JP4324000B2 - 真空遮断器の真空度監視装置 - Google Patents

Description

この発明は、真空遮断器の消弧室である真空バルブの真空度を常時監視する真空度監視装置に関するものである。

従来の真空遮断器における真空度の劣化を監視する真空度監視装置は真空バルブ内に設けられた固定電極、可動電極とシールド間の放電を真空遮断器の近辺に配設されたアンテナによって検出し、放電の連続性と放電の持続時間とで判定していた。即ち、放電の連続性は、電源側電圧の1サイクル時間よりやや長い時間に設定された第1のタイマーにより検出し、放電の持続時間は第1のタイマーの設定時間よりも十分に長い時間に設定された第2のタイマーによって検出していた。

また、第１のタイマーは電圧の１サイクル時間に余裕を持たせた時限で設定され、入力された信号により動作を開始し、パルス入力の間隔が１サイクル以上途絶えるとリセットされるようになっていた。また、第２のタイマーは、第１のタイマーからの入力信号が途絶えるとリセットされるようになっており、第１、第２のタイマーによって真空度の劣化による放電が継続することを検知すると共に、周辺ノイズを判定していた。（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１８４２７５号公報（段落００１３−００１６、図１、図２）

従来の真空遮断器の真空度監視装置は上記のように構成されているが、放電を検出する監視装置のアンテナの周辺には、当該真空遮断器以外からも常時数々のノイズが混在して発生しており、これらのノイズは不連続に発生する。放電の連続性ならびに持続時間での判定では、第２のタイマーが作動している間に、第１のタイマーにてノイズを検出した場合には、放電の持続と判定してしまうという問題点があった。

従って、この方法ではアンテナで検出した信号が真空度の劣化による放電にもとづくものであるかどうかは確実性がない。真空度の劣化を確実に判断するためには、ノイズを検出することなく、また、放電の連続性、持続時間とは違った観点で判定する方法を加える必要がある。

また、上記の判定方法では、アンテナの配設位置がその検出精度に大きな影響を与える。即ち、アンテナをより真空バルブに近く、検出精度・検出感度の良い位置に取り付けることができれば、監視装置の信頼性向上や増幅器を必要としない装置としてコスト低減・小型化を実現することができる。

この発明は、上記のような従来の問題点に対処するためになされたもので、真空遮断器の真空度の劣化をより確実に判定することができる真空遮断器の真空度監視装置を提供することを目的とする。

この発明に係る真空遮断器の真空度監視装置は、絶縁筒によって絶縁された真空バルブ内に配設された固定電極と可動電極及び上記両電極に対向して上記真空バルブ内に配設されたシールドを有する真空遮断器において、上記両電極の少なくとも一方に接続された主回路導体を取り囲むように設けられたアンテナと、上記真空バルブ内での放電発生時に上記アンテナによって検出された信号を三角波に波形変換する包絡線検波手段と、上記三角波の信号の大きさが所定のしきい値以上かどうかを確認する確認手段と、上記三角波の信号の大きさが所定のしきい値を超えた時、所定の周期毎に上記信号を検出する検出手段と、上記三角波の信号の波高と、上記信号の時間積分によって求められる電荷量との比が所定の範囲内である時、上記信号が放電にもとづくものであると判定する判定手段とを備えたものである。

この発明に係る真空遮断器の真空度監視装置は上記のように構成されており、真空度の劣化による放電の検出に際して、放電の発生し得る時間を主回路電圧にもとづく周期とタイミングにより限定するようにしたため、周辺ノイズの影響を軽減することができる。
また、包絡線検波方式を適用して信号の波形変換を行なった後、信号比較を行なうようにしたため、放電と周辺ノイズを判定することができ、ノイズによる誤判定を防ぎ、信頼性を向上することができる。さらに、アンテナをループアンテナとして、主回路導体を囲むように取り付けたため、放電の検出精度が向上し、監視装置が安価でかつ小型に実現できるという極めて優れた効果を有する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。
図１は、実施の形態１による真空度監視装置の構成を示すブロック図である。この図に示すように、真空度監視装置１は真空遮断器の近辺に設けられ、真空バルブ内で放電が発生した時、それを検知して信号を生ずるアンテナ部１０、ダイオード及びコンデンサにより構成されアンテナ部１０からの信号を波形変換する包絡線検波回路２１と、第１のしきい値を設定し、入力信号がこのしきい値以上かどうかを確認し、しきい値以上の時に出力を生ずる確認回路２２と、真空遮断器の主回路に印加される電圧の周期と同周期で信号の波形の検出を行なうゲート回路２３とで構成された検出部２０、この検出部２０で検出された信号の波高と信号の時間積分で表される電荷量とを計測し、波高と電荷量との比を計算する波形解析装置３１と、上記の比が予め設定した範囲内であるかどうかを判定することで検出した信号が放電にもとづくものであるかどうかを判定する波形判定装置３２と、放電波形の電荷量の和を計算し、真空度劣化による放電であると判定する真空度劣化判定装置３３とから構成される判定部３０、及び判定部３０からの出力により動作するリレー４０から構成されている。

