JPH075222A

JPH075222A - 部分放電検出装置

Info

Publication number: JPH075222A
Application number: JP14410793A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Fujii; 清藤井
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】検出光の強度とは無関係に部分放電の放電電荷
量を推測する。【構成】部分放電によって発生した放電光を光ファイバ
２２で光検出器５Ａまで導き、これを光分岐器５１で２
つの光に分岐し、その一方の光を第１の光フィルタ５２
を通過させて第１の光電変換器５３で電気信号に変換す
る。もう一方の光を第２の光フィルタ５４を通過させて
第２の光電変換器５５で電気信号に変換する。割算器５
８によってこれら２つの電気信号の比を求める。第１の
光フィルタ５２を、放電電荷量の大きなときに多く生ず
るフッ素の電離によって生ずる６８５ｎｍを中心波長に
したピーク状の波長成分を通すバンドパスフィルタと
し、第２の光フィルタ５４を、放電電荷量の広い範囲に
わたって生ずる硫黄の電離によって生ずる３００〜５０
０ｎｍの波長成分を通すバンドパスフィルタとすること
によって、割算器５８の出力信号には放電電荷量に相関
関係を持った値が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガス絶縁開閉装置
（以下、ＧＩＳと略称する）やガス絶縁変圧器などのガ
ス絶縁機器の内部で発生する部分放電を検出するため
に、部分放電によって発生する放電光を検出し、検出光
を光ファイバによって外部に引き出して電気信号に変換
した上で放電発生の有無などの判定が行われる部分放電
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、前述のようなガス絶縁機
器に使用される絶縁ガスは一般にＳＦ ₆（えすえふしっ
くす）と略称されている六フッ化硫黄ガスである。ガス
絶縁機器内部で発生する部分放電の発生原因は、固体絶
縁物の劣化が進んでいるとか金属性異物が高圧電極や固
体絶縁物に付着しているとか、あるいは、電気的な接続
が不充分で浮いている金属部品があるとかなどであり、
同時に部分放電が発生すると固体絶縁物の劣化を促進し
て機器の寿命を縮め、あるいは絶縁破壊にまで拡大する
大きな要因にもなる。そのため、部分放電検出装置はガ
ス絶縁機器の寿命の短縮の原因発見や絶縁破壊事故を未
然に防止するなどの予防保全のための有力な手段となっ
ている。

【０００３】部分放電検出装置の原理には種々のものが
採用されている。それは、放電によって生ずる電磁波、
電流、電位差、振動などを検出するものであるが、これ
らはいずれも部分放電以外の要因で生ずるノイズの影響
を受けやすいという欠点を持っている。例えば、電磁波
検出方式の場合、電線などで生じた放電による電磁波も
検出されてしまうという問題がある。また、振動検出方
式では、雨や強風により飛散した小石などが当たって機
器の容器が振動すると部分放電による振動と区別がつき
にくいという問題がある。

【０００４】これらに対して、ＧＩＳのように金属で密
閉された機器内部の部分放電をノイズの影響を受けずに
検出する方式として、放電で生じる光を検出する方式が
有望しされ採用されることがある。この光検出方式は次
のような利点がある。すなわち、通常状態では機器内
部では光が発生することがないので、光が検出されれば
直ちに内部に異常があると判断できること、光ファイ
バで伝送する光信号にノイズが混入することはないの
で、変電所などの電気的ノイズの多い場所でもノイズに
よるＳＮ比の低下の恐れがない。

【０００５】図４は光検出方式の一例を示す模式図であ
る。この図において、ＧＩＳ１の金属性の容器１１の中
に高圧リードなどの高圧電極１２が収納されていて、固
体絶縁物からなる間隔片１３によって容器１１に絶縁を
保持して固定されている。容器１１は接地されているの
で、運転時には高圧電極１２と容器１１の間には常時高
電圧が印加された状態にある。間隔片１３はこの高電圧
に耐えるだけの絶縁特性が確保されている。また、容器
１１の内部には前述のように絶縁ガスが封入されてい
る。

