JP2000504552A - 部分放電検出装置を備えた金属容器閉鎖形開閉設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 金属容器閉鎖形開閉設備（１）において、部分放電（ＴＥ）を検出するため及び開閉設備（１）を監視するために共通の処理装置（３０）が使用される。この処理装置（３０）は、容器（５）の内部空間（４）を指向し部分放電の検出及び容器（５）の内部に配置されたセンサ（７ａ〜７ｄ）との情報交換のために用いられる送受信アンテナ（１１）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】 部分放電検出装置を備えた金属容器閉鎖形開閉設備 この発明は、容器の内部空間における部分放電を検出する検出装置を備えた金 属容器閉鎖形開閉設備に関する。 高電圧或いは中電圧の開閉設備については、一般に、その異常をできるだけ早 期に検出し、これを取り除くという要請がある。これは、特にしばしば重大な異 常、例えばフラッシオーバーの前兆である部分放電に関係する。閉鎖形装置にお いては部分放電は外部からは確定するのに困難である。 このような異常を認識するための測定システムは、例えば、１９９４年５月３ 日から６月２９日にかけてのＥＴＧスポンサー会議において公表されたアルミン ・デイースナ(Almin Diessner)氏の論文「ガス絶縁形開閉設備のためのセンサ技 術」により公知である。そこに記載されている測定システムにおいては異常信号 は測定ゾンデによって取り出され、分析される。 ドイツ実用新案第９４２０１９９号明細書からは、金属容器閉鎖形高圧開閉設 備においてそのガス空間の１つに表面波素子（ＯＦＷ）が配置されているものが 公知である。この表面波素子は、閉鎖容器に含まれている消弧ガスに対するアー クの作用により発生するガス成分を検出するために、或いは圧力波を検出するた めに使われている。その場合、閉鎖容器の外側に、評価装置との無線による情報 伝送を行うアンテナが配置されている。 この発明の課題は、閉鎖形の開閉設備或いは管形導体において部分放電を測定 し、しかもその経費が僅少に保たれるような簡単な解決法を提示することにある 。 この課題は、この発明によれば、容器の内部空間に配置され、容器の内部の状 態量を検出し、アンテナを持つ少なくとも１つのセンサを備え、この内部空間を 指向しセンサとの情報交換のための送受信アンテナが設けられ、この送受信アン テナが同時に内部空間における部分放電（ＴＥ）を電磁的に検出する高電圧或い は中電圧用の金属容器閉鎖形開閉設備により解決される。 これによれば、全く異なる設定課題にも関わらず、そして解決のためには複数 の段階が必要ではあったが、２つの機能が１つの共通の装置で実現され得ること がわかった。この発明による開閉設備はたった１つの検出要素を、即ち容器の内 部空間に配置されたただ１つのアンテナ或いはアンテナ要素を部分放電測定のた めに及び測定量のその他の監視及び検出のために備えるに過ぎない。センサは、 特に小形でかつ問題なく開閉設備内に納められる表面波素子として形成するのが 有利である。この課題の解決は、とりわけ、センサがそのアンテナと共に内部空 間に配置されることにより初めて達成される。それにより同時的に部分放電の検 出及び設備情報の遠隔照会が可能である。 この場合、送受信アンテナと接続され、部分放電信号と表面波素子の応答信号 との間を区別する識別装置を含む処理装置を設け、部分放電を認識したときに報 知信号が発生されるようにするのが好ましい。それにより選択的な事故認識が可 能となり、警報信号は場合によっては制御及び監視装置を介してさらなる処理に 導くことができる。この制御及び監視装置は処理装置と共に１つの構造ユニット を形成することができる。 識別装置は、有利には、部分放電信号及び／又は応答信号の少なくとも部分的 特徴が記憶されている記憶手段を備え、この部分的特徴と検出された信号とを比 較するようにすることができる。このようにして部分放電或いは応答信号の存否 についての肯定的及び／又は否定的推定が可能である。この方式に従ってデータ バンクを備えたエキスパートシステムのような構成が実現できることが考えられ 得る。 部分放電信号の識別のために、例えば特に、特徴的な周波数スペクトル及び／ 又は特徴的信号経過、例えば最高レベルを利用することができる。