JPS62214363A - 電圧センサ付全閉形開閉器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は電圧センサの取付Ｍ４　）Ｎに関するもので
ある。

（従来の技術） 従来から交流の電圧検出をする電圧センサとしては一般
に商用周波において計器用変圧器（以下、ＰＴという）
、又はコンデンサ分圧形計器用変圧器（以下、ＰＤとい
う）が使用されており、又、近年ＰＴ以外ではオプトエ
レクトロニクス技術を応用したものも提案されている。

前記オプトエレクトロニクス技術のものは計測月光変圧
器（以下、光ＰＴという）と呼ばれ、多くのものが研究
されている。

この光ＰＴはポッケルス効果を有する素子を電界中にお
き、これに電界と同じ方向に直線陽光を入射させると、
その直交二成分に対する屈折率が電界の強さに対して異
なる変化を示すとともに伝播速度も異なり、その結果、
光の直交二成分間に位相差が生じ、出射光は楕円偏光に
なることを利用したものである。

前記のような従来のＰＴ又はＰＤは配電線路に対しては
直接ケーブル等の帯電部に取着する接触方式であり、そ
のため、絶縁を考慮する必要があるばかりか、ＰＴ、Ｐ
Ｄにおいてはコイル、鉄芯。

コンデンサ等を使用することから全体が大型化するとと
もに重量が重くなる問題があり、そのため取付作業に手
間がかかる問題がある。

又、光ＰＴは非接触方式のものであり、絶縁性には優れ
るが直線偏光を１４７るためにレーザ発振器等が必要で
あり、装置全体としては高価になる問題がある。

そこで、安励にて小形化が図れるものとして、帯電部に
対して空間を介して帯電部から流入する変位電流を利用
する検出方法が開発されるに至っている。

（発明が解決しようとする問題点） 前記空間を介して変位電流を利用するこの種非接触形の
電圧センサにあっては、配置における各相の残留分調整
及び一定出力保持といった初期設定が重要な課題である
。

この発明の目的は、この電圧センサの配置に際し、近傍
に位置する充電物や接地物からの悪影響を受けることな
く、初期設定を常に正確に確保し得る電圧センサの取付
構造を提供することにある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明は帯電部に対して空間を介して帯電部から流入
する変位電流を捕集する検出電極と、同検出電極の変位
電流流入部を除いて覆うように配置するとともに基準電
位点に保ったシールド電極とからなる検出部と、同検出
部に対し電気的に接続する信号処理回路とから電圧セン
サを構成し、同電圧センサの少なくとも検出部を全閉形
開閉器内において導体棒等の帯電部に対向して配設した
電圧センサの取付構造をその要旨としている。

（作用） 電圧センサを既存の全閉形開閉器といった配電機器内部
を利用して設けたことにより、雨水の侵入、外気による
汚損、鳥獣による被害、及び同開閉器ケースがアースさ
れていることにより、初期設定調整時における。各相残
留分調整及び出力の設定が容易に実施でき、かつ常に一
定に確保され、又装柱時においてコンクリート柱等の接
地物による影響を受けることがなく、よって前記初期設
定が影響を受けることもない。

（実施例） 以下、この発明を零相電圧検出装置の電圧センサに具体
化した第１実施例を第１図〜第７図に従って説明する。

全閉形開閉器１のケース２は本体ケース３とその底面に
パツキンを介して密着される底蓋４とより構成され、本
体ケース３の上面にはアース端子７が設けられており、
同アース端子７を介して前記ケース２は装柱時において
は接地されている。

又、ケース２の各側面にはそれぞれ各相別にブッシング
８．９が貫通固定されている。各ブッシング８．９には
帯電部としての導体棒１０，１１が内嵌され、その電源
側の各導体棒１０ｕ、１０ｖ。

１０ｗには固定電極１２が固着され、負荷側の各導体棒
１１ｕ、Ｉｌｖ、１１ｗには同固定電極１２に対し接離
可能に対応する可動電極１３が連結されている。そして
、開閉機構りによって可動電極１３を回動させることに
より配電線路を開閉できるようになっている。

各電源側のブッシング８の上方には零相電圧検出装置の
電圧センサ３ｕ、３ｖ、３ｗが開閉器ケース２内面に対
し各相別にセンサ取付部材１４により各相のブッシング
８に対し一定間隔をおいて配設されている。

