JP3126392B2 - ガス絶縁開閉装置の部分放電検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス絶縁開閉装置内部
に発生した部分放電を検出するために用いられる部分放
電検出装置に関するもので、特に単相機器部と３相一括
型機器部の双方から構成されているガス絶縁開閉装置の
部分放電検出装置に係る。

【０００３】（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、絶縁性及び消弧性
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
りの据え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。

【０００４】上記のよう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除等の利点がある
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にその信頼
性が著しく低下するという欠点があった。

【０００６】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。

【０００７】その様な手段の一つとして、ガス絶縁開閉
装置内部に発生する部分放電を検出するために用いられ
る部分放電検出器がある。図６に従来から用いられてい
る部分放電検出器の一例を示した。即ち、一般的な密閉
型ガス開閉器は、金属容器１内に収納され、この金属容
器１は絶縁スペーサ２によって電気的に分割されて、長
手方向に連結されている。また、前記金属容器１内に
は、図示しない送電線路に電気的に接続された高電圧充
電部である中心導体３が、前記絶縁スペーサ２によって
支持されている。なお、前記金属容器１は、接地線（図
示せず）によって接地されている。また、前記絶縁スペ
ーサ２には検電用の電極４が設けられ、この電極４と金
属容器１との間には、浮遊容量Ｃ2 が存在し、この浮遊
容量Ｃ2 はコンデンサ５として示されている。そして、
このコンデンサ５の両端子には、信号引込み線６を介し
て部分放電検出部７が接続されている。この部分放電検
出部７は、特定周波数の信号を取出すためフィルタ８に
増幅回路９が接続され、更に、ピークデイテクタ及び積
分回路１０が接続されて構成されている。また、これら
の機器には電源１１が接続されている。

【０００８】このように構成された従来の部分放電検出
器は、以下に述べるように作用する。即ち、中心導体３
に高電圧が印加されると、中心導体３と電極４の間に存
在する浮遊容量Ｃ1 とコンデンサ５とが分圧器を構成
し、コンデンサ５の両端に分担電圧を発生する。そし
て、この分担電圧には、開閉器内で部分放電パルス（コ
ロナパルス）が発生すると、その放電に起因する高周波
成分（信号）が重畳され、部分放電検出部７に入力され
る。この部分放電検出部７において、フィルタ８によっ
て部分放電パルスに相当する特定周波数の信号が取出さ
れ、増幅回路９で増幅された後、ピークデイテクタ及び
積分回路１０を介して外部に出力される。そして、この
出力信号により、開閉器内部で部分放電が発生したこと
を検出することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の部分放電検出器においては、以下に述べ
るような解決すべき課題があった。

【００１０】まず、従来の部分放電検出器は、予め定め
られたタイミングで部分放電パルスに相当する特定周波
数の信号を検出した後、任意時間幅積分し出力している
ため、部分放電の発生位相については判別できない。し
かし、主器側の異常に起因して発生する部分放電パルス
の発生形態は、一例として図７に示すように、それぞれ
の異常の種類により主回路電圧波形（位相）と密接な関
係があるのに対して、部分放電測定時に障害となる外部
ノイズは、主回路電圧位相とは無関係にランダムに発生
する場合が多い。そのため、従来のように部分放電検出
器から単に特定周波数の信号を取り出しても、その中に
は外部ノイズも含まれている可能性があり、精度の高い
部分放電検出を行うことが難しい欠点があった。また、
特定周波数の信号の有無のみを主回路電圧位相と関係な
く検出しても、前記図７に示すような位相と放電パルス
との関係を伺い知ることはできないので、部分放電の発
生原因を推測することも不可能であった。

【００１１】特に、ガス絶縁開閉装置の３相一括型機器
部内においては、商用電圧により誘起される電圧波形は
通常３相平衡しており、たとえ部分放電自体を検出した
としても、主回路電圧波形を知ることはできないので、
前記図７のような現象に基づいて部分放電の発生原因を
知ることはできなかった。本発明は上記の従来技術に鑑
みてなされたもので、その目的は、外部ノイズに影響さ
れることがなく精度の高い部分放電パルスを検出するこ
とができ、しかもガス絶縁開閉装置の単相機器部はもち
ろんのこと、商用周波電圧が平衡している３相一括型機
器部においても、部分放電発生の原因究明が可能な部分
放電検出装置を提供することである。

【００１２】［発明の構成］

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、絶縁ガスを封入した接地金属容器内
に、単相分の高電圧充電部を絶縁スペーサで支持した状
態で収納して成る単相機器部と、同じく接地金属容器内
に三相分の高電圧充電部を絶縁スペーサで支持した状態
で収納して成る３相一括型機器部とを有するガス絶縁開
閉装置の部分放電検出装置において、次の各手段を組合
わせたことを特徴とするものである。

