JPH0432488B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は真空しや断器の真空度監視装置に関
する。

一般に真空しや断器はその真空度が10→⁴Torr
以下の圧力で正常なしや断能力を有しているが、
この真空度はしや断器内部からの放出ガスや溶接
およびろう付けなどの接合部からのスローリーク
などによつて劣化し、しや断能力が低下すること
がある。このため、真空しや断器の使用時におい
てはその真空度を監視することが性能保証上から
必要欠くべからざるものとなつている。

そこで従来においては、真空しや断器内部に放
電電極を設けるとともに別電源により高電圧を印
加し、この際のパツシエンの法則による放電状態
が真空度により変化するとを利用して真空度のチ
エツクを行うなどしていたが、このような方法で
は真空しや断器の構造が複雑になるとともに高電
圧の別電源を用意しなければならないため高価に
なつた。又、真空度のチエツクに際しては真空し
や断器を回路から切離した場合は真空しや断器の
可動電極を固定電極から真空度劣化によるパツシ
エンの法則に依存される放電し易い距離だけ開極
して、別電源から高電圧を印加し、この際の放電
状態により真空度の良否を判定していた。この方
法では電源を止める必要もあり、非常に面倒であ
つた。

また、近年、縮小形変電設備が開発され、この
設備にも真空しや断器が使用されている。この設
備において真空しや断器の真空度のチエツクを行
うには、設備内の絶縁媒体である油あるいはガス
を抜き取り、真空しや断器を上記したように回路
から切離してチエツクする手段をとつていた。こ
のため、上記チエツク手段には非常に時間がかか
る欠点があつた。さらに、上記チエツク手段では
人為的な組立ミスによる事故の発生する可能性も
あるし、真空度の測定の際に、高電圧を印加する
ために感電事故の恐れがある等の種々の欠点を持
つている。

これら欠点を解決するために、最近簡便に真空
度劣化をチエツクする手段が案出された。この手
段は真空しや断器内の真空度劣化時に生じる放電
に伴つて発生する電磁波を捕えるものである。こ
の電磁波は普通真空しや断器やそれに接続されて
いる導体から空中に放射されるので、その電磁波
をアンテナにより検出し、その検出信号を処理す
ることによつて真空度の良否の判定を行うことが
できる。

しかし、真空しや断器を樹脂モールドしてその
モールドの外周面を金属層で覆つて接地された構
造のものでは、電磁波が空中に放射されないため
に、真空度の良否の判定ができなくなる欠点を持
つている。また、真空しや断器が油やガス等の絶
縁媒体を充填した筐体内に収納され、かつその筐
体が金属で形成されて接地されている場合にも上
記と同様に電磁波が空中に放射されなく、さらに
真空しや断器に接続されている導体の外周がシー
ルドされた場合にも前記と同様に電磁波が空中に
放射されないために、真空度の良否の判定ができ
なくなる欠点を持つている。

この発明は上記の欠点を除去して、真空しや断
器の真空度劣化時に発生する電磁波を確実に検出
することができるようにして真空度のチエツクを
簡単かつ容易にできるようにする真空しや断器の
真空度監視装置を提供することを目的とする。

以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明するに、まず、真空しや断器について述べる。
第１図において、１は真空しや断器で、真空しや
断器１は絶縁筒２の両端に金属製の端板３，４を
取付けて真空容器を形成し、端板３には固定リー
ド５を挿着するとともに端板４にはベローズ６を
介して可動リード７を移動可能に挿着し、固定リ
ード５および可動リード７の先端には夫々固定電
極８および可動電極９を取付ける。又、絶縁筒２
の中間にはしや断時電極８，９間に発生する金属
蒸気が絶縁筒２の内面に付着するのを防止するた
めのシールド１０を取付ける。１１，１２は補助
シールド、１３，１４は外部接続導体、１５は集
電部である。

上記構成において、真空しや断器１は図示しな
い操作装置により可動リード７を動かし、電極
８，９を接離して投入、しや断を行うが真空しや
断器１のしや断状態における等価回路図を第２図
に示す。第２図において、２８，２９は夫々真空
しや断器１の設置された回路の電源および負荷、
３０，３１は夫々固定リード５の真空容器内の部
分および固定電極８とシールド１０間の抵抗およ
び静電容量、３２，３３は夫々可動リード７の真
空容器内の部分および可動電極９とシールド１０
間の抵抗および静電容量、３４ａ，３４ｂは夫々
絶縁筒２の抵抗、３５はシールド１０と接地電位
に保たれた筐体間の静電容量、３６，３７は夫々
しや断状態における電極８，９間の抵抗および静
電容量である。真空しや断器１の内部の真空度が
劣化した場合即ち内部圧力が上昇した場合、真空
中の誘電率と大気中の誘電率がほぼ等しいために
静電容量３１，３３，３７はほとんど変化しない
が、抵抗３０，３２，３６はパツシエンの法則に
より著しく低下する。このため、絶縁筒２より固
定側および可動側のいずれとも絶縁され、浮遊電
位を有するシールド１０と各電極８，９との間に
おいては投入状態およびしや断状態にかかわらず
放電が生じ、又電極８，９間においてはしや断状
態においてのみ放電が生じる。この放電は負荷側
にケーブル（静電容量）接続、誘導負荷線あるい
は真空しや断器のリードの静電容量によつて変化
する。さらに電源が可動リード側であつても同様
に作用するが、この際の等価回路は第２図の２９
が電源に２８が負荷となるのみで他は第２図と全
く同様である。

