JP2002508520A

JP2002508520A - プラントおよびそれに関連する方法

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Publication number: JP2002508520A
Application number: JP2000539364A
Authority: JP
Inventors: マッツ、レイヨン; マリア、ルンドマーク
Original assignee: エービービーエービー
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2002-03-19
Also published as: SE9704391L; DE19882835T1; SE9704391D0; AU1515699A; WO1999031520A1; SE512698C2

Abstract

(57)【要約】【課題】電圧調波に起因して回路網に生じる問題を抑制でき、特に調波が発生する電気プラントの電圧を簡単かつ正確に管理および測定できる。【解決手段】電気プラントは、配電網または送電網に接続されかつ磁気回路および少なくとも１つの巻線を有する電気装置と、この電気装置の管理に適する測定器１０とからなる。測定器は、内側電極１２と、この内側電極を電界を乱すことを遮る遮蔽電極１４とを含む少なくとも１つの容量性センサ１１からなる。このセンサは、内側電極１２によって、内側電極に侵入する電界のこのような部分を感知することによって、電圧測定を行うのに適している。センサ１１は、電気装置を配電網または送電網に接続する送電線の方に向けられて、その送電線を囲む電界を介してこの送電線の上音および過渡状態を含む電圧を絶縁距離で感知する。また、本発明は上記測定器による電気プラントの管理方法を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、配電網または送電網に接続されるとともに磁気回路および少なくと
も１つの巻線を有する電気装置と、この電気装置を管理するのに適した測定器と
からなる電気プラントに関する。また、本発明は前記電気装置の管理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】

電気装置は、電子技術的な接続において使用することができる。電源電圧範囲
は、１ＶＡから１０００ＭＶＡの範囲にすることができる。本発明は、主に中間
電圧および高電圧用に使用するものである。ＩＥＣ標準規格によれば、中間電圧
は１-７２．５ｋVであるが、高電圧は７２．５ｋＶ以上である。したがって、送
電、副送電および配電レベルが含まれる。

【０００３】電気の質に関する困難な問題は、望ましくない変化の発生である。電圧の質は
、電圧がどのような正弦波および対称波形を有しているのかと関係がある。大き
な問題の１つは、調波の発生と関係がある。電気系統における調波は、多様なシ
ステム周波数（２、３、４、５、...）（スウェーデンでは５０Ｈｚ）である周波数を有する正弦波を時間内に描く電圧または電流である。電気系統において通
常起こる調波は、第３調波、第５調波、第７調波などの奇数調波である。

【０００４】第３より古い調波、すなわち、三次電圧調波は、通常最も厳しい問題を引き起
こす。

【０００５】電力回路網中の調波は、電力回路網および調波を生ずる対象物に接続された装
置に、多数の問題を引き起こす可能性がある。これらの問題は、伝送損、共振お
よび過熱である。

【０００６】調波発生装置に濾波器（能動的または受動的）を設けることによって、調波の
問題を少なくする試みが知られている。

【０００７】現在利用可能な電圧測定器は、電圧搬送装置に接触させなければならない高価
で複雑な装置である場合が多い。このような解決案の例として、計器用変圧器が
ある。これらの解決案は、大きな投資を必要とし、したがって望まれている低い
投資からは大きく離れることを意味する。以前の電圧測定器についての更なる問
題は、これらの電圧測定器がシステム周波数における測定に制限される場合が多
いことである。したがって、これらの既知の電圧測定器は、電力回路網における
調波電圧を検出するのに適していない。この調波の問題は、接続された装置を接
地する方法と直接関連する場合が多い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の第１のアスペクトによれば、回転電気機械が企図される。このような
電気機械は、以下では一般に電力回路網という配電網および送電網に接続するた
めの発電機として主に使用される同期機からなる。また、同期機は、電動機とし
て、位相補償および電圧制御のために使用され、その場合、機械的アイドリング
機械として使用される。また、技術分野は、二重に供給される機械、非同期変換
器の縦続、外部磁極機械、同期磁束機械および非同期機からなる。

【０００９】本発明の第２のアスペクトによれば、前記電気装置は、電力変圧器またはリア
クトルによって形成される。電気エネルギーの全ての送電および配電のために、
変圧器を使用し、これらの変圧器の仕事により、２以上の電気系統の間で電気エ
ネルギーを交換することができ、このため、電磁誘導が周知の方法で利用される
。本発明で主として意図する変圧器は、３-４ｋＶから（４００ｋＶから８００ｋＶ以上の）非常に高い送電電圧までの定格電圧の数百ｋＶＡから１０００ＭＶ
Ａ以上までの定格出力のいわゆる電力変圧器に属している。

【００１０】第２のアスペクトに関する従来技術の以下の説明は、主に電力変圧器に言及し
ているが、本発明は、周知のように単相リアクトルおよび三相リアクトルとして
設計可能なリアクトルにも適用できる。絶縁および冷却に関しては、変圧器に関
して原則として同じ実施例がある。したがって、空気絶縁および油絶縁された、
自冷式、圧油冷式などのリアクトルを利用することができる。リアクトルは、（
位相毎に）１つの巻線を有し、磁心を使用しても使用しなくても設計することが
できるが、背景技術をリアクトルにも関連する程度まで説明する。

【００１１】発電機プラントにおいて三次電圧調波を減少させることができる方法は、発電
機の相電圧をΔ／Ｙ接続された変圧器（いわゆる「昇圧変圧器―step-up transf
ormer／ステップアップ変圧器―」）に接続することである。発電機により発生した三次電圧調波は、中立点抵抗を介して接地に三次電流調波を供給する。

【００１２】三次電圧調波は、Δ巻線の相電圧に重畳するが、三次電流調波を駆動すること
ができない。これは、変圧器のＹ側、すなわち電力回路網側で、三次電流調波を
経験しないことを意味する。しかし、これは、「昇圧変圧器」が全出力用に寸法
を決められることを必要とするとともに、過電圧保護が前記変圧器の入力側に据
え付けられることを必要とする。また、電流測定器、ブレーカおよび断路器が必
要である。この解決案は、特により高い電圧以外については、満足なものではな
いことがわかった。後述する特定のタイプの回転電気機械と関連して、いわゆる
「昇圧変圧器」を完全に避けることができるように条件が作られ、したがって、
回転電気機械を３６ｋV以上の高電圧に適した電力回路網に、中間の変圧器を設けることなく、直接接続することが示される。しかし、このような直接接続する
場合の問題は、調波の発生が増加し易いことである。したがって、このような調
波を検出することが非常に重要になる。

【００１３】また、変圧器およびリアクトルについて、磁気的に透過できるが導体のまわり
に電界を実質的に閉じ込めることができるケーシングを有する導電体を含む高電
圧ケーブルによって、巻線を形成する新しい技術を後述する。このような変圧器
では、磁心内の磁束を従来の変圧器において可能な高いレベルまで増大すること
ができる。それは、これを可能にする高電圧ケーブルのフィルタ作用である。増
大された磁束は、変圧器の出力電力を保持しながら磁心を小さくすることができ
ることを意味する。これは、変圧器がよりコンパクトでより軽くより安価になる
ことも意味する。しかし、磁束を増大することによる問題は、磁心が飽和する場
合があり、それは調波の発生を意味する。これらの調波を避けるために磁束を制
御できることが望ましい。

【００１４】本発明は、電圧調波によって回路網に生じる問題を抑制できる道筋を工夫する
ことを目的とする。特に、本発明は、調波が発生する電気装置の電圧を簡単かつ
正確に管理および測定することができる道筋を工夫することを目的とする。管理
および測定は、どのような方法で電圧調波をやや圧縮するか濾波して取り除くか
を決定できるように行われる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するために、本発明は、測定器が、内側電極と、接地または測
定対象物の電位と異なる電位に接続されるとともに内側電極を妨害する電界から
遮る遮蔽電極とを含む少なくとも１つの容量性センサからなること、このセンサ
が、内側電極に侵入する電界のこのような部分を内側電極によって検知すること
によって、電圧測定を提供するために適用されること、およびこのセンサが、測
定対象物を形成するとともに電気装置を配電網または送電網に接続する送電線に
向けられて、この送電線を囲む電界を介してこの送電線の過渡状態および調波を
含む電圧を絶縁距離で検知するようにすることを提案する。

【００１６】

【発明の実施の形態】

このような測定器は、送電線から離れた所で電圧を測定することができ、測定
器の配置をかなり簡単にするという利点を有する。さらに、この測定器の設計は
、曲げ易くなり、簡単な構造になり、製造原価が安くなることを意味する。さら
に、大きな周波数範囲内で電気装置の電圧を測定する可能性がある。特に、これ
は、費用を安くするのみならず、従来の技術によって問題となる送電線に接触し
て測定器を設ける代わりに、電圧が測定される電気装置から離れた所に測定器を
配置できるように動作の妨害を除去することも意味することを示している。

