JPH03284119A - 電気機器の故障監視装置 - 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〕 この発明は、変圧器や開閉装置などの高電圧機器におい
て、高電圧部が収納されている容器の内部で発生する部
分放電や閃絡などによる発光を検出することによって故
障を監視する故障監視装置に関する。

〔従来の技術］ 変圧器や開閉装置などの高電圧機器は絶縁媒体を封入し
ておく必要があるために、密封容器内に高電圧部を収納
した構成が採られる。このような構成の電気機器におい
て、内部で絶縁劣化のために部分放電が生じたり、更に
進んで高電圧導体同士あるいは高電圧導体と接地導体と
の間で絶縁破壊が生して閃絡現象が発生したりすること
がある。

このような内部に生ずる絶縁上の異常、又は故障を検出
するために種々の方法が採られている。特に一般にＧＩ
Ｓと略称されているガス絶縁開閉装置は絶縁スペーサで
複数の区画に仕切られた構成をしているので、閃絡現象
によって生ずる発光はどの区画で発生したのかの位置標
定を行うのによく使用されている。ＧＩＳは円筒状のケ
ースを組み合わせてその中に高圧リードなどの高圧部を
収納し、異なるケース間を絶縁スペーサを介して電気的
機械的に接続するという構成になっていて、絶縁スペー
サで仕切られたケースが多数存在するような構成である
。万一、どれかのケース内で閃絡故障が発生した場合、
故障の生じたケースを電気的に位置標定することが困難
であり、しかも修理の効率化のためには、故障したケー
スを特定することが必須である。このようなＧＴＳの故
障箇所の特定のために、最近閃絡光を光センサで検出し
て故障標定を行う故障監視装置が実用化されている　（
例えば臼井はかｒＧＩｓの外部診断技術Ｊ電気学会高電
圧研究会資料＋１Ｖ８９−２．平成元年１月３０日） このような閃絡光を検出する従来の故障監視装置の光セ
ンサとしては、ホトマルなどの受光素子で閃絡光を直接
受光し電気信号に変換した上で外部に引き出すという方
式と、集光レンズで光ファイバの先端に集光させてこの
光ファイバを外部に引き出して所定の位置でホトダイオ
ード　（ＰＤ）などの光電気変換素子を使用して電気信
号に変換する方式とがある。

（発明が解決しようとする課題〕 前述のように、光センサとしてホトマルを使用する方式
は、ホトフル自体光の入射角に制限があり、また、ホト
マルはノイズに比較的弱く、開閉器の開閉操作時に発生
する開閉サージの伝播によって破壊されることが多く信
頼性の点で問題がある。更に、１つのケースの内部全体
をカバーするためには多数のホトマルを設置しなければ
ならないという問題がある。このように光センサの数が
多いとこれに対応して光信号が変換された電気信号を電
子回路的に処理して所要の判定を行う判定器の数が増加
しシステムとしての構成が複雑かつ高価になりしかも信
頼性に低くなるという問題が生ずる。

光センサとして集光レンズを使用して光ファイバで外部
に引き出す方式も集光範囲が狭いので、容器内の高電圧
部が複雑に配置されている場合などでは高電圧部品が光
の陰となり、多数の光センサとこれに付随して多数の判
定器を必要とする場合があるという前述のホトマルと同
様の問題がある。

この発明はこのような問題を解決し、複雑な構成の高電
圧部でも多数のセンサと判定器とを必要とせず、しかも
信頼性の高い電気機器の故障監視装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの発明によれば、遮光され
た容器内に収納された電気機器の高電圧部で発生する部
分放電又は閃絡による発光を検出することによってこの
電気機器の故障を監視する故障監視装置であって、前記
容器内を引き回し、少なくともその一端を外部に引き出
した少なくともその一部が螢光ファイバからなる検光フ
ァイバと、この検光ファイバの外部に引き出した端部か
ら導出した光信号を電気信号に変換する光電気変換器と
、この光電気変換器の出力信号を基にして故障に関する
判定をする判定器と、この判定器の出力信号を基に所定
の表示を行う表示器とからなるものとし、更に検光ファ
イバの両端を容器外部に引き出すものとし、また検光フ
ァイバの一端を容器外部に引き出し、他端面に反射加工
を施すものとし、更に入力信号の中に含まれる２つのパ
ルス状信号の時間差に基づいて、判定器が発光位置を標
定するものとし、また、検光ファイバが、螢光ファイバ
と所定の長さの螢光を発しない光ファイバからなる遅延
光ファイバとを接続してなるものとし、また、光を遮断
する隔壁で複数の区分容器に区分されてなる容器の、前
記隔壁を貫通してなる１木の検光ファイバが、それぞれ
の区分容器内ごとに螢光ファイバと所定の長さの遅延光
ファイバとを接続してなるものとし、また、検光ファイ
バが、異なる色の螢光を発光する螢光ファイバを直列に
接続してなり、この検光ファイバからの光信号を分光す
る分光手段と、この分光手段で分光された複数の異なる
色の光信号をそれぞれ受光し電気信号に変換する光電気
変換器とを備えてなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、螢光ファイバは貫通する光に
よって螢光を発し、この光が螢光ファイバの中を長さ方
向の両側に伝播して端部から出光するという特性がある
。この螢光ファイバを光センサとして容器内を引き回し
、その一端か両端を外部に引き出して、端部からの出光
を光電気変換器で電気信号に変換すると、この電気信号
の強度は検出される光の強度に対応して変化する。した
がって、この電気信号を基に判定器で故障の発光の有無
の判定や発光部の位置標定などを行い、その結果として
の出力信号を基に表示器で所定の表示を行い、この電気
機器の運転、又は保守員に必要とする情報を伝えること
ができる。

