コンデンサ形計器用変圧器
【課題】コンデンサ形計器用変圧器の電圧検出精度を向上する。
【解決手段】主コンデンサ２回路と分圧コンデンサ３回路とを直列に接続し、この直列回路１の両端が入力端に導かれ、直列回路内の接続点４が出力端に導かれたコンデンサ形計器用変圧器において、高圧側のコンデンサ（主コンデンサ２）として真空コンデンサを用い、低圧側のコンデンサ（分圧コンデンサ３）として、温度に対する静電容量変化率が正特性（温度が高くなるにつれ静電容量が増加する特性）のフィルムコンデンサと温度に対する静電容量変化率が負特性（温度が高くなるにつれ静電容量が減少する特性）のフィルムコンデンサと、を組み合わせて用いる。
【解決手段】主コンデンサ２回路と分圧コンデンサ３回路とを直列に接続し、この直列回路１の両端が入力端に導かれ、直列回路内の接続点４が出力端に導かれたコンデンサ形計器用変圧器において、高圧側のコンデンサ（主コンデンサ２）として真空コンデンサを用い、低圧側のコンデンサ（分圧コンデンサ３）として、温度に対する静電容量変化率が正特性（温度が高くなるにつれ静電容量が増加する特性）のフィルムコンデンサと温度に対する静電容量変化率が負特性（温度が高くなるにつれ静電容量が減少する特性）のフィルムコンデンサと、を組み合わせて用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検出用コンデンサ形計器用変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
計器用変圧器として、電磁形計器用変圧器とコンデンサ形計器用変圧器（ＣＶＴ：Capacitor Voltage Transformer）が知られている。
【０００３】
電磁形計器用変圧器は、主として一次巻き線、二次巻き線及び鉄心で構成され、高圧線路の一次電圧を巻き線比に比例した二次電圧に変成するように構成されている。また、巻き戻しという工程を入れることにより正確な変圧比（比誤差精度）を実現している。電磁形計器用変圧器は、比誤差が１％以内（確度階級１級）の正確な変圧比を実現していることから、回路電圧としては全電圧範囲で使用されている。
【０００４】
一方、コンデンサ形計器用変圧器は、例えば、一次線路側端子と分圧点との間の主コンデンサと、分圧点と接地側端子との間の分圧コンデンサから構成される。そして、コンデンサ形計器用変圧器には、分圧コンンデンサに直接または共振リアクトルを通して並列に電圧検出回路が接続されて分圧コンデンサの分担電圧を計測し、この分担電圧より、一次線路側端子の電圧が得られるように構成されている。
【０００５】
このコンデンサ形計器用変圧器は、電圧階級としては 高電圧（６６ｋＶ〜５５０ｋＶ）の領域で主に使用され、 例えば、ブッシング用コンデンサ形計器用変圧器が一般的である。ブッシング用のコンデンサ形計器用変圧器は、変圧器の一次線路側端子に使用される樹脂含浸絶縁紙やエポキシ等の固体絶縁体及び絶縁油等により構成されるコンデンサブッシングを主コンデンサとして利用している。
【０００６】
また、ブッシング用以外のコンデンサ形計器用変圧器としては、主コンデンサと分圧コンデンサにフィルムコンデンサを用いた形態や、主コンデンサと分圧コンデンサの両方にセラミックコンデンサを用いた形態（例えば、特許文献１）がある。また、セラミックコンデンサとフィルムコンデンサとを組み合わせたコンデンサ回路を用いたコンデンサ形計器用変圧器（例えば、特許文献２〜５）や、真空コンデンサを用いたコンデンサ形計器用変圧器（例えば、特許文献６）もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−１１５８３３号公報
【特許文献２】特開平０８−１１５８３２号公報
【特許文献３】特開２００７−２０５７８５号公報
【特許文献４】特開２００７−２０５７８６号公報
【特許文献５】特開２００３−２１５１６７号公報
【特許文献６】特開平１０−０３１０３７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「計器用変成器」ＪＥＣ−１２０１−２００７、株式会社 電気書院、２００７年、ｐ．７５−７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電磁形計器用変圧器は、一次線路側の電力系統から雷サージや開閉サージといった立ち上がりが急峻なサージ電圧が一次巻き線側に加わった場合、一次巻き線の絶縁層に過大な電圧が分担され、絶縁破壊・焼損に至るおそれがある。
【００１０】
また、コンデンサ形計器用変圧器では、コンデンサ形計器用変圧器を構成する樹脂含浸絶縁紙やエポキシ等固体絶縁及び絶縁油等の誘電体の誘電率が、温度や水分、さらには気圧等の変動に応じて変動する。このように、誘電率が安定しないとコンデンサ形計器用変圧器で検出される電圧も不安定となる。検出電圧が不安定であると、計器用変圧器としての確度階級が低くなり、測定対象となる配電線等の電力機器に適用した場合、正確な保護・計測が困難となってしまうおそれがある。また、一般的にセラミックコンデンサの静電容量は、印加電圧に対して非線形に変化する特性がある。ゆえに、主コンデンサにセラミックコンデンサを用いると、コンデンサ形計器用変圧器の一次線路側端子に印加される電圧変動に対する検出電圧の変動幅が大きい。そのため、コンデンサ形計器用変圧器においては変圧比（比誤差精度）が±１％以内のものは得られていない。
【００１１】
すなわち、主コンデンサとして用いられるコンデンサの静電容量が、温度変化やコンデンサに印加される電圧の変化に対して不安定であると、検出電圧の精度が低下するので、そのようなコンデンサを用いたコンデンサ形計器用変圧器は、センサとしての役目を果たすことができない。なお、コンデンサ形計器用変圧器の主コンデンサにセラミックコンデンサやフィルムコンデンサを用いた場合、雷サージや開閉サージにより短絡した場合に、誘電体が焼損してしまい絶縁性能が大幅に変化してしまうという問題もある。
【００１２】
本発明の目的は、コンデンサ形計器用変圧器において、電磁形計器用変圧器と同様に一次線路側電圧変動に対しても正確な変圧比（比誤差精度１．０級）を実現し、かつ電磁形計器用変圧器の問題点となる絶縁破壊による焼損がない安全性の高い計器用変圧器を提供することに貢献することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、第１のコンデンサ回路（高圧側コンデンサ）と第２のコンデンサ回路（低圧側コンデンサ）を直列に接続して構成されるコンデンサ形計器用変圧器において、高圧側コンデンサに真空コンデンサを用いることを特徴とする。そして、低圧側コンデンサとして、温度変化に対して静電容量が増加するフィルムコンデンサと温度に対して静電容量が減少するフィルムコンデンサとを組み合わせた回路を用いることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、上記のコンデンサ形計器用変圧器において、前記真空コンデンサの電極間距離を５ｍｍ以上とすることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、上記のコンデンサ形計器用変圧器において、前記真空コンデンサの静電容量が３０ｐＦ以上３００ｐＦ以下であることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、上記のコンデンサ形計器用変圧器において、前記低圧側コンデンサの静電容量を、前記高圧側コンデンサの静電容量の５０００倍以上とすることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、第１のコンデンサ回路（高圧側コンデンサ）と第２のコンデンサ回路（低圧側コンデンサ）を直列に接続して構成されるコンデンサ形計器用変圧器において、高圧側コンデンサ、及び低圧側コンデンサに真空コンデンサを用いることを特徴としている。そして、前記高圧側コンデンサとして備えられる真空コンデンサの電極間距離が５ｍｍ以上であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