原理的には、 この発明を基礎として、従来の技術（例えばヨーロッパ特許第０５９６８７９号 明細書）から公知のような他の識別ルーチンを使用することもできる。これには 特にスペクトルのフーリエ分析並びに重み付け評価のためのファジィロジック又 はニューラルネットワークが属する。場合によってはまた部分放電の統計的評価 を行い、アバランシェ効果を検出することができる。 好ましくは、部分放電の発生前或いは発生後の所定の時間間隔内で検出された 情報は無効として放棄することができる。それにより常に情報レベルと異常レベ ルとの間に確実な間隔が与えられている。変化した或いは乱れたデータ情報はそ れ故評価されない。 情報を放棄した後情報伝送は有利に繰り返すことができる。これにより殆ど全 く或いは僅かにしかデータの損失が発生しないことが保証される。 部分放電を識別するために検出された信号はさらに表面波センサの測定信号と 結合され或いは比較される。この情報の結合により部分放電の存否についてより 正確な推定が可能である。場合によってはまた開閉設備の他の開閉機器の信号、 例えば距離保護或いは母線保護装置との諭理結合を、場合によってはファジィロ ジックにより重み付けした観点の下で行い、正確な、そして危機的な或いは好ま しくない運転状況においてもより確実な故障検出ができるようにすることもでき る。これにより開閉設備の信頼性のある運転が可能である。 この発明の課題のもう１つの解決は、この発明によれば、その内部空間を指向 し、それらの間で情報交換が行われる少なくとも２つの送受信アンテナを備えた 高電圧又は中電圧用金属容器閉鎖形管形導体によって達成され、その際少なくと も１つの送受信アンテナが内部空間の中の部分放電を検出するために用いられる 。 以下に説明する実施例はこのような情報伝送構成に対しても同様に適用されるも のである。 以下にこの発明の実施例、その他の利点及び詳細を図面を参照して詳細に説明 する。 先ず、一般的に、高周波による情報伝送が使用される監視装置を備える開閉設 備を説明する。この監視装置は開閉設備内部の他の機能に対しても、例えば開閉 位置をセンサなしでレーダー原理に従って検出するために、付加の制御責務に対 して或いは純粋に情報伝送に対しても使用可能であることは明らかである。 図は、例えば上記のドイツ実用新案第９４２０１９９号から公知のような、閉 鎖形のガス絶縁開閉設備１を示す。この開閉設備１は高電圧或いは中電圧に適し ている。なお、ここで開閉設備とは、開閉要素を備えていない閉鎖形の管形導体 をも含めて解釈されるものとする。 開閉設備１の一部のこの縦断面において開閉機器３、特に断路器或いは遮断装 置との分岐部が示されている。容器５の中央に母線６が電気導体として走ってい る。開閉機器３の詳細及びその機能については前記のドイツ実用新案明細書を参 照されたい。開閉設備１の容器５の内部空間４にはセンサとして各種の責務のた めの表面波センサ（ＯＦＷ）、例えば温度検出用としてＯＦＷ７ａ、電流検出用 としてＯＦＷ７ｂ、ガス識別用としてＯＦＷ７ｃ及び位置識別用としてＯＦＷ７ ｄが配置されている。なお、例えば光識別、圧力測定等のその他の機能或いは責 務のために、さらにＯＦＷを配置することも考えられる。 各ＯＦＷは受信及び送信手段として、情報伝送のための、特に照会のための少 なくとも１つのアンテナ９を備えている。情報伝送は、その場合、ＯＦＷ７ａ乃 至７ｄからこれら全てのＯＦＷ７ａ乃至７ｄに対して作用する中央の送受信アン テナに対して行われる。このアンテナは以下にアンテナ要素１１と称する。 アンテナ、送受信アンテナ、アンテナ要素或いは受信及び送信手段とは、ここ では、電磁波並びに光波の放射及び／又は受信を可能とするいかなる放射及び受 信素子、例えば無線アンテナ、超音波或いは光学的送受信素子（例えば、赤外線 素子）と解釈される。なお、送信及び受信方向の分割も含まれ得るものとする。 図１の構成は例えば無線による情報伝送に関する。 アンテナ要素１１は適当な線１３、例えば同軸ケーブルを介して、場合によっ ては整合素子を中間接続して、制御及び監視装置（以下監視装置１５とする）に 接続されている。この装置は送受信部１７及びその他の図示されてない信号評価 装置を含む。場合によっては記憶装置を備えたプロセッサーが含まれる。 