【０００６】容器１１の内部は間隔片１３によって複数
の空間に分割されている。それぞれの空間に透過窓２１
が設けられてあり、内部で発生した放電４によって発生
した放電光をこの透過窓２１を通して光ファイバ２２に
導き、光ファイバ２２は検出された放電光を光検出器５
まで導く。光検出器５では、検出光を電気信号に変換
し、その強度が所定の値以上になると放電が発生したと
判断する。この図では詳細を示していないが、透過窓２
１の構成や光検出器５の回路構成なども種々のものが採
用されている。

【０００７】部分放電４が発生した放電光は直接透過窓
２１に到達するものだけではなく、容器１１の内面に反
射したものも透過窓２１によって集光される。そのため
に、容器１１の内面は白色に塗装されるのが普通であ
る。図５は図４とは異なる光検出方式を示す模式図であ
り、ＧＩＳ１は図４のそれと同じである。この図の方式
は、光センサとして蛍光ファイバ３１を用いこれを容器
内に配置し、光貫通端子３２を介して光ケーブル３３に
接続して光検出器５に導くという構成のものである。蛍
光ファイバ３１は表面から侵入した光によって内部の蛍
光物質が発光し、その一部が通常の光ファイバと同様に
長手方向に小さな減衰率で伝播するという特徴をもつも
のなので、広い空間にわたって発生する放電光の検出が
可能になるという特長をもつものである。

【０００８】図３の場合も図４の場合も検出光による放
電の有無の判定を行い、有りの場合に警報を発するなど
の適切な処置がとられるのが実際である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、放電の大き
さは一般に放電電荷量として測定される。そして、放電
電荷量が大きいほど機器に与える影響が大きいという関
係があり、放電電荷量の大きさと発生箇所にも関係があ
ることが知られている。そのため、放電電荷量を把握す
るのは機器の予防保全上重要である。放電電荷量と放電
光の強度とは概ね一義的な関係にあるが、前述のような
光検出方式の場合、放電４が発生した位置によって検出
感度が大幅に異なるという問題をもっている。例えば、
部分放電４の位置が透過窓２１や蛍光ファイバ３１に近
い場合と、反対に離れた位置の場合、特に容器１１の内
面からの反射だけしか検出できないような位置の場合と
では、放電光そのものは同じ程度の強度であっても検出
光の強度は桁違いに異なることになる。このようなこと
から、単に検出光の強度から放電電荷量を推定するのは
実用的には殆ど不可能なのが実際である。

【００１０】この発明の目的は、このような問題を解決
し、検出光の強度とは無関係に部分放電の放電電荷量を
推測することのできる部分放電検出装置を提供すること
にある。

【００１１】

【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、ガス絶縁機器内部で発生する放
電光が検出され外部に導き出された検出光が、光ケーブ
ルによって光検出器に導かれ、この光検出器によって放
電の有無などが判定される部分放電検出装置において、
前記光検出器が、検出光を２つの光に分岐する光分岐
器、光分岐器の一方の出力光を通過させる第１の光フィ
ルタ、第１の光フィルタの出力光を電気信号に変換する
第１の光電変換器、光分岐器の他方の出力光を通過させ
第１の光フィルタとは通過する波長範囲の異なる第２の
光フィルタ、第２の光フィルタの出力光を電気信号に変
換する第２の光電変換器、第１と第２の光電変換器のそ
れぞれの出力信号の比を求める割算器を備えてなるもの
とする。また、ガス絶縁機器に封入される絶縁ガスが六
ふっ化硫黄（ＳＦ₆）である場合には、第１の光フィル
タが６７５ｎｍから６９５ｎｍの範囲の波長成分を通過
させるものであり、第２の光フィルタが３００ｎｍから
５００ｎｍの範囲の波長成分を通過させるものであるも
のとする。場合によっては、割算器の分母となる側の入
力信号に、所定の値のバイアス電圧を加算してなるもの
とする。

