JP2774645B2

JP2774645B2 - 部分放電検出器

Info

Publication number: JP2774645B2
Application number: JP2045939A
Authority: JP
Inventors: 高明 ▲榊▼原; 克巳小西; 功鎌田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JPH03251011A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ガス絶縁開閉装置内部に発生した部分放電
を検出するために用いられる部分放電検出器に関するも
のである。

（従来の技術）近年、用地の高騰や都市部における電力供給量の増大
に伴う変電設備の増強化の必要性から、絶縁性及び消弧
性に優れたSF6ガスを用いて、断路器，遮断器等の変電
機器を密閉容器内に収納配置し、耐環境性とkV・Ａ当り
の据え付け体積をコンパクト化した、いわゆるガス絶縁
開閉装置が普及し稼働している。

上記のようなガス絶縁開閉装置は、コンパクト化、接
地タンクの露出充電部の削除等の利点がある反面、高性
能化に伴う保守診断の困難さ、保守修復作業時間の増大
等、容器内部に異常が生じた場合にその信頼性が著しく
低下するという欠点があった。

そこで、従来から、ガス絶縁開閉装置全体の信頼性の
向上を実現するために、装置の適切な設計・製作に努め
ているが、電力供給能力の質の向上の一貫として、装置
全体の信頼度確認及び監視が必要となり、その有効な手
段が種々検討されてきた。

その様な手段の一つとして、ガス絶縁開閉装置内部に
発生する部分放電を検出するために用いられる部分放電
検出器がある。第５図に従来から用いられている部分放
電検出器の一例を示した。即ち、一般的な密閉型ガス開
閉器は、金属容器１内に収納され、この金属容器１は絶
縁スペーサ２によって電気的に分割されて、長手方向に
連結されている。また、前記金属容器１内には、図示し
ない送電線路に電気的に接続された高電圧充電部である
中心導体３が、前記絶縁スペーサ２によって支持されて
いる。なお、前記金属容器１は、接地線（図示せず）に
よって接地されている。また、前記絶縁スペーサ２には
検電用の電極４が設けられ、この電極４と金属容器１と
の間には、浮遊容量C₂が存在し、この浮遊容量C₂はコン
デンサ５として示されている。そして、このコンデンサ
５の両端子には、信号引込み線６を介して部分放電検出
部７が接続されている。この部分放電検出部７は、特定
周波数の信号を取出すためフィルタ８に増幅回路９が接
続され、更に、ピークデイテクタ及び積分回路10が接続
されて構成されている。また、これらの機器には電源11
が接続されている。

このように構成された従来の部分放電検出器は、以下
に述べるように作用する。即ち、中心導体３に高電圧が
印加されると、中心導体３と電極４の間に存在する浮遊
容量C₁とコンデンサ５とが分圧器を構成し、コンデンサ
５の両端に分担電圧を発生する。そして、この分担電圧
には開閉器内で部分放電パルス（コロナパルス）が発生
すると、その放電に起因する高周波成分（信号）が重畳
され、部分放電検出部７に入力される。この部分放電検
出部７において、フィルタ８によって部分放電パルスに
相当する特定周波数の信号が取出され、増幅回路９で増
幅された後、ピークデイテクタ及び積分回路10を介して
外部に出力される。そして、この出力信号により、開閉
器内部で部分放電が発生したことを検出することができ
る。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述したような従来の部分放電検出器
においては、以下に述べるような解決すべき課題があっ
た。

まず、従来の部分放電検出器は、予め定められたタイ
ミングで部分放電パルスに相当する特定周波数の信号を
検出した後、任意時間幅積分し出力しているため、部分
放電の発生位相については判別できない。しかし、主器
側の異常に起因して発生する部分放電パルスの発生形態
は、一例として第６図に示すように、それぞれの異常の
種類により主回路電圧波形（位相）と密接な関係がある
のに対して、部分放電測定時に障害となる外部ノイズ
は、主回路電圧位相とは無関係にランダムに発生する場
合が多い。そのため、従来のように部分放電検出器から
単に特定周波数の信号を取り出しても、その中には外部
ノイズも含まれている可能性があり、精度の高い部分放
電検出を行うことが難しい欠点があった。また、特定周
波数の信号の有無のみを主回路電圧位相と関係なく検出
しても、前記７図に示すような位相と放電パルスとの関
係を伺い知ることはできないので、部分放電の発生原因
を推測することも不可能であった。

