(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持ロッド（２）と、該支持ロッドに密接した状態で碍子の内部に配置された光ファイバ（５）とを含む、複合碍子であって、
前記光ファイバが一体型の光ファイバセンサであり、該一体型の光ファイバセンサは、放電が前記支持ロッドに沿って進行するときの光ファイバの温度よりも低い温度で溶融する光学クラッドを有する光ファイバであることを特徴とする複合碍子。
【請求項２】
前記光ファイバ（５）の光学クラッドが高分子によって形成されている請求項１に記載の複合碍子。
【請求項３】
前記光ファイバは、前記碍子の内部に配置され、反射作用を成すように処理された一端と、該碍子の外側に案内され、測定装置（６）に接続される他端とを有している請求項１又は２に記載の複合碍子。
【請求項４】
前記光ファイバが前記支持ロッド上に螺旋状に巻回されている請求項１から３のいずれか一項に記載の複合碍子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中電圧または高電圧用の複合構造の電気碍子に関するものであり、特に、変電所または送電線のための碍子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
良く知られているように、中電圧電気碍子または高電圧電気碍子は、様々な応力、特に電気的、力学的、熱的な応力を受ける。どんな理由であれ、これらの応力が非常に大きくなると、碍子が破損する危険がある。前記碍子が急冷ガラス絶縁部材によって形成されている場合には、僅かな不良によって欠陥の絶縁部材に割れが生じるため、もはや良好な状態ではない碍子を目視検査により検出して場所を突き止めることはできる。これに対し、複合電気碍子においては、例えば不良が複合碍子のエラストマのカバーの下で生じている場合、目に見えないところで、不良が大きくなる可能性がある。これは、進行の一途を辿った後、碍子が絶縁サポート機能を全く果たすことができなくなる瞬間まで続く可能性がある。このような不良は、碍子の一方の金属製末端金具の近傍から始まって、絶縁カバー下にある碍子の支持ロッドに沿ってゆっくりと進行する放電という形をとる可能性がある。これによって、碍子の支持ロッドがゆっくりと燃焼され、これにより、碍子の力学的特性および絶縁特性が変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、複合電気碍子の前述した欠点を解消できる解決策を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明は、碍子と一体化され且つ碍子の内側に配置された光ファイバセンサを有することを特徴とする複合電気碍子を提供する。光ファイバは、碍子の一端から他端へとデータを伝送する変電所の複合碍子に既に使用されている。本発明は、碍子の不良を感知する一体型センサを構成するためにも光ファイバを使用できるという事実に基づいている。特に、光ファイバは、碍子の支持ロッド上に螺旋状に巻回されるとともに、支持ロッドに密接される。ほぼ２００℃より低い臨界温度で溶ける光学クラッド、例えば硬質な高分子からなる光学クラッドと、シリカから成るコアとを有する光ファイバを選択すると、碍子の支持ロッドに沿って進行する放電によって、光ファイバの温度が局所的に２５０℃を超え、これによって、ファイバの光学クラッドが局所的に溶けて、取り返しがつかない程度までファイバが損傷する。光ファイバの局所的な損傷によって、ファイバ内で案内される光信号が減衰する。光ファイバの伝送特性の変化は、ファイバの一端に接続され且つ減衰した光信号を受ける測定装置で観測することができる。本発明の一体型光ファイバ不良検出センサは、その一端部が碍子の内側に配置されてリフレクタとして作用するように処理され且つその他端部が碍子の外側へと案内されて測定装置に接続される前述した光ファイバであっても良い。
【０００５】
本発明の他の態様において、一体型光センサは、特に作動中に碍子に作用する力学的な応力および／または熱的な応力を測定できるセンサであっても良い。より正確には、碍子の支持ロッドの変形を測定するために、すなわち実際には、碍子の内側の温度レベルを測定するために、光ファイバにインプラントされたブラッグ・グレーティングを使用することができる。
【０００６】
変形を測定するために、ブラッグ・グレーティングは、保護鎧装が剥がされて光学クラッドが露出された光ファイバの部位にインプラントされる。ブラッグ・グレーティングがインプラントされたファイバのこの部位は、数センチメートルの長さであり、例えば碍子の支持ロッドの長手方向軸に沿って延びて支持ロッドの長手方向の変形に対して感応できるように、碍子の支持ロッドに固着される。碍子の外側へと案内されるファイバの端部は、測定装置に接続される。この測定装置は、碍子に作用する力学的な応力の影響下でブラッグ・グレーティングにより反射されるスペクトル線の変化を検出するのに適している。また、ブラッグ・グレーティングによって反射されるスペクトル線のこの変化は、温度の影響下でも生じる。同じ光ファイバに沿って第２のグレーティングを付加し且つこの第２のグレーティングを同じ力学的な応力ではなく同じ温度変化に晒せば、第１のブラッグ・グレーティングにおける温度の影響を捕らえることができる。２つのグレーティングのそれぞれで行なわれる測定間で干渉が生じないように、２つのブラッグ・グレーティングを異なる波長に中心付けることが好ましい。
