JP2017516276A - センサ付き電気ジャンパ - Google Patents

Abstract

センサ付き電気ジャンパは、第１の端部及び第２の端部を有する導体であって、第１の端部が、第１の接続インターフェースを含み、第２の端部が、第２の接続インターフェースを含む、導体と、第１の端部と第２の端部との間で導体上に配置された少なくとも１つのセンサを含むセンサ部であって、センサが、導体の電流及び電圧の少なくとも１つを検知する、センサ部と、センサから延在し、少なくとも１つのセンサ出力ワイヤを漏洩電流又は他の潜在的な電気損傷から保護するように、導体軸に実質的に垂直に配向される、センサ出力導管と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、中高電圧用途のためのセンサ付き電気ジャンパに関する。

電力の分配は、再生可能エネルギーや分散型発電の出現、及び電気自動車の採択によってより複雑化し、インテリジェントな配電及びそれに関連する電気的検知はより有用になり、必須にさえなってきている。有用な検知としては、例えば、配電網内の様々な位置での、電圧、電流、及び電圧と電流との間の時間関係が挙げられ得る。

電気グリッドのグリッド自動化を実施する際、スペースの制約は、地下及び地上の位置にセンサ付きデバイスを実装する際に難題を呈する。

一般に、本開示は、電力ケーブル及び他の中高電圧用途の電気ジャンパを目的とする。特に、本明細書で説明するセンサ付き電気ジャンパは、スイッチ位置などの地下、屋内、又は野外の用途、コンデンサバンクの用途、計量キャビネットの用途、モータ、スイッチギヤ、及び架空の端子／立上り電柱の用途における既存のジャンパの交換、既存のケーブル施設の端子接続、並びに最初の布設に、かつマンホール及び直接埋設の用途のための２つのスプライス間に挿入するための好適な端子接続の交換を含む、多くの電気グリッド用途で使用することができる。

一態様では、センサ付き電気ジャンパは、第１の端部及び第２の端部を有する導体であって、第１の端部が、第１の接続インターフェースを含み、第２の端部が、第２の接続インターフェースを含む、導体と、第１の端部と第２の端部との間で導体上に配置された少なくとも１つのセンサを含むセンサ部であって、導体の電流、温度、及び電圧のうちの少なくとも１つを検知するセンサ部と、センサから延在し、少なくとも１つのセンサ出力ワイヤを漏洩電流又は他の潜在的な電気損傷から保護するように、導体軸に実質的に垂直に配向される、センサ出力導管と、を備える。

本発明の上記の概要は、本発明の図示された実施形態又はすべての実施を説明しようとするものではない。本開示の１つ以上の実施例の詳細を添付図面及び以下の説明に示す。本開示の技法の他の特徴、目的、及び利点は、発明を実施するための形態及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

本発明の態様によるセンサ付き電気ジャンパの等角図である。 本発明の別の態様によるセンサ部の一部が切り取られた状態を示すセンサ付き電気ジャンパの概略図である。 本発明の別の態様によるセンサ部の一部が切り取られた状態を示す別のセンサ付き電気ジャンパの一部切り取り図である。 本発明の代替的な態様によるセンサ付き電気ジャンパの代替的な実施形態を示す。 本発明の代替的な態様によるセンサ付き電気ジャンパの代替的な実施形態を示す。 本発明の代替的な態様によるセンサ付き電気ジャンパの代替的な実施形態を示す。 本発明の代替的な態様によるセンサ付き電気ジャンパの代替的な実施形態を示す。

以下の発明を実施するための形態では、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例として示す。その際、「上」、「下」、「前」、「後」、「前縁」、「前方」、「後縁」などの方向に関する用語は、説明する図面の方向を基準として用いられている。本発明の各実施形態の構成要素は多数の様々な方向で位置決めされ得るため、方向に関する用語は、説明の目的で用いられており、限定するものではない。他の実施形態を利用することもでき、また、構造的又は論理的な変更が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

本開示は、中又は高電圧電力接続の用途で使用される、センサ付き電気ジャンパを記述する。センサ付き電気ジャンパは、集積センサ技術を利用する。本明細書で説明するジャンパ構成は、電力ケーブル又は電気グリッド中の位置の電圧及び／又は電流の特性をリアルタイムで高精度に供給するためのコンパクトな機構を提供する。デバイスのコンパクトな設計は、デバイスが限られたスペースに嵌装され、既存のシステムに改装されることを可能にする。センサ付き電気ジャンパは、スイッチ位置などの地下、屋内、又は野外の用途、コンデンサバンクの用途、計量キャビネットの用途、モータ、スイッチギヤ、及びリクローザ、セクショナライザ、コンデンサバンク、及び一次計量が使用される架空の端子／立上り電柱の用途で使用されるように設計される。センサ付き電気ジャンパは、装置が地理的に互いに分離され得る分散型発電システムで特に有用である。したがって、センサ付き電気ジャンパは、中又は高電圧機器を使用する、公益事業、太陽光発電ファーム、風力発電ファーム、船舶、産業プラント、又は任意の個人若しくは会社に多くの異なるグリッド位置でスマートノードを作る能力を提供することができる。

