JPH05508223A - 高電圧電位の測定トランスデューサ - 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】 高電圧電位の測定トランスデユーサ 本発明は請求項１に示す特徴を有する高電圧電位の測定トランスデユーサ（ｔ　 ｒａｎｓｄｕｃｅｒ）に関する〇上に示したタイプの測定トランスデユーサは、 例えば、ガス絶縁（ｇａｓ−ｉｎｓｕｌａｔｅｄ）又は流体絶縁又は解放状態の 電圧スイッチングシステムなどの高電圧スイッチングシステムの電圧及び（又は ）電流を検出するのに使用される。

ガス絶縁されたスイッチングシステムにおける電圧を検出するために、容量性電 圧測定装置が完全に通常の方法で提供される。つまり、その装置は分圧器として 構成され及び（基本的に）高電圧容量からなり、この容量は内部導体と測定プレ ート間に設けられ、それは（金属でカプセル化された）外部導体の内部表面に接 近して設けられ、及びそれらから絶縁されており、低電圧コンデンサで、後者は 測定プレート及び外部導体の間に形成される。電圧測定値は低電圧コンデンサに 送られる。

ＤＥ−ＯＳ　２，５４６．６４９は高電圧ラインに使用する測定送信器を開示し ており、それは高電圧ラインの電気的変数の測定値センサを有し、そのセンサは 動作電位、即ち高電圧電位で動作する。測定値センサの出力信号はコンバータ／ デジタイザ一部に供給され、この部分の電圧は動作電位で、デジタル信号として 例えばグランド電位の送信装置に送信される。ＤＥ−ＯＳ　３，７１２，１９０ は測定値センサの構成方法は示していない。

金属でカプセル化された（ｍｅｔａｌ−ｅｎｃａｐｓｕｌｇｔｅｄ）システムで は、内部導体及び外部導体内には半径方向の孔が設けられる。外部導体の孔は透 明の窓で閉じられる。

最初に述べたように、ＤＥ−ＯＳ　３，７１２，１９０は測定構成を開示してお り、その測定構成は高電圧電位で、その測定信号は光信号としてグランド電位で 送信される。しかし、重要なファクターは、金属でカプセル化されたシステムで は、電源供給及び光信号に変換される測定信号の経路は異なる設計となることで ある。

従って、現在のシステムに連続的に適合できる測定トランスデユーサユニットが 本発明により形成される。測定電極の外径は内部導体の外径に等しいので、その ユニットが金属でカプセル化された高電圧システム内に組み込まれたとき、測定 電極領域の内部導体と外部導体の間の絶縁強度に変化は生じない。

ＪＰ　５８−１２４−９６０の要約書は、内部導体の切り出し部に設けられる回 路に構成される測定構成を開示している。そのセンサは光素子で、この素子を使 用して、凹部内側の電界が検出される。この設計で重要なファクターは１、電流 の最大集中は、センサが配置される場所で発生するようにその切り出し部か構成 されることである。このことは、ＪＰの要約盲による構成では、センサが位置す る切り出し部が、他の２つの切り出し部によって、内部導体の反対側に接してい ることにより行われ、その結果、オメガ形状又は曲りくねった電流経路が生成さ れる。更に、その切り出し部は、その切り出し部のベースが内部導体の中心軸に 位置するように深く形成されなければならないことが分かる。

請求項２に示される特に優れた設計では、螺旋又は曲がりくねった形状の先導波 管が、ディスク形状支持インシュレータを介して、外部に接地電位で到達される 。これにより前記支持インシュレータ及び先導波管の間で生じることのある、可 能な放電に関するあらゆる漏れ経路が非常に長く設けられる。

ＤＥ−ＳＥ　３，７１２，１９０及びＪＰ要約畜　５８−１２４　９６０は、光 信号として測定信号を接地電位で送信することを開示している。どちらの文献も 先導波管が支持インシュレータ内を機械的に導かれる方法を示していない。

ＤＥ−Ｏ８３，２０７，３０６は、光導波管が高電圧電位から低電圧電位に送ら れる方法を示している。しかし、一般的なインシュレータの場合、これは、ガス 絶縁の金属でカプセル化されたシステム内に位置するディスク形状支持インシュ レータではなく、漏れ経路を延長するプレートを有する磁器インシュレータに関 係する。更に、その先導波管は内部表面に設けられ、平面螺旋形状（ｓｐｉｒａ ｌｌｙ）ではなく立体螺旋形状（ｈｅ　Ｉ　ｉｃａ　１１ｙ）に配置される。

