JP4739574B2 - 絶縁ガスの高温における絶縁特性測定方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス遮断器におけるアーク遮断時のＳＦ６ガスのような絶縁ガスの高温における絶縁特性の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＦ６ガスは、優れた絶縁特性と消弧性能を有するために、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）やガス絶縁送電線路（ＧＩＬ）等の絶縁媒休ガスとして広く用いられている。また、ＳＦ６ガスは、温室効果ガスであるために、大気の主成分をなし、地球温暖化には基本的に無関係なＮ２ガスとの混合ガスの使用も検討されている。
【０００３】
このような絶縁ガスを使用したガス絶縁電力機器で短絡事故が発生すると大電流が流れ、絶縁ガスを高温状態に加熱することになる。また、ガス絶縁開閉器（遮断器）を開放する場合には、アークの発生により絶縁ガスを加熱することになる。このような高温状態では、絶縁ガスはプラズマ状態となり導電率が上昇することになる。即ち、絶縁耐力の「低下」を引き起こし、機器の絶縁破壊故障に至る。そのため、機器設計時にそのような絶縁ガスの高温状態の絶縁特性を加味しておかなければならない。
【０００４】
ところが、従来の機器設計においては、経験則に従いモックアップモデルを作成し、実際に電流遮断試験を行って絶縁破壊しないかを確かめるトライ・アンド・エラーによる手法が採用されてきた。
【０００５】
ところが、このようなトライアンドエラーによる設計方式では、得られたデータに汎用性のある絶縁ガスの絶縁耐力と温度の関係は得ることはできない。また、モックアップモデルの作製に、費用・時間を要するばかりか、製作機器の信頼性に欠けるという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、絶縁ガスの高温における絶縁特性を知るための簡便な方法を得て、温度と絶縁特性の定量的な関係に基づいた機器設計を可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁ガスの高温における絶縁特性測定方法は、レーザで高温ガス状態を模擬したプラズマを生成し、プラズマの生成後の経過時間と温度の関係を知り、プラズマ生成後の経過時間とプラズマの絶縁耐力の変化によって、生成プラズマの温度の変化にともなう絶縁耐力の変化を知り、測定対象の絶縁ガスの特定温度における絶縁特性を、前記生成プラズマの温度の変化にともなう絶縁耐力の変化に当てはめて、測定対象の絶縁ガスの高温における絶縁耐力を知るものである。
【０００８】
本発明は、レーザの使用によりプラズマを再現性良く生成でき、プラズマ生成と電圧印加を電子回路で精度良く制御できることにより、絶縁ガスの高温状態を模擬的に実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、絶縁ガスとしてＳＦ６ガスの高温状態を模擬したプラズマ測定対象の絶縁ガスの高温状態の絶縁特性を模擬的に再現するための生成プラズマの特性測定の要領を示す。
【００１０】
図１（ａ）は、レーザ一入射によるシミレーションのためのプラズマの生成装置を示す。同図に示すように、ＳＦ６ガスに、ＹＡＧレーザーのレーザー光を集光して、その部分のガスを電離させることでアーク発生時の様な高温ガスの特性を有するプラズマを形成した。
【００１１】
そして、一方では、図１（ｂ）に示す装置による干渉計法によって、図１（ａ）に示す装置によって生成したプラズマの温度の時間経過に伴う低下を測定した。図１（ｂ）に示す装置では、波長の異なる２つのレーザー光（図中Ｌ１、Ｌ２）を用いた二波長干渉計法に基づき、プラズマ中の電子密度、中性ガス密度を求め、この得られた両者の値から温度が導出される。このような測定をプラズマ生成後の時間を変化させて行うことで、時間経過と温度低下の関係が求められる。図３は、図１（ｂ）に示す装置によって得た生成プラズマの生成後の時間経過と温度の関係を示す図である。
【００１２】
図１（ａ）に示す装置によって生成したプラズマは、図２に示す装置によって時間経過にともなう絶縁特性の変化を測定した。この測定は、プラズマ生成後のあるタイミングでインパルス電圧を印加する。そのとき、絶縁破壊が生じる電圧値を印加電圧の波高値を変化させて求めることで、そのタイミングにおける絶縁破壊電圧が決定される。この測定方法を電圧印加のタイミングを変化させながら行うことで時間経過に伴う絶縁特性の変化が求められる。この測定は、絶縁特性を測定するための電圧の印加のタイミングを遅らせて測定することによって行った。図４は、この図２の装置によって得られたプラズマ生成後の時間経過と絶縁特性の関係を示す図である。
【００１３】
