(57)【要約】  スイッチギヤにとって、スイッチギヤのコンパクトな全体設計を可能にするには、コンパクトな電流及び電圧センサ手段が望ましい。本発明は、光電流及び／又は光電圧センサ用の光ファイバを納める中空部を形成するように構成され、容易にスイッチギヤに組み込むことが可能な、２つの中空部材を含む、ガス絶縁スイッチングギヤのための極めてコンパクトな光センサ装置を提供する。この装置は、第１の中空部材に第２の中空部材を配置する環状凹部を設け、前記第１の中空部材を、その間に凹部が形成される２つの脚を備えた、Ｌ字型又はＵ字型リングとすることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電流センサ及び／又は光電圧センサを含む光センサ装置であって、互いに中空部を形成するように構成された第１及び第２の中空部材（１３、１４）を含み、更に前記第１の中空部材（１３）と前記第２の中空部材（１４）の間の境界面（２８）に配置され、かつ環状溝（１６）内に配置された電流センサの光ファイバ（２３）及び／又は前記第２の中空部材（１４）の凹部（１８）に配置された前記電圧センサの光ファイバ（２４）を含んでおり、前記第１の中空部材（１３）が、前記第２の中空部材が配置される環状凹部を具備し、一方、前記第１の中空部材（１３）が２つの脚（１３'、１３"）を備えたＬ字形又はＵ字形リングであることと、前記凹部が前記２つの脚（１３'、１３"）の間に形成されていることとを特徴とする光センサ装置。
【請求項２】
前記第１の中空部材（１３）が導電性材料、前記第２の中空部材（１４）が電気絶縁材料から形成されたことを特徴とする請求項１記載の光センサ装置。
【請求項３】
前記溝（１６）が、第１の中空部材（１３）又は第２の中空部材（１４）に、或いは部分的に第１の中空部材（１３）及び第２の中空部材（１４）に形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の光センサ装置。
【請求項４】
溝（１６）が、前記中空部の開口部まわりを円周方向に延びることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の光センサ装置。
【請求項５】
前記第２の中空部材（１４）の凹部（１８）が、半径方向に延びることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の光センサ装置。
【請求項６】
前記電流センサの光ファイバ（２３）が、前記第１の中空部材（１３）の外部表面（２２）と前記溝（１６）をつなぐ、前記第１の中空部材（１３）の穴（１５）を介して、前記溝（１６）に通じることを特徴とする請求項１から５の１つに記載の光センサ装置。
【請求項７】
前記電圧センサの光ファイバ（２４）が、前記第２の中空部材（１４）の穴（１８）に送り込まれることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の光センサ装置。
【請求項８】
少なくとも１つのポッケルスセル（２５）が、前記第２の中空部材（１４）の前記凹部（１８）に配置されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の光センサ装置。
【請求項９】
前記第１の中空部材（１３）と前記第２の中空部材（１４）の間に、シール（１９）が施されたことを特徴とする請求項１から８の１つに記載の光センサ装置。
【請求項１０】
前記第２の中空部材（１４）が、少なくとも１つの締め付け手段（２０）、望ましくは前記第１の中空部材（１３）に取り付けられ、望ましくはネジ留めされたプレートによって前記第１の中空部材（１３）に固定されたことを特徴とする請求項１から９の１つに記載の光センサ装置。
【請求項１１】
前記センサ装置（６）の前記外部表面（２２）が、前記第１の中空部材（１３）によって形成されたことを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の光センサ装置。
【請求項１２】
請求項１から１１の１つに記載の光センサ装置を備えたスイッチギヤ。
【請求項１３】
前記光センサ装置（６）が、隣接容器部分（１１、１１'）の２つのフランジ（１２、１２'）の間に配置されたことを特徴とする請求項１２記載のスイッチギヤ。
【請求項１４】
前記フランジ（１２、１２'）と前記光センサ装置（６）の間にシール（１９）が施されたことを特徴とする請求項１３記載のスイッチギヤ。
【請求項１５】
前記スイッチギヤに、前記中空部を通って延びる通電導体（１０）が含まれることを特徴とする請求項１２から１４の１つに記載のスイッチギヤ。
【請求項１６】
