JP2543902B2

JP2543902B2 - 部分放電検出装置

Info

Publication number: JP2543902B2
Application number: JP62200028A
Authority: JP
Inventors: 高明榊原; 功鎌田
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-08-12
Filing date: 1987-08-12
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPS6443772A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、電力機器をコンパクトに収納したガス絶縁
開閉装置に係り、特に収納機器の信頼度確認と監視に好
適な予防保全システムに用いられる部分放電検出装置に
関するものである。

（従来の技術）近年、用地の高騰や都市部における電力供給量の増大
に伴う変電設備の増強化の必要性から、絶縁性及び消孤
性に優れたSF₆ガスを用いて、断路器、遮断器等の変電
機器を密閉容器内に収納配置し、耐環境性とKV・Ａ当た
りの据付け体積をコンパクト化した、いわゆるガス絶縁
開閉装置が普及し稼働している。

上記の様なガス絶縁開閉装置はコンパクト化、接地タ
ンクの露出充電部の削減等、種々の利点がある反面、高
性能化に伴う保守診断の困難さ、保守修復作業時間の増
大等、容器内部に異常が生じた場合、その信頼性が著し
く低下するという欠点があった。

そこで、従来から、ガス絶縁開閉装置全体の信頼性の
向上を実現するために、装置の適切な設計・製作に努め
ているが、電力供給能力の質の向上の一貫として、装置
全体の信頼度確認及び監視が必要となり、その有効な手
段が種々検討されてきた。

現時点における問題点を、第４図に示した代表的なガ
ス絶縁開閉装置の配置図を参照して説明する。

即ち、第４図に示した様に、密封圧力容器２内に避雷
器７、変成器８、接地開閉器９、断路器12、変流器17、
遮断器18、母線19が配設され、充填ガス３としてSF₆ガ
スが封入され、課電部と接地電位にある密封圧力容器２
間が電気的に絶縁されている。

また、密封圧力容器２内に母線19を配置するために、
絶縁スペーサ11が適当な間隔をおいて配置され、母線19
の機械的強度と絶縁耐力を保持できるように構成されて
いる。

さらに、主回路はブッシング１を介して、断路器12、
遮断器18を経由して変圧器20に接続されている。なお、
第４図においては、１回線受電主回路を示しているが、
第４図の右側に図示していない受電主回路より断路器12
を介して変圧器20へ電力供給する場合もある。

一方、ガス絶縁開閉装置は、配電盤15により制御さ
れ、電圧要素は変成器８により、また、電流要素は変流
器17により得られ、主回路切換や遮断操作は操作キュー
ビクル14を介して開閉器類（断路器、遮断器、接地開閉
器）の操作器13に付勢信号を与えることにより行なわれ
る。

また、開閉器類の機械的駆動源としては、コンプレッ
サ設備16により所定の圧力（例えば15kg/cm²が一般）を
得て操作キュービクル14を介して操作器13に供給され
る。

一方、絶縁スペーサ11は、保守上の切離しや配置構成
上より、充填ガスの封入区画を行なう作用も併用させて
いるので、バルブ４を介して、SF₆ガスボンベ６よりガ
スキュービクル５を介して各区画にSF₆ガスを充填し、
ガスキュービクル５で圧力もわかるようにしている。

上記の様な構成を有する従来のガス絶縁開閉装置にお
いては、SF₆ガスの特性によって、収納機器の小型化が
可能となり、全体としてコンパクト化が実現できる。
（KV・Ａ当たりの占有体積が小さくなり、設置用地の有
効な活用が図れる。）また、ガス母線を用いて２段〜３段の積み重ね構成が
可能となり、ブロック積立てとなるので、小さな面積で
大きな体積の構成がとれるという利点があった。

さらに、密封圧力容器が接地されているので、課電中
に近接しても感電の危険はなく、塩害・風雨などによる
環境外乱因に対し、課電部が直接にさらされることがな
いので、影響を受けることはない。

