Hintergrund der Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Spannungsmessungsvorrichtung, welche die Messgenauigkeit einer Hauptschaltungsspannung einer Schaltvorrichtung, welche zum Beispiel in einer Generator/Transformator Station verwendet wird, verbessern kann.
[0002] In einer Hochspannungsschaltvorrichtung von einigen kV oder mehr wird eine Hauptschaltungsspannung durch elektrostatische, kapazitive Spannungsteilung oder durch Widerstandsspannungsteilung gemessen. Bei dieser Art von Messvorrichtung ist ein kegelförmiger Isolationsabstandshalter bekannt, welcher in einer gasisolierten Schaltvorrichtung verwendet wird, wie in Fig. 1 gezeigt (siehe z.B. die japanische Patentanmeldung KOKAI Publikation No. 2000-232 719 (Seite 4, Fig. 1)).
[0003] Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Hauptschaltungsleiter 1 von einem kegelförmigen Isolationsabstandhalter 2 gestützt und ist von einem zylindrischen Behälter 3, welcher auf Massepotential liegt, isoliert. Der Isolationsabstandhalter 2 ist aus einem ersten dielektrischen Körper 4, welcher durch Injektion von Epoxydharz geformt ist, und einem zweiten dielektrischen Körper 5, welcher einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der erste dielektrische Körper 4 aufweist, gebildet, und ist in einer Schichtform auf der Oberfläche des ersten dielektrischen Körpers 4 ausgebildet. Eine ringförmige, eingebettete Elektrode 6 ist im ersten dielektrischen Körper 4 auf der Seite des Behälters 3 eingebettet. Ein ringförmiges eingebettetes Metall 7 ist an beiden Enden eines äusseren, peripheren Endstücks vorgesehen und am Ende des Behälters 3 luftdicht fixiert.
[0004] Ein sekundärseitiger Kondensator 8 ist mit der eingebetteten Elektrode 6 verbunden und die eingebettete Elektrode 6 ist mittels des eingebetteten Metalls 7 geerdet. Eine Detektionsimpedanz 9 ist mit dem sekundärseitigen Kondensator 8 parallel geschaltet. Eine primärseitige elektrostatische Kapazität 10 und ein primärseitiger Durchgangswiderstand 11 am zweiten dielektrischen Körper 5 sind zwischen dem Hauptschaltungsleiter 1 und der eingebetteten Elektrode 6 ausgebildet.
[0005] Dadurch kann eine Spannung, welche durch die primärseitige elektrostatische Kapazität 10 und den sekundärseitigen Kondensator 8 einschliesslich der Detektionsimpedanz 9 geteilt ist, gemessen werden. Der zweite dielektrische Körper 5 ist zur Verbesserung der Zeitkonstante vorgesehen. Im Falle hoher Frequenzen wird die Spannungsteilung mittels des primärseitigen Durchgangswiderstands 11 durchgeführt, und die Hauptschaltungsspannung kann präzise gemessen werden.
[0006] Andererseits ist eine Spannungsmessungsmethode mittels eines elektro-optischen Elements (Pockels-Effekt Element) (siehe z.B. die japanische Patentanmeldung KOKAI Publikationsnummer 2000-258 465 (Seite 3, Fig. 1)) bekannt. Die Spannung, welche an dem elektro-optischen Element angelegt werden kann, ist jedoch von etwa 1 kV oder weniger, und ein Spannungsteiler muss zur Messung einer hohen Spannung verwendet werden. Daher ist ein Spannungsteiler hoher Präzision gefordert und, bei Berücksichtigung der Durchschlagfestigkeit, usw., erhöht sich die Grösse des Spannungsteilers und die gasisolierte Schaltvorrichtung selbst wird gross.
