JP3168751B2 - 真空バルブの真空漏れ検知方法および装置 - Google Patents

真空バルブの真空漏れ検知方法および装置

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JP3168751B2
JP3168751B2 JP01475993A JP1475993A JP3168751B2 JP 3168751 B2 JP3168751 B2 JP 3168751B2 JP 01475993 A JP01475993 A JP 01475993A JP 1475993 A JP1475993 A JP 1475993A JP 3168751 B2 JP3168751 B2 JP 3168751B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は真空遮断器や真空接触
器に使われる真空バルブの真空漏れを検知する方法およ
びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、真空遮断器の構成例を示す側面
図である。真空バルブ1の可動リード8が絶縁ロッド2
0を介して操作レバー21に連結され、この操作レバー
21の他端は絶縁フレーム13内に収納されている図示
されていない操作器に連結されている。また、可動リー
ド8はフレキシブル線22を介して主回路端子23に導
電接続されている。一方、真空バルブ1の固定リード7
はもう一方の主回路端子24に導電接続されている。主
回路端子23、24はそれぞれ絶縁碍子25、26に固
定されている。この真空遮断器は引出形であり、フレー
ム13の下部は車輪27を介して配電盤のフレーム28
上に配されている。把手29によって図1の左右に出し
入れすることによって、主回路端子23、24の端部に
あるクリップ23A、24Aが図示されていない主回路
母線と接続又は断路される。
【0003】図7は図6の要部断面図である。真空バル
ブ1が固定電極2と可動電極3よりなる接点を形成する
とともに、この接点を周回するアークシールド4を備え
ている。この接点とアークシールド4とが円筒状の絶縁
容器5に収納されている。絶縁容器5は内部が高真空に
保たれ、その両端は蓋6A、6Bが気密に取り付けられ
てある。固定電極2は蓋6Aに固定され、固定リード7
によって外部回路に電気的に接続される。一方、可動電
極3はベローズ9を介して蓋6Bに固定され、可動リー
ド8によって外部回路に電気的に接続される。アークシ
ールド4は蓋6Aに取り付けられてあり、遮断時に接点
のアークによって発生する金属蒸気が絶縁容器5の内壁
面に付着するのを防止している。なお、アークシールド
4の取り付け構成は図7の構成と異なり、蓋6B側に取
り付けられてある場合もあり、また、絶縁容器5の中間
に蓋6A、6Bとは絶縁された状態で配されてある場合
もある。また、図7は接点が閉路された状態の構成を示
している。
【0004】真空バルブ1は、その絶縁容器5内の真空
圧力が10-4Torr以下の高真空になるように気密に
なっている。万一、その真空が漏れて絶縁容器5内部の
真空圧力が上昇すると、真空バルブ1の遮断特性や絶縁
性能に支障をきたし使用不能になってしまう。したがっ
て、真空バルブ1の真空度チエックはメンテナンスにお
いて非常に重要なことである。
【0005】従来、真空バルブ1の真空漏れ検知には、
開路状態の接点間に高電圧を印加し、接点間の耐電圧を
調べる方法が用いられていた。真空圧力が上昇すると接
点間の閃絡電圧が低下することに着目し、この方法によ
って真空バルブ1の真空漏れが定期的にメンテナンスさ
れていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の方法は、真空バルブを主回路から外さな
ければならないという問題があった。すなわち、メンテ
ナンス時に真空バルブに高電圧をかけるために、真空バ
ルブを収納盤から引き出し、主回路から外していた。そ
のため、メンテナンスに多大の時間と労力がかかり、停
電時間も長く必要であった。
【0007】真空バルブの使用中にその真空度を測定す
る方法として、真空計を真空バルブに取り付ける方法も
考えられる。しかし、前述のように真空度を高真空に保
つ必要があるので、真空バルブに真空計を取り付ける
と、その取り付け部の真空漏れも厳重に管理する必要が
ある。真空計を取り付けたために、かえって真空バルブ
の信頼性が低下することになる。そのために、一般に真
空計による方法は使われない。
【0008】この発明の目的は、真空バルブ自体の信頼
性を低下させることなしに真空バルブの真空漏れを使用
中に検知可能にすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の方法によれば、真空の絶縁容器内に可動
電極と固定電極よりなる接点と、この接点を周回するア
ークシールドとを収納した真空バルブの真空漏れを検知
する方法であって、前記アークシールドを前記可動電極
または固定電極のいずれか一方の電極と同電位におき、
このアークシールドの外周面の真空部又は絶縁容器の内
壁面のいずれかに突起を形成するとともに絶縁容器の外