以上の発明によれば、コンデンサ形計器用変圧器の電圧検出精度の向上、及び絶縁破壊による焼損に対する安全性の向上に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器のコンデンサ回路の説明図である。
【図２】周囲温度の変化に対するフィルムコンデンサの静電容量の変化率を示す図である。
【図３】周囲温度の変化に対するフィルムコンデンサを組み合わせて構成されるコンデンサ回路の静電容量の変化率を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器の周囲温度の変化に対する分圧コンデンサの分担電圧の変化量を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器へ入力される電圧変動に対する分圧コンデンサの分担電圧検出誤差の変化量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器について、図を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器のコンデンサ回路１は、高電圧を分担する主コンデンサ２（高圧側コンデンサ）と低電圧を分担する分圧コンデンサ３（低圧側コンデンサ）が直列に接続されて直列回路１が構成される。この直列回路１の両端は入力端に導かれ、直列回路１内の接続点４（分圧点）が出力端に導かれる。なお、各コンデンサ２、３は、少なくとも１つのコンデンサを含むコンデンサ回路により構成される。
【００２２】
本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器は、この直列回路１において、主コンデンサ２に真空コンデンサを用いることを特徴としている。絶縁媒体を真空としている真空コンデンサは、真空インタラプタと同様に絶緑性能が極めて優れている。そして、主コンデンサ２がインパルス（例えば、雷サージや開閉サージ等）耐電圧を有する真空コンデンサとなるように真空コンデンサの電極間距離を適正な値とする。例えば、真空コンデンサの電極間距離を５ｍｍ以上とすると、１５０ｋＶの雷サージや開閉サージに耐えることができる。
【００２３】
図１に示す直列回路１において、一次線路側端子電圧Ｖａを主コンデンサ２（静電容量をＣ１とする）と分圧コンデンサ３（静電容量をＣ２とする）で分圧した時の、分圧コンデンサ３の両端電圧Ｖは、（１）式で示される。
【００２４】
Ｖ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）Ｖａ …（１）
したがって、検出されるべき一次線路側電圧Ｖａが入力されると、この電圧Ｖａは主コンデンサ２の静電容量と分圧コンデンサ３の静電容量の比に応じて分圧され、分圧コンデンサ３の分担電圧Ｖが出力端に出力される。この分圧コンデンサ３の分担電圧Ｖに基づいて、一次線路側電圧Ｖａの検出を行うことができる。
【００２５】
計器用変圧器は、比誤差及び位相角、周波数特性を満足することは当然ながら、定格の一つである雷インパルス試験電圧も満足しなければならない。例えば、公称電圧２２ｋＶに形計器用変圧器を適用する場合、非接地形及び接地形計器用変圧器は１５０ｋＶのインパルス耐電圧を有さなければならない。避雷器などの保護装置によって過電圧が低いレベルに抑制された場合、あるいは雷過電圧浸入頻度・過電圧レベルが小さい場合は１２５ｋＶ、高性能化を図った避雷器を設置する場合でも１００ｋＶのインパルス耐電圧を有さなければならない（例えば、非特許文献１）。
【００２６】
本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器は、主コンデンサ２に真空コンデンサを用いているので、一次線路側の電力系統からの雷サージや開閉サージといった立ち上がりの急峻なサージ電圧が加わった場合、そのサージ電圧に耐えることができる。また、真空コンデンサは絶緑媒体を真空としていることから、万が一短絡が発生したとしても、焼損に至る問題は生じない。
【００２７】
本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器に備えられる真空コンデンサは、例えば、ステンレスからなる１対の電極を対向させて配置し、この電極間を真空状態にすることにより構成される。電極間を真空状態にすることで、大気中の１０倍以上の絶縁性能を得ることができる。ここでいう真空状態とは、大気中と比べて気体分子密度が極めて小さい状態を意味する。例えば、後述の実施例で用いた真空コンデンサは、気体分子密度が２．７×１０10個／ｃｍ3である（大気圧中での気体分子密度は２．７×１０19個／ｃｍ3である）。
【００２８】
真空コンデンサを構成する電極の材質は特に限定されるものではなく、真空コンデンサは、真空度、電極間距離、電極面積を制御することにより所定の静電容量となるように構成される。また、この真空コンデンサとして静電容量を変更できる可変真空コンデンサを用いて、回路に応じてコンデンサの静電容量を調節できるようにしてもよい。
【００２９】
以下、本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器について、図１〜５を参照して詳細に説明する。
【００３０】
［実施形態１］
本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器は、図１に示す回路において、主コンデンサ２に真空コンデンサを用い、分圧コンデンサ３にフィルムコンデンサを用いて構成される。
【００３１】
真空コンデンサは、温度変動や電圧変動に対して、静電容量の変化が少ない（静電容量安定性が高い）。よって、主コンデンサ２に真空コンデンサを用いることで、温度変動や一次線路側電圧変動に対して主コンデンサ２の静電容量安定性を高くすることができる。そして、この真空コンデンサの静電容量安定性のメリットを最大限に活かすためには、分圧コンデンサ３にも真空コンデンサとほぼ同等の温度変動や電圧変動に対する静電容量安定性が求められる。
【００３２】
そこで、本実施形態では、分圧コンデンサ３に印加電圧の電圧変動に対する変動幅がセラミックコンデンサと比較して小さく、しかも静電容量が1μＦ程度の大容量を有し、雷サージや開閉サージ等のサージ電圧に対して数十Ｖの耐電圧を有するコンデンサであるフィルムコンデンサを用いた。
【００３３】
図２示すように、フィルムコンデンサの周囲温度に対する静電容量安定性は、フィルムコンデンサを構成する誘電体材料に依存する。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、マイカを用いたフィルムコンデンサの温度に対する静電容量変化は、正特性（温度が高くなるにつれ静電容量が増加する特性）である。一方、誘電体材料にポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いたフィルムコンデンサの温度に対する静電容量の変化は、負特性（温度が高くなるにつれ静電容量が減少する特性）である。
【００３４】
フィ ルムコンデンサは、電圧変動に対する静電容量安定性は高い。しかしながら、図２に示すように、汎用のフィルムコンデンサは、−２０℃〜８０℃の温度領域において静電容量が±２％程度変化する。したがって、単に分圧コンデンサに汎用のフィルム コンデンサを用いた場合、主コンデンサに真空コンデンサを用いたとしてとしても分圧コンデンサの検出感度の変動幅を±１％（確度階級１級）以内とすることは難しい。
