WO2015049725A1 - 部分放電センサー - Google Patents

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lid
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崇 柳
深沢　徹
暁 吉田
伊藤　隆史
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三菱電機株式会社
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    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/065—Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects

Definitions

  • the present invention relates to a partial discharge sensor that detects a partial discharge phenomenon that occurs inside a metal container in a power device such as a gas insulated switchgear or a vacuum circuit breaker.
  • a gas-insulated switchgear is a power device that supports a high-voltage conductor (electric wire) while insulating a sealed insulating gas inside a metal container.
  • the electric field distribution in the metal container is designed to be an equal electric field.
  • the defect part is used as a starting point. Partial discharge may occur. If this partial discharge is left unattended, dielectric breakdown may occur and lead to an accident. Therefore, it is important to detect the initial stage of partial discharge and prevent dielectric breakdown in advance.
  • Some partial discharge sensors detect the occurrence of partial discharge when an antenna attached in a metal container receives a high frequency generated from the partial discharge.
  • the inner diameter of the branch pipe is adjusted by adjusting the distance between the disc of the top loading monopole antenna installed in the cylindrical branch pipe and the inner diameter of the branch pipe.
  • a partial discharge sensor that can be installed even when it is small is disclosed.
  • stray capacitance is generated between the high voltage conductor and the disk of the top loading antenna, and the disk of the top loading antenna is in contact with the metal container. If insulated, a high voltage is induced in the disk of the top loading antenna. Since the induced high voltage may adversely affect the measuring device of the partial discharge sensor, in the partial discharge sensor installed in the metal container, the disk and the metal container are not connected at the low frequency used for the high voltage conductor. It is desirable that they are conducted.
  • the top loading antenna cylinder and the branch cover member are connected by a short stub having an electrical length of 1 ⁇ 4 of the wavelength corresponding to a specific frequency in the frequency band of the partial discharge to be detected. ing.
  • the frequency of the high-frequency signal radiated from the partial discharge generated when the degree of vacuum is reduced in the vacuum circuit breaker is 200 to 300 MHz.
  • the length of the short stub having an electrical length of 1 ⁇ 4 of the wavelength corresponding to is 375 mm. For this reason, when the inner diameter of the branch pipe is small, there is a problem that the short stub cannot be accommodated and it is difficult to eliminate the adverse effect of the high voltage induced on the disk of the top loading antenna.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and even when the frequency band in the partial discharge to be detected is low, the adverse effect of the high voltage induced on the disk of the top loading antenna can be eliminated.
  • the purpose is to obtain a partial discharge sensor.
  • a partial discharge sensor includes a cylindrical metal container, a cylindrical branch pipe having one end connected to the opening of the metal container, a lid-like metal conductor covering the other end of the branch pipe, On the same plane as the inner surface of the metal container, in a state where the flat metal conductor is disposed in the opening in a non-contact state with the metal container, and one end is connected to the flat metal conductor, A metal column arranged inside the branch pipe, one end connected to the other end of the metal column, penetrating the inside of the hole made in the center of the lid-like metal conductor, and the other end to the outside A short-circuited conductor having one end connected to a metal post and the other end connected to a lid-like metal conductor, and the length of the short-circuited conductor is determined for the partial discharge to be detected. This is shorter than a quarter of the wavelength corresponding to the frequency.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view in which the vicinity of a hole 8 of the lid member 7 is enlarged.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit showing impedance when the top loading monopole antenna is viewed from the position indicated by symbol B in FIG. 3. It is explanatory drawing which shows the result of having calculated the receiving voltage characteristic of the top loading monopole antenna which consists of the disc 5 and the metal support
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a partial discharge sensor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a top view as seen from an arrow A in FIG. 1 and 2
  • a metal container 1 is a metal structure formed so as to constitute a cylindrical sealed space 2 therein, and corresponds to a main body tank of a gas insulated switchgear.
  • the sealed space 2 is filled with an insulating gas, and a high voltage electric wire (not shown) is arranged.
  • the surface of the metal container 1 is set to the ground potential.
  • the opening 3 is a hole formed in the metal container 1.
  • the shape of the hole is a circle
  • the shape of the opening 3 is not limited to a circle, and can be freely selected, for example, a square. However, it is desirable to select an axisymmetric shape so that angular characteristics do not occur in the sensitivity of the partial discharge sensor.
  • the branch pipe 4 is formed by a metal tube having an inner wall cross section having the same shape as the opening 3 of the metal container 1, and one end thereof is connected to the opening 3 of the metal container 1.
  • the disk 5 is a flat metal conductor disposed in the opening 3 of the metal container 1 in a non-contact state with the metal container 1, and one surface (the upper surface in the figure) of the disk 5 is Are arranged on the same plane as the opening 3.