本発明の他の設計が請求の範囲４に示され、この請求の範囲４は測定電極が凹部 内に保持される方法を特定している。

測定コンデンサのいわゆる測定プレートは薄い絶縁材ウェブ（ｗｅｂ）によって 、凹部内側から離れて保持され、そしてその長さはその凹部より短いので、測定 コンデンサの絶縁性は、金属カプセルの内側コンデンサの絶縁性と同一となる。

その結果、容量性分圧器の変換特性及び測定コンデンサの測定信号は、温度に殆 ど影響されない。

この場合の容量性測定トランスデユーサの測定プレートは高電圧導体の円周上に 広がる必要は全くない。

特に、３相のカプセル化高電圧システムの場合、各導体を別々に測定するために 、円周の一部分のみの上に測定プレートを構成するのが好都合であることが分か った。

いわゆる組み合わせた電流・電圧変換器を構成するために、請求項５によれば、 内部導体は追加の円周凹部を同様な方法で有する。この四部はシリンダーでカバ ーされ、このシリンダーは四部の一端に接続され、そして凹部他端から離れた所 で終わる。信号を送信回路構成に供給するコイルが、四部のベースとシリンダー の内壁の間の内部空間に設けられる。

本発明による他の設計は請求の範囲６に示される特徴を宵する。この請求範囲に よれば、コンデンサ構成が導体の外部表面内側に同様に提供され、送信回路構成 の電圧が供給される。このコンデンサ構成は次のように設けられる。つまり、導 体か円周に凹部を有し、その凹部のベースから一定距離の部分に電極が絶縁され て設けられる。その電極の外径は導体の外径に一致する。従ってこの設計は、異 なる大きさが電源供給に必要であれ場合を除き、その測定装置と同一である。

測定トランスデユーサによって検知された電圧か、又は測定トランスデユーサに よって検知された電流は、アナログ形式であり、従ってアナログ／デジタルコン バータとして光送信器を有する回路構成が好適に設けられる。このコンバータは アナログ測定信号をデジタル光信号に変換する。この光信号は先導波管によって 、カプセルの外側に位置する評価回路に送信される。

更に、位相角信号を正確に検出するために、測定値は前記評価に、外部空間内の 他の光経路によってアナログ形式で送信できる。

送信回路構成、又は短絡α１定電子回路は、内部導体の内側に設けられ、従って 高電位である。技術的理由により、例えば高負荷電流又は太陽光放射によって、 内部導体の温度は８０ａＣに達する。１３０”Ｃまでの温度上昇が考えられる。

電子回路として構成される送信回路構成、及びデータを光信号に変換する電気・ 光学系の動作は、最大動作温度に制限され、この温度は一般に７５”Ｃで、特殊 な場合に１２５”Ｃである。

請求の範囲８に示す特徴によれば、測定装置全体、つまり送信回路構成は、必要 であれば冷却を目的としてベルチェ素子の上に搭載できる。この素子は冷却器と して機能し、必要であれば適当な電流変換器によって電源が供給される。

キーワード“ベルチェ素子″に関しては、ＭｅｙｅｒｓＬｅｘｉｋｏｎ　ｄｅｒ 　Ｔｅｃｈｎｉｋ　［ＭｅｙｅｒｓＴｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ］、Ｖｏｌｕｍｅ　３．１９７０．Ｂｉｂｌｉｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｉｎｓ　 ｔ　ｉ　ｔｕｔｅ、Ｍａｎｎｈｅｉｍ／Ｖｉｅｎｎａ／Ｚｕｒｉｃｈを参照のこ と。

