JPH043524Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、相間サージ電圧検出装置に関し、
特に、ガス絶縁開閉装置に侵入する相間サージ電
圧の検出装置に関する。

［従来の技術］ ガス絶縁開閉装置とは、母線、遮断器、断路
器、避雷器など開閉装置の構成機器の充電部を円
筒状の接地金属容器のほぼ中央に配置し、適当な
間隔でエポキシ樹脂注形品で支持し、充電部と接
地金属容器との間を絶縁性能の優れたSF₆（６ふ
つ化いおう）ガスなどで満たした構造の開閉装置
である。

このようなガス絶縁開閉装置においては、接地
金属容器で覆われている部分の３相の各相間の距
離は問題とならないのに対し、覆われていない部
分、たとえば気中ブツシングの部分の相間距離を
どのくらいにするかは絶縁設計上重要な問題であ
る。これを図面に基づきさらに説明する。

第１図は、ガス絶縁開閉装置の気中ブツシング
付近を示す斜視図である。３相のガス絶縁開閉装
置１は、Ａ，ＢおよびＣ相それぞれに、内部母線
等（図示せず）を収納する金属容器３Ａ，３Ｂお
よび３Ｃと、前記内部母線に接続された気中ブツ
シング２Ａ，２Ｂ，および２Ｃを備える。前記気
中ブツシング２Ａ，２Ｂ，および２Ｃには、それ
ぞれ、架空母線４Ａ，４Ｂおよび４Ｃが接続され
ている。隣接する気中ブツシング間の相間距離は
Ｌである。ガス絶縁開閉装置を縮小化し合理的な
ものとするためには、この相間距離Ｌを合理的な
ものとする必要がある。すなわち、相間距離Ｌを
不必要に大きくするとガス絶縁開閉装置を縮小化
することができず、逆に小さくしすぎると雷サー
ジ等のサージ電圧により絶縁破壊を生ずることに
なる。したがつて、この相間の絶縁設計を合理的
なものとするためには、どのくらいの大きさのサ
ージ電圧がそこに印加されるかを検出する必要が
ある。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、従来は、前述したような相間サージ電
圧を正確に検出する手段はなかつた。たとえば、
通常、架空母線４Ａ，４Ｂおよび４Ｃには、制御
計測用等のためのコンデンサ型の計器用変圧器が
接続されているので、この計器用変圧器を用いて
各相に印加されるサージ電圧を検出し、そのサー
ジ電圧をもとに相間のサージ電圧を検出する方法
が従来試みられた。しかし、もともと計器用変圧
器は商用周波（たとえ60Hz）の電圧のためのもの
であり、その内部にインダクタンスを有しており
サージに対しては周波数特性は悪く、サージ電圧
を正確に検出することはできなかつた。

また、前述した計器用変圧器を用いることな
く、第１図に示すように、架空母線４Ａ，４Ｂお
よび４Ｃに検出導体５Ａ，５Ｂおよび５Ｃを近づ
けると、架空母線と検出導体間の静電容量および
検出導体と大地間の静電容量により定まる分圧比
により、それぞれの検出導体には各相のサージ電
圧が分圧されるので、そのサージ電圧をもとに相
間サージ電圧を検出する方法も従来試みられた。
しかし、前記検出導体には他の相の架空母線との
間にも静電容量が存在するので、他の相のサージ
電圧の影響を受け、これにより検出を不正確にし
ていた。

この考案は、簡単な手段により、しかも他の相
のサージ電圧の影響を受けることなく正確に相間
のサージ電圧を検出することができる相間サージ
電圧検出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］ この考案にかかる相間サージ電圧検出装置は、
３相のガス絶縁開閉装置に用いる相間サージ電圧
検出装置である。そのガス絶縁開閉装置は３相の
内部母線を有し、各内部母線は互いに絶縁された
複数の筒状の金属容器に収納される。この考案に
かかる相間サージ電圧検出装置は、各相の内部母
線の電圧をそれぞれ検出する第１、第２および第
３の内部母線電圧検出手段と、第１および第２の
内部母線電圧検出手段から出力される信号を互い
に減算することにより相間電圧を検出する第１の
減算手段と、第２および第３の内部母線電圧検出
手段から出力される信号を互いに減算することに
より相間電圧を検出する第２の減算手段と、第３
および第１の内部母線電圧検出手段から出力され
る信号を互いに減算することにより相間電圧を検
出する第３の減算手段とを備える。

