专利名称：电压检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电压检测装置，特别涉及应用于气体绝缘开关装置等气体绝缘设备的电压检测装置。
背景技术：
已有的用于气体绝缘设备的电压检测装置如以下所示。图22为表示已有的电压检测装置的构成的剖视图。
如图22所示，具有导电构件的作为导电性容器的接地金属容器1，构成气体绝缘开关等气体绝缘设备的筒形外壳。作为高电压导体的母线2同轴地配置在接地金属容器1的内部。筒状的中间电极3和接地金属容器1同轴地配置在接地金属容器1和母线2之间，并安装成分别与接地金属容器1和母线2各自保持电气绝缘。中间电极3由绝缘支持构件5绝缘支持于接地金属容器1的内表面。
在接地金属容器1的内部空间9中，中间电极3与母线2之间构成成为第1电容器的电容C1。引出电压用的连接导体6安装在中间电极3上，连接导体6穿过绝缘隔离构件8与第2电容器10的高压侧连接。第2电容器10的低压侧连接处于接地电位的外箱11。
光电压传感器12与第2电容器10并联连接，即该光电压传感器12的一端通过引线13与第2电容器10的高压侧连接，而另一端与外箱11连接。光电压传感器的输出部借助于光纤电缆15，与信号处理部14连接。
下面，对电压检测动作进行说明。利用构成于母线2与中间电极3之间的作为第1电容器的电容C1与第2电容器10的电容C2的静电电容比产生的分压比，决定外加在光电压传感器12上的电压。而且与外加在光电压传感器12上的电压对应的检测输出通过光纤电缆15引至信号处理部14，从而检测作为高电压导体的母线2的电压。
在这样构成的电压检测装置中，当在母线2上产生高频冲击电压时，在包括第2电容器10和光电压传感器12在内的闭合电路中发生谐振现象，在第2电容器10的两端产生的电压及在光电压传感器12的两端产生的电压变大。因此用无感应电阻体连接第2电容器10和光电压传感器12，制止加在光电压传感器12上的冲击电压之同时，还缩短冲击持续时间(例如参照日本专利文献1)。
专利文献1特開平11-202001号公报在上述已有的电压检测装置中，对包括第2电容器10和光电压传感器12在内的闭合电路内的谐振现象实施相应的抑制措施，能保护光电压传感器12或信号处理部14，但在中间电极3的低压侧也形成包括中间电极3和接地金属容器1之间的电容及第2电容器10在内的闭合电路。在该闭合电路内在母线2上一产生高频冲击电压就产生谐振现象，闭合电路内的绝缘物端子间的电压上升产生过电压。另外又存在绝缘电阻降低、绝缘损坏等问题。
本发明为解决上述问题而提出，其目的在于抑制包括中间电极和接地电位部分之间的电容及电压检测用电容器、即第2电容器在内的闭合电路中的谐振现象，并防止在该闭合电路内各部分上发生过电压。
发明内容
本发明相关的电压检测装置，包括为了与电压检测对象部分对向而从接地电位部分开始绝缘来进行设置，并在与所述电压检测对象部分之间形成第1电容器的中间电极；与所述中间电极和所述接地电位部分之间连接的第2电容器；以及与该第2电容器并联连接的电压传感器，该装置的构成为通过将所述第1电容器和所述第2电容器的分压电压施加在所述电压传感器，从而检测所述电压检测对象部分的电压。而且，将抑制谐振用电阻，插在包含所述中间电极和所述接地电位部分之间的电容、以及所述第2电容器在内的闭合电路内。
根据本发明，因为将抑制谐振用电阻，插在包括中间电极和接地电位部分之间的电容及第2电容器在内的闭合电路内，所以能抑制上述闭合电路中的谐振现象，能防止该闭合电路内各部分上产生过电压，也能防止绝缘电阻降低、绝缘损坏。因此，能更加可靠地推进对异常电压的抑制措施能提供一种万无一失的电压检测装置。
图1为本发明实施方式1的电压检测装置的概要构成图。
图2为图1示出的电压检测装置的等效电路图。
图3为用于说明本发明实施方式1的抑制谐振现象的作用的图。
图4为用于说明本发明实施方式1的抑制谐振现象的作用的示波器测量波形例及频谱分析器测量波形例。
图5为用于说明本发明实施方式1的抑制谐振现象的作用的示波器测量波形例及频谱分析器测量波形例。
图6为用于说明本发明实施方式1的抑制谐振现象的作用的示波器测量波形例及频谱分析器测量波形例。
图7为本发明实施方式1的又一例电压检测装置的概要构成图。
图8为表示本发明实施方式1的包括电阻的详细构成在内的电压检测装置的断面构成图。
图9为本发明实施方式1的电阻的又一例的详细构成图。
图10为本发明实施方式2的电压检测装置的概要构成图。
图11为图10示出的电压检测装置的等效电路图。
图12为包括本发明实施方式2的电阻详细构成在内的电压检测装置的局部剖视图。
图13为包括本发明实施方式2的电阻的又一例详细构成在内的电压检测装置的局部剖视图。
