CN105593693A - 局部放电传感器 - Google Patents

Abstract

由圆板(5)和金属支柱(6)构成的顶部加载单极天线构成为，设置连接金属支柱(6)与盖部件(7)的短路导体(10)、和由孔(8)和金属端子(9)构成的同轴线路。由此，能够得到如下的局部放电传感器：抑制了圆板(5)的高电压的感应而能够防止对测量器的不良影响，并且在作为检测对象的局部放电的频带中灵敏度较高。

Description

局部放电传感器

技术领域

本发明涉及对在例如气体绝缘开关装置或真空断路器等电力设备中的金属容器内部产生的局部放电现象进行检测的局部放电传感器。

背景技术

例如，气体绝缘开关装置是在对封入的绝缘气体进行密闭的金属容器的内部对高电压导体(电线)进行绝缘并进行支承的电力设备。

虽然以成为均匀电场的方式设计了金属容器内的电场分布，但若混入有形成不均匀电场的缺陷(例如，金属的杂质或针状突起等)，则有时候以该缺陷的部分为起点产生局部放电。

若对该局部放电置之不理，则有可能产生绝缘击穿而发生事故，因此检测局部放电的初期阶段而对绝缘击穿防患于未然是重要的。

另外，在利用真空状态下的较高绝缘性的真空断路器中，若真空度下降，则绝缘性能恶化而会产生局部放电。在这种情况下同样，若对局部放电置之不理，则也有时会产生绝缘击穿，因此局部放电的早期发现是重要的。

这样，为了确保电力设备的安全性，需要检测局部放电的局部放电传感器。

作为局部放电传感器，存在通过安装于金属容器内的天线接收由局部放电所产生的高频，来检测局部放电的产生的装置。

例如，在以下的专利文献1中公开了如下的局部放电传感器，其通过调节设置于圆筒状歧管内的顶部加载单极天线的圆板与该歧管的内径之间的间隔，由此即使在该歧管的内径较小的情况下也能够设置。

此外，因为在金属容器内配置有高电压导体，因此在高电压导体与顶部加载天线的圆板之间产生杂散电容，当顶部加载天线的圆板与金属容器绝缘时，在顶部加载天线的圆板中感应高电压。

因为所感应的高电压有时候会对局部放电传感器的测量器带来不良影响，因此在设置于金属容器内的局部放电传感器中，期望圆板和金属容器在高电压导体所利用的低频下导通。

在上述的专利文献1中，利用短截线(shortstub)连接顶部加载天线的圆柱与歧管的盖部件，其中，该短截线具有与作为检测对象的局部放电的频带的特定频率对应的波长的1/4的电长度。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：WO2012/137254

发明内容

发明要解决的课题

因为以往的局部放电传感器如以上那样构成，因此例如在真空断路器中由于真空度降低而产生的局部放电所放射的高频信号的频率是200～300MHz，成为与该频率对应的波长的1/4的电长度的短截线的长度长达375mm。因此，在歧管的内径较小的情况下，存在不能收纳短截线而难以消除在顶部加载天线的圆板中感应的高电压的不良影响的课题。

本发明就是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于获得一种即使作为检测对象的局部放电的频段较低的情况下，也能够消除在顶部加载天线的圆板中感应的高电压的不良影响的局部放电传感器。

用于解决课题的手段

本发明的局部放电传感器具有：圆筒状的金属容器；圆筒状的歧管，其一端与金属容器的开口部连接；盖状金属导体，其覆盖该歧管的另一端；平板状金属导体，其在与该金属容器的内表面相同的平面上，以与该金属容器不接触的状态配置于所述开口部内；金属支柱，其在一端与平板状金属导体连接的状态下配置于该歧管的内部；金属端子，其贯通被加工于盖状金属导体的中央部的孔的内部，一端与金属支柱的另一端连接，另一端露出于外部；以及短路导体，其一端与金属支柱连接，另一端与盖状金属导体连接，短路导体的长度比与作为检测对象的局部放电的频率对应的波长的1/4短。