また、各種の開閉器類は、消孤能力の高いSF₆ガス中
でアーク処理されるため、１主接点当たりの遮断容量の
大幅な向上が可能となるという利点もあった。

一方、上述した様に利点がある反面、以下に述べる様
な欠点があった。

即ち、ガス絶縁開閉装置全体をコンパクト化したこと
により、収納機器の保守・点検時に、解体作業あるいは
再組立作業の寸法制限が小さくなり、保守・点検作業に
時間がかかり、作業効率が著しく低下していた。

また、容器内部に封入されるSF₆ガスは高価で、外部
へのガス漏れ防止上の製作技術が高級となると共に、絶
縁性の良さからkv/mmが大きいため、ガス圧低下は絶縁
裕度に敏感に関係し、ガス漏れ修復は緊急を要するもの
となっていた。

さらに、密封圧力容器を用いているため、収納機器の
目視による監視ができないという問題点があった。

また、各種開閉機器の主接点の消耗に伴う交換作業
は、SF₆ガスの回収・再充填作業に多大な時間を要し、
ガス絶縁開閉装置の停止時間が長くなるという欠点もあ
った。

以上説明した様な利点及び欠点に対して、性能的には
利点のメリットが大きいため、ガス絶縁開閉装置の普及
は目覚ましいが、設置箇所も増え、量産体制がとられる
様になると、その保守や緊急修復体制の準備と品質のば
らつきも無視できない問題となっている。

その対策として、稼働運転状態が正常であることの信
頼度確認と、異常発生時の早期検出監視が可能な予防保
全システムの確立が切望されている。

この様な予防保全システムの期待される効果につい
て、第５図を参照して説明する。

即ち、第５図は、縦軸を供試品の潜在的特性Ｌ、横軸
を経過時間ｔとした時の、潜在的劣化故障モデル図であ
る。事故として現象化する過程において、ｆ点に至ると
加速度的に進展し、時間的な裕度もなく事故現象に至る
ので、ａ点〜ｅ点の警告領域Ｂで異常を発見することが
望ましい。

その理由は、種々の異常は物理現象的に長時間かけて
進展するので、たとえ異常が発生確認されても緊急停止
などの直接緊急処置が不要で、自発的停止による修復余
裕時間から得られることと、事故現象時の１次〜２次被
害といった事故拡大現象がなく、修復箇所も必要最小限
の部位に限定できることである。

従って、パラメータ検出レベルの選定が重要であり、
供試品特有の故障の木（Fault Tree）解析に基づく監視
項目がポイントとなる。

これら監視項目としては、その計測値自体が急激に変
化しないコロナ量、ガス水分量、ガス成分、ガス圧力、
ガス温度、ガス密度、油面、油圧、油温、分解ガス量等
の準定常的である項目と、遮断器、断路器等の動作時間
の様に、短い時間内での処理を必要とする項目がある。

通常の監視の方法としては、後者の項目については、
機器動作時に計測を行い、データ処理・演算し、その結
果を出力、表示及び記憶し、また、前者の準定常的な項
目については、ある一定時間間隔で計測を行い、データ
を処理・演算し、その結果を出力、表示及び記憶してい
る。

この様な監視項目の中で、機器の異常を予知するとい
う観点から、最も重要なものの一つに、部分放電の検出
（コロナ検出）がある。

しかしながら、この様な部分放電の検出については、
従来より多くの検出装置が提案されているが、これらを
実際の機器に適用する場合の合理的な構成は未だ確立さ
れていない。

（発明が解決しようとする問題点）上記の様に、従来のガス絶縁開閉装置においては、機
器の内部に発生する部分放電を検出する装置が実現され
ていなかった。

そこで、本発明は以上の欠点を除去するために提案さ
れたもので、その目的は、ガス絶縁開閉装置の機器内部
に発生する部分放電を効率良く検出することができる部
分放電検出装置を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、高電圧導体を絶縁性ガスと共に接地金属容
器内に収納して成る複数のガス絶縁機器により構成され
るガス絶縁開閉装置の内部に発生する部分放電を検出す
る装置において、ガス絶縁機器と電力ケーブル等との外部接続部近傍に
電磁波の検出が可能な部分放電検出手段を配設したこと
を特徴とする。

