cb1×(dVb/dt) ・・・（２）
ここで、Rbは分圧抵抗３ｂの抵抗値、Cb1は導体１ｂと中間電極２ｂとの間の静電容量である。なお、式（２）の導出の際に、Rb<<1/(ωCb2)が成り立つことを仮定した。ここで、Cb2は、中間電極２bとタンク５と間の静電容量である。

また、Ｃ相の導体１ｃにのみ電圧Vcが印加されたときに、中間電極２ｃに発生する電圧vc1は、次式で与えられる。
vc1=Rc×Cc1×(dVc/dt) ・・・（３）
ここで、Rcは分圧抵抗３ｃの抵抗値、Cc1は導体１ｃと中間電極２ｃとの間の静電容量である。なお、式（３）の導出の際に、Rc<<1/(ωCc2)が成り立つことを仮定した。ここで、Cc2は、中間電極２ｃとタンク５と間の静電容量である。

次に、実運用の場合を考える。実運用では、導体１ａに電圧Vaが印加され、かつ、導体１ｂに電圧Vbが印加され、かつ、導体１ｃに電圧Vcが印加されるため、Ａ相について実際に中間電極２ａに発生する電圧vaは、次の通りとなる。
va=Ra×Ca1×(dVa/dt)＋Ra×Cba1×(dVb/dt)＋Ra×Cca1×(dVc/dt)
=va1＋Ra×Cba1×(dVb/dt)＋Ra×Cca1×(dVc/dt) ・・・（４）
ここで、導体１ｂと中間電極２ａとの間の静電容量をCba1、導体１ｃと中間電極２ａと間の静電容量をCca1としている。また、Ａ相について他相の影響も考慮した等価回路を図３に示す。

式（４）の右辺第２項目であるRa×Cba1×(dVb/dt)は、導体１ｂに電圧Vbを印加したときに中間電極２ａに発生する電圧であり、右辺第３項目のRa×Cca1×(dVc/dt)は、導体１ｃに電圧Vcを印加したときに中間電極２ａに発生する電圧であり、いずれも他相からの影響による電圧補正を表す項である。

Ｂ相、Ｃ相についても同様で、
vb=Rb×Cab1×(dVa/dt)＋vb1＋Rb×Ccb1×(dVc/dt) ・・・（５）
vc=Rc×Cac1×(dVa/dt)＋Rc×Cbc1×(dVb/dt)＋vc1 ・・・（６）
となる。ここで、vbはＢ相の中間電極２ｂに発生する電圧、Cab1は導体１ａと中間電極２ｂとの間の静電容量、Ccb1は導体１ｃと中間電極２ｂと間の静電容量、vcはＣ相の中間電極２ｃに発生する電圧、Cac1は導体１ａと中間電極２ｃとの間の静電容量、Cbc1は導体１ｂと中間電極２ｃと間の静電容量を表している。

説明を容易にするため、n12=(Ra×Cba1)/(Rb×Cb1)，n13=(Ra×Cca1)/(Rc×Cc1)，n21=(Rb×Cab1)/(Ra×Ca1)，n23=(Rb×Ccb1)/(Rc×Cc1)，n31=(Rc×Cac1)/(Ra×Ca1)，n32=(Rc×Cbc1)/(Rb×Cb1)とすると、
va= va1＋n12×vb1＋n13×vc1 ・・・（７）
vb=n21×va1＋ vb1＋n23×vc1 ・・・（８）
vc=n31×va1＋n32×vb1＋ vc1 ・・・（９）
となる。

他相からの影響度合いに相当するn12，n13，n21，n23，n31，n32は、一相ごとに順番に電圧を印加した実測結果から求めることができる。あるいは、構造・電界解析からも求めることもできる。以下、n12，n13，n21，n23，n31，n32を総称して「補正係数」という。

例えば、Ａ相の導体１ａにのみ電圧Vaを印加する場合は、va=va1，vb=n21×va1，vc=n31×va1となるので、va，vb，vcを実測することで、n21，n31を予め決定することができる。Ｂ相、Ｃ相の場合も同様である。

