JP2007199008A - ガス絶縁電気機器の診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁遮蔽効果、共振抑制効果、および広帯域利得効果を有し、診断特性に優れ、既設の電気機器にも後から必要に応じて容易に設置することのできるガス絶縁電気機器の診断装置を得る。
【解決手段】ガス絶縁電気機器の接地金属容器２内で発生した絶縁異常を検出する電極を有し、前記電極は、前記絶縁支持物５の接地金属容器２外部の表面に設けられ、絶縁支持物５を挟み込んだ両側の接地金属容器２を電気的に導通させるための接触部１０ａ、１０ｂを有し、且つ前記接地金属容器２の外部から絶縁支持物５を覆い込むように配置された外部電極７ａ、７ｂと、前記外部電極７ａ、７ｂと前記絶縁支持物５の中間に配置された内部電極１１とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉された接地金属容器内に機器充電部と共に絶縁ガスを充填し、絶縁を施したガス絶縁開閉装置、ガス絶縁遮断器、ガス絶縁母線などのガス絶縁電気機器において、前記接地金属容器内で発生する部分放電を検出するための部分放電検出器を備えたガス絶縁電気機器の診断装置に関する。

電力供給に資するため変電所内にて使用されるガス絶縁開閉装置、ガス絶縁遮断器、およびガス絶縁母線などのガス絶縁電気機器は、接地された密閉型の金属容器内に高電圧な機器充電部と共にＳＦ６などの不活性な絶縁ガスを充填し、この絶縁ガスにより絶縁を施している。

このような構成であると、従来の氣中絶縁や油絶縁の電気機器に比べて絶縁強度の増加に伴い電気機器のより一層の小型化が図れると共に安全性が向上する。

このガス絶縁電気機器においては、接地金属容器内に万が一接触不良が発生したり、金属異物の混入などがあると、その部分で絶縁低下をきたし、部分放電が発生し、それらを放置しておくと、絶縁破壊にいたり、重大な事故発生へと繋がる危険性がある。

したがってこのような重大事故を未然に防ぐために、接地金属容器内の絶縁低下を早期に発見し、対処するため、絶縁低下の際に発生する部分放電を検出する部分放電検出などの絶縁診断技術が開発されている。

従来、この部分放電を検出するためには一般に接地金属容器に電極（アンテナ）を設け、部分放電の発生に伴う高周波電磁波を前記電極で検出することにより部分放電を検出し、絶縁診断を行っている。

このような部分放電検出用の電極は、高周波電磁波を検出する電極であるため、検出電極と接地側の電極との二つの電極を必要とし、この二つの電極を電気的に絶縁して配置させるだけでなく、検出性能を向上させるために二つの電極をどのような形状や配置にするかに種々改良が加えられている。

さらに近年では、上記ガス絶縁電気機器にあらかじめ部分放電検出用の電極を設けるだけでなく、電極を備えていない既設のガス絶縁電気機器に対しても後から必要に応じて部分放電検出器を後付けで設置することのできる絶縁診断可能な外部診断装置が考えられている。

例えば、ガス絶縁電気機器の接地金属容器の接続部に挟まれた絶縁物の周囲にフレキシブルに曲げられるアンテナ型検出用電極を取りつけるようにしたものが考えられている(例えば特許文献１または２または３参照。)。

また、誘電体基板に薄板状のストリップ導体を取りつけて検出用電極とし、これにより接地金属容器の接続部に挟まれた絶縁物から漏洩する部分放電に伴う電磁波を検出するようにしたものも考えられている(例えば特許文献４参照。)。

さらに、スロット状検出用電極をガス絶縁電気機器の絶縁物に貼り付け、絶縁物と締結用ボルトとの共振周波数を検出することにより部分放電を検出するようにした手段も考えられている(例えば特許文献５または６参照。)。

このように、ガス絶縁電気機器の接地金属容器の外部へ漏洩した部分放電に伴う電磁波を検出するガス絶縁電気機器の診断装置においては、いかに高感度に部分放電信号を検出できるかが重要な技術的な課題である。
特開2001−141773号公報 特開平03−078429号公報 特開2000−162263号公報 特開2000−253525号公報 特開平07−035810号公報 特開平06−273471号公報

しかしながら、上記した従来のガス絶縁電気機器の診断装置おいては、次の様な解決すべき技術的課題が存在する。
すなわち、ガス絶縁電気機器を外部から診断する診断装置は一般的にノイズ除去が非常に難しく、たとえ部分放電信号を高感度に検出できる電極形状・配置を具備しても、検出信号が紛らわしいノイズに埋もれてしまう結果、S/N比 (Signal-to-Noise ratio)自体は良くならないという問題点がある。

