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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Teilentladungsdetektor für ein gasisoliertes
Gerät und insbesondere
einen Teilentladungsdetektor, der zum Erfassen des Auftretens einer
Teilentladung, welche eine Abnormität der Isolation in einem mit
einem Isolationsgas gefüllten
Metallgefäß darstellt,
von außerhalb
des Metallgefäßes für ein gasisoliertes
Gerät in der
Art eines gasisolierten Lastschalters, eines gasisolierten Schaltgeräts und eines
gasisolierten Sammelschienenleiters geeignet ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektrische
Starkstromvorrichtungen, die in einem Umspannwerk verwendet werden,
umfassen beispielsweise einen gasisolierten Lastschalter, ein gasisoliertes
Schaltgerät,
einen gasisolierten Sammelschienenleiter, einen gasisolierten Transformator und
dergleichen. Diese elektrischen Starkstromvorrichtungen sind gasisolierte
Geräte,
welche einen oder mehrere Hochspannungsleiter aufweisen, die von
Isolationselementen getragen werden, welche in einem hermetisch
gedichteten Metallgefäß aufgenommen
sind, das mit Isolationsgas gefüllt
ist.
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Falls
bei einem solchen gasisolierten Gerät ein interner Fehler in der
Art einer metallischen Fremdsubstanz innerhalb des Metallgefäßes vorhanden
ist, wird die Intensität
des elektrischen Felds innerhalb des Gefäßes lokal sehr hoch, und es
kann darin eine Teilentladung auftreten. Eine solche Teilentladung
kann zu einem dielektrischen Durchbruch führen, falls sie unbehandelt
bleibt. Weiterhin bestehen Bedenken, dass ein solcher dielektrischer Durchbruch
schließlich
einen ernsten Unfall hervorruft. Dementsprechend ist es notwendig,
Gegenmaßnahmen
zu ergreifen, indem diese in dem Metallgefäß auftretenden Teilentladungen
im Frühstadium
erkannt werden, und es ist bekannt, dass ein möglicher dielektrischer Durchbruch
vorhergesagt werden kann, indem die Teilentladungssignale erfasst
werden, und die Erfassung von Teilentladungen wurde als ein wichtiges
Verfahren zur vorbeugenden Wartung solcher gasisolierter Geräte angesehen.
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Die
Teilentladung, die in einer SF6-Gasatmosphäre auftritt,
erzeugt einen Strom in einer scharfen Impulsform, wodurch durch
die Teilentladung induzierte elektromagnetische Wellen in einem
Moment in einem Raum innerhalb des Metallgefäßes abgestrahlt werden und
sich innerhalb des Metallgefäßes ausbreiten.
Daher kann eine Abnormität
der Isolation vorhergesagt werden, indem diese elektromagnetischen
Wellen erfasst werden. Das Metallgefäß ist jedoch hermetisch gedichtet,
und die elektromagnetischen Wellen streuen kaum aus dem gedichteten Metallgefäß heraus.
Dementsprechend wurden die folgenden Teilentladungsdetektoren für ein gasisoliertes
Gerät vorgeschlagen,
welche Signale innerhalb des gedichteten Metallgefäßes erfassen,
wobei die erfassten Signale über
einen gedichteten Anschluss zu einer externen Messeinheit übertragen werden,
wobei beispielsweise in JP-A-3-56016
eine Schleifenantenne innerhalb des Metallgefäßes für das gasisolierte Gerät und eine
Erfassung der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen, die durch
die erzeugte Teilentladung induziert werden, durch die Schleifenantenne
offenbart sind, und es ist weiter in JP-A-3-164023 ein Verfahren
zum Erfassen der mit einer Schlitzantenne abgestrahlten elektromagnetischen
Wellen außerhalb
des Metallgefäßes offenbart.
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In
EP-A-0 706 056 ist eine nicht resonante Antenne mit allen Merkmalen
des ersten Teils des vorliegenden Anspruchs 1 offenbart. Der dort
beschriebene Sensor weist zwei Elektrodenplatten auf, welche mit
getrennten Koaxialkabeln verbunden sind.
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In
EP-A-0 699 918 ist eine resonante Scheibenkopplerantenne beschrieben,
bei der eine Elektrode im Wesentlichen über ein Isolierelement auf
einer geerdeten Platte ausgebildet ist.
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Weiterhin
ist es bei einem gasisolierten Gerät erforderlich, eine Messung
einer Betriebsspannung, um zu untersuchen, ob eine normale Spannung
anliegt oder nicht, sowie eine Messung einer Überspannung, um einen Spannungsstoß, der durch einen
Blitz oder einen Schaltvorgang verschiedener Schalter hervorgerufen
wird, auszuführen.
