JP2010043869A - 電気機器の絶縁診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペースかつ低コストで、金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器に対する新規な絶縁診断装置を提供する。
【解決手段】金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクの外周に設けられたアダプタリングからなる電気機器の絶縁診断装置であって、前記アダプタリングを、前記電力機器タンクと接触するようにして設けられた検出電極と、前記検出電極から上方に延在する信号電極と、前記検出電極と絶縁材を介して設けられるとともに、前記信号電極と電気的に非接触の状態で設けられた接地電極と、前記絶縁材を貫通して前記検出電極及び前記接地電極間を部分的に接続させるための貫通部材とを具えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は電気機器に使用する絶縁診断装置に係わり、特に電気機器内部の絶縁異常を電気的に検出する絶縁診断装置に関する。

電力供給に資するため変電所内にて使用されるSF₆ガス絶縁開閉装置、変圧器、避雷器などの電力用機器においては、その機器内部の絶縁物の付着等に基づく絶縁異常を早期に把握するため、絶縁異常の際に発生する部分放電を検出する絶縁診断装置が開発されている。前記部分放電は、主として数十MHz〜数GHzの高周波電磁波を発生させるので、前記部分放電を検出するには、前記高周波電磁波に対応させた検出電極（アンテナ）を設ける必要がある。

上述のような絶縁診断装置を構成するに際しては、検出電極と、この検出電極に相対する参照電極（接地電極）の配置構成や、互いの電極形状等において種々の工夫がなされている。また、前記絶縁診断装置を電気機器に対して外付けにするか、内蔵させて組み込むかなどの取り付け手法においても種々の検討がなされている。

しかしながら、電気機器に対する絶縁診断装置の取り付けに関しては、前記絶縁診断装置を備え付けるための空間を準備しなければならず、前記絶縁診断装置を含めた前記電気機器の配置空間が大型化してしまうという観点から、現状においては、前記絶縁診断装置を外付けで取り付けるよりも、前記電気機器内部に組み込むようなタイプが主流となっている。

例えば、特許文献１では、電力機器タンクの外周面に形成された開口部に金属ボルトを介して外部電極及び内部電極をそれぞれ円錐形状に形成し、これら電極の直径比を前記開口部から信号取出口までの間一定とした、いわゆる平板タイプの検出電極、すなわち絶縁診断装置を設けることが開示されている。

しかしながら、上述の構成では、一相の電力機器タンクに平板タイプの検出電極を設置した場合、他相の電力機器タンクに同様の検出電極を設置する場合は、互いの干渉を防止するという観点から、互いの離隔距離を大きくとらなければいけない。この離隔距離自体は大きくないものの、電力機器タンクの数が多くなると、これら電力機器タンクをレイアウトするのに大きなスペースが必要となる。結果として、前記電力機器タンクを配備する建屋などが大きくなってしまい、前記電力機器タンクの設置に多大な面積及び空間が必要となってしまう。

また、特許文献２には、電力機器タンク内に絶縁支持物を介してループ状センサを埋設し、さらに前記電力機器タンクの外周に平板センサを配備し、前記ループ状センサ及び前記平板センサで検出された電磁気信号の時間的変動や周波数応答に基づいて、前記電力機器タンクの絶縁異常を検出する試みがなされている。

しかしながら、特許文献２に記載の方法では、特許文献１に記載のような設置スペース等の問題は生じないが、前記絶縁支持物と前記ループ状センサとの熱膨張の相違に基づいて、前記ループ状センサが前記絶縁支持物から剥離してしまい、絶縁診断装置として機能しない場合が生じていた。

さらに、前記絶縁支持物及び前記ループ状センサを上記電力機器タンク内に埋め込むとともに、その電力機器タンクの表面には平板センサを形成しなければならないので、目的とする絶縁診断装置を構成するに際して、多大なコストを要してしまうという問題があった。
特開２００２−５９８５号 特開２００３−１８５６９７号

