JP2011139571A - 直流用電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】直流送電用の直流用電気機器の高電圧導体の許容電界を引き上げることで金属容器の小型化、軽量化を図る。
【解決手段】直流用電気機器１０は、金属容器４１と、金属容器４１内の中心部に配設される高電圧導体４２と、金属容器４１および高電圧導体４２との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスｇと、高電圧導体４２を金属容器４１側に支持する絶縁スペーサ４３と、直流高電圧の異常を検出する第１および第２の異常検出装置４４，４５を備える。直流用電気機器１０の定格電圧（ｋＶ）と、直流用電気機器１０の金属容器４１の外径（ｍｍ）との間で、定格電圧（ｋＶ）＞−６００＋１．５×金属容器４１の外径（ｍｍ）の相関を得る。
【選択図】図１

Description

直流用電気機器の改良に係り、特に直流送電用の直流用電気機器に関する。

電力供給に資するため変電所内において使用される絶縁開閉装置，変圧器，避雷器などの電力用機器においては、日本国内では交流送電がそのほとんどを占めるが、例えば阿南紀北直流幹線（直流５００ｋＶ設計）や四国の阿南変換所から関西の紀北変換所までの間の全長１０１．６Ｋｍを、２５０ｋＶの双極（プラスマイナス）で結ぶ大容量基幹送電等で実施されてきたように、若干ながら直流送電も存在する。そして、電力用機器等の直流用電気機器に用いられる絶縁ガスとして、絶縁性能に優れた、例えばＳＦ₆（六フッ化イオウ）ガスが用いられている。

また、ＳＦ₆のような絶縁ガスを用いた直流用電気機器の場合、交流送電には見られない帯電現象や異物挙動現象を考慮する必要があり、これらを加味した絶縁設計がなされている。

すなわち、交流送電には見られない帯電現象や異物挙動現象を考慮した場合、これらを許容する電界設計をする必要がある。直流用電気機器には高電圧充電部を支持する絶縁物が存在するが、直流送電のように同一の極性が長時間印加されると、この高電圧充電部から正負イオンが放出し高電圧導体を支持する絶縁物の表面に帯電現象が生ずる。この帯電現象は、通常の絶縁破壊電圧を低下させる恐れがある。

このような直流用電気機器の場合は、交流用開閉装置と比較して設計電界に余裕を持たせる必要があり、機器の大きさ，送電容量，機器重量が非常に大きくならざるを得なくなる。

また、直流送電に特有の異物挙動現象としてファイヤフライ現象がある。この現象は、負極性直流電圧印加時に直流用電気機器内部に金属異物が混入すると、金属容器としてのタンクの底面から高電圧充電部に金属異物が引き寄せられそのまま落下せずに高電圧充電部に浮遊することにより現れる。一般的に高電圧下の容器内部の電界値は高いため、このような箇所に金属異物が常時浮遊した状態で雷のような異常電圧が直流用電気機器に侵入すると、最悪の場合、地絡、延いては大事故を招く恐れがある。

このように、この種の従来の直流用電気機器によれば、ファイヤフライ現象に対する種々の対策が採られており、例えば特許文献１には、図４に示すように、危険予知手段としてガス絶縁開閉機器内に発生した電磁波ｄ１，ｄ２を判定し、部分放電を検出するようにした部分放電検出装置が示されている。

ガス絶縁機器１０の密閉金属容器１１内にはＳＦ_６ガスなどの絶縁ガスｇが接地電位の密閉金属容器１１内に封入されており、高電圧導体１２が収納されると共に、絶縁物からなる絶縁スペーサ１３によって高電圧導体１２が支持されている。このようなガス絶縁機器１０に組み込まれる部分放電検出装置は、内部検出器１４、整合回路１５、増幅器１６、測定器１７、判定器１８から構成されている。

このうち、内部検出器１４は金属容器１１内部の電磁波ｄ１，ｄ２を検出する電極であって、金属容器１１の電界の低いハンドホール部などのフランジ１９に設置されている。また、整合回路１５はフィルタなどからなり、引き出し部を介して内部検出器１４の検出信号を金属容器１１外部に引き出し、検出信号の周波数帯を特定し、最終的に判定器１８においてガス絶縁機器１０内部に発生した部分放電の有無を判定するようになっている。

また、特許文献１には、図５に示すように、ガス絶縁開閉機器内に発生した電磁波を判定し、危険予知手段として部分放電を検出するようにした部分放電検出装置２０が示されている。