特に、高周波帯域になると余計な共振特性などにより診断装置の出力自体が変化してしまい、電磁遮蔽が理論通りにならず誤差要因になる場合がある。

また、高周波電磁波の検出では、本来特定の周波数に絞って高利得を得るが、幅広く且つ高い周波数帯域にわたり発生する部分放電電磁波の場合には、特定の周波数に拘らずできるだけ平坦な周波数特性で検出する必要性があり、利得が低減される恐れがある。

そこで本発明は、着脱性を損なうことなく電磁遮蔽効果、共振抑制効果、および広帯域利得効果を有し、診断特性に優れ、既設の電気機器にも後から必要に応じて容易に設置することのできるガス絶縁電気機器の診断装置を得ることを目的とする。

以上の目的を達成するために本発明の電気機器の診断装置は、機器充電部と、前記機器充電部を収納すると共に長手方向に分割された接地金属容器と、前記接地金属容器内部で前記機器充電部を一端で支持すると共に、他端を前記分割された接地金属容器の端部フランジ間に気密に締結された絶縁支持物と、前記接地金属容器内に充填された絶縁ガスとから構成されたガス絶縁電気機器に設けられ、前記接地金属容器内部で発生した部分放電を検出する電極を有するガス絶縁電気機器の診断装置において、前記電極は、前記接地金属容器の端部フランジ間を電気的に導通させるための接触部を有し、且つ前記接地金属容器の端部フランジの外側から前記絶縁支持物を覆い込むように配置された一対の外部電極と、前記一対の外部電極間と前記絶縁支持物の外周部との間に配置された内部電極とからなることを特徴とする。

本発明によれば、着脱性を損なうことなく電磁遮蔽効果、共振抑制効果、および広帯域利得効果を有し、診断特性に優れ、既設の電気機器にも後から必要に応じて容易に設置することのできるた電気機器の診断装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

(第１の実施の形態)
図１は本発明の第１の実施の形態によるガス絶縁電気機器の診断装置をガス絶縁母線を例にとり示す図であり、(ａ)は縦断正面図、(ｂ)は縦断側面図である。

図１において、ガス絶縁母線は、機器充電部である母線となる内部導体１と、この内部導体１を収納する複数個に分割された断面略円筒形の接地金属容器２と、一端で前記内部導体１を接地金属容器２内に支持し、他端縁部を前記隣り合う接地金属容器２の端部フランジ３ａ、３ｂ間に締付ボルト４により気密に面締結され、挟み込まれた絶縁スペーサ５とから構成されている。

前記絶縁スペーサ５の外周形状は前記接地金属容器２の端部フランジ３ａ、３ｂ外形形状に合わせて略円形に形成されている。

前記接地金属容器２内には内部導体１と共にＳＦ６などの不活性な絶縁ガス６が２〜３気圧の圧力で封入され機器充電部の絶縁を行っている。

７ａ、７ｂは診断装置の一対の外部電極であり、円弧状の絶縁介在物８と共に前記接地金属容器２の端部フランジ３ａ、３ｂに向けて凹部９を形成するように断面横コの字形で、且つ前記絶縁スペーサ５の外形曲率に一致させた形状を成している。

前記外部電極７ａ、７ｂは前記接地金属容器２の端部フランジ３ａ、３ｂと絶縁スペーサ５の端部とを接地金属容器２の外側から覆い込むように配置され、接触部１０ａ、１０ｂにより締付ボルト４と電気的に接続されており、これにより締付ボルト４を介して接地金属容器２と電気的に導通している。

１１は診断装置の内部電極で、前記外部電極７ａ、７ｂと絶縁スペーサ５との中間に位置するように前記絶縁介在物８の中に埋め込むように配置されている。

この際、診断装置の外部電極７ａ、７ｂと内部電極１１とは双方が電気的に接触しないように互いに離間して配置されている。

１２は前記内部電極１１から接地金属容器２外部に設けた増幅器１３、測定器１４、判定器１５などからなる検出回路に信号を導くリード線である。

次に本発明の第１の実施の形態によるガス絶縁電気機器の診断装置の作用について説明する。
図１において、接地金属容器２の端部ランジ３ａ、３ｂ同士を締付ボルト４で締結することで、絶縁スペーサ５を挟み込んだ状態でも両側の接地金属容器２の導通が締付ボルト４を介して保たれる。

また接触部１０ａ、１０ｂにより当該診断装置を電気機器に面締結させることで、外部電極７ａ、７ｂと接地金属容器２との導通効果を損なうことはなく装置の簡素化も図られる。

このような状態で、接地金属容器２内部で部分放電が発生すると高周波帯域における電磁波が発生し伝搬する。
この伝搬電磁波は絶縁スペーサ５のような非金属部分から接地金属容器２外部へと漏洩する。

そこで、診断装置の外部電極７ａ、７ｂと内部電極１１との間に誘起された信号は、リード線１２により外部の増幅器１３、測定器１４、判定器１５などからなる検出回路へ取り出され、部分放電を判定、検出すことができる。

