静止感应设备及静止感应设备监视装置

摘要

本发明的静止感应设备具有：线圈(1)；用来绝缘线圈(1)的绝缘流体(4)；将具有电阻的导电膜缠绕在具有中空部的静电屏蔽绝缘物的外表面上而构成、抑制线圈(1)的电场的静电屏蔽(2)；收容线圈(1)、静电屏蔽(2)和绝缘流体(4)并密封绝缘流体(4)的框体(5)；具有传感器和发送单元的IC标签(3)，所述传感器配置在静电屏蔽绝缘物的中空部内、检测该位置的状态作为物理量，所述发送单元将该传感器获得的信息作为频率比商用交流电的频率高很多的高频信号无线发送；配置在框体(5)内、接收从IC标签(3)无线发送来的高频信号并有线发送到框体(5)外的接收单元(6)。

说明书

技术领域

本发明涉及收容到高电压用变压器等的框体内的静止感应设备以及用于监视该静止感应设备的装置。

背景技术

静止感应设备具有缠绕了用绝缘被覆层覆盖的电线的线圈，将其浸渍在油等绝缘流体(绝缘介质)中。线圈因电流而被加热，用绝缘流体冷却。绝缘流体在设备内部对流，被静止感应设备的框体或另外设置的热交换用冷却器冷却，回到线圈中。这些绝缘材料一般使用有机材料，逐渐被分解掉。其分解速度受混入到绝缘材料中的氧量和温度很大的影响。并且，在设备产生异常的情况下，这些绝缘材料有可能产生局部绝缘破坏或者绝缘物的部分损伤、分解。此时，电线线路中产生高频信号，从放电部位释放电磁波。由于释放的电磁波与离发生位置的距离的平方成反比下降，因此如果能够在发生的地点附近捕捉到电磁波的话，则能够检测到微小的破坏。

现有技术的静止感应设备将状态监视用设备设置在静止感应设备的外部，进行定期或经常性的监视。通过分析绝缘流体的温度或包含的成分来评价确认绝缘性能等功性能。由于线圈上被施加高电压、流过电流，因此绝缘物容易老化或损伤。因老化、损伤而分解的生成物流入绝缘流体中或者对流，因此传递给设置在框体中的传感器。

电流产生的热量也因绝缘流体的对流而被搬运，但绝缘流体的流速并不均匀，随框体内部的场所不同而不同。受热了线圈下部产生的热量的绝缘流体开始对流，但由于发热不仅仅在局部而是在整个线圈中产生，因此绝缘流体在对流的同时继续受热，在对流到线圈的上部时温度最高。并且，由于除对流以外，来自绝缘流体自身的辐射也传递热量，因此一般情况下设备中央的上部温度最高。一般的静止感应设备使用有机绝缘物，但由于绝缘体随时间的推移不断分解下去。其分解速度依赖于温度。

在线圈的高电压部位容易发生绝缘物的分解和异常信号，但监视设备必须设置在接地电位的部位。因此从传感器到监视装置的绝缘是必要的。传感器一般包括检测单元、变换放大单元和信号传输单元，但需要使它们工作的能量。工作能量可以从监视装置供给或者在设置传感器的环境中自主供给，或者从被检测信号中获得。在从设置环境自主供给的情况下，由设置场所的震动或温度差、利用光发电，或者从电场或磁场作为电磁波而获取能量。在从控制盘供给的情况下，需要直接供给电源或者发送光由传感器进行变换。信号传输输送电信号、光信号或机械位移信号等。光信号作为调制后的亮度或颜色信号被传输。

一般来说，使用电信号的传感器不能够设置在高电压部位(包括高电压部位附近，以下相同)。设置在高电压部位的传感器虽然可以使用光纤等使用了绝缘材料的器件，但由于信号传输需要光信号、光纤也需要进行绝缘处理、获得的信号的种类少等原因，因此不适合于通用设备的经常性监视。并且，也不能够直接提供电能，而进行光能的供给或将设置场所的电场作为能源的自主供给。

一般来说，静止感应设备到处都设置了感应泄漏磁通的磁屏蔽。并且，线圈上设置了减弱电场的静电屏蔽。因此在该屏蔽所保护的区域不能用电磁方法进行通讯。

如上所述，在高电压部位作为静止感应设备的状态监视而设置能够检测多种多样的信号、状态的传感器是极其困难的。由于设备长时间运转和大到内部不容易接触的程度等原因，在高电压部位设置传感器，难以电气传输从传感器输出的信号。因此，需要用某种方法将检测到的信号变换成在保持绝缘分割的状态下容易传输的信号。变换需要能量，需要使传感器内置持有电池或在设置场所发电。

