JPH03191871A - ガス絶縁開閉装置内の電圧測定装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、所定の外部半径Ｒ２を有する円筒密閉容器内
に同軸に配置された所定の外部半径Ｒ１を有する相を絶
縁されたバス、即ち電流搬送バスを有するガス絶縁開閉
装置内の電圧測定装置に関する。

（従来技術） 従来、ＧＩＳ装置と略称されるガス絶縁開閉装置内の電
圧と電流の測定は、通常誘導測定変換器を使用して行わ
れる。従来の測定方法は、刊行物「グランドクール、・
デル・メステクニック■」（基礎度量衡コースＩ）　、
Ｌ、メルク、Ｒ，オルデンブルグ・ベルラック、ミュン
ヘンウィーン、１９６８．１５５−１６０ページ（”Ｇ
ｒｕｎｄｋｕｒｓ　ｄｅｒ　ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋｌ
”（Ｂａｓｉｃ　ＭｅＬｒｏｌ−ｏｇｙ　Ｃｏｕｒｓｅ
　　Ｉ　）　、Ｌ、　Ｍｅｒｚ、　Ｒ，Ｏｌｄｅｎｂｏ
ｕｒｇＶｅｒｌａｇ、　Ｍｕｎｉｃｈ−Ｖｉｅｎｎａ　
％　１９６８　）に記載されている。

このような用途の場合、従来の検出素子は非常に容積が
大きく、これは装置の測定用変換器の必要とされる複雑
な電気的絶縁を行っていなかった。

電流と電圧のような電気量を測定するための多くの光学
的検出素子が最近開発されてきている。

光ファイバー検出素子は、特にこの点でユーザの使い勝
手がよいものである。下記の刊行物は、これとの関連で
重要である。

電圧測定の場合： に、ボーネルト（Ｋ　、Ｂｏｈｎｅｒｔ）、Ｊ、ネーリ
ンク（Ｊ　、　Ｎｅｈｒｉｎｇ）による欧州特許出願第
０．３１６．６１９Ａ　１号：逆圧電効果によって測定
される電界の指向性成分。

Ｒ，ダンドリソカ（Ｒ、Ｄａｎｄｌｉｋｅｒ）によるス
イス特許第６５９．３２９Ａ５号：サグナック（Ｓａｇ
ｎａｃ）干渉計の検出するガラスファイバ内で電流の引
き起こすファラデー効果。

Ｆ、マイスター（Ｆ　、　Ｍａｙｓｔｒｅ）、Ａ、バー
ソルズ（Ａ　、　Ｂｅｒｔｈｏｌｄ）によるスイス特許
出願第３２４６／８８−９号：電流の周囲を正確に一回
転するせん状ファイバの電流検出素子。

Ａ、パップ（Ａ、　Ｐａｐｐ）　、Ｈ，ハームス（Ｈ、
Ｉｌａｒｍｓ）による応用光学１９号（１９８０）３７
２９ページ記載の「磁気光学的電流用変成器」：偏光方
式の理論による光学的電流検出素子。

Ｓ、Ｃ，ラシレイ　（Ｓ　、　　Ｃ、Ｒａｓｈｌｅｉｇ
ｈ）、Ｒ，ウルリヒ（Ｒ、Ｕｌｒｉｃｈ）による応用物
理学レター３４号（１９７９）、７６８ページ記載の１
複屈折ファイバを用いる磁気光学的電流検出」。

Ｄ、Ａ、ベイン（Ｄ　、　Ａ　、　Ｐａｙｎｅ）他によ
る量子エレクトロンＱＥ−１８（１９８２）、４７７ベ
ージＩＥＥＥ　　Ｊ、記載の［低及び高複屈折光学的フ
ァイバの開発」。

Ｊ、Ｎ、ロス（Ｊ、　Ｎ、　Ｒｏｓｓ）による光学的及
び量子エレクトロニクス１６号（１９８４）、４５５−
４６１ページ記載の「幾何学効果による低複屈折モノモ
ード光ファイバにおける極性の回転」。

