JPH06105439A - 部分放電検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易かつ廉価で、しかも部分放電の発生箇所
を正確に特定可能な部分放電検出装置を提供する。 【構成】圧電セラミック微粒子が配合された高分子材料
によって複数のセンサユニット３ａ，３ｂ，３ｃを形成
する。各センサユニット３ａ，３ｂ，３ｃは、金属容器
１外部に分散して配置し、直列に接続し、かつ、両端の
各センサユニット３ａ，３ｃからそれぞれ第１の信号及
び第２の信号を出力するように構成する。各センサユニ
ット間には電磁遅延素子４ａ，４ｂを設ける。前記第１
及び第２の信号に基づいて、ガス絶縁機器内の部分放電
の発生の有無、程度又は位置を検出するように構成され
た信号処理装置６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＦ₆ ガスなど絶縁性
の優れたガスを絶縁媒体としたガス絶縁機器に用いら
れ、このガス絶縁機器内の部分放電を検出する部分放電
検出装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、接地電位にある金属容器内に高電
圧導体を配設し、この金属容器内にＳＦ₆ ガスのように
絶縁性能の優れたガスを圧縮充填したガス絶縁機器の採
用は、増加の一途をたどっている。ところで、このＳＦ
₆ ガスは、平等電界のもとでは非常に優れた絶縁特性を
示すが、不平等電界のもとでは絶縁性能が極端に低下す
るという性質を有している。

【０００３】ここで、ガス絶縁機器内の電解分布を乱
し、不平等電解を生じさせる要因としては種々のものが
知られているが、なかでも代表的なものは、高電圧導体
表面の打痕などの欠陥、組立ミスによる高電圧導体部の
接触不良、ボイドなどの絶縁スペーサの欠陥である。

【０００４】以上のような欠陥によってガス絶縁機器内
に不平等電界が形成されると、運転状態において部分放
電が発生し、最悪の場合には全路破壊という重大事態に
至るおそれがある。したがって、運転状態のガス絶縁機
器内に部分放電が発生した場合は、全路破壊に至る以前
に、これを自動的かつ確実に検出することが不可欠であ
る。そして、部分放電が検出された場合は、この部分放
電が全路破壊を引き起こす危険性の多いものであるか否
かを判断し、その危険性が高いときは、発生箇所を特定
し、これを修復して全路破壊を未然に防止する必要があ
る。

【０００５】このように部分放電を検出する手段として
は、音響による手段や振動による手段その他の手段が用
いられている。このうち、音響又は振動による手段を用
いた部分放電検出装置としては、まず、ガス絶縁機器の
容器壁に圧電セラミックスを用いたセンサを取り付け、
このセンサで部分放電時の超音波を検出するものが知ら
れている。しかし、このタイプの部分放電検出装置に用
いられる圧電セラミックスは、ほとんどが円柱形である
ため、取り付け部が平坦部に限定されるという不都合を
有していた。

【０００６】また、このタイプのセンサでは、単一の各
センサごとにそのセンサ専用の検出器１台を必要とし、
同時に、部分放電の発生箇所がセンサから離れるにつれ
て検出レベルが低下する。このため、このタイプの部分
放電検出装置によってガス絶縁機器全体を監視しようと
すれば、多数個のセンサだけでなく、このセンサと同数
の検出器を用いることが不可欠であった。したがって、
このタイプの部分放電検出装置は、構成が複雑になると
いう問題点を有していた。

【０００７】なお、この問題点を解決するため、圧電セ
ラミックスを配合した高分子材料で形成された圧電複合
材料センサを用いた部分放電検出装置が提案されている
（参考文献：小山他；平成３年電気学会エネルギー部門
大会予稿集Ｎｏ．４１９）。この圧電複合材料センサ
は、近年開発されたものであって、次のような構成を有
する（図３）。すなわち、センサ３は、圧電セラミック
ス微粒子を配合した高分子材料をシート状に成形した圧
電複合材料７を、電極８ａ，８ｂで挟持したものであ
る。この電極８ａ，８ｂ端部には端子が設けられ、この
端子には電気信号を外部に出力するための信号線９が接
続されている。