次に動作について説明する。図２は、アンテナ１０で検出された信号が真空度劣化による放電にもとづく場合と、周辺ノイズを受信した場合との違いを説明するための説明図で、（イ）は真空度劣化による放電の場合を示し、（ロ）は周辺ノイズを受信した場合を示す。

また、（ａ）は主回路に印加される電圧の周期を示す波形、（ｂ）はアンテナ１０で検出される信号、（ｃ）はアンテナ１０で検出された信号を後述する波形変換によって三角波に変換し、これと所定のしきい値L1との関係を示す図、（ｄ）は三角波の波高及び電荷量の比と別のしきい値L2との関係を示す図である。

また、図３は、実施の形態１で用いられる真空遮断器５０の概略構成を示すもので、絶縁筒５１によって絶縁された真空バルブ５２内に固定電極５３と、ベローズ５４を介して移動可能に支承され固定電極５３と共に主回路を構成する可動電極５５と、上記両電極に対向して設けられたシールド５６とを有する。今、主回路に図２（ａ）に示す電圧が印加された状態で図３に示す真空バルブ５２内の真空度が例えば0.5［Pa］よりも低下した場合、耐電圧値が低下し真空バルブ５２の内部では開極状態の時は、固定電極５３と可動電極５５との間の電極間または固定電極５３とシールド５６との間及び可動電極５５とシールド５６との間で、また、閉極状態の時は、固定電極５３、可動電極５５とシールド５６との間でそれぞれ放電が発生する。

このとき、これらの放電の発生によりマイクロ波帯の電磁波が放出される。この電磁波はアンテナ１０により検出され図２（イ）（ｂ）の信号１１が出力される。図４（ａ）はこの信号１１を拡大して示したものである。検出された信号１１は検出部２０の包絡線検波回路２１において、包絡線検波方式が適用されることにより、図４（ｂ）に示すように三角波１２に波形変換される。図５に波形変換された信号の一例を示す。

波形変換された信号１２は確認回路２２に入力され、ここで信号１２の大きさが図２（イ）（ｃ）に示すように、予め設定されたしきい値L1と比較され、L1以上かどうかを確認する。信号１２がしきい値L1を越えている場合にはゲート回路２３で信号１２の大きさがしきい値L1を越えたタイミングを起点とし、主回路電圧周期と同周期のタイミングに限り信号の検出を行なう。

この検出を行なう期間を図２（イ）（ｃ）及び（ロ）（ｃ）にＴで示している。
真空度劣化による放電が発生している図２（イ）では同図（イ）（ｂ）に示すように、信号１１が電圧の周期に合わせて発生するため、同図（イ）（ｃ）に示すように、検出期間Ｔのそれぞれで信号１１が検出され、三角波１２に変換される。しかし、周辺ノイズによる場合を示す図２（ロ）では、ノイズ１３は図２（ロ）（ｂ）に示すように、電圧の周期と一致して発生せず、電圧の周期とは無関係に発生するため、同図（ロ）（ｃ）に示すように、検出期間Ｔの間では検出されないことがあるため、検出された信号の電荷量の積分値は、真空度劣化による場合は（イ）（ｄ）に示すように大きくなり、波高も高くなるが、ノイズの場合は（ロ）（ｄ）に示すように、あまり大きくならず、波高も低くなる。

判定部３０において、三角波に変換された信号１１、１３の波高と信号の時間積分で表される電荷量を波形解析装置３１において計算し、波高と電荷量の値の比（図６に実線の直線で示す）が、同じく図６に示す予め設定された範囲（２つの破線の直線で示す）内であれば、放電であると波形判定装置３２において判定する。

