JP4230650B2

JP4230650B2 - ガス開閉機器の部分放電検出方法

Info

Publication number: JP4230650B2
Application number: JP2000310476A
Authority: JP
Inventors: 信宮下; 潔井波; 一三石垣; 正則大隅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: JP2002116235A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、絶縁スペーサと金属フランジとを金属ボルトで固定した方式のガス絶縁開閉装置等のガス開閉機器の部分放電を外部から検出する部分放電検出方法に係わり、特に、その検出感度の向上させて、外部ノイズとの判別を可能にして誤判定を防止しうる部分放電検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、例えば、特開平１０−２８５７３１号公報に記載された、この種の従来のガス絶縁開閉機器の部分放電検出装置を示す構成図である。この図において、１はガス絶縁開閉機器の絶縁スペーサから漏れ出る部分放電による電磁波を検出するアンテナであり、アンテナ１の出力はバンドパスフィルタ２及び増幅器３を通して診断部に入力される。診断部は、コンパレータ４、シグナルジェネレータ５、ブザー６からなり、コンパレータ４は、バンドパスフィルタ２からの入力信号のレベルが基準レベルＶｒｅｆを越えると信号を出力して、シグナルジェネレータ５を作動させてブザー６を鳴らすように構成されている。
【０００３】
次に、この従来装置の動作について説明する。ガス絶縁開閉器機の内部で部分放電が発生すると、金属フランジ間に配置された絶縁スペーサから外部に漏れる電磁波がアンテナ１で検出され、その電磁波信号はバンドパスフィルタ２を通して増幅器３で増幅されてコンパレータ４に入力され、入力信号のレベルが基準レベルＶｒｅｆを越えるとブザー６が鳴動する。バンドパスフィルタ２は、予め判明している無線等の周波数帯を避ける（フィルタする）ように設定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の部分放電検出装置は以上のように構成されているため、検出した信号がガス開閉器内部から漏洩した部分放電の電磁波信号か、ガス開閉機器の外部から侵入した外来電磁波ノイズの信号かを判断するのが困難であり、外部からのノイズ信号を内部からの信号と誤判定してしまうという間題点があった。また、絶縁スペーサを金属フランジ間に固定する金属ボルト間を通過する電磁波の周波数特性を考慮していないため、検出感度の面でも非効率的であった。
【０００５】
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ガス絶縁開閉機器内で発生した部分放電信号を高感度で検出し、検出した部分放電信号と外部ノイズとの判別を可能として誤判定を低減することができる、ガス絶縁開閉機器の部分放電検出方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る部分放電検出方法は、絶縁スペーサと金属フランジとを金属ボルトで固定した方式のガス開閉機器に対して、絶縁スペーサの外部から部分放電検出を行う装置において、前記ガス開閉機器内部の絶縁不良により発生する部分放電の電磁波が、前記絶縁スペーサの前記金属ボルトのボルト間を透過して前記ガス開閉機器外部へ漏洩する際に、前記金属ボルト間で金属ボルトを節として、前記金属ボルト間で励起される定在波の基本共振周波数以上の周波数帯を、前記金属ボルト間で励起される定在波の共振周波数を一つ或いは複数定めて、その周波数を中心周波数とした狭帯域のフィルターを介し、部分放電の電磁波を検出するアンテナを前記ボルト間に沿って移動させ、且つ検出する周波数を前記一つ或いは複数の共振周波数と一致させ、その周波数における前記ボルト間のスペクトラム強度分布が、共振する定在波の強度分布と一致した場合に、部分放電の発生を判定することを特徴とするものである。
