JP2014202537A - 部分放電検出装置およびその設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属電極専用のピットを設けることなく低コストに部分放電を検出する機能を実現できる部分放電検出装置およびその設置方法を提供する。
【解決手段】部分放電検出装置は、高周波ケーブル、誘電体、平面状の金属電極を備える。高周波ケーブルは金属容器に配置された絶縁ガス吸排用のガス吸排口に挿入される。誘電体は高周波ケーブルを金属容器内に通し、金属容器の内側でガス吸排口を覆うように配置される。金属電極は金属容器およびガス吸排口には非接触で誘電体の上面に固着されている。金属電極には誘電体を通じた高周波ケーブルの芯線が接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、部分放電検出装置およびその設置方法に関する。

一般に、例えば変電所などの電力施設では、ＧＩＳなどのガス絶縁開閉装置、ガス絶縁母線、ガス絶縁変圧器等のガス絶縁機器が用いられている。ガス絶縁機器は、絶縁ガスを充填した密閉金属容器内に高電圧が印加される金属導体を収納し、これを絶縁物により支持してなる機器である。

このガス絶縁機器において、何らかの原因で金属容器内部に金属異物が混入し、または長期間の課電により支持誘電体の絶縁性能が劣化した場合に絶縁破壊に至り、その劣化部位に絶縁破壊の兆候である部分放電が発生することが知られており、この部分放電をいち早く検出することが重要である。

例えばガス絶縁機器を設置した場所（現地）で既に機器が運転状態にある場合、ガス絶縁機器は、低周波ノイズのレベルが比較的高く、従来の低周波法（数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）では、低周波ノイズとの判別が難しく、部分放電の検出が困難である。

部分放電を精度よく検出する方法の一つに、部分放電に起因して発生する電磁波を検出するＵＨＦ法がある。このＵＨＦ法は、金属容器内部にピット（凹部）を設けこのピットに金属電極を取り付け、この金属電極により金属容器内部の電磁波を検出する方法である。

ＵＨＦ法は、ＵＨＦ帯域の比較的高い周波数の信号を測定・評価することで、部分放電の有無を判断できるため、低周波ノイズの影響を受けることなく感度良く部分放電を検出できる手法として近年注目されている。

特開２００９−１７４８９４号公報

従来のＵＨＦ法の場合、厚みのある円形状の金属電極を金属容器に取り付けるため、金属電極専用のピット（凹部）を設ける必要があり、その分コストアップすると共に、ピットを設けるスペースを確保する必要があるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、金属電極専用のピットを設けることなく低コストに部分放電を検出する機能を実現できる部分放電検出装置およびその設置方法を提供することにある。

実施形態の部分放電検出装置は、高周波ケーブル、誘電体、薄板状の金属電極を備える。高周波ケーブルは金属容器に配置された絶縁ガス吸排用のガス吸排口に挿入される。誘電体は高周波ケーブルを金属容器内に通し、金属容器の内側でガス吸排口を覆うように配置される。金属電極は金属容器およびガス吸排口には非接触で誘電体の上面に固着されている。金属電極には誘電体を通じた高周波ケーブルの芯線が接続されている。

第１実施形態の部分放電検出装置の側部断面図である。 金属電極を示す平面図である。 誘電体を示す平面図である。 第２実施形態の部分放電検出装置の側部断面図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
図１は第１実施形態の部分放電検出装置の構成を示す側方断面図、図２は金属電極を示す平面図、図３は誘電体を示す平面図である。
図１乃至３に示すように、第１実施形態の部分放電検出装置は、ガス絶縁開閉装置（Gas Insulated Switchgear：ＧＩＳ）の配管である円管状の金属容器２（絶縁ガス封入容器）、平面状の金属電極３、誘電体４、高周波ケーブル５、ガス配管６、測定器８などを備える。

金属容器２の管面には、ガス吸排口２ａが設けられている。ガス吸排口２ａにはガス配管６が突設されている。ガス配管６は、フランジ状であり、この他、例えばＴ状繋手またはＬ状繋手などのものもある。このガス配管６には配管の軸方向にガス吸排用の穴が設けられている。

高周波ケーブル５は、金属電極３により受信された電磁波の信号を金属容器２の外部に引き出すための単芯のケーブルであり、例えば同軸ケーブルなどである。高周波ケーブル５の芯線は、ガス配管６の穴から金属容器２の内部に入るようにその穴に挿通されている。つまり高周波ケーブル５の芯線は、ガス吸排口２ａおよび誘電体４の穴を通じて金属電極３の中央部に接続されている。

金属容器２の内壁面には、ガス吸排口２ａを覆うように誘電体４が配置されている。誘電体４は、金属容器２の内壁面に沿って設けられている。誘電体４の上面は平坦になっており、この上面には、金属容器２およびガス吸排口２ａに非接触で金属電極３が固定（固着）されている。