发明效果

根据本发明，具有即使在作为检测对象的局部放电的频段较低的情况下也能够消除在顶部加载天线的圆板中感应的高电压的不良影响的效果。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的局部放电传感器的截面图。

图2是从图1的箭头A观察到的俯视图。

图3是对盖部件7的孔8附近进行放大示出的截面图。

图4示出从图3的记号B所示的位置观察顶部加载单极天线时的阻抗的等效电路。

图5是示出通过仿真由圆板5和金属支柱6构成的顶部加载单极天线的接收电压特性而计算出的结果的说明图。

图6是示出本发明的实施方式2的局部放电传感器的截面图。

图7是示出本发明的实施方式2的另一局部放电传感器的截面图。

图8是示出本发明的实施方式3的局部放电传感器的截面图。

图9是示出本发明的实施方式4的局部放电传感器的截面图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的局部放电传感器的截面图，图2是从图1的箭头A观察到的俯视图。

在图1和图2中，金属容器1是以在内部构成圆筒状的密闭空间2的方式制作的金属构造物，该金属容器1相当于气体绝缘开关装置的主体箱。

在密闭空间2中封入绝缘性气体，且配置有高压电线(未图示)。另外，金属容器1的表面被设定为接地电位。

开口部3是形成于金属容器1的孔。在图2中示出孔的形状是圆形的例子，但开口部3的形状不限于圆形，可以自由地选择，例如为方形等。但是，期望选择轴对称的形状，以避免局部放电传感器的灵敏度产生角度特性。

关于歧管4，内壁截面由与金属容器1的开口部3相同形状的金属筒形成，且一端与金属容器1的开口部3连接。

圆板5是在与金属容器1为非接触的状态下配置于金属容器1的开口部3的平板状金属导体，圆板5的一方的面(图中为上侧的面)配置于与开口部3大致相同的平面上。

金属支柱6是配置于歧管4的内部并与圆板5的另一方的面连接的导体，该金属支柱6以圆板5不与金属容器1或盖部件7直接接触的方式支承圆板5。在图2中示出金属支柱6为圆柱的例子，但不限于圆柱，例如也可以是棱柱。

此外，顶部加载单极天线由圆板5和金属支柱6构成。

盖部件7是覆盖歧管4的另一端的盖状金属导体，该盖部件7经由歧管4与金属容器1电连接。因此，歧管4和盖部件7的表面也成为接地电位。

孔8设置于盖部件7的大致中心部。

孔8的垂直于轴的截面的形状例如为圆形。但是，如后述那样，只要由孔8和金属端子9形成的同轴线路以成为规定的低阻抗线路的方式构成(以同轴线路的特性阻抗比与金属端子9的另一端连接的传输线路的特性阻抗低的方式构成)即可，能够选择任意的形状。

金属端子9是棒状的导体，该金属端子9以金属端子9的中心轴与孔8的中心轴大致一致的方式配置而贯通盖部件7的孔8的内部。

金属端子9的一端与金属支柱6连接，另一端露出于外部。

短路导体10是一端与金属支柱6连接，另一端与盖部件7连接的导体。

接着对动作进行说明。

气体绝缘开关装置是通过开闭器来对收纳于金属容器1内的高压电线(未图示)进行开闭的装置。此时，由于几个主要原因而存在在金属容器1的内部产生局部放电的情况。

作为该主要原因，例如假定下面这样的情况。

(1)由于在金属容器1的内部混入杂质等，而局部地产生高电场，产生局部放电。

(2)在真空断路器的情况下，将开闭器收纳于真空容器内而使开闭器的各自的端子间绝缘，但如果真空容器内的真空度下降，则该绝缘性能下降，产生局部放电。

当产生局部放电时，从局部放电的放电源放射高频。

在该实施方式1中，由圆板5和金属支柱6构成的顶部加载单极天线接收从放电源放射的高频，且通过金属端子9向外部传输该高频的信号(以下称为“高频信号”)。

如果通过外部的测量器检测出该高频信号，则根据该高频信号的强度和\或频率等能够检测出在金属容器1的内部产生局部放电的情况。

从局部放电放射的高频的频率因产生放电的场所等而不同，主要观测从VHF频带到UHF频带的高频。

为了利用外部的测量器获得信号电平较高的高频信号，需要提高规定频率下的局部放电传感器的灵敏度。

由圆板5和金属支柱6构成的顶部加载单极天线在阻抗在规定频率下串联谐振的情况下具有较高的性能。因此，只要以阻抗在规定频率下串联谐振的方式结合歧管4的内径来设计圆板5的直径和金属支柱6的长度即可。

