JP2010054360A

JP2010054360A - 電気機器の絶縁診断装置

Info

Publication number: JP2010054360A
Application number: JP2008220037A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Hoshino; 俊弘星野; Shiro Maruyama; 志郎丸山; Takaaki Sakakibara; 高明榊原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-03-11

Abstract

【課題】省スペースかつ低コストで、金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器の絶縁異常を高感度に検知することが可能な、新規な絶縁診断装置を提供する。
【解決手段】金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器の絶縁診断装置であって、前記絶縁診断装置は、前記電力機器タンク内に配置された絶縁物の一端を前記電力機器タンクの外部に突出させ、前記絶縁物の前記突出部を締結するようにして設けられたフランジの、上方に開口したスリット中に、前記絶縁診断装置の外枠を嵌入し、固定して設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は電気機器に使用する絶縁診断装置に係わり、特に電気機器内部の絶縁異常を電気的に検出する絶縁診断装置に関する。

電力供給に資するため変電所内にて使用されるSF₆ガス絶縁開閉装置、変圧器、避雷器などの電力用機器においては、その機器内部の絶縁物の付着等に基づく絶縁異常を早期に把握するため、絶縁異常の際に発生する部分放電を検出する絶縁診断装置が開発されている。前記部分放電は、主として数十MHz〜数GHzの高周波電磁波を発生させるので、前記部分放電を検出するには、前記高周波電磁波に対応させた検出電極（アンテナ）を設ける必要がある。

上述のような絶縁診断装置を構成するに際しては、検出電極と、この検出電極に相対する参照電極（接地電極）の配置構成や、互いの電極形状等において種々の工夫がなされている。また、前記絶縁診断装置を電気機器に対して外付けにするか、内蔵させて組み込むかなどの取り付け手法においても種々の検討がなされている。

しかしながら、電気機器に対する絶縁診断装置の取り付けに関しては、前記絶縁診断装置を備え付けるための空間を準備しなければならず、前記絶縁診断装置を含めた前記電気機器の配置空間が大型化してしまうという観点から、現状においては、前記絶縁診断装置を外付けで取り付けるよりも、前記電気機器内部に組み込むようなタイプが主流となっている。

例えば、特許文献１では、電力機器タンクの外周面に形成された開口部に金属ボルトを介して外部電極及び内部電極をそれぞれ円錐形状に形成し、これら電極の直径比を前記開口部から信号取出口までの間一定とした、いわゆる平板タイプの検出電極、すなわち絶縁診断装置を設けることが開示されている。

しかしながら、上述の構成では、一相の電力機器タンクに平板タイプの検出電極を設置した場合、他相の電力機器タンクに同様の検出電極を設置する場合は、互いの干渉を防止するという観点から、互いの離隔距離を大きくとらなければいけない。この離隔距離自体は大きくないものの、電力機器タンクの数が多くなると、これら電力機器タンクをレイアウトするのに大きなスペースが必要となる。結果として、前記電力機器タンクを配備する建屋などが大きくなってしまい、前記電力機器タンクの設置に多大な面積及び空間が必要となってしまう。

また、特許文献２には、電力機器タンク内に絶縁支持物を介してループ状センサを埋設し、さらに前記電力機器タンクの外周に平板センサを配備し、前記ループ状センサ及び前記平板センサで検出された電磁気信号の時間的変動や周波数応答に基づいて、前記電力機器タンクの絶縁異常を検出する試みがなされている。

しかしながら、特許文献２に記載の方法では、特許文献１に記載のような設置スペース等の問題は生じないが、前記絶縁支持物と前記ループ状センサとの熱膨張の相違に基づいて、前記ループ状センサが前記絶縁支持物から剥離してしまい、絶縁診断装置として機能しない場合が生じていた。

また、特許文献２に記載されたような埋め込み型の絶縁診断装置では、気中コロナを多く検出してしまう傾向が強く、フィルタの選択を誤ったり設置機器の状態が悪かったりすると、Ｓ／Ｎ比が低下してしまう恐れがある。
特開２００２−５９８５号公報特開２００３−１８５６９７号公報

本発明は、省スペースかつ低コストで、金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器の絶縁異常を高感度に検知することが可能な、新規な絶縁診断装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器の絶縁診断装置であって、前記絶縁診断装置は、前記電力機器タンク内に配置された絶縁物の一端を前記電力機器タンクの外部に突出させ、前記絶縁物の前記突出部を締結するようにして設けられたフランジの、上方に開口したスリット中に、前記絶縁診断装置の外枠を嵌入し、固定して設けたことを特徴とする、電気機器の絶縁診断装置に関する。