图14为包括本发明实施方式2的电阻的又一例详细构成在内的电压检测装置的局部剖视图。
图15为包括本发明实施方式2的电阻的又一例详细构成在内的电压检测装置的局部剖视图。
图16为表示本发明实施方式3的抑制谐振现象和分担电压之间的关系的特性曲线图。
图17为表示本发明实施方式3的抑制谐振用电阻的电阻值和发生电压之间的关系的特性曲线图。
图18为表示本发明实施方式3的断路器冲击的外加电压波形用的图。
图19为表示本发明实施方式4的抑制谐振用电阻的电阻值和相位偏差角度间的关系用的特性曲线图。
图20为本发明实施方式5的电压检测装置的概要构成图。
图21为本发明实施方式5的又一例电压检测装置的概要构成图。
图22为表示已有的电压检测装置的构成用的概要构成图。
标号说明1作为接地电位部分的导电性容器(接地金属容器)、2作为电压检测对象部分的高电压导体(母线)、3中间电极、6连接导体、8绝缘隔离构件、9气体空间、10第2电容器、12电压传感器、21抑制谐振用电阻、21n棒状电阻体、22接地线、BL螺栓构件具体实施方式
实施方式1以下，对本发明实施方式1的用于气体绝缘设备的电压检测装置进行说明。图1为本发明的实施方式1的电压检测装置的概要构成图。
作为由导电构件组成的导电性容器的接地金属容器1，构成气体绝缘开关等气体绝缘设备的筒形外壳充入SF6气体等绝缘气体。
作为电压检测对象部分的高电压导体的母线2，同轴地配置在接地金属容器1的内部。筒状的中间电极和接地金属容器1同轴地配置在接地金属容器1和母线2之间，接地金属容器1和母线2各自电气绝缘进行安装。中间电极3靠绝缘支持构件20绝缘支持于接地金属容器1的内表面。
在接地金属容器1的内部空间9中，中间电极3在和母线2之间构成成为第1电容器的电容C1。引出电压用的连接导体6安装于中间电极3上，连接导体6穿过将接地金属容器1的内部空间9即气体空间和外侧的气体分隔开的绝缘隔离构件8，通过作为抑制谐振用电阻的电阻21连接第2电容器的高压侧。第2电容器的低压侧连接位于接地电位的外箱11。22为连接外箱11和接地金属容器1的接地线、电阻21和第2电容器10的串联连接体和电压传感器12并联连接，电阻21、第2电容器10及电压传感器12装在外箱11内。电压传感器12的输出部连接图中未示出的信号处理部。
以下，对电压检测动作进行说明。根据母线2和中间电极3之间构成的作为第1电容器的电容C1、以及第2电容器10的电容C2间的分压比决定施加在电压传感器12的外加电压。而且向信号处理部导出与外施加在电压传感器12的外加电压对应的检测输出，通过信号处理检测出作为高电压导体用的母线2的电压。电压传感器12例如可以采用将由第2电容器10电压分担后的模拟电压信号变换成数字的A/D变换器、或通过电阻对检测出的电流积分作为电压输出的装置。
图2表示图1示出的电压检测装置的等效电路图。
在图2中，C1～C4、L1～L4及R1、R2定义如下。
C1母线2和中间电极3之间的电容(第1电容器10的电容)。
C2第2电容器10的电容。
C3中间电极3和接地金属容器1之间的电容(绝缘支持构件20的电容及寄生电容)。
C4电压传感器12的电容。
L1；连接电压传感器12的引线的电感。
L2从第2电容器10至接地部位的电感(包括第2电容器10具有的电感)。
L3从绝缘支持构件20至接地部位的电感。
L4连接导体6的电感。
R1放电电阻R2电阻21的电阻值以下，说明在对外施加在母线2的电压进行检测的电压检测装置上，中间电极3低压侧分担的分担电压V2。
首先，说明不考虑谐振时的低压侧的分担电压V2。
在图2中，电压分担比(分压比)由电压检测装置中的C1的阻抗和C1低压侧的总阻抗之比而定。此时的电压分担比因为电压传感器12的电容C4及R1的阻抗非常大，所以成为Z1的阻抗对Z2、Z3的叠合阻抗之比。这里，Z1是C1的阻抗，Z2是L4、R2、C2及L2的阻抗。Z3是C3及L3的阻抗。
只要加在母线2上的电压波形是小于等于100kHz的低频分量，则在通常的构成中，相比C2的阻抗则L2、L3、L4、R2的阻抗足够小，而C3的阻抗又足够大。因此，分担电压V2由C1和C2的阻抗分担决定。设母线2的外加电压为VLF，则低压侧的分担电压V2可用式(1)表示。
V2＝(C1/(C1+C2))×VLF…(1)另一方面，在由于断路器或开关等动作产生的冲击具有超过100kHz的高频分量的电压VHF施加在母线2时，L2、L3、L4、C3由于与C2的阻抗相比变得不能勿略不计，所以分担电压V2变化。这时，低压侧的分担电压V2就变成下式(2)。还有，ω为角频率。
Z1＝(ZL+Z)×VHF …(2)
但是，设Z1＝1/(ωC1)、Z3＝ωL3+1/(ωC3)、Z2＝ω(L2+L4)+1/(ωC2)+R2、ZL＝1/(1/Z2+1/Z3)，则Z＝Z1+ZL。