用光进行传输时，光纤需要绝缘能力。机械传输方法也必须用绝缘材料构成作为传输媒体的机构部分，难以容易并且低成本地设置。用电磁信号进行传输时，由于高电压部位与外部的电线线路连接，因此干扰容易侵入，并且由于以下原因等不能容易地进行检测信号的传输：由于设备自身产生低频信号；由于产生极大的低频磁场需要其屏蔽结构；设备用导电体构成，难以使电磁波的泄漏少地将信号传输到外部等。

并且，在高电压部位设置传感器时需要给该传感器部位提供驱动能量。由于传感器部位为高电压，因此不可能实施用于供给能量的电气连接。利用光供给能量时，虽然在传感器中设置太阳能电池、用光纤照射光就可以，但由于变换效率差并伴随有发热，因此难以实用化。获取设备生成的商用(交流)频率的电场或磁场来发电的方法由于需要不断变化运行电流和要求高的工作精度等原因，难以实用化。

[专利文献1]日本特开2004-133596号公报

[专利文献2]日本特开2002-230675号公报

[专利文献3]日本特开2006-185048号公报

鉴于上述情况，为了获得设备内部的信息，考虑过在设备内部设置带传感器的IC标签，将设备内部产生的电磁波作为其工作的能量，并且记录该电磁波的大小和个数等的带传感器的IC标签和IC标签系统的方案。此时，带传感器的IC标签的驱动能量为电池或通讯用电磁波。

专利文献1和专利文献2中由于带传感器的IC标签只传送检测信息，因此故障的判断设想靠远方的人去判断。因此没有自动记录和累计的能力。如果使IC标签具有存储功能的话，设备的运转状态履历即使在设备停止时取出IC标签，其功能也能充分发挥。

专利文献3中，由于将设备内部所产生的电磁波作为其工作能量，并且将作为记录其电磁波的大小和个数等的传感器内部的异常信息而产生的电磁波作为工作能量，因此在没有产生异常的状态下不动作。

上述众所周知的技术中虽然考虑了将传感器设置到难以设置传感器的部位，但没有考虑对通讯和自身影响的电磁环境。尤其是设置到具有强电场的设备中没有防止由于存在自身通讯和传递驱动能量以外的强电场，不能进行通讯，或者自身电路损伤的技术。

在静止感应设备内部设置IC标签时，由于主设备产生的强电场或强磁场有使IC标签破损的可能性，因此需要将IC标签设置在被电磁屏蔽的部位或电磁波不能到达的部位，或者需要防护IC标签不受这些强电场等影响的对策。

发明内容

本发明就是鉴于上述问题，其目的是要提供一种用传感器检测包括高电压线圈的静止感应设备内部的状态、将其检测信号取出到框体外的静止感应设备以及静止感应设备监视装置。

为了达到上述目的，本发明的静止感应设备的一种方案具有：被供给商用交流电的线圈；用来绝缘上述线圈的绝缘流体；将具有电阻的导电膜缠绕在至少一部分具有中空部的静电屏蔽绝缘物的外表面上而构成的、抑制上述线圈的电场的静电屏蔽；收容上述线圈、静电屏蔽和绝缘流体并密封绝缘流体的框体；具有传感器和发送单元的IC标签，所述传感器配置在上述静电屏蔽绝缘物的中空部内、检测其位置的状态作为物理量，所述发送单元将该传感器获得的信息作为频率比上述商用交流电的频率高很多的高频信号无线发送；以及，配置在上述框体内、接收从上述IC标签无线发送来的高频信号并有线发送到上述框体外的接收单元。

本发明的静止感应设备的另一种方案具有：被供给商用交流电的线圈；用来流过磁通的铁芯；用来绝缘上述线圈的绝缘流体；使用了对商用交流频率为高导磁率、对比商用交流频率高的高频为低导磁率钢材的磁屏蔽；对商用交流频率为低导磁率但对高频为高导磁率的高频磁路；具有传感器和发送单元的IC标签，所述传感器配置在上述高频磁路的附近、检测其位置的状态作为物理量，所述发送单元将该传感器获得的信息作为频率比上述商用交流电的频率高很多的高频信号无线发送；收容上述线圈、铁芯、磁屏蔽、高频磁路、IC标签和绝缘流体并密封绝缘流体的框体；以及，配置在上述框体内、通过上述磁路接收从上述IC标签无线发送来的高频信号并有线发送到上述框体外的接收单元。