Ａ相については、式（７）から、va1=va-(n12×vb1+n13×vc1)となる。すなわち、中間電極２ａの電圧の測定値であるvaから、他相からの電圧の影響を表す(n12×vb1-n13×vc1)を差し引くことで、Vaの時間微分に相当するva1が得られる。ここで、n12，n13，vb1，vb2の値が必要になるが、上記したように、n12，n13は予め与えられている。vb1，vb2については、次のようにして決める。

Va，Vb，Vcは、三相の交流電圧であり、振幅Vは互いに等しく、位相は2π/3=120°ずれている。そこで、高次の補正を無視すれば、vb1はvaの位相を2π/3ずらした電圧、vc1はvaの位相を4π/3ずらした電圧とすることができる。すなわち、
va=va0×sin(ω×t＋θa) ・・・（１０）
としたときに、
vb1=va0×sin(ω×t+θa+2π/3) ・・・（１１）
vc1=va0×sin(ω×t+θa+4π/3) ・・・（１２）
とすることができる。ここで、va0はvaの振幅、θaはvaの位相である。

実際には、vb1は、va0×sin(ω×t+θa+2π/3)に等しくないが、vb1のva0×sin(ω×t+θa+2π/3)からの差は補正係数と同じ補正のオーダとなるので、n12×vb1における当該差の寄与は、n12が乗算されて高次の補正となり、補正係数と同程度の補正を問題にする限りは、無視することができる。同様に、実際には、vc1は、va0×sin(ω×t+θa+4π/3)に等しくないが、va0×sin(ω×t+θa+4π/3)からの差は補正係数と同じ補正のオーダとなるので、n13×vc1における当該差の寄与は、n13が乗算されて高次の補正となり、補正係数と同程度の補正を問題にする限りは、無視することができる。従って、(n12×vb1-n13×vc1)の計算の際には、vb1をvaの位相を2π/3ずらした電圧とし、vb1をvaの位相を4π/3ずらした電圧とすることができる。

なお、vaの振幅および位相は、vaのデータを時系列で一定時間取り込みその波形を解析することで決定することができる。

このように、Ａ相については、式（７）に基づき、vaのデータと予め決められたn12，n13を用いることで、va1を求めることができ、さらに時間積分（(Ra×Ca1)の係数補正も含む）を実行することでVaを求めることができる。

Ｂ相、Ｃ相についても同様である。例えば、Ｂ相については、式（８）から、vb1=vb-(n21×va1＋n23×vc1)となる。ここで、(n21×va1＋n23×vc1)の計算において、n21，n23は予め決めることができるので既知である。また、vc1は、vbの位相を2π/3ずらした電圧とし、va1は、vbの位相を4π/3ずらした電圧とすることができる。すなわち、vb=vb0×sin(ω×t＋θb)としたときに、
vc1=vb0×sin(ω×t+θb+2π/3)
va1=vb0×sin(ω×t+θb+4π/3)
とすることができる。ここで、vb0はvbの振幅、θbはvbの位相である。なお、vbの振幅および位相は、vbのデータを時系列で一定時間取り込みその波形を解析することで決定することができる。

このような電圧検出の原理によれば、各相の導体の電圧を、他相の中間電極の電圧測定値を用いることなく、自相の中間電極の電圧測定値と予め決められた補正係数を用いて求めることが可能となる。

次に、上記した電圧検出の原理に基づいて導体１ａ〜１ｃの電圧を検出する電圧検出回路４ａ〜４ｃの構成について説明する。なお、以下では、Ａ相の電圧検出回路４ａの構成について説明するが、他相の電圧検出回路４ｂ，４ｃの構成も同様である。

図４は、電圧検出回路の構成を示す図である。図４では、図３で示した等価回路および図１の上位装置７を併せて示している。電圧検出回路４ａは、中間電極２ａとタンク５に接続されている。

電圧検出回路４ａは、ハードウェア構成として、アナログ回路８、Ａ／Ｄ変換器９、およびマイクロコンピュータ１０を備えている。

アナログ回路８は、中間電極２ａとタンク５との電位差、すなわち、中間電極２ａの電圧vaを測定し、その測定値をＡ／Ｄ変換器９に出力する。Ａ／Ｄ変換器９は、アナログ回路８に接続され、アナログ回路８の出力（va）をＡ／Ｄ変換し、マイクロコンピュータ１０に出力する。

