JP2013532281A - 非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム - Google Patents

Abstract

高速な過渡過電圧を測定するための静電容量センサ較正システムが提供される。システムは、高圧急峻パルス発生器（２０１）、円錐状の伝送管（２０２）、静電容量センサ（２０３）、抵抗分圧器（２０４）、同軸ケーブル（２０５−１、２０５−２）、第１のオシロスコープ（２０６）、および第２のオシロスコープ（２０７）を含む。高圧急峻パルス発生器（２０１）は、高圧急峻パルスを発生するように構成される。高圧急峻パルスは、円錐状の伝送管（２０２）を介して、ガス絶縁金属閉鎖形開閉装置（Ｇａｓ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ ｃｌｏｓｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ、ＧＩＳ）上に設置された静電容量センサ（２０３）および抵抗分圧器（２０４）に送信される。円錐状の伝送管（２０２）はＧＩＳと同軸上に接続される。抵抗分圧器（２０４）は、同軸ケーブル（２０５−１）を介して抵抗電圧分割信号を第１のオシロスコープ（２０６）に送信する。静電容量センサ（２０３）は、同軸ケーブル（２０５−２）を介して静電容量電圧分割信号を第２のオシロスコープ（２０７）に送信する。較正システムは、非常に高速な過渡過電圧（Ｖｅｒｙ Ｆａｓｔ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｏｖｅｒ−ｖｏｌｔａｇｅ、ＶＦＴＯ）の実際の波形と一致するように、高圧急峻パルス発生器（２０１）を信号源として利用する。ほぼ実際の設置条件の状態で静電容量センサ（２０３）を較正するために、静電容量センサ（２０３）および抵抗分圧器（２０４）はＧＩＳ上に設置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電容量センサの分野に関し、より詳細には非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステムに関する。

非常に高速な過渡過電圧（ＶＦＴＯ、Ｖｅｒｙ Ｆａｓｔ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｏｖｅｒ−ｖｏｌｔａｇｅ）測定で使用される静電容量センサを較正するシステムが、静電容量センサの性能が要件を満たすことができるかどうかを検出するため、および分圧比を決定するために使用される。

ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正する一般的なシステムが図１に示され、急峻パルス発生器１０１と、同軸ケーブル１０２と、減衰器１０３と、静電容量センサ１０４と、第１のオシロスコープ１０５と、第２のオシロスコープ１０６とを備える。このシステムの動作原理は、以下の通りである。急峻パルス発生器１０１は、電圧パルスを発生する信号源として使用され、次いで、電圧パルスは、同軸ケーブル１０２を介して減衰器１０３および静電容量センサ１０４に送信される；電圧パルスは、減衰器１０３および静電容量センサ１０４上に電圧を発生させ、減衰器１０３は比較基準のために提供される；減衰器１０３上の電圧は、減衰器１０３に接続された第１のオシロスコープ１０５上で観察することができる；静電容量センサ１０４上の電圧は、静電容量センサ１０４に接続された第２のオシロスコープ１０６上で観察することができる；第１のオシロスコープ１０５および第２のオシロスコープ１０６上の電圧波形および電圧振幅を比較することにより、静電容量センサ１０４の性能および分圧比を検証することができる。

しかしながら、ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するこのようなシステムの急峻パルス発生器は、十分高く急峻な電圧を発生させることができず、したがって、ＶＦＴＯ発生環境をシミュレートすることができない。また、既存の較正システムは、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ、Ｇａｓ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）を使用しないが、ＧＩＳ切換動作は実際のシステムで必要である。従来技術では、１台の急峻パルス発生器だけが、ＧＩＳ切換動作により発生するパルス波をシミュレートするために使用され、振幅および峻度は実際のシステムのものとかけ離れている。したがって、従来技術において低圧環境下で較正された静電容量センサは、実際の高圧環境で使用することができず、ＶＦＴＯ応答時間の要件を満たすことができない。

本発明で対処すべき技術的問題は、非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステムを提供することであり、このシステムはＶＦＴＯ測定用の静電容量センサを較正することができる。

