(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分的放電の測定によるガス絶縁高電圧電気開閉器の監視装置であって、
前記ガス絶縁高電圧電気開閉器は筐体（１１）を含み、
前記監視装置は、
前記筐体（１１）の壁に固定される金属板（１３）と、
前記筐体内に突出する張り出し部位がカバーにより閉じられ、本記のように形成されるコニカルアンテナに対する地板として機能を果たす前記金属板（１３）を貫通するブッシング（１４）へ他端が開口する、金属の円錐形部位（１２）と、
前記ブッシング（１４）に接続されるとともに、同軸ケーブルを介して前記ブッシング（１４）を測定及び表示装置に接続可能とするコネクター（１５）と、
を有する電界センサー（１０）を含み、前記電界センサー（１０）が、前記ガス絶縁高電圧電気開閉器の前記筐体（１１）に存在する開口（１６）に固定されること、
を特徴とする。
【請求項２】
前記カバーが球面の形状を有する、
請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
前記カバーが平らな形状を有する、
請求項１に記載の監視装置。
【請求項４】
前記センサー（１０）のインピーダンスと、前記ブッシング（１４）のインピーダンスと、前記同軸ケーブルのインピーダンスとが、同じである、
請求項１に記載の監視装置。
【請求項５】
前記円錐形部位（１２）により形成されるコーンの円錐角Φが、10°から47°である、
請求項１に記載の監視装置。
【請求項６】
前記センサー（１０）の高さｈが、20mmから250mmである、
請求項１に記載の監視装置。
【請求項７】
前記センサー（１０）が、前記金属板（１３）に固定される、
請求項２に記載の監視装置。
【請求項８】
前記ブッシング（１４）が、絶縁スリーブ（１４ａ）と内部導体（１４ｂ）とを含む、
請求項１に記載の監視装置。
【請求項９】
前記絶縁スリーブ（１４ａ）が、前記内部導体（１４ｂ）よりも長く、前記円錐形部位（１２）の接続及び固定を可能とする、
請求項８に記載の監視装置。
【請求項１０】
前記センサーの中心周波数に対応する波長をλとした場合、長さλ/4の伝送線路を介して、前記コネクター（１５）及び前記同軸ケーブルの接続端（１７ａ）に並列接続される、短絡回路部品（１９）を含む、
請求項９に記載の監視装置。
【請求項１１】
前記コネクター（１５）と前記同軸ケーブルの前記接続端（１７ａ）とに並列接続される抵抗を含む、
請求項１０に記載の監視装置。
【請求項１２】
全ての信号伝送部品が、同じインピーダンスを有する、
請求項１１に記載の監視装置。
【請求項１３】
信号伝送及び制御機器に接続される請求項１から１２のいずれか１項に記載の監視装置を少なくとも一つ利用する、
ガス絶縁高電圧電気開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部分的放電の測定によるガス絶縁高電圧電気開閉器の監視装置に関し、また、該監視装置を用いたガス絶縁高電圧電気開閉器に関する。 
【０００２】
本発明の分野は、例えば、六フッ化硫黄等のガスにより絶縁された、電気的に遮蔽された開閉器の監視に関する。
【背景技術】
【０００３】
部分的放電の測定によるガス絶縁高電圧開閉器の監視は、広く用いられている。しかしながら、現在、低価格で高利得な、広帯域幅の、例えば100メガヘルツ（MHz）から2ギガヘルツ(GHz)のセンサーの要望がある。また、極超短波（UHF）信号と電力周波数信号とを同時に測定する要望もある。
【０００４】
特許文献１（説明の末尾を参照）は、ガス絶縁電気開閉器において部分的放電により生じる電圧パルスを容量分圧器により測定する装置を記載しており、この装置は、電気開閉器の既存の開口に配置される。この装置は円錐形であり、円盤状の電極と、電気開閉器の固定フランジに組み込まれるプレートとを含む。その特徴は、フランジと電極との間のキャパシタンスと、電気開閉器内部の導体と電極との間のキャパシタンスと、フランジと電極とを接続する部品の直径の比である。電極は、開閉器の筐体内部には突出しない。特有の固定フランジの利用は、この種の測定装置が環境に影響される、ということを示している。ここで、この種の特有のフランジは、経済的でもなければ、旧来の電気開閉器の改良に対して有効でもない。
【０００５】
ガス絶縁電気開閉器の筐体に直接組み込まれる、他の従来技術のセンサーは、メンテナンスまたは修理の際に、筐体全体の改修を要する。
【０００６】
電磁波伝送の分野では、ダイポールまたはモノポールのコニカルアンテナは、良好な広帯域アンテナであることで知られている。その入力インピーダンスは、円錐角を変えることで変化可能である。円錐の長さは、低周波に対する感度を規定する。非特許文献１は、平らな無限地板上で、アンテナの近接場に金属障害物がない状態で用いられる場合の、そのようなアンテナの作り方を示している。