溝（１６）が、導体（１０）と同軸をなすように、通電導体（１０）のまわりを円周方向に延びることを特徴とする請求項１５記載のスイッチギヤ。
【請求項１７】
請求項１から１１の１つに記載の光センサ装置を備えたスイッチギヤの組み立て方法であって、
前記光センサ装置（６）を組み立て、その後該光センサ装置（６）を前記スイッチギヤ（１）の前記容器の隣接部分（１１、１１'）の２つのフランジ（１２、１２'）間に配置することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１から１１の１つに記載の光センサ装置を備えたスイッチギヤを改装する方法であって、予め組み立てたる光センサ装置（６）を、前記スイッチギヤ（１）の前記容器の隣接部分（１１、１１'）の２つのフランジ（１２、１２'）間に配置することを特徴とする改装方法。
【請求項１９】
光ファイバ（２３）を、第１の中空部材（１３）と第２の中空部材（１４）の境界面の環状溝（１６）に配置することを特徴とする請求項１７又は１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の中空部材（１４）を前記第１の中空部材（１３）に固定し、もって前記光ファイバ（２３）を備える前記溝（１６）を少なくとも部分的に覆うことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
ポッケルスセル（２５）を、前記第２の中空部材（１４）の凹部（１８）に配置し、光ファイバ（２４）をポッケルスセル（２５）まで導くことを特徴とする請求項１８から２０の１つに記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の中空部材（１３）と前記第２の中空部材（１４）の間及び／又は前記第１の中空部材（１３）と前記容器（１１'）の間及び／又は前記第２の中空部材（１４）と前記容器（１１）の間に、シール（１９）を施すことを特徴とする請求項１８から２１の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電流センサ及び／又は光電圧センサを含む光センサ装置に関する。この装置は、好ましくはリング状断面を持つ第１並びに第２の中空部材を含み、両部材は一緒になって中空部を形成すべく配置される。この光センサ装置は、更に第１と第２の中空部材間の境界面に形成された環状溝内に配置された電流センサ装置の光ファイバ及び／又は第２の中空部材の凹部内に配置された光電圧センサの光ファイバを含んでいる。本発明は、更にガス絶縁スイッチギヤにおけるこうしたセンサ装置の利用と、スイッチギヤの組み立て及び／又は改装とに関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチギヤでは、スイッチギヤを流れる電流と、例えば通電導体の高電圧電位と大地電位のような、スイッチギヤの２つの電位間の電圧を測定する必要がある。ガス絶縁スイッチギヤ（ＧＩＳ）では、導体は、導体への電流及び電圧センサの配置を困難にするガス充填容器内に配置される。スイッチギヤのコンパクトさと、スペース及びコストを節約する設計が、常にこうしたスイッチギヤの設計目標であるため、利用されるセンサ装置はコンパクトで、頑強で、簡単に接近できなければならない。このタスクについては、先行技術により、例えば、変流器及び変圧器又は光電流センサ及び光電圧センサといった、様々なセンサタイプが知られている。
【０００３】
スイス特許第６９４１９３号明細書は、周知の変流器を含むモジュールを開示する。このモジュールは、スイッチギヤの開口部に対するフランジを備える。変流器は、一定のスペースを必要とするので、モジュールの全長が長くなり、このためスイッチギヤの全体サイズが大きくなる。独国特許出願公開第４３１４８２１号明細書は、ガス絶縁スイッチギヤの容器に一体化された変流器を開示している。しかし、こうした構成にすると、スイッチギヤの全長が増すことになる。
【０００４】
既知の光センサ装置は、スイッチギヤから離して配置されることが多い。このため、例えばセンサ装置からスイッチギヤの母線に対して電気接続が行われる。独国特許出願公開第１９６３４２５１号明細書によって、ガス絶縁スイッチギヤ容器の開口部のフランジに対するフランジの付いたキャップ内に配置される光電圧センサが既知である。こうした装置は、コンパクトであるが、スイッチギヤの容器の余分な開口部及び導体からセンサ装置への余分な電気接続が必要になる。更に、この装置は変流器を備えていない。
【０００５】
