(57)【要約】  電気エネルギーを全国電力網において配電する送電導体（１０）の少なくとも１ｋＶのＡＣ上昇電圧を検知する分圧器に使用するためのインピーダンスアセンブリ（１２０）。インピーダンスアセンブリは、  ａ）ＰＣＢ（１７０）と、  ｂ）送電導体に接続するための高電圧コンタクト（８０）と、  ｃ）ＰＣＢ上の第１の複数のインピーダンス素子（７０）であって、送電導体の電圧を検知するための第１の分圧器（２０）において動作可能となるように、高電圧コンタクトに接続され、かつ互いに直列に接続された第１の複数のインピーダンス素子と、  ｄ）ＰＣＢ上の第２の複数のインピーダンス素子（７１）であって、送電導体から電気エネルギーを収集するための第２の分圧器（２１）において動作可能となるように、高電圧コンタクトに接続され、かつ互いに直列に接続された第２の複数のインピーダンス素子と、を備える。
2021527202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを全国電力網において配電する送電導体（１０）のアースに対する少なくとも１ｋＶのＡＣ上昇電圧を検知するための分圧器（２０）に使用するインピーダンスアセンブリ（１２０、１２２、１２３、１２４）であって、
ａ）プリント回路基板（１７０、１７１）と、
ｂ）前記送電導体に接続するための、外部からアクセス可能な高電圧コンタクト（８０）と、
ｃ）前記プリント回路基板に配置された第１の複数のインピーダンス素子（７０）であって、前記送電導体の前記上昇電圧を検知するための第１の分圧器（２０）において動作可能となるように、前記高電圧コンタクトに電気接続され、かつ互いに直列に接続された第１の複数のインピーダンス素子と、を備えるインピーダンスアセンブリにおいて、
前記インピーダンスアセンブリは、
ｄ）前記プリント回路基板に配置された第２の複数のインピーダンス素子（７１）であって、前記送電導体から電気エネルギーを収集するための第２の分圧器（２１）において動作可能となるように、前記高電圧コンタクトに電気接続され、かつ互いに直列に接続された第２の複数のインピーダンス素子を更に備えることを特徴とする、インピーダンスアセンブリ。
【請求項２】
前記プリント回路基板（１７０、１７１）は、第１の主外面（１８０）及び反対側の第２の主外面（１９０）を有し、前記第１の複数のインピーダンス素子（７０）は、前記第１の主外面に配置されており、前記第２の複数のインピーダンス素子（７１）は、前記第２の主外面に配置されている、請求項１に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項３】
前記第１の複数のインピーダンス素子（７０）の第１のインピーダンス素子（７０ａ）が、前記第１の主外面（１８０）上の第１の位置に配置されており、前記第２の複数のインピーダンス素子（７１）の第１のインピーダンス素子（７１ａ）が、前記第２の主外面（１９０）上の同じ前記第１の位置に配置されており、
前記第１の複数のインピーダンス素子（７０）の第２のインピーダンス素子（７０ｂ）が、前記第１の主外面（１８０）上の第２の位置に配置されており、前記第２の複数のインピーダンス素子（７１）の第２のインピーダンス素子（７１ｂ）が、前記第２の主外面（１９０）上の同じ前記第２の位置に配置されている、
請求項２に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項４】
前記第１の複数のインピーダンス素子（７０）は、インピーダンス素子の１つの直線状の列、又はインピーダンス素子の２つの直線状の列を形成するように配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項５】
前記第１の複数のインピーダンス素子（７０）の各インピーダンス素子（７０）は、同じ第１の公称インピーダンスを有し、及び／又は
前記第２の複数のインピーダンス素子（７１）の各インピーダンス素子（７１）は、同じ第２の公称インピーダンスを有する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の複数のインピーダンス素子（７０）の各インピーダンス素子（７０）は、離散的表面実装コンデンサであり、及び／又は、前記第２の複数のインピーダンス素子（７１）の各インピーダンス素子（７１）は、離散的表面実装コンデンサである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項７】
前記第１の複数のインピーダンス素子（７０）は、２０個を超すインピーダンス素子（７０）を備え、及び／又は、前記第２の複数のインピーダンス素子（７１）は、２０個を超すインピーダンス素子（７１）を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項８】
前記送電導体（１０）の前記上昇電圧に比例して変化する信号電圧を提供するように前記第１の複数のインピーダンス素子（７０）に接続された信号コンタクト（６０）を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項９】
対応するプラグと機械的及び電気的に嵌合するためのインターフェースコネクタ（３４０）を更に備え、前記インターフェースコネクタは、電気信号を前記プラグに伝えるための複数のコネクタコンタクト（３３０）を備え、前記コネクタコンタクト（３３０）の１つは、前記信号コンタクト（６０）に電気接続されている、請求項８に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項１０】
前記インピーダンスアセンブリの少なくとも一部分が、固体電気絶縁封入体（２９０）に封入されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項１１】
前記第２の複数のインピーダンス素子（７０）のそれぞれのインピーダンスは、前記第２の分圧器（２１）が前記送電導体（１０）から少なくとも５０ミリワットの電気エネルギーを収集できるように選択されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項１２】
前記第２の複数のインピーダンス素子（７０）は、前記送電導体（１０）の前記上昇電圧を４００ボルト以下の電圧に変換するインダクタレス降圧コンバータに含まれている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項１３】
前記インダクタレス降圧コンバータは、前記送電導体（１０）の前記ＡＣ上昇電圧の正及び負の半波を４００ボルト以下の電圧に変換する、請求項１２に記載のインピーダンスアセンブリ。
【請求項１４】
ａ）請求項８に記載のインピーダンスアセンブリ（１２０、１２２、１２４）と、
ｂ）前記信号コンタクト（６０）に電気接続され、前記第２の分圧器（２１）によって収集された電気エネルギーによって電力供給される処理ユニット（４００、４０１）であって、前記信号電圧を処理し、前記送電導体（１０）のアースに対する前記ＡＣ上昇電圧を検知するための処理ユニットと、
を備える検知アセンブリ。
【請求項１５】
前記処理ユニット（４００、４０１）は、前記送電導体（１０）のアースに対する前記ＡＣ上昇電圧を示す信号を無線伝送するためのアンテナ（３９０）を備える、請求項１４に記載の検知アセンブリ。
【請求項１６】
前記処理ユニット（４００、４０１）は、２０１９年４月２６日に施行された、国際電気標準会議ＩＥＣの標準規格６０８７０の第５部に記載されているプロトコルに従って信号を無線伝送するためのＢｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェースを備える、請求項１５に記載の検知アセンブリ。
【請求項１７】
ｃ）前記処理ユニット（４００、４０１）に接続され、前記送電導体（１０）を流れる電流を検知するための電流センサ（４１０）と、
ｄ）前記電流センサの構成要素を収容する筐体（４３０）と、を更に備え、
前記処理ユニットは、前記筐体内に配置されている、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の検知アセンブリ。
【請求項１８】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のインピーダンスアセンブリ（１２０、１２２、１２４）、又は請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の検知アセンブリを備える、電気エネルギーを全国電力網において配電するための電力ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全国電力網における中電圧（ＭＶ）又は高電圧（ＨＶ）の電力ケーブル又は架空電力線の内部導体の電圧を検知するために使用できる分圧器に関する。特に、そのような電力ケーブルを絶縁するための収縮可能な又は拡張可能な又は弾性のスリーブに収容できる、そのような分圧器に関する。また、電気エネルギーを収集することを可能にする分圧器アセンブリにも関する。
【背景技術】
【０００２】
全国電力網におけるなど長距離にわたる電力の配電は典型的に、７２キロボルト（「ｋＶ」）以上の高電圧又は１ｋＶ〜７２ｋＶの中電圧で、数十〜数百アンペアの交流（「ＡＣ」）を使用して行われる。電力配電ネットワークの状態をより詳細に監視するために、多くのオペレータが、電力ケーブルの端部に、例えば、ケーブル終端器、ケーブルスプライス、又はプラグ接続可能コネクタに近接して、電圧センサを設置する。これら電圧センサのいくつかは、分圧器、すなわち、直列接続されたインピーダンス素子のチェーンを使用しており、分圧器は、ケーブルの送電導体の上昇電圧（すなわち、中電圧又は高電圧）と電気アースとの間に接続され、２つのインピーダンス素子の間で上昇電圧に比例する信号電圧をピックアップすることができる。そのような分圧器の比例定数、すなわち分割比は多くの場合に、信号電圧が１ボルト〜１００ボルトの範囲になるように選択され、これにより、一般の電子回路が、信号電圧を処理し、それから上昇電圧を導出し、ネットワークオペレータに対して利用可能にすることができる。