図５は、図３に示すシミレーション用のプラズマの時間経過と温度の関係、および図４に示す時間経過と絶縁特性の関係から得られた温度と絶縁特性の関係（概念図）を示す。
【００１４】
この図５に示す関係により、実際に測定すべき絶縁ガスのある温度での絶縁特性を当てはめることによって、絶縁ガスの絶縁特性と温度との関係を知ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、比較的簡単に絶縁ガスの温度と絶縁特性の関係を、ガスの種類によらず、比較的簡単に、且つ、正確に知ることができる。
【００１６】
また、本発明によって、ＳＦ６ガスをはじめ、今後開発されるであろうＳＦ６代替ガスの高温における絶縁特性を正確に知ることができるため、信頼性に優れた各種のガス絶縁機器が設計できる。したがって、遮断器開放（アーク遮断）時の過渡回復電圧に対する絶縁設計支援、新絶縁媒体ガスの高温状態の絶縁特性評価（遮断時・短絡事故時）に適用できる。
【００１７】
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】 絶縁ガスとしてＳＦ６ガスの高温状態を模擬したプラズマ測定対象の絶縁ガスの高温状態の絶縁特性を模擬的に再現するためのレーザー生成装置を示す。同図（ｂ）は、プラズマ生成後の時間経過とプラズマ温度の関係を測定する要領を示す。
【００１９】
【図２】 図２は、プラズマ生成後の時間経過とプラズマの絶縁特性の関係を測定する要領を示す。
【００２０】
【図３】 図１（ｂ）の要領によって得た生成プラズマの生成後の時間経過と温度の関係を示す。
【００２１】
【図４】 図２の要領によって得た生成プラズマの生成後の時間経過と絶縁持性の関係を示す。
【００２２】
【図５】 図３と図４から得られた温度と絶縁特性の関係（概念図）を示す。
【００２３】
【符号の説明】
Ｌ１，Ｌ２：レーザー光
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス遮断器におけるアーク遮断時のＳＦ６ガスのような絶縁ガスの高温における絶縁特性の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＦ６ガスは、優れた絶縁特性と消弧性能を有するために、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）やガス絶縁送電線路（ＧＩＬ）等の絶縁媒休ガスとして広く用いられている。また、ＳＦ６ガスは、温室効果ガスであるために、大気の主成分をなし、地球温暖化には基本的に無関係なＮ２ガスとの混合ガスの使用も検討されている。
【０００３】
このような絶縁ガスを使用したガス絶縁電力機器で短絡事故が発生すると大電流が流れ、絶縁ガスを高温状態に加熱することになる。また、ガス絶縁開閉器（遮断器）を開放する場合には、アークの発生により絶縁ガスを加熱することになる。このような高温状態では、絶縁ガスはプラズマ状態となり導電率が上昇することになる。即ち、絶縁耐力の「低下」を引き起こし、機器の絶縁破壊故障に至る。そのため、機器設計時にそのような絶縁ガスの高温状態の絶縁特性を加味しておかなければならない。
【０００４】
ところが、従来の機器設計においては、経験則に従いモックアップモデルを作成し、実際に電流遮断試験を行って絶縁破壊しないかを確かめるトライ・アンド・エラーによる手法が採用されてきた。
【０００５】
ところが、このようなトライアンドエラーによる設計方式では、得られたデータに汎用性のある絶縁ガスの絶縁耐力と温度の関係は得ることはできない。また、モックアップモデルの作製に、費用・時間を要するばかりか、製作機器の信頼性に欠けるという問題もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、絶縁ガスの高温における絶縁特性を知るための簡便な方法を得て、温度と絶縁特性の定量的な関係に基づいた機器設計を可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁ガスの高温における絶縁特性測定方法は、レーザで高温ガス状態を模擬したプラズマを生成し、プラズマの生成後の経過時間と温度の関係を知り、プラズマ生成後の経過時間とプラズマの絶縁耐力の変化によって、生成プラズマの温度の変化にともなう絶縁耐力の変化を知り、測定対象の絶縁ガスの特定温度における絶縁特性を、前記生成プラズマの温度の変化にともなう絶縁耐力の変化に当てはめて、測定対象の絶縁ガスの高温における絶縁耐力を知るものである。
【０００８】
本発明は、レーザの使用によりプラズマを再現性良く生成でき、プラズマ生成と電圧印加を電子回路で精度良く制御できることにより、絶縁ガスの高温状態を模擬的に実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、絶縁ガスとしてＳＦ６ガスの高温状態を模擬したプラズマ測定対象の絶縁ガスの高温状態の絶縁特性を模擬的に再現するための生成プラズマの特性測定の要領を示す。