【０００７】
温度を測定するためにブラッグ・グレーティングが使用される場合、碍子の金属製の末端金具、例えば碍子の高電圧端部に位置する末端金具と密接するファイバの端部にブラッグ・グレーティングがインプラントされるとともに、ブラッグ・グレーティングを使用して、碍子が損傷する虞がない限界値よりも高い温度まで末端金具が加熱されないように連続的に監視することができる。本発明の複合送電線電気碍子において一体型光ファイバ温度センサを使用すると、有利には配電網の送電線管理の容易性を向上させることができる。これは、碍子を損傷させることなく伝送される電気量を増加させることができるか否かを、センサが配電器に知らせることができるからである。無論、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、ブラッグ・グレーティングを、光ファイバに対して内的または外的に、しかし、碍子に一体化された、力学的応力、熱的応力、他の応力を測定できる幾つかの他のタイプの部材に取って代えることもできる。
【０００８】
以下の図面を参照しながら、本発明および本発明の特徴および利点について、より詳細に説明する。
【０００９】
図１に一例として示された複合電気碍子１は、高電圧送電線を支持する鉄塔に装着される送電線碍子である。複合電気碍子は、中実のポールを形成する硬質の絶縁支持ロッド２を備えている。この場合、支持ロッドの２つの端部はそれぞれ、２つの中空の金属製の末端金具３、３’内に挿入されている。これらの金属製の末端金具３、３’は、圧接または接着により、実際には、接着および焼嵌めにより、従来の方法で、支持ロッド２の両端部に固定されている。支持ロッド２は、従来のエポキシ樹脂とガラス繊維との複合体によって形成されている。また、本発明は、高電圧／中電圧変圧器等の電気装置のための地上支持脚を構成するように適している管状の支持ロッド２を備える変電所用の複合碍子にも適用される。
【００１０】
支持ロッド２は、その２つの端部間が、カバー４によって取り囲まれている。カバー４は、絶縁材料（一般に、エラストマー）から成り、支持ロッド上に成形または押し出し成形によって形成される。カバー４の外面上には、従来の方法で、支持ロッドの長手方向軸ＸＸ’を中心とする一連のディスク状のフィンまたは“シェッド”が形成されている。
【００１１】
図１の碍子１は、不良検出センサとして機能する一体化された光ファイバセンサ５を有している。光ファイバ５は、シリカから成るコアと光学クラッドとを有するファイバである。光学クラッドは、その融点がほぼ２００℃よりも低い硬質の高分子によって形成される。この場合、ファイバ５は、リフレクタとして作用するように処理された一端部を有しており、この一端部は、碍子の送電線端部に位置する末端金具３’に近接して或は末端金具３’の内側に配置されている。光ファイバ５は、他方の末端金具３の所までは、支持ロッド２上にこれと密接した状態で螺旋状に巻回されている。ファイバ５の巻回部は、カバー４下に位置している。処理された一端部は、カバー４下に位置し、あるいは、末端金具３’の内側に位置している。したがって、アッセンブリ（組立体）は、碍子の内側にある。ファイバ５の他端部は、末端金具３（通常、碍子の接地端部に位置している）を貫通して碍子の外側へと案内されて、測定装置６に接続されている。ファイバ５は、ロッドを形成する複合材料で使用されるものと同じエポキシ樹脂混合物を使用して、支持ロッド２上に固着されることが好ましい。放電が末端金具３’から始まって支持ロッド２に沿って他方の末端金具３へと進む場合には、放電が支持ロッド２に沿って進むにつれて、光ファイバの光学クラッドが放電によって局所的に損傷する。測定装置６は、光信号源７と、分析器８とを有している。分析器８は、光信号源７からファイバ５によって伝送され且つ光ファイバの処理された端部によって反射された信号の変化（減衰現象）を検出するのに適している。この種の不良は経時的にゆっくりと進行するため、碍子がその絶縁サポート機能を完全に果たすことができなくなる前に、碍子における不良をこのようにして検出することができる。測定装置６は、碍子から離間した位置、例えば地上に配置することができる。また、図１に示されるように、光ファイバ５と測定装置６との接続は、一般に碍子の接地端部に位置する末端金具３と一体化可能な光学コネクタ９を介して行なうことができる。
【００１２】
