JP2022513891A - 高架電力線導体用絶縁体 - Google Patents

Abstract

中電圧又は高電圧の高架電力線導体用の絶縁体（２）。絶縁体は、絶縁体本体（１１０）と、前記絶縁体本体に埋め込まれ、第１の複数の離散的インピーダンス要素（３０、３０ｂ）を含み、前記高架電力線導体の前記電圧を分割及び検知する第１の分圧器（７０）として動作可能であるように、直列に電気的に接続されている電圧センサ（１０）と、を備える。

Description

本開示は、高架電力線の導体用の絶縁体、及びそのような導体用のセンサを備えた絶縁体に関する。特に、電圧センサが埋め込まれている絶縁体に関する。本開示はまた、このような絶縁体を含む配電ネットワークに関する。

高架電力線は、１キロボルト超の昇圧された電圧及び数十アンペアの高電流で、ナショナル・グリッドなどの電力ネットワーク内に電気エネルギーを分配する。ネットワークオペレータは、それらのネットワークの状態を知ることに関心を持っており、様々な場所において、それらの高架電力線の導体の交流（ＡＣ）電圧を検知するために電圧センサを用いる。有用な種類の電圧センサは、分圧器であり、これは、少なくとも２つのインピーダンス（抵抗器、キャパシタ、インダクタ）が電力線導体と電気接地との間で直列に接続され、そのため、インピーダンスの間で電力線導体の電圧と比例して変化する信号電圧をピックアップすることができる。いったん比例係数が決定されると、信号電圧は、アナログ又はデジタル信号処理ユニット内で測定されて、それから電力線導体の電圧を導出する。

高架電力線導体は、ポール又はマストなどの支持構造体上に懸架される。これらの構造体は電気接地状態にあり、電力線導体は絶縁シースを有さないため、絶縁体は、導体を懸架し、それらを支持構造体から及び互いから適切な距離に維持するために使用される。このような絶縁体の本体は、典型的には、磁器（セラミック）、ガラス、又はシリコーンゴム若しくはエポキシ樹脂のようなポリマー材料である。このような絶縁体は、可能な限り高い絶縁性を提供し、それによって、それらを流れる電流を最小化するように設計される。それらの表面に沿った電流は、スカート又は笠として絶縁体を成形することによって小さく保たれる。

国際特許出願第００／６０３６７号は、センサに係合するように適合された端部を有するピンを含む電力線ポールによって支持される電力線の少なくとも１つの特性を測定するためのシステムを記載している。一態様では、システムは、導体と電気接地との間の電圧の存在を検出する電圧センサを備える。

空間を節約し、より高い検知精度、より低いコスト、より高い機械的安定性、及び／又はより長い寿命の信頼性を達成することを試みる際、本発明は、中電圧又は高電圧の高架電力線導体用の絶縁体であって、
絶縁体本体と、
絶縁体を電力線導体に電気的に接続する電圧接点と、
絶縁体を接地に電気的に接続する接地接点と、
絶縁体本体に埋め込まれており、第１の複数の離散的インピーダンス要素を含む電圧センサであって、高架電力線導体の電圧を分割及び検知する第１の分圧器として動作可能であるように、電圧接点と接地接点との間に直列に電気的に接続されている、電圧センサと、
電力線導体（２０）から電気エネルギーを取り込む第２の分圧器で動作可能であるように、電圧接点（４０）と接地接点（５０）との間に直列に電気的に接続されている第２の複数の離散的インピーダンス要素と、を備える、絶縁体を提供する。

従来の絶縁体とは異なり、本開示による絶縁体は、絶縁体本体に埋め込まれた電圧分割センサのインピーダンス要素を介して電力線導体と電気接地との間の導電性接続を提供する。従来、中電圧又は高電圧電力線導体用の電圧センサは、別個の体積を必要とし、電気的に絶縁されなければならないが、本開示は、絶縁体における電圧検知を容易にする。電圧センサは絶縁体に埋め込まれているので、センサは専用の絶縁を必要としない。したがって、本開示による埋め込み型電圧センサを有する絶縁体は、コスト及び空間を節約するのに役立つことができる。

また、電力線導体と電気的に接触する電圧分割電圧センサは、非接触電圧センサと比較して、より高い検知精度を提供することができる。いくつかの容量性電圧センサの検知精度は、例えば、高電圧キャパシタの誘電体によって制限され、温度又は環境湿度が変化するとその電気特性が変化する。絶縁体本体に埋め込まれた電圧センサは、温度又は湿度の変化に曝露されにくくなり、したがって、より高い検知精度を提供することができる。

本明細書で使用するとき、用語「中電圧」は、１キロボルト（ｋＶ）～７２ｋＶの電圧を指し、「高電圧」は、７２ｋＶ以上の電圧を指す。中電圧（ＭＶ）及び高電圧（ＨＶ）は、本明細書では集合的に昇圧された電圧と呼ばれる。