この部分放電検出装置２０は、絶縁ガスを充填した密閉金属容器２１、２２内に高電圧導体２３が挿入されており、高電圧導体２３は絶縁物である絶縁スペーサ２４によって支持されている。絶縁スペーサ２４は、その周辺部が金属容器２１，２２のフランジ部２１ａ、２２ａで挟持され、組立ボルト２５をフランジ部２１ａ，２２ａ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。

絶縁スペーサ２４の外周面には受信手段である導波管アンテナ２６が取り付けられている。導波管アンテナ２６は絶縁スペーサ２４から漏洩する電磁波を受信する部分であって、導波管部２６ａと、この導波管部２６ａに設置された同軸ケーブル用コネクタ２６ｂとから構成されている。

さらに、同軸ケーブル用コネクタ２６ｂの中心導体は高電圧導体２３の軸方向と平行となるように配置されている。また、同軸ケーブル用コネクタ２６ｂには計測用の同軸ケーブル２７が取り付けられており、この同軸ケーブル２７を介して同軸ケーブル用コネクタ２６ｂは信号処理手段２８に接続されている。

この信号処理装置２８は、バンドパスフィルタ、増幅部、検波部等より構成される。また、信号処理装置２８には信号処理判定部が組み込まれており、受信した電磁波のレベルやパターンに基づいて、部分放電に起因する電磁波を受信したか否か、つまり部分放電の有無を検出するようになっている。

また、ファイヤフライ現象を抑制するタイプの直流用電気機器としてのガス絶縁機器として、例えば特許文献２は、図６に示すように、ガス絶縁機器３０の容器３１内に起生するファイヤフライｆを確実に捕獲して無害化し、絶縁耐力を向上させることのできるガス絶縁機器が示されている。

ガス絶縁機器３０は、容器３１と、この容器３１内に配置された通電用導体３２と、この導体３２を容器３１内に支持固定する絶縁スペーサ３３とを備え、絶縁スペーサ３３が導体の長手方向に所定の間隔をおいて配置され、かつ容器３１内に絶縁性のガスが封入されている。そして、導体３２に、絶縁スペーサ３３から離れるに従い徐々にその径が細くなる部材３４を設けるとともに、この部材３４の径が細くなる方向の下流側の導体３２上に、リング３５を設けた構成である。

また、リング３５の下にパーティクルトラップ３６を設けることにより、より確実に導電性異物を無害化することができるものである。

このように、従来のガス絶縁機器３０における傾斜面を持った部材３４とリング３５とを組み合わせた構造により、導電性異物を無害化する。

特開２００８−１３９２０７号公報 特開平１０−３２２８６５号公報

しかしながら、図４に示されるガス絶縁機器１０は、金属容器１１内部の電磁波ｄを検出するにあたって、金属容器１１の電界の低いハンドホール部などのフランジ１９に設置された内部検出器１４によってのみ検出しようとする構成である。

したがって、通常使用するにあたって支障のない精度で異常信号を検出することができるが、非常な異常信号が発生した場合には対応ができなかったり、早期に異常値を精度よく検出して早期に対策をとることができなかった。

また、図５に示されるガス絶縁開閉機器内に発生した電磁波を判定し、部分放電を検出するようにした部分放電検出装置２０の場合には、金属容器２１，２２のフランジ部２１ａ、２２ａ部分の絶縁スペーサ２４から漏洩する電磁波を受信し、電磁波のレベルやパターンに基づいて、部分放電に起因する電磁波を受信したか否か、つまり部分放電の有無を検出するようになっている。

したがって、通常使用するにあたって支障のない精度で異常信号を検出することができるが、非常な異常信号が発生した場合には対応ができなかったり、早期に異常値を精度よく検出して早期に対策をとることができなかった。

更には、図６に示されるガス絶縁機器３０は、導電性異物として容器３１内に起生するファイヤフライｆを確実に捕獲して無害化し、絶縁耐力を向上させることのできるガス絶縁機器が示されている。

したがって、ファイヤフライｆの捕獲を効率的に行うことができるので、ファイヤフライ現象が原因となる異常現象の発生を抑制することができるが、その他の原因で発生した異常の早期検出や非常な異常信号が発生した場合には対応ができなかったり、早期に異常値を精度よく検出して早期に対策をとることができなかった。

本発明は、部分放電検出装置を予め電力用機器に設置することでこのファイヤフライを部分放電検出装置で検出できるようにするという構成手段により、設計基準をファイヤフライ単独と耐雷インパルス試験単独とに分離し、その結果，高電圧導体の許容電界を引き上げることが可能な一方で、金属容器径を応分に縮小することを可能にすることができる直流用電気機器を得ることを目的とする。