この電圧センサＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗを詳細に説明すると、
電圧センサ３ｕ、３ｖ、３Ｗは検出部１５と信号処理回
路１６とから構成されている。

検出部１５のケース１７は断面チャンネル状に形成され
、互いに相対する側壁の両端部及び底壁の両端部には取
付片１８がそれぞれ内方へ直角に折曲げ形成されている
。前記ケース１７の取付片１８にはケース１７の両端開
口部及び下方を覆うように逆チヤンネル状に形成された
蓋１９がハンダ付等にて固定され、同着１９の下面には
各相ごとに四角形状をなす変位電流流入部としての窓２
１が透設されている。このケース１７と蓋１９とはアル
ミニウム等の導電体にて形成され、後記する検出電極２
３のシールド電極となっており、被測定物である各導体
棒１０ｕ、１０ｖ、１０ｗ以外からの変位電流の流入を
効果的に防止するため、被測定物である導体棒１０ｕ、
１０ｖ、１０ｗ以外の他の導体棒ｉＱｕ、　１０ｖ、１
０ｗの悪影響を事実上受けることがない。

ケース１７の中央部下面には合成樹脂等の絶縁部材より
なる絶縁支持部材２２を介して平板状の検出電極２３が
固定されている。この検出電極２３はＭ２Ｏに対し平行
に配置されるとともに窓２１を除いてケース１７及び蓋
１９にて覆われるようになっている。又、絶縁支持部材
２２の外面には上下に絶縁ひた２２ａが設けられるとと
もに、同絶縁支持部材２２の内には信号処理回路１６を
組込んだ基板２４が内蔵されており、結露により絶縁支
持部２２の表面漏洩抵抗が低下することを防止できる。

又、絶縁支持部材２２内に信号処理回路１６を組み込ん
だ基板２４を内蔵してシールドＮ極にて覆われるため被
測定物、すなわち各導体棒１０ｕ、１０ｖ、１０ｗ以外
からの外乱等の悪影響が遮断され、正確な被測定物から
の変位電流の検出が可能となる。又、信号処理回路１６
はシールドを十分施せば外部でもよい。

窓２１の周辺部には窓２１の開口面積を調整するスライ
ド板２５がＭ２Ｏに重なり合った状態で配置され、両者
２５．１９を貫通するポル１〜２６及びそのボルト２６
に螺合する蝶ネジ２７により取着されている。そして、
着１９に形成されボルト２６が貫通する長穴２８に沿っ
てスライド板２５が摺動し、蝶ネジ２７を締付けること
によりスライド板２５を適宜箇所で固定することができ
るようになっている。

従って、検出電極２３は窓２１の開口面積を適宜変更で
き、この検出電極２３の窓２１に対する立体的な開放角
度すなわち立体角ｅを調整する口とができる。電圧セン
サＳには僅かではあるが、存在する位相の異なる他相の
変位電流の流入にて各相の対地電圧が平衡していても出
力端子Ｐには零相出力が生ずるので、同電圧センサＳを
絹みイｉけるときに電圧センサＳの蝶ネジ２７を回転操
作してスライド板２５を移動させて合意２１の間口面積
を調節し、すなわち立体角ｅを調整して、零相電圧がな
るべく零に近づくように調整することができる。なお、
前記検出電極２３は金属、導電性樹脂、導電性ゴム等の
導電性部材にて構成し、この実施例では加工しやすいア
ルミニウムが使用されている。

前記ケース１７、Ｍ２Ｏ、検出電極２３、絶縁支持部材
２２により検出部１５が構成されている。

検出電極２３は基板２４の入力端子Ｐ１に接続されてお
り同人力端子Ｐ１には変位電流が入力される。又、この
基板２４はリード線２９を介して開閉器１の外部である
電柱の一部に設置される電源部の電源回路３３に接続さ
れている。同様に電圧センサＳのシールド電極もリード
線３１により基板２４の後記する端子Ｐ２を介して接地
線Ｅ１に接続されている。なお、リード線２９は外乱の
影響を受けないようにシールドで覆うのが望ましい。

基板２４の信号処理回路１６について説明すると、信号
処理回路１６は大きく分けて増幅回路Ａとバンドパスフ
ィルタ回路Ｂとか・）構成されている。

増幅回路Ａは前記検出電極２３から変位電流を入力する
と、その変位電流を増幅し、変位電流に相似な波形を出
力するようになっており、具体的には以下のように構成
されている。すなわち、信号処理回路１６の入力端子Ｐ
１は抵抗Ｒ１を介して接地１５１Ｅ１に接続されている
。又、前記抵抗Ｒ１の両端子間には互いに逆を向く一対
のダイオードＤｉ、０２の並列回路が接続され、検出電
極２３が過大ｌ！流入力阻止のための保護回路となって
いる。