【００３５】
そこで、本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器では、周囲温度に対する静電容量の変化が正特性のフィルムコンデンサと静電容量が負特性のフィルムコンデンサを直列、または並列、若しくは直列と並列を組み合わせて回路を構成している。このように正特性のコンデンサと負特性のコンデンサとを組み合わせて分圧コンデンサの回路を構成することにより、分圧コンデンサ全体としての静電容量の温度変動を小さくできる。
【００３６】
（１）式で示すように、主コンデンサ２（静電容量Ｃ１）と分圧コンデンサ３（静電容量Ｃ２）で分圧した時の分圧コンデンサ３の両端電圧Ｖは、主コンデンサ２の静電容量Ｃ１に対して分圧コンデンサ３の静電容量Ｃ２を大きくすれば大きくするほど分圧コンデンサ３の分担電圧Ｖを小さくすることができる。例えば、一次側端子電圧Ｖａが２２／√３ｋＶの場合、Ｃ１を１００ｐＦとしてＣ２を１μＦとすれば、分圧コンデンサ３の分担電圧は１．２７Ｖとなる。また、一次側端子に１５０ｋＶの雷インパルスが侵入した場合、１５０ｋＶの雷インパルスに対する分圧コンデンサの電圧分担は１５．０Ｖと極めて低い電圧となり、主コンデンサ２が１５０ｋＶのほとんどの電圧を分担することになる。
【００３７】
すなわち、一次線路側の電力系統からの雷サージや開閉サージといった立ち上がりの急峻なサージ電圧に耐えることができる真空コンデンサを主コンデンサ２に用いることで、分圧コンデンサ３に雷サージや開閉サージに対する耐電圧が小さいコンデンサを使用することができる。そして、静電容量の温 度変動が小さくなるように設計された分圧コンデンサ３と、 静電容量の温度変化が極めて小さい真空コンデンサ を備えた主コンデンサ２とを組み合わせることにより、温度特性に優れたコンデンサ形計器用変圧器を構成することができる。
【００３８】
（実施例１）
図３は、−２０℃〜８０℃の範囲でフィルムコンデンサの周囲温度を変化させた場合における、フィルムコンデンサの静電容量変化率を示したものである。測定対象のフィルムコンデンサ回路として、静電容量が０．２２μＦのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と静電容量が０．２２μＦポリプロピレン（ＰＰ）のフィルムコンデンサを単独で用いた回路、ＰＥＴとＰＰを直列に接続して合成容量を０．１１μＦとしたコンデンサ回路、ＰＥＴとＰＰを並列に接続して合成容量を０．４４μＦとしたコンデンサ回路を用いた。２０℃の時の静電容量を基準値とした場合、ＰＥＴ単体の静電容量変化率は、−２０℃において−２．０％、８０℃において１．３％程度変化した。同様にＰＰ単体の静電容量変化率は、−２０℃において０．８％、８０℃において−１．６％程度変化した。一方、ＰＥＴとＰＰを直列接続した場合、また並列接続した場合のフィルムコンデンサの静電容量変化率は、それぞれ−２０℃において−０．６％、８０℃において−０．１％程度の変化量に留まった。
【００３９】
図３に示すように、フィルムコンデンサを単独で用いた場合には、フィルムコンデンサの周囲温度が変化することによりフィルムコンデンサの静電容量が大きく変動する。一方、正特性のフィルムコンデンサと負特性のフィルムコンデンサを組み合わせた場合には、フィルムコンデンサ回路の合成容量は周囲温度が変化しても大きく変化することがなかった。なお、正特性のフィルムコンデンサと負特性のフィルムコンデンサの組合せは、直列、並列、直列と並列の両方を含むいずれの組合せにおいても温度変化に対する静電容量の変化を抑制することができることを実験で確認した。
【００４０】
（コンデンサ形計器用変圧器の周囲温度に対する検出電圧の安定性）
本発明の実施例１に係るコンデンサ形計器用変圧器の検出電圧の周囲温度依存性について確認した。実施例１では、図１に示す回路において、主コンデンサ２を１５０ｋＶのインパルス耐電圧を有し１００ｐＦの静電容量を持つ真空コンデンサとした。また、０．２２μＦのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と０．２２μＦのポリプロピレン（ＰＰ）のフィルムコンデンサをそれぞれ２個用意し、この４個をすべて並列接続し合成容量を０．８８μＦとしたものを分圧コンデンサ３とした。
【００４１】
分圧コンデンサ３の合成容量を０．８８μＦとしたのは、分圧コンデンサ３の両端電圧Ｖの出力を１〜２Ｖとするためである。一次側線路電圧として２２／√３ｋＶを印加して、周囲温度を−２０〜６０℃の範囲で変化させて分圧コンデンサ３の分担電圧を測定した。
【００４２】
図４に示すように、コンデンサ形計器用変圧器の周囲温度を−２０〜６０℃まで変化させても、２０℃を基準とした分圧コンデンサ３の分担電圧の変化量は、−２０℃において−０．６％、６０℃において−０．２％の変化量に留まった。
【００４３】
（コンデンサ形計器用変圧器の電圧変化に対する検出電圧の安定性）
次に、本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器の一次線路端子に印加される電圧の変動に対する、検出電圧の安定性を確認した。図１に示した直列回路１に、定格一次電圧（Ｖａ＝２２／√３ｋＶ）に対して０．７Ｖａ〜ｌ．１Ｖａの範囲の電圧を印加して、各電圧で分圧コンデンサ３の分担電圧を測定した。
【００４４】
図５に示すように、温度２０℃において、一次線路側電圧を８．９ｋＶ（０．７Ｖａ）〜１５．５ｋＶ （１．１Ｖａ）まで変化させた時の分圧コンデンサ３の検出電圧誤差は、一次線路側電圧が８．９ｋＶの時０．０５％、１５．５ｋＶの時ほぼ０％の変化量に留まった。
【００４５】
以上、本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器は、温度変動に対しても、印加電圧の変動に対しても、分圧コンデンサ３の分担電圧（検出電圧）の変化量は極めて小さいことがわかる。さらに、主コンデンサ２に絶縁性能に極めて優れる真空コンデンサを用いたことから、一次線路側の電力系統からの雷サージや開閉サージといった立ち上がりの急峻なサージ電圧が加わった場合にも、その雷サージや開閉サージに耐えることができる。
【００４６】
また、万が一短絡が発生しても、絶縁媒体が真空である真空コンデンサを主コンデンサ２として用いていることから焼損に至るような問題は生じない。
【００４７】
さらに、コンデンサの周囲温度の変化に対する静電容量変化が正特性のフィルムコンデンサと負特性のフィルムコンデンサとを組み合わせたコンデンサを分圧コンデンサ３に用いることにより、コンデンサ形計器用変圧器の静電容量の温度変動が極めて小さく正確な変圧比(比誤差精度)を得ることができた。
【００４８】
なお、上記の実施例１は本発明のコンデンサ形計器用変圧器の単なる例示にすぎず、本発明の効果を損なわない範囲で構成を変更することが可能であり、変更された実施形態についても本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器である（後述の実施例２についても同様である）。
【００４９】
例えば、主コンデンサ２を構成する真空コンデンサ及び分圧コンデンサ３を構成する各フィルムコンデンサの静電容量は適宜コンデンサ形計器用変圧器が備えられる計器に応じて設定すればよい。なお、真空コンデンサの静電容量を３０〜３００ｐＦ、かつ真空コンデンサの電極間距離を５ｍｍ以上とし、分圧コンデンサの合成容量を真空コンデンサの５０００倍以上とすることで、雷サージや開閉サージ電圧に耐えることができ、確度階級が１級のコンデンサ形計器用変圧器を得ることができた。
【００５０】