本発明の第１の態様では、センサ付き電気ジャンパ２００が図１に示される。センサ付き電気ジャンパ２００は、第１の端部及び第２の端部を有する導体（例えば、図２に示されるケーブル１２及び図３に示される導体を参照）を含む。代替的な態様では、導体は、固体の金属片、又は従来の媒体若しくは高電圧ケーブルなど、同軸ケーブルとして構築することができる。導体の第１の端部は、第１の接続インターフェース２１０を含み、導体の第２の端部は、第２の接続インターフェース２２０を含む。各接続インターフェースは、例えば、ステムコネクタ（図１に示されるようなもの）、ラグ（図２に示されるようなもの）、分離可能なコネクタ、スプライス、任意の数の分岐を含む分岐スプライス、及び／又はモジュラコネクタとして構成することができる。代替的な態様では、センサ付きジャンパは、用途に応じて、第１の型の接続インターフェースを備える第１の導体端部、及び第２の異なる型の接続インターフェースを備える第２の導体端部を含むことができる（例えば、接続インターフェース２１０は、ステムコネクタを備えることができ、接続インターフェース２２０は、ラグを備えることができる）。本発明の別の態様では、各接続インターフェースは、１つ若しくは２つ以上の分離可能なコネクタ、又は２つ以上の端部を有するモジュラコネクタを備えることができる。

センサ部２３０は、第１の端部と第２の端部との間で導体上に配置されたセンサを含む。図２及び３の例に示されるように、センサは、電流、温度、及び電圧のうちの少なくとも１つを検知するように構成することができる。異なるセンサの構造が以下でより詳しく説明される。更に、センサ付き電気ジャンパ２００は、センサから延在し、出力ワイヤ２４２などの少なくとも１つのセンサ出力ワイヤを漏洩電流及び他の潜在的な電気損傷から保護するように、導体軸に実質的に垂直に配向される、センサ出力導管２４０を更に含む。更に、ジャンパ接地ワイヤ２４１は、接地電位を維持するために、センサ出力導管２４０を通って配線することもできる。ジャンパ接地ワイヤ２４１は、フラッシュオーバ又は故障がある場合、センサ付きジャンパへ給電するヒューズ又はブレーカが遮断し、電流の流れを除去するように、故障電流を搬送する。いくつかの態様では、センサ出力導管２４０は、可撓性の導電性又は非導電性導管を備えることができる。

図１にも示されるように、センサ付き電気ジャンパ２００は、漏洩電流及び電気的故障の潜在性を軽減するために、誘電応力制御特徴を含み得る。例えば、応力制御特徴は、露出したステムコネクタ２１５ａ及び２１５ｂからの漏洩電流を低減する働きをする外向きに突出する多数のスカート２１８として実装することができる。前述のように、センサ付き電気ジャンパは、スイッチ位置などの地下、屋内、又は野外の用途、コンデンサバンクの用途、計量キャビネットの用途、及びリクローザ、セクショナライザ、コンデンサバンク、及び一次計量が使用される架空の端子／立上り電柱の用途に使用することができる。

図２及び３は、センサ付き電気ジャンパで利用されるセンサ構造の代替的な構成を示す。当業者には自明なことであろうが、他のセンサ構成が実現されてもよい。

図２は、センサ付き電気ジャンパ３００を示す代替の実施形態である。センサ付き電気ジャンパ３００は、ケーブル１２として構成される導体を含む。ケーブル１２は、内部導体１４、内部導体１４を囲む絶縁層１６、及び絶縁層１６を囲む導電性又は半導体層（以下、半導体層と称される）１８を含む。他の態様では、半導体層１８を囲む金属ケーブルスクリーン及び金属ケーブルスクリーンを囲む外部ケーブルジャケットなどのケーブル１２の更なる層は、取り除かれてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、これらの層はケーブル１２の一部分に残されてもよい。内部導体１４の第１の端部は、第１の接続インターフェース３１０を含み、内部導体１４の第２の端部は、第２の接続インターフェース３２０を含む。この態様では、各接続インターフェースは、ラグ３４として構成することができる。