前述の光ファイバの両端を容器外部に引き出すと一端の
場合に比べて光信号の強度が増加するので検出感度が向
上する。

また、光ファイバの一端だけを容器外部に引き出し、他
端面に反射加工を施すと、引き出し端とは反対方向に伝
播する光も反射加工された端面で反射して引き出し端か
ら出光するので、この場合も両側に伝播した光信号が利
用でき検出感度を向上させることができる。

更に、２つの光信号の時間差を検出するとこの検出され
た時間差の値は閃絡などによる発光位置と１対１の対応
があるので、この時間差を基に判定器で発光部の位置を
演算により求めるようにすると、部分放電や閃絡などの
発光が生じた位置を標定することができる。すなわち、
光ファイバの両端を引き出してそれぞれ独立に光電気変
換する方式の場合には、発光箇所に応じて２つの電気信
号に含まれるパルス波形の立上り時点に伝播距離を光フ
アイバ内の光速度で除した時間差が生じる。

この時間差は発光箇所と１対１の対応があるので、発光
位置の標定が可能になる。また、光ファイバの一端だけ
を引き出して他端を反射加工した構成の場合には、反射
光によるパルス信号は直接光によるパルス信号に対して
常に遅れるとともに、その時間差も発光位置と１対ｌの
対応があるので、この場合も発光部の位置標定か可能で
ある。

このような位置標定において、２つのパルス信号から求
める時間差の検出精度が位置標定の精度に直接関係する
が、光フアイバ内での伝播距離の差が数１０ｍだとして
も時間差はせいぜい０．１　μｓｅｃのレヘルなので、
２つのパルス波形が重なって時間差の検出感度が低下す
るという問題が生ずるが、検光ファイバの所定の位置に
被覆した螢光ファイバか通常の螢光を発しない光ファイ
バからなる遅延光ファイバを所要の長さだけ挿入すると
、電気信号に変換された２つのパルス信号が分離するの
で重なりによる誤差の発生を抑制することができる。

容器が隔壁で複数の区分容器に分割された電気機器の場
合には、隅壁を貫通して１本の検光ファイバとし、その
両端又は一端を外部に引き出して区分容器ごとの位置標
定を行う構成とすると、隅壁近傍の発光部の位置標定か
不確実になるという問題が生ずるので、区分容器ごとに
螢光ファイバと遅延光ファイバとを接続して全体として
１本の検光ファイバとする構成により、区分容器ごとに
発生する光信号の時間差が不連続になって離散化される
ことから区分容器ごとの位置標定か確実になる。

螢光ファイバの螢光の色には、赤、黄、緑、青などの異
なる色を選択できるので、これら色の異なる螢光ファイ
バを直列に接続して検光ファイバを構成すると、発光部
の位置に応じて色が異なる光信号が得られるので、分光
手段によって色別に分離してそれぞれごとに光電気変換
器で電気信７号に変換することにより、異なる色の螢光
ファイバの配置に応じた発光部の位置標定を行うことが
できる。

［実施例］ 以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す模式図を含む故障監視装置のブロ
ワ゛り図である。この図において、容器３００の中に電
器中身４００が収納されていて、この電器中身４００に
図示しない高電圧部が含まれている。螢光ファイバから
なる検光ファイバ１１が電器中身４００の近傍に引き回
されていて、その両端が貫通端子２Ａ、２Ｂを介して導
光ファイバ３Ａ　、　３Ｂにそれぞれ接続されて光電気
変換器４Ａ、４Ｂにそれぞれ入力され、この光電気変換
器４Ａ、４Ｂによって電気信号に変換されて判定器５１
の入力信号となっている。判定器５１はこれら人力信号
を基に、これらの人力信号が一定値以上の強度を越えた
とき容器３００内部で発光があり故障が発生したと判定
しその旨を出力し、これを受けて表示器６で点灯したり
ヘルを鳴らしたりすることによりこの電気機器の保守員
に知らせる。あるいは後注するように、判定器５１で２
つの入力信号の立上がり時点の時間差を検出して発光位
置、言い換えれば故障位置を標定し、その結果を表示器
６で表示する。このときの表示器６は、たとえば、電器
中身４００の概略形状を図示しないＣＲＴデイスプレー
上に表示しておいて故障位置をこの上に表示する、とい
うような方式を採用してもよい。

導光ファイバ３＾、３Ｂは容器３００の外に設けるので
この部分で光が侵入するのを防止する必要がある。その
ためこの導光ファイバ３Ａ、３［１には通常の光ファイ
バを使用するか被覆した螢光ファイバを使用する。通常
の光ファイバを使用する場合には、検光ファイバ１１と
の接続が必要であるが、被覆した螢光ファイバを使用す
る場合は光ファイバの接続が省略できる。検光ファイバ
１１と導光ファイバ３＾、３Ｂとの接続位置は容器３０
０の内外どちらでもよいが、螢光ファイバが外部にでる
場合には遮光のための被覆が必要である。