また、分圧コンデンサ３を構成する各フィルムコンデンサの種類や組み合わせる数、及び組合せ方法については特に限定するものではなく、周囲温度の変化に対する合成容量の変化が、コンデンサ形計器用変圧器の検出精度に影響しないように正特性のフィルムコンデンサと負特性のフィルムコンデンサを組み合わせて用いればよい。
【００５１】
そして、実施例１では、一次線路側端子電圧として２２／√３ｋＶの電圧がコンデンサ形計器用変圧器に印加される例を挙げて説明したが、主コンデンサ２となる真空コンデンサに要求されるインパルス耐電圧を満足するように電極間距離を決定し、また主コンデンサ２の静電容量を適当な値に決定することにより、３３／√３ｋＶ、１１／√３ｋＶ、６．６／√３ｋＶ他の電圧階級に適用できることはいうまでもない。すなわち、従来のコンデンサ形計器用変圧器が用いられていた電圧領域（６６ｋＶ〜５５０ｋＶ）だけでなく、従来のコンデンサ形計器用変圧器が適用されていない６６ｋＶ未満の電圧領域に、確度階級１級を満足するコンデンサ形計器用変圧器を提供することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器は、図１に示す直列回路１において、主コンデンサ２と、分圧コンデンサ３のそれぞれに真空コンデンサを用いて構成される。
【００５３】
主コンデンサ２に用いられる真空コンデンサは、実施形態１に係る真空コンデンサと同様である。また、分圧コンデンサ３に用いられる真空コンデンサは、静電容量が主コンデンサ２に用いられる真空コンデンサより大きいこと以外は主コンデンサ２に用いられる真空コンデンサと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５４】
本発明の実施形態２に係るコンデンサ形計器用変圧器は、実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器と同様に、主コンデンサ２のインパルス耐電圧は１５０ｋＶを有していることから、インパルス耐電圧的に何ら問題はない。また、主コンデンサ２と分圧コンデンサ３の両方のコンデンサに真空コンデンサを用いていることから、温度変動、一次線路側電圧変動に対して静電容量安定性が極めて高いコンデンサ形計器用変圧器が得られる。
【００５５】
また、分圧コンデンサ３に真空コンデンサを用いることで、分圧コンデンサ３の耐電圧性が向上するので、雷サージや開閉サージといったサージ電圧の一部を分圧コンデンサ３にも分担させることができる。
【００５６】
（実施例２）
本発明の実施形態２に係るコンデンサ形計器用変圧器を用いて、コンデンサ形計器用変圧器の周囲温度を変化させて、コンデンサ形計器用変圧器の検出電圧の変化を測定した。
【００５７】
実施例２では、図１に示す回路において、主コンデンサ２として、１５０ｋＶのインパルス耐電圧を有し、静電容量Ｃ１が１００ｐＦの真空コンデンサを用いた。そして、分圧コンデンサ３は、２０ｋＶのインパルス耐電圧を有し、静電容量Ｃ２が１０００ｐＦの真空コンデンサを用いた。なお、分圧コンデンサ３の電極間距離を０．５ｍｍに設定することで、２０ｋＶのインパルス耐電圧を得ることができる。
【００５８】
（１）式から、一次側端子電圧Ｖaが２２／√３ｋＶの場合、主コンデンサ２の分担電圧は１１．５ｋＶとなり、分圧コンデンサ３の分担電圧は１．１５ｋＶとなる。また、一次側端子に１５０ｋＶの雷インパルスが浸入した場合、１５０ｋＶの雷インパルスに対する主コンデンサ２の分担電圧は１３６ｋＶとなり、分圧コンデンサ３の電圧分担は１３．６ｋＶとなる。
【００５９】
図１に示した直列回路１の一次線路電圧Ｖａを２２／√３ｋＶとして、コンデンサ形計器用変圧器の周囲温度を−２０℃〜８０℃の範囲で変化させて、分圧コンデンサ３の分担電圧Ｖの変化量を測定した。その結果、本発明の実施例２に係るコンデンサ形計器用変圧器では、２０℃時の測定値と比較して、−２０℃において０．０５％、８０℃においても−０．０３％の電圧変化量に留まった。
【００６０】
（コンデンサ形計器用変圧器の電圧変化に対する検出電圧の安定性）
次に、本発明の実施例２に係るコンデンサ形計器用変圧器の一次線路端子に印加される電圧の変動に対する、検出電圧の安定性を確認した。図１に示した直列回路１に、定格一次電圧（Ｖａ＝２２／√３ｋＶ）に対して０．７Ｖａ〜ｌ．１Ｖａの範囲で電圧を印加して、各電圧での分圧コンデンサ３で分担電圧を測定した。温度２０℃において、一次線路側電圧を８．９ｋＶ（０．７Ｖａ）〜１５．５ｋＶ（１．１Ｖａ）まで変化させた時の分圧コンデンサ３の検出電圧誤差は、定格一次線路電圧が８．９ｋＶ（０．７Ｖａ）の時、０．０２％、１５．５ｋＶ（１．１Ｖａ）の時０．０１％の変化量に留まった。
【００６１】
以上、実施例１、２を挙げて説明したように、本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器は、主コンデンサに真空コンデンサを用いたことにより、温度、周波数、電圧の変化に対して主コンデンサの静電容量安定性を高くすることができる。
【００６２】
真空コンデンサは静電容量安定性が高いので、従来、材料や充填率により静電容量のバラつきが多かったセラミックコンデンサを主コンデンサとして用いた場合では、分圧コンデンサ回路を調整して対応していたが、その必要がなくなる。また、分圧コンデンサ回路を自由に設計することができる。例えば、分圧コンデンサに用いられるコンデンサの種類としては、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ等の既知のコンデンサを用いることができる。
【００６３】
さらに、真空コンデンサは、雷サージや開閉サージに対して高い耐電圧特性を有するので、分圧コンデンサの静電容量を主コンデンサの静電容量と比較して非常に大きくして（例えば、５０００倍以上）、雷サージや開閉サージによる電圧の大部分を真空コンデンサに分担させることができる。その結果、分圧コンデンサの回路設計の自由度が向上するので、フィルムコンデンサ等の雷サージや開閉サージ耐性が低いコンデンサを分圧コンデンサに用いることができる。
【００６４】
また、分圧コンデンサに真空コンデンサを用いれば、温度、周波数、電圧の変化に対して、主コンデンサ及び分圧コンデンサともに温度変化や印加される電圧の変化に対して静電容量安定性を高くすることができる。その結果、コンデンサ形計器用変圧器の検出精度が向上する。
【００６５】
以上のように、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、コンデンサ形計器用変圧器に印加される電圧の変化や周囲温度の変化に対しても高い検出電圧の精度を有し、さらに雷サージや開閉サージ等に対しても良好な耐電圧特性を有する。よって、検出精度が求められる電力機器等における形計器用変圧器として本発明のコンデンサ形計器用変圧器を用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…コンデンサ形計器用変圧器
２…主コンデンサ（高圧側コンデンサ）
３…分圧コンデンサ（低圧側コンデンサ）
４…分圧点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検出用コンデンサ形計器用変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
計器用変圧器として、電磁形計器用変圧器とコンデンサ形計器用変圧器（ＣＶＴ：Capacitor Voltage Transformer）が知られている。
【０００３】
電磁形計器用変圧器は、主として一次巻き線、二次巻き線及び鉄心で構成され、高圧線路の一次電圧を巻き線比に比例した二次電圧に変成するように構成されている。また、巻き戻しという工程を入れることにより正確な変圧比（比誤差精度）を実現している。電磁形計器用変圧器は、比誤差が１％以内（確度階級１級）の正確な変圧比を実現していることから、回路電圧としては全電圧範囲で使用されている。