【０００８】このような構成を有するセンサ３では、加
えられた振動が圧電複合材料７によって電気信号に変換
され、電極８ａ，８ｂを介して信号線９から外部に出力
される。この圧電複合材料センサは柔軟性と伸縮性に富
み、任意の形状に加工・湾曲が可能であるため、振動を
最も効率よく検出できる形状に切断した上、ガス絶縁機
器の金属容器外面の曲面上に密着させることができる。
このため、前記複合材料センサ３を帯状に加工してガス
絶縁機器の長手方向に平行に、かつ、全長にわたって取
り付ければ、ガス絶縁機器全体の監視を、単一のセンサ
と単一の検出器のみによって行い、部分放電検出装置の
構成を単純化することができる。

【０００９】ところで、前記の円柱形センサを複数用い
た部分放電検出装置によれば、いずれのセンサの出力値
が最大であるかによって、部分放電の発生箇所を容易に
特定することができる。これに対して、このシート状圧
電複合材料センサを用いた部分放電検出装置では、セン
サ全体が一体であるため、部分放電の発生箇所を特定す
るためには、次のような構成にする必要がある。

【００１０】すなわち、前記のように、前記複合材料セ
ンサ３を帯状に加工してガス絶縁機器の長手方向に平行
に、かつ、全長にわたって取り付け、このセンサの長手
方向の両端にそれぞれ信号線を接続する。このような構
成では、まず、部分放電発生時には、センサのうち発生
箇所に対応した部分に電気信号が発生する。そして、セ
ンサは帯状であるから、この電気信号はセンサの一端に
向かって伝搬する第１の信号と、センサの他の一端に向
かって伝搬する第２の信号に分かれ、相互に反対方向に
伝搬する。このとき、各信号がセンサ各端に到達するま
での所要時間は各信号の伝搬距離に比例するが、各信号
の伝搬距離は、部分放電発生箇所に応じて変化するの
で、両信号のセンサ端部到達時刻には時間差が生じる。
このため、センサ両端から各信号が出力される時間差か
ら、発生箇所を特定することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような圧電複合材料センサを用いた部分放電検出装置に
は、次のような問題点があった。

【００１２】（１）センサ内における電気信号の伝達は
非常に高速であるため、両端からの信号出力の時間差は
極めて微小なものとなる。このため、この時間差の計測
には、高精度かつ複雑な計測装置が不可欠であった。例
えば、前記の１０ｍ程度の長さのセンサにおける時間差
の計測には、数ｎｓｅｃの分解能を有するデジタリング
オシロスコープが必要であった。したがって、このタイ
プの部分放電検出装置には、構成が複雑化せざるを得な
いという問題点があった。 （２）また、このような計測装置は一般に極めて高額で
あるため、部分放電検出装置全体の製造や設置の費用が
高価になるという問題点があった。 （３）さらに、このような計測装置によっても、微小な
時間差の正確な計測は困難であるため、部分放電の検出
の信頼性が低いという問題点があった。

【００１３】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであって、その目的
は、簡易かつ廉価で、しかも部分放電の発生箇所を正確
に特定可能な部分放電検出装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の部分放電検出装置は、接地電位の金属容器
内に高電圧導体が配設され、かつ、絶縁ガスが封入され
たガス絶縁機器に用いられ、前記ガス絶縁機器内の部分
放電時に発生する超音波を検出するセンサを有する部分
放電検出装置において、前記センサは、圧電セラミック
微粒子が配合された高分子材料によって形成された複数
のセンサユニットを有し、前記各センサユニットは、前
記金属容器外部に分散して配置され、直列に接続され、
かつ、両端の各センサユニットからそれぞれ第１の信号
及び第２の信号を出力するように構成され、前記各セン
サユニット間には電磁遅延素子が設けられ、前記第１及
び第２の信号に基づいて、前記ガス絶縁機器内の部分放
電の発生の有無、程度又は位置を検出するように構成さ
れた信号処理装置を備えたことを特徴とする。