第２図は螢光ファイバとその機能を説明するための模式
的な断面図であり、断面を示すための斜線を施すのはか
えって図を複雑にするのでこれを省略しである。この図
において、螢光ファイバは螢光物質を含んだコア２０１
とこのコアを包んだクラット２０２からなっている。こ
のような構成は螢光物質を含むことを除いては光ファイ
バ一般に採用されている構成であり、クラッド２０２の
屈折率をコア２０１のそれより大きくすることによって
、伝播光２０５で図示しているように、クランド２０２
の内面で全反射しながらコア２０１の中を光ファイバの
先端まで伝播してゆき、この先端部から外部に出光する
。通常の光ファイバでは伝播する光も先端部から入光さ
せることはできるが、図の入射光２０３のように光ファ
イバを貫通する光はただ貫通するだけで光ファイバの軸
に平行な方向に伝播する伝播光になることはない。とこ
ろが、螢光ファイバの場合は、入射光２０３によってコ
ア２０１に含まれている螢光物質２００に螢光を発光さ
せ、この螢光は入射光２０３の入射方向に関係なく周囲
に平等に放散する。そのうちの軸に対して所定の角度以
下の成分だけが伝播光２０５になり、この角度以上の角
度で放散した螢光は全てクラッド２０２を貫通して外部
に出てしまう。この角度はクラッド２０２とコア２０１
　との屈折率で決まる値である。

４ 光ファイバは一般にその直径は１（財）前後と細いもの
なので屈曲性に冨み、また絶縁特性が良好なので、高電
圧導体近傍を引き回しても絶縁性能に余り影響を与える
ことはない。第３図は光電気変換器４Ａ、４Ｂと判定器
５１の構成を示すブロック図である。この図において、
光電気変換器４Ａ、　４Ｂはそれぞれホトダイオード４
１八、４１Ｂと前置増幅器としての増幅器４２Ａ　、　
４２Ｂとからなっており、判定器５１は方形パルス発生
回路５１１へ、５１１Ｂとオア回路５１２とからなって
いる。

第４図は第３図の動作説明のための波形図であり、各部
の電気信号の符号は第４図と合わせである。これらの図
において、増幅器４２Ａで増幅した電気信号１０１Ａは
導光ファイバ録からの光信号と路間−の波形をしており
、第４図に示すように山形で図示しであるが、この波形
は第１図の発光部Ｐでの閃絡や部分放電による発光の強
度波形と検光ファイバ１１の螢光物質２００特有の発光
、減光の時定数に関係して決まるものである。螢光を発
する物質には種々あって、色も多様であることは勿論、
前述の時定数もナノ秒しヘルから広義にりん光も含めれ
ば数秒、あるいは日単位の広い範囲のものがあり、使用
目的に応して適宜選択することができる。したがって、
検光ファイバ１１に混入する螢光物質によって種々の特
性を持った螢光ファイバを製作することができる。後述
するように、光フアイバ内を光が伝播することによる時
間差を利用して位置標定する場合には発光、減光の時定
数はなるべく小さいことが必要である。第３図、第４図
に示す実施例ではこれから述べるように発光有無だけを
判定するので、余り小さな時定数を必要とはしない。逆
に時定数の大きな螢光を使用して閃絡や部分放電が生じ
た時点から遅れた時点で判定動作を行わせてノイズによ
る誤動作を回避する方式を採用することもできる。

電気信号１０１Ａを人力信号として方形波パルス発生回
路５１１Ａで時点ｔ２で立ち上がりパルス幅が充分大き
な方形パルスである電気信号１０２Δを生成する。

その陳、ノイズによる誤動作を回避するために、あらか
じめ設定しておいたしき域値を電気信号１．０１１１の
値が越えた時点が電気信号１０２Ａの立ち上がり時点に
する。このような機能は比較器と単安定マルチハイブレ
ークを使用することにより容易に実現できるものであり
、一般のアナログ回路で多く適用される回路構成である
ので詳細は省略する。

電気信号１０２Ｂも電気信号１０２Ａと同様に導光ファ
イバ３Ｂを伝播してきた光信号を光電気変換器４Ｂで電
気信号に変換して電気信号１０１Ｂを生成しこれを方形
パルス発生回路５１１Ｂによって時点ｔ、で立ち上がる
電気信号１０２Ｂを生成する。第４図に示すように、電
気信号１０２［１，ｌ０２Ａは充分長いパルス幅を持っ
ているのでこの図でしょ波尾部の図示を省略しである。

また、電気信号１０１Ａが電気信号１０２Ｂよりも遅れ
て図示しているのは、第１図において、電器中身４００
の発光部Ｐが貫通端子Ｂに近い位置なので、発光部Ｐか
ら貫通端子２Ｂまでの検光ファイバ１１の長ざが発光部
Ｐから貫通端子２へまでの長さよりも短いために検光フ
ァイバｌｌ内の光信号の伝播時間に差が生じたことによ
るものである。この伝播時間の差Δｔ＝　　（ｔ２−ｔ
＋）　と電気信号１０１Ａ、　ｌ０ＩＢの波形の関係か
ら、第４図のように完全に２つの波形が離れていす、重
なり合うような時間関係になる場合もある。

オア回ＦＩｉ！ｌ５１２は電気信号１０２Ａ、１０２Ｂ
が入力されて、どちらか一方の電気信号が零でないとき
に零でない電気信号１０３を出力する。この電気信号１
０３が零でないときに第１図の容器３００内で発光があ
ったと判定したことになる。

オア回路５１２の代わりに加算器を使用しても差し支え
ない。この場合は電気信号１０３の波形が２段の階段状
になるが、この電気信号１０３を入力信号とする第１図
の表示器６は最初の立ち上がり時点で動作を開始する訳
であるから次の段が有っても関係ないことになる。前述
のように電気信号１０１、Ａ、ｌ０ＩＢが重なり合うよ
うな場合は加算器で加算する方式は信号の強度が２倍近
くなることからＳＮ比が改善されるという効果も期待で
きる。

