JPH05507392A - 電流トランスフォーマー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電流トランスフォーマ一 本発明は請求項１に示される特徴を有する電流トランスフォーマ−に関する。

高電圧を伝送する導体を囲む環状コアを有し、その２次巻線から測定信号が得ら れる電流トランスフォーマ−（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）は、 例えば、ＥＰ−ＰＳ　Ｏ，０６Ｂ、６３６に示されるように、高電圧システム内 の電流を測定するときに使用される。金属でカプセル化された（ｍｅｔａｌ−ｅ ｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）ガス絶縁、高電圧スイッチングシステムの場合、一般 に知られているように、コアはカプセルの内側に配置され、内部導電体を囲む。

このような一般的な、いわゆる電流トランスフォーマ−を使用すると、通常、電 流は主要周波数範囲で測定される。

比較的新しい保護システムはその誤った識別を改善する。

なぜなら、それらは比較的高い周波数を有する測定信号を処理できるからである 。しかし、いわゆる一般的な測定変換器の高周波数送信特性は適切ではなく、し かも線形とならないことがよくあるので、新しい保護システムの利点を完全に利 用できない。Ｓｃｈｗａｂ、Ｈｏｃｈｓｐａｎｎｕｎｇｓｍｅβｔｅｃｈｎｉｋ 　［高電圧測定法］、ＳｐｒｉｎｇｅｒＶｅｒｌａｇ、Ｂｅｒｌ　ｉｎ、Ｈｅｉ ｄｅｌｂｅｒｇ、Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、１９８１．２ｎｄ　Ｅｄｉｔｉｏｎ、ｐａ ｇｅ、１７６　第１パラグラフ参照。この参考例は更に、いわゆる一般的な電流 トランスフォーマ−に発生することのある他の問題を説明している。

このように比較的高周波数電流を測定し、評価するために、いわゆる特殊測定変 換器が開発された。これは電気・光及び磁気・光効果に基づいている。例えば、 ＤＥ−Ｏ８３，９２４，３６９は、いわゆるボッケルセル（Ｐｏｃｋｅｌｓｓｅ ｌｍ）を開示した。このボッケルセルを短絡回路電流によって生じた電界が通過 する。この構成を使用すると、比較的高周波数の過渡短絡電流を検出することも 可能である。

本発明の管状部材は円周凹部の半径方向の段差壁に電気的に接続される。本発明 による解決方法を使用すると、導体は凹部の内部領域の動作電流を伝送し、そし ていわゆる表面効果により、高周波数電流は導体の外周、つまり管状部材を介し て流れる。それ故、問題を生じることなく過渡高周波過大電流を測定できる。

導体が、ガス絶縁されたか又は流体絶縁されたスイッチングシステムの内部導体 である場合、内部空間は、カプセル内側の絶縁媒体として使用できるガス又は流 体で充填でき、これは特に優れた改良点である。空気が使用される場合、凹部も 又空気で満たすことができる。又、凹部空間を固体絶縁材料で満すことも可能で ある。

管状部材は薄膜として構成でき、膜の厚みも同様に、その発生周波数に依存する 。

本発明による優れた改良点は、請求範囲５の特徴により示され、その特徴の結果 、アナログ形態で測定される管状部材上の電圧信号は、好適方法により、デジタ ル信号に変換される。このデジタル信号は光送信器から直接放射されるか、又は 光導体に送信され、そして光導体により外部の評価ユニットに伝送される。

トランスフォーマ−回路の構成には、容量性電圧トランスにより、請求範囲７に 示される特徴に従う電力が供給される。

管状部材上で取り出される電圧は短絡回路電流に実質上比例している。このアナ ログ信号は、コンバータ構成よってデジタル信号に変換される。このコンバータ 構成はアナログ／デジタルコンバータ回路構成である。勿論、そのアナログ信号 を前記デジタル信号の他に、評価ユニットに送出することも可能である。その結 果、位相角の正確な定義が容易に行える。

実際には光送信器を有するコンバータ回路構成として構成される送信回路構成は 、高電圧の電流を伝送する内部導体の内部に設けられる。技術的理由のため、例 えば高負荷電流の場合又は太陽放射により、内部導体の温度は８０°Ｃを超える ことがある。１３０°Ｃまでの温度上昇が考えられる。