従来型でない光学的検出素子によって、コンパクトな設
計と固有の電気的絶縁が提供される。更に、それらは、
混乱要素となる電気的、磁気的影響をあまり受けること
はない。このため、これらはＧＩＳ装置に使用するのに
適している。しかし、どのようにして光学的検出素子を
ＧＩＳ装置内に都合よく集積するかはこれまでは明らか
になっていない。

（発明の概要） 従って本発明の目的は、従来型でない測定用変換器と共
に動作する最初に述べたタイプの新規な装置を提供する
ことである。

本発明によれば、この目的は、少なくとも３つの同一の
圧電検出素子のエレメントを有する光学的ファイバ電圧
変換器が設けられた場合に達成され、これらの圧電検出
素子のエレメントは、基本的に同一の角度にある密閉容
器内で、バスの軸からの内部半径Ｒ２に一致する距離で
構成される。

本発明によるこの構成の利点は高い測定精度が保証され
ることにあるが、その理由は、密閉容器に対するバスの
小さな変位（例えば、熱的変形）が都合よく平均化され
るからである。

有利な一実施例によれば、上記の少なくとも３つの検出
素子のエレメントが、例えばアルミ製の独立した金属リ
ングに取り付けられ、このリングは密閉容器内に挿入さ
れうると共にその密閉容器と同じ寸法の内部半径を有す
る。いわゆる分離リングは、金属リングとして特に適し
ている。これは、測定用の構成がモジュールであり、既
知の設計のＧＩＳ装置に何らの問題を生じることなく取
り付は可能であるという利点を有している。

圧電検出素子のエレメントは、ディスクの形態を有する
ことが望ましく、その周囲にはグラスファイバが巻いで
ある。この構成では、圧電物質の結晶配向は、ディスク
の垂直線（ｄｉｓｋ　ｎｏｒｍａｌ）に対して平行な１
つの場の成分のみがグラスファイバの長さを変化させる
ように固定される。このディスクは水晶によって構成さ
れることが望ましく、２回対称旋光軸（２−ｆｏｌｄ　
ａｘｉｓ　ｏｆ　ｒｏｔａｔｉｏｎ）はディスクの垂直
線に対して平行である。この検出素子は、その結果、密
閉容器内部の放射状の場（ｆｉｅｌｄ）の成分に対して
最適化される。従って、電界強度と検出素子の信号との
間には、単純かつ十分定義された関係が存在する。

発生する可能のある絶縁ガスの浸潤性のある分解しやす
い生成物から検出素子のエレメントを保護するため、こ
れらの検出素子のエレメントは保護物質によって取り囲
まれることが望ましい。

本発明の好適な実施例によれば、この目的のために水晶
のディスクとグラスファイバが管状の鎧装内パンクされ
、これは粉末状のソーダ石灰で満たさる。ＨＦを吸着す
る性質を有するＡｌ２Ｏ２をこのソーダ石灰に更に付加
することが可能である。

もし、金属リングの外部表面に沿った溝の中の個々の検
出素子エレメントの間に位置するセクションがこのグラ
スファイバに設ければ、これらのセクションは好ましく
ない腐食から効果的に保護される。

電流検出素子を金属リング内に追加して設けた実施例が
、特に好適である。この目的のため、検出素子のファイ
バが適当なプラスチック・コイルに巻かれるが、このコ
イルは密閉容器の内部半径に基本的に一致する半径を有
する。前記のファイバは金属リング内に固定される。適
度な測定装置が、検出素子のファイバに照射されたレー
ザ光の左回りに偏光された成分と右回りに偏光された成
分との間の位相差に基づいて電流を決定する。このよう
にして非常にコンパクトな電圧と電流の測定用の構成が
入手可能になる。

もしも、ファラデー効果が偏光測定によって測定されれ
ば、光学的ファイバによる電！変換器に対する技術的な
要求は比較的小さい。

若干異なった実施例の場合、検出素子コイルを金属リン
グの外側に設ける。反転した電流は従って金属リングを
流れることができないが、これは検出素子コイルの周囲
に流れなければならない。