また、本発明は、非常な異常信号が発生した場合には対応ができなかったり、早期に異常値を精度よく検出して早期に危険予知を促すことができ、直流用電気機器をより安全に使用することができる直流用電気機器を得ることを目的とする。

更に、本発明は、直流用電気機器における部分放電による急峻に変化を、平板電極やリング電極を備えた異常検出装置を設置することによって波形現象を早期に捉え、危険予知精度の優れた直流用電気機器を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、金属容器と、当該金属容器内中心部に配設される高電圧導体と、前記金属容器および高電圧導体との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスと、前記高電圧導体を前記金属容器側に支持する絶縁スペーサと、前記直流高電圧の異常を検出する第１および第２の少なくとも一方の異常検出装置と、を具備した直流用電気機器であって、当該直流用電気機器の仕様で決定される定格電圧（ｋＶ）と、前記直流用電気機器の金属容器外径（ｍｍ）との間に、定格電圧（ｋＶ）＞−６００＋１．５×金属容器の外径（ｍｍ）の相関を基準として、前記金属容器の外径を求めるようにしたことを特徴とする直流用電気機器を提供する。

また、上記目的を達成するために、本発明によれば、金属容器と、当該金属容器内の中心部に配設される高電圧導体と、前記金属容器および高電圧導体との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスと、前記高電圧導体を前記金属容器側に支持する絶縁スペーサと、金属容器の外側に設けられる平板形電極を有する第１の異常検出装置と、前記絶縁スペーサに埋設して設けられた第２の異常検出装置と、前記両異常検出装置からそれぞれ電磁気信号を受信して、時間的変動あるいは周波数応答の相関関係を比較照合してファイヤフライかノイズ成分が関係するかを判定する診断装置と、を備えたことを特徴とする直流用電気機器を提供する。

更に、上記目的を達成するために、金属容器と、当該金属容器内の中心部に配設される高電圧導体と、当該高電圧導体同士を接続する接触子と、前記金属容器および高電圧導体との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスと、前記高電圧導体を前記金属容器側に支持する絶縁スペーサと、前記直流高電圧の異常を検出する第１および第２の少なくとも一方の異常検出装置と、前記接触子の金属表面に設けられる絶縁コーティングと、を具備したことを特徴とする直流用電気機器を提供する。

本発明の直流用電気機器によれば、設計品質を損なうことなく内部金属である高電圧導体の導体表面の許容電界を引き上げることで金属容器の外径に注目し、設計品質を損なうことなく外径寸法を極力低減するようにして直流用電気機器の小型化・軽量化を図ることができる。

また、直流用電気機器におけるファイヤフライによる部分放電による急峻に変化を、平板電極を備えた第１の異常検出装置やリング電極を備えた第２の異常検出装置を設置することによって波形現象を早期に捉えることができ、早期に危険予知を促すことができ、直流用電気機器をより安全に使用することができる。

更に、直流用電気機器における接触子に絶縁コーティングを施すことで絶縁スペーサ周辺の帯電を抑制する。このことから、絶縁スペーサの帯電にほとんど影響を及ぼさないと考えられる高電圧導線の導体表面を露出させることで、ファイヤフライの検出と絶縁物スペーサ周辺の帯電抑制を同時に満足させることが可能となり、高電圧を取り扱うにあたって危険予知精度の優れた直流用電気機器を得ることができる。

本発明の直流用電気機器の実施形態を示す縦断側面図。 図１に示す診断装置の具体構成を示すブロック図。 本発明の直流用電気機器の特性を示すグラフ。 従来の直流用電気機器である部分放電検出装置の概要を示す断面図。 従来の直流用電気機器である部分放電検出装置の要部の斜視図。 従来の直流用電気機器であるガス絶縁機器の縦断側面図。

以下、本発明の直流用電気機器の実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本発明の直流用電気機器の実施形態を示す縦断側面図である。図２は、図１に示す診断装置の具体構成を示すブロック図である。

図１に示す直流用電気機器４０は、金属容器４１と、高電圧導体４２と、絶縁性高圧ガスｇと、絶縁スペーサ４３と、第１の異常検出装置４４と、第２の異常検出装置４５と、ハイパスフィルタ４７と、診断装置５０と、を備えている。