前述したように、本発明は高電圧電位の導体内を流れる電流及び電圧を、９１定 する全てのタイプのシステムに使用できる。

このようなシステムは解放システム、又は金属でカプセル化されたガス絶縁又は 流体絶縁のスイッチングシステムである。

図面を用いて、本発明の詳細部分、及び他の優れた設計及び改良が説明される。

これらの図面には本発明による多数の実施例が示される。

図１は容量性測定トランスデユーサの略図を示し、このトランスデユーサは高電 圧スイッチングシステムの内部に設けられる。

図２は図１のトランスデユーサに類似する電流トランスデユーサの略図。

図３は結合されたトランスデユーサの略図で、このトランスデユーサは図１及び ２に示す電流トランスデユーサ及び電圧トランスデユーサからなる。

図４は図１の測定トランスデユーサにベルチェ素子を冷却に使用した図。

これらの図において、同一部分は同一参照番号を有する。

図１に示すガス絶縁の金属でカプセル化された高電圧スイッチングシステムは外 部カプセル１０を育し、このカプセルは接地電位で、このシステムには高電圧電 位の中空内部導体１１が中心部に構成される。外部カプセル１０は２つのカプセ ル部品１２．１３から構成され、それらの各端部にはフランジ１４又は１５が各 々設けられる。両フランジの間には内部導体１１をクランプするために、ディス ク形状支持インンユレータ１６が設けられる。複数位相のカプセル化スイツチン グンステムの場合、勿論、位相の数に対応する複数の導体を単一導体１１の代わ りに設けることができる。

導体１１は第１円周囲部１７を有し、その上にベース絶縁ウェブ１８及び１９が 設けられる。これらウェアによって、電極２０は導体１１から絶縁されて配置さ れる。従って測定コンデンサ２１が、測定プレート２０と凹部１７のベースの間 に形成される。測定プレート２０及びカプセル部分１２の間に位置するコンデン サ２２と共に、測定コンデンサ２１は容量性分圧器を形成する。

Ｉ４１１定プレート２０及び中空導体１１の内部表面には接続リード２３及び２ ４が接続され、これらは回路構成２５に導かれる。回路構成２５は導体１１の内 側に配置され、送信回路構成でもあり、測定コンデンサ２１のアナログ測定信号 （導体２３及び２４を介して回路構成２５に送られる）はデジタル信号に変換さ れる。従って回路構成２５はアナログ／デジタルコンバータを構成する。アナロ グ／デジタルコンバータには光送信器２６が設けられ、この送信器は光信号への 変換の後、そのデジタル信号を光導波管構成２７に送信する。図１に概略示され るように、この導波管２７は、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は先導波管構成２７の各断面を示す。先導波管構成２７は評価 回路２８に接続され、ここで光信号が評価される。トランスデユーサ２５にはコ ンデンサ構成によって電圧が供給され、このコンデンサ構成は測定コンデンサと 同一構成である。コンデンサ構成２９は第３凹部３０を有し、そのベース上には ウェブ３１及び３２が設けられ、これらウェブはコンデンサ電極３３を保持する 。その結果、第２コンデンサ構成の供給コンデンサ３４が形成される。電極３３ 及びカプセル化部分１０の間に位置されるコンデンサの参照番号は３５である。

一方、電極３３及び内部導体は、電気的リード３６及び３７によってトランスデ ユーサ２５に接続される。

図２は測定トランスデユーサの他の構成を示す。

内部導体の内側には凹部４０が設けられ、この凹部はギヤツブ４３の部分を除き 、カバーシリンダー４２でカバーされる。このシリンダー４２は凹部のエツジ４ １から外部表面に沿って突出している。シリンダー４２によって形成される内部 空間４４と凹部４０のベースにはコイル４５が収納される。

このコイル４５は例えばＲｏｇｏｗｓｋｉコイルとして構成され、その測定信号 は、トランスデユーサ２５に供給される。

トランスデユーサ２５への電圧は容量性分圧器３４．３５のコンデンサ３４によ り供給され、コンデンサ３４は測定トランスデユーサ２１／２２に電圧を供給す るのに使用される分圧器と同様の方法で構成され、従って同一参照番号が付され ている。図２の回路構成の残りの部分の設計は図１の構成に一致する。

図３は図１及び２の２つの測定トランスデユーサの組み合わせを示す。

この組み合わせは測定トランスデユーサ５０を有し、これは図２に示す電流トラ ンスデユーサに対応し、測定トランスデユーサ５１は図１の容量性ａ１定トラン スデユーサに対応する。２つの回路構成（トランスデユーサ）５２及び５３に電 流を供給するために、供給容量２９が提供される。これらは回路構成３５に対応 し、前記供給容量２９は、トランスデユーサ５２及び５３の両方に均一に電圧を 供給できるように設計される。光送信器５４を有するトランスデユーサ５２及び 光送信器５５を有するトランスデユーサ５３は、２つの光導波管５６及び５７に 光信号を放出する。これらの導波管は図１及び２の光導波管２７に各々対応する 。光導波管５６及び５７は支持インシュレータ１６を介して螺旋形状で評価ユニ ット５８に導かれる。このユニットは評価回路２８に対応する。