送受信部１７或いは少なくともこれの部分は原理的には分散的にアンテナ要素 １１に配置し、それにより監視装置１５とアンテナ要素１１との間に出力の少な いデータ交換のみを行うようにすることができる。送信出力はその場合分散的に 得られる。 アンテナ要素１１は分散装置と線により結合するか或いは無線で直接母線１９ と接続することも考えられる。監視装置１５は送受信部１７とこれに接続された アンテナ要素１１とは、この発明における意昧で送受信装置或いはトランシーバ ーとも称される。 監視装置１５は例えば開閉設備において中央ユニット、或いはまた、他のデー タ接続、例えばバス１９を介して上位のコントロールセンター２１とデータ技術 的に接続している分岐又は機器に関連した装置とすることができる。このコント ロールセンター２１は、また適切なインターフェイス２２を介して上位の系統管 理センターに接続されているローカルコントロールセンターとすることができる 。 少なくともコントロールセンター２１は開閉設備１の運転のための適切な操作 及び表示手段、例えばキーボード及びスクリーンを備えていることは明らかであ る。適切な、詳細に示されていないインターフェイスを介してポータブル機器、 例えばポータブルコンピュータ或いはラップトップを操作のために或いはその他 の入出力のために、図１に示されるシステムの種々の位置、例えばバス１９或い は監視装置１５に接続可能である。 図示されたデータ接続は任意に、例えば線による接続、特に導体接続或いは光 導体接続として、或いは線なしの接続、例えば無線、音響或いは光接続として構 成できる。 この実施例ではアンテナ要素１１は容器５の内部において開口に配置されてい る。この開口は、その場合、フランジ２３により形成され、閉塞要素２５、例え ば蓋及び押圧リング２７でもって閉塞されている。勿論、フランジ接続に対して ここでは示されていないが、従来の技術のネジ結合を設けることができる。 アンテナ要素１１はこの場合容器５の内部にあるので、ＯＦＷ７ａ乃至７ｄま での問題のない情報伝送のための最良の条件が整えられている。アンテナ要素１ １は殆どフランジ管の内部にあり、容器の内部空間には突出していないから、こ の場合電気的或いは電界技術上の問題は回避されている。さらにアンテナ要素１ １はもともと容器５から取り外し可能な構造部品と共に１つの構造単位を形成し ているので、容易に接近可能であり、或いはまた後から装備することも可能であ る。 ＯＦＷ７ａ乃至７ｄは、その場合、一部は容器５に、一部は母線６に、開閉機 器３の可動部分に、或いはまた第一の支持碍子２８に或いはその背後に、場合に よっては隔絶されたガス空間に配置されている。場合によっては異なる機能に対 する複数のセンサが１つの場所に集められて配置され、共通のアンテナを備える ことができる。また１つのセンサが複数の測定機能を持つことも可能である。好 ましくは、センサはチェックカードの様式及び大きさに形成し、カードの主要部 分がアンテナを形成するようにすることができる。 全ての監視の機能に対して重要なことは、容器５の内部における確実な無線或 いはデータ接続が成立していることである。このためには支持碍子２８は誘電体 物質から作られ、それにより高周波伝送がアンテナ要素１１と支持碍子２８の背 後にあるＯＦＷ７ｃとの間でも損なわれていない。他の伝送方式においては支持 碍子の材料はそれに応じて（例えば、光伝送の場合にはガラス）使用される。 フランジ２３或いは結合のために必要な開口は、例えば既存の点検孔、ガス充 填管、注型樹脂充填孔、覗き窓或いはまた端部フランジの部分とすることができ る。従って、内容的には、ここに例示された実施例は、開閉設備に設けられるそ れぞれの可能な開口、例えば図示の端部フランジ２９に対しても適用可能である 。また特別に設けられた開口も使用することができる。 アンテナ要素１１は容器５の外部に配置し、誘電体の窓を介して内部空間４に 電磁波を放射することも考えられる。このために例えば開口として２つの容器部 分の結合フランジの範囲に樹脂充填管が利用され、その際アンテナ要素は場合に よっては棒形アンテナとして形成され開口に埋め込まれる。 もう１つの碍子３９の背後のガス空間に付属の制御装置を備えた、図示されて いないアンテナを配置する場合には、容器５の内部空間４を伝送空間として使用 することが可能である。