【００１２】

【作用】この発明の構成において、ガス絶縁機器の容器
内部で発生した放電光が検出され光ファイバによって光
検出器まで導かれてきた検出光を光分岐器で２つの光に
分岐し、その一方の出力光を第１の光フィルタに通過さ
せた上で第１の光電変換器に入力して電気信号に変換す
る。一方、もう一方の光分岐器の出力光を、第１の光フ
ィルタとは通過する波長範囲の異なる第２の光フィルタ
に通過させた上で第２の光電変換器に入力して電気信号
に変換する。これら２つの光信号が変換された２つの電
気信号を割算器に入力して信号間の比を求めると、この
比の値は第１と第２の２つの光フィルタの特性を適当に
選定することによってガス絶縁機器内部で生じた放電の
放電電荷量に相関関係を持つ値になるので、この比から
放電電荷量を推定することができる。

【００１３】また、ガス絶縁機器に封入される絶縁ガス
が六ふっ化硫黄（ＳＦ₆）の場合には、第１の光フィル
タを６７５ｎｍから６９５ｎｍの範囲の波長成分を通過
させるものを選定し、第２の光フィルタを３００ｎｍか
ら５００ｎｍの範囲の波長成分を通過させるものを選定
することによって、第１の光フィルタを通過する波長成
分はフッ素が電離するときに発生するものであり、その
電離エネルギーは大きいことから、大きな放電、すなわ
ち放電電荷量の大きいときほど多く電離しそのとき発生
する光成分も大きくなる。一方、第２の光フィルタを通
過した光成分は硫黄が電離して発生するもので放電電荷
量の広い範囲に渡って一様に発生するものである。した
がってこれらの比をとったときに、放電電荷量が大きい
ほどその比が大きくなるという関係になる。したがっ
て、前述のように、割算器の出力信号の強度は放電電荷
量に相関関係を持つことになり、放電電荷量の推定が可
能になる。なお、割算器の分母となる側の入力信号に適
当な値のバイアス電圧を加算した上で割算器に入力する
ようにすれば、分母が零になることによる割算器の不具
合の発生を防止することができる。

【００１４】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例を示す光検出器のブロック図で
ある。この図において、図４の透過窓２１から引き出さ
れた光ファイバ２２は光検出器５Ａに連結される。光検
出器５Ａは光ファイバ２２が導いて来た検出光を受光し
てこれを２つの光に分岐させる光分岐器５１、光分岐器
５１の一方の出力光が通過する第１の光フィルタ５２、
この光フィルタ５２の出力光を電気信号に変換する第１
の光電変換器５３、光分岐器５１の他方の出力光が通過
する第２の光フィルタ５４、この光フィルタ５４の出力
光を電気信号に変換する第２の光電変換器５５、この光
電変換器５５の出力信号に電池の記号で示すバイアス電
圧５７を加算する加算器５６、及び、第１の光電変換器
５３と加算器５６との出力信号の比をとる割算器５８か
らなっている。

【００１５】第１の光フィルタ５２は６８５ｎｍを中心
波長にしたピーク状の波長成分を通すバンドフィルタで
あり、第２の光フィルタ５４は３００ｎｍから５００ｎ
ｍの波長成分を通すバンドパスフィルタである。このよ
うに光フィルタ５２，５４の特性を選定することによっ
て、割算器５８の出力信号は放電電荷量に相関関係を持
つ値になる。以下にこの点について説明する。

【００１６】図２は放電電荷量が１２０ｐＣの部分放電
の放電光のスペクトル分布図であり、図３は放電電荷量
が１４００ｐＣのときの放電光のスペクトル分布図であ
る。これらの図で、横軸は光の波長で２３０ｎｍ〜８９
０ｎｍの範囲を示してあり、縦軸は光強度（相対比）で
ある。ちなみに可視光の波長範囲はおおよそ４００〜８
００ｎｍの範囲である。これらの図の３４０ｎｍ以下の
急激に減衰している部分は分光器の特性に基づくもので
ある。また、図の右端の光強度が非常に大きくなってい
る部分はここでは関係ないので説明を省略する。