  • the metal support 6 is a conductor disposed inside the branch pipe 4 and connected to the other surface of the disk 5, and the disk 5 is attached so that the disk 5 does not directly contact the metal container 1 or the lid member 7. I support it.
  • FIG. 2 shows an example in which the metal support 6 is a cylinder, it is not limited to a cylinder, and may be a prism, for example.
  • a top loading monopole antenna is constituted by the disk 5 and the metal support 6.
  • the lid member 7 is a lid-like metal conductor that covers the other end of the branch pipe 4, and is electrically connected to the metal container 1 via the branch pipe 4. For this reason, the surfaces of the branch pipe 4 and the lid member 7 are also at ground potential.
  • the hole 8 is provided substantially at the center of the lid member 7.
  • the shape of the cross section perpendicular to the axis of the hole 8 is, for example, a circle.
  • the coaxial line formed by the hole 8 and the metal terminal 9 is configured to be a predetermined low impedance line (the transmission line in which the characteristic impedance of the coaxial line is connected to the other end of the metal terminal 9 Any configuration can be selected as long as it is configured to be lower than the characteristic impedance.
  • the metal terminal 9 is a rod-shaped conductor, and is arranged so that the central axis of the metal terminal 9 substantially coincides with the central axis of the hole 8, and penetrates the inside of the hole 8 of the lid member 7.
  • One end of the metal terminal 9 is connected to the metal support 6 and the other end is exposed to the outside.
  • the short-circuit conductor 10 is a conductor having one end connected to the metal support 6 and the other end connected to the lid member 7.
  • the gas insulated switchgear is a device that opens and closes a high-voltage electric wire (not shown) housed in the metal container 1 with a switch. At this time, partial discharge may occur inside the metal container 1 due to several factors. As the factor, for example, the following cases are assumed. (1) When a foreign substance is mixed inside the metal container 1, a high electric field is locally generated and partial discharge is generated. (2) In the case of a vacuum circuit breaker, the switch is housed in a vacuum vessel and the terminals of the switch are insulated from each other. However, when the degree of vacuum in the vacuum vessel decreases, the insulation performance decreases, Partial discharge occurs.
  • the top loading monopole antenna composed of the disk 5 and the metal support 6 receives the high frequency radiated from the discharge source, and the high frequency signal (hereinafter referred to as “high frequency signal”) is a metal terminal. 9 to the outside. If this high-frequency signal is detected by an external measuring instrument, it is possible to detect that partial discharge has occurred inside the metal container 1 from the strength and frequency of the high-frequency signal.
  • the frequency of the high frequency radiated from the partial discharge varies depending on the place where the discharge occurs, but mainly the high frequency from the VHF band to the UHF band is observed.
  • the top loading monopole antenna composed of the disk 5 and the metal support 6 has high performance when the impedance becomes series resonance at a predetermined frequency. Therefore, the diameter of the disk 5 and the length of the metal support 6 may be designed in accordance with the inner diameter of the branch pipe 4 so that the impedance becomes series resonance at a predetermined frequency.
  • the metal strut 6 and the lid member 7 are connected by the short-circuit conductor 10 so that the high voltage induced in the high-voltage electric wire and the disk 5 is released to the ground potential.
  • the length of the short-circuit conductor 10 is set to be shorter than 1 ⁇ 4 of the wavelength with respect to the specific frequency in the frequency band in the partial discharge to be detected. Acts as an inductance.
  • the current flowing through the high-voltage electric wire is a commercial frequency of 50 Hz or 60 Hz, which is much lower than the high frequency radiated from the discharge source, so that the short-circuit conductor 10 is provided to short-circuit the high-frequency signal. Without generating a high voltage.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view in which the vicinity of the hole 8 of the lid member 7 is enlarged. Since the central axis of the metal terminal 9 is arranged so as to substantially coincide with the central axis of the hole 8 provided in the lid member 7, the metal terminal 9 is used as an inner conductor, and the hole 8 of the lid member 7 is used as an outer conductor. A coaxial line is formed. At this time, the characteristic impedance of the coaxial line is determined by the cross-sectional shape of the hole 8 and the metal terminal 9 of the lid member 7.
  • the characteristic impedance of the coaxial line Z0 is proportional to log (D / d).
  • the characteristic impedance Z0 of the coaxial line is a small value.
  • the coaxial line formed by the hole 8 and the metal terminal 9 operates as a parallel capacitance.