加算する電気信号を電気信号１０１Ａ、　ｌ０ＩＢとし
、加算された電気信号を１つの方形パルス発生回路に入
力してオア回路を省略する方式でもよい。更には、導光
ファイバ３Ａ、３Ｂを１つのホトダイオードにまとめて
光学的に接続することにより光信号の段階で加算すると
いう方式を採用してもよい。

この方式では方形パルス発生回路とともに光電気変換器
も１つに節減することができる。なお、ホトダイオード
４１Ａ、４１Ｂの出力信号は微弱なので、この電気信号
を加算器で加算するのはノイズを拾う可能性が高くなる
ことから得策でシよない。

第５図はこの発明の別の実施例を示すもので、２つの電
気信号１０１Ａ、１０１１３の時間差を基にして発光位
置を標定する機能を付加した判定器のブロック図、第６
図は第５図の動作説明のための波形図である。これらの
図において、電気信号１０１Ａ、　１０１Ｂをそれぞれ
入力信号として方形パルス発生回路５２１Ａ、５２１Ｂ
で方形パルスよしての電気信号１０４Ａ。

１０４Ｂを生成する。この電気信号１０４Δ、　１０４
Ｂのパルス幅は第３図、第４図の場合とは反対に２つの
パルス同士が時間的に重ならないように小さな値に設定
する。これら２つの電気信号１０４Ａ、１０４Ｂを加算
器５２１で加算した上で双安定マルチバイブレータ５２
２に入力すると、立ち上がり時点がｔｌ、立ち下がり時
点がｔ２である方形パルスとしての電気信号１０５が出
力される。電気信号１０４Ａ、１０４Ｂとが重畳すると
双安定マルチバイブレーク５２２が正常な動作をしなく
なるので、前述のように電気信号１０４Ａ、　１０，１
Ｂのパルス幅はなるべく小さく設定されるのである。

電気信号１０５が積分回路５２３に入力されると、この
積分回路５２３の出力信号は第６図に示すように時点ｔ
、からｔ２までのΔもの期間、直線的に上昇して時点ｔ
２で最高値電圧■に達し、時点Ｌ２以降は理想的には一
定値を維持する波形になる。実際の積分回路５２３では
時点ｔ２以降一定の時定数で減衰してゆくので、積分回
路５２３の出力信号をホールド回路５２４に入力して最
高値をホールドすることにより、このホールド回路５２
４の出力信号であるとともに判定器５２の出力信号とし
ての電気信号１０６が生成される。

電気信号１０６の波高値の電圧■は次式で表される。

Ｖ＝ｋ　・Δｔ　　　−−−−−−−（１）ここで、 ｋ　；回路定数から決まる係数 Δｔ；　２つの光信号の時間差（−ｔｚ　　ｔ＋）また
、発光部Ｐの位置を光電気変換器までの光ファイバの長
さの合計をＬで表現すると、Ｌは次式で求められる。

Ｌ＝　（Ｌｔ　　ｖ　・Δｔ　）／　２−−−−−−（
２）ここで、 Ｌ　；発光部Ｐから近い方の光電気変換器までの検光フ
ァイバ１１と導光ファイバ３Ｂとの合計長さ ＬＴ；検光ファイバ１１．導光ファイバ３Ａ、３Ｂの合
計長さ Ｖ　；光フアイバ内の光信号の伝播速度とする。

係数にはあらかじめ知ることができるから、（１）式に
基づいて電圧■から時間差Δｔを求め、また、光の伝播
速度■と光ファイバの全長ＬＴは事前に分かっているか
ら、（２）式にこれらの値とΔｔを代入することにより
Ｌを演算することができる。このような演算は表示器６
での表示内容に応じてアナログ演算で容易に行うことが
できる。ＣＲＴデイスプレーに発光部Ｐの位置を表示す
るような場合には、当然コンピュータによる演算が適当
であり、電気信号１０６をＡ−Ｄ変換器でディジタル信
号に変換してコンピュータに入力し前述の演算はコンピ
ュータに記憶させたアルゴリズムに基づいて演算し所定
の表示を行う方式を採用することになる。

この方式の場合も電気信号１０６の有無に基づいて第３
図の判定回路５１と同様の表示を行うことも可能である
。ただし、発光部Ｐが検光ファイバ１１の長さの中央部
近傍になると期間Δｔの値が小さくなり電気信号１０６
の波高値■も小さくなるので、発光の有無の判定が困難
になるという問題があるので、第３図の判定器５１と第
５図の判定器５２とを併用し電気信号１０４Ａ、１０４
Ｂをこれら２つの判定器５Ｌ５２に並列に入力する構成
とするのが妥当である。

第７図はこの発明の別の実施例を示す模式図を含む故障
監視装置のブロック図であり、第１図と同じ部材につい
ては同じ参照符号をつけることで詳しい説明を省略する
。この図において、検光ファイバ１２は螢光ファイバか
らなっていてその一端は貫通端子２と導光ファイバ３を
介して光電気変換器４に接続してあり、この構成は第１
図の場合と基本的に同じである。検光ファイバ１２のも
う一端は容器３００の中にありその端面ば鏡面仕上げさ
れた鏡面端部１２１　となっている。