【００１５】

【作用】以上のような構成を有する本発明では、直列に
接続された複数の各センサユニット間に電磁遅延素子が
設けられているので、前記第１及び第２の各信号は伝搬
距離に応じた数の電磁遅延素子を通過することになる。
このため、センサ両端における各信号出力の時間差は、
電磁遅延素子の作用によって増幅され、高精度、複雑か
つ高額な計測装置を用いなくとも時間差を正確に計測す
ることが可能となる。したがって、本発明によれば、簡
易かつ廉価で、しかも部分放電の発生箇所を正確に特定
可能な部分放電検出装置を提供することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例である部分放電検出装
置を、図面に基づいて説明する。 （１）第１実施例の構成…図１、図２、図３

【００１７】まず、図１は、本実施例の部分放電検出装
置が適用されるガス絶縁機器の正面図である。本実施例
におけるガス絶縁機器は、接地電位の金属容器１内に、
図示はしないが、高電圧導体が配設され、かつ、ＳＦ₆
などの絶縁ガスが封入されたものである。この金属容器
１は、金属容器ユニット１ａ，１ｂ，１ｃを接続部２
ａ，２ｂで接続したものである。

【００１８】そして、本実施例の部分放電検出装置は、
前記ガス絶縁機器内の部分放電時に発生する超音波を検
出するセンサ３を有する。すなわち、センサ３は、圧電
セラミック微粒子が配合された高分子材料によって形成
された複数のセンサユニット３ａ，３ｂ，３ｃを有す
る。これらセンサユニット３ａ，３ｂ，３ｃは、前記圧
電複合材料センサであり、長さ３０ｍｍ、幅１００ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍ程度の形状に形成されている。

【００１９】これらの各センサユニット３ａ，３ｂ，３
ｃは、金属容器１外部に分散して配置され、直列に接続
され、かつ、両端の各センサユニット３ａ，３ｃからそ
れぞれ第１の信号及び第２の信号を出力するように構成
されている。また、各センサユニット３ａ，３ｂ，３ｃ
間には電磁遅延素子が設けられている。

【００２０】すなわち、各センサユニット３ａ，３ｂ，
３ｃはそれぞれ、金属容器ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ外
面上に密着して取り付けられ、センサユニット３ａと３
ｃ，３ｂと３ｃがそれぞれ接続されることによって、直
列に接続されている。また、センサユニット３ａと３ｃ
のセンサ３両端部には、それぞれ第１の信号及び第２の
信号を出力するための信号線５ａ，５ｂが接続されてい
る。

【００２１】また、センサユニット３ａと３ｂ，３ｂと
３ｃの接続はそれぞれ、電磁遅延素子４ａ，４ｂを介し
て行われている。これら電磁遅延素子４ａ，４ｂは、そ
れぞれ、一方から入力した信号を０．５μｓｅｃ遅延さ
せて他方に出力するように構成されている。

【００２２】さらに、本実施例の部分放電検出装置は、
前記第１及び第２の信号に基づいて前記ガス絶縁機器内
の部分放電の発生の有無、程度又は位置を検出するよう
に構成された信号処理装置６を備えている。この信号処
理装置６には信号線５ａ，５ｂが接続されているが、こ
れらの信号線５ａと５ｂは相互に同一の長さを有する。
また、この信号処理装置６には、検出結果を出力するた
めの信号線５ｃが接続されている。