マイクロコンピュータ１０は、Ａ／Ｄ変換器９に接続され、Ａ／Ｄ変換器９の出力に基づいて導体１ａの電圧を検出する。マイクロコンピュータ１０は、少なくともn12，n13を含む補正係数を記憶したメモリ（図示せず）を備えている。なお、電圧検出回路４ｂのマイクロコンピュータ１０は、少なくともn21，n23を含む補正係数を記憶したメモリ（図示せず）を備え、電圧検出回路４ｃのマイクロコンピュータ１０は、少なくともn31，n32を含む補正係数を記憶したメモリ（図示せず）を備えている。マイクロコンピュータ１０は、式（７）に基づき、vaの位相を2π/3ずらした電圧、vaの位相を4π/3ずらした電圧、n12，n13，vaを用いてva1を算出し、さらに、式（１）に基づき、導体１ａの電圧Vaを算出することができる。マイクロコンピュータ１０は、通信線６ａを介して上位装置７に接続されており、導体１ａの電圧検出値Vaを上位装置７に出力する。上位装置７は、電圧検出値Va〜Vcを用いて必要な処理を行う。

次に、電圧検出回路４ａの機能構成および動作について説明する。なお、電圧検出回路４ｂ，４ｃについても同様に説明することができる。図５は、電圧検出回路４ａの機能構成を示すブロック図である。図５に示すように、電圧検出回路４ａは、その機能構成として、中間電極電圧測定部２０、記憶部２１、電圧算出部２２を備えている。

中間電極電圧測定部２０は、中間電極２ａとタンク５に接続されている。中間電極電圧測定部２０は、中間電極２ａの電圧を例えば一定の周期で測定している。中間電極電圧測定部２０は、アナログ回路８で実現される。

記憶部２１は、予め少なくともn12，n13を記憶している。すなわち、記憶部２１は、自相（Ａ相）以外の第１相（Ｂ相）の導体１ｂのみに電圧が印加された場合における自相の中間電極２ａの電圧を当該第１相の中間電極２ｂの電圧で除した比に相当する第１の補正係数（n12）、および、自相以外の第２相（Ｃ相）の導体１ｃのみに電圧が印加された場合における自相の中間電極２ａの電圧を当該第２相の中間電極２ｃの電圧で除した比に相当する第２の補正係数（n13）を少なくとも記憶する。なお、記憶部２１は、他の補正係数を記憶していてもよい。記憶部２１は、例えばマイクロコンピュータ１０のメモリで実現される。

電圧算出部２２は、中間電極電圧測定部２０により測定されたＡ／Ｄ変換後の中間電極２ａの電圧測定値vaを、順次、記憶部２１に保存している。

電圧算出部２２は、最新の中間電極２ａの電圧測定データvaおよび記憶部２１に記憶されている過去一定時間の時系列の中間電極２ａの電圧測定データvaを解析することで、vaの振幅va0、およびvaの位相θaを算出する。

次に、電圧算出部２２は、式（７），（１１），（１２）に基づき、va1=va-(n12×vb1+n13×vc1)の右辺の計算を実行する。ここで、vaの振幅va0、およびvaの位相θaは既に求められているので、式（１１），（１２）によりvb1，vc1は計算可能である。また、n12，n13は記憶部２１に記憶されている。従って、電圧算出部２２は、記憶部２１を参照して得られるn12，n13とva0，θaを用いて、n12×vb1（第１の電圧補正値）とn13×vc1（第２の電圧補正値）を求め、(n12×vb1+n13×vc1)をvaから差し引くことで、他相の影響を除去した補正後の電圧であるva1を各時刻について求めることができる。

さらに、電圧算出部２２は、式（１）に基づいて、va1を時間積分（(Ra×Ca1)の係数補正も含む）することで、最新の導体１ａの電圧Vaを算出することができる。なお、Ra，Ca1の値は予め記憶部２１に保存されているとする。

電圧算出部２２は、マイクロコンピュータ１０で実現することができる。ただし、積分処理は、アナログ回路８で実施することも可能である。この場合、式（７）〜（１２）は、両辺を時間積分した関係式として成り立ち、積分処理を事前に施した電圧測定値を用いて他相からの影響を除去する補正を行うこととなる。その処理は既に説明した処理と実質的に同じなので説明の詳細は省略する。