利用式(2)，C2的端子间电压VC2为VC2＝((1/ωC2)/Z2)×V2…(3)。
支持中间电极3的绝缘支持构件20的C3的电压VC3为VC3＝((1/ωC3)/Z3)×V2…(4)。
如图2所示，包括C2及C3的闭合电路(1)形成于C1的低压侧，电阻21的R2插在该闭合电路(1)内。
在外加冲击电压时，如在电压检测装置内部不发生谐振现象，则闭合电路(1)内的C2部即第2电容器10的端子间电压可以根据式(3)作为VC2求出，而C3部即绝缘支持构件20的电压可以根据式(4)作为VC3求出。另外，绝缘隔离构件8的电压V2a成为比外施加在中间电极3的分担电压V2稍低的电压。
以下，说明由于冲击引发的谐振现象的产生机理。
当冲击电压外施加在母线2时，在图2的闭合电路(1)内按照式(2)分担分担电压V2，其后，与外加电压波形的频率同步在闭合电路(1)内产生谐振形成过电压。在图2示出的闭合电路(1)中产生的谐振成为C2、C3、L2、L3、L4的串联谐振，其频率可用式(5)表示。
F＝1/(2π√(L×C))…(5)式中，L＝L2+L3+L4、C＝1/(1/C2+1/C3)。
例如，设C2＝10000pF、C3＝100pF、L2＝L3＝0.5μF，则能计算出谐振频率为f≌70MHZ。冲击电压的频率具有从DC至100MHZ左右的分量，上述频率被充分地包含在其中。在冲击的频率分量中，与按照式(5)的频率同步产生谐振现象。
当在闭合电路(1)内产生谐振现象时，谐振产生的电流在闭合电路(1)内流动通过电阻21时消耗能量，所以抑制谐振，能抑制在闭合电路(1)内的C3部、C2部、及绝缘支持构件8上产生的过电压。另外，由于能抑制加在C2部即第2电容器10上的过电压，所以也能抑制加在电压传感器12上的电压。
图3为说明设置电阻产生的抑制谐振的效果用的图，利用外加冲击电压时C2的谐振波形进行说明。在图3中，FW是第1波、A是作为比较例未设置电阻时的电压波形、B为设置电阻时的电压波形。用Ap表示电压波形A的包络线、用Bp表示电压波形B的包络线。
在未设电阻21的比较例时，如电压波形A及其包络线Ap所示，由于闭合电路(1)内发生的谐振闭合电路(1)内的电压上升。
另一方面，在设电阻21时，通过具有适当的电阻值，如电压波形B及其包络线Bp所示，对于与冲击的高频分量对应的谐振可用电阻21使其衰减，制止电压上升。
通过这样，由于能抑制闭合电路(1)内的冲击电流，所以能抑制闭合电路(1)内的C3部分、C2部分、以及绝缘隔离构件8上发生过电压。
还有，虽对因断路器或开关等动作产生的冲击作了阐述，但对于接地金属容器1内部的接地造成的冲击也有同样的效果。
以下，对由于有设置电阻或无设置电阻而造成电压检测装置的闭合电路(1)内部发生电压的差异进行说明，图4～图6是用于说明本发明实施方式1的抑制谐振现象的作用的示波器测量波形示例及频谱分析器测量波形示例。
在母线2上模拟冲击电压输入包含图4示出的高达100MHz的高频分量的阶跃波时，对由于有设置电阻或无设置电阻而造成电压检测装置的闭合电路(1)内部发生电压的差异进行说明。图5及图6为表示闭合电路(1)内部发生电压中的示波器测量波形示例及频谱分析器测量波形示例用的图。尤其是图5表示不设电阻21的比较例的情况，图6表示设电阻21的比较例的情况。还有，闭合电路(1)内部发生的电压此时测量从接地容器2至绝缘隔离构件8间的电压，但即使测量C2部分、或C3部分的电压，虽然电压电平不同但仍能观测到同样的现象。
在不设电阻21的比较例时，C2的端子间电压为在电压检测装置内的闭合电路(1)上谐振的电压重叠在被电压分担的阶跃电压上。如图5所示，在特定频率、在该电路中为20～25MHz附近发生谐振，如图5(a)所示，电压的峰值上升。过电压的大小根据图5(b)，对于阶跃电压的电压分担部分约40mV，在其上重叠振动电压28mV左右，由于谐振现象68mV÷40mV＝约1.75倍左右电压上升。这里，加在母线2上的阶跃电压若是实际上能发生的电压电平，则就会在闭合电路(1)内的C3部分、C2部分、以及绝缘隔离构件8上产生绝缘损坏。
另一方面，在设电阻21时，在阶跃电压被电压分担后虽然同样地产生谐振，但由于被电阻21制止，如图6所示，过电压被制止。过电压的大小根据图6(a)，相对于阶跃电压的电压分担部分对于40mV振动电压抑制在10mV左右。由于图5示出的无电阻时的振动电压上升部分为28mV，所以由于设置电阻产生的抑制振动的效果为10mV÷28mV＝约1/3。