側に空気ギャップを介して検出電極を配し、この検出電
極を電流センサを介して接地し、真空バルブの真空度が
低下したときに前記突起から生ずる放電電流を前記電流
センサによって検知し、真空バルブが真空漏れしている
ことを検知することとする。
【0010】また、この発明によれば、真空の絶縁容器
内に可動電極と固定電極よりなる接点と、この接点を周
回するアークシールドとを収納した真空バルブの真空漏
れを検知するものにおいて、アークシールド外周面の真
空部に形成された突起と、絶縁容器の外側に空気ギャッ
プを介して配されるとともに接地された検出電極と、こ
の検出電極の接地線に介装され、真空バルブの真空度が
低下したときに前記突起から生ずる放電電流を検知して
出力する電流センサと、この電流センサの出力を受けて
真空バルブが真空漏れしていることを報知する信号処理
装置とにより構成されたものとし、かかる構成におい
て、突起が絶縁容器の内壁面に接触してなるものとし、
さらに、突起が金属性の接触ばねであるものとする。
【0011】かかる構成において、電流センサが一次巻
線を入力側とし二次巻線を出力側とする変流器よりな
り、この変流器の二次巻線に共振コンデンサが並列接続
され、放電電流の100kHz ないし200kHz の間の特
定周波数成分に同調した信号を変流器が出力するものと
する。また、電流センサが一次巻線を入力側とし二次巻
線を出力側とする2台の変流器よりなり、この2台の変
流器の一次巻線同士は直列に接続されて検出電極の接地
線に介装され、2台の変流器の二次巻線にそれぞれ共振
コンデンサが並列接続され、一方の変流器は100kHz
ないし200kHz の間の特定周波数に同調した信号を、
他方の変流器は1MHz ないし10MHz の間の特定周波数
成分に同調した信号をそれぞれ出力し、前記2台の変流
器の出力する信号のレベルを比較して真空バルブの真空
度の低下の度合いを報知するものである。
【0012】
【作用】この発明の構成によれば、可動電極または固定
電極のいずれか一方の電極と同電位におかれたアークシ
ールドの外周面の真空部、又は絶縁容器の内壁面に突起
を設け、さらに、絶縁容器の外側に空気ギャップを介し
て検出電極を配した。空気ギャップを適切な長さに設定
しておけば、真空バルブの運転電圧印加によって突起先
端部の電界が非常に高くなる。真空バルブが真空漏れを
起こし、絶縁容器内の真空度が低下すると、真空中の絶
縁耐力が低下する。しかし、突起先端部のように局部的
に電界の高い部分が存在すると、真空バルブはいきなり
全路破壊せずに突起先端部の真空空間だけが局部的に絶
縁破壊し部分放電が発生する。
【0013】上述のように突起を故意に真空バルブ内に
設け部分放電を発生させると、高周波成分を含んだ放電
電流が周囲に放出される。そのために、放電電流が絶縁
容器や真空空間、空気ギャップを静電容量とみなして静
電誘導的に通過し検出電極に流れ込む。検出電極は電流
センサを介して接地され、さらに、この電流センサの出
力側に信号処理装置が接続されているので、電流センサ
がその放電電流を検知して信号処理装置に出力する。信
号処理装置は放電電流の信号を受けたときに真空漏れを
報知する信号を出力するので、真空バルブに真空漏れが
生じていることを検知することができる。
【0014】また、上記構成において、アークシールド
外周面の突起が絶縁容器の内壁面に接触するように配さ
れる。このような接触部は電界が極端に高くなるので、
部分放電が生ずる真空度の領域が広がり真空漏れの検知
感度が向上する。さらに、上記の突起を金属性の接触ば
ねより形成する。これによって、アークシールドを真空
バルブの中に挿入したときに絶縁容器と確実に接触する
ようになり、真空漏れ時に安定した放電が生ずる。
【0015】かかる構成において、電流センサを変流器
とし、一次巻線を検出電極の接地線に直列に接続する。
変流器の二次巻線には100kHz ないし200kHz の間
の特定周波数と共振する共振コンデンサを並列接続する
とともに信号処理装置に接続する。この変流器は放電電
流の100kHz ないし200kHz の間の前記特定周波数
成分に同調して電気信号をその二次巻線が出力する。真
空バルブの真空度が低下し、絶縁耐力が最も低下する圧
力領域になると放電電流の高周波成分が少なくなり、1
00kHz ないし200kHz 以下の周波数成分が大部分を
占めるような現象がある。電流センサを100kHz ない
し200kHz の間の特定周波数領域に同調させておくこ
とによって、真空バルブがどの圧力領域にあっても真空
バルブの真空漏れを確実に検知することができる。
【0016】さらに、電流センサを2台の変流器により
構成し、この変流器の一次巻線同士を直列接続するとと
もに、検出電極の接地線に直列に接続する。変流器の二
次巻線に並列にそれぞれ共振コンデンサを接続するとと
もに信号処理装置に接続する。この共振コンデンサの一
方は放電電流の100kHz ないし200kHz の間の特定
周波数成分に、他方の1MHz ないし10MHz の間の特定
周波数成分にそれぞれ共振させることによって、2台の
変流器の二次巻線からはそれぞれの共振周波数に同調し