【００１４】（１）単相機器部の絶縁スペーサ部或いは
接地金属容器内に接地金属容器とは絶縁された状態で設
けられ、単相機器部の部分放電信号と商用周波信号の両
信号を検出する単相機器部側の浮遊電極。

【００１５】（２）単相機器部側の浮遊電極に接続さ
れ、前記部分放電信号及び商用周波信号の両信号から部
分放電信号を分離検出する単相機器部側の部分放電検出
部。

【００１６】（３）３相一括型機器部の絶縁スペーサ部
或いは接地金属容器内に接地金属容器とは絶縁された状
態で設けられ、３相一括型機器部の部分放電信号を検出
する３相一括型機器部側の浮遊電極。

【００１７】（４）３相一括型機器部側の浮遊電極に接
続され、前記部分放電信号を検出する３相一括型機器部
側の部分放電検出部。

【００１８】（５）単相機器部側の浮遊電極に接続さ
れ、単相機器部側の部分放電信号及び商用周波信号の両
信号から商用周波信号を分離し、この商用周波信号から
主回路電圧位相信号を検出する主回路電圧位相検出部。

【００１９】（６）単相機器部側の部分放電検出部と主
回路電圧位相検出部とから出力された部分放電信号と主
回路電圧位相信号に基づいて、単相機器部の任意位相の
部分放電を計測するとともに、３相一括型機器部側の部
分放電検出部と単相機器部側の主回路電圧位相検出部と
から出力された部分放電信号と主回路電圧位相信号に基
づいて、３相一括型機器部の任意位相の部分放電を計測
する演算部。

【００２０】

【作用】上記のような構成を有する本発明によれば、単
相機器部においては、同一の浮遊電極から部分放電信号
及び商用周波信号を検出し、前記商用周波信号から作成
した主回路電圧位相信号に対応した基準パルスを基に任
意位相の部分放電を計測することにより、外部ノイズと
部分放電パルスとを区別することができると共に、主回
路電圧位相に対してどのようなパターンで部分放電が発
生しているかを知ることができる。

【００２１】一方、３相一括型機器部では、単相機器部
において検出した主回路電圧位相信号に対応した基準パ
ルスに基づいて、任意位相の部分放電を検出する。その
結果、従来では不可能と考えられていた３相一括型機器
部の任意位相の部分放電検出が可能となり、３相一括型
機器部においても、外部ノイズと部分放電パルスとを区
別することができると共に、主回路電圧位相に対してど
のようなパターンで部分放電が発生しているかを知るこ
とができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図５に従
って具体的に説明する。

【００２３】図１は、本実施例の装置の概略を示すブロ
ック図である。この図１において、ガス絶縁開閉装置を
構成する単相機器部Ａと３相一括型機器部Ｂは、それぞ
れ接地金属容器１内に収納されている。この接地金属容
器１は絶縁スペーサ２によって電気的に分割されて、長
手方向に連結されている。また、前記金属容器１内に
は、図示しない送電線路に電気的に接続された高電圧充
電部である中心導体３が、前記絶縁スペーサ２によって
支持されている。この場合、単相機器部Ａには単相分の
導体３が、３相一括型機器部Ｂには３相分の導体が支持
されている。

【００２４】前記単相機器部Ａ側の絶縁スペーサ２には
部分放電検出用の浮遊電極４が設けられ、この浮遊電極
４と金属容器１との間には、浮遊容量Ｃ2 が存在し、こ
の浮遊容量Ｃ2 はコンデンサ５として示されている。コ
ンデンサ５の両端子には信号引込み線６を介して、単相
機器部Ａ側の検出部７ａが接続されている。この単相機
器部Ａ側の検出部７ａは、部分放電検出部と主回路電圧
位相検出部より構成されており、信号は同一の浮遊電極
４より得られる構成となっている。

【００２５】一方、３相一括型機器部Ｂ側の絶縁スペー
サ２には部分放電検出用の浮遊電極４が設けられ、この
浮遊電極４と金属容器１との間には、浮遊容量Ｃ4 が存
在し、この浮遊容量Ｃ4 はコンデンサ５として示されて
いる。コンデンサ５の両端子には信号引込み線６を介し
て、３相一括型機器部Ｂ側の検出部７ａが接続されてい
る。この３相一括型機器部Ｂ側の検出部７ａは、浮遊電
極４で得られた信号から部分放電を検出する部分放電検
出部より構成されている。