【００１７】特に、本発明による測定器の利点は、望ましくない電界を効率的に遮ることが
でき、電圧の大きさまたは周波数あるいはその両方について電圧が測定される送
電線の方に容易に向けることができることである。

【００１８】高電圧導体は、導体の電位、その変化およびその周波数内容についての情報を
送る電界によって囲まれている。この電界に導入される２つの鏡面対称の電極か
らなる容量性センサによって、これらの量を検知してもよい。しかし、このよう
な容量性センサは、電界の全ての方向の変化を感知できるという問題がある。し
たがって、他の電界発生物もこのような測定に影響し、このような測定を完全に
支配する場合がある。したがって、どの変化がその測定のために選択された構成
要素に属するかを測定結果から区別することができない。電力の配電は通常３つ
の隣接して延びる導体において行われるので、したがって、このようなセンサに
よってこれらの導体の一つから生じる電界の範囲を決めることはできない。

【００１９】本発明は、電界の指示された部分の変化を検知するのに適した２つの電極を有
する容量性センサに関する。また、このセンサは、このような電界において、電
気装置からの過渡状態およびイオン放電を検出するために適用される。本発明に
よれば、電界の指示された部分は、接地または他のいくつかの制御可能な電位に
接続された電極によって他の電極を望ましくない電界から遮ることによって、検
知される。この目的のためのセンサは、主に他の電極を囲む１つの電極とともに
配置され、接地または他のいくつかの制御可能な電位に接続される。他の電極を
囲む電極（以下「遮蔽電極」という）には、開口部が設けられ、この開口部を介
して、電界の指示された部分の量が、囲まれた電極（以下「内側電極」という）
に到達する。電界の他の全ての指示された部分の量は、遮蔽電極によって効率的
に防止される。

【００２０】好ましい実施例では、これらの電極はガス誘電体によって互いに絶縁され、し
たがって、これらの電極によって形成されるキャパシタンスは温度変化に無感応
になる。したがって、このセンサを形成して、そのキャパシタンスを実験室で測
定し、それから、再び校正を必要とすることなく他の環境において使用してもよ
い。また、このセンサは、変化する温度で長期間使用してもよく、その場合に修
正する必要はない。このセンサの感度を高めるか、またはこのセンサの指向性の
効果を強化するために、内側電極を、互いに絶縁されて横方向および垂直方向の
いずれにも配置できる小電極に分割してもよい。

【００２１】したがって、本発明は、複数の電力発生構成要素を有する電界中の電気装置の
絶縁距離で電圧を測定するための上述したセンサを含む測定器に関する。この測
定器は、このセンサに信号変換器を接続することによって配置され、遮蔽電極を
接地すると測定器が得られ、それによって、電界の指向性の副量を測定すること
ができる。この測定器は、電線から離れた所で非接触の方法で交流電圧を測定す
る簡単で安価かつ確実な装置を構成する。この装置は、測定される電気装置の調
和成分の発生および大きさも簡単な方法で広い周波数範囲内で測定できる広帯域
装置である。

【００２２】信号変換器は、インピーダンス変換や増幅のための構成要素を含み、測定信号
のフィルタリングやデジタルの変換のための構成要素も含んでもよい。信号変換
器は、実際のセンサから近距離に配置され、本発明の好ましい実施例では、セン
サと一体化される。変換されたアナログまたはデジタル信号は、その後、電気媒
体または光学媒体を介してアナライザに送ってもよいし、あるいは送信器および
受信器を介して非接触の方法で送ってもよい。

【００２３】測定器を電圧の測定に適用する場合には、遮蔽電極を、接地する代わりに、制
御可能な電位に接続してもよく、その場合には、それらの位相の１つに位相ロッ
クすることによって、測定のより大きな動力学およびより高い分解能を得ること
ができる。本発明の他の好ましい実施例では、その代わりに内側電極が位相ロッ
ク回路に接続され、その場合には、不必要な電界発生源からの寄与を抑制するこ
とができる。したがって、信号変換器が、反対方向の信号に適した導体も含むよ
うにする。同じ方法で、感知された信号のフィルタリングを使用する場合には、
信号変換器が、異なる濾波信号をマルチチャネルアナライザに送るための複数の
導電体を含んでもよい。

【００２４】本発明による測定器は、特に回転電気機械および変圧器／リアクトルを含む高
電圧装置内の交流電圧の測定と関連して役に立つ広い電界を有する。この測定器
の好ましい使用では、高電圧装置は、交流電圧の測定のためにそれぞれの位相に
属する各電線からの絶縁距離で配置される。三相系統では、これらの測定器を、
共通点に配置して、電気装置に属するそれぞれの電線の方にそれぞれ向けてもよ
い。

【００２５】この測定方法は、測定対象物と測定器の間の距離の変化に敏感である。しかし
、より長期間にわたって見るとこのような変化は無視できるようになり易いので
、これは、通常問題ない。測定器を測定対象物の位置が固定される位置、例えば
、距離の変化が最小になる取付け点または懸架点に配置するのが有利である。

【００２６】１つの位相だけを有する電気装置では、導体のまわりに複数の測定器を配置す
ることによって、簡単な方法で精度が向上する。１つの位相だけを使用する場合
には、４つの測定器を電線の延長部のまわり回転対称に配置することによって、
電圧測定の精度が向上する。測定器が電線から等距離に配置されるので、電圧の
正しい値は、４つの測定器の平均値から得られる。

【００２７】測定対象物と測定器の間の距離の変化の感度は、測定対象物の動きを検出する
ために利用することができる。高電圧導体のまわりの固定された位置に少なくと
も３つの測定器を配置することによって、電線が動くか否かを検出することがで
き、その方向にこの移動が起こる。

【００２８】測定器および電線を中空にできる絶縁体のいずれかの端部に配置することによ
って、高電圧電線への安定した測定距離が達成される。このように、絶縁体の長
さは、変化しない測定距離を構成するために利用される。測定器は、絶縁体の本
体の外側および内側の両方に配置してもよい。好ましい実施例の中で、特に送電
塔における懸垂碍子や、支持絶縁体について言及してもよい。

【００２９】また、本発明による測定器は、配電網と関連して、継電器の保護機能性を制御
できるようにするのに適しており、その場合には、その低い投資費用による装置
は、測定点に集中し、したがって選択度を増大することができる。また、この測
定器は、エネルギー消費の借方に記入することと関連して電線中の電圧を測定す
るのに適している。このため、この測定を、電線を介して異なって測定された電
流と組み合わせるべきであり、それによって、通過する電気エネルギーを決定し
てもよい。

【００３０】上述したように、本発明による測定器は、高電圧巻線が、磁気的に透過できる
が導体によって発生した電界について閉じ込める方法で動作することができるケ
ーシングを有する可撓性の導体からなるこのような電気装置と関連して、調波を
含む電圧を測定するのに非常に適している。したがって、前記ケーシングは、絶
縁システムからなる。

【００３１】広い意味では、本発明による設計が、発生する伝送損失を減少させ、したがっ
て、この装置が、本発明が絶縁システム中の前記導体のために起こる電界を実質
的に閉じ込めることをできるようにすることの結果としてより高い効率で動作で
きることが確立される。伝送損失の低減により、装置内の温度が下がり、冷却の
必要性が減少するとともに、本発明を使用しない場合より簡単な方法で、起こり
得る冷却装置を設計することができる。

【００３２】本発明による導体／絶縁システムは、撓みケーブルとして実現することができ
、従来の組み立て式に作られた堅固な巻線と比較して、製造および取付けについ
て実質的な利点がることを意味する。本発明によって使用される絶縁システムは
、ガスおよび液体の絶縁材を使用しない。

【００３３】回転電気機械としての本発明のアスペクトに関しては、上述した「昇圧」変圧
器を省略できるような高電圧でその機械を動作させることができる。すなわち、
その機械は、電力回路網に直接接続できる従来の機械よりかなり高い電圧で動作
することができる。この手段は、回転電気機械を備えたシステムの投資費用をか
なり低下させ、そのシステムの全効率を増大させることができる。本発明では、
巻線のある領域において、従来技術で必要であった特定の界磁制御手段を設ける
必要がなくなる。更なる利点は、本発明によれば、電圧および電流が互いに位相
外れになる結果、無効効果を減少させるために、不足磁化および過磁化をより簡
単に得ることができるということである。

【００３４】電力変圧器／リアクトルとしての本発明のアスペクトに関しては、本発明によ
れば、まず第１に、電力変圧器の油の充填の必要性、およびそれと関連する問題
および不利益がなくなる。

【００３５】巻線が、少なくともその長さの一部に沿って、固体の絶縁材によって形成され
た絶縁と、この絶縁の内側の半導電性材料からなる内側層と、この絶縁の外側の
半導電性材料からなる外側層とからなるように設計すると、その巻線内の全体の
装置内に電界を閉じ込めることができる。ここで使用される用語「固体の絶縁材
」は、巻線が、例えば、油の形態の液体またはガスの絶縁を欠いていること意味
する。その代わりに、絶縁を高分子材料によって形成している。また、内側層お
よび外側層は、半導体のようなものを介して高分子材料によって形成される。