  • Za is a series resonance circuit showing the impedance characteristics of the top loading monopole antenna itself composed of the disk 5 and the metal support 6
  • L is an inductance formed by the short-circuit conductor 10
  • C is from the hole 8 and the metal terminal 9. Is a capacitance formed by the coaxial line.
  • the impedance can be widened.
  • mismatch loss can be reduced in the frequency band in the partial discharge to be detected, and the sensitivity can be increased on average.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the result of calculating the reception voltage characteristic of the top loading monopole antenna composed of the disk 5 and the metal support 6 by simulation.
  • the solid line indicates the reception voltage characteristic of the top loading monopole antenna in the first embodiment.
  • the broken line indicates the reception voltage characteristic of the top loading monopole antenna when the short-circuit conductor 10 and the metal terminal 9 are not provided.
  • FIG. 5 shows that in the first embodiment, the reception voltage is high in the frequency band in the partial discharge to be detected, and a partial discharge sensor with high sensitivity can be obtained.
  • the short-circuit conductor 10 connecting the metal strut 6 and the lid member 7 to the top loading monopole antenna composed of the disc 5 and the metal strut 6, the hole 8 and the coaxial line composed of the metal terminal 9, the induction of high voltage on the disk 5 can be suppressed to prevent adverse effects on the measuring device, and the frequency in the partial discharge to be detected There is an effect that a partial discharge sensor having high sensitivity in the band can be obtained.
  • the length of the short-circuit conductor 10 is set to be shorter than 1 ⁇ 4 of the wavelength corresponding to the specific frequency of the frequency band in the partial discharge to be detected. Even when the inner diameter of 4 is smaller than the wavelength, the short-circuit conductor 10 can be arranged, and an effect that a small partial discharge sensor can be constructed is achieved.
  • FIG. 6 is a sectional view showing a partial discharge sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the resin material 11 is made of, for example, a curable resin material such as an epoxy resin, and is a dielectric that is fixed to the lid member 7 so as to cover a hole in the central portion of the lid member 7 through which the metal terminal 9 is penetrated.
  • the lid member 7 is fixed to the lid member 7 using screws or the like.
  • the resin material 11 is fixed to the lid member 7 so as to cover the hole 8 of the lid member 7, the sealed space 2 in the metal container 1 is maintained, and the insulation in the sealed space 2 is maintained. Sexual gas can be prevented from leaking outside. Further, the metal terminal 9 can be fixed so that the metal terminal 9 does not contact the lid member 7.
  • the resin material 11 is configured not to enter the hole 8, but the resin material 11 may be filled in the hole 8 as shown in FIG. 7.
  • the cross-sectional shape of the metal terminal 9 and the hole 8 may be designed in consideration of the relative dielectric constant of the resin material 11.
  • the relative dielectric constant becomes a value of about 4, so that the characteristic impedance of the coaxial line composed of the hole 8 and the metal terminal 9 is lower than when the resin material 11 is not filled. Become.
  • the impedance Z0 of the coaxial line is set low, there is no inconvenience caused by filling the resin material 11.
  • FIG. 8 is a sectional view showing a partial discharge sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the cylindrical metal member 12 has a hole 13 into which the metal terminal 9 is inserted in a substantially central portion, and is disposed inside the branch pipe 4 in a state where the bottom surface is electrically connected to the lid member 7. ing.
  • the short-circuit conductor 10 is electrically connected to the lid member 7 through the metal member 12 by being connected to the upper surface of the metal member 12.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in that the metal member 12 is disposed inside the branch pipe 4.
  • the resonance frequency of the monopole antenna composed of the disk 5 and the metal support 6 depends on the diameter of the branch pipe 4 and the diameter of the disk 5 and the length of the metal support 6. It can be adjusted by designing.
  • the position of the disk 5 is lower than the opening 3 of the metal container 1 in the configuration of the first embodiment.
  • the inner diameter of the branch tube 4 is smaller than about 1 ⁇ 2 of the wavelength corresponding to the lower limit frequency of the frequency band in the partial discharge to be detected, the inside of the branch tube 4 operates as a cutoff waveguide. Therefore, the high frequency generated from the discharge source rapidly decreases in the branch pipe 4, and the reception sensitivity of the partial discharge sensor decreases.
  • the metal member 12 electrically connected to the lid member 7 since the metal member 12 electrically connected to the lid member 7 is provided, the position of the ground potential can be increased, and even if the branch pipe 4 is long, the disk 5 The position can be adjusted on the same plane as the opening 3. Thereby, the receiving sensitivity fall of a partial discharge sensor can be prevented.
