JP5389811B2 - 高電圧及び中電圧の構成要素のための温度監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧及び中電圧（medium-voltage）の構成要素のための温度監視装置に関する。

中電圧及び高電圧の構成要素の温度を監視するために赤外線センサが使用される。これらは、構成要素の温度が、接触することなく離れたところから測定されることを可能にし、かくして、落雷による高電圧が起こった場合でさえ、安全な電位の隔離（potential isolation）を与える。しかし、赤外線センサは、例えば、５年の、制限された寿命を有する。しかし、実際には、運転費を下げるために、より長い寿命が望ましい。

ＳＥ４６９６１１Ｂは、低電圧システムにおける温度の測定のための温度監視ユニットを開示している。ここでは、温度は、トリッピングユニットが動作される点と異なる点で測定される。使用される温度センサは、記憶効果を備えた金属からなるばねを使用している。臨界温度でのばねの動きは、可撓性で電気的に絶縁であるボーデンケーブルによって地電位である制御箱に伝達される。可撓性で変形可能であり、それ故可動であり、ある電位と地電位との間に延びているアイソレータは、電場に不均一性を引き起こす可能性がある。このような電場の不均一性は、特に、中電圧及び高電圧を印加する場では、避けられるべきである。

ＧＢ２０２１２６５は、制御されることができる電気加熱ボイラ又はスペースヒータによる温度監視メカニズムを開示している。加熱ボイラのための温度センサは、蒸気ボイラの圧力を受け、一方、加熱要素のスイッチを切り換えるためのスイッチは、蒸気が発生される点から離れて位置されている。蒸気ボイラ内の圧力が存在している点で発生される切り換え信号をスイッチに送信するために、ボーデンケーブル又はキャピラリーチューブ（毛管）内に位置された流体の使用が提案され、かくして、蒸気が発生される点から十分に離れたところでのトリッピング装置の正しい動作を確実にする。

ＥＰ１６５７７３１は、所定の電気的電位のところにある内部導体を冷却するために提案された結合ヒートパイプのための発電機のスイッチを説明している。ヒートパイプの蒸発器及び圧縮器を機械的かつ電気的に分離するために、電気的な絶縁ギャップと可撓性の変形可能な部分とが与えられている。

従って、目的は、高電圧及び中電圧の構成要素のための長寿命の温度監視装置を提供することである。

この目的は、独立請求項に規定されるような温度監視装置によって達成される。従って、高電圧又は中電圧の構成要素の温度に依存している機械的信号を発生させる変換器が提供される。この信号は、例えば、引張、衝撃又はねじれの動きであることができる巨視的又は微視的な動きの形態である。さらに、例えば、動きを電気的信号に変換することができる機械的なスイッチである動きセンサが、離れたところに配置され、変換器から電気的に絶縁されている。非導電性の伝達要素は、変換器と動きセンサとの間に延びている。変換器からの機械的信号は、動作されることができる動きセンサによって、伝達要素の動きを発生させる。

この配置は、単純なデザインで長寿命の構成要素が使用されることができるという効果を有する。それ故、所望の長寿命を達成することが可能である。

一例として、伝達要素は、変換器の衝撃又は引張の動きを動きセンサに伝達する堅い絶縁ロッドの形態であることができる。

また、伝達要素は、例えば、互いに関連して少なくとも１列に配置され、動きを動きセンサに伝達する球体である固体のそれぞれの複数の本体を有することができる。

温度監視装置は、少なくとも１ｋＶの、特に、少なくとも１２．５ｋＶの電圧である構成要素の温度を監視するのに特に適しており、最大１５０ｋＶの落雷電圧に耐えるように問題なく設計されることができる。

