JPH04215074A - 部分放電検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
電検出器に関するものである。

【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。

【０００５】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。

【０００６】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５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。

【０００７】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。

【０００８】

【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。

【０００９】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６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６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。

【００１０】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
かも部分放電発生の原因究明も可能な部分放電検出器を
提出することである。

【００１１】 ［発明の構成］

【００１２】

【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、請求項１の発明は、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
、部分放電信号及び商用周波信号の両信号を検出する浮
遊電極と、こ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
する部分放電検出部と、こ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前記商用周
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、前記部分放電
検出部と主回路電圧位相検出部からの部分放電信号と主
回路電圧位相信号に基づいて、一定周期分の部分放電信
号を記憶し、同位相の部分放電信号を複数周期分加算し
、この加算した部分放電信号波形のパルス波高値と予め
設定された判定値とを比較して、部分放電の有無を判定
する演算部とを備えていることを特徴とする。

【００１３】また、請求項２の発明は、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、部分放電信号及び商用周波信号の両信号
を検出する浮遊電極と、こ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
号を分離検出する部分放電検出部と、この浮遊電極に接
続され、前記部分放電信号及び商用周波信号の両信号か
ら前記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、
前記部分放電検出部と主回路電圧位相検出部からの部分
放電信号と主回路電圧位相信号に基づいて、主回路電圧
位相信号の一周期分を複数の時間領域に分割し、各時間
領域に発生する部分放電信号を主回路電圧位相信号の複
数周期分加算し、この加算した部分放電信号の頻度を予
め設定された判定値と比較して、部分放電の有無を判定
する演算部とを備えていることを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記のような構成を有する本発明は、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判定する。

【００１５】特に、請求項１の発明では、同位相の信号
を複数周期分加算し、この加算した部分放電信号波形の
パルス波高値と予め設定された判定値とを比較すること
で、散発的に任意の位相で発生するノイズと準定常的に
任意の位相で発生する部分放電信号波形との差を増幅し
、ノイズの影響を除去する。

【００１６】また、請求項２の発明では、主回路電圧位
相信号の一周期分を複数の時間領域に分割し、各時間領
域に発生する部分放電信号を主回路電圧位相信号の複数
周期分加算することにより、主回路電圧位相信号の一周
期分のある特定の時間領域に発生する部分放電信号の頻
度が、各時間領域について散発的に発生するノイズの頻
度よりも高くなる現象を利用して、ノイズの影響を除去
する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１乃至図３に
従って具体的に説明する。この第１実施例は、本発明の
請求項１に相当する。

【００１８】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。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、検出部７
ａが接続されている。この検出部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。

【００１９】まず、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１
３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
する積分回路回路１６が接続されている。更に、この積
分回路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
の光信号を受信部７ｂに伝送する光ファイバー１９が設
けられている。

【００２０】一方、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、３
１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。

【００２１】受信部７ｂには、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が設けられ、こ
れらの回路は増幅器２６を介してＡ／Ｄ変換部２８及び
演算器２９に接続されている。また、受信部７ｂには、
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。本実施
例において、この演算器２９は、前記部分放電検出部と
主回路電圧位相検出部からの部分放電信号と主回路電圧
位相信号に基づいて、一定周期分の部分放電信号を記憶
し、同位相の部分放電信号を複数周期分加算し、この加
算した部分放電波形のパルス波高値と予め設定された判
定値とを比較して、部分放電の有無を判定する。

【００２２】このような構成を有する本実施例の部分放
電検出器は、以下のように作用する。

【００２３】ガス絶縁開閉装置の機器内部において部分
放電が発生すると、図２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・２０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１６にてＶ／Ｆ変換可能なパルス幅、例え
ば１サイクルの１０分から１００分の１程度まで積分さ
れる。その後、この信号は、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。

【００２４】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２５、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。

【００２５】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、図３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Ａ／Ｄ変換部２８を介してデジ
タル値に変換され、演算器２９に取り込まれる。一方、
波形成型回路３０より出力された電圧位相パルス（図３
において、ゼロクロス点で一定時間ｔ１　出力された矩
形波パルスＰ）も、演算器２９に取り込まれる。演算器
２９内では、電圧位相パルスＰ１　の立上がりから次の
立上がりまでの間を１周期とした部分放電信号を複数周
期分記憶し、この複数周期分の波形を加算し、加算した
波形のパルスは公知が予め設定した判定値より大きかっ
た場合、部分放電が発生したと判定する。