在此，因为向外部的测量器传输高频信号，因此需要使圆板5、金属支柱6以及金属端子9与作为接地电位的金属容器1、歧管4以及盖部件7绝缘。

另一方面，因为在金属容器1的内部配置高压电线，因此在高压电线和圆板5中感应高电压。

如果在高压电线和圆板5中感应的高电压经由金属端子9输出到外部的测量器，则有可能会导致测量器的破损等。

因此，在本实施方式1中，利用短路导体10连接金属支柱6与盖部件7，使在高压电线和圆板5中感应的高电压释放到接地电位。

另外，在本实施方式1中，短路导体10的长度设定得比作为检测对象的局部放电的频带的特定频率的波长的1/4短，对于高频信号，该短路导体10作为并联的电感器进行动作。

另一方面，向高压电线流动的电流是50Hz或者60Hz的商用频率，与从放电源放射的高频相比是很低的低频，因此通过设置短路导体10不使高频信号短路且能够防止高电压的产生。

以下，进一步详细地说明由圆板5和金属支柱6构成的顶部加载单极天线的阻抗特性。

图3是放大示出盖部件7的孔8附近的截面图。

因为金属端子9的中心轴以与加工于盖部件7的孔8的中心轴大致一致的方式配置，因此形成以金属端子9为内导体以盖部件7的孔8为外导体的同轴线路。

此时，同轴线路的特性阻抗由盖部件7的孔8和金属端子9的截面形状决定。

在盖部件7的孔8和金属端子9的截面形状是圆形的情况下，当设孔8的直径为D、金属端子9的直径为d(其中，D/d＞1)时，同轴线路的特性阻抗Z0与log(D/d)成比例。

在此，当以D/d接近1的方式设计，则同轴线路的特性阻抗Z0成为较小的值。此时，由孔8和金属端子9形成的同轴线路作为并联的电容器工作。

根据以上所述，在图3中，在从以记号B表示的位置观察由圆板5和金属支柱6构成的顶部加载单极天线的情况下的阻抗与图4所示的电路等效。

在图4中，Za是表示由圆板5和金属支柱6构成的顶部加载单极天线自身的阻抗特性的串联谐振电路，L是由短路导体10形成的电感器，C是根据由孔8和金属端子9构成的同轴线路所形成的电容器。

如图4那样，如果对串联谐振电路连接并联谐振电路，则能够使阻抗宽带化。通过利用该效果，在本实施方式1的局部放电传感器中，能够在作为检测对象的局部放电的频带中降低失配损耗，平均性地提高灵敏度。

图5是示出通过仿真由圆板5和金属支柱6构成的顶部加载单极天线的接收电压特性所计算出的结果的说明图。

在图5中，实线表示本实施方式1中的顶部加载单极天线的接收电压特性。另外，为了明确发明效果，虚线表示不存在短路导体10和金属端子9情况下的顶部加载单极天线的接收电压特性。

根据图5得知，在本实施方式1中，可以明了在作为检测对象的局部放电的频带中接收电压变高，能够得到灵敏度较高的局部放电传感器的情况。

如以上所明了的那样，根据本实施方式1，对于由圆板5和金属支柱6构成的顶部加载单极天线，构成为设置连接金属支柱6与盖部件7的短路导体10、以及由孔8和金属端子9构成的同轴线路，因此发挥如下效果：能够得到抑制了圆板5的高电压的感应，能够防止对测量器的不良影响，并且在作为检测对象的局部放电的频带中灵敏度较高的局部放电传感器。

另外，根据本实施方式1，因为短路导体10的长度设定得比与作为检测对象的局部放电的频带中的特定频率对应的波长的1/4短，因此起到了即使在歧管4的内径与波长相比较小的情况下，也能够配置短路导体10，能够构筑小型的局部放电传感器的效果。

实施方式2.

