WO2025094271A1

WO2025094271A1 - コンデンサ形計器用変圧器

Info

Publication number: WO2025094271A1
Application number: PCT/JP2023/039274
Authority: WO
Inventors: 達也影山; 大輝大脇; 大輔澁谷
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2023-10-31
Filing date: 2023-10-31
Publication date: 2025-05-08
Anticipated expiration: 2026-04-30

Abstract

コンデンサ形計器用変圧器においては、分圧電極を挟むように保持するシールドにより、分圧電極の内部電極の延在方向への伸長が制限されている。そのため、分圧電極の熱変形に起因する出力電圧の変化が生じにくく、より正確な出力電圧が得られることで高い測定精度や低い比誤差を実現することができる。加えて、筐体に接合されたシールドも、内部電極の延在方向に伸長するような熱変形が起こり得る。この場合、シールドから分圧電極に対して内部電極の延在方向に沿う力が加わり、分圧電極の内部電極の延在方向への伸長がさらに抑制される。

Description

コンデンサ形計器用変圧器

　本開示は、コンデンサ形計器用変圧器に関する。

　計器用変圧器として、静電容量分圧の原理を利用したコンデンサ形変圧器が知られている。コンデンサ形変圧器では、高電圧導体と対向する分圧電極からの出力電圧を測定することにより、高電圧導体の電圧を測定することができる。

特開２００２－２７１９２４号公報

　コンデンサ形変圧器の分圧電極が熱変形した場合にはその熱変形に起因する出力電圧の変化が生じ得るため、熱変形を抑制することが測定精度の向上を図ることができる。

　本開示は、測定精度の向上が図られたコンデンサ形計器用変圧器を提供することを目的とする。

　本開示の一側面に係るコンデンサ形計器用変圧器は、第１方向に延びる筒状の筐体と、筐体内を第１方向に延びる第１電極と、筐体内において第１電極に対して同軸状に延びて第１電極を囲う円筒状を有し、測定機器に接続される第２電極と、筐体に接合され、第２電極の第１方向に関する一方の端部側に配置された第１シールドと、筐体に接合され、第２電極の第１方向に関する他方の端部側に配置された第２シールドとを備え、第１シールドと第２シールドとは、第１方向において第２電極を挟むように保持している。

　本開示の種々の側面によれば、測定精度の向上が図られたコンデンサ形計器用変圧器が提供される。

一実施形態に係る計器用変圧器を示した概略断面図である。図１に示した計器用変圧器の要部拡大図である。図１に示した計器用変圧器の等価回路を示した図である。分圧電極の熱変形を模式的に示した図である。異なる形態の計器用変圧器を示した概略断面図である。

　以下、図面を参照しながら、本開示に係るコンデンサ形計器用変圧器の実施形態を説明する。以下の説明で提示される数値、形状、材料などは、あくまでも一例であって、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、以下に説明する各実施形態も、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。

　一実施形態に係る計器用変圧器１は、計器用変成器の一種であるコンデンサ形の計器用変圧器である。図１に示すように、計器用変圧器１は、一方向（第１方向）に延びる内部電極１０（第１電極）を備えている。本実施形態に係る内部電極１０は、円柱状の形状を有し、金属等の導体で構成されている。内部電極１０には、平常時には、一例として２２～７６５／√３ｋＶの高い交流電圧（３相交流）が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数で印加される。計器用変圧器１は、内部電極１０の電圧を測定するために用いられる。

　計器用変圧器１は、図１に示すように、内部電極１０を部分的または全体的に収容する筐体２０をさらに備えている。筐体２０は、内部電極１０の延在方向に沿って延びる筒状の形状を有し、その内部に内部電極１０が収容されるキャビティが画成されている。筐体２０のキャビティ内は気密に保たれており、キャビティ内は絶縁ガスで充たされている。本実施形態では、筐体２０は円筒状の形状を有し、内部電極１０に対して同軸状に配置されている。すなわち、内部電極１０と筐体２０とは共通の軸線Ｚを有する。また、本実施形態において、筐体２０は金属等の導体で構成されている。

　計器用変圧器１は、図１に示すように、筐体２０内に収容された分圧電極３０（第２電極）をさらに備えている。分圧電極３０は、内部電極１０の延在方向に沿って延びる円筒状の形状を有し、内部電極１０に対して同軸状に配置されて内部電極１０を囲っている。分圧電極３０は、計器用変圧器１の外部に設けられた測定機器３５に接続され得る。本実施形態に係る測定機器３５は、電圧計器であり、分圧電極３０の電圧を測定することにより、静電容量分圧の原理を利用して内部電極１０の電圧を測定する。測定機器３５は、電圧計器に限らず、たとえば保護継電器や信号変換器などであってもよい。