また、従来の部分放電検出器は、検出された部分放電
パルスを直接光ケーブルを使用して伝送しているが、実
際の部分放電パルスは、パルス幅が数10ns以下であるた
め、信号を安定して光伝送することは難しい。つまり、
このような高速パルスを光信号に変換することは技術的
には可能ではあるが、コロナパルスを単純に光変換して
アナログ的に伝送する場合、光ケーブル長や光コネクタ
部等による減衰の影響が大きくなり、現地における調整
を個々のセンサについて行う必要があり、また、光コネ
クタを着脱すると、その度にコネクタ部の減衰量が変化
するため、正確な計測ができないという問題があった。

本発明は上記の従来技術に鑑みてなされたもので、そ
の第１の目的は、外部ノイズに影響されることがなく精
度の高い部分放電パルスを検出することができ、しかも
部分放電発生の原因究明も可能な部分放電検出器を提供
することである。

また、本発明の第２の目的は、検出された部分放電信
号を光伝送する場合にも、光ケーブル長による減衰や、
光コネクタ部による減衰量の変動等による影響を除去す
ることができ、正確な部分放電の検出が可能な部分放電
検出器を提供することである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、絶縁スペーサ部或いは接地金属容器内に接地金属容器
とは絶縁された状態で設けられ、部分放電信号及び商用
周波信号の両信号を検出する浮遊電極と、この浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用
周波信号の両信号から部分放電信号を分離検出する部分
放電検出部と、この浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用
周波信号の両信号から前記商用周波信号を分離し、この
商用周波信号から主回路電圧位相信号を検出する主回路
電圧位相検出部と、前記部分放電検出部と主回路電圧位相検出部からの部
分放電信号と主回路電圧位相信号に基づいて、任意位相
の部分放電を計測する演算部とを備えていることを特徴
とするものである。

また、請求項２の発明は、前記請求項１の発明における部分放電検出部と主回電
圧位相検出部が、部分放電信号及び商用周波信号から特定周波数帯の信
号を検出するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタからの出力信号を任意の時間
幅を持ったパルス信号に変換するピークホールド回路ま
たは積分回路と、このピークホールド回路または積分回路の出力信号を
周波数変調し光信号として出力するV/F変換器及びE/O変
換器とを備えたものであることを特徴とするものであ
る。

（作用）上記のような構成を有する請求項１の発明によれば、
同一の浮遊電極から部分放電信号及び商用周波信号を検
出し、前記商用周波信号から作成した主回路電圧位相に
対応した基準パルスを基に任意位相の部分放電を計測す
ることにより、外部ノイズと部分放電パルスとを区別す
ることができると共に、主回路電圧位相に対してどのよ
うなパターンで部分放電が発生しているかを知ることが
できる。

また、部分放電パルスを主回路商用周波電圧の位相に
対応させて計測するためには、商用周波電圧一周期分の
1/100程度のパルス分解能があれば充分であるため、部
分放電パルスをこのような時間幅内でピークホールドま
たは積分して、光伝送用のパルス信号を得るように構成
した請求項２の発明によれば、そのパルス信号をV/F変
換後E/O変換し、デシタル信号に近い形で受信器側に伝
送することが可能となるので、前述した光ケーブル長に
よる減衰や、光コネクタ部による減衰量の変動等による
影響を除去することができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図に従って
具体的に説明する。

一般的な密閉型ガス開閉器は金属容器１内に収納さ
れ、この金属容器１は絶縁スペーサ２によって電気的に
分割されて、長手方向に連結されている。また、前記金
属容器１内には、図示しない送電線路に電気的に接続さ
れた高電圧充電部である中心導体３が、前記絶縁スペー
サ２によって支持されている。なお、前記金属容器１
は、接地線（図示せず）によって接地されている。ま
た、前記絶縁スペーサ２には部分放電検出用の浮遊電極
４が設けられ、この浮遊電極４と金属容器１との間に
は、浮遊容量C₂が存在し、この浮遊容量C₂はコンデンサ
５として示されている。そして、このコンデンサ５の両
端子には信号引込み線６を介して、検出部7aが接続され
ている。この検出部7aは、部分放電検出部と主回路電圧
位相検出部より構成されており、信号は同一の浮遊電極
４より得られる構成となっている。