本開示の文脈におけるＭＶ／ＨＶ高架電力線は、昇圧された電圧でより大きい地理的エリア内に電気エネルギーを分配する電力線である。

本開示による絶縁体は、絶縁体本体を含む。絶縁体本体は、一般に、高架電力線の典型的な環境において、及び氷又は強風の負荷などの潜在的に有害な動作条件下で、電気接地の要素に対してＭＶ／ＨＶ高架電力線導体を絶縁するように設計されている。絶縁体本体はまた、電力線導体の重量を支持するように設計されている。

絶縁体本体は、電気絶縁材料から作製される。例えば、セラミック材料（例えば、磁器又は陶磁器）、ガラス材料（例えば、強化ガラス）、又はポリマー材料（例えば、ガラス強化されたエポキシ樹脂などの高分子材料、又はシリコーンゴム材料若しくはエチレンプロピレンジエンモノマーＥＰＤＭなどのゴム材料）、又はこれらの材料の組み合わせから作製されてもよい。セラミック材料は、高い誘電強度をもたらし、経時的な劣化をほとんど示さない。ポリマー材料は、所望の形状に鋳造されることが特に容易であり、多くの場合、コスト利点を提供する。例えば、絶縁体本体を製造する際にセンサをオーバーモールドすることによって、電圧センサを、高分子材料を含む絶縁体本体内に埋め込むことが容易であることが多い。それゆえ、特定の実施形態では、絶縁体本体は、磁器、陶磁器、セラミック材料、ガラス、及び／又はエポキシ樹脂、天然ゴム、若しくはエチレンプロピレンジエンモノマーゴムを含む。

絶縁体本体の形状は、特に限定されない。絶縁体本体は、導体と懸架支持構造体との間の距離を提供及び維持するために、例えば細長い形状などの従来の高架電力線導体絶縁体の形状を有してもよい。必要な距離、及び絶縁体本体の長さは、電力線導体の電圧に依存する。絶縁体本体は、複数の笠又はスカートを形成してもよい。

絶縁体本体は、１つの単一部品として形成されてもよい。あるいは、絶縁体本体は、複数の要素、例えば、互いに積み重ねられ、互いに接続されて絶縁体本体を形成する複数の絶縁体ディスクなどから形成されてもよい。

電圧センサは、絶縁体本体内に埋め込まれる。特定の実施形態では、絶縁体本体は、電圧センサを収容するための空洞を備える。空洞は、電圧センサのみを収容するのに十分な空間を提供してもよい。あるいは、空洞は、電圧センサのみを収容するために必要とされるよりも多くの空間を提供してもよい。この場合、空洞は、電圧センサ及び絶縁ガス又は絶縁性液体を含んでもよい。

特定の実施形態では、絶縁体本体は、誘電体（非導電性）成形可能材料を含む。成形可能材料は、この文脈において、成形され得る、すなわち、高温で液体であり、高架電力線用の絶縁体の典型的な動作温度において固体である材料である。

電圧センサは、絶縁体本体を電圧センサの周囲に成形することによって絶縁体本体内に埋め込むことができる。例えば、電圧センサは、絶縁体本体の外側形状を決定する成形型内に配置されてもよく、次いで、液体状態の成形可能材料は、電圧センサを埋め込むように成形型に鋳造され、次いで成形可能材料は、（例えば、冷却又は硬化によって）固化して絶縁体本体を形成する。これにより、電圧センサは、固化した絶縁体本体内に埋め込まれる。

本開示による絶縁体の電圧センサは、第１の複数の離散的インピーダンス要素を含む。本開示の文脈において、離散的インピーダンス要素は、電圧センサの必須要素である。電圧センサは、第１の複数の離散的インピーダンス要素からなってもよい。本開示による電圧センサは、例えば、複数の離散的インピーダンス要素の一部又は全部が取り付けられるＰＣＢ（プリント回路基板）などの他の要素を備えてもよい。

特定の実施形態では、第１の複数の離散的インピーダンス要素は、ＰＣＢ上に取り付けられる。これは、インピーダンス要素を支持し、ＰＣＢの表面上の導電トレースを介して互いに接続するための費用効果が高い手段である。通常、ＰＣＢの１つの主面上に全ての離散的インピーダンス要素を配置するのが最も費用効果が高い。したがって、一般的に、及び他の特徴とは独立して、これらの実施形態では、絶縁体は、第１の主面及び反対側の第２の主面を有するプリント回路基板を備え、第１の複数の離散的インピーダンス要素は、第１の主面上に配置されている。