本発明は、省スペースかつ低コストで、金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器に対する新規な絶縁診断装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクの外周に設けられたアダプタリングからなる電気機器の絶縁診断装置であって、前記アダプタリングは、前記電力機器タンクと接触するようにして設けられた検出電極と、前記検出電極から上方に延在する信号電極と、前記検出電極と絶縁材を介して設けられるとともに、前記信号電極と電気的に非接触の状態で設けられた接地電極と、前記絶縁材を貫通して前記検出電極及び前記接地電極間を部分的及び間接的に接続させるための貫通部材と、を具えることを特徴とする、電気機器の絶縁診断装置に関する。

上記態様によれば、絶縁診断を行うべき電気機器の電力機器タンクと接触するようにして設けられた検出電極と、前記検出電極から上方に延在する信号電極と、前記検出電極と絶縁材を介して設けられるとともに、前記信号電極と電気的に非接触の状態で設けられた接地電極と、前記絶縁材を貫通して前記検出電極及び前記接地電極間を部分的及び間接的に接続させるための貫通部材とを具えるアダプタリングを準備し、これを前記電力機器タンクの外周に設置するようにしている。

この場合、前記検出電極が、前記電力機器タンク内に発生した絶縁異常に基づく部分放電に起因した数十MHz〜数GHzの高周波電磁波を検出し、前記信号電極が、検出した前記高周波電磁気を伝搬させて外部、例えばコネクタを介して高周波電磁波検出器に導入するようになっている。

一方、低い周波数の電磁波、例えば５０Hz〜６０Hzの電磁波を前記検出電極に取り込まれても、前記検出電極は前記貫通部材によって前記接地電極と接続されており、接地電位に保持されているので、前記検出信号に前記低周波数の電磁波に基づく信号が誘起されることはない。したがって、上述したアダプタリングは、上記電力機器タンク、すなわち電気機器に対する絶縁診断装置として機能するようになる。

一方、上記アダプタリングは、その名の通りリング状であって小型であり、上記電力機器タンクの外周に嵌合するようにして設けられているので、省スペースである。また、その内部に検出電極、信号電極及び接地電極等を設けるのみで絶縁診断装置として機能させることができるので、極めて構成を簡易化することができ、これによってコストを低減すすることができる。

したがって、以上説明したように、本態様の電気機器の絶縁診断装置によれば、省スペースかつ低コストで、金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器に対する新規な絶縁診断装置を提供することができる。

以下、本発明のその他の特徴及び利点について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。図１は、前記電気機器を含む前記絶縁診断装置の、前記電気機器の長さ方向、略中心線に沿って切った場合の断面図である。なお、本態様では、前記電気機器として、前記電気機器を構成する電力機器タンク内にSF₆ガス等が封入されたSF₆ガス絶縁開閉装置の場合について示している。

図１に示すように、絶縁物の付着等に基づく絶縁異常が発生した際に、部分放電を検出すべき電気機器は、金属容器１１と、この金属容器１１に高電圧を印加する内部金属体１２とを有する電力機器タンク１０を含んでいる。なお、前記電気機器は、電力機器タンク１０の他に、用途に応じて種々の制御系や電力供給系を有することができるが、本態様の上記絶縁診断装置には直接関係しないので、説明及び記載を省略する。

また、図１に示すように、電力機器タンク１０の外周にはアダプタリング２０が設けられている。アダプタリング２０は、その下方において、電力機器タンク１０と接触するようにして設けられた検出電極２１と、この検出電極２１から上方に延在する信号電極２２とを具えている。さらに、検出電極２１上において、絶縁材２４を介して接地電極２３が設けられている。