第３図は真空しや断器１の真空度が正常なとき
の電極間電圧を示す。すなわち、真空度が正常な
ときは、第３図に示すように電極８，９間の電圧
波形は商用周波数の正弦波であり、この正弦波に
は真空しや断器以外の回転数、変圧器、計器など
から発生すると現われる2kHz以下の高調波を含
むので多少歪んだ波形となる。第４図は真空しや
断器１の真空度が劣化した場合の極間電圧信号を
示し、電極８と９間の極間電圧は、放電が始まる
と、電極間距離と印加電圧に依存するが、例えば
第４図に示すようにある電圧以上には上昇せず、
しかも波形前縁にリツプルが発生する。このリツ
プル発生時に商用周波に２〜20kHzの高周波の重
畳した電磁波信号が発生することが後述の測定に
より得られた。

さらに、縮小形変電設備のように変圧器、断路
器、避雷器、PT及びCT等の電気機器が集合され
た場合、真空しや断器に結合される電源側の高周
波が重畳され、ノイズレベルに較べ数dBも大き
いことが判明した。これらの信号を検出し、判定
することにより真空しや断器１の真空度劣化を検
知できる。この場合、極間および真空しや断器以
外の他の部分でコロナ放電が発生しても信号波形
は異なるため検出特性には何ら影響がない。

ここで、真空度を５×10^-3〜300Torr間で変え
て測定した電磁波は次のようになつた。すなわち
負荷側の大地間静電容量が0.0042μFの時10〜14k
Hz、0.05μFの時２〜8kHz、0.2μF又は0.2μF以上
の時２〜20kHzの周波数を含んでおり、0.0042μF
の時の電磁波の波形はパルス的であつた。従つて
負荷側の静電容量が小さい時は0.2μF程度の静電
容量を筐体または大地間に接続すれば２〜20kHz
の周波数を含む電磁波が得られる。

なお、上記電磁波の信号強度は電源側の方が負
荷側より大きくなることも測定されている。

次に上記真空しや断器１を縮小形変電設備に使
用した例について述べる。第５図は上記変電設備
を単線結線で示す２回線受電の概略構成図で、こ
の第５図において、高電圧電源５１は送電用電力
ケーブル５２を介して縮小形変電設備５０に接続
される。ケーブル５２の一方はコンデンサ（図示
省略）結合による検電端子（VDと称す）５５
に、他方は接地機構付断路器５３を介して真空し
や断器１の固定側の外部接続導体１３に接続され
る。さらに真空しや断器１の可動側の外部接続導
体１４から変圧器５４の一次側に接続されて高電
圧が印加される、変圧器５４の二次側には負荷
（図示省略）が接続されている。なお、第５図に
おいて、他の１回線も同様の構成であるので、そ
の説明は省略する。また、同図において、図示一
点鎖線は金属筐体５６を示し、その筐体５６は接
地される。

第６図は第５図の図示点線で囲んだ部分を含む
変電設備を模擬した実験回路で、この第６図にお
いて、Ｔは高電圧の電源トランスの等価回路、C_S
は電源側のケーブル容量、VIは真空度が劣化し
た真空しや断器、C_LはVIの容量負荷、VDは検電
端子である。

この第６図の実験回路に、いま4kVの電圧を印
加させ、第７図に示すプローブPRVとシンクロ
スコープSYCとを使用して検電端子VDにおける
波形を観測すると、その波形は第８図に示すよう
な印加電圧に比例する正弦波形Ｓとその波形Ｓに
真空度劣化によるパルスＰが重畳された波形とな
る。このパルスによつて発生する高周波は周波数
測定により数ｋHz〜100kHzの範囲であり、さら
に周囲のノイズレベルより数10dBも大きいこと
が判明した。このような波形となるのは以下に述
べる静電誘導と電磁誘導とによる２つの場合から
であると考えられている。

(イ) 静電誘導による場合、 高電圧が第９図に示す高圧電極HVCと検電
部VDとによる容量C₁と、検電部VDと大地間
の容量C₂とにより分圧され、その分圧比が一
定ならば印加される高電圧に比例正弦波形とな
るからである。