図２において、光ファイバ５’は、力学的な応力を測定することができる一体型センサとして機能する。この図に示されるように、ファイバ５’の一部５Ａ’、この場合には、光ファイバの端部は、支持ロッド２の外面と密接した状態で配置されて、支持ロッドの長手方向軸ＸＸ’に沿って延びている。この端部５Ａ’は、両方の末端金具３、３’から十分に離れて位置されることにより、支持ロッド２の長手方向の変形に対して感度が高いことが好ましい。ブラッグ・グレーティングがファイバ内にインプラントされている場合、この端部５Ａ’は、光ファイバ５’の、剥がされて光学クラッドが露出された部位である。光ファイバ５’の残りの部分は、例えば支持ロッド２の周囲に螺旋状に配置されて末端金具３へと延びるとともに、末端金具３を貫通して延びて、測定装置に接続される。ファイバ５’は、螺旋状に巻回されることなく、軸ＸＸ’に沿って同様に長手方向に十分配置されて碍子を超えて延びていても良い。ブラッグ・グレーティングがインプラントされた端部５Ａ’は、前述したようなエポキシ樹脂を使用した接着剤により、支持ロッドに密接された状態で保持されていることが好ましい。図２に示される例において、測定装置６の光信号源７がファイバ５’中に光信号を送り、ファイバ５’のブラッグ・グレーティングは、測定装置６の分析器８へと戻る所定の波長λｂに対応するスペクトル線を反射する。分析器８は、ファイバに沿ってブラッグ・グレーティングにより反射された波長λｂの信号を捕らえる。ブラッグ・グレーティングが力学的な応力を受けると、ブラッグ・グレーティングによって反射されるスペクトル線の波長が変化し、この波長変化を分析器８によって検出することができる。したがって、光ファイバ５’によれば、碍子１に作用する力学的な応力に起因する支持ロッド２の変形を測定することができ、また、その測定を継続して行なうことができる。支持ロッドの変形に全く晒されることなく第１のブラッグ・グレーティングに作用する熱応力のみに感応する第２のブラッグ・グレーティング（図２に図示せず）を、第１のブラッグ・グレーティングに近接して、同じ光ファイバ５’上に配置することができる。この第２のブラッグ・グレーティングによれば、第１のブラッグ・グレーティングで行なわれる測定での温度ドリフトを定量化することができる。測定装置から見えるように、第１のブラッグ・グレーティングの後側のファイバの端部に第２のブラッグ・グレーティングを配置しても良い。
【００１３】
図３において、光ファイバ５”は、特に碍子の中電圧端部または高電圧端部に位置する末端金具３’に作用する熱的な応力を測定するための一体型センサとして機能する。光ファイバ５”が剥がされて光学クラッドが露出され且つブラッグ・グレーティングがインプラントされた部分５Ａ”、この場合、碍子の内側に配置された光ファイバの端部は、末端金具３’と密接して、例えば末端金具３’の内側溝１０内に配置され、あるいは、支持ロッド２を超えて、末端金具３’の内側に形成される内側空洞部１１内に自由状態で位置している。空洞部１１は、熱を良好に伝導するゲルで満たされていることが好ましい。このような構成を使用すると、光ファイバ５”のブラッグ・グレーティングは、末端金具３’が受ける温度変化に感応するが、支持ロッド２の力学的な変形に対して感応しない。光ファイバ５”の残りの部分は、支持ロッド２の周囲に螺旋状に配置されるとともに、末端金具３を介して碍子の外側へと延び、前述した光信号源７および分析器８を有する測定装置６に接続される。碍子の中電圧端部または高電圧端部に位置する碍子の金属製の末端金具に作用する熱的な応力を測定できる一体型センサを有するこのような碍子は、送電線碍子として使用できるだけでなく、配電網における送電線の伝送能力を管理するシステムの機能的部材として使用することもできる。これは、碍子中に一体化されたセンサにより、送電線の能力を決定して、この一体型センサによって測定された温度に基づいて伝送される電気を任意に増大させることができるからである。
【００１４】
ブラッグ・グレーティングを有する熱的応力センサ５Ａ”、および、１つ又は２つのブラッグ・グレーティングを有する力学的応力センサ５Ａ’は、共に、同じ光ファイバで実施することができることは言うまでもない。
【００１５】
本発明は、中実または中空の支持ロッド２を有する複合碍子に適用される。また、１つまたは複数の測定装置６に接続される一体型センサを構成する複数の光ファイバ５、５’、５”が本発明の複合碍子に設けられても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】一体型光ファイバ不良検出センサを備えた本発明の複合碍子の概略図であり、支持ロッドを取り囲むカバーの一部が除去されて、碍子の内側に配置された光ファイバが露出した状態を示す概略図である。
【図２】力学的な応力を測定するための一体型センサを形成するブラッグ・グレーティングを有する光ファイバの一部を示している。
【図３】熱的な応力を測定するために本発明の複合碍子内に配置され且つブラッグ・グレーティングを有する光ファイバの配置を示している。
【符号の説明】
１  複合電気碍子
２  支持ロッド
３、３’  金属製の末端金具
４  カバー
５、５’、５”  光ファイバセンサ
６  測定装置
７  光信号源
８  分析器
９  光学コネクタ
１０  内側溝
１１  空洞部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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