[0007] Bei der Messung der Hauptschaltungsspannung gemäss der oben beschriebenen konventionellen Hochspannungsschaltvorrichtung gibt es folgende Probleme: Wenn ein elektro-optisches Element zum Einsatz kommen soll, ist ein zweckbestimmter Spannungsteiler nötig und die Grösse der gasisolierten Schaltanlage erhöht sich. Dann kann eine spannungsteilende Schaltung durch die Verwendung des Isolationsabstandhalters 2 zur Messung der Hauptschaltungsspannung hergestellt werden. In diesem Fall befinden sich die primärseitige elektrostatische Kapazität 10 und der primärseitige Durchgangswiderstand 11 der primärseitigen Spannungsteilungsschaltung im Behälter 3, und der sekundärseitige Kondensator 8 und die Detektionsimpedanz 9 der sekundärseitigen Spannungsteilungsschaltung befinden sich in der Luft ausserhalb des Behälters 3.
Eine Temperaturerhöhung findet aufgrund des Einschaltstroms im Behälter 3 statt und eine Temperaturschwankung findet ausserhalb des Behälters 3 statt. Es ist schwierig, die Temperatureigenschaften der primär- und sekundärseitigen Spannungsteilungsschaltungen anzugleichen. Zusätzlich, obwohl die Feuchtigkeit innerhalb des Behälters gering ist, gibt es einen Feuchtigkeitseffekt ausserhalb des Behälters 3.
[0008] Unter diesen Bedingungen ist eine Messvorrichtung gefordert, welche eine Hauptschaltungsspannung mit hoher Genauigkeit messen kann, mit Bereitstellung einer Spannungsteilungsschaltung, welche ähnliche Umgebungseigenschaften, wie Temperatur und Feuchtigkeit, schafft, beispielsweise durch die Verwendung des Isolationsabstandhalters 2, welcher eine Isolationsstruktur einer gasisolierten Schaltvorrichtung darstellt. Zusätzlich ist eine Messvorrichtung gefordert, welche im Falle der Verwendung eines elektro-optischen Elements eine hohe Schwankung der sekundärseitigen Impedanz aufgrund der Zuschaltung des elektro-optischen Elements verhindert, und welche ein stabiles Spannungsteilungsverhältnis ergibt.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer optischen Spannungsmessungsvorrichtung, welche eine Hauptschaltungsspannung mit hoher Präzision misst, ohne von Umgebungseigenschaften beeinträchtigt zu werden.
[0010] Gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine optische Spannungsmessungsvorrichtung vorgesehen, welche einen Hauptschaltungsleiter, einen dielektrischen Körper, welcher den Hauptschaltungsleiter auf isolierende Weise stützt und an einem Erdungsorgan fixiert ist, eine eingebettete Elektrode welche im dielektrischen Körper eingebettet ist, und ein elektro-optisches Element, welches mit der eingebetteten Elektrode verbunden ist und die Spannung des Hauptschaltungsleiters misst, umfasst, wobei eine Spannung, welche in einem Verhältnis der elektrostatischen Kapazitäten zwischen einer elektrostatischen Kapazität, welche zwischen dem Hauptschaltungsleiter und der eingebetteten Elektrode entsteht, und einer elektrostatischen Kapazität, welche zwischen der eingebetteten Elektrode und dem Erdungsorgan entsteht, geteilt wird,
an das elektro-optische Element angelegt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0011] Die beiliegenden Zeichnungen, welche im Anmeldetext eingegliedert und ein Teil dessen sind, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen, zusammen mit der obigen allgemeinen Beschreibung und der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen, zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
<tb>Fig. 1 <sep>ist eine Querschnittansicht eines Isolationsabstandhalters, welcher als konventioneller Spannungsteiler arbeitet;
<tb>Fig. 2 <sep>ist eine Querschnittansicht eines Isolationsabstandhalters, welcher als Spannungsteiler gemäss der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung arbeitet; und
<tb>Fig. 3 <sep>ist eine Querschnittansicht eines Säulen-Abstandhalters (post spacer), welcher as ein Spannungsteiler gemäss Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung arbeitet.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0012] Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
[Ausführungsform 1]
[0013] Zunächst wird eine optische Spannungsmessungsvorrichtung gemäss Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Fig. 2 ist eine Querschnittansicht eines Isolationsabstandhalters, welcher gemäss der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung als Spannungsteiler arbeitet. In Fig. 2sind die strukturellen Teile, welche denjenigen des Standes der Technik gleichen, mit Hilfe von gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
[0014] Wie in Fig. 2 gezeigt, ist ein Hauptschaltungsleiter 1 einer gasisolierten Schaltvorrichtung von einem kegelförmigen Isolationsabstandhalter 2 gestützt und daran fixiert, und von einem zylindrischen Behälter (Erdungsorgan) 3, welcher auf Massepotential ist, isoliert. Der Isolationsabstandhalter 2 hat einen ersten dielektrischen Körper 4, welcher durch Injektion eines Epoxydharzes ausgebildet ist. Eine ringförmige, eingebettete Elektrode 6 ist in den ersten dielektrischen Körper 4 auf der Seite des Behälters 3 eingebettet. Ein ringförmiges, eingebettetes Metall 7 ist an beiden Enden eines aussenseitigen peripheren Abschnitts vorgesehen, und ist am Ende des Behälters 3 luftdicht fixiert. Ein Isolationsgas wird in den Behälter 3 eingefüllt.