真空度劣化が起きた場合、放電は一度発生すると連続的に起こり、ノイズ等その他の原因による放電は気候条件等で不連続的に発生するので、検出された放電波形の電荷量の和を劣化判定装置３３で例えば６時間毎に４回計算して、その和が図２（イ）（ｄ）、（ロ）（ｄ）に示す予め設定されたしきい値L2以上であれば、放電が連続して発生しており真空度劣化であると判定する。ただし、適用先の条件によって設定条件が異なるため、計算の間隔、回数は適宜設定される。劣化判定装置３３で真空度劣化と判定されれば、その出力によりリレー４０を作動させて異常を知らせる。

図７は、この発明による真空度監視装置の実施例を説明するため、C-GISの遮断器室６０の構成を示す断面図とアンテナ６１の取り付け位置を示したものである。真空バルブ６２は上ブッシング６３と下ブッシング６４との間に断路器６５を介して接続されている。アンテナ６１は図７（ｂ）に示すようにループアンテナであり、主回路導体６６を内蔵する下ブッシング６４を囲むように取り付けられている。なお、図７（ｂ）はアンテナ６１のＡ−Ａ断面を示し、（ｃ）は同じくＢ−Ｂ断面を示す。

このような構成とすることにより、アンテナ６１をより真空バルブに近く、検出精度・検出感度の良い位置に取り付けることができ、監視装置の信頼性向上や小型化・コスト低減を実現することができる。
放電信号を検出した結果、信号を検出することができる周波数帯域は５０MHｚ近傍であるため、真空度監視装置では、アンテナ６１として電圧検知器のアンテナ部を上記周波数近傍に帯域がある共振回路となるようにコンデンサ容量の調整を行なったものを取り付ける必要がある。

図８は、この発明において真空度の劣化による放電を判定する手順を示すフローチャートである。即ち、ステップＳ１でアンテナ１０または６１によって放電の信号を検出し、ステップＳ２で包絡線検波回路２１により信号を三角波に波形変換する。次に、ステップＳ３で確認回路２２により三角波の信号の大きさが所定のしきい値L1以上かどうかをチェックする。
L1以上の場合には、ステップＳ４でゲート回路２３により主回路に印加される電圧の周期と同周期で信号を検出する。ステップＳ３でL1を超えていないと判定された場合には、ステップＳ２に戻る。

次いで、ステップＳ５で波形解析装置３１により検出された信号の波高と、信号の時間積分で表される電荷量との比を計算する。その後、ステップＳ６で、計算された比が予め設定された範囲内の値であるかどうかを波形判定装置３２によって判定する。
予め設定された範囲内であると判定された場合は、ステップＳ７で放電であると判定する。ステップＳ６で予め設定された範囲内でないと判定された場合には、ステップＳ２に戻る。

次に、ステップＳ８で劣化判定装置３３により信号の電荷量の和を計算し、ステップＳ９で電荷量の和がしきい値L2以上かどうかをチェックする。
しきい値L2以上の場合には、ステップＳ１０で真空度の劣化であると判定し、ステップＳ１１でリレー４０を動作させ異常を知らせるものである。
以上の実施の形態では、アンテナ１０または６１を主回路である真空バルブ６２を収納したタンク６０の下ブッシング６４に取り付けているが、これを主回路部分である上ブッシング６３に取り付けても同様な効果を期待することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では放電による信号の長さが１μ秒程度であるため、信号の最大値を計測するには、1MHz以上の非常に高価な高速A/D変換器が必要である。しかし、信号の最大値を一定期間保持する回路であるピークホールド回路を用いて信号の長さを長くする波形変換により、低いサンプリングレートでも信号の波高値を計測することができる。
真空度が0.5Pa程度の時、放電は数百μ秒間隔で発生することが確認されている。
従って、前記ピークホールド回路を適用し、信号の長さを100μ秒程度まで長くする場合でも、信号の最大値を保持する期間に放電を複数検出することがなく、10kHz程度の低いサンプリングレートで安価なA/D変換器を適用することが可能である。
図９は、ピークホールド回路を併用した真空度監視装置の実施の形態を示すブロック図で、図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図９において６７はこの実施の形態で追加接続したピークホールド回路である。