金属容器４１は、高電圧導体４２を導電する高電圧を絶縁するように設けられる外皮体である。

高電圧導体４２は、金属容器４１内の中心部に配設される内部金属である。

この高電圧導体４２は、その外周表面に、例えば導電性酸化亜鉛のような半導電性コーティングｈが設けられる。この半導電性コーティングｈは、ファイヤフライｆの検出と高電圧導体４２の導体表面から発生する電子放射の抑制を同時に満足させることができるものである。

また、高電圧導体４２は、複数の高電圧導体４２の接続部において、それぞれ接触子４２ａが設けられ、それぞれが導電的に接続される。このそれぞれ接触子４２ａの周囲外表面にはそれぞれ、例えばアルマイト処理（エポキシ系）絶縁コーティングｚが設けられる。この絶縁コーティングｚは、ファイヤフライｆによる部分放電信号が発生しにくく電磁波ｄ１あるいはｄ２の検出をやや困難にするが、内部金属２の導体表面の許容電界値は向上し電子放射も抑制するため絶縁スペーサ４３周辺の帯電を抑制し、絶縁破壊に至る可能性を低くする作用をなすものである。

接触子４２ａには絶縁コーティングｚを施す。この絶縁コーティングｚを施すことで一層絶縁スペーサ４３周辺の帯電を抑制する作用が得られる。

絶縁性高圧ガスｇは、金属容器４１および高電圧導体４２との間隙に充填封入されるＳＦ₆ガス単体またはＳＦ₆ガスにＣＯ₂，Ｎ₂を主成分とする絶縁ガスを混合させたＳＦ₆混合ガスである。

絶縁スペーサ４３は、高電圧導体４２を金属容器４１側に電気絶縁的に支持する部材で、別個の金属容器４１を接続する金属容器フランジ部４１ａ同士を複数のボルト・ナット４６により緊締固定している。

第１の異常検出装置４４は、直流高電圧の異常を検出する金属容器４１の外側に設けられ、この金属容器４１の外側へ漏れ出る電磁波ｄ１を検出することにより直流高電圧の異常を検知する平板形電極である。

第２の異常検出装置４５は、直流高電圧の異常を検出する絶縁スペーサ４３内部に設けたもので、リング電極４５ａを備え、絶縁スペーサ４３の外周部に埋設して設けたものである。この第２の異常検出装置４５は、金属容器４１の横断面方向の周囲全体に亘って外側へ漏れ出る電磁波ｄ１を検出することにより直流高電圧の異常を検知する機能を有する。

また、第２の異常検出装置４５は、当該第２の異常検出装置４５で検出した電磁波ｄ２を電磁波信号ｄ２１として出力するように構成される。

ハイパスフィルタ４７は、第１の異常検出装置４４の後段に設けられ、第１の異常検出装置４４で検出した電磁波から比較的低周波のノイズ成分ｎを除去あるいは低減した周波数帯に基づき得られる電磁気信号を出力する。

なお、このハイパスフィルタ４７は、比較的低周波のノイズ成分ｎの除去あるいは低減される作用を得るもので、診断装置５０内に設けてもよい。

診断装置５０は、電磁気信号の時間的変動の相関関係、あるいは周波数応答の相関関係を比較する装置であって、両異常検出装置４４および４５のそれぞれから電磁気信号ｄを受信して、時間的変動あるいは周波数応答の相関関係を比較照合してファイヤフライｆかノイズ成分ｎが関係しているか否かを判定する。

診断装置５０は、図１に示すように、第１の異常検出装置４４および第２の異常検出装置４５にて検出した電磁波ｄ１，ｄ２に基づく電磁気信号ｄ１１およびｄ２１の少なくとも一方を受信して、ファイヤフライｆかノイズ成分ｎが関係しているか否かの異常判定を行う機能を有する。

この異常判定には、ノイズ成分ｎやファイヤフライｆによる電磁波ｄ１あるいはｄ２が伝搬してきた場合、第１の異常検出装置４４および第２の異常検出装置４５の少なくとも一方から電磁気信号ｄ１１およびｄ２１の少なくとも一方から時間的変動や周波数応答には有意差が与えられるため、ファイヤフライｆあるいはノイズ成分ｎにより相関関係比較部で得られた比が変化することになる。

診断装置５０の具体構成は、図２に示すように、入力部５１と、第１の検出部５２ａおよび第２の検出部５２ｂと、相関関係比較部５３と、異常判定部５４と、表示部５５と、同期信号発生部５６と、を具備する。

入力部５１は、第１の異常検出装置４４および第２の異常検出装置４５の少なくとも一方から電磁気信号ｄ１１およびｄ２１の少なくとも一方を入力して、電磁気信号ｄ１１およびｄ２１の少なくとも一方を出力するものである。