高圧急峻パルス発生器と、円錐状の伝送管と、静電容量センサと、抵抗分圧器と、同軸ケーブルと、第１のオシロスコープと、第２のオシロスコープとを備える、非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステムが、本発明の一実施形態で提供される。

高圧急峻パルス発生器は、高圧急峻パルスを発生させるために使用され、高圧急峻パルスは、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）に同軸上に接続された円錐状の伝送管を介して、ＧＩＳ上に配置された静電容量センサおよび抵抗分圧器に送信される。

抵抗分圧器は、同軸ケーブルを介して抵抗電圧分割信号を第１のオシロスコープに送信する。

静電容量センサは、同軸ケーブルを介して静電容量電圧分割信号を第２のオシロスコープに送信する。

好ましくは、円錐状の伝送管は、円錐状の伝送内管と、円錐状の伝送外管とを備える。

円錐状の伝送内管、およびＧＩＳの内部導体が同軸上に配置され、円錐状の伝送内管の下半径が、内部導体の半径と同じである。

円錐状の伝送外管、およびＧＩＳのハウジングが同軸上に配置され、円錐状の伝送外管の下半径が、ハウジングの半径と同じである。

好ましくは、静電容量センサはＧＩＳハウジングのフランジ上に提供される。

好ましくは、抵抗分圧器はＧＩＳの内部導体上に提供され、ＧＩＳのハウジングを通過し、抵抗分圧器および静電容量センサは、ＧＩＳの中心軸に沿って対称に配置される。

好ましくは、システムは、ＧＩＳの一方の端部上に提供される整合抵抗器をさらに備える。

好ましくは、システムは、内部導体とハウジングの間のＧＩＳの上面上に提供される支持碍子をさらに備える。

好ましくは、第１の整合抵抗器および第２の整合抵抗器は、放射状の水抵抗器である。

好ましくは、高圧急峻パルス発生器は、調節可能な直流電源と、第１の抵抗器と、第２の抵抗器と、第１のコンデンサと、第１のスイッチとを備える。

第１の抵抗器、第１のコンデンサ、および第２の抵抗器は、調節可能な直流電源の負極と正極の間に直列に接続される。

調節可能な直流電源は、この正極が接地される。

第１のスイッチは、第１の抵抗器および第１のコンデンサの共通端子と接地との間に並列に接続される。

第１のコンデンサおよび第２の抵抗器の共通端子は、高圧急峻パルス発生器の高圧急峻パルス出力端子である。

好ましくは、高圧急峻パルス発生器から発生する高圧急峻パルスの電圧は、５ｋＶ〜１００ｋＶの間で調節可能な振幅を有し、高圧パルスの立ち上がり時間は３ｎｓ以下である。

好ましくは、高圧急峻パルス発生器から発生する高圧急峻パルスの幅は１００ｎｓである。

従来技術と比較したとき、本発明には、以下の有利な点がある。

非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステムは、急峻パルス発生器により発生する高圧パルスを、円錐状の伝送管を介して、ＧＩＳ管上に提供された静電容量センサおよび抵抗分圧器に送信する。円錐状の伝送管は、高圧急峻パルスの波の歪みをより小さくすることができるので、伝送中に高圧急峻パルスに与える影響を軽減することができる。また、円錐状の伝送管は、試験の反復性については良好な性能を有する。較正システムは、実際のＶＦＴＯにさらに適合する信号源として高圧急峻パルス発生器を使用する。さらに、静電容量センサおよび抵抗分圧器はＧＩＳ管上に提供され、その結果、静電容量センサは、ほぼ実際の設置条件の状態で較正することができる。

図１は、従来技術においてＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムの構造図である。 図２は、本発明で提供される、ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムの構造図である。 図３は、本発明の別の実施形態で提供される、ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムの構造図である。 図４は、本発明の一実施形態で提供される急峻パルス発生器の構造図である。