【０００３】
ＨＶ／ＭＶ電力ケーブルの内部導体の上昇電圧を検知するための分圧器は、例えば独国特許出願第３７０２７３５Ａ１号から知られている。分圧器は、複数の抵抗器、コンデンサ、又はインダクタによって形成することができる。抵抗器、コンデンサ、及びインダクタは、本開示ではインピーダンス素子と総称される。
【０００４】
特定の用途では、そのような直列接続されたインピーダンス素子のチェーンは、ケーブル終端器、ケーブルスプライス、又はプラグ接続可能コネクタの絶縁材料内に省スペースで収容できるインピーダンスアセンブリに組み立てられてきた。欧州特許出願第３２２３０２４Ａ１号は、ＭＶ／ＨＶ電力導体を絶縁するための弾性スリーブと、スリーブの空洞に配置された分圧器アセンブリとを記載している。
【０００５】
信号電圧を処理するための電子回路は、それ自体の動作のために低電圧（典型的には数ボルト）の電力を必要とする。この動作電力を電力ケーブルからタップすることは、上昇電圧を数ボルトまで下げる変換を必要とし、ひいては、適切に絶縁された変圧器を必要とする。動作電力を外部から供給することは、電源出力から回路への余分な配線を必要とするが、電源出力には数個の開閉局のみが装備される。したがって、これら従来の解決策は、設置するための追加のコスト、追加の設備、手作業を伴い、したがって望ましくない。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、これらの欠点に対処しようとするものである。第１の態様では、本開示は、電気エネルギーを全国電力網において配電する送電導体のアースに対する少なくとも１ｋＶのＡＣ上昇電圧を検知するための分圧器に使用するインピーダンスアセンブリであって、
ａ）プリント回路基板と、
ｂ）送電導体に接続するための、外部からアクセス可能な高電圧コンタクトと、
ｃ）プリント回路基板に配置された第１の複数のインピーダンス素子であって、送電導体の上昇電圧を検知するための第１の分圧器において動作可能となるように、高電圧コンタクトに電気接続され、かつ互いに直列に接続された第１の複数のインピーダンス素子と、を備え、
インピーダンスアセンブリは、
ｄ）プリント回路基板に配置された第２の複数のインピーダンス素子であって、送電導体から電気エネルギーを収集するための第２の分圧器において動作可能となるように、高電圧コンタクトに電気接続され、かつ互いに直列に接続された第２の複数のインピーダンス素子を更に備えることを特徴とする、インピーダンスアセンブリを提供する。
【０００７】
本開示によるインピーダンスアセンブリは、送電導体からエネルギーを収集することを可能にする第２の複数のインピーダンス素子を提供する。この収集電力は、電子回路、例えば、第１の分圧器からピックアップされた信号電圧を処理するための回路に供給することができる。これにより、回路のための別の電源を設けることが不要になり、外部電力が利用できない場所に電圧センサを設置することが可能になる。
【０００８】
また、第２の複数のインピーダンス素子は、第１の複数のインピーダンス素子と同じプリント回路基板（「ＰＣＢ」）に配置される。この構成は、第２の複数のインピーダンス素子のための専用の支持体を、専用の支持体及び第２の複数のインピーダンス素子を別に絶縁する必要性とともに、不要にし得る。したがって、本開示によるインピーダンスアセンブリは、コスト及び空間を節約する。
【０００９】
本開示のインピーダンスアセンブリは、送電導体の上昇電圧と電気アースとの間で、送電導体に電気接続するためのものである。送電導体に接続するために、インピーダンスアセンブリは、高電圧コンタクトを備える。このコンタクトは、例えば、ワイヤ又は別の導電性要素を、例えばはんだ付けによって、同コンタクトに機械的及び電気接続できるように、外部からアクセス可能である。この例では、ワイヤの一方の端部が、高電圧コンタクトに接続されてもよく、ワイヤの反対側の端部が、送電導体に接続されてもよい。「外部からアクセス可能」とは、コンタクトがインピーダンスアセンブリの外側からアクセス可能であることを指す。
【００１０】
第１及び第２の複数のインピーダンス素子の両方は、高電圧コンタクトに電気接続され、これにより、それらは、高電圧コンタクトが送電導体に接続されると、送電導体に接続される。
【００１１】
高電圧コンタクトは、例えば、ＰＣＢ上のはんだ付けコンタクト、又は、インピーダンスアセンブリに含まれるプラグ、ソケット、又はコネクタのコンタクトであってもよく、これにより、ワイヤの端部にある結合用ソケット、プラグ、又はコネクタを介して送電導体との電気的接続を確立することができ、反対側の端部を送電導体に接続することができる。
【００１２】
一般に、送電導体は、全国電力網において、すなわち、数十アンペア又は数百アンペアの電流及び少なくとも１ｋＶの電圧で、電気エネルギーを配電するのに好適な導体である。送電導体は、例えば、ＭＶ又はＨＶ電力ケーブルの内部導体であってもよく、又はそれを備えてもよい。あるいは、送電導体は、例えばバスバーであってもよく、又はそれを備えてもよい。
【００１３】
インピーダンス素子が、例えば、抵抗器、コンデンサ、又はインダクタであってもよい。複数のインピーダンス素子が、１つの抵抗器及び１つ以上のコンデンサを備えてもよい。複数のインピーダンス素子が、１つの抵抗器及び１つ以上のインダクタを備えてもよい。複数のインピーダンス素子が、１つのインダクタ及び１つ以上のコンデンサを備えてもよい。一般に、複数のインピーダンス素子は、１つ以上の抵抗器、及び／又は１つ以上のコンデンサ、及び／又は１つ以上のインダクタを備えてもよい。抵抗器、コンデンサ、及びインダクタは、手頃なコストで容易に入手可能であるため、分圧器を形成するのに特に好適な要素である。また、一般に、それらの電気特性は精密に指定されている。
【００１４】
インピーダンス素子の公称インピーダンスは、インピーダンス素子が抵抗器である場合にオームの単位で、インピーダンス素子がコンデンサである場合にファラドの単位で、インピーダンス素子がインダクタである場合にヘンリの単位で測定される。
【００１５】
本開示では、「プリント回路基板」又は同義的に「ＰＣＢ」との表現は、全てのタイプのＰＣＢ、特に、剛性のＰＣＢ及び可撓性のＰＣＢ、単層ＰＣＢ及び多層ＰＣＢ、ポリマーＰＣＢ及びセラミックＰＣＢ、矩形及び非矩形のＰＣＢを含むことを意味する。
【００１６】
分圧器は、送電導体の上昇電圧を検知するために（「検知用分圧器」）、又は送電導体の上昇電圧から電気エネルギーを収集するために（「収集用分圧器」）、使用することができる。両方のタイプの分圧器は、電気チェーンを形成するように互いに直列に電気接続された複数の抵抗器、コンデンサ、又はインダクタによって形成される。抵抗器、コンデンサ、及びインダクタは、本開示ではインピーダンス素子と総称される。一般に、分圧器の一方の端部が、測定される又は収集される上昇電圧に電気接続され、反対側の端部が、より低い電圧又は電気アースに接続される。直列に接続された多数のインピーダンス素子によって形成される分圧器が有利であり、これは、インピーダンス素子のそれぞれにわたる電圧降下が、数個の、例えば２つのインピーダンス素子のみの場合よりも小さくなり、したがって、電気応力及び故障のリスクが低減するためである。
【００１７】
一般に、分圧器は、分圧器の高電位部分を形成する１つ以上のインピーダンス素子と、分圧器の低電位部分を形成するもう１つのインピーダンス素子とを備える。高電位部分と低電位部分との間には、ピックアップコンタクトが通常設けられる。ピックアップコンタクトは、分圧器から信号をピックアップする（この場合に、「信号コンタクト」と呼ばれる場合がある）、又は分圧器からエネルギーを収集する（この場合に、「収集コンタクト」と呼ばれる場合がある）など、異なる目的を果たすことができる。したがって、信号コンタクトが、第１の複数のインピーダンス素子の２つのインピーダンス素子の間で第１の複数のインピーダンス素子に接続されてもよい。収集コンタクトが、第２の複数のインピーダンス素子の２つのインピーダンス素子の間で第２の複数のインピーダンス素子に接続されてもよい。
【００１８】
本開示によるインピーダンスアセンブリでは、第１の分圧器は、検知用分圧器である。検知用分圧器では、送電導体のＡＣ上昇電圧に比例して変化する分割電圧又は「信号電圧」を信号コンタクトからピックアップすることができる。
【００１９】
検知用分圧器の比例定数、すなわち、検知用分圧器の分割比は一般に、高電位部分の総インピーダンスと低電位部分の総インピーダンスとの比である。信号コンタクトと高電圧コンタクトとの間に電気的に配置されたインピーダンス素子は、高電位部分を形成し、信号コンタクトとより低い電圧又は電気アースとの間に電気的に配置されたインピーダンス素子は、分圧器の低電位部分を形成する。
【００２０】
したがって、いくつかの実施形態では、本開示によるインピーダンスアセンブリが、送電導体の上昇電圧に比例して変化する信号電圧を提供するように第１の複数のインピーダンス素子に接続された信号コンタクトを更に備える。
【００２１】
第２の分圧器は、収集用分圧器である。収集用分圧器では、検知用分圧器の信号コンタクトと同様に電気接続された収集コンタクトによって電流を収集することができる。収集コンタクトが、第２の複数のインピーダンス素子の２つのインピーダンス素子の間で第２の複数のインピーダンス素子に接続されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、インピーダンスアセンブリは、送電導体から電気エネルギーを収集することを可能にするように第２の複数のインピーダンス素子に接続された収集コンタクトを更に備える。