  • the diameter of the hole 13 provided in the central portion of the metal member 12 may be the same as the diameter of the hole 8, but may be a different diameter as shown in FIG. Since the height of the metal member 12 is determined by the length of the branch pipe 4 and the length of the metal support 6, a design parameter for optimizing the impedance of the top loading monopole antenna composed of the disk 5 and the metal support 6. It cannot be. However, since the characteristic impedance of the coaxial line composed of the hole 8 and the metal terminal 9 and the characteristic impedance of the coaxial line composed of the hole 13 and the metal terminal 9 can be selected, respectively, the degree of freedom in design increases, and the impedance of the antenna Can be designed to be broadband.
  • the hole 13 for inserting the metal terminal 9 is provided in the substantially central portion, and the bottom surface is electrically connected to the lid member 7. Since the metal member 12 disposed inside the branch pipe 4 is provided, a partial discharge sensor having high reception sensitivity is obtained even when the length of the branch pipe 4 is longer than that of the metal support 6. There is an effect that can be.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a partial discharge sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the short-circuit conductor 14 is a connection conductor having one end connected to the vicinity of the upper end of the metal member 12 and the other end connected to the inner surface of the branch pipe 4.
  • the fourth embodiment is different from the third embodiment in that a short-circuit conductor 14 that connects the metal member 12 and the branch pipe 4 is provided. Since the bottom surface of the metal member 12 is electrically connected to the lid member 7, the structure of the metal member 12 viewed from the top surface of the metal member 12 is a choke structure. Therefore, the impedance when the lid member 7 is viewed from the upper surface of the metal member 12 at a frequency at which the height of the metal member 12 is (1/4 + n / 2) ⁇ ( ⁇ is a wavelength, n is an integer of 0 or more) is theoretically It becomes a very high value of upper infinity. As a result, since the current is interrupted between the metal member 12 and the metal container 1, the sensitivity of the partial discharge sensor is greatly reduced.
  • the structure of the short circuit conductor 14 should just be a structure which electrically connects the upper end vicinity of the metal member 12, and the inner surface of the branch pipe 4, For example, a spring, a conductive gasket, etc. can be utilized. .
