JPH04175669A - 絶縁ガス中金属異物検出装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、ガス絶縁電力機器（ガス絶縁開閉装置なと）
の予１ｉ１１１保全に用いる絶縁ガス中部分放電検出装
置、特に金属パーティクルの運動発生を検出する絶縁ガ
ス中金属異物検出装置に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は、絶縁ガス中金属異物検出装置において、 タンク内に設けた超音波センサーの検出信号の分布を測
定し、周期性の有無によって金属パーティクルの衝突に
よるものかコロナ放電によるものかを判定し、またタン
ク壁に設けた振動センサーと前記超音波センサーの検出
信号に基ついて信号発生回数Ｎ、、Ｎ、を求め、該Ｎ１
、Ｎ、を比較して金属パーティクルかタンク壁で跳ねて
いるか、又は絶縁ガス中の導体までジャンプしているか
を判定することにより、 タンク壁や外の超音波による影響を受けることなく金属
パーティクルを検出てきるとともに、金属パーティクル
か導体までンヤングしているか否かを判定できるように
したものである。

Ｃ従来の技術 ガス絶縁電力機器、例えばガス絶縁開閉装置（ＧＩｓ）
においては、内部の部分放電（コロナ放電）を検出して
予測保全を行っている。絶縁ガス中の部分放電を検出す
る手段としては、部分放電により発生する超音波を超音
波センサーで検出したり、磁界変化をアンテナで捕える
なとの手段かあり、これらが適宜採用されている。

絶縁ガス中部分放電を超音波によって検出する場合は、
センサーの取り付けにより電力機器の信頼性か低下する
ことのないよう、超音波センサーを電力機器タンクの外
に配置するのか一般的である。この場合、検出される超
音波は、タンク内のパーティクルか交流電界内を運転中
に、タンク内面に衝突して発生する機械的振動によるも
のとなる。

またガス絶縁電力機器内の金属異物（パーティクル）の
検出法としては、タンク壁にΔＥ　（Ｇ動）センサーを
設けて金属異物が電界によりジャンピング運動し、タン
ク壁に当たる時の衝撃を検出する方法が一般的である。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 しかし、前記のように超音波センサーをタンク壁面に取
り付けたのでは、風雨がタンク壁面に当たった時に発生
する超音波がノイズとして混入する。このノイズは、ガ
ス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）内のコロナ放電音かタンクに
伝わる周波数帯と同じで、コロナ検出レベルより大きな
量となっている。

このため、風雨によってコロナ検出が不可能な時間が発
生し、予測保全の信頼性の低下を招くことになり、適切
な判別手段が望まれている。

またタンク壁に設けた振動センサーの出力を常時監視し
て金属パーティクルを検出する方法も、雨風の影響でタ
ンク壁に超音波ノイズが不規則に入ってくるため正確性
に乏しい。即ち金属異物のジャンピング運動は不規則で
あるので、これと雨風によるノイズとを区別することが
できないし、またレベルも小さい。

本発明の目的は、超音波により適確に部分放電を検出で
きるとともに、タンク内に発生するコロナ放電時の超音
波と金属パーティクルの運動により発生する超音波を判
別することかできる絶縁ガス中金属冗物検出装置を提供
することにある。

Ｅ　課題を解決するための手段 本発明は、 （１）ガス絶縁電力機器のタンクにハンドホールを設け
、このハントポール内に超音波センサーを設置するとと
もに、その検出面以外を超音波吸収材で覆い、リート線
をタンク外に引き出して測定部に接続し、 前記測定部を、前記超音波センサーで検出した超音波信
号を検波し、該検波出力信号を微分し、該微分出力信号
を一定幅のパルス信号に変換する波形整形回路と、前記
波形整形回路の出力信号に基づいて基準時間内に生じる
パルスの分布を測定するパルス発生時間分布測定回路と
、前記パルス発生時間分布測定回路の測定結果に基づい
てパルスの発生時間に周期性が有るか否かを判定する周
期性判定回路とで構成し、 前記周期性判定回路の判定結果に基づいて、発生する超
音波がコロナ放電時の超音波であるか金属パーティクル
の運動による超音波かを判別することを特徴とするとと
もに、 （２）ガス絶縁電力機器のタンクにハンドホールを設け
、このハンドホール内に超音波センサーを設置するとと
もに、その検出面以外を超音波吸収材で覆い、リード線
をタンク外に引き出して測定部に接続し、 前記ガス絶縁電力機器のタンク壁に振動センサーを設け
、該センサーのリード線を前記測定部に接続し、 前記測定部を、前記超音波センサーの検出信号を検波し
て信号の発生時間Ｔ１および発生回数Ｎ。