本発明のさらなる改良、効果並びに適用形態は、従属請求項から、及び図を参照して以下の説明から、明らかになるであろう。

図１は、温度監視装置の第１の実施の形態を示している。 図２は、温度監視装置の第２の実施の形態を示している。 図３は、温度監視装置の第３の実施の形態を示している。 図４は、温度監視装置の第４の実施の形態を示している。 図５は、温度監視装置の第５の実施の形態を示している。 図６は、温度監視装置の第６の実施の形態を示している。

図示される実施の形態に従う温度監視装置は、この装置の第１の端に配置された変換器１と、この装置の第１の端とは反対側の第２の端に配置された動きセンサ２と、変換器１と動きセンサ２との間に延びた伝達要素３とを有する。

動作中、変換器１は、例えば、高電圧又は中電圧スイッチであり監視される構成要素４と熱接触している。監視装置の目的は、構成要素４の温度に依存している電気的信号を発生させることである。一例として、信号は、構成要素４の温度が所定の温度閾値を超えたかどうかを表示するバイナリ信号であることができる、もしくは、例えば、不連続なく構成要素の温度で必然的に変化する電圧値であるアナログ信号であることができる。

図１に示される実施の形態では、変換器１は、一方を他方の上部に積み重ねた（スタックした）少なくとも１つのスナップ動作ディスク５を有する。これらは、温度に依存して第１又は第２の形状をとるディスクであり、結果として、スタックの高さが図１のＸ方向に変化する。このようなスナップ動作ディスクは、例えば、バイメタルのストリップ又は形状記憶合金からなり、当業者に周知である。

スナップ動作ディスク５のスタックは、監視装置の脚７中のチャンバ６内に配置されている。脚７は、監視される構成要素４と直接熱接触している。

スナップ動作ディスク５の上に支持されているホルダ８は、Ｘ方向に動くことができるように脚７に装着されており、この実施の形態では、堅くまっすぐなロッドの形態である伝達要素３の第１の端に支持されている。伝達要素３は、絶縁性で耐電圧の材料からなり、中空体９内に配置されている。中空体９もまた、堅く絶縁性で耐電圧の材料からなる。この中空体の外面には、沿面距離を増やすために、複数の絶縁リブ１０が設けられている。

脚７及び変換器１は、中空体９の第１の端のところに配置されている。脚７は、中空体９に堅固に接続されている。反対側の第２の端のところでは、中空体９は、この装置のヘッド１１を有し、ここに動きセンサ２が配置されている。

伝達要素３は、Ｘ方向に動くことができるように、ヘッド１１に装着されている。圧縮ばね１２は、ヘッド１１と伝達要素３の第２の端との間に配置されており、Ｘ方向とは反対方向に、スナップ動作ディスク５に対抗して伝達要素３を押圧する。

マイクロスイッチ１５の指１４と係合している溝１３は、第２の端の近くで、伝達要素３の外側に沿って延びている。これら構成部は、動きセンサ２を形成している。マイクロスイッチ１５は、ホルダ１６によってヘッド１１に取り付けられている。

図１に示される実施の形態では、中空体９は、堅く、脚７に、及びヘッド１１に堅固に接続されている。これは、適切な付属手段によって構成要素４に装着された脚７によって装置全体を取り付けることを可能にし、一方、ヘッド１１は、自由であり、かつ中空体９のさらなる部分に触れていないように保持される。この取り付けに関して、監視装置は、構成要素４の動き及び振動中、いかなる過度の機械的負荷も受けない。

これの上に配置されたヘッド１１と構成要素とを適切に絶縁するために、及び、特に、最大１５０ｋＶの落雷電圧に耐えるために、中空体９及び伝達要素３の長さは、少なくとも６ｃｍ、好ましくは、少なくとも２２ｃｍであるべきである。中空体９の外面の沿面距離は、少なくとも３０ｃｍの長さであるべきである。中空体９に配置された伝達要素は、周囲環境の影響に対して保護されているので、伝達要素の上に絶縁リブを与える必要もなくてよい。また、中空体９が十分長ければ、絶縁リブ１０は省かれることができる。

