JP6768784B2 - バスバーの電圧を測定するためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、バスバーのような導体と、前記導体内のＡＣ電圧を測定するための装置と、の組み合わせ体であって、前記装置は、
・前記導体上に配置された絶縁層と、
・前記絶縁層上に配置されたコンデンサプレートであって、前記絶縁層は、第１のコンデンサを形成するために、前記コンデンサプレートを前記導体から一定の距離を置いて位置決めしている、コンデンサプレートと、
・前記コンデンサプレートとグラウンドとの間に電気的に配置された第２のコンデンサであって、前記第１のコンデンサと共に１つの容量分圧器を提供している、第２のコンデンサと、
・前記コンデンサプレートにおける電圧を測定するための手段と、
を含む、組み合わせ体に関する。

このような組み合わせ体は、例えば米国特許第５０１７８５９号明細書（US 5017859）から公知である。容量分圧器は、導体の電圧を、従来の測定機器を用いて測定するためにより適したレベルまで低減することが知られている。コンデンサを使用することにより、何ら電流が漏れることなく電圧を測定することが可能となる。

導体の電圧を測定するために抵抗分圧器を使用することも可能ではあるが、高電圧では構成部品が著しく大きくなり、抵抗器を介して電流が漏れてしまう。

容量分圧器を使用すると、コンデンサを介して電流が流れないので、より小さな構成部品を使用することが可能である。しかしながら、コンデンサは、測定すべき電圧の周波数に依存したインピーダンスを有する。周波数が実質的に一定である限り、導体内の電圧を正確に測定することができる。しかしながら、周波数が変化すると測定の正確性が変化してしまう。

さらに、米国特許第５０１７８５９号明細書（US 5017859）に記載された組み合わせ体によれば、コンデンサプレートと導体との距離は、製造誤差に起因して、または絶縁層の膨張をもたらす組み合わせ体の加熱に起因して、変化する可能性がある。結果として、第１のコンデンサの容量が変化してしまい、電圧測定に対して不利な影響が及ぼされることとなる。

本発明の課題は、上述した欠点を軽減すること、またはそれどころか除去することである。

上記の課題は、本発明によれば、上位概念に記載された組み合わせ体において、
・前記導体内の前記電圧の周波数を測定するための手段と、
・前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの容量と、測定された前記電圧と測定された前記周波数とに基づいて、前記導体内のＡＣ電圧を計算するための手段と、
を特徴とする、組み合わせ体によって解決される。

導体内の電圧の周波数も測定されるので、周波数の任意の変化に起因した容量分圧器の変化を考慮することが可能となる。

導体内のＡＣ電圧を計算するための手段は、まず始めに第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの既知の容量と、測定された周波数とに基づいて、それぞれのコンデンサの容量性リアクタンスがどれくらいであるかを求める。容量性リアクタンスについても抵抗と同様の方程式を使用することができる。したがって、コンデンサプレートにおいて測定された電圧と、２つのコンデンサの両方の容量性リアクタンスの間の比とによって、導体内のＡＣ電圧を正確に計算することが可能となる。

本発明に係る組み合わせ体の１つの好ましい実施形態では、前記導体内のＡＣ電圧を計算するための前記手段は、マイクロコントローラを含み、前記マイクロコントローラは、ローパスフィルタおよび精密整流器を介して前記コンデンサプレートに接続されたアナログデジタル変換器入力部を有する。

マイクロコントローラによって、計算を迅速かつ正確に実施することができる。しかしながら、電圧が正の値だけで変化するようにＡＣ電圧を整流する必要があり、その場合、ＡＣ電圧は、ローパスフィルタに供給され、次いで、アナログデジタル変換器に供給され、マイクロコントローラによってさらに処理される。

本発明に係る組み合わせ体の別の１つの好ましい実施形態は、前記絶縁層の温度を測定するための温度センサをさらに含み、前記導体内のＡＣ電圧を計算するための前記手段は、測定された前記温度を考慮する。

絶縁層の温度が変化すると、絶縁層は、典型的には膨張または圧縮し、これによってコンデンサプレートと導体との距離が変化する。特に、絶縁層が典型的にはエポキシ樹脂である高電圧用途の場合には、温度が大幅に上昇する場合があり、エポキシ樹脂の膨張が相当なものになる。このことにより、温度が上昇すると第１のコンデンサの容量が減少することとなる。

第１のコンデンサの容量の変化を考慮するために温度が測定され、方程式または較正データに基づいて、第１のコンデンサの容量の変化が、測定された温度に基づいて考慮される。

本発明に係る組み合わせ体のさらに別の１つの実施形態は、較正データを記憶するための記憶手段をさらに含み、前記導体内のＡＣ電圧を計算するための前記手段は、前記記憶手段からの較正データを考慮する。