如以上所述，本发明的实施方式1的电压检测装置，由于在包括中间电极3和接地金属容器1之间的电容C3及第2电容器10的电容C2在内的闭合电路(1)中插入电阻21，所以能在闭合电路(1)内制止谐振，能抑制在闭合电路(1)内的C3部分、C2部分、及绝缘支持构件8上产生的过电压。另外，由于能抑制加在C2部分即第2电容器10上的过电压，所以也能抑制加在电压传感器12上的电压。
再有，因能制止谐振现象产生的过电压，所以能减小第2电容器10或电压传感器12和覆盖其的外箱11之间的绝缘距离，使电压检测装置外箱11的构成紧凑。同样，关于接地金属容器1的内部，由于能制止电压检测装置各部分的过电压，所以，能降低绝缘支持构件20的绝缘耐压，缩小中间电极3和接地金属容器1之间的距离，或者，缩短绝缘支持构件20的沿表面长度，力求使绝缘支持构件20更加紧凑。另外，也能降低绝缘隔离构件8的绝缘耐压，使绝缘隔离构件8更加紧凑。
又，因电阻21设置在接地金属容器1外侧的大气中，对于已有的电压检测装置也能不作气体处理工作简单地安装电阻21，抑制谐振现象。
还有，抑制谐振用电阻21例如可以使用碳质电阻那样即使受到多次冲击注入的能量累积起来依旧不会热损坏的材料作为材质。至于形状，虽然要考虑沿表面的耐压性能，但由于在电阻21的端子间发生的电压是10～数十kV左右，所以在将电阻21设于电压检测装置的接地金属容器1外侧的大气中时，相对电压的施加方向的厚度大于等于数mm便可。
在这种施方式1中，表示电阻21和第2电容器10串联连接，该串联连接体和电压传感器12并联连接，但电压检测装置的构成也可以如图7所示。即以电阻21从中间电极3开始穿过绝缘隔离构件8插在导入外箱11的连接导体6和第2电容器10之间的状态连接，并第2电容器10和电压传感器12并联连接。在这种情况下，也和图1示出的电压检测装置一样，电阻21设于接地金属容器1的外侧的大气中，因能抑制在闭合电路(1)内的谐振并制止过电压的发生，所以可获得与上述同样的效果。
以下，说明利用图1、图7示出的本实施方式的电压检测装置的电阻21的具体的构成，图8(a)为包括电阻21的详细构成在内的电压检测装置全体构成的剖视图，图8(b)为表示图8(a)的VIII(b)-VIII(b)线的剖视图。
如图8所示，按动件6a设置在从中间电极3开始穿过绝缘隔离构件8导入外箱11的连接导体6的下端。另外，将电阻21做成筒状，使连接导体6在其中空部穿过，电阻21一端的端子部21a和按动件6a通过配置在它们之间的电阻按动用弹簧6d压接在一起。另外用导通用零件6b、6c将端子部21a和按动件6a短路，确保连接导体6和电阻21间的电气连接。电阻21另一端的端子连接第2电容器10。
图8示出的电阻21因形成围住连接导体6的筒状表面积加大，所以能增大散热量。因此能防止由于伴随过电压或外加市电电压的发热造成的电阻元件的损坏或电阻值降低。另外，通过加大电阻21的断面积，也具有减小电阻21内部的电感的效果。
还有，图8示出的电阻21做成筒状，但也可以如图9所示，做成环形的一端的端子部21a与由碳质电阻组成的多根棒状电阻体21n连接构成电阻21。多根棒状的电阻体21n沿连接导体6的长度方向平行地延伸配置成围住连接导体6。在这种情况下，连接导体6下端的按动件6a和端子部21a通过电阻按动用弹簧6d压接在一起，用导通用零件6b、6C使端子部21a和按动件6a短路。而且和图8示出的构成一样，能增大散热量之同时，还力求减小电感，能获得同样的效果。
实施方式2上述实施方式1的电压检测装置将电阻21设置在收容第2电容器10和电压传感器12的外箱11内，但电压检测装置的构成也可以如图10。所示。即电阻21可以以插入连接外箱11和接地金属容器1的接地线22的中间的状态进行连接，成为从第2电容器10低压侧插在通向接地金属容器1的导电通路内。另外设置外箱11与接地线电位连接的接地用引线30。其余的构成和图1示出的电压检测装置一样。
图11表示图10示出的电压检测装置的等效电路图。图11内的C1～C4、L1～L4、R1及R2和上述实施方式1的图2示出的情况相同，L5是接地用引线30的电感。在这种情况下，和上述实施方式1一样，在C1的低压侧形成包含C2及C3的闭合电路(1)，电阻21的R2插在该闭合电路(1)内。电阻21设于接地金属容器1外侧的大气中。
接地用引线30的电感L5，在市电频率时是比C2的阻抗及R2充分小的值，高频时成为比R2大的值。例如设L5＝1mH、R2＝100Ω、C2＝15000pF，则在市电频率60Hz时L5的阻抗约0.38Ω、C2的阻抗为177000Ω。另外在母线2上外加10MHz高频时，L5的阻抗约63000Ω比R2还要大。