【０００７】
非特許文献２は、そのようなセンサーは、オイルが充填された電力変圧器で利用可能である、という結論をまとめている。100ミリメートル（mm）の長さを有するセンサーが、変圧器に最適であるものとして提案されている。円錐角は、抜き弁の寸法のために、7°に制限される。その結果、このような小さい円錐角では、モノポールアンテナと比較した場合、広帯域効果は最低限である。
【０００８】
ガス絶縁開閉器の内部への適用に対しては、地板として、ガス絶縁開閉器の円筒状の開口を利用することが有利である。残念なことに、そのような条件下では、アンテナ環境内のガス絶縁開閉器に他の金属部位（例えば、電流導体、フランジ及び開口窓、接地開閉器等）が存在することから、非特許文献１に示される式は利用できない。また、理想的ではない入力点及び高圧で機密構造が必要となる供給ラインも考慮に入れる必要がある。何種類かのガス絶縁開閉器に対しては、100mmの長さを有するセンサーは、それらの小型構造と、ガス絶縁開閉器内で観察される絶縁破壊電圧のため、長すぎる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、理論式が設計で利用できない場合であっても、コニカルアンテナが、ガス絶縁開閉器環境にどのようにして組み込まれるのかを示す。アンテナ環境（例えば、湾曲した地板）は、従来のアンテナ理論の閉じた形の式が利用できないほどの大きな影響を有することが示されている。測定値を取ることにより、センサー感度は円錐角により環境に適応可能であることが観察できるが、その結果は、収納部とセンサーのヘッドとの間の浮遊キャパシタンスの影響のために、非特許文献１で述べる理論式に適合しない。従って、円錐角は、理論的な基準に応じてではなく、最良の感度を得るために調整可能とされる。短く丸いセンサーヘッドを用いた、高電圧環境との最良の適合も、記載されている。
【００１０】
本発明の目的は、既知の先行技術の短所を軽減するとともに、例えば、100MHzから2GHzに亘って作動する、高感度の広帯域センサーを作ることであり、このセンサーは、商用周波数でコンデンサー型分圧器として同時に利用可能であり、ガス絶縁電気開閉器での利用によく適しており、センサーの部品の幾つかは、市販の安価な高周波部品である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、部分的放電の測定によるガス絶縁高電圧電気開閉器の監視装置であって、装置は、筐体を含むとともに、筐体の壁に固定される金属板と、筐体内に突出する張り出し部位がカバーにより閉じられ、本記のように形成されるコニカルアンテナに対する地板として機能を果たす金属板を貫通するブッシングへ他端が開口する、金属の円錐形部位と、ブッシングに接続されるとともに、同軸ケーブルを介してブッシングを測定及び表示装置に接続可能とするコネクターと、を有する電界センサーを含むこと、を特徴とする、装置を提供する。
【００１２】
様々な有利な実施形態では、センサーは、開閉器の筐体に存在する開口に固定されてもよい。カバーは、球面の形状または平らな形状を有してもよい。センサーのインピーダンスと、スリーブのインピーダンスと、接続ケーブルのインピーダンスとは、同じであってもよい。円錐形部位により形成されるコーンの円錐角は、10°から47°の範囲であってもよい。センサーの高さは、センサーのヘッド近くの誘電場の強度に応じて、20mmから250mmの範囲であってもよい。センサーは、金属板に固定されてもよい。ブッシングは、内部導体よりも長い絶縁スリーブを含んでもよく、円錐形部位の接続及び固定を可能とする。本発明の装置は、センサーの中心周波数に対応する波長をλとした場合、長さλ/4の伝送線路を介して、コネクター及びケーブルの接続端に並列接続される、短絡回路部品を含んでもよい。この装置は、コネクターとケーブルの接続端とに並列接続される抵抗を含んでもよい。センサー、ブッシング、コネクター、及びケーブル等の、全ての信号伝送部品は、同じインピーダンスを有してもよい。
【００１３】
また、本発明は、信号伝送及び制御機器に接続される上記のような装置を少なくとも一つ利用する、ガス絶縁高電圧電気開閉器も提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以下の利点を有する。
−本発明の装置の入力インピーダンスは、円錐形部位の円錐角を修正することにより、変えることができ、これは、入力における反射なしで、同軸ケーブルに対してのインピーダンスマッチングを可能とする。
−得られるコニカルアンテナは、非常に広い帯域幅を有する。周波数の上限はない。低周波帯域は、円錐形部位の高さによってのみ、制限される。
−本発明の装置の感度は、センサーの長さ及び円錐角Φの修正により、変えることができる。