以上説明したように、本実施の形態では、電圧検出回路４ａは、他相の中間電極２ｂ，２ｃの電圧測定値vb，vcを用いることなく、自相の中間電極２ａの電圧測定値vaに基づいて、他相からの電圧の影響を補正したva1=va-(n12×vb1＋n13×vc1)を算出し、このva1を積分することで、導体１ａの電圧Vaを算出することができる。

同様に、電圧検出回路４ｂは、他相の中間電極２ｃ，２ａの電圧測定値vc，vaを用いることなく、自相の中間電極２ｂの電圧測定値vbに基づいて、他相からの電圧の影響を補正したvb1=vb-(n21×va1＋n23×vc1)を算出し、このvb1を積分することで、導体１ｂの電圧Vbを算出することができる。

同様に、電圧検出回路４ｃは、他相の中間電極２ａ，２ｂの電圧測定値va，vbを用いることなく、自相の中間電極２ｃの電圧測定値vcに基づいて、他相からの電圧の影響を補正したvc1=vc-(n31×va1＋n32×vb1)を算出し、このvc1を積分することで、導体１ｃの電圧Vcを算出することができる。

従って、本実施の形態では、各相の導体の電圧を求めるために、当該各相以外の他相の中間電極の電圧データが必要とされないため、一旦、全相分の電圧データを収集する必要がなく、電圧検出装置の構成が小型で簡素になる。

一方、従来の電圧検出装置では、va，vb，vcの実測値を用いて、これらの値に他相からの影響度合いを表す補正係数（n12，n13，n21，n23，n31，n32）を掛け合わせて、va1，vb1，vc1を算出している。そのため、他相のデータを取り込む必要があり、一旦一括して全相のデータを入力する装置または構成が必要となる。

あるいは、上位装置７に他相の影響を補正する機能を付加する場合、上位装置７の処理能力の要求レベルが高くなり、追加機能を組み込む必要がある。これに対し、本実施の形態では、他相からの影響の補正は電圧検出回路４ａ〜４ｃで実施するため、上位装置７に追加機能を組み込む必要がない。

実施の形態２．
実施の形態１では、タンク５内における導体１ａ〜１ｃおよび中間電極２ａ〜２ｃの配置、ならびに、分圧抵抗３ａ〜３ｃの大きさについては何らの制限も設けなかったが、本実施の形態では、タンク５内における導体１ａ〜１ｃおよび中間電極２ａ〜２ｃの配置が対称で、かつ、分圧抵抗３ａ〜３ｃの大きさが互いに等しい場合における電圧検出装置および電圧検出方法について説明する。

図６は、本実施の形態に係る電圧検出装置の構成を示す図である。図６では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。図６に示すように、ガス絶縁開閉装置３０の構成は、図１の場合と同じである。但し、本実施の形態では、円筒状のタンク５の横断面において、導体１ａ〜１ｃの中心を頂点とする三角形は一辺の長さが「ａ」の正三角形を成し、導体１ａ〜１ｃはタンク５に対して対称に配置されている。具体的には、タンク５の中心Ｏから導体１ａ〜１ｃの各中心までの距離は互いに等しく、導体１ａ〜１ｃの各中心からタンク５までの最短距離は互いに等しい。また、中間電極２ａ〜２ｃの半径は互いに等しく、かつ、軸方向の長さも互いに等しい。

従って、本実施の形態では、導体１ａと中間電極２ａとの間の静電容量Ca1、導体１ｂと中間電極２ｂとの間の静電容量Cb1、導体１ｃと中間電極２ｃとの間の静電容量Cc1は、互いに等しい（Ca1=Cb1=Cc1）。また、導体１ｂと中間電極２ａとの間の静電容量Cba1、導体１ｃと中間電極２ａと間の静電容量Cca1、導体１ａと中間電極２ｂとの間の静電容量Cab1、導体１ｃと中間電極２ｂと間の静電容量Ccb1、導体１ａと中間電極２ｃとの間の静電容量Cac1、導体１ｂと中間電極２ｃと間の静電容量Cbc1は、互いに等しい（Cba1=Cca1=Cab1=Ccb1=Cac1=Cbc1）。従って、中間電極２ａ〜２ｃの電圧測定値における他相からの影響の度合いも均等になり、n12，n13，n21，n23，n31，n32は同一の値となる。