当業者が本発明をより良く理解し実装するために、以下にいくつかの専門用語が導入される。

高圧急峻パルス発生器：パルス電圧源であり、小さな立ち上がり時間（好ましくは、本実施形態では３ｎｓ）および一定の要件を満たす半値幅（本実施形態では約１００ｎｓ）を有する。

円錐状の伝送管：徐々に変化する波動インピーダンス（可変インピーダンス線路）または定インピーダンス（本実施形態では、等価インピーダンス線路、すなわち定インピーダンス）を有する、半径が変化する伝送線路。

本発明の上記の目的、特徴、および有利な点をより明らかにするために、添付図面を参照して、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。

図２を参照すると、図２は、本発明で提供される、ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムの構造図である。

本実施形態で提供される、ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムは、高圧急峻パルス発生器２０１と、円錐状の伝送管２０２と、静電容量センサ２０３と、抵抗分圧器２０４と、同軸ケーブル２０５と、第１のオシロスコープ２０６と、第２のオシロスコープ２０７とを備える。

高圧急峻パルス発生器２０１は、高圧急峻パルスを発生するように構成され、高圧急峻パルスは、円錐状の伝送管２０２を介してガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）上に提供される静電容量センサ２０３および抵抗分圧器２０４に送信され、円錐状の伝送管２０２はＧＩＳに同軸上に接続される。

本実施形態の高圧急峻パルス発生器２０１は、５ｋＶ〜１００ｋＶまで調節可能な電圧振幅を有し、立ち上がり時間は３ｎｓ以下である。高圧急峻パルス発生器２０１は、較正のために１００ｋＶまでの高圧を使用し、その結果、超高圧較正の要件を満たすことができる。

円錐状の伝送管２０２は、波に小さな歪みを発生させることがあり、試験の反復性については良好な性能を有する。

抵抗分圧器２０４は、同軸ケーブル２０５を介して抵抗電圧分割信号を第１のオシロスコープ２０６に送信する。

静電容量センサ２０３は、同軸ケーブル２０５を介して静電容量電圧分割信号を第２のオシロスコープ２０７に送信する。

本実施形態で提供される、ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムは、広範囲に正確に調節することができる高圧急峻パルス発生器２０１を信号源として使用する。発生するパルス電圧は、ＧＩＳ上に提供された静電容量センサ２０３および抵抗分圧器２０４に同時に送信され、分圧器２０４上の電圧が基準電圧となり、静電容量センサの性能を判定するために、静電容量センサ２０３上の電圧が抵抗分圧器２０４上の電圧と比較される。静電容量センサ２０３上の電圧は第２のオシロスコープ２０７上で観察することができ、抵抗分圧器２０４上の電圧は第１のオシロスコープ２０６上で観察することができる。

ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムは、急峻パルス発生器により発生する高圧パルスを円錐状の伝送管を介してＧＩＳ上の静電容量センサおよび抵抗分圧器に送信する。円錐状の伝送管は、高圧急峻パルスの波の歪みをより小さくすることができるので、伝送中に高圧急峻パルスに与える影響を軽減することができる。また、円錐状の伝送管は、試験の反復性については良好な性能を有する。較正システムは、実際のＶＦＴＯ環境にさらに適合する信号源として高圧急峻パルス発生器を使用する。さらに、静電容量センサおよび抵抗分圧器はＧＩＳ上に提供され、その結果、静電容量センサは、実際のＧＩＳ動作と関連づけて、よりよい方法で較正することができる。

以下、本発明で提供される、ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量を較正するシステムの具体的な構造について、図３を参照して詳細に説明する。

図３を参照すると、図３は、本発明の別の実施形態で提供される、ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムの構造図である。

図３に示すように、円錐状の伝送管は、円錐状の伝送内管２０２ｂと、円錐状の伝送外管２０２ａとを備える。

円錐状の伝送内管２０２ｂおよびＧＩＳの内部導体３０１ａが同軸上に配置され、円錐状の伝送内管２０２ｂの下半径が、内部導体３０１ａの半径と同じである。

円錐状の伝送外管２０２ａおよびＧＩＳのハウジング３０１ｂが同軸上に配置され、円錐状の伝送外管２０２ａの下半径が、ハウジング３１０ｂの半径と同じである。

静電容量センサ２０３は、ＧＩＳハウジング３０１ｂのフランジ上に提供される。

抵抗分圧器２０４はＧＩＳの内部導体３０１ａ上に提供され、ＧＩＳのハウジング３０１ｂを通過し、抵抗分圧器２０４および静電容量センサ２０３は、ＧＩＳの中心軸に沿って対称に配置される。