た電気信号が出力される。さらに、この2台の変流器の
出力信号を比較器が受ける。この比較器は100kHz な
いし200kHz の間の前記特定周波数成分に同調した電
気信号のレベルと1MHz ないし10MHz の間の特定周波
数成分との関係から真空バルブの真空度の低下の度合を
示す信号を出力する。比較器からの信号の有無によっ
て、真空バルブが絶縁耐力の最も低下する危険な圧力範
囲にまで達したことを知ることができ、真空バルブのメ
ンテナンスに役立つ。
【0017】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図1は、この発明の実施例にかかる真空バルブの真空漏
れ検知装置の構成を示す要部断面図である。この装置
は、図7の真空バルブ1に対する真空漏れ検知装置とし
て構成されたものである。蓋板6Aに支持され、固定電
極2と同電位におかれたアークシールド4の外周面に周
回状の突起10が設けられている。また、検出電極11
が絶縁フレーム13に絶縁容器5の外壁から空気ギャッ
プGを介して取り付けられている。検出電極11は絶縁
ボルト12を介して周囲のフレーム13に固定されると
ともに、電流センサ14を介して接地されている。電流
センサ14の出力は信号処理装置15に送られ、信号処
理装置15は報知信号15Sを出力する。
【0018】図1の装置における真空漏れの検出原理を
説明するために、まず先に真空絶縁の特性および部分放
電の特性について触れておく。図8は真空絶縁における
真空圧力と破壊電圧との関係を示す特性線図である。横
軸に真空圧力(Torr)、縦軸に破壊電圧(kV)を
示す。特性曲線34はギャップ長が7mmのときの特性
を示す。特性曲線34はV字型を示し、一般にパッシェ
ンカーブと呼ばれている。パッシェンカーブは、横軸を
真空圧力とギャップ長との積にすると一本のカーブにま
とまることが知られている。図8において、真空圧力が
0.3Torr付近で破壊電圧が最低値を示す。この最
低値をパッシェンミニマムと称し、そのときの圧力をP
mとする。このPmも真空中のギャップ長が大になるに
従って高真空側に移行する。なお、真空圧力は一般にそ
の圧力値が小さい時に高真空度、その圧力値が大きいと
きに低真空度(真空漏れ側)と称される。
【0019】前述したように、真空バルブの真空圧力は
正常時は10-4Torr以下の高真空に保たれているの
で、その条件は図8のPmよりはるか左側の領域にあ
り、絶縁容器内の絶縁耐力は非常に高い。真空漏れが生
ずると、その絶縁耐力が次第に低下し、ついにはパッシ
ェンミニマムの状態になる。一般に、真空バルブが真空
漏れを起こしても真空圧力がパッシェンミニマムの圧力
Pmを越えて、数10Torr以上になることは、現実
にはほとんどない。その理由は、真空圧力が数10To
rr以上になるためには、真空バルブが割れたり、蓋が
外れたりして、大きな貫通穴が明いた場合に限られ外観
検査によって一目瞭然に判る。僅かな隙間からの真空漏
れは非常にゆっくりであり、大部分の真空バルブ1は、
たとえ真空漏れを起こしたとしてもパッシェンミニマム
の圧力Pm近辺にとどまっている。この理由により、真
空漏れ検知装置は真空バルブがパッシェンミニマムの条
件になるまでにその漏れを検知することが重要である。
【0020】真空漏れが生ずると真空中の絶縁耐力が低
下するが、真空バルブが全路破壊する前に電界の高い個
所で部分破壊が起き、部分放電を伴う。しかも、電界が
高くなるに従って部分放電の発生する圧力範囲が広ま
り、より低い圧力から部分放電が発生するようになる。
図9は真空バルブについて公知の部分放電測定回路を示
す接続図である。図9において、真空バルブ100は片
側断面図であり、絶縁容器5内に収納された固定電極2
と可動電極3とが投入状態にあり、アークシールド41
はこれらの電極から絶縁された中間電極で構成されてい
る。この真空バルブ100に系統電源42が回路導体4
4を介して接続されている。部分放電測定のために、真
空バルブ100に対向して検出電極11が配され、電流
センサ14を介して接地43に接続されている。一方、
回路導体44にも結合コンデンサ45が接続され、電流
センサ140を介して接地43に接続されている。さら
に、電流センサ14、140の出力側にはそれぞれ部分
放電測定器46、47が接続されている。
【0021】このような回路においては、点線で示すよ
うな静電容量が予め測定回路に存在している。すなわ
ち、静電容量Co、C1 は、真空バルブ100の主回路
端子に接続された主回路導体44と接地43との間の全
静電容量であり、図示されていな負荷やケーブル、その
他の電力機器の対地静電容量を代表したものである。C
5 、C6 、C7 はそれぞれアークシールド41と絶縁容
器5の内周面との間、絶縁容器5自体、絶縁容器5の外
周面と検出電極11との間の静電容量である。その他に
も、固定リード7や可動リード8と接地43との間にも
静電容量が存在するがこれらはすべて静電容量C0 、C
1 で代表されている。
【0022】図9において、真空バルブ100が真空漏
れを起こしアークシールド41と固定電極2との間で部
分放電48が生じたとする。この部分放電によって、そ