そこで、
Ca1=Cb1=Cc1=C1
n12=n13=n21=n23=n31=n32=n
Ra=Rb=Rc=R
とすると、式（７）〜（９）は、次の通りとなる。
va= va1＋n×vb1＋n×vc1 ・・・（１３）
vb=n×va1＋ vb1＋n×vc1 ・・・（１４）
vc=n×va1＋n×vb1＋ vc1 ・・・（１５）
となる。

式（１３）を変形すると、
va=R×C1×(d(V×sin(ω×t+θ))/dt)＋n×R×C1×(d(V×sin(ω×t+θ+2π/3)/dt)
＋n×R×C1×(d(V×sin(ω×t+θ+4π/3)/dt)
=(1-n)×R×C1×(d(V×sin(ω×t+θ))/dt)
＋n×R×C1×d(V×(sin(ω×t+θ)+sin(ω×t+θ+2π/3)+sin(ω×t+θ+4π/3))/dt)
となる。ここで、Vは三相交流電圧Va〜Vcの振幅、θはＡ相の位相、ωは角周波数である。

sin(ω×t+θ)+sin(ω×t+θ+2π/3)+ sin(ω×t+θ+4π/3)=0であるため、
va=(1-n)×R×C1×(d(V×sin(ω×t+θ))/dt)
=(1-n)×va1・・・（１６）
となる。

つまり、Ａ相の中間電極２ａの電圧測定値vaにおける他相の影響要因を、式（１３）に基づいて実施の形態１のように近似式で評価する必要がなく、式（１６）に示すように、vaに1/(1-n)倍をすれば他相の電圧の影響を除去した自相の電圧値が正確に得られる。

従って、本実施の形態では、記憶部２１は、全相で共通の単一の補正係数nを記憶している。また、電圧算出部２２は、中間電極電圧測定部２０の出力であるvaが入力されると、記憶部２１に記憶されている補正係数nを参照し、va/(1-n)を算出する。さらに、電圧算出部２２は、va/(1-n)を時間積分し、積分値を(Ra×Ca1)で除することで、自相の導体１ａの電圧Vaを求めることができる。

（１６）と同様の関係式は、Ｂ相およびＣ相にも成り立つ。
vb=(1-n)×vb1・・・（１７）
vc=(1-n)×vc1・・・（１８）
従って、Ｂ相、Ｃ相についても、Ａ相と同様にして、電圧Vb，Vcを検出することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、タンク５内における導体１ａ〜１ｃおよび中間電極２ａ〜２ｃの配置が対称であることを利用して、実施の形態１の計算をより簡易でかつ厳密にすることができる。具体的には、自相の導体の電圧を検出するために、他相の中間電極の電圧測定値を必要としないのみならず、自相の中間電極の電圧の位相情報および振幅を算出する必要がなく、他相の情報を考慮せずに簡易な方法で正しい値を算出することができる。

なお、実施の形態１，２では、本発明に係る電圧検出装置の用途としてガス絶縁開閉装置を例に説明したが、これに限定されず、その他の電気機器に適用することもできる。

以上のように、本発明は、ガス絶縁開閉装置のタンク内に配置される三相の導体の電圧を検出する電圧検出装置および電圧検出方法として有用である。

１ａ〜１ｃ導体、２ａ〜２ｃ中間電極、３ａ〜３ｃ分圧抵抗、４ａ〜４ｃ電圧検出回路、５タンク、６ａ〜６ｃ通信線、７上位装置、８アナログ回路、９Ａ／Ｄ変換器、１０マイクロコンピュータ、２０中間電極電圧測定部、２１記憶部、２２電圧算出部、３０ガス絶縁開閉装置。