しかし、マイクロエレクトロニクス及びそれに関係する光エレクトロニクスの動 作上の信頼性は、最高動作温度までに制限される。この制限温度は通常は７５＠ Ｃで、特殊な場合で１２５’Ｃである。

電子回路の冷却は、請求範囲８に示される特徴を利用して行うことができる。

従って本発明によれば、ベルチェ素子（Ｐｅｌｔｉｅｒｅ　１　ｅｍｅｎ　ｔ） が、光送信器を有するコンバータ回路構成、つまり送信回路構成を冷却するのに 使用される。例えばこのようなベルチェ素子は、Ｍｅｙｅｒｓ−Ｌｅｘｉｋｏｎ 　ｄｅｒ　Ｔｅｃｈｎｉｋ　ｕｎｄ　ｄｅｒ　ｅｘａｋｔｅｎＮａｔｕｒｗｉｓ ｓｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ　［ＭｅｙｅｒｓＤｉｃｔｉｏｎａｒｙ　ｏｆ　Ｔｅｃ ｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｎａｔｕｒａｌ　５ｃｉｅｎｃｅｓｌ、Ｖｏ ｌｕｍｅ　３．１９７０．ＢｉｂｌｉｏｇｒａｐｈｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ 　Ｍａｎｎｈｅｉｍ／Ｖｉｅｎｎａ／Ｚｕｒｉｃｈなどを参照のこと。

本発明及び他の効果的改良及び修正は図面を使用して更に詳細に説明される。こ の図面には本発明の実施例が示される。

図１は本発明によるカプセル化されたシステム管状導体を示す断面図。

図２は冷却素子が設けられた図１の構成を示す。

金属カプセル化・ガス絶縁・高電圧システムは外部カプセル１０及び内部導体１ １を有する。外部カプセル１０は２つのカプセル化部品１２及び１３から構成さ れ、それらの端部は互いに向き合っており、更にフランジ１４及び１５を有する 。これらフランジの間にはディスク形状支持インシュレータ１６が内部導体１１ に対して設けられている。高周波過電流成分を測定するために、内部導体１１に は凹部１７が与えられ、内部導体１１は少ない厚みの壁で、とぎれることなく進 む。その外形が内部導体１１の外形とほぼ等しい薄い壁の管状部材２２は、凹部 １１上部の内部導体１１上に構成される。管状部材２２の長さは、所望の電流測 定感度によって決定される。管状部材２２はその端部側で、凹部１７の半径方向 を有する境界壁に接続される。それ故、表面効果により、高周波数電流はこの管 状部材２２を介して流れる。

その外部表面ラインに沿って測定される管状部材２２の電圧降下は、管状部材２ ２を介して流れる電流に関係する。温度に関する依存を避けるために、管状部材 ２２は、Ｍａｎｇａｎｉｎ　又はＩｓａｏｈｍなど、測定用抵抗として代表的な 抵抗材料から容易に製造できる。管状部材２２の電圧降下は、接触導体２３及び ２４によって取り出すことができ、その電圧降下は導体１１内部に位置するコン バータ回路構成に供給され、そこでアナログ測定信号がデジタル信号に変換され る。回路構成２５は従ってアナログ／デジタルコンバータである。このコンバー タ２５上には光送信器２６が設けられる。光信号への変換の後、そのデジタル信 号は導体構成２７に送信される。この導体構成２７は図１に概略水されるように 、支持インシュレータ１６を介して螺旋形状で外部に送られる。図１では先導体 構成２７の各断面図が示される。先導体構成２７は評価回路２８に接続され、光 信号が評価される。

コンバータ２５には容量構成、即ち容量性電圧トランス２９からの電圧が供給さ れる。この目的のために、内部導体１１は凹部３０を有し、この凹部のベース上 にはウェブ（ｗｅｂ）３１及び３２が設けられる。このウェブ３１及び３２は電 極３３及び凹部３０のベースを介して、コンデンサ３４を形成する。電極３３及 び外部導体１２の間に位置する容量は参照番号３５を有する。一方、電極３３及 び内部導体１１は電導性リード３６及び３７によってコンバータ２５に各々接続 される。