[0015] Ein Ende eines elektro-optischen Elements 20, welches durch die Verwendung eines Monokristalls aus BGO, BSO, usw. ausgebildet ist, ist mit der eingebetteten Elektrode 6 verbunden, und das andere Ende des elektro-optischen Elements 20 wird geerdet. Messlicht (optisches Signal) zur Messung einer Spannung wird auf das elektro-optische Element 20 mittels einer Lichtquellensteuervorrichtung 21 projiziert, eine Lichtquelle 22 wie z.B. eine Leuchtdiode, ein Lichtwellenleiter 23, eine Lichtleitkollimatoreinheit 24, ein Polarisator 25 für die Konvertierung einfallenden Lichts in linear-polarisiertem Licht, und eine Viertel-Wellenlängen-Platte 26, welche linear-polarisiertes Licht in zirkular-polarisiertem Licht umwandelt.
[0016] Das elektro-optische Element 20 konvertiert das einfallende zirkular-polarisierte Licht in elliptisch-polarisiertem Licht, in Übereinstimmung mit der Intensität des elektrischen Felds, und strahlt Messlicht aus. Das Messlicht durchläuft einen Analysator 27 und es wird nur eine Polarisationskomponente ausgestrahlt. Das ausgestrahlte Licht wird über eine Lichtempfangskollimatoreinheit 28 zu einem Lichtwellenleiter 29 geleitet und zu einem Detektor 30 geschickt. Der Detektor 30 wandelt das Messlicht in ein elektrisches Signal um und es wird eine gemessene Spannung von einer elektronischen Schaltung 31 berechnet. Die Komponenten, von der Lichtleitkollimatoreinheit 24 bis zur Lichtempfangskollimatoreinheit 28, werden in einem Abschirmungsgehäuse 32, welches den Effekt des elektrischen Feldes eliminiert, untergebracht.
[0017] Im Isolationsabstandhalter 2 entsteht eine primärseitige elektrostatische Kapazität 10 zwischen dem Hauptschaltungsleiter 1 und der eingebetteten Elektrode 6, und eine sekundärseitige elektrostatische Kapazität 33 entsteht zwischen der eingebetteten Elektrode 6 und dem Behälter 3. Dementsprechend wird eine Spannung, welche von einer Verbundkapazität der primärseitigen elektrostatischen Kapazität 10, der elektrostatischen Kapazität des elektro-optischen Elements 20 selbst und der sekundärseitigen elektrostatischen Kapazität 33 geteilt wird, an das elektro-optische Element angelegt.
[0018] In diesem Fall ist die elektrostatische Kapazität des elektro-optischen Elements 20 viel kleiner als die sekundärseitige elektrostatische Kapazität 33, und das Verhältnis der Spannungsteilung wird im Wesentlichen von der sekundärseitigen elektrostatischen Kapazität 33 bestimmt. Der Grund dafür ist, dass, trotzdem die spezifische Dielektrizitätskonstante des elektro-optischen Elements 20 grösser als die des Epoxydharzes ist, die Elektrodenverteilung zwischen der eingebetteten Elektrode 6 und dem Behälter 3 eine koaxiale Elektrodenanordnung ist, und die gegenüberliegende Elektrodenfläche viel grösser als die Fläche des elektro-optischen Elements 20 wird.
