JP6207462B2

JP6207462B2 - 部分放電センサ

Info

Publication number: JP6207462B2
Application number: JP2014108095A
Authority: JP
Inventors: 佳之田村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-05-26
Also published as: JP2015224888A

Description

本発明は、ガス絶縁機器などの電力機器の部分放電信号を検出する部分放電センサに関するものである。

ガス絶縁機器を対象とする部分放電センサは、内部型と外部型に分けられる。内部型は、ガス絶縁機器内に組み込まれるタイプのセンサであり、ガス絶縁機器の設計時にセンサの感度が良好となるようにその取付け位置を考慮してガス絶縁機器と一体で設計がされる。一方、外部型は、既設のガス絶縁機器に後付される可搬型のタイプのセンサである。

部分放電センサは、その使われ方の観点からは、常時監視用と点検用に分けられる。常時監視用は常時に部分放電発生状況を監視するもので、点検用は定期的に部分放電発生状況を監視するものである。

部分放電を常時監視する場合、一般に内部型のセンサが使用される。一方、外部型のセンサは、内部型のセンサを備えていない既設のガス絶縁機器に適用され、部分放電の定期的な監視に使用される。

部分放電はガス絶縁機器に課電されている電圧位相に同期して発生する現象であり、近年では部分放電の検出のみならず、課電電圧位相情報も取り込み、放電源種別の推定やノイズとの識別も行い、放電信号検出の信頼性を向上させている（例えば、特許文献１参照）。なお、部分放電の検出および放電源種別の推定等は、部分放電センサの後段に接続された部分放電検出装置で実施される。

特開平３−２５１０１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された部分放電検出器はガス絶縁機器と一体に設計がされた内部型のセンサであり、この部分放電検出器を既設のガス絶縁機器に適用することは困難である。

一方、外部型の部分放電センサを用いる場合に、課電電圧位相信号を得るためには、変成器出力を用いるか、あるいは、部分放電検出装置に使用しているＡＣ電源を用いることが考えられる。詳細には、前者では、ガス絶縁機器に変成器を設け、ガス絶縁機器に課電される高電圧信号に相当する課電電圧位相信号を変成器出力として得ることができる。後者では、ＡＣ電源位相と課電電圧位相との位相差情報を予め取得し、この位相差情報とＡＣ電源位相とから課電電圧位相を得ることができる。

しかしながら、前者では、変成器出力を得るためには別途ケーブル配線が必要となる。また、後者では、位相差情報を得るには例えばＡＣ電源と変成器出力の位相差を測定する必要があり、この場合も別途ケーブル配線が必要になるとともに測定の手間もかかる。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、別途ケーブル配線等を必要とすることなく、一つのセンサで部分放電信号と課電電圧位相信号の双方を容易に検出することが可能な外部型の部分放電センサを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る部分放電センサは、絶縁ガスが密封された金属タンク内に電圧が課電される中心導体が配置されたガス絶縁機器における前記金属タンクの端部間に挟持された絶縁スペーサの外周面上に配置され、前記金属タンク内で発生した部分放電を検出する部分放電センサであって、一面が絶縁板で構成され、当該絶縁板が前記外周面と対向するようにして配置された筐体と、前記筐体内で前記絶縁板の内面に配置された部分放電検出用のアンテナと、前記筐体内で前記絶縁板の内面に配置された課電電圧位相検出用の電極と、前記筐体内に配置され、前記電極に接続されたアンプと、前記筐体内に配置され、前記アンプの後段に接続された積分回路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、別途ケーブル配線等を必要とすることなく、一つのセンサで部分放電信号と課電電圧位相信号の双方を容易に検出することが可能な外部型の部分放電センサを提供することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る部分放電センサが外付けされたガス絶縁機器の平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３は、実施の形態に係る部分放電センサの構成例を示した図である。図４は、実施の形態に係る部分放電センサの斜視図である。図５は、電極による課電電圧位相信号の検出の原理を示した模式図である。図６は、アンプと積分回路の回路構成の一例を示した図である。図７は、部分放電検出装置の構成例を示した図である。図８は、実施の形態に係る部分放電センサの動作を説明するための図である。