图6是示出本发明的实施方式2的局部放电传感器的截面图，在图中，因为与图1相同的标号表示相同或者相当的部分，因此省略说明。

树脂部件11由例如环氧树脂等固化性树脂材料构成，该树脂部件11是以覆盖金属端子9所贯通的盖部件7的中央部的孔的方式固定于盖部件7的电介体。例如，盖部件7利用螺钉等固定于盖部件7。

在本实施方式2中，因为树脂部件11以覆盖盖部件7的孔8的方式固定于盖部件7，因此金属容器1内的密闭空间2得以维持，能够防止密闭空间2内的绝缘性气体向外部泄漏。另外，能够以金属端子9不与盖部件7接触的方式固定金属端子9。

此外，在图6中，树脂部件11以不进入孔8的方式构成，但也可以是，如图7所示，树脂部件11填充于孔8。

在这种情况下，只要考虑树脂部件11的介电常数来设计金属端子9和孔8的截面形状即可。

在作为树脂部件11使用了环氧系树脂的情况下，因为介电常数成为4左右的值，因此由孔8和金属端子9构成的同轴线路的特性阻抗与不填充树脂材料11的情况相比降低。

如在上述实施方式1中说明的那样，因为将同轴线路的阻抗Z0设定得较低，因此不产生由于填充树脂部件11造成的不良情况。

实施方式3.

图8是示出本发明的实施方式3的局部放电传感器的截面图，在图中，因为与图1相同的标号表示相同或者相当的部分，因此省略说明。

圆筒状的金属部件12在大致中央部加工有孔13，金属端子9插入在该孔13中，且该圆筒状的金属部件12在底面与盖部件7电连接的状态下被配置于歧管4的内部。

在本实施方式3中，短路导体10通过与金属部件12的上表面连接，而经由金属部件12与盖部件7电连接。

本实施方式3与上述实施方式1的不同点在于，金属部件12配置于歧管4的内部。

如在上述实施方式1说明的那样，由圆板5和金属支柱6构成的单极天线的谐振频率能够通过按照歧管4的直径设计圆板5的直径和金属支柱6的长度来调节。

但是，在歧管4的长度比金属支柱6长的情况下，在上述实施方式1的结构中，圆板5的位置比金属容器1的开口部3低。

在此，在歧管4的内径小于与作为检测对象的局部放电的频带的下限频率对应的波长的约1/2的情况下，因为歧管4的内部作为截止波导管工作，因此从放电源产生的高频在歧管4内急剧地减少，局部放电传感器的接收灵敏度下降。

在本实施方式3中，因为设置与盖部件7电连接的金属部件12，因此能够提高接地电位的位置，即使在歧管4较长的情况下，也能够将圆板5的位置调配在与开口部3大致相同的平面上。由此，能够防止局部放电传感器的接收灵敏度下降。

加工在金属部件12的中央部的孔13的直径既可以与孔8的直径相同，也可以如图8所示那样为不同的直径。

因为金属部件12的高度由歧管4的长度和金属支柱6的长度决定，因此不能作为使由圆板5和金属支柱6构成的顶部加载单极天线的阻抗为最佳的设计参数。

但是，因为能够分别选定由孔8和金属端子9构成的同轴线路的特性阻抗、以及由孔13和金属端子9构成的同轴线路的特性阻抗，因此能够增加设计的自由度，能够以使天线的阻抗宽带化的方式进行设计。

如以上所明了的那样，根据本实施方式3，构成为具有金属部件12，该金属部件12在大致中央部加工有孔13，金属端子9插入该孔13中，且该金属部件12在底面与盖部件7电连接的状态下被配置于歧管4的内部，因此能够起到如下的技术效果：能够得到即使在歧管4的长度比金属支柱6长的情况下，接收灵敏度也较高的局部放电传感器。

实施方式4.