第１の検出部５２ａおよび第２の検出部５２ｂは、入力部５１から電磁気信号ｄ１１およびｄ２１の少なくとも一方を入力し、信号受信の時間的変動（オシロスコープのような時間軸波形）あるいは周波数応答（スペクトラムアナライザのようなスペクトル波形）として、例えばＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換した検出信号ｄ１２およびｄ２２の少なくとも一方を出力するものでる。

相関関係比較部５３は、検出信号ｄ１２およびｄ２２の少なくとも一方を入力して時間的変動比（例えば波高値比）、周波数応答比（例えば利得化）に信号処理するものである。異常判定部５４は、相関関係比較部５３にて時間的変動比、周波数応答比に信号処理された比を閾値と比較してファイヤフライｆかノイズ成分ｎかを判定するものである。表示部５５は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号とともに判定結果を表示するものである。同期信号発生部５６は、入力部５１に対して同期信号を出力する際に、異常判定部５４からの相関関係比較データｄ３をフィードバックして入力し、入力部５１へ継続して相関関係比較データｄ３の信号と同期する同期信号ｄ４が得られるようになされる。

なお、第１の異常検出装置４４および第２の異常検出装置４５の両方の検出装置は必要ではなく、いずれか一方の検出装置と診断装置５０の組み合わせにより、ハイパスフィルタ４７により比較的低周波のノイズ成分ｎが除去あるいは低減された周波数帯を早期に検出して早期に危険予知が図れるようにしても差し支えない。

また、金属容器４１の外径と、高電圧導体４２の外径は、図３に示す一実験値を根拠として、直流用電気機器４０の定格電圧（ｋＶ）の値によって導き出すことができる。

すなわち、図３には、縦軸に電界（ｋＶ／ｃｍ）、横軸に内部金属である高電圧導体４２からの距離（ｃｍ）と金属容器４１の外径（ｍｍ）との相関が示される。

また、同軸円筒での電界値が絶縁設計基準の「４８ｋＶ／ｃｍ以下」を満たすように定格電圧（ｋＶ）と金属容器４１の外径（ｍｍ）との相関が存在する。この絶縁設計基準をクリアするためには、絶縁スペーサ４３の沿面成分電解強度である雷インパルス電圧に対して、４８ｋＶ／ｃｍが基準となる。

上述の関係から、例えば直流用電気機器４０の定格電圧を５００ｋＶとし、高電圧導体４２の外径を、例えば２７０ｍｍの外径とし、金属容器４１の外径（ｍｍ）を、約７３０ｍｍとすると、直流用電気機器の仕様で決定される定格電圧（ｋＶ）と、前記直流用電気機器の金属容器外径（ｍｍ）との間に、定格電圧（ｋＶ）＞−６００＋１．５×金属容器の外径（ｍｍ）の相関が存在する。

すなわち、金属容器４１の外径（ｍｍ）を求める場合、直流用電気機器４０としての定格電圧（ｋＶ）を例えば５００ｋＶとした場合、次の式から求めることができる。

金属容器４１の外径（ｍｍ）＜（定格電圧（ｋＶ）の値＋６００）／１．５
上式により求められた金属容器４１の外径（ｍｍ）は、図３に示す実験値から得られた値であり、この値の近似値を基準として定めることができる。

次に、直流用電気機器４０の作用について、図１乃至図３を参照して説明する。

図３に示すように、定格電圧５００ｋＶ、内部金属である高電圧導体４２の径が２７０ｍｍ、金属容器４１の外径が７３０ｍｍ、雷インパルス電圧１，３００ｋＶの印加時であることを条件として説明する。

直流用電気機器４０の高電圧導体４２に、５００ｋＶの直流電圧がかかると、図１に示すように、金属容器４１の内面側で起生するファイヤフライｆが高電圧導体４２側へ浮遊するようになる。このファイヤフライ現象により高電圧導体４２と金属容器４１間の絶縁性能の劣化を進行させようとする。

これに対して、高電圧導体４２や接触子４２ａの外側に設けた半導電性コーティングｈや絶縁コーティングｚの絶縁作用により、高電圧導体４２と金属容器４１間の絶縁性能の劣化を抑制する働きをする。