この実施形態では、電圧及び電流センサは、センサ部３３０に一体化される。図２の説明では、絶縁層１６、ケーブル１２の半導電層１８、並びにセンサ及びいくつかの関連素子は断面に示されない。更に、図２に示されるように、応力制御管３６、管状スリーブ５２、及び絶縁層１０７が断面に示される。この態様では、内部高Ｋ層３８及び外部絶縁層４０を備える応力制御管３６は、ラグ３４に隣接するケーブル１２の端部分に載置され、ケーブル１２の半導電層１８の少なくとも一部分と重なり合うように、センサ付き電気ジャンパ３００に沿って延在する。応力制御管３６は、シリコーン又はＥＰＤＭなどの収縮可能な材料で作製することができる。これは、熱又は常温収縮可能な材料であってもよい。図２の実施形態では、センサ付き電気ジャンパ３００は、導体端部及びセンサ部３３０の少なくとも一部分上に延在する管状スリーブ５２を更に備える。管状スリーブ５２は、収縮可能な材料、典型的にはシリコーン又はＥＰＤＭの絶縁層を備える。これは、熱又は常温収縮可能な材料であってもよい。代替的に、スリーブ５２は、重ね成形層又はプッシュオン層であってもよい。任意選択で、図示した実施形態では、管状スリーブ５２は、ジャンパ３００の端部分の近傍にスカート５６を含む。スカートは、漏洩電流を低減する働きをし、屋外用途に特に有用である。

図２に示されるように、半導電層の非導電軸部又は間隙１００が形成されるように、半導電層１８の管状ストリップが取り除かれ、下にある絶縁層１６が露出する。間隙１００によって分離された半導電層１８の部分は、明瞭化のために１８ａ、１８ｂ、及び１８ｃと示される。他の実施形態では、半導電層１８は、部分１８ａで終端してもよく、数片の導電性又は半導電性材料が、半導電層１８の部分１８ｂ及び１８ｃと同じ機能をするためにケーブル１２上に配置されてもよい。別の代替の実施形態では、電圧センサ１０２の裏面に取り付けられた導電性又は半導電性材料が、インターフェースケーブル１２に取り付けられる前に、半導電層１８の部分１８ｂの代わりに使用されてもよい。更に別の実施形態では、電圧センサ１０２は、ケーブル１２の絶縁層に直接取り付けられる。

図２に例示するように、電圧センサ１０２は、半導電層部分１８ｂに配置され、間隙１００によって部分１８ａ及び１８ｃから電気的に絶縁される。本明細書は、センサをケーブル１２に取り付けることに言及するが、いくつかの実施形態では、ケーブル１２自体が、センサの一部として機能する。そのような場合、電圧センサ１０２への本明細書における言及は、センサの部分、例えば、プリント基板（ＰＣＢ、図示せず）を指し、ケーブル１２に取り付けられている。本発明の少なくとも１つの実施形態では、電圧センサは、第１のコンデンサが、ケーブル内部導体１４、ケーブル絶縁層１６、及び半導電性部分１８ｂを含む、容量分圧器である。第２のコンデンサは、ＰＣＢ上に配置され、ＰＣＢは、半導電層部分１８ｂに取り付けられる。半導電層部分１８ｂの内部電気抵抗は、顕著ではない。

いくつかの例では、ＰＣＢは、例えば、地絡の場合に備えた安全機構、及び温度補償、又は温度、湿度、磁場等の追加の検知用の電子回路を形成する構成要素など、他の目的に役立ち得る複数の電子的構成要素をサポートするように適合されてもよい。

絶縁材料のストリップ（図示せず）は、間隙１００を被覆して、半導電性部分１８ｂを、電圧センサ１０２以外の任意の他の導電性又は半導電性の材料又は素子から分離し、間隙１００中の空気の存在を防止するが、この空気は、部分的な放電及び電圧センサ１０２の故障の原因となり得る。絶縁材料は、間隙１００をより容易にふさぐマスチック及びマスチック上に配置されたＰＶＣテープの組み合わせなどの任意の好適な材料であってもよい。ＰＶＣテープはまた、電圧センサ１０２をケーブル１２に取り付ける目的に役立ち得る。電圧センサ１０２は、ケーブル１２の内部導体１４の電圧を測定する。

電圧センサ１０２の接地板は、導電性素子１０４によって（例えば、導電性素子１０４ａに接続される接地ワイヤ３４１を介して）、半導電層部分１８ａ及び１８ｃの片方又は両方へ、電気的に接続される。導電性素子１０４、１０４ａは、半導電層部分１８ａ及び１８ｃの片方又は両方の周囲に巻き付けることができるワイヤメッシュを含んでもよい。導電性素子１０４は、電圧センサ１０２上の接続点１０６にはんだ付けすることができる。半導電層部分１８ａ及び１８ｃを、電圧センサ１０２に橋絡する導電性素子１０４の部分が、絶縁されない場合、間隙１００上の絶縁材料のストリップ（図示せず）は、それが下にある半導電性部分１８ｂと電気的に接触するのを防止する。