上記態様によれば、前記電力機器タンク内に配置された絶縁物の一端を前記電力機器タンクの外部に突出させ、前記絶縁物の前記突出部を締結するようにしてフランジを設けるとともに、このフランジに対して上方に開口したスリットを設け、このスリット中に絶縁診断装置の外枠を嵌入して配置するようにしている。したがって、電気機器（電力機器タンク）と前記絶縁診断装置とを、外部診断装置として密着配置できる。結果として、数pCの放電電荷が検出可能となり、耐ノイズ性をも向上させることができる。

この場合、前記電力機器タンク内に発生した絶縁異常に基づく部分放電に起因した数十MHz〜数GHzの高周波電磁波は、上記電力機器タンク内を伝搬し、上記フランジを介して前記絶縁診断装置（外部診断装置）で検知されるようになる。

一方、上記絶縁診断装置は、上記電力機器タンクに装着された上記フランジに取付けるのみで足りるので、省スペースかつ低コストで、上記電力機器タンクに装着することができる。

したがって、以上説明したように、本態様の電気機器の絶縁診断装置によれば、省スペースかつ低コストで、金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器の絶縁異常を高感度に検知することが可能な、新規な絶縁診断装置を提供することができる。

以下、本発明のその他の特徴及び利点について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図であり、図２は、図１に示す絶縁診断装置のフランジに形成されたスリット近傍を拡大して示す図である。なお、図１は、前記電気機器を含む前記絶縁診断装置の、前記電気機器の長さ方向、略中心線に沿って切った場合の断面図である。なお、本態様では、前記電気機器として、前記電気機器を構成する電力機器タンク内にSF₆ガス等が封入されたSF₆ガス絶縁開閉装置の場合について示している。

図１に示すように、絶縁物の付着等に基づく絶縁異常が発生した際に、部分放電を検出すべき電気機器は、金属容器１１と、この金属容器１１に高電圧を印加する内部金属体１２とを有する電力機器タンク１０を含んでいる。なお、前記電気機器は、電力機器タンク１０の他に、用途に応じて種々の制御系や電力供給系を有することができるが、本態様の上気絶縁診断装置には直接関係しないので、説明及び記載を省略する。

また、図１に示すように、電力機器タンク１０内には、このタンク内に封入されたSF₆ガス等をシールするためのゴム（絶縁物）１４が、内部金属体１２に密着し、内部金属体１２を頂点として円錐形状に形成され、その底面に位置する端部１４Ａが電力機器タンク１０の外部に突出している。そして、ゴム１４の突出部１４Ａは一対のフランジ１５を介して一対のスタッド１６によって締結されている。図では特に示していないが、フランジ１５は、電力機器タンク１０の外周の全体に亘って形成されているものとする。

なお、ゴム１４は、SF₆ガス等をシールし、端部が電力機器タンク１０の外方に突出していれば、上述した円錐形状に限定されるものではない。

また、一対のフランジ１５のそれぞれにはスリット１５Ａが形成され、これらスリット１５Ａに絶縁診断装置２０の外枠２１が嵌入し、固定されている。すなわち、電力機器タンク１０と絶縁診断装置２０とを、外部診断装置として密着配置できる。この際、スリット１５Ａと外枠２１との接触抵抗は約１Ω以下となるようにする。

なお、絶縁診断装置２０は、外枠２１の上辺略中央部において、高周波受信機２２が設けられている。但し、高周波受信機２２に代えてコネクタを設け、図示しない外部高周波受信機等に接続するように構成しても良い。

本態様において、電力機器タンク１０に絶縁異常が発生して部分放電ｄ１が生じると、部分放電ｄ１に起因して数十MHz〜数GHzの高周波電磁波Ｌが発生し、電力機器タンク１０内を伝搬する。さらに、絶縁物としてのゴム１４の内部を通ってフランジ１５に至り、絶縁診断装置２０の外枠２１に至る。したがって、電力機器タンク１０（電気機器）と絶縁診断装置２０の外枠、すなわち絶縁診断装置２０とが同電位となる。このため、ノイズが絶縁診断装置２０に侵入しにくくなる。

また、上述のように、電力機器タンク１０と絶縁診断装置２０とは密着配置されているので、高周波電磁波Ｌが絶縁診断装置２０と電力機器タンク１０との隙間を通じて外部に漏えいしづらくなる。結果として、高周波電磁波Ｌが数pCの放電電荷に起因するものであっても検出可能となり、耐ノイズ性を向上させることができる。

なお、高周波電磁波Ｌは、上述した高周波受信機２２あるいは別途外部に設けた高周波受信機等によって検出する。

一方、絶縁診断装置２０は、電力機器タンク１０に装着されたフランジ１５に取付けるのみで足りるので、省スペースかつ低コストで電力機器タンク１０に装着することができる。

