JPH05251251A - 金属で封入したガス絶縁高電圧装置の組み合わせた電流および電圧変成器 - Google Patents
金属で封入したガス絶縁高電圧装置の組み合わせた電流および電圧変成器Info
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Abstract
も測定精度の高い金属で封入されたガス絶縁高電圧装置
用の組み合わせ電流電圧変成器を提供する。 【構成】 電流電圧センサ10とこのセンサに後続する
信号処理装置を備え、トーラス状に巻装したコイル14
を電流センサとして使用し、中空円筒状の測定電極15
を電圧センサとして使用する。電流電圧センサ10を金
属カプセル4に挿入すると、コイル14と測定電極15
が装置の電流導体5を同心状に取り巻いている。その場
合、電流電圧センサ10は、その出力端に求める電流と
電圧の時間変化に相当する信号が出力するように形成さ
れ、信号処理装置が電流電圧センサ10の出力信号に作
用する少なくとも1個の集積装置を保有する。
Description
ス状に巻装されたコイルを有し、電圧センサが中空円筒
状の測定電極を有し、金属カプセルの中に組み込んだ
後、コイルと測定電極が装置の電流導体を同心状に取り
巻き、電流と電圧センサとこの電流と電圧センサに後続
する信号処理装置を備えた、金属で封入し、ガス絶縁さ
れた高電圧装置用の組み合わせた電流および電圧変成器
に関する。
第 23 25 551号明細書のような従来の技術に関連してい
る。この特許明細書の図1に開示され、金属で封入した
ガス絶縁切換装置に組み込むためにある測定変換器は、
組立突出部に電気絶縁して固定されている円管と、二次
巻線を装着した電流変成器の磁心を保有する。この金属
円管とこれに担持された二次巻線を備えた電流変成器の
磁心は装置の電流導体に同軸に金属カプセルの内部に配
設されている。この金属円管は、電流導体と共に容量分
圧器の一次電圧コンデンサを形成し、分圧器の出力端に
は電流導体に生じる電圧に相当する信号が出力する。二
次巻線から、電流導体を流れる電流に相当する信号が取
り出せる。電流変成器の磁心は大きな寸法を有し、更に
相当重たい強磁性材料を含む。それ故、従来の技術によ
る組み合わせ電流および電圧変成器は、広いスペースだ
けでなく、その重量のために特別に安定に形成する必要
がある。良好な測定精度を得るため、容量分圧器は、そ
の外、長時間安定で温度に対して安定な低電圧コンデン
サも必要とする。
造コストがかからず、寸法が小さく、それにも係わらず
測定精度の高い、金属で封入したガス絶縁高電圧装置の
組み合わせ電流および電圧変成器を提供することにあ
る。
により、電流センサがトーラス状に巻装されたコイル1
4を有し、電圧センサが中空円筒状の測定電極15を有
し、金属カプセル4の中に組み込んだ後、コイル14と
測定電極15が装置の電流導体5を同心状に取り巻き、
電流と電圧センサ10,11とこの電流と電圧センサ1
0,11に後続する信号処理装置を備えた、金属で封入
し、ガス絶縁された高電圧装置用の組み合わせた電流お
よび電圧変成器の場合、電流と電圧センサ10,11の
出力端に、測定すべき電流と測定すべき電圧の時間変化
に相当する信号が出力するように、電流と電圧センサ1
0,11を構成し、電流と電圧センサ10,11の出力
信号が作用する少なくとも1個の集積装置36,44を
信号処理装置が保有することによって解決されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
を更に詳しく説明する。図1には、切換位置1,2およ
び駆動部3を備えたスイッチを含む金属で封止されたガ
ス絶縁高電圧開閉装置の一部が示してある。この場合、
接地電位で参照符号4を付けた円管状の金属カプセルに
は、圧力が数バールになる絶縁ガス、特に SF6が充填さ
れている。金属カプセル4の内部には、その軸線に沿っ