米国特許第５１３６２３６号明細書は、光電流センサ及び／又は光電圧センサを含む光センサ装置を示すが、該装置は、互いに中空部を形成するように構成された、望ましくは断面リング状の、第１及び第２の中空部材を含み、このセンサ装置は、更に第１の中空部材と第２の中空部材間の境界面に配置され、環状溝内に配置された電流センサの光ファイバ及び／又は第２の中空部材の凹部に配置された電圧センサの光ファイバを含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、よりコンパクトで、スイッチギヤに一体化しやすく、接近し易い、スイッチギヤのための光電流及び電圧センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明に従い、第１の中空部材に第２の中空部材が配置される環状凹部を設け、一方第１の中空部材を、その間に凹部が形成される２つの脚を備えた、Ｌ字形又はＵ字形リングとすることにより達成される。
【０００８】
この装置は、電流及び電圧センサが１つのユニット内に設けられ、第２の中空部材が第１の中空部材の凹部内に配置されるので、特に容易でコンパクトになる。この装置は、事前組み立てし、容易にスイッチギヤに一体化することが可能になる。
【０００９】
第１の中空部材は、金属等の導電材料から形成するとよい。この結果、スイッチギヤの金属容器を互いに組み付けた時、センサ装置により妨害されないという保証を与える。従って、容器は、ＥＭＣ放射線を低減又は除去する電磁シールドのような働きをする。これは、サブステーションに高感度なディジタル制御及び計測機器が装備されている際に特に有効である。しかしこれは、金属容器が、常に大地電位が望ましい、同じ電位に保たれるので、スタッフの安全にとっても重要である。第２の中空部材が電気絶縁材料から形成される場合、溝が絶縁材料によって少なくも部分的に覆われるという保証が得られる。こうした構成の場合、光ファイバを備えた溝まわりに電流ループが生じないので、電流測定が第１の導通部材の誘導電流による影響を受けずに済む。
【００１０】
溝は、通電導体が通される中空部の開口部まわりを円周方向に延びるとよい。
【００１１】
電流センサの光ファイバは、第１の中空部材の外部表面と溝を接続する第１の中空部材の孔を経て、溝に容易に通し得る。この結果センサ装置の容易な組み立てが確実になる。
【００１２】
第２の中空部材の凹部は容易に製造でき、少なくとも１つのポッケルスセルが配置される、半径方向に延びる穴が好都合である。第２の部材にも作用する、導体周りの電界がポッケルスセルに影響し、その結果、ポッケルス効果による電圧の測定が可能になる。
【００１３】
容器の気密性を確保すべく、第１の中空部材と第２の中空部材の間にシールを施す。
【００１４】
光センサ装置は、スイッチギヤの隣接容器部分の２つのフランジ間に配置すると特に好都合である。これに伴い、スイッチギヤの極めて単純な組み立てが可能になる。
【００１５】
この光センサ装置の設計によれば、センサ装置を予め組み立て、ユニットとしてスイッチギヤに組み込むことが可能になり、スイッチギヤの組み立て又は改装を行うための極めて有効な方法を提供できる。
【００１６】
本発明の下記説明は、本発明の光センサ装置及びガス絶縁スイッチギヤ（ＧＩＳ）装置におけるこのセンサ装置の適用について、その概略を、制限を加えないように示す図１から図３に関連して行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ガス絶縁スイッチギヤ（ＧＩＳ）装置１は、一般に、図１に示すように、例えば各位相毎の母線２と、断路器スイッチ３と、接地スイッチ４、７と、回路ブレーカ５とを含む。周知の他の及び／又は異なる装置を含んでも差し支えない。こうしたスイッチギヤ装置１は、先行技術で周知であり、従って、これ以上の説明は控える。ＧＩＳ装置の容器１１には、例えばＳＦ6のようなガスが充填されており、スイッチギヤ１の様々なスイッチの、例えば接点、駆動機構等のスイッチの機械部品、更に、スイッチギヤ１に通される導体１０も含まれている。容器１１に、詳細を後述する如く、電流及び電圧を測定するための本発明の光センサ装置６も組み込まれている。
【００１８】
図２と３は光センサ装置６を最も明確に示すので、以下、図２と３により説明する。光センサ装置６は、スイッチギヤ容器の２つの隣接部分１１、１１'の２つのフランジ１２、１２'間に配置されている。容器部分１１、１１'は、例えばフランジ１２、１２'の孔及び光センサ装置６の孔２７に嵌められるネジ又はボルト等の接続手段で、周知の方法で接続される。従って、光センサ装置６は、スイッチギヤの容器の一部をなしている。従って、容器１１内に配置された導体１０は、光センサ装置６をも通過する。
【００１９】