を求める第１発生時間測定回路と、前記振動センサーの
検出信号を検波して信号の発生時間Ｔ、および発生回数
Ｎ２を求める第２発生時間測定回路とで構成し、 前記発生時間Ｔ、とＴ、を比較して金属パーティクルの
運動発生の有無を判定するとともに、前記発生回数Ｎ、
とＮ、を比較して金属パーティクルがタンク壁で跳ねて
いるか、又は絶縁ガス中の導体までジャンプしているか
を判定する判定部を設けたことを特徴としている。

Ｆ、作用 （１）タンク内でコロナ放電が発生すると、超音波か生
じて多方向に伝搬する。この超音波が超音波センサーに
達し検出される。この場合、風雨によりタンク壁に超音
１皮か生していても、絶縁ガス中に伝搬しにくい」−、
センサーの周囲の超音波吸収材で吸収される。このため
、超音波の検出により、部分放電が適確に検出される。

この超音波信号は波形整形回路によって一定幅のパルス
に変換される。パルス発生時間分布測定回路は、同一タ
イミングで発生するパルス数を例えば周期タイマーによ
って積算することで、前記検出した超音波信号の分布を
測定する。その結果パルス発生時間に周期性が有れば前
記超音波はコロナ放電によるものであると判定され、周
期性か無ければ前記超音波は金属パーティクルの衝突に
よるものであると判定される。

（２）タンク内でコロナ放電か発生すると、超音波か生
じて多方向に伝搬する。この超音波は超音波センサーに
達し検出された後、所定の超音波伝搬遅れ時間経過後に
振動センサーに達し検出される。各センサーの検出信号
は第１、第２発生時間測定回路によって検波され、発生
時間Ｔ１、′Ｆ、および発生回数Ｎ１、Ｎ、が求められ
る。第２発生時間測定回路で求められた発生時間Ｔ、に
は金属パーティクルか導体に衝突したときも連続して含
まれるためＴ、＜Ｔ、の関係となる。したかって判定部
はＴ、＜Ｔ、の関係に有るか否かによって金属パーティ
クルの運動発生の育無を判定する。またＮ、とＮ、が等
しいか又は略等しいとき、金属パーティクルはタンク壁
で跳ねていると判定され、Ｎ、＞Ｎ、なる関係にあると
きは、金属パーティクルは導体まてンヤンブしていると
判定される。

Ｇ　実施例 以下、本発明を図面に示す実施例に基ついて詳細に説明
する。

第１図は請求項（１）に記載された本発明の一実施例を
示すもので、ｌはガス絶縁電力機器のタンク、２は導体
、３は前記タンク１内に設けられた超音波センサーであ
る。この超音波センサー３は第２図のようにしてタンク
１に設けられている。

即ち超音波センサー３はタンク１内に設けた直径１００
３１３１程度のハンドホール４内に設置され、その検出
面を除いて超音波吸収材（スポンジ状の絶縁物）５で覆
われ、リード線は前記タンク１の外に引出されている。

６は前記超音波センサー３のリード線を接続したアンプ
、７はフィルター、８は検波回路、９は微分回路、１０
はパルス発生回路、１１はパルス発生時間分布１１ｔｌ
＋定回路、１２は周期性判定回路である。

次に、動作について述べると、第２図のタンクｌ内の導
体２のある点Ｘで部分放電（コロナ）か発生すると、超
音波か生じタンクｌ内を反射しなから伝搬する。この超
音波の一部かハントホール４内まで伝搬し超音波センサ
ー３の検出面に達すると、電気信号に変換される。この
電気信号はアンプ６で増幅された後フィルタフによって
所定周波数成分のみが取り出される。また第１図に示す
タンク１内の金属パーティクルの運動により発生する超
音波は前記同様に超音波センサー３によって検出され、
アンプ６を経てフィルタフに伝送される。一方、タンク
壁の風雨による超音波は、音響インピータンスの差が大
きい金属、ガス間では殆とが反射してしまうため、タン
ク１内の絶縁ガス中には伝搬しに＜＜、伝搬した超音波
はセンサー３の周囲の超音波吸収材５により吸収される
。