Im Isolationsabstandhalter 2, mit einem Durchmesser von ungefähr 300 mm, ist das Verhältnis der elektrostatischen Kapazitäten zwischen dem elektro-optischen Element 20 und der sekundärseitigen elektrostatischen Kapazität 33100 oder mehr.
[0019] Dabei wird die Spannung, welche durch das Verhältnis der elektrostatischen Kapazitäten zwischen der primärseitigen elektrostatischen Kapazität 10 und der sekundärseitigen elektrostatischen Kapazität 33 geteilt wird, am elektro-optischen Element 20 angelegt und die Hauptschaltungsspannung kann gemessen werden. Die primärseitige elektrostatische Kapazität 10 und die sekundärseitige elektrostatische Kapazität 33 sind aus demselben Epoxydharz gebildet und haben gleiche Schwankungen der elektrostatischen Kapazität aufgrund von Temperaturschwankungen. Dadurch dass eine vordefinierte niedrige Feuchtigkeit im Behälter 3 konstant gehalten wird, wird das Innere des Behälters 3 nicht von Feuchtigkeit angegriffen. Insbesondere sind die primärseitige elektrostatische Kapazität 10 und die sekundärseitige elektrostatische Kapazität 33 derselben Umgebung ausgesetzt.
Obwohl sich eine schwebende elektrostatische Kapazität im Isolationsgas zur primärseitigen elektrostatischen Kapazität 10 addiert, existiert kein Einfluss von Umgebungseigenschaften, ähnlich wie im oben beschriebenen Fall.
[0020] Gemäss der optischen Spannungsmessungsvorrichtung der Ausführungsform 1 wird die eingebettete Elektrode 6 in den ersten aus dem Epoxydharz gebildeten dielektrischen Körper 4 eingebettet und die Spannung, welche an das elektro-optische Element 20 angelegt ist, wird durch die primärseitige elektrostatische Kapazität 10 und die sekundärseitige elektrostatische Kapazität 33, welche aus demselben Epoxydharz gebildet sind, geteilt. Deshalb wird das Verhältnis der elektrostatischen Kapazitäten nicht von Umgebungseigenschaften wie Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst und die Hauptschaltungsspannung kann mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
[Ausführungsform 2]
[0021] Als nächstes wird eine optische Spannungsmessungsvorrichtung gemäss der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, mit Verweis auf Fig. 3, beschrieben. Fig. 3zeigt eine Querschnittsansicht eines Säulen-Abstandhalters, welcher gemäss der Ausführungsform 2 der Erfindung wie ein Spannungsteiler arbeitet. Die Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 in dem Isolator, welcher wie ein Spannungsteiler arbeitet. In Fig. 3werden die strukturellen Teile, welche mit denen in der Ausführungsform 1 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es wird auf eine detaillierte Beschreibung der Teile verzichtet.
[0022] Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein Hauptschaltungsleiter 1, welcher mittels eines Kopplers 35 verbunden ist, von einem Säulen-Abstandhalter 36, welcher einen ersten dielektrischen Körper 4 aus einem Epoxydharz aufweist, gestützt und fixiert. Ein hauptschaltungsseitiges eingebettetes Metall 37 ist im ersten elektrischen Körper 4 auf der Kopplungsseite 35 eingebettet. Ein zylindrisches, erdseitig eingebettetes Metall 38 ist im ersten dielektrischen Körper 4 auf der Seite des Behälters 3 eingebettet und das eingebettete Metall 38 ist am Behälter 3 angebracht. Eine säulenförmige eingebettete Elektrode 39 zur Teilung der HauptSchaltungsspannung ist im Wesentlichen zentralen Teil des erdseitig eingebetteten Metalls 38 eingebettet. Ein elektro-optisches Element ist mit der eingebetteten Elektrode 39 verbunden.