まず、部分放電検出部は、浮遊電極４で検出された信
号中から高周波信号成分を分離し後段の電子回路部へ送
るための変成器12と、この変成器12に接続され、高周波
信号から部分放電パルスに相当する特定の周波数帯の信
号（部分放電パルスとノイズが含まれている可能性あ
り）を取出すためのバンドパスフィルタ13を備えてい
る。このバンドパルスフィルタ13には、前記特定周波数
の信号を処理する増幅器14及び検波回路15と、この特定
周波数の信号を一定のパルス幅に変換する積分回路また
はピークホールド回路16が接続されている。更に、この
積分回路またはピークホールド回路16には、上記のよう
にして得られた特定周波数のパルス信号を変調するV/F
変換回路17、この変調された信号を光信号に変換するE/
O変換回路18、この光信号を受信部7bに伝送する光ファ
イバー19が設けられている。

一方、主回路電圧位相検出部は、部分放電検出部と同
様に、浮遊電極４で検出された信号中から高周波信号成
分を分離し後段の電子回路部へ送るための変成器12と、
この変成器12に接続されて高周波信号から商用周波のみ
を取出すバンドパスフィルタ20を備えている。このバン
ドパスフィルタ20には、増幅器21、商用周波の特定の位
相をパルスとして検出するコンパレータ22、及びその検
出パルスを整形するパルス整形回路23が接続されてい
る。更に、このパルス整形回路23には、前記部分放電検
出部と同様に、パルス整形回路23で得られた電圧位相パ
ス信号を変調するV/F変換回路17、この変調された信号
を光信号に変換するE/O変換回路18、この光信号を受信
部7bに伝送する光ファイバー19が設けられている。

なお、図中、31は供給された電源を任意の電圧に変換
するコンバータである。

受信部7bには、検出部7aの部分放電検出部から送られ
た特定周波数の信号を電気信号に変換するO/E部24及びF
/V変換回路25が設けられ、これらの回路は増幅器26を介
して積分回路27、A/D変換部28、及び演算装置29に接続
されている。また、受信部7bには、主回路電圧位相検出
部からの電圧位相パルス信号を電気信号に変換するため
O/E部24及びF/V変換回路25が設けられ、これらの回路が
増幅器26及び波形整形回路30を介して演算器29に接続さ
れている。

このような構成を有する本実施例の部分放電検出器
は、以下のように作用する。

ガス絶縁開閉装置の機器内部において部分放電が発生
すると、第２図に示すように商用周波には、あらゆる周
波数成分を含む高周波信号が重畳され、これが検出部7a
に入力される。この信号は、検出部7a内に設けられてい
るバンドパスフィルタ13・20にて部分放電パルスを含む
特定周波数の信号と商用周波とに分離される。このう
ち、部分放電パルスとそのノイズを含む可能性のある特
定周波数の信号は、リアルタイムで計測され、増幅器14
及び検波回路15で増幅・検波された後、積分回路または
ピークホールド回路16にて位相分離計測可能な時間幅、
例えば１サイクルの10分から100分の１以下でピークホ
ールドされ、その後、V/F変換回路17で変調された後、E
/O変換回路18にて光信号として出力され、光ファイバー
19を通して受信部7bに送られる。一方、バンドパスフィ
ルタ20で検出された商用周波は、増幅器21にて増幅され
た後、コンパレータ22である特定の位相、例えばゼロク
ロス点の位相が電圧位相パルスとして検出され、この電
圧位相パルスがパルス整形回路23にて波形整形される。
その後、この電圧位相パルスは、V/F変換回路17で変調
された後、E/O変換回路18にて光信号として出力され、
光ファイバー19を通して受信部7bに送られる。このよう
に光伝送された部分放電パルスを含む特定周波数のパル
スと電圧位相パルスとは、それぞれ受信部7bにおいて、
O/E部24、F/V変換回路25、増幅器26により、伝送時の光
信号から演算器29により処理可能な電気信号に逆変換さ
れる。