本发明的静止感应设备的另一种方案具有：被供给商用交流电的线圈；用来绝缘上述线圈的绝缘流体；IC标签，具有检测所配置的位置的状态作为物理量的传感器、和将该传感器获得的信息作为频率比上述商用交流电的频率高很多的高频信号无线发送的发送单元，并将耦合方向朝向与上述线圈产生的电场或磁场的主方向不同的方向地被配置在上述线圈的附近；收容上述线圈、IC标签和绝缘流体并密封绝缘流体的框体；以及，配置在上述框体内、通过上述线圈接收从上述IC标签无线发送来的高频信号并有线发送到上述框体外的接收单元。

本发明的静止感应设备监视装置的一种方案为监视静止感应设备的状态的静止感应设备监视装置，所述静止感应设备具有：被供给商用交流电的线圈；将具有电阻的导电膜缠绕在至少一部分具有中空部的静电屏蔽绝缘物的外表面上而构成的、抑制上述线圈的电场的静电屏蔽；用来绝缘上述线圈的绝缘流体；以及，收容上述线圈、静电屏蔽和绝缘流体并密封绝缘流体的框体；其特征在于，具备：具有传感器和发送单元的IC标签，所述传感器配置在上述静电屏蔽绝缘物的中空部内、检测其位置的状态作为物理量，所述发送单元将该传感器获得的信息作为频率比上述商用交流电的频率高很多的高频信号无线发送；配置在上述框体内、接收从上述IC标签无线发送来的高频信号并有线发送到上述框体外的接收单元；以及，配置在上述框体外、接收从上述接收单元有线发送来的信号，根据该信号判断上述框体内的状态的判断单元。

本发明的静止感应设备监视装置的另一种方案为监视静止感应设备的状态的静止感应设备监视装置，所述静止感应设备具有：被供给商用交流电的线圈；用来流过磁通的铁芯；使用了对商用交流频率为高导磁率、对比商用交流频率高的高频为低导磁率的钢材的磁屏蔽；用来绝缘上述线圈的绝缘流体；以及，收容上述线圈、铁芯、磁屏蔽和绝缘流体并密封绝缘流体的框体；其特征在于，具备：配置在上述框体内、对商用交流频率为低导磁率但对高频为高导磁率的高频磁路；具有传感器和发送单元的IC标签，所述传感器配置在上述框体内上述高频磁路的附近、检测其位置的状态作为物理量，所述发送单元将该传感器获得的信息作为频率比上述商用交流电的频率高很多的高频信号无线发送；配置在上述框体内、通过上述磁路接收从上述IC标签无线发送来的高频信号并有线发送到上述框体外的接收单元；以及，配置在上述框体外、接收从上述接收单元有线发送来的信号，根据该信号判断上述框体内的状态的判断单元。

本发明的静止感应设备监视装置的另一种方案为监视静止感应设备的状态的静止感应设备监视装置，所述静止感应设备具有：被供给商用交流电的线圈；用来绝缘上述线圈的绝缘流体；以及，收容上述线圈和绝缘流体并密封绝缘流体的框体；其特征在于，具备：IC标签，具有检测上述框体内所配置的位置的状态作为物理量的传感器和将该传感器获得的信息作为频率比上述商用交流电的频率高很多的高频信号无线发送的发送单元，并将耦合方向朝向与上述线圈产生的电场或磁场的主方向不同的方向地配置在上述线圈的附近；配置在上述框体内、通过上述线圈接收从上述IC标签无线发送来的高频信号并有线发送到上述框体外的接收单元；以及，配置在上述框体外、接收从上述接收单元有线发送来的信号，根据该信号判断上述框体内的状态的判断单元。

发明的效果：如果采用本发明，能够用传感器检测包括高电压线圈的静止感应设备内部的状态，能够将该信号取出到框体外。

附图说明

图1是示意地表示本发明的静止感应设备的第1实施方式的局部剖视图。

图2是示意地表示本发明的静止感应设备的第2实施方式的局部剖视图。

图3是示意地表示本发明的静止感应设备的第3实施方式的局部透视剖视图。

图4是示意地表示图3的带传感器的IC标签的设置朝向的透视图。

具体实施方式

[第1实施方式]