従って、超音波センサー３によって検出された超音波は
、タンク１内でのコロナ放電によるものと金属パーティ
クルの運動によるものとなり、風雨時等にも適確に部分
放電の検出および金属パーティクルの運動発生検出か行
われる。前記超音波の信号波形は第３図（ａ）のように
示される。

次にフィルタフの出力信号は検波回路８によって第３図
（ｂ）のように検波された後、微分回路９によって第３
図（Ｃ）のように微分される。パルス発生回路１０は微
分回路９の出力信号を第３図（ｄ）のように一定幅のパ
ルス信号に変換する。

パルス発生時間分布爪す定量路１１はパルス発生回路１
０の出力信号に２．Ｌついて第４図のようにパルス発生
時間の分布を測定する。第４図において横軸は商用周波
数１の逆数の時間Ｔてあり、縦軸はある一定時間内のパ
ルスのノＪウント数を示している。横軸の基準時間は、
前記測定回路１１内の周期タイマ（図示省略）で発生さ
せ、超音波発生の都度そのタイマ値を読み、そのタイマ
値と関係しているメモリの値を加算していく方法で行う
。即ち同一タイミングにおける各パルス数を加算し第４
図の分布表を求める。周期性判定回路１２は第４図のよ
うな測定出力に基ついてパルス発生に周期性が有るか否
かを判定する。その結果第４図（ａ）のように周期性が
有ればコロナ放電時の超音波であると判定され、第４図
（ｂ）のように周期性が無ければ金属パーティクルの運
動による超音波であると判定される。

上記のように１個の超音波センサーによって絶縁ガス中
コロナ放電の発生と金属パーティクルの発生とを区別し
て検出することができる。特に金属パーティクルの運動
では第５図に示すように導体にパーティクルが当たった
時でもガス中に超音波が発生しているので、パーティク
ルかタンク壁に当たらない運動になっている時でも検出
することができる。第５図は金属パーティクルがタンク
壁に当たった時と導体に当たった時の超音波の発生状況
を示している（尚パーティクルの衝突による超音波のほ
うがコロナ放電時の超音波より大きい）。

面前記超音岐センサー３は第６図〜第８図のように構成
しても良い。第６図は超音波センサー３として、その検
出面に超音波検出用のセラミック板３Ａを備えたものを
使用した場合であり、超音波受信面か広くなり、検出感
度か］二がる。

第７図はタンクＩ内に導体２として３相−括母線２Ａ、
２Ｂ、２Ｃを設置した場合であって、各母線２Ａ、２Ｂ
、２Ｃを見渡せる位置にハントホール４を設け、このハ
ンドホール４内に超音波センサー３を設置している。こ
のようにすると、母線２Ａ、２Ｂ、２Ｃのいずれにコロ
ナ放電が生しても、その放電による超音波は他の母線に
遮られることなく超音波センサー３に伝搬するようにな
り、確実に検出される。

第８図は検出範囲の広域化を図った場合で、２個の超音
波センサー３−１．３−２を２段に重ね、前段側の超音
波吸収材５−］の後端部を円錐形としてタンク１の内面
沿いに伝搬する超音波（パーティクルのタンク壁衝突に
より生じるもの）を後段の超音波センサー３−２に導く
ようにしている。

後段のセンサー３−２も、その検出面以外を超音波吸収
材５−２で覆っている。また、センサー３−１．３−２
は、第９図（ａ）、　　（ｂ）に示すようにその検出面
の前面に静電シールド用スクリーン：ｌＩＢ、３−２Ｂ
を取り付けている。

このようにすると、第８図に示すように導体２のある点
Ｘでのコロナ放電による超音波は、前段のセンサー３−
１によって検出される。また、タンク１内面沿いのパー
ティクルｙによる超音波は、前段の超音波吸収材５−１
の後面で反射して後段のセンサー３−２の検出面に達し
、検出される。

即ち、検出範囲か広くなる。

次に請求項（２）の発明の詳細な説明する。

第１０図において第１図と同一部分は同一符号を以て示
している。超音波センサー３は前記第２図、第６図〜第
９図で述へたとおりの構成となっている。タンク１の外
壁には振動センサー（ＡＥセンサーや加速度センサー等
）２３か設けられている。

２６は前記振動センサー２３のリード線を接続したアン
プ、２７はフィルター、２８は検波回路である。２９ａ
、２９ｂは信号の発生時間Ｔ、、Ｔ７、発生回数Ｎ、、
Ｎ、を各々求める発生時間測定回路、３０は前記Ｔ、、
Ｔ、を比較して金属パーティクルの運動か発生している
か否かを判定するとともに、前記Ｎ、、Ｎ、を比較して
金属パーティクルか導体までンヤングしているか否かを
判定する判定部である。