【００１７】これらの図の共通の事項は３００〜５００
ｎｍの範囲の光成分が他の波長成分に比べて大きいこと
であり、この成分はＳＦ₆に含まれる硫黄（Ｓ）の電離
によって発生するもので空気中の放電では検出されない
ものである。両図の間で著しく異なるのは図３では６８
５ｎｍの位置に顕著なピークが現れており、これに対し
て図２の場合にはこの波長成分のピークが小さいという
点である。

【００１８】この６８５ｎｍという波長成分はＳＦ₆の
ふっ素（Ｆ）が電離するときに発生するものである。硫
黄の電離エネルギーに比べてふっ素の電離エネルギーの
方が大きいために、放電電荷量の小さな放電の場合には
フッ素の電離が少ないために前述の波長成分は小さく、
放電電荷量が大きな放電の場合には放電エネルギーが大
きいためにフッ素の電離量が多くなって前述の波長成分
が多くなる。このような理由で２つの図の違いが生じて
いるものである。したがって、３００〜５００ｎｍの光
成分と６８５ｎｍでピークになる光成分との比をとれば
放電電荷量に相関関係のある値が得られることになる。

【００１９】図１に戻って、第１の光フィルタ５２を６
８５ｎｍに対して±１０ｎｍ程度の範囲のバンドパスフ
ィルタとし、第２の光フィルタ５４を３００から５００
ｎｍの範囲を通すバンドパスフィルタにすれば、第１の
光電変換器５３の出力信号は６７５〜６９５ｎｍの範囲
の光成分に相当する第１の信号が、第２の光電変換器５
５の出力信号は３００〜５００ｎｍの光成分に相当する
第２の信号がそれぞれ得られ、割算器５８で第１の信号
を第２の信号で割り算した割算器５８の出力信号は、放
電電荷量に相関関係があり、検出光の強度には無関係の
値が得られる。

【００２０】図１において、加算器５６によって、第２
の光電変換器５５の出力信号にバイアス電圧５７を加算
するのは、放電が生じていない場合でも割算器５８の動
作が不具合にならないようにするためのものである。前
述ののように第２の信号を分母にする割り算を行うこと
によって、放電電荷量の大小と割算器５８の出力信号の
大小関係が一致する。もちろんこれにこだわるものでは
ない。

【００２１】図２、図３とは異なる種々の放電電荷量に
対する光スペクトル分布を測定した結果によると、図２
は１〜２００ｐＣの範囲を代表する光スペクトル分布で
あり、図３は７００〜５０００ｐＣの範囲を代表するス
ペクトル分布であることが分かっている。したがって、
放電電荷量と２つの光成分の比との関係は比例関係にあ
るのではなく、１〜２００ｐＣ及び７００〜５０００ｐ
Ｃの範囲では略一定で２００〜７００ｐＣの範囲の間で
急激に変化する階段状の特性を持っている。したがって
この方式による放電電荷量の推測は、概ねある波長より
も大きいか小さいかの推測が可能になる言える。なお、
２つの光成分の比と放電電荷量の関係はあらかじめ放電
電荷量の分かる放電について図１の光検出器５Ａで出力
信号を得ることによってあらかじめ求めることができ
る。

【００２２】前述の光スペクトル分析の測定に使用され
た分光器の光検出範囲は３００〜９００ｎｍの範囲であ
る。この範囲を更に広くすればＳＦ₆ガス中の部分放電
による放電光の光スペクトル分布の中に放電電荷量によ
って異なる特徴を示すものが他にも発見される可能性が
ある。その場合には、その特徴に応じた光検出器を構成
することによってより高い精度と感度とを持った部分放
電検出装置を構成することができる。ただ、現状では紫
外線領域を検出するには非常に高価な装置が必要にな
り、また測定結果が得られたにしても部分放電検出装置
を構成する光フィルタや光電変換器も高価になって実用
性が低下するのが実際である。

