JP2010068665A - 光電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度、湿度などの環境特性に影響を受けずに分圧し、高精度で主回路電圧を測定する。
【解決手段】主回路導体１と、主回路導体１を絶縁支持するとともに、接地部材３に固定された誘電体２と、誘電体２内に埋め込まれた埋め込み電極６と、埋め込み電極６に接続された主回路導体１の電圧を測定するための電気光学素子２０とを備え、電気光学素子２０には、主回路導体１と埋め込み電極６間、および埋め込み電極６と接地部材３間で形成される静電容量比で分圧された電圧が印加されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発変電所などに用いられる開閉装置の主回路電圧の測定精度を向上し得る光電圧測定装置に関する。

数ｋV以上の高電圧開閉装置は、静電容量分圧や抵抗分圧によって主回路電圧が測定される。この種の測定装置は、図３に示すようなガス絶縁開閉装置に用いられるコーン形絶縁スペーサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図３に示すように、主回路導体１は、コーン形絶縁スペーサ２に支持され、筒状の接地電位のタンク３に対して絶縁されている。絶縁スペーサ２は、エポキシ樹脂を注型して形成した第１の誘電体４と、これよりも抵抗率が小さく表面に層状に設けられた第２の誘電体５とから構成されている。また、タンク３側の第１の誘電体４内には、環状の埋め込み電極６が埋め込まれている。外周端部の両端には、環状の埋め込み金属７が設けられ、タンク３端と気密に固定される。

埋め込み電極６には、二次側コンデンサ８が接続され、埋め込み金属７を介して接地される。二次側コンデンサ８には、検出インピーダンス９が並列接続されている。なお、主回路導体１と埋め込み電極６間には、一次側静電容量１０と、第２の誘電体５による一次側体積抵抗１１が形成される。

これにより、一次側静電容量１０と検出インピーダンス９を含む二次側コンデンサ８とで分圧された電圧を測定することができる。また、第２の誘電体５は時定数の改善のために設けられたものであり、周波数の高いものでは一次側体積抵抗１１による分圧となり、精度よく主回路電圧を測定することができる。

一方、電圧の測定には、電気光学素子（ポッケルス効果素子）を用いたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、電気光学素子に印加できる電圧は約１ｋV以下であり、高電圧を測定するためには分圧器を用いなくてはならない。このため、分圧器には高精度のものが要求されるが、絶縁耐力などを考慮すると大形状となり、ガス絶縁開閉装置そのものが大型化する。
特開２０００−２３２７１９号公報 （第４ページ、図１） 特開２０００−２５８４６５号公報 （第３ページ、図１）

上記の従来の高電圧開閉装置の主回路電圧測定においては、次のような問題がある。電気光学素子を用いようとすると、専用の分圧器が必要となり、ガス絶縁開閉装置が大型化する。そこで、絶縁スペーサ２を用いて分圧回路を作り、主回路電圧を測定しようとすると、一次側分圧回路の一次側静電容量１０と一次側体積抵抗１１とがタンク３内であり、二次分圧回路の二次側コンデンサ８と検出インピーダンス９とがタンク３外の気中となる。タンク３内では通電電流による温度上昇があり、またタンク３外では気温の変化があり、一次側と二次側の分圧回路の温度特性を同様とすることが困難であった。また、タンク３内では湿度が低いものの、タンク３外では湿度の影響を受けることになる。

このため、ガス絶縁開閉装置の絶縁構造物である絶縁スペーサ２などを用い、温度や湿度などの環境特性を同様とすることのできる分圧回路を作り、主回路電圧を高精度に測定するものが望まれていた。また、電気光学素子を用いる場合、この電気光学素子を接続することにより二次側のインピーダンスが大きく変化せず、安定した分圧比が得られるものが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、環境特性に影響を受けず、高精度で主回路電圧を測定する光電圧測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光電圧測定装置は、主回路導体と、前記主回路導体を絶縁支持するとともに、接地部材に固定された誘電体と、前記誘電体内に埋め込まれた埋め込み電極と、前記埋め込み電極に接続された前記主回路導体の電圧を測定するための電気光学素子とを備え、前記電気光学素子には、前記主回路導体と前記埋め込み電極間、および前記埋め込み電極と前記接地部材間で形成される静電容量比で分圧された電圧が印加されることを特徴とする。