第１、第２および第３の内部母線電圧手段の
各々は、接地用導電性バー、光信号発生手段、光
信号伝送手段および電気信号発生手段を含む。接
地用導電性バーは、一端が対応する複数の筒状の
金属容器の１つに接続されかつ他端が接地され、
電圧を検出するための抵抗部分を有するものであ
る。光信号発生手段は、抵抗部分により検出され
た電圧を光信号に変換する。光信号伝送手段は、
光信号発生手段に接続されており、光信号を伝送
する。電気信号発生手段は、光信号伝送手段に接
続されており、光信号を電気信号に変換する。

［作用］ この考案にかかる相間サージ電圧検出装置の第
１、第２および第３の内部母線電圧検出手段の
各々において、内部母線の電圧により対応する筒
状の金属容器に電圧が誘起される。そして、筒状
の金属容器に誘起された電圧により、その金属容
器から接地用導電性バー介して大地に電流が流れ
る。このとき、抵抗部分により電圧が検出され、
光信号発生手段に入力される。光信号発生手段に
入力された電圧は、光信号に変換され、光信号伝
送手段により所定の地点まで伝送され、電気信号
発生手段に入力される。電気信号発生手段に入力
された光信号は電気信号に変換される。このよう
にして、各内部母線に侵入したサージ電圧が検出
される。

特に、この考案においては、２つの内部母線電
圧検出手段から出力される電気信号が、減算手段
により減算される。それによつて、内部母線の相
間電圧が検出される。

［実施例］ 第２図は、この考案を構成する内部母線電圧検
出手段を示す概略図である。この図は、１相分の
みを示す。ガス絶縁開閉装置の円筒状の金属容器
３および３ａの内部に円筒状の内部母線６が収納
されている。この内部母線６は、気中ブツシング
を介して架空母線に接続されている（第１図参
照）。内部母線６は、絶縁スペーサ７等により内
部空間に支持されている。内部空間には、絶縁の
ためのSF₆ガスが満たされている。金属容器３ａ
は、変流器８取付けのため、絶縁スペーサ７によ
り金属容器３とは絶縁されている。金属容器３ａ
の長さは、変流器８取付けのためだけであるの
で、短い。金属容器３ａの外周には、内部母線６
に流れる電流を検出するための変流器８が設けら
れている。金属容器３は安全等のため接地されて
いる。金属容器３ａの長さは通常2m程度である
が、これに限定されない。

金属容器３ａには抵抗器９の一方の端子が接続
されている。抵抗器９の他方の端子は、接続部ａ
において抵抗器１０の一方の端子と接続されてい
る。抵抗器１０の他方の端子は接地されている。

接続部ａおよび抵抗器１０の接地部は、電気／
光信号変換器１１の入力部に接続されている。電
気／光信号変換器１１の出力部は光フアイバ１２
の一方の端部に接続されている。光フアイバ１２
の他方の端部は光／電気信号変換器１３の入力部
に接続されている。光／電気信号変換部１３の出
力部は出力端子１４に接続されている。

一例として、抵抗器９，１０は、抵抗部分を有
する銅バーからなる。銅バーは、一例として、キ
ユープロニツケルからなる抵抗部分を含む。この
抵抗部分が抵抗器１０に相当する。キユープロニ
ツケルは30％のニツケルと70％の銅からなる。銅
バーの残りの部分は銅のみからなる。銅バーの残
りの部分が抵抗器９に相当する。たとえば、キユ
ープロニツケルの部分は2μΩの抵抗値を有し、残
りの部分は0.2μΩの抵抗値を有する。また、一例
として、銅バーは短辺が１cm、長辺が４cmの長方
形の断面を有し、100cmの長さを有する。

次に、金属容器３ａに誘起される電圧を算出す
る。

まず、金属容器３ａが銅バーにより接地されて
いない場合を考える。内部母線６と金属容器３ａ
との間および金属容器３ａと大地との間にはそれ
ぞれ静電容量が存在する。したがつて、金属容器
３ａには内部母線６の電圧により一定の電圧が誘
起される。この金属容器３ａに誘起される電圧の
大きさは、前記静電容量の大きさにより定まる。
たとえば、内部母線６と金属容器３ａとの間の静
電容量をC₁、金属容器３ａと大地との間の静電
容量をC₂、内部母線６の電圧（大地間）をV₁、
金属容器３ａの電圧（大地間）をV₂とすれば、
V₂は次式で表わすことができる。

