(57)【要約】【課題】光ファイバを用いることなくセンサ信号の授受を行うことができ、信頼性及び経済性の向上に寄与する碍管を提供する。【解決手段】高電圧部１は磁器またはＦＲＰ等からなる中空絶縁物２によって低電圧部３と絶縁されている。中空絶縁物２の一側端部である高電圧部１には光の透過できる窓孔４ａ，４ｂが取付けられ、中空絶縁物２の他側端部である低電圧部３にも光の透過できる窓孔５ａ，５ｂが取り付けられている。窓孔４ａ上方には太陽電池６が配置されており、窓孔５ａ下方には太陽電池６に光を照射するパワー供給用の光源７が配置されている。さらに、窓孔４ｂ及び窓孔５ｂに近接して、センサ１０へ接続される電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８及び光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）９が配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の中空絶縁物の一側端部に高電圧部を設け、他側端部に低電圧部を設けると共に、前記高電圧部に電圧または電流をモニタするためのセンサを接続した碍管において、
前記一側端部及び前記他側端部に光が透過可能な窓孔を取付けたことを特徴とする碍管。
【請求項２】
一方の前記窓孔に前記センサに電力を供給する太陽電池を配置し、
残りの一方の前記窓孔に前記太陽電池に光を照射する光源を配置したことを特徴とする請求項１に記載の碍管。
【請求項３】
一方の前記窓孔に光信号送信装置を配置し、
残りの一方の前記窓孔に光信号受信装置を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の碍管。
【請求項４】
一方の前記窓孔に太陽電池及び光信号送信装置を配置し、
残りの一方の前記窓孔に光源及び光信号受信装置を配置し、
前記太陽電池に照射する光の波長と、前記光信号の送受信装置間で信号の授受に用いる光の波長とが異なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の碍管。
【請求項５】
前記窓孔は前記中空絶縁物内面に面して取付けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の碍管。
【請求項６】
前記中空絶縁物内に前記窓孔以外から光が侵入しないように前記中空絶縁物内に遮光性のコーティングを施したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の碍管。
【請求項７】
一方の前記窓孔に光信号送信装置を配置し、
残りの一方の前記窓孔に光信号受信装置を配置し、
前記光信号の送受信装置間で信号の授受に用いる光の波長を、前記中空絶縁物による吸収の少ないスペクトル帯に選定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の碍管。
【請求項８】
前記高電圧部及び前記低電圧部を光透過性材料から構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の碍管。
【請求項９】
筒状の中空絶縁物の一側端部に高電圧部を設け、他側端部に低電圧部を設けると共に、前記高電圧部に電圧または電流をモニタするためのセンサを接続した碍管において、
前記センサは超音波センサからなり、
前記他側端部に低電圧部に超音波振動子を取付けたことを特徴とする碍管。
【請求項１０】
前記一側端部に超音波モータを取付けたことを特徴とする請求項９に記載の碍管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧側に電圧あるいは電流を監視するセンサが接続された碍管に係り、特に、両端間でのセンサ信号を授受するための構成に改良を加えた碍管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧機器では、高電圧部を低電圧部と絶縁して支持するために碍管が用いられることが多い。碍管は、磁器やＦＲＰ等からなる中空絶縁物を備え、一方の端部に高電圧部を、他方の端部に低電圧部を設けている。また、電気設備においては高電圧部を接続して高電圧回路を構成しているが、信頼性及び運用効率の向上を図るには、高電圧回路を監視して異常の有無などを迅速に検知することが不可欠である。そこで従来より、高電圧回路の電圧や電流をモニタするために計器用変成器が用いられている。特に近年では光センサを適用した計器用変成器が普及している。光センサは、ポッケルス効果やカー効果といった光と電気との相互作用を利用して電圧あるいは電流を計測するようになっており、信号の授受には光ファイバを用いている。
【０００３】
ところで、光センサは高電圧側に取付けるのが一般的である。その際、光センサに接続される光ファイバには、碍管と同様の絶縁性能が求められる。そのため、光ファイバの敷設には様々な工夫がなされている。例えば、碍管内部に光ファイバをスパイラル状に敷設して沿面絶縁距離を長くしたものが知られている。また、図５に示すように、碍管２１の中空絶縁物２外側に、別途、光ファイバだけのために碍子２０を配置したものも提案されている。図５において符号１は高電圧部、３は低電圧部である。
【０００４】
【特許文献】
特開２００２−１５２９２４号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように光ファイバを用いてセンサの信号を授受する場合、光ファイバの絶縁のために特殊な構造が必要であった。また、光ファイバは機械的なストレスに弱いので、その点に配慮した構造としなくてはならない。このように、センサ信号の授受に光ファイバを用いた場合、絶縁性能及び機械的強度を確保する観点から、付加的な構造が要求されている。その結果、構成が複雑化し、コストを引上げる要因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解消するために提案されたものであり、その目的は、光ファイバを用いることなくセンサ信号の授受を行うことができ、信頼性及び経済性の向上に寄与する碍管を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、筒状の中空絶縁物の一側端部に高電圧部を設け、他側端部に低電圧部を設けると共に、前記高電圧部に電圧または電流をモニタするためのセンサを接続した碍管において、次のような技術的な特徴を有している。