インピーダンス要素は、例えば、抵抗器、キャパシタ、又はインダクタであってもよい。離散的インピーダンス要素は、ＰＣＢ上の導電トレースによって形成されるインピーダンス要素とは対照的に、ＰＣＢ又はＰＣＢ上の導電トレースとは別個に存在し得る個々の別個のインピーダンス要素である。離散的インピーダンス要素の例は、表面実装キャパシタ、表面実装抵抗器、及び表面実装インダクタのような表面実装デバイス（「ＳＭＤ」）である。複数の離散的インピーダンス要素は、１つの抵抗器及び１つ以上のキャパシタを含んでもよい。複数の離散的インピーダンス要素は、１つの抵抗器及び１つ以上のインダクタを含んでもよい。複数の離散的インピーダンス要素は、１つのインダクタ及び１つ以上のキャパシタを含んでもよい。一般に、複数の離散的インピーダンス要素は、１つ以上の抵抗器、及び／又は１つ以上のキャパシタ、及び／又は１つ以上のインダクタを含んでもよい。特定の好ましい実施形態では、複数の離散的インピーダンス要素は、複数の離散的キャパシタからなる。抵抗器、キャパシタ、及びインダクタは、手頃な価格で容易に入手可能であるため、分圧器を形成するために特に適した要素である。また、一般に、それらの電気特性は精密に指定されている。

離散的キャパシタは、高精度かつ手頃な価格で入手可能である。したがって、特定の実施形態では、第１の複数の離散的インピーダンス要素及び／又は前記第２の複数の離散的インピーダンス要素は、複数の離散的キャパシタである。

本開示によれば、離散的インピーダンス要素は、分圧器として動作可能であるように、直列に電気的に接続される。一般に、分圧器は、高架電力線導体の昇圧された電圧を分割し、この電圧対接地を検知するための証明された費用効果的な手段である。複数の離散的インピーダンス要素が、電力線導体の昇圧された電圧の電圧接点と電気接地の接地接点との間に接続されると、信号電圧は、複数のうちの２つの離散的インピーダンス要素の間でピックアップされ得る。複数の離散的インピーダンス要素は、昇圧された電圧を分割するため、信号電圧は、昇圧された電圧よりも小さい。信号電圧は、昇圧された電圧に比例して変化する。昇圧された電圧は、比例係数を決定し、信号電圧を測定することによって検知することができる。

昇圧された電圧は、直列接続された離散的インピーダンス要素のチェーンによって分割され、その結果、各インピーダンス要素の「後方」の電圧は、それの「前方」より低い。直列接続されたインピーダンス要素の数が多くなる場合、昇圧された電圧は、より多くのステップに分割される。これにより、各インピーダンス要素にわたる電圧降下が小さくなり、各インピーダンス素子の電気的ストレスが小さくなり、電圧センサは、より信頼性が高いものになる。電力線導体の何キロボルトかの昇圧された電圧では、１０個以上の離散的インピーダンス要素を使用することが有利である。これは、昇圧された電圧を検知するための第１の複数のインピーダンス要素、及び存在する場合、電力線導体からエネルギーを取り込むための第２の複数のインピーダンス要素の両方に適用される。したがって、特定の実施形態では、第１の複数の離散的インピーダンス要素及び／又は第２の複数の離散的インピーダンス要素は、複数の１０個以上の離散的インピーダンス要素である。

電圧センサは、複数の離散的インピーダンス要素から信号電圧をピックアップするための信号接点を含んでもよく、信号電圧は、高架電力線導体の昇圧された電圧に比例して変動する電圧である。信号接点は、複数の離散的インピーダンス要素の２つの離散的インピーダンス要素の間に電気的に配置されてもよい。信号ワイヤは、信号電圧を絶縁体本体の外側に伝送するために信号接点に電気的に接続してもよい。

複数の離散的インピーダンス要素は、例えば鎖を形成するように、直列に機械的に接続してもよい。複数の離散的インピーダンス要素は、ワイヤによって、又はＰＣＢ上の導電トレースによって、又ははんだ付け材料によって、電気的に接続してもよい。各インピーダンス要素は、それを他のインピーダンス要素又は接地接点又は電圧接点に電気的に接続するための２つの接点を含んでもよい。

複数の離散的インピーダンス要素は、電圧接点と接地接点との間で電気的に接続される。それにより、電圧センサは、電圧接点と接地接点との間の電圧を検知することができ、すなわち、電力線導体の対接地の昇圧された電圧を検知することができる。

また、絶縁体内又は絶縁体上の電圧接点の位置は、特に限定されない。しかしながら、特定の有利な実施形態では、電圧接点は外部からアクセス可能である。例えば、絶縁体本体の外側表面上に配置されてもよい。

絶縁体本体が反対側の端部部分を画定する細長い本体である場合、電圧接点は、絶縁体本体の端部部分に配置されていてもよい。

接地接点の位置は、特には限定されない。しかしながら、特定の有利な実施形態では、接地接点は外部からアクセス可能である。例えば、絶縁体本体の外側表面上に配置されてもよい。

絶縁体本体が反対側の端部部分を画定する細長い本体である場合、接地接点は、絶縁体本体の端部部分に配置されていてもよい。電圧接点が絶縁体本体の一方の端部部分に配置されている場合、接地接点は、絶縁体本体の反対側の端部部分に配置されていてもよい。このような配置は、放電の危険性を低減することができる。