　本実施形態では、分圧電極３０は、円筒状を呈する本体部３１と、フランジ部３２とを備えて構成されている。本実施形態では、本体部３１の内部電極１０の延在方向に関する両端部にそれぞれフランジ部３２が設けられている。フランジ部３２は、内部電極１０の延在方向に対して直交する方向に沿って外向きに延びる。フランジ部３２は、分圧電極３０の全周にわたって形成されていてもよく、この場合は円環状を呈する。

　計器用変圧器１は、図１に示すように、筐体２０内に収容されたシールド４０をさらに備えている。シールド４０は金属等の導体で構成されている。シールド４０は、分圧電極３０から離間しており、分圧電極３０とは絶縁されている。本実施形態では、シールド４０は、内部電極１０の延在方向に対して直交する方向に沿って内側に延びるキノコ状の断面を有する。具体的には、シールド４０は、図２に示した断面のように、内部電極１０の延在方向に対して直交する方向に延びる柄部４１と、内側の端部に位置するとともに柄部４１より幅広の傘部４２とを有する。シールド４０は、内部電極１０の延在方向に関して分圧電極３０と隣り合うように配置されており、傘部４２が柄部４１の延在方向（図２における左右方向）において分圧電極３０を部分的に覆っている。より詳しくは、シールド４０は、内部電極１０の延在方向に関して分圧電極３０と並ぶように隣接している。シールド４０は、内部電極１０の延在方向から見て、内部電極１０周りに全周にわたって配置することができる。シールド４０は、内部電極１０の延在方向から見て、内部電極１０の全周を囲む一つの部材で構成されていてもよく、複数の部材で構成されていてもよい。シールド４０を構成する複数の部材は、内部電極１０周りに等角度間隔で配置することができる。図１に示した態様では、内部電極１０を挟む両側に配置された２つの部材でシールド４０が構成されているが、３つ以上の部材で構成されていてもよい。

　本実施形態では、内部電極１０の延在方向に関して分圧電極３０と隣り合う２段のシールド４０Ａ、４０Ｂが設けられている。シールド４０Ａ（第１シールド）は、分圧電極３０の内部電極１０の延在方向に関する一方の端部側（図１に示した態様では上側）に配置されており、シールド４０Ｂ（第２シールド）は、分圧電極３０の内部電極１０の延在方向に関する他方の端部側（図１に示した態様では下側）に配置されている。シールド４０Ａとシールド４０Ｂとは、内部電極１０の延在方向において分圧電極３０を挟むように保持している。

　本実施形態では、シールド４０Ａ、４０Ｂはいずれも分圧電極３０に対して固定されている。シールド４０Ａを例にとると、シールド４０Ａと分圧電極３０とは、図１、２に示すように内部電極１０の延在方向に沿って延びるボルト５１とナット５２とで固定することができる。シールド４０Ａと分圧電極３０とを互いに絶縁するために、シールド４０Ａと分圧電極３０との間には絶縁体５３（第１絶縁体）が介在している。図２に示す態様では、シールド４０Ａ側から挿入されたボルト５１は、シールド４０Ａと分圧電極３０のフランジ部３２との間にわたって貫通する絶縁パイプ５４内を通って分圧電極３０側まで達しており、ボルト５１の先端は絶縁ワッシャ５５を介してナット５２が螺合されている。そのため、ボルト５１は、シールド４０Ａと導通されており、分圧電極３０とは絶縁されている。シールド４０Ｂについても、シールド４０Ａと同様の固定態様により分圧電極３０に固定されている。

　本実施形態では、シールド４０Ａ、４０Ｂはいずれも接合部５６を介して筐体２０に接合されている。接合部５６は、一例として取付金具であり、全体的に金属等の導体で構成することができ、この場合には筐体２０とシールド４０Ａ、４０Ｂとの導通が図られる。２段のシールド４０Ａ、４０Ｂは、所定の電線、金属板、金属箔等により互いに導通が図れる。

　本実施形態では、分圧電極３０の本体部３１の外周面３１ａ（すなわち、内部電極１０側とは反対側の面）に、接地された接地電極６０（第３電極）が設けられている。接地電極６０と分圧電極３０との間には、絶縁体６１（第２絶縁体）が介在している。接地電極６０と分圧電極３０とは絶縁されている。接地電極６０にはたとえば金属箔を用いることができ、絶縁体６１にはたとえば樹脂フィルムを用いることができ、この場合、接地電極６０および絶縁体６１は分圧電極３０の本体部３１の外周面３１ａに巻かれる。接地電極６０および絶縁体６１は、分圧電極３０を囲むように全周にわたって設けることができる。