【００３６】内側層と固体絶縁は、温度変化によって内側層と絶縁が分離しないような粘着
力により、実質的に界面全体にわたって互いに堅く接続される。また、外側層と
固体絶縁も、このような粘着力により、実質的にこれらの間の界面全体にわたっ
て互いに堅くに接続される。内側層は、電位を等化し、したがって、内側層の外
側で、その半導体特性の結果として電界を等化にする作用をする。また、外側層
は半導電性材料からなり、それは、絶縁の導電率より高い導電率を有し、外側層
が、接地または他の比較的低い電位への接続によって、電位を等化にする作用を
するとともに、外側層の内側に導体のために生じる電界を実質的に閉じ込める作
用をする。一方、外側層は、前記外側層中における電気の伝送損失を最小にする
のに十分な抵抗率を有しなければならない。

【００３７】絶縁材と内側および外側の半導電層との間の堅固な相互接続は、空洞や孔など
が生じないように実質的に界面全体にわたって一様でなければならない。本発明
によって企図された高い電圧レベルでは、生じ得る電気負荷および熱負荷が、絶
縁材に極端な需要を課す。一般にいわゆる部分放電（ＰＤ）が高電圧装置内の絶
縁材に重大な問題を招くことが知られている。空洞や孔などが生じると、高電圧
で内部コロナ放電が生じ、それによって、絶縁材が徐々に劣化するとともに、そ
の結果、絶縁を通して絶縁破壊となり得る。これは、電気装置の重大な絶縁破壊
になり得る。したがって、絶縁は均質でなければならない。

【００３８】絶縁の内側の内側層は、導体の導電率より低いが、内側層が電位を等化し、し
たがって内側層の外側の電界を等化する導電率を有しなければならない。これは
、実質的に界面全体にわたる内側層と絶縁との堅固な相互接続、すなわち空洞な
どの不在と協働して、内側層の外側の実質的に一様な電界およびＰＤの最小限の
危険を意味する。

【００３９】内側層および固体絶縁を実質的に等しい熱膨張係数を有する材料によって形成
するのが好ましい。外側層および固体絶縁に関する限り、同様のことが好ましい
。これは、内側層と外側層と固体絶縁が、界面に破壊または砕解を生じる温度変
化なしで温度変化により一体構造の部分として一様に伸縮する絶縁システムを形
成することを意味する。従って、内側層および外側層と固体絶縁の間の接触面に
おける親密性が保証され、延長された動作期間の間にこの親密性を維持する状態
が生じる。

【００４０】さらに、内側層および外側層と固体絶縁の中の材料が、ケーブルが曲がって動
作中のケーブルが熱歪にさらされるときに起こる歪に耐えることができるように
、これらの材料が高い弾性を有することが非常に重要である。内側層および外側
層と固体絶縁の中の材料が実質的に等しい熱膨張係数を有しない場合には、固体
絶縁と内側層および外側層の間の良好な粘着力およびこれらの層と固体絶縁の高
い弾性がそれぞれ特に重要である。さらに、内側層および外側層と固体絶縁の中
の材料が、これらの層と固体絶縁との間の境界領域におけるせん断応力の発生と
反対に作用する実質的に等しい弾性（Ｅ−モジュール）を有することが好ましい
。

【００４１】このケーブルによって巻線を形成できるようにするために、その可撓性が良好
であることが非常に重要である。ケーブルは、その機能に負の影響を与えること
なく、ケーブルの直径の２５倍以下の曲率半径で曲げることができるようにする
のが好ましい。その曲率半径は、ケーブルの直径の１５倍以下であるのが好まし
い。最も好ましい曲率半径の値は、ケーブルの直径の８倍以下である。

【００４２】その絶縁のまわりの半導電性材料の内側層および外側層が実質的に等電位面を
形成する傾向があり、このようにして、適当な絶縁中の電界は、絶縁の厚さ方向
にわたって比較的均等に分配され、その結果、絶縁システム上の電気負荷が減少
する。

【００４３】電気エネルギーの送電用の高電圧のケーブルは、半導電性材料の内側層および
外側層を備えた固体絶縁材料の絶縁を備えた導体として構成することができるこ
とが知られている。電気エネルギーの送電において、その絶縁に欠陥がないこと
が長い間認識されていた。しかし、送電用の高電圧ケーブルでは、そのケーブル
の長手方向で電位が変わらないが、その電位は基本的に同じレベルにある。しか
し、送電用の高電圧ケーブルでは、雷のような瞬間的な出来事のために瞬間的な
電位差も生じる場合がある。本発明によれば、請求項に記載された撓みケーブル
は、電気装置において巻線として使用される。

【００４４】巻線中の導体を、少なくともいくつかが互いに絶縁されたより小さないわゆる
素線から構成することによって、追加の改良を行ってもよい。これらの素線が、
好ましくは略円形の比較的小さな断面を有するようにすることによって、素線を
横切る磁界が電界に関して一定の幾何学的形状を示し、渦電流の発生が最小にな
る。

【００４５】したがって、本発明により、導体とその内側層が導体の素線のまわりに延びる
上述した絶縁システムとからなるケーブルの形態で巻線を作るのが好ましい。こ
の内側の半導電層の外側は、固体の絶縁材の形態のケーブルの主要な絶縁である
。

【００４６】本発明による外側の半導電層は、導体に沿った等電位化が保証されるような電
気的性質を示す。しかし、外側層は、不必要な熱負荷を生み出し得る伝送損失を
引き起こすことができた表面に沿って電流が流れるような導電率特性を示さない
。内側層および外側層について、請求項２０および２１に記載した（２０℃にお
ける）抵抗の記述が有効である。内側の半導電層は、電界に等電位化を保証する
ために十分な導電率を有しなければならないが、同時に、この層は、その電界を
閉じ込めることを保証するような抵抗率を有しなければならない。

【００４７】内側層が、導体の表面の凹凸を均一にし、固体絶縁との界面に高い表面仕上げ
の等電位面を形成することが重要である。内側層は、変化する厚さで形成されて
もよいが、導体および固体絶縁について平らな面を保証しなければならず、その
厚さは０．５ｍｍないし１ｍｍが適当である。

【００４８】本発明によりその電気装置に使用されるこのような可撓性の巻線ケーブルは、
送電用に使用されるＸＬＰＥ（架橋したポリエチレン）ケーブルまたはＥＰ（エ
チレン-プロピレン）ゴム絶縁を備えたケーブルの改良である。この改良は、導体の素線、および少なくともいくつかの実施例では、ケーブルがその機械的な保
護のための外部ケーシングを有しないことに関しては新しい設計である。しかし
、本発明によれば、導電金属シールドおよび外側のマントルピースを外側の半導
電層の外側に配置することができる。この金属シールドは、例えば、雷に対する
外側の機械的および電気的保護の性質を有する。内側の半導電層は、導体の電位
にあるのが好ましい。この目的のために、導体の素線の少なくとも１つを、絶縁
しないで、内側の半導電層との良好な電気接点が得られるように配置する。ある
いは、異なる素線を、内側の半導電層に電気的に接触させてもよい。

【００４９】ケーブルの変圧器またはリアクトルの巻線を上記に従って製造することは、従
来の電力変圧器／リアクトルと本発明による電力変圧器／リアクトルとの間の電
界の分配に関しては、厳しい相違を必要とする。本発明によるケーブルが形成さ
れた巻線の重要な利点は、電界が巻線中に閉じ込められること、したがって、外
側の半導電層の外側に電界がないことである。電流搬送導体によって達成される
電界は、固体の主要絶縁の中だけで起こる。これは、設計および製造の両方の観
点に鑑みて以下の諸点から、非常に有利である： ―変圧器の巻線は、電界の分配を考慮することなく形成することができ、背景
技術の下で述べた素線の転位が省略される； ―変圧器の磁心の設計は、電界の分配を考慮することなく形成することができ
る； ―巻線の絶縁のために油を必要としない、すなわち、巻線を囲む媒体は空気で
もよい； ―従来のプラントと異なり電気的接続が巻線と一体化されるので、変圧器の外
側の接続と、直接に接続されたコイル／巻線との間の電気的接続のために特殊な
接続は必要でない； ―背景技術の説明の下で説明した含浸、乾燥および真空処理を必要としないの
で、本発明による電力変圧器に必要な製造および試験技術は、従来の電力変圧器
／リアクトルに必要な技術よりかなり簡単である。

