JP5987622B2

JP5987622B2 - 真空コンデンサ形計器用変圧器

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Publication number: JP5987622B2
Application number: JP2012225588A
Authority: JP
Inventors: 大造高橋; 利眞深井; 正彦家田; 谷水　徹; 徹谷水
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: JP2014078608A

Description

本発明は、コンデンサ形計器用変圧器に関し、特に、１次側端子と分圧点との間に設けられる主コンデンサに真空コンデンサを用いた真空コンデンサ形計器用変圧器に関する。

計器用変圧器（ＶＴ：Voltage Transformers）は分圧回路によって高電圧を安全な電圧に変換させ、電圧計などの計測器や保護継電器などに入力するために使用する機器である。計器用変圧器には、巻線形、コンデンサ形、抵抗形といくつかの方式がある。

計器用変圧器として、真空コンデンサ（ＶＣ：Vacuum Capacitor）を用いた真空コンデンサ形計器用変圧器がある（例えば、特許文献１）。以下、真空コンデンサ形計器用変圧器を真空ＶＴと称する。真空ＶＴは、真空コンデンサの構成上、高い絶縁耐力を有し、また、経年劣化による焼損事故は発生せず信頼性の高い計器用変圧器である。

真空ＶＴにおいて、高電圧を分担する１次側コンデンサ（主コンデンサ）は、外筐内に内部１次電極と内部２次電極を対向配置して形成される。図６は、真空ＶＴの外筺２０の一側面を拡大した断面図である。図６に示すように、真空ＶＴの外筐２０は、絶縁筒２１と、この絶縁筒２１の開放端にそれぞれ接合される導体筒２２，２３とにより構成される。そして、導体筒２２，２３が接合される絶縁筒２１の両端面には金属被覆（メタライズ）部２１ａ，２１ｂが形成されている。

特開２０１１−５４７９６号公報

金属被覆部２１ａは非常に薄く、その断面はエッジ状（尖鋭）となる。エッジ状の導体部は閃絡が発生しやすく、この導体部と外筐５内に設けられる高電圧側の電極（内部１次電極）とが閃絡するおそれがある。

上記事情に鑑み、本発明は、真空ＶＴの安全性の向上に貢献する技術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真空コンデンサ形計器用変圧器の一態様は、絶縁筒と導体筒を接合して形成される筒状の外筐と、前記絶縁筒の開放端を閉塞して設けられる１次側端板と、前記１次側端板面から前記外筐内に立設される内部１次電極と、前記１次側端板の内部１次電極が設けられる面と対向して前記外筐内に設けられる２次側端板と、前記２次側端板面から前記１次側端板方向に立設される内部２次電極と、を有し、前記内部１次電極と前記内部２次電極を対向配置して主コンデンサを形成し、当該主コンデンサが形成される空間を真空とした真空コンデンサ形計器用変圧器であって、前記外筐に最も近接して設けられる内部２次電極を、前記内部１次電極よりも前記外筐に近接して設け、前記絶縁筒と前記導体筒の接合部と当該内部２次電極の側面とを対向させる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の他の態様は、上記真空コンデンサ形計器用変圧器において、前記外筐に最も近接して設けられる内部２次電極の側面と前記導体筒の内周面との距離を、前記内部１次電極と前記内部２次電極の電極間距離よりも短くする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の他の態様は、上記真空コンデンサ形計器用変圧器において、前記外筐に対向して設けられる内部２次電極を、前記２次側端板から前記外筐の両軸端方向に延在させることを特徴としている。

以上の発明によれば、真空ＶＴの安全性の向上に貢献することができる。

本発明の実施形態１に係る真空コンデンサ形計器用変圧器の断面図である。本発明の実施形態１に係る真空コンデンサ形計器用変圧器の部分断面図である。（ａ）従来技術に係る真空コンデンサ形計器用変圧器の回路図、（ｂ）従来技術に係る真空コンデンサ形計器用変圧器の分圧コンデンサがオープンになった状態を示す回路図である。（ａ）本発明の実施形態１に係る真空コンデンサ形計器用変圧器の回路図、（ｂ）本発明の実施形態１に係る真空コンデンサ形計器用変圧器の分圧コンデンサがオープンになった状態を示す回路図である。本発明の実施形態２に係る真空コンデンサ形計器用変圧器の断面図である。真空コンデンサ形計器用変圧器に設けられる外筐の一側面を拡大した断面図である。

本発明の実施形態に係る真空コンデンサ形計器用変圧器（真空ＶＴ）について、図を参照して詳細に説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る真空ＶＴ１の要部断面図である。図１に示すように、実施形態１に係る真空ＶＴ１は、１次側絶縁筒２、円筒部３及び接地円筒部４により形成される外筐５と、外筐５内に設けられる１次側コンデンサ６とを有する。なお、外筐５内に形成される２次側ケース７内には、保護継電器や計測器への出力電圧を分担する２次側コンデンサ（図示せず）が設けられる。