て延びる電流導体5が配置されている。この電流導体
は、図示していないが、カプセルの部分6,7あるいは
7,8あるいは8,9の間でフランジ接続され、主に絶
縁ガスの隔壁の働きをする絶縁体で支持されている。金
属カプセル4の内部には、組み合わせ電流および電圧変
成器の電流と電圧センサ10,11が配設されている。
これ等のセンサは電流導体5を同心状に取り囲み、セン
サを保持する金属カプセル4の部分、つまり金属カプセ
ルの部分7あるいは金属カプセルの部分8の部品と共に
同じ中心軸を有する。金属カプセル4が一本以上の電流
導体を保有すれば、電流と電圧センサは付属する電流導
体を同心状に取り巻くが、金属カプセルと同じ中心軸を
保有していなくてもよい。
電流と電圧センサ10,11は、円管の中心軸に垂直な
この円管状金属カプセル4の直径に比べて、小さい寸法
を有する。それ故、例えば電流と電圧センサ10のよう
なセンサは、絶縁間隔に重大な影響を与えることなく、
金属カプセル4の任意の位置に移動でき、例えば挟持な
いしはボルトのような適当な手段で固定できる。しか
し、電流と電圧センサ11の場合に示してあるように、
支持本体を金属カプセル4の二つのフランジの間に組み
込み、ボルトでガス気密に固定することもできる。この
場合、図1から理解できるように、固定された支持本体
はカプセルの部分に組み込んである。場合によっては、
センサを保持するために、電流導体5を支え、二つのフ
ランジの間に固定されている絶縁体を使用してもよい。
配置を理解できる。この図に拡大して示す電流と電圧セ
ンサ10の部品は、主に、金属カプセルに(例えばカプ
セル部品7に対して外向きに放射状に案内されているボ
ルト12によって)挟持されているリング状の支持本体
13と、トーラス状に巻装されたリング状のコイル14
と、中空シリンダ状の測定電極15および金属カプセル
4からガス気密にされた図示していない信号処理装置に
案内されるシールドされた信号導線16,17と18と
を含む。
り巻き、コイル14をその中に配設する空間19を有す
る。空間19は両方の端面で電流導体5を肉盛り状にな
って取り巻く二つのシールド電極20,21によって仕
切られている。シールド電極21はボルト12を受け入
れる遮断可能な穴22,23と、カプセル部品7の内面
に接するリング状の継ぎ足し部分24がある。この継ぎ
足し部分は支持本体13を形成する場合にシールド電極
20に挿入される。継ぎ足し部分24は金属カプセルに
対向するカバー面のところでリング状の空間19を仕切
り、これに反して空間19は電流導体5に対向するカバ
ー面のところで面状でリング状のシールド電極25によ
って仕切られている。シールド電極25の一方の端面は
導電的にシールド電極21ところで、また他方の対向端
面は電気絶縁的にシールド電極20ところで保持されて
いる。一方のシールド体26を形成するシールド電極2
0,21と25は、好ましくは金属カプセルと同じ材
料、例えばアルミニウムで構成され、金属カプセル4と
同じ電位になっている。シールド体26は擾乱電界の影
響に対して空間19を守る。それ故、運転状態の装置で
測定を行う場合、コイル14によってほぼ誤差のない信
号を取り出せる。
リング状磁心27の上にロゴウィスキー巻線法で巻装さ
れている。磁心27は軸方向に切断してほぼ長方形の断
面を有し、その半径と軸方向の延びに比べて非常に小さ
く設計されている。半径が例えば 140 mm で、長手方向
の寸法が例えば 100 mm の場合、磁心の厚さは5mmにす
ぎない。従って、測定すべき電流の磁界の非対称性は相
殺され、同時に好ましくない外部電磁場の影響が最小に
なる。コイル14を納める空間19はリング状の絶縁本
体28で満たされ、この絶縁本体によってコイル14が
支持本体13のところで固定され、同時にシールド電極
25と測定電極15が固定される。
は、二つの入力端29,30がある。入力端29には、
信号導線16,17を経由して電流と電圧センサ10の