金属電極３は、円盤状の薄い金属板（薄板状の電極）であり、電磁波検出用のアンテナまたはセンサとして機能する。金属電極３は、金属容器２の内部で発生した部分放電を検出し、検出信号を出力するセンサである。

図２に示すように、金属電極３は、例えば細い金属線を網目状に織り込んで形成したものである。網目の直径、つまり隙間の径は、絶縁ガス吸排用の異物混入防止フィルタと同程度とされている。隙間の径の一例としては、例えば６０μｍ〜１ｍｍ程度、つまり１ｍｍ以下などである。金属電極３の隙間の形状は、網目状以外に、例えばハニカム状であってもよい。また、金属電極３自体を多孔質の焼結金属にしてもよい。さらに、網目状に織り込む素材は、金属繊維でも可能である。

金属電極３は、金属容器２の電界強度が比較的低い位置、つまり金属容器２の内壁面に非接触でかつできるだけ近い位置に配置するのが好ましい。金属電極３は、帯電部または充電部である金属導体１などから生じた部分放電によって発生する電磁波を受信する。

部分放電に伴う電磁波は、数十ＭＨｚから数ＧＨｚにわたる信号が含まれているため、金属電極３は、ＵＨＦ帯域の電磁波信号（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）を検出する素材、サイズおよび形状で設計されている。

図３に示すように、誘電体４は、中央部がくりぬかれた円管状、例えばドーナツ状の絶縁部材であり、その中央部の穴を通して高周波ケーブル５を金属容器２内に導入するようになっている。誘電体４は、金属電極３を金属容器２から絶縁するための誘電体（絶縁体）である。誘電体４の素材としては、例えばテフロン（登録商標）、セラミック、マイカ、油などが用いられる。

誘電体４の底部は、金属容器２の内壁面と同等の曲率を有しており、金属容器２の内壁面に接着剤などで貼り付けられ、壁面に密着している。誘電体４と金属電極３は接着剤などで剥離しないように接合されている。

測定器８は、例えば表示部９が設けられたオシロスコープなどであり、表示部９には、金属容器２内に配置した金属電極３により検出された電磁波の信号波形が表示される。この波形をオペレータが視認することで、部分放電の有無を確かめることができる。

なお、測定器８に、通信ケーブルまたはＬＡＮなどのネットワークを介して監視装置およびデータ処理装置としてコンピュータなどを接続し、金属電極３により検出された電磁波の信号解析を行うことで部分放電を検出してもよい。

ＧＩＳは、接地電位の密閉された金属容器２、高電圧が印加される金属導体１などを備える。金属容器２の内部には、ＳＦ６ガスなどの絶縁ガス７が封入されている。金属導体１は、絶縁物からなる絶縁スペーサ（図示せず）によって金属容器２のほぼ中央の位置に支持されている。金属容器２の内部がこの装置の監視対象である。

以下、第１実施形態の部分放電検出装置の作用を説明する。
この第１実施形態の場合、金属容器２の内部に配置したガス吸排口２ａの上に金属容器２と同等の曲率を有する薄い環状の誘電体４を配置し、その上に網目状の薄い金属電極３を配置して金属電極３と金属容器２との間の絶縁を確保し、金属電極３が受信した部分放電によって生じた電磁波の信号をガス配管６内に通した高周波ケーブル５を通じて金属容器２の外部に配置した測定器８へ送り、測定器８にて部分放電を測定（検出）する。

この実施形態では、金属電極３が網目上になっているので、ガス封入・回収時のガス流の妨げになることはない。またガス吸排口２ａの数だけ電極を配置することで、電磁波の波高値や伝播時間差などを評価して部分放電発生箇所の位置標定を精度よく実施できる。

（第１実施形態の効果）
このようにこの第１実施形態によれば、既設のガス配管６を利用して高周波ケーブル５を通じて金属容器２の内部に通し、そのガス配管６の位置に部分放電検出のためのセンサである金属電極３および誘電体４を配置することで、部分放電を検出する機能を低コストに実現できる。

また金属電極３を網目状の電極とし、誘電体４を例えば円環状の構造とすることで、これら構造体をガス吸排口２ａの上に配置してもガス封入・回収のガス流の妨げになることはない。

さらに金属容器２の内面と同じ曲率を有する誘電体４の上に薄い網目状の金属電極３を配置する構造としたことで、周波数帯域や求める検出感度に合わせて金属電極３の形状やサイズを自由に設定することができる。

また金属電極３と誘電体４の一体物を金属容器２の内部の任意の位置に配置することで、あらゆる方向から伝搬する電磁波を確実に受信し、部分放電発生個所の位置標定を精度よく行うことができる。