さらにまた、本発明に係る部分放電検出方法は、アンテナを移動する代わりに、複数のアンテナを前記ボルト間に並べて配置し、同時に信号を取り込むことを特徴とするものである。
また、本発明に係る部分放電検出方法は、前記アンテナを磁界を検出する磁界検出アンテナにより構成し、最大利得が得られる磁界検出方向を前記金属フランジに対して垂直となるように前記磁界検出アンテナを配置したことを特徴とするものである。
また、本発明に係る部分放電検出方法は、前記アンテナを電界を検出する電界検出アンテナにより構成し、最大利得が得られる電界検出方向を前記金属フランジに対して並行となるように前記電界検出アンテナを配置したことを特徴とするものである。
さらに、本発明に係る部分放電検出方法は、前記ガス開閉機器内部の絶縁不良により発生する部分放電の電磁波が、前記ガス開閉機器中を伝搬する際に、該ガス開閉機器の同軸導波管構造に応じて励起される定在波のＴＥ波或いはＴＭ波の共振周波数と、前記絶縁スペーサの前記金属ボルト間で励起される共振周波数が一致するような金属ボルト間距離を計算し、これに合わせて前記金属ボルトを配置して検出を行うことを特徴とするものである。
さらにまた、本発明に係る部分放電検出方法は、前記金属ボルト間距離を調整する代わりに、前記絶縁スペーサを共振周波数と一致する誘電率の材料より構成したことを特徴とするものである。
また、本発明に係る部分放電検出方法は、前記金属ボルト部の共振周波数と一致させる前記ガス開閉機器内部の共振周波数として、前記ＴＥ波やＴＭ波の共振周波数の代わりに、前記ガス絶縁開閉装置のインピーダンス不連続部の間で励起される定在波の共振周波数を用いることを特徴とするものである。
さらに、本発明に係る部分放電検出方法は、前記絶縁スペーサの外周を覆うように、前記ガス開閉機器内部から漏洩する電磁波を遮蔽する金属製シールドを配置し、その一部分にガス開閉機器内部から漏洩する電磁波が透過できるような検出用窓を開け、その検出用窓の寸法として横幅をスペーサの厚みと同じにして、縦幅をボルト間距離よりも短く且つ該検出窓の横幅よりも大きくし、前記検出用窓の位置を窓枠内に前記金属ボルトが重ならないように配置し、部分放電検出用の周波数帯を、前記金属ボルト間で決定される共振周波数に代えて、前記検出窓の縦幅で決定される共振周波数としたことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るガス開閉機器の部分放電検出方法を実施するための部分放電検出装置を示す構成図である。以下において、本発明の部分放電検出方法を、ガス開閉機器の一例としてのガス絶縁開閉機器に適用した場合について説明する。
図１において、ガス開閉機器としてのガス絶縁開閉機器は、絶縁ガスＳＦ６とともに導体２１を内部に収容した金属容器２０と、それら金属容器２０の連接部すなわちフランジ２２ａ、２２ｂ間にに挿入された絶縁スペーサ２２と、機器全体と外部との接続を行うブッシング１４とを備える。また、図２に示すように、絶縁スペーサ２２は、金属フランジ２２ａ、２２ｂ間に挟まれて、複数の金属ボルト２６ａ、２６ｂ、・・・（図示例では、２個のみ図示されている）により固定されている。
【０００８】
本発明の部分放電検出装置は、金属容器２０の内部で発生し、絶縁スペーサ２２から気中へ漏洩する電磁波を受信するアンテナ１５と、そのアンテナ１５からの出力を増幅するアンプ１６と、そのアンプ１６からの出力に基づいて信号処理を行う信号処理装置１７と、その信号処理装置１７の出力に基づいて部分放電の有無を判定する部分放電判定装置１８とを備える。
【０００９】
図２は、金属フランジ２２ａ、２２ｂに取り付けられた複数の金属ボルト２６ａ、２６ｂ、・・・の間を透過する電磁波が金属ボルト間で共振して定在波を形成する様子を示している。図２のグラフに示すように、ガス絶縁開閉機器内部から絶縁スペーサ２２を介してガス絶縁開閉機器外部へ放射される電磁波は、金属ボルト２６ａ、２６ｂ、・・・間を透過する際に、該金属ボルト２６ａ、２６ｂ、・・・を波の節として、金属ボルト２６ａ、２６ｂ、・・・間で共振する。その共振周波数ｆｃは複数存在し、周波数は次式（１）で表される。