【００２２】
本開示によるインピーダンスアセンブリでは、第１の複数のインピーダンス素子は、第１の分圧器の高電位部分を形成してもよい。第１の分圧器の低電位部分を形成する他のインピーダンス素子は、インピーダンスアセンブリに含まれてもよく、含まれなくてもよい。他のインピーダンス素子は、例えば、別の電子機器容器内など、インピーダンスアセンブリの外側に配置されてもよい。いずれの場合も、信号コンタクトは、インピーダンスアセンブリ内又はその上に配置されてもよく、又は、インピーダンスアセンブリの外側に、例えば、電子機器容器内又はその上に配置されてもよい。
【００２３】
あるいは、本開示による他のインピーダンスアセンブリでは、第１の複数のインピーダンス素子は、第１の分圧器の高電位部分及び低電位部分の両方を形成してもよい。換言すれば、第１の複数のインピーダンス素子のいくつかのインピーダンス素子が、高電位部分を形成してもよく、第１の複数のインピーダンス素子の他のインピーダンス素子が、第１の分圧器の低電位部分を形成してもよい。この場合に、信号コンタクトは、好ましくはインピーダンスアセンブリ内又はその上に配置される。
【００２４】
第１の分圧器は、送電導体の上昇電圧を検知するのに好適である。この検知のために、高電圧コンタクトと電気アース又は低電圧との間のインピーダンス素子のチェーンが、より高い総インピーダンスを提供することが有利であり、これにより、小さな電流のみが第１の分圧器を流れ、電気損失がより小さくなる。しかし、エネルギー収集のためには一般に、高電圧コンタクトと電気アース又は低電圧との間のインピーダンス素子のチェーンが、より低い総インピーダンスを提供することが有利であり、これにより、より大きな電流が流れることができ、より多くのエネルギーを収集することができる。
【００２５】
送電の上昇電圧を高精度で検知することが望まれる場合には、上昇電圧と信号電圧との間の比例定数を、より細かな程度まで知る必要がある。これには、検知用分圧器の分割比、すなわち、高電位部分の総インピーダンスと低電位部分の総インピーダンスとの比を、正確に決定することが必要となる。したがって、検知用分圧器に使用される第１の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子は一般に、それらの実際のインピーダンス値のより高い精度（例えば、オーム、ファラド、又はヘンリの公称インピーダンス値から５％未満の偏差）について選択される。温度の変化によってほとんど変化しない分割比のために、検知用分圧器に使用される第１の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子もまた一般的に、それらの実際のインピーダンス値の温度による特に小さな変動について選択される。
【００２６】
精度は一般に、第２の（収集用）分圧器では、それほど気にされない。これは、電子回路を、それらの公称値付近の広い範囲内で変化する供給電圧によって動作させることができるためである。したがって、第２の分圧器に使用される第２の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子は一般に、それらの実際のインピーダンス値のより高い精度、又は温度による変動について選択されない。
【００２７】
本開示によるインピーダンスアセンブリでは、第２の複数のインピーダンス素子は、第２の分圧器の高電位部分を形成してもよい。第２の分圧器の低電位部分を形成する他のインピーダンス素子は、インピーダンスアセンブリに含まれてもよく、含まれなくてもよい。他のインピーダンス素子は、インピーダンスアセンブリの外側に、例えば、別の電子機器容器などに、配置されてもよい。この場合に、信号コンタクトは、インピーダンスアセンブリ内又はその上に配置されてもよい。
【００２８】
あるいは、本開示による他のインピーダンスアセンブリでは、第２の複数のインピーダンス素子は、第２の分圧器の高電位部分及び低電位部分の両方を形成してもよい。換言すれば、第２の複数のインピーダンス素子のいくつかのインピーダンス素子が、高電位部分を形成してもよく、第２の複数のインピーダンス素子の他のインピーダンス素子が、第２の分圧器の低電位部分を形成してもよい。この場合に、信号コンタクトは、好ましくはインピーダンスアセンブリ内又はその上に配置される。
【００２９】
第２の複数のインピーダンス素子が収集できる電気エネルギーは、任意の種類のパワー電気又は電子デバイスに電力供給するために使用されてもよい。特に、電気エネルギーは、第１の複数のインピーダンス素子によって提供される信号電圧を処理する処理ユニットに電力供給するために使用され、それによって、送電導体の上昇電圧を検知してもよい。そのために、処理ユニットは、信号電圧を処理する電気又は電子回路を備えてもよい。状況に応じて、そのような回路は、動作するために少なくとも１０ｍＷ、少なくとも２０ｍＷ、少なくとも５０ｍＷ、又は少なくとも１００ｍＷを必要とする。ほとんどの場合に、そのような処理ユニットを動作させるには、５０ｍＷで十分である。
【００３０】
したがって、いくつかの実施形態では、第２の複数のインピーダンス素子のそれぞれのインピーダンスは、第２の分圧器が、送電導体から少なくとも５０ミリワット（ｍＷ）の電気エネルギーを収集できるように選択される。
【００３１】
いくつかの実施形態では、第２の複数のインピーダンス素子は、送電導体の上昇電圧を４００ボルト以下の電圧に変換するインダクタレス降圧形コンバータに含まれる。これにより、より多くの電気エネルギーを収集し、上述した電子回路に、より多くの電力を供給することが可能になる。
【００３２】
これら実施形態のいくつかでは、インダクタレス降圧形コンバータは、送電導体の上昇ＡＣ電圧の正及び負の半波を４００ボルト以下の電圧に変換する。このことは、第２の複数のインピーダンス素子、すなわち、収集用分圧器のいくつかのコンデンサ上のＤＣ負荷を回避するのに役立ち、それによって、収集用分圧器の信頼性及び／又は精度を高めることができる。
【００３３】
インピーダンスアセンブリが上述したような信号コンタクトを備えるいくつかの実施形態では、ワイヤが、信号コンタクトに固定され、例えば、はんだ付けされる。ワイヤは、信号電圧をインピーダンスアセンブリの外側の処理ユニットに導き、処理ユニットでは、送電導体の実際の電圧を決定するために、電気回路又は電子回路が信号電圧を処理する。インピーダンスアセンブリと処理ユニットとの間の有線接続は信頼性が高いが、これら２つの構成要素の一方が故障し、交換を必要とする場合に、処理ユニットからインピーダンスアセンブリを分離するのが困難になる。
【００３４】
したがって、分離可能かつ再接続可能な接続が望ましい場合がある。その目的のために、インピーダンスアセンブリに含まれる分離可能かつ再接続可能なインターフェースコネクタが設けられてもよく、インターフェースコネクタでは、１つのコネクタコンタクトが信号コンタクトに接続される。インターフェースコネクタは、信号電圧を処理ユニットにもたらし得る、ワイヤ又はケーブルの端部にある対応するプラグとの結合を容易にする。
【００３５】
したがって、いくつかの実施形態では、信号コンタクトを備える、本明細書に記載のインピーダンスアセンブリが、対応するプラグと機械的及び電気的に結合するためのインターフェースコネクタを更に備え、インターフェースコネクタが、電気信号をプラグに伝送するための複数のコネクタコンタクトを備え、コネクタコンタクトの１つが、信号コンタクトに電気接続される。
【００３６】
本開示によれば、第１の複数のインピーダンス素子及び第２の複数のインピーダンス素子は、ＰＣＢに配置される。したがって、ＰＣＢは、第１の複数のインピーダンス素子及び／又は第２の複数のインピーダンス素子を支持してもよい。ＰＣＢは、インピーダンス素子を互いに電気接続するための導電性トレースを備えてもよい。そのような導電性トレースは、ＰＣＢの外面に配置されてもよく、ＰＣＢ内、例えば、多層ＰＣＢの内部層に配置されてもよい。ＰＣＢ上又はＰＣＢ内のそのような導電性トレースは、第１の複数のインピーダンス素子のいくつかの又は全てのインピーダンス素子を、第１の複数のインピーダンス素子の１つ以上のそれぞれの隣り合うインピーダンス素子と接続してもよい。同様に、ＰＣＢ上又はＰＣＢ内のそのような導電性トレースは、第２の複数のインピーダンス素子のいくつかの又は全てのインピーダンス素子を、第２の複数のインピーダンス素子の１つ以上のそれぞれの隣り合うインピーダンス素子と接続してもよい。
【００３７】
あるいは、しかし、インピーダンス素子は、ＰＣＢに配置されてもよく、それらの間の電気的接続は、ＰＣＢに含まれない要素によって、例えば、外部ワイヤ又は外部コネクタ又は更なるＰＣＢによって、形成されてもよい。
【００３８】
第１の複数のインピーダンス素子（及び第２の複数のインピーダンス素子）のインピーダンス素子は、互いに直列に電気接続される。したがって、この「チェーン」の端部にあるインピーダンス素子を除いて、インピーダンス素子は、電気的に隣接する１つのインピーダンス素子と電気的に隣接する別のインピーダンス素子との間に電気接続される。
【００３９】
インピーダンス素子のチェーンの高電圧端にある最後のインピーダンス素子は、高電圧コンタクトに接続される。これにより、最後のインピーダンス素子は、第１又は第２の分圧器の高電位部分を高電圧コンタクトに接続し、使用中に、また送電導体の上昇電圧に接続する。インピーダンス素子のチェーンの反対側の低電圧端にある最後のインピーダンス素子は、使用中に、電気アース又は低電圧上の要素に電気接続されてもよく、これにより、第１又は第２の分圧器の低電位部分は、アース又は低電圧に接続される。
【００４０】
（第１又は第２の）分圧器の低電位部分がインピーダンスアセンブリに含まれない場合に、インピーダンス素子のチェーンの反対側の低電圧端にある最後のインピーダンス素子は、使用中に、それぞれの（第１又は第２の）分圧器の低電位部分に電気接続されてもよく、次いで、アース又は低電圧に接続される。