絶縁体上又は絶縁体内の信号処理ユニット内で、電圧センサの信号電圧を測定及び処理し、検知された電圧の値を、電圧センサの無線送信デバイスからグリッド管理システムの構成要素に無線方式で送信することが望ましい場合がある。このような信号処理ユニットは、例えば、絶縁体本体に埋め込まれてもよい。

それゆえ、一般に、特定の実施形態では、本開示による絶縁体は、高架電力線導体の検知された電圧を処理する信号処理ユニットを更に備え、信号処理ユニットは、絶縁体本体内に少なくとも部分的に埋め込まれている。

信号処理ユニットは、部分的に又は完全に埋め込まれていてもよい。あるいは、信号処理ユニットは、絶縁体本体上又は絶縁体本体内に、例えば絶縁体本体の外側表面上に配置されてもよい。特定の代替的実施形態では、信号処理ユニットは、絶縁体本体からある距離に、例えば、１０ｃｍ以上、又は１メートル超の距離にさえ配置される。

原理的には、絶縁体は、信号処理ユニットに接続されたワイヤを介して電力線導体の検知された電圧を示す信号を送信してもよい。しかしながら、多くの場合、これは非実用的であり得る。それゆえ、代替的に、本開示による絶縁体は、高架電力線導体の検知された電圧を示す信号を絶縁体の外部に無線で送信する、電圧センサに動作可能に接続された無線送信デバイスを更に備え得る。そのような無線送信ユニットは、絶縁体に接続された他のセンサによって検知される、例えば温度又は電流などの他のパラメータの値を送信してもよい。無線送信デバイスは、無線送信機／受信機ユニット及び／又はアンテナを含み得る。

無線送信は、例えば、ＷＬＡＮプロトコル、ＬｏＲａ長距離広域ネットワークプロトコル、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈプロトコル、ｚｉｇｂｅｅプロトコル、又は同様の業界標準プロトコルなどの標準的な業界通信プロトコルを使用することによって実行することができる。カスタムプロトコルを代替的に使用することができる。

信号処理ユニットは、任意のベース電圧で動作させることができ、すなわち、導体の昇圧された電圧で、又は電気接地で動作させることができる。いずれの場合も、信号処理ユニットは、電圧の差（又は電位の差）によって電力を供給され、この差は、昇圧された電圧に対する又は電気接地に対する又は任意の他のベース電圧に対する差であり得る。典型的には、信号処理ユニットに電力供給するための電圧差は、３．３ボルト又は５ボルトである。特定の実施形態では、信号処理ユニットに電力供給するための電圧差は、５０ボルト以下であり、他の実施形態では、１００ボルト以下である。電圧差は、信号処理ユニットの要件を満たすように選択されてもよい。

したがって、本発明の絶縁体の特定の実施形態では、信号処理ユニットが、第１の入力電圧と第２の入力電圧との間の電位差によって電力供給され、第１の入力電圧は、高架電力線導体の電圧の対接地の電圧であり、第２の入力電圧は、第１の入力電圧と５０ボルト以下又は１００ボルト以下だけ異なる。

昇圧された電圧のセンサが信号処理ユニットに接続される場合、センサと処理ユニットの間に電気絶縁がまったく使用されていないか、ほとんど使用されていなくても、その場合にはセンサと処理ユニットの間で放電が発生する可能性が低いため、センサと信号処理ユニットの両方を昇圧された電圧で動作させることがより容易になり得る。センサを信号処理ユニットに接続する出力信号ワイヤは、例えば、絶縁体の薄層によってのみ電気的に絶縁されてもよい。

昇圧された電圧のセンサが信号処理ユニットに接続されない場合、処理ユニットを電気接地で動作させ、接地に対して５０ボルト以下の電圧差、又は接地に対して１００ボルト以下の電圧差で電力を供給することが容易であり得る。

したがって、特定の他の実施形態では、信号処理ユニットが、第１の入力電圧と第２の入力電圧との間の電位差によって電力供給され、第１の入力電圧は、電気接地であり、第２の入力電圧は、第１の入力電圧と５０ボルト以下又は１００ボルト以下だけ異なる。

電気放電の危険性を低減するために、ユニットが電力線導体の昇圧された電圧に対する電圧差によって電力供給される場合、一般に、信号処理ユニットを分圧器の昇圧された電圧部分の近く（すなわち、昇圧された電圧の又は昇圧された電圧に近い電圧の、これらのインピーダンス要素の近く）に配置するのが有利である。一方、ユニットが電気接地に対して電圧差によって電力を供給される場合、一般に、信号処理ユニットを、分圧器の低電圧部分に、又はその近く（すなわち、接地電圧の又は接地電圧に近い電圧の、インピーダンス要素の近く）に配置することが推奨される。