の間の電位が急峻に変動するので、この電位変動に伴う
高周波の変位電流(すなわち、放電電流I)が静電容量
5 、C6 、C7 を介して接地側へ流れる。さらに、こ
の放電電流Iは、I0 とI1 に分流しそれぞれ静電容量
0 側、C1 および結合コンデンサ45側を通って再び
固定電極2へ戻って来る。部分放電48が発生すると放
電電流が必ず電流センサ14、140を通るので、部分
放電測定器46、47がその放電電流を増幅し、その大
きさを計測する。部分放電の測定は電流センサ14、1
40のうち、どちらか一方だけでよい。電流センサ14
だけで測定するときは、結合コンデンサ45は不用であ
る。また、反対に電流センサ140だけで測定するとき
は検出電極11は不用であり、その場合静電容量C7
絶縁容器5の外周面と接地43との間の静電容量とな
る。また、真空バルブ100の接点が開極している場合
も部分放電の測定回路は同様である。この場合は、固定
電極2と可動電極3との間に接点間静電容量が介装され
るだけであり、放電電流I0 はこの接点間静電容量を通
過して固定電極2側へ戻って来る。なお、電流センサ1
4、140としては、種々のものが、文献(1)に記載
されてあり、抵抗、インダクタンス、変成器またはこれ
らが並列接続されたものなどがある。
【0023】文献(1):電気学会 電気規格調査会標
準規格「部分放電測定一般 (JEC−195(198
0)」 図10は、図9の電流センサ14によって検出された放
電電流のタイムチャートを示す。電流センサ14には系
統電源42からの商用周波電圧による充電電流が重畳し
て流れ込む。上段の波形50は、その充電電流が重畳し
たままのもの、下段の波形51は充電電流分だけを除去
した後のものである。波形51のうち、半サイクル毎に
ひげ状に生じている高周波成分が放電電流である。部分
放電はパルス的に発生しており、波形51は一般には低
周波成分から数10MHz の周波数成分を含んでいる。
【0024】なお、図9のセンサ140によって検出さ
れる放電電流の波形は、放電電流が充電電流に対して逆
極性側に振れるのが異なるだけであり、その傾向は全く
同様である。また、部分放電は、固定電極2とアークシ
ールド41との間以外に、真空バルブ開極の場合の接点
間やアークシールド41と可動電極3との間などいずれ
の個所で生じても、図9の回路によって、電流センサ1
4、又は140で検出することができる。
【0025】図11は、図1の実施例における部分放電
測定回路を示す接続図である。図9の回路と異なるの
は、固定電極2側に導電接続されたアークシールド4が
突起10を備え、絶縁容器5に空気ギャップGを介して
配された検出電極11だけから放電電流を検出するよう
に構成されている点である。突起10の先端が出きるだ
け高電界になるように、空気ギャップGを設定すると
(7kV真空バルブの場合、数10mmが適切)、系統
電源42の接続によって真空バルブ1が高真空の場合は
部分放電は生じないが、真空が漏れて来ると突起10先
端の真空部分が部分破壊し、部分放電52が発生する。
この放電52によって、その間の電位が急峻に変動する
ので、図9で説明したと同様に、放電電流Iが静電容量
6 、C7 を介して接地側へ流れる。この放電電流I
は、I0 、I1 に分流して再び真空バルブ1側へ戻る。
この場合の放電電流波形も図10とほとんど同様なの
で、部分放電測定器である信号処理装置15がこの放電
電流の信号を受け真空漏れしていることを報知する。
【0026】図11において、検出電極11には運転中
の商用周波電流も流れ込むので、信号処理装置15は商
用周波成分を除去する回路を内部に備えている。一方、
放電電流はパルス的な波形なので、信号処理装置15が
そのパルス波形だけ検出し、報知信号15Sに変換す
る。したがって、真空バルブ1の運転中において、放電
が発生しない限り信号処理装置15はその報知信号15
Sを出力しない。電流センサ14としては、例えば高周
波特性のよい変流器、また、信号処理装置15としては
一般の部分放電測定器がそれぞれ使用できる。報知信号
15Sとしては、単に警報を鳴らすためだけのものもあ
るが、部分放電の大きさや発生頻度をディスプレーに表
示させるものもある。
【0027】図1に戻り、図11で説明したように突起
10の先端で生ずる部分放電を検出電極11を介して電
流センサ14が検知する。アークシールド4に突起10
を設けることは、本発明者によって初めて提案されたこ
とである。空気ギャップGの大きさを適切な値に設定す
ることによって、突起10からの部分放電が発生する圧
力範囲を広げ真空漏れの検出感度を高めることができ
る。すなわち、空気ギャップGを小さくするにつれて、
突起10の先端の電界が高くなるので部分放電が発生し
始める最低の真空圧力も小さくなる。したがって、高真
空にあった真空バルブが真空漏れを起こし、次第に真空
圧力が上昇して来た場合に、より低い圧力の状態のと
き、すなわち真空漏れがあまり進まないうちに真空異常
を検知することができるという利点がある。
【0028】特開昭64−76630号公報および特開
平2−114413号公報には、真空バルブの外側に検