−図１に示す本発明の第一の実施形態では、測定値から入力電界を計算するために利用可能な、非常に線形な装置が得られる。従って、この装置は、電界プローブとして利用可能である。
−センサーは、小さく、製造及び組み立てが簡単であり、旧来のガス絶縁電気開閉器の改良に特に良く適している。
−円錐形部位のカバーは、それが丸みを帯び、切削−旋削プロセスにより作られる場合、高電圧環境に対して良く適している。
−本発明の装置は、コンデンサー形分圧器として機能する、低周波または電力周波数（例えば50/60ヘルツ（Hz）及び高調波）で利用可能である。また、高周波でも利用可能である。UHF帯域でのみ利用される場合、低周波は、λ/4変成器によってコネクターで取り除かれても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の装置の第一の実施形態を示す。
【図２】本発明の装置の第二の実施形態を示す。
【図３】３層適用での本発明の装置の利用を示す。
【図４】UHF周波数の帯域における、λ/4変成器を備えた本発明の装置の利用を示す。
【図５】金属板を備えず、ガス絶縁電気開閉器に直接組み込まれた、本発明の装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
標準的なガス絶縁高電圧電気開閉器は、筐体１１に配置された少なくとも一つの導体を有する。この筐体は、特に監視装置を固定する開口（１６）と、窓とを含んでもよい。 
【００１７】
第一の実施形態の図１と、第二の実施形態の図２に示すように、本発明の装置は、高電圧電気開閉器の筐体の壁１１に固定されるように適用される金属板１３と、カバーで閉じられた張り出し部位と、他端に金属板１３を貫通するブッシング１４への開口とを備え、得られるコニカルアンテナに対する地板として機能を果たす金属の円錐形部位１２と、ブッシング１４に接続されるコネクター１５と、を含む、電界センサー（E−フィールドセンサー）１０を含む。このコネクター１５は、同軸ケーブルを介してブッシング１４を図示しない測定及び表示装置に接続するために用いられる。
【００１８】
図５は、センサー１０がガス絶縁電気開閉器（金属板なし）の筐体１１に直接固定される他の実施形態を示す。ブッシング１４のスリーブ１４ａ及び内部導体１４ｂは、リングを形成する。これらは、筐体１１の外側から埋め込み穴に押し込まれる。センサー１０は、筐体１１の内側から、ブッシング１４に固定される。内部導体１４ｂは、センサー１０にねじ込み可能な装着部位（図示せず）を有する。コネクター１５の内部部位１５ａは、内部導体１４ａと接触させるための弾性ピン１５ｂを備える。スリーブ１４ａと内部導体１４ｂの直径の比率は、この内部導体１４ｂに沿う一定の波動インピーダンスを維持するために、一定に保たれる。
【００１９】
これらの実施形態では、閉じた金属の円錐形部位１２が、通常ガス絶縁電気開閉器の筐体の半径方向に配置されるモノポールアンテナ（１２ａから１２ｃ）を形成する。
【００２０】
センサーは、溶接または鋳造フレームと対照的に、滑らかな表面で作られるため（すなわち、切削／旋削プロセスの結果として表面荒さが低い）、センサーの円錐形部位は、ガス絶縁電気開閉器の筐体の内部に突出し、このガス絶縁電気開閉器の内部導体により近くにあってもよい。センサー１０及び筐体の壁１１を貫通するブッシング１４は、測定同軸ケーブルのインピーダンスに適合される。
【００２１】
円錐形部位１２の円錐角Φは、10°から47°である。（地板１３に対する）センサーの高さｈは、20mmから250mmであり、ガス絶縁電気開閉器の筐体の内部のセンサーの位置と、最も近い高電圧導体からの距離とに応じる。センサー１０の感度は、円錐角Φおよび高さｈの変更によって影響され得る。
【００２２】
本発明の装置は、100MHzから2GHzの周波数に対して特に設計されているが、同時に、または個別に、電力周波数およびその高調波での利用に用いることも可能であり、その場合、コンデンサー型分圧器として機能する。
【００２３】
単相適用では、高さｈ（符号１２ｃ）は概して45mmであり、多少滑らかさに欠ける筐体の壁１１から最も近い高電圧導体までの距離は、略20mmに低減される。３相適用では、図３に示すように、筐体の中に相を運ぶ導体に応じて、高さｈ（符号１２ａ）ははるかに大きい。
【００２４】
円錐形部位１２のカバーの半径ｒは、少なくとも5mmに等しく、センサーから筐体の壁１１の最も近い接地部位までの距離Ｄは、この半径ｒよりも大きい。有利な一実施形態では、ガス気密ブッシング１４は、スリーブ１４ａと内部導体１４ｂとから成っている。スリーブ１４ａは、比誘電率εrが2から4の絶縁材料で作られている。内部導体１４ｂの直径は、通常6mmである。絶縁材料の直径は、ブッシング１４のインピーダンスとコネクター１５のインピーダンスとに依存する。ブッシング１４及びアンテナの入力点のインピーダンスは、特定の周波数での感度を最適化するための共振回路を形成するために異なってもよいが、ブッシング１４、高周波コネクター１５（例えばN型）、コニカルアンテナ１２及び同軸測定ケーブルの入力インピーダンスは、一般に50オームである。