また、分圧器は、一般に、低電圧の要素が、絶縁体、特に電圧センサの分圧器を、電力線導体に接続する電圧接点に近接しないように、概ね最良に配置される。それゆえ、一般に、分圧器の昇圧された電圧部分を電圧接点により近く、及び低電圧部分を電圧接点からより遠く、配置することが有用であり得る。これは、低電圧部分と電圧接点との間のより大きな電圧差を回避するのに役立ち得る。

本開示による絶縁体が、第１の端部部分及び反対側の第２の端部部分を画定する細長い形状を有する場合、放電の危険性は、分圧器の昇圧された電圧部分を一方の端部部分（例えば、第１の端部部分）に配置し、分圧器の低電圧部分を反対側の端部部分（例えば、第２の端部部分）に配置することによって低減され得る。電圧接点が、例えば、第１の（昇圧された電圧）端部部分に配置されている場合、信号処理ユニットは、昇圧された電圧に対する電圧差によって電力供給される場合、第１の端部部分に有利に配置されてもよい。それに対応して、信号処理は、電気接地に対する電圧差によって電力供給される場合、第２の（低電圧）端部部分に、より良好に配置され得る。

それゆえ、一般に、特定の実施形態では、絶縁体は、第１の端部部分及び反対側の第２の端部部分を画定する細長い形状を有し、電圧接点は第１の端部部分に配置されており、信号処理ユニットは第１の端部部分に配置されている。

他の実施形態では、絶縁体は、第１の端部部分及び反対側の第２の端部部分を画定する細長い形状を有し、電圧接点は第１の端部部分に配置されており、信号処理ユニットは第２の端部部分に配置されている。

端部部分におけるその配置とは独立して、信号処理ユニットは、絶縁体本体内、絶縁体本体上、又は絶縁体本体に近接して、すなわち絶縁体本体の最も近い点から最大２０ｃｍの距離に配置されてもよい。あるいは、信号処理ユニットは、絶縁体本体の最も近い点から１メートル以上の距離に配置されてもよい。絶縁体本体内に配置されない限り、信号処理ユニットは、別個のハウジング内に配置されてもよい。

検知された電圧を処理する信号処理ユニットは、明らかに、動作可能に本発明の絶縁体の電圧センサと接続される。電圧センサを超えて、更なる検知ユニットが信号処理ユニットに接続されてもよい。一般に、この接続は、検知ユニット（「信号ワイヤ」）の出力信号を搬送するワイヤを絶縁体のセンサ接点に接続することによって行われ、出力信号は、信号処理ユニットによってピックアップすることができる。複数の離散的インピーダンス要素がＰＣＢ上に配置される場合、センサ接点もＰＣＢ上に配置されてもよい。更なる検知ユニットの有線接続の代替として、更なる検知ユニットは、例えば無線接続又は光接続を介して、無線方式で信号処理ユニットと接続されてもよい。

それゆえ、一般に、特定の実施形態では、本開示による絶縁体は、更なる検知ユニットの信号ワイヤを処理ユニットに電気的に接続するためのセンサ接点を更に備える。これらの実施形態のうちの特定のものでは、更なる検知ユニットは、電流センサ（例えば、ロゴウスキータイプの電流センサ）、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、力センサ及び／又は振動センサを備える。

更なる検知ユニットは、例えば、電流センサ、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、力センサ、及び／若しくは振動センサであってもよく、又はこれらを備えてもよい。更なる検知ユニットは、絶縁体内又は絶縁体上に設置されてもよく、例えば、絶縁体本体に埋め込まれるか、又は本開示の絶縁体の外側に位置してもよい。

このような信号処理ユニットのための電力及び無線送信のための電力は、電力線導体から取り込むことができる。既知のエネルギー取り込み技術及び回路を、その目的のために使用することができる。好適なエネルギー取り込み配置は、同時係属中の欧州特許出願公開第１８１７６６８２．５号に記載されており、それによれば、第２の複数の直列接続されたインピーダンス要素が、取り込み分圧器を形成する。取り込まれたエネルギーは、例えば、信号処理ユニット及び無線送信デバイスに電力を供給するために使用することができる。例えば、４００ボルトのＡＣ電圧は、５ボルトの供給電圧に変換されて、信号処理ユニット及び無線送信ユニットに電力を供給するために、取り込み分圧器から取り込まれ得る。

取り込まれたエネルギーはまた、導体を通る電流、導体の温度、又は導体の振動などの電力線の状態を評価するために関連する他のパラメータを検知する力を有する更なるセンサを提供するために使用することもできる。

したがって、絶縁体は、電力線導体から電気エネルギーを取り込む第２の分圧器で動作可能であるように、電圧接点と接地接点との間で直列に電気的に接続されている第２の複数の離散的インピーダンス要素を更に備える。