这样，当市电频率施加在母线2时，因L5的阻抗比C2的阻抗充分小，所以图11内P部的电位成接近接地电位的值。因此由于R2或L5的插入不会发生相位角偏移。低压侧的分担电压V2也因遵照上述实施方式1所示的式(1)，而不影响电压分担比。另外，在高频外施加在母线2时，因L5的阻抗大于R2所以可勿略不计。在闭合电路(1)内发生谐振现象时，能利用设于闭合电路(1)内的电阻21的R2抑制谐振。
如上所述，在该实施方式2中，利用设于闭合电路(1)内的电阻21的R2，能抑制闭合电路(1)内的谐振现象并抑制过电压的发生，故能获得和上述实施方式1同样的效果。再因电阻21未插在中间电极3和母线2之间的电容C1与第2电容器10的电容C2之间，所以不会发生相位角偏移。
因此，对于市电频率中间电极3低压侧的电压分担比不会因电阻21的有无而变化，即使在已有的电压检测装置上设置电阻21也不必再次调整电压分担比，已有电压检测装置的利用就变得容易。
图10中，电阻21插在连接外箱11和接地金属容器1的接地线22的中间，但是，以下表示在分隔接地金属容器1内侧的气体空间和外侧的大气中的绝缘隔离构件8的周围部分构成该接地线22的例子。
图12为包括实施方式2的电阻21详细构成在内的电压检测装置的局部剖视图。如图12所示，用由碳质电阻等组成的电阻体构成抑制谐振现象用的电阻21将其配置在绝缘隔离构件8的外圆周部。该电阻21的构成可以为将多根和连接导体6平行延伸的棒状电阻体配置在绝缘隔离构件8的外圆周部，为了降低电感可以做成圆筒形或圆环形。电阻21的两个端子21a、21b分别连接容器凸缘FA、FB。容器凸缘FA是接地金属容器1一侧的凸缘，而容器凸缘FB是连接外箱11的凸缘，利用容器凸缘FA和容器凸缘FB之间的导电通路形成接地线22，电阻21插在该导电通路内。
绝缘隔离构件8用螺栓构件BL紧固在接地金属容器1上，但因螺栓构件BL利用绝缘构件Bla一侧与容器凸缘FB绝缘，所以不会通过螺栓构件BL容器凸缘FA和容器凸缘FB直接导通。电流通过电阻21在容器凸缘FA和容器凸缘FB之间流动。
这样，因将电阻21配置在绝缘隔离构件8的外圆周部，所以对于已有的电压检测装置电阻21的设置就变得容易。
还有，配置在绝缘隔离构件8外圆周部的电阻21如图13所示，也可以用容器凸缘FA、FB夹住电阻21的两端进行配置。在这种情况下螺栓构件8利用绝缘构件Bla单侧和容器凸缘FB绝缘，电流通过电阻21在容器凸缘FA和容器凸缘FB之间流动。这种电阻21例如用由环状的碳质电阻组成的电阻体构成，或用混入碳质等导电材料的环氧绝缘材料等构成而进行配置，又可将电阻21和绝缘隔离构件8注射成形做成一体。
以下，表示使电阻21在将绝缘隔离构件8紧固在接地金属容器1的螺栓构件BL的轴部外圆周上与螺栓构件BL相接进行配置的例子。在这种情况下，成为在从第2电容器10低压侧通向接地金属容器1的导电通路内插入电阻21和螺栓构件BL。
图14(a)为实施方式2又一例的包括电阻21详细构成在内的电压检测装置的局部剖视图，图14(b)为图14(a)的局部放大图。如图14所示，将用在绝缘材料中混入导电材料的材料，例如含碳的环氧树脂注射成形层构成的电阻21埋入绝缘隔离构件8的内部来形成。这里，电阻21在螺栓构件BL的轴部外圆周部分与螺栓构件BL相接进行配置。螺栓构件BL利用绝缘构件Bla单侧和容器凸缘FB绝缘，容器凸缘FB通过电阻21与螺栓构件BL连接。再有，另一侧的容器凸缘FA利用空隙SP与电阻21绝缘。
这时，由容器凸缘FA和容器凸缘FB之间的导电通路形成图10示出的接地线22，螺栓构件BL和电阻21插在该导电通路内。电流通过螺栓构件BL和电阻21如图14(b)所示，在容器凸缘FA和容器凸缘FB之间流动。
在这种情况下，因电阻21配置在绝缘隔离构件8，相对已有的电压检测装置电阻21的设置变得容易。
还有，配置在螺栓构件BL的轴部外侧的电阻21如图15所示，可以配置在螺栓构件BL的一侧和容器凸缘FB之间。即以和上述图12～图14示出的绝缘构件BLa同样的形状及配置构成电阻21。在这种情况下，螺栓构件BL和电阻21插在容器凸缘FA和容器凸缘FB之间的导电通路内，通过螺栓构件BL和电阻21电流在容器凸缘FA和容器凸缘FB之间流动。
实施方式3以下，对上述实施方式1、2所用的抑制谐振用电阻21的电阻值进行说明。
通常，当电阻值R一大，表示闭合电路中发生的谐振的敏锐度的Q可用下式表示。
Q＝1/R×√(L/C) …(6)结合图2的等效电路则变成L＝L2+L3+L4、C＝1/(1/C2+1/C3)、R＝R2…(7)由于Q越大谐振也越大，所以电阻21的阻值越大越能抑制闭合电路(1)内的谐振。
然而，如利用图2说明过的那样，电压分担比(分压比)由电压检测装置中的C1的阻抗和C1的低压侧的总阻抗之比而定。电阻21的电阻值一大，抑制谐振的效果越好，但对于外加冲击电压时低压侧的分担电压V2，因低压侧的阻抗变大，故如上述的式(2)所示，分担电压V2变大，施加在绝缘隔离构件8上的电压也变大。又如上述的式(4)所示，C3部分的电压也变大。