【００１０】
図１（ａ）は、レーザ一入射によるシミレーションのためのプラズマの生成装置を示す。同図に示すように、ＳＦ６ガスに、ＹＡＧレーザーのレーザー光を集光して、その部分のガスを電離させることでアーク発生時の様な高温ガスの特性を有するプラズマを形成した。
【００１１】
そして、一方では、図１（ｂ）に示す装置による干渉計法によって、図１（ａ）に示す装置によって生成したプラズマの温度の時間経過に伴う低下を測定した。図１（ｂ）に示す装置では、波長の異なる２つのレーザー光（図中Ｌ１、Ｌ２）を用いた二波長干渉計法に基づき、プラズマ中の電子密度、中性ガス密度を求め、この得られた両者の値から温度が導出される。このような測定をプラズマ生成後の時間を変化させて行うことで、時間経過と温度低下の関係が求められる。図３は、図１（ｂ）に示す装置によって得た生成プラズマの生成後の時間経過と温度の関係を示す図である。
【００１２】
図１（ａ）に示す装置によって生成したプラズマは、図２に示す装置によって時間経過にともなう絶縁特性の変化を測定した。この測定は、プラズマ生成後のあるタイミングでインパルス電圧を印加する。そのとき、絶縁破壊が生じる電圧値を印加電圧の波高値を変化させて求めることで、そのタイミングにおける絶縁破壊電圧が決定される。この測定方法を電圧印加のタイミングを変化させながら行うことで時間経過に伴う絶縁特性の変化が求められる。この測定は、絶縁特性を測定するための電圧の印加のタイミングを遅らせて測定することによって行った。図４は、この図２の装置によって得られたプラズマ生成後の時間経過と絶縁特性の関係を示す図である。
【００１３】
図５は、図３に示すシミレーション用のプラズマの時間経過と温度の関係、および図４に示す時間経過と絶縁特性の関係から得られた温度と絶縁特性の関係（概念図）を示す。
【００１４】
この図５に示す関係により、実際に測定すべき絶縁ガスのある温度での絶縁特性を当てはめることによって、絶縁ガスの絶縁特性と温度との関係を知ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、比較的簡単に絶縁ガスの温度と絶縁特性の関係を、ガスの種類によらず、比較的簡単に、且つ、正確に知ることができる。
【００１６】
また、本発明によって、ＳＦ６ガスをはじめ、今後開発されるであろうＳＦ６代替ガスの高温における絶縁特性を正確に知ることができるため、信頼性に優れた各種のガス絶縁機器が設計できる。したがって、遮断器開放（アーク遮断）時の過渡回復電圧に対する絶縁設計支援、新絶縁媒体ガスの高温状態の絶縁特性評価（遮断時・短絡事故時）に適用できる。
【００１７】
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】 絶縁ガスとしてＳＦ６ガスの高温状態を模擬したプラズマ測定対象の絶縁ガスの高温状態の絶縁特性を模擬的に再現するためのレーザー生成装置を示す。同図（ｂ）は、プラズマ生成後の時間経過とプラズマ温度の関係を測定する要領を示す。
【００１９】
【図２】 図２は、プラズマ生成後の時間経過とプラズマの絶縁特性の関係を測定する要領を示す。
【００２０】
【図３】 図１（ｂ）の要領によって得た生成プラズマの生成後の時間経過と温度の関係を示す。
【００２１】
【図４】 図２の要領によって得た生成プラズマの生成後の時間経過と絶縁持性の関係を示す。
【００２２】
【図５】 図３と図４から得られた温度と絶縁特性の関係（概念図）を示す。
【００２３】
【符号の説明】
Ｌ１，Ｌ２：レーザー光
Claims (1)
- レーザで高温ガス状態を模擬したプラズマを生成し、
プラズマ生成後の経過時間と温度の関係を測定するとともに、
プラズマ生成後の経過時間とプラズマの絶縁耐力の変化を測定し、
上記プラズマ生成後の経過時間と温度の関係と、上記プラズマ生成後の経過時間とプラズマの絶縁耐力の変化から、生成プラズマの温度の変化にともなう絶縁耐力の変化を知り、
測定対象の絶縁ガスの特定温度における絶縁特性を、前記生成プラズマの温度の変化にともなう絶縁耐力の変化に当てはめて、測定対象の絶縁ガスの高温における絶縁耐力を知る絶縁ガスの高温における絶縁特性測定方法。
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|---|---|---|---|
| JP2001133359A JP4739574B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 絶縁ガスの高温における絶縁特性測定方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001133359A JP4739574B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 絶縁ガスの高温における絶縁特性測定方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002328148A JP2002328148A (ja) | 2002-11-15 |