絶縁層１０７は、電圧センサ１０２、及び間隙１００に隣接した半導電層の部分を被覆する。導電性又は半導体の材料（図示せず）の層が、絶縁層１０７上に配置される。少なくとも１つの実施形態では、絶縁層１０７が、センサに面する絶縁層と、応力制御管３６に面する導電性又は半導電性材料の層と、を有するように、導電性又は半導電性材料の層は、絶縁層１０７と結合される。導電又は半導電層は、外部の電場からセンサを遮蔽する。応力制御管３６は、絶縁層１０７を被覆し、ラグ３４が取り付けられるケーブル１２の端部まで延在する。電流センサ１０８も含むことができ、電圧センサ１０２に隣接して、半導電層１８上に位置付けることができる。信号ワイヤ１１０は、電圧センサ１０２に接続され、信号ワイヤ１１２は、電流センサ１０８に接続され、これは、ロゴウスキーコイルであってもよい。いかなる短絡も引き起こさないように、ワイヤ１１０、１１２の両方は、絶縁される。電圧信号ワイヤ１１０及び電流信号ワイヤ１１２は、センサから延在し、センサ出力ワイヤ（１つ又は複数）を漏洩電流及び他の潜在的な電気損傷から保護するように、導体軸（例えば、内部導体１４の軸）に実質的に垂直に配向される、センサ出力導管３４０（上述のものと類似の様態で構築された）を介して、センサ付き電気ジャンパ３００のセンサ部３３０を出る。この態様では、接地ワイヤ３４１は、センサ出力導管３４０とは別々に出ることができる。更に、金属ストラップなどの集電子３１９は、漏洩電流を集電し、フラッシュオーバに対する追加の保護を提供するために、スリーブ５２の周囲に巻き付けられ、接地ワイヤ３４１を介して地面に接続することができる。

信号ワイヤ１１０、１１２の両方は、センサ付き電気ジャンパ３００の外部へ通され、例えば、センサ部からの電流及び／若しくは電圧データを処理する遠隔端末装置、又は積分器、測定器、制御装置、又は他の好適なタイプの装置に接続されてもよい。

少なくとも１つの実施形態では、電圧センサ１０２は、両面のフレキシブルプリント回路基板を備える。この態様では、ＰＣＢの上部又は前部が、絶縁層１０７に面する部分である。ＰＣＢの上部は典型的には、外部装置に電気的に接続される導電性特徴を含む。ＰＣＢの下部又は後部は、ケーブル１２に面する。センサ１０２と半導電層部分１８ｂとの間で好適な電気的接触を確立するために、センサ１０２の後部の接触面積を最大限にすることが望ましい。代替的な態様では、銅箔又は金めっきの銅箔を利用することができる。

他の態様では、パターン化金めっき銅層を利用することができる。パターンは、任意の好適な方法で形成されてもよい。例えば、フォトレジストプロセスは、所望の銅のパターンを作るために取り除かれる銅層の領域が露出されるパターンにおいて、回路基板の底面の銅層上に（及び任意選択で、センサが機能するために配線された部分の外側の最上銅層の部分上に）、フォトレジスト層を適用及び現像することによって、パターンを作るために、使用することができる。次に、銅層の露出された部分が銅エッチング液に曝露され、銅の露出された領域を取り除くことができる。次に、パターン化されたフォトレジストが取り除かれ、回路基板の底面上に銅のパターンが残る。次に、ニッケル層が銅層にめっきされ、金又は金合金（本明細書では単に金と称されることもある）がニッケル層にめっきされる。ＰＣＢのパターン化された金めっき銅層は、半導電層部分１８ｂと、ＰＣＢの最上面の電気回路素子と接続するＰＣＢの導電ビアとの間の良好な電気的接触を確実にする。一態様では、電圧センサからの出力信号は、低電圧である。例えば、電圧センサからの出力信号は、マイクロアンペア程度の電流で約１〜１０ボルト程度であり得る。

固体層と同様に、本発明のこの態様のパターン化金めっき銅層は、ほぼ無限の量の接点を提供する。固体層でそうであるように、１つの接触点から別の接触点への距離は、大きくない。銅層に作られたパターンは、正方形又はダイヤモンド形のパターンを有する格子が挙げられるがこれに限定されない、任意の好適なパターンであり得る。更に、この態様の電圧センサＰＣＢは、標準ＰＣＢが、電気的接触（典型的にははんだ付けによる）が生じる導電性領域を除いたＰＣＢの表裏面を被覆するソルダレジスト層を有する点で、標準ＰＣＢとは異なり得る。

