JP5819012B2 - 真空劣化監視装置 - Google Patents

Description

この発明は真空遮断器の真空劣化監視装置に関するものである。

ガス遮断器はＳＦ６ガスの優れた絶縁性能および遮断性能を利用して遮断を可能としているが、ＳＦ６ガスは地球温暖化係数が高いため、環境負荷の低い遮断器が望まれている。一方、真空遮断器は高真空中の優れた絶縁性能および遮断性能により大電流の遮断を可能としている。また上記ＳＦ６ガスを使用しておらず環境低負荷であるため、真空遮断器の高電圧適用が進んでいる。

ここでガス遮断器の場合は、圧力計によってガス圧をモニターし、ガス漏れにより絶縁・遮断に必要なガス圧を下回った場合は異常信号を出すとともにガス遮断器の操作をロックする。一方、真空遮断器の場合も、真空容器の亀裂などで真空劣化が発生すると絶縁・遮断性能が維持できないため、真空度を監視する方法が求められる。

真空遮断器の真空度を非接触でモニタリングする手法のひとつとして真空劣化が発生した際に真空容器内で発生する部分放電の電磁波をアンテナによって検知する方法がある。部分放電の電磁波をアンテナで検出する手法自体は、ＳＦ６ガスを用いたガス絶縁開閉装置でも一般的であり、ガス絶縁開閉装置では５００MHz〜１５００MHz帯程度の放電の高周波成分を検知している。一方、低真空中の部分放電の周波数は上記に比べて低いことが知られている。特許文献１では、真空劣化時の低真空中の放電電磁波の２０〜１００MHzの信号成分を検知することで真空劣化を判断している。

特開２００２−１８４２７５号公報 特開平９−１２１４０９号公報 国際公開２００１／０６５６５３号公報 特開２００２−７１７４３号公報

前述のとおり、特許文献1では放電電磁波の２０〜１００MHzの信号成分を検出しているが、この周波数帯はＦＭ放送やテレビなどの放送波の周波数帯であるため、放送波による外来ノイズの影響を受けて真空劣化監視装置が誤動作する可能性がある。また、真空遮断器は例えば変圧器などの他の機器と送電線を介して接続されているため、他の機器からの伝導ノイズの影響を受ける場合もある。

一方、特許文献２はガス絶縁開閉装置の部分放電監視の例であるが、タンク外に取り付けたアンテナ１でガス絶縁開閉装置の絶縁スペーサから漏れてくるタンク内放電の電磁波を検出する。またタンク外の絶縁スペーサから離れた位置に取り付けたアンテナ２でも電磁波を検出し、アンテナ１とアンテナ２で検出した信号の差分をとることで、放送波などの外来ノイズの成分を除去し、タンク内放電の信号のみを評価している。しかし、タンク内の放電をタンク外のアンテナで検知するのは検出感度が悪くなるという欠点がある。

この発明は、真空バルブを内蔵する金属製タンク形真空遮断器において、真空バルブの真空劣化を検出可能な信頼性の高い真空劣化監視装置を得ようとするものである。

本発明に係る真空劣化監視装置は、金属製タンクの内部に真空バルブを備え、真空バルブの接続線をブッシングを通して金属製タンクの外へ導出している金属製タンク形真空遮断器の、前記真空バルブの真空劣化を監視する真空劣化監視装置において、前記ブッシングは、ローパス機能を有する内部シールドを有し、前記金属製タンクの内部に設置された第一のアンテナと、金属製タンクの外部に設置された第二のアンテナと、第一のアンテナで検出された真空バルブの部分放電に起因する電磁波の強度を測定する第一の検知部と、第二のアンテナで検出された金属製タンクの外のノイズに起因する電磁波の強度を測定する第二の検知部と、第一の検知部で検知された電磁波の強度と第二の検知部で検知された電磁波の強度とを比較することにより、真空バルブの真空劣化を判定する判定部を備え、前記第一および第二の検知部は、前記真空バルブの真空劣化時に発生する放電に起因する電磁波の内、前記内部シールドで減衰される周波数帯を通過させる周波数フィルタを備えている。

この発明によれば、金属製タンク内に設置された真空バルブの部分放電の検知が、金属製タンクの外のノイズにより妨害されることがないので、真空バルブの真空劣化監視の信頼性を高めることができる。