図１０にピークホールド回路適応時の信号出力波形を示す。この図において、実線は入力信号であり、破線はピークホールド回路の出力を示す。この波形図から明らかなように、ピークホールド回路６７を適用することにより、波高の高い、波形のはっきりした信号のみを検出することが可能であり、波形判定精度を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、ゲート回路２３での検出時間を通してピークホールド回路６７により信号の最大値を一定期間保持する例を示したが、ゲート回路２３での検出時間を複数の区間に分割するようにゲート回路２３の時間を設定することで、データ数を増加するようにしてもよい。このようにすれば、統計的な精度を向上させることができる。また、複数に分割することで、同一計測時間でのサンプリング数が多くなり、統計的な波形判定精度を向上させることができる。

実施の形態４．
なお、放電の検出においては、放電の発生が必ずしも連続でない場合には検出された放電の電荷量の和が予め設定された範囲内の値であれば、放電とみなすようにしてもよい。

実施の形態５．
この発明は上述のように、真空遮断器の真空バルブ内で発生する放電を主たる検出対象としているが、C-GIS６０内の主回路より発生する放電についても検出可能であり、この場合にも同様な効果を期待することができる。

この発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の動作を説明するための図で、（イ）は真空度劣化による放電の場合を示し、（ロ）は周辺ノイズを受信した場合を示す。 真空遮断器の真空バルブの内部構造を示す概略図である。 実施の形態１におけるアンテナの信号を三角波に波形変換する状況を示した説明図である。 波形変換された信号の一例を示す波形図である。 波高と積分された電荷量との比のしきい値の例を示す説明図である。 実施の形態１による真空度監視装置の実施例を示す概略構成図である。 実施の形態１の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態３の構成を示すブロック図である。 実施の形態３におけるピークホールド回路の出力波形を示す説明図である。

符号の説明

１ 真空度監視装置、 １０ アンテナ、 １１、１３ 信号、 １２ 三角波、 ２０ 検出部、 ２１ 包絡線検波回路、 ２２ 確認回路、 ２３ ゲート回路、 ３０ 判定部、 ３１ 波形解析回路、 ３２ 波形判定回路、
３３ 真空劣化判定装置、 ４０ リレー、 ５０ 真空遮断器、 ５１ 絶縁筒、 ５２ 真空バルブ、 ５３ 固定電極、 ５４ ベローズ、 ５５ 可動電極、 ５６ シールド、 ６０ 遮断器室、 ６１ アンテナ、 ６２ 真空バルブ、 ６３ 上ブッシング、 ６４ 下ブッシング、 ６５ 断路器、
６６ 主回路導体、 ６７ ピークホールド回路。

Claims (6)

1. 絶縁筒によって絶縁された真空バルブ内に配設された固定電極と可動電極及び上記両電極に対向して上記真空バルブ内に配設されたシールドを有する真空遮断器において、上記両電極の少なくとも一方に接続された主回路導体を取り囲むように設けられたアンテナと、上記真空バルブ内での放電発生時に上記アンテナによって検出された信号を三角波に波形変換する包絡線検波手段と、上記三角波の信号の大きさが所定のしきい値以上かどうかを確認する確認手段と、上記三角波の信号の大きさが所定のしきい値を超えた時、所定の周期毎に上記信号を検出する検出手段と、上記三角波の信号の波高と、上記信号の時間積分によって求められる電荷量との比が所定の範囲内である時、上記信号が放電にもとづくものであると判定する判定手段とを備えた真空遮断器の真空度監視装置。
2. 上記検出手段による信号の検出は、上記信号の大きさが所定のしきい値を超えたタイミングを起点とし、主回路に印加される電圧の周期と同周期で行なわれることを特徴とする請求項１記載の真空遮断器の真空度監視装置。
3. 上記検出手段は、上記三角波の信号の波高の最大値を一定期間保持するピークホールド回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の真空遮断器の真空度監視装置。
4. 絶縁筒によって絶縁された真空バルブ内に配設された固定電極と可動電極及び上記両電極に対向して上記真空バルブ内に配設されたシールドを有する真空遮断器において、上記両電極の少なくとも一方に接続された主回路導体を取り囲むように設けられたアンテナと、上記真空バルブ内での放電発生時に上記アンテナによって検出された信号が所定のしきい値以上かどうかを確認する確認手段と、上記信号が所定のしきい値を超えた時、所定の周期毎に上記信号を検出する検出手段と、上記放電の電荷量の和が別のしきい値以上の時、真空度劣化による放電であると判定する判定手段とを備えた真空遮断器の真空度監視装置。
5. 上記アンテナはループアンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の真空遮断器の真空度監視装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空遮断器の真空度監視装置を用いたことを特徴とする真空遮断器。