(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス絶縁高圧線路の測定を行うための高い熱安定性を有するコンデンサであって、
長手方向に延びる高圧電極と、前記高圧電極を同軸に取り囲みかつ低圧電極を形成する導電性トラックを含む円筒形プリント回路と、前記円筒形プリント回路を同軸に取り囲む円筒形内面を有するフレームとを含み、前記円筒形プリント回路が、前記フレームによって保持され、該コンデンサにおいて、前記プリント回路が、そのプリント回路が形成する円筒の母線に沿ってスリット状に切断され、前記フレームが、前記プリント回路を前記内面の近くに保持しかつ前記プリント回路が前記内面に沿って膨張するのを可能にするガイド手段を含み、前記ガイド手段が、前記フレームの前記内面に沿って固定された２つのプロファイルドリングであり、前記リングのそれぞれが、Ｌ字形の断面を有し、前記内面とともに、お互いに向かい合った２つの環状の溝を形成し、前記２つの環状の溝のそれぞれが、Ｕ字形の断面を有し、前記プリント回路が形成する円筒が、そのプリント回路の基板を前記２つの溝の中に収納した、コンデンサ。
【請求項２】
前記プリント回路を前記内面に固定するための複数の固定点を含み、前記複数の固定点が、前記プリント回路によって形成される前記円筒の別の母線に沿って配置され、前記別の母線は、前記円筒がスリット状に切断された母線と前記長手方向に関して対称である請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
それぞれのリングが、そのリングの全外周を取り巻くように延びかつ前記プリント回路と向かい合った環状の溝を含み、溝の中にはそれぞれの螺旋状ばねが収容され、前記ばねが、実質的にラジアル平面上に巻きを有し、それぞれの巻きは、プリント回路を押しつけ、そのプリント回路をフレームの内面に押しつけられた状態に維持する請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記プリント回路が、前記長手方向の熱膨張率ａｘおよびプリント回路の円周方向の熱膨張率ａｙをそれぞれ有し、それらの熱膨張率が、次の条件、すなわち、
【数１】
0004272390.tif 000007
によって、前記フレームの熱膨張率ａｃに関係づけられる請求項１に記載のコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス絶縁高圧線路の測定を行うための高い熱安定性を有するコンデンサに関し、前記コンデンサは、長手方向に延びる高圧電極と、前記高圧電極を同軸に取り囲みかつ低圧電極を形成する導電性トラックを含む円筒形プリント回路と、前記円筒形プリント回路を同軸に取り囲む円筒形内面を有するフレームとを備え、その円筒形プリント回路は、前記フレームによって保持される。
【０００２】
【従来の技術】
この種のコンデンサは、とりわけ、例えばＳＦ６のようなガスによって絶縁された開閉装置のようなメタルクラッド開閉装置に使用することを意図したものである。このコンデンサは、シールドされた高圧線路のケーブルのような高圧部材の電圧を測定するのに使用される。高圧部材は、コンデンサの高圧電極に電気的に接続され、コンデンサのフレームは、アースに電気的に接続される。この種のシステムは、例えば、発電プラントの出力における配電用変電所に配置される。
【０００３】
一般的には、円形断面の金属棒からなるコンデンサの高圧電極は、低圧電極によって取り囲まれ、その低圧電極は、フレームに固定されるが、そのフレームとは電気的に絶縁される。コンデンサのフレームは、アースに接続され、高圧電極とアースとの間に容量分圧器ブリッジを形成する。より詳細には、分圧器ブリッジは、高圧電極および低圧電極からなる第１のコンデンサを含み、その第１のコンデンサは、低圧電極およびフレームからなる第２のコンデンサに直列に接続される。したがって、低圧電極における電圧は、高い電圧を反映するものであり、低圧電極は、測定装置に接続される。
【０００４】
上述したような種類の構成によれば、測定される電圧の値は、とりわけ、第１のコンデンサの容量Ｃに影響されるものであり、その第１のコンデンサの容量Ｃは、良く知られている式（１）、すなわち、