本実施形態で提供される、ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムは、ＧＩＳの一方の端部に提供された整合抵抗器をさらに備える。本実施形態では、好ましくは、６つの整合抵抗器を搭載するための手穴が、ＧＩＳの一方の端部上に提供され、かつ整合抵抗器の数を必要に応じて決定することができることに留意されたい。最も一般的な試験構成は、その他すべての整合抵抗器間の角度が１２０°である３つの整合抵抗器を同一の環状面上に提供することである。図３は、単に２つの整合抵抗器だけを、すなわちそれぞれ第１の整合抵抗器Ｒ１および第２の整合抵抗器Ｒ２を示す。

これらの整合抵抗器が位置する丸い面は、抵抗分圧器および静電容量センサよりもＧＩＳの底面に近いことに留意されたい。

本実施形態では、第１の整合抵抗器Ｒ１および第２の整合抵抗器Ｒ２は、放射状の水抵抗器であることが好ましいことに留意されたい。放射状の水抵抗器は全反射現象を効果的に排除することができ、したがって、波の改善を達成する。

ＶＦＴＯ測定で使用される静電容量センサを較正するシステムは、内部導体３０１ａとハウジング３０１ｂの間のＧＩＳの上面上に対称に提供される支持碍子をさらに備える。これに加えて、支持碍子の数は制限されないことに留意されたい。支持碍子は、内部導体を支えかつ固定するために使用され、したがって、内部導体の場所を固定するために、内部導体３０１ａおよびハウジング３０１ｂにより形成される円環形状内に提供される。たとえば、内部導体およびハウジングにより形成される円環形状内の同じ環状面上に、その他すべての支持碍子間の角度が１２０°である３つの支持碍子が提供されてもよい。

以下、本発明の一実施形態で提供される高圧急峻パルス発生器の構造について、図４と併せて詳細に説明する。

図４を参照すると、図４は、本発明の一実施形態で提供される高圧急峻パルス発生器の構造図である。

本実施形態で提供される高圧急峻パルス発生器は、調節可能な高圧直流電源４０１と、第１の抵抗器Ｒａと、第２の抵抗器Ｒｂと、第１のコンデンサＣ１と、第１のスイッチＫ１とを備える。

第１の抵抗器Ｒａ、第１のコンデンサＣ１、および第２の抵抗器Ｒｂは順に、調節可能な高圧直流電源４０１の負極および正極の間に直列に接続される。

高圧直流電源４０１の正極は、接地に接続される。

第１のスイッチＫ１は、第１の抵抗器Ｒａおよび第１のコンデンサＣ１の共通端子と接地との間に並列に接続される。

第１のコンデンサＣ１および第２の抵抗器Ｒｂの共通端子が、高圧急峻パルス発生器の高圧急峻パルス出力端子である。

高圧急峻パルス発生器の電圧振幅は、５ｋＶ〜１００ｋＶの間で調節することができ、立ち上がり時間は３ｎｓ以下であり、パルス幅は１００ｎｓである。

高圧急峻パルス発生器の動作原理は以下の通りである。調節可能な高圧直流電源は、第１の抵抗器および第２の抵抗器を介して一定振幅（５ｋＶ〜１００ｋＶまで調節可能）まで第１のコンデンサを充電する。図４に示すように、第１のスイッチＫ１を使って、第１のコンデンサの一方の端子が接地され、もう一方の端子が高速前縁高圧パルスを出力する。調節可能な高圧直流電源が負の電圧を出力する場合、正のパルス電圧が、端子ｂが位置する出力で得られる。