图1为示意地表示本发明的静止感应设备的第1实施方式的局部剖视图。该静止感应设备为例如变压器，线圈1和铁芯11浸渍在框体5内的绝缘流体4中。绝缘流体4为例如油等液体有机介质。线圈1由例如用有机材料制成的线圈绝缘物(图中没有表示)支持着。通过图中没有表示的端子从框体5外部给线圈1提供高电压(例如6万～100万伏)的商用交流电。其中，商用交流的频率为例如50Hz或60Hz。框体5被接地。

框体5内在线圈1的上方配置有静电屏蔽2。静电屏蔽2通过将涂敷了碳的半导电性绝缘纸2c缠绕在中空的屏蔽芯2a的表面上而构成，在例如线圈1的上方形成为环状。半导电性绝缘纸2c缠绕的终端2b连接在线圈1上，付与电位。

在静电屏蔽2的屏蔽芯2a内，配置有带传感器的IC标签3。带传感器的IC标签3包括主体3a和天线9。主体3a包含传感器和发送单元(图中没有表示)。并且，在框体5内靠近该框体5的壁面的地方配置有接收单元6，而且，在框体5外配置有判断/显示单元20，接收单元6和判断/显示单元20用贯穿框体5的通讯线21连接。

对于商用(交流)频率，静电屏蔽2表面的任何部位都保持相同的电位。带传感器的IC标签3的传感器检测到的信息作为比商用(交流)频率高很多的超高频率(例如数十MHz以上)的信号发送。由于静电屏蔽2的表面为半导电性，因此对于超高频率不一定是相同的电位，带传感器的IC标签3输出的信号容易泄漏到静电屏蔽2的外部。漏出的信号到达接收单元6，进行信息通讯。接收单元6与判断/显示单元20之间信号的交换由通讯线21通过有线来进行。带传感器的IC标签3工作的能量由电池或超高频传输供应。

如果采用本实施方式，能够用静电屏蔽2内部设置的带传感器的IC标签3高精度并且即时性地监视温度最高的线圈1的上部的状态。结果，不是在框体5的壁部设置传感器检测设备各部位的平均温度，而是检测最高点的温度，因此能够检测出准确的设备状态。

在以上说明过的本实施方式中，可以使传感器具有电磁波带来的电源接受能力。并且，也可以在带传感器的IC标签3或接收单元6等中配置将通过供给商用交流电产生的振动能量变换成电能的能量变换单元，将该电能作为带传感器的IC标签3的驱动能量源。而且，还可以在带传感器的IC标签3或接收单元6等中配置将通过供给商用交流电在框体5内产生局部放电而释放的电磁波能量，或者将通过供给商用交流电在框体5内产生的磁场动作的能量变换成电能的能量变换单元。

而且，通过信号的传输也用电磁波进行，可以设置到高电压部位。并且，也可以使传感器单元自身具备记录能力，即使在电磁传输困难的状态下也能记录下设备的状态，日后传输该记录信息，通过这样也可以将传感器设置到电磁环境恶劣的部位。电磁环境受设备的运行状况和连接的电线线路状况的影响。即使不停止运行，仅靠通过系统进行分离也有可能进行电磁通讯。

虽然静电屏蔽使用导电性部件，但由于对主要电场具有导电性和电位稳定性就足够了，因此一般多使用薄的金属箔或碳纸等半导电纸，只有一个地方与电位线连接。同样，使用了导磁率高的部件的磁屏蔽引流了磁通，抑制磁场。因此，以往不能在屏蔽的内部或附近设置使用了电磁传输手段的传感器装置。但是，如果使用超高频进行能量供给和信号传输的话，则电位连接点附近被抑制在所连接的电位，对超高频电磁波具有屏蔽效果，但远离连接点的地方到连接点的阻抗高，不能期待具有足够的屏蔽效果。

本实施方式通过用超高频率传输信号，能够在静电屏蔽的内部设置传感器装置。由于来自主设备的强电场为商用(交流)频率，因此即使使用半导电性或薄的金属箔也不成问题。同样，硅钢板等由于频率特性差，不能充分引流超高频的磁通，因此超高频信号有可能容易地传到磁屏蔽的里面。本实施方式通过在信号传输中使用超高频电磁波、使用半导电性或薄的金属箔作静电屏蔽、使用频率特性差的钢板作磁屏蔽，这样不仅对设备产生的商用(交流)频率极强的电场或磁场具有足够的屏蔽效果，而且可以在其内部或附近设置将超高频信号作为信号传输手段的传感器装置。