  • the present invention can be applied to power equipment (for example, a gas insulated switchgear, a vacuum circuit breaker, etc.) that needs to detect a partial discharge phenomenon that occurs inside a metal container.
  • power equipment for example, a gas insulated switchgear, a vacuum circuit breaker, etc.

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Abstract

　円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナに対して、金属支柱６と蓋部材７を接続する短絡導体１０と、穴８及び金属端子９からなる同軸線路とを設けるように構成する。これにより、円板５に対する高電圧の誘起を抑圧して、測定器に対する悪影響を防ぐことができるとともに、検知対象となる部分放電における周波数帯域において感度が高い部分放電センサーを得ることができる。

Description

部分放電センサー
　この発明は、例えば、ガス絶縁開閉装置や真空遮断器などの電力機器における金属容器の内部で発生する部分放電現象を検知する部分放電センサーに関するものである。
　例えば、ガス絶縁開閉装置は、封入された絶縁ガスを密閉している金属容器の内部で高電圧導体（電線）を絶縁しながら支持する電力機器である。
　金属容器内の電界分布は、平等電界となるように設計されているが、不平等電界を形成する欠陥（例えば、金属の異物や針状突起など）が混入すると、その欠陥の部分を起点として部分放電が発生する場合がある。
　この部分放電を放置すると、絶縁破壊が発生して事故につながることがあるため、部分放電の初期段階を検知して、絶縁破壊を未然に防止することが重要である。
　また、真空状態で高い絶縁性を利用する真空遮断器では、真空度が低下すると、絶縁性能が劣化して部分放電を発生することがある。この場合も、部分放電を放置すると、絶縁破壊が発生することがあるため、部分放電の早期発見が重要である。
　このように、電力機器の安全性を確保するため、部分放電を検出する部分放電センサーが求められる。
　部分放電センサーとして、金属容器内に取り付けられているアンテナが、部分放電から発生される高周波を受信することで、部分放電の発生を検知するものがある。
　例えば、以下の特許文献１には、円筒状の枝管内に設置されているトップローディングモノポールアンテナの円板と、その枝管の内径との間隔を調整することで、その枝管の内径が小さい場合でも設置可能な部分放電センサーが開示されている。
　なお、金属容器内には、高電圧導体が配置されるため、高電圧導体とトップローディングアンテナの円板との間には浮遊容量が生じており、トップローディングアンテナの円板が金属容器に対して絶縁されていると、トップローディングアンテナの円板に高電圧が誘起される。
　誘起された高電圧は、部分放電センサーの測定器に悪影響を及ぼす場合があるため、金属容器内に設置される部分放電センサーでは、高電圧導体に用いられる低周波において、円板と金属容器が導通されていることが望ましい。
　上記の特許文献１では、検知対象の部分放電における周波数帯域の特定周波数に対応する波長の１／４の電気長を有するショートスタブによって、トップローディングアンテナの円柱と枝管の蓋部材とを接続している。
ＷＯ２０１２／１３７２５４
　従来の部分放電センサーは以上のように構成されているので、例えば、真空遮断器において真空度が低下することで発生する部分放電から放射される高周波信号の周波数は２００～３００ＭＨｚであり、その周波数に対応する波長の１／４の電気長となるショートスタブの長さは３７５ｍｍにもなる。このため、枝管の内径が小さい場合には、ショートスタブを収納することができず、トップローディングアンテナの円板に誘起される高電圧の悪影響を無くすことが困難である課題があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、検知対象の部分放電における周波数帯域が低い場合でも、トップローディングアンテナの円板に誘起される高電圧の悪影響を無くすことができる部分放電センサーを得ることを目的とする。
　この発明に係る部分放電センサーは、円筒状の金属容器と、一端が金属容器の開口部と接続されている円筒状の枝管と、その枝管の他端を覆う蓋状の金属導体と、その金属容器の内面と同一平面上で、その金属容器と非接触の状態で前記開口部内に配置されている平板状の金属導体と、一端が平板状の金属導体と接続されている状態で、その枝管の内部に配置されている金属支柱と、一端が金属支柱の他端と接続され、蓋状の金属導体の中央部に施されている穴の内部を貫通して、他端が外部に露出されている金属端子と、一端が金属支柱と接続され、他端が蓋状の金属導体と接続されている短絡導体とを備え、その短絡導体の長さを、検知対象の部分放電の周波数に対応する波長の４分の１よりも短くしたものである。
　この発明によれば、検知対象の部分放電における周波数帯域が低い場合でも、トップローディングアンテナの円板に誘起される高電圧の悪影響を無くすことができる効果がある。