【００５０】回転電気機械に本発明を適用した場合は、固定子上の実質的に減少した熱負荷
が得られる。したがって、その機械の一時的な過負荷は重大ではなく、損傷する
危険を冒すことなくより長期間過負荷でその機械を駆動することができる。これ
は、今日強制されている電力発生プラントの所有者のためにかなり有利であり、
操作上の妨害の場合には、法律によって課された送出の必要条件を保証するため
に他の装置に速く切り換えることを意味する。

【００５１】本発明による回転電気機械では、変圧器および回路遮断機がその機械を電力回
路網に接続するシステムに含まれる必要がないので、保守費用をかなり減少させ
ることができる。

【００５２】巻線ケーブルの外側の半導電層を大地電位に接続することは、既に説明した。
その目的は、この層が、巻線ケーブルの全体の長さに沿って実質的に大地電位に
維持されなければならないことである。外側の半導電層を巻線ケーブルの長さに
沿って分配された多数の部分に切断することによって、外側の半導電層を分割し
て、各々の層の部分が大地電位に直接接続できるようにすることができる。この
ようにして、巻線ケーブルの長さに沿ったより良好な均一性が達成される。

【００５３】固体絶縁、内側層および外側層は、例えば、押出成形によって形成してもよい
ことを述べた。しかし、他の技術、例えば、問題の材料の噴霧によるこれらの内
側層および外側層および絶縁の形成も可能である。

【００５４】巻線ケーブルは円形の断面を有するのが好ましい。しかし、より良い実装密度
を達成することが要求される場合には、他の断面を使用されてもよい。

【００５５】回転電気機械における電圧を立ち上げるために、磁心内の溝穴内のいくつかの
連続的な折り返し内にケーブルが配置される。この巻線は、コイル端部の交差の
数を減少させるために多層の同軸ケーブル巻線として設計することができる。こ
のケーブルは、より良い方法で磁心を利用するために、テーパ状の絶縁を備え、
溝穴の形状を巻線のテーパ状の絶縁に適合するようにしてもよい。

【００５６】本発明による回転電気機械の重要な利点は、Ｅ電界が外側の半導体の外側のコ
イル端部領域においてゼロ付近であること、および大地電位の外部ケーシングに
より電界を制御する必要がないことである。これは、薄板内でも、コイル端部の
領域内でも、その中間でも電界の集中を得ることができないことを意味する。

【００５７】磁気回路を製造する方法においては、回転電気機械の磁心内の溝部内の開口部
にねじ込まれた（スレッドされた―threaded―）撓みケーブルを巻線として使用
する。ケーブルは、可撓性であるので、曲げることができ、ケーブル実長をコイ
ル内のいくつかの折り返し中に配置することができる。コイル端部は、ケーブル
中の曲げ領域からなる。また、ケーブルは、その特性がケーブル実長にわたって
一定のままであるような方法で、接合してもよい。この方法は、従来の技術と比
較してかなりの簡略化を必要とする。いわゆるローベルバーは、可撓性ではない
が、予め所望の形状に形成しなければならない。また、今日の回転電気機械を製
造する場合には、絶縁巻線およびコイルの含浸は、非常に複雑かつ高価な技術で
ある。

【００５８】したがって、要約すれば、本発明による回転電気機械の形態の電気装置は、対
応する従来の機械に関してかなりの数の重要な利点を意味する。まず第１に、そ
れは、全てのタイプの高電圧の電力回路網に直接接続することができる。他の重
要な利点は、大地電位が巻線の少なくとも一部に沿って、好ましくは巻線全体に
沿って一貫して導かれることであり、これは、コイル端部の領域をコンパクトで
きること、およびコイル端部の領域の筋かい（bracing）手段を実際には大地電位で適用できることを意味する。さらに他の重要な利点は、電力変圧器／リアク
トルに関して上述したように、油に基づく絶縁および冷却方式が回転電気機械に
もないことである。これは、シーリングの問題が生じないこと、および上述した
誘電体リングが必要でないことを意味する。また、１つの利点は、全ての急速冷
却を大地電位で行うことができることである。

【００５９】さらに、本発明は、配電網または送電網に接続された電気装置からなる電気プ
ラントにおいて、磁気回路と少なくとも１つの巻線を有する電気装置を請求項３
６による測定器によって、管理する方法に関する。少なくとも１つの容量性セン
サからなるこのような測定器が、配電網または送電網に電気装置を接続する送電
線からの所定の距離で、送電線を囲む電界を介して送電線の電圧を検知するのに
非常に適していることがわかった。もちろん、これは、送電線が電界を実質的に
完全に閉じ込める絶縁システムを示さない所で、測定器が送電線の電圧を感知す
るように設計されることを仮定している。したがって、これは、電気装置中に巻
線を形成する撓みケーブルが、問題の感知された部分でその絶縁システムから解
放された巻線中の導体によって、あるいは送電線に移るケーブル終端内の導体に
よって、少なくとも実質的に絶縁システムの不在の送電線の部分に移らなければ
ならないことを意味する。検知の適当な場所は、その装置中で発生した調波など
を効率的に感知して濾波／補償によって除去できるように、電気装置に比較的近
くに適当に配置される。

【００６０】

【実施例】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例をより具体的に説明する。

【００６１】図１は、本発明による電圧測定用の測定器１０を示す。測定器１０は、電線２
２から絶縁距離で交流電圧を測定するものである。電線２２は、実質的に電界を
遮蔽する絶縁がない。測定器１０は、容量性センサ１１および信号変換器１３か
らなる。容量性センサは、内側電極１２と、この内側電極を囲む遮蔽電極１４と
を有する。遮蔽電極は、測定中に電線２２の方に向けられる開口部１６を備えて
いる。この例では、２つの電極は導電材料からなる。しかし、これらの電極は、
これらの制限する表面が導電性である限り、任意の材料の本体として作ってもよ
い。例えば、電極を導電層で囲んだ非導電材料、例えば、導電被覆を塗布したプ
ラスチック本体から作ってもよい。

【００６２】この例では、遮蔽電極は、バケットの形状を有し、すなわち、円筒形またはわ
ずかに円錐形の境界が延びる底部を有する。この例では、内側電極は、遮蔽電極
の開口部に平行な面に平らな範囲を有する。内側電極が、遮蔽電極から絶縁され
、図１において矢印Ａによって示されるように内側電極１２と遮蔽電極１４の開
口部１６との間の距離を調節することができるように、その遮蔽電極に固定され
る。この例では、これは、遮蔽電極を介して延びる碍管１７によって可能になり
、この碍管に内側電極１２が固定される。

【００６３】信号変換器１３は、遮蔽電極１４の近くに配置され、インピーダンス変換およ
び増幅のための構成要素からなる。また、信号変換器は、センサ１１からのアナ
ログ信号のフィルタリングおよびデジタル変換のための構成要素からなるもので
もよい。第１に、その信号は、非常に妨害の傾向があるセンサからの信号を、測
定情報の伝達に適するデジタルまたはアナログのパルス列に調節するのに適して
いる。信号変換器は、接地に接続された遮壁を備えるか、あるいは、この例のよ
うに、遮壁１９によって囲まれた空間２１に閉じ込められるのが好ましい。セン
サ１１および信号変換器１３は、導体１８によって相互接続されている。この導
体は、管１７内に延びて、遮蔽してもよい。信号の評価のためには、信号変換器
はアナライザ１５に接続されており、このアナライザは測定器１０から所定の距
離に配置することができる。信号は、電気的および光学的に送ってもよいが、送
信器および受信器を介して非接触方法で送ってもよい。

【００６４】容量性センサ１１は、通常０以上ないし数千ヘルツの間の大きい帯域幅の周波
数で電界を感知することができる。したがって、広帯域の信号変換器１３を測定
器に配置することが有利である。したがって、信号変換器内のインピーダンス変
換および増幅用の構成要素は、いわゆる映像増幅器によって配置するのが好まし
い。また、異なる濾波器の特性を有する複数の濾波器を信号変換器内に配置して
もよい。このような濾波器は、帯域フィルタまたは低域または高域フィルタでも
よい。測定中、これらは各々信号を送るか、順に接続してもよい。

【００６５】特殊な用途のために、遮蔽電極を、接地の代わりに、例えば、増大された動力
学や所望の測定量の分解能のための位相に関して固定することができる電位に接
続するのが有利である。したがって、信号変換器１３は、遮蔽電極１４に接続さ
れた（図示しない）位相ロック回路から構成してもよい。この回路、すなわち、
いわゆるＰＬＬ回路（位相ロックループ）は、例えば、三相系統において、測定
器１０の遮蔽電極１４を、測定する位相によって変化する電位に固定できるよう
にする。このように、他の位相からの効果を、信号変換器１３からの出力信号に
おいて抑制して、測定精度を向上させることができる。