V₂＝V₁・C₁／（C₁＋C₂） ……(1) 一例として、C₁＝500［pF］，C₂＝600［pF］，V₁
＝77000／√３［Ｖ］とすれば、式(1)より、V₂＝
20［kV］となる。

次に、金属容器３ａが銅バーにより接地されて
いる場合を考える。この場合、銅バーの抵抗部分
（抵抗器１０）の抵抗値を20［μΩ］とすると、V₂
は近似的に０［Ｖ］とみなすことができる。した
がつて、内部母線６と金属容器３ａとの間のアド
ミタンスをＹとすると、内部母線６と金属容器３
ａとの間の静電容量に流れる電流は（V₁−V₂）・
Ｙとなる。この電流は、金属容器３ａと大地間の
静電容量および銅バーに流れるが、銅バーの抵抗
値は1/2πfC₂に比べて小さいので、銅バーに流れ
る電流をＩとすると、Ｉは近似的に次式で表わさ
れる。

Ｉ≒（V₁−V₂）・Ｙ＝（V₁−V₂）・2πfC₁ ……(2) V₁＝77000／√３［Ｖ］，ｆ＝60［Hz］，C₁＝500
［pF］とすれば、式(2)によりＩ＝8.48［mA］とな
る。したがつて、抵抗部分（抵抗器１０）の抵抗
値をＲ、抵抗部分（抵抗器１０）に現われる電圧
をV₃とすれば、V₃は次式で表わすことができる。

V₃＝Ｉ・Ｒ ……(3) 上式(3)より、Ｉ＝8.48［mA］，Ｒ＝20［μΩ］の
ときには、V₃＝0.1696［μV］となる。

異常時には、内部母線６に大きな電圧が発生す
る。たとえば、内部母線等においてコロナが発生
すると、内部母線６の電圧は２〜３倍になる。し
たがつて、抵抗部分（抵抗器１０）に流れる電流
も通常時の２〜３倍になり、抵抗部分（抵抗器１
０）に現われる電圧も通常時の２〜３倍になる。
この場合、コロナにより内部母線６に発生するノ
イズも金属容器３ａに誘起される。金属容器３ａ
に誘起された電圧は、銅バーの抵抗部分（抵抗器
１０）により検出され、電気／光信号変換器１１
に入力される。このように、キヤパシタおよび抵
抗の直列等価分圧方式により、電気信号が検出さ
れる。

また、内部母線６と金属容器３ａとの間に絶縁
破壊が生じる等の事故が発生した場合を考える。
この場合には、内部母線６に流れる電流が銅バー
を通つて大地に流れる。たとえば、20［kA］の電
流の通電時には、銅バーに20［kA］の電流が流れ
る。このとき、抵抗部分（抵抗器１０）には400
［mV］の電圧が発生する。

このように、銅バーは、保安対策用の接地手段
および電圧検出手段として働くことになる。した
がつて、銅バーの抵抗値は、上記の値に限らず、
保安対策用の接地手段として機能しかつ電圧検出
のために十分な値に設定すればよい。

電気／光信号変換器１１に入力された電圧は、
そこにおいて光信号に変換され、当該光信号は光
フアイバ１２を経由してガス絶縁開閉装置から離
れた地点まで伝送され、光／電気信号変換器１３
に入力される。光／電気信号変換器１３に入力さ
れた光信号は、そこにおいて電気信号に変換され
て当該電気信号は出力端子１４に出力される。し
たがつて、出力端子１４には、内部母線６に侵入
したサージ電圧が適当に変圧されて出力される。

このようにして検出される各相のサージ電圧
は、他の相のサージ電圧の影響を受けることがな
いので、正確である。すなわち、１つの相の金属
容器３ａとその相の内部母線との間の静電容量に
比べ他の相の内部母線との間の静電容量が無視で
きるほど小さいからである。

また、ガス絶縁開閉装置にすでに備わつている
変流器取付け部分の金属容器の接地線を外し、こ
れに接地用の抵抗器を取付けるだけでよいので、
検出が容易である。また、変流器取付け部分の金
属容器の長さが短いので、そこに誘起される電圧
は比較的小さく、取扱いが容易である。