以上のように本発明の第１の実施の形態によれば、診断装置の外部電極７ａ、７ｂは接触部１０ａ、１０ｂにより接地金属容器２と接触（導通）しており、且つ前記外部電極７ａ、７ｂは前記接地金属容器２の端部フランジ３ａ、３ｂと絶縁スペーサ５の端部とを接地金属容器２の外側から覆い込むように配置している。

前記接地金属容器２の端部フランジ３ａ、３ｂと絶縁スペーサ５の端部とを単なる接触（導通）或いは被覆だけでは、高周波帯域の電磁遮蔽効果は皆無に等しいが、前記接地金属容器２の端部フランジ３ａ、３ｂと絶縁スペーサ５の端部とを接触（導通）と被覆を同時に構成することで電磁遮蔽効果が相乗効果として大きく現れる。

また、一般的にガス絶縁電気機器における絶縁スペーサ５の容量成分と締付ボルト４の誘導成分との共振現象により特定の周波数において利得が強まったり弱まったりすることがあるが、これは絶縁スペーサ５の近傍のみに現れる特有の誘導電磁界現象であるため、絶縁スペーサ５の近傍に接地電位となる表面積の大きい外部電極７ａ、７ｂを覆い込むことでこの共振効果を抑制することができる。

さらに、外部電極７ａ、７ｂの近くに内部電極１１を配置することで、外部電極７ａ、７ｂと内部電極１１との間に均一な容量成分が形成されることになり、比較的広くまた高い周波数帯域にわたり均一な利得特性が得られる。

このように、本発明の第１の実施の形態によれば、高周波帯域における電磁遮蔽、共振抑制、および広帯域利得の各効果が同時に図れるようになり、着脱性や導通効果を損なうことなく電気機器の外部から微小な高周波電磁波を検出し、正確な診断を行うことが可能になる。
また、構成が簡単なため既設の電気機器にも後から必要に応じて容易に設置することができる。

(第２の実施の形態)
次に本発明の第２の実施の形態について図２を参照して説明する。図２においても図１と同様に、(ａ)は縦断正面図、(ｂ)は縦断側面図である。
なお、以下の実施の形態の説明において、前記第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態においては図２に示すように、内部電極１１と外部電極７ａ、７ｂとの一部分を接続導体１６のような金属物質で電気的に接続して導通させる。

接続導体１６のような金属物質で内部電極１１と外部電極７ａ、７ｂの一部分を電気的に導通させた場合、一般的に低周波帯域では同電位となるが、部分放電電磁波のような高周波帯域では必ずしも同電位とはならず、電磁遮蔽効果もない。

すなわち、本来高電圧、大電流を供給するガス絶縁電気機器において、当該診断装置に誘導されてしまう交流電圧は低周波帯域であるためカットされるが、検出目的の部分放電電磁波は高周波帯域であるため電磁遮蔽されることなく検出可能となる。

なお、接続導体１６のような金属物質はその存在有無に係わらず、高周波帯域における検出感度にはほとんど影響を及ぼさない。

以上のように本実施の形態によれば、低周波帯域では接地かつ高周波帯域では信号検出の両効果が同時に図ることができる。

(第３の実施の形態)
次に本発明の第３の実施の形態について図３を参照して説明する。図３においても図１と同様に、(ａ)は縦断正面図、(ｂ)は縦断側面図である。
本実施の形態においては図３に示すように、内部電極１１を絶縁物である絶縁スペーサ５の外表面に密着させる。

内部電極１１は電気機器の外部に装着する関係上、絶縁スペーサ５の表面形状に沿って表面積を大きく密着させるのが最も高感度になる。
また、絶縁スペーサ５との距離がなくなることで当該診断装置自体の感度を損なうことなく設置スペースも小さくなり、当該診断装置の着脱が容易になる。

以上のように本実施の形態によれば、高感度化、有効スペース化、および着脱性の向上が図れる。

(第４の実施の形態)
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、前述した第３の実施形態の改良に係るもので、内部電極１１の少なくとも端部フランジ３ａ，３ｂ、絶縁スペーサ５と対向する内周面と、両側面とを非導電性物質にてコーティングする。

内部電極１１を絶縁物３の外表面の円弧に沿って表面積を大きくして密着配置させる場合、コーティングしないと端部フランジ３ａ、３ｂと接触する可能性があり、異常接地の支障が出てくる。
そこで、内部電極１１の表面を非導電性物質１７にてコーティングすることで、異常接地を防ぐことができる。