[0023] Dabei entsteht eine primärseitige elektrostatische Kapazität 40 zwischen dem hauptschaltungsseitigen eingebetteten Metall 37 und der eingebetteten Elektrode 39, und eine sekundärseitige elektrostatische Kapazität 41 entsteht zwischen der eingebetteten Elektrode 39 und dem erdseitig eingebetteten Metall 38, wodurch die Hauptschaltungsspannung geteilt wird. Die eingebettete Elektrode 39 und das erdseitig eingebettete Metall 38 sind in einer koaxialen Elektrodenanordnung angeordnet und die sekundärseitige elektrostatische Kapazität 41 ist grösser als die primärseitige elektrostatische Kapazität 40. Da diese elektrostatischen Kapazitäten 40 und 41 vom ersten dielektrischen Körper 4 aus demselben Isolationsmaterial geschaffen sind und in derselben Umgebung zum Einsatz kommen, gibt es keinen Einfluss von Umgebungseigenschaften.
[0024] Gemäss der optischen Spannungsmessungsvorrichtung der Ausführungsform 2 können dieselben vorteilhaften Effekte der Ausführungsform 1 erreicht werden.
[0025] Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann auf viele Weisen modifiziert werden und derart ausgeführt sein, dass sie nicht aus dem Rahmen der Erfindungsidee fällt. In den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde der erste dielektrische Körper 4 so beschrieben, dass er unter Verwendung eines herkömmlichen Epoxydharzes ausgebildet ist. Wenn anorganisches Material, wie Siliziumdioxid, beigemischt wird, können die Temperatureigenschaften gelockert werden. Zusätzlich kann die spezifische Dielektrizitätskonstante leicht durch das Mischverhältnis eingestellt werden und die Auswahlspanne für elektrostatische Kapazitäten erhöht werden. Darüber hinaus können andere in elektrischen Anwendungen verwendete Isolationsmaterialien wie Polykarbonatharz, Polyesterharz und Phenolharz zum Einsatz kommen.
[0026] Im Falle einer Verwendung in einem gewarteten Elektroraum, wo ein aufgrund von Kontamination und Feuchtigkeit entstehender Oberflächenkriechstrom vernachlässigbar ist, ist die Vorrichtung in Luft verwendbar. Insbesondere kann die Hauptschaltungsspannung präzise gemessen werden, wenn die primärseitige elektrostatische Kapazität 10, 40 und die sekundärseitige elektrostatische Kapazität 33, 41 aus demselben Material gebildet sind, wenn eine Verwendung in derselben Umgebung zum Tragen kommt und eine Isolationsfestigkeit bezüglich Oberflächenkriechen hoch ist.
[0027] Wie oben im Detail beschrieben wurde, sind die primärseitige elektrostatische Kapazität und die sekundärseitige elektrostatische Kapazität gemäss der vorliegenden Erfindung aus demselben Isolationsmaterial gebildet und die Spannung, welche durch das Verhältnis der elektrostatischen Kapazitäten geteilt wird, ist am elektro-optischen Element angeschlossen. Deshalb kann die Hauptschaltungsspannung mit hoher Genauigkeit gemessen werden, ohne dass das Verhältnis der elektrostatischen Kapazitäten von Umgebungseigenschaften wie Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst wird.
[0028] Zusätzliche Vorteile und Änderungen sind für den Fachmann leicht ersichtlich. Deshalb ist die Erfindung in ihren allgemeineren Aspekten nicht auf die spezifischen Details und hier gezeigten und beschriebenen kennzeichnenden Ausführungsformen beschränkt. Demgemäss können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne die Idee oder den Rahmen des allgemeinen erfinderischen Konzepts, wie durch die beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert, zu sprengen.
Background of the invention
The present invention relates to an optical voltage measuring apparatus which can improve the measurement accuracy of a main circuit voltage of a switching device used in, for example, a generator / transformer station.
In a high voltage switching device of several kV or more, a main circuit voltage is measured by electrostatic capacitive voltage division or by resistance voltage division. In this type of measuring device, there is known a cone-shaped insulating spacer used in a gas-insulated switching device as shown in Fig. 1 (see, for example, Japanese Patent Application KOKAI Publication No. 2000-232719 (page 4, Fig. 1)).