【００２６】これら単相機器部側と３相一括型機器部側
の検出部７ａ，７ａは、単相機器部側の受信部７ｂと３
相一括型機器部側の受信部７ｂに、それぞれ接続されて
いる。また、単相機器部側の検出部７ａは、３相一括型
機器部側の受信部７ｂにも接続され、単相機器部側の検
出部７ａに設けられた主回路電圧位相検出部で検出され
た主回路電圧位相信号が３相一括型機器部側の受信部７
ａにも入力される。

【００２７】次に、各検出部７ａ及び受信部７ｂの詳細
を、図２により説明する。

【００２８】まず、単相機器部側と３相一括型機器部側
の検出部７ａの双方に部分放電検出部が設けられてい
る。この部分放電検出部は、浮遊電極４で検出された信
号中から高周波信号成分を分離し後段の電子回路部へ送
るための変成器１２と、この変成器１２に接続され、高
周波信号から部分放電パルスに相当する特定の周波数帯
の信号（部分放電パルスとノイズが含まれている可能性
あり）を取出すためのバンドパスフィルタ１３を備えて
いる。このバンドパスフィルタ１３には、前記特定周波
数の信号を処理する増幅器１４及び検波回路１５と、こ
の特定周波数の信号を一定のパルス幅に変換する積分回
路またはピークホールド回路１６が接続されている。更
に、この積分回路またはピークホールド回路１６には、
上記のようにして得られた特定周波数のパルス信号を変
調するＶ／Ｆ変換回路１７、この変調された信号を光信
号に変換するＥ／Ｏ変換回路１８、この光信号を単相機
器部側または３相一括型機器部側の受信部７ｂに伝送す
る光ファイバー１９が設けられている。

【００２９】一方、単相機器部側の検出部７ａには、主
回路電圧位相検出部が設けられている。この主回路電圧
位相検出部は、部分放電検出部と同様に、浮遊電極４で
検出された信号中から高周波信号成分を分離し後段の電
子回路部へ送るための変成器１２と、この変成器１２に
接続されて高周波信号から商用周波のみを取出すバンド
パスフィルタ２０を備えている。このバンドパスフィル
タ２０には、増幅器２１、商用周波の特定の位相をパル
スとして検出するコンパレータ２２、及びその検出パル
スを整形するパルス整形回路２３が接続されている。更
に、このパルス整形回路２３には、前記部分放電検出部
と同様に、パルス整形回路２３で得られた電圧位相パル
ス信号を変調するＶ／Ｆ変換回路１７、この変調された
信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換回路１８、この光信
号を単相機器部側と３相一括型機器部側の受信部７ｂに
伝送する光ファイバー１９が設けられている。なお、図
中、３１は供給された電源を任意の電圧に変換するコン
バータである。

【００３０】単相機器部側と３相一括型機器部側の受信
部７ｂには、各検出部７ａの部分放電検出部から送られ
た特定周波数の信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ部２４
及びＦ／Ｖ変換回路２５が、それぞれ設けられている。
これらの回路は増幅器２６を介して積分回路２７、Ａ／
Ｄ変換部２８、及び演算装置２９に接続されている。ま
た、各受信部７ｂには、単相機器部側の検出部７ａの主
回路電圧位相検出部からの電圧位相パルス信号を電気信
号に変換するためのＯ／Ｅ部２４及びＦ／Ｖ変換回路２
５が設けられ、これらの回路が増幅器２６及び波形整形
回路３０を介して演算器２９に接続されている。これら
の演算器２９は、部分放電検出部と主回路電圧位相検出
部とから出力された部分放電信号と主回路電圧位相信号
に基づいて、単相機器部と３相一括型機器部について任
意位相の部分放電を計測するものである。