この発明の実施の形態１による部分放電センサーを示す断面図である。 図１の矢印Ａから見た上面図である。 蓋部材７の穴８付近を拡大している断面図である。 図３の記号Ｂで示している位置からトップローディングモノポールアンテナを見た場合のインピーダンスを示す等価回路である。 円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナの受信電圧特性をシミュレーションによって算出した結果を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による部分放電センサーを示す断面図である。 この発明の実施の形態２による他の部分放電センサーを示す断面図である。 この発明の実施の形態３による部分放電センサーを示す断面図である。 この発明の実施の形態４による部分放電センサーを示す断面図である。
　以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１による部分放電センサーを示す断面図であり、図２は図１の矢印Ａから見た上面図である。
　図１及び図２において、金属容器１は内部に円筒状の密閉空間２を構成するように作られた金属構造物であり、ガス絶縁開閉装置の本体タンクに相当する。
　密閉空間２には絶縁性のガスが封入され、高電圧電線（図示しない）が配置される。また、金属容器１の表面はグランド電位に設定されている。
　開口部３は金属容器１に形成された穴である。図２では穴の形状が円形である例を示しているが、開口部３の形状は円形に限るものではなく、例えば、方形など、自由に選択することができる。ただし、部分放電センサーの感度に角度特性が生じないように、軸対称な形状を選択することが望ましい。
　枝管４は内壁断面が金属容器１の開口部３と同形状となるような金属の筒によって形成され、一端が金属容器１の開口部３に接続されている。
　円板５は金属容器１と非接触の状態で、金属容器１の開口部３に配置されている平板状の金属導体であり、円板５の一方の面（図中、上側の面）は、開口部３と略同一の平面上に配置されている。
　金属支柱６は枝管４の内部に配置されて、円板５の他方の面に接続された導体であり、円板５が金属容器１や蓋部材７に直接接触しないように円板５を支持している。図２では金属支柱６が円柱である例を示しているが、円柱に限るものではなく、例えば、角柱でもよい。
　なお、円板５と金属支柱６からトップローディングモノポールアンテナが構成されている。
　蓋部材７は枝管４の他端を覆う蓋状の金属導体であり、枝管４を介して金属容器１と電気的に接続されている。このため、枝管４及び蓋部材７の表面もグランド電位となっている。
　穴８は蓋部材７の概ね中心部に設けられている。
　穴８の軸に垂直な断面の形状は例えば円形である。ただし、後述するように、穴８と金属端子９で形成される同軸線路が所定の低インピーダンス線路となるように構成（同軸線路の特性インピーダンスが、金属端子９の他端に接続される伝送線路の特性インピーダンスよりも低くなるように構成）されていればよく、任意の形状を選択することができる。
　金属端子９は棒状の導体であり、金属端子９の中心軸が穴８の中心軸と概略一致するように配置されて、蓋部材７の穴８の内部を貫通している。
　金属端子９の一端は金属支柱６と接続され、他端は外部に露出されている。
　短絡導体１０は一端が金属支柱６と接続され、他端が蓋部材７と接続されている導体である。
　次に動作について説明する。
　ガス絶縁開閉装置は、金属容器１内に収納されている高圧電線（図示しない）を開閉器によって開閉する装置である。このとき、いくつかの要因によって、金属容器１の内部で部分放電が発生する場合がある。
　その要因としては、例えば、次のような場合が想定される。
（１）金属容器１の内部に異物が混入することなどによって、局所的に高電界を生じて、部分放電が発生する。
（２）真空遮断器の場合、開閉器を真空容器内に収納して、開閉器のそれぞれの端子間を絶縁させるが、真空容器内の真空度が低下すると、その絶縁性能が低下して、部分放電が発生する。
　部分放電が発生すると、部分放電の放電源から高周波が放射される。
　この実施の形態１では、円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナが放電源から放射された高周波を受信し、その高周波の信号（以下、「高周波信号」と称する）を金属端子９を通じて外部に伝送する。
　この高周波信号を外部の測定器で検出すれば、その高周波信号の強さや頻度などから金属容器１の内部で部分放電が発生していることを検知することができる。
　部分放電から放射される高周波の周波数は、放電が発生する場所等によって異なるが、主にＶＨＦ帯からＵＨＦ帯の高周波が観測される。
　外部の測定器で信号レベルが高い高周波信号を得るには、所定の周波数で部分放電センサーの感度を高めることが必要である。
　円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナは、インピーダンスが所定の周波数で直列共振となる場合に高い性能を有する。したがって、インピーダンスが所定の周波数で直列共振となるように、枝管４の内径に合わせて、円板５の直径及び金属支柱６の長さを設計すればよい。
　ここで、高周波信号を外部の測定器に伝送するため、グランド電位である金属容器１、枝管４及び蓋部材７から、円板５、金属支柱６及び金属端子９を絶縁する必要がある。
　一方、金属容器１の内部には高圧電線が配置されるため、高圧電線と円板５に高電圧が誘起される。
　高圧電線と円板５に誘起された高電圧が金属端子９を介して外部の測定器に出力されてしまうと、測定器の破損などを招いてしまうおそれがある。
　そこで、この実施の形態１では、短絡導体１０によって金属支柱６と蓋部材７を接続し、高圧電線と円板５に誘起された高電圧をグランド電位に逃がすようにしている。
　また、この実施の形態１では、短絡導体１０の長さが、検知対象の部分放電における周波数帯域の特定周波数に対する波長の１／４よりも短く設定されており、高周波信号に対しては並列のインダクタンスとして動作する。
　一方、高圧電線に流れる電流は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数であり、放電源から放射される高周波と比べて遙かに低周波であるため、短絡導体１０を設けることで、高周波信号を短絡させることなく、高電圧の発生を防ぐことができる。