図１に示される構成要素は、以下のように動作する。低温では、監視装置は、図１に示される位置にあり、この位置では、指１４は溝１３に係合しており、スイッチ１５は開いている。構成要素４の温度が所定の閾温度よりも上昇すると、スナップ動作ディスク５は、これらの第２の位置に動いて、この結果、Ｘ方向にスナップ動作ディスクのスタックの高さを増やす。この結果、伝達要素に対して長手方向の力が及ぼされ、Ｘ方向に圧縮ばね１２の力に対抗して伝達要素を動かす。従って、指１４は、溝１３の外向きに力を加え、スイッチ１５が動作される。構成要素４の温度が再び閾温度の下まで低下すると、スナップ動作ディスク５は、これらの第１の位置に戻るように動き、スナップ動作ディスク５のスタックは、より短くなる。そして、伝達要素３は、圧縮ばね１２によって、再び図１に示される位置まで戻るように力を加えられて、この結果、指１４は、再び溝１３に落ちて、スイッチ１５が開かれる。

変換器１の形態によって、変換器１は、伝達要素３に引張力と衝撃力との少なくとも一方を及ぼすことができる。また、引張力と衝撃力との両方を及ぼすことができるならば、いくつかの状況では、ばね１２が省かれることができる。また、ばね１２に代わって、手動リセット、電磁的なリセット等を与えることも可能である。

一例として、変換器１は、閾温度が超えられたときに伸長又は収縮し、かくして伝達要素３を動作させる形状記憶材料からなるばねにより形成されることができる。

ロッドの形態の伝達要素に代わって、例えば、図２の実施の形態に示されるような、互いに関連して少なくとも１列に配置され、長手方向に動くことができる複数の球体１７である、固体のそれぞれの複数の本体を有する伝達要素を使用することも可能である。この装置の第１の端のところにある複数の球体１７の先頭部は、図１に示される実施の形態におけるホルダ８の役割を果す第１のプランジャ１８に突き当たる。この装置の他端のところでは、複数の球体１７の最後尾が、図１に示されるような伝達要素のヘッドの端の役割を果す第２のプランジャ１９に突き当たる。特に、第２のプランジャは、ばね１２の力に対抗して支持されており、溝１３を有している。この溝の外面には、指１４が係合している。

図２に示される実施の形態の動作は、閾温度が超えられたとき、第１のプランジャ１８が、第２のプランジャ１９に対抗して球体１７に力を及ぼし、第２のプランジャ１９をＸ方向に動かし、かくして、スイッチ１５を動作させる、という点で、図１に示される実施の形態の動作と類似している。

球体に代わって、伝達要素３は、例えば、互いに関連して少なくとも１つの列で配置され、複数の短い筒状部分で他の固体の個々の本体によって形成されることができる。

図３に示される他の実施の形態では、伝達要素３は、ねじられている堅いロッドにより形成されている。これは、長軸を中心として回転されることができるように、中空体９の内部に装着されている。この実施の形態では、変換器は、バイメタルのストリップ又は形状記憶材料からなる螺旋体２０により形成されており、脚７の外周に取り付けられ、この中心のところで伝達要素３に取り付けられている。構成要素４の温度が変化すると、螺旋体は、伝達要素３に回転力を及ぼして、長軸を中心としてこれを回転させる。

伝達要素３は、図３に示される実施の形態では、第２の端のところで、回転式電位差計２１のシャフトに直接結合されている。この実施の形態では、構成要素４の温度が変化すると、電位差計２１から得られる抵抗は、温度に依存しているアナログ電圧信号が発生されることができるように変化される。

電位差計に代わって、図１又は図２に示される実施の形態と同じようにしてバイナリ信号を発生させる回転式スイッチを与えることも可能である。他方では、図１並びに図２に示される実施の形態（及び以下に説明される実施の形態）におけるスイッチに代わって、線形電位差計が使用されることができる。