Ein herkömmliches
gasisoliertes Gerät
war mit einem Spannungsdetektor versehen, der in der Lage war, solche Spannungen,
wie vorstehend erwähnt
wurde, zu erfassen.
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Als
ein solcher in einem gasisolierten Gerät bereitgestellter Spannungsdetektor
ist der in JP-A-8-248065 offenbarte Detektor bekannt. Der Spannungsdetektor
ist berührungsfrei
und erfasst die Spannung durch eine elektrostatische Spannungsteilung.
Bei den herkömmlichen
Teilentladungs-Erfassungsverfahren
für das
gasisolierte Gerät,
wie vorstehend erklärt
wurde, waren die Teilentladungssignale sehr schwach, und es war
wahrscheinlich, dass sie durch externes Rauschen beeinflusst wurden. Daher
waren die Erfassungsempfindlichkeit und die Genauigkeit der Teilentladungssignale
nicht unbedingt zufrieden stellend, und es ist ein hochempfindliches
Verfahren zum Erfassen von Teilentladungen erwünscht. Weil weiterhin die Position
des Auftretens von Teilentladungen variiert, ist es möglich, dass nicht
nur der Betrag des Signals variiert, sondern dass auch die Ausgabe
in Bezug auf Frequenzen stark variiert. Um daher die Position des
Auftretens von Teilentladungen zu lokalisieren, ist eine sehr empfindliche
Erfassung über
ein breites Frequenzband von 0 bis zu mehreren GHz erforderlich.
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Weiterhin
nahm die Größe der Messvorrichtung
zu, wenn eine genaue Spannungsmessung erforderlich war. Daher ist
ein einfaches, jedoch genaues Spannungsmessverfahren erwünscht.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Teilentladungsdetektor
für ein gasisoliertes
Gerät bereitzustellen,
der eine hohe Erfassungsempfindlichkeit über einen breiten Frequenzbereich
aufweist.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Teilentladungsdetektor
für ein
gasisoliertes Gerät
bereitzustellen, der eine Messung einer Betriebsspannung und einer Überspannung
ermöglicht.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
Teilentladungsdetektor für ein
gasisoliertes Gerät
bereitzustellen, der eine hohe Erfassungsempfindlichkeit über einen
breiten Frequenzbereich aufweist und die Messung einer Betriebsspannung
und einer Überspannung
ermöglicht.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorstehenden Aufgaben werden durch den Teilentladungsdetektor nach
Anspruch 1 gelöst. Die
Unteransprüche
beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen davon.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Vertikalschnittansicht eines Teilentladungsdetektors für ein gasisoliertes
Gerät gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine Vertikalschnittansicht eines Beispiels, das für eine Potentialmessung
für das
gasisolierte Gerät
verwendet wird,
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3 ist
eine Vertikalschnittansicht einer Modifikation von 2,
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4 ist
eine Teilschnittansicht einer Modifikation von 1,
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5 ist
eine Teilschnittansicht einer anderen Modifikation von 1,
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6 ist
eine Vertikalschnittansicht einer Modifikation einer Signalempfangs-Antenneneinheit, die
nicht der Erfindung entspricht,
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7 ist
eine Teilschnittansicht einer anderen Modifikation von 2,
und
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8 ist
eine Vertikalschnittansicht eines Beispiels, bei dem eine Reflexionsplatte
bereitgestellt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
werden Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 8 erklärt.
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1 zeigt
ein Beispiel, in dem ein Teilentladungsdetektor gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
auf eine Phasenkomponente für
einen gasisolierten Sammelschienenleiter angewendet wird, der als
ein gasisoliertes Gerät
bekannt ist. Ein röhrenförmig ausgebildetes
Metallgefäß 3 wird
auf dem Erdungspotential gehalten, und innerhalb des Metallgefäßes 3 wird
ein Hochspannungsleiter 2 durch einen Isolatortragekörper 1 getragen.