発光部Ｐで発光した光によって検光ファイバ１２内に生
じた螢光は貫通端子２の方へ伝播する光信号と鏡面端部
１２１の方へ向かう光信号に分かれる。

貫通端子２に向かった光信号はそのまま貫通端子２と導
光ファイバ３を通って光電気変換器４に達し、一方、鏡
面端部１２１に向かった光信号は鏡面端部１２１で反射
して検光ファイバ１２の中を戻り貫通端子２．導光ファ
イバ３を通って光電気変換器４に達する。このように、
鏡面端部１２１を設けることにより検光ファイバの引き
出し端を１つにして２つの光信号を得ることができるの
で、第３図。

第４図の場合と同様に単に発光の有無だけを判定する場
合には検出感度が向上するという効果が１組の貫通端子
２．導光ファイバ３．光電気変換器４の組み合わせで達
成することができる。また後述のように、第５図、第６
図の場合と同しく位置標定が可能である。

第８図は第７図の動作説明のための波形図であり、これ
らの波形は判定器５３内の各部の電気信号の波形を示す
ものであるが、判定器５３は前述の判定器５２と類似で
あり、異なる点は判定器５３への入力信号は１つであり
、これに伴って方形パルス発生回路も１つで加算器５２
１は不要であり、後は全く同じであるので図示を省略す
る。貫通端子２に直接向かった光信号が変換されて生成
した電気信号１０７に対して鏡面端部１２１に向かい反
射して光電気変換器４に達した光信号による電気信号１
０８との間には時間差Δｔが生ずる。電気信号１０７か
ら方形パルス１０９が、電気信号１０８から方形パルス
１０９が１つの方形パルス発生回路から生成され、これ
が双安定マルチハイブレークに入力されて方形パルスで
ある電気信号１１１が出力され、この電気信号１１１が
積分回路に入力され更にホールド回路で最高値が保持さ
れることによって判定器５３の出力信号としての電気信
号１１２が得られる。

旧式と同様に、発光部Ｐから光電気変換器までの距離り
は次式で求められる。

Ｌ＝Ｌ、−ｖ−Δｔ　／　２　−−−−−−−−（３）
ここで、 Ｌ　；発光部Ｐから光電気変換器までの検光ファイバ１
２と導光ファイバ３の長さの和Ｌｏ；検光ファイバ１２
．導光ファイバ３の長さの和 Δｔ　；　（１）式から求められる時間差Ｖ　；光フア
イバ内の光信号の伝播速度とする。

Ｌを演算したり表示したりするのも第６図の場合と同様
に行うことができる。この実施例における判定器５３．
及び前述の判定器５１　、５２は前述の図示や動作説明
に基づく構成に限るものではなく、現在の電子回路設計
技術を応用することにより種々の判定器の構成を製作す
ることができる。表示器６でも同じであり、この発明の
目的に反しない範囲で任意の回路構成を選択できる。

第９図はこの発明の別の実施例を示す模式図を含む故障
監視装置のブロック図であり、第７図と異なるのは、螢
光ファイバからなる検光ファイバ１３の外部に引き出さ
ない側の端部に遅延光ファイバ１３３を接続しその端部
を鏡面加工して鏡面端部１３４を形成した点であり、こ
れに伴って判定器５４は第７の判定器５３とは異なるも
のである。

遅延光ファイバ１３３を設けることによって、発光部Ｐ
で検光ファイバ１３内に発生した螢光の鏡面端部１３４
に向かった光信号は遅延光ファイバ１３３を通って鏡面
端部１３４で全反射され再度遅延光ファイバ１３３と螢
光ファイバ１３１を通り直接貫通端子２の方へ向かった
光信号に遅れて光電気変換器４に達する。この光信号は
遅延光ファイバ１３３を２度通るので、第７図の場合に
比べて遅延光ファイバ１３３を伝播する時間の２倍の時
間の遅延時間Δｔ、だけ時間差Δｔが大きくなる。

第１０図は第９図の動作説明のための波形図である。こ
の図において、貫通端子２に向かう光信号によって生成
される電気信号１０７は第８図と同しである。鏡面端部
１３４を反射した光信号は、もし遅延光ファイバ１３３
が無ければ二点鎖線で示す仮の電気信号１１３の位置に
なるが、電気信号１０７との時間差が小さいために、２
つの波形が重畳してしまい電気信号１０７によって生成
される電気信号１１５の後、双安定マルチバイブレーク
が生成する電気信号１１７の立ち下がりを指令するパル
スが発生しなくなってしまう。これを何らかの方法で解
決したにしても重畳してしまった２つの電気信号の遅れ
た方の電気信号の立ち上がり時点を先の電気信号の立ち
上がり時点と同じ程度の精度で検出するのは困難であり
、そのため、時間差Δｔの計測誤差が多大になるという
問題が生ずる。

遅延光ファイバ１３３によってΔｔｄだけ電気信号１１
４を遅らせると、電気信号１０７と１１４　とは重畳し
なくなり時間差ΔＬの計測誤差が改善されることになる
。

この場合の１．は次式で求められる。

Ｌ＝ＬＴ−ｖ−Δｔ　／　２　　−−−−−−−−−（
４）ここで、 Ｌ　：発光部Ｐから光電気変換器までの光ファイバ１３
１．３の長さの和 ＬＴ；検光ファイバ１３．導光ファイバ３の長さの和（
遅延光ファイバ１３３を含む） Δ１．　；　（１）式から求められる時間差Ｖ　；光フ
アイバ内の光信号の伝播速度第１１図はこの発明の別の
実施例を示す模式図を含む故障監視装置のブロック図で
ある。この図において、容器３１０は隔壁３１５．３１
６．３１７に仕切られた区分容゛器３１Ｌ３１２，３１
３，３１４からなっており、検光ファイバ１４は隔壁３
１５，３１６，３１７をそれぞれ貫通端子２１，２２．
２３で貫通して光学的に１本の検光ファイバとなってい
る。容器３１０からの検光ファイバ１４の引き出しは区
分容器３１１を貫通する貫通端子方と区分容器３１４を
貫通する貫通端子２Ｂで行われていて、それぞれ光電気
変換器４Ａ、４Ｂによって光信号が電気信号に変換され
た後判定器５５に入力されている。判定器５５の出力信
号が表示器６に入力されるのは前述の実施例と同様であ
る。