【０００４】
一方、コンデンサ形計器用変圧器は、例えば、一次線路側端子と分圧点との間の主コンデンサと、分圧点と接地側端子との間の分圧コンデンサから構成される。そして、コンデンサ形計器用変圧器には、分圧コンンデンサに直接または共振リアクトルを通して並列に電圧検出回路が接続されて分圧コンデンサの分担電圧を計測し、この分担電圧より、一次線路側端子の電圧が得られるように構成されている。
【０００５】
このコンデンサ形計器用変圧器は、電圧階級としては 高電圧（６６ｋＶ〜５５０ｋＶ）の領域で主に使用され、 例えば、ブッシング用コンデンサ形計器用変圧器が一般的である。ブッシング用のコンデンサ形計器用変圧器は、変圧器の一次線路側端子に使用される樹脂含浸絶縁紙やエポキシ等の固体絶縁体及び絶縁油等により構成されるコンデンサブッシングを主コンデンサとして利用している。
【０００６】
また、ブッシング用以外のコンデンサ形計器用変圧器としては、主コンデンサと分圧コンデンサにフィルムコンデンサを用いた形態や、主コンデンサと分圧コンデンサの両方にセラミックコンデンサを用いた形態（例えば、特許文献１）がある。また、セラミックコンデンサとフィルムコンデンサとを組み合わせたコンデンサ回路を用いたコンデンサ形計器用変圧器（例えば、特許文献２〜５）や、真空コンデンサを用いたコンデンサ形計器用変圧器（例えば、特許文献６）もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−１１５８３３号公報
【特許文献２】特開平０８−１１５８３２号公報
【特許文献３】特開２００７−２０５７８５号公報
【特許文献４】特開２００７−２０５７８６号公報
【特許文献５】特開２００３−２１５１６７号公報
【特許文献６】特開平１０−０３１０３７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「計器用変成器」ＪＥＣ−１２０１−２００７、株式会社 電気書院、２００７年、ｐ．７５−７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電磁形計器用変圧器は、一次線路側の電力系統から雷サージや開閉サージといった立ち上がりが急峻なサージ電圧が一次巻き線側に加わった場合、一次巻き線の絶縁層に過大な電圧が分担され、絶縁破壊・焼損に至るおそれがある。
【００１０】
また、コンデンサ形計器用変圧器では、コンデンサ形計器用変圧器を構成する樹脂含浸絶縁紙やエポキシ等固体絶縁及び絶縁油等の誘電体の誘電率が、温度や水分、さらには気圧等の変動に応じて変動する。このように、誘電率が安定しないとコンデンサ形計器用変圧器で検出される電圧も不安定となる。検出電圧が不安定であると、計器用変圧器としての確度階級が低くなり、測定対象となる配電線等の電力機器に適用した場合、正確な保護・計測が困難となってしまうおそれがある。また、一般的にセラミックコンデンサの静電容量は、印加電圧に対して非線形に変化する特性がある。ゆえに、主コンデンサにセラミックコンデンサを用いると、コンデンサ形計器用変圧器の一次線路側端子に印加される電圧変動に対する検出電圧の変動幅が大きい。そのため、コンデンサ形計器用変圧器においては変圧比（比誤差精度）が±１％以内のものは得られていない。
【００１１】
すなわち、主コンデンサとして用いられるコンデンサの静電容量が、温度変化やコンデンサに印加される電圧の変化に対して不安定であると、検出電圧の精度が低下するので、そのようなコンデンサを用いたコンデンサ形計器用変圧器は、センサとしての役目を果たすことができない。なお、コンデンサ形計器用変圧器の主コンデンサにセラミックコンデンサやフィルムコンデンサを用いた場合、雷サージや開閉サージにより短絡した場合に、誘電体が焼損してしまい絶縁性能が大幅に変化してしまうという問題もある。
【００１２】
本発明の目的は、コンデンサ形計器用変圧器において、電磁形計器用変圧器と同様に一次線路側電圧変動に対しても正確な変圧比（比誤差精度１．０級）を実現し、かつ電磁形計器用変圧器の問題点となる絶縁破壊による焼損がない安全性の高い計器用変圧器を提供することに貢献することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、第１のコンデンサ回路（高圧側コンデンサ）と第２のコンデンサ回路（低圧側コンデンサ）を直列に接続して構成されるコンデンサ形計器用変圧器において、高圧側コンデンサに真空コンデンサを用いることを特徴とする。そして、低圧側コンデンサとして、温度変化に対して静電容量が増加するフィルムコンデンサと温度に対して静電容量が減少するフィルムコンデンサとを組み合わせた回路を用いることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、上記のコンデンサ形計器用変圧器において、前記真空コンデンサの電極間距離を５ｍｍ以上とすることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、上記のコンデンサ形計器用変圧器において、前記真空コンデンサの静電容量が３０ｐＦ以上３００ｐＦ以下であることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、上記のコンデンサ形計器用変圧器において、前記低圧側コンデンサの静電容量を、前記高圧側コンデンサの静電容量の５０００倍以上とすることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、第１のコンデンサ回路（高圧側コンデンサ）と第２のコンデンサ回路（低圧側コンデンサ）を直列に接続して構成されるコンデンサ形計器用変圧器において、高圧側コンデンサ、及び低圧側コンデンサに真空コンデンサを用いることを特徴としている。そして、前記高圧側コンデンサとして備えられる真空コンデンサの電極間距離が５ｍｍ以上であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
以上の発明によれば、コンデンサ形計器用変圧器の電圧検出精度の向上、及び絶縁破壊による焼損に対する安全性の向上に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器のコンデンサ回路の説明図である。
【図２】周囲温度の変化に対するフィルムコンデンサの静電容量の変化率を示す図である。
【図３】周囲温度の変化に対するフィルムコンデンサを組み合わせて構成されるコンデンサ回路の静電容量の変化率を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器の周囲温度の変化に対する分圧コンデンサの分担電圧の変化量を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器へ入力される電圧変動に対する分圧コンデンサの分担電圧検出誤差の変化量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器について、図を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器のコンデンサ回路１は、高電圧を分担する主コンデンサ２（高圧側コンデンサ）と低電圧を分担する分圧コンデンサ３（低圧側コンデンサ）が直列に接続されて直列回路１が構成される。この直列回路１の両端は入力端に導かれ、直列回路１内の接続点４（分圧点）が出力端に導かれる。なお、各コンデンサ２、３は、少なくとも１つのコンデンサを含むコンデンサ回路により構成される。
【００２２】