図４は、変換器１が、短い機械的な移動のみを生じほとんど力がない変換器１を使用することができる実施の形態を示している。この目的のために、図１に示される実施の形態と同じようにして、伝達要素３は、Ｘ方向に動かされることができるロッドの形態であり、このロッドの第２の端がスイッチ１５を動作させる。伝達要素３は、この装置の第１の端のところでホルダ８によって保持され、ホルダ８は、圧縮ばね２２の力に対抗してロッキングメカニズムによって堅固に保持される。ロッキングメカニズムは、変換器３により形成されている。球体２３は、この目的のために与えられ、変換器のスナップ動作ディスク５によって、ホルダ８の側面のところのくぼみ２４に押圧される。

図４に示される実施の形態は、以下のように動作する。温度が低いとき、装置は図４に示される位置にある。圧縮ばね２２は、予め圧縮応力を与えられ、球体２３は、スナップ動作ディスク２２によってくぼみ２４に押圧される。

閾温度が超えられるとすぐに、スナップ動作ディスク５は、形状を変え、この結果、正確に言うと、球体２３がくぼみ２４から戻るように動くことができるようにされ、かくして、ロッキングメカニズムを解除する。ここで、圧縮ばね２２は、伝達要素３をＸ方向に動かして、この結果、スイッチ１５を閉じる。

装置をリセットするために、閾温度がいったん下回ると、伝達要素３は、手動又はモータによって再び戻されなければならず、この結果、ロッキングメカニズムが再び閉まることができる。

また、既に述べられたように、変換器１と動きセンサ２との接続も可撓性を有することができる。この場合、一方では、変換器１を構成要素４に堅固に接続することが可能であり、他方では、動きセンサ２を、例えば、結果として装置の過度の機械的な負荷を与えることなく、静止した基礎に堅固に接続することが可能である。

図５は、対応している装置を示しており、伝達要素３及び中空体９は、可撓性を有する。これらは、ボーデンケーブルを形成しており、伝達要素３は、例えばガラス繊維からなる耐引張性のケーブルの形態であり、中空体は、長手方向に耐圧性である可撓性のプラスチックのチューブの形態である。

この場合、変換器１は、この装置の第１の端のところで伝達要素３に引張力を加えなければならない。図５に示される実施の形態では、これは、中空体９が脚７に取り付けられており、伝達要素３が形状記憶材料からなる引張ワイヤ２５の一端に接続されていることにより果される。引張ワイヤ２５の他端は、同様に脚７に堅固に取り付けられている。脚７は、構成要素４に接続されており、好ましくは、ハウジング（図示されない）を形成しており、このハウジングにより、引張ワイヤ２５が保護され、監視される構成要素と同じ温度に保たれる。引張ワイヤ２５の長さは、温度依存性である。

この装置の第２の端のところでは、伝達要素３に引張力が加えられなければならず、この伝達要素の長手方向の動きが検出されなければならない。図５に示される例では、これは、中空体９がヘッド１１に取り付けられており、伝達要素３は、枢動レバー２６に接続されていることにより果される。枢動レバー２６は、引張ばね２７によって伝達要素３の引張力に対抗して保持される。

閾温度が超えられたときに引張ワイヤ２５が縮んでいるとき、枢動レバー２６は、スイッチ１５に対してＹ方向に引張ばね２７の力に対抗して動かされ、スイッチ１５を動作させる。構成要素４が再び閾温度を下回ったとき、引張ワイヤ２５は、伸長されて、枢動レバー２６は、戻るように動かされて、スイッチ１５が開かれる。

これまでのところ説明されている実施の形態では、伝達要素３は、（図５に示されている実施の形態を除いて）動きセンサ２と係合されることができる中空体９内に案内されている。しかし、図６に示されるように、例えば基礎であるマウント２８に動きセンサ２を取り付けることも可能である。このマウントは、高電圧又は中電圧のところになく、監視される構成要素４に対して所定の位置に必然的に固定されて配置されている。この場合には、中空体９は必要でない。必要であれば、伝達要素３は、外面に絶縁リブが設けられることができる（図６には示されない）。さもなければ、図６に示される実施の形態は、図１に示される実施の形態と主に同じである。