１次側絶縁筒２は、例えば、セラミック材などの無機絶縁材料を円筒状に形成した部材である。１次側絶縁筒２の一方の開放端には円筒状の導電部材である円筒部３が設けられ、１次側絶縁筒２の他方の開放端には円筒状の導電部材である接地円筒部４が設けられる。１次側絶縁筒２の両端面（つまり、円筒部３が接合される１次側絶縁筒２の端面及び接地円筒部４が接合される１次側絶縁筒２の端面）には金属被覆（メタライズ）部２ａ，２ｂが設けられる。

円筒部３の開放端には導電部材である１次側端板８が設けられる。一方、接地円筒部４の開放端には、導電部材である接地側端板９が設けられる。接地側端板９には、外筐５の軸を中心とした円形の孔が形成されており、この孔の外周部からから１次側端板８方向に立設して円筒状の絶縁部材である２次側絶縁筒１０が設けられる。そして、２次側絶縁筒１０の１次側端板８側の開放端は導電部材である２次側端板１１により密閉される。このように、円筒部３の開放端を１次側端板８で密閉し、接地円筒部４の開放端を接地側端板９、２次側絶縁筒１０及び２次側端板１１で密閉することで外筐５内部を真空状態にした真空部１２が形成される。なお、１次側絶縁筒２に直接１次側端板８を設けて１次側絶縁筒２の開放端を密閉してもよい。また、２次側絶縁筒１０と接地側端板９は、直接または導電部材である円筒部１３ａを介して接続される。同様にして、２次側絶縁筒１０と２次側端板１１は、直接または導電部材である円筒部１３ｂを介して接続される。

１次側コンデンサ６は、１次側端板８と２次側端板１１との間に形成される。１次側端板８の主面であって外筐５内周側の面には、内部１次電極８ａが設けられる。内部１次電極８ａは、例えば、円筒状の電極であり、２次側端板１１方向に延設される。内部１次電極８ａを複数設ける場合は、直径が順次小さくなる内部１次電極８ａが同心円状に複数配置される。一方、２次側端板１１の１次側端板８と対向する面には、内部２次電極１１ａ，１１ｂが設けられる。内部２次電極１１ａ，１１ｂは、例えば、内部１次電極８ａと直径の異なる円筒状の電極であり、１次側端板８方向に延設される。内部１次電極８ａと内部２次電極１１ａ，１１ｂは、その側面が非接触で対向するように交互に配置され１次側コンデンサ６が形成される。

内部２次電極１１ａ，１１ｂのうち、最も大きい直径を有する内部２次電極１１ａの直径は、最も大きい直径を有する内部１次側電極８ａの直径よりも大きい。つまり、最外周に設けられる内部２次電極１１ａの側面は、外筐５の内周面（接地円筒部４の内周面）に対向して設けられる。このように、内部２次電極１１ａの側面を接地円筒部４の内周面に対向配置することで、内部２次電極１１ａと接地円筒部４との間にコンデンサが形成される。また、内部２次電極１１ａは、その側面が１次側絶縁筒２と接地円筒部４との接続部（金属被覆部２ａ）と対向するように設けられる。このように内部２次電極１１ａを設けることで、比較的電位の低い内部２次電極１１ａにより、金属被覆部２ａの端部（つまり、１次側絶縁筒２の内周面近傍の金属被覆部２ａ部分）が電界的に保護されるようになる。なお、内部２次電極１１ａを金属被覆部２ａよりも１ｍｍ以上１次側端板８方向に延設させることで、内部２次電極１１ａによる金属被覆部２ａの保護効果を得ることができる。

１次側端板８の内部１次電極８ａが設けられる面の反対側の面には、測定対象（高電圧側）と接続される接続導体８ｂが設けられる。この接続導体８ｂと１次側絶縁筒２が絶縁モールドで被覆されモールド部１４が形成される。さらに、モールド部１４の外周は金属皮膜１５で覆われる。

図２に示すように、２次側コンデンサ１６は、２次側絶縁筒１０の内周面と２次側端板１１とで形成される２次側ケース７内に設けられ、２次側端板１１及び接地側端板９と電気的に接続される。２次側コンデンサ１６の分担電圧は、保護継電器（リレー）や計測器などの計測機器１７に出力される。２次側コンデンサ１６は、適宜周知のコンデンサを用いればよく、例えば、フィルムコンデンサが用いられる。なお、２次側ケース７内を真空にして、１次側コンデンサ６及び２次側コンデンサ１６の両方のコンデンサを真空コンデンサとしてもよい。