因此设置的电阻21的电阻值要顾及制止谐振现象的效果、和相反的分担电压增大的不良影响两者间的平衡而进行设定。
图16为表示抑制谐振现象和低压侧分担电压间的关系用特性曲线图。图16(b)表示在图16(a)所示的冲击电压外施加在母线2时，未设置电阻21的比较例中低压侧的电压波形、图16(c)表示使用电阻值较小的电阻21时低压侧的电压波形、图16(d)表示使用电阻值较大的电阻21时低压侧的电压波形。
如图16(b)所示，未设电阻21的比较例中，由于与冲击的高频分量对应的谐振产生的电压上升部分成为重叠于冲击电压的分担电压部分上的电压波形，所以发生过电压。
如图所示16(c)、16(d)所示，在采用电阻21时，对于与冲击的高频分量对应的谐振因为用电阻21使其衰减所以能制止谐振现象，但由于冲击电压产生的分担电压上升。还有和不设电阻21的情形比较图中用包络线表示。
在电阻21的电阻值较小的图16(c)时，制止谐振现象能抑制过电压，另外，分担电压的上升也小。
在电阻21的电阻值较大的图16(d)时，由于衰减时间常数τ＝2L/R变小抑制谐振现象的效果更好，但分担电压的上升大，电阻值若再增大谐振的影响就会几乎没有，但分担电压变得更大，有可能发生和无电阻时相等的过电压。还有，这里，过电压的成为问题的分担电压是冲击波波阵面电压的瞬时分担电压。
图17为表示电阻21的电阻值和发生电压之间的关系用特性曲线图。图18表示断路器冲击的外加电压波形，对外加图18中示出的冲击电压时的C3部分、C2部分、绝缘隔离构件8及电阻21的各端子间电压进行运算后示于图17。
图18示出的冲击电压波形实际上模拟在变电站发生的波形，作为电路常数设C2＝15000PF、L2＝L3＝L4＝0.01μF、C3＝100PF。
关于电阻21的电阻值R2的选定，由于闭合电路(1)的时间常数根据τ＝2×(L2+L3+L4)/R2而定，所以通过选定电阻值R2，变成和由取决于上述式(5)的谐振频率f的倒数决定的冲击周期＝1/f相同的程度，从而抑制谐振现象、发生的电压减小，例如，若设置电阻21尽管只是1Ω但也能发挥抑制谐振的效果。
另一方面，电阻21的电阻值一增加，电阻21的端子间电压上升，上述式(2)的分担电压V2也上升，这样，通过抑制谐振现象和分担电压的上升，C3部分和绝缘隔离构件8间的各电压波形如图7所示成为V形的曲线。各部分的电压为了使其不超过不设电阻21时的电压，设电阻21的电阻值上限为100Ω左右。由此，通过取电阻21的电阻值范围在1～100Ω，能得到比分担电压上升的不良影响还要大的抑制谐振效果，并能得到抑制过电压的效果。
还有，根据此时的运算结果，最佳的电阻值为5～10Ω，通过设置电阻21使过电压减少至一半及其以下。在实际的变电站中通过断路器冲击的离散或电路常数的设定，从而最佳的电阻值会稍有变动。
根据这一实施方式3，在上述实施方式1、2的电压检测装置的构成中，由于设抑制谐振用电阻21的电阻值为大于等于1Ω，所以能得到抑制谐振现象的效果。另外设电阻21的电阻值上限为100Ω所以能制止由于电阻值增大造成低压侧的分担电压上升。通过这样，能抑制闭合电路(1)内的C3部分、绝缘隔离构件8及电阻21的各端子间过电压的发生，防止电压检测装置内部绝缘损坏、能可靠地实施电压检测。
又，因取电阻21的电阻值为1～100Ω，所以市电频率等低频电压由于设置电阻21中间电极3低压侧的阻抗增加极小。因此，对于市电频率低压侧的电压分担比不管电阻21有无几乎都没有变化，即使在已有的电压检测装置上设置电阻21也不必对电压分担比作再调整，利用已有的电压检测装置变得相当容易。
实施方式4在上述实施方式3中，设电阻21的电阻值上限为100Ω制止电阻值增大引起低压侧的分担电压上升，但C3部分、绝缘隔离构件8及电阻21的各部分若是耐压高的结构，可以不考虑对分担电压上升的抑制。该实施方式4中对上述实施方式1、2所用的抑制谐振用电阻21的电阻值进行说明，将因设置电阻21发生的电压相位角偏移抑制在允许的范围内，据此设定电阻值。
现对设置电阻21时相位角偏移现象进行说明。在无电阻或电感单纯地电容C1的第1电容器和电容C2的第2电容器串联连接时，C2部的发生电压V2对于整体的外加电压可以用V2＝C1/(C1+C2)/V求得。
此后，当在该C1和C2之间将电阻串联配置时，通过在第1、第2电容器间流动的电流流经电阻在电阻端子间产生与电流对应的电压。因此在C2部分的电压和全体的外加电压间的相位上存在差异。
利用图2示出的等效电路计算对于C2部分的电压V2、及母线2的外加电压VLH的相位角偏差，现示于以下。