【００２６】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
測定に当たって障害となるノイズが含まれており、これ
を積分回路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、前記のようにし
て、主回路電圧の数周期分の部分放電信号波形を加算す
ることは、散発的に任意の位相で発生するノイズの影響
を除去し、準定常的に特定の位相で発生する部分放電パ
ルスを増幅させることになる。その結果、この増幅され
たパルスを部分放電として判断できる可能性が極めて高
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。

【００２７】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６のような特徴を有している
ので、加算後の最大パルスの発生位相を検出すれば、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
ができる。

【００２８】以上説明したように本実施例においては、
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と商用周波信号との両
信号を検出し、前記商用周波信号から作成した主回路電
圧位相に対応した基準パルスを基に、数周期分の部分放
電信号を含む特定周波数の信号を加算することにより散
発的に生じているノイズの影響を除去することが可能と
なり、高精度で信頼性の高い部分放電検出器が提供でき
る。

【００２９】次に、本発明の第２実施例を図４により説
明する。この第２実施例は、本発明の請求項２に対応す
るものである。

【００３０】この第２実施例は、前記第１実施例と同様
な浮遊電極４、検出部７ａ、受信部７ｂを有するもので
あるが、第１実施例とは、受信部７ｂに設けられた演算
部２９が異なっている。即ち、第２実施例の演算部２９
は、検出部７ａから導入された主回路電圧位相信号の１
周期分を複数の時間領域（図４ではＡ〜Ｆの６領域）に
分割し、各領域に発生する部分放電の頻度により、部分
放電の発生を判定する。前記のように部分放電信号の発
生は、図７に示す通り、その発生原因ごとに主回路電圧
位相信号中のある特定の時間領域に発生することが知ら
れているので、散発的にノイズが生じる他の時間領域に
比べて、部分放電が発生するとその時間領域の信号の頻
度が高くなり、この時間領域の信号発生頻度を検出して
いる演算器により、部分放電の発生及びその発生原因の
判定が可能となる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明では、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が
できる。特に、本発明は、部分放電信号を数周期分加算
したり、特定の時間領域における部分放電の頻度を検出
することで、ノイズの影響を除去することが可能となり
、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器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の部分放電検出器の第１実施例を示す回
路図。

【図２】第１実施例における検出部の入力及び出力波形
を示すグラフ。

【図３】第１実施例における主回路電圧位相と各検出パ
ルスの関係を示すグラフ。

【図４】本発明の第２実施例における主回路電圧位相と
各検出パルスの関係を示すグラフ。

【図５】従来の部分放電検出器の一例を表す回路図。

【図６】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。

【符号の説明】

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 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 ２８…Ａ／Ｄ変換部 ２９…演算器 ３０…波形整形回路 ３１…コンバータ

Claims (2)

【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
   、高電圧充電部を絶縁スペーサで支持した状態で収納し
   て成るガス絶縁開閉装置の部分放電検出器において、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、部分放電信号及び商用周波
   信号の両信号を検出する浮遊電極と、この浮遊電極に接
   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部分放電検出部と、この
   浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用周波信
   号の両信号から前記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、前記部分放電検出部と主回路電圧位相検出
   部からの部分放電信号と主回路電圧位相信号に基づいて
   、一定周期分の部分放電信号を記憶し、同位相の部分放
   電信号を複数周期分加算し、この加算した部分放電波形
   のパルス波高値と予め設定された判定値とを比較して、
   部分放電の有無を判定する演算部とを備えていることを
   特徴とする部分放電検出器。
2. 【請求項２】　　絶縁ガスを封入した接地金属容器内に
   、高電圧充電部を絶縁スペーサで支持した状態で収納し
   て成るガス絶縁開閉装置の部分放電検出器において、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、部分放電信号及び商用周波
   信号の両信号を検出する浮遊電極と、この浮遊電極に接
   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部分放電検出部と、この
   浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用周波信
   号の両信号から前記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、前記部分放電検出部と主回路電圧位相検出
   部からの部分放電信号と主回路電圧位相信号に基づいて
   、主回路電圧位相信号の一周期分を複数の時間領域に分
   割し、各時間領域に発生する部分放電信号を主回路電圧
   位相信号の複数周期分加算し、この加算した部分放電信
   号の頻度を予め設定された判定値と比較して、部分放電
   の有無を判定する演算部とを備えていることを特徴とす
   る部分放電検出器。