　本実施形態に係る計器用変圧器１は、図３のような等価回路で示すことができる。計器用変圧器１では、内部電極１０と分圧電極３０との間に静電容量Ｃ１が形成され、分圧電極３０と接地電極６０との間に静電容量Ｃ２が形成される。静電容量Ｃ２は、樹脂フィルム等の薄い絶縁体６１を採用することで、分圧電極３０と接地電極６０とを近づけて、比較的大きな容量を実現することができる。

　ここで、分圧電極３０の熱変形について説明する。分圧電極３０は、温度上昇に伴って熱変形（膨張）することがある。円筒状の分圧電極３０では、図４に示すように内部電極１０の延在方向に伸長するような熱変形が起こり得る。このような熱変形が起こると、内部電極１０に対して対向する面積が拡大して電界や静電容量Ｃ１が変化し、その結果、分圧電極３０から測定機器３５へ出力される出力電圧が変化してしまう。

　本実施形態に係る計器用変圧器１においては、分圧電極３０を挟むように保持するシールド４０Ａ、４０Ｂにより、分圧電極３０の内部電極１０の延在方向への伸長が制限されている。それにより、計器用変圧器１では、分圧電極３０の熱変形に起因する出力電圧の変化が生じにくく、より正確な出力電圧が得られることで高い測定精度や低い比誤差を実現することができる。

　加えて、筐体２０に接合されたシールド４０Ａ、４０Ｂも、図４に示すように内部電極１０の延在方向に伸長するような熱変形が起こり得る。この場合、シールド４０Ａ、４０Ｂから分圧電極３０に対して内部電極１０の延在方向に沿う力が加わり、分圧電極３０の内部電極１０の延在方向への伸長がさらに抑制される。シールド４０Ａ、４０Ｂの内側端部に位置する傘部４２についても、内部電極１０の延在方向に伸長するような熱変形が起こり得る。この場合、シールド４０Ａ、４０Ｂから内部電極１０に対して露出する分圧電極３０の面積が減少することで、内部電極１０と静電容量結合している分圧電極３０の面積が減少する。シールド４０Ａ、４０Ｂの傘部４２の伸長により、分圧電極３０が内部電極１０の延在方向に伸長したときであっても、内部電極１０と静電容量結合している分圧電極３０の面積の拡大が抑制される。

　また、計器用変圧器１では、たとえば数ＭＨｚ以上の高周波サージが低圧側の回路（たとえば測定機器３５）に侵入してしまう事態も抑制することができる。これは、接地電極６０によるものであり、分圧電極３０と接地電極６０との間に比較的大きな静電容量Ｃ２を形成して、分圧電極３０と測定機器３５間に係るインピーダンスＺ_１より静電容量Ｃ２に係るインピーダンスＺ_２を小さくすることで（Ｚ_２＜Ｚ_１）、高周波サージが接地電極６０のほうに流れやすくなるためである。

　計器用変圧器１は、上述した形態に限らず、様々な形態を採りうる。

　たとえば、分圧電極３０は、図５に示すように複数段であってもよい。図５に示した態様では、分圧電極３０は、第１分圧電極３０Ａと第２分圧電極３０Ｂとの２段で構成されている。このように複数段の分圧電極３０とすることで、測定機器３５への出力を多重化したり冗長化したりすることができる。第１分圧電極３０Ａと第２分圧電極３０Ｂとは、内部電極１０の延在方向に沿って並ぶように隣接している。第１分圧電極３０Ａと第２分圧電極３０Ｂとは、実質的に同一形状および同一寸法を有する。筐体２０に複数の分圧電極３０Ａ、３０Ｂが収容される場合には、複数の分圧電極３０Ａ、３０Ｂのすべてが測定機器３５に接続される。

　図５に示した態様では、内部電極１０の延在方向に関して２段の分圧電極３０と隣り合う３段のシールド４０Ａ～４０Ｃが設けられている。シールド４０Ａ、４０Ｃ（第１シールド、第２シールド）は、内部電極１０の延在方向において２段の分圧電極３０を挟む位置に設けられており、シールド４０Ｂは、内部電極１０の延在方向において２段の分圧電極３０の間に設けられている。シールド４０Ａ、４０Ｂは内部電極１０の延在方向において分圧電極３０Ａを挟んでおり、シールド４０Ａ、４０Ｂは図２に示した固定態様と同様の固定態様により分圧電極３０Ａに固定されている。シールド４０Ｂ、４０Ｃは内部電極１０の延在方向において分圧電極３０Ｂを挟んでおり、シールド４０Ｂ、４０Ｃは図２に示した固定態様と同様の固定態様により分圧電極３０Ｂに固定されている。