【００６６】高電圧導体２２から絶縁距離で交流電圧を測定する測定器１０による測定中、
測定器１０は導体２２の方に向けられる。内側電極が電界の引き出された部分を
感知することができるために、電界の所望の部分は、遮蔽電極の開口部を介して
減少できなければならない。このため、内側電極の中心および開口部の中点値を
通過するように設計された軸線は、測定対象物の方に向けられる。実際の測定を
開始する前に、測定器１０をその場で調整する。その調節は、既知の電圧を適用
することによって行われ、そこで測定器による測定が行われる。したがって、測
定器は、既知の電圧に対応するように測定値を調節することによって調整される
。これが完了すると、実際の測定を始めることができる。

【００６７】本発明による測定器１０の１つの利点は、測定器を、ガルヴァニック接点、ま
たは電圧を測定する電線に接触させる必要がないことである。その代わりに、測
定を電線２２から絶縁距離で行ってもよく、それは、測定器がそれとの接点に入
る全ての人にとって安全であることを意味する。また、これは、導体のすぐ近く
に装置を作る必要はなく、したがって操作上の妨害が測定の方法に引き起こされ
る必要はないことを意味する。この測定器は、非常に単純な設計を有し、したが
って非常に安価に製造され、また信頼できる。この測定器は、測定対象物の過渡
状態およびイオン放電のために、検出器、すなわちいわゆるＰＤ（部分放電）検
出器を構成するために有利に配置してもよい。その信頼性、その広帯域の設計お
よびわずかな投資費用のために、この測定器は、エネルギー測定と関連して消費
された電気エネルギーを借方に記入するため、および、リレー保護としての機能
を果たすが、まず第１に図１４および図１５を参照して説明した用途において、
非常によく適している。

【００６８】図２は、本発明による測定器１０の他の実施例を示している。以前の例と同じ
方法で、測定器は、センサ１１と信号変換器１３からなる。遮蔽電極１４は、測
定中に測定対象物、すなわち上述した電線２２の方に向けられた開口部１６を除
いて、内側電極１２を囲んでいる。この実施例では、遮蔽電極は球形であるが、
内側電極は開口部に対向する凹面を備えたコップ状である。しかし、遮蔽電極は
、任意の形状を有してもよく、任意の密なまたは穿孔された導電材料から形成し
てもよい。同様に、内側電極も任意の形状を有してもよい。しかし、開口部の面
に略平行な平面を有する内側電極を配置するのが好ましい。センサ１１は、例示
したように、円形に制限されない。開口部が狭くなると、信号が弱くなるが指向
性の感度が向上する。したがって、電界を発生する電源電圧の場合には、電源電
圧と一致する方向に延びる開口部および内側電極を備えたセンサを設計するのが
有利である。

【００６９】図３は、接地された遮蔽電極の開口部を介して内側電極１２に侵入する電界の
分布の計算を示している。この図は、コップ状の内側電極の端部の付近のこのよ
うな電界の一部だけを示している。実験によって確認された計算は、開口部を介
して最初に侵入する電界のその部分がその開口部の法線に平行な方向を有するこ
とを示している。遮蔽電極のさらに内側では、電界線は、遮蔽電極の内側の方に
外に発散し、最終的に内側電極１２によって吸収される。内側電極１２は、遮蔽
電極内において開口部の方に向けられた凹面を有する。この幾何学的形状の利点
は、遮蔽電極の内側の電界分布がより一様になるということである。球状に湾曲
したプレートとしてのコップ形の内側電極１２の設計によって、全ての電界線が
そのプレートに対して垂直に入射するようになる。これは、センサからのより強
い出力信号の追加の利点を提供すると同時に、そのスクリーニング特性を維持す
る。

【００７０】図４は、本発明による測定器１０の有利な用途を示している。図示した例では
、測定器を中空碍子２５の端部に適用している。中空碍子は、第１の極２７およ
び第２の極２８の他に、磁器または他の絶縁材の絶縁材２６からなる。第１の極
は上述した電線に接続されるが、第２の極は接地される。測定器は、第２の極に
接続された遮蔽電極１４と、絶縁されて遮蔽電極１４に調節可能に固定された内
側電極１２とを備えた第２の極２８に適用される。説明された用途によって、測
定対象物、すなわち電線と測定器との間の正確な不変距離が得られる。距離の変
化は電圧測定の精度を危うくするので、これは有利である。

【００７１】不必要な電界をさらに遮蔽するために、２つの極には、それぞれの極に接続さ
れた絶縁体の横方向の中で延びる導電材料のプレートの形態の（図示しない）遮
蔽を設けてもよい。SF６タイプの保護ガスを有する中空碍子の場合には、測定器
１０の全体が絶縁体の内側に収容されるように、そのガスによって生じる絶縁体
の内側により小さな絶縁距離を利用してもよい。したがって、電圧測定用の装置
を含む絶縁体を完成品として簡単な方法で製造してもよい。

【００７２】図５は、エンクロージャ（enclosure―密閉箱―）２９によって囲まれた三相交流電圧用の母線Ｒ、ＳおよびＴのように形成された電線の概略説明図である。
この図によれば、本発明による電圧測定用の母線の各々ために測定器１０Ｒ、１
０Ｓおよび１０Ｔが配置されている。３つの測定器は、それぞれ簡単な装置およ
び配線にするために共通の位置に配置され、各々の測定器は、それぞれの母線の
方に向けられる。しかし、各々の測定器は、プラント内の任意の位置に絶縁距離
で配置してもよい。しかし、共通の位置は、測定器の感度の方向の間の最も可能
性の大きい角度が達成できるので、有利である。このタイプの測定器の用途では
、とりわけ、エンクロージャ内の取付け時間およびスペースが省かれる。

【００７３】本発明による測定器による電圧測定が、測定器と測定対象物の間の距離の変化
を感知できることを示した。この事実は、測定対象物の移動を研究する目的で利
用してもよい。したがって、中点値のまわりで確率的に動く測定対象物から電圧
を測定する方法を簡単な方法で達成してもよい。一方では、導体の移動を研究す
る方法を許容し、他方では、測定精度を向上する方法を許容する測定装置が図６
に示されている。前の図と同様に、図６は、エンクロージャ２９によって囲まれ
た１つの位相だけを有する電気装置の概略説明図である。中央に配置された母線
３３のまわりには、本発明による４つの測定器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ
の各々が、エンクロージャの断面の角に配置されている。各々の測定器からの変
換された信号は、（図示しない）４チャンネルアナライザによって分析するのが
好ましい。その移動を研究するために、これらの信号を比較し、測定精度を向上
するために、これらの信号の平均値が形成される。

【００７４】測定信号からの標準タイプの幾何学的な計算によって、母線の位置が決定され
、それによって、電圧の測定値は、計算によって正確な測定値に到達できるよう
に、位置の変化について補正される。また、この方法は、測定信号を非対称に変
化させるバックグラウンド電界の変化について測定値を検出および補正するため
に使用してもよい。同じ対象物について測定を行う複数の測定器を導入すること
によって、測定精度が向上する。上述した測定方法は、取り囲まれた電気装置に
適用するだけに制限されず、解放された導体や取り囲まれない装置に適用しても
よい。取り囲まれない装置では、バックグラウンド電界の変化について測定値を
補正できることが特に有益である。

【００７５】本発明による測定器に含まれるセンサ１１の他の実施例が図７に示されている
。センサ１１は、開口部１６が設けられるとともに第１の内側小電極１２ａおよ
び第２の内側小電極１２ｂを囲む遮蔽電極１４からなり、第１の内側小電極１２
ａおよび第２の内側小電極１２ｂは、互いに絶縁されるともに、遮蔽電極に調節
可能に固定されている。図示した場合では、開口部１６は、コロナ放電を防止す
るように電界を等化するための遮蔽電極に接続された導電材料のリング３４によ
って制限される。図示した例では、内側小電極は、これらを合わせて円板の形状
になるように、互いに等しい大きさであり、半円板の形状を有するのが好ましい
。各々の内側小電極は、（図示しない）それぞれの信号変換器に接続され、例１
と同じ方法で、各々の測定信号は、それぞれのアナライザまたは共通のマルチチ
ャネルアナライザに送られる。

【００７６】内側電極を小電極に分割することによって、距離依存症に対する上記の感度を
さらに利用してもよい。これらの小電極は、同じキャパシタンスを示すように調
節されるのが好ましく、それによって、一方では測定対象物がセンサの前にある
か否か、他方では測定対象物が測定中に動くか否かについて、各々の小電極から
の変換された信号の比較をブリッジ回路によって決定してもよい。他の不必要な
対象物から発生する電界は、アナライザにおける測定の比較によって内側電極を
分割することによって検出され、したがって、測定結果から除去してもよい。本
発明によれば、内側電極は、任意の数の小電極に分割される。例えば、上述した
細長いセンサの場合には、並列に配置された複数のプレートとして小電極を形成
することが有利である。