(ロ) 電磁誘導による場合、 真空しや断器の真空度劣化によつてそのしや
断器の電極間が閃絡したときの急激な電界変化
によりパルス状波形が発生する。その波形の大
きさは真空度と電極間距離の積、負荷容量およ
び電源側容量分等その他の回路要素に関係した
値によつて決定される。

なお、上記第６図に示した実験回路において
は、印加電圧を4kVとした他に、トランスＴのイ
ンダクタンスＬを240mH、抵抗Ｒを16.8Ωとし、
また電源側ケーブル容量C_Sを2μF（ケーブル長８
Km相当）、62500pF（同じく250m相当）、1500pF
（数ｍ相当）を想定し、さらに真空しや断器VIの
容量負荷C_Lは3000pFと想定して実験を行つた。
上記のような定数のときによる実験で、検電部
VDに現われる電圧レベルの最低レベル（真空
度：パツシエンカーブの底附近、電源側ケーブル
10Km）においても、真空しや断器の真空度良否判
定を充分に行うことができた。

上記実験では印加電圧は4kVであつたが、実系
統の場合には例えば66kVの高電圧が印加される。
このため、検電端子に現われる正弦波形の電圧は
数10Vにも達する。この電圧を例えば携帯用検出
器の入力電圧とすると、一般に前記検出部の入力
部が電子回路で構成されていると、検出器の入力
回路が飽和してしまつて所望の検出ができなくな
つてしまつたり、最悪の場合には入力回路が破損
していしまう等のおそれもある。従つて、真空度
劣化検出に必要なパルス波形は減衰させないで、
正弦波形だけを減衰させる入力部を持つようにす
れば良い。

第１０図は上記入力部を有する検出器のブロツ
ク図で、６１は検電端子の電圧を分圧した分圧回
路を有する入力部であり、この入力部６１の分圧
出力は数ｋHz〜100kHzの周波数成分のみを通過
させるフイルタ回路６２を介して増幅回路６３に
入力される。増幅回路６３はVI良否の判定がで
きるまでに前記分圧出力を増幅して、判定回路６
４に供給される。判定回路６４は増幅回路６３か
ら送られてくる波形の有無を判定することにより
VIの真空度劣化を警報表示させる。

第１１図Ａ，ＢはプローブPRVの抵抗Rpを変
化させたときの静電誘導による電圧と電磁誘導に
よるパルス電圧の大きさをプロツトしたもので、
第１１図Ａ，Ｂにおいては抵抗Rpを10KΩとすれ
ば真空度劣化検出に不必要な電圧値は0.02Vであ
り、必要なパルス電圧値は1Vとなるために、検
出器の入力電圧としては適当な値となる。

なお、検電端子には現われる電圧は、真空度、
VIの電極間、容量負荷、電源側容量分等により
変化するため、第１１図Ａ，Ｂでは容量Cpを
37pFとして抵抗Rpだけを変化させて他の条件は
一定としたときのものである。一方、抵抗Rpを
一定として容量Cpを65pFから1000pFまで変化さ
せた場合には正弦波形に影響が現われないので、
パルス波形がCpの増加とともに減少する現象が
見られた。

次にこの発明の一実施例を第１２図を参照して
述べる。第１２図において、真空しや断器１およ
び真空しや断器１の固定側の外部接続導体１３に
連結された高圧導体１２１はエポキシ樹脂等の絶
縁物でモールドされる。このとき、高圧導体１２
１を一次側としてその導体１２１の周囲に配設さ
れた変圧器１２２も前記モールド時に一体的にモ
ールドされる。このモールド部である固体絶縁層
１２３の外表面には接地層１２４が形成される。
前記変圧器１２２の二次側は固体絶縁層１２３と
接地層１２４を貫いて接地層１２４の外側に導出
される。導出された変圧器１２２の二次側は放電
信号検知端子１２５となる。

上記実施例のように変圧器１２２を高圧導体１
２１に配設すると、真空度劣化によつて前述のよ
うにして発生された電磁波（放電信号）は高圧導
体１２１から変圧器１２２を介してその二次側の
放電信号検知端子１２５に現われる。この端子１
２５に現われる放電信号は第１３図に示す真空度
劣化判定装置により検出判定される。ここで、第
１３図について述べる。