上記の説明は、単に本発明の好ましい実施形態であり、本発明の形態のいかなる制限でもない。本発明が上記のような好ましい実施形態と共に開示されたが、好ましい実施形態は、本発明を制限するものではない。本発明の技術的解決策の範囲を逸脱することなく、当業者であれば誰でも、上記で開示された方法および技術的内容から、本発明の技術的解決策に対する多くの可能な変形形態および修正形態、または均等物を作成することができる。したがって、本発明の技術的本質に基づき、上記の実施形態に対して作成されたすべての簡単な修正形態、均等物、および修正形態は、本発明の技術的解決策の内容から逸脱しない限り、本発明の技術的解決策の範囲に属する。

Claims (10)

1. 非常に高速な過渡過電圧（ＶＦＴＯ）測定で使用される静電容量センサを較正するシステムであって、
   高圧急峻パルス発生器と、円錐状の伝送管と、静電容量センサと、抵抗分圧器と、同軸ケーブルと、第１のオシロスコープと、第２のオシロスコープとを備え、
   前記高圧急峻パルス発生器は高圧急峻パルスを発生するように構成され、前記高圧急峻パルスは、前記円錐状の伝送管を介してガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）上に配置された前記静電容量センサおよび前記抵抗分圧器に送信され、前記円錐状の伝送管は前記ＧＩＳに同軸上に接続され、
   前記抵抗分圧器は、同軸ケーブルを介して抵抗電圧分割信号を前記第１のオシロスコープに送信し、
   前記静電容量センサは、同軸ケーブルを介して静電容量電圧分割信号を前記第２のオシロスコープに送信することを特徴とする非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。
2. 前記円錐状の伝送管は、円錐状の伝送内管と、円錐状の伝送外管とを備え、
   前記円錐状の伝送内管、および前記ＧＩＳの内部導体が同軸上に配置され、前記円錐状の伝送内管の下半径が、前記内部導体の半径と同じであり、
   前記円錐状の伝送外管、および前記ＧＩＳのハウジングが同軸上に配置され、前記円錐状の伝送外管の下半径が、前記ＧＩＳの前記ハウジングの半径と同じである
   ことを特徴とする、請求項１に記載の非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。
3. 前記静電容量センサは、前記ＧＩＳハウジングのフランジ上に提供されることを特徴とする、請求項２に記載の非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。
4. 前記抵抗分圧器は、前記ＧＩＳの前記内部導体上に提供され、前記ＧＩＳの前記ハウジングを通過し、前記抵抗分圧器および前記静電容量センサは、前記ＧＩＳの中心軸に沿って対称に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。
5. 前記ＧＩＳの一方の端部上に提供される整合抵抗器をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。
6. 前記内部導体と前記ハウジングの間の前記ＧＩＳの上面上に提供される支持碍子をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。
7. 前記整合抵抗器は放射状の水抵抗器であることを特徴とする、請求項５に記載の非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。
8. 前記高圧急峻パルス発生器は、調節可能な直流電源と、第１の抵抗器と、第２の抵抗器と、第１のコンデンサと、第１のスイッチとを備え、
   前記第１の抵抗器、前記第１のコンデンサ、および前記第２の抵抗器は、前記調節可能な直流電源の負極と正極の間に直列に接続され、
   前記調節可能な直流電源は、自身の正極を接地され、
   前記第１のスイッチは、前記第１の抵抗器および前記第１のコンデンサの共通端子と接地との間に並列に接続され、
   前記第１のコンデンサおよび前記第２の抵抗器の共通端子が、前記高圧急峻パルス発生器の高圧急峻パルス出力端子である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。
9. 前記高圧急峻パルス発生器から発生する前記高圧急峻パルスの電圧が、５ｋＶ〜１００ｋＶの間で調節可能な振幅を有し、前記高圧パルスの立ち上がり時間が３ｎｓ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。
10. 前記高圧急峻パルス発生器から発生する前記高圧急峻パルスの幅が１００ｎｓであることを特徴とする、請求項８に記載の非常に高速な過渡過電圧測定で使用される静電容量センサを較正するシステム。

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