上記のようにして得られた両パルス信号から、演算器
29により部分放電を検出するには、第３図のようにす
る。まず、部分放電パルスを含む特定周波数のパルス
は、受信部7bの積分回路27において、第３図P₃で示すよ
うな矩形波パルスに整形される。一方、波形整形回路30
より出力された電圧位相パルス（第３図ではゼロクロス
点で電圧位相パルスP₁が一定時間t₁出力される）を基
に、演算器29から計測タイミングパルスP₂が出力され
る。この計測タイミングパルスP₂は、演算器29によって
計測開始時間t₁及び計測時間幅t₂が制御されており、前
記第６図の部分放電パルスの発生パターンから見て、主
回路電圧の位相のうち最も部分放電パルスが発生する可
能性のある範囲に出力される。そして、A/D変換部28で
は、この計測タイミングパルスP₂が出力されている間だ
け、部分放電パルスを含む特定周波数のパルス信号がデ
イジタル値に変換され、このA/D変換部28からの出力の
有無によって、その位相部分に特定周波数のパルス信号
が存在するか否か、言い換えれば部分放電が発生したか
否かが判定される。

即ち、検出部7aのバンドパスフィルタ13により分離さ
れた特定周波数の信号には、部分放電の測定にあたって
障害となるノイズが含まれており、これをピークホール
ド回路16などで一定のパルス信号に変換しても、含まれ
たノイズは除去されない。しかし、上記のようにして、
計測タイミングパルスP₂の出力の間だけ特定周波数のパ
ルス信号をA/D変換部することは、主回路電圧位相の最
も部分放電パルスの発生し易い箇所、即ちノイズとは考
え難い位相部分に特定周波数のパルスが存在することを
示すことになる。その結果、この特定周波数のパルスを
部分放電パルスと判断できる蓋然性が極えて高くなり、
単に部分放電パルスに相当する特定周波数のパルスの有
無だけで部分放電の判定を行っていた従来の部分放電検
出器に比べて、部分放電の検出精度が格段に向上する。

また、部分放電パルスの主回路電圧位相に対する発生
パターンは、第６図のような特徴を有しているので、計
測開始時間t₁及び計測時間幅t₂を適宜変更することによ
り、計測タイミングパルスP₂を特定のパターンの予想さ
れる部分放電発生範囲に出力させ、その部分の前記特性
周波数のパルスの有無を検出すれば、どのようなパター
ンで部分放電パルスが生じているかを判定することがで
き、部分放電発生の原因も判定することができる。

以上説明したように本実施例においては、絶縁スペー
サ部に埋め込まれた同一の浮遊電極から部分放電信号を
含む特定周波数の信号と商用周波信号との両信号を検出
し、前記商用周波信号から作成した主回路電圧位相に対
応した基準パルスを基に、任意位相の部分放電を計測す
ることにより、部分放電の位相解析が可能となり、高精
度で更に信頼性の高い部分放電検出器が提供できる。ま
た、本実施例では、商用周波と部分放電信号を同一電極
から検出しているため、検出部の機器への取付け等が容
易な利点もある。

（他の実施例）本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、
例えば第４図に示すように、主回路に、前記第１実施例
で示す浮遊電極４及び検出部7aに加え、複数箇所の浮遊
電極４と部分放電検出部を設け、各検出部を光ファイバ
ー19によって受信部7bに集中して接続することもでき
る。この様な構成を有する第４図の実施例では、主回路
の複数箇所で同一タイミングで計測を行い、各検出部間
のデータを差分処理することができるので、より信頼性
の高い部分放電検出が可能となる。

また、第１図の実施例において、E/O変換器18として
光周波数が異なるものを用い、その合光波合成器を用い
て双方の光信号を合成し、その合成した信号を同一の光
ファイバーで受信器側に伝送し、受信器側ではO/E変換
器24の前に光波分波器を設け、それぞれの信号を分離処
理することもできる。このような構成により、単一光ケ
ーブルで部分放電信号と主回路電圧位相信号を伝送する
ことができる。