本発明の改良点は、比較的高周波数の電流はいわゆる表面効果により、導体の最 も外周のみを流れるという事実を基本とする。従って、管状部材上の電圧降下の 測定でそれは十分である。この場合に検出される信号は、短絡回路電流成分及び 短絡ピーク電流値に対応する。

内部導体の外径にに基づいて、凹部１７の深さが浅いほど、短絡回路電流の周波 数は次のように高い。

ｄ　＝に／関数（ｆ（Ｈｚ）） ここで、 ｄ　−凹部のベース表面と管状部材２２の内部対向表面との距離 ｋ　一定数 ｆ　−周波数（Ｈｚで表現される） つまり、凹部即ち溝（ｇｒｏｏｖｅ）１７は、抵抗材料からなる外周電気伝導管 状部材２２によって外側がカバーされており、その端部は内側導体１１に電気的 に接続されている。

管状部材２２及び溝のベースの間に位置する内部空間は、管状部材の肉厚が薄い 場合、固体絶縁材料によって充填できる。

ｄで示されるこの凹部の深さが浅く設定されるほど、測定される過渡短絡回路電 流の周波数は高い。

短絡回路電流を測定するために、管状部材２２に関する電圧降下Ｕが測定される 。管状部材２２の両端部にはリード２３及び２４が接続され、これらリードは評 価回路２５に接続され、電圧信号Ｕを次のように更に処理する。つまり、それら 信号は高電圧電位の内部導体１１から、先導体構成２７１；よってグランド電位 で送信される。２つのり−ド２３及び２４によって取り出される電圧降下は、フ ォトダイオードに供給することもできる。このアナログ光信号は更に光導体を介 して外部評価ユニット２８に送信される。これは正確な位相角測定値を生成する 。カプセルの外部で、光導体は更に評価回路に接続され、表示及び更なる処理が 行われる。この評価回路を使用して、例えばスイッチングシステム内に設けられ る電源回路ブレーカをスイッチオフする信号を発生できる。

電圧値Ｕとして得られる信号は短絡回路電流に性格に比例している。

評価回路２８によって受信される光信号は、同様に、測定される短絡回路電流に 正確に対応する。

管状部材２２は部分的に円弧セグメントを形成する部分でもよい。この場合、四 部は内部導体１１の外周ではなく、円周上の部分的領域内に組み込まれる。

管状部材を形成する材料は、通常の測定用抵抗材料である。

従って、ここに示されるように、光信号は光導体を介して外部へ送信できる。し かし、それらの信号は光ビームによて外部に放射することもできる。この光ビー ムは参照番号４０をして示される。この目的のため、半径方向ホール４１及び４ ２が、内部導体１１及び外側導体１２又は１３に各々提供され、それを介して光 は内部から外部へ放射される。勿論、外部導体１３は、例えば適当な透明合成物 のような材料でシールドされなければならない。

図２は電子部品が冷却される場合の実施例を示す。

６１によりその全体が示されるベルチェ素子は、内部導体１１の内側にあるステ ップ６０上に配置される。一般に知られているように、ベルチェ素子６１は異な る電気導電率の導体材料を有する。例えばこの素子は、Ｍｅｙｅｒｓ−Ｌｅｘｉ ｋｏｎ　ｄｅｒ　Ｔｅｃｈｎｉｋ　ｕｎｄ　ｄｅｒ　ｅｘａｋｔｅｎ　Ｎａｔｕ ｒｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ　［Ｍｅｙｅｒｓ　Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ　ｏ ｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｎａｔｕｒａｌ　５ｃｉｅｎｃｅ ｓ］、Ｖｏｌｕｍｅ　３．ｐａｇｅ　１９１６に掲載されており、ここでは詳細 な説明は省略される。

動作温度を下げるために、送信回路構成は、ベルチェ素子６１の低温表面と接触 している。

ベルチェ素子６１にはり−ド６３及び６４を介して、適当な大きさの電流トラン ス６２（内部導体を囲む）によって電源が供給される。これにより、送信回路構 成２５／２６には適当な冷却効果が得られる。勿論、ここで電圧供給２９を使用 することもできる。そして勿論、整流器が提供されなければならないが、図２で は詳細に示していない。