【数２】
0004272390.tif 000002
によって与えられ、ここで、Ｋは、定数であり、ＤおよびＳは、低圧電極の直径および表面積であり、ｄは、高圧電極の直径である。この種のコンデンサは、一般的には、屋外に設置され、−４０℃から＋８０℃までの温度変化にさらされる。これらの温度変動は、コンデンサを構成する材料を膨張および収縮させ、それに応じて、コンデンサの容量を広い範囲で変化させる。なぜなら、材料の寸法が、良く知られている式（２）、すなわち、
【数３】
0004272390.tif 000003
に従って変化するからであり、ここで、Ｌ（Ｔ）は、温度Ｔにおける長さであり、Ｌ０は、基準温度Ｔ０における同じ材料の長さであり、ａは、その材料の線膨張率である。温度の上昇は、低圧電極の表面積Ｓおよび直径Ｄを増加させ、そのことが、式（１）および（２）から、コンデンサの容量を変化させる。したがって、温度変動は、容量の変動を引き起こし、それが、正確な測定を妨げる。
【０００５】
したがって、この種のコンデンサを設計する場合、温度の容量に及ぼす影響を最小限に抑制し、満足できる測定精度をもたらす熱安定性を得ることを目的としている。最適化は、一般的には、特有の機械的構造を設計することであり、それは、適切な膨張率を有する材料を選択することに関係している。
【０００６】
フランス特許第ＦＲ−２７０５４９２号は、上述したような種類のコンデンサを開示しており、そのコンデンサにおいては、低圧電極は、複数の曲面プレートをフレームの内面に沿って備える。それらのプレートは、フレームに固定されるが、自由に膨張または収縮することができる。したがって、この従来技術によるコンデンサの場合、低圧電極の直径の変化は、フレームを構成する材料の膨張率によって決まる。なぜなら、それらのプレートは、フレームに固定されているからである。低圧電極の表面積の変化は、プレートの材料のうちの１つまたは複数の材料の膨張率によって決まる。式（１）および（２）を組み合わせることによって、フレームの材料の熱膨張率の、低圧電極の材料の熱膨張率に対する比が、１．５から２．５であれば、熱安定性は、満足できるものであることがわかる。上述した従来技術によるコンデンサは、満足できる熱安定性を有するが、複数のプレートをフレームの内面に固定しなければならないので、製造コストが高い。
【０００７】
ドイツ特許第ＤＥ−２４０９５９５号は、円筒形のプリント回路を取り囲む円筒形のコンデンサを開示しており、そのプリント回路の内面は、金属層によって被覆され、低圧電極を形成する。低圧電極として円筒形プリント回路を備えたこの種の構造は、きわめて簡単なものであり、製造コストを減少させる。しかしながら、この円筒形プリント回路は、温度が変化すれば、フレームの内部で自由に膨張および収縮することができ、このことが、コンデンサを温度変化に対し、過剰に影響を受けやすいものにする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高い熱安定性と簡単な構造とを有するコンデンサを提案することによって、これらの欠点を除去することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的のために、本発明は、長手方向に延びる高圧電極と、前記高圧電極を同軸に取り囲みかつ低圧電極を形成する導電性トラックを含む円筒形プリント回路と、前記円筒形プリント回路を同軸に取り囲む円筒形内面を有するフレームとを含み、前記円筒形プリント回路は、前記フレームによって保持される、ガス絶縁高圧線路の測定を行うための高い熱安定性を有するコンデンサを提供し、前記プリント回路は、そのプリント回路が形成する円筒の母線に沿ってスリット状に切断され、前記フレームは、前記プリント回路を前記内面の近くに保持しかつ前記プリント回路が前記内面に沿って膨張するのを可能にするガイド手段を含むことを特徴とする。
【００１０】
この種の構成によれば、そして、低圧電極およびフレームの材料の熱膨張率を適切に選択することによって、高い熱安定性ときわめて簡単な構造を有するコンデンサが得られる。
【００１１】