前記入力端子Ｐ１は抵抗Ｒ２を介して演算増幅９器ＯＰ
１の反転入力端子に接続されており、同演算増幅器ＯＰ
１の非反転入力端子は抵抗Ｒ３を介して接地線Ｅ１に接
続されている。前記演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子と
出力端子間にはコンデンサＣ１と抵抗Ｒ４との並列回路
が接続されている。バンドパスフィルタＢは変位電流に
相似な信号が印加されると、その信号に基づいて周波数
６０Ｈ２又は５０Ｈｚを中心周波数として選択的に増幅
して取り出すように設定されており、具体的には次のよ
うに構成されている。

すなわち、演算増幅器ＯＰ１の出力端子と演算増幅器○
Ｐ２の反転入力端子間にはコンデンサＣ６と抵抗Ｒ５の
直列回路が接続され、又、同演算増幅器ＯＰ２の非反転
入力端子は抵抗Ｒ６を介して接地線Ｅ１に接続されてい
る。前記演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子と出力端子間
にはコンデンサＣ４，Ｃ５の直列回路と、抵抗Ｒ７，Ｒ
８の直列回路とからなる並列回路が接続されている。又
、前記抵抗Ｒ７，８間のａ点と接地線Ｅ１との間にはコ
ンデンサＣ７が接続されている。

ここで、前記電圧センサ３ｕ、３ｖ、３ｗを使用した零
相電圧検出装置の一例について説明してみると、前記各
相に対応配置した電圧センサＳｕ。

３ｖ、３ｗと、開閉器１の外部に設けられる加算部及び
電源部とから零相電圧検出装置が構成されている。

電源部の電源回路３３について説明すると、１００ＶＡ
Ｃ電源端子には電源変圧器３４が接続され、同電源変圧
器３４の二次側には全波整流器３５が接続されている。

前記電源変圧器３４の二次側におけるｄ点は接地線Ｅ２
が接続されていて、前記全波整流器３５のプラス端子と
接地線Ｅ２との間には平滑コンデンサＣ１４及びコンデ
ンサＣ１５が接続されている。

又、全波整流器３５のプラス端子と接地線Ｅ２間には三
端子レギュレータ３６が接続され、その三端子レギュレ
ータ３６の出力端子は＋ｖ　ｃｃｉ子に接続されるとと
もに、三端子レギュレータ３６の出力端子と接地線Ｅ２
間にはコンデンサＣ８及びコンデンサＣ９が接続されて
いる。

又、前記全波整流器３５のマイナス端子と接地線Ｅ２と
の間には平滑コンデンサＣ１０及びコンデンサＣ１１が
接続されている。又、全波整流器３５のマイナス端子と
接地線Ｅ２間には三端子レギュレータ３７が接続され、
その三端子レギュレータ３７の出力端子は−ＶＣＣ端子
に接続されるとともに、三端子レギュレータ３７の出力
端子と接地線Ｅ２間にはコンデンサＣ１２及びコンデン
サＣ１３が接続されている。

前記加算部を構成する加算回路４０は各電圧センサＳｕ
、Ｓｖ、Ｓｗの信号処理回路１６から出力された所定の
周波数に選択された信号を合成してその出力端子Ｐ３に
零相電圧信号を出力するようになっている。具体的には
、演算増幅器ＯＰ３の反転入力端子にはそれぞれ各電圧
センサＳｕ。

３ｖ　、３ｗの信号処理回路１６の出力端子Ｐが接続さ
れ、又、その非反転入力端子は抵抗Ｒ１０を介して接地
されている。演算増幅器ＯＰ３の出力端子は抵抗Ｒ１１
を介して同演算増幅器ＯＰ３の反転入力端子に接続され
ている。さらに演算増幅器ＯＰ３の出力端子は電圧ホロ
アとしての演算増幅器ＯＰ４及び抵抗Ｒ１２を介して出
力端子Ｐ３に接続されている。

