JPH01232626A - ガス絶縁開閉機器の通電異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガス絶縁開閉機器の通電異常検出装置に係わり
、特に通電部に生じる接Ｍ、不良を、重大事故に至る進
展過程の比較的早期に高信頼度で検出するのに好適なガ
ス絶縁開閉機器の通電異常検出装置に関する。

〔従来の技術〕

ガス絶縁開閉機器に、例えば遮断部の投入不足。

コンタクトを押圧するばねの不良、導体取付部のボルト
締付は不良等に基づく接触不良が発生すると、従来は初
期に接触抵抗増加による局部過熱が生じ、接触不良が比
較的進んだ終期には劣化した電極間に微小な火花放電が
発生し、それに伴うＳＦｇ　ガスの分解、振動、電磁波
、電気パルス等が発生すると考えられていた。上記の通
電異常が地絡等の重大事故に進展する前にこれを検知す
る予防保全技術の立場から、これらの現象に対応するセ
ンサを設置し事前に異常を検知する試みがなされてきた
。例えば温度を検出するものでは実開昭５６−６８１３
１号、特開昭５５−１５４４２８号等がある。

前者は信頼性確保することを重視し接地タンクの外壁に
温度センサを設けたものであるが、日照。

風雨の影響を受は易く、又通電部から離れた位置で検出
するため感度が鈍く、異常検出の精度向上に問題があっ
た。後者は感温部を発熱部近傍に設置し感度向上を図っ
たものであるが逆に信頼性を低下させる。分解ガスの検
出では例えば特開昭５５−４１１６５号等があるが、数
ｐｐｍ＋の分解ガスを検出するための感度、絶縁性ガス
によるセンサの腐食劣化に対する信頼性確保の問題があ
る他、遮断部。

断路部等の設置されたガス区画では正常な開閉時に発生
する分解ガス生成量が圧倒的に大きいため、これを分離
するのが課題となっていた。電磁波。

電気パルス等電気信号として現われる現象と、振動、音
響等については特開昭５５−１１７４２１号等にみられ
るように異常に伴って発生する信号に対して外来ノイズ
が一般的に大きいため、Ｓ／Ｎ比が悪くノイズを分離し
て異常を検出するため複雑なアルゴリズムとそれを実現
する処理装置を必要としており、それでも充分な検出精
度が得られている訳ではなかった。ここで考えられてい
る部分放電に伴って発生する振動についてはアイイーイ
ーイートランザクションズオンパワーアバレータスアン
ドシステムズピーエーエス１００．６（１９８１年）第
２７３３頁から第２７３９頁（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ。

Ｐｏｗｅｒ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅ
ｍｓ　ＶｏＬ、ＰＡＳ−１００，Ｎｃｉ６（１９８１）
ｐｐ２７３３〜２７３９）Ｆｉｇ　１１にＰａｒｔｉａ
ｌ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅとして述べられているように周
波数領域約１０ＫＨｚ　、加速度１０ｍＧ以下と比較的
高周波でかつ微少信号を検出する必要があった。さらに
部分放電自体が通電異常進展過程の比較的後期に発生す
るため、部分放電に伴う現象の検出では精度よく検出で
きたとしても時期が遅れるという問題もあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では通電異常が発生してからその進展過程
の早い時期に高い精度で検出できる手法がなく、この様
な異常検出技術の開発が望まれていた。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点に鑑み高精度でし
かも早期に異常を発見でき、なおかつガス絶縁開閉機器
の通電信頼性を損なうことのない、新しいガスＩＩＡ録
開閉４Ｉ器の通電異常検出装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、加速度センサ等の振動検出手段をガス絶縁
開閉機器の外壁に設置し、周波数２００〜５０００Ｈｚ
の振動を測定し、該当する周波数成分の振動の有無によ
り異常判定することによりなされる。

〔作用〕

従来知られていなかった通電異常時特有の現象として、
電極が固有の振動を発生することがわかった。重量約１
ｋｇの銅電極を接触力２ｋｇ及び１ｋｇで接触させ１０
０ＯＡの電流を流したときのオシログラムをそれぞれ第
２図（ａ）及び（ｂ）に示す。（ａ）図は正常に通電し
ている状態で、通電電流波形１７．極間電圧波形１８．
タンク振動波形１９を時間ｔに対して示している。正常
通電しているときは、正弦波の電流波形１７に対応して
。