区分容器３１１　の中の検光ファイバ１４は螢光ファイ
バ１４１　と遅延光ファイバ１４２とからなっており、
ほかの区分容器３１２．３１３．３１４　も同様に螢光
ファイバ１４３，１４５，１４７と遅延光ファイバ１４
４．１４６，１４８が接続されてなっている。遅延光フ
ァイバ１４２，１４４゜１４６及び１４日は第９図の遅
延光ファイバ１３３と同様に通常の光ファイバ又は被覆
した螢光ファイバからなるものである。

この図で検光ファイバ１４内の電器中身の表示を省略し
であるが、このような複数の区分容器からなる容器を持
つ電器としては前述のＧＩ’ＳやＧＩＢと略称されるガ
ス絶縁ブスバーなどがあり、これらの構造は前述の区分
容器に相当する円筒状のケースが前述の隔壁に相当する
略円板状の絶縁スペーサを介してポルト締め接続されて
いて、絶縁スペーサによって隣合うケース間は互いに気
密になっている。電器中身としては単に高圧リードが１
本、または三相−括母線として３本がケースの長さ方向
に平行して中央部に設けられ絶縁スペーサで機械的に保
持され、通常アルミや鉄などの金属製のケースとの間の
空間の絶縁ガスによって絶縁耐力が保持される構成とな
っている。このようなＧＴＳの母線やＧＩＢでは電器中
身の形状か比較的単純なので、検光ファイバ１４はケー
ス近くに設けることで少なくとも閃絡故障を充分に検出
することが可能である。

ただ、位置標定において火事なのは発光部の属する区分
容器を標定することであり、区分容器内の位置標定はそ
れほど重要ではない。

この実施例はこの点を考慮して区分容器の精度を上げる
ことを目的としたものである。

区分容器３１１と３１２を例にして説明すると、区分容
器内の隔壁３１５の近傍で発光部Ｑで閃絡又は部分放電
が発生して発光が生じたとする。この位置の螢光ファイ
バ１４１内に発生した螢光は螢光ファイバ１４１から貫
通端子２Ａと導光ファイバ舗を通って光電気変換器４Ａ
に到達する。したがって発光部Ｑでの発光の後、螢光フ
ァイバ１４１　と導光ファイバ３Ａの長さに相当する伝
播時間Δｔ、だけ遅れて光電気変換器４八に電気信号が
出力されることになる。

一方、区分容器′１゛で閃絡またば部分放電が生じて光
が発生したとする。発光部Ｔがら貫通端子２１を通った
光信号は遅延光ファイバ１４２を通りその後発光部Ｑで
の発光による光信号と同じ経路で光電気変換器４八に到
達する。このときの光電気変換器４八が出力する電気信
号の発光部Ｔでの発光時点からの遅れ時間Δｔ４は大略
前述の遅れ時間Δｔ３に遅延光ファイバ１４′２の伝播
時間Δも、を加えた値になる。このΔＬ、を判定器５５
が区分容器を位置標定するのに必要な充分の大きさに設
定しておけば、たとえ、発光部Ｑ、Ｔが隔壁の近傍であ
っても区分容器間の位置標定を誤りなく行うことができ
る。

仮に、遅延光ファイバ１４２を設けておかないと、発光
部Ｑと発光部Ｔとの遅れ時間の差が小さく事故が発生し
たのが区分容器３１１なのが、区分容器３１２なのかの
判定が困難になるという問題が生ずる。

以上は遅延光ファイバ１４２を設けることの効果につい
てであったが、遅延光ファイバ１４４．１４６も同様で
ある。遅延光ファイバ１４８は前述のような効果を生ず
ることはないが、実際のＧＩＳやＧＩＢの区分容器の数
は非常に多いので、全ての区分容器内に遅延光ファイバ
を共通に設けておくことにする方が標準化の上で妥当で
あるともいえる。

なお、発光部Ｑ、Ｔから図の右に伝播する光信号は光電
気変換器４Ｂで電気信号に変換されるが、この電気信号
を用いなくとも光電気変換器４八による電気信号だけで
充分の位置標定か可能であるが、確認手段として使用す
ることもでき、万一　一方の光電気変換器が故障した場
合の故障検出に使用することもできる。勿論、区分容器
３１３，３１４内の発光に介しては光電気変換器４Ｂに
よる電気信号を使用した方が感度がよいので、両方の電
気信号を比較して適宜信頼性の高い判定方式を採用すれ
ばよい。