本発明の実施の形態1に係る真空劣化監視装置を含む真空遮断器の略線側断面図である。 本発明の実施の形態1に係る真空遮断器に設置されたブッシングの略線側断面図である。 本発明の実施の形態1に係る真空劣化監視装置を含む真空遮断器の略線上面図である。 本発明の実施の形態1に係る真空劣化監視装置の真空劣化検出部を示すブロック図である。 本発明の実施の形態2に係る真空劣化監視装置の真空劣化検出部を示すブロック図である。 真空バルブ内の部分放電に起因する電磁波の２００〜３００MHz帯における測定結果を示す図である。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態1に係る真空劣化監視装置を含む真空遮断器の構成を図１〜３により説明する。真空遮断器１５は金属製タンク１２を備えている。真空遮断器１５の主回路は、金属製タンク１２内に設置された真空バルブ９と、金属製タンク１２から導出された一対のブッシング４と、金属製タンク１２に固定され、ブッシング４を収容している碍管３と、真空バルブ９の接続線を送電線１に接続するブッシング内導体４ａを介して送電線１に接続する碍管内導体２とからなる。

ブッシング４は、図２に示すように、ブッシング内導体４ａと、これを取巻く絶縁体４ｃと、絶縁体４ｃ内に設けられた円筒状の金属導体からなる内部シールド４ｂとからなり、内部シールド４ｂは、例えば金属製タンク１２を通して接地１３されている。ブッシング４は、内部シールド４ｂがあることで、特定周波数以上の高周波成分を通しにくいローパスフィルタ（例えば、ここでは１００MHz以下を通過）として機能する。

真空バルブ９は、ブッシング内導体４ａに接続された一対の接触子９ａおよび９ｂを備えている。真空遮断器１５は接触子９ａおよび９ｂの開閉を操作する操作機構を有しているが、ここでは図示を省略している。

金属製タンク１２内には、さらに第一のアンテナ（以下タンク内アンテナとも呼ぶ）５が設置され、その出力７は後に詳述する真空劣化監視部８に供給される。また、金属製タンク１２の外には、金属製タンク１２の上方で、例えば２本の碍管３の間に第二のアンテナ（以下タンク外アンテナとも呼ぶ）６が設置され、その出力は真空劣化監視部８に接続される。タンク内アンテナ５やタンク外アンテナ６で検出する電磁波の周波数は、ブッシング４のローパスフィルタを通過しにくい周波数帯域（ここでは２００〜３００MHz）とし、タンク内アンテナ５およびタンク外アンテナ６のアンテナ形状は前記の周波数帯（２００〜３００MHz）に適した構造としている。また、タンク内アンテナ５およびタンク外アンテナ６は同じ受信感度に設定される。

図１は真空遮断器の１相を示しているが、図３に示すように、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３相の場合には、真空遮断器１５は図１に示すものが３個併設される。この場合、３個の金属製タンクには各相毎に１２ａ、１２ｂ、１２ｃの符号を、タンク内アンテナには各相毎に５ａ、５ｂ、５ｃの符号を、また、各アンテナの出力には各相毎に７ａ、７ｂ、７ｃの符号をそれぞれ付している。なお、相を分けて説明する必要のない場合は、金属製タンクを１２、タンク内アンテナを５、アンテナ出力を７で示す。

図３は３相の真空遮断器を概略的に示す上面図で、一対の碍管３を備えた金属製タンク１２ａ、１２ｂ、１２ｃが並設されている。各金属製タンク内に設置されたタンク内アンテナの出力７ａ、７ｂ、７ｃは真空劣化監視部８に入力される。タンク外アンテナ６は、金属製タンクの上方で、各碍管３と送電線１の接続部に対してほぼ中央に設置され、その出力は真空劣化監視部８に入力される。図３では送電線１は図示を省略している。

次に、図４により、真空劣化監視部８の構成を説明する。真空劣化監視部８は、タンク内アンテナ５（Ａ相アンテナは５ａ、Ｂ相アンテナは５ｂ、Ｃ相アンテナは５ｃで表す）の受信信号を検知する第一の検知部８Ａと、タンク外アンテナ６の受信信号を検知する第二の検知部８Ｂと、第一および第二の検知部８Ａおよび８Ｂの信号から真空劣化を判定する判定部８Ｃとで構成される。