なお、接地電極２３は、信号電極２２と電気的に接触しないようにして一定の空隙を保持するようにして形成されている。

さらに、検出電極２１及び接地電極２３は、絶縁材２４を貫通するようにして設けられた貫通部材２５によって部分的かつ間接的に接続されている。

図１から明らかなように、アダプタリング２０は、一対のフランジ３１で挟み込まれるとともに、一対のボルト３２によって締結されることによって、電力機器タンク１０に対して固定されている。

また、接地電極２３の外面には、フランジ３１と圧接するようにしてシールゴム２６が嵌め込まれており、検出電極２１及び接地電極２３の絶縁材２４との接触面にもシールゴム２７が嵌合されており、電力機器タンク１０内に封入されたSF₆ガスのアダプタリング２０を介して外部への漏洩を防止している。

本態様において、電力機器タンク１０に絶縁異常が発生して部分放電ｄ１が生じると、部分放電ｄ１に起因して数十MHz〜数GHzの高周波電磁波ｗ１が発生し、電力機器タンク１０内を伝搬する。高周波電磁波ｗ１は、検出電極２１において信号として検出され、信号電極２２を介して外部に取り出されるようになる。この際、信号電極２２の先端部に適宜コネクタ等を設け、所定の外部検出器あるいは計測器に接続するようにしておけば、高周波電磁波ｗ１を、アダプタリング２０を介して検出することができ、電力機器タンク１０内で生じた上気絶縁異常を検出することができるようになる。

なお、電力機器タンク１０内に低周波の電磁波、例えば５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ程度の電磁波が発生した場合においては、検出電極２１が貫通部材２５によって接地電極２３と接続され、接地電位に保持されていることから、前記電磁波は検出電極２１において信号としては検出されない。

したがって、アダプタリング２０は、電力機器タンク１０を含むような電気機器の絶縁診断装置として機能させることができる。

本態様の絶縁診断装置は、小型のアダプタリングから構成し、電力機器タンク１０の外周に設置すれば足りるので、省スペースである。また、その内部に検出電極２１、信号電極２２及び接地電極２３等を設けるのみで絶縁診断装置として機能させることができるので、極めて構成を簡易化することができ、これによってコストを低減すすることができる。

したがって、省スペースかつ低コストで、金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクを含む電気機器に対する新規な絶縁診断装置を提供することができる。

なお、検出電極２１、信号電極２２及び接地電極２３等は、汎用の電極材料、例えば、銅、銀、金、タングステンの他、これら金属材料とニッケル及び／又はＣｒ等の合金から構成することができる。

また、絶縁材２４は、比誘電率の低い材料から構成する。この場合、上述した高周波電磁波ｗ１が絶縁材２４を透過する際に反射や誘電損を生じることがない。たとえば、酸化物や窒化物等のセラミック部材や樹脂から構成することができ、特には樹脂、中でも耐熱性に優れたエポキシ系の樹脂が好ましい。

さらに、エポキシ系の樹脂は、上述した高周波電磁波ｗ１の反射や誘電損が他の樹脂に比較して少ないという特徴を有する。

なお、貫通部材２５は、検出電極２１と接地電極２３とを接続することによって、検出電極２１の電位を接地電位に保持するためのものである。したがって、通常は、金属部材から構成する。しかしながら、本態様では、高周波電磁波ｗ１の検出を行うため、上述した金属部材に代えて、樹脂を用いることができる。この場合、特に理由は明確でないが、高周波電磁波ｗ１の検出感度が増大する。

前記樹脂としては、耐熱性及び機械的強度に優れた樹脂が好ましく、例えばアクリル系の樹脂や、そのオレフィン系樹脂等にガラス繊維を配合させたＦＲＰ等を用いることができる。

本態様では、電力機器タンク１０内にSF₆ガス等が封入されたSF₆ガス絶縁開閉装置等の電気機器を想定しているが、SF₆ガス等を封入しない場合は、ガスの漏洩を考慮する必要がないので、シールゴム２６及び２７は設ける必要がない。