第１の複数の離散的インピーダンス要素がＰＣＢの第１の主面上に配置される特定の実施形態では、第２の複数の離散的インピーダンス要素は、ＰＣＢの反対側の第２の主面上に配置されてもよい。あるいは、複数の両方が、第１の主面上に配置されてもよい。あるいは、第１の複数のうちの任意の離散的インピーダンス要素は、第１又は第２の主面上に配置されてもよく、第２の複数のうちの任意の離散的インピーダンス要素は、第１又は第２の主面上に配置されてもよい。

更なる態様では、本開示はまた、高架電力ラインを含む配電ネットワークであって、
ａ）中電圧又は高電圧の高架電力線導体と、
ｂ）高架電力線導体を支持及び絶縁する、本明細書に記載の絶縁体と、を備える。

ここで、本開示による絶縁体の実施形態を、以下の図を参照してより詳細に説明する。同様の参照番号は、同様の要素を指す。
容量分圧器の回路図である。 本開示による第１の絶縁体の部分断面図である。 無線送信デバイスを備える本開示による第２の絶縁体の部分断面図である。 本開示による第３の絶縁体の部分断面図である。

図１の回路図では、電圧センサ１０は、ＭＶ高架電力線導体２０に電気的に接続されて示されている。電圧センサ１０は、電圧接点４０と接地接点５０との間で直列に電気的に接続された複数の離散的キャパシタ３０を備える。電圧接点４０は電力線２０への接続を容易にし、一方、接地接点５０は電気接地６０への接続を容易にする。

離散的インピーダンス要素３０は、昇圧された電圧を電気接地６０に分割する際に導体２０の昇圧された電圧を検知するために、破線ボックスとして示される分圧器７０として動作可能である。

分圧器７０は、分圧器７０が導体２０の昇圧された電圧を検知できるように、互いに直列に電気的に接続された複数の離散的分割キャパシタ３０を備える。昇圧された電圧に接続されたキャパシタ３０、３０ａのサブセットは、分圧器７０の高電圧側８０を形成し、低電圧側９０は、単一の離散的キャパシタ３０ｂによって形成される。あるいは、低電圧側９０は、直列又は並列に電気的に接続された２つ以上の離散的キャパシタ３０ｂによって形成されて、特定の組み合わされた静電容量を得ることができる。

高電圧側８０と低電圧側９０との間に信号接点１００が電気的に接続されている。信号接点１００では、本明細書では信号電圧とも呼ばれる分割された電圧がピックアップされ得、これは電力線導体２０の昇圧された電圧と比例して変化する。昇圧された電圧と信号電圧との比例係数は、高電圧側８０の全インピーダンスと分圧器７０の低電圧側９０の全インピーダンスとの比によって決定される。信号接点１００における信号電圧を測定することにより、導体２０の昇圧された電圧を検知することができる。

図２は、中電圧高架電力線導体２０に取り付けられた、本開示による絶縁体１の部分断面図を示す。絶縁体１は、セラミック材料の細長い絶縁体本体１１０を含む。細長い絶縁体１は、その端部部分（図２の上端部部分）の一方で導体２０に取り付けられ、その反対側の端部部分（図２の下端部部分）で懸垂支持構造体に機械的に取り付けられ得る。

電圧センサ１０は、絶縁体本体１１０内に埋め込まれている。電圧センサは、直列に電気的に接続され、分圧器７０の高電圧側８０を構成する１９個の離散的キャパシタ３０と、分圧器７０の低電圧側９０を構成する１つの離散的キャパシタ３０ｂ（「検知キャパシタ」３０ｂ）とによって形成される。分圧器７０の高電圧側８０と低電圧側９０との間に信号接点１００が電気的に配置され、これは分割された電圧をピックアップし、絶縁体１の外側の信号電圧として信号タブ１３０で入手可能にする。信号電圧は、キャパシタ３０、３０ｂによって形成された電圧センサ１０の出力である。絶縁体１の外側で、例えば別個の処理ユニットなどで測定し、更に処理することができる。

「分割」キャパシタ３０、３０ｂは、絶縁体１を電力線導体２０及び接地６０にそれぞれ電気的に接続するように機能する、電圧接点４０と接地接点５０との間に直列に電気的に接続される。電圧接点４０は、クランプ１４０を介して電力線導体２０に導電的に取り付けられる。接地接点５０は、接地タブ１５０を介して電気接地に接続することができる。したがって、絶縁体１は、電力線導体２０と、電力線導体２０のための支持構造などの電気接地の要素との間に接続することができる。

絶縁体本体１１０は、より低い電圧の又は電気接地の要素に対して、昇圧された電圧の電力線導体２０の適切な電気絶縁を提供し、接地タブ１５０と電圧接点４０と電力線導体２０との間の安全な距離を維持する。その細長い形状、特にその笠１６０は、電圧接点４０から接地タブ１５０又は信号タブ１３０への絶縁体１の外側表面に沿った電流を最小化する。これにより、これらの要素間の放電の危険性が最小限に抑えられる。