第一の検知部８Ａにおいて、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各々に属する検知部の構成は同じである。第一の検知部８Ａは、Ａ相のタンク内アンテナ５ａ、Ｂ相のタンク内アンテナ５ｂ、Ｃ相のタンク内アンテナ５ｃにそれぞれ接続された周波数フィルタ８１ａ、８１ｂ、８１ｃと、これらフィルタにそれぞれ接続されたアンプ８２ａ、８２ｂ、８２ｃと、これらアンプにそれぞれ接続された検波回路８３ａ、８３ｂ、８３ｃとから構成されている。第二の検知部８Ｂは、タンク外アンテナ６に接続された周波数フィルタ８１ｄと、このフィルタに接続されたアンプ８２ｄと、このアンプに接続された検波回路８３ｄとから構成されている。周波数フィルタ８１ａ〜８１ｄは、通過周波数帯域が例えば２００〜３００MHzのバンドパスフィルタである。この周波数帯域は、真空バルブ９の部分放電による電磁波の内、タンク内アンテナ５で検出しようとする周波数帯域に一致する。なお、上記周波数帯域は２００〜３００ＭＨｚに限られるものではなく、例えば、１００〜２００ＭＨｚに設定してもよい。

判定部８Ｃは、第一および第二の検知部８Ａおよび８Ｂからの信号を受けて真空バルブの真空劣化を判定する部分であり、これは検波回路８３ａ〜８３ｄで得られた信号を比較するコンパレータ回路８４と、該コンパレータ回路８４によりタンク内部分放電が発生していると判断される場合には、その比較結果をパルスの形で出力するパルス出力部８５と、該パルス出力部８５からのパルスをカウントするパルスカウンタ８６と、パルスのカウント数から部分放電の継続時間を検出し、その部分放電が真空バルブの真空劣化に起因するものかどうかを判定し、真空劣化異常出力８８を出す判定回路８７を備えている。

真空バルブ９の真空度が劣化した場合、真空バルブ９内の絶縁性能が低下するため、真空バルブ９内では主として接触子９ａ、９ｂの近傍で部分放電１１が発生する。この部分放電１１に起因する電磁波は、真空バルブ９を通過してタンク内アンテナ５によって検出される。図６は真空バルブ９が真空劣化した場合に真空バルブ９内で発生した部分放電１１の電磁波をタンク内アンテナ５で検出した結果を示す図である。本測定結果は、バンドパスフィルタを用いて周波数帯域を２００〜３００MHzの範囲に絞っており、真空バルブ９内の部分放電１１が同帯域の信号成分を有していることを示している。

一方、真空バルブ９内で発生した部分放電１１の電磁波は、ブッシング内導体４ａおよび碍管内導体２を通じて金属製タンク外部へも伝導する。前述のとおり、ブッシング４は、内部シールド４ｂによりローパスフィルタとして機能するため、部分放電１１の１００MHz以下の信号は容易に金属製タンク外部へも伝導してタンク外アンテナ６でも検出される。しかし、前記ブッシング４のローパスフィルタを通過しにくい周波数帯域（ここでは２００〜３００MHz）の信号は、ブッシング４の部分で減衰するため、タンク外アンテナ６には殆ど達せず、タンク外アンテナ６で検出した電磁波強度はタンク内アンテナ５で検出した電磁波強度に比べて小さくなる。

また、金属製タンク外部から進入してくるノイズとして、放送波などによる外部放射ノイズ１４、および真空遮断器１５と送電線１を介して接続された図示しない他の機器で発生したノイズが、送電線１を介して伝導してくる外部伝導ノイズ１０がある。外部伝導ノイズ１０や外部放射ノイズ１４の電磁波は、タンク外アンテナ６によって検出されるとともに、碍管内導体２およびブッシング内導体４ａを介して金属製タンク１２内にも伝導する。外部ノイズの例えば１００MHz以下の信号は容易に金属製タンク内部へも伝導し、タンク内アンテナ５でも検出される。一方、前記ブッシング４のローパスフィルタを通過しにくい周波数帯域（ここでは２００〜３００MHz）の信号は、ブッシング４の部分で減衰するため、タンク内アンテナ５には殆ど達せず、タンク内アンテナ５で検出した電磁波強度は、タンク外アンテナ６で検出した電磁波強度に比べて小さくなる。

