JP2007263640A - 部分放電検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】専用のマイクロ波用アンテナが不要となり、装置構造を単純化した部分放電検出装置を提供する。
【解決手段】接地容器２，３の内部に導体５を支持する絶縁スペーサ４を設ける。絶縁スペーサ４の周縁部をフランジ部２ａ，３ａで挟持し、組立ボルト６で連結する。絶縁スペーサ４の外周面に金属製カバー７を設ける。金属製カバー７にスロット状開口部１０を２ヶ所設ける。スロット状開口部１０の長辺の両側に、計測用ケーブル８を接続し、計測用ケーブル８を信号処理装置９に接続する。ガス絶縁機器１の内部で部分放電が発生すると、接地容器２，３等の内部に部分放電による電磁波が発生する。この電磁波は、接地容器２，３及び金属製カバー７により構成される導波管の中を伝搬する。この電磁波に対し、金属製カバー７に設けたスロット状開口部１０はスロットアンテナとして作用するので、これを計測用ケーブル８で取り出して、部分放電を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス絶縁機器などの高電圧電気機器内部の部分放電を検出する部分放電検出装置に関するもので、特に、部分放電発生に伴う電磁波をさらに感度良く検出することで、検出精度の向上を可能としたものである。

高電圧電気機器の内部で発生する部分放電を、部分放電によって発生する電磁波を受信して検出する部分放電検出装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１の装置の構成は、図４に示す通りである。

図４において、２１はガス絶縁機器の一部である。このガス絶縁機器２１は、内部に絶縁ガスを封入した接地容器２２，２３と、その内部に挿入された導体２５と、この導体２５を支持する絶縁スペーサ２４とから構成される。絶縁スペーサ２４は、その周縁部が接地容器２２，２３のフランジ部２２ａ，２３ａで挟持され、図示しない組み立てボルトナットをフランジ部２２ａ，２３ａ及び絶縁スペーサ２４の縁に通すことで一体に連結されている。

フランジ部２２ａ，２３ａで挟まれた絶縁スペーサ２４の外周面には、外部からの電磁波を遮断する電磁波遮蔽材で成るカバー３０が巻回されている。このカバー３０の一部は切欠きされて絶縁スペーサ２４が露出している。この切欠部の周囲にはカバー３０と同様の電磁波遮蔽材で構成された中空の筒形のガイド３１が立設され、ガス絶縁機器２１内部の部分放電に起因するマイクロ波を露出した絶縁スペーサ２４から外部に導く。

ガイド３１の他方の開口部には受信手段としてのマイクロ波用アンテナ３２、及びマイクロ波用アンテナ３２で受信されたマイクロ波を信号処理する信号処理手段としての信号処理部３３を収納したマイクロ波センサ３４が設置されている。なお、信号処理部３３はバンドパスフィルタ、増幅部、検波部等より構成される。このマイクロ波センサ３４からは同軸ケーブル３５が引き出され、この同軸ケーブル３５が信号処理判定部３６に接続されている。

次に、従来の部分放電検出装置の動作について説明する。ガス絶縁機器２１の部分放電に起因した発生した電磁波が、接地容器２２，２３内部を伝搬されてくると、絶縁スペーサ２４を通り、カバー３０の切欠部を通して漏洩する。漏洩した電磁波はガイド３１に導かれてマイクロ波センサ３４のマイクロ波用アンテナ３２で受信され、信号処理部３３によって信号処理される。すなわち、マイクロ波センサ３４によって検出された電磁波を、この信号処理判定部３６に送信することで、その信号レベルやパターンなどから部分放電の発生が検出される。
特開平１０−３４１５２０号公報

上述した従来の装置においては、絶縁スペーサ２４外周のカバー３０の切欠部から漏洩した電磁波を、カバー３０外部に設けたマイクロ波用アンテナ３２にて受信し、この受信した信号を処理してそのレベルやパターンを観測するため、電磁波の検出効率が悪く、検出される信号強度が小さいという課題があった。

また、専用のマイクロ波用アンテナ３２を用意する必要もあり、装置全体としての部品点数が多く、構造も複雑という欠点もあった。特に、部分放電発生に伴う電磁波の分布が接地容器２２，２３の円周上の位置により異なるため、検出精度を上げるためには、容器の円周方向に沿って複数のマイクロ波用アンテナ３２を設けることが望ましいが、従来技術の構成では、アンテナ３２やカバー３０外部に設けるガイドの数も多くなり、構造が複雑化する欠点があった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で部分放電に伴って発生する電磁波を大きな信号強度にて検出することが可能な部分放電検出装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、高電圧電気機器を絶縁を保って収納する接地容器における絶縁物から漏洩する電磁波を受信する受信手段と、この受信手段で受信した電磁波を信号処理する信号処理手段と、処理信号に基づいて前記高電圧電気機器からの部分放電に起因する電磁波受信を判定し、前記高電圧電気機器内部の部分放電を検出する信号処理判定手段とを備えた部分放電検出装置において、前記受信手段として、絶縁物を覆った金属製カバーに複数のスロット状開口部を設けたことを特徴とする。