前記抵抗Ｒ１０〜１２及び演算増幅器ＯＰ３゜ＯＲ３に
より加算回路４０が構成されている。

さて、以上のように構成された零相電圧検出装置の作用
について説明する。

第６図では帯電部としての各相の導体棒１０ｕ。

１０Ｖ、１０Ｗに対応して電圧センサ３ｕ、　Ｓｖ。

ＳＷはほぼ同距離店にて離間配置されている。導体棒１
０ｕ、１０ｖ、１０ｗに通常の相回転に従った三相電圧
が印加され定常の負荷電流が流れている場合には導体棒
１０ｕ、１０ｖ、１０ｗと基準電位点であるアースとの
間にそれぞれ形成される静電容ＩＣＵ、ｃｖ、ｃｗを介
して流れる変位電流が変位電流流入部としての各相電圧
センサＳｕ、３ｖ、３ｗの合憲２１を通して各検出電極
２３に捕集される。

そして、この変位電流が基板２４の増幅回路Ａに与えら
れ、増幅回路Ａはその変位電流を増幅し、変位電流に相
似な波形をバンドパスフィルタＢに出力する。この場合
、端子Ｐｉ、Ｐ２からみた入力インピーダンスは抵抗Ｒ
１と抵抗Ｒ２との並列値と考えられる。周知のように演
算増幅器の典型的な使用例においては抵抗Ｒ２はにΩオ
ーダの値である。又、閉ループ利得Ｒ４／Ｒ２は充分な
出力を得るために１０００程度に取られる。

従って、上記の入力インピーダンスは事実上抵抗Ｒ２に
より充分に低い値に保たれ、しかも高い閉ループ利得の
ために演算増幅器ＯＰ１の出力には大きな信号が得られ
る。なお、周知のように演稈増幅器ＯＰ１の入出力の位
相差は抵抗Ｒ４，コンデンサＣ１のインピーダンスの大
小関係により変化し、前者が相対的に小さければ位相差
は無視され、変位電流に比例した出力が得られる。逆の
場合には位相差は９０’に近く、出力には変位電流の積
分値すなわち帯電部としての導体棒の電位に比例した値
が得られる。いずれにしてもこの出力には変位電流に相
似な波形が得られる。

次に、バンドパスフィルタＢは変位電流に相似な信号が
印加されると、その信号に基づいて周波数（３０１−（
ｚ又は５０１−ＩＺを中心周波数とする信号を選択的に
増幅して取り出し、その出力端子Ｐに出力される各相出
力が合成されて零相電圧ＶＯ倍信号出力する（第７図参
照）。この第７図においてα、β、γは各導体棒１０ｕ
、１０ｖ、１０ｗに印加された電圧の波形である。この
ように通常の場合には各相の対地電圧が平衡であるため
、得られる零相電圧ＶＯはＯとなる。

次に導体棒１０ｕ、１０ｖ、１０ｗのうちいずれか一相
の配電線路に地絡故障が生ずると、各相の対地電圧の平
衡が崩れるため、各相の検出電極２３から信号処理回路
１６を介しての変位電流の合成にて端子Ｐ３には、零相
電圧が検出される。

そのことにより配電線路に地絡故障が生じたことが検知
される。

次に第２実施例を第８図に従って説明する。

この実施例では前記第２実施例の各相ごとの電圧センサ
３ｕ、ＳＶ、３ｗを上方位置とは限らず両側の導体棒１
０ｕ、１０ｗについては電圧センサ３ｕ、３ｗをそれぞ
れブッシング８の側方に配設したところが異なっている
。又、両電圧センサＳｕ、ｓｗを開閉器ケース２の隅部
に配置するようにしてもよい。

次に第３実施例を第９図に従って説明する。

この実施例では上蓋式の開閉器に具体化し、第１実施例
に比べ電圧センサ３ｕ　、３ｖ　、３ｗを本体ケース３
７の上蓋３８の近傍位置に配置したところが異なり、立
体角ｅを調整する際に上蓋３８を開放した状態でその調
節が容易に行うことができる。又、上Ｍ３８に電圧セン
サＳｕ　、　Ｓｖ　、　ＳＷを配設することも可能であ
る。

同様に第４実施例を第１０図に従って説明すると、第１
実施例と同様な底蓋式の開閉器においても本体ケース３
の底Ｍ４の近傍位置に電圧センサＳｕ　、Ｓｖ　、３ｗ
を配置すれば立体角ｅの調整を容易に行うことができる
。