以上のようにしてタンク内アンテナ５で受信したノイズのタンク内アンテナ出力７は真空劣化監視部８の第一の検知部８Ａに、また、タンク外アンテナ６で受信したノイズは直接真空劣化監視部８の第二の検知部８Ｂに加えられる。次いで、第一および第二の検知部８Ａおよび８Ｂで検知した信号は、判定部８Ｃで処理される。

Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相のタンク内アンテナ５ａ、５ｂ、５ｃで受信した信号は、バンドパスフィルタである周波数フィルタ８１ａ、８１ｂ、８１ｃで特定周波数帯（ここでは２００〜３００MHz）のみが抽出される。同様に、タンク外アンテナ６で受信した信号は、同じくバンドパスフィルタである周波数フィルタ８１ｄで特定周波数帯（ここでは２００〜３００MHz）のみが抽出される。これらの抽出信号は、アンプ８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄにより増幅され、検波回路８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄにより波高値が抽出される。従って、前記ブッシング４のローパスフィルタ機能並びに周波数フィルタ８１ａ〜８１ｄにより特定周波数帯（ここでは２００〜３００MHz）の電磁波信号だけを検波回路８３ａ〜８３ｄの出力信号として取り出すようにすれば、以下に述べるようにコンパレータ回路８４により、電磁波の発生が金属製タンク内か金属製タンク外か、また、金属製タンク内の場合どの相の真空バルブが発生源であるかを特定することができる。

検波回路８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄにより抽出されたノイズの波高値は、判定部８Ｃのコンパレータ回路８４において、それぞれが比較される。コンパレータ回路８４による比較により、例えば、下記のように信号の大小を比較することでノイズ電磁波の発生源が区別可能となる。
外部ノイズがＡ相の場合：
アンテナ６の出力＞アンテナ５ａ＞アンテナ５ｂ、アンテナ５ｃ
外部ノイズが三相の場合：
アンテナ６の出力＞アンテナ５ａ、アンテナ５ｂ、アンテナ５ｃ
Ａ相で部分放電発生の場合：
アンテナ５ａ出力＞アンテナ６＞アンテナ５ｂ、アンテナ５ｃ
Ａ相、Ｂ相で部分放電発生の場合：
アンテナ５ａ出力、アンテナ５ｂ出力＞アンテナ６＞アンテナ５ｃ

以上のように、検波回路８３ａ〜８３ｄの出力の大小を区別し、金属製タンク内の部分放電の発生源を特定できるから、コンパレータ回路８４の出力から金属製タンク内の部分放電の電磁波強度の比較結果をパルス出力部８５でパルスとして出力し、パルスカウンタ８６でパルス数をカウントすることで、放電の継続性や、放電頻度が所定の閾値を超えた場合に判定回路８７によって真空劣化であることを判定し、真空劣化異常出力８８を出す。

本実施の形態によれば、真空バルブが真空劣化した場合の部分放電を検知することで、真空バルブ即ち真空遮断器の真空劣化が検知可能であり、また、タンク内外のアンテナ受信出力を比較することで、真空劣化監視装置が外来ノイズによって誤検知および誤動作することを防止できる。さらに、ブッシング部を通過しにくい周波数帯を検出周波数帯とすることにより、金属製タンク内外の信号強度が比較しやすく、精度のよい、信頼性の高い真空劣化監視装置が得られる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る真空劣化監視装置は、実施の形態１のものとは次の点で異なっている。実施の形態1では、各相のタンク内アンテナ出力７ａ、７ｂ、７ｃを別々にコンパレータ回路で比較していたため、どの相で真空劣化が発生したか判断することが可能であるが、周波数フィルタ、アンプ、および検波回路が各相分必要となるため、高コスト化する。本実施の形態２では、異常が発生した相の特定が必要ない場合として、図５に示すように、第一の検知部８Ａをそれぞれ一つの周波数フィルタ８１、アンプ８２、および検波回路８３で構成し、各相のタンク内アンテナ出力を一括して第一の検知部８Ａに加えるようにしている。その他の構成は実施の形態１と同じである。