電流センサとして働く部分の出力信号が導入される。入
力端30には、信号導線31と32を経由して電流と電
圧センサ10の電圧センサとして働く部分の出力信号が
導入される。
14は電流導体5を流れる電流の時間変化に比例する信
号を出力する。これ等の信号は適当に配置されたシール
ド体26のため、望ましくない外部電磁場の影響や装置
内に生じる過渡現象に影響されない。これ等の信号は、
過電圧保護部33と、装置を 50 Hzの交流電圧で運転し
ている時主に 0.05 〜 5 kHzの間の通過範囲を有する帯
域濾波器34を経由して、動的動作範囲に関して帯域濾
波器34に合わせてあるアナログ・デジタル変換器35
の入力端に導入される。アナログ・デジタル変換器35
でデジタル化された信号は、次に主としてデジタル IIR
フィルターとして構成された測定すべき電流に相当する
信号に対する集積装置36に導入される。この信号は、
次いで後続するデジタル・アナログ変換器37を介して
選択的にアナログ分岐部38に切換わるか、装置の他の
機能ユニット39の他の処理部に導入される。
間変化に比例する信号が導入される。これ等の信号は保
護・フィルター素子40と信号導線41,42を経由し
てアナログ・デジタル変換器35に合わせて構成されて
いるアナログ・デジタル変換器43に供給される。この
アナログ・デジタル変換器43でデジタル化された信号
は、主にデジタル IIRフィルターとして構成された測定
すべき電圧に相当する信号に対する集積装置44に導入
される。この信号は後続するデジタル・アナログ変換器
44を介して選択的にアナログ分岐部38か、装置の他
の機能ユニット39の他の処理部に導入される。破線で
示しているように、アナログ・デジタル変換器43から
出力する信号は集積装置36でも処理される。これに
は、上記集積装置をマルチプレクス駆動して、アナログ
・デジタル変換器35と43の出力信号を時間的に切り
換えて集積装置36の入力端に導入するだけでよい。
に対応する信号がどのように発生するかが判る。明らか
に、測定電極15は装置の中に電流と電圧センサ10を
組み込むと、電流導体5により、この電流導体5から生
じ、印加電圧に相当する電界用の結合コンデンサと、シ
ールド体26と金属カプセルとにより、演算処理部と取
り出した測定信号の精度を改善する補助コンデンサを形
成する。結合コンデンサと補助コンデンサはそれぞれ容
量C1 とC2 を有し、容量分圧器の高電圧コンデンサ4
6と低電圧コンデンサ47に相当する。この分圧器の高
電圧コンデンサ46では、装置電圧に相当する電圧U1
が、また低電圧コンデンサ47では、分圧比に応じて変
換された電圧U2 が取り出せる。C1 とC2 に対する典
型的な値は、それぞれ例えば数 pF と数 nF である。高
い精度で電圧U2 を求めるには、特にインダクタンスが
なく、損失のない、しかも長時間安定性と温度安定性の
低電圧コンデンサ47が必要である。このようなコンデ
ンサは異常に高価である。しかし、電流と電圧センサ中
で電流導体5に印加する高電圧の時間変化に比例する信
号が形成される場合、高価なコンデンサを使用すること
が排除される。この処置によって、同時に電流と電圧セ
ンサからそれぞれの信号が出力され、これ等の出力信号
が測定すべき量の時間変化に相当する(電流と電圧の時
間第一微分)ので、同じように動作する集積装置によっ
て特に簡単に確実に処理できることが達成される。
例する信号は、図4から明らかなように、電流と電圧セ
ンサ10の電圧センサとして働く部分がオーム抵抗48
を有し、その一方の端部が測定電極15に、また他方の
端部が金属カプセル4とシールド体26に導電接続して
いる場合、特に簡単に得られる。抵抗48によって降下
し、図3に示す信号処理装置の信号導線31,32を介
して導入される電圧信号は、電流導体5に生じる高電圧
の時間変化に良い近似で一致する。
電圧センサをオーム抵抗48で構成した場合、以下の機