ｆｃ＝Ｃ×ｎ／（２×Ｌ×√ε）（１）
ここで、Ｃは真空中の電磁波の速度、Ｌはボルト間距離、εはスペーサの比誘電率である。
【００１０】
金属ボルト間を透過する電磁波は、基本共振周波数ｆｃ＝Ｃ／（２×Ｌ×√ε）以下であると、波長の長さが金属ボルト間の長さＬより大きくなるので、金属ボルト間を透過しにくくなり、透過効率が低くなる。従って、図１におけるフィルタ２５の透過周波数帯を上記基本周波数以上としたハイパスフィルタを使用すれば、透過電磁波を効率良く検出できるため、ガス絶縁開閉機器内部から放射される電磁波に対して、部分放電検出の感度を向上させることができる。
【００１１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２は、上記実施の形態１において検出周波数を単一周波数としたものである。本実施の形態２では、図１のフィルタ２５として、その透過周波数を上記式（１）で求めた共振周波数ｆｃに合わせたバンドパスフィルタを使用したものである。
【００１２】
検出する周波数帯を狭帯域にした方が検出感度が向上するため、本実施の形態２によれば、上記実施の形態１より更に感度を向上させることができる。
【００１３】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３の要部を示すもので、ガス絶縁開閉機器自体の構成は、図１のものと同様であるが、部分放電検出装置の構成が一部異なっている。すなわち、本実施の形態３では、図３に示すように、図１のアンテナ１５の代わりに、隣接する金属ボルト間を一方の金属ボルト２６ａから他方の金属ボルト２６ｂまで移動させて検出するための磁界プローブ２７が設けられている。
また、図３において、部分放電検出装置は、磁界プローブ２７の外に、フィルタ２５、アンプ１６、信号処理装置１７、部分放電判定装置１８を備えているが、フィルタ２５は、上記実施の形態２で用いた、共振周波数に一致したバンドパスフィルタであり、アンプ１６、信号処理装置１７及び部分放電判定装置１８は図１の上記実施の形態１のものと同様である。
【００１４】
次に、磁界プローブ２７で検出した信号の判定方法について説明する。図３のフィルタ２５を基本共振周波数（上記式（１）でｎ＝１とした場合の共振周波数）に設定して検出した場合、検出結果に基づいて縦軸を金属ボルト間距離、横軸を磁界プローブ２７で検出した信号の検出強度として表せば、もしガス絶縁開閉機器内部で電磁波が発生していれば、図４の（ａ）のグラフのように、金属ボルト間中央で信号強度が最大となり、金属ボルト近傍では最小となる弓なりの曲線が得られる。また、フィルタ２５を第２の共振周波数（ｎ＝２）とすれば、図４（ｂ）のような曲線となる。
【００１５】
一方、磁界プローブ２７がガス絶縁開閉機器外部から侵入する電磁波ノイズを検出していた場合は、電磁波ノイズは金属ボルト位置に拘わらず一様に放射されるため、図４（ｃ）のように、金属ボルト間距離に依存しない、信号強度に変化のない特性が得られる。
【００１６】
他方、フィルタ２５に設定する共振周波数と、これに対応する金属ボルト間距離−検出強度特性とから、ガス絶縁開閉機器内部で部分放電が発生しているかどうかを精度良く判定することができる。
【００１７】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４の構成を示す。この実施の形態４は、図３の構成において、磁界プローブ２７の数を複数本に増やし、これらの磁界プローブ２７とフィルタ２５との間の接続をスイッチ２８により選択的に切り替えながら、測定できるようにしたものである。このような構成により、上記実施の形態３の効果に加え、磁界プローブ２７を移動する手間が省け、測定時間を短縮することができる。
【００１８】
実施の形態５．
図６は、金属ボルト間を透過する電磁波の電界成分の向きと、磁界成分の向きを示したものである。ガス絶縁開閉機器内部で発生した部分放電の電磁波は、金属フランジ２２ａ、２２ｂで挟まれた部分を透過する際、電磁波の電界成分は金属フランジの端面（横断面）に対して垂直となる性質を持つ。また、磁界成分は電界成分に直交しているので、金属フランジ２２ａ、２２ｂの端面に対して並行に、金属ボルト２６ａ、２６ｂ、・・・の軸線に対して垂直の向きになる。