【００７７】本発明で主に意図する磁気回路を製造できるための重要な条件は、固体の絶縁
とその内側に配置された一以上の導体との間の内側半導電層と、その外側に配置
された外側半導電層とを備えた固体の絶縁を有する導体ケーブルを巻線用に使用
することである。このようなケーブルは、他の電力工学分野の用途、すなわち送
電用の標準ケーブルとして利用することができる。実施例を説明できるようにす
るために、最初に標準ケーブルについて簡単に説明する。内側の電流搬送導体は
、多数の非絶縁素線からなる。素線のまわりには、半導体の内側層またはケーシ
ングがある。この半導体の内側層のまわりには、固体絶縁の絶縁層がある。固体
絶縁が、低い電気損および高い漏出強度の高分子材料によって形成される。具体
例として、ポリエチレン（ＰＥ）、およびそれから特に架橋したポリエチレン（
ＸＬＰＥ）、およびエチレン−プロピレン（ＥＰ）について言及してもよい。外
側の半導電層のまわりに、金属シールドおよび外側の絶縁ケーシングを設けても
よい。これらの半導電層は、導電成分、例えば導電性の煤またはカーボンブラッ
クを有する高分子材料、例えばエチレン共重合体からなる。以下、このようなケ
ーブルを電源ケーブルという。

【００７８】回転電気機械の巻線を目的としたケーブルの実施例が図８に示される。この図
では、ケーブル４１が、転位した非絶縁素線と絶縁素線の両方からなる電流伝搬
用導電体４２からなるように示されている。電気機械的に転位した固体絶縁され
た素線も可能である。これらの素線は、複数の層に撚ったり転位してもよい。導
体のまわりには、固体の絶縁材の均質な層によって囲まれた内側の半導電層４３
がある。絶縁層４４には、液体またはガスのタイプの絶縁材が全くない。この層
４４は、外側の半導電層４５によって囲まれている。この実施例で巻線として使
用されるケーブルは、金属シールドおよび外部シースを設けてもよいが、そのよ
うにしなくてもよい。

【００７９】外側の半導電層４５において誘導電流およびこれと関連する伝送損失を避ける
ために、コイル端部、すなわち薄板スタックから端部巻線までの中間において、
これを切断するのが好ましい。外側の半導電層４５がケーブルに沿って分配され
たいくつかの部分に分割され、電気的に完全または部分的に互いに分離するよう
に、切断が行われる。各々の切断部分は接地され、それによって、外側の半導電
層４５は、ケーブル全長で大地電位またはその付近に維持される。これは、コイ
ル端部の固体絶縁巻線のまわりで、接触可能な面およびしばらく使用した後に汚
れる面だけが接地に対して無視できる電位を有し、これらも無視できる電界を生
じることを意味する。

【００８０】回転電気機械を最適化するために、ぞれぞれ溝穴および歯についての磁気回路
の設計が重要である。上述したように、コイル辺のケーシングにできるだけ近づ
けて溝穴を接続しなければならない。また、各々の半径方向のレベルの歯ができ
るだけ広いことが望ましい。これは、その機械の伝送損失や磁化の必要条件など
を最小にするために重要である。

【００８１】例えば、上述したケーブルのような巻線用の導体への接近により、いくつかの
観点から磁心を最適化できる可能性が大きい。以下では、回転電気機械の固定子
の磁気回路について言及する。図９は、本発明による機械のセクタ／磁極ピッチ
４６の軸方向の端面図の実施例を示している。回転子極をもつ回転子は４７で示
されている。従来の方法では、固定子は、連続的に扇形の薄板からなる電気薄板
の成層鉄心からなる。半径方向の最も外側の端部に配置した磁心の後部４８から
、回転子の方に半径方向に内側に歯数４９が延びている。歯の間には、対応する
数の溝穴５０がある。とりわけ上記に従うケーブル５１の用途により、高電圧機
械用の溝穴の深さを、従来の技術により可能な深さより深くすることができる。
各々の巻線層のためのケーブルの絶縁の必要性が回転子の方向で低くなるので、
溝穴は回転子の方向に先細になっている断面を有する。この図から明らかなよう
に、溝穴は、層間により狭い腰部５３を有する巻線の各々の層のまわりの略円形
の断面５２からなる。このような溝穴の断面は、「サイクルチェーン溝穴」とい
ってもよい。このような高電圧機械では、比較的多数の層と、絶縁および外側の
半導体に関連するケーブルの寸法への接近とを限定する必要があるので、実際に
は、ケーブルの絶縁および固定子の溝の所望の連続的な低減を達成するのが困難
な場合がある。図９に示した実施例では、３つの異なる寸法のケーブル絶縁を備
えたケーブルを使用して、３つの対応して寸法を決められた区間５４、５５およ
び５６に配置し、すなわち、実際には、修正されたサイクルチェーン溝穴が得ら
れる。この図は、固定子の歯４９が溝穴全体の深さに沿って実際に一定の半径方
向の幅で形成することができることも示している。

【００８２】他の実施例では、巻線として使用するケーブルが上述したものとしての従来の
電源ケーブルであってもよい。金属シールドおよびケーブルのシースを適当な位
置で剥すことによって、外側の半導電層４５が接地される。

【００８３】本発明の範囲は、絶縁や外側の半導電層などに関する限り、利用可能なケーブ
ルの寸法に従って多数の他の実施例に適応される。また、いわゆるサイクルチェ
ーン溝穴を有する実施例は、ここで説明した内容以上に変更することができる。
上述したように、磁気回路は、回転電気機械の固定子や回転子の中に配置しても
よい。しかし、磁気回路の設計は、磁気回路が固定子や回転子の中に配置される
か否かに関係なく、主に上記の説明に対応する。

【００８４】巻線として、多層の同軸ケーブルの巻線として説明できる巻線を使用するのが
好ましい。このような巻線は、互いに半径方向外側で同じ群の範囲内の全てのコ
イルを配置することによって、コイル端部の交差の数が最小になったことを意味
する。また、これにより、異なる溝穴に固定子巻線を製造およびねじ切りするた
めのより簡単な方法が可能になる。本発明に従って使用されるケーブルは比較的
容易に曲げることができるので、巻線は、撓みケーブルを溝穴５０の開口部５２
にねじ切る比較的に簡単なねじ切り操作によって得ることができる。

【００８５】図１０は、従来の電力変圧器／リアクトルの巻線のまわりの電界分布の簡略基
本図を示す。この図において、５７は巻線、５８は磁心であり、５９は等電位線
、すなわち電界が同じ大きさを有する線を示している。巻線の下側の部分は大地
電位にあるものと仮定する。

【００８６】巻線の隣接する折り返しの間および各々の折り返しと接地の間の両方で十分な
絶縁を有する必要があるので、電位分布が絶縁システムの組成を決定する。した
がって、この図は、巻線の上部が高い絶縁荷重にさらされることを示している。
このように、磁心と関連する巻線の設計および位置は、実質的に磁心窓内の電界
分布によって決定される。

【００８７】図８を参照して、本発明による電力変圧器／リアクトルに含まれる巻線に使用
できるケーブルについて説明した。上述したようなケーブルには、例えば変圧器
／リアクトルの他の領域で過度の電気歪を防止する特別な目的のために、他の追
加の外側層を設けてもよい。幾何学的な寸法の観点から、問題のケーブルは、２
ないし３０００のmm^２の導体領域および２０ないし２５０ mmのケーブル外径を有する。

【００８８】本発明の概要において説明したケーブルから製造した乾式の電力変圧器／リア
クトルの巻線は、磁心をどのように形成するかにかかわらず、単相、三相および
多相の変圧器／リアクトルのいずれにも使用することができる。三相の成層鉄心
変圧器を示す図１１には、１つの実施例が示されている。従来の方法では、磁心
は、３つの磁心アーム６０、６１および６２と、保持ヨーク６３および６４から
なる。図示した実施例では、磁心アームおよびヨークは、先細の断面を有する。

【００８９】磁心アームのまわりには、ケーブルとともに形成された巻線が同軸に配置され
る。明らかなように、図１１に示す実施例は、３つの同芯巻線の折り返し６５、
６６および６７を有する。最も内側の巻線の折り返し６５は一次巻線を表し、他
の２つの巻線の折り返し６６および６７は二次巻線を表すことができる。詳細過
ぎる図に負担をかけ過ぎないようにするために、巻線の接続は示していない。一
方、この図は、図示した実施例では、いくつかの異なる機能を有する間隔保持バ
ー６８および６９が巻線のまわりのある点に配置されることを示している。間隔
保持バーは、冷却や筋かい（bracing）などのために同芯巻線の折り返しの間にあるスペースを提供する絶縁材により形成してもよい。また、それらは、巻線の
接地システムの部分を形成するために、導電性材料から形成してもよい。