本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器は、この直列回路１において、主コンデンサ２に真空コンデンサを用いることを特徴としている。絶縁媒体を真空としている真空コンデンサは、真空インタラプタと同様に絶緑性能が極めて優れている。そして、主コンデンサ２がインパルス（例えば、雷サージや開閉サージ等）耐電圧を有する真空コンデンサとなるように真空コンデンサの電極間距離を適正な値とする。例えば、真空コンデンサの電極間距離を５ｍｍ以上とすると、１５０ｋＶの雷サージや開閉サージに耐えることができる。
【００２３】
図１に示す直列回路１において、一次線路側端子電圧Ｖａを主コンデンサ２（静電容量をＣ１とする）と分圧コンデンサ３（静電容量をＣ２とする）で分圧した時の、分圧コンデンサ３の両端電圧Ｖは、（１）式で示される。
【００２４】
Ｖ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）Ｖａ …（１）
したがって、検出されるべき一次線路側電圧Ｖａが入力されると、この電圧Ｖａは主コンデンサ２の静電容量と分圧コンデンサ３の静電容量の比に応じて分圧され、分圧コンデンサ３の分担電圧Ｖが出力端に出力される。この分圧コンデンサ３の分担電圧Ｖに基づいて、一次線路側電圧Ｖａの検出を行うことができる。
【００２５】
計器用変圧器は、比誤差及び位相角、周波数特性を満足することは当然ながら、定格の一つである雷インパルス試験電圧も満足しなければならない。例えば、公称電圧２２ｋＶに形計器用変圧器を適用する場合、非接地形及び接地形計器用変圧器は１５０ｋＶのインパルス耐電圧を有さなければならない。避雷器などの保護装置によって過電圧が低いレベルに抑制された場合、あるいは雷過電圧浸入頻度・過電圧レベルが小さい場合は１２５ｋＶ、高性能化を図った避雷器を設置する場合でも１００ｋＶのインパルス耐電圧を有さなければならない（例えば、非特許文献１）。
【００２６】
本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器は、主コンデンサ２に真空コンデンサを用いているので、一次線路側の電力系統からの雷サージや開閉サージといった立ち上がりの急峻なサージ電圧が加わった場合、そのサージ電圧に耐えることができる。また、真空コンデンサは絶緑媒体を真空としていることから、万が一短絡が発生したとしても、焼損に至る問題は生じない。
【００２７】
本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器に備えられる真空コンデンサは、例えば、ステンレスからなる１対の電極を対向させて配置し、この電極間を真空状態にすることにより構成される。電極間を真空状態にすることで、大気中の１０倍以上の絶縁性能を得ることができる。ここでいう真空状態とは、大気中と比べて気体分子密度が極めて小さい状態を意味する。例えば、後述の実施例で用いた真空コンデンサは、気体分子密度が２．７×１０10個／ｃｍ3である（大気圧中での気体分子密度は２．７×１０19個／ｃｍ3である）。
【００２８】
真空コンデンサを構成する電極の材質は特に限定されるものではなく、真空コンデンサは、真空度、電極間距離、電極面積を制御することにより所定の静電容量となるように構成される。また、この真空コンデンサとして静電容量を変更できる可変真空コンデンサを用いて、回路に応じてコンデンサの静電容量を調節できるようにしてもよい。
【００２９】
以下、本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器について、図１〜５を参照して詳細に説明する。
【００３０】
［実施形態１］
本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器は、図１に示す回路において、主コンデンサ２に真空コンデンサを用い、分圧コンデンサ３にフィルムコンデンサを用いて構成される。
【００３１】
真空コンデンサは、温度変動や電圧変動に対して、静電容量の変化が少ない（静電容量安定性が高い）。よって、主コンデンサ２に真空コンデンサを用いることで、温度変動や一次線路側電圧変動に対して主コンデンサ２の静電容量安定性を高くすることができる。そして、この真空コンデンサの静電容量安定性のメリットを最大限に活かすためには、分圧コンデンサ３にも真空コンデンサとほぼ同等の温度変動や電圧変動に対する静電容量安定性が求められる。
【００３２】
そこで、本実施形態では、分圧コンデンサ３に印加電圧の電圧変動に対する変動幅がセラミックコンデンサと比較して小さく、しかも静電容量が1μＦ程度の大容量を有し、雷サージや開閉サージ等のサージ電圧に対して数十Ｖの耐電圧を有するコンデンサであるフィルムコンデンサを用いた。
【００３３】
図２示すように、フィルムコンデンサの周囲温度に対する静電容量安定性は、フィルムコンデンサを構成する誘電体材料に依存する。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、マイカを用いたフィルムコンデンサの温度に対する静電容量変化は、正特性（温度が高くなるにつれ静電容量が増加する特性）である。一方、誘電体材料にポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いたフィルムコンデンサの温度に対する静電容量の変化は、負特性（温度が高くなるにつれ静電容量が減少する特性）である。
【００３４】
フィ ルムコンデンサは、電圧変動に対する静電容量安定性は高い。しかしながら、図２に示すように、汎用のフィルムコンデンサは、−２０℃〜８０℃の温度領域において静電容量が±２％程度変化する。したがって、単に分圧コンデンサに汎用のフィルム コンデンサを用いた場合、主コンデンサに真空コンデンサを用いたとしてとしても分圧コンデンサの検出感度の変動幅を±１％（確度階級１級）以内とすることは難しい。
【００３５】
そこで、本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器では、周囲温度に対する静電容量の変化が正特性のフィルムコンデンサと静電容量が負特性のフィルムコンデンサを直列、または並列、若しくは直列と並列を組み合わせて回路を構成している。このように正特性のコンデンサと負特性のコンデンサとを組み合わせて分圧コンデンサの回路を構成することにより、分圧コンデンサ全体としての静電容量の温度変動を小さくできる。
【００３６】
（１）式で示すように、主コンデンサ２（静電容量Ｃ１）と分圧コンデンサ３（静電容量Ｃ２）で分圧した時の分圧コンデンサ３の両端電圧Ｖは、主コンデンサ２の静電容量Ｃ１に対して分圧コンデンサ３の静電容量Ｃ２を大きくすれば大きくするほど分圧コンデンサ３の分担電圧Ｖを小さくすることができる。例えば、一次側端子電圧Ｖａが２２／√３ｋＶの場合、Ｃ１を１００ｐＦとしてＣ２を１μＦとすれば、分圧コンデンサ３の分担電圧は１．２７Ｖとなる。また、一次側端子に１５０ｋＶの雷インパルスが侵入した場合、１５０ｋＶの雷インパルスに対する分圧コンデンサの電圧分担は１５．０Ｖと極めて低い電圧となり、主コンデンサ２が１５０ｋＶのほとんどの電圧を分担することになる。
【００３７】
すなわち、一次線路側の電力系統からの雷サージや開閉サージといった立ち上がりの急峻なサージ電圧に耐えることができる真空コンデンサを主コンデンサ２に用いることで、分圧コンデンサ３に雷サージや開閉サージに対する耐電圧が小さいコンデンサを使用することができる。そして、静電容量の温 度変動が小さくなるように設計された分圧コンデンサ３と、 静電容量の温度変化が極めて小さい真空コンデンサ を備えた主コンデンサ２とを組み合わせることにより、温度特性に優れたコンデンサ形計器用変圧器を構成することができる。
【００３８】
（実施例１）