　本実施形態では、３段のシールド４０Ａ～４０Ｃのうちのシールド４０Ａ、４０Ｃは接合部５６を介して筐体２０に接合されている。シールド４０Ｂは、筐体２０と接合されていてもよく接合されていなくてもよい。３段のシールド４０Ａ～４０Ｃは、所定の電線、金属板、金属箔等により互いに導通が図れる。

　上述の記載から把握されるとおり、本明細書は下記を開示している。
［付記１］
　第１方向に延びる筒状の筐体と、
　前記筐体内を前記第１方向に延びる第１電極と、
　前記筐体内において前記第１電極に対して同軸状に延びて前記第１電極を囲う円筒状を有し、測定機器に接続される第２電極と、
　前記筐体に接合され、前記第２電極の前記第１方向に関する一方の端部側に配置された第１シールドと、
　前記筐体に接合され、前記第２電極の前記第１方向に関する他方の端部側に配置された第２シールドと
を備え、
　前記第１シールドと前記第２シールドとは、前記第１方向において前記第２電極を挟むように保持している、コンデンサ形計器用変圧器。
［付記２］
　前記筐体、前記第１シールドおよび前記第２シールドが導体で構成されており、前記第１シールドおよび前記第２シールドが前記筐体と電気的に接続されている、付記１に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
［付記３］
　前記第１シールドおよび前記第２シールドと前記第２電極との間に介在する第１絶縁体をさらに備え、
　前記第１シールドおよび前記第２シールドと前記第２電極とは、前記第１方向に関して前記第１絶縁体を介して隣り合っている、付記２に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
［付記４］
　前記第１シールドおよび前記第２シールドはいずれも、前記第１方向から見て前記第１電極を囲んでいる、付記１～３のいずれか一つに記載のコンデンサ形計器用変圧器。
［付記５］
　前記第１シールドおよび前記第２シールドはいずれも、前記第１方向から見て、前記第１電極の全周を囲む一つまたは等角度間隔で配置された複数で構成されている、付記４に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
［付記６］
　前記第１方向に沿って並ぶ複数段の前記第２電極を備える、付記１～５のいずれか一つに記載のコンデンサ形計器用変圧器。
［付記７］
　前記第２電極の外周面に第２絶縁体を介して設けられ、接地される第３電極をさらに備える、付記１～６のいずれか一つに記載のコンデンサ形計器用変圧器。
［付記８］
　前記第２絶縁体が前記第２電極の外周面に巻かれた樹脂フィルムである、付記７に記載のコンデンサ形計器用変圧器。

　１…計器用変圧器、１０…内部電極、２０…筐体、３０、３０Ａ、３０Ｂ…分圧電極、４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ…シールド、５３…第１絶縁体、６０…接地電極、６１…第２絶縁体。

Claims

　第１方向に延びる筒状の筐体と、
　前記筐体内を前記第１方向に延びる第１電極と、
　前記筐体内において前記第１電極に対して同軸状に延びて前記第１電極を囲う円筒状を有し、測定機器に接続される第２電極と、
　前記筐体に接合され、前記第２電極の前記第１方向に関する一方の端部側に配置された第１シールドと、
　前記筐体に接合され、前記第２電極の前記第１方向に関する他方の端部側に配置された第２シールドと
を備え、
　前記第１シールドと前記第２シールドとは、前記第１方向において前記第２電極を挟むように保持している、コンデンサ形計器用変圧器。
　前記筐体、前記第１シールドおよび前記第２シールドが導体で構成されており、前記第１シールドおよび前記第２シールドが前記筐体と電気的に接続されている、請求項１に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
　前記第１シールドおよび前記第２シールドと前記第２電極との間に介在する第１絶縁体をさらに備え、
　前記第１シールドおよび前記第２シールドと前記第２電極とは、前記第１方向に関して前記第１絶縁体を介して隣り合っている、請求項２に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
　前記第１シールドおよび前記第２シールドはいずれも、前記第１方向から見て前記第１電極を囲んでいる、請求項１に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
　前記第１シールドおよび前記第２シールドはいずれも、前記第１方向から見て、前記第１電極の全周を囲む一つまたは等角度間隔で配置された複数で構成されている、請求項４に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
　前記第１方向に沿って並ぶ複数段の前記第２電極を備える、請求項１に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
　前記第２電極の外周面に第２絶縁体を介して設けられ、接地される第３電極をさらに備える、請求項１に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
　前記第２絶縁体が前記第２電極の外周面に巻かれた樹脂フィルムである、請求項７に記載のコンデンサ形計器用変圧器。