【００４１】
一般に、ＰＣＢ上の第１の複数の又は第２の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子の構成は、特に限定されない。本開示によるインピーダンスアセンブリのいくつかの実施形態では、ＰＣＢは、第１の主外面と、反対側の第２の主外面、例えば、第１の主面と平行な反対側の第２の主面とを有する。これら実施形態のいくつかでは、第１の複数のインピーダンス素子は、第１の主外面に配置され、第２の複数のインピーダンス素子は、第２の主外面に配置される。
【００４２】
これら実施形態のいくつかの形態では、第１の複数のインピーダンス素子は、第１の主外面に配置され、第２の複数のインピーダンス素子も、第１の主外面に配置される。
【００４３】
いくつかの実施形態では、第１の複数のインピーダンス素子のいくつかのインピーダンス素子が、第１の主外面に配置され、第１の複数のインピーダンス素子のいくつかの他のインピーダンス素子が、ＰＣＢの第２の主外面に配置される。
【００４４】
本開示によるインピーダンスアセンブリのいくつかの実施形態では、第２の複数のインピーダンス素子の各インピーダンス素子が、第１の複数のインピーダンス素子の対応するインピーダンス素子の正反対に、すなわち、ＰＣＢの厚さで隔てられただけで、配置される。この構成の効果は、「検知用」インピーダンス素子（すなわち、第１の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子）が、反対側の「収集用」インピーダンス素子（すなわち、第２の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子）の方向で「見る」電界勾配が、低減し得ることである。したがって、第２の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子は、それらの反対側に配置された第１の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子に対するある形態の電気シールドを提供する。この低減された電界勾配は、ＰＣＢを通じた第１の複数のインピーダンス素子からの寄生電流を低減し得る。このことは最終的に、第１の（「検知用」）分圧器のより高い測定精度と、送電導体の電圧のより正確な検知とをもたらし得る。
【００４５】
したがって、第１の複数のインピーダンス素子が第１の主外面に配置され、第２の複数のインピーダンス素子が第２の主外面に配置されるいくつかの実施形態では、第１の複数のインピーダンス素子の第１のインピーダンス素子が、第１の主外面上の第１の位置に配置され、第２の複数のインピーダンス素子の第１のインピーダンス素子が、第２の主外面上の同じ第１の位置に配置される。
【００４６】
更により良好なシールドのために、第２の複数のインピーダンス素子の第２のインピーダンス素子を、第１の複数のインピーダンス素子の対応する第２のインピーダンス素子の反対側に配置することが望ましい場合がある。したがって、上述した実施形態のいくつかでは、第１の複数のインピーダンス素子の第２のインピーダンス素子が、第１の主外面上の第２の位置に配置され、第２の複数のインピーダンス素子の第２のインピーダンス素子が、第２の主外面上の同じ第２の位置に配置される。
【００４７】
本開示では、第１のインピーダンス素子がＰＣＢの第１の主面の特定の二次元位置に配置され、第２のインピーダンス素子がＰＣＢの第２の主面の同じ二次元位置に配置され、これにより、インピーダンス素子が、ＰＣＢの厚さ方向のみで互いに隔てられるが、ＰＣＢの面内方向で隔てられない場合に、インピーダンス素子が、第１の外面及び平行な第２の外面を有する平坦なＰＣＢ上の別のインピーダンス素子と正反対に配置されると理解される。
【００４８】
ＰＣＢの１つの主面に配置されるインピーダンス素子を、異なるパターンで幾何学的に配置することができる。インピーダンスアセンブリは、上昇電圧の要素と低電圧又は電気アースの要素との間で物理的に延びる。この電圧降下は、直列接続されたインピーダンス素子のチェーンにより、例えば、第１の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子及び第２の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子により、吸収される必要がある。インピーダンス素子のチェーンの直線的な構成、すなわち、インピーダンス素子が直線状の列を形成するように配置される構成が有利である。これは、インピーダンス素子間、特に、同じチェーンのインピーダンス素子間、すなわち、同じ複数のインピーダンス素子内での絶縁破壊のリスクを低減するためである。そのような直線的な配置では、電圧降下は、インピーダンス素子のチェーンに沿ってどうにか均等に分散される。
【００４９】
電気的にわずかに好ましくない構成は、インピーダンス素子の２列の構成である。そのような構成では、第１の列が、第１のチェーン（又は第２のチェーン）の第１の、第３の、第５の、第７などのインピーダンス素子によって形成されてもよく、第２の列が、第１のチェーン（又は第２のチェーン）の第２の、第４の、第６の、第８などのインピーダンス素子によって形成されてもよい。したがって、チェーンは、そのインピーダンス素子が単一の列を形成するように直線状に配置されなくてもよいが、その代わりに、そのインピーダンス素子が平行な２つの直線状の列を形成するように、Ｚ字状に配置されてもよい。
【００５０】
したがって、いくつかの実施形態では、第１の複数のインピーダンス素子は、インピーダンス素子の１つの直線状の列、又はインピーダンス素子の２つの直線状の列を形成するように配置される。第１の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子の構成とは無関係に、第２の複数のインピーダンス素子は、インピーダンス素子の１つの直線状の列、又はインピーダンス素子の２つの直線状の列を形成するように配置されてもよい。
【００５１】
インピーダンスアセンブリの高電圧端から低電圧端への電圧降下が、特に平滑であるか、又は直列接続されたインピーダンス素子のチェーンの長さ方向に沿っている場合に、インピーダンスアセンブリの要素間の絶縁破壊のリスクがより低い。このために、いくつかの実施形態では、第１の複数のインピーダンス素子の全てのインピーダンス素子が、同じ公称インピーダンスを有する。これら実施形態のいくつかでは、第２の複数のインピーダンス素子の全てのインピーダンス素子も、第１の複数のインピーダンス素子のインピーダンス素子の公称インピーダンスと異なり得る同じ公称インピーダンスを有する。
【００５２】
したがって、いくつかの実施形態では、第１の複数のインピーダンス素子の各インピーダンス素子は、同じ第１の公称インピーダンスを有し、及び／又は、第２の複数のインピーダンス素子の各インピーダンス素子は、同じ第２の公称インピーダンスを有する。
【００５３】
そのような設計は、第１の複数のインピーダンス素子がＰＣＢの第１の主外面に第１の直線状の列で配置され、第２の複数のインピーダンス素子がＰＣＢの第２の主外面に第２の直線状の列で配置される場合に、特に有利である。第２の直線状の列は、第１の直線状の列と平行であってもよい。
【００５４】
一般に、本開示の文脈では、「インピーダンス素子」という用語は、コンデンサ、抵抗器、又はインダクタを指す。インピーダンス素子、すなわち、コンデンサ、抵抗器、又はインダクタは、個別のインピーダンス素子、すなわち、個別のコンデンサ、個別の抵抗器、又は個別のインダクタであってもよい。本明細書で使用するとき、個別のインピーダンス素子は、他の電気要素から、ＰＣＢから、又はＰＣＢ上の導電性トレースから、独立して存在する個々の電気要素である。特に、個別のインピーダンス素子は、ＰＣＢの外面又はＰＣＢ内の導電性トレースによって形成されない。
【００５５】
個別のインピーダンス素子は、特に、表面実装される個別のインピーダンス素子、すなわち、ＰＣＢの外面に実装できるものであってもよい。
【００５６】
いくつかの実施形態では、第１の複数のインピーダンス素子の各インピーダンス素子は、個別の表面実装コンデンサであり、及び／又は第２の複数のインピーダンス素子の各インピーダンス素子は、個別の表面実装コンデンサである。
【００５７】
ナノファラド及びピコファラドの範囲の好適な容量の個別の表面実装コンデンサが、高い公称精度等級で市販されており、したがって、本開示によるインピーダンスアセンブリにおいて有用である。また、個別の表面実装コンデンサは、ＰＣＢの主外面がアクセス可能である限り、より容易に交換することができる。
【００５８】
インピーダンス素子のチェーン内の各インピーダンス素子（すなわち、第１の複数の又は第２の複数のインピーダンス素子）にわたる電圧降下は、より多くのインピーダンス素子によって上昇電圧が分割される場合に、より少ないインピーダンス素子による場合とは対照的に、より小さい。したがって、それぞれのチェーンの個々のインピーダンス素子の電圧抵抗の要件を、より低くすることができる。
【００５９】
したがって、本開示のいくつかの実施形態では、第１の複数のインピーダンス素子は、２０個を超すインピーダンス素子を備え、及び／又は第２の複数のインピーダンス素子は、２０個を超すインピーダンス素子を備える。
【００６０】
本開示によるインピーダンスアセンブリを、絶縁破壊及び／又は個々のインピーダンス素子間に形成されるアークからより良好に保護するために、インピーダンスアセンブリは、電気絶縁性の封入体に部分的に又は完全に埋め込まれるか、又は封入されてもよい。封入体は、封入される要素に追加の電気絶縁をもたらし得る。封入体はまた、機械的衝撃、化学的衝撃、又は環境的衝撃に対する更なる保護ももたらし得る。