光センサ装置６に、この場合、例えば樹脂製の電気絶縁リング１４である第２の中空部材が配置される、容器１１と同じ材料で作られるのが望ましい、この際、Ｌ字形の導電性金属リング１３である、環状凹部を備える第１の中空部材が含まれている。横断面における環状凹部の断面形状は、例えば矩形等の任意の形状を持ち得るが、円形が望ましい。Ｌ字形リングは、リング１３が、縦断面においてＬ字形の断面形状を持つことを表わしている。２つの部材が、互いに隣接して配置され、中空部を形成している。図示実施形態の場合、第２のリング１４が、Ｌ字形リング１３の２つの脚１３'、１３"により形成される凹部に配置されている。しかし、２つの中空部材１３、１４は、勿論、異なる形態をとることも可能である。第２の部材１４は、例えば、Ｙ字形又はＵ字形の第１の部材１３の脚の間に配置し、異なる材料から形成することが可能である。第１の部材１３は、例えば、金属、又は、導電性プラスチック又は樹脂のような導電性合成材料といった、任意の導電材料から形成することが可能であるが、電気絶縁材料から形成することも可能である。第２の部材１４は、例えば、プラスチック又は樹脂のような合成材料といった、任意の適合する電気絶縁材料から形成することが可能である。
【００２０】
第１の部材１３の環状凹部は、電気絶縁部材１４が、光センサ装置６の内側に配置されるよう、即ちスイッチギヤ容器１１の内側に組みつけられた状態で配置されるように設けられている。従って、光センサ装置６の外部表面２２は、Ｌ字形リング１３によって形成されている。図示実施形態で、第２のリング１４は、ネジ２１でＬ字形リング１３に取り付けられた多くのプレート２０によって凹部に固定され、その結果、非導電性リング１４は、所定位置に留められて、保持されることになる。第２の部材は、勿論、例えばネジ又はボルト、接着等で固定される、ポジティブ又は非ポジティブフィットといった、任意の適合する接続によって第１の部材に固定することができる。組み立てた状態で、ＧＩＳ装置１のガスを充填した内部が、外部に対し確実に密封されるようにし、容器１１からのガスの漏出を回避すべく、Ｌ字形リング１３と容器１１'のフランジ１２'の間、電気絶縁リング１４と容器１１のフランジ１２の間及びＬ字形リング１３と電気絶縁リング１４の間に、シール１９が施される。
【００２１】
光センサ装置６には、光電流センサ及び光電圧センサが含まれるが、電流センサ又は電圧センサのみを備えていても差し支えない。
【００２２】
光電流センサは、周知のファラデイ効果に基づき、電流が導体１０を流れると生じる磁界の影響で、偏光信号が減速又は加速されると言う事実を利用する。この効果は周知であり、光電流センサによく利用されるので、詳細な説明は省略する。この実施形態では、環状溝１６はＬ字形リング１３の脚１３'、１３"の一方の内面になる、第１と第２の中空部材１３、１４の間の境界面に配置されている。前記溝１６は、図３から最もよく分る如く、リング１３上で閉ループをなしている。しかし勿論、例えば第１のリング１３又は第２のリング１４上で、第１の中空部材１３と第２の中空部材１４との境界面の何処にでも溝１６を配置できるし、第１の中空部材及び第２の中空部材１４に溝１６を部分的に形成することもできる。溝１６は、導体１０と同軸をなすと望ましい。横断面での環状溝１６の断面形状は、例えば矩形等任意の形状をとり得るが、円形が望ましい。孔１５により溝１６とＬ字形リング１３の外表面２２が接続される。溝１６と、第１のリング１３又は第２のリング１４は、組み立てた状態で、溝１６が、第１のリング１３又は第２のリング１４により少なくとも部分的に覆われるような配置及び寸法とする。光ファイバ２３を孔１５に通し、Ｌ字形リング１３の溝１６内に納めており、その結果、少なくとも１つの円周ループをなすよう、ＧＩＳ装置１及び光センサ装置６に通した導体１０の周囲を包囲している。孔１５は、組み立て中及び組み立て後の光ファイバ２３に対する応力を軽減すべく、ほぼ接線方向に配置するとよい。従って、導体１０を流れる電流により生じる磁界が、導体１０の周りの光路で、光ファイバ２３を通る光の偏光状態に影響を及ぼす。光ファイバ２３の終端で、ミラーで光を反射することにより、強制的に光を元の所まで送り返すことができ、この結果ファラデイ効果が倍化する。しかし、光ファイバ２３は、勿論、孔１５を介して溝１６及びセンサ装置６から引き出すこともできる。２つの偏光信号の移相度を評価し、導体１０を流れる電流と関連づけ得る。
【００２３】