腐食の問題はこの方法で最初から避けることが可能にな
る。

その他の有利な実施例は、以下の特許請求の範囲の全体
から得ることができる。

（実施例） 本発明のより完全な理解とその利点の多くは、添付図面
と関連して以下の詳細な説明を参照することにより、容
易によりよく理解することができる。

図面全体を通して図面中で使用されている同一の参照番
号は同一または対応する部品を示し、特に本発明の好適
な実施例は、第１図と第２図に示されている。この実施
例の場合、電圧と電流の両方が検出される。

外部半径Ｒ１を有する電流搬送バス２は、軸１と同軸に
構成されている。軸１と同様に同軸である円筒形密閉容
器３によって、バス２が外部から隔離されている。これ
は所定の内部半径Ｒ２を有する。−船釣にＳＦ６である
絶縁ガス４はバス２と密閉容器３との間の隙間に充填さ
れている。

特に好適な実施例によれば、電流と電圧の測定に必要な
光学的検出素子を収容する金属リング５は、密閉容器３
の中に挿入される。これはアルミによって構成されるこ
とが望ましいが、その理由は、アルミは搬送が簡単で、
内部半径が大きくても取り付けが容易であるからである
。

３つの同一の圧電検出素子エレメント６ａ。

６ｂ、６ｃを電圧測定用に設ける。検出素子ニレメンｆ
−６ａは、第１図に断面で示す。第２の検出素子エレメ
ントは只図示するだけに止どめる。これらの検出素子エ
レメント６ａ、６ｂ、　６ｃは、軸１から離れである距
離に構成され、この距離は基本的に内部半径Ｒ２と一致
する。本実施例では、これらの検出素子エレメントは金
属リング５に取り付ける。これらの検出素子エレメント
は、互いに同じ角度、すなわち本実施例では１２０６ず
つ離れている。

これらの検出素子エレメント５ａ、５ｂ、５ｃは、ディ
スク１３の形状を有することが好ましく、このディスク
の周囲にはグラスファイバ７ａを巻く。このディスク１
３は、圧電材料によって構成され、この材料の結晶配向
は、ディスクの垂直線と平行な電界の方向成分のみに外
周の長さを変化させるように固定される。したがって、
これらの検出素子ニレメン１−６ａ、６ｂ、６ｃは、半
径方向（軸重に対して）のディスクの垂直線に向けなけ
ればならない。

もしディスク１３が水晶によって構成されるならば、結
晶の２回対称旋光軸は、このディスクの垂直線と平行で
なければならない。

これらの検出素子エレメント５ａ、５ｂ、６Ｃは、直列
に接続される。−例として、この目的のためにはグラス
ファイバ７ａは、３つの圧電ディスクに対して３つのセ
クションを形成する距離に固定される。これらの個々の
ディスクの外周の長さの変化は、グラスファイバ７ａの
長さの変化を意味する。測定装置８ａによって、グラス
ファイバ７ａにレーザ光が接続され、交番電界Ｅによっ
て生じる周期的な位相のシフトを検出する。理想的な円
筒型の対称性が与えられた場合、交番電界Ｅと電圧Ｕと
の間に以下の関係を有することは周知である。

Ｅ’＝Ｕ／Ｒｚ　　ｌ　ｎ　（Ｒｚ　／Ｒｔ　）　　　
　（１）Ｂは検出素子エレメントに関する電界（距離Ｒ
２） Ｕはバスの電圧。

全ての検出素子エレメントが信号全体に同一の重み付け
を与えるために、これらのセンサは幾何的な寸法（ディ
スクの直径、グラスファイバの巻数等）と結晶の配向の
いずれも同一でなければならない。

有利な実施例によれば、結合グラスファイバ７ａは、金
属リング５の外面に沿った溝９中を１つの検出素子エレ
メントから隣の検出素子エレメントに導かれる。この方
法で、絶縁ガス４の浸潤性のある解離生成物による腐蝕
の影響を少なくすることができる。同様に、検出素子エ
レメントを適当な保護層１０ａ、ＩＯｂ、１０ｃで包み
、これらの検出素子エレメントを全ての可能性のある腐
食からも保護することは、価値のあることである。