さらに、検出信号の伝送に光フアイバを使用し
ているので、電気的に絶縁が可能であり、また、
外部からの誘導を受けないのでノイズが混入する
こともなく測定が正確である。

以上とまつたく同様の内部母線電圧検出手段を
３組（Ａ，ＢおよびＣ相）の各相に設ければ、
各々の出力端子１４には、それぞれ、Ａ，Ｂおよ
びＣ相のサージ電圧V_A3，V_B3およびV_C3が出力さ
れる。

ところで、多条線路を進行するサージ波は、波
動理論により、分波現象を起こし、相間サージ波
は各相のサージ波の減算でよいことが知られてい
る。そこで次に、これらの各相のサージ電圧をも
とに各相の相間のサージ電圧を検出する手段につ
き説明する。

第３図は、この考案を構成する減算手段を示す
ブロツク図である。この図は、３相分を示す。
各々の減算用の演算増幅器１５Ａ，１５Ｂ及び１
５Ｃの入力部は、それぞれ前述した３つの内部母
線電圧検出手段のうちの２つに接続されており、
出力部は、それぞれシンクロスコープ１６Ａ，１
６Ｂおよび１６Ｃに接続されている。この演算増
幅器１５Ａ，１５Ｂおよび１５Ｃの周波数特性
は、標準インパルス（１×40μs）に対しては、
500KHz〜1MHzもあれば十分である。演算増幅
器１５Ａの＋入力部には前記Ａ相のサージ電圧
V_A3が、−入力部には前記Ｂ相のサージ電圧V_B3が
入力されるので、出力部にはAB相間のサージ電
圧V_A3−V_B3が出力される。

したがつて、たとえばシンクロスコープ１６Ａ
によりこのサージ電圧を測定すると、実際のAB
相間のサージ電圧を検出することができる。演算
増幅器１５Ｂおよび１５Ｃにおいても前述とまつ
たく同様であり、それぞれBC相間のサージ電圧
V_B3−V_C3およびCA相間のサージ電圧V_C3−V_A3を
検出することができる。なお、上述のことをさら
に図面に基づき説明する。

第４図は雷サージ電圧の波形を示す概略図であ
る。この図は、１回線送電線路のＡ相の架空母線
に落雷した場合を示す。

対称な３相送電線路のＡ相，Ｂ相およびＣ相にサ
ージ電圧V_A3，V_B3，V_C3が加わつているとする
と、これらは V_A3＝e₀＋e₁＋e₂ V_B3＝e₀−e₁ V_C3＝e₀−e₂ あるいは e₀＝（V_A3＋V_B3＋V_C3）／３ e₁＝（V_A3＋V_C3−2V_B3）／３ e₂＝（V_A3＋V_B3−2V_C3）／３ のように、e₀，e₁，e₂の成分から構成されてい
る。ここで、e₀は３相を同じ大きさで伝搬し、大
地を帰路とする成分である。また、e₁はＡ相を往
路、Ｂ相を帰路とする成分、e₂はＡ相を往路、Ｃ
相を帰路とする成分である。e₀は対称座標法の零
相成分に対応する。また、e₀は、通常、大地波と
呼ばれ、e₁およびe₂は、線間波と呼ばれる。

一般に、線間波は減衰の変歪も少なく、速度も
光速にほぼ等しいが、大地波は大地固有抵抗によ
る表皮効果によつて減衰や変歪が大きく速度も線
間波より遅い。

ガス絶縁開閉装置のＡ相に到来するサージ電圧
の大きさをＶとした場合、ガス絶縁開閉装置のＢ
相およびＣ相にはまず負の線間波（その大きさ
はたとえば約Ｖ／２であり、進行速度は約
300m／μsである。）が到来し、それに時間ｔだけ
遅れて正の大地波ｇ（その大きさはたとえば約
Ｖ／６であり、進行速度は約200m／μsである。）
が到来する。

したがつて、AB相間のサージ電圧V_A3−V_B3
は、大きさがまず（3/2）Ｖであり、時間ｔ後に
（5/6）Ｖとなる。次にBC相間のサージ電圧V_B3
−V_C3は、図示しないが、ほぼ０となる。さら
に、CA相間のサージ電圧V_C3−V_A3は、図示しな
いが、AB相間のサージ電圧V_A3−V_B3の極性を反
転したものとなる。