遅延光ファイバ１４２．１４４　、１４６．１４８の長
さを螢光ファイバ１４１．１４３．１４５．１４７の長
さに比べて充分大きな値にすると、判定器で検出される
遅れ時間ΔＬは区分容器ごとに遅延時間Δむ、の略整数
倍の値になる。例えば、発光部Ｑで発光した場合を考え
ると、光電気変換器４八で出力される電気信号は遅れ時
間が非常に小さく、光電気変換器４Ｂで出力される電気
信号の遅れ時間は略Δｔ、の４倍になる。同じようにし
て、発光部Ｔで発光した場合は、光電気変換器４八で出
力される電気信号の遅れ時間は略Δｔ、となり、光電気
変換器４Ｂで出力される電気信号の遅れ時間は略Δｔ６
の３倍になる。このように、遅れ時間の差が区分容器ご
とに明らかに異なる値になるので判定を誤る可能性が非
常に小さくなり、判定結果の信頼性が向上する。

この実施例における判定器５５の回路構成は前述のもの
とは異なるが、具体的に示すまでもなく前述の判定器５
５と同様、従来技術の応用によりその実現は容易である
。

第１２図はこの発明の別の実施例を示す模式図を含む故
障監視装置のブロック図である。この図において、検光
ファイバ１５を色の異なる４種類の螢光ファイバ１．５
１．１５２．１５３．１５４で構成していて、螢光ファ
イバ１５１の一端が貫通端子２と導光ファイバ３を介し
て外部に光信号を伝達している。引き出し側の端部とは
反対側の検光ファイバ１５の端部でもある螢光ファイバ
１５４の端部は鏡面加工をしていす反射光信号は利用し
ない構成である。

螢光ファイバ１５１が発する螢光の色を青、螢光ファイ
バ１５２が発する螢光の色を緑、螢光ファイバ１５３が
発する螢光の色を黄、螢光ファイバ１５４が発する螢光
の色を赤、とそれぞれすると、螢光ファイバ１５１が近
くにある位置の発光部Ｐで閃絡が生じると、青色の螢光
としての光信号が導光ファイバ３の端部から出る。この
光信号はプリズム３５を通って光電気変換器４３１に受
光される。周知のように、光の波長が短いほど屈折率は
小さくなることからプリズム３５による屈折角が最も小
さくなり、その位置に設けた光電気変換器４３１は青色
を検出することになる。同じようにして、波長が短くな
ってゆく緑、黄、赤の順で順次光電気変換器４３２，４
３３．４３４で受光されることになる。光の色が分かれ
ば、図を例にすれば四角形に描いである電器中身のどの
辺で閃絡が生じたかの位置標定か可能である。

光電気変換器４３１，４３２，４３３，４３４は図では
小さな○印で表示しであるが、基本的には第３図の光電
気変換器４Ａ、４Ｂと同じである。

プリズムは分光手段として使用したのであるが、これの
代わりに導光ファイバ３の光信号を４つに分け、それぞ
れを青、緑、黄、赤のフィルタを介して４つの光電気変
換器４３１，４３２，４３３，４３４に受光させること
によっても前述のプリズムを使用した場合と同じ分光手
段としての機能を果たさせることができる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、螢光ファイバは貫通する光に
よって螢光を発し、この光が螢光ファイバの中を伝播し
て両端から出光して検出光となる特性があるので、この
螢光ファイバを高電圧部の近傍の部分放電や閃絡が生ず
る可能性のある位置に引き回し、螢光ファイバを直接か
、通常の光ファイバを接続してこれを外部に引き出して
、端部からの出光を光電気変換手段で電気信号に変換す
ると、この電気信号は検出される光の強度に対応して強
度が変化する。したがって、この電気信号を基に判定手
段で故障の有無などを判定し、その出力信号を基に表示
手段で所定の表示を行い、この電気機器の運転、又は保
守員に必要とする情報を伝えることができる。螢光ファ
イバは表面全体が受光部となる光センサなので広い範囲
にわたる光検出に対して外部に引き出す端部の数だけの
光電気変換器と１つの判定器で構成することができるの
で、従来の装置では容器内の高電圧部の構成によっては
高電圧部品が光の陰となり、１つの区分容器でも多数の
光センサよこれに付随して多数の判定器を必要とする場
合があるという欠点があったのが、簡単な構成の故障監
視装置となり、その結果として安価になるとともに、部
品点数の削減の結果としての信頼性の向上が期待できる
。

検光ファイバの両端を外部に引き出して電気信号に変換
すると、電気信号の強度が増大することになるので検出
感度が向上する々いう効果が得られる。

また、光ファイバの一端だけを容器外部に引き出す代わ
りに、他端面を鏡面加工を施すと、引き出し端とは反対
方向に伝播する光も鏡面加工された端面で反射して引き
出し端から出光するので、この場合も両側に伝播した光
が検出光となるために検出感度を向上させることができ
るとともに容器を貫通する貫通端子、導光ファイバ及び
光電気変換器は１組みだけで済むことになる。

更に、入力信号の中に含まれる２つのパルス状信号の時
間差に基づいて、判定器で発光部の２位置標定か可能に
なるようにすると、部分放電や閃絡などの発光部の位置
標定を行うことができる。すなわち、光ファイバの両端
を引き出してそれぞれ独立に光電気変換する方式の場合
には、発光箇所に応じて２つの電気信号に含まれるパル
ス波形の立」ユリ時点に伝播距離を光フアイバ内の伝播
速度で除した時間差が生しる。この時間差は発光箇所と
１対１の対応があるので、発光部の位置標定か可能であ
る。また、光ファイバの一端だけを引き出して他端を鏡
面加工した構成の場合には、反射光による光信号は直接
光による光信号に対して常に遅れて光電気変換器に到達
し、その時間差も発光部の位置とｌ対ｌの対応があるの
で、この場合も発光部の位置標定か可能である。