図２の絶縁体１では、分割キャパシタ３０、３０ｂはプリント回路基板（「ＰＣＢ」）１７０によって支持され、これはまた、分割キャパシタ３０、３０ｂを互いに電気的に接続するその表面上の導電トレース１８０を支持する。

図３は、埋め込まれた電圧センサ１０を備え、ＭＶ高架電力線導体２０に接続された、図２の第１の絶縁体１と同様の、本開示による第２の絶縁体２を部分断面図で示す。電圧センサ１０及び絶縁体本体１１０は、第１の絶縁体１の対応する要素と同一である。第２の絶縁体２は、両面ＰＣＢ１７１の後側に配置され、したがって図３では見えないエネルギー取り込み分圧器を含み、一方、分圧器１０の離散的分割キャパシタ３０、３０ｂは、ＰＣＢ１７１の視認できる前面上に配置されている。

取り込み分圧器は、ＰＣＢ１７１の低電圧端部部分２００上に位置する信号処理及び通信ユニット（「ＳＰＣＵ」）１９０に電力を供給する。電力線導体２０の昇圧された電圧を検知するために、ＳＰＣＵ１９０は、信号接点１００からの信号電圧をピックアップし、信号電圧、並びに高電圧側８０の全インピーダンス及び分圧器１０の低電圧側９０の全インピーダンスについてのデータ、並びに校正係数及び温度補正係数についてのデータを使用する。次いで、導体２０の検知された電圧は、アンテナ２１０を介して無線方式でＳＰＣＵ１９０によって送信される。

分圧器１０及びＳＰＣＵ１９０は、接地タブ１５０によって電気接地に接続することができる。

図４は、図３の第２の絶縁体２と同様の、本開示による更なる第３の絶縁体３の部分断面図である。絶縁体本体１１０は、第２の絶縁体２の絶縁体本体と同一であるが、電圧センサ１０は反転され、その結果、検知キャパシタ３０ｂ並びに信号処理及び通信ユニットＳＰＣＵ１９０は、ここで、電力線導体２０に近接するＰＣＢ１７２の高電圧端部部分２２０上に位置する。この反転された設計のために、ＰＣＢ１７２は、本質的に１８０度回転されており、それにより、ＰＣＢ１７２の裏面上の取り込み分圧器が反転される。反転設計は、接地６０と電力線導体２０との間に直列に接続された複数の離散的キャパシタ３０、３０ｂによる電圧検知の機構と同じ機構を可能にする。

その結果、ＳＰＣＵ１９０は、電気接地６０の電圧、又はそれに近い電圧では動作されないが、電力線導体２０の昇圧された電圧で動作される。ＳＰＣＵ１９０は、高架電力線導体２０の電圧の対接地６０の電圧と、高架電力線導体２０の電圧より５Ｖ低い電圧との間の電位差によって電力供給される。この反転された電気設計により、電力線導体２０上の追加のセンサは、センサとＳＰＣＵ１９０との間の大きな電圧差に関する懸念なしに、ＳＰＣＵ１９０と容易に接続することができる。

図４は、導体２０の周りに同心円状に適用されたロゴスキーコイルの形態の電流センサ２３０を示す。電流センサ２３０は、ＰＣＢ１７２上でセンサ出力信号ワイヤ２５０及びセンサ接点２４０を介してＳＰＣＵ１９０に電気的に接続され、これにより、ＳＰＣＵ１９０は電流センサ２３０の出力信号をピックアップ及び処理し、導体２０を流れる電流の値を導出し、アンテナ２１０を介して無線方式で信号接点１００における信号電圧から導出される電圧値と共に、電流値をグリッド管理システムに送信することができる。

電圧センサ１０の反転された設計は、ＳＰＣＵ１９０自体が導体２０の昇圧された電圧に近い電圧で動作するため、ＳＰＣＵ１９０への昇圧された電圧のセンサの接続を容易にする。センサ２３０からＳＰＣＵ１９０への放電の危険性が低減され、センサ２３０をＳＰＣＵ１９０と接続するケーブルには、大規模な絶縁が必要とされない。

電流センサ２３０を越えて、又はそれに代えて、他のパラメータを検知するために、他のセンサを電力線導体２０に取り付けることができ、検知されたパラメータを絶縁体３の外側へと処理及び伝送するために、更なる専用の信号接点２４０を介して信号をＳＰＣＵ１９０に供給することができる。

例えば、導体２０の振動を検知するために、圧電振動センサを電力線導体２０に機械的に取り付けることができる。反転された設計により、振動センサの出力信号を輸送する出力信号ワイヤ２５０を、大規模電気絶縁を必要とせずにＳＰＣＵ１９０に接続することができる。

別の例として、温度センサは、導体２０の温度を検知するために電力線導体２０に機械的に取り付けられてもよく、その出力信号は、グリッド管理システムへの処理及び無線送信のために、出力信号ワイヤによってＳＰＣＵ１９０に輸送され得る。