　以下、円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナのインピーダンス特性を更に詳しく説明する。
　図３は蓋部材７の穴８付近を拡大している断面図である。
　金属端子９の中心軸は、蓋部材７に施されている穴８の中心軸と概ね一致するように配置されているので、金属端子９を内導体とし、蓋部材７の穴８を外導体とする同軸線路が形成される。
　このとき、同軸線路の特性インピーダンスは、蓋部材７の穴８及び金属端子９の断面形状によって決定される。
　蓋部材７の穴８及び金属端子９の断面形状が円形である場合、穴８の直径をＤ、金属端子９の直径をｄ（ただし、Ｄ／ｄ＞１）とすると、同軸線路の特性インピーダンスＺ０はｌｏｇ（Ｄ／ｄ）に比例する。
　ここで、Ｄ／ｄが１に近くなるように設計すると、同軸線路の特性インピーダンスＺ０は小さい値となる。このとき、穴８と金属端子９により形成される同軸線路は並列のキャパシタンスとして動作する。
　以上より、図３において、記号Ｂで示している位置から円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナを見た場合のインピーダンスは、図４に示す回路と等価である。
　図４において、Ｚａは円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナ自身のインピーダンス特性を示す直列共振回路、Ｌは短絡導体１０により形成されるインダクタンス、Ｃは穴８と金属端子９からなる同軸線路により形成されるキャパシタンスである。
　図４のように、直列共振回路に対して並列共振回路を接続すると、インピーダンスを広帯域化することができる。この効果を利用することで、この実施の形態１の部分放電センサーでは、検知対象となる部分放電における周波数帯域において不整合損を低減し、平均的に感度を高めることができる。
　図５は円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナの受信電圧特性をシミュレーションによって算出した結果を示す説明図である。
　図５において、実線は、この実施の形態１でのトップローディングモノポールアンテナの受信電圧特性を示している。また、発明の効果を明確にするために、破線は短絡導体１０と金属端子９がない場合のトップローディングモノポールアンテナの受信電圧特性を示している。
　図５より、この実施の形態１では、検知対象となる部分放電における周波数帯域で受信電圧が高くなっており、感度が高い部分放電センサーが得られることが分かる。
　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナに対して、金属支柱６と蓋部材７を接続する短絡導体１０と、穴８及び金属端子９からなる同軸線路とを設けるように構成したので、円板５に対する高電圧の誘起を抑圧して、測定器に対する悪影響を防ぐことができるとともに、検知対象となる部分放電における周波数帯域において感度が高い部分放電センサーを得ることができる効果を奏する。
　また、この実施の形態１によれば、短絡導体１０の長さが、検知対象となる部分放電における周波数帯域の特定周波数に対応する波長の１／４よりも短く設定されているため、枝管４の内径が波長と比べて小さい場合でも、短絡導体１０を配置することができ、小形の部分放電センサーを構築することができる効果を奏する。
実施の形態２．
　図６はこの発明の実施の形態２による部分放電センサーを示す断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　樹脂材１１は例えばエポキシ樹脂等の硬化性樹脂材料からなり、金属端子９が貫通されている蓋部材７の中央部における穴を覆うように、蓋部材７に固着させている誘電体である。例えば、蓋部材７は、ネジ等を用いて、蓋部材７に固定されている。
　この実施の形態２では、樹脂材１１が、蓋部材７の穴８を覆うように蓋部材７に固定されているので、金属容器１内の密閉空間２が維持され、密閉空間２内の絶縁性のガスが外部に漏えいすることを防ぐことができる。また、金属端子９が蓋部材７に接触しないように金属端子９を固定することができる。
　なお、図６では、樹脂材１１が穴８に侵入しないように構成しているが、図７に示すように、樹脂材１１が穴８に充填されていてもよい。
　この場合、樹脂材１１の比誘電率を考慮して、金属端子９と穴８の断面形状を設計すればよい。
　樹脂材１１としてエポキシ系樹脂を用いた場合、比誘電率が４程度の値になるため、穴８と金属端子９からなる同軸線路の特性インピーダンスが、樹脂材１１を充填しない場合と比べて低くなる。
　上記実施の形態１で述べたように、同軸線路のインピーダンスＺ０を低く設定するので、樹脂材１１を充填することによる不都合は生じない。
実施の形態３．
　図８はこの発明の実施の形態３による部分放電センサーを示す断面図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　円筒状の金属部材１２は金属端子９を内挿する穴１３がほぼ中央部に施されており、底面が蓋部材７と電気的に接続されている状態で、枝管４の内部に配置されている。
　この実施の形態３では、短絡導体１０は、金属部材１２の上面に接続されることで、金属部材１２を介して蓋部材７と電気的に接続されている。
　この実施の形態３では、金属部材１２が枝管４の内部に配置されている点で、上記実施の形態１と相違している。
　上記実施の形態１でも述べたように、円板５と金属支柱６からなるモノポールアンテナの共振周波数は、枝管４の直径に応じて、円板５の直径と金属支柱６の長さを設計することで調整することができる。
　しかし、枝管４の長さが金属支柱６より長くなる場合、上記実施の形態１の構成では、円板５の位置が金属容器１の開口部３よりも低くなってしまう。