【００６１】
インピーダンスアセンブリのプリント回路基板の一部分、又はプリント回路基板の全体が、封入体に封入されてもよい。他の要素の封入とは無関係に、第１の複数のインピーダンス素子の一部又は全てのインピーダンス素子が、封入体に封入されてもよい。他の要素の封入とは無関係に、第２の複数のインピーダンス素子の一部又は全てのインピーダンス素子が、封入体に封入されてもよい。
【００６２】
封入体は、インピーダンス素子の外面及びプリント回路基板の外面などの、封入される要素の外面と直接面接触してもよい。
【００６３】
封入体は、変形可能、例えば弾性であってもよく、又は剛性であってもよい。変形可能な封入体が、特に、スリーブの弾性が低い場合に、スリーブの空洞へのインピーダンスアセンブリの挿入を容易にし得る。しかし、剛性の封入体が、インピーダンスアセンブリのより高い剛度をもたらし、弾性スリーブ、例えば、ケーブル終端器、ケーブルスプライス、又はケーブルコネクタのスリーブの空洞へのインピーダンスアセンブリの挿入を容易にし得る。
【００６４】
したがって、いくつかの実施形態では、インピーダンスアセンブリの少なくとも一部分が、剛性の電気的絶縁性の封入体に封入される。
【００６５】
封入体は、平滑な外面を形成してもよい。そのような平滑な外面は、インピーダンスアセンブリが空洞に配置されるときに、インピーダンスアセンブリと空洞の内壁との間の空隙の数及びサイズを低減し得る。
【００６６】
封入体は、樹脂から成ってもよい。樹脂は、硬化樹脂であってもよい。硬化樹脂は、硬化性液状樹脂から硬化されてもよい。インピーダンス素子を有するＰＣＢは、樹脂が液体である間に、硬化性液状樹脂に浸漬されてもよい。次いで、樹脂を硬化させ、固体封入体を形成するように固化及び硬化させてもよい。
【００６７】
封入体は透明であってもよい。このことは、インピーダンスアセンブリ、インピーダンス素子、及びプリント回路基板の目視検査を容易にし得る。
【００６８】
本開示はまた、本明細書に記載するようなインピーダンスアセンブリと、第１の複数のインピーダンス素子に電気接続される処理ユニットと、を備える検知アセンブリを提供する。処理ユニットは、信号電圧を処理し、送電導体のアースに対するＡＣ上昇電圧を検知するのに好適であり得る。処理ユニットは、例えば、信号電圧を処理するための電子回路を有するＰＣＢであってもよく、検知用分圧器によって検知された送電導体のＡＣ上昇電圧を示す電気信号を生成してもよい。
【００６９】
インピーダンスアセンブリが、送電導体の上昇電圧に比例して変化する信号電圧を提供する信号コンタクトを備える場合に、処理ユニットは、好ましくは、信号コンタクトに電気接続される。
【００７０】
いくつかの実施形態では、処理ユニットは、外部電源によって電力を供給される。しかし、他の好ましい実施形態では、処理ユニットは、第２の分圧器によって収集された電気エネルギーによって電力供給される。第２の複数のインピーダンス素子から収集されたエネルギーによって処理ユニットに電力供給することで、送電導体に電圧センサをより独立して配置することが可能になる。これは、外部電源も、この外部電源につながるケーブルも、必要とされないためである。
【００７１】
したがって、一般に、本開示はまた、
ａ）送電導体の上昇電圧に比例して変化する信号電圧を提供するように第１の複数のインピーダンス素子に接続された信号コンタクトを備えるインピーダンスアセンブリと、
ｂ）信号コンタクトに電気接続され、第２の分圧器によって収集された電気エネルギーによって電力供給される、処理ユニットであって、信号電圧を処理し、送電導体のアースに対するＡＣ上昇電圧を検知するための処理ユニットと、を備える検知アセンブリも提供する。
【００７２】
そのような検知アセンブリでは、処理ユニットは、送電導体のアースに対するＡＣ上昇電圧を示す信号を無線伝送するためのアンテナを備えてもよい。無線伝送は、有線接続を不要にする。処理ユニットが、第２の複数のインピーダンス素子から収集されたエネルギーによって電力供給される場合に、無線伝送が、送電導体に電圧センサを完全に独立して配置することを可能にする。これは、電源供給も、データ伝送も、有線接続を必要としないためである。処理ユニットは、いわゆるＲＴＵに信号を無線伝送して、検知された電圧の値をネットワークオペレータに対して利用可能にしてもよい。
【００７３】
いくつかの実施形態では、処理ユニットは、２０１９年４月２６日に施行される、国際電気標準会議ＩＥＣの標準規格６０８７０の第５部に記載されているプロトコルに従って、例えば、２０１９年４月２６日に施行されるプロトコルＩＥＣ６０８７０−５−１０３に従って、信号を無線伝送するためのＢｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェースを備える。
【００７４】
一般に、本開示によるインピーダンスアセンブリは、好適に絶縁されている場合に、ケーブル終端器、ケーブルスプライス、又はプラグ接続可能ケーブルコネクタから独立して配置することができる。ケーブル終端器、ケーブルスプライス、又はプラグ接続可能コネクタの絶縁スリーブの空洞に配置することで、これら付属品の既存の絶縁が、インピーダンスアセンブリの絶縁に使用される。
【００７５】
スリーブの空洞が、上述したような処理ユニットを収容するための十分な空間を提供しない場合に、処理ユニットを収容する、ＲＴＵボックスなどの別の筐体を設けることが必要となり得る。
【００７６】
しかし、いくつかの検知アセンブリでは、処理ユニットは、送電導体の電圧を検知するためのインピーダンスアセンブリに接続されるだけでなく、送電導体を流れる電流を検知するための電流センサにも接続されてもよい。これらの検知アセンブリでは、処理ユニットは、電流センサの筐体に収容されてもよい。
【００７７】
したがって、上述したような検知アセンブリが、送電導体を流れる電流を検知するための、処理ユニットに接続された電流センサと、電流センサの構成要素を収容する筐体とを更に備え、処理ユニットが、筐体内に配置されてもよい。
【００７８】
本開示はまた、本明細書に記載するようなインピーダンスアセンブリを備えるか、又は上述したような検知アセンブリを備える、電気エネルギーを全国電力網において配電するための電力ネットワークも提供する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
ここで、本発明の特定の実施形態を例示する以下の図を参照して、本発明について、より詳細に説明する。以下の図では、同様の要素が同様の参照数字により示される。
【図１】分圧器の原理を示す回路図である。
【図２】本開示による第１のインピーダンスアセンブリの回路図を含む図である。
【図３】第１のインピーダンスアセンブリの断面図である。
【図４】封入体に埋め込まれた第１のインピーダンスアセンブリの断面図である。
【図５】本開示による第２のインピーダンスアセンブリの上側の平面図である。
【図６】第２のインピーダンスアセンブリの下側の平面図である。
【図７】弾性的に拡張可能なケーブルスリーブ内に配置された固体封入体に封入された、本開示によるインピーダンスアセンブリの断面図である。
【図８】弾性的に拡張可能なケーブルスリーブ内に配置された固体封入体に封入された、図７のインピーダンスアセンブリの斜視図である。
【図９】封入体に封入され、電力ケーブルの端部にある終端器に配置され、外部処理ユニットに接続された、第４のインピーダンスアセンブリのシステム図である。
【図１０】封入体に封入され、電力ケーブルの端部にある終端器に配置され、代替的な処理ユニットに接続された、第４のインピーダンスアセンブリのシステム図である。
【図１１】インダクタレス降圧形コンバータの回路図である。
【図１２】代替的なインダクタレス降圧形コンバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
図１の回路図は、全国電力網におけるＭＶ／ＨＶ開閉器内のバスバー又はＭＶ／ＨＶ電力ケーブルの中央導体などの、全国電力網における送電導体１０のＡＣ上昇電圧を検知するための分圧器の原理を示す。この原理は、本開示によるインピーダンスアセンブリを備える分圧器に使用することができる。使用時に、送電導体１０は、電気アースに対して１ｋＶ〜１００ｋＶの中電圧又は高電圧の「ネットワーク電圧」にあり、数十アンペア〜最大で数百アンペアの交流（ＡＣ）を導通する。
【００８１】
分圧器２０は、高電位部分、すなわち、高電圧側４０又はケーブル側４０と、低電位部分、すなわち、低電圧側５０又はアース側５０とを備える。分圧器は、信号コンタクト６０と、電気アース３０に接続するためのアースコンタクト３５とを更に備える。送電導体１０の電圧を検知するために、ケーブル側４０は、送電導体１０に導電的に接続され、アース側５０は、電気アース３０に接続される。ケーブル側４０とアース側５０との間の信号コンタクト６０にて分割電圧をピックアップすることができる。分割電圧は、送電導体１０の電圧に比例し、比例定数は、分圧器２０の分割比である。分割電圧を測定することにより、この比例関係は、送電導体１０の電圧を検知するために使用される。
【００８２】
図１に示す分圧器２０は、交流（ＡＣ）電圧を検知するための容量性分圧器２０である。そのケーブル側４０は、高電圧コンタクト８０と信号コンタクト６０との間で直列に電気接続された３つの分割インピーダンス素子７０からなる。信号コンタクト６０は、分割電圧へのアクセスを提供する。分割インピーダンス素子７０はそれぞれ、コンデンサ、抵抗器、又はインダクタであってもよい。
【００８３】
分圧器２０のアース側５０は、低電圧インピーダンス素子９０と呼ばれる単一のインピーダンス素子９０を備える。単一のインピーダンス素子は、信号コンタクト６０と電気アース３０との間に接続される。分圧器２０の分割比は、アース側５０の総インピーダンスとケーブル側４０の総インピーダンスとの比として定義される。分割比が例えば１：１０，０００であり、送電導体１０の電圧が５０ｋＶである場合に、信号コンタクト６０にて分圧器２０の出力電圧は、約５Ｖである。その大きさの電圧は、標準的な電子回路によって処理することができる。