本発明によるコンデンサの好ましい一実施形態においては、プリント回路を固定するための複数の固定点は、フレームの内面に提供される。前記固定点は、プリント回路によって形成される円筒の別の母線に沿って配置され、前記別の母線は、円筒がスリット状に切断された母線と長手方向に関して対称である。この種の構成によれば、プリント回路がフレームに食い込むようになる危険性がない。
【００１２】
本発明によるコンデンサの別の特定の実施形態においては、ガイド手段は、フレームの内面に沿って固定された２つのプロファイルドリングであり、前記リングのそれぞれは、Ｌ字形の断面を有し、前記内面とともに、お互いに向かい合った２つの環状の溝を形成し、その２つの環状の溝のそれぞれは、Ｕ字形の断面を有し、プリント回路が形成する円筒は、そのプリント回路の基板をそれぞれの溝の中に収納される。この種の構成によれば、コンデンサを組み立てるのを簡単にし、それのコストを減少させるために、プリント回路を案内するためにフレーム上に配置された手段は、主として、２つの部分からなる。
【００１３】
本発明によるコンデンサのさらなる特定の実施形態においては、それぞれのリングは、そのリングの全外周を取り巻くように延びかつ前記プリント回路と向かい合った環状の溝を含み、溝の中にはそれぞれの螺旋状ばねが収容され、前記ばねは、実質的にラジアル平面上に巻きを有し、それぞれの巻きは、プリント回路を押しつけ、そのプリント回路をフレームの内面に押しつけられた状態に維持する。この種の構成によれば、溝の幅は、プリント回路の厚さよりも相当に大きくてもよく、プリント回路を挿入するのを容易にする。
【００１４】
本発明によるコンデンサのさらなる実施形態においては、前記プリント回路は、長手方向の熱膨張率ａｘおよびプリント回路の円周方向の熱膨張率ａｙをそれぞれを有し、それらの熱膨張率は、次の条件、すなわち、
【数４】
0004272390.tif 000004
によって、フレームの熱膨張率ａｃに関係づけられる。
【００１５】
この種の構成によれば、コンデンサは、−４０℃から＋８０℃の温度範囲で０．０８５％以下の熱ドリフトを有する。
【００１６】
ここで、本発明の一実施形態を限定しない例として示す添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明による高い熱安定性を有するコンデンサは、円筒形である。軸ＡＸを含む平面におけるコンデンサの断面図である図１に示されるように、コンデンサは、主方向ＡＸに延びる高圧電極ＨＴを有する。電極ＨＴは、ここでは、直径ｄを有する円形断面の金属棒であり、直径Ｄを有する円筒形のプリント回路ＣＩ上の導電性トラックの形態を有する低圧電極ＢＴによって同軸に取り囲まれる。プリント回路は、ＳＦ６を充填したメタルクラッド開閉装置に結合するようになされた金属フレームＣＨ内に保持される。この例においては、円筒形のプリント回路ＣＩは、それの内面上に、分離した５つの導電性トラックを有する。それらのトラックは、図面において、斜線部分で表現された環状バンドを形成し、軸ＡＸに沿ってお互いに離れて配置される。これらのバンドは、プリント回路のレベルにおいては、必ずしもお互いに接続されなくてもよい。より詳細には、中央のトラックは、フレームＣＨのアースに接続されず、お互いから独立して、低圧電極ＢＴの役割をなしてもよい。フレームＣＨは、軸ＡＸと同軸の円筒形の内面ＳＩを有し、プリント回路ＣＩを取り囲み、高圧電極ＨＴに対して所定の位置にそのプリント回路を保持する。いくつかの従来技術によるコンデンサの場合と同様に、フレームは、アースに接続され、高圧電極ＨＴとアースとの間に容量分圧器ブリッジを形成する。したがって、低圧電極ＢＴの電圧は、高圧電極の電圧を反映し、低圧電極は、図示しない測定装置に電気的に接続される。測定システムは、フレームのアースを基準にした１つまたはそれ以上の電位を測定するために、円筒形プリント回路ＣＩの１つまたはそれ以上の導電性バンドに接続されてもよい。円筒形プリント回路ＣＩは、さらに、外面上に、フレームを介してアースに接続された導電性トラックを有することに注意されたい。
【００１８】