（作用）本発明の部分放電検出装置においては、ケーブルヘッ
ド等の外部接続部においては絶縁箇所が存在するため、
この部分で遮蔽が破られ電磁波も外部に漏れる点を利用
して、この部分に検出手段を設置することにより、ガス
絶縁開閉装置の外部から電磁波を効率よく検出できる。

ガス絶縁開閉装置の各ガス絶縁機器内で発生する部分
放電がSF₆ガスの放電現象に関係するため、それによる
信号が非常に高周波の電磁波となる。そして、この電磁
波は、絶縁箇所を有するケーブルヘッド等の外部接続部
近傍において遮蔽が破られることによって外部に漏れ、
ガス絶縁開閉装置の外部に配置される本発明の部分放電
検出装置によって検出される。

なお、ガス絶縁機器と他の機器を接続する外部接続部
はGISの端部に相当し、ガス絶縁機器は外部接続部の一
方の側にのみ配置されるために、当該回線における電磁
波は、外部接続部に対して一方向から、すなわちGIS側
からのみ伝播される。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づい
て具体的に説明する。なお、第４図及び第５図に示した
従来型と同一の部材は同一の符号を付し説明は省略す
る。

＊実施例の構成＊本実施例においては、第１図及び第２図に示した様
に、ガス絶縁機器と電力ケーブル等との外部接続部近傍
に部分放電検出手段である電磁波検出器50が配設されて
いる。

即ち、ガス絶縁開閉装置の一般的な機器の配置構成
は、主母線31に断路器32が接続され、断路器32には遮断
器33が接続され、さらに、変流器40を介して断路器34、
接地装置35が接続され、計器用変成器41及びケーブルヘ
ッド36を介して外部に引き出されている。そして、ケー
ブルヘッド36と電力ケーブル43の接続部には絶縁筒42が
配設され、その近傍に電磁波検出器50が配設されてい
る。

また、前記電磁波検出器50としては、一例として第３
図に示した様なものが用いられる。即ち、電磁波を検出
するループアンテナ51にフィルタ52が接続され、さら
に、増幅回路53、ピークディテクタ積分回路54、E/O変
換器55を介して、光ケーブル57に接続されている。

＊実施例の作用＊この様な構成を有する本実施例の部分放電検出システ
ムは次の様に作用する。

即ち、一般に、ガス絶縁機器の内部に発生する部分放
電は、その立上がり数nsというSF₆ガスの放電現象に関
係しているため、それにより発生する信号も数10MHzか
ら数GHzにまで及ぶ電磁波となる。この様に、機器の内
部部分放電により発生した電磁波は非常に高周波である
ため、ガス絶縁機器自体が一種の導波管の役割を果し、
電磁波は接地金属容器内を伝播するので、この様な電気
波の信号を検出すれば機器内部の部分放電の有無を判定
することができる。

しかし、ガス絶縁機器の高圧充電部は接地金属容器で
完全に覆われているため、上記の様な電磁波は外部に出
ないが、ケーブルヘッド等の外部接続部等においては、
接地金属容器と電力ケーブル等の間に絶縁筒が配設され
る等、絶縁箇所が存在し、遮蔽が破れるため、電磁波も
外部に漏れ出てくる。これは、ガス絶縁機器の接地金属
容器に絶縁部が存在すると、ガス絶縁機器の内部インピ
ーダンス、絶縁筒部のインピーダンス、接地金属容器の
外部インピーダンス等の比率から、電磁波が外部に漏洩
するためである。

従って、本実施例に示した様に、この様な外部接続部
に電磁波検出器を配設すれば、ガス絶縁機器の内部に発
生した部分放電を直ちに検出することができる。

また、ガス絶縁機器の各回線の外部接続部に電磁波検
出器を配設すれば、各回線単位に内部異常を監視するこ
とができ、異常が発見された場合も、その回線のみを停
止すれば良く、保守・点検作業の効率化が計れる。