Claims (14)

1. 中電圧又は高電圧の高架電力線導体（２０）用の絶縁体（１、２、３）であって、
   絶縁体本体（１１０）と、
   前記絶縁体を前記電力線導体に電気的に接続する電圧接点（４０）と、
   前記絶縁体を接地（６０）に電気的に接続する接地接点（５０）と、
   前記絶縁体本体に埋め込まれており、第１の複数の離散的インピーダンス要素（３０、３０ａ、３０ｂ）を含む電圧センサであって、前記高架電力線導体の前記電圧を分割及び検知する第１の分圧器（７０）として動作可能であるように、前記電圧接点と前記接地接点との間に直列に電気的に接続されている、電圧センサ（１０）と、
   前記電力線導体（２０）から電気エネルギーを取り込む第２の分圧器で動作可能であるように、前記電圧接点（４０）と前記接地接点（５０）との間に直列に電気的に接続されている第２の複数の離散的インピーダンス要素と、を備える、絶縁体。
2. 第１の主面及び反対側の第２の主面を有するプリント回路基板（１７０、１７１、１７２）を更に備え、前記第１の複数の離散的インピーダンス要素（３０、３０ａ、３０ｂ）が、前記第１の主面上に配置されている、請求項１に記載の絶縁体（１、２、３）。
3. 前記絶縁体本体（１１０）が、磁器、陶磁器、セラミック材料、ガラス、及び／又はエポキシ樹脂、天然ゴム、若しくはエチレンプロピレンジエンモノマーゴムなどのポリマー材料を含む、請求項１又は２に記載の絶縁体。
4. 前記第１の複数の離散的インピーダンス要素（３０、３０ａ、３０ｂ）及び／又は前記第２の複数の離散的インピーダンス要素が、複数の離散的キャパシタである、請求項１～３のいずれか一項に記載の絶縁体（１、２、３）。
5. 前記第１の複数の離散的インピーダンス要素（３０、３０ａ、３０ｂ）及び／又は前記第２の複数の離散的インピーダンス要素が、複数の１０個以上の離散的インピーダンス要素である、請求項１～４のいずれか一項に記載の絶縁体（１、２、３）。
6. 前記高架電力線導体（２０）の前記検知された前記電圧を処理する信号処理ユニット（１９０）を更に備え、前記信号処理ユニットが、前記絶縁体本体（１１０）内に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項１～５のいずれか一項に記載の絶縁体（１、２、３）。
7. 前記信号処理ユニット（１９０）が、第１の入力電圧と第２の入力電圧との間の電位差によって電力供給され、前記第１の入力電圧は、前記高架電力線導体（２０）の前記電圧の対接地（６０）の電圧であり、前記第２の入力電圧は、前記第１の入力電圧と５０ボルト以下又は１００ボルト以下だけ異なる、請求項６に記載の絶縁体（１、２、３）。
8. 前記信号処理ユニット（１９０）が、第１の入力電圧と第２の入力電圧との間の電位差によって電力供給され、前記第１の入力電圧は、電気接地（６０）であり、前記第２の入力電圧は、前記第１の入力電圧と５０ボルト以下又は１００ボルト以下だけ異なる、請求項６に記載の絶縁体（１、２、３）。
9. 第１の端部部分及び反対側の第２の端部部分を画定する細長い形状を有し、前記電圧接点（４０）が前記第１の端部部分に配置されており、かつ前記信号処理ユニット（１９０）が前記第１の端部部分に配置されている、請求項６～８のいずれか一項に記載の絶縁体（１、２、３）。
10. 第１の端部部分及び反対側の第２の端部部分を画定する細長い形状を有し、前記電圧接点（４０）は前記第１の端部部分に配置されており、かつ前記信号処理ユニット（１９０）は前記第２の端部部分に配置されている、請求項６～８のいずれか一項に記載の絶縁体（１、２、３）。
11. 更なる検知ユニット（２３０）の信号ワイヤ（２５０）を前記処理ユニット（１９０）に電気的に接続するセンサ接点（２４０）を更に備える、請求項６～１０のいずれか一項に記載の絶縁体（３）。
12. 前記更なる検知ユニット（２３０）が、電流センサ（２３０）、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、力センサ、及び／又は振動センサを備える、請求項１１に記載の絶縁体（３）。
13. 前記高架電力線導体の検知された前記電圧を示す信号を前記絶縁体の外部に無線で送信する、前記電圧センサ（１０）に動作可能に接続された無線送信デバイスを更に備える、請求項１～１２のいずれか一項に記載の絶縁体（２、３）。
14. 高架電力ラインを含む配電ネットワークであって、
    ａ）中電圧又は高電圧の高架電力線導体（２０）と、
    ｂ）前記高架電力線導体を支持及び絶縁する請求項１～１３のいずれか一項に記載の絶縁体（１、２、３）と、を備える、配電ネットワーク。

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