| JP4739574B2 true JP4739574B2 (ja) | 2011-08-03 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001133359A Expired - Fee Related JP4739574B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 絶縁ガスの高温における絶縁特性測定方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103616608A (zh) * | 2013-12-10 | 2014-03-05 | 国家电网公司 | 用于气体绝缘开关触头电接触状态的智能监测装置和方法 |
| CN104133162A (zh) * | 2013-08-19 | 2014-11-05 | 国家电网公司 | 用于高压电器设备混合气体电气性能研究的试验研究装置 |
| CN108303643A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-07-20 | 温州大学苍南研究院 | 一种小型断路器热时间常数的快速测量方法 |
| CN108333502A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-07-27 | 温州大学苍南研究院 | 一种测量小型断路器动作温度的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN107179467B (zh) * | 2017-05-18 | 2019-11-12 | 北京四方继保自动化股份有限公司 | 基于接地电流的gil故障定位方法及故障定位系统 |
| CN110609217A (zh) * | 2018-06-14 | 2019-12-24 | 平高集团有限公司 | 一种混合气体低温击穿电压检测系统和方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS447273Y1 (ja) * | 1965-06-08 | 1969-03-18 | ||
| JPS5910241B2 (ja) * | 1979-11-29 | 1984-03-07 | 株式会社クボタ | 走行式揚砂装置 |
-
2001
- 2001-04-27 JP JP2001133359A patent/JP4739574B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN104133162A (zh) * | 2013-08-19 | 2014-11-05 | 国家电网公司 | 用于高压电器设备混合气体电气性能研究的试验研究装置 |
| CN104133162B (zh) * | 2013-08-19 | 2017-03-22 | 国家电网公司 | 用于高压电器设备混合气体电气性能研究的试验研究装置 |
| CN103616608A (zh) * | 2013-12-10 | 2014-03-05 | 国家电网公司 | 用于气体绝缘开关触头电接触状态的智能监测装置和方法 |
| CN103616608B (zh) * | 2013-12-10 | 2017-01-18 | 国家电网公司 | 用于气体绝缘开关触头电接触状态的智能监测装置和方法 |
| CN108303643A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-07-20 | 温州大学苍南研究院 | 一种小型断路器热时间常数的快速测量方法 |
| CN108333502A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-07-27 | 温州大学苍南研究院 | 一种测量小型断路器动作温度的方法 |
| CN108303643B (zh) * | 2018-01-15 | 2020-05-05 | 温州大学苍南研究院 | 一种小型断路器热时间常数的快速测量方法 |
| CN108333502B (zh) * | 2018-01-15 | 2020-05-05 | 温州大学苍南研究院 | 一种测量小型断路器动作温度的方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002328148A (ja) | 2002-11-15 |
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