図３は、−２０℃〜８０℃の範囲でフィルムコンデンサの周囲温度を変化させた場合における、フィルムコンデンサの静電容量変化率を示したものである。測定対象のフィルムコンデンサ回路として、静電容量が０．２２μＦのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と静電容量が０．２２μＦポリプロピレン（ＰＰ）のフィルムコンデンサを単独で用いた回路、ＰＥＴとＰＰを直列に接続して合成容量を０．１１μＦとしたコンデンサ回路、ＰＥＴとＰＰを並列に接続して合成容量を０．４４μＦとしたコンデンサ回路を用いた。２０℃の時の静電容量を基準値とした場合、ＰＥＴ単体の静電容量変化率は、−２０℃において−２．０％、８０℃において１．３％程度変化した。同様にＰＰ単体の静電容量変化率は、−２０℃において０．８％、８０℃において−１．６％程度変化した。一方、ＰＥＴとＰＰを直列接続した場合、また並列接続した場合のフィルムコンデンサの静電容量変化率は、それぞれ−２０℃において−０．６％、８０℃において−０．１％程度の変化量に留まった。
【００３９】
図３に示すように、フィルムコンデンサを単独で用いた場合には、フィルムコンデンサの周囲温度が変化することによりフィルムコンデンサの静電容量が大きく変動する。一方、正特性のフィルムコンデンサと負特性のフィルムコンデンサを組み合わせた場合には、フィルムコンデンサ回路の合成容量は周囲温度が変化しても大きく変化することがなかった。なお、正特性のフィルムコンデンサと負特性のフィルムコンデンサの組合せは、直列、並列、直列と並列の両方を含むいずれの組合せにおいても温度変化に対する静電容量の変化を抑制することができることを実験で確認した。
【００４０】
（コンデンサ形計器用変圧器の周囲温度に対する検出電圧の安定性）
本発明の実施例１に係るコンデンサ形計器用変圧器の検出電圧の周囲温度依存性について確認した。実施例１では、図１に示す回路において、主コンデンサ２を１５０ｋＶのインパルス耐電圧を有し１００ｐＦの静電容量を持つ真空コンデンサとした。また、０．２２μＦのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と０．２２μＦのポリプロピレン（ＰＰ）のフィルムコンデンサをそれぞれ２個用意し、この４個をすべて並列接続し合成容量を０．８８μＦとしたものを分圧コンデンサ３とした。
【００４１】
分圧コンデンサ３の合成容量を０．８８μＦとしたのは、分圧コンデンサ３の両端電圧Ｖの出力を１〜２Ｖとするためである。一次側線路電圧として２２／√３ｋＶを印加して、周囲温度を−２０〜６０℃の範囲で変化させて分圧コンデンサ３の分担電圧を測定した。
【００４２】
図４に示すように、コンデンサ形計器用変圧器の周囲温度を−２０〜６０℃まで変化させても、２０℃を基準とした分圧コンデンサ３の分担電圧の変化量は、−２０℃において−０．６％、６０℃において−０．２％の変化量に留まった。
【００４３】
（コンデンサ形計器用変圧器の電圧変化に対する検出電圧の安定性）
次に、本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器の一次線路端子に印加される電圧の変動に対する、検出電圧の安定性を確認した。図１に示した直列回路１に、定格一次電圧（Ｖａ＝２２／√３ｋＶ）に対して０．７Ｖａ〜ｌ．１Ｖａの範囲の電圧を印加して、各電圧で分圧コンデンサ３の分担電圧を測定した。
【００４４】
図５に示すように、温度２０℃において、一次線路側電圧を８．９ｋＶ（０．７Ｖａ）〜１５．５ｋＶ （１．１Ｖａ）まで変化させた時の分圧コンデンサ３の検出電圧誤差は、一次線路側電圧が８．９ｋＶの時０．０５％、１５．５ｋＶの時ほぼ０％の変化量に留まった。
【００４５】
以上、本発明の実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器は、温度変動に対しても、印加電圧の変動に対しても、分圧コンデンサ３の分担電圧（検出電圧）の変化量は極めて小さいことがわかる。さらに、主コンデンサ２に絶縁性能に極めて優れる真空コンデンサを用いたことから、一次線路側の電力系統からの雷サージや開閉サージといった立ち上がりの急峻なサージ電圧が加わった場合にも、その雷サージや開閉サージに耐えることができる。
【００４６】
また、万が一短絡が発生しても、絶縁媒体が真空である真空コンデンサを主コンデンサ２として用いていることから焼損に至るような問題は生じない。
【００４７】
さらに、コンデンサの周囲温度の変化に対する静電容量変化が正特性のフィルムコンデンサと負特性のフィルムコンデンサとを組み合わせたコンデンサを分圧コンデンサ３に用いることにより、コンデンサ形計器用変圧器の静電容量の温度変動が極めて小さく正確な変圧比(比誤差精度)を得ることができた。
【００４８】
なお、上記の実施例１は本発明のコンデンサ形計器用変圧器の単なる例示にすぎず、本発明の効果を損なわない範囲で構成を変更することが可能であり、変更された実施形態についても本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器である（後述の実施例２についても同様である）。
【００４９】
例えば、主コンデンサ２を構成する真空コンデンサ及び分圧コンデンサ３を構成する各フィルムコンデンサの静電容量は適宜コンデンサ形計器用変圧器が備えられる計器に応じて設定すればよい。なお、真空コンデンサの静電容量を３０〜３００ｐＦ、かつ真空コンデンサの電極間距離を５ｍｍ以上とし、分圧コンデンサの合成容量を真空コンデンサの５０００倍以上とすることで、雷サージや開閉サージ電圧に耐えることができ、確度階級が１級のコンデンサ形計器用変圧器を得ることができた。
【００５０】
また、分圧コンデンサ３を構成する各フィルムコンデンサの種類や組み合わせる数、及び組合せ方法については特に限定するものではなく、周囲温度の変化に対する合成容量の変化が、コンデンサ形計器用変圧器の検出精度に影響しないように正特性のフィルムコンデンサと負特性のフィルムコンデンサを組み合わせて用いればよい。
【００５１】
そして、実施例１では、一次線路側端子電圧として２２／√３ｋＶの電圧がコンデンサ形計器用変圧器に印加される例を挙げて説明したが、主コンデンサ２となる真空コンデンサに要求されるインパルス耐電圧を満足するように電極間距離を決定し、また主コンデンサ２の静電容量を適当な値に決定することにより、３３／√３ｋＶ、１１／√３ｋＶ、６．６／√３ｋＶ他の電圧階級に適用できることはいうまでもない。すなわち、従来のコンデンサ形計器用変圧器が用いられていた電圧領域（６６ｋＶ〜５５０ｋＶ）だけでなく、従来のコンデンサ形計器用変圧器が適用されていない６６ｋＶ未満の電圧領域に、確度階級１級を満足するコンデンサ形計器用変圧器を提供することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器は、図１に示す直列回路１において、主コンデンサ２と、分圧コンデンサ３のそれぞれに真空コンデンサを用いて構成される。
【００５３】
主コンデンサ２に用いられる真空コンデンサは、実施形態１に係る真空コンデンサと同様である。また、分圧コンデンサ３に用いられる真空コンデンサは、静電容量が主コンデンサ２に用いられる真空コンデンサより大きいこと以外は主コンデンサ２に用いられる真空コンデンサと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５４】
本発明の実施形態２に係るコンデンサ形計器用変圧器は、実施形態１に係るコンデンサ形計器用変圧器と同様に、主コンデンサ２のインパルス耐電圧は１５０ｋＶを有していることから、インパルス耐電圧的に何ら問題はない。また、主コンデンサ２と分圧コンデンサ３の両方のコンデンサに真空コンデンサを用いていることから、温度変動、一次線路側電圧変動に対して静電容量安定性が極めて高いコンデンサ形計器用変圧器が得られる。