As shown in Fig. 1, a main circuit conductor 1 is supported by a conical insulating spacer 2 and is isolated from a cylindrical container 3, which is at ground potential. The insulation spacer 2 is formed of a first dielectric body 4 formed by injection of epoxy resin and a second dielectric body 5 having a lower resistivity than the first dielectric body 4, and is formed in a layer shape on the surface of the dielectric body first dielectric body 4 is formed. An annular embedded electrode 6 is embedded in the first dielectric body 4 on the side of the container 3. An annular embedded metal 7 is provided at both ends of an outer peripheral end piece and fixed airtight at the end of the container 3.
A secondary-side capacitor 8 is connected to the embedded electrode 6 and the embedded electrode 6 is grounded by means of the embedded metal 7. A detection impedance 9 is connected in parallel with the secondary-side capacitor 8. A primary side electrostatic capacitance 10 and a primary side volume resistance 11 on the second dielectric body 5 are formed between the main circuit conductor 1 and the embedded electrode 6.
Thereby, a voltage divided by the primary side electrostatic capacitance 10 and the secondary side capacitor 8 including the detection impedance 9 can be measured. The second dielectric body 5 is provided for improving the time constant. In the case of high frequencies, the voltage division is performed by means of the primary-side volume resistance 11, and the main circuit voltage can be precisely measured.
On the other hand, a voltage measurement method by means of an electro-optical element (Pockels effect element) (see, for example, Japanese Patent Application KOKAI Publication No. 2000-258 465 (page 3, Fig. 1)) is known. However, the voltage that can be applied to the electro-optic element is about 1 kV or less, and a voltage divider must be used to measure a high voltage. Therefore, a voltage divider of high precision is required and, considering the breakdown strength, etc., the size of the voltage divider increases, and the gas-insulated switching device itself becomes large.
When measuring the main circuit voltage according to the conventional high-voltage switching device described above, there are the following problems. When an electro-optical element is to be used, a dedicated voltage divider is necessary and the size of the gas-insulated switchgear increases. Then, a voltage dividing circuit can be manufactured by using the insulation spacer 2 for measuring the main circuit voltage. In this case, the primary-side electrostatic capacitance 10 and the primary-side volume resistance 11 of the primary-side voltage dividing circuit are in the container 3, and the secondary-side capacitor 8 and the detection impedance 9 of the secondary-side voltage dividing circuit are in the air outside the container 3.
A temperature increase takes place due to the inrush current in the container 3 and a temperature fluctuation takes place outside of the container 3. It is difficult to match the temperature characteristics of the primary and secondary voltage dividing circuits. Additionally, although the humidity within the container is low, there is a moisture effect outside the container 3.
Under these conditions, a measuring apparatus is required which can measure a main circuit voltage with high accuracy, providing a voltage dividing circuit which provides similar environmental characteristics, such as temperature and humidity, for example by the use of the insulation spacer 2, which has an insulation structure of a gas-insulated switching device represents. In addition, a measuring device is required which, in the case of using an electro-optical element, prevents a large fluctuation of the secondary-side impedance due to the connection of the electro-optical element, and which gives a stable voltage dividing ratio.
Brief description of the invention
An object of the present invention is to provide an optical voltage measuring apparatus which measures a main circuit voltage with high precision without being affected by environmental characteristics.
According to one aspect of the present invention, there is provided an optical voltage measuring apparatus which comprises a main circuit conductor, a dielectric body which insulates the main circuit conductor in an insulating manner and is fixed to a grounding member, an embedded electrode embedded in the dielectric body, and an electr optical element which is connected to the embedded electrode and measures the voltage of the main circuit conductor, wherein a voltage resulting in a ratio of the electrostatic capacitances between an electrostatic capacitance formed between the main circuit conductor and the embedded electrode and an electrostatic capacitance which is formed between the embedded electrode and the grounding member is divided,
is applied to the electro-optical element.