【００１９】
本発明の実施の形態６では、上記性質を利用し、図７に示すように、上記実施の形態３及び５において、磁界検出用のアンテナとしてループアンテナ２９を用い、ループアンテナ２９の磁界検出方向を金属フランジ２２ａ、２２ｂの端面に対して並行となるように配置したものである。このようにループアンテナ２９を配置することにより、磁界検出感度を向上させることができ、従って、感度良く部分放電の検出を行うことができる。
【００２０】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６は、上記実施の形態５において、部分放電の電磁波を検出するアンテナとして、磁界検出用のアンテナの代わりに、電界検出用のアンテナを用いて、電界検出用のアンテナの向き（電解検出方向）を金属フランジの端面に対して垂直方向にしたものである。このような構成により、電界検出用のアンテナの電界検出感度を向上させることができ、従って、感度良く部分放電の検出を行うことができる。
【００２１】
実施の形態７．
ガス絶縁開閉機器中で部分放電が発生した場合、部分放電の電磁波はガス絶縁開閉機器の母線部中を伝搬する際、ガス開閉機器の同軸構造に応じてＴＥ波（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＥｌｅｃｔｒｉｃＷａｖｅ）及びＴＭ波（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＭａｇｎｅｔｉｃＷａｖｅ）が形成される。
【００２２】
更に、上記部分放電の電磁波が絶縁スペーサから外部に放射される際には、更に上記式（１）で示す金属ボルト間で形成される共振周波数特性が重畳する。従って、絶縁スペーサで検出される部分放電の電磁波の周波数特性は、ＴＥ波、ＴＭ波の周波数特性に金属ボルト間で生じる共振周波数が掛け合わされた結果となる。
【００２３】
そこで、本発明の実施の形態７では、上記ＴＥ波或いはＴＭ波の周波数と、金属ボルト間で形成される共振周波数とを一致させ、部分放電の電磁波の信号強度を強くするものである。
このため、上記式（１）において、共振周波数ｆｃがＴＥ波或いはＴＭ波と一致するような金属ボルト間距離を算出し、これに合わせて金属ボルト間距離を配置することにより、感度良く部分放電の検出を行うことができる。
【００２４】
実施の形態８．
本発明の実施の形態８は、上記実施の形態７において、上記式（１）において、共振周波数が一致するように誘電率εを計算し、これに合わせた誘電率のスペーサを配置することにより、感度良く部分放電を検出することができる。
【００２５】
実施の形態９．
本発明の実施の形態９は、上記実施の形態７或いは８において、前記金属ボルト間の共振周波数と一致させるガス絶縁開閉機器内部の共振周波数として、ＴＥやＴＭの代わりに、ガス絶縁開閉装置のインピーダンス不連続部の間で励起される定在波の共振周波数を用いるものである。
【００２６】
図８に、本実施の形態９の具体的な検出方法の一例を示す。ガス絶縁開閉機器の母線Ａの両端に、母線Ａと形状の異なる母線Ｂ及び母線Ｃが接続されており、母線Ａの絶縁スペーサ２２に近接して、部分放電の検出を行う装置が配置されている。絶縁スペーサ２２は母線Ａの高圧導体２１を支えている。尚、本実施の形態９において、部分放電の検出を行う部分放電検出装置（１５〜１８、２５）の構成は上記実施の形態１のものと同様である。
母線Ａの内部で部分放電が発生すると、部分放電の電磁波は母線部Ｂ及び母線Ｃに向かって伝搬するが、母線Ｂ及びＣは母線形状が母線Ａと異なり、接合部でインピーダンス不整合のため、電磁波の一部が反射する。多重の反射を繰り返すうちに、母線Ａの内部で、母線Ａの長さＬａに依存した定在波が起こり、ｆ＝Ｃ×ｎ／（２Ｌａ）で表現される共振周波数が励起される。