なお、本態様では、図２に示すように、スリット１５Ａの開口幅と、絶縁診断装置２０の外枠２１の幅との差が、１ｍｍ以下であることが好ましい。すなわち、図２に示すように、外枠２１のスリット１５Ａの左壁との距離ｗ１と右壁との距離ｗ２との和ｗ（＝ｗ１＋ｗ２）を１ｍｍ以下とすることによって、スリット１５Ａと絶縁診断装置２０の外枠２１との密着性が増し、面接触性が向上する。したがって、上述した耐ノイズ性をさらに向上させることができる。

また、スリット１５Ａの表面粗さＲａが、０．２５μｍ以下であることが好ましい。この場合においても、スリット１５Ａと絶縁診断装置２０の外枠２１との密着性が増し、面接触性が向上する。したがって、上述した耐ノイズ性をさらに向上させることができる。

さらに、本態様では、スリット１５Ａに対して防錆塗装を実施することが好ましい。図１に示す電気機器タンク１０（電気機器）は、建屋内部の使用のみに限定されるものではなく、必要に応じて屋外でも使用される。この場合、スリット１５Ａに錆が発生すると、スリット１５Ａと絶縁診断装置２０の外枠２１との接触抵抗が増大し、耐ノイズ性が劣化してしまう場合がある。

これに対して、上述のように、防錆塗装を行うことによって、上記不利益を回避うることができる。

また、本態様では、スリット１５Ａに対して導電性グリス塗装を実施することが好ましい。このような導電性グリス塗装を行うことにより、スリット１５Ａと絶縁診断装置２０の外枠２１との接触抵抗を低減できるとともに、グリス塗装によって外枠２２１のスリット２１Ａへの密着固定を確実に行うことができるようになる。したがって、耐ノイズ性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。図３は、前記電気機器を含む前記絶縁診断装置の、前記電気機器の長さ方向において、図１に示すようなＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面図である。

なお、本態様でも、前記電気機器として、前記電気機器を構成する電力機器タンク内にSF₆ガス等が封入されたSF₆ガス絶縁開閉装置の場合について示している。

本態様では、図３に示すように、スリット１５Ａの底面１５１Ａを平坦化している。すなわち、スリット１５Ａの底面１５１Ａをフランジ１５の外形に合わせて円弧上にするのではなく、平坦化している。この場合、フランジ１５の外表面から底面１５１Ａまでの距離は測定位置によって異なるようになるが、スリット１５Ａの底面１５１Ａを平坦化しているので、絶縁診断装置２０の外枠２１とスリット１５Ａとの面接触の度合を向上させることができる。

したがって、電力機器タンク１０（電気機器）と絶縁診断装置２０の外枠、すなわち絶縁診断装置２０とを確実に同電位とすることができ、さらに、高周波電磁波Ｌが絶縁診断装置２０と電力機器タンク１０との隙間を通じて外部に漏えいしづらくなる。結果として、絶縁診断装置２０の耐ノイズ性を向上させることができる。

なお、図３において、参照数字１５Ｂは、フランジ１５の、スタッド１６を貫通させる孔である。

また、本態様でも、第１の実施形態と同様に、スリット１５Ａの開口幅と、絶縁診断装置２０の外枠２１の幅との差が１ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、スリット１５Ａの表面粗さＲａが０．２５μｍ以下であることが好ましい。また、本態様では、スリット１５Ａに対して防錆塗装を実施することが好ましい。さらに、スリット１５Ａに対して導電性グリス塗装を実施することが好ましい。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。図４は、前記電気機器を含む前記絶縁診断装置の、前記電気機器の長さ方向、略中心線に沿って切った場合の断面図である。

本態様でも、電力機器タンク１０内に封入されたSF₆ガス等ゴム（絶縁物）１４が、内部金属体１２を頂点とした円錐形状に形成され、その底面に位置する端部１４Ａが電力機器タンク１０の外部に上下方向に突出している。そして、ゴム１４の上下方向の突出部１４Ａはそれぞれ一対のフランジ１５を介してそれぞれ一対のスタッド１６によって締結されている。

また、電力機器タンク１０の外部上下において、一対のフランジ１５のそれぞれにはスリット１５Ａが形成され、これらスリット１５Ａに絶縁診断装置２０の外枠２１が嵌入し、固定されている。すなわち、電力機器タンク１０と絶縁診断装置２０とを、外部診断装置として密着配置し、合計２個の絶縁診断装置２０を配置している。