一方、ファイヤフライ現象が絶縁劣化の要因である場合には、電磁波は一般に数ＧＨｚもの高周波成分を有することから、この高周波成分を単独で検出する。

ファイヤフライ現象は、一般的には部分放電の一種であり、立上り，立下りともに数十ｐｓという急峻波形を有するとともに数ＧＨｚもの高周波成分を有するからである。

ファイヤフライ現象により起生する高周波ｄ１あるいはｄ２を第１の異常検出装置４４および第２の異常検出装置４５により検出する。

そして、第１の異常検出装置４４により検出した高周波ｄ１は、ハイパスフィルタ４７で比較的低周波のノイズ成分ｎを除去あるいは低減して比較的高周波帯の電磁気信号ｄ１１として診断装置５０側へ出力する。

このハイパスフィルタ４７は、また、もし電磁波ｄ１に気中コロナが混入していた場合には、この成分は通常数百ＭＨｚ以下の低周波成分であることから伝搬・侵入を阻止する。

第２の異常検出装置４５により検出した高周波信号ｄ２は、電磁気信号ｄ２１として診断装置５０側へ出力する。

一方、この気中コロナは主に数百ＭＨｚ以下の低周波成分しか電力用機器に伝搬・侵入してこない。

そこで、当該異常検出装置５の信号出力部に外付けでハイパスフィルタ９を設けることで、この気中コロナによるノイズ成分ｎを低減し異常検出装置５の誤診を防ぐことができる。

次に、電磁気信号ｄ１１および電磁気信号ｄ２１を入力した診断装置５０は、図２に示すように、入力部５１にて入力し、この入力部５１から出力する電磁気信号ｄ１１および電磁気信号ｄ２１を第１の検出部５２ａおよび第２の検出部５２ｂが入力して、それぞれの時間的変動又は周波数応答を検出する。そして、この電磁気信号ｄ１１および電磁気信号ｄ２１を相関関係比較部５３へ出力する。

相関関係比較部５３は、検出信号ｄ１２およびｄ２２を入力して相関関係比較データｄ３として異常判定部５４へ出力する。異常判定部５４は、相関関係比較データｄ３を入力して異常のレベルを判定する。

この異常のレベルを判定にあたって、立上り，立下りともに数十ｐｓという急峻波形を検出した場合や数ＧＨｚもの高周波成分を有する場合には、ファイヤフライｆによる異常と判定し、より一層高い周波数のノイズ発生事象（雷インパルス事象等）や架空送電線などから発生する気中コロナが存在する場合には、この気中コロナはファイヤフライｆにより発生する電磁波ｄ１やｄ２に重畳しノイズ成分ｎとして発生した場合には、ノイズによる異常と判定する。

なお、異常判定部５４は、判定中においては、継続して入力部５１に入力する電磁気信号ｄ１１およびｄ２１の周波数の同期をとってレベル合わせをするために、同期信号発生部５６へ相関関係比較データｄ３を出力する。

同期信号発生部５６は、相関関係比較データｄ３を入力して入力部５１に対して同期信号ｄ４を出力する。以後、入力部５１に入力する電磁気信号ｄ１１および電磁気信号ｄ２１の周波数同期が図られ、後段の相関関係比較部５３における相関関係比較が可能なレベルになされる。

異常判定部５４は、他方で異常判定の結果が、例えば映像信号ｄ６として表示部５５へ出力する。表示部５５は、映像信号ｄ６を入力して例えば表示画面に表示する。

このような作用をなす直流用電気機器４０は、電界レベル（ｋＶ／ｃｍ）を縦軸にとり、金属容器４１に対する内部金属である高電圧導体４２の距離（ｃｍ）との関係を図３に示すように、金属容器４１に対する高電圧導体４２からの距離についての適正ポイントｐを求める。

この適正ポイントｐは、平行平板の電界を示すレベルラインｊと、同軸円筒である高電圧導体４２の曲線ｅのそれぞれと同等レベルのポイントに設定する。

この適正ポイントｐは、具体的には、図３に示す条件において、平行平板の電界を示すレベルラインｊが電界強度５６．５（ｋＶ／ｃｍ）であり、同軸円筒での電界値が絶縁設計基準の「４８ｋＶ／ｃｍ以下」を満たすレベルラインｋと同等レベルを設定する。

このように設定した適正ポイントｐでの金属容器４１に対する内部金属である高電圧導体４２の距離（ｃｍ）は、１１．５（ｃｍ）となる。

このことにより、定格電圧（ｋＶ）と金属容器４１の外径（ｍｍ）との相関が存在し、金属容器４１に対する内部金属である高電圧導体４２の距離（ｃｍ）である１１．５（ｃｍ）は、上記条件での絶縁設計基準を満たす最小限の寸法になる。