以上のように本実施の形態によれば、内部電極内１１と端部フランジ３ａ、３ｂとが非導電性物質によって隔離されているので、内部電極１１の異常接地を防ぐことができる。

(第５の実施の形態)
次に本発明の第５の実施の形態について図４を参照して説明する。
本実施の形態においては図４に示すように、絶縁スペーサ５を挟み込んだ接地金属容器２の両側の端部フランジ３ａ、３ｂを導通維持したまま、当該診断装置の両側に絶縁スペーサ５の円弧状周方向に沿って別の外部分割電極７Ｃ、７Ｄを設置する(概略的に示している)。

絶縁スペーサ５の円弧状周方向に沿って内部電極１１および外部電極７ａ、７ｂを配置する際、円弧の角度が大きいほど感度は大きくなる。
しかし、実用化の観点からは大きな診断装置であるほど着脱が困難になり利便性が低くなる。

図４の構成であれば、診断装置が複数個に分割されているので、診断装置の着脱性を損なうことなくより一層の電磁遮蔽、共振抑制、および広帯域利得の各効果を得ることができる。

本実施の形態によれば、着脱性を損なうことなくより一層の電磁遮蔽、共振抑制、および広帯域利得の効果が得られ、正確な診断を行うことが可能になる。

(第６の実施の形態)
次に本発明の第６の実施の形態について説明する。
本実施の形態においては、図１に示す接触部１０ａ、１０ｂについて、接触部１０ａ、１０ｂにスプリングを設けることで外部電極７ａ、７ｂと接地金属容器２との導通を図る。
一般に金属−金属間の導通をとる場合、点接触或いは面締結が考えられる。

本構成のように接触部１０ａ、１０ｂと締付ボルト４とを接触させる場合は点接触となる。
点接触の場合、スプリングを設けることで導通効果を損なうことなく着脱性を維持できる。
本実施の形態によれば、着脱性を損なうことなくより一層の電磁遮蔽効果が図れる。

(第７の実施の形態)
次に本発明の第７の実施の形態について説明する。
本実施の形態においては、外部電極７ａ、７ｂについて、導電性の高い材質或いは強磁性体を用いる。

高周波帯域における高周波電磁波の電磁遮蔽効果は導電性の高い材質或いは強磁性体の違いにより低周波帯域よりも顕著に現れる。
本実施例によれば、高周波帯域における電磁遮蔽効果が大きく向上する。

なお、以上の実施の形態の説明においては、ガス絶縁電気機器としてガス絶縁母線を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガス絶縁開閉装置、ガス絶縁遮断器など他のガス絶縁電気機器にも実施し得るものである。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、(ａ)は縦断正面図、(ｂ)は縦断側面図。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、(ａ)は縦断正面図、(ｂ)は縦断側面図。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、(ａ)は縦断正面図、(ｂ)は縦断側面図。 本発明の第５の実施の形態を示す縦断正面図。

符号の説明

１…内部導体、２…接地金属容器、３ａ、３ｂ…端部フランジ、４…締付ボルト、５…絶縁スペーサ、６…絶縁ガス、７ａ、７ｂ…外部電極、８…絶縁介在物、９…凹部、１０ａ、１０ｂ…接触部、１１…内部電極、１２…リード線、１３…増幅器、１４…測定器、１５…判定器、１６…接続導体、７Ｃ、７Ｄ…外部分割電極。

Claims (7)

1. 機器充電部と、前記機器充電部を収納すると共に長手方向に分割された接地金属容器と、前記接地金属容器内部で前記機器充電部を一端で支持すると共に、他端を前記分割された接地金属容器の端部フランジ間に気密に締結された絶縁支持物と、前記接地金属容器内に充填された絶縁ガスとから構成されたガス絶縁電気機器に設けられ、前記接地金属容器内部で発生した部分放電を検出する電極を有するガス絶縁電気機器の診断装置において、
   前記電極は、前記接地金属容器の端部フランジ間を電気的に導通させるための接触部を有し、且つ前記接地金属容器の端部フランジの外側から前記絶縁支持物を覆い込むように配置された一対の外部電極と、前記一対の外部電極間と前記絶縁支持物の外周部との間に配置された内部電極とからなることを特徴とするガス絶縁電気機器の診断装置。
2. 前記内部電極と前記外部電極とを電気的に導通させる接続手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器の診断装置。
3. 前記内部電極を前記絶縁支持物の接地金属容器外部の表面に密着させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器の診断装置。
4. 前記内部電極の少なくとも前記端部フランジの外周部と対向する表面を非導電性物質にてコーティングしたことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器の診断装置。
5. 前記絶縁支持物を挟み込んだ一対の外部導体と前記接地金属容器の端部フランジとの導通を維持した状態で外部電極を絶縁支持物の周方向に沿って分割したことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器の診断装置。
6. 前記接触部にスプリングを設けたことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器の診断装置。
7. 前記外部電極を導電性の高い材質或いは強磁性体で形成したことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器の診断装置。

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