【００９０】他のケーブルの設計図１２に示すケーブルの変形では、この実施例の特徴を示す文字ａを追加する
だけで以前と同じ参照符号を使用する。この実施例では、ケーブルは、絶縁４４
ａによって相互に分離されたいくつかの導体４２ａからなる。言い換えれば、絶
縁４４ａは、個々の隣接する導体４２ａの間およびそれらと周囲との間の両方を
絶縁する役割を果たす。異なる導体４２ａは、ケーブル全体の断面形状を変える
ことができる異なる方法で配置してもよい。図１３による実施例では、導体４２
ａが、ケーブルの比較的平らな断面形状を含む直線上に配置されることが示され
ている。これから、ケーブルの断面l形状が広い範囲内で変化し得ると結論づけることができる。

【００９１】図１２では、隣接する導体間に相電圧より小さな電圧が存在するようになって
いる。特に、図１２の導体４２ａは、巻線中の異なる回転によって形成されると
仮定し、これは、これらの隣接する導体間の電圧が比較的低いことを意味する。

【００９２】上述したように、固体絶縁材によって得られる絶縁層４４ａの外側に半導電性
の外側層４５ａがある。半導電性材料の内側層４３ａは、前記導体４２ａの各々
のまわりに配置される。すなわち、これらの導体の各々が、それ自体を囲む内側
の半導電層４３ａを有する。したがって、この層４３ａは、個々の導体に関する
限り、電位を等化する役割を果たす。

【００９３】図１３の変形では、この実施例のために特別な文字ｂを追加するだけで以前と
同じ参照符号を使用する。この場合も、いくつかの、特に３つの導体４２ｂがあ
る。相電圧は、これらの導体間に存在し、すなわち、図１２の実施例では、導体
４２ａの間に生じる電圧より実質的に高い電圧になっている。図１３では、導体
４２ｂの内側に内側の半導電層４３ｂが配置されている。しかし、導体４２ｂの
各々が、内側層４３ｂに関して上述した特性と対応する特性を有する、それ自体
の更なる層７０によって取り囲まれる。各々の更なる層７０とそのまわりに配置
された層４３ｂとの間には、絶縁材がある。したがって、層４３ｂは、導体に属
する半導電性材料の更なる層７０の外側に等電位化層として生じ、この更なる層
７０は、それぞれの導体４２ｂに接続されて導体と同じ電位に配置される。

【００９４】図１４は、発電機７１を配電網または送電網７７に接続する方法を概略的に示
している。本発明によれば、発電機７１は、撓みケーブルとして形成された巻線
からなる。このケーブルは、発電機から、ケーブルの導体が「送電線」と呼ばれ
るものに移るケーブル終端７３まで延びる。本発明による測定器７４は、可撓性
の導体またはレールの性質を有し得るこの電線７８の電圧を感知するようになっ
ている。測定器７４の測定領域では、電線７８が、電線のまわりの電界を実質的
に完全に遮るこのような絶縁システムを有しないようにしなければならない。電
線７８も、絶縁システムから解放されるとともに発電機７１の巻線を形成するケ
ーブルに含まれるこのような可撓性の導体の部分によって形成できる。過電圧を
そらす避雷器７５が、発電機７１と配電網または送電網７７の間の接続に導入さ
れている。また、前記接続には、断路器機能を有するかまたはその機能で補われ
たブレーカ７６が設けられている。

【００９５】また、図１４に示すように、測定器７４は、制御装置７９に接続されている。
したがって、測定器７４は、調波および可能な過渡状態を含む実電圧についての
情報を制御装置７９に供給する。電流検知構成要素、例えば変流器が、発電機と
配電網または送電網７７の間の接続に結合されるとともに、制御装置７９に接続
されて実電流の大きさについての情報を制御装置７９に供給する。制御装置７９
は、過渡状態および調波のような生じる電圧に関する欠陥を除去または少なくと
も低減するプラントに含まれる一以上の構成要素８０に接続される。前記構成要
素８０は、調波および他の過渡状態を濾波して取り除く能力を有する一以上の濾
波器によって適当に形成される。制御装置７９は実電流についての情報も得るの
で、制御装置は、電流に関する欠陥を除去または少なくとも減少するようにして
もよい。

【００９６】図１５に示す変形では、主な相違は、変圧器８１を配電網または送電網７７に
接続することだけである。以前のように、変圧器８１の二次巻線を形成する高電
圧ケーブルが、ケーブル終端７３で、電界に関する限りいずれの場合も完全に遮
られない電線７８に移る。電線７８は、完全または実質的に完全に絶縁を有しな
いのが好ましい。変圧器中で生じる調波は、測定器７４によって検出される。調
波の発生は、例えば、変圧器の磁心中の磁束が、磁心が飽和するかその危険があ
るように大きいことを示している。したがって、制御装置７９は、測定器７４の
測定の信号に基づいて、必要な場合に、調波のような、生じる電圧に関する欠陥
を除去または少なくとも低減するプラントに含まれる１以上の構成要素を制御す
るのに適している。この制御は、例えば、変圧器８１が減少した磁束を得るよう
に、したがって、発生した調波が除去または少なくとも減少するように、このプ
ラントの制御操作に適する構成要素８２を介して起こり得る。

【００９７】可能な変更本発明が上述した実施例に限られているだけではないことは明白である。した
がって、当業者は、請求項に画定されるようなこの概念から逸脱することなく本
発明の基本概念が提示された場合に、多数の詳細な変更が可能であることを認識
するであろう。例えば、本発明は上で例示した具体的な材料選択だけに制限され
ない。したがって、機能的に等しい材料を使用してもよい。本発明による絶縁シ
ステムの製造に関する限り、種々の層の間の親密性が達成される限り押出成形や
噴霧以外の技術も可能である。さらに、追加の等電位の層は、「内側」および「
外側」として示されたこれらの層の間の絶縁中で配置することができた。上述し
たように、本発明による測定器は、その測定器がそれに課された基本的な必要条
件を満たすことができる限り、請求項の範囲内で種々の変更を行ってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電圧測定用の容量性センサおよび信号変換器を含む測定器の部分
断面図。