图9是示出本发明的实施方式4的局部放电传感器的截面图，在图中，因为与图8相同的标号表示相同或者相当部分，因此省略说明。

短路导体14是一端与金属部件12的上端附近连接，另一端与歧管4的内表面连接的连接导体。

本实施方式4与上述实施方式3的不同点在于，设置连接金属部件12和歧管4的短路导体14。

金属部件12在其底面与盖部件7电连接，因此从金属部件12的上表面观察盖部件7的结构为扼流圈构造。

因此，在金属部件12的高度为(1/4+n/2)λ(λ是波长，n是0以上的整数)的频率下，从金属部件12的上表面观察到的盖部件7的阻抗为理论上无限大的非常高的值。其结果为，在金属部件12与金属容器1之间电流被切断，因此局部放电传感器的灵敏度大大降低。

在本实施方式4中，通过利用短路导体14连接金属部件12的上端附近与歧管4的内表面，由此即使在上述的特定频率下，也在金属部件12与金属容器1之间流动电流。因此，能够防止局部放电传感器的灵敏度下降。

此外，短路导体14的结构只要是电连接金属部件12的上端附近与歧管4的内表面的结构即可，例如，可使用弹簧或导电性的密封垫片等。

此外，本申请发明能够在该发明的范围内自由组合各实施方式，或者进行各实施方式的任意的结构要素的变形，或者在各实施方式中省略任意的结构要素。

产业上的可利用性

本发明能够应用于需要检测在金属容器内部产生的局部放电现象的电力设备(例如，气体绝缘开关装置、真空断路器等)。

标号说明

1：金属容器；2：密闭空间；3：开口部；4：歧管；5：圆板(平板状金属导体)；6：金属支柱；7：盖部件(盖状金属导体)；8：孔；9：金属端子；10：短路导体；11：树脂部件(电介体)；12：金属部件；13：孔；14：短路导体。

Claims (7)

1.一种局部放电传感器，其特征在于，该局部放电传感器具有：

圆筒状的金属容器；

圆筒状的歧管，其一端与所述金属容器的开口部连接；

盖状金属导体，其覆盖所述歧管的另一端；

平板状金属导体，其在与所述金属容器的内表面相同的平面上，以与所述金属容器不接触的状态配置于所述开口部内；

金属支柱，其在一端与所述平板状金属导体连接的状态下配置于所述歧管的内部；

金属端子，其贯通被加工于所述盖状金属导体的中央部的孔的内部，一端与所述金属支柱的另一端连接，另一端露出于外部；以及

短路导体，其一端与所述金属支柱连接，另一端与所述盖状金属导体连接，

所述短路导体的长度比与作为检测对象的局部放电的频率对应的波长的1/4短。

2.根据权利要求1所述的局部放电传感器，其特征在于，

以所述金属端子为内导体、以加工于所述盖状金属导体的中央部的孔为外导体构成的同轴线路的特性阻抗低于与所述金属端子的另一端连接的传输线路的特性阻抗。

3.根据权利要求1所述的局部放电传感器，其特征在于，

该局部放电传感器具有电介体，该电介体以覆盖所述金属端子所贯通的所述盖状金属导体的中央部的孔的方式固定于所述盖状金属导体。

4.根据权利要求3所述的局部放电传感器，其特征在于，

所述电介体的一部分被充填于所述孔中。

5.根据权利要求1所述的局部放电传感器，其特征在于，

该局部放电传感器具有金属部件，该金属部件在中央部加工有孔，所述金属端子插在该孔内，且该金属部件在一端与所述盖状金属导体连接的状态下被配置于所述歧管的内部，

所述短路导体的另一端经由所述金属部件与所述盖状金属导体电连接。

6.根据权利要求5所述的局部放电传感器，其特征在于，

所述金属部件的高度与所述歧管的长度减去所述金属支柱的长度而得到的长度相等。

7.根据权利要求5所述的局部放电传感器，其特征在于，

该局部放电传感器具有一端与所述金属部件的另一端连接，且另一端与所述歧管的内表面连接的短路导体。