【０００８】
請求項１〜８の発明では、前記一側端部及び前記他側端部に光が透過可能な窓孔を取付けたことを特徴としている。
このような構成を有する碍管によれば、窓孔を通して中空絶縁物内に光信号を通過させ、センサ信号を授受することができる。そのため、付加的な構造を取らなくてはならない光ファイバは不要となる。したがって、構成の簡略化を図ってコストの低減化が可能であり、信頼性及び経済性が大きく向上する。
【０００９】
請求項９〜１０の発明は、前記センサは超音波センサからなり、前記他側端部に超音波振動子を取付けたことを特徴としている。
以上の構成を有する碍管においては、超音波センサと超音波振動子を組合わせることにより、中空絶縁物自体をセンサ信号の伝達経路とすることができる。したがって、上記の発明と同じく光ファイバを省くことが可能となり、構成の簡略化及びコストの低減化を進めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例について図面を参照して具体的に説明する。下記の実施の形態はいずれも、筒状の中空絶縁物の一側端部に高電圧部を、他側端部に低電圧部を設け、さらに高電圧部に電圧または電流をモニタするためのセンサを接続した碍管に適用している。各実施の形態において、同一の部材に関しては同一の符号を付している。
【００１１】
（１）第１の実施の形態…請求項１，２，３の発明に対応
［構成］
図１は、本発明における第１の実施の形態の断面図である。高電圧部１は磁器またはＦＲＰ等からなる筒状の中空絶縁物２によって低電圧部３と絶縁されている。中空絶縁物２の一側端部にある高電圧部１には光の透過できる窓孔４ａ，４ｂが取付けられている。また、中空絶縁物２の他側端部にある低電圧部３にも光の透過できる窓孔５ａ，５ｂが取り付けられている。
【００１２】
窓孔４ａ上方には太陽電池６が配置されており、窓孔５ａ下方には太陽電池６に光を照射するパワー供給用の光源７が配置されている。さらに、窓孔４ｂ及び窓孔５ｂに近接して電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８及び光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）９が配置されている。太陽電池６、電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８及び光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）９は電圧または電流検出用のセンサ１０へ接続されている。
【００１３】
［作用効果］
以上の構成を有する第１の実施の形態の作用効果は次の通りである。すなわち、センサ１０が高電圧回路を電圧／電流値を検出すると、これを電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８に出力する。電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８は電気信号を光信号に変換し、光信号を窓孔４ｂから中空絶縁物２内に照射する。光信号は中空絶縁物２内を伝搬し、窓孔５ｂに達して光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）９に入る。光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）９は光信号を電気信号に変換し、前記電圧／電流値を検出する。
【００１４】
このように窓孔４ｂと窓孔５ｂとを通して中空絶縁物２内部に光信号を通過させて光信号の授受を行うことができる。そのため、絶縁性能を低下させることなく高電圧側と信号を授受することができる。しかも、本実施の形態では、電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８及び光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）９によって信号の授受を実施するので、信号の効率的な取り出しが可能である。これによって、センサ１０の信号を、絶縁性能を低下させることなく高電圧側および低電圧側の回路間で授受できるようになる。
【００１５】
また、窓孔４ａと窓孔５ａとを介して、光源７から太陽電池６へ光パワーを伝達することができる。そのため、絶縁性能を低下させることなく高電圧側へパワーを供給することができる。高電圧側へ伝達した光パワーは太陽電池６で電力に変換され、センサ１０へと供給されることになる。
【００１６】
以上のような第１の実施の形態によれば、センサ信号の授受に光ファイバを用いることがないため、光ファイバの採用に伴う付加的構造、例えば光ファイバ専用の碍子等は不要となる。したがって、絶縁性能及び機械的強度の確保と同時に、構成の簡略化及びコストの低減化が可能である。これにより、信頼性及び経済性の向上に寄与することができる。また、太陽電池６及び光源７により、絶縁性能の低下を回避しつつ、センサ１０の駆動力を得ることができる。
【００１７】
（２）第２の実施の形態…請求項１，２，３，４の発明に対応
［構成］
図２は本発明における第２の実施の形態の断面図である。第２の実施の形態では高電圧部１及び低電圧部３、つまり中空絶縁物２の一側端部及び他側端部にそれぞれ窓孔４，５が１つだけ取付けられ、窓孔４上方に太陽電池６、電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８及び光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）９が配置され、窓孔５下方に光源７、電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８及び光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）９が配置されている。この時、太陽電池６に照射する光の波長と、電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８及び光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）間で信号の授受に用いる光の波長とは、違う波長になるように調整されている。