第５実施例を第１１図に従って説明すると、第１実施例
に比べこの実施例ではケース２内においてブッシング８
と各相電圧センサＳｕ、Ｓｖ、ＳＷとの間に絶縁バリア
３９を設けるとともに、各相電圧センサｓｕ、Ｓｖ、Ｓ
ｗのシールド電極を開閉器１のケース２に直接接続して
アースしているところが異なっている。このとき、その
絶縁バリア３９の先端部を下方に折り曲げ形成すること
により同バリア３９上に発生する結露水を流し静電容量
を安定化させることができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、電圧センサ３ｕ、Ｓｖ、Ｓｗの取付位置はケース２内
の適宜箇所に設置可能であり、各相ごとの電圧センサＳ
ｕ、Ｓｖ、Ｓｗは電源側あるいは負荷側のいずれでも設
置可能である。又、電圧センサＳｕ　、　Ｓｖ　、ｓｗ
は樹脂モールド等することにより絶縁耐圧が許せば絶縁
バリア３９を設けることなくできる。

次に第６実施例を第１２図に従って説明する。

なお、本実施例は電圧センサＳの検出部を零相電圧検出
装置用として検出電極を三相共通としたものであり前記
実施例と異なるところのみ説明する。

１つのケース１７及びｎ１９内に全相共通の検出電極２
３を配設するとともに蓋１９には各相ごとの３つの窓２
１を設は信号処理回路１６を組込んだ基板２４を絶縁支
持部材２２に内装したものである。

発明の効果 以上詳述したように空間を介して帯電部材から流入する
変位電流を利用する電圧検出方法にあっては電圧センサ
を電源側の導体棒に対応する位置に配置したので常時電
圧が印加された状態となり常に零相電圧を測定すること
ができることから、通常時の零相電圧をＯに設値する必
要があるが、電圧センサの検出部が接地された全閉形開
閉器ケース内に配置されることから耐水の侵入、外気に
よる汚損、鳥獣による被害、及びコンクリ−１〜柱−Ｆ
外部からの影響を全く受けることがなく常に安定した検
出動作が確保されるものである。又この検出部の取着に
ついても柱上での開閉器の保有スペース内に配置され別
途スペースを必要としないといった優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の開閉器の断面図、第２
図は開開器の横断面図、第３図は電圧センサの分解斜視
図、第４図は電圧センサの増幅回路及びフィルタの電気
回路図、第５図は電源装置の電源回路の電気回路図、第
６図ａは零相電圧検出装置の電圧センサの概念図、第６
図すは加算部の加算回路の電気回路図、第７図はこの零
相電圧検出装置にて検出された零相電圧と各導体棒の電
圧オシログラフ、第８図は第２実施例の開閉器の縦断面
図、第９図は第３実施例の開閉器の縦断面図、第１０図
は第４実施例の開閉器の縦断面図、第１１図は第５実施
例の開閉器の一部断面図、第１２図は第６実施例の零相
電圧検出装置の概念図である。 １・・・開閉器、２・・・開閉器ケース、１０ｕ、１０
ｖ、ｉＱｗ・・・導体棒（帯電部）、１５・・・検出部
、１６・・・信号処理回路、１７・・・ケース（シール
ド電極）、１９・・・蓋（シールド電ｔｆｆｉ）、２１
・・・窓（変位電流流入部）、２３・・・検出電極、Ａ
・・・増幅回路、Ｂ・・・バンドパスフィルタ、Ｅｌ、
Ｅ２・・・接地線、ＯＰ１〜ＯＰ４・・・演弾増幅器、
Ｒ１−Ｒ１２・・・抵抗、Ｃ１〜Ｃ１３・・・コンデン
サ、Ｐ・・・出力端子、Ｐｌ・・・入力端子、Ｐ２・・
・端子、Ｐ３・・・出力端子、Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｖｖ−・
・静電各組、Ｓ、Ｓｕ、Ｓｖ。 ＳＷ・・・電圧センサ。 特許出願人　　　日本碍子　株式会社 株式会社　高松電気製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、帯電部に対して空間を介して帯電部から流入する変
   位電流を捕集する検出電極と、同検出電極の変位電流流
   入部を除いて覆うように配置するとともに基準電位点に
   保ったシールド電極とからなる検出部と、同検出部に対
   し電気的に接続する信号処理回路とから電圧センサを構
   成し、同電圧センサの少なくとも検出部を全閉形開閉器
   内において導体棒等の帯電部に対向して配設したことを
   特徴とする電圧センサの取付構造。