【００３１】このような構成を有する本実施例の部分放
電検出装置は、以下のように作用する。

【００３２】ガス絶縁開閉装置の単相機器部Ａ内部にお
いて部分放電が発生すると、図３に示すように商用周波
には、あらゆる周波数成分を含む高周波信号が重畳さ
れ、これが検出部７ａに入力される。この信号は、検出
部７ａ内に設けられているバンドパスフィルタ１３・２
０にて部分放電パルスを含む特定周波数の信号と商用周
波とに分離される。このうち、部分放電パルスとそのノ
イズを含む可能性のある特定周波数の信号は、リアルタ
イムで計測され、増幅器１４及び検波回路１５で増幅・
検波された後、積分回路またはピークホールド回路１６
にて位相分解計測可能な時間幅、例えば１サイクルの１
０分から１００分の１以下でピークホールドされ、その
後、Ｖ／Ｆ変換回路１７で変調された後、Ｅ／Ｏ変換回
路１８にて光信号として出力され、光ファイバー１９を
通して受信部７ｂに送られる。一方、バンドパスフィル
タ２０で検出された商用周波は、増幅器２１にて増幅さ
れた後、コンパレータ２２である特定の位相、例えばゼ
ロクロス点の位相が電圧位相パルスとして検出され、こ
の電圧位相パルスがパルス整形回路２３にて波形整形さ
れる。その後、この電圧位相パルスは、Ｖ／Ｆ変換回路
１７で変調された後、Ｅ／Ｏ変換回路１８にて光信号と
して出力され、光ファイバー１９を通して受信部７ｂに
送られる。このように光伝送された部分放電パルスを含
む特定周波数のパルスと電圧位相パルスとは、それぞれ
受信部７ｂにおいて、Ｏ／Ｅ部２４、Ｆ／Ｖ変換回路２
５、増幅器２６により、伝送時の光信号から演算器２９
により処理可能な電気信号に逆変換される。

【００３３】上記のようにして得られた両パルス信号か
ら、演算器２９により部分放電を検出するには、次のよ
うにする。まず、部分放電パルスを含む特定周波数のパ
ルスは、受信部７ｂの積分回路２７において、図４Ｐ3
で示すような矩形波パルスに整形される。一方、波形整
形回路３０より出力された電圧位相パルス（図４ではゼ
ロクロス点で電圧位相パルスＰ1 が一定時間ｔ1 出力さ
れる）を基に、演算器２９から計測タイミングパルスＰ
2 が出力される。この計測タイミングパルスＰ2 は、演
算器２９によって計測開始時間ｔ1 及び計測時間幅ｔ2
が制御されており、前記図７の部分放電パルスの発生パ
ターンから見て、主回路電圧の位相のうち最も部分放電
パルスが発生する可能性のある範囲に出力される。そし
て、Ａ／Ｄ変換部２８では、この計測タイミングパルス
Ｐ2 が出力されている間だけ、部分放電パルスを含む特
定周波数のパルス信号がデイジタル値に変換され、この
Ａ／Ｄ変換部２８からの出力の有無によって、その位相
部分に特定周波数のパルス信号が存在するか否か、言い
換えれば部分放電が発生したか否かが判定される。

【００３４】即ち、検出部７ａのバンドパスフィルタ１
３により分離された特定周波数の信号には、部分放電の
測定にあたって障害となるノイズが含まれており、これ
をピークホールド回路１６などで一定のパルス信号に変
換しても、含まれたノイズは除去されない。しかし、上
記のようにして、計測タイミングパルスＰ2 の出力の間
だけ特定周波数のパルス信号をＡ／Ｄ変換部すること
は、主回路電圧位相の最も部分放電パルスの発生し易い
箇所、即ちノイズとは考え難い位相部分に特定周波数の
パルスが存在することを示すことになる。その結果、こ
の特定周波数のパルスを部分放電パルスと判断できる蓋
然性が極めて高くなり、単に部分放電パルスに相当する
特定周波数のパルスの有無だけで部分放電の判定を行っ
ていた従来の部分放電検出器に比べて、部分放電の検出
精度が格段に向上する。

【００３５】また、部分放電パルスの主回路電圧位相に
対する発生パターンは、図７のような特徴を有している
のため、計測開始時間ｔ1 及び計測時間幅ｔ2 を適宜変
更することにより、計測タイミングパルスＰ2 を特定の
パターンの予想される部分放電発生範囲に出力させ、そ
の部分の前記特定周波数のパルスの有無を検出すれば、
どのようなパターンで部分放電パルスが生じているかを
判定することができ、部分放電発生の原因も判定するこ
とが可能となる。

【００３６】一方、３相一括型機器部Ｂにおいては、前
記単相機器部Ａと同様に、浮遊電極４及び検出部７ａを
介して、検出信号が受信部７ａに送られる。この場合、
３相一括型機器部Ｂは商用電圧により誘起される電圧波
形は３相が平衡しているので、検出部７ａには、図５に
示すように、部分放電信号のみが入力される。そこで、
受信部７ｂにおいては、この部分放電信号と、前記単相
機器部Ａの検出部７ａからの主回路電圧位相パルスとを
演算器２９により処理することで、前記単相機器部Ａと
同様に、部分放電の検出及びその発生原因の判定を行う
ことができる。