能を満たす必要がある。即ち、このコンデンサは、金属
カプセル4中で、切り換え処理あるいはスパークのよう
な過渡現象で生じる高周波の擾乱信号を制限する。同時
に、このコンデンサは電圧センサの出力端に出力し、信
号導線31,32から信号処理装置に導入される電圧を
低下させる。
数fg 以上で、電圧センサから出力する信号の振幅が所
定の振幅限界値以下にあるように、電流導体5と測定電
極15によって形成される高電圧コンデンサ46,測定
電極15と金属カプセルおよび電流センサのシールド体
26によって形成される低電圧コンデンサ47およびオ
ーム抵抗48を設計してある場合に達成される。この状
況は、図5に示してあるが、この図では、電圧センサに
生じる電圧U1 と電圧センサから出力する電圧U2 の比
によって決まる電圧センサの伝達関数が周波数fに対し
て示してある。明らかなように、限界周波数は以下の関
係式によって決まる。即ち、 fg = 1/2πR1(C1+C2) であって、ここで、 fg, 単位ヘルツによる限界周波数 R1, 単位オームによるオーム抵抗48の値 C1 とC2, 単位ファラデーによる高および低電圧コン
デンサ46,47の値を意味する。
付けた例えば 50 Hzの装置電圧の商用周波数の周りに、
電圧センサの歪みのない伝達関数に必要な回路網帯域N
Bが存在するように設定される。
置の入力端に導入される電圧信号は、保護とフィルター
用の素子40中で更に制限される。この保護とフィルタ
ー用の素子40は、低域濾波器として形成されたフィル
ター素子と過電圧保護部を含む。低域濾波器は、オーム
抵抗49とコンデンサ50によってRC回路として形成
されている。このRC回路のコンデンサ50に並列に、
抵抗49とコンデンサ50の連結点に接続する非線型抵
抗51,例えば酸化金属を基材にした抵抗が接続されて
いる。参照符号52は避けることのできない信号導線の
コンデンサを示す。このように構成された保護とフィル
ター用の素子40を用いると、場合によっては、入力端
30に生じる電圧スパイクや、抵抗49と51による望
ましくない高周波数、あるいは抵抗40とコンデンサを
有し、低域濾波器として働くRC回路が制限される。
み合わせ電圧および電流変成器は、金属カプセルの直径
に比べて無視できるほど小さい電流および電圧のセンサ
を有し、このセンサは絶縁間隔を余り損なうことなく、
カプセルの内部の任意の位置に組み込める点で優れてい
る。
び電流変成器は測定精度が高いことでも優れている。こ
れは、長時間安定性および温度安定性や低インダクタン
スと低損失に関する要請に好ましい低電圧コンデンサを
使用していること、電圧および電流変成器の出力信号が
同じように構成される集積装置あるいはマルチプレクサ
動作で駆動する集積装置に特に好適に評価されることに
よる。
定数の変化や、電流および電圧センサと信号処理装置と
の間に必ずあるケーブル容量の不安定性がこの発明によ
る電圧および電流変成器の測定精度に何ら影響を与えな
い。
器の電流と電圧センサを備えた金属で封じ、ガス絶縁さ
れた高電圧開閉装置の中心部の断面図である。
面図である。
処理装置のブロック回路図である。
センサの一部および図3の信号処理装置の一部を等価回
路として示す回路図である。
フ表示である。
線 19 空間 20,21,25 シールド電極 22,23 穴 24 継ぎ足し部分 26 シールド体 27 磁心 28 絶縁本体 29,30 入力端 33 過電圧保護部 34 帯域濾波器 35 アナログ・デジタル変換器 36,44 集積装置 37,45 デジタル・アナログ変換器 38 アナログ分岐部 39 機能ユニット 40 保護とフィルター用の素子 46 高電圧コンデンサ 47 低電圧コンデンサ 48,49 オーム抵抗 50 コンデンサ 51 非線型抵抗 52 ケーブル容量 fg 限界周波数 fn 商用周波数 NB 回路網の範囲
Claims (12)