また、上記の様な電磁波検出器を各回線の外部接続部
に設置すれば、その回線の充電部についてはすべて監視
することができ、配設する検出器の数も大幅に低減する
ことができる。

＊他の実施例＊なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
なく、上記の様な接地金属容器の遮蔽は、気中ブッシン
グ部においてもケーブルヘッド部と同様に破れるので、
気中ブッシッグ部近傍に同様の電磁波検出器を配設して
も、機器内部に発生する部分放電を効率良く検出するこ
とができる。

また、上述した様な部分放電検出装置は、ガス絶縁機
器が鉄筋建屋内、又は、地下室に設置されている場合、
特に有効である。これは、放送電波等の外部ノイズが多
く存在する気中に比較して、鉄筋建屋や地下室では、そ
れらが一種のシールドルームとしての役割を果すので、
外部ノイズが著しく低減でき、精度の良い内部部分放電
の監視が可能となる。

［発明の効果］以上述べた様に、本発明によれば、接地金属容器内に
収納されたガス絶縁機器と電力ケーブル等との外部接続
部近傍に、電磁波検出器等の部分放電検出手段を配設す
るという簡単な手段によって、ガス絶縁開閉装置の機器
内部に発生する部分放電を効率良く検出することができ
る部分放電検出装置を提供することができる。

すなわち、外部接続部はガス絶縁機器と他の機器を接
続するものであってGISの端部に相当し、ガス絶縁機器
は一方の側にのみ配置されるものである。よって、本発
明の部分放電検出手段が設置された回線において発生し
た部分放電による電磁波は、外部接続部に対してGIS側
である一方からしか伝播されてこない。したがって、本
発明によって検出される電磁波の方向に狂いがないとい
う効果がある。

また、隣接回線にて発生した電磁波は、本発明の外部
接続部近傍に配設された部分放電検出手段の付近に到達
するまでの伝播過程において減衰してしまうため、本発
明の部分放電検出手段は、当該回線において発生した電
磁波を効率良く且つ正確に検出することができる。

さらに、本発明の部分放電検出装置は、各回線ごとの
外部接続部近傍において、ただ１つ配置すれば良いた
め、配設すべき部分放電検出装置の個数を大幅に低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の部分放電検出装置の一実
施例を示す機器の配置構成図、第３図は本発明の部分放
電検出装置に用いられる検出器の一例を示す構成図、第
４図は一般的なガス絶縁開閉装置の配置構成図、第５図
は予防保全システムによる効果を示す概念図である。１……ブッシング、２……密封圧力容器、３……充填ガ
ス、４……バルブ、５……ガスキュービクル、６……ガ
スボンベ、７……避雷器、８……変成器、９……接地開
閉器、11……絶縁スペーサ、12……断路器、13……操作
器、14……キュービクル、15……配電盤、16……コンプ
レッサ設備、17……変流器、18……遮断器、19……母
線、20……変圧器、31……主母線、32……断路器、33…
…遮断器、34……断路器、35……接地装置、36……ケー
ブルヘッド、40……変流器、41……計器用変成器、42…
…絶縁筒、43……電力ケーブル、50……電磁波検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−167880（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−27903（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−46780（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−139815（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−51775（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−117038（ＪＰ，Ｕ) 特公昭58−30555（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭60−16163（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高電圧導体を絶縁性ガスと共に接地金属容
器内に収納して成る複数のガス絶縁機器により構成され
るガス絶縁開閉装置の内部に発生する部分放電を検出す
る装置であって、ガス絶縁機器と電力ケーブル等との外部接続部近傍に電
磁波の検出が可能な部分放電検出手段を配設したことを
特徴とする部分放電検出装置。
【請求項２】前記ガス絶縁開閉装置が、鉄筋建屋内又は
地下室に設置されたものである特許請求の範囲第１項記
載の部分放電検出装置。
【請求項３】前記部分放電検出手段が、検出用アンテナ
を設置したものである特許請求の範囲第１項又は第２項
記載の部分放電検出装置。