このような構成を有する本発明においては、部分放電に伴って発生する電磁波は、接地容器及び金属製カバーにより構成される導波管の中を伝搬し、この電磁波に対し金属製カバーに設けたスロット状開口部はスロットアンテナとして作用するので、スロット状開口部近傍から計測用ケーブルを使用してこの電磁波を取り出すことで、部分放電の検出が可能になる。

本発明の部分放電検出装置では、スロット状開口部を有する金属製カバーそれ自体を電磁波の受信手段として使用することにより、専用のマイクロ波用アンテナが不要となり、装置構造の単純化が可能となる。また、複数の受信手段を設ける場合にも、金属製カバーに設けるスロット状開口部の数を増やすだけの簡単な手段で対応できる。

（１）実施の形態の構成
図１及び図２を用いて本発明の第１実施の形態を説明する。図１及び図２は第１実施の形態における部分放電検出装置の構成例であり、図１は本実施の形態を適用するガス絶縁機器の一部の断面図、図２は本実施の形態を適用するガス絶縁機器の一部の外形図である。

このガス絶縁機器１は、内部に絶縁ガスを封入した接地容器２，３と、その内部に挿入された導体５と、この導体５を支持する絶縁スペーサ４とから構成される。絶縁スペーサ４は、その周縁部が接地容器２，３のフランジ部２ａ，３ａで挟持され、組立ボルト６をフランジ部２ａ，３ａ及び絶縁スペーサ４の縁に通すことで一体に連結されている。

フランジ部２ａ，３ａで挟まれた絶縁スペーサ４の外周面には組立ボルト６の部分で接地容器２，３との導通を取った金属製カバー７が設けられている。この金属製カバー７は、絶縁スペーサ４の全周を覆うように巻回され、この金属製カバー７の外周面にはスロット状開口部１０が２ヶ所設けられている。なお、このスロット状開口部１０は、組立てボルト６の上には設けないようにする。

スロット状開口部１０は、金属製カバー７の一部を切り欠くことで形成された長方形であり、その短辺は絶縁スペーサの幅よりも狭く、その長辺は組立ボルト６の間隔よりも短く設定されている。また、その位置は、絶縁スペーサ４の外周面が露出する位置に配置されている。

スロット状開口部１０の長辺の両側には、計測用ケーブル８が接続され、計測用ケーブル８の他端は信号処理装置９に接続されている。この信号処理装置９はバンドパスフィルタ、増幅器、検波部等より構成されている。また、信号処理装置９それ自体に、従来技術で説明した信号処理判定部を組み込むことで、受信した電磁波のレベルやパターンから部分放電の有無を検出している。

（２）実施の形態の作用
次に、本実施の形態の動作について説明する。ガス絶縁機器１の内部で部分放電が発生すると、接地容器２，３等の内部に部分放電による数十ＭＨｚから数十ＧＨｚの電磁波が発生する。この電磁波は、接地容器２，３及び金属製カバー７により構成される導波管の中を伝搬する。この電磁波に対し、金属製カバー７に設けたスロット状開口部１０はスロットアンテナとして作用する。この場合、スロット状開口部１０の長辺の長さにより、スロットアンテナの共振周波数が変化する。

ところで、進行する電磁波は、マックスウェルの電磁方程式と導波路の境界面における境界条件を満足する必要があり、図１及び図２に示す構成の接地容器２，３の中を電磁波が伝搬していくときには、金属面における境界条件、即ち、電界は金属面に垂直で磁界は平行であることを満足しなければならない。この条件を満足する電磁波としては、以下の進行波が存在する。

まず、接地容器２，３の軸方向を電磁波の進行方向とすると、電界も磁界も進行方向の成分を持たない波は電磁的横波（Transverse Electromagnetic wave、ＴＥＭ波）と呼ばれる。

一方、境界条件により、電界の進行方向成分はゼロであるが、磁界の進行方向成分は存在する電気的横波（Transverse Electric wave、ＴＥ波）、あるいは磁界の進行方向成分はゼロであるが電界の進行方向成分は存在する磁気的横波（Transverse Magnetic wave、ＴＭ波）も存在する。このようなＴＥ波、ＴＭ波には種々のモードが存在し、接地容器２，３の円周上の位置によりその大きさが異なる場合がある。