極間電圧波形１８も正弦波に近く、タンク振動波形１９
もほぼ正弦波の商用周波数（ここでは５０Ｈｚ）で波高
値０．００１　０　（Ｇは重力加速度）程度になってい
る。この振動は通！を流による電磁力もしくは誘導等が
原因と考えられている。これに対し、（ｂ）図示す異常
時では通ｆ！電流１７は正弦波であるにもかかわらず極
間電圧波形１８は非常に歪んだ波形となっている。特に
電流零点の前後で電圧が高くなる傾向を示している。同
時にタンク振動波形に約５００Ｈｚを中心とした最大０
．Ｉ　　Ｇの振動が検出されている。この振動波形の周
波数分析結果では、周波数最大５０００Ｈｚ迄の範囲に
分布した周波数成分を有することがわかった。

前述の波形例は銅電極に多く見られるものであるが、ア
ルミ電極、銀電極、銀メツキ電極等では通電異常時の電
圧波形が異なり、第４図に示したものとなる。正弦波の
通電電流１７に対し、電圧波形１８も正弦波形に近いが
波高値近傍に平坦部Ｐを生じている。タング振動波形１
９も前述のものとほぼ同様の周波数特性を示すが最大値
は１桁小さく　０．０１　Ｇ　程度である。

極間電圧に対する従来の解釈は、例えば土屋金弥著「電
気接点技術」総合電子出版社（昭５５−７）によれば下
記である。電極表面は鏡面に加工したものでもミクロに
見ると第３図に示すような細かい凹凸が存在しており、
通電面２１は点接触２０の集合である。従って通電電流
は点接触部２０に集中して流れ、点接触部は局部的に高
い温度に加熱される０点接触部２０の温度変化の時定数
は１０−４秒と商用周波の電流変化に対し速く、通電電
流に追従して変化する。但し、電極材料の抵抗率の温度
変化及び温度による局所的な膨張。

収縮等の影響により接触抵抗はダイナミックな変化をす
る。この結果接触部２０の温度は極間電圧１８と比例に
近い１対１の対応関係にある。一方、接触部２０の溶着
は接触部２０の温度が接点材料の溶融温度を越えること
によっておこり、これを極間電圧で表わすと例えば銅電
極では０．４３　　Ｖ。

アルミ電極では０．３　ｖとされている。第２図（ｂ）
及び第４図に示した最大値Ｅ１がほぼこの値に一致して
おり、電極材料の溶着がこの時点で少しずつ進んでいる
ことがわかる。これらの電極では電流通電後の点検で軽
度の溶着痕跡が認められた。

以上の知見より、通電異常時の振動発生原因として以下
の推定が可能である。電圧波高値時点で接触部２ｏの温
度は材料の溶融温度近傍迄上昇するが、電流零点におい
ては電極バルク部温度（通常数十度）迄下降する。これ
に伴い、接触部２０周辺で温度変化による激しい膨張、
収縮サイクルが生じ、電極間で局所的な衝突現象が起こ
る。この衝突が固体中を伝搬してタンク外壁に設置され
た振動検出器に感応されている。上記の説明より明らか
なように、第２図（ｂ）の電圧波形における電流零点近
傍の傾き（すなわち温度変化率）は第４図におけるそれ
より大きく、従って前記衝突現象が激しいため、振動１
９検出レベルも大きくなるものと考えられる。又、上述
の現象は商用周波数の繰り返し現象であるため、振動波
形１９の周波数成分は商用周波数の整数倍成分をもつ、
とびとびの周波数特性を示すと考えられるが、これは実
測によっても確認されており、上述の振動原因の推定が
正しいことを示唆している。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。図は
本発明の構成を模式的に示したものであり、検出対象を
遮断器１とし、振動検出手段を°圧電形加速度センサ２
としたものである。遮断器１の構成は接地電位の気密容
器であるタンク３にブッシング４，４′及び気密端子９
，９′により導体５，５′が気密絶縁支持されており、
可動電極６と固定電極７よりなる遮断部８に接続されて
いる。気密端子９，９′の外は外部導体１０．　Ｌ　Ｏ
’により送電系統の送電線あるいは他の送変電機器に接
続され電流流路が構成される。タンク３の内部は絶縁性
ガスとして一般的にはＳＦ＠　ガスが５気圧程度封入さ
れている。この様な構成において考えられる通電異常と
して以下の原因が考えられる。ｉ）電流遮断回数過多に
より遮断部電極の損耗、劣化、ｉｔ）可動電極部動用操
作器の不具合による投入不良、　ｎｉ）チューリップコ
ンタクト部の押圧ばねの劣化による接触力不足、ｆｖ）
Ｊｆｌ立不良不良導体接続部のボルト締付力不足、等で
ある。