【００２３】なお、この信号処理装置６は、一般的に
は、次の手順で動作するように構成されている（図
２）。すなわち、信号入力の有無を継続監視し（ステッ
プ１０）、信号が入力すると、その信号の強さが危険性
が高いと判断できる所定値より大きいか否かを判断する
（ステップ１１）。所定値以下のときは再びステップ１
０に戻るが、所定値より大きい場合は、２つの入力信号
において第２の信号が第１の信号より１．０μｓｅｃ遅
延したか否かを判断する（ステップ１２）。ここで、第
２の信号が第１の信号より遅延しているときは、部分放
電発生箇所が金属容器ユニット１ａ内であるから、警告
と共に、発生箇所が１ａである旨を出力する（ステップ
１３）。第２の信号が第１の信号より遅延していないと
きは、第１及び第２の信号が同時に入力されたか否かを
判断する（ステップ１４）。同時入力の場合は、部分放
電発生箇所が金属容器ユニット１ｂ内であるから、警告
と共に、発生箇所が１ｂである旨を出力する（ステップ
１５）。ステップ１２又は１４の条件をいずれも満たさ
ない場合は、第１の信号が第２の信号より１．０μｓｅ
ｃ遅延している場合であるから、部分放電発生箇所が金
属容器ユニット１ｃ内である。したがって、警告と共
に、発生箇所が１ｃである旨を出力する（ステップ１
６）。 （２）第１実施例の作用及び効果

【００２４】以上のような構成を有する本実施例の部分
放電検出装置においては、次のように部分放電が検出さ
れる。例えば、金属容器ユニット１ａ内で危険性が高い
部分放電が発生した場合、この部分放電によって生じた
超音波の一部は、金属容器ユニット１ａを通じて、金属
容器ユニット１ａ外面上に取り付けられたセンサユニッ
ト３ａに伝達する。センサユニット３ａはこの超音波を
電気信号に変換するが、この電気信号は第１及び第２の
信号に分かれ、それぞれ、信号線５ａ，５ｂに向かって
センサ３内を伝搬する。

【００２５】このうち第１の信号は、電磁遅延素子を経
由せず、センサユニット３ａ端部の信号線５ａに直接到
達する。一方、第２の信号は、センサユニット３ｃ到達
前に電磁遅延素子４ａ，４ｂを通過する。このため、各
電磁遅延素子４ａ，４ｂにおいてそれぞれ０．５μｓｅ
ｃづつ、第１の信号に対して相対的に遅延する。したが
って、第２の信号は第１の信号に１．０μｓｅｃ遅延し
て信号処理装置６に入力する。

【００２６】信号処理装置６は、これらの信号入力を検
出すると（ステップ１０）、これらの信号の強さが所定
値より大きいか否かを判断する（ステップ１１）。本実
施例では信号の強さが所定値より大きいので、信号処理
装置６は、第２の信号が第１の信号より１．０μｓｅｃ
遅延したか否かを判断する（ステップ１２）。本実施例
では、部分放電発生箇所が金属容器ユニット１ａ内であ
るから、前記のように第２の信号が第１の信号より遅延
している。したがって、信号処理装置６は、警告と共
に、発生箇所が１ａである旨を出力する（ステップ１
３）。

【００２７】以上のように、本実施例では、第１の信号
と第２の信号の入力の時間差が、電磁遅延素子によって
増幅される。このため、数ｎｓｅｃの分解能を有するデ
ジタリングオシロスコープのような、高精度、複雑かつ
高額な計測装置を用いなくとも時間差を正確に計測する
ことが可能となる。したがって、本実施例によれば、簡
易かつ廉価で、しかも部分放電の発生箇所を正確に特定
可能な部分放電検出装置を提供することができる。

【００２８】なお、本実施例では、各電磁遅延素子４
ａ，４ｂの遅延時間は０．５μｓｅｃと十分大きいの
で、各センサユニット３ａ，３ｂ，３ｃ内における各信
号の伝搬所要時間は無視することができる。また、信号
線５ａと５ｂは同一の長さであるから、信号線５ａ，５
ｂ内における各信号の伝搬所要時間は、信号処理装置６
に第１及び第２の信号が入力する相対的時間差には影響
しない。 （３）第２実施例