出電極を配し、この検出電極と接地との間に介装された
抵抗よりなる電流センサから部分放電を検出する真空漏
れ検知装置が記載されている。これらの公報ではアーク
シールドに突起は設けずに、通常の真空バルブそのまま
から部分放電を検出している。すなわち、図9で説明し
たアークシールドと固定電極との間の部分放電を検出し
ようとしている。この装置においては、真空バルブ内部
の構成を変更しない限り、部分放電発生の圧力領域を調
整することができない。また、図1の構成のように、ア
ークシールド4と固定電極2とが同電位の場合は、その
間では部分放電が発生しないので、アークシールド4と
可動電極3との間、又は固定電極2と可動電極3との間
の部分放電を検出することになる。可動電極3からの部
分放電特性は、接点の開閉状態によってその特性が異な
るので真空漏れの常時監視は困難になる。
【0029】また、図1の装置は、真空バルブ1に対し
ては製造時に予め突起10を形成しておくだけでよいの
で、真空バルブ1自体の真空漏れに対する信頼性には全
く影響を与えない。なお、図1において、空気ギャップ
Gの間に真空バルブ1を支持するために別の絶縁物が介
装されても、真空漏れの検知には何の支障もない。図2
は、この発明の異なる実施にかかる真空バルブの真空漏
れ検知装置の構成を示す断面図である。アークシールド
4の外周面に突起として金属性の接触ばね16が、絶縁
容器5の内壁面に接触するようにして取り付けられてい
る。その他の構成は図1のそれと同じである。接触ばね
16は周回形状ではなく、板状のばねをアークシールド
4の外周面に分散させて複数個取り付けられる。例え
ば、図2のようにアークシールド4の両側に2個の板状
ばねが接触ばね16としてリベット止めされている。
【0030】一般に、金属電極が絶縁物に接触すると、
その接触部分の電界が極端に高くなることが知られてい
る(例えば、文献「宅間他:電気学会第9回絶縁材料シ
ンポジウム資料III−1、P.109 −112 、1976年」
参照)。そのために、絶縁容器5内の真空圧力がより低
いときから部分放電が生ずるようになり、真空漏れの検
出感度が向上する。
【0031】なお、部分放電は接触ばね16の先端から
絶縁容器5の内壁面に沿って伸びる沿面放電となる。そ
のために、金属電極と絶縁物との接触が確実でないと放
電の大きさが安定しない。図2のように、突起とする部
分を接触ばね16とすることによって、その接触部分を
確実に形成することができる。真空バルブ1の製造時に
予めアークシールド4に接触ばね16をリベット止め
し、絶縁容器5の内壁面に接触ばね16を滑らしながら
アークシールド4を挿入するので組立も容易である。
【0032】図3はこの発明のさらに異なる実施例にか
かる真空バルブの真空漏れ検知装置の構成を示す断面図
である。突起17が絶縁容器5の内壁面に周回状に形成
されている。それ以外の構成は、図1のそれと同じであ
る。突起17は金属性のものでもかまわないが、図3の
ように絶縁容器5と同じ材質よりなる絶縁性の突起17
としてもよい。絶縁容器5は通常誘電率の大きい磁器材
料で形成されるので、突起17の先端電界が高くなり、
金属の場合と同様に絶縁容器5内の真空圧力が上昇する
と、突起17からアークシールド4に向かって部分放電
が生ずる。この放電電流も高周波なので絶縁容器5と空
気ギャップGを介して検出電極11に流れ込むので、真
空漏れを検知することができる。突起17も絶縁容器5
の製作時に一緒に成型可能なので、真空バルブ1の製作
上のコストアップは全くない。また、図1、図2の実施
例と同様に真空漏れに対する真空バルブの信頼性の低下
はない。
【0033】なお、図1ないし図3の実施例は、いずれ
もアークシールド4が固定電極2と同電位の場合である
が、アークシールド4が固定電極2および可動電極3か
ら絶縁された中間電極であってもアークシールド4の外
周面の真空部又は絶縁容器5の内周面に突起を設けるこ
とによって同様の効果が得られる。さらに、3相3台の
真空バルブ1が並べて配置されている真空遮断器の場
合、検出電極11をそれぞれの真空バルブ1に対向して
設けるとともに電流センサ14への接続線を一括し、1
台の電流センサ14および信号処理装置15と接続して
もよい。これによって、3台の真空バルブ1の真空漏れ
を同時に監視することができる。どの相の真空バルブ1
が真空不良なのかを判定することができないが、3相遮
断器の場合、1相でも真空バルブ1が不良になればその
遮断器全体が使用不能なので、遮断器の運転を止めた後
に各相毎に真空漏れをチエックすれば充分である。
【0034】図4はこの発明のさらに異なる実施例にか
かる真空バルブの真空漏れ検知装置の構成を示す回路接
続図である。真空バルブ1に空気ギャップGよりなる静
電容量(点線)を介して検出電極11が配され、この検
出電極11に変流器30よりなる電流センサが接続され
ている。変流器30は高周波特性の良いフェライトコア
30Bに一次巻線30Aと二次巻線30Cとが巻回され
ている。一次巻線30Aが検出電極11の接地線に介装
され、二次巻線30Cに並列に共振コンデンサ39が接
続されている。変流器30の二次巻線30Cは信号処理