对于市电频率L的阻抗Lω比电容器的阻抗1/Cω足够大、相比C2，C3、C4、R1的阻抗也大，故图2的电路只考虑C1和C2、R2，C2部分的电压用以下的式(8)表示。因为要求出相位间的关系所以还考虑到复数。
V2=1jωC21jωC1+R2+1jωC2×VLH]]>=C1×(C1+C2-jωC1×C2×R2)(C1+C2)2+(ωC1×C2×R2)2×VLH···(8)]]>根据上式对于C2部分的电压V2的外加电压VLH的相位偏差角θ可用下式(9)表示。
θ=tan-1-ωC1×C2×R2C1+C2···(9)]]>
图19表示改变所设置的电阻21的电阻值R2时的相位偏差角度。相位偏差角度在图2示出的等效电路中，利用市电频率60Hz的外加电压波形按照上述式(9)进行运算。
其结果，设电阻21的电阻值R2的上限为1MΩ右右，相位偏差角度对于规定的精确度等级的极限值，例如对于40分判定在精度上有余量。
另外，电阻值一大对于市电频率的C2部分发生的电压上升，但C2部分的电压分担比的变化很小所以不必对电气的电路常数作大的变更。若按照上述式(8)计算该C2部分的电压分担比，即使在设置1MΩ的电阻21时与无电阻的状态比较增大0.5％左右，依旧没有问题。
如以上的实施方式3所述，为了得到抑制谐振现象的效果，最好电阻21的电阻值R2大于等于1Ω。因此，本实施方式4中，取电阻值R2为1Ω～1MΩ。通过这样，能制止因谐振现象引起的过电压，而且能使因设置电阻造成的电压相位角偏差收敛于允许范围内。
当如以上所述地设置的电阻值变大时，能抑制闭合电路中的谐振现象，电阻值越大谐振现象的抑制效果越好。又在电阻21的电阻值R2增大时，一旦外加冲击电压，因分担电压产生的C2部分的电压VC2可根据上式(3)运算。该C2部分的电压VC2因为电阻值2的增大引起Z2阻抗增加所以变得更小，能制止C2部分过电压的发生。
还有，在电阻值R2大时，为了防止因分担电压加在电阻21上的过电压，所以预先将电阻21沿表面的长度加长。
实施方式5图20为本发明的实施方式5的电压检测装置的概要构成图。上述实施方式1、2在接地金属容器1外侧的大气中配置抑制谐振用电阻21，但本实施方式5中在接地金属容器1的气体空间9中配设电阻21。
如图20所示，电阻21设于连接中间电极3和绝缘隔离构件8之间的连接导体6的中间。其它的构成和图1示出的上述实施方式1相同。
在本实施方式5中，也和上述实施方式1一样，电阻21插在包括中间电极3和接地金属容器1之间的电容C3以及第2电容器10的电容C2在内的闭合电路(1)内，所以能抑制闭合电路(1)内谐振，能抑制闭合电路(1)内C3部分、C2部分、及绝缘隔离构件8处发生过电压。又因能制止施加在C2部分即第2电容器10上的过电压，所以也能制止加在电压传感器12上的电压。
另外，通过将电阻21设置在接地金属容器1内的气体空间9中，能防止由于水分或异物粘附于电阻21表面招致耐压降低。在外加冲击电压时，电压分担于电阻21的端子间，但因电阻21处于气体空间9，所以由于气体的耐压高、不用担心污损等，可缩小电阻21的沿表面距离将电阻21小型化。尤其在气体成分中包含SF6等高性能绝缘气体时，由于气体的绝缘性能优良所以电阻21能更加小型化。
另外，电阻21不安装在大气中，通过设于接地金属容器1内，能使电压检测装置中接地金属容器1的外侧构成小型化。
还有，如图21所示，配置在气体空间9内的电阻21可配置在绝缘支持构件20和接地金属容器1之间，也可配置在绝缘支持构件20和中间电极3之间。在这种情况下，可获得与图20示出的情况相同的效果。再有，在这种情况下，由于电阻21未放在中间电极3和母线2之间的电容C1及第2电容器10的电容C2之间，所以也有不会发生相位角偏差的效果。
另外，本实施方式5中，如上述实施方式3、4说明过的那样，通过设定电阻21的电阻值，能获得和上述实施方式3、4说明过的同样的效果。
实施方式6在实施方式1中，电压传感器12可以采用将由第2电容器10电压分担后的模拟电压信号变换成数字的A/D变换器、或通过电阻对检测出的电流积分作为电压输出的装置。但本实施方式6中用采用光电压元件的光电压传感器作为电压传感器12。
在这种情况下，也和上述实施方式1一样，因抑制谐振用电阻21插在闭合电路(1)内，所以能抑制闭合电路(1)内的C3部分、C2部分、及绝缘隔离构件8处发生过电压。又因能制止加在C2部分即第2电容器10上的过电压，所以也能制止加在电压传感器12上的电压。通过这样，能保护光电压元件(电压传感器12)绝缘免遭损坏。在采用光电压元件的电压传感器上例如与成为信号处理部的终端系统绝缘并连接，但能防止终端系统受过电压的影响，进行高性能高可靠性的电压检测。
实施方式7