- 【請求項1】 電流センサがトーラス状に巻装されたコ
イル(14)を有し、電圧センサが中空円筒状の測定電
極(15)を有し、金属カプセル(4)の中に組み込ん
だ後、コイル(14)と測定電極(15)が装置の電流
導体(5)を同心状に取り巻き、電流と電圧センサ(1
0,11)とこの電流と電圧センサ(10,11)に後
続する信号処理装置を備えた、金属で封入し、ガス絶縁
された高電圧装置用の組み合わせた電流および電圧変成
器において、電流と電圧センサ(10,11)の出力端
に、測定すべき電流と測定すべき電圧の時間変化に相当
する信号が出力するように、電流と電圧センサ(10,
11)を構成し、電流と電圧センサ(10,11)の出
力信号が作用する少なくとも1個の集積装置(36,4
4)を信号処理装置が保有することを特徴とする電流お
よび電圧変成器。 - 【請求項2】 コイル(14)はロゴスキー巻線法によ
って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
電流および電圧変成器。 - 【請求項3】 電圧センサはオーム抵抗(48)を保有
し、この抵抗の一端が測定電極(15)に、また他端が
金属カプセル(4)と電流センサのシールド体(26)
に導電接続していることを特徴とする請求項1に記載の
電流および電圧変成器。 - 【請求項4】 電流導体(5)と測定電極(15)によ
って形成される高電圧コンデンサ(46),測定電極
(15)と金属カプセル(4)および電流センサのシー
ルド体(26)によって形成される低電圧コンデンサ
(47)およびオーム抵抗(48)は、所定の限界周波
数以上で、電圧センサの出力端に生じる信号の振幅が所
定の振幅限界値以下になるように設計されていることを
特徴とする請求項3に記載の電流および電圧変成器。 - 【請求項5】 限界周波数は、以下の関係式、 fg = 1/2πR1(C1+C2) によって決まり、ここで、 fg, 単位ヘルツによる限界周波数 R1, 単位オームによるオーム抵抗48の値 C1 とC2, 単位ファラデーによる高および低電圧コン
デンサ46,47の値を意味することを特徴とする請求
項4に記載の電流および電圧変成器。 - 【請求項6】 電流と電圧センサ(10,11)の出力
端と少なくとも一つの集積装置の入力端の間には、それ
ぞれ一個の低域濾波器あるいは帯域濾波器(34)とし
て形成されたフィルター素子と過電圧保護部(33,4
0)が接続されていることを特徴とする請求項1〜5の
何れか1項に記載の電流および電圧変成器。 - 【請求項7】 低域濾波器あるいは帯域濾波器はオーム
抵抗(48)の後に接続されていることを特徴とする請
求項3〜5および6の何れか1項に記載の電流および電
圧変成器。 - 【請求項8】 低域濾波器はRC回路として構成されて
いることを特徴とする請求項7に記載の電流および電圧
変成器。 - 【請求項9】 RC回路のコンデンサ(50)に並列に
一個の非線型抵抗(51)が接続されていることを特徴
とする請求項8に記載の電流および電圧変成器。 - 【請求項10】 少なくとも1個の集積装置(36)に
は、時間的に順次電流と電圧センサ(10,11)の出
力信号が印加することを特徴とする請求項1〜9の何れ
か1項に記載の電流および電圧変成器。 - 【請求項11】 二つの集積装置(36,44)が設け
てあり、これ等の第一番目のものに電流センサの出力信
号が、また第二番目のものに電圧センサの出力信号が印
加することを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記
載の電流および電圧変成器。 - 【請求項12】 少なくとも一個の集積装置(36,4
4)は一個のデジタル IIRフィルターを有することを特
徴とする請求項10または11に記載の電流および電圧
変成器。
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