【図２】その測定器の他の実施例の部分断面図。

【図３】遮蔽電極の開口部を介して侵入する電界の計算した分布を示す図。

【図４】それに適用される本発明による測定器を備えた絶縁体の部分断面図。

【図５】各々の電線と協働する本発明による測定器を備えた母線として形成された３つ
の電線を備えた電気装置の概略説明図。

【図６】本発明による４つの測定器を備えた位相用の電気装置の概略説明図。

【図７】互いに絶縁された小電極に分割された内側電極を備えた測定器の実施例の部分
断面図。

【図８】電流修正標準ケーブルに含まれる部分を示す部分的に切断された図。

【図９】本発明による磁気回路のセクタ／磁極ピッチの軸方向端面図。

【図１０】従来の電力変圧器／リアクトルの巻線のまわりの電界の分配を示す図。

【図１１】本発明による電力変圧器の実施例を示す斜視図。

【図１２】図１と関連して修正され、いくつかの導体を有するケーブル構造を示す断面図
。

【図１３】いくつかの導体からなり、図５と異なる配置の他のケーブル構造を示す断面図
。

【図１４】発電機のために使用される測定器からなる電気プラントを示す概略図。

【図１５】変圧器における測定器を示す概略図。

【符号の説明】

１０測定器１１容量性センサ１２内側電極１４遮蔽電極１６開口部７１電気装置７７送電網７８送電線８１電気装置

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１月１７日（２０００．１．１７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配電網または送電網（７７）に接続されるとともに磁気回路および少なくとも
１つの巻線を有する電気装置（７１、８１）と、この電気装置を管理するのに適
する測定器（１０）とからなる電気プラントにおいて、前記測定器（１０）が、
内側電極（１２）と、接地または測定対象物の電位と異なる電位に接続されて前
記内側電極（１２）を妨害する電界から遮る遮蔽電極（１４）とを含む少なくと
も１つの容量性センサ（１１）からなり、このセンサ（１１）が、前記内側電極
（１２）によって、前記内側電極に侵入する電界のこのような部分を感知するこ
とによって、電圧測定を行うのに適しており、前記センサが、前記測定対象物を
形成するとともに前記電気装置（７１、８１）を前記配電網または送電網（７７
）に接続する送電線（７８）の方に向けられ、前記送電線（７８）を囲む電界を
介して前記送電線（７８）の過渡状態および調波を含む電圧を絶縁距離で感知す
ることを特徴とする電気プラント。
【請求項２】前記遮蔽電極（１４）の電位が可変であることを特徴とする請求項１に記載の
プラント。
【請求項３】前記遮蔽電極（１４）および前記内側電極（１２）がガス誘電体によって互い
に絶縁されることを特徴とする請求項１または２に記載のプラント。
【請求項４】前記遮蔽電極（１４）が前記内側電極（１２）を囲むとともに、前記遮蔽電極
に開口部（１６）が設けられ、この開口部を介して前記内側電極が測定すべき電
界に晒されることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のプラント。
【請求項５】前記内側電極（１２）が前記遮蔽電極（１４）内に調節可能に固定されること
を特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のプラント。
【請求項６】前記内側電極（１２）が実質的に平らな範囲を有し、その平らな範囲の面が、
前記遮蔽電極（１４）内の前記開口部（１６）に対する法線に対して実質的に垂
線であることを特徴とする請求項４に記載のプラント。
【請求項７】前記内側電極（１２）がコップ状であることを特徴とする請求項１ないし６の
何れかに記載のプラント。
【請求項８】前記内側電極（１２）が互いに電気的に絶縁された複数の小電極（１２ａ、１
２ｂ）からなることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のプラント。
【請求項９】前記測定器が、信号変換器（１３）からなり、この信号変換器が、前記センサ
（１１）の近くに配置され、測定信号の増幅およびインピーダンス変換のための
構成要素からなることを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載のプラント
。
【請求項１０】前記信号変換器（１３）が、遮蔽電極（１４）および／または前記内側電極（
１２）を位相ロックする構成要素を含むことを特徴とする請求項４に記載のプラ
ント。
【請求項１１】前記測定器（１０）が絶縁体の接地部分に配置されることを特徴とする請求項
１ないし１０の何れかに記載の測定器。
【請求項１２】制御装置（７９）が前記測定器に接続され、この制御装置が、前記測定器の測
定信号に基づいて、必要な場合に、過渡状態や調波のような、生じる電圧に関す
る欠陥を除去または少なくとも低減するプラントに含まれる１またはそれ以上の
構成要素を制御するのに適していることを特徴とする請求項１ないし１１の何れ
かに記載のプラント。
【請求項１３】前記制御装置（７９）によって制御される前記少なくとも１つの構成要素が、
調波および／または過渡状態を濾波して除去する少なくとも１つの濾波器（８０
）からなることを特徴とする請求項１２に記載のプラント。
【請求項１４】前記電気装置（７１、８１）の巻線またはその一部が、ケーシング（４３、４
４、４５）を有する少なくとも１つの可撓性の導電体（４２）からなり、前記ケ
ーシングが、磁気的に透過でき、前記導電体（４２）のまわりに生じる電界を実
質的に取り囲むことができることを特徴とする請求項１ないし１３の何れかに記
載のプラント。
【請求項１５】前記ケーシング（４３、４４、４５）が絶縁システムからなり、この絶縁シス
テムが、固体絶縁材によって形成された絶縁層（４４）と、この絶縁の外側の外
側層（４５）とからなり、この外側層が、前記絶縁の導電率より高い導電率を有
し、接地または比較的低い電位に接続されることによって、電位を等化するとと
もに、前記外側層（４５）の内側に前記導電体（４２）の結果として生じる電界
を実質的に取り囲むように作用することができることを特徴とする請求項１４に
記載のプラント。
【請求項１６】前記ケーシング（４３、４４、４５）が絶縁システムからなり、前記絶縁シス
テムが、固体絶縁材によって形成された絶縁層（４４）からなり、前記絶縁層（
４４）の内側に内側層（４３）が配置され、前記少なくとも１つの導電体（４２
）が前記内側層（４３）の内側に配置され、前記内側層が、前記導電体の導電率
より低い導電率であって、前記内側層が電位を等化し、したがって前記内側層（
４３）の外側の電界について等化するのに十分な導電率を有することを特徴とす
る請求項１４に記載のプラント。
【請求項１７】前記内側層および外側層（４３、４５）および固体絶縁が実質的に同じ熱特性
を呈することを特徴とする請求項１５または１６に記載のプラント。
【請求項１８】前記少なくとも１つの導電体（４２）が少なくとも１つの誘導折り返しを形成
することを特徴とする請求項１４ないし１７の何れかに記載のプラント。
【請求項１９】前記内側層および／または外側層（４３、４５）が半導電性材料からなること
を特徴とする請求項１５ないし１８の何れかに記載のプラント。
【請求項２０】内側層（４３）および／または外側層（４５）が、１０^−６Ωｃｍないし１０
０ｋΩｃｍ、１０^−３ないし１０００Ωｃｍ、さらに好ましくは１ないし５００
Ωｃｍの抵抗率を有することを特徴とする請求項１５ないし１９の何れかに記載
のプラント。
【請求項２１】内側層（４３）および／または外側層（４５）が、前記導体／絶縁システムの
１メートルの長さにつき５０μΩないし５MΩの抵抗を有することを特徴とする請求項１５ないし２０の何れかに記載のプラント。
【請求項２２】前記固体絶縁層（４４）と前記内側層（４３）および／または外側層（４５）
が高分子材料によって形成されることを特徴とする請求項１５ないし２１の何れ
かに記載のプラント。
【請求項２３】前記内側層（４３）および／または外側層（４５）および固体絶縁層（４４）
が、実質的に界面全体にわたって互いに堅く接続されて、温度変化に対するそれ
ぞれの層と前記固体絶縁との間の粘着力と、前記導電体（４２）およびその絶縁
システムの可撓性とを維持することを特徴とする請求項１５ないし２２の何れか
に記載のプラント。
【請求項２４】前記内側層（４３）および／または外側層（４５）および固体絶縁層（４４）
が、実質的に等しい熱膨張係数を呈する材料によって形成されることを特徴とす
る請求項１ないし２３の何れかに記載のプラント。
【請求項２５】前記導電体（４２）およびその絶縁システムが、撓みケーブル（４１）によっ
て形成された巻線を構成することを特徴とする請求項１５ないし２４の何れかに
記載のプラント。
【請求項２６】前記内側層（４３）が前記少なくとも１つの導電体（４２）と電気接触してい
ることを特徴とする請求項１５ないし２５の何れかに記載のプラント。
【請求項２７】前記少なくとも１つの導電体（４２）が多数の素線からなり、前記導電体（４
２）の少なくとも１つの素線が少なくとも部分絶縁され、前記内側層（４３）と
電気接触して配置されることを特徴とする請求項２６に記載のプラント。
【請求項２８】前記導電体（４２）およびその絶縁システムが、１０ｋVを超える高電圧、特に３６ｋVを超える高電圧、さらに好ましくは７２．５ｋV以上の高電圧用に設計
されていることを特徴とする請求項１ないし２７の何れかに記載のプラント。
【請求項２９】回転電気機械から構成されることを特徴とする請求項１ないし２８の何れかに
記載のプラント。
【請求項３０】前記磁気回路が前記機械の固定子および／または回転子の中に配置されること
を特徴とする請求項２９に記載のプラント。
【請求項３１】前記磁気回路が前記巻線（４１）用の溝穴（５０）を有する１またはそれ以上
の磁心（４８）からなることを特徴とする請求項２９および３０の何れかに記載
のプラント。
【請求項３２】発電機、電動機または同期補償器から構成されることを特徴とする請求項２９
ないし３１の何れかに記載のプラント。
【請求項３３】中間の変圧器を用いることなく、３６ｋV以上の高電圧用の電力回路網に直接接続されることを特徴とする請求項２９ないし３２の何れかに記載の機械。
【請求項３４】電力変圧器／リアクトルによって構成されることを特徴とする請求項１ないし
２８の何れかに記載のプラント。
【請求項３５】前記電気装置（７１、８１）の、少なくとも１つの可撓性の導電体（４２）か
らなる前記巻線（４１）のケーシング／絶縁システムが、前記配電網または送電
網の方向において、ケーブル終端（７３）で終了し、前記測定器（１０）が向け
られた電線（７８）が、前記ケーブル終端（７３）と前記配電網または送電網（
７７）との間の電線によって形成されることを特徴とする請求項１および１５な
いし３４の何れかに記載のプラント。
【請求項３６】配電網または送電網（７７）に接続されるとともに磁気回路および少なくとも
１つの巻線を有する電気装置（７１、８１）からなる電気プラントに設けられた
測定器（１０）によって前記電気装置を管理する方法において、前記管理が、内
側電極（１２）と、この内側電極が電界を妨害するのを遮る遮蔽電極（１４）と
を含む少なくとも１つの容量性センサ（１１）からなる前記測定器（１０）によ
って行われ、前記センサの内側電極（１２）による電圧測定が、前記内側電極に
侵入する電界のこのような部分を感知することによって行われ、前記センサが、
前記電気装置（７１、８１）を前記配電網または送電網（７７）に接続する送電
線（７８）の方に向けられ、前記送電線（７８）を囲む電界を介して前記送電線
（７８）の過渡状態および調波を含む電圧を絶縁距離で感知することを特徴とす
る管理方法。
【請求項３７】位相ロックする部材が前記センサ（１１）に接続され、電界を妨害することか
らの影響がやや圧縮されるように、前記遮蔽電極（１４）および／または内側電
極（１２）の電位が、前記部材によって前記電線に対してロックされることを特
徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】前記内側電極（１２）が複数の小電極（１２ａ、１２ｂ）からなり、前記電線
の移動によって生じる入射電界の変化が、前記小電極からの信号を比較すること
によって検出されることを特徴とする請求項３６または３７に記載の方法。