また、１次側コンデンサ６の電極間距離ａ（内部１次電極８ａと内部２次電極１１ａ，１１ｂの電極間距離）は、最外周に設けられる内部２次電極１１ａと接地円筒部４により形成されるコンデンサの電極間距離ｂよりも長く設定される。このように電極間距離ａ，ｂを設定することにより、真空ＶＴ１に雷サージなどの過電圧が進入した場合の真空ＶＴ１に接続されている計測機器１７に対する安全性が向上する。つまり、１次側コンデンサ６に過電圧が進入して内部１次電極８ａと内部２次電極間１１ａ，１１ｂが閃絡すると、電極間距離ａ＞電極間距離ｂであるため、内部２次電極１１ａと接地円筒部４との間も閃絡する。その結果、２次側コンデンサ１６に過電圧がかかることにより生じる２次側コンデンサ１６の破損やそれに付随する計測機器１７の破損を防止することができる。なお、電極間距離ｂは、例えば、１０ｍｍ以下とすればよく、この距離は、１次側絶縁筒２の厚さ（例えば、８〜１２ｍｍ）や電極間距離ａに基づいて設定される。

以上のように、本発明の実施形態１に係る真空ＶＴ１によれば、金属被覆部２ａと内部２次電極１１ａの側面とが対向するように、内部２次電極１１ａを２次側端板１１に設けることで、金属被覆部２ａを電位の低い内部２次電極１１ａで保護することができる。その結果、金属被覆部２ａと内部1次電極８ａとの間の閃絡を防止し、真空ＶＴ１の安全性が向上する。金属被覆部２ａと内部２次電極１１ａ間には電位差があるものの、内部２次電極１１ａと金属被覆部２ａとの電位差は、２次側コンデンサ１６が分担する電圧であり、内部１次電極８ａと金属被覆部２ａの電位差よりも非常に低く、内部１次電極８ａと金属被覆部２ａを対向させるよりは、内部２次電極１１ａと金属被覆部２ａ対向させた方がより金属被覆部２ａからの閃絡が防止される。

また、接地円筒部４の内周面と最外周に設けられる内部２次電極１１ａとの間で形成されるコンデンサの電極間距離ｂを１次側コンデンサの電極間距離ａよりも短く設定することで、真空ＶＴ１に過電圧が進入した場合において、計測機器１７に対する安全性が向上する。

また、内部２次電極１１ａの側面と接地円筒部４の内周面とを対向させることで、分圧コンデンサの静電容量を大きくすることができる。つまり、２次側端板１１に２次側コンデンサ１６を接続した場合に、分圧コンデンサの静電容量が、内部２次電極１１ａと接地円筒部４との間に形成されるコンデンサと２次側コンデンサ１６の合成容量となり、分圧コンデンサの静電容量を大きくすることができる。このように分圧コンデンサの静電容量を大きくすることで、真空ＶＴ１の電圧測定精度が向上する。また、真空ＶＴ１に分圧コンデンサの一部を形成することで、真空ＶＴ１に接続される計測機器１７に対する安全性が向上する。

この効果について図３，４を参照して具体的に説明する。図３（ａ）に示すように、分圧コンデンサが２次側ケース７内に設けられる２次側コンデンサＣ₂だけである場合、計測機器１７にかかる電圧は、２次側コンデンサＣ₂が分担する電圧Ｖ₂である。しかし、図３（ｂ）に示すように、何らかの理由（例えば、誘電体フィルムの熱収縮による接続不安定など）により２次側コンデンサＣ₂がオープン（または開放状態）になると、計測機器１７に大きな電圧Ｖ₂’（Ｖ₂’＞Ｖ₂）がかかり、計測機器１７の故障の原因となるおそれがある。

これに対して、図４（ａ）に示すように、真空ＶＴ１の内部２次電極１１ａと接地円筒部４との間にコンデンサＣ_VTを形成した場合、計測機器１７にかかる電圧はこのコンデンサＣ_VTと２次側コンデンサＣ₂が分担する電圧Ｖ₂’’となる。そして、図４（ｂ）に示すように、何らかの理由により２次側コンデンサＣ₂がオープンになった場合、計測機器１７にかかる電圧Ｖ₂’’’は、コンデンサＣ_VTが分担する電圧Ｖ₂’’’となる。この電圧Ｖ₂’’’は、Ｃ_VTがない場合の電圧Ｖ₂’よりも小さな値となり、計測機器１７を高電圧から保護することができる。
［実施形態２］
本発明の実施形態２に係る真空ＶＴ１８について図５を参照して詳細に説明する。実施形態２に係る真空ＶＴ１８は、最外周に設けられる内部２次電極１１ａの形状が異なること以外は、実施形態１に係る真空ＶＴ１と同じである。よって、実施形態２の説明では、内部２次電極１１ａの形状について詳細に説明する。その他の構成は、実施形態１に係る真空ＶＴ１と同じであるので、同じ符号を付し詳細な説明を省略する。