絶縁ガスとしてのＳＦ、をしようする場合、例えば、水
蒸気と結合して望ましくないフッ化水素酸の蒸気に変化
するＳＦ、が分解しやすい生成物として発生する。この
場合、保護層１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、特に水晶には
不可欠である。本発明の好適な実施例によれば、この目
的のために水晶ディスクとグラスファイバは、粉末のソ
ーダ石灰を充填した管状の鎧装中に納められる。ここで
もし、ＨＦの蒸気がこの鎧装に浸透するならば、この蒸
気はソーダ石灰と反応しＮａＦが生成されるのは避けら
れない。さらに、ＨＦを吸着する特性を有するＡｌ２Ｏ
，をソーダ石灰に加えることができる。

圧電検出素子エレメントによって電界を測定すること自
体は、最初に引用した欧州特許出願番号第０．３１６，
６１９Ａ　１号によって周知である。原理的には、ここ
で説明された全ての圧電センサは本発明に適している。

しかし、全ての板状およびディスク状検出素子エレメン
トは、グラスファイバと垂直に作用する場のみを検出す
ることに優位である。この種の検出素子エレメントは、
半径方向の長さが短く、密閉容器の内側の場の拡散を妨
げないので有利である。

本発明による構成の場合、有利な方法によって電流の検
出素子を別に集積することができる。ここでの基本的な
点は、実質的に空間要件または取り付けのコストを上昇
させないで光学的電流検出素子を同じ金属リングに収容
することができる。

電流測定の場合、測定すべきバス電流が磁界を発生する
という事実を使用し、検出素子のファイバに導かれるレ
ーザ光に対するファラデー効果によって動作する。この
ファラデー効果は、導かれるレーザ光の右回りに偏光さ
れた成分と左回りに偏光された成分との間の位相シフト
δを発生することが周知で、以下の式で与えられる。

δ−２ＶＮ　ｒ　　　　　　　　　　　　（ＩＩ）ここ
で、■はベルデ定数。

Ｎはバスの周囲に巻いた検出素子のファイバの数。

Ｉはバスの電流。

第１図はこの別の集積電流検出素子を示す。例えば正確
に巻数Ｎ＝３の検出素子のファイバ１２がプラスチック
・コイル１１に取り付けられる。

この種の検出素子のコイルは、基本的に巻線の正確な形
状とバスに対するその位置と無関係に電流測定を行う。

断面から見れば、このプラスチック・コイル１１は、そ
の縁で、正確に金属リング５とぴったり合う。

必要なレーザ光は測定装置８ｂによって供給され、適当
なグラスファイバ７ｂによって検出素子のファイバに導
かれる（第２図）。好適な実施例によれば、測定装置８
ｂは旋光分析法によって偏光の旋光を評価する。このよ
うな旋光分析測定装置の詳細は、最初に引用したＡ、パ
ップ、Ｈ，ハームスによる刊行物「磁気光学電流変成器
」に見るこ・とができる。

検出素子のファイバを鏡の一端に設けることが有利であ
り、その結果グラスファイバをリードとして１本のみ設
けることが必要であり、レーザ光が検出素子のファイバ
を２回通過する（鏡までの往復）。レーザ光を供給する
グラスファイバに接続し、またはこれから取り出すのに
適した構成は、それ自体非常によく知られている。

旋光分析検出の代わりに、ザグナソク干渉計の原理によ
る検出もまた適している。例えば、この種の電流変換器
は、最初に例示したスイス特許番号筒ＣＨ６５９，３２
９Ａ　５号によって周知である。検出素子のコイルに巻
かれた検出素子のファイバとは別に離して、これは、雑
音のない、光ファイバ・リード、および位相シフトδを
測定するための干渉検出（ヘテロダイン検出）用の測定
装置によって構成される。

各光ファイバ電流変換器の中心部品は、検出素子のファ
イバであり、これは検出素子のコイルに巻かれる。この
中心部品は、定義された条件を正確に満たさなくてはな
らない。特に、以下の種類は特に本発明の検出素子のフ
ァイバとして適する。