装置15の入力側に接続されている。共振コンデンサ3
9は変流器30の一次巻線30Aに流れる放電電流のう
ち、100kHz ないし200kHz の間の特定周波数f1
(例えば150kHz )の電流成分に同調する値が選ばれ
る。
【0035】図4のように回路を構成したことによっ
て、真空バルブ1の真空漏れによって生じた放電電流の
うち、周波数f1 付近の電流成分のみが信号処理装置1
5に入力され、報知信号15Sを出力するようになる。
放電電流のうち、特定周波数f 1 に同調させる理由を次
に説明する。図12は図2の構成につてい放電電流の周
波数スペクトルを求めた結果を示す特性線図である。横
軸に周波数を対数目盛りで示し、縦軸に周波数成分のレ
ベルをdB単位(20dBが1桁)で示す。周波数が1
00kHz のときのレベルを0dBとし、特性曲線35が
真空バルブ1の真空圧力が0.3Torr(Pm近辺)
のときの特性、特性曲線36が真空圧力0.05Tor
rのときの特性である。特性曲線35は周波数が300
kHz より高い領域になると急激にそのレベルが減少す
る。しかし、特性曲線36は周波数が10kHz 近くの高
周波までレベルがほぼ一定である。図12のような特性
の傾向は本発明者によって初めて見い出された現象であ
る。真空圧力がパッシェンミニマム前後(例えば、0.
1Torrないし10Torr)では特性曲線35のよ
うになり、真空圧力がそれ以外の両側の範囲では特性曲
線36のようになる。したがって、図12に示した周波
数の範囲△f1 (100kHz ないし200kHz )の成分
はどの圧力範囲の放電電流にも存在するが、周波数の範
囲△f2 (1MHz ないし10MHz )の成分はパッシェン
ミニマムの圧力Pm前後の場合の放電電流にはほとんど
存在しないことがわかる。
【0036】図4に戻り、変流器30の同調周波数を図
12の△f1 の範囲の特性周波数f 1 (例えば、150
kHz )にしておけば、真空バルブ1が真空漏れし、どの
ような真空圧力にまで上昇しても、確実にその真空漏れ
を検出することができる。図4において、電流センサと
して変流器30が用いられているが、変流器30は抵抗
センサなどと比べてある特定の周波数に同調させて部分
放電を検出する狭帯域同調法(文献(1)に記載されて
いる部分放電測定法の一つ)のセンサとして優れてい
る。すなわち、商用周波数(50Hz又は60Hz)の充電
電流が変流器に流入しても、その2次側へは出力しない
ので、抵抗センサで必要であったハイパスフィルタを信
号処理装置15に備える必要がない。また、狭帯域同調
によって必要な増幅帯域の幅が狭くなるので、増幅器の
利得が得やすくなり検知装置が簡単になる。さらに、変
流器30の一次巻線と二次巻線とを絶縁することができ
るので、電力系統と本検知装置との接地を分離すること
が可能である。これによって、電力系統のサージなどが
装置に侵入することがなくなり検知装置を保護すること
ができるという利点がある。
【0037】特開昭59−46725号公報、特開昭5
9−46726号公報、特開59−175524号公報
には、図9のような結合コンデンサ45側から電流セン
サ140によって放電電流を検出し、2kHz から20kH
z まで、または、2kHz から400kHz までの周波数成
分を通過させるバンドパスフイルタを介して部分放電を
検出する真空漏れ検知装置が記載されている。これらの
公報における装置と図4の実施例とで異なる第1の点
は、公報の装置がアークシールドに突起を設けずに、通
常の真空バルブそのままから部分放電を検出しているこ
とである。この点は前述した特開昭64−76630号
公報、特開平2−114413号公報に記載された装置
と同様である。第2の異なる点は、公報の装置が結合コ
ンデンサから放電電流を検出している点である。結合コ
ンデンサとしては主回路導体に接続されている検電装置
や絶縁操作ロッドなどが利用されている。
【0038】さらに、第3の異なる点は、これらの公報
の装置がバンドパスフィルタで特定周波数範囲の放電電
流成分を検出していることである。これらの公報におい
て、特定周波数範囲が決められた理由は、真空バルブの
真空圧力を5×10-3Torrから300Torrまで
変えて部分放電に含まれる周波数を測定し、2kHから2
0kHz の周波数成分が得られたためである。本発明者に
よる実験では、図12に示したようにパッシェンミニマ
ムの圧力領域においても放電電流は低周波から200kH
z 程度の高周波数成分まで広く存在していることが判っ
た。バンドパスフィルタで広い範囲を通過させる場合
は、前述したように増幅器の利得を得るのが大がかりと
なるので、狭帯域同調法により特定周波数の成分だけを
検出した方が装置が簡単になる。
【0039】また、前述の文献(1)では狭帯域同調法
による部分放電測定器として、電流センサとして抵抗に
並列に結線された同調用変成器が記載され、その同調周
波数を200kHz から数MHz までの間の特定周波数とし
た例が挙げられている。この文献(1)が発行されたと
きは、真空絶縁におけるパッシェンミニマムの現象がま
だ知られていなかった。そのために、同調周波数が20