そして、上記条件での絶縁設計基準を満たす要件として、定格電圧（ｋＶ）＞−６００＋１．５×金属容器の外径（ｍｍ）の相関を導きだすことができる。

したがって、金属容器４１の外径（ｍｍ）を求めるにあたって、上記不等式から移項した下記不等式を基準として求めることができる。

金属容器４１の外径（ｍｍ）＜（定格電圧（ｋＶ）の値＋６００）／１．５
本発明の実施形態である直流用電気機器４０によれば、金属容器４１と、金属容器４１内の中心部に配設される高電圧導体４２と、金属容器４１および高電圧導体４２との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスｇと、高電圧導体４２を金属容器４１側に支持する絶縁スペーサ４３とを備える。また、直流用電気機器４０は、直流高電圧の異常を検出する第１および第２の少なくとも一方の異常検出装置４４（４５）を備えた直流用電気機器１０であって、直流用電気機器１０の仕様で決定される定格電圧（ｋＶ）と、直流用電気機器１０の金属容器４１の外径（ｍｍ）との関係において得られる、定格電圧（ｋＶ）＞−６００＋１．５×金属容器４１の外径（ｍｍ）の相関を設計基準とすることができるようにしたから、設計品質を損なうことなく内部金属である高電圧導体４２の導体表面の許容電界を引き上げることで金属容器４１の外径に注目し、設計品質を損なうことなく外径寸法を極力低減するようにして直流用電気機器４０の小型化・軽量化に貢献する直流用電気機器４０を提供することができる。

また、直流用電気機器４０は、金属容器４１と、この金属容器４１内の中心部に配設される高電圧導体４２と、金属容器４１および高電圧導体４２との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスｇと、高電圧導体４２を金属容器４１側に支持する絶縁スペーサ４３とを備える。また、直流用電気機器４０は、金属容器４１の外側に設けられる平板電極４４ａを有する第１の異常検出装置と、絶縁スペーサ４３に埋設して設けられた第２の異常検出装置４５と、両異常検出装置４４および４５からそれぞれ電磁気信号ｄ１１およびｄ２１を受信する診断装置５０を備える。診断装置５０は、時間的変動あるいは周波数応答の相関関係を比較照合してファイヤフライｆかノイズ成分ｎが関係するかを判定することができる構成のものであるから、ファイヤフライｆによる部分放電による急峻に変化を、平板電極４４ａを備えた第１の異常検出装置４４やリング電極４５ａを備えた第２の異常検出装置４５を設置することによって波形現象を早期に捉えることができ、早期に危険予知を促すことができ、より安全に使用することができる直流用電気機器４０を提供することができる。

更に、直流用電気機器４０は、金属容器４１と、金属容器４１内の中心部に配設される高電圧導体４２と、当該高電圧導体同士を接続する接触子４２ａと、金属容器４１および高電圧導体４２との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスｇと、高電圧導体４２を金属容器４１側に支持する絶縁スペーサ４３とを備える。また、直流用電気機器４０は、直流高電圧の異常を検出する第１および第２の少なくとも一方の異常検出装置４４（４５）と、接触子４２ａの金属表面に設けられる絶縁コーティングｚを備えた構成であるから、接触子１３に絶縁コーティング１４を施すことで絶縁スペーサ４３周辺の帯電を抑制する。このことから、絶縁スペーサ４３の帯電にほとんど影響を及ぼさないと考えられる高電圧導体４２の導体表面を露出させることで、ファイヤフライｆの検出と絶縁スペーサ４３周辺の帯電抑制を同時に満足させることが可能となり、高電圧を取り扱うにあたって危険予知精度の優れた直流用電気機器４０を提供することができる。

更にまた、直流用電気機器４０は、金属容器４１および高電圧導体４２との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスｇとして、ＳＦ₆ガスにＣＯ₂，Ｎ₂などのガスを混合させることでＳＦ₆ガスの使用量を大幅に削減し、かつ金属容器４１の径を縮小し重量を削減することで環境価値の高い製品を提供することができる一方、地球的課題である地球温暖化ガスの削減および製品重量の削減が同時に可能となる直流用電気機器４０を提供することができる。

なお、上述した実施形態における直流用電気機器４０において、定格電圧５００ｋＶを想定して、図３に示す実験によるデータに基づいて説明したが、これが例えば定格電圧１０００ｋＶを想定して実験によるデータに基づいてもよいが、発生する電界値がどのように変化するかが理論的に推定することが可能であれば、この理論値を用いて安全で且つ適正な内部金属である高電圧導体４２の径を算出することも可能である。