【００２５】
図１に示す第一の実施形態のセンサー１０では、センサー１０の円錐形部位１２は、球面のカバーを備えた円錐形状を有し、その直径は、円錐形部位１２の円錐角Φとその高さｈとにより与えられる。この実施形態では、センサー１０の形状は、簡単なモノポールロッドアンテナにより形成される電界に適している。
【００２６】
図２に示すセンサー１０の第二の実施形態では、センサー１０の円錐形部位１２は、得られるアンテナの円錐形部位の拡大を可能とする、平らな球面のカバーで終端する。ブッシング１４のスリーブ１４ａは、ブッシング１４の内部導体１４ｂよりも長く、円錐形部位１２に達する。この実施形態では、スリーブ１４ａは円錐形部位１２を固定するために利用可能である。
【００２７】
図１から図３及び図５の接続手段の一実施形態では、同軸ケーブル（図示せず）がコネクター１５に接続される。この実施形態では、極超短波（UHF）信号及び商用周波数信号が同時に測定可能である。信号利得は、センサー１０の高さｈと角Φとにより影響される。
【００２８】
接続手段の他の実施形態では、センサー１０がUHF（極超短波）に対してのみ利用される場合、図４に示す高周波コネクター／アダプター１７、１８、１９、すなわち、標準高周波Ｔアダプター１７、規定長の伝送線路１８、および短絡路１９のセットを用いて、より低い周波数を取り除くことができる。ケーブル、アダプター／コネクター（例えばN-BNCアダプター）、または伝送線路であってもよい、伝送線路１８の長さは、短絡回路１９が低周波及び高周波で動作可能であり、センサーの中心周波数では動作しないように設計される。短絡回路１９とＴアダプター１７との間の伝送線路１８の長さは、中心周波数1GHz、標準的な50オームアダプター１７に対して、略20から30mmであり、１７ａはケーブルに対する接続端である。これら全ての部品１７、１８、及び１９は、容易に入手可能である。
【００２９】
接続手段の他の実施形態では、容易に入手可能な同軸抵抗出力接続（例えば50オームまたは75オーム抵抗））が、図４に示す伝送線路１８及び短絡回路１９の代わりに組み込まれてもよい。誘導低周波電圧は取り除かれないが、標準的な電圧測定または検出装置により処理され得る値に低減される。高周波に対しては、このような接続の利用は、抵抗値に応じて感度を低減する。50オームシステムでは、より高周波における低減は、通常3dBである。
【００３０】
センサー１０の様々な特性が、有利に調整可能である。
−円錐角Φを調整することにより、センサー１０の入力点のインピーダンスを変えることが可能であり、センサー１０は、その環境（例えば、地電位での壁１１の高い部位に対して）に適応可能となる。
−高さｈを調整することにより、低周波に対する感度、および入力点のインピーダンスを変えることが可能であり、この高さｈは、高電圧導体がセンサー１０に近いため、制限される。
−センサーの出力で、所与の長さの伝送線路１８及び短絡回路１９と共にＴアダプター１７を利用することにより、伝送線路１８とその特性インピーダンスとに応じて（この組み合わせはλ/4変成器として知られている）、特定の周波数帯域におけるセンサー１０の感度の低下を回避することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】EP 0 134 187 (US 4,617,513)
【非特許文献】
【００３２】
【非特許文献１】Ronold W.P. King, The Conical Antenna as a Sensor or Probe, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. EMC-25, No. 1, February 1983, pages 8-13
【非特許文献２】J. Lopez-Roldan et al., Optimisation of a Sensor for Onsite Detection of Partial Discharges in Power Transformers by the UHF Method, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 15, No. 6, December 2008, pages 1635-1639
【図１】
0005576483.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005576483.tif 000005
【図５】
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