0kHより低い側の測定器の例は示されていない。
【0040】図5はこの発明のさらに異なる実施例にか
かる真空バルブの真空漏れ検知装置の構成を示す回路接
続図である。変流器30と同様なもう一つの変流器31
の一次巻線31Aが変流器30の一次巻線30Aに直列
に接続されている。また、変流器31の二次巻線31C
に並列に共振コンデンサ40が接続されるとともに、も
う一つの信号処理装置32の入力側に接続されている。
さらに、変流器30、31の二次巻線側は比較器33に
入力されている。比較器33は変流器30、31の出力
信号レベルを比較し、変流器30の出力レベルの方が変
流器31のそれより大きいときに、信号33Sを出力す
る。その他の構成は、図4のそれと同一である。
【0041】共振コンデンサ40は変流器31の一次巻
線31Aに流れる放電電流のうち、1MHz ないし10MH
z の間の特定周波数f2 (例えば3MHz )の電流成分に
同調する値が選ばれる。比較器33が信号33Sを出力
すれば、真空バルブ1がパッシーンミニマムの圧力Pm
近辺まで真空漏れ(真空度の低下)が進んだということ
を知ることができる。一方、信号処理装置15、32が
報知信号15S、32Sを出力しても、比較器33が信
号33Aを出力しないときは、真空バルブ1の圧力がま
だパッシェンミニマムの圧力Pm付近まで到達していな
いことを示す。
【0042】
【発明の効果】この発明は前述のように、真空バルブ内
部のアークシールド外周面又は絶縁容器の内周面に突起
を故意に設け絶縁容器の外側に空気ギャップを介して検
出電極を配した。この構成により、真空バルブの使用中
にその真空漏れを監視することができ、しかも、真空バ
ルブ自体の信頼性は全く低下させない。また、絶縁容器
の突起は予め製作されるのでコストアップは全くない。
さらに、空気ギャップの長さの調整により部分放電を発
生させる圧力範囲を広げることができ、真空漏れの検出
感度を高めることができる。さらにまた、アークシール
ドが固定電極と同電位の真空バルブにも本装置は適用可
能である。
【0043】かかる構成において、アークシールド表面
の突起が絶縁容器の内壁面に接触するように配される。
接触部は電界が極端に高いために、真空漏れの検出感度
がさらに向上する。さらに、上記の突起を金属性のばね
より形成する。これによって、アークシールドを真空バ
ルブの中に挿入したとき接触ばねがアークシールドに確
実に接触するようになり、真空漏れ時に安定した放電電
流が得られる。
【0044】上記構成において、電流センサを二次巻線
に共振コンデンサが並列接続された変流器とする。共振
コンデンサは変流器が100kHz ないし200kHz の間
の特定周波数成分に同調するような値に選ばれる。この
構成によって、パッシェンミニマムの放電も検出できる
のでどの圧力領域でも真空バルブの真空漏れを検知する
ことができる。
【0045】また、二次巻線に共振コンデンサが並列接
続された変流器を2台直列に接続し、検出電極の接地線
に介装する。一方の変流器を100kHz ないし200kH
z の間の特定周波数に同調させ、他方の変流器を1MHz
ないし10MHz の間の特性周波数に同調させる。さら
に、この2台の変流器の出力レベルを比較し、前者の変
流器の出力レベルの方が大きいときに信号を出力する比
較器を設ける。比較器からの信号の有無によって真空バ
ルブの真空漏れ状況を知ることができる。パッシェンミ
ニマムの圧力まで真空が顕著に低下したか否かが直ちに
分り、真空バルブのメンテナンスに非常に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例にかかる真空バルブの真空漏
れ検知装置の構成を示す断面図
【図2】この発明の異なる実施例にかかる真空バルブの
真空漏れ検知装置の構成を示す断面図
【図3】この発明のさらに異なる実施例にかかる真空バ
ルブの真空漏れ検知装置の構成を示す断面図
【図4】この発明のさらに異なる実施例にかかる真空バ
ルブの真空漏れ検知装置の回路接続図
【図5】この発明のさらに異なる実施例にかかる真空バ
ルブの真空漏れ検知装置の回路接続図
【図6】真空遮断器の構成例を示す側面図
【図7】図6の要部断面図
【図8】真空絶縁における真空圧力と破壊電圧との関係
を示す特性線図
【図9】真空バルブの部分放電測定回路を示す接続図
【図10】放電電流のタイムチャート
【図11】図1の実施例における部分放電測定回路を示
す接続図
【図12】放電電流の周波数スペクトルを示す特性線図
【符号の説明】
1,100:真空バルブ、2:固定電極、3:可動電
極、4,41:アークシールド、5:絶縁容器、6A,
6B:蓋、7:固定リード、8:可動リード、9:ベロ
ーズ、10,17:突起、11:検出電極、12:絶縁
ボルト、13:フレーム、14,140:電流センサ、
15,32,46,47:信号処理装置、33:比較
器、15S,32S:報知信号、16:接触ばね、3
0,31:変流器、39,40:共振コンデンサ、30
A,31A:一次巻線、30B:フェライトコア、30
C,31C:二次巻線、52,48:部分放電、42:
系統電源、44:回路導体、43:接地、50,51:
電流波形