勿論、追加の供給容量によらず、測定トランスデユーサ自体から、トランスデユ ーサ２５及び光送信器２６に電圧を供給することもできる。

８量性測定トランスデユーサ２１及び誘導性測定トランスデユーサ４５に割り当 てられ、各測定トランスデユーサにより生成された信号をアナログ形式で評価回 路に供給する追加できる各先導波管は、図示されない。これらの追加先導波管構 成は、支持インシュレーク２６を同様に螺旋形状で通過する。測定される変数と 同一位相のこれらアナログ信号を使用して、位相角が正確に測定される。

本発明は、ガス絶縁又は流体絶縁の金属でカプセル化された高電圧スイッチング システム、及び解放システムに使用でき、必要空間は比較的少なく、且つ、安価 に製造でき社。

各図の説明は、金属カプセル内部の導体のみを示し、高電圧システムが多相のカ プセル化されたシステムの場合、容量性測定トランスデユーサ金属は、参照番号 ２０で示されるように、同種の一部分のみの上に構成できる。これにより、各導 体の電圧は別々に測定できる。

図１から３に示す構成の設計の結果として、外部カプセル１０の内側と同一の絶 縁材が、各測定トランスデユーサ及び各供給容量の内部に設けられ、それにより 測定信号は殆ど温度に無関係である。

図２に示す実施例の場合、シリンダー４２は、凹部４０に最も近い端部から一定 距離で終わり、その結果、ギャップ４３が形成される。このことは、短絡電流が コイルの磁気遮蔽を生じるのを防ぐために非常に重要である。シリンダー４２は コイル４５に対するスクリーンとしてのみ使用され、その結果、寄生容量から生 じる測定値の破壊が防止される。コイル４５はＲｏｇｏｗｓｋｉコイルとして容 易に構成できる。

測定容量が接地電位または接地電位付近の一般的な電圧トランスデユーサの場合 、電源が本線（ｍａｉｎｓ）から供給されたときに生じる短絡回路の場合、測定 装置から大地に発生するフラッシュオーバー（ｆ　１ａｓｈ　ｏｖｅｒｓ）の危 険かある。なぜなら、カプセルが一時的に高電圧電位に接続されるからである。

更に、従来構成の場合、電磁的互換性の問題がある。図１及び３、ならびに図２ に示す本発明による構成では、これらの問題は存在しない。

電圧供給を有する容量性Ｄ１定トランスデユーサ及び容量性電圧供給を有する電 流トランスデユーサ、更に図３に示す組み合わせたトランスデユーサは、工場で 製造する品目として、及び構造的ユニットとして直接装備及び製作できる。

トランスデユーサ２５又は５２及び５３に対する供給は電圧供給として各々構成 される。なぜなら、電圧は常に利用でき及び電圧は電流を導くからである。これ は、トランスデユーサ２５．５２、及び５３に対する供給、及びそれに関係する 光送信器２６．５４．５５の供給が常に安定して提供されるという利点を有する 。

図４は冷却装置を有する測定トランスデユーサを示す。

全体が６１として示されるベルチェ素子は、内部導体１１の内側に設けられるス テップ６０の上に配置される。一般に知られるように、ベルチェ素子６１は異な る電気導電性を示す導電材料を含む。これについては例えば、ＭｅｙｅｒｓＬｅ ｘｉｋｏｎ　ｄｅｒ　Ｔｅｃｈｎｉｋ　［ＭｅｙｅｒｓＴｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄ ｔｃｔｉｏｎａｒｙｌ及びｔｈｅｅｘａｃｔ　Ｎａｔｕｒｗｉｓｓｅｎｓｃｈａ ｆｔｅｎ　［Ｎａｔｕｒａｌ　５ｃｉｅｎｃｅｓ］、Ｖｏｌｕｍｅ　３．ｐａｇ ｅ　１９１６に記載されている。それ故、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、送信回路構成とベルチェ素子６１の冷却面は熱的に接 触される。