上記のように構成された装置において、タンク１内て部
分放電ぐコロナ）か発生したり、金属パーティクルの衝
突か発生すると、超音波が生じタンク１内を反射しなが
ら伝搬する。この超音波の一部かハンドホール４内まで
伝搬し超音波センサー３の検出面に達すると、電気信号
に変換される。

この電気信号はアンプ６で増幅された後フィルタ７によ
って所定周波数成分のみか取り出され、検波回路８によ
って検波される。超音波センサー３の信号波形は第１１
図（ａ）のように示される。

振動センサー２３は金属パーティクルがタンク壁に衝突
した時の振動を検出し、電気信号に変換する。この電気
信号はアンプ２６で増幅された後フィルタ２７によって
所定周波数成分のみが取り出され、検波回路２８によっ
て検波される。振動センサー２３の信号波形は第１１図
（Ｃ）のように示される。発生時間測定回路２９ａは検
波回路８の出力信号に基づいて超音波センサー３の信号
の発生時間Ｔ１および発生回数Ｎ、を求める。発生時間
測定回路２９ａの出力信号は第１１図（ｂ）のように示
される。発生時間測定回路２９ｂは検波回路２８の出力
信号に基づいて振動センサー２３の信号の発生時間Ｔ、
および発生回数Ｎ、を求める。発生時間１１ｔ１１定回
路２９ｂの出力信号は第１１図（ｄ）のように示される
。

第１１図の信号波形図においてＴ、はタンク壁の信号Ｔ
１に関係した信号時間である。１２時間には金属パーテ
ィクルが導体に衝突したときも連続して含まれるので丁
、〈Ｔ、となっている。Ｔ、′は金属パーティクルか導
体に衝突した時の信号時間である。Ｔ、はガス空間を伝
搬する超音波の伝搬遅れ時間である。Ｔｄは金属パーテ
ィクルのジャンピング運動により絶えず変化する。そこ
で判定部３０はＴ１発生の時刻ｔ。からＴ、か発生する
時刻ｔ、を検出し、Ｔ１とＴ！の時間幅がＴ１≦Ｔ、に
なっているかどうかで判定する。即ちステップＳ１でＴ
１≧Ｔ、か否かを調べ、ＹＥＳであればステ。

プＳ２で連続してこの関係にあるか否かを調へ、ＹＥＳ
であれば金属パーティクルの運動が発生していると判定
する。

また判定部３０は時間Ｔ、、Ｔ、における発生回数Ｎ、
、Ｎ、を比較し、金属パーティクルがタンク壁だけで跳
ねているのか、導体までジャンプしているのかを宇ｌｌ
定する。即ちステップＳ３においてＮ１≧Ｎ、か否かを
調へ、ＹＥＳの場合Ｎ、、Ｎ、か等しいか略等しければ
タンクリ１！て跳ねていると判定し、Ｎ、＞Ｎ、てあれ
ば導体までノヤンプしていると判定する。

−１−記のように本発明の装置によれば金属パーティク
ルかタンク壁たけて跳ねているのか導体までンヤンプし
ているのかを容易に判断することかできる。

１（発明の効果 以上のように請求項（１）の発明によれば次のような優
れた効果か得られる。

（１）タンクにハンドホールを設け、このハンドホール
内に超音波センサーを設置するとともに、検出面以外を
超音波吸収材で覆ったので、タンク壁の風雨による超音
波を除去し、コロナ放電による超音波を適確に検出する
ことができるようになり、予測保全の信頼性の向上が図
れる。

（２）絶縁ガス中の超音波を検出しているので、タンク
壁や外の超音波による影響を受けることなく正確な検出
か行える。

（３）１個の超音波センサーにより絶縁ガス中コロナ放
電の発生と金属パーティクルの発生を区別して検出する
ことができる。

特に金属パーティクルの運動では導体にパーティクルが
当たった時でもガス中に超音波が発生しているので、パ
ーティクルかタンク壁に当たらない運動になっている時
でも検出が可能である。

また請求項（２）の発明によれば次のような優れた効果
が得られる。

（１）タンクにハンドホールを設け、このハンドホール
内に超音波センサーを設置するとともに、検出面以外を
超音波吸収材で覆ったので、タンク壁の風雨による超音
波を除去し、コロナ放電による超音波をノ内確に検出す
ることかできるようになり、予測保全の信頼性の向」二
か図れる。