この母線Ａで励起された共振周波数と、上記式（１）で示される共振周波数が一致するように、上記実施の形態７で記述したように金属ボルトを配置したり、上記実施の形態８のように絶縁スペーサ２２の誘電率を決定することにより、感度良く部分放電の検出を行うことができる。
【００２７】
実施の形態１０．
図９は本発明の実施の形態１０の構成を示すもので、（ａ）はガス絶縁開閉機器の側面図、（ｂ）はその正面図である。
図９において、３１は電磁波を遮断する金属製のシールドであり、このシールド３１は、絶縁スペーサ２２の外周部を部分放電の電磁波を測定するための測定窓３２を除いて、絶縁スペーサ２２全体を覆っており、金属フランジ２２ａ、２２ｂに接触して該金属フランジ２２ａ、２２ｂを介して電気的に接地されている。測定窓３２は、横幅が絶縁スペーサ２２の幅と同じであり、縦幅は金属ボルト間距離よりも狭くなっており、測定窓３２の位置は金属ボルト２６ａ、２６ｂ、・・・と重ならないように配置されている。
【００２８】
上記実施の形態１乃至９までの方法では、金属ボルト間の距離で決まるため、測定する周波数帯のノイズレベルが大きい時など、急遽、周波数帯を変更する必要がある場合、金属ボルト間の距離を構造的に簡単に変えることができないという問題がある。これに対し、上記式（１）により測定したい周波数帯に合わせた測定窓３２を持つシールド３１を配置することにより、ノイズレベルの大きい周波数帯を避け、金属ボルト間距離で決定される基本周波数よりも高い周波数帯域で、任意に設定することができるので、感度良く部分放電の検出を行うことができる。
【００２９】
また、シールド３１のシールド効果により、外部から放射される電磁波ノイズが絶縁スペーサ２２内に侵入し、再び絶縁スペーサ２２を透過し、部分放電検出装置に侵入するのを防止して、感度良く部分放電の検出を行うことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、部分放電の電磁波が金属ボルト間を通過する際に生じる定在波の共振周波数にフィルターを調整し、更に金属ボルト間における定在波の強度分布を測定することにより、ガス開閉機器内部からの信号かどうかを判定し、判定精度を向上させることができる。
【００３２】
この発明によれば、アンテナの検出方向を最大利得が得られるような方向に指向させることにより、検出感度を向上させることができる。
【００３３】
この発明によれば、ガス絶縁開閉器内部で発生した部分放電電磁波がガス開閉機器内を伝搬する際に、ガス開閉機器の構造により励起される定在波と、絶縁スペーサの金属ボルト間を透過する際に励起される定在波の共振周波数を一致させるように、金属ボルトを配置したり、絶縁スペーサの誘電率を決定することにより、電磁波の強度を大きくし、検出感度を向上させることができる。
【００３４】
この発明によれば、絶縁スペーサの外周を金属箔で覆い、箔に設けた検出用の窓からアンテナにより電磁波信号を検出することにより、ガス開閉機器外部から絶縁スペーサを介してガス絶縁開閉器内部に侵入する電磁波ノイズを低減し、検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る部分放電検出方法の説明図である。
【図２】実施の形態１における、金属ボルト間の共振現象の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る部分放電検出方法の説明図である。
【図４】実施の形態３における、部分放電の有無の判定方法を示した説明図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る部分放電検出方法の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係る部分放電検出方法における、絶縁スペーサで漏洩する電磁波の電磁界分布である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る部分放電検出方法の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態９に係る部分放電検出方法の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１０に係る部分放電検出方法の説明図である。