【００８４】
送電導体１０の電圧は、分圧器２０のケーブル側４０で、３つの分割インピーダンス素子７０にわたって５０ｋＶから約５Ｖに降下する。
【００８５】
図２の電気回路図は、本開示による第１のインピーダンスアセンブリ１２０の要素を示す。送電導体１０は、絶縁層１１０によって包囲された、ＭＶ電力ケーブル１００の中央導体１０である。中央導体１０は、ワイヤ１３０を介して第１のインピーダンスアセンブリ１２０に電気接続される。
【００８６】
インピーダンスアセンブリ１２０は、１つのＰＣＢ１７０上に２つの分圧器の要素を備え、インピーダンスアセンブリは、第１に、電力ケーブル１００の中央導体１０のＡＣ上昇電圧を検知するように動作可能な第１の分圧器２０（「検知用分圧器」２０）の高電圧側４０を備える。第２に、インピーダンスアセンブリ１２０は、中央導体１０から電気エネルギーを収集するように動作可能な第２の分圧器２１（「収集用分圧器」２１）の高電圧側４１を備える。
【００８７】
高電圧側４０を越えて、検知用分圧器２０は、低電圧アース側５０を備え、これは、図２の実施形態では、高電圧側４０と同じプリント回路基板１７０に配置されているが、代替的に、インピーダンスアセンブリ１２０とは別に配置されてもよい。アース側５０は、高電圧側４０の信号コンタクト６０に電気接続された低電圧検知用コンデンサ１５０を備える。この低電圧検知用コンデンサ１５０は、図１の低電圧インピーダンス９０に対応する。低電圧検知用コンデンサ１５０は、アースコンタクト３５を介して電気アース３０に接続される。中央導体１０の電圧に比例して変化する信号電圧を信号コンタクト６０にてピックアップすることができる。
【００８８】
検知用分圧器２０の高電圧側４０は、互いに直列に電気接続された第１の複数の分割コンデンサ７０、すなわち、１４個の分割コンデンサ７０を備える。コンデンサはそれぞれ、約４７０ｐＦの容量を有し、これにより、検知用分圧器２０の高電圧側４０の総容量は、約３４ｐＦである。
【００８９】
検知用分圧器２０の高電圧側４０の分割コンデンサ７０は、プリント回路基板１７０に配置される。分圧コンデンサは、直線的に配置されて、直線状の検知用分圧器チェーンを形成する。
【００９０】
収集用分圧器２１は、検知用分圧器２０と同様の構造を有しており、高電圧側４１の向こうに、収集用分圧器２１は、低電圧アース側５１を備える。アース側５１は、アースコンタクト３５を介して電気アース３０に接続された低電圧収集用コンデンサ１５１と、整流器を形成する２つのダイオード１６０とを備える。低電圧収集用コンデンサ１５１は、一方のダイオード１６０の電気的に背後に配置される。高電圧側４１は、インピーダンス素子７１の収集用分圧器チェーンの低電圧端にある、一方のダイオード１６０と低電圧収集用コンデンサ１５１との間に電気的に配置された収集コンタクト６１にて収集電圧を提供する。図２に示す構成では、送電導体１０の上昇電圧が１２ｋＶであり、収集用分圧器２１の分割コンデンサ７１がそれぞれ、約２．２ｎＦの容量を有する場合に、収集電圧は、約４００ボルトであり、約０．３ｍＡの電流が流れ、約１２０ｍＷの収集可能な電力を発生させることができる。
【００９１】
収集用分圧器２１の高電圧側４１は、互いに直列に電気接続された第１の複数の収集用分割コンデンサ７１、すなわち、１４個の収集用分割コンデンサ７１を備える。収集用分割コンデンサ７１はそれぞれ、約２．２ｎＦの容量を有し、これにより、収集用分圧器２１の高電圧側４１の総容量は、約１６０ｐＦである。
【００９２】
収集用分圧器２１の高電圧側４１の分割コンデンサ７１は、検知用分圧器２０の高電圧側４０の分割コンデンサ７０と同じプリント回路基板１７０に、かつ、ＰＣＢ１７０の同じ主面に配置される。また、これらの分割コンデンサ７１は、直線的に配置されて、直線状の収集用分割器チェーンを形成する。
【００９３】
検知用分圧器チェーンと収集用分圧器チェーンの両方は、インピーダンスアセンブリ１２０のＰＣＢ１７０上の高電圧コンタクト８０にはんだ付けされたワイヤ１３０により、中央導体１０の高／中電圧に接続される。
【００９４】
検知用コンデンサ２０の高電圧側４０の分割コンデンサ７０の数は、収集用分圧器２１の高電圧側４１の分割コンデンサ７１の数と同じである。収集用分圧器２１の分割コンデンサ７１のインピーダンスを好適に選択し、分割コンデンサ７１を検知用コンデンサ２０の分割コンデンサ７０に対して好適に配置すると、収集用分圧器２１の分割コンデンサ７１は、検知用分圧器２０が送電導体１０の電圧を検知する精度を向上させるのに役立つことができる。図３は、第１のインピーダンスアセンブリ１２０のＰＣＢ１７０に配置された分割コンデンサ７０、７１の好適な構成を長手方向断面図で示す。
【００９５】
ＰＣＢ１７０は、上側主面１８０にて、高電圧コンタクト８０と信号コンタクト６０との間で直列に接続された、検知用分圧器２０の高電圧側４０のインピーダンス素子７０を支持する。高電圧コンタクト８０は、インピーダンスアセンブリ１２０の第１の端部２１０に配置され、信号コンタクト６０及び収集コンタクト６１は、インピーダンスアセンブリ１２０の反対側の第２の端部２２０に配置される。反対側の下側主面１９０にて、ＰＣＢ１７０は、高電圧コンタクト８０と収集コンタクト６１との間で直列に接続された、収集用分圧器２１の高電圧側４１のインピーダンス素子７１を支持する。
【００９６】
収集用分圧器２１の各分割コンデンサ７１は、検知用分圧器２０の対応する分割コンデンサ７０の正反対に、すなわち、ＰＣＢ１７０の厚さで隔てられただけで、配置される。この構成の効果は、各「検知用」分割コンデンサ７０、例えば、検知用分割コンデンサ７０ａが、反対側の「収集用」分割コンデンサ７１ａの方向で「見る」電界勾配が、下側主面１９０が導電的にコーティングされ、アースに接続されている場合と比べて、はるかに小さいことである。したがって、「収集用」分割コンデンサ７１ａは、反対側の「検知用」分割コンデンサ７０ａに対するある形態のシールドを提供する。このより小さな電位差は、この「検知用」分割コンデンサ７０ａからのＰＣＢ１７０を通じた寄生電流を低減することになり、最終的に、検知用分圧器４０のより高い測定精度と、送電導体１０の電圧のより正確な検知とをもたらす。
【００９７】
同じ効果は、「検知用」分割コンデンサ７０をそれぞれ、それぞれの「検知用」分割コンデンサ７０の丁度反対に配置された対応する「収集用」分割コンデンサ７１によってシールドする。これにより、検知用分圧器２０の高電圧側４０からの寄生電流が低減され、検知用分圧器２０の電圧検知精度が向上する。
【００９８】
仮定として、最適なシールドのために、各「検知用」分割コンデンサ７０の容量は、反対側の対応する「収集用」分割コンデンサ７１の容量と同一である。しかし、検知用分圧器２０は、検知精度を高く保つために、好ましくは高インピーダンスを有する。収集用分圧器２１が同一に作られた場合に、それも高インピーダンスを有することになる。しかし、収集用分圧器２１の高インピーダンスが、収集可能なエネルギーの電流及び／又は電圧も過度に制限し得る。収集可能な電力と寄生電流の低減との間で許容可能なバランスを見出す際に、図３のインピーダンスアセンブリ１２０は、例えば、４７０ｐＦの容量をそれぞれ有する検知用分割コンデンサ７０を備え、約３４ｐＦの容量を有する高電圧側４０を備えた検知用分圧器２０と、２．２ｎＦの容量をそれぞれ有する収集用分割コンデンサ７１を備え、１６０ｐＦの容量を有する高電圧側４１を備えた収集用分圧器２１とを有してもよい。この例では、高電圧コンタクト８０が１２ｋＶの電圧に接続されているときに、収集コンタクト６１にての電圧（「収集電圧」）は、アース３０に対して約４００ボルトのＤＣである。この収集電圧は、収集コンタクト６１に接続された標準的なＤＣ／ＤＣ電圧コンバータにより、電子回路用の典型的な５ＶＤＣの供給電圧に変換することができる。
【００９９】
図４は、硬化樹脂で作製された固体封入体２９０に部分的に封入された、図３に示した第１のインピーダンスアセンブリ１２０の断面図である。検知用分割コンデンサ７０及び収集用分割コンデンサ７１を有するＰＣＢ１７０は、樹脂が液体である間に樹脂に浸漬される。次いで、樹脂を固化させ、硬化させ、これにより、樹脂は、固体封入体２９０を形成する。明瞭にするために、封入体２９０は、図４では透明で示されているが、封入体２９０は、実際には透明、半透明、又は不透明であってもよい。樹脂は、ポリウレタンを含む熱硬化性材料である。あるいは、例えば、エポキシ系熱硬化性材料又はポリエチレン若しくはポリプロピレンを含む熱可塑性材料のような、他の樹脂を使用することも考えられる。
【０１００】
封入体２９０は、高電圧コンタクト８０、信号コンタクト６０、及び収集コンタクト６１を担持するＰＣＢ１７０の部分を樹脂なしのままで残し、これにより、これらのコンタクトが、封入体２９０の外側にアクセス可能なままにする。
【０１０１】
一般に、この特定の実施形態とは無関係に、封入体２９０が、本開示によるインピーダンスアセンブリ、例えば、第１のインピーダンスアセンブリ１２０に機械的安定性をもたらすことができ、これにより、そのようなインピーダンスアセンブリを終端器の空洞に押し込むときの損傷のリスクが低減される。好適に封入されたインピーダンスアセンブリは、空洞に押し込まれるときに破断しにくい。封入体２９０がまた、そのようなインピーダンスアセンブリ、例えば、インピーダンスアセンブリ１２０の周囲に平滑な外面を提供することができ、これにより、終端器の空洞、すなわち、封入体２９０とそのような空洞の内壁との間の空間には、封入されたインピーダンスアセンブリ１２０を空洞に挿入した後に、より少数の空隙及び／又はより小さな空隙が存在する。インピーダンスアセンブリの周囲の平滑な外面が一般に、空洞へのインピーダンスアセンブリの挿入をより容易にし得る。