ベルチェ素子６１にはリード６３及び６４を介して、適当な容量の電流トランス デユーサ６２によって電源が供給される。それにより、適切な冷却効果が送信回 路構成２５／２６に得られる。勿論、電圧源２９を使用することもできる。又、 整流器が提供されなければならないが、図４には示していない。

Ｆｊ４．３ Ｔ４．　’１ 要約書 本明細書は高電圧電位の測定コンバータに関し、このコンバータは高電圧スイッ チボード装置に使用され、その測定信号は高電圧からグランド電位に送信される 。本測定コンバータは導体（１１）の輪郭線内部に設けられる。中空導体（１１ ）の内部には、送信回路が設けられ、この送信回路は電気的測定信号を光信号に 変換し、この光信号は先導波管（２７）を介してグランド電位に送られる。

国際調査報告 一一陶−＾−−＃１ｍ　’１−ＫＴ／ＥＰ９２１００１１４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高電圧電位の測定トランスデューサであって、特にガス絶縁の金属でカプセ ル化された高電圧スイッチングシステムに使用され、高電圧電位の少なくとも１ つの導体を有し、必要があれば前記導体を囲む外部導体を有し、及び電気的測定 信号を光信号に変換し、中空構造の前記導体の内部に設けられる送信回路構成を 有し、前記光信号は高電圧電位からグランド電位に送られ、 前記導体（１１）の外周には凹部（１７）が設けられ、その凹部（１１）には前 記導体（１１）から絶縁された測定電極（２０）が設けられ、この電極の前記導 体（１１）の長手方向の長さは前記凹部（１７）の長さより短く、前記電極の外 径は前記導体（１１）の外径に等しく、及び前記測定電極（２０）及び前記導体 （１１）の間に設けられるコンデンサ（２１）であって、前記測定信号を発生し 、を特徴とする特定トランスデューサ。 ２．ガス絶縁又は流体絶縁の金属でカプセル化されたスイッチングシステムは、 前記内部導体を前記外部導体に対して支持する支持インシュレータを有し、前記 光導波管（２７）はグランド電位で前記隣接する支持インシュレータ（１６）を 介して、螺旋、即ち曲がりくねった経路で外部に送られことを特徴とする請求項 １記載の測定トランスデューサ。 ３．前記測定信号はグランド電位及び光ビーム形式で送信されることを特徴とす る請求項１記載の測定トランスデューサ。 ４．絶縁材料で構成されるウエブであって、前記ウエブ上には前記測定電極（２ ０）が設けられ、前記ウエブは前記凹部（１７）の上部に設けられることを特徴 とする請求項１乃至３の１項に記載の測定トランスデューサ。 ５．前記導体（１１）は更に円周凹部（４０）を有し、前記凹部はシリンダー（ ４２）によってカバーされ、前記シリンダーは電気的に導通する方法で前記凹部 （４０）の一端に接続され、前記凹部（４０）の他端から一定距離手前まで延長 され、及び前記シリンダー（４２）は薄い肉厚を有し、及びその外径は前記導体 の外径に一致し、 前記送信回路構成（２５、２６）に信号を送信するコイル（４５）は前記凹部（ ４０）のベースと前記シリンダー（４２）の間の内部空間に設けられることを特 徴とする請求項１乃至４の１項に記載の測定トランスデューサ。 ６．第３凹部（３０）は前記外部輪郭線内部に設けられ、前記凹部（３０）には 請求の範囲１乃至３に特定されるコンデンサ構成が収納され、前記コンデンサ構 成の出力信号は前記送信回路構成（２５、２６）に供給され及びこの目的に適し た形状に構成されることを特徴とする請求項１乃至５の１項に記載の測定トラン スデューサ。 ７．前記送信回路構成（２５、２６）はアナログ／デジタルコンバータ、又は電 圧／周波数コンバータであることを特徴とする請求項１乃至６の１項に記載の測 定トランスデューサ。 ８．少なくとも１つのペルチェ素子（６１）は中空構造の前記内部導体（１１） の内側に設けられ、前記ペルチェ素子は冷却素子として使用され、前記送信回路 構成（２５、２６）に熱的に接触し、必要であれば前記素子には前記内部導体（ １１）を囲む電流トランスデューサ（６２）によって電源が供給されることを特 徴とする請求項１乃至５の１項に記載の測定トランスデューサ。