一例として、ＴＥ１１モードでの電界分布を図３に示す。図３は、導体５の軸に垂直な断面での電界分布を示している。電気力線１１の密度が電界の大きさを示しており、図３に示す０°と９０°位置では０°の位置における電界は小さく、９０°の位置における電界が大きいことを示している。図３に示す０°と９０°の位置に金属製カバー７のスロット状開口部１０を配置したとすると、９０°の位置に設けたスロット状開口部１０からの出力信号が大きくなるため、信号処理装置９では、感度良く部分放電信号を検出することができる。

（３）実施の形態の効果
以上のように、本実施の形態では、部分放電発生に伴う電磁波を、金属製カバー７に設けたスロット状開口部１０により直接検出しているため、従来技術のように検出用アンテナを別に設ける必要がない。従って、部分放電に伴う電磁波を、効率よく検出することができる。また、金属製カバー７は、ガス絶縁機器外部で発生したノイズのガス絶縁機器内部への侵入を防ぐ効果もある。

また、スロット状開口部１０を２ヶ所に設けているため、部分放電発生に伴う電磁波の分布が、接地容器２，３の円周上の位置により異なっていたとしても、どちらかの切欠きは感度良くこの電磁波を検出することができる。

（４）他の実施の形態
本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、前記スロット状開口部１０の長辺の長さは固定でもよいし、スライド式の蓋板を設けることでその長さを変更できるようにしてもよい。例えば、最初に切欠き長辺の長さを最大として（最も低周波数から測定できるようにして）スロットアンテナからの周波数スペクトルを測定する。スロットアンテナの共振周波数をその強いスペクトルを示す周波数に合わせるようにスロット状開口部１０の長辺の長さを調整することで、感度よく測定ができるようになる。これにより、部分放電発生に伴う電磁波をさらに感度良く検出することが可能となる。なお、金属製カバー７に設けられたスロット状開口部として、絶縁物注形用の注形口を利用することも可能である。

また、金属製カバー７は、これを接地容器２，３のフランジ部２ａ，３ａに対して、その円周方向にスライド可能に取り付けることにより、スロット状開口部１０から強い周波数スペクトルが測定できる位置に合わせて回転できるようにしてもよい。すなわち、スロット状開口部１０からの出力信号が最も大きくなるように、スロット状開口部１０の位置を移動することにより、電磁波の発生状況に合わせて、感度良く検出することが可能となる。

更に、前記実施の形態の金属製カバー７とそれに設けられたスロット状開口部１０が特許請求の範囲に記載された受信手段に、信号処理装置９が特許請求の範囲の信号処理手段及び信号処理判定手段に対応しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、本発明においても、前記図４に示す従来技術のように、信号処理装置９と信号処理判定部とを別体として両者を同軸ケーブルで接続することも可能である。そのように構成した場合には、ガス絶縁機器の複数箇所の部分放電を集中して監視することが可能である。。

本発明の一実施の形態による部分放電検出装置を取り付けたガス絶縁機器の断面図。 本発明の一実施の形態による部分放電検出装置を取り付けたガス絶縁機器の外形図。 ＴＥ１１モードでの電界分布を表す図。 従来の部分放電検出装置を取り付けたガス絶縁機器の断面図。

符号の説明

１…ガス絶縁機器
２，３…接地容器
２ａ，３ａ…フランジ部
４…絶縁スペーサ
５…導体
６…ボルト、ナット
７…金属製カバー
８…計測用ケーブル
９…信号処理装置
１０…スロット状開口部
１１…電気力線

Claims (4)

1. 高電圧電気機器を絶縁を保って収納する接地容器における絶縁物から漏洩する電磁波を受信する受信手段と、この受信手段で受信した電磁波を信号処理する信号処理手段と、処理信号に基づいて前記高電圧電気機器からの部分放電に起因する電磁波受信を判定し、前記高電圧電気機器内部の部分放電を検出する信号処理判定手段とを備えた部分放電検出装置において、
   前記受信手段として、絶縁物を覆った金属製カバーに複数のスロット状開口部を設けたことを特徴とする部分放電検出装置。
2. 前記複数のスロット状開口部の内、少なくとも２ヶ所のスロット状開口部は、前記高電圧電気機器の高圧導体軸に対し、９０度回転した位置に配設されることを特徴とする請求項１に記載の部分放電検出装置。
3. 前記スロット状開口部は、前記高電圧電気機器の高圧導体軸に対し垂直な断面において、高圧導体軸を中心に回転可能な構造であることを特徴とする請求項１に記載の部分放電検出装置。
4. 前記スロット状開口部の長辺の長さが可変できる構造であることを特徴とする請求項１に記載の部分放電検出装置。

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