【図１０】従来の部分放電検出装置の説明図である。
【符号の説明】
１４ブッシング、１５部分放電検出放電検出用アンテナ、１６アンプ、１７信号処理装置、１８部分放電判定装置、２０金属容器、２１導体、２２絶縁スペーサ、２８切り替えスイッチ、２９ループアンテナ、３３金属ボルト、３１電磁波シールド、３２部分放電検出用の測定窓。

Claims

絶縁スペーサと金属フランジとを金属ボルトで固定した方式のガス開閉機器に対して、絶縁スペーサの外部から部分放電検出を行う装置において、前記ガス開閉機器内部の絶縁不良により発生する部分放電の電磁波が、前記絶縁スペーサの前記金属ボルトのボルト間を透過して前記ガス開閉機器外部へ漏洩する際に、前記金属ボルト間で金属ボルトを節として、前記金属ボルト間で励起される定在波の基本共振周波数以上の周波数帯を、前記金属ボルト間で励起される定在波の共振周波数を一つ或いは複数定めて、その周波数を中心周波数とした狭帯域のフィルターを介し、部分放電の電磁波を検出するアンテナを前記ボルト間に沿って移動させ、且つ検出する周波数を前記一つ或いは複数の共振周波数と一致させ、その周波数における前記ボルト間のスペクトラム強度分布が、共振する定在波の強度分布と一致した場合に、部分放電の発生を判定することを特徴とする部分放電検出方法。
請求項１記載の部分放電検出方法において、アンテナを移動する代わりに、複数のアンテナを前記ボルト間に並べて配置し、同時に信号を取り込むことを特徴とする部分放電検出方法。
請求項１又は請求項２記載の部分放電検出方法において、前記アンテナを磁界を検出する磁界検出アンテナにより構成し、最大利得が得られる磁界検出方向を前記金属フランジに対して垂直となるように前記磁界検出アンテナを配置したことを特徴とする部分放電検出方法。
請求項１又は請求項２記載の部分放電検出方法において、前記アンテナを電界を検出する電界検出アンテナにより構成し、最大利得が得られる電界検出方向を前記金属フランジに対して並行となるように前記電界検出アンテナを配置したことを特徴とする部分放電検出方法。
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の部分放電検出方法において、前記ガス開閉機器内部の絶縁不良により発生する部分放電の電磁波が、前記ガス開閉機器中を伝搬する際に、該ガス開閉機器の同軸導波管構造に応じて励起される定在波のＴＥ波或いはＴＭ波の共振周波数と、前記絶縁スペーサの前記金属ボルト間で励起される共振周波数が一致するような金属ボルト間距離を計算し、これに合わせて前記金属ボルトを配置して検出を行うことを特徴とする部分放電検出方法。
請求項５記載の部分放電検出方法において、前記金属ボルト間距離を調整する代わりに、前記絶縁スペーサを共振周波数と一致する誘電率の材料より構成したことを特徴とする部分放電検出方法。
請求項５又は請求項６記載の部分放電検出方法において、前記金属ボルト部の共振周波数と一致させる前記ガス開閉機器内部の共振周波数として、前記ＴＥ波やＴＭ波の共振周波数の代わりに、前記ガス絶縁開閉装置のインピーダンス不連続部の間で励起される定在波の共振周波数を用いることを特徴とする部分放電検出方法。
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の部分放電検出方法において、前記絶縁スペーサの外周を覆うように、前記ガス開閉機器内部から漏洩する電磁波を遮蔽する金属製シールドを配置し、その一部分にガス開閉機器内部から漏洩する電磁波が透過できるような検出用窓を開け、その検出用窓の寸法として横幅をスペーサの厚みと同じにして、縦幅をボルト間距離よりも短く且つ該検出窓の横幅よりも大きくし、前記検出用窓の位置を窓枠内に前記金属ボルトが重ならないように配置し、部分放電検出用の周波数帯を、前記金属ボルト間で決定される共振周波数に代えて、前記検出窓の縦幅で決定される共振周波数としたことを特徴とする部分放電検出方法。