前述に加えて、ＰＣＢに加えられる機械的応力が制限され得る。ＰＣＢが曲げられてケーブル１２の周囲に配置されるとき、機械的応力を受ける。この曲がった形状は、ＰＣＢにいくらかの応力をかけ得るが、例えば、ＰＶＣテープでケーブル１２に一旦固定されると、特に応力制御管３６及び管状スリーブ５２がインターフェースケーブル１２の周囲で収縮された後、電圧センサ１０２のＰＣＢにラジアル力を加えることによって、フレキシブルＰＣＢは比較的静的状態を保つ。代替的に、応力制御管３６／スリーブ５２は、ジャンパに重ね成形される又は押し付けられることができる。

図３は、センサ付き電気ジャンパ１００の縦断面の一部が切り取られた略図で、接続インターフェース部分が示されておらず、センサ部１３０が詳細に示されている。接続インターフェース部分は、上述したものと同じであり得る。センサ部１３０は、中実の金属導体、母線、又は従来の電力ケーブル導体であり得る導体１上に配置される。

この態様のセンサ３０は、電圧及び電流センサの組み合わせである。このように、電流センサが電圧センサと放射状に同心であり得るので、省スペースを達成することができる。この構成は、長手方向に（longitudally）スペースを節約し、ジャンパ１００がより短い長さであることを可能にするので、コンデンサバンク及び計量キャビネットなどのいくつかの用途には有利であり得る。更に、本発明のこの態様では、電圧センサは、温度安定性材料を用いて形成することができる。

電圧センサ部分２９は、導体１を囲む管状の形状を有する。管状の形状の電圧検知デバイスは、中空円筒の形状を有してもよい。リング又は短い管の形状を有してもよい。電圧センサ部分２９は、曲がった又は歪んだ管の形状を有してもよい。電圧検知デバイスは、長方形の管の形状を有する、すなわち、断面の外部輪郭が長方形の形状を有してもよい。通路は、例えば、円形断面、長円形若しくは楕円形の断面、又は長方形若しくは三角形若しくは任意の角張った若しくは不規則な断面を有してもよい。特定の実施形態では、電圧検知デバイスの外形は、円筒の形状を有し、通路は、円形断面を有し、円筒の対称軸に沿って円筒を通って延在する。電圧センサは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１３年１２月１８日出願のＥＰ出願第ＥＰ １３１９８１３９．１号に記載されたものと類似した構造を有することができる。

電圧センサ２９は、導体１と接触する内部電極又は遮蔽層２を含む。内部電極２は、搬送素子３上に配置される。搬送素子３は、内部電極２が配設される放射状に内部（又は内部）の表面、及び外部電極又は外部遮蔽層４が配設される放射状に外部（又は外部）の表面を備える。この態様では、搬送素子３は、中実、非導電性であり、２０℃で５×１０^−６ １／ｋ未満の熱膨張係数を有する材料を含む。搬送素子３は、例えば、セラミック材料を含んでもよい。多くのセラミック材料は、２０℃で５×１０^−６ １／ｋ未満の熱膨張係数を有する。低熱膨張係数は、搬送素子の温度が変動するとき、内部電極と外部電極との間でほぼ一定したラジアル距離を提供し得る。これは次いで、内部電極、外部電極、及び搬送素子の第１の部分によって形成される検知コンデンサの静電容量の温度による低い変動性をもたらし得る。それにより、電圧センサの精度が改善され、及び／又はセンサ出力の温度による変化を補償する要件が軽減される、若しくは更には陳腐化する。一般に、セラミック材料は、機械的安定性及び電気絶縁特性における利点を更に提供する。

この態様では、セラミック材料は、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を含むことができる。このセラミック材料の熱膨張係数は、およそ２０℃の温度で２．５×１０^−６ １／Ｋである。電圧検知デバイス２９及び搬送素子３が加熱されるとき、搬送素子３は、非常に少量だけ膨張し、これは、広い温度範囲内で、電極２、４がほぼ同じラジアル距離を有する結果となる。

複数の薄板（図示せず）は、導体１と内部電極２との間の電気的接触を提供する。複数の薄板又は隆起部は、より多くの接点を提供することができ、したがって、より良好な電気接続を提供することができる。更に、複数の薄板は、１つの薄板が破損又は故障しても依然として導体１と内部電極２との間に接触があるように、ある程度の冗長性を提供する。