以下に、本発明に係る部分放電センサの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本実施の形態に係る部分放電センサが外付けされたガス絶縁機器の平面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。なお、図２では、部分放電センサ１内の構成の図示は省略している。

図１および図２に示すように、ガス絶縁機器２０は、絶縁ガスが密封された金属タンク２１と、金属タンク２１内に配置された中心導体２３と、金属タンク２１の端部間に挟持され中心導体２３を絶縁支持する絶縁スペーサ２２とを備えている。ここで、金属タンク２１は、接地された例えば円筒状の金属容器から成り、端部にフランジ２１ａが設けられている。絶縁スペーサ２２は、中心に中心導体２３が貫通した例えば円盤状であり、一対の金属タンク２１のフランジ２１ａ間に挟持されている。中心導体２３は、高電圧が課電される導体であり、例えば中空の金属から成る。

本実施の形態に係る部分放電センサ１は、ガス絶縁機器２０の金属タンク２１内で発生した部分放電を検出するためのセンサであり、ガス絶縁機器２０に外付けされる可搬型（外部型）のセンサである。具体的には、部分放電センサ１は、絶縁スペーサ２２の外周面上に配置されて部分放電の検出に使用される。

図３は、本実施の形態に係る部分放電センサの構成例を示した図、図４は、本実施の形態に係る部分放電センサの斜視図、図５は、電極による課電電圧位相信号の検出の原理を示した模式図である。

図３に示すように、部分放電センサ１は、筐体１１と、筐体１１内に配置されたアンテナ２および電極３と、筐体１１内に配置されアンテナ２に接続されたバラン５と、筐体１１内に配置され電極３に接続されたアンプ４と、筐体１１内に配置されアンプ４の後段に接続された積分回路７と、バラン５および積分回路７の後段に接続された合成器６と、合成器６に接続され合成器６の出力信号を外部へ伝送する信号線８とを備えている。

筐体１１は、例えば６面を有する箱体であり、６面のうちの１面は絶縁板１１ａで構成され、他の５面は例えば金属板で構成されている（図４）。

アンテナ２は、部分放電検出用のアンテナであり、例えば銅箔で形成されたループ状のアンテナである。アンテナ２は、部分放電信号の周波数帯域（数ＭＨｚ〜数ＧＨｚ）に感度を有するように形状および大きさが構成されている。また、アンテナ２は、絶縁板１１ａの内面に配置される。部分放電センサ１は、絶縁板１１ａが絶縁スペーサ２２の外周面と対向するように当該外周面上に配置される。これにより、アンテナ２は、ガス絶縁機器２０内で発生し絶縁スペーサ２２から漏れ出た部分放電信号を検出することができる。

電極３は、課電電圧位相検出用の電極であり、例えば銅箔で形成された矩形状の電極である。ここで、課電電圧位相信号は、中心導体２３に課電される電圧信号と同じ周波数、同じ位相の信号である。電極３は、アンテナ２と同様に絶縁板１１ａの内面に配置される。部分放電センサ１が絶縁スペーサ２２の外周面上に配置されると、ガス絶縁機器２０内の中心導体２３と電極３とでコンデンサＣが構成される（図５）。

このように、本実施の形態では、アンテナ２および電極３の双方が単一の筐体１１内に収納され、筐体１１の１面を構成する絶縁板１１ａの内面に設置されている。

バラン５は、アンテナ２の二つの端子に接続された平衡不平衡変換器である。すなわち、バラン５により、アンテナ２の出力はグランドとグランドを基準にした信号に変換され合成器６に出力される。なお、アンテナ２の構成によってはバラン５を設けない構成も可能である。