また、第１図の実施例では、主回路電圧の位相パルス
を検出部で検出したが、商用周波電圧信号をそのままV/
F及びE/O変換し、受信器側にて位相信号を生成すること
もできる。

更に、、浮遊電極４としては、第１図のように絶縁ス
ペーサ２内に埋設したもの以外に、特公昭52−45014号
公報に記載のように、浮遊電極を金属容器１と中心導体
３との間に絶縁して装着したものを使用することもでき
る。また、絶縁スペーサ２の表面に浮遊電極を張り付け
るように設けることもできる。

［発明の効果］以上のように請求項１の発明では、絶縁スペーサ部或
いは接地金属容器内に絶縁状態で配設された同一の浮遊
電極から、部分放電信号及び商用周波信号を検出し、商
用周波信号から作成した主回路電圧位相に対応した基準
パルスを基に任意位相の部分放電を計測することによ
り、検出精度が高く部分放電発生原因の究明も可能な信
頼性の高い部分放電検出器を提供することができる。

また、請求項２の発明によれば、極めてパルス幅の短
い部分放電パルスを、ピークホールド回路または積分回
路によって処理して光伝送用のパルス信号を得るように
構成したので、デシタル信号に近い形で受信器側に光伝
送することが可能となり、光ケーブル長による減衰や光
コネクタ部による減衰量の変動等による影響を除去する
ことができ、信頼性の高い部分放電検出器を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の部分放電検出器の一実施例を示す回路
図、第２図は本発明における検出部の入力及び出力波形
を示すグラフ、第３図は主回路電圧位相と各検出パルス
の関係を示すグラフ、第４図は本発明の他の実施例を示
す回路図、第５図は従来の部分放電検出器の一例を表す
回路図、第６図は部分放電発生原因と部分放電パルスの
発生パターンを示すグラフである。１……金属容器、２……絶縁スペーサ、３……中心導
体、４……浮遊電極、５……コンデンサ、６……信号引
込み線、７……部分放電検出器、7a……検出部、7b……
受信部、８……フィルタ、９……増幅回路、10……ピー
クデイテクタ及び積分回路、11……電源。 12……変成器、13……バンドパスフィルタ、14……増幅
器、15……検波回路、16……積分回路またはピークホー
ルド回路、17……V/F変換回路、18……E/O変換回路、19
……光ファイバー、20……バンドパスフィルタ、21……
増幅器、22……コンパレータ、23……パルス整形回路、
24……O/E変換回路、25……F/V変換回路、26……増幅
器、27……積分回路、28……A/D変換部、29……演算
器、30……波形整形回路、31……コンバータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−15670（ＪＰ，Ａ) 特開平１−136074（ＪＰ，Ａ) 特開平１−214219（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−223567（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−7310（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−88658（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−193711（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−23370（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02B 13/00 - 13/06 H02H 7/00 G01R 31/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、高
電圧充電部を絶縁スペーサで支持した状態で収納して成
るガス絶縁開閉装置の部分放電検出器において、絶縁スペーサ部或いは接地金属容器内に接地金属容器と
は絶縁された状態で設けられ、部分放電信号及び商用周
波信号の両信号を検出する浮遊電極と、この浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用周
波信号の両信号から部分放電信号を分離検出する部分放
電検出部と、この浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用周
波信号の両信号から前記商用周波信号を分離し、この商
用周波信号から主回路電圧位相信号を検出する主回路電
圧位相検出部と、前記部分放電検出部と主回路電圧位相検出部からの部分
放電信号と主回路電圧位相信号に基づいて、任意位相の
部分放電を計測する演算部とを備えていることを特徴と
する部分放電検出器。
【請求項２】前記部分放電検出部と主回路電圧位相検出
部が、部分放電信号及び商用周波信号から特定周波数帯の信号
を検出するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタからの出力信号を任意の時間幅
を持ったパルス信号に変換するピークホールド回路また
は積分回路と、このピークホールド回路または積分回路の出力信号を周
波数変調し光信号として出力するV/F変換器及びE/O変換
器とを備えたものである請求項１記載の部分放電検出
器。