Brief description of the drawings
The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the foregoing general description and the following detailed description of the embodiments, serve to explain the principles of the invention.
<Tb> FIG. 1 <sep> is a cross-sectional view of an insulation spacer which operates as a conventional voltage divider;
<Tb> FIG. 2 <sep> is a cross-sectional view of an insulation spacer which functions as a voltage divider according to Embodiment 1 of the present invention; and
<Tb> FIG. 3 <sep> is a cross-sectional view of a post spacer which operates as a voltage divider according to Embodiment 2 of the present invention.
Detailed description of the invention
Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
[Embodiment 1]
First, an optical voltage measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. 2. Fig. 2 is a cross-sectional view of an insulation spacer which operates as a voltage divider according to Embodiment 1 of the present invention. In Fig. 2, the structural parts which are the same as those of the prior art are indicated by the same reference numerals.
As shown in Fig. 2, a main circuit conductor 1 of a gas-insulated switching device is supported by and fixed to a conical insulation spacer 2 and insulated from a cylindrical container (grounding member) 3 which is at ground potential. The insulation spacer 2 has a first dielectric body 4 formed by injection of an epoxy resin. An annular embedded electrode 6 is embedded in the first dielectric body 4 on the side of the container 3. An annular embedded metal 7 is provided at both ends of an outer side peripheral portion, and is fixed airtightly at the end of the container 3. An insulating gas is filled in the container 3.
One end of an electro-optical element 20 formed by using a monocrystal of BGO, BSO, etc. is connected to the embedded electrode 6, and the other end of the electro-optical element 20 is grounded. Measurement light (optical signal) for measuring a voltage is projected onto the electro-optical element 20 by means of a light source control device 21, a light source 22 such as a light source. a light emitting diode, an optical fiber 23, a Lichtleitkollimatoreinheit 24, a polarizer 25 for the conversion of incident light in linear-polarized light, and a quarter-wavelength plate 26, which converts linear-polarized light in circular-polarized light.
The electro-optical element 20 converts the incident circular-polarized light into elliptically-polarized light in accordance with the intensity of the electric field, and radiates measurement light. The measuring light passes through an analyzer 27 and only one polarization component is emitted. The emitted light is conducted via a light receiving collimator unit 28 to an optical waveguide 29 and sent to a detector 30. The detector 30 converts the measurement light into an electrical signal and a measured voltage is calculated by an electronic circuit 31. The components, from the photoconductive collimator unit 24 to the light receiving collimator unit 28, are housed in a shield case 32 which eliminates the effect of the electric field.
In the insulation spacer 2, a primary-side electrostatic capacitance 10 is formed between the main circuit conductor 1 and the embedded electrode 6, and a secondary-side electrostatic capacitance 33 is formed between the embedded electrode 6 and the container 3. Accordingly, a voltage corresponding to a composite capacitance of the primary side electrostatic capacitance 10, the electrostatic capacity of the electro-optical element 20 itself and the secondary-side electrostatic capacitance 33 is shared, applied to the electro-optical element.
In this case, the electrostatic capacity of the electro-optical element 20 is much smaller than the secondary-side electrostatic capacity 33, and the ratio of the voltage division is determined substantially by the secondary-side electrostatic capacitance 33. The reason for this is that, although the specific dielectric constant of the electro-optical element 20 is larger than that of the epoxy resin, the electrode distribution between the embedded electrode 6 and the container 3 is a coaxial electrode arrangement and the opposite electrode area is much larger than the area of the electrode electro-optical element 20 is.
In the insulation spacer 2 having a diameter of about 300 mm, the ratio of the electrostatic capacities between the electro-optical element 20 and the secondary-side electrostatic capacitance is 33100 or more.
At this time, the voltage divided by the ratio of the electrostatic capacitances between the primary-side electrostatic capacitance 10 and the secondary-side electrostatic capacitance 33 is applied to the electro-optical element 20, and the main circuit voltage can be measured. The primary-side electrostatic capacitance 10 and the secondary-side electrostatic capacitance 33 are formed of the same epoxy resin and have equal fluctuations in electrostatic capacity due to temperature fluctuations. By keeping a predefined low humidity in the container 3 constant, the interior of the container 3 is not attacked by moisture. In particular, the primary-side electrostatic capacitance 10 and the secondary-side electrostatic capacitance 33 are exposed to the same environment.