一般的に、本発明は、中電圧又は高電圧のモジュールの温度の測定又は監視のための強固で簡単な能力を提供することが述べられることができる。

変換器は、多くの異なる方法で設計されることができる。特に、述べられたように、変換器は、アナログの連続信号、又は他のバイナリの非連続信号を発生させることができる。形状記憶合金が使用されているならば、変換器は、単一又は両方の効果を備えた要素であることができる。この場合、合金によって、連続の（アナログの）又は突然の（デジタルの）変形も可能である。

伝達要素は、電気的絶縁によって、機械的な偏向を動きセンサに伝達することを意図している。

動きセンサは、いかなる実施の形態でも、押しボタン、タッチスイッチ又は電位差計の形態であることができる。また、必要であれば、リセットメカニズムが与えられることができる。これは、通常のリセットばねの形態であることができ、このリセットばねは、切り替え中のいかなる振動（いわゆる弾み）によっても引き起こされる温度監視を防ぐことを意図している。さらに、また、リセットも、ソレノイドの助け、電動モータ又は手動で行われることが可能である。実施の形態によって、動きセンサは、力のセンサとして機能することができ、また、伝達要素の最小量の、微視的な運動を電気的信号に変換することができる。

１…変換器、２…動きセンサ、３…伝達要素、４…監視される構成要素、５…スナップ動作ディスク、６…チャンバ、７…脚、８…ホルダ、９…中空体、１０…絶縁リブ、１１…ヘッド、１２…圧縮ばね、１３…溝、１４…指、１５…マイクロスイッチ、１６…ホルダ、１７…球体、１８…第１のプランジャ、１９…第２のプランジャ、２０…バイメタルの螺旋体、２１…電位差計、２２…圧縮ばね、２３…球体、２４…くぼみ、２５…形状記憶材料からなる引張ワイヤ、２６…枢動レバー、２７…引張ばね、２８…高電圧のところにないマウント。

Claims (10)