Claims

接地された金属製のタンク内に延設されるとともに三相の交流電圧が印加される三相の導体と、前記各相の導体の周囲を囲むように設けられた各相の中間電極と、前記各相の中間電極と前記タンクとの間に接続された各相の分圧抵抗とを備えた電気機器における前記各相の導体の電圧を検出する電圧検出装置であって、
前記各相の中間電極と前記タンクとに接続された各相の電圧検出部を備え、
前記各相の電圧検出部は、
自相の中間電極および前記タンクに接続され、当該自相の中間電極の電圧を測定する中間電極電圧測定部と、
自相以外の第１相の導体のみに電圧が印加された場合における自相の中間電極の電圧を当該第１相の中間電極の電圧で除した比に相当する第１の補正係数、および、自相以外の第２相の導体のみに電圧が印加された場合における自相の中間電極の電圧を当該第２相の中間電極の電圧で除した比に相当する第２の補正係数が記憶された記憶部と、
前記中間電極電圧測定部により測定された自相の中間電極の電圧測定値と前記記憶部に記憶された前記第１および第２の補正係数とに基づき、当該自相の中間電極の電圧測定値の位相を１２０度ずらした電圧値と前記第１の補正係数との積である第１の電圧補正値と、当該自相の中間電極の電圧測定値の位相を２４０度ずらした電圧値と前記第２の補正係数との積である第２の電圧補正値を求め、前記第１の電圧補正値と前記第２の電圧補正値との和を前記自相の中間電極の電圧測定値から差引いて得られる補正後の電圧値を用いて自相の導体の電圧を算出する電圧算出部と、
を備えることを特徴とする電圧検出装置。
接地された金属製で円筒状のタンク内に延設されるとともに三相の交流電圧が印加される三相の導体と、前記各相の導体を中心とした円筒状であり、前記各相の導体の周囲を囲むように設けられた各相の中間電極と、前記各相の中間電極と前記タンクとの間に接続された各相の分圧抵抗とを備え、前記各相の中間電極の半径および軸方向の長さが互いに等しく、前記タンクの軸に垂直な断面において、前記三相の導体の中心が正三角形の頂点を成し、前記三相の導体が前記タンク内で対称に配置されており、前記各相の分圧抵抗が互いに等しい電気機器における前記各相の導体の電圧を検出する電圧検出装置であって、
前記各相の中間電極と前記タンクとに接続された各相の電圧検出部を備え、
前記各相の電圧検出部は、
自相の中間電極および前記タンクに接続され、当該自相の中間電極の電圧を測定する中間電極電圧測定部と、
自相以外の第１相の導体のみに電圧が印加された場合における自相の中間電極の電圧を当該第１相の中間電極の電圧で除した比および自相以外の第２相の導体のみに電圧が印加された場合における自相の中間電極の電圧を当該第２相の中間電極の電圧で除した比の双方に相当する前記第１相および前記第２相に共通の補正係数nが記憶された記憶部と、
前記中間電極電圧測定部により測定された自相の中間電極の電圧測定値と前記記憶部に記憶された前記補正係数nとに基づき、前記自相の中間電極の電圧測定値を(1-n)で除して得られる補正後の電圧値を用いて自相の導体の電圧を算出する電圧算出部と、
を備えることを特徴とする電圧検出装置。
前記電気機器は、ガス絶縁開閉装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧検出装置。
接地された金属製のタンク内に延設されるとともに三相の交流電圧が印加される三相の導体と、前記各相の導体の周囲を囲むように設けられた各相の中間電極と、前記各相の中間電極と前記タンクとの間に接続された各相の分圧抵抗とを備えた電気機器における前記各相の導体の電圧を検出する電圧検出方法であって、
前記各相の中間電極と前記タンクとに接続された各相の電圧検出部が、自相の中間電極の電圧を測定するステップと、
前記各相の電圧検出部が、自相以外の第１相の導体のみに電圧が印加された場合における自相の中間電極の電圧を当該第１相の中間電極の電圧で除した比に相当する第１の補正係数、および、自相以外の第２相の導体のみに電圧が印加された場合における自相の中間電極の電圧を当該第２相の中間電極の電圧で除した比に相当する第２の補正係数を記憶する記憶部を参照するステップと、
前記各相の電圧検出部が、前記自相の中間電極の電圧測定値と前記第１および第２の補正係数とに基づき、当該自相の中間電極の電圧測定値の位相を１２０度ずらした電圧値と前記第１の補正係数との積である第１の電圧補正値と、当該自相の中間電極の電圧測定値の位相を２４０度ずらした電圧値と前記第２の補正係数との積である第２の電圧補正値を求め、前記第１の電圧補正値と前記第２の電圧補正値との和を前記自相の中間電極の電圧測定値から差引いて得られる補正後の電圧値を用いて自相の導体の電圧を算出するステップとを含むことを特徴とする電圧検出方法。