光電圧センサは、周知のポッケルス効果を利用したものであり、単色光が、導体１０の電界内に配置された電気光学結晶２５（ポッケルスセル）の通過時に、その円偏光を楕円偏光に変化させるという事実を利用している。この効果は周知であり、光電圧センサにおいてよく利用されるので、詳細な説明は省略する。このため、少なくとも１つのポッケルスセル２５が配置された第２のリング１４内に、例えば穴のような凹部１８が設けられている。光ファイバ２４が、穴１８と整合のとれたＬ字形リング１３の孔１７を経て、穴１８及びポッケルスセル２５に送り込まれる。電界は、電気絶縁リング１４も通過し、このため、穴１８に配置されたポッケルスセル２５を通過する光信号の偏光状態に影響を及ぼす。評価される光の楕円率は、従って、電界の測定値であり、ひいては、例えば導体１０の電圧電位と大地電位といった、２つの電位間の電圧の測定値と言うことになる。
【００２４】
しかし本発明のセンサ装置に、他の適合する電流及び電圧センサを利用してもよい。
【００２５】
光センサ装置６の外部表面２２には、光電流及び／又は光電圧センサに適正な光信号を供給し、センサ装置を出射する光を評価するのに必要なオプトエレクトロニクス部品を収容した容器２６を取り付け得る。また、容器２６に、ディジタルデータプロセッサユニットに対するインターフェイスを設けることも可能である。
【００２６】
センサ装置６の外部表面２２は、導電性Ｌ字形リング１３の表面により形成される故、金属製で導電性の接地された容器１１が、センサ装置６により妨害されることはないが、これは、ＥＭＣ放射が特定の制限によって束縛される場合が多いので、ＥＭＣの理由から重要である。基本的に、同じことが、Ｌ字形リング１３が電気絶縁材料から形成されている場合、接地ストラップ又はシールドを利用して、２つの容器部分１１、１１'を電気的に接続することで実現可能である。こうして、電磁シールドのような働きをする連続した導電性容器１１により、電磁放射に対する極めて有効な防護が実現される。これはまた、サブステーションに高感度のディジタル制御及び計測機器が装備されている場合に、特に有効である。しかし、これは、金属容器１１が、大地電位が望ましい、常に同じ電位に保たれるので、スタッフの安全にとっても重要である。
【００２７】
少なくとも一方が電気絶縁材料から形成された、第１の中空部材１３と第２の中空部材１４との境界面に、光電流ファイバ２３を配置した溝１６を設けることで、導体１０のまわりの磁界により容器１１に誘導される電流に起因した、光電流ファイバ２３まわりの電流ループを回避できる。従って、誘導電流が電流測定に影響を及ぼす可能性が無くなる。
【００２８】
ＧＩＳ装置１の容器１１は、一般に図１に示す如く、互いに接続された幾つかの単一モジュールから構成されている。このため、各モジュールの端面は、単一モジュールと接合するためのフランジ１２を備える。フランジ１２間に適切なシーリング手段を設け、容器１１の機密性を確保すべきである。光センサ装置６は、詳細に上述したのように、スイッチギヤ装置１の、やはりフランジ付きエルボ内にあり、任意の２つの隣接モジュールのフランジ１２間に配置することができる。
【００２９】
光センサ装置６の設計によれば、この装置は、スイッチギヤ装置１に組み込む前の、完全な事前組み立てが可能である。この結果、単一センサ装置６を単一ユニットとして容易に取り扱え、スイッチギヤの極めて効率の良い組み立てや改装が可能になる。隣接容器部分１１、１１'の２つのフランジ１２、１２'間に、センサ装置６を配置しさえすればよい。このため、横断面における第１の中空部材１３及び／又は第２の中空部材１４の断面は、容器１１の横断面と同じ、図面に示すように円形であると好都合であるが、勿論、任意の他の断面を持つことも可能である。必要な全ての供給物及び接続は、センサ装置６に組み込まれるか或いは、例えばディジタルデータ処理装置に対する各インターフェイスを設けることによって、それに容易に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】典型的な３極ガス絶縁スイッチギヤ装置を表した図である。
【図２】ガス絶縁スイッチギヤ装置に組み込まれた本発明の光センサ装置の異なる断面図である。
【図３】こうした本発明の光センサ装置の平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  スイッチギヤ、６  光センサ装置、１０  導体、１１  容器、１２、１２'  フランジ、１３  第１の中空部材、１３'、１３"  第１の中空部材の脚、１４  第２の中空部材、１５  第１の中空部材の孔、１６  環状溝、１８  第２の中空部材の凹部、１９  シール、２０  締め付け手段、２２  第１の中空部材の外部表面、２３  電流センサの光ファイバ、２４  電圧センサの光ファイバ、２５  ポッケルスセル
【図１】
2008534939.tif 000002
【図２】
2008534939.tif 000003
【図３】
2008534939.tif 000004
【国際調査報告】
2008534939.tif 000005
2008534939.tif 000006