本発明によれば、プリント回路ＣＩは、図２に示されるように、それが形成する円筒の母線Ｇ１に沿ってスリット状に切断されており、フレームは、プリント回路ＣＩをフレーム内の所定の位置に保持するためのガイド手段Ａ１およびＡ２を含む。そのガイド手段は、プリント回路ＣＩをフレームＣＨの内面ＳＩに近接してその内面ＳＩから実質的に一定の間隔を置いて保持するのに適したものであり、それによって、プリント回路ＣＩは、内面ＳＩに沿って膨張することができる。プリント回路ＣＩは、フレームの内面ＳＩからほんのわずかな間隔を置いて、ガイド手段Ａ１およびＡ２によって保持されてもよく、あるいは、内面ＳＩに押しつけられてもよい。したがって、プリント回路ＣＩのスリットの幅は、温度変化によって変化する。
【００１９】
プリント回路ＣＩは、フレームの円筒形内面ＳＩの内部へ不定に曲がるのを防止するために、好ましくは、１つまたはそれ以上の固定点においてフレームに固定される。この構成によれば、プリント回路は、温度変化の結果として、内面ＳＩに沿って自由に膨張または収縮することができるが、そのプリント回路の直径Ｄは、フレームの内面ＳＩにより影響を受ける。フランス特許第ＦＲ−２７０５４９２号公報に記載されるコンデンサの場合と同様に、電極ＢＴの表面積Ｓの変化は、電極ＢＴの膨張率によって決まり、電極ＢＴの直径Ｄの変化は、フレームＣＨの膨張率によって決まる。結局、ここで引用した文献で説明されるように、電極ＢＴおよびフレームＣＨの膨張率を適切に選択することが、満足できる熱安定性を達成することになる。
【００２０】
したがって、本発明によるコンデンサは、満足できる熱安定性を有し、しかも、フランス特許第ＦＲ−２７０５４９２号公報に開示されるコンデンサよりも簡単な設計構造を有するものである。
【００２１】
フランス特許第ＦＲ−２７０５４９２号公報においては、電極ＢＴは、フレームに個々に固定される複数の曲面プレートからなるのに対して、本発明による電極ＢＴは、ただ１つのプリント回路からなる。
【００２２】
プリント回路ＣＩは、好ましくは、プリント回路ＣＩが形成する円筒の母線Ｇ２に沿って配置された図２に示される複数の固定点Ｆ１およびＦ２において、フレームに固定され、母線Ｇ２は、円筒がスリット状に切断された母線Ｇ１と長手方向ＡＸに関して対称である。母線Ｇ２のような同一母線に沿って配置された複数の固定点Ｆ１およびＦ２は、フレーム内面ＳＩに沿ったプリント回路ＣＩの移動量がどこでも一様であること、すなわち、プリント回路がフレームの内面に食い込む危険性のないことを保証する。固定点Ｆ１およびＦ２は、ただ単に、相補的なねじを受け入れるようになされた回路ＣＩにある孔であればよく、そのねじが、フレームの内面ＳＩにあるめねじを切られた対応する孔へねじ込まれる。固定点Ｆ１およびＦ２は、円筒ＣＩにあるスリットと向かい合っているので、フレームに対してのプリント回路の移動量は、最小限に抑制される。その他の固定システムが、本発明の範囲を逸脱することなく、同じように好都合に使用されてもよい。
【００２３】
回路ＣＩを案内するためにフレームの内面ＳＩ上に配置された手段は、様々な種類のものであってもよく、例えば、部材が、プリント回路に取り付けられ、フレームの内面ＳＩ上に形成された対応する溝内で滑動するようなものでもよい。好ましい実施形態においては、ガイド手段は、円筒形の内面ＳＩと同軸でありかつその内面ＳＩに固定された２つのリングＡ１およびＡ２からなる。それぞれのリングは、図３からわかるように、Ｌ字形の断面を有し、そして、２つのリングは、内面ＳＩによって形成される円筒のそれぞれの端部に固定され、さらに、Ｕ字形の断面を有する環状の２つの溝を形成する。溝の深さは、プリント回路ＣＩの厚さよりもわずかに大きく、そのために、そのプリント回路ＣＩをそれらの溝の中へ収納することができる。したがって、プリント回路ＣＩによって形成される円筒は、プリント回路ＣＩの環状基板Ｂ１およびＢ２のそれぞれを一方の溝の中へ収納し、フレームの円筒形内面ＳＩから一定の間隔を置いて、その円筒を保持し、そして、溝内で滑ることによって、その内面に沿って膨張することができる。この種の構成によれば、コンデンサの構成部品の組み立ては、きわめて簡単なものである。なぜなら、それは、固定点Ｆ１およびＦ２において、プリント回路ＣＩをフレームに固定し、そして、２つのリングＡ１およびＡ２を嵌め込み、それらのリングＡ１およびＡ２をフレームＣＨに固定し、それと同時に、プリント回路ＣＩをリングとフレームの内面ＳＩとによって規定される溝の中へ収納するだけでよいからである。リングは、例えば、フレームにねじで取り付けられてもよい。