たとえ製造工程が非常に正確であったとしても、類似の組み合わせ体の間にはなお多少の小さなばらつきが存在する。導体内のＡＣ電圧の計算の正確性をさらに向上させるために、製造直後の既知の電圧を用いて組み合わせ体を試験することができる。そこで得られたデータを記憶手段に記憶することができ、これによって、導体内のＡＣ電圧の計算中にこの較正データを考慮することが可能となる。

本発明に係る組み合わせ体の１つの好ましい実施形態では、前記組み合わせ体は、高電圧ブッシングである。

本発明の上述した特徴およびその他の特徴を、添付の図面に関連して説明する。

本発明に係る組み合わせ体の１つの実施形態の概略図を示す。

図１には、エポキシ樹脂３に埋め込まれた導体２を有するブッシング１が図示されている。導体２の周りに同心円状にコンデンサプレート４が設けられており、これらの間では、エポキシ樹脂３が絶縁層として機能している。さらに、エポキシ樹脂３の温度を測定するために、エポキシ樹脂３内のコンデンサプレート４の近傍に温度センサ５が埋め込まれている。

導体２とコンデンサプレート４とは、第１のコンデンサを形成している。第１のコンデンサは、第２のコンデンサ６に接続されており、第２のコンデンサ６自体は、グラウンド７に接続されている。第１のコンデンサ２，４と第２のコンデンサ６とが、１つの容量分圧器を提供している。

コンデンサプレート４の電圧は、バッファおよびローパスフィルタ８の背後にある電子機器を保護するため、さらには任意の高周波ノイズをフィルタリングするために、まず始めにバッファおよびローパスフィルタ８に供給される。

測定された電圧をデジタル値に変換するために、コンデンサプレート４の電圧は、その後、精密全波整流器９およびローパスフィルタ１０を介してマイクロコントローラ１２のアナログデジタル変換器１１に供給される。

周波数を測定するために、コンデンサプレート４の電圧は、ゼロ公差検出器型の電圧変換器１３にも供給され、この電圧変換器１３は、マイクロコントローラ１２に供給する。

エポキシ内部の温度を測定して考慮するために、温度センサ５の信号も、ローパスフィルタ１４および増幅器１５を介してマイクロコントローラ１２に供給される。

エポキシの温度を考慮して、マイクロコントローラ１２は、コンデンサプレート４上で測定された電圧のデジタル値と、測定された周波数と、第１のコンデンサ２，４および第２のコンデンサ６の既知の容量と、に基づいて、導体２内の実際の電圧がどれくらいであるかを計算することができる。

マイクロコントローラ１２は、温度センサ５の温度測定値を使用して、ソフトウェアアルゴリズムと、マイクロコントローラに記憶された事前試験データと、を使用して、エポキシ内部の温度の任意の変化に対するエポキシ樹脂の膨張または圧縮に起因した第１のコンデンサ２，４の容量の変化を計算することができる。電圧を正確に測定するために、マイクロコントローラ１２は、ソフトウェアアルゴリズムを使用して、計算された新しい第１のコンデンサ２，４の容量に従って、測定された電圧を調整する。

Claims (6)

1. バスバーのような導体と、前記導体内のＡＣ電圧を測定するための装置と、の組み合わせ体であって、前記装置は、
   前記導体上に配置された絶縁層と、
   前記絶縁層上に配置されたコンデンサプレートであって、前記絶縁層は、第１のコンデンサを形成するために、前記コンデンサプレートを前記導体から一定の距離を置いて位置決めしている、コンデンサプレートと、
   前記コンデンサプレートとグラウンドとの間に電気的に配置された第２のコンデンサであって、前記第１のコンデンサと共に１つの容量分圧器を提供している、第２のコンデンサと、
   前記コンデンサプレートにおける電圧を測定するための手段と、
   前記導体内の前記電圧の周波数を測定するための手段と、
   前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの容量と、測定された前記電圧と測定された前記周波数とに基づいて、前記導体内のＡＣ電圧を計算するための手段と、
   を含む、組み合わせ体。
2. 前記導体内のＡＣ電圧を計算するための前記手段は、マイクロコントローラを含み、前記マイクロコントローラは、ローパスフィルタおよび精密全波整流器を介して前記コンデンサプレートに接続されたアナログデジタル変換器入力部を有する、
   請求項１記載の組み合わせ体。
3. 前記絶縁層の温度を測定するための温度センサをさらに含み、
   前記導体内のＡＣ電圧を計算するための前記手段は、測定された前記温度を考慮する、
   請求項１または２記載の組み合わせ体。
4. 較正データを記憶するための記憶手段をさらに含み、
   前記導体内のＡＣ電圧を計算するための前記手段は、前記記憶手段からの前記較正データを考慮する、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の組み合わせ体。
5. 前記組み合わせ体は、高電圧ブッシングである、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の組み合わせ体。
6. ＡＣ電圧を計算するための前記手段は、前記絶縁層において測定された前記周波数および温度を、前記ＡＣ電圧を計算するために使用する、
   請求項３から５までのいずれか１項記載の組み合わせ体。

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