内部電極２は、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、又はこれらの材料のうちのいずれかを含む合金などの導電性金属を含んでもよい。内部電極は、導電性ポリマーを含んでもよい。他の特徴とは独立して、内部電極のラジアル厚さは、１マイクロメートル〜１ミリメートルであってもよい。内部電極は、例えば、電力を搬送する導体１で生じた電磁界を伝導するために、非強磁性材料を含んでもよい。内部電極は、例えば、ニッケル−リン、又はニッケル−リンを含む合金を含んでもよい。

電圧センサ２９の外部電極４は、搬送素子３の外表面上に配設されたニッケル−リンめっきを含むことができる。ニッケル−リンは、十分な硬度を提供し、急速に腐食しない。更に、はんだ付けを容易にするので、ワイヤを外部電極３０に容易に接続することができる。更により良好な電気伝導性のために、金の追加の層が提供されてもよい。一般に、外部電極は、銅、銀、又は金などの任意の好適な導電性材料を含んでもよい。電極間の電圧差が中又は高電圧の範囲内、すなわち、１キロボルト〜１１０キロボルトであるとき、内部電極縁部と搬送素子３の表面に沿った外部電極縁部との間の経路が十分な長さを有し、電極２、４との間の沿面破壊のリスクを大幅に軽減するように、導体の軸方向において、外部電極４は、外部電極縁部まで延在する。代替的な態様では、外部電極４の輪郭は、直線であり得る、すなわち、外部電極４の全部分が、導体軸に放射状に等しく接近している、又は外部電極４が、導体軸に対して湾曲状の輪郭を有することができる。

内部電極２及び外部電極４は、検知コンデンサの２つの電極として動作することができる。搬送素子３の中間部分は、内部電極２と外部電極４との間に配設される。この中間部分は、この検知コンデンサの誘電体として動作することができる。検知コンデンサ及び第２のコンデンサが容量分圧器を形成するように、検知コンデンサは、図２に関して上述したＰＣＢに類似している第２のコンデンサ（ＰＣＢ ５）と直列に接続することができる。次に、容量分圧器は、内部導体１の電圧を検知するために使用することができる。

プリント基板（ＰＣＢ）５は、電圧センサ２９の外部電極４上に配置される。ＰＣＢ ５は、両面フレキシブルプリント基板を含むことができる。この態様では、ＰＣＢ ５の上部又は前部は、ＰＣＢ ５上に放射状に配置された絶縁層６に面する。ＰＣＢの上部は典型的には、出力信号ワイヤ４１を介して外部装置に電気的に接続される導電性特徴を含む。ＰＣＢ ５の下部又は後部は、外部電極４上に配置される。好適な電気的接触を確立するために、ＰＣＢ ５の後部の接触面積を最大限にすることが望ましい。代替的な態様では、銅箔又は金めっきの銅箔を利用することができる。他の態様では、パターン化金めっき銅層を利用することができる。

絶縁層６は、従来の絶縁材料を含むことができる。絶縁材料は、間隙をより容易にふさぐマスチック及びマスチック上に配置されたＰＶＣテープの組み合わせなどの任意の好適な材料であってもよい。ＰＶＣテープはまた、ＰＣＢ ５を外部電極／搬送素子に固着させる取り付けの目的を果たし得る。

任意選択で、更なる遮蔽層７を、絶縁層６の周囲で同心状に配設する、又はその上に配置することができる。遮蔽層７は、従来の導電性又は半導電性材料を含むことができ、絶縁層６及び搬送３の本体を遮蔽するために使用することができる。図３に示されるように、遮蔽層７は、導体１の軸に沿って軸方向に延在し、絶縁層１１の部分を囲むことができ、これは、センサ部３０の外部の内部導体１を囲む。

前述のように、この態様のセンサ３０は、電圧及び電流センサの組み合わせを含む。図３に示されるように、電流センサ１０は、電圧センサ２９を囲む。この構成は、導体の軸に沿ってスペースを節約し、いくつかの用途のためにジャンパ１００がより短い長さであることを可能にする。電流センサ１０は、上述のセンサ１０８に類似して構築することができる。

この態様では、電流センサ１０は、ロゴウスキーコイルとして構築することができる。ロゴウスキーコイルは、導体１を通る電流を検知するために使用することができる。ロゴウスキーコイルは、可撓性であり得、電圧センサ２９の周囲を円周方向に一致するように曲げることができる。実際のコイルの導電性巻回部は、非導電性エンベロープに収容され、導電性巻回部を外部電極電圧センサ２９から電気的に絶縁する。エンベロープは、好ましくは可撓性の高分子材料で作製することができる。搬送素子３は、凹部を含むことができ、電圧検知デバイス２９の外径をあまり増加させずに、電流検知デバイス１０が収容されることを可能にする。これは、電圧検知デバイス２９が小さいサイズであることを可能にする。