（第２の実施形態）
図２及び３は、第２の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。図２は、前記電気機器を含む前記絶縁診断装置の、前記電気機器の長さ方向、略中心線に沿って切った場合の断面図であり、図３は、前記電気機器を含む前記絶縁診断装置の、前記電気機器の長さ方向に垂直な面に沿って切った場合の断面図である。

なお、本態様でも、前記電気機器として、前記電気機器を構成する電力機器タンク内にSF₆ガス等が封入されたSF₆ガス絶縁開閉装置の場合について示している。

本態様では、アダプタリング２０を、電力機器タンク１０の外周の全体に亘って嵌合するようにして設け、検出電極２１を、電力機器タンク１０の前記外周の全体に亘って形成するようにしている。したがって、電力機器タンク１０に絶縁異常が発生して部分放電ｄ１が生じ、部分放電ｄ１に起因した数十MHz〜数GHzの高周波電磁波ｗ１が発生した場合においても、高周波電磁波ｗ１を広範囲に検出することができるので、部分放電ｄ１、すなわち電力機器タンク１０に絶縁異常の検出感度を増大させることができる。

なお、その他の特徴については、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、上述したように、電力機器タンク１０内にSF₆ガス等を封入しない場合は、ガスの漏洩を考慮する必要がないので、シールゴム２６及び２７は設ける必要がない。

（第３の実施形態）
図４及び５は、第３の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。図４は、前記電気機器を含む前記絶縁診断装置の、前記電気機器の長さ方向、略中心線に沿って切った場合の断面図であり、図５は、前記電気機器を含む前記絶縁診断装置の、前記電気機器の長さ方向に垂直な面に沿って切った場合の断面図である。

なお、本態様でも、前記電気機器として、前記電気機器を構成する電力機器タンク内にSF₆ガス等が封入されたSF₆ガス絶縁開閉装置の場合について示している。

本態様では、アダプタリング２０を、電力機器タンク１０の外周の全体に亘って嵌合するようにして設け、検出電極２１を、電力機器タンク１０の前記外周の全体に亘って形成するようにしている。さらに、検出電極２１を互いに異なる大きさの第１の検出電極２１Ａ及び第２の検出電極２１Ｂに分割している。

本態様でも、電力機器タンク１０に絶縁異常が発生して部分放電ｄ１が生じ、部分放電ｄ１に起因した数十MHz〜数GHzの高周波電磁波ｗ１が発生した場合においても、高周波電磁波ｗ１を広範囲に検出することができるので、部分放電ｄ１、すなわち電力機器タンク１０に絶縁異常の検出感度を増大させることができる。

さらに、高周波電磁波ｗ１の、第１の検出電極２１Ａ及び第２の検出電極２１Ｂにおける検出出力が変化するようになる。例えば、大きさの小さい第１の検出電極２１Ａの検出出力に比較して、大きさの大きい第２の検出電極２１Ｂの検出出力が大きくなる。すなわち、電力機器タンク１０に絶縁異常が発生して部分放電ｄ１が生じた場合に、大小相異なる検出出力を得ることができるので、電力機器タンク１０における絶縁異常の検出精度を増大させることができる。

なお、本態様では、検出電極２１を大小２つの第１の検出電極２１Ａ及び第２の検出電極２１Ｂに分割したが、必要に応じて３以上に分割することもできる。

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。図６では、本態様の特徴を明確にすべく、図１に示すアダプタリング２０の近傍のみを拡大して示している。

図６から明らかなように、本態様では、検出電極２１の電力機器タンク１０の外周と接触する部分に切り欠き２１Ｄを形成するとともに、フランジ３１の、同じく電力機器タンク１０の外周と接触する部分に切り欠き３１Ｄを形成している。

図１に示すように、検出電極２１及びこれを固定するフランジ３１が、電力機器タンク１０に対して鋭角状に接触すると、かかる部分に電界集中が生じやすくなり、かかる部分、特に絶縁材２４での破損を生じ、絶縁性能を劣化させてしまう場合がある。