【０１０２】
図５は、本開示による第２のインピーダンスアセンブリ１２２の、検知用分圧器２０の要素を担持する上側を平面図で示す。プリント回路基板１７１の上側主面１８０には、第１の導電性トレース２００によって互いに直列に電気接続された第１の複数の個別のコンデンサ７０が配置される。個別の分割コンデンサ７０は、インピーダンス素子である。それらは、高電圧コンタクト８０と信号コンタクト６０との間に電気接続される。分割コンデンサ７０は、送電導体１０のＡＣ上昇電圧を検知するための検知用分圧器２０の高電圧側４０として動作可能である。
【０１０３】
ＰＣＢ１７１は多層ＰＣＢ１７１であり、ＰＣＢ１７１の内部層、すなわち埋め込み層に、「検知用」分割コンデンサ７０を互いに接続し、高電圧コンタクト８０及び信号コンタクト６０に接続する導電性トレース２００が、配置される。
【０１０４】
インピーダンスアセンブリ１２２は、第１の端部２１０と反対側の第２の端部２２０との間で長い延長部を画定する細長い形状を有する。検知用分割コンデンサ７０は、細長いインピーダンスアセンブリ１２２の長い延長部と平行に延びる列に幾何学的に配置される。
【０１０５】
検知用分割コンデンサ７０は、２つのグループに配置され、一方のグループが第１の端部２１０にあり、他方のグループが第２の端部２２０にある。中央部分２３０が、検知用分割コンデンサ７０を含まないままである。
【０１０６】
第２のインピーダンスアセンブリ１２２は、信号コンタクト６０とアースコンタクト３５との間に電気接続された低電圧検知用コンデンサ９０を更に備える。インピーダンスアセンブリ１２２を電気アースに接続し得るアースコンタクト３５は、インピーダンスアセンブリ１２２の第２の端部２２０にある導電性アースタブ２４０に配置され、これにより、他の接続要素への接続が容易になる。同様に、反対側の第１の端部２１０にて、高電圧コンタクト８０は、導電性高電圧タブ２５０に配置される。
【０１０７】
図６は、図５の第２のインピーダンスアセンブリ１２２の下側を更なる平面図で示す。この下側は、収集用分圧器２１の要素を支持する。同じプリント回路基板１７１の下側主面１９０にて、第２の導電性トレース２６０によって互いに直列に電気接続された第２の複数の個別のコンデンサ７１が配置され、第２の導電性トレースは、第１のトレース２００とは異なり、多層ＰＣＢ１７１の異なる層に配置される。これらの「収集用」分割コンデンサ７１は、高電圧コンタクト８０と収集コンタクト６１との間に電気接続される。収集用分割コンデンサ７１は、送電導体１０から電気エネルギーを収集するために、収集用分圧器２１の高電圧側４１として動作可能である。
【０１０８】
「収集用」分割コンデンサ７１は、それらの構成が「検知用」分割コンデンサ７０の構成を反映するように配置され、すなわち、高電圧コンタクト８０から始まり、それぞれの分割器チェーンを通って進みながら、第１の収集用分割コンデンサ７１ａは、ＰＣＢ１７１の反対側の主面１９０にて、対応する第１の検知用分割コンデンサ７０ａの正反対に配置され、第２の収集用分割コンデンサ７１ｂは、対応する第２の検知用分割コンデンサ７０ｂの正反対に配置され、第３の収集用分割コンデンサ７１ｃは、対応する第３の検知用分割コンデンサ７０ｃの正反対に配置され、以下同様である。この構成は、検知用分割コンデンサ７０の、上述したようなある程度の「シールド」と、関連する寄生電流の低減とをもたらし、検知用分割コンデンサ７０によって高電圧部分４０が形成される検知用分圧器２０の精度を高める。
【０１０９】
電気的に収集用分割コンデンサ７１のチェーンとアースタブ２４０との間に、整流器２７０が配置される。整流器２７０は本質的に、収集用分割コンデンサ７１のチェーンによって提供される交流電圧を、インピーダンスアセンブリ１２２の外部に提供される約４００Ｖの整流（ＤＣ）電圧に変換するＡＣ／ＤＣ電圧コンバータである。次いで、この収集電圧を、既製の電子回路に電力を供給するために使用できる５Ｖの電圧に変換することができる。代替的なデバイスを使用することで、収集電圧は、通常の電子回路に電力を供給するのに好適な任意の他の低電圧に変換されてもよく、整流されてもよく、又はされなくてもよい。図６の実施形態では、この整流された収集電圧は、ＰＣＢ１７１の下側主面１９０上の収集コンタクト６１にて利用可能となる。
【０１１０】
送電導体１０の電圧が１２ｋＶである場合に、２．２ｎＦの容量をそれぞれ有する１４個の収集用コンデンサ７１のチェーンと、整流器２７０とは、１２ｋＶを収集コンタクト６１にて、１００ｍＷを超える電力を収集できる約４００ＶＤＣに分割する。
【０１１１】
図４に示した封入体２９０を再び参照すると、第２のインピーダンスアセンブリ１２２を同様の封入体２９０に封入できることは明らかである。第２のインピーダンスアセンブリ１２２のための封入体２９０は、高電圧コンタクト８０への、信号コンタクト６０への、アースタブ２４０上のアースコンタクト３５への、及び収集コンタクト６１へのアクセスを容易にするように好適に成形されるべきである。
【０１１２】
図７は、弾性的に拡張可能なケーブルスリーブ３１０の細長い空洞３００に配置された固体封入体２９０に封入された、図２〜図６の文脈で説明したようなインピーダンスアセンブリ１２０、１２２を断面図で示す。ケーブルスリーブ３１０は、例えばＥＰＤＭなどの弾性絶縁ゴム材料で作製される。ケーブルスリーブは、絶縁層１１０が中央送電導体１０を包囲する、部分的に剥ぎ取られた電力ケーブル１００の端部に押し込まれて示されている。電力ケーブル１００は、スリーブ３１０の直線状の管状受容空間３２０に配置される。この受容空間３１０と空洞３００は、ケーブル１００の長さ方向に互いに平行に延びる。スリーブ３１０は、ケーブル１００を絶縁し、インピーダンスアセンブリ１２０、１２２を収容する。
【０１１３】
第１のインピーダンスアセンブリ１２０又は第２のインピーダンスアセンブリ１２２の第２の端部２２０にてＰＣＢ１７０、１７１に、信号コンタクト６０、アースタブ２４０上の別のアースコンタクト３５、及び別個の収集コンタクト６１を有する代わりに、本開示によるインピーダンスアセンブリが、好ましくは、第２の端部２２０に配置されＰＣＢ１７０、１７１に接続されたインタフェースコネクタに配置された、これらのコンタクトのうちの１つ、２つ、３つ又は全てを有してもよい。そのようなインターフェースコネクタ３４０を備える、本開示による第３のインピーダンスアセンブリ１２３が、図８に斜視図で示され、以下で説明される。そのようなインターフェースコネクタは、例えば、ワイヤの端部にある整合プラグと結合するための、市販の堅牢化ボードコネクタ又は堅牢化コネクタであってもよい。そのコネクタコンタクト（「ピン」）の１つが、信号コンタクト６０に電気接続され、別のピンが、収集コンタクト６１に電気接続され、更なるピンが、アースコンタクト３５に電気接続される。したがって、インターフェースコネクタは、収集エネルギーを外部処理ユニットに、このユニットに電力を供給するために伝送してもよい。
【０１１４】
検知用分圧器２０の信号電圧がインピーダンスアセンブリ１２０、１２２自体で処理及びデジタル化される場合に、インターフェースコネクタは、インピーダンスアセンブリ１２０、１２２から外部処理ユニット、例えばＲＴＵボックスにデジタル信号を伝送するためのピンを備えてもよい。いくつかのインターフェースコネクタは、また光学的に信号を伝送してもよい。それらインターフェースコネクタのいくつかは、デジタル信号又はアナログ信号をインピーダンスアセンブリ１２０、１２２から外部処理ユニット、例えばＲＴＵボックスに伝送するための光源を備えてもよい。
【０１１５】
本開示によるインピーダンスアセンブリ１２０、１２２に、実際のインピーダンスアセンブリ１２０、１２２に関する情報、例えば、インピーダンスアセンブリ１２０、１２２の種類を示す情報、インピーダンスアセンブリ１２０、１２２の識別情報、その電気的構成、又はインピーダンスアセンブリ１２０、１２２の較正データを含み得るＥＥＰＲＯＭを設けることが考えられる。インターフェースコネクタは、デジタル双方向信号を伝送するように設計されてもよく、これにより、ＥＥＰＲＯＭからのデータを読み出すことができる。
【０１１６】
ここで、図８は、封入体２９０に封入され弾性的な拡張可能なスリーブ３１０の空洞に配置された第３のインピーダンスアセンブリ１２３を示しており、弾性的な拡張可能なスリーブは、次いで、中央送電導体１０を包囲する絶縁層１１０を有する部分的に剥ぎ取られた電力ケーブル１００の周囲に配置される。第３のインピーダンスアセンブリ１２３は、アースタブ２４０を有しておらず、アースコンタクト３５、信号コンタクト６０、及び収集コンタクト６１が、インタフェースコネクタ３４０に配置されたそれぞれのピン３３０として形成されることを除いて、第２のインピーダンスアセンブリ１２２と同一である。ピン３３０は、封入体２９０から外に、またスリーブ３１０から外に突き出ており、これにより、結合プラグをそれらに接続することができる。インターフェースコネクタ３４０は、ＰＣＢ１７１の基板にしっかりと機械的に接続される。
【０１１７】
より明瞭にするために、封入体２９０及び弾性スリーブ３１０は、図８では透明であるかのように描かれているが、実際には、それぞれが透明、半透明、又は不透明であってもよい。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、収集用分圧器２１から収集された電力は、別の処理ユニットに電力を供給するために使用される。このことは、図９にシステム図で示されている。
【０１１９】
図９では、封入体２９０に封入された、第１のインピーダンスアセンブリ１２０と同様の第４のインピーダンスアセンブリ１２４が、電力ケーブル１００の端部にある終端器を形成する弾性スリーブ３１０に配置されている。高電圧端部２１０は、ワイヤ１３０によって導電性ラグ３５０に電気接続される。ラグ３５０は、次いで、スリーブ３１０の内側でケーブル１００の中央送電導体１０に接続される。