　ここで、検知対象となる部分放電における周波数帯域の下限周波数に対応する波長の約１／２よりも枝管４の内径が小さい場合、枝管４の内部は、カットオフ導波管として動作するため、放電源から発生した高周波が枝管４内では急激に減少し、部分放電センサーの受信感度が低下する。
　この実施の形態３では、蓋部材７と電気的に接続されている金属部材１２を設けているので、グランド電位の位置を高くすることができ、枝管４が長い場合でも、円板５の位置を開口部３と概ね同一の平面上に合わせることができる。これにより、部分放電センサーの受信感度低下を防ぐことができる。
　金属部材１２の中央部に施されている穴１３の直径は、穴８の直径と同じとしてもよいが、図８に示すように、異なる直径としてもよい。
　金属部材１２の高さは、枝管４の長さと金属支柱６の長さによって決定されるため、円板５と金属支柱６からなるトップローディングモノポールアンテナのインピーダンスを最適化するための設計パラメータとすることはできない。
　しかし、穴８と金属端子９からなる同軸線路の特性インピーダンスと、穴１３と金属端子９からなる同軸線路の特性インピーダンスをそれぞれ選定することができるので、設計の自由度が増して、アンテナのインピーダンスを広帯域化するように設計することができる。
　以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、金属端子９を内挿する穴１３がほぼ中央部に施されており、底面が蓋部材７と電気的に接続されている状態で、枝管４の内部に配置されている金属部材１２を備えるように構成したので、枝管４の長さが金属支柱６よりも長い場合であっても、受信感度が高い部分放電センサーを得ることができる効果を奏する。
実施の形態４．
　図９はこの発明の実施の形態４による部分放電センサーを示す断面図であり、図において、図８と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　短絡導体１４は一端が金属部材１２の上端付近と接続され、他端が枝管４の内面と接続されている接続導体である。
　この実施の形態４では、金属部材１２と枝管４を接続する短絡導体１４を設けている点で、上記実施の形態３と相違している。
　金属部材１２は、その底面において、蓋部材７と電気的に接続されているため、金属部材１２の上面から蓋部材７を見た構造はチョーク構造となる。
　したがって、金属部材１２の高さが（１／４＋ｎ／２）λ（λは波長、ｎは０以上の整数）となる周波数において、金属部材１２の上面から蓋部材７を見たインピーダンスは、理論上無限大の非常に高い値となる。この結果、金属部材１２と金属容器１との間で電流が遮断されるため、部分放電センサーの感度が大きく低下してしまうことになる。
　この実施の形態４では、短絡導体１４によって金属部材１２の上端付近と枝管４の内面とを接続することで、上記の特定周波数においても、金属部材１２と金属容器１との間に電流が流れるようにしている。したがって、部分放電センサーの感度低下を防止することができる。
　なお、短絡導体１４の構成は、金属部材１２の上端付近と枝管４の内面を電気的に接続する構造であればよく、例えば、ばねや導電性のガスケットなどを利用することが可能である。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明は、金属容器の内部で発生する部分放電現象を検知する必要がある電力機器（例えば、ガス絶縁開閉装置、真空遮断器など）に適用することができる。
　１　金属容器、２　密閉空間、３　開口部、４　枝管、５　円板（平板状の金属導体）、６　金属支柱、７　蓋部材（蓋状の金属導体）、８　穴、９　金属端子、１０　短絡導体、１１　樹脂材（誘電体）、１２　金属部材、１３　穴、１４　短絡導体。

Claims (7)

  1. 　円筒状の金属容器と、
    　一端が前記金属容器の開口部と接続されている円筒状の枝管と、
    　前記枝管の他端を覆う蓋状の金属導体と、
    　前記金属容器の内面と同一平面上で、前記金属容器と非接触の状態で前記開口部内に配置されている平板状の金属導体と、
    　一端が前記平板状の金属導体と接続されている状態で、前記枝管の内部に配置されている金属支柱と、
    　一端が前記金属支柱の他端と接続され、前記蓋状の金属導体の中央部に施されている穴の内部を貫通して、他端が外部に露出されている金属端子と、
    　一端が前記金属支柱と接続され、他端が前記蓋状の金属導体と接続されている短絡導体とを備え、
    　前記短絡導体の長さが、検知対象の部分放電の周波数に対応する波長の４分の１よりも短いことを特徴とする部分放電センサー。
  2. 　前記金属端子を内導体とし、前記蓋状の金属導体の中央部に施されている穴を外導体として構成される同軸線路の特性インピーダンスが、前記金属端子の他端に接続される伝送線路の特性インピーダンスよりも低いことを特徴とする請求項１記載の部分放電センサー。
  3. 　前記金属端子が貫通されている前記蓋状の金属導体の中央部における穴を覆うように、前記蓋状の金属導体に固定されている誘電体を備えたことを特徴とする請求項１記載の部分放電センサー。
  4. 　前記誘電体の一部は、前記穴に充填されていることを特徴とする請求項３記載の部分放電センサー。
  5. 　前記金属端子を内挿する穴が中央部に施されており、一端が前記蓋状の金属導体と接続されている状態で、前記枝管の内部に配置されている金属部材を備え、
    　前記短絡導体の他端が前記金属部材を介して前記蓋状の金属導体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の部分放電センサー。
  6. 　前記金属部材の高さは、前記枝管の長さから前記金属支柱の長さを差し引いた長さと等しいことを特徴とする請求項５記載の部分放電センサー。
  7. 　一端が前記金属部材の他端と接続され、他端が前記枝管の内面と接続されている短絡導体を備えたことを特徴とする請求項５記載の部分放電センサー。
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