フロントページの続き (72)発明者 臼井 昇 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 山田 守 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−205716(JP,A) 特開 平2−114413(JP,A) 特開 平1−260731(JP,A) 特開 昭53−103571(JP,A) 特開 昭54−102573(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01H 33/66

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空の絶縁容器内に可動電極と固定電極よ
    りなる接点と、この接点を周回するアークシールドとを
    収納した真空バルブの真空漏れを検知する方法であっ
    て、前記アークシールドを前記可動電極または可動電極
    のいずれか一方の電極と同電位におき、このアークシー
    ルドの外周面の真空部又は絶縁容器の内壁面のいずれか
    に突起を形成するとともに絶縁容器の外側に空気ギャッ
    プを介して検出電極を配し、この検出電極を電流センサ
    を介して接地し、真空バルブの真空度が低下したときに
    前記突起から生ずる放電電流を前記電流センサによって
    検知し、真空バルブが真空漏れしていることを検知する
    ことを特徴とする真空バルブの真空漏れ検知方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の方法を実施する装置であっ
    て、真空の絶縁容器内に可動電極と固定電極よりなる接
    点と、この接点を周回するアークシールドとを収納した
    真空バルブの真空漏れを検知するものにおいて、前記可
    動電極または固定電極のいずれか一方の電極と同電位に
    おかれたアークシールド外周面の真空部に形成された突
    起と、絶縁容器の外側に空気ギャップを介して配される
    とともに接地された検出電極と、この検出電極の接地線
    に介装され、真空バルブの真空度が低下したときに前記
    突起から生ずる放電電流を検知して出力する電流センサ
    と、この電流センサの出力を受けて真空バルブが真空漏
    れしていることを報知する信号処理装置とにより構成さ
    れたことを特徴とする真空バルブの真空漏れ検知装置。
  3. 【請求項3】請求項2記載のものにおいて、突起が絶縁
    容器の内壁面に接触してなることを特徴とする真空バル
    ブの真空漏れ検知装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載のものにおいて、突起が金属
    性の接触ばねであることを特徴とする真空バルブの真空
    漏れ検知装置。
  5. 【請求項5】請求項1記載の方法を実施する装置であっ
    て、真空の絶縁容器内に可動電極と固定電極よりなる接
    点と、この接点を周回するアークシールドとを収納した
    真空バルブの真空漏れを検知するものにおいて、絶縁容
    器の内壁面に形成された突起と、絶縁容器の外側に空気
    ギャップを介して配されるとともに接地された検出電極
    と、この検出電極の接地線に介装され、真空バルブの真
    空度が低下したときに、前記突起から生ずる放電電流を
    検知して出力する電流センサと、この電流センサ出力を
    受けて真空バルブが真空漏れしていることを報知する信
    号処理装置とにより構成されたことを特徴とする真空バ
    ルブの真空漏れ検知装置。
  6. 【請求項6】請求項2ないし5のいずれかに記載のもの
    において、電流センサが一次巻線を入力側とし二次巻線
    を出力側とする変流器よりなり、この変流器の二次巻線
    に共振コンデンサが並列接続され、放電電流の100kH
    z ないし200kHz の間の特定周波数成分に同調した信
    号を変流器が出力することを特徴とする真空バルブの真
    空漏れ検知装置。
  7. 【請求項7】請求項2ないし5のいずれかに記載のもの
    において、電流センサが一次巻線を入力側とし二次巻線
    を出力側とする2台の変流器よりなり、この2台の変流
    器の一次巻線同士は直列に接続されて検出電極の接地線
    に介装され、2台の変流器の二次巻線にそれぞれ共振コ
    ンデンサが並列接続され、一方の変流器は100kHz な
    いし200kHz の間の特定周波数に同調した信号を、他
    方の変流器は1MHz ないし10MHz の間の特定周波数成
    分に同調した信号をそれぞれ出力し、前記2台の変流器
    の出力する信号のレベルを比較する比較器が設けられ、
    この比較器により真空バルブの真空度の低下の度合いを
    報知する信号を出力することを特徴とする真空バルブの
    真空漏れ検知装置。
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