在该实施方式7中，将无感应电阻用于上述实施方式1的抑制谐振用电阻21。该无感应电阻广泛使用无感应绕组的电阻。该实施方式7能获得和上述实施方式1同样的效果，同时，通过将无感应电阻用于电阻21，与碳质电阻相比电阻内部的电感分量极小，所以能制止电阻21端子间产生的过电压。
还有，本发明示出的电压检测装置，也可适用于三相绝缘气体开关装置(GIS)用的电压检测装置。例如分别用于一相一相地3分开的3台电压检测装置。
权利要求
1.一种电压检测装置，其特征在于，包括为了与电压检测对象部分对向而摄制成从接地电位部分开始绝缘，并在与所述电压检测对象部分之间形成第1电容器的中间电极；与所述中间电极和所述接地电位部分之间连接的第2电容器；以及与该第2电容器并联连接的电压传感器，所述电压检测装置通过将所述第1电容器和所述第2电容器的分压电压施加在所述电压传感器，从而检测所述电压检测对象部分的电压，将抑制谐振用电阻，插在包含所述中间电极和所述接地电位部分之间的电容、以及所述第2电容器的闭合电路内。
2.如权利要求1所述的电压检测装置，其特征在于，所述抑制谐振用电阻的电阻值为1Ω～1MΩ。
3.如权利要求2所述的电压检测装置，其特征在于，所述抑制谐振用电阻的电阻值为100Ω。
4.如权利要求1所述的电压检测装置，其特征在于，与所述第2电容器并联连接的所述电压传感器中采用光电压元件。
5.如权利要求1所述的电压检测装置，其特征在于，所述抑制谐振用电阻为无感应电阻。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电压检测装置，其特征在于，利用封入绝缘气体的筒状导电性容器同轴地配置在该导电性容器内的高电压导体；以及在所述导电性容器内与所述高电压导体隔开规定距离而且同轴地形成筒状中间电极，构成气体绝缘设备，该气体绝缘设备的所述导电性容器、所述高电压导体、所述筒状中间电极，分别作为所述接地电位部分、所述电压检测对象部分、所述中间电极，将所述第2电容器及所述电压传感器配置在所述导电性容器外侧的大气中，检测所述高电压导体的电压。
7.如权利要求6所述的电压检测装置，其特征在于，将所述抑制谐振用电阻配置在所述导电性容器内气体空间中。
8.如权利要求6所述的电压检测装置，其特征在于，将所述抑制谐振用电阻配置在所述导电性容器外侧的大气中。
9.如权利要求8所述的电压检测装置，其特征在于，具有将所述中间电极与所述第2电容器电气连接的连接导体，所述抑制谐振用电阻，插在从该连接导体开始通向所述第2电容器的高压侧的导电通路内。
10.如权利要求9所述的电压检测装置，其特征在于，所述抑制谐振用电阻做成筒状，所述连接导体穿过其中空的部分。
11.如权利要求9所述的电压检测装置，其特征在于，沿所述连接导体长度方向配置平行地延伸的多根棒状电阻体使其围住连接导体，构成所述抑制谐振用电阻。
12.如权利要求8所述的电压检测装置，其特征在于，将所述抑制谐振用电阻，插在从所述第2电容器低压侧开始通向所述导电性容器的导电通路内。
13.如权利要求12所述的电压检测装置，其特征在于，包括将所述导电性容器内侧的气体空间和外侧的大气中分隔开的绝缘隔离构件；以及穿过该绝缘隔离构件，将所述中间电极与所述第2电容器电气连接的连接导体，所述抑制谐振用电阻设置在所述绝缘隔离构件上。
14.如权利要求13所述的电压检测装置，其特征在于，所述抑制谐振用电阻配置在所述绝缘隔离构件的外圆周部分上，将所述抑制谐振用电阻，插在从所述第2电容器低压侧开始通向所述导电性容器的导电通路内。
15.如权利要求13所述的电压检测装置，其特征在于，具有将所述绝缘隔离构件紧固在所述导电性容器上的螺栓构件，该螺栓构件的轴部外圆周与该螺栓构件相接，配置所述抑制谐振用电阻，将所述螺栓构件及所述抑制谐振用电阻，插在从所述第2电容器低压侧开始通向所述导电性容器的导电通路内。
全文摘要
本发明揭示一种电压检测装置，抑制在包括中间电极和接地金属容器之间的电容、及电压检测用电容器在内的闭合电路中的谐振现象，防止在该闭合电路内的各部分上发生过电压。其结构做成将用接地金属容器(1)内与母线(2)隔开规定距离、而且同轴地形成筒状的中间电极(3)和接地金属容器(1)构成的第1电容器；将与电压检测用的第2电容器(10)间的分压施加在电压传感器(12)上，对母线(2)的电压进行检测。而且电阻(21)设置在包括中间电极(3)和接地金属容器(1)之间的电容、以及第2电容器在内的闭合电路(1)内，抑制闭合电路(1)内的谐振现象。
文档编号G01R19/00GK1858599SQ20061007782
公开日2006年11月8日 申请日期2006年4月29日 优先权日2005年5月2日
发明者宫下信, 井波洁, 堀之内雄作, 羽马洋之, 伊东启太, 石垣一三, 伊藤文雄 申请人:三菱电机株式会社