【００３７】以上説明したように本実施例においては、
単相機器部Ａ及び３相一括型機器部Ｂ双方の絶縁スペー
サ部に埋め込まれた同一の浮遊電極から、部分放電信号
を含む特定周波数の信号を検出し、一方単相機器部Ａの
絶縁スペーサ部に埋め込まれた浮遊電極からは商用周波
信号を検出し、この商用周波信号から作成した主回路電
圧位相に対応した基準パルスを基に、単相機器部はもち
ろん３相一括型機器部においても任意位相の部分放電を
計測することにより、部分放電の位相解析が可能とな
り、高精度で更に信頼性の高い部分放電検出器が提供で
きる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明では、単相機器部の
絶縁スペーサ部或いは接地金属容器内に絶縁状態で配設
された同一の浮遊電極から、部分放電信号及び商用周波
信号を検出し、商用周波信号から作成した主回路電圧位
相に対応した基準パルスを基に任意位相の部分放電を計
測することにより、検出精度が高く部分放電発生原因の
究明も可能な信頼性の高い部分放電検出装置を提供する
ことができる。特に、本発明によれば、前記単相機器部
で検出された主回路電圧位相に対応した基準パルスを、
３相一括型機器部にも出力することで、３相一括型機器
部においても単相機器部と同様に検出精度が高く部分放
電発生原因の究明も可能な信頼性の高い部分放電検出装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の部分放電検出装置の一実施例を示す回
路図。

【図２】図１の実施例における検出部と受信部の詳細を
示す回路図。

【図３】本発明における単相機器部の検出部の入力及び
出力波形を示すグラフ。

【図４】本発明における単相機器部の主回路電圧位相と
各検出パルスの関係を示すグラフ。

【図５】本発明における３相一括型機器部の検出部の入
力及び出力波形を示すグラフ。

【図６】従来の部分放電検出器の一例を表す回路図。

【図７】部分放電発生原因と部分放電パルスの発生パタ
ーンを示すグラフ。 Ａ…単相機器部 Ｂ…３相一括型機器部 １…金属容器 ２…絶縁スペーサ ３…中心導体 ４…浮游電極 ５…コンデンサ ６…信号引込み線 ７…部分放電検出器 ７ａ…検出部 ７ｂ…受信部 ８…フィルタ ９…増幅回路 １０…ピークデイテクタ及び積分回路 １１…電源 １２…変成器 １３…バンドパスフィルタ １４…増幅器 １５…検波回路 １６…積分回路またはピークホールド回路 １７…Ｖ／Ｆ変換回路 １８…Ｅ／Ｏ変換回路 １９…光ファイバー ２０…バンドパスフィルタ ２１…増幅器 ２２…コンパレータ ２３…パルス整形回路 ２４…Ｏ／Ｅ変換回路 ２５…Ｆ／Ｖ変換回路 ２６…増幅器 ２７…積分回路 ２８…Ａ／Ｄ変換部 ２９…演算器 ３０…波形整形回路 ３１…コンバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−15670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−55269（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−19774（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 31/12 H02B 13/065

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、
   単相分の高電圧充電部を絶縁スペーサで支持した状態で
   収納して成る単相機器部と、同じく接地金属容器内に三
   相分の高電圧充電部を絶縁スペーサで支持した状態で収
   納して成る３相一括型機器部とを有するガス絶縁開閉装
   置の部分放電検出装置において、 単相機器部の絶縁スペーサ部或いは接地金属容器内に接
   地金属容器とは絶縁された状態で設けられ、単相機器部
   の部分放電信号と商用周波信号の両信号を検出する単相
   機器部側の浮遊電極と、 単相機器部側の浮遊電極に接続され、前記部分放電信号
   及び商用周波信号の両信号から部分放電信号を分離検出
   する単相機器部側の部分放電検出部と、 ３相一括型機器部の絶縁スペーサ部或いは接地金属容器
   内に接地金属容器とは絶縁された状態で設けられ、３相
   一括型機器部の部分放電信号を検出する３相一括型機器
   部側の浮遊電極と、 ３相一括型機器部側の浮遊電極に接続され、前記部分放
   電信号を検出する３相一括型機器部側の部分放電検出部
   と、 単相機器部側の浮遊電極に接続され、単相機器部側の部
   分放電信号及び商用周波信号の両信号から商用周波信号
   を分離し、この商用周波信号から主回路電圧位相信号を
   検出する主回路電圧位相検出部と、単相機器部側の部分放電検出部と主回路電圧位相検出部
   とから出力された部分放電信号と主回路電圧位相信号に
   基づいて、単相機器部の任意位相の部分放電を計測する
   とともに、３相一括型機器部側の部分放電検出部と単相
   機器部側の主回路電圧位相検出部とから出力された部分
   放電信号と主回路電圧位相信号に基づいて、３相一括型
   機器部の任意位相の部分放電を計測する演算部と、 を備えていることを特徴とするガス絶縁開閉装置の部分
   放電検出装置。