1. 高電圧又は中電圧の構成要素の温度に依存する機械的信号を発生させることができる変換器（１）と、
   この変換器（１）から離れたところに配置されており、この変換器（１）から電気的に絶縁している動きセンサ（２）と、
   前記変換器（１）と前記動きセンサ（２）との間に延びた非導電性の伝達要素（３）と、を具備し、
   前記変換器（１）からの前記機械的信号は、前記伝達要素（３）の動きを発生させ、また、
   前記動きセンサ（２）は、前記伝達要素（３）の前記動きによって動作されることができる、中電圧又は高電圧のモジュールの温度の測定のために設計された温度監視装置において、
   前記伝達要素（３）は、一直線状に延びたロッドであり、ねじれの動きを伝達することができること、
   前記変換器（１）は、前記伝達要素（３）に回転力を及ぼすこと、及び、
   前記変換器（１）は、バイメタルのストリップ又は形状記憶材料からなる螺旋体（２０）を有していること、
   を特徴とする温度監視装置。
2. 高電圧又は中電圧の構成要素の温度に依存する機械的信号を発生させることができる変換器（１）と、
   この変換器（１）から離れたところに配置されており、この変換器（１）から電気的に絶縁している動きセンサ（２）と、
   前記変換器（１）と前記動きセンサ（２）との間に延びた非導電性の伝達要素（３）と、を具備し、
   変換器（１）からの前記機械的信号は、前記伝達要素（３）の動きを発生させ、
   前記動きセンサ（２）は、伝達要素（３）の前記動きによって動作されることができ、
   前記伝達要素（３）は、絶縁中空体（９）内に配置されており、
   前記変換器（１）は、前記中空体（９）の第１の端のところに配置されており、
   また、前記動きセンサ（２）は、前記中空体（９）の第２の端のところに配置されている、中電圧又は高電圧のモジュールの温度の測定のために設計された温度監視装置において、
   前記中空体（９）は、前記伝達要素（３）に沿ってまっすぐ延びていること、
   前記伝達要素は、ロッドの形態であること、
   前記変換器（１）は、前記伝達要素（３）に回転力を及ぼすこと、及び、
   前記変換器（１）は、バイメタルのストリップ又は形状記憶材料からなる螺旋体（２０
   ）を有していること、
   を特徴とする温度監視装置。
3. 前記伝達要素（３）は、中空体内に配置されていない、請求項１の温度監視装置。
4. 複数の絶縁リブ（１０）が、前記中空体（９）の外面に配置されている、請求項２の温度監視装置。
5. 複数の絶縁リブ（１０）が、前記伝達要素（３）の外面に配置されている、請求項１又は３の温度監視装置。
6. 前記変換器（１）は、力に対抗して前記伝達要素（３）を堅固に保持するロッキングメカニズム（５，２３，２４）を形成しており、閾温度が超えられたときにロックが解除される、請求項１ないし５のいずれか１の温度監視装置。
7. 前記動きセンサ（２）は、前記伝達要素（３）によって動作されることができるスイッチ、又は、前記伝達要素（３）によって動作されることができる電位差計である、請求項１ないし６のいずれか１の温度監視装置。
8. 少なくとも１ｋＶの電圧のところにある構成要素の温度を監視するための、請求項１ないし７のいずれか１の温度監視装置。
9. 高電圧又は中電圧の構成要素の温度に依存する機械的信号を発生させることができる変換器（１）と、
   この変換器（１）から離れたところに配置されており、この変換器（１）から電気的に絶縁している動きセンサ（２）と、
   前記変換器（１）と前記動きセンサ（２）との間に延びた非導電性の伝達要素（３）と、を具備し、
   前記変換器（１）からの前記機械的信号は、前記伝達要素（３）の動きを発生させ、また、
   前記動きセンサ（２）は、前記伝達要素（３）の前記動きによって動作されることができる、中電圧又は高電圧のモジュールの温度の測定のために設計された温度監視装置において、
   前記伝達要素（３）は、一直線状に延びたロッドであり、ねじれの動きを伝達することができること、
   前記変換器（１）は、前記伝達要素（３）に回転力を及ぼすこと、及び、
   前記変換器（１）は、バイメタルのストリップ又は形状記憶材料からなる螺旋体（２０）を有していること、
   を特徴とする温度監視装置を動作するための方法。
10. 高電圧又は中電圧の構成要素の温度に依存する機械的信号を発生させることができる変換器（１）と、
    この変換器（１）から離れたところに配置されており、この変換器（１）から電気的に絶縁している動きセンサ（２）と、
    前記変換器（１）と前記動きセンサ（２）との間に延びた非導電性の伝達要素（３）と、を具備し、
    変換器（１）からの前記機械的信号は、前記伝達要素（３）の動きを発生させ、
    前記動きセンサ（２）は、伝達要素（３）の前記動きによって動作されることができ、
    前記伝達要素（３）は、絶縁中空体（９）内に配置されており、
    前記変換器（１）は、前記中空体（９）の第１の端のところに配置されており、
    また、前記動きセンサ（２）は、前記中空体（９）の第２の端のところに配置されている、中電圧又は高電圧のモジュールの温度の測定のために設計された温度監視装置において、
    前記中空体（９）は、前記伝達要素（３）に沿ってまっすぐ延びていること、
    前記伝達要素は、ロッドの形態であること、
    前記変換器（１）は、前記伝達要素（３）に回転力を及ぼすこと、及び、
    前記変換器（１）は、バイメタルのストリップ又は形状記憶材料からなる螺旋体（２０
    ）を有していること、
    を特徴とする温度監視装置を動作するための方法。

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