JP6517534B2 - 碍子型光変流器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、碍子型光変流器に関する。

碍管内に高電圧の導体を通す機器としては、例えばガス絶縁ブッシングなどがあるが、このガス絶縁ブッシングでは、導体に生じる高電圧を絶縁するために、碍管内に高圧力の絶縁ガス、例えば０．４ＭＰａＧ程度の六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６ガス）を充填している。

このような碍管内の高電圧の導体に流れる電流を測定する機器として、碍管の中心部に光ファイバを通す碍子型光変流器（以下「光ＣＴ」と称す）があるが、この光ＣＴでは、碍管内に高電圧の導体を通さないため、碍管内部の高電圧部と接地電位部の間は、ＳＦ６ガスなどの絶縁ガス充填による絶縁は不要であり、大気圧の空気（大気）での絶縁が可能である。

しかし、いくら大気での絶縁が可能といっても、オーリングによるシール構造を省略すると、大気に含まれる塵埃や海塩粒子も空気と一緒に開口部から碍管内に入り、碍管表面に付着し絶縁破壊を引き起こす可能性がある。

例えば海塩粒子の粒径は直径０．１μｍ〜１０μｍであり、直径４μｍ〜５μｍに個数のピークをもつため、わずかな隙間があっても海塩粒子が碍管内部に浸入することが可能である。

このため、碍管全体を気密構造とし、塵埃や海塩粒子が大気側から碍管内に入らない構造とする、または碍管内部にシリコーンゴムを充填するなどして大気側から塵埃や海塩粒子が入らない構造とするのが一般的である。

特開平１−２５３５２３号公報 特開平６−１６２８４５号公報

上記先行技術文献に記載されるような構造を採用した光ＣＴでは、碍管内部に封着材、例えばシリコーンゴムなどを封入する必要があり製造が複雑になる。また、封着材を封入しない場合も気密構造が必要となるので、すべての接続部を気密構造とする必要があり、装置のコストが高価になるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、構造が単純で廉価でかつ信頼性が高い碍子型光変流器を提供することにある。

実施形態の碍子型光変流器は、第１容器、第２容器、筒状の絶縁管、光電流センサ、光ファイバ、換気部を備える。第１容器は高電圧が印加される。第２容器は接地電位とされる。筒状の絶縁管は一端が第１容器に、他端が第２容器に結合され、第１容器と第２容器とを絶縁しつつ第１容器を支持する。光電流センサは第１容器に収容され、高電圧部の金属導体に流れる電流を、ファラデー効果を用いて測定する。光ファイバは光電流センサにより検出された電流の光信号を、第１容器から絶縁管を通じて第２容器へ伝送する。換気部は第１容器および／または第２容器に設けられ、容器内外の換気を行う。換気部は第１容器および／または第２容器の側面に設けられた換気口と、換気口に設けられた穴径が２μｍ以下のフィルタとを有する。

一つの実施の形態の自立柱型の碍子型光変流器の側部断面図である。 図１の換気部Ｃ（Ａ−Ａ断面）の詳細図である。 図１の換気部Ｂの詳細図である。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（実施形態）
図１は一つの実施の形態の自立柱型の碍子型光変流器の側部断面図、図２は図１の接地側の換気部（Ａ−Ａ断面）の詳細図、図３は図１の高電圧側の換気部Ｂの詳細図である。

図１に示すように、一つの実施の形態の碍子型光変流器は、高電圧部に設けられた第１容器として金属容器２、金属容器２の内部を貫通するように設けられた金属導体としての導体１、金属容器２内に収容された光電流センサ３、筒状の絶縁管として碍管４、接地電位部に設けられた第２容器としての金属容器５、金属容器２に設けられた換気部Ｂ、金属容器５に設けられた換気部Ｃを備える。

換気部Ｂ、Ｃはそれぞれの容器内外の換気（空気の流通）を行うものであり、空気に含まれる微細な塵や埃などの浸入を防ぐ防塵機能と雨水などの水滴の浸入を防ぐ防水機能とを有している。この例では換気部Ｂ、Ｃを高電圧部と接地電位部との双方に設けたが、いずれか一方にだけ設けてもよい。

高電圧部側の金属容器２には導体１が水平方向に通されており、金属容器２の内部には光電流センサ３が収容されている。導体１には高圧の電圧（高電圧）が印加され、大電流が流される。

金属容器５は接地電位とされている。碍管４は一端が高電圧部側の金属容器２に結合されており、他端が接地電位部側の金属容器５に結合されている。碍管４は高電圧部側の金属容器２と接地電位部側の金属容器５とを絶縁しつつ金属容器２を支持する。

光電流センサ３は導体１に対して非接触で環状に設けられている。光電流センサ３は導体１を流れる電流を、ファラデー効果を用いて測定し、測定した電流の値に応じた光信号を出力するものであり、容器内に１つまたは複数個設けられている。

光ファイバ６は石英ガラスやプラスチックで形成される細い繊維状の物質であり、中心部のコアである光ファイバ芯線６ａとその周囲を覆うクラッドとの二層構造になっている。光ファイバ６は光電流センサ３により検出された電流の光信号を、金属容器２から碍管４の内部を通って金属容器５へ伝送する。