なお、時間ｔは、たとえば140Km送電線路の場
合は約1μsである。

第４図の波形は模式的に示されているが、現実
のサージ電圧は種々周波数を含んでおり、また大
地の表皮効果があるため、実際には完全な方形波
にはならない。

以上のように、相間のサージ電圧は各相のサー
ジ電圧に比べて大きなものになることが概略わか
る。しかし、送電線路には、１回線送電線路の他
に２回線送電線路、４回線送電線路、６回線送電
線路等があり、これらの送電線路間には複雑な相
互作用が生ずるので、対象とするガス絶縁開閉装
置の相間にどれくらいのサージ電圧が印加される
かは、前述した装置により実測しなければ正確に
知ることはできない。

［考案の効果］ 以上のようにこの考案によれば、筒状の金属容
器に誘起された電圧が接地用導電性バーの抵抗部
分により検出されるので、検出される電圧の位相
のずれおよび電圧波形の歪みを生ずることなく、
かつ周囲の磁界の変動や他のサージ電圧の影響を
受けることなく、相間サージ電圧が正確に検出さ
れる。

また、筒状の金属容器が接地用導電性バーを介
して接地されているので、通常の運転中のみなら
ず事故発生時にも、人身に対する保安面で安全性
が確保され、周辺機器が破壊されることもない。

さらに、接地用導電性バーのインダクタンスは
非常に小さいので、事故発生時に大電流が流れて
も、周囲に強い磁界変動を与えない。したがつ
て、磁界変動による周辺機器の破損がなく、通常
の運転時のみならず事故発生時にも継続して、相
間サージ電圧の測定を行なうことができる。

したがって、ガス絶縁開閉装置の相間の絶縁設
計を合理的なものとすることができる。

また、減算手段により相間サージ電圧が検出さ
れるので、事故発生時に高電圧が誘起されても、
測定系に含まれるCTが飽和することもない。

さらに、線間波が到来してから大地波が到来す
るまでの時間差（第４図の時間ｔ参照）により、
架空送電線への落雷地点を算出することができ
る。各相のサージ電圧を測定するだけでは線間波
と大地波の大きさが小さい場合には前記時間差を
検出しにくい場合があつたが、相間サージ電圧を
検出すれば線間波の部分と大地波の部分との差が
はつきりするので、前記時間差をより正確に検出
することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガス絶縁開閉装置の気中ブツシング
付近を示す斜視図である。第２図は、この考案を
構成する内部母線電圧検出手段を示す概略図であ
る。第３図は、この考案を構成する減算手段を示
すブロツク図である。第４図は、雷サージ電圧の
波形を示す概略図である。 図において、６は内部母線、７は絶縁スペー
サ、９，１０は抵抗器、１１は電気／光信号変換
器、１２は光フアイバ、１３は光／電気信号変換
器、１５Ａ，１５Ｂおよび１５Ｃは演算増幅器で
ある。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ３相のガス絶縁開閉装置に用いる相間サージ電
   圧検出装置であつて、前記ガス絶縁開閉装置は３
   相の内部母線を有し、各内部母線は互いに絶縁さ
   れた複数の筒状の金属容器に収納され、 各相の内部母線の電圧をそれぞれ検出する第
   １、第２および第３の内部母線電圧検出手段と、 前記第１および第２の内部母線電圧検出手段か
   ら出力される信号を互いに減算することにより相
   間電圧を検出する第１の減算手段と、 前記第２および第３の内部母線電圧検出手段か
   ら出力される信号を互いに減算することにより相
   間電圧を検出する第２の減算手段と、 前記第３および第１の内部母線電圧検出手段か
   ら出力される信号を互いに減算することにより相
   間電圧を検出する第３の減算手段とを備え、 前記第１、第２および第３の内部母線電圧検出
   手段の各々は、 一端が対応する複数の筒状の金属容器の１つに
   接続されかつ他端が接地され、電圧を検出するた
   めの抵抗部分を有する接地用導電性バーと、 前記抵抗部分により検出された電圧を光信号に
   変換する光信号発生手段と、 前記光信号発生手段に接続されていて、前記光
   信号を伝送する光信号伝送手段と、 前記光信号伝送手段に接続されていて、前記光
   信号を電気信号に変換する電気信号発生手段とを
   含む、相間サージ電圧検出装置。