なお、上下いずれのフランジ１５においても、絶縁診断装置２０は、外枠２１の上辺略中央部において、高周波受信機２２が設けられている。但し、高周波受信機２２に代えてコネクタを設け、図示しない外部高周波受信機等に接続するように構成しても良い。

また、本態様では、電力機器タンク１０の上側に位置するフランジ１５における、スリット１５Ａのゴム１４の端部１４Ａからの距離ｒ１と、電力機器タンク１０の下側に位置するフランジ１５における、スリット１５Ａのゴム１４の端部１４Ａからの距離ｒ２とは互いに異なるようにしている。

したがって、本態様において、電力機器タンク１０に絶縁異常が発生して部分放電ｄ１が生じると、部分放電ｄ１に起因して数十MHz〜数GHzの高周波電磁波Ｌが発生し、電力機器タンク１０内を伝搬し、絶縁物としてのゴム１４の内部を通って、電力機器タンク１０の上下に位置するそれぞれのフランジ１５に至り、絶縁診断装置２０の外枠２１に至る。

この場合、上下のフランジ１５において、スリット１５Ａのゴム１４の端部１４Ａからの距離ｒ１と、電力機器タンク１０の下側に位置するフランジ１５における、スリット１５Ａのゴム１４の端部１４Ａからの距離ｒ２とは互いに異なるようにしているので、電力機器タンク１０の上下に設けた絶縁診断装置２０における検出出力が互いに異なるようになる。

例えば、電力機器タンク１０の上側に位置するフランジ１５に設けた絶縁診断装置２０の検出出力に比較して、電力機器タンク１０の下側に位置するフランジ１５に設けた絶縁診断装置２０の検出出力が大きくなる。すなわち、電力機器タンク１０に絶縁異常が発生して部分放電ｄ１が生じた場合に、大小相異なる検出出力を得ることができるので、電力機器タンク１０における絶縁異常の検出精度を増大させることができる。

なお、本態様では、電力機器タンク１０の上下にフランジ１５を介して合計２個の絶縁診断装置２０を設けているが、必要に応じて３以上の絶縁診断装置２０を設けることもできる。

また、本態様においても、第１の実施形態と同様に、スリット１５Ａの開口幅と、絶縁診断装置２０の外枠２１の幅との差が１ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、スリット１５Ａの表面粗さＲａが０．２５μｍ以下であることが好ましい。また、本態様では、スリット１５Ａに対して防錆塗装を実施することが好ましい。さらに、スリット１５Ａに対して導電性グリス塗装を実施することが好ましい。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

例えば、上記具体例では、電力機器タンク１０内のSF₆ガス等をシールするためのゴム１４を本発明の電力機器タンク１０内に配置された絶縁物として用いているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、電力機器タンク１０の構成及び用途等に応じて任意に構成することができる。

第１の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。図１に示す絶縁診断装置のフランジに形成されたスリット近傍を拡大して示す図である。第２の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。第３の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１０電力機器タンク
１１金属容器
１２内部金属体
１４ゴム（絶縁物）
１５フランジ
１５Ａスリット
１６スタッド
２０絶縁診断装置
２１（絶縁診断装置の）外枠
２２高周波受信機

Claims

金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器の絶縁診断装置であって、
前記絶縁診断装置は、前記電力機器タンク内に配置された絶縁物の一端を前記電力機器タンクの外部に突出させ、前記絶縁物の前記突出部を締結するようにして設けられたフランジの、上方に開口したスリット中に、前記絶縁診断装置の外枠を嵌入し、固定して設けたことを特徴とする、電気機器の絶縁診断装置。
前記スリットの開口幅と、前記絶縁診断装置の前記外枠の幅との差が、１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の電気機器の絶縁診断装置。
前記絶縁物の端部を前記電力機器タンクから複数突出させるとともに、前記絶縁物の複数の前記突出部それぞれを締結するようにして設けられたフランジの、上方に開口したスリット中に、前記絶縁診断装置の外枠を嵌入し、固定して設け、前記絶縁診断装置を複数設けたことを特徴とする、請求項１に記載の電気機器の絶縁診断装置。
前記複数の絶縁診断装置において、少なくとも２つの絶縁診断装置と、対応する前記絶縁部の前記突出部との距離が互いに異なることを特徴とする、請求項３に記載の電気機器の絶縁診断装置。
前記スリットの底面を平坦化したことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の電気機器の絶縁診断装置。
前記スリットに対して防錆塗装を実施したことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の電気機器の絶縁診断装置。
前記スリットに対して導電性グリス塗装を実施したことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の電気機器の絶縁診断装置。
前記スリットの表面粗さＲａが、０．２５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の電気機器の絶縁診断装置。