ロゴウスキーコイルは、センサ部１３０の導体１を通る電流で生じた磁場を検出する。有利に、遮蔽層は、導電性の非強磁性材料を含むことができる。そのような材料は、磁場が遮蔽層を通ってロゴウスキーコイルに伝導されることを可能にする。例えば、外部電極を含む遮蔽層は、非強磁性であるニッケル−リンめっきを含むことができる。

電流センサからの出力信号は、電流出力信号ワイヤ４２によって搬送することができる。

図３に示されるように、センサ付き電気ジャンパ１００は、センサ部から耐トラッキング絶縁層３５２まで延在し、センサ出力ワイヤ４１、４２を漏洩電流及び電気損傷から保護するように、導体軸に実質的に垂直に配向されるセンサ出力導管３４０を含むことができる。センサ出力導管３４０は、上述と類似の様態で構築することができる。

この態様では、ジャンパ接地ワイヤ４５は、センサ出力導管３４０の外部のセンサ部１３０を出る。

センサ付き電気ジャンパ１００は、センサ部分１３０の外部の導体１を囲む絶縁層１１を更に含む。センサ付き電気ジャンパ１００は、高Ｋ材料によって形成された応力制御層１３を更に含むことができる。一態様では、この応力制御層は、その載置された状態で、応力制御素子である内層、及び、例えば、シリコーン又はエチレンプロピレンジエンモノマーゴム（ＥＰＤＭ）の外部誘電体層１５を含む、管として成形することができる。応力制御素子は、特定材料、例えば高誘電体材料の使用により、又は幾何学的応力制御形状の使用によって応力制御を達成させてもよい。応力制御管は、成形プロセス又は押出プロセスによって作られてもよい。

センサ付き電気ジャンパ１００は、導体端部及びセンサ部１３０の少なくとも一部分を上に延在する管状スリーブ３５２を更に含む。管状スリーブ３５２は、熱若しくは常温収縮可能な性材料、重ね成形材料、又はプッシュオン材料であってもよい、耐トラッキング絶縁材料を含む。任意選択で、管状スリーブ３５２は、ジャンパ１００の端部分の近傍にスカートを更に含んでもよい。スカートは、トラッキング電流を軽減する働きをし、屋外用途に特に有用である。

更に、金属ストラップなどの集電子１９は、漏洩電流を集電しフラッシュオーバに対する追加の保護を提供するために、スリーブ１６の周囲に巻き付けられ、接地ワイヤ４５を介して地面に接続することができる。任意選択で、高電圧用途に、外部スリーブ１６に形成された幾何学的なストレスコーンなどのデフレクタ２２も実装することができる。

本明細書で説明するセンサ付き電気ジャンパは、電流センサ及び容量性電圧センサを含むことができるので、これらのデバイスは、位相角（力率）、ボルトアンペア（ＶＡ）、バール（ＶＡｒ）、及びワット（Ｗ）の計算を容易にする。

センサ付き電気ジャンパは、コンパクトな大きさになり得る。例えば、センサ付き電気ジャンパ１００、２００、３００は、２５インチ（６４センチメートル）以下の軸方向長を有することができる。

本明細書で説明されたセンサ付き電気ジャンパは、様々な用途で利用することができる。例えば、コンデンサバンクなどの地下の用途で、又は複数の電流及び計器用変圧器を含むことができるパッドに載置された一次計量キャビネットで、対応する数の本明細書で説明するようなセンサ付き電気ジャンパを利用して、キャビネット製造業者はキャビネットを小型化させ、グリッド自動化のためのスマートノードを確立させることができる。架空の用途では、本明細書で説明されたセンサ付き電気ジャンパは、終端が架空線のスイッチ又はヒューズに接続される端子／立上り電柱の用途で、スイッチなどの空中装置に展開することができる。更に、センサ付き電気ジャンパは、リクローザ、セクショナライザ、インラインタップ柱布設、自動トランスファスイッチの場所、及び二重の引留柱を有する位置で利用することができる。