Weiterhin ist in das Metallgefäß 3 ein
isolierendes Gas mit einer ausgezeichneten Isolationsfähigkeit,
wie SF6-Gas, eingefüllt. Im Rohrabschnitt des Metallgefäßes 3 ist
ein Handloch bereitgestellt, und innerhalb des Handlochs ist eine
Signalempfangsantenne 4 angeordnet. Das Handloch ist mit
einer Flanschabdeckung 5 versehen, um es hermetisch zu
dichten. Die Signalempfangsantenne 4 ist durch Kombinieren
und Anordnen zweier Stücke
halbkreisförmiger
Platten zu einer flachen Kreisform gebildet. Die zwei Stücke halbkreisförmiger Platten
bestehen beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, das als ein guter
Leiter dient und leitfähige
Elektroden bildet. Die Signalempfangsantenne 4 ist an einem
Antennentragestand 6 angebracht, der an der Flanschabdeckung 5 angebracht ist
und im Handloch angeordnet ist. Daher wird die Signalempfangsantenne 4 durch
den Isolator gesichert, während
sie elektrisch schwebend in Bezug auf das Metallgefäß 3 angeordnet
ist, das als ein geerdeter Tank dient. Im Mittelabschnitt des Antennentragestands 6 ist
ein Koaxialkabel 8 mit einer kleinen Impedanzvariation
angeordnet, und die beiden Stücke
der halbkreisförmigen
Platten, die die Signalempfangsantenne 4 bilden, sind jeweils
mit einem Innenleiter und einem Außenleiter des Koaxialkabelanschlusses in
seiner Nähe
und in der Nähe
des Mittelabschnitts des Kreises verbunden, um die Verbindung mit
dem Koaxialkabel 8 zu vervollständigen. Das Koaxialkabel 8 in
dem Metallgefäß 3 ist über einen
hermetisch gedichteten Koaxialanschluss 7, der an der Flanschabdeckung 5 bereitgestellt
ist, mit dem Koaxialkabel 8 außerhalb des Metallgefäßes 3 verbunden
und weiter über
einen Koaxialverbinder mit einer Messeinheit 10 verbunden.
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Wenn
bei dem so gebildeten Teilentladungsdetektor für ein gasisoliertes Gerät eine Teilentladung in
dem Metallgefäß 3 auftritt,
werden Stromimpulse mit hohen Frequenzen, die bis zu einigen GHz
reichen, induziert, und dadurch hervorgerufene elektromagnetische
Wellen breiten sich innerhalb des Metallgefäßes 3 aus. Wenn die
sich ausbreitenden elektromagnetischen Wellen von der Signalempfangsantenne 4 empfangen
werden, wird eine Spannung an der Signalempfangsantenne 4 induziert.
Die induzierte Spannung wird durch den hermetisch gedichteten Anschluss 7,
der an der Flanschabdeckung 5 angebracht ist, aus dem Metallgefäß 3 herausgeführt und über das
Koaxialkabel 8 zur Messeinheit 10 übertragen.
Der Aufbau der als Detektor dienenden Signalempfangsantenne 4 ist
durch Kombinieren der zwei Stücke
halbkreisförmiger
Platten kreisförmig
konfiguriert, wobei dies einer Struktur mit einer vergrößerten Fläche einer
Signalempfangseinheit in einer Dipolantenne entspricht, wodurch
die elektrostatische Kapazität
zwischen dem Hochspannungsleiter 2 und der Masse erhöht ist,
wodurch eine Potentialmessung in dem gasisolierten Gerät verwirklicht
ist. Weiterhin können
bei Verwendung des Aufbaus, bei dem Signale von der Signalempfangsantenne 4 in
einer koaxialen Struktur übertragen
werden, empfangene Signale mit mehr als 100 MHz zu der Messeinheit 10 abschwächungsfrei übertragen
werden, und es kann eine Messung bis zu einem Hochfrequenzband von einigen
GHz verwirklicht werden. Weil weiterhin der Platz in dem Metallgefäß 4 zum
Aufnehmen der Signalempfangsantenne 4 begrenzt ist, können durch die
Verwendung dieser strukturierten Signalempfangsantenne 4 Signale,
die sich über
ein breites Frequenzband ausbreiten, sogar in einem engen Raum empfangen
werden.
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Weil
weiterhin die Signalempfangsantenne 4 geerdet verwendet
wird, kann sie auf dem Erdungspotential verwendet werden, ohne dass
sie als eine potentialfreie Elektrode belassen wird, wodurch selbst
dann kaum Probleme auftreten, wenn die Signalempfangsantenne 4 innerhalb
des gasisolierten Geräts
angeordnet ist.
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Wie
zuvor erklärt
wurde, können
Teilentladungen mit einer hohen Empfindlichkeit für ein breites
Frequenzband erfasst werden, kann eine sehr genaue präventive
Wartung für
ein gasisoliertes Gerät erreicht
werden und kann der Erfassungsbereich für eine einzelne Antenne innerhalb
eines gasisolierten Geräts
erweitert werden, wodurch es unnötig
wird, eine große
Anzahl von Antennen in dem gasisolierten Gerät bereitzustellen und sich
wirtschaftliche Vorteile erzielen lassen.