さらに、金属電極３の網目の開口サイズをガス吸排時の異物混入防止フィルタと同程度とすることで、金属電極３自体がフィルタとしても機能するので、ガス封入時に異物が金属容器２内に混入することを防止し、異物が原因で発生する絶縁破壊を防ぐことができる。

すなわち、金属電極を配置するための大掛かりな専用のピットを設ける必要がなく、また新たなリーク箇所も増えることはない。また比較的安価な装置でガス吸排口２ａの数だけ金属電極３を配置することが可能であり、電磁波の波高値や伝播時間差などにより部分放電の発生源の位置標定が精度よく実施することができる。つまり金属電極専用のピットを設けることなく低コストに精度よく部分放電を検出する機能を実現できる。

（第２実施形態）
続いて、図４を参照して第２実施形態を説明する。図４は第２実施形態の部分放電検出装置の構成を示す側方断面図である。なおこの第２実施形態において上記第１実施形態と同様な構成には同一の符号を付しその説明は省略する。

図４に示すように、第２実施形の部分放電検出装置は、誘電体４ａと金属電極３ａを備える。誘電体４ａは金属容器２の内壁の曲面に沿うように板状に形成されている。金属電極３ａは、誘電体４ａの上部にその曲面に沿って配置されている。誘電体４ａと金属電極３ａは金属容器２の内壁の曲率とほぼ同じ曲率である。

（第２実施形態の効果）
このようにこの第２実施形態によれば、金属容器２の内壁の曲面に沿うように誘電体４ａを板状に形成したことで、金属導体１から金属電極３ａまでの距離をより均等にかつ遠ざけることができ、この結果、部分放電を含む電磁波をより精度よく検出することができるようになる。

本発明の実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

なお、上記実施形態では、高周波ケーブル５の芯線を、既設のガス配管６を通じて金属容器２内に通すことで、ガス配管６の真上に限らず、金属容器２内の任意の位置に誘電体４と金属電極３を配置してもよい。またこのとき誘電体４と金属電極３との一体物を予め作成しておき、金属容器２の内部に固定するようにしてもよい。

また上記実施形態では、金属電極３の外形を円盤状としたが、この他、例えば金属導体１の軸方向に径を長くした楕円形や扇形など、指向性を持つように非対称な形状にしてもよい。このように金属電極３の形状を非対称形状にすることで、金属電極３に指向性を持たせ、さらに非対称形状の電極を外部から回動させて、そのときの検出信号レベルの変化により電磁波の伝搬方向を特定することで、部分放電発生個所の位置標定を精度よく実施できる。
上記実施形態では、誘電体４の上に薄い網目状の金属電極３を１つ配置したが、複数配置してもよい。

１…金属導体、２…金属容器、３…金属電極、４…誘電体、５…高周波ケーブル、６…ガス配管、７…絶縁ガス、８…測定器、９…表示部。

Claims (8)

1. 金属容器に配置された絶縁ガス吸排用のガス吸排口に挿入された高周波ケーブルと、
   前記高周波ケーブルを前記金属容器内に通し、前記金属容器の内側で前記ガス吸排口を覆うように配置された誘電体と、
   前記金属容器および前記ガス吸排口には非接触で前記誘電体の上面に固着され、前記誘電体を通じた前記高周波ケーブルの芯線が接続された薄板状の金属電極と
   を備える部分放電検出装置。
2. 前記誘電体を前記金属容器の内壁の曲面に沿うように板状に形成した請求項１に記載の部分放電検出装置。
3. 前記金属電極の外形を、指向性を持つように非対称な形状にした請求項１または請求項２いずれかに記載の部分放電検出装置。
4. 前記金属電極と前記誘電体とを一体化したものを、前記金属容器の内壁に貼り付けて固着した請求項１乃至３いずれか１項に記載の部分放電検出装置。
5. 前記金属電極に絶縁ガス吸排用の複数の隙間を設けた請求項１乃至４いずれか１項に記載の部分放電検出装置。
6. 前記隙間の径を、絶縁ガス吸排用の異物混入防止フィルタと同程度とした請求項５に記載の部分放電検出装置。
7. 前記複数の隙間を、金属線で織り込んで網目状またはハニカム状に形成した請求項５に記載の部分放電検出装置。
8. 金属容器に配置された絶縁ガス吸排用のガス吸排口に高周波ケーブルを挿入し、
   前記高周波ケーブルを前記金属容器内に通し、
   前記金属容器の内側で前記ガス吸排口を覆うように誘電体を配置し、
   前記誘電体の上面に平面状の金属電極を固着し、
   前記金属容器および前記ガス吸排口には非接触で前記誘電体を通じた前記高周波ケーブルの芯線を前記金属電極に接続した
   部分放電検出装置の設置方法。

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