【０１２０】
第１のワイヤ３６０が、第４のインピーダンスアセンブリ１２４の信号コンタクト６０から遠隔処理ユニット４００に信号電圧を伝送し、第２のワイヤ３７０が、アースコンタクト３５を処理ユニット４００内の電気アースに接続し、第３のワイヤ３８０が、収集電力を収集コンタクト６１から処理ユニット４００に伝送して、同ユニットに電力を供給する。
【０１２１】
処理ユニット４００は、検知用分圧器２０の高電圧部分４０を使用して、ケーブル１００の送電導体１０のＡＣ上昇電圧を表す信号電圧を検知する電子回路（図示せず）を備える。処理ユニット４００は、この検知電圧の値を含むデータを、アンテナ３９０を介して無線方式でネットワークオペレータに伝送する。その目的のために、処理ユニット４００は、ＩＥＣ６０８７０−５−１０３プロトコルに従って伝送する無線Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェースを備え、デバイス、例えば、ネットワークオペレータのいわゆるＲＴＵ（「リモート端末ユニット」）へのインピーダンスアセンブリ１２４の直接データ接続を容易にする。当然のことながら、代替的な他の無線伝送インターフェース及び／又は他の伝送プロトコルを使用してもよい。
【０１２２】
処理ユニット４００はまた、ワイヤ４２０を介して、インピーダンスアセンブリ１２４に近接するがそれから隔てられて終端器３１０に配置された、ロゴスキータイプの電流センサ４１０から電気信号を受信する。したがって、処理ユニット４００はまた、ケーブル１００の送電導体１０を流れる電流を決定し、インピーダンスアセンブリ１２４によって収集された電力を使用してこれらの信号を処理し、検知電流を含むデータを同じ無線方式で伝送することができる。
【０１２３】
図９に示す実施形態の代替的な実施形態では、遠隔処理ユニットは、別の筐体に収容されず、電流センサ４１０の筐体に収容される。
【０１２４】
図１０は、そのような代替的な一実施形態をシステム図で示す。封入体２９０に封入された第４のインピーダンスアセンブリ１２４はまた、電力ケーブル１００の端部にて終端器を形成する弾性スリーブ３１０に配置される。その高電圧端部２１０は、ワイヤ１３０によって導電性ラグ３５０に電気接続され、導電性ラグは、次いで、スリーブ３１０の内側でケーブル１００の中央送電導体１０に接続される。
【０１２５】
処理ユニット４０１は、検知用分圧器２０の（インピーダンスアセンブリ１２４の検知用分割コンデンサ７０によって形成された）高電圧部分４０を使用して、ケーブル１００の送電導体１０のＡＣ上昇電圧を検知する電子回路（図示せず）を備える。図９に示した実施形態と同様に、第１のワイヤ３６０が、インピーダンスアセンブリ１２４の信号コンタクト６０から処理ユニット４０１に信号電圧を伝送する。処理ユニット４０１は、電流センサ４１０も収容する筐体４３０に収容される。
【０１２６】
第２のワイヤ３７０が、スリーブ３１０の内側の位置で、アースコンタクト３５をケーブル１００のアースされたシールド編組（図示せず）に接続する。
【０１２７】
第３のワイヤ３８０が、インピーダンスアセンブリ１２４の収集コンタクト６１から収集電力を処理ユニット４０１に伝送して、同ユニットに電力を供給する。処理ユニット４０１は、送電導体１０の検知されたＡＣ上昇電圧の値を含むデータを、アンテナ３９０を介して無線方式でネットワークオペレータに伝送する。アンテナ３９０は、筐体４３０の外側に配置されて示されている。しかし、筐体４３０の内側に配置されてもよいことが考えられる。無線伝送のために、処理ユニット４０１は、ＩＥＣ６０８７０−５−１０３プロトコルに従って伝送する無線Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈインターフェースを備え、ネットワークオペレータのリモート端末ユニットへのインピーダンスアセンブリ１２４の直接データ接続を容易にする。
【０１２８】
電流センサ４１０がケーブル１００の周囲にロゴスキーコイルのトロイダル形状を有する場合に、処理ユニット４０１の電子回路は、環状の平坦なプリント回路基板（図示せず）に配置することができ、プリント回路基板は、次いで、ロゴスキーコイルの筐体４３０に収容される。環状ＰＣＢは、ケーブル１００の中央送電導体１０を通せる中央開口部を有してもよい。
【０１２９】
図１１は、数キロボルトの範囲の上昇電圧を、５ＶＤＣの出力電圧をパワー電子回路に供給する通常の市販の降圧形コンバータによって扱え得る約４００Ｖに変換するインダクタレス降圧形コンバータの回路図である。この降圧形コンバータは、図２及び図３の収集用分圧器２１について示したようにＰＣＢ１７０に配置されてもよく、図２の文脈で説明した収集用分圧器２１の代わりに、エネルギー収集に使用することができる。降圧形コンバータは、送電導体１０の上昇電圧により高インピーダンスにわたって、直列接続されたコンデンサの段を充電することによって実現される。充電サイクル（５０／６０Ｈｚ）の後に、各コンデンサ段は、アースに接続された出力コンデンサに放電されることになる。このようにして、１：（段数）の入出力比をもたらすことができる。
【０１３０】
図１１の降圧形コンバータでは、Ｖ２は、Ｃ６、Ｃ５及び高インピーダンス抵抗器Ｒ４によってコンバータの入力に接続された送電導体１０の上昇電圧である。Ｃ６及びＣ５はそれぞれ、それぞれが４．７ｎＦである、直列に電気接続された１３個のコンデンサの代替物である。これら２×１３個のコンデンサは、複数のインピーダンス素子を形成する。上昇電圧の正の半波が、ダイオードＤ９、Ｄ７、Ｄ５及びＤ１を介してコンデンサＣ７、Ｃ３、Ｃ１及びＣ２を充電する。上昇電圧の負の半波の電流が、ダイオードＤ８、Ｄ６、Ｄ４、Ｄ２及び抵抗器Ｒ１６にわたって流れる。抵抗器Ｒ１６の電圧降下がトランジスタＱ３の閾値電圧Ｖｂｅに達するとすぐに、トランジスタＱ３のコレクタが、トランジスタＱ２のベースを短時間トリガする負の傾きを生成する。この短時間にわたり、Ｑ２は、Ｃ１（８００Ｖ）の上側を出力コンデンサＣ２に接続するＭｏｓ−ＦｅｔＭ３のゲートをトリガする。Ｃ１は、その電荷をダイオードＤ１２、Ｄ２及び抵抗器Ｒ１６を介してＣ２に放電する。同時に、Ｍｏｓ−ＦｅｔＭ２のソースが、８００Ｖから４００Ｖに遷移し、このことはＭ２のゲートをトリガする。これは、Ｍ２のゲートがＣ４を介して一定電圧に結合されるためである。このようにして、Ｃ３の上側（１２００Ｖ）もまた、Ｍ２及びＭ３を介して出力コンデンサＣ２に接続されることにより、その電荷をＤ１４、Ｄ４、Ｄ２及びＲ１６を介して出力コンデンサＣ２に放電する。Ｃ７及びＭ１を使用した次の段も、同じ方法で作動する。数ミリ秒後に、全てのトランジスタがオフになり、次の正の半波を受けて、直列接続されたコンデンサＣ７、Ｃ３、Ｃ１、及びＣ２を充電することができる。
【０１３１】
このコンバータの段数は、必要とされる出力電力に応じて変更することができる。図１１に示す降圧形コンバータは、各変換サイクルについて２つの時間位相及び４つのコンデンサを使用して、上昇電圧を４分割する。
【０１３２】
図１２は、図１１の降圧形コンバータと同様の代替的なインダクタレス降圧形コンバータの回路図である。図１１のコンバータは、ＡＣ上昇電圧の一方向整流をもたらす。これは、容量性収集用分圧器２１のコンデンサ７１上のＤＣ負荷をもたらすことになる。コンデンサのＤＣ抵抗は、テラオームの範囲であり、大きな変動を伴う。したがって、収集用分圧器の分割比は、正確には分からない。図１２に示す回路は、双方向整流をもたらし、したがって、収集用分圧器２１のコンデンサ７１上のＤＣ負荷を回避するのに役立つ。ここでも、図１２の降圧形コンバータは、図２及び図３の収集用分圧器２１について示したようにＰＣＢ１７０に配置されてもよく、図２の文脈で説明した収集用分圧器２１の代わりにエネルギー収集に使用することができる。
【０１３３】
図１２では、Ｖ２は、コンデンサＣ６、Ｃ５及び高インピーダンス抵抗器Ｒ４を介して降圧形コンバータの入力に接続される送電導体１０の上昇ＡＣ電圧である。Ｃ６及びＣ５はそれぞれ、直列に電気接続された、それぞれが４．７ｎＦである１３個のコンデンサの代替物である。
【０１３４】
上昇電圧の正の波が、直列のダイオードＤ７、Ｄ１０、Ｄ３、Ｄ１、Ｄ２３及びＤ２４を介してコンデンサＣ１及びＣ２を充電する。この間に、トランジスタＱ２は、オンにされ、Ｍｏｓ−ｆｅｔＭ３のゲートを引き下げる。Ｍ３はオフにされる。正の充電電流がゼロまで下がるとすぐに、Ｑ２はオフになり、Ｍ３のゲートは、解放されて抵抗器Ｒ７を介して充電される。Ｍ３は、オンになり、ダイオードＤ２を介してＣ１を出力コンデンサＣ２に放電する。負の半波の電流が、ダイオードＤ８、Ｄ４、Ｄ９、Ｄ１９、Ｄ１７、Ｄ６、Ｄ５にわたって流れ、直列のコンデンサＣ４及びＣ３を充電する。このときに、トランジスタＱ１はオンにされ、Ｍｏｓ−ｆｅｔＭ２のゲートを引き下げる。Ｍ２はオフにされる。Ｍｏｓ−ＦｅｔＭ１もオフにされる。負の充電電流がゼロまで下がるとすぐに、Ｑ１は、オフになり、Ｍ２のゲートは、解放されてコンデンサＣ８を介して充電される。Ｍ２は、オンになり、ダイオードＤ２２及びＤ１２を介してＣ４をＣ３に放電する。Ｍ２のドレイン／ソース電圧は下降し、これにより、コンデンサＣ７を介してＭ１のゲートを充電する。Ｍ１がオンになり、ダイオードＤ１３、Ｄ２３及びＤ２４を介してＣ３を出力コンデンサＣ２に放電する。このとき、両方の半波の電流が、２倍され、出力コンデンサＣ２に格納される。整流器の入力での電圧が、＋８００Ｖと−８００Ｖとの間で振れ、このことは、収集用分圧器Ｃ５及びＣ６の非ＤＣ動作をもたらす。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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