【００１８】
［作用効果］
このような第２の実施の形態では、太陽電池６に照射する光の波長と、信号授受用の光の波長とが異なるため、上記第１の実施の形態のように窓孔４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂというように２組の窓孔を設けなくて済み、１組の窓孔４，５だけで、光源７から太陽電池６への光パワーの伝達と、光信号の授受が可能である。したがって、上記の作用効果に加えて、窓孔の設置数を少なくした分、碍管のコンパクト化を進めることができる。
【００１９】
（３）第３の実施の形態…請求項５，６，７に対応
［構成］
図３は本発明における第３の実施の形態の断面図である。第３の実施の形態では、高電圧部１の絶縁物２に面した部分に光の透過できる窓孔４が取付けられ、低電圧部３の絶縁物２に面した部分に窓孔５が取付けられている。また、絶縁物２の内面には遮光コーティング１１が施されている。さらに、絶縁物２外面には遮光性材料からなるヒダ１２が設けられている。また、窓孔４，５に近接して電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）８及び光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）９が配置されている。なお、光信号に使われる光の周波数は絶縁物２内面による吸収が少ない波長に対応するよう選択されている。
【００２０】
［作用効果］
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態では、窓孔４，５が中空絶縁物２内面に面しているため、窓孔４，５に入る光は中空絶縁物２内面を照射して中空絶縁物２内面を伝わり、窓孔４，５から採光されることになる。つまり、光信号は窓孔４，５から中空絶縁物２の内面を伝わって碍管の両端間で授受することができる。したがって、上記実施の形態と同様、光ファイバを用いることがない。しかも、絶縁性能の低下を回避しつつ、高電圧側との信号授受が可能である。これにより、構成の簡略化とコストの低減化が実現し、信頼性及び経済性の向上に貢献することができる。
【００２１】
さらに、本実施の形態では、遮光コーティング１１及び遮光性材料からなるヒダ１２を備えたので、光信号の通路である絶縁物２内面に対して、窓孔４，５以外から、光が侵入することを防止できる。その上、光信号に使われる光の周波数は絶縁物２内面による吸収が少ない波長を選んでいるため、光信号の減衰が小さく、長尺の碍管であっても信号の授受を確実に行うことができる。このような実施の形態によれば、信号伝送に関して優れた信頼性を得ることが可能である。
【００２２】
（４）第４の実施の形態…請求項９，１０に対応
［構成］
図４は本発明における第４の実施の形態の断面図である。第４の実施の形態では、中空絶縁物２の一側端部にある高電圧部１に超音波振動子としても使用可能な超音波センサ１３が取付けられており、中空絶縁物２の他側端部にある低電圧部３にも超音波振動子としても使用可能な超音波センサ１４が取付けられている。これらの超音波センサ１３と超音波センサ１４とは対をなしている。さらに低電圧部３側にはもうひとつの超音波振動子１５が取付けられており、これと対をなす形で高電圧側には超音波モータ１６が取付けられている。超音波モータ１６は小型発電機１７に接続されており、小型発電機１７の出力は電子回路１９に供給されている。電子回路１９は電圧または電流検出用のセンサ１８からの出力を超音波信号に変換するための回路である。
【００２３】
［作用効果］
以上の構成を有する第４の実施の形態において、センサ１８が高電圧回路を電圧／電流値を検出すると、これを電子回路１９に出力する。電子回路１９ではセンサ１８からの検出値を超音波信号に変換し、超音波センサ１３へ伝達して超音波信号を発生させる。発生した超音波信号は中空絶縁物２を伝搬し、超音波センサ１４に到達し、前記電圧／電流値を検出する。このようにして、高電圧回路の電圧／電流値を低電圧側へ伝達することができる。また、超音波振動子１５で発生した超音波は、超音波モータ１６を駆動する。この超音波モータは小型発電機１７を駆動し、電子回路１９へ電源を供給することができる。
【００２４】
以上の結果、超音波振動子を兼ねた超音波センサ１３，１４を設けることにより、中空絶縁物２自体をセンサ信号の伝達経路とすることができる。したがって、上記実施の形態と同じく、光ファイバを省くことが可能となり、絶縁性能を低下させることなく高電圧側の信号を低電圧側へ伝達することができる。なお、高電圧側での電源供給のためには、上記第１及び第２の実施の形態で示した太陽電池６及び光源７を用いたパワー伝送方法を用いることも可能である。
【００２５】
（５）他の実施の形態
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、請求項８に対応した実施の形態としては、高電圧部１及び低電圧部３自体を光透過性材料で構成しても良い。このような実施の形態によっても同様の作用効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の碍管によれば、筒状の中空絶縁物の一側端部及び前記他側端部に光が透過可能な窓孔を取付けるといった極めて簡単な構成により、光ファイバを用いることなくセンサ信号の授受を行うことができ、信頼性及び経済性の向上に寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の断面図。
【図５】従来の碍管に光ファイバを取付ける場合の構造の説明図。
【符号の説明】
１…高電圧部
２…中空絶縁物
３…低電圧部
４，４ａ，４ｂ，５，５ａ，５ｂ…窓孔
６…太陽電池
７…光源
８…電気／光信号変喚器（Ｅ／Ｏ）
９…光／電気信号変換器（Ｏ／Ｅ）
１０，１８…センサ
１１…遮光コーティング
１２…遮光性材料からなるヒダ
１３，１４…超音波センサ
１５…超音波振動子
１６…超音波モータ
１７…小型発電機
１９…電子回路
２０…光ファイバのための碍子
【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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