Although a floating electrostatic capacitance in the insulating gas adds to the primary-side electrostatic capacitance 10, there is no influence of environmental characteristics, similar to the case described above.
According to the optical strain measuring apparatus of the embodiment 1, the embedded electrode 6 is embedded in the first dielectric body 4 formed of the epoxy resin, and the voltage applied to the electro-optical element 20 is determined by the primary-side electrostatic capacitance 10 and the secondary-side electrostatic capacitance 33, which are formed of the same epoxy resin divided. Therefore, the ratio of the electrostatic capacities is not affected by environmental characteristics such as temperature and humidity, and the main circuit voltage can be measured with high accuracy.
[Embodiment 2]
Next, an optical voltage measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. 3. Fig. 3 shows a cross-sectional view of a column spacer which works like a voltage divider according to Embodiment 2 of the invention. Embodiment 2 differs from Embodiment 1 in the insulator which works like a voltage divider. In Fig. 3, the structural parts which are the same as those in the embodiment 1 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description of the parts will be omitted.
As shown in Fig. 3, a main circuit conductor 1 which is connected by means of a coupler 35 is supported and fixed by a column spacer 36 having a first dielectric body 4 made of an epoxy resin. A main circuit side embedded metal 37 is embedded in the first electric body 4 on the coupling side 35. A cylindrical, earth-embedded metal 38 is embedded in the first dielectric body 4 on the side of the container 3, and the embedded metal 38 is attached to the container 3. A columnar embedded electrode 39 for dividing the main circuit voltage is embedded in the substantially central part of the earth-side buried metal 38. An electro-optical element is connected to the embedded electrode 39.
At this time, a primary-side electrostatic capacitance 40 is formed between the main-circuit side embedded metal 37 and the embedded electrode 39, and a secondary-side electrostatic capacitance 41 is formed between the embedded electrode 39 and the ground-side embedded metal 38, thereby dividing the main circuit voltage. The embedded electrode 39 and the buried metal 38 are disposed in a coaxial electrode arrangement, and the secondary side electrostatic capacitance 41 is larger than the primary side electrostatic capacitance 40. Since these electrostatic capacitances 40 and 41 are created from the first dielectric body 4 of the same insulating material, and the same environment, there is no influence of environmental characteristics.
According to the optical voltage measuring device of Embodiment 2, the same advantageous effects of Embodiment 1 can be achieved.
The present invention is not limited to the embodiments described above, and may be modified in many ways and be made such that it does not fall outside the scope of the inventive idea. In the above-described embodiments, the first dielectric body 4 has been described as being formed using a conventional epoxy resin. When inorganic material such as silica is mixed, the temperature properties can be relaxed. In addition, the specific dielectric constant can be easily adjusted by the mixing ratio and the electrostatic capacitance selection range can be increased. In addition, other insulation materials used in electrical applications such as polycarbonate resin, polyester resin and phenolic resin can be used.
When used in a serviced electrical room where a surface creepage flow due to contamination and moisture is negligible, the device can be used in air. In particular, the main circuit voltage can be precisely measured when the primary-side electrostatic capacitance 10, 40 and the secondary-side electrostatic capacitance 33, 41 are formed of the same material, when use in the same environment is effective and surface creep insulation strength is high.
As described above in detail, the primary-side electrostatic capacitance and the secondary-side electrostatic capacitance according to the present invention are formed of the same insulating material, and the voltage divided by the ratio of the electrostatic capacities is connected to the electro-optical element. Therefore, the main circuit voltage can be measured with high accuracy without affecting the ratio of the electrostatic capacities to environmental characteristics such as temperature and humidity.
Additional advantages and changes will be readily apparent to those skilled in the art. Therefore, the invention in its broader aspects is not limited to the specific details and to the characterizing embodiments shown and described herein. Accordingly, various changes may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.