第１３図において、７０は電磁波（放電信号）
を検知する検出体である入力部で、この入力部７
０は放電信号検知端子１２５に接続される接続導
体７１とプローブ又はアンテナ７２及び自己診断
用発振器７３の出力を切換えるためのスイツチ７
０ａと接続導体７１で検知される出力を分圧する
分圧器７０ｂとから形成されている。前記入力部
７０で検知された放電信号は第１増幅器７４で増
幅された後、その増幅出力は第１０図に示したフ
イルタと同じ周波数成分を通過させる数ｋHz〜
100kHzのバンドパスフイルタ回路７５を介して
全波整流回路７６に入力される。全波整流回路７
６の出力は第２増幅器７７で増幅された後、その
増幅出力は判定回路７８に入力される。判定回路
７８は入力された信号から真空しや断器の真空度
良否の判定を行つて、その判定結果から真空度劣
化である場合には表示回路７９を介して表示させ
るとともに警報をも発生させる。

なお、判定回路７８は上記真空度良否判定の他
に、発振器７３の出力を信号判定装置に入力させ
て、装置の動作状態の良否判定を行うとともに電
源部８０の動作状態の良否判定を行うために電源
部８０の出力を判定回路７８に入力している。上
記電源部８０は、電池８０ａ、電源チエツク回路
８０ｂ及び定電圧回路８０ｃから構成されてい
る。

次に上記のように構成された第１３図に示す信
号判定装置の例えば接続導体７１を変圧器１２２
の二次側の端子１２５に接続する。前記端子１２
５から電磁波が伝播され、接続導体７１に所定の
電圧が誘起され、その電圧は必要に応じて分圧器
７０ｂより分圧されて第１増幅器７４に入力され
る。第１増幅器７４は入力された電圧信号を増幅
した後、数ｋHz〜100kHzのバンドパスフイルタ
回路７５に与える。フイルタ回路７５は真空度判
定用信号のみを通過させてその信号を全波整流回
路７６に入力させる。

全波整流回路７６は入力信号を整流した後、第
２増幅器７７を介して判定回路７８に与える。判
定回路７８は入力された信号から真空度良否の判
定を行つて、その結果、真空度不良であると判断
したときには表示回路７９を介して真空度不良で
ある旨の表示を行うとともに警報を発生させる。

なお、プローブ又はアンテナ７２を使用する場
合は、第１２図に示す接地層１２４の一部に切欠
部１２６を形成して、その切欠部１２６にプロー
ブ７２を接触させるか又は切欠部１２６の近傍に
アンテナを配設させれば放電信号の検知ができ
る。

以上述べたように、この発明にれば、真空しや
断器が外周部に接地電位層を有する樹脂でモール
ドされていても、確実に真空しや断器の真空度劣
化を検知することができるとともに真空度劣化時
にのみ生じる電磁波信号だけをバンドパスフイル
タにより抽出して判定装置で判定させるためにノ
イズによる誤検出を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空しや断器の縦断正面図、第２図は
第１図の真空しや断器のしや断状態における電気
的等価回路図、第３図および第４図は真空しや断
器の動作波形図、第５図は縮小形変電設備の単線
結線図、第６図は第５図に示す図示点線で囲んだ
部分の模擬実験回路図、第７図は検電端子におい
て真空しや断器の真空度劣化時の波形を観測する
ための概略構成図、第８図は第２図により観測さ
れた波形図、第９図は検電端子の電気的等価回路
図、第１０図は真空度劣化検出装置のブロツク
図、第１１図Ａ，Ｂはプローブに使用される抵抗
を変化させたときの真空度劣化時の静電誘導と電
磁誘導による電圧特性曲線図、第１２図はこの発
明の一実施例を示す断面図、第１３図は信号判定
装置のブロツク図である。 １……真空しや断器、５６……金属筐体、７０
……入力部、７１……接続導体、７２……プロー
ブ又はアンテナ、７４……第１増幅器、７５……
バンドパスフイルタ回路、７６……全波整流回
路、７７……第２増幅器、７８……判定回路、１
２１……高圧導体、１２２……変圧器、１２３…
…固体絶縁層、１２４……接地層、１２５……端
子、１２６……切欠部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部の真空度が劣化した際に内部放電が生じ
   る真空しや断器と、この真空しや断器の軸方向に
   配設され、真空しや断器の外部接続導体に接続さ
   れる高圧導体と、この高圧導体の外周に静電的も
   しくは誘導的に結合され、高圧導体を伝つて来た
   電磁波信号を検知する検出部と、この検出部及び
   前記高圧導体と真空しや断器の軸方向外周を合成
   樹脂によりモールドし、かつモールドの外表面を
   接地電位に保つように被覆した接地層と、前記検
   出部に一端が接続され、その他端が前記接地層を
   貫いて外部に導出された電磁波信号検知端子と、
   この検知端子に接続され、前記電磁波信号を検知
   する入力部と、この入力部に電気的に接続され、
   真空度劣化時に生じる電磁波信号のうち数ｋHzか
   ら100kHzの周波数成分のみを通過させるバント
   パスフイルタ回路を有する真空度劣化判定装置と
   を備えたことを特徴とする真空しや断器の真空度
   監視装置。