如果采用第1实施方式，通过将传感器连接在带传感器的IC标签上，使用超高频电磁波传输检测信号，能够在接地部位不损害绝缘性能地传输设置在高电压部位的传感器的信息。通过在设备的寿命或老化最快而损伤的高电压部位设置传感器，能够准确地监视以往只能用平均值管理的剩余寿命和老化状态。

通过调节各种屏蔽的材料和结构，即使在将带传感器的IC标签设置在屏蔽的内部或附近的情况下，也能够排除设备产生的商用(交流)频率极强的电磁场的影响，并能够进行超高频通讯。结果，能够在附近设置检测高电压部位或强磁场部位的状态的传感器，同时能够用高频传输运行中的检测信息。

并且，通过将超高频信号叠加到设备的电路中，能够在设备外部设置接收从带传感器的IC标签输出的信息的接收单元。不用更改设备的框体就能够监视内部的状态。

尤其是通过在温度的最高点附近设置累计温度履历的带传感器的IC标签，能掌握绝缘物的平均老化，能防止判定为全部老化等误判。如果用整个体积去除放电老化等的局部损伤生成物，则虽误判为老化，但本发明通过用设置在其附近的带传感器的IC标签监视局部的状态，能够准确地掌握该部位的状况，因此能够精确地进行设备状况的监视。

[第2实施方式]

下面参照图2说明第2实施方式。其中，与第1实施方式相同或类似的部分添加相同的附图标记，省略重复的说明。图2为示意地表示第2实施方式的静止感应设备的局部剖视图。该实施方式配置使用了频率特性差的电磁钢板的低频高导磁率磁屏蔽7a作为磁屏蔽7的一部分，在其附近配置有使用了高频特性好但导磁率比磁屏蔽低的磁性体(例如铁氧体)的磁路8。并且在磁路8上设置带传感器的IC标签3。

磁通10中设备产生的低频磁通10a被磁阻更低的低频高导磁率磁屏蔽7a引流，泄漏到磁路8的低频磁通10a少。由于低频高导磁率磁屏蔽7a对超高频的导磁率接近1，因此超高频磁通10b通过磁路8到达带传感器的IC标签3。检测信息经由磁路8传递到外部，传递到接收单元6。

本实施方式由于商用(交流)频率的低频磁通10a流入低频高导磁率磁屏蔽7a，因此带传感器的IC标签3的磁性耦合部只有极少的泄漏磁通，未达到饱和的程度，能够提高效率。因此，IC标签3有可能具有即使微弱的超高频信号也具有足够的增益的超高频耦合部(天线)9，信息传输所需要的能量小，内置的电池的寿命变长。结果能够长时间使用。

[第3实施方式]

下面参照图3和图4说明第3实施方式。其中，与第1或第2实施方式相同或类似的部分添加相同的附图标记，省略重复的说明。图3为示意地表示本发明的静止感应设备的第3实施方式的局部透视剖视图，图4为示意地表示图3的带传感器的IC标签的设置朝向的透视图。

该实施方式在高电压部位设置了具有方向与设备产生的商用(交流)频率的电磁波的方向不同的超高频电磁波耦合部的带传感器的IC标签3。静止感应设备与阻抗大的电线线路连接或与接地端子连接。将使用了超高频信号的接收单元6高频耦合到接地端子上或电线线路上、在电线线路或接地线上插入防止超高频信号的泄漏的阻抗元件。

例如图3所示，将带传感器的IC标签3配置到线圈1的附近，使天线9的朝向向着线圈1的电线的方向。此时，如图4所示，天线9的方向与电场的方向和磁场的方向垂直。

静止感应设备为大型设备，商用(交流)频率的电磁波在空间具有一定的方向性。线圈1的电线方向上产生的电场是微弱的，相邻的电线之间的磁通互相抵消，磁场也弱。由于超高频电磁波将电线作为分布常数线路进行传输，因此在上述空间中产生充分的电磁场。设置在高电压部位的带传感器的IC标签3设置在商用(交流)频率的电磁场弱的上述空间内。检测到的信息被从带传感器的IC标签3的超高频耦合部9引导到设备的电线，沿着设备的电线线路被传输到设备的外部。

如果采用该实施方式，由于使带传感器的IC标签3的超高频耦合部与商用(交流)频率的电磁场弱的方向相对，因此能够不与设备产生的商用(交流)频率的强电磁场干涉地将高频信号叠加到设备的电线部。因此可以不使带传感器的IC标签3和接收信号的接收单元6与设备的高电压部位相对，能够将接收单元6设置到安全的部位来获取高电压部位的信息。