戸ヲ・　２ 要約書 電流トランスフォーマ−が開示され、このトランスフォーマ−は少なくとも１本 の電源ライン（１１）の内に設けられ、特に金属でカプセル化されたガス絶縁ス イッチングシステムにおける急激に変化する過渡短絡回路電流などを測定するの に使用される。本電流トランスフォーマ−は肉厚の薄い管（２２）を有し、この 管には前記電源ライン（１１）に発生した過渡短絡回路電流が流れ、その外径は 前記電源ライン（１１）の外径に等しい。前記管（２２）の長さ方向の表面ライ ンに沿った電圧降下が測定を目的として使用される。このラインに沿った前記電 圧降下は前記過渡短絡回路電流の値を示す。

国際調査報告 ｍｗｗｌ＋ｅ＋ｗｌ　Ａ−−＋＋１１ｅ＊　ｓｏ、　ＰＣＴ／ＥＰ９２１００１ １３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．過大電流又は短絡電流を測定する電流トランスフォーマーであって、金属で カプセル化されたガス絶縁スイッチングシステムで使用され、前記システムは高 電圧電位の少なくとも１つの導体（１１）を有し、前記導体の周りには前記電流 トランスフォーマーが配置され、前記導体（１１）は管状部材（２２）として構 成される電流伝送領域を有し、前記管状部材（２２）は前記導体に比べて薄い肉 厚を有し及び前記導体（１１）の外周上に構成され、前記管状部材（２２）の外 径は実質的に前記導体（１１）の外径に等しく、及び前記管状部材（２２）の外 側表面ラインに沿った電圧降下は前記短絡回路電流の測定値を示し、 高周波過渡成分を測定するために、前記導体（１１）は前記外周上に円周凹部（ １７）を有し、この凹部は前記管状部材（２２）でカバーされ、この管状部材の 外径は前記内部導体（１１）の外径に実質的に等しく、及び前記管状部材（２２ ）は前記導体（１１）に、前記導体（１１）の外径領域内部の両側で電気的に接 続されることを特徴とする電流トランスフォーマー。 ２．前記管状部材（２２）及び凹部（１７）の間は固体絶縁材料で充填されるこ とを特徴とする請求項１記載の電流トランスフォーマー。 ３．前記管状部材（２２）及び前記凹部（１７）の間の空間は、前記導体（１０ ）を囲むガスで充填されることを特徴とする請求項１記載の電流トランスフォー マー。 ４．前記管状部材（２２）は箔として構成され、前記固体絶縁材料上に設けられ ることを特徴とする請求項２記載の電流トランスフォーマー。 ５．接続導体（２３，２４）が前記管状部材（２２）の外側表面ラインの両端に 接続され、これら接続導体は好適にアナログ／デジタルコンバータ回路構成であ るコンバータ回路構成（２５）に接続され、このコンバータ構成は前記導体内部 に配置され、その出力信号は電気的に絶縁される方式でグランド電位の評価回路 に伝送されることを特徴とする請求項１乃至４の１項に記載の電流トランスフォ ーマー。 ６．前記コンバータ構成（２５）は光送信器（２６）に接続され、その光信号は 光ビームとして直接又は光導体構成（２７）を介して、外部の前記評価回路（２ ８）に伝送され、金属でカプセル化された高電圧システムの場合、前記光ビーム は、前記導体に対して前記外部導体を支持するディスク形状支持インシュレータ （１６）内の螺旋形状又は曲りくねった形状の経路を介してか、又は前記導体（ １１）及び前記外部導体（１０／１３）内の１つの半径方向ホール（４１、４１ ）を介して、外部に伝送されることを特徴とする請求項５記載の電流トランスフ ォーマー。 ７．前記アナログ／デジタルコンバータ回路構成（２５）は、容量性電圧トラン ス（２９）よって電源が供給され、このトランス（２９）は前記内部導体に設け られることを特徴とする請求項５及び６記載の電流トランスフォーマー。 ８．前記内部導体（１１）は中空構造で、その中空部にはペルチェ素子（６１） が設けられ、この素子は前記コンバータ回路構成（２５、２６）に接触して冷却 要素として使用され、及び必要であれば前記内部導体を囲む電流変換器（６２） によって電源供給されることを特徴とする請求項１乃至７の１項に記載の電流ト ランスフォーマー。