実施形態２に係る真空ＶＴ１８は、１次側絶縁筒２、円筒部３及び接地円筒部４により形成される外筐５と、外筐５内に設けられる１次側コンデンサ６とを有する。

１次側コンデンサ６は、１次側端板８に設けられる内部１次電極８ａと２次側端板１１に設けられる内部２次電極１１ａ，１１ｂにより形成される。

内部２次電極１１ａ，１１ｂのうち、最外周に設けられる内部２次電極１１ａは、その側面が外筐５の内周面と対向するように設けられる。また、内部２次電極１１ａは、その側面が金属被覆部２ａ（１次側絶縁筒２と接地円筒部４との接続部）と対向するように１次側端板方向に延設される。また、内部２次電極１１ａは、その側面が接地円筒部４の内周面と対向するように、接地側端板９方向（接地円筒部４の開放端方向）に延設される。

実施形態２に係る真空ＶＴ１８によれば、接地円筒部４の内周面との対向する内部２次電極１１ａの面積が増加するので、実施形態１の真空ＶＴ１の有する効果に加えて、さらに真空ＶＴ１８に形成される分圧コンデンサの静電容量を増加させることができる。その結果、２次側ケース７内に設けられる２次側コンデンサ（図示せず）がオープンになった場合に、２次側コンデンサの分担電圧が出力される計測機器に対する保護効果がより向上する。

なお、１次側端板８方向に延設される内部２次電極１１ａと接地円筒部４との電極間距離と、接地側端板９方向に延設される内部２次電極１１ａと接地円筒部４の電極間距離とは個別に設定してもよい。例えば、接地側端板９方向に延設される内部２次電極１１ａと接地円筒部４の内周面との距離が短くなるように内部２次電極１１ａを形成することで、真空ＶＴ１８の分圧コンデンサの静電容量がさらに増加し、計測機器に対する保護効果が向上する。

また、最外周に設けられる内部２次電極１１ａは、１つの部材で形成することに限定されるものではなく、例えば、接地側端板９方向に延設される内部２次電極１１ａと、１次側端板８方向に延設される内部２次電極１１ａとを別の部材で形成してもよい。

以上、本発明の真空ＶＴについて具体例を示して詳細に説明したが、本発明の真空ＶＴは、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、そのように変更された形態も本発明の技術範囲に属する。

例えば、内部１次電極や内部２次電極の数は、真空ＶＴを構成するために必要な静電容量を得ることができるように適宜必要な数を設ければよい。

１，１８…真空コンデンサ形計器用変圧器（真空ＶＴ）
２…１次側絶縁筒（絶縁筒）
２ａ，２ｂ…金属被覆部
３，１３ａ，１３ｂ…円筒部
４…接地円筒部（導体筒）
５…外筐
６…１次側コンデンサ（主コンデンサ）
７…２次側ケース
８…１次側端板
８ａ…内部１次電極、８ｂ…接続導体
９…接地側端板
１０…２次側絶縁筒
１１…２次側端板
１１ａ，１１ｂ…内部２次電極
１２…真空部
１４…モールド部
１５…金属皮膜
１６…２次側コンデンサ
１７…計測機器

Claims

絶縁筒と導体筒を接合して形成される筒状の外筐と、
前記絶縁筒の開放端を閉塞して設けられる１次側端板と、
前記１次側端板面から前記外筐内に立設される内部１次電極と、
前記１次側端板の内部１次電極が設けられる面と対向して前記外筐内に設けられる２次側端板と、
前記２次側端板面から前記１次側端板方向に立設される内部２次電極と、
を有し、前記内部１次電極と前記内部２次電極を対向配置して主コンデンサを形成し、当該主コンデンサが形成される空間を真空とした真空コンデンサ形計器用変圧器であって、
前記外筐に最も近接して設けられる内部２次電極を、前記内部１次電極よりも前記外筐に近接して設け、
前記絶縁筒と前記導体筒の接合部と当該内部２次電極の側面とを対向させる
ことを特徴とする真空コンデンサ形計器用変圧器。
前記外筐に最も近接して設けられる内部２次電極の側面と前記導体筒の内周面との距離を、前記内部１次電極と前記内部２次電極の電極間距離よりも短くする
ことを特徴とする請求項１に記載の真空コンデンサ形計器用変圧器。
前記外筐に対向して設けられる内部２次電極を、前記２次側端板から前記外筐の両軸端方向に延在させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空コンデンサ形計器用変圧器。