この場合、保護されたデータ伝送が長い距離にわたって 可能である。この方法は管形導体において有利に適用可能である。同時的なセン サ照会との組み合わせも考えられる。 送受信部１７を備えた監視装置１５はアンテナ１１を備えた処理装置３０とし て他の付加的或いは代替的な機能を持つこともできる。即ち、処理装置３０は、 この場合同時に容器５の内部の部分放電を検出するために用いられる。 その場合、無線アンテナとして形成されたアンテナ要素１１が同時に部分放電 のための検出センサとして使用される。これにより、ただ１つのアンテナ、或い は必要に応じて容器５の内部に設置する場合導線１３のためのただ１つのブッシ ングを必要とするけである。事情によってはアンテナ要素１１は両機能に対して ２つの部分に構成することもできる。 場合によっては部分放電の検出のために及びＯＦＷとの情報交換のために別々 の評価装置を使用することができる。その場合、これらを対応のアンテナ切り換 え器を介してアンテナ要素１１に共通に接続することが考えられる。 しかしながら、両機能に対して１つの共通の処理装置、即ちこの例では監視装 置１５を使用するのがよい。この装置は、特に計算機及び／又はデジタル信号プ ロセッサーを備えたデジタル信号処理装置として形成するのがよい。このように して面倒な測定値処理、例えばフーリエ分析、ファジィ判定或いはニューラル処 理法もまた可能である。監視装置１５は場合によってはまた制御機能を含むこと ができる。 監視装置１５は、その場合、部分放電信号とＯＦＷの応答信号とを区別するた めの識別装置４０を備えている。部分放電を識別したときは警報信号が作られ、 この信号は場合によってはバス１９及びコントロールセンター２１を介してさら に伝送され表示されることが可能である。 識別装置４０ではそれぞれ受信した信号が部分放電の特徴的事項について検討 される。このために識別装置４０は、その中に少なくとも部分放電及び応答信号 の部分的特徴が記憶されている記憶手段を有する。受信された信号はその場合こ の記憶された部分的特徴と比較され、できるだけそれらの一致が求められる。そ れぞれの信号の型が一致した場合にはそれに応じた応答が出される。部分放電の 場合にはこれは例えば警報信号である。 部分放電の識別には特に特徴的な周波数スペクトル及び／又は特徴的な信号経 過が利用される。なお、従来の技術から公知の、例えば平均値や差信号形成を使 用した、特にその都度の開閉設備の電流及び電圧の位相の大きさとの位相比較或 いは部分放電を選択する特殊な選別方法を使用したその他のより正確な部分放電 検出或いは識別方法も可能である。通常、ＯＦＷ７ａ乃至７ｄの照会は規則的な 間隔或いは周期で行われる。部分放電は、これに対して、不規則に発生する。場 合によってはこの場合も平均値形成を使用して信号処理及び分析を行うことがで きる。 所定の時間内の部分放電の場合には応答信号が受信されたときは、この信号は 部分放電により歪曲されているか変更されているということを基礎にしている。 従って、所定の時間内に或いは部分放電の発生時点の前或いは後の時間窓内で受 信された情報或いは応答信号が無効として放棄されるのがよい。このようにして 誤ったデータ処理を回避することができる。補償のために場合によっては情報伝 送の繰り返しが行われ、これによりデータ或いは情報の損失が僅少に維持される 。 部分放電の存否の判定確度を高めるために、警報信号はさらにその他の信号と 論理結合することもできる。このために例えばＯＦＷの測定信号、既存の保護機 器、例えば距離保護或いは母線保護装置からの信号或いは測定信号、例えば開閉 設備１の内部で受け取られる電流或いは電圧が適している。その場合、監視装置 １５における或いは少なくともコントロールセンター２１における測定信号はデ ータの形で存在し、それにより中央の、特にデジタル評価が可能であるようにす るのが好ましい。 事情によっては、存在する情報或いは信号を重みを付けて評価することも有利 に可能である。ファジィロジックを使用して、一義的でない信号判定或いは決定 判定の場合には重みを付けた観点の下で、開閉設備１の安全な運転に有利な、全 く驚異的な或いは新規な情報が提供されることも考えられ得る。