本発明によれば、一次側静電容量と二次側静電容量とを同一の絶縁材料で形成し、これらの静電容量比で分圧した電圧を電気光学素子に接続しているので、静電容量比が温度、湿度などの環境特性に影響を受けず、高精度に主回路電圧を測定することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る光電圧測定装置を図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る分圧器として機能する絶縁スペーサの断面図である。なお、図１において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。

図１に示すように、ガス絶縁開閉装置の主回路導体１は、コーン形絶縁スペーサ２に支持固定され、筒状の接地電位のタンク（接地部材）３に対して絶縁されている。絶縁スペーサ２は、エポキシ樹脂を注型して形成された第１の誘電体４で構成されている。また、タンク３側の第１の誘電体４内には、環状の埋め込み電極６が埋め込まれている。外周端部の両端には、環状の埋め込み金属７が設けられ、タンク３端と気密に固定される。タンク３内には、絶縁ガスが充填されている。

埋め込み電極６には、ＢＧＯ、ＢＳＯなどの単結晶を用いた電気光学素子２０の一方端が接続され、電気光学素子２０の他方端は接地されている。電気光学素子２０には、光源駆動装置２１、発光ダイオードなどの光源２２、光ファイバー２３、送光コリメータ部２４、入射光を直線偏光に変換する偏光子２５、直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板２６を介して電圧を測定するための測定光（光信号）が入射される。

電気光学素子２０では、入射された円偏光を電界強度の大きさに応じて楕円光に変換し、出射する。測定光は検光子２７を透過し、一偏光成分のみが出射される。そして、受光コリメータ部２８で光ファイバー２９に導かれ、検出器３０に送られる。検出器３０では、測定光を電気信号に変換し、電子回路３１で被測定電圧が演算される。送光コリメータ部２４から受光コリメータ部２８までは、電界の影響を除去するシールドケース３２内に収納される。

絶縁スペーサ２では、主回路導体１と埋め込み電極６間に一次側静電容量１０が形成され、埋め込み電極６とタンク３間に二次側静電容量３３が形成される。このため、電気光学素子２０には、一次側静電容量１０と、電気光学素子２０自身の静電容量と二次側静電容量３３との合成容量とで分圧された電圧が印加される。

ここで、電気光学素子２０の静電容量は二次側静電容量３３と比べて格段に小さく、分圧比は二次側静電容量３３でほぼ決定される。これは、電気光学素子２０の比誘電率がエポキシ樹脂よりも大きいのにも係らず、埋め込み電極６とタンク３間の電極配置が同軸電極配置であり、対向する電極面積が電気光学素子２０よりも格段に大きくなるためである。直径３００ｍｍ程度の絶縁スペーサ２で、電気光学素子２０と二次側静電容量３３との静電容量比は１００倍以上となる。

これにより、一次側静電容量１０と二次側静電容量３３との静電容量比で分圧された電圧が電気光学素子２０に印加され、主回路電圧を測定することができる。一次側静電容量１０と二次側静電容量３３とは、同一のエポキシ樹脂で形成されており、温度変化に伴う静電容量の変化が同様となる。また、タンク３内は、所定の低湿度で一定に保たれるので、湿度の影響を受けることはない。即ち、一次側静電容量１０と二次側静電容量３３とは同一の環境下に曝されることになる。なお、一次側静電容量１０には、絶縁ガス中の浮遊静電容量が加算されるが、上述と同様に、環境特性に左右されることはない。

上記実施例１の光電圧測定装置によれば、エポキシ樹脂よりなる第１の誘電体４内に埋め込み電極６を埋め込み、電気光学素子２０に印加される電圧を、同一のエポキシ樹脂で形成される一次側静電容量１０と二次側静電容量３３とで分圧しているので、静電容量比が温度、湿度などの環境特性に影響を受けず、高精度で主回路電圧を測定することができる。