これに対して、本態様では、検出電極２１の電力機器タンク１０の外周と接触する部分に切り欠き２１Ｄを形成するとともに、フランジ３１の、同じく電力機器タンク１０の外周と接触する部分に切り欠き３１Ｄを形成し、いわゆる検出電極２１及びフランジ３１の、電力機器タンク１０と接触する部分に面取り部を形成するようにしている。したがって、検出電極２１及びフランジ３１と電力機器タンク１０との接触部分における電界集中を抑制し、上述した絶縁性能の劣化等の不利益を回避することができる。

なお、本態様では、アダプタリング２０をフランジ３１で固定していることから、フランジ３１にも面取り部を形成したが、検出電極２１に対して面取り部を形成することにより、上述した作用効果を十分に奏することができる。但し、フランジ３１においても面取り部を設けることにより、上述した作用効果はより確実なものとなる。

なお、その他の特徴については、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、上述したように、電力機器タンク１０内にSF₆ガス等を封入しない場合は、ガスの漏洩を考慮する必要がないので、シールゴム２６及び２７は設ける必要がない。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

例えば、上記態様では、アダプタリング２０をフランジ３１及びボルト３２によって電力機器タンク１０に固定しているが、固定方法は上記に限られるものではなく、適宜選択して好ましい手段を用いることができる。

具体的には、アダプタリング２０を変圧器や避雷器、ブッシング等に固定するに際しては、それらに適した固定方法を適宜採用することができる。

第１の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。 第２の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。 同じく、第２の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。 第３の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。 同じく、第３の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。 第４の実施形態に係る電気機器の絶縁診断装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ 電力機器タンク
１１ 金属容器
１２ 内部金属体
２０ アダプタリング
２１ 検出電極
２１Ａ 第１の検出電極
２１Ｂ 第２の検出電極
２２ 信号電極
２３ 接地電極
２４ 絶縁材
２５ 貫通部材
２６，２７ シールゴム
３１ フランジ
３２ ボルト

Claims (8)

1. 金属容器、及びこの金属容器内に高電圧を印加する内部金属体を有する電力機器タンクの外周に設けられたアダプタリングからなる電気機器の絶縁診断装置であって、
   前記アダプタリングは、
   前記電力機器タンクと接触するようにして設けられた検出電極と、
   前記検出電極から上方に延在する信号電極と、
   前記検出電極と絶縁材を介して設けられるとともに、前記信号電極と電気的に非接触の状態で設けられた接地電極と、
   前記絶縁材を貫通して前記検出電極及び前記接地電極間を部分的及び間接的に接続させるための貫通部材と、
   を具えることを特徴とする、電気機器の絶縁診断装置。
2. 前記絶縁材は、エポキシ系樹脂からなることを特徴とする、請求項１に記載の電気機器の絶縁診断装置。
3. 前記貫通部材は、金属からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気機器の絶縁診断装置。
4. 前記貫通部材は、樹脂からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気機器の絶縁診断装置。
5. 前記アダプタリングは、前記電力機器タンクの前記外周の全体に亘って嵌合するようにして設けられ、前記検出電極は、前記電力機器タンクの前記外周の全体に亘って形成したことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の電気機器の絶縁診断装置。
6. 前記検出電極は、前記電力機器タンクの前記外周に亘って、互いに異なる大きさに分割されてなることを特徴とする、請求項５に記載の電気機器の絶縁診断装置。
7. 前記検出電極と前記電力機器タンクとの接触角部に面取り部を形成したことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の電気機器の絶縁診断装置。
8. 前記電力機器タンクは高圧ガスを含み、前記アダプタリングは、前記電力機器タンクと前記アダプタリングとの接触界面からの前記高圧ガスの漏れを防止するためのシールド部材を内在することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の電気機器の絶縁診断装置。

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