低直線複屈折率を有するグラスファイバ（例えば、最初
に述べたＲ、Ｃ，ラシレイによる刊行物を参照のこと）
。これはまず機械的に撚られ、次いでプラスチック・コ
イルに粗く巻かれる。

高い固有の複屈折率を有するグラスファイバ（例えば、
最初に取り上げたり、　Ａ、　Ｐａｙｎｅ等による業績
を参照のこと）。このグラスファイバの場合、直線複屈
折率の光軸はグラスファイバに沿って均一に回転する。

このファイバはプラスチック・コイルに粗く巻かれる。

光が螺旋状に導かれるグラスファイバ（例えば、最初に
のべたＪ、Ｎ、ロスによる刊行物を参照のこと）。この
グラスファイバはプラスチック・コイルに一回巻かれる
。

電流測定の別の可能性が、例えば、 Ｆ、マイスタ、Ａ、ベルソルド（Ｆ、　Ｍａｙｓｔｒｅ
　。

Ａ、　Ｂｅｒｔｈｏｌｄｓ）による刊行物によって周知
のような、ファブリ・ペロー光ファイバ形式の電流変換
器を使用することによって示される（従来技術に関する
引例を参照のこと）。この種の電流変換器の特徴は、バ
スの周囲を正確に一周し、約３０゜の螺旋角度を有する
螺旋形式の検出素子のファイバにある。原則的に、本実
施例は通常の検出素子のコイルよりも軸方向に多くの場
所を取ることが明らかである。

本発明に適するがそれ自体は周知である電流変換器を概
観した後、さらに本発明の別の実施例を簡単に説明する
。

電流変換器の検出素子のファイバはプラスチック・コイ
ルに無条件で巻く必要はなく、また金属リングすなわち
密閉容器内に収容する必要もない。

ある環境では、密閉容器の外側、すなわちこれの周囲に
検出素子のファイバを巻くことも可能である。

第３図は、対応する実施例を示す。検出素子のファイバ
１２は、検出素子のコイルに対して金属リング５の外側
に巻かれる。絶縁リング１５が金属リング５と密閉容器
３との間に挿入される。さらに、少なくとも１つの導体
１４が設けられ、これは検出素子のファイバ１２の周囲
の外側に反転した電流を導く。この金属リング５は、信
頼性のある電圧測定を維持するために適切な接続によっ
てアース電位に保つことが可能である。

このようにして、絶縁ガスのいずれかの種類の浸潤性の
ある分解生成物による浸蝕を検出素子のファイバが受け
ることを最初から避けることができる。この実施例に対
する必須条件は、通常密閉容器に流れる反転した電流は
検出素子のコイルの内側を流れることはできないが、適
当な１つ以上の導体によって外側の周囲に導かれること
である。

独立した金属リングの代わりに、ＧＩＳ装置のハウジン
グの既に存在する分離リングをまた本発明の目的のため
に変換することができる。この種の分離リングは、密閉
容器の個々の管の間の接続として必要である。

以下に使用する圧電検出素子エレメントの数について言
及する。経済的な理由で、数は可能なかぎり少なくする
ことが望ましい。−船釣に、１２０°離して構成された
３つの検出素子エレメントで十分である。したがって、
このような実施例が特に好適である。しかし、もし検出
されるべきが比較的弱い場合、電圧変換器の感度は数を
増やすことによって改善することができる。例えば、研
究所用に６つの検出素子エレメントが使用されて成功し
た。

必要な冗長すなわち制限された誤差補正という観点から
、本発明は例えば、２つの電圧変換器と２つの電流変換
器によって構成することもできる。

この場合、例えば、２つの電圧変換器の圧電検出素子エ
レメントはそれぞれ３つあり、互いに６０°の角度で回
転され、金属リングに取り付けることが好ましい。冗長
要件によって決められるが、電子回路（測定装置）は、
−重で（適切な補足と共に）または同様に二重で実施す
ることができる。