【００２４】
本発明によるコンデンサのさらなる特定の実施形態においては、前記溝によって案内されるプリント回路ＣＩは、ばねによって、フレームの内面ＳＩに押しつけられる。これを実現するために、それぞれのプロファイルドリングは、環状の溝ＲＣを含み、その溝ＲＣは、図３からわかるように、リングの全外周を取り巻くように延び、かつ、プリント回路ＣＩと向かい合っている。ここで、溝ＲＣは、長方形の断面を有し、トロイダルコイルばねＲＨを収容する。したがって、ばねＲＨは、巻きが実質的にラジアル平面上に存在するように溝ＲＣ内に収容される。ばねをリングにこのように取り付けるのは、リップシールのトロイダルばねを回転シャフトに取り付けるのに類似しており、それは、また、トロイダルシールとしても知られている。この実施形態においては、ばねＲＨのそれぞれの巻きは、溝ＲＣと円筒形のプリント回路ＣＩとの間で圧縮され、したがって、それぞれの巻きは、プリント回路を押しつけ、そのプリント回路をフレームの円筒形内面ＳＩに押しつけられた状態に維持する。したがって、溝は、プリント回路の厚さよりも相当に深くすることができ、それによって、組み立てるときに、プリント回路の基板をその溝の中へ挿入するのが容易になる。この構成によれば、プリント回路は、フレームの円筒形内面ＳＩに押しつけられ、コンデンサの熱安定性をさらに改善し、プリント回路がフレームに食い込むようになる危険性をさらに減少させる。この構成は、本発明によるコンデンサの構成部品を組み立てるのを簡単にするのに役立つ。なぜなら、ガイド溝をより大きなものにしてもよいからである。
【００２５】
コンデンサの別の好ましい実施形態においては、フレームＣＨの膨張率ａｃと、プリント回路ＣＩの膨張率ａｘおよびａｙとは、次の条件を満足する。すなわち、
【数５】
0004272390.tif 000005
ここで、ａｘおよびａｙは、それぞれ、方向ＡＸにおけるプリント回路の線膨張率および内面ＳＩに沿ったプリント回路の線膨張率を表す。式（１）および（２）を組み合わせることによって、温度変化に対するコンデンサの容量Ｃの感度は、主として、これらの３つの膨張率によって、以下のように決まることがわかる。すなわち、
【数６】
0004272390.tif 000006
ここで、Ｃ（Ｔ）は、温度Ｔにおけるコンデンサの容量であり、Ｋ′は、定数である。この式は、ａｘ＋ａｙ＝ａｃであれば、コンデンサは、温度変化に影響を受けないことを示している。より一般的には、膨張率の比が、０．７５から１．２５であれば、温度が−４０℃から＋８０℃の範囲で変動する場合の容量の変化は、公称容量の０．０８５％未満であることがわかる。
【００２６】
本発明によるコンデンサのプリント回路ＣＩは、好ましくは、エポキシ樹脂基板上に形成され、コンデンサのフレームＣＨは、好都合には、アルミニウムから製造される。したがって、プリント回路ＣＩの線膨張率は、およそ、ａｘ＋ａｙ＝２１×１０−６℃／ｍであり、アルミニウムフレームＣＨの線膨張率は、ａｃ＝２３．３×１０−６℃／ｍであり、これは、温度が−４０℃から＋８０℃の範囲で変動する場合、容量変化は、公称容量の０．０３％未満となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンデンサの透視図である。
【図２】円筒形プリント回路の斜視図である。
【図３】プリント回路を案内するためにフレームに取り付けられたリングの断面図である。
【符号の説明】
Ａ１、Ａ２  リング
ＡＸ  長手方向
ＢＴ  低圧電極
ＣＨ  フレーム
ＣＩ  プリント回路
Ｄ  低圧電極の直径
ｄ  高圧電極の直径
ＨＴ  高圧電極
ＳＩ  フレームの内面
Ｇ１、Ｇ２  母線
Ｂ１、Ｂ２  環状基板
Ｆ１、Ｆ２  固定点
【図１】
0004272390.tif 000008
【図２】
0004272390.tif 000009
【図３】
0004272390.tif 000010