図４Ａ〜４Ｄは、本明細書で説明されたセンサ付き電気ジャンパ代替的なの実施形態を示す。例えば、センサ付き電気ジャンパは、スプライス、分岐スプライス、分離可能なスプライス、又は分離可能な分岐スプライスの一部として含むことができる。例えば、図４Ａでは、センサ付き電気ジャンパ４６０（ジャンパ１００、２００、３００に関して上述したように構成することができる）は、分離可能なセンサ付きスプライス４８０の一部として使用される。この実施では、センサ付き電気ジャンパ４６０は、半導電性又は導電性の外部殻層を含む。更に、センサ付き電気ジャンパは、２つ以上の端部を含むセンサ部を含み得る。図４Ｂ、４Ｃ、及び４Ｄは、グリッド内のマンホール及び保管室で使用することができる分岐スプライス又は分離可能な分岐スプライスの一部として利用されるセンサ付き電気ジャンパの更なる代替的な態様を示す。例えば、図４Ｂは、電圧及び電流の測定が４つの異なる位置で行われることを可能にする分離可能なセンサ付き分岐スプライスの一部として実装された、４つのセンサ付き電気ジャンパ４６１ａ〜４６１ｄを示す。別の代替的なセンサ付き分岐スプライスの実施では、図４Ｃに示されるように、４つのセンサ付き電気ジャンパ４６２ａ〜４６２ｄが、４つの位置で電圧及び電流の測定が可能な４つの接続を有するセンサ付きノードとして提供される。更なる態様では、図４Ｄは、センサ付きジャンパ４６３ａ〜４６３ｄが４つの異なる位置で電流データを提供し、センサ付きジャンパ４６３ｅが分岐用電圧データを提供することができる、５つのセンサ付き電気ジャンパを示す。

好ましい実施形態の説明の目的のために、特定の実施形態を本明細書で例示し記述したが、様々な代替又は同等な実施が、本発明の範囲に逸脱することなく、図示及び説明された特定の実施形態と置き換わり得ることを、当業者は理解するであろう。当業者は、本発明が様々な実施形態において実施されてもよいことを容易に理解するであろう。本出願は、本明細書で説明された実施形態のいかなる翻案又は変形をも包含すべく意図されている。

Claims (21)

1. 第１の端部及び第２の端部を有する導体であって、前記第１の端部が、第１の接続インターフェースを含み、前記第２の端部が、第２の接続インターフェースを含む、導体と、
   前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記導体上に配置された少なくとも１つのセンサを含むセンサ部であって、前記センサが、前記導体の電流及び電圧の少なくとも１つを検知する、センサ部と、
   前記センサから延在し、少なくとも１つのセンサ出力ワイヤを漏洩電流又は他の潜在的な電気損傷から保護するように、前記導体軸に実質的に垂直に配向される、センサ出力導管と、を備える、センサ付き電気ジャンパ。
2. 前記センサ出力導管が、外部絶縁層を有する導電性可撓性導管を備える、請求項１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
3. 前記導電性可撓性導管が、金属材料を含む、請求項２に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
4. 前記センサが、前記導体と接触する内部遮蔽層を有する容量性電圧センサと、前記内部遮蔽層上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された電気的に絶縁された外部遮蔽層と、を含む、請求項１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
5. 前記電気的に絶縁された外部遮蔽層が、導電性又は半導電性材料の電気的絶縁部を備える、請求項４に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
6. 導電性又は半導電性材料の前記電気的絶縁部が、容量性電圧センサの電極を形成する、請求項５に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
7. 各接続インターフェースが、ラグ、ステムコネクタ、分離可能なコネクタ、スプライス、及びモジュラコネクタのうちの１つを備える、請求項１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
8. 前記センサ部が、電流センサを備える、請求項１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
9. 前記センサ部が、電流センサを更に備える、請求項４に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
10. 前記電流センサが、前記容量性電圧センサと少なくとも部分的に同心である、請求項９に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
11. 耐トラッキング絶縁材料から形成された管状体を備える外部スリーブを更に含む、請求項１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
12. 前記外部スリーブが、複数のスカートを更に含む、請求項１１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
13. 漏洩電流を集電するように、前記外部スリーブ上に配置された１つ又は２つ以上の集電子を更に含む、請求項１１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
14. 前記センサ出力導管に近接して前記外部スリーブ中に形成されたデフレクタ部分を更に含む、請求項１１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
15. ２５インチ（６４センチメートル）未満の長さを有する、請求項１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
16. 各接続インターフェースが、１つ若しくは２つ以上の分離可能なコネクタ、又は２つ以上の端部を有するモジュラコネクタを含む、請求項１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
17. 前記センサ部が、２つ以上の端部を更に備える、請求項１６に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
18. 半導電性又は導電性の外部殻層を備える、請求項１６に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
19. スプライス、分岐スプライス、分離可能なスプライス、分離可能なコネクタ、又は分離可能な分岐スプライスに配置された、請求項１６に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
20. 前記センサ部が、温度センサを更に備える、請求項１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。
21. 前記センサ出力導管が、外部絶縁層を有する非導電性可撓性導管を備える、請求項１に記載のセンサ付き電気ジャンパ。

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