これらの原因等で通電異常が発生し進展してゆく際に、
比較的早い時期に前述の振動が発生する。

これを検出するためここでは加速度センサ２をタンク３
の外壁に設置し検出している。通電信頼性を損なうこと
なく異常検出するため、外部診断が望まれているためで
ある本発明にかかわる振動現象は０．００１〜０．１Ｇ
程度と比較的大きいものであり、周波数範囲も２００〜
５０００Ｈｚ程度なので加速度センサについては市販品
をそのまま使用できる。取付法は専用のボスをタンク３
に溶接しておきボルトで固定するのが好ましいが、可搬
式のものではタンク３の磁性体部分に磁石で固定するの
が便利である。専用ボスのない既納品に設置する際は接
着材で固定することも可能である。

加速度センサ２の出力信号は専用ケーブル１１を通して
前置アンプ１２に送られる。通常加速度センサ２の特性
によりケーブル１１の長さは数ｍ以内に制限されるので
前置アンプ１２は加速度センサ２の近傍に設置される。

前置アンプ１２の出力信号はケーブル１３．帯域３波器
１４．ケーブル１５．検出器１６に送られる。検出器１
６を変電所制御室内に設置する場合等数十ｍ以上離して
設置する場合、外来サージに対するＳ／Ｎ比向上するた
め、電気−光変換し光フアイバーケーブルを用いて伝送
した後再び光−電気変換する等考えられる。帯域３波器
１４は本発明に必須ではないが、周波数２００　Ｈｚ以
下の信号及び５０００Ｈｚ以上の信号をカットすること
によりＳ／Ｎ比が向上し、異常検出精度が向上する。特
に遮断器１の設置される環境においては商用周波及びそ
の倍の周波数を基音とする振動が電磁力等を原因として
多く存在するので前者の周波数帯をカットすることは効
果が大きい。検出器１６は２００Ｈｚ〜５０００Ｈｚの
電気信号を検出できるものなら基本的には何を用いても
良い。全体を１つの筐体に納めた可搬システムでは検出
器１６は簡易的には交流電圧計を用いても良い、但し、
周波数特性が保証されていることを確認しておくことが
必要である。発生信号の中心周波数を見極ねぬることが
振動発生源を特定する有力な手がかりになるのでできれ
ばシンクロスコープを、好ましくはスペクトラムアナラ
イザを使用するのが良い。

加速度センサ２による測定箇所は多い方が異常検出信頼
性の面からは好ましいが、第１図記載の単体遮断器１で
はタンク３中央付近で１点測定すれば通常の目的は達成
できる。多数の送変電機器をガス絶縁母線で接続したい
わゆるＧＩＳＩＩ成のものでは目安として１つのガス区
画に１箇所程度の測定点を設けるのが良い。

異常判定基準としては測定箇所毎に平時のバックグラン
ドノイズを測定しておき、その数倍程度に設定するのが
良いと考えられるが、その情報がないときは０．００１
〜０．０１０間に設定すれば所期の目的は達成される。

万一異常振動が検出された際の発生源特定法としては、
その周辺で数点の振動波形を同時に測定し、それらの強
度比較から判定するのが精度の上からは最善である。

このようにして概略位置を特定したあと解体点検により
該当する箇所を確認すればよい。なお、上記振動発生時
には異常部に軽度の溶着痕跡が残されているので通電停
止した状態でも異常部を正確に特定できる。

第５図はさらに大型の遮断器１に本発明を適用した例を
示す。本実施例においては可動電極６及び固定電極７よ
りなる遮断部８，８′を２個直列に装備したものであり
タンク３寸法も大きくなるため、加速度センサ２，２′
を２個設置している。

高電位導体部の通電不良時に発生する振動は主に固体部
を伝搬するため加速度センサ２，２′の取付は位置は図
示の如く機械的に高電位部と接続された点の近傍が好ま
しい。本例では固定電極側導体２２を絶縁支持する絶縁
支持筒２３の固定されたタンクフランジ２４部鏡板２５
に設置した。これにより外部診断法で感度よく通電異常
部から発生する振動が検出可能になる。

第６図はガス絶縁開閉所で用いられるガス絶縁開閉装置
のものに本発明を適用した例である。シース２６，２６
’　、２６’内に導体２７．２７′。

２７＃がコーンスペーサ２８．２８’及び貫通導体２９
，２９′により支持されている。実際のガス絶縁開閉機
器に於いては各種開閉器、？ｌＩ！Ｉ定器。

避雷器２分岐機器等複雑に構成されているが、ここでは
簡単に導体２７で示した。この様な構成においてはコー
ンスペーサ２８．２８’　が高電位部と接地電位部の機
械的接続機構になるので加速度センサ２，２′の設置位
置はコーンスペーサ２８゜２８′もしくはその近傍に設
置するのが好ましい。