アンプ４はハイインピーダンス入力のアンプであり、電極３の出力とアンプ４の入力インピーダンスとでハイパスフィルタが構成される。このハイパスフィルタのカットオフ周波数は、検出すべき課電電圧位相信号の周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚよりも大きな周波数となるため、課電電圧位相信号の周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）はハイパスフィルタのカットオフ周波数以下の微分領域に属することとなり、アンプ４の出力はその位相が課電電圧位相信号の位相よりも９０度進んだ信号となる。例えば、電極３と中心導体２３とで形成されるコンデンサの容量Ｃを０．１ｐＦ、アンプ４の入力インピーダンスＲを１ＭΩとすると、カットオフ周波数ｆｃ＝１／（２πＲＣ）[Ｈｚ]は約１．５ＭＨｚである。

積分回路７は、アンプ４の出力を積分し、アンプ４の出力を位相が９０度遅れた信号とする。これにより、積分回路７の出力は課電電圧信号と同位相の信号（課電電圧位相信号）となる。

図６は、アンプ４と積分回路７の回路構成の一例を示した図である。図６に示すように、アンプ４はインピーダンスＲとオペアンプで構成され、積分回路７はインピーダンスＲａとコンデンサＣａとオペアンプで構成される。また、アンプ４の前段のコンデンサＣは、電極３と中心導体２３とで形成される容量である。アンプ４の前段のコンデンサＣとアンプ４とで微分回路が構成され、この微分回路に対応して積分回路７が構成されている。なお、アンプ４と積分回路７の回路構成は図示例に限定されない。

合成器６は、バラン５を経たアンテナ２の出力と積分回路７の出力とを合成（加算）し出力する。合成器６の出力は、一本の信号線８により部分放電センサ１から送出される。信号線８は例えば同軸ケーブルである。

図７は、部分放電検出装置の構成例を示した図である。図７に示すように、部分放電センサ１は、信号線８を介して部分放電検出装置３０に接続されている。部分放電検出装置３０は、信号線８に接続されたハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３１と、同じく信号線８に接続されたローパスフィルタ３２と、ＨＰＦ３１の後段に接続された部分放電検出回路３３と、ＬＰＦ３２の後段に接続された位相信号処理回路３４と、部分放電検出回路３３および位相信号処理回路３４の双方の後段に接続された放電形態特定部３５とを備えている。

ＨＰＦ３１は、信号線８により伝送された合成信号に含まれる高周波成分を通過させる。これにより、部分放電検出回路３３は、部分放電信号を検出することができる。一方、ＬＰＦ３２は、信号線８により伝送された合成信号に含まれる低周波成分を通過させる。これにより、位相信号処理回路３４は、課電電圧位相信号を検出することができる。放電形態特定部３５は、部分放電とその放電発生位相とに基づいて、放電形態を特定する。ここで、放電形態の特定は例えば放電源および放電源位置の特定等であり、放電源は例えば浮き電極であるかあるいは針電極であるか等であり、放電源位置は例えば中心導体２３上であるかあるいは金属タンク２１上であるか等である。

次に、図８を参照して、本実施の形態の動作を説明する。図８は、本実施の形態に係る部分放電センサの動作を説明するための図である。

まず、ガス絶縁機器２０内で発生した部分放電信号は絶縁物である絶縁スペーサ２２から漏れ、この部分放電信号は絶縁スペーサ２２の外周面上に設置された部分放電センサ１内のアンテナ２で検出される。アンテナ２の出力は平衡信号であり、バラン５によって不平衡信号に変換される。図８では、アンテナ２の出力波形例を矢印Ａ１の先端に示し、バラン５の出力波形例を矢印Ａ２の先端に示している。バラン５によって、アンテナ２の出力はグランドを基準にした電位に変換される。そして、バラン５の出力は合成器６へ入力される。