４０ 直流用電気機器
４１ 金属容器
４１ａ 金属容器フランジ部
４２ 高電圧導体
４２ａ 接触子
４３ 絶縁スペーサ
４４ 第１の異常検出装置
４４ａ 平板電極
４５ 第２の異常検出装置
４５ａ リング電極
４６ ボルト・ナット
４７ ハイパスフィルタ
５０ 診断装置
５１ 入力部
５２ａ，５２ｂ 時間的変動検出部又は周波数応答検出部
５３ 相関関係比較部
５４ 異常判定部
５５ 表示部
５６ 同期信号発生部
ｄ 電磁気信号
ｄ１，ｄ２ 電磁波
ｄ１１，ｄ２１ 電磁気信号
ｄ１２，ｄ２２ 検出信号
ｄ３ 相関関係比較データ
ｄ４ 同期信号
ｆ ファイヤフライ
ｇ 絶縁性高圧ガス
ｈ 半導電性コーティング
ｎ ノイズ成分
ｐ 適正ポイント
ｚ 絶縁コーティング

Claims (10)

1. 金属容器と、当該金属容器内の中心部に配設される高電圧導体と、前記金属容器と高電圧導体との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスと、前記高電圧導体を前記金属容器側に支持する絶縁スペーサと、前記直流高電圧の異常を検出する第１および第２の異常検出装置の少なくとも一方と、を具備した直流用電気機器であって、
   当該直流用電気機器の仕様で決定される定格電圧（ｋＶ）と、前記直流用電気機器の金属容器外径（ｍｍ）との関係において得られる定格電圧（ｋＶ）＞−６００＋１．５×金属容器の外径（ｍｍ）の相関を基準として、前記金属容器の外径を求めるようにしたことを特徴とする直流用電気機器。
2. 前記第１の異常検出装置は、金属容器の外側に設けられる平板形電極で構成され、この平板形電極から出力する異常信号から、当該異常信号に混在する比較的低周波のノイズ成分を除去あるいは低減するハイパスフィルタを設けたことを特徴とする請求項１記載の直流用電気機器。
3. 前記第２の異常検出装置は、誘電性を有する絶縁スペーサに埋設して設けられたことを特徴とする請求項１記載の直流用電気機器。
4. 前記第２の異常検出装置は、リンク状電極で構成され、誘電性を有する絶縁スペーサの外周部に配設されたことを特徴とする請求項１記載の直流用電気機器。
5. 金属容器と、当該金属容器内の中心部に配設される高電圧導体と、前記金属容器および高電圧導体との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスと、前記高電圧導体を前記金属容器側に支持する絶縁スペーサと、金属容器の外側に設けられる平板形電極を有する第１の異常検出装置と、前記絶縁スペーサに埋設して設けられた第２の異常検出装置と、前記両異常検出装置からそれぞれ電磁気信号を受信して、時間的変動あるいは周波数応答の相関関係を比較照合してファイヤフライかノイズ成分が関係するかを判定する診断装置と、を備えたことを特徴とする直流用電気機器。
6. 前記高電圧導体の表面に、半導電性コーティングを設けたことを特徴とする請求項１または請求項５記載の直流用電気機器。
7. 金属容器の外側には直流高電圧の異常を検出する平板形電極が設けられ、前記平板形電極から出力する異常信号から当該異常信号に混在するノイズ成分を除去あるいは低減するハイパスフィルタを設けことを特徴とする請求項６記載の直流用電気機器。
8. 金属容器と、当該金属容器内の中心部に配設される高電圧導体と、当該高電圧導体同士を接続する接触子と、前記金属容器および高電圧導体との間隙に充填封入される絶縁性高圧ガスと、前記高電圧導体を前記金属容器側に支持する絶縁スペーサと、前記直流高電圧の異常を検出する第１および第２の異常検出装置の少なくとも一方と、前記接触子の金属表面に設けられる絶縁コーティングと、を具備したことを特徴とする直流用電気機器。
9. 前記高電圧導体の表面に、半導電性コーティングを設けたことを特徴とする請求項８記載の直流用電気機器。
10. 前記金属容器と高電圧導体との間隙に充填される絶縁性高圧ガスは、ＳＦ₆ガス単体またはＳＦ₆ガスにＣＯ₂，Ｎ₂の絶縁ガスを混合させたＳＦ₆混合ガスであることを特徴とする請求項１、請求項５および請求項８のいずれかに記載の直流用電気機器。

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