最後に、本発明は、ＧＩＳＶ置中の電圧を監視し好まし
くは電流も監視し、非常にコンパクトな設計で、検出素
子システムの電気的絶縁が測定点と固有であり、電磁干
渉がなく、現在の信号通信システムと信号処理システム
との互換性が大きい構成を作り出すということができる
。

本発明の多くの変形と変更が可能であることが、上述の
技術に照らして明らかである。したがって、添付の請求
項の範囲から逸脱することなく、ここで特定して説明し
た以外に本発明を実施することが可能であることを理解
しなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電圧と電流を測定する装置全体の軸断面を示
す。 第２図は、電圧を測定するための装置の断面を示す。 第３図は、電流と電圧を測定するための装置の軸断面を
示し、この場合電流測定用の検出素子柱は密閉容器の外
に取り付けられている。 ■・・・・・・軸、　　　　　　２・・・・・・パス、
３・・・・・・密閉容器、　　　　４・・・・・・ガス
、５・・・・・・金属リング、 ６ａ、６ｂ、６ｃ・・・・・・検出素子エレメント、７
ａ、７ｂ、７ｃ・・・・・・グラスファイバ、８ａ、８
ｂ・・・・・・測定装置、 ９・・・・・・溝、 ｔｏａ、ｉｏｂ、ｌ　Ｏｃ　−・−・保護層、１１・・
・・・・プラスチック・コイル、１２・・・・・・検出
素子のファイバ、３・・・・・・ディスク、 ５・・・・・・絶縁リング。 ４・・・・・・導体、 ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の外部半径Ｒ＿２を有する円筒密閉容器内に同
   軸に配置された所定の外部半径Ｒ＿１を有する相を絶縁
   されたバス、即ち電流搬送バスを有するガス絶縁開閉装
   置内の電圧測定装置おいて、前記装置は： ａ）少なくとも３つの同一の圧電検出素子エレメントを
   有する光ファイバ電圧変換器； ｂ）前記の密閉容器中の前記のバスの軸から内部半径Ｒ
   ＿２に一致する距離に基本的に構成された前記の圧電検
   出素子エレメント；及び ｃ）同一の角度；によって構成されることを特徴とする
   装置。 ２、少なくとも３つの検出素子エレメントが、前記密閉
   容器に挿入でき、前記密閉容器と同じ寸法の内部半径を
   有する独立した金属リング取り付けられることを特徴と
   する請求項１記載の装置。 ３、前記の検出素子エレメントの各々はディスクの形状
   を有し、この周囲にはグラスファイバが巻かれ、これら
   の検出素子エレメントは圧電材料によって構成され、こ
   の材料の結晶配向はディスクの垂直線と平行な１つの場
   の成分のみがグラスファイバの長さを変化させるもので
   あることを特徴とする請求項１記載の装置。 ４、前記圧電材料は水晶であり、旋光の２回対称軸が前
   記のディスクの垂直線と平行であることを特徴とする請
   求項３記載の装置。 ５、検出素子エレメントの間にあるグラスファイバのセ
   クションが前記金属リングの外面に沿った溝に収容され
   ることを特徴とする請求項２記載の装置。 ６、正確に３つの圧電検出素子エレメントが設けられ、
   これらの圧電検出素子エレメントが直列に接続されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の装置。 ７、電流測定の目的のため、光ファイバ電流変換器が別
   に設けられ、前記の電流変換器の検出素子コイルは基本
   的に内部半径Ｒ＿２と一致する半径を有し前記バスと同
   軸に配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。 ８、前記電流変換器の測定装置は旋光分析的にファラデ
   ー効果を検出することを特徴とする請求項７記載の装置
   。 ９、前記検出素子コイルは密閉容器を外側から取り囲み
   、密閉容器中を流れる反転した電流は別の導体によって
   検出素子コイルの周囲の外側に導かれることを特徴とす
   る請求項７記載の装置。 １０、前記の検出素子コイルはプラスチック・コイルの
   周囲に正確にＮ回巻いた検出素子ファイバによって形成
   され、Ｎは正の整数であることを特徴とする請求項７記
   載の装置。