光ファイバ６は高電圧部の側に配設された光電流センサ３と接続されている。光ファイバ６は碍管４の中を通り、接地電位部の側に配置された金属容器５に入るように配線されている。

図２に示すように、接地電位部には、碍管４を立設するための金属容器５が地面または基台に固定されている。金属容器５の側部外側には接続箱７がネジなどにより取り付けられている。

接続箱７は光ファイバ６の光ファイバ芯線６ａどうしをつなぎ合わせたり（接続）および光ファイバ芯線６ａの余長部分を処理するための筐体であり、下側の部分が開口され、それ以外の面は塞がれている。

金属容器５の接続箱７が取り付けられている側面には、換気口として開口部８が設けられている。開口部８は光ファイバ６の光ファイバ芯線６ａを外部へ引き出すための引出部としても使用される。

開口部８の外側には光ファイバ芯線６ａを接続および余長部分を収納処理するための収納部９が設けられている。収納部９の片側（開口部８とは逆の側）は開口されており、その開口部分にフィルタ１０が取り付けられている。このフィルタ１０により内部の光ファイバ芯線６ａの余長部分がばらけないよう収納部９の開口が塞がれている。

フィルタ１０は大気側（外側）が塵埃や海塩粒子を除去する第１のフィルタとしての不織布エレクトレットフィルタ１０ａと、内側が第２のフィルタとしての撥水性を有するシート状フィルタ１０ｂの２層構造とされている。

この例では第１のフィルタとして不織布エレクトレットフィルタ１０ａを用いたが、不織布を用いたもので穴径が２μｍ以下のフィルタあれば他のフィルタであってもよい。シート状フィルタ１０ｂは例えばＰＴＦＥフィルタなどである。

すなわち、換気部Ｂは金属容器５の側面に設けられた開口部８と、この開口部８に設けられた穴径が２μｍ以下のフィルタ１０とを備えるものである。

図３に示すように、高電圧部に設置された換気部Ｂは、Ｌ型配管１１とフィルタ１０を有する。金属容器２には、側方に開口する換気口である開口部１２が設けられている。この開口部１２を覆うようにＬ型配管１１が設けられている。

すなわちＬ型配管１１は金属容器２の側面に設けた開口部１２に一端が結合され、他端の開口部１１ａが鉛直方向（下向き）に開口している。

フィルタ１０は鉛直方向に開口したＬ型配管１１の端部の開口部１１ａを塞ぐように開口部１１ａの内側に設けられている。このフィルタ１０は接地電位部側の金属容器５に設けられている物と素材や機能が同じものである。

続いて、この実施形態の碍子型光変流器の作用を説明する。
接地側においては、金属容器５に開口部８が設けられているので、碍子型光変流器全体として気密を取る必要はなく、金属容器２と碍管４の間、容器５と碍管４の間、その他、既存のオーリングによる気密を必要としていた接続部において、オーリングを用いる高価なシール構造を採用しなくてよい。

圧力変化で開口部８を経由して碍管４の内部に浸入する海塩粒子を含む空気は、必ずフィルタ１０を通ることになる。このフィルタ１０に例えば穴径が２μｍ以下のフィルタ１０を使用することで、海塩粒子の７０％以上を除去することができる。

またこのフィルタ１０には不織布エレクトレットフィルタ１０ａを使用することで、静電気のクーロン力が働き１μｍ以下の海塩粒子まで捕捉することが可能である。

さらに捕捉した海塩粒子は、潮解性により溶け出すこともあるが、内側に撥水性を有するフィルタシート１０ｂ、例えばＰＴＦＥを利用したフィルタシートなどにより海塩粒子を含む水は膜状に広がらず滴状となり、碍管４の内部に浸入することがない。

また光ファイバ６を引き出す穴を開口部８と共用することで、引き出し専用の穴を不必要に金属容器５に開けずに済む。また、光ファイバ６は接続箱７内に収納されるので直接風雨や紫外線にさらされることがないので、寿命を伸ばすことができる。

また、高電圧側にも開口１２を設けることで、接地側の開口部８と高圧側の開口部１２による換気が可能となるが、高電圧側では通電による発熱が発生するため、温度が低い接地側の開口部８から空気が碍管４内に流入し、温度が高い高電圧側の開口部１２から大気へ抜けるという空気の流れが発生する。このような流れが発生した空気を開口部１２から換気することにより高電圧部の冷却を効率よく行うことができる。

したがって、高電圧部の光電流センサ３や容器２のサイズをさらに小さくすることが可能である。

また、接地側の開口部８と高圧側の開口部１２とで碍管４内を換気することで碍管４の内部に水分が滞留することがなく結露を防止することができるので、碍管４の内部沿面において絶縁破壊が発生せず信頼性を向上することができる。しかも開口部１１ａを地側に向けたＬ型配管１１を用いることで、雨水がたまるようなことはなく、また紫外線にさらされることもなく、碍管４の寿命を伸ばすことができる。