またニューラル ネットワークのいわゆる「学習」処理法により過去の故障事例から将来の故障が より速やかにかつより確実に識別され得る。 処理装置３０では特に１ＧＨＺ＋／−５００ＭＨＺの範囲の周波数が詳しく検 討され、その際ＯＦＷ７ａ乃至７ｄの間の情報交換が狭いバンド範囲で行われ、 他方部分放電は広いバンドの混合信号を作る。これによっても既に識別すること が考えられる。 この発明による新規な考え方の上述の個々の特徴及び構成を、この考え方の基 本的思想を逸脱することなく、専門家的行為の枠内として、相互に組み合わせ或 いは従来の技術の特徴と組み合わせることができることは当然である。この新規 な考え方に対して本質的なことは、部分放電の測定がセンサによる開閉設備の監 視との組み合わせにおいて、或いは一体の、共通の処理及び検出装置による容器 の内部における情報伝送との組み合わせにおいて可能であるということである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルスト、ウォルフ―エックハルト ドイツ連邦共和国 デー―81739 ミュン ヘン ヘルマン―ピュンダー―シュトラー セ 15 (72)発明者 マゴリ、ファレンティン ドイツ連邦共和国 デー―81539 ミュン ヘン リンブルクシュトラーセ 17 (72)発明者 オスターターク、トーマス ドイツ連邦共和国 デー―85464 フィン ジング ザンクト―クヴィリン―ヴェーク ２ (72)発明者 ラインドル、レオンハルト ドイツ連邦共和国 デー―83071 シュテ ファンスキルヒェン エトリンガーシュト ラーセ 74 (72)発明者 ショル、ゲルト ドイツ連邦共和国 デー―80636 ミュン ヘン ノイシュテッター シュトラーセ ３ (72)発明者 スクツェスニ、オリファー ドイツ連邦共和国 デー―85609 アシュ ハイム プラターネンヴェーク ７ (72)発明者 ローレンツ、ディーター ドイツ連邦共和国 デー―12207 ベルリ ン ゲルトナーシュトラーセ １ベー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．容器（５）の内部空間（４）に配置され、容器（５）の内部の状態量を検出 すると共にアンテナ（９）を備えた少なくとも１つのセンサ（７ａ〜７ｄ）を備 え、この内部空間（４）を指向し前記センサ（７ａ〜７ｄ）との無線による情報 交換のための送受信アンテナ（１１〜１１ｃ）が設けられ、さらにこの送受信ア ンテナ（１１〜１１ｃ）が同時に内部空間（４）における部分放電を電磁的に検 出するために用いられる高電圧或いは中電圧用金属容器閉鎖形開閉設備。 ２．送受信アンテナ（１１〜１１ｂ）と接続され、部分放電信号とセンサ（７ａ 〜７ｄ）の応答信号との間を区別するための識別装置（４０）を含む処理装置（ ３０）が設けられ、部分放電を識別した際には警報信号が発せられる請求項１に 記載の金属容器閉鎖形開閉設備。 ３．識別装置（４０）が、部分放電信号及び／又は応答信号の少なくとも部分的 特徴が記憶されている記憶手段を含み、この特徴と検出された信号とが比較され る請求項２に記載の金属容器閉鎖形開閉設備。 ４．部分放電信号を識別するための識別装置（４０）が特徴的周波数スペクトル 及び／又は特徴的信号経過、特にレベル超過を評価する請求項２又は３に記載の 金属容器閉鎖形開閉設備。 ５．識別装置（４０）が所定の時間内に部分放電から検出された情報を無効とし て放棄する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の金属容器閉鎖形開閉設備。 ６．識別装置（４０）が情報の放棄後情報伝送を繰り返す請求項５に記載の金属 容器閉鎖形開閉設備。 ７．部分放電を識別するための識別装置（４０）が検出された信号をさらにセン サ（７ａ〜７ｄ）或いは保護機器の測定信号と結合し或いは比較する請求項２乃 至６のいずれか１つに記載の金属容器閉鎖形開閉設備。 ８．センサが表面波センサ（７ａ〜７ｄ）として形成されている請求項１乃至６ のいずれか１つに記載の金属容器閉鎖形開閉設備。 ９．内部空間を指向しそれらの間で情報交換が行われる少なくとも２つの送受信 アンテナを備え、少なくとも１つの送受信アンテナ（１１〜１１ｃ）が同時に内 部空間（４）の内部の部分放電を検出するために用いられる高電圧及び中電圧用 金属容器閉鎖形管形導体。