次に、本発明の実施例２に係る光電圧測定装置を図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る分圧器として機能するポストスペーサの断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、分圧器として機能する絶縁物である。図２において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図２に示すように、カップリング３５で連結された主回路導体１は、エポキシ樹脂からなる第１の誘電体４で形成されたポストスペーサ３６で支持固定されている。第１の誘電体４には、カップリング３５側に主回路側埋め込み金属３７が埋め込まれ、タンク３側に筒状の接地側埋め込み金属３８が埋め込まれ、タンク３に固定されている。また、接地側埋め込み金属３８の略中央部には、主回路電圧を分圧させるための円柱状の埋め込み電極３９が埋め込まれている。埋め込み電極３９には、電気光学素子が接続される。

これにより、主回路側埋め込み金属３７と埋め込み電極３９間で一次側静電容量４０が形成され、また埋め込み電極３９と接地側埋め込み金属３８間で二次側静電容量４１が形成され、主回路電圧が分圧される。埋め込み電極３９と接地側埋め込み金属３８間は同軸電極配置であり、一次側静電容量４０よりも二次側静電容量４１が大きくなる。これらの静電容量４０、４１は、同一の絶縁材料である第１の誘電体４で形成され、同一の環境下で用いられるので、環境特性に影響を受けることはない。

上記実施例２の光電圧測定装置によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施例では、第１の誘電体４を一般的なエポキシ樹脂を用いて説明したが、シリカなどの無機材料を充填すれば、温度特性を緩和することができる。また、混合比により比誘電率の調整が容易となり、静電容量の選択幅を増やすことができる。更に、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂など電気機器に適用される他の絶縁材料も用いることができる。

また、管理された電気室などで使用され、汚損湿潤などでの沿面漏れ電流が無視できる場合には、気中においても適用することができる。即ち、一次側静電容量１０、４０と二次側静電容量３３、４１とが同一の絶縁材料で形成され、同一の環境下で使用し、沿面絶縁耐力が優れている場合には主回路電圧を精度よく測定することができる。

本発明の実施例１に係る分圧器として機能する絶縁スペーサの断面図。 本発明の実施例２に係る分圧器として機能するポストスペーサの断面図。 従来の分圧器として機能する絶縁スペーサの断面図。

符号の説明

１ 主回路導体
２ 絶縁スペーサ
３ タンク
４ 第１の誘電体
５ 第２の誘電体
６、３９ 埋め込み電極
７、３７、３８ 埋め込み金属
８ 二次側コンデンサ
９ 検出インピーダンス
１０、４０ 一次側静電容量
１１ 一次側体積抵抗
２０ 電気光学素子
２１ 光源駆動装置
２２ 光源
２３、２９ 光ファイバー
２４ 送光コリメータ部
２５ 偏光子
２６ １／４波長板
２７ 検光子
２８ 受光コリメータ部
３０ 検出器
３１ 電子回路
３２ シールドケース
３３、４１ 二次側静電容量
３５ カップリング
３６ ポストスペーサ

Claims (4)

1. 主回路導体と、
   前記主回路導体を絶縁支持するとともに、接地部材に固定された誘電体と、
   前記誘電体内に埋め込まれた埋め込み電極と、
   前記埋め込み電極に接続された前記主回路導体の電圧を測定するための電気光学素子とを備え、
   前記電気光学素子には、前記主回路導体と前記埋め込み電極間、および前記埋め込み電極と前記接地部材間で形成される静電容量比で分圧された電圧が印加されることを特徴とする光電圧測定装置。
2. 前記主回路導体と前記埋め込み電極間、および前記埋め込み電極と前記接地部材間で形成される静電容量が同一の環境下に曝されることを特徴とする請求項１に記載の光電圧測定装置。
3. 前記埋め込み電極と前記接地部材とは、同軸電極配置であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電圧測定装置。
4. 前記誘電体は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光電圧測定装置。

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