【００２９】信号処理装置は、発生箇所の特定を第１実
施例のように条件判断で行うものには限定されず、次の
ような一般的演算式の計算手順を実行して特定するよう
に構成することもできる。すなわち、本発明におけるセ
ンサユニットの数は、第１実施例のように３つに限定さ
れることはないので、ここで、ｘ個のセンサユニットが
設けられている場合を想定する。つまり、第１の信号を
出力するセンサユニットから順に、１，２，３〜ｘのよ
うに番号の付されたセンサユニットがｘ個設けられてい
る場合において、センサユニット間の各電磁遅延素子の
遅延時間をｄ、第１の信号の入力時刻をｔ１、第２の信
号の入力時刻をｔ２としたとき、部分放電発生箇所に最
も近いセンサユニットの番号ｎは、次の演算式によって
求めることができる。

【００３０】

【数１】 ｎ＝（（（ｘ−１）ｄ−（ｔ２−ｔ１））／２ｄ）＋１ …式１

【００３１】この式１は、部分放電発生箇所最寄りユニ
ットの番号が１増加するごとに、第１の信号からみた第
２の信号の遅延時間が２ｄづつ減少することを利用した
ものである。すなわち、式１の右辺は、次のような計算
手順を示している。

【００３２】（ａ）まず、ｎ＝１の場合の遅延時間（ｘ
−１）ｄから、実際の遅延時間（ｔ２−ｔ１）を減じて
遅延時間減少分を求める。このとき、第２の信号が先着
した場合は、実際の遅延時間は負の数になる。 （ｂ）この減少分を、ユニット番号１増加ごとの遅延時
間減少単位である２ｄで除し、ユニット番号の増分を求
める。 （ｃ）最後に、ユニット番号の初期値である１にこの増
分を加算し、ユニット番号を求める。

【００３３】この実施例によれば、部分放電発生箇所を
単純な計算で算出することが可能となり、条件判断の繰
り返しが不要になるので、信号処理手段における処理手
順の単純化と判断の高速化を図ることができる。また、
このような信号処理手段は、式１の計算手順のうち、セ
ンサユニット数ｘや各電磁遅延素子の遅延時間ｄを変更
するのみで、構成の異なる部分放電検出装置を構成でき
るので、部分放電検出装置の構成の変更が容易になる。 （４）他の実施例

【００３４】なお、本発明は上記の実施例によって限定
されるものではなく、次のような他の実施例をも包含す
る。例えば、センサユニットの形状は、第１実施例に示
すものには限定されず、他の形状に形成したものを用い
ることもできる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、簡易か
つ廉価で、しかも部分放電の発生箇所を正確に特定可能
な部分放電検出装置を提供することができるので、ガス
絶縁機器の保守性を向上させることが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における部分放電検出装置
の正面図。

【図２】本発明の第１実施例における信号処理装置の動
作手順のフローチャート。

【図３】本発明及び従来の圧電複合材料センサの拡大斜
視図。

【符号の説明】

１：金属容器 １ａ，１ｂ，１ｃ：金属容器ユニット ２：接続部 ３：センサ ３ａ，３ｂ，３ｃ：センサユニット ４：電磁遅延素子 ５：信号線 ６：信号処理装置 ７：圧電複合材料 ８：電極 ９：信号線 １０〜１６：信号処理装置の動作の各ステップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接地電位の金属容器内に高電圧導体が配
   設され、かつ、絶縁ガスが封入されたガス絶縁機器に用
   いられ、 前記ガス絶縁機器内の部分放電時に発生する超音波を検
   出するセンサを有する部分放電検出装置において、 前記センサは、圧電セラミック微粒子が配合された高分
   子材料によって形成された複数のセンサユニットを有
   し、 前記各センサユニットは、前記金属容器外部に分散して
   配置され、直列に接続され、かつ、両端の各センサユニ
   ットからそれぞれ第１の信号及び第２の信号を出力する
   ように構成され、 前記各センサユニット間には電磁遅延素子が設けられ、 前記第１及び第２の信号に基づいて、前記ガス絶縁機器
   内の部分放電の発生の有無、程度又は位置を検出するよ
   うに構成された信号処理装置を備えたことを特徴とする
   部分放電検出装置。