このような位置標定において、２つのパルス信号から求
める時間差の検出精度が位置標定の精度に直接関係する
が、光フアイバ内での伝播距離の差が数１０ｍだとして
も時間差はせいぜい０．１　μｓｅｃのレヘルなので、
２つのパルス波形が重なって時間差の検出感度が低下す
るという問題が生ずる。

通常の光ファイバか被覆を施した螢光ファイバの所定の
長さのものを遅延光ファイバとして、検光ファイバとし
ての螢光ファイバの一方の端部又は長さの中央部に挿入
すると、２つの光信号が分離するので重なりによる誤差
の発生を抑制することができる。

容器の中が隔壁で分割されて互いに光が遮断された区分
容器に分けられている電気機器の場合には、−本の検光
ファイバを隔壁を貫通端子を介して貫通し、光ファイバ
の両端又は一端を外部に引き出して発光部の位置標定を
行うと、隔壁近傍では区分容器の標定か不確実になると
いう問題が生ずる。検光ファイバを、区分容器ごとに螢
光ファイバと遅延光ファイバとを接続して構成すること
によって、隣合う区域間で時間差が不連続になって区分
容器の標定を誤る可能性がなくなる。

螢光ファイバの螢光の色には、赤、黄、緑、青などの異
なる色を選択できるので、これら色の異なる螢光ファイ
バを直列に接続して検光ファイバを構成すると、発光位
置に応じて光信号の色が異なるので、分光手段で色別に
分離し、それぞれの色ごとに光電気変換器で受光し電気
信号に変換することにより、異なる色の螢光ファイバの
配置に応した発光部の位置標定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す模式図を含む故障監視
装置のブロック図、第２図は螢光ファイバとその機能を
説明するための模式的な断面図、第３図は第１図の光電
気変換器と判定器の構成を示すブロック図、第４図は第
３図の動作説明のための波形図、第５図はこの発明の別
の実施例を示す判定器のブロック図、第６図は第５図の
動作説明のための波形図、第７図はこの発明の別の実施
例の模式図を含む故障監視装置のブロック図、第８図は
第７図の動作説明のための波形図、第９図はこの発明の
別の実施例を示す模式図を含む故障監視装置のブロック
図、第１０図は第９図の動作説明のための波形図、第１
１図はこの発明の別の実施例を示す模式図を含む故障監
視装置のブロック図、第１２図はこの発明の別の実施例
を示す模式図を含む故障監視装置のブロック図である。 １１．１２，１３，１４．１５　：検光ファイバ、２．
２Ａ、２Ｂ、２１２２．２３　　：貫通端子、３．３Ａ
、３Ｂ　：導光ファイバ、４゜４Ａ、４Ｂ、４３１，４
３１，４３３，４３．１　　：光電気変換器、５１５２
５３．５４，５５，５６　　：判定器、６：表示器、３
００：容器、４００：電器中身、１３Ｌ１４Ｌ１４３，
１４５．１４７　：螢光フィバ、 ３３ ４２ １４４．１４８　： 遅延光ファ イバ、 ２１ ３４ 鏡面端部、 ３１５．３１６ ３１７　： 隔壁。 傅ｐ’ｒボ縛 戴幣剖屑

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）遮光された容器内に収納された電気機器の高電圧部
   で発生する部分放電又は閃絡による発光を検出すること
   によってこの電気機器の故障を監視する故障監視装置で
   あって、前記容器内を引き回し、少なくともその一端を
   外部に引き出した少なくともその一部が螢光ファイバか
   らなる検光ファイバと、この検光ファイバの外部に引き
   出した端部から導出した光信号を電気信号に変換する光
   電気変換器と、この光電気変換器の出力信号を基にして
   故障に関する判定をする判定器と、この判定器の出力信
   号を基に所定の表示を行う表示器とからなることを特徴
   とする電気機器の故障監視装置。 ２）検光ファイバの両端を容器外部に引き出したことを
   特徴とする請求項１記載の電気機器の故障監視装置。 ３）検光ファイバの一端を容器外部に引き出し、他端面
   に反射加工を施したことを特徴とする請求項１記載の電
   気機器の故障監視装置。 ４）光電気変換器から判定器への入力信号が一定値以上
   の強度を越えたとき判定器が故障と判定することを特徴
   とする請求項１記載の電気機器の故障監視装置。 ５）光電気変換器から判定器への入力信号の中に含まれ
   る２つのパルス状信号の時間差に基づいて、判定器が発
   光位置を標定することを特徴とする請求項１記載の電気
   機器の故障監視装置。 ６）検光ファイバが、螢光ファイバと所定の長さの螢光
   を発しない光ファイバからなる遅延光ファイバとを接続
   してなることを特徴とする請求項４記載の電気機器の故
   障監視装置。 ７）光を遮断する隔壁で複数の区分容器に区分されてな
   る容器の、前記隔壁を貫通してなる１本の検光ファイバ
   が、それぞれの区分容器内ごとに螢光ファイバと所定の
   長さの遅延光ファイバとを接続してなることを特徴とす
   る請求項５記載の電気機器の故障監視装置。 ８）検光ファイバが、異なる色の螢光を発光する螢光フ
   ァイバを直列に接続してなり、この検光ファイバからの
   光信号を分光する分光手段と、この分光手段で分光され
   た複数の異なる色の光信号をそれぞれ受光し電気信号に
   変換する光電気変換器とを備えてなることを特徴とする
   請求項１記載の電気機器の故障監視装置。