（２）超音波センサーと振動センサーの信号発生回数Ｎ
、、Ｎ、を調へ、両者を比較、判定しているので、金属
パーティクルがタンク壁たけて跳ねているのか、導体ま
でジャンプしているのかが容易に判定できる。タンク壁
に設けた振動センサーだけては、金属パーティクルが導
体までジャンプしているのかタンク壁で跳ねているのか
を区別することが難しかったか、ガス中に設けた超音波
センサーにより導体にパーティクルか当たった時の超音
波を検出しているので容易に区別できる。

（３）タンク壁に雨、風か当たって信号Ｔ、が発生して
も、絶縁ガス中に超音波が伝搬しないので信号Ｔ！は発
生せず、このため誤動作することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は請求項（１）の発明の実施例を示し、
第１図は装置全体の構成説明図、第２図は要部説明図、
第３図は各部の信号波形図、第４図はパルス発生時間分
布１１ｔｌｌ定回路の出力を示す分布特性図、第５図は
超音波の発生状況を示す説明図、第６図〜第９図は各々
超音波センサーの詳細な具体例を示す構成説明図、第１
０図および第１１図は請求項（２）の発明の実施例を示
し、第１０図は装置全体の構成説明図、第１１図は各部
の信号波形図である。 １・　ガス絶縁電力機器のタンク、２・・・導体、３゜
３−１及び３−２・・・超音波センサー、３Ａ・・・超
音波検出用セラミ’７り板、４　・ノ＼ントホール、５
．５−１及び５−２・超音波吸収材、６，２６・・・ア
ンプ、７．２７・・・フィルタ、８，２Ｂ・・・検波回
路、９　微分回路、１０・・・パルス発生回路、１１・
・・パルス発生時間分布ａｌｌ＋定回路、１２・・周期
性判定回路、２９ａ、２９ｂ・・発生時間測定回路、３
０・・判定部。 外１名 第２図 要部説明図 第３図 パルス発生時間の分布特性図 第５図 超音波の発生状況を示す説明図 第６図 超音波センサーの他の例を示す１ａ或説明図第７図 超音波センサーの他の例を示す構成説明図超音波センサ
ーの他の例と示す構成説明図第９図（ａ） 超音波センサーの正面図 第８図の超音波センサーの縦断面図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス絶縁電力機器のタンクにハンドホールを設け
   、このハンドホール内に超音波センサーを設置するとと
   もに、その検出面以外を超音波吸収材で覆い、リード線
   をタンク外に引き出して測定部に接続し、 前記測定部を、前記超音波センサーで検出した超音波信
   号を検波し、該検波出力信号を微分し、該微分出力信号
   を一定幅のパルス信号に変換する波形整形回路と、前記
   波形整形回路の出力信号に基づいて基準時間内に生じる
   パルスの分布を測定するパルス発生時間分布測定回路と
   、前記パルス発生時間分布測定回路の測定結果に基づい
   てパルスの発生時間に周期性が有るか否かを判定する周
   期性判定回路とで構成し、 前記周期性判定回路の判定結果に基づいて、発生する超
   音波がコロナ放電時の超音波であるか金属パーティクル
   の運動による超音波かを判別することを特徴とする絶縁
   ガス中金属異物検出装置。
2. （２）ガス絶縁電力機器のタンクにハンドホールを設け
   、このハンドホール内に超音波センサーを設置するとと
   もに、その検出面以外を超音波吸収材で覆い、リード線
   をタンク外に引き出して測定部に接続し、 前記ガス絶縁電力機器のタンク壁に振動センサーを設け
   、該センサーのリード線を前記測定部に接続し、 前記測定部を、前記超音波センサーの検出信号を検波し
   て信号の発生時間Ｔ＿１および発生回数Ｎ＿１を求める
   第１発生時間測定回路と、前記振動センサーの検出信号
   を検波して信号の発生時間Ｔ＿２および発生回数Ｎ＿２
   を求める第２発生時間測定回路とで構成し、前記発生時
   間Ｔ＿１とＴ＿２を比較して金属パーティクルの運動発
   生の有無を判定するとともに、前記発生回数Ｎ＿１とＮ
   ＿２を比較して金属パーティクルがタンク壁で跳ねてい
   るか、又は絶縁ガス中の導体までジャンプしているかを
   判定する判定部を設けたことを特徴とする絶縁ガス中金
   属異物検出装置。