本実施の形態２の構成によれば、異常が発生した相の特定はできないが、回路構成は簡単になる。また、図３の真空遮断器は各相毎に金属製タンクが設置される構成であるが、一つの金属製タンク内に三相の主回路が配置された構成でも、本実施の形態２が有効となり、さらなる構成の簡易化が図られる。本実施の形態２の場合でも、金属製タンク外の外来ノイズと金属製タンク内の放電の区別は実施の形態１と同様に可能である。

以上、この発明を実施の形態により説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形または省略することが可能である。

１ 送電線、２ 碍管内導体、３ 碍管、４ ブッシング、
４ａ ブッシング内導体、４ｂ 内部シールド、４ｃ 絶縁体、
５（５ａ、５ｂ、５ｃ） 第一のアンテナ（タンク内アンテナ）、
６ 第二のアンテナ（タンク外アンテナ）、
７（７ａ、７ｂ、７ｃ） 第一のアンテナの出力、８ 真空劣化監視部、
８Ａ 第一の検知部、８Ｂ 第二の検知部、８Ｃ 判定部、
９ 真空バルブ、９ａ、９ｂ 接触子、１０ 外部伝導ノイズ、
１１ 部分放電、１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ） 金属製タンク、
１３ 接地、１４ 外部放射ノイズ、１５ 真空遮断器、
８１、８１ａ〜８１ｄ 周波数フィルタ、８２、８２ａ〜８２ｄ アンプ、
８３、８３ａ〜８３ｄ 検波回路、８４ コンパレータ回路、
８５ パルス出力部、８６ パルスカウンタ、８７ 判定回路、
８８ 真空劣化異常出力。

Claims (8)

1. 金属製タンクの内部に真空バルブを備え、前記真空バルブの接続線をブッシングを通して前記金属製タンクの外へ導出している金属製タンク形真空遮断器の、前記真空バルブの真空劣化を監視する真空劣化監視装置において、前記ブッシングは、ローパス機能を有する内部シールドを有し、前記金属製タンクの内部に設置された第一のアンテナ、前記金属製タンクの外部に設置された第二のアンテナ、前記第一のアンテナで検出された前記真空バルブの部分放電に起因する電磁波の強度を測定する第一の検知部、前記第二のアンテナで検出された前記金属製タンクの外のノイズに起因する電磁波の強度を測定する第二の検知部、および前記第一の検知部で検知された電磁波の強度と前記第二の検知部で検知された電磁波の強度とを比較することにより、前記真空バルブの真空劣化を判定する判定部を備え、前記第一および第二の検知部は、前記真空バルブの真空劣化時に発生する放電に起因する電磁波の内、前記内部シールドで減衰される周波数帯を通過させる周波数フィルタを備えたことを特徴とする真空劣化監視装置。
2. 前記判定部は、前記第一の検知部で検知された電磁波の強度が前記第二の検知部で検知された電磁波の強度より小さい場合は外部ノイズと判定し、前記第一の検知部で検知された電磁波の強度が前記第二の検知部で検知された電磁波の強度より大きい場合は前記真空バルブの部分放電による真空劣化と判定する請求項１に記載の真空劣化監視装置。
3. 前記金属製タンク形真空遮断器を三相分並設したことを特徴とする請求項１に記載の真空劣化監視装置。
4. 前記第一の検知部は、前記第一のアンテナが相毎に受信した電磁波を一括して強度測定するものであることを特徴とする請求項３に記載の真空劣化監視装置。
5. 前記第一および第二のアンテナは、前記真空バルブの真空劣化時に発生する放電に起因する電磁波の内、前記ブッシングのローパスフィルタ機能で減衰される周波数帯を受信するに適した特性のものであることを特徴とする請求項１に記載の真空劣化監視装置。
6. 前記第一および第二の検知部は、受信電磁波の波高値を検出する検波回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の真空劣化監視装置。
7. 前記判定部は、前記第一の検知部で検知された電磁波の強度と前記第二の検知部で検知された電磁波の強度とを比較するコンパレータ回路と、該コンパレータ回路の出力をパルスとして計数するパルス出力部およびパルスカウンタと、該パルスカウンタの出力が閾値を超えたときに前記真空バルブの真空劣化と判定する判定回路とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の真空劣化監視装置。
8. 前記第二のアンテナは、前記金属製タンクの上部で、かつ前記ブッシングに接続された送電線からのノイズによる電磁波の受信感度がほぼ等しい位置に設置されていることを特徴とする請求項３に記載の真空劣化監視装置。
   

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