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Die 2 und 3 zeigen
Beispiele, in denen die vorliegende Erfindung für eine Potentialmessung in
einem gasisolierten Gerät
verwendet wird. Gemäß den vorliegenden
Ausführungsformen
wird kein Antennentragestand verwendet, und die Signalempfangs-Antenneneinheit 4 wird
von einem zylindrischen Koaxialrohr getragen. Wie in 2 dargestellt ist,
ist eine elektrostatische Kapazität C1 zwischen der Signalempfangs-Antenneneinheit 4 und
dem Hochspannungsleiter 2 ausgebildet und eine andere elektrostatische
Kapazität
C2 zwischen der Signalempfangs-Antenneneinheit 4 und der
Erde ausgebildet. Die Werte dieser Kapazitäten C1 und C2 können vorab
gemessen werden, und es kann unter Verwendung der Signalempfangs-Antenneneinheit 4 ein
Potential durch elektrostatische Division gemessen werden. Mit dem
gemessenen Potential kann die Spannung des Hochspannungsleiters 2 durch
elektrostatische Division gemessen werden. Wenn das Potential durch
elektrostatische Division gemessen wird, wird die Messempfindlichkeit
umso höher,
je größer die elektrostatische
Kapazität
ist. Weil die Signalempfangs-Antenneneinheit 4 so aufgebaut
ist, wie zuvor erklärt
wurde, ist die vorliegende Erfindung für einen Detektor geeignet,
der einen großflächigen Signalempfangsabschnitt
aufweist.
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Weiterhin
zeigt 3 ein Beispiel, das so aufgebaut ist, dass eine
Potentialmessung mit einer noch höheren Empfindlichkeit ermöglicht wird.
Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
sind der Innenleiter und der Außenleiter
des Koaxialkabels 8 außerhalb
des Metallgefäßes 3 miteinander
verbunden, wodurch ein Kondensator C3 zwischen den Innenleiter und
die Erde eingefügt
ist. Wenn die Kapazität
des Kondensators C3, verglichen mit der Kapazität C2 als ausreichend groß festgelegt
wird, so dass C2 < C3
gilt, kann eine Spannungsmessung mit einer hohen Empfindlichkeit
verwirklicht werden.
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Wenn
nun die vorstehend erklärten
halbkreisförmigen
Plattenantennenteile tatsächlich
in einem gasisolierten Gerät
angeordnet werden, ist es erforderlich, den Isolationsabfall infolge
der Konzentration des elektrischen Felds und seines Orts zu berücksichtigen.
Um einen solchen Isolationsabfall infolge der Konzentration des
elektrischen Felds unter dem Einfluss der Antenne selbst zu verhindern,
wird die Antenne in einem Abschnitt angeordnet, der ein niedriges
elektrisches Feld aufweist, beispielsweise in einer Teilchenfalle,
einer Absorptionstasche und einem Handloch, und es werden die folgenden
Verbesserungen aufgenommen, wie in den 4 bis 6 dargestellt
ist.
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4 zeigt
ein Beispiel, in dem der Außenumfangskantenabschnitt
der die Signalempfangs-Antenneneinheit 4 bildenden halbkreisförmigen Platten
rund ausgebildet ist. Mit diesem Aufbau wird eine Konzentration
des elektrischen Felds verhindert, ohne dass die Signalempfangsempfindlichkeit
verringert wird.
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5 zeigt
ein anderes Beispiel, in dem eine Abschirmungselektrode 16 in
Form einer metallischen Abdeckung um den Außenumfang des Antennentragestands 6 bereitgestellt
ist, wobei das obere Ende der Abschirmungselektrode 16 zur
Mittelseite hin gebogen ist, so dass ein Teil des Außenumfangs
der die Signalempfangs-Antenneneinheit 4 bildenden halbkreisförmigen Platten
abgedeckt ist. Mit diesem Aufbau wird die Konzentration des elektrischen
Felds verhindert.
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6 zeigt
ein Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist. Die Signalempfangs-Antenneneinheit 4 ist
so konfiguriert, dass sie an die Krümmung der Innenfläche des
zylindrischen Metallgefäßes 3 angepasst
ist, und sie ist innerhalb des Metallgefäßes 3 angeordnet.