一般的なガス絶縁機器においてはコーンスペーサ２８．
２８’は隣接するガス区画を仕切る壁となっており、万
一異常が検出されたときは異常発生部位の位置標定でき
ることが望ましい。どのガス区画の異常があるか事前に
標定できればそこだけを解体点検すればよく労力を大幅
に削減できるためである。この目的に対しガス仕切板と
なるコーンスペーサ毎に加速度センサを設置することに
より、相互の加速度センサによって検出された振動の信
号レベルの強度比較により簡単に異常のあるガス区画を
標定することが可能になる。

本発明による異常検出精度向上の方策として、上述の検
出感度向上の他にＳ／Ｎ比の向上がある。

雑音発生源として一つは商用周波の通電電流そのものに
よる電磁力、ｍ歪効果、誘導等によるものがある。実測
によるとこれらは本発明の目的とする振動検出の障害と
なる強度レベルは２００　Ｈｚ以下の範囲である。これ
については前述の如く帯域３波器等を通してカットする
ことにより所期のＳ／Ｎ比が得られる。

他の雑音源として外来の、例えば雨、風もしくは人ない
し物体の接触、衝突等によるものがある。

これらに対しては信号の形態によって区別し、Ｓ／Ｎ比
を向上することが可能である。すなわち、これらの現象
は１秒以下で減衰する単発現象か又は白色雑音の如く周
波数領域において広い範囲に広がっているかどうかの現
象である。これに対し、本発明の検出対象とする振動現
象は数十秒以上の連ｈ！現象である。さらに１周波数特
性は第７図に示すように、不連続スペクトルである。こ
れは前述の振動発生原理からも理解できるように振動現
象が商用周波数の２倍周波の繰り返し波形となるため１
周波数酸分は商用周波の２倍周波の整数倍となる理論上
の説明とも一致する。但し第７図に示す振動波形では商
用周波の歪みも受けて商用周波数の整数倍成分も少なか
らず出ている。上記信号形態の差異に基づく異常検出精
度向上手段として第８図に示す例がある。図では加速度
センサ２前置アンプ１２．帯域３波器１４２周波数分析
装置１６の後段にパソコン程度の演算能力のある信号処
理装置３０を設置したものである。信号処理装置３０に
おいて商用周波数の整数倍成分の信号が少なくとも１秒
以上継続したことをもって異常と判定し、異常検出信号
を発生するように構成しておけばよい。

第９図は前例と同様の機能をハード的に構成したもので
あり、本例では帯域３波器１４．１４’　。

１４′を帯域幅３Ｈｚ程度の狭帯域のものとし、その中
心周波数を商用周波数の整数倍、ここではそれぞれ６０
０　、９００　、１８００　Ｈｚと設定している。検出
精度向上のため３種類のものを並列に使用したが必要に
応じて個数は増減可能である。

検出器１６はここではレベル検出できるものを用いれば
良く、その出力は保持回路１６に接続される。保持回路
では検出器１６の出力信号が一定時間、ここでは１秒間
継続したとき異常検出信号を出力するように設定されて
いる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、通電異常の進展過程の早期に発生する
２００〜５０００Ｈｚの振動を測定することにより、通
電異常を早期にしかも高精度で検出することが可能とな
り、ガス絶縁開閉機器が地絡等の重大事故に至る前に未
然にこれを阻止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図、第４
図、第７図は本発明の詳細な説明する線図、第３図はそ
の要部断面図、第５図、第６図。 第８図、第９図は本発明の異なる実施例を示す概略図で
ある。 １・・・遮断器、２・・・振動検出手段、３・・・タン
ク、５゜早　／　口 第　３　口 第　４　Ｄ 早　、５　図 ＊　６　の 第　９　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気密容器と、該気密容器の内部に絶縁支持された電
   流通電路を構成する導体とからなり、該気密容器中に絶
   縁性ガスを封入したものにおいて、振動を検出する手段
   を設けて２００Ｈｚ〜５０００Ｈｚの振動を測定し、該
   周波数範囲の振動が検出されたとき通電異常と判定する
   ガス絶縁開閉機器の通電異常検出装置。 ２、特許請求の範囲第１項のものにおいて、２００Ｈｚ
   〜５０００Ｈｚの間で、通電電流の商用周波数に対し、
   その整数倍となる周波数を検出対象とすることを特徴と
   したガス絶縁開閉機器の通電異常検出装置。