【００５５】
また、分圧コンデンサ３に真空コンデンサを用いることで、分圧コンデンサ３の耐電圧性が向上するので、雷サージや開閉サージといったサージ電圧の一部を分圧コンデンサ３にも分担させることができる。
【００５６】
（実施例２）
本発明の実施形態２に係るコンデンサ形計器用変圧器を用いて、コンデンサ形計器用変圧器の周囲温度を変化させて、コンデンサ形計器用変圧器の検出電圧の変化を測定した。
【００５７】
実施例２では、図１に示す回路において、主コンデンサ２として、１５０ｋＶのインパルス耐電圧を有し、静電容量Ｃ１が１００ｐＦの真空コンデンサを用いた。そして、分圧コンデンサ３は、２０ｋＶのインパルス耐電圧を有し、静電容量Ｃ２が１０００ｐＦの真空コンデンサを用いた。なお、分圧コンデンサ３の電極間距離を０．５ｍｍに設定することで、２０ｋＶのインパルス耐電圧を得ることができる。
【００５８】
（１）式から、一次側端子電圧Ｖaが２２／√３ｋＶの場合、主コンデンサ２の分担電圧は１１．５ｋＶとなり、分圧コンデンサ３の分担電圧は１．１５ｋＶとなる。また、一次側端子に１５０ｋＶの雷インパルスが浸入した場合、１５０ｋＶの雷インパルスに対する主コンデンサ２の分担電圧は１３６ｋＶとなり、分圧コンデンサ３の電圧分担は１３．６ｋＶとなる。
【００５９】
図１に示した直列回路１の一次線路電圧Ｖａを２２／√３ｋＶとして、コンデンサ形計器用変圧器の周囲温度を−２０℃〜８０℃の範囲で変化させて、分圧コンデンサ３の分担電圧Ｖの変化量を測定した。その結果、本発明の実施例２に係るコンデンサ形計器用変圧器では、２０℃時の測定値と比較して、−２０℃において０．０５％、８０℃においても−０．０３％の電圧変化量に留まった。
【００６０】
（コンデンサ形計器用変圧器の電圧変化に対する検出電圧の安定性）
次に、本発明の実施例２に係るコンデンサ形計器用変圧器の一次線路端子に印加される電圧の変動に対する、検出電圧の安定性を確認した。図１に示した直列回路１に、定格一次電圧（Ｖａ＝２２／√３ｋＶ）に対して０．７Ｖａ〜ｌ．１Ｖａの範囲で電圧を印加して、各電圧での分圧コンデンサ３で分担電圧を測定した。温度２０℃において、一次線路側電圧を８．９ｋＶ（０．７Ｖａ）〜１５．５ｋＶ（１．１Ｖａ）まで変化させた時の分圧コンデンサ３の検出電圧誤差は、定格一次線路電圧が８．９ｋＶ（０．７Ｖａ）の時、０．０２％、１５．５ｋＶ（１．１Ｖａ）の時０．０１％の変化量に留まった。
【００６１】
以上、実施例１、２を挙げて説明したように、本発明の実施形態に係るコンデンサ形計器用変圧器は、主コンデンサに真空コンデンサを用いたことにより、温度、周波数、電圧の変化に対して主コンデンサの静電容量安定性を高くすることができる。
【００６２】
真空コンデンサは静電容量安定性が高いので、従来、材料や充填率により静電容量のバラつきが多かったセラミックコンデンサを主コンデンサとして用いた場合では、分圧コンデンサ回路を調整して対応していたが、その必要がなくなる。また、分圧コンデンサ回路を自由に設計することができる。例えば、分圧コンデンサに用いられるコンデンサの種類としては、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ等の既知のコンデンサを用いることができる。
【００６３】
さらに、真空コンデンサは、雷サージや開閉サージに対して高い耐電圧特性を有するので、分圧コンデンサの静電容量を主コンデンサの静電容量と比較して非常に大きくして（例えば、５０００倍以上）、雷サージや開閉サージによる電圧の大部分を真空コンデンサに分担させることができる。その結果、分圧コンデンサの回路設計の自由度が向上するので、フィルムコンデンサ等の雷サージや開閉サージ耐性が低いコンデンサを分圧コンデンサに用いることができる。
【００６４】
また、分圧コンデンサに真空コンデンサを用いれば、温度、周波数、電圧の変化に対して、主コンデンサ及び分圧コンデンサともに温度変化や印加される電圧の変化に対して静電容量安定性を高くすることができる。その結果、コンデンサ形計器用変圧器の検出精度が向上する。
【００６５】
以上のように、本発明のコンデンサ形計器用変圧器は、コンデンサ形計器用変圧器に印加される電圧の変化や周囲温度の変化に対しても高い検出電圧の精度を有し、さらに雷サージや開閉サージ等に対しても良好な耐電圧特性を有する。よって、検出精度が求められる電力機器等における形計器用変圧器として本発明のコンデンサ形計器用変圧器を用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…コンデンサ形計器用変圧器
２…主コンデンサ（高圧側コンデンサ）
３…分圧コンデンサ（低圧側コンデンサ）
４…分圧点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空コンデンサからなる高圧側コンデンサと、
温度に対する静電容量変化率が正特性のフィルムコンデンサと前記静電容量変化率が負特性のフィルムコンデンサとを有する低圧側コンデンサと、を具備する
ことを特徴とするコンデンサ形計器用変圧器。
【請求項２】
前記真空コンデンサの電極間距離が５ｍｍ以上である
ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
【請求項３】
前記真空コンデンサの静電容量が３０ｐＦ以上３００ｐＦ以下である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
器用変圧器。
【請求項４】
前記低圧側コンデンサの静電容量は、前記高圧側コンデンサの静電容量の５０００倍以上である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
【請求項５】
電極間距離が５ｍｍ以上である真空コンデンサからなる高圧側コンデンサと、
真空コンデンサからなる低圧側コンデンサと、を具備する
ことを特徴とするコンデンサ形計器用変圧器。
【請求項１】
真空コンデンサからなる高圧側コンデンサと、
温度に対する静電容量変化率が正特性のフィルムコンデンサと前記静電容量変化率が負特性のフィルムコンデンサとを有する低圧側コンデンサと、を具備する
ことを特徴とするコンデンサ形計器用変圧器。
【請求項２】
前記真空コンデンサの電極間距離が５ｍｍ以上である
ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
【請求項３】
前記真空コンデンサの静電容量が３０ｐＦ以上３００ｐＦ以下である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
器用変圧器。
【請求項４】
前記低圧側コンデンサの静電容量は、前記高圧側コンデンサの静電容量の５０００倍以上である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコンデンサ形計器用変圧器。
【請求項５】
電極間距離が５ｍｍ以上である真空コンデンサからなる高圧側コンデンサと、
真空コンデンサからなる低圧側コンデンサと、を具備する
ことを特徴とするコンデンサ形計器用変圧器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１４１３５（Ｐ２０１２−１１４１３５Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９８３０（Ｐ２０１０−２５９８３０）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
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