このようにこの実施形態の碍子型光変流器によれば、金属容器２および金属容器５に、防塵および防水機能を有する換気部Ｂ、Ｃを設けたことで、すべての接続部にオーリングを用いるシール構造を採用しなくてよくなり、作業コストのかかるオーリング溝の加工などが不要となり、製造コストを下げることができる。

各換気部Ｂ、Ｃでは開口部８、１２に不織布エレクトレットフィルタを使用して塵埃や海塩粒子を除去した上で碍管４の内部へ大気の取り込みを行うことで、碍管４内部をクリーンに保つことができる。

また碍子型光変流器を例えば海の近辺に設置する場合、換気部Ｂ、Ｃに設けた２層構造のフィルタ１０のうち撥水性のフィルタシートによって、潮解した海塩粒子の碍管４内部への浸入を防ぐことができるので、上記同様に碍管４内部をクリーンに保ち、絶縁破壊などを起こさない信頼性の高い碍子型光変流器を提供することができる。

また、接地電位部側に設けた接続箱７に、光ファイバ６の芯線の部分を余長処理して収納するので省スペースであり、光ファイバ６が風雨にさらされず紫外線にも当らないため光ファイバ６の寿命を伸ばすことができる。

さらに、接地電位部とは逆側の高電圧部にも換気部Ｂを設け、下向きに開口部１１ａを設けることで、空気の流れが生じ、この空気の流れによる冷却効果により高電圧部の光電流センサ３や金属容器２などのサイズを小型化することで、廉価な部材を使用しこの機器のトータルコストを低減することができる。また上下の換気部Ｂ、Ｃから換気することで碍管４内の結露も防止できるので、信頼性を高めることができる。

また高電圧部側の金属容器２にＬ型配管１１を有する換気部Ｂを設け、Ｌ型配管１１の開口部１１ａを地面の方向（下方）に向けることで、換気部Ｂから金属容器２内に雨水が浸入したり溜まったりせず、また紫外線にさらされることがなくなり、機器としての寿命を伸ばすことができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…導体、２…金属容器（高電圧部側）、３…光電流センサ、４…碍管、５…金属容器（接地電位部側）、６…光ファイバ、６ａ…光ファイバ芯線、７…接続箱、８…開口部（接地電位部側）、９…収納部、１０…フィルタ、１０ａ…不織布エレクトレットフィルタ、１０ｂ…撥水性を有するシート状フィルタ、１１…Ｌ型配管、１１ａ…Ｌ型配管の開口部、１２…開口部（高電圧部側）。

Claims (7)

1. 高電圧が印加される導体が通された第１容器と、
   接地電位とされる第２容器と、
   一端が前記第１容器に、他端が前記第２容器に結合され、前記第１容器と前記第２容器とを絶縁しつつ前記第１容器を支持する筒状の絶縁管と、
   前記第１容器に収容され、前記高電圧部の金属導体に流れる電流を、ファラデー効果を用いて測定する光電流センサと、
   前記光電流センサにより検出された電流の光信号を、前記第１容器から前記絶縁管内を通じて前記第２容器へ伝送する光ファイバと、
   前記第１容器および／または前記第２容器に設けられ、容器内外の換気を行う換気部とを備え、
   前記換気部は、
   前記第１容器および／または前記第２容器の側面に設けられた換気口と、
   前記換気口に設けられた穴径が２μｍ以下のフィルタと
   を具備する碍子型光変流器。
2. 前記フィルタが不織布を用いたものである請求項１に記載の碍子型光変流器。
3. 前記フィルタが不織布エレクトレットフィルタである請求項１に記載の碍子型光変流器。
4. 前記フィルタは、
   前記換気口の外側に配置された不織布エレクトレットフィルタと、前記不織布エレクトレットフィルタよりも前記換気口の内側に配置されたＰＴＦＥフィルタとの２層構造である請求項１に記載の碍子型光変流器。
5. 高電圧が印加される導体が通された第１容器と、
   接地電位とされる第２容器と、
   一端が前記第１容器に、他端が前記第２容器に結合され、前記第１容器と前記第２容器とを絶縁しつつ前記第１容器を支持する筒状の絶縁管と、
   前記第１容器に収容され、前記高電圧部の金属導体に流れる電流を、ファラデー効果を用いて測定する光電流センサと、
   前記光電流センサにより検出された電流の光信号を、前記第１容器から前記絶縁管内を通じて前記第２容器へ伝送する光ファイバと、
   前記第１容器および／または前記第２容器に設けられ、容器内外の換気を行う換気部とを備え、
   前記換気部は、
   前記第１容器の側面に設けた換気口に一端が結合され、他端が鉛直方向に開口したＬ型配管と、
   鉛直方向に開口した前記Ｌ型配管の他端を塞ぐように設けられたフィルタと
   を備える碍子型光変流器。
6. 前記換気部は、前記光ファイバを外部へ引き出すための引出部を有する請求項１に記載の碍子型光変流器。
7. 前記第２容器の側面に設けた換気口に設けられ、前記光ファイバの余長部分を収納処理するための収納部を備える請求項１に記載の碍子型光変流器。

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