In diesem Fall braucht die Signalempfangs-Antenneneinheit 4 nicht
in dem Handloch angeordnet zu werden, und es ist nur erforderlich,
ein Loch zu bilden, dessen Durchmesser gleich dem hermetisch gedichteten
Anschluss 7 ist, so dass die Flanschabdeckung 5 klein
sein kann. Die Signalempfangs-Antenneneinheit 4 wird gebildet,
indem lediglich zwei Antennenteile rechts und links des hermetisch
gedichteten Anschlusses 7 angeordnet werden. In diesem
Fall kann außer
den halbkreisförmigen
Antennenplatten eine plattenförmige
Antenne, die halbelliptisch geformt ist oder rechteckig geformt
ist, verwendet werden. Wenn die Antenne auf diese Weise durch Biegen
zu einer Krümmung
gebildet wird, die der Innenfläche
des Metallgefäßes 3 folgt,
kann die Antenne befestigt werden, ohne dass ein Handloch bereitgestellt
wird, welches einen großen
Durchmesser aufweist, wodurch das Einführen der Antenne ermöglicht wird.
Weiterhin kann der Isolationsabfall infolge der Konzentration des
elektrischen Felds verhindert werden, ohne dass die Signalempfangsempfindlichkeit
verringert wird.
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7 zeigt
ein Beispiel, das zur Fernmessung von Teilentladungssignalen von
einem gasisolierten Gerät
geeignet ist, wobei eine Signalübertragungsschaltung 11 mit
einer Impedanzanpassungsschaltung und einem Verstärker bereitgestellt
ist, um die an der Signalempfangs-Antenneneinheit 4 in
dem Metallgefäß 3 empfangenen
Signale zu übertragen. An
der oberen Endseite des mit der Signalübertragungsschaltung 11 verbundenen
Koaxialkabels ist eine Signalübertragungsantenne 13 bereitgestellt. Die
Messeinheit 10 ist fern vom Metallgefäß 3 bereitgestellt,
und eine Signalempfangsantenne 12 ist über ein Koaxialkabel 8 an
der Messeinheit 10 bereitgestellt. Die von der Signalempfangs-Antenneneinheit 4 erfassten
Teilentladungssignale werden an der Signalübertragungsschaltung 11 impedanzangepasst und
verstärkt
und von der Signalübertragungsantenne 13 in
Form elektromagnetischer Wellen übertragen.
Die von der Signalübertragungsantenne 13 übertragenen
Signale werden von der Signalempfangsantenne 12 empfangen,
die sich fern vom gasisolierten Gerät befindet, und sie werden
von der Messeinheit 10 gemessen. Wenn gemäß dieser
Ausführungsform
eine Antenne mit einem hohen Richtungssinn als die Signalempfangsantenne 12 verwendet
wird, kann nur mit einer einzigen Signalempfangsantenne 12 bestimmt
werden, an welchem Abschnitt einer Anzahl von Teilentladungsdetektoren, die
in jeweiligen Abschnitten in dem gasisolierten Gerät angebracht
sind, die Teilentladung auftritt.
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8 zeigt
ein Beispiel, das die Erfassungsempfindlichkeit der Signalempfangs-Antenneneinheit 4 weiter
verbessert. Zwischen der Signalempfangs-Antenneneinheit 4 und
der Flanschabdeckung 5 ist eine halbkreisförmige Reflexionsplatte 15 angeordnet,
und die Reflexionsplatte 15 ist mit einer Größe versehen,
die im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Handlochs gleicht.
Falls bei diesem Aufbau elektromagnetische Wellen, die sich durch
das gasisolierte Gerät
ausbreiten, durchgelassen werden, ohne von der Signalempfangs-Antenneneinheit 4 eingefangen
zu werden, werden die einmal durchgelassenen elektromagnetischen
Wellen ohne Streuung durch die Reflexionsplatte 15 zur
Signalempfangs-Antenneneinheit 4 reflektiert.
Dadurch werden die elektromagnetischen Wellen, die nicht an der
vorderen Fläche
der Signalempfangs-Antenneneinheit 4 eingefangen werden
können,
wirksam gesammelt, wodurch die Signalempfangsempfindlichkeit möglicherweise
verbessert wird.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT DER ERFINDUNG
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Wie
zuvor erklärt
wurde, können
mit dem Teilentladungsdetektor für
ein gasisoliertes Gerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung Teilentladungssignale in dem gasisolierten Gerät mit einer
hohen Empfindlichkeit für
ein breites Frequenzband erfasst werden. Weiterhin kann eine Potentialmessung
in dem gasisolierten Gerät
durch elektrostatische Kapazitätsdivision
in Bezug auf die Erde ausgeführt
werden. Überdies
wird durch Bereitstellen einer Signalempfangs-Antenneneinheit eine
Konzentration des elektrischen Felds innerhalb des gasisolierten
Geräts verhindert
und können
durch eine Teilentladung induzierte elektromagnetische Wellen mit
hoher Empfindlichkeit für
ein breites Frequenzband erfasst werden, das demjenigen einer gewöhnlichen
Dipolantenne gleicht oder dieses übertrifft.