一方、電極３は、ガス絶縁機器２０内の中心導体２３と小さなコンデンサＣを形成する。このコンデンサＣとアンプ４の入力インピーダンスＲとでハイパスフィルタが形成され、このハイパスフィルタのカットオフ周波数は課電電圧位相信号の周波数よりも大きいため、課電電圧位相信号の周波数はハイパスフィルタのカットオフ周波数以下の微分領域に属することとなり、アンプ４の出力はその位相が課電電圧位相信号よりも９０度進んだ信号となる。そして、アンプ４の出力は後段の積分回路７へ入力され、積分回路７によりその位相が９０度遅れることとなり、その結果、積分回路７の出力は課電電圧信号と同位相となる。なお、図８では、電極３の出力波形例を矢印Ａ３の先端に示し、積分回路７の出力波形例を矢印Ａ４の先端に示している。詳細には、矢印Ａ３の先端では、中心導体２３に課電される電圧信号である「課電電圧信号」と電極３の出力である「信号」とを比較して示している。また、矢印Ａ４の先端では、中心導体２３に課電される電圧信号である「課電電圧信号」と積分回路７の出力である「課電電圧位相信号」とを比較して示している。

次に、合成器６では、バラン５を介して出力されたアンテナ２の出力信号と積分回路７の出力信号とが合成され、この合成信号が一つの信号線８を介して部分放電検出装置３０へ送信される（図８、図７）。なお、図８では、合成器６の出力波形例を矢印Ａ５の先端に示している。合成信号は、課電電圧位相信号に特定の位相で発生する部分放電信号が加算された波形となっている。

合成器６から出力された合成信号を受け取る部分放電検出装置３０側ではハイパスフィルタ３１とローパスフィルタ３２を用いて部分放電信号と課電電圧位相信号を分離し、部分放電形態の特定に使用する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、部分放電信号を検出するアンテナ２と課電電圧位相信号を得る電極３を部分放電センサ１の同一の筐体１１内に収納し、部分放電センサ１をスペーサ部に当てるだけで部分放電信号と課電電圧信号を得ることができるようにしたので、別途ケーブル配線等を必要とすることなく、一つのセンサで部分放電信号と課電電圧位相信号の双方を容易に検出することができる。

また、本実施の形態では、部分放電センサ１から１本の信号線８で部分放電信号および課電電圧信号を送出するようにしているので、配線が簡素化される。

なお、本実施の形態では、部分放電センサ１内に合成器６を設け、バラン５を経たアンテナ２の出力信号と積分回路７の出力信号を合成し、部分放電信号と課電電圧位相信号の和を一本の信号線８で送出するようにしたが、合成器６を設けずに、バラン５を経たアンテナ２の出力信号と積分回路７の出力信号を二本の信号線で別個に送信するようにしてもよい。この場合、部分放電検出装置３０では、ＨＰＦ３１、ＬＰＦ３２を設ける必要がなく、バラン５を経たアンテナ２の出力信号を信号線を介して部分放電検出回路３３に導き、積分回路７の出力を信号線を介して位相信号処理回路３４に導くようにすればよい。

本発明は、部分放電センサとして有用である。

１部分放電センサ、２アンテナ、３電極、４アンプ、５バラン、６合成器、７積分回路、８信号線、１１筐体、１１ａ絶縁板、２０ガス絶縁機器、２１金属タンク、２１ａフランジ、２２絶縁スペーサ、２３中心導体、３０部分放電検出装置、３１ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、３２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３３部分放電検出回路、３４位相信号処理回路、３５放電形態特定部。

Claims

絶縁ガスが密封された金属タンク内に電圧が課電される中心導体が配置されたガス絶縁機器における前記金属タンクの端部間に挟持された絶縁スペーサの外周面上に配置され、前記金属タンク内で発生した部分放電を検出する部分放電センサであって、
一面が絶縁板で構成され、当該絶縁板が前記外周面と対向するようにして配置された筐体と、
前記筐体内で前記絶縁板の内面に配置された部分放電検出用のアンテナと、
前記筐体内で前記絶縁板の内面に配置された課電電圧位相検出用の電極と、
前記筐体内に配置され、前記電極に接続されたアンプと、
前記筐体内に配置され、前記アンプの後段に接続された積分回路と、
を備えることを特徴とする部分放電センサ。
前記アンテナに接続されるバランと、
前記バランおよび前記積分回路の双方の後段に接続され、前記バランを介して出力された前記アンテナの出力信号と前記積分回路の出力信号を合成する合成器と、
前記合成器に接続され、前記合成器の出力信号を送出する一本の送信線と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の部分放電センサ。