【００２３】絶縁ガスとして現在使用されているものは
前述のようにＳＦ₆だけであるが、これに窒素（Ｎ₂）
ガスを僅か混入したガスが使用されることもある。ＳＦ
₆とは異なる成分の絶縁ガスが使用されることがあって
も、そのガス中での部分放電の光スペクトル分布を解析
し、放電電荷量に相関関係のある特性を見出してこれに
適した異なる２つの波長範囲の光成分の比から放電電荷
量の推測を行うことも可能であり、この発明の適用は絶
縁ガスが純粋なＳＦ₆ガスだけに限るものではない。

【００２４】なお、割算器５８の出力信号は放電光が検
出されて初めて意味があり、放電電荷量に相関関係のあ
る値を得ることとは別に、放電の有無が判定されるべき
なのは従来の部分放電検出装置と同じである。図１の光
検出器５Ａではこの機能を果たすためのブロックの記載
を省略してあるが、この機能は第２の光電変換器５５の
出力信号を比較器に入力して設定値よりも小さいときに
放電は無しと判断された結果としてのLow 、大きいとき
に放電が有りと判断された結果としての Highとなる信
号を出力することによって容易に得ることができる。割
算器５８の出力信号は前述の比較器の出力信号が High
のときだけ意味のあるものとして取り扱えばよい。

【００２５】これらの判定又は推測結果は表示器などの
図示しない出力器によって出力されるが、これらは従来
の技術の応用の範囲でどのようなものも採用することが
できる。

【００２６】

【発明の効果】この発明は前述のように、ガス絶縁機器
の容器内部で発生した放電光を検出光として光ファイバ
によって導き、これを光分岐器で２つの光に分岐し、そ
れぞれを異なる波長範囲を通過させる第１と第２の光フ
ィルタにそれぞれを通し光電変換器で電気信号に変換す
る。割算器でこれら２つの電気信号の比を求めると、２
つの光フィルタの特性を適当に選定することによってこ
の比の値はガス絶縁機器内部で生じた放電の電荷量に相
関関係を持つ値になる。したがって、この比から放電電
荷量を推定することができることになり、予防保全上よ
り有効な部分放電の検出が可能になるという効果が得ら
れる。

【００２７】また、ガス絶縁機器に封入される絶縁ガス
が六ふっ化硫黄（ＳＦ₆）である場合には、第１の光フ
ィルタを、波長が６７５ｎｍから６９５ｎｍの範囲の成
分を通過させるものとし、第２の光フィルタを、３００
ｎｍから５００ｎｍの範囲の成分を通過させるものとす
ると、第１の光フィルタを通過する成分はフッ素が電離
するときに発生するもので放電電荷量が大きいときほど
この成分の強度が大きくなることから、第２の光フィル
タを通過した成分に対する比をとったときに、放電電荷
量が大きいほどその比が大きくなるという相関関係が成
立し、具体的に前述のような放電電荷量の推測が可能に
なる。なお、割算器の分母となる側の入力信号に適当な
値のバイアス電圧を加えた上で割算器に入力することに
よって、分母が零になることによる割算器の不具合の発
生が防止されるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す光検出器のブロック図

【図２】放電電荷量が１２０ｐＣのときの放電光のスペ
クトル分布図

【図３】放電電荷量が１４００ｐＣのときの放電光のス
ペクトル分布図

【図４】従来の光検出方式の一例を示す模式図

【図５】図４とは異なる従来の光検出方式を示す模式図

【符号の説明】

１ＧＩＳ（ガス絶縁機器）２１透過窓２２光ファイバ４部分放電５Ａ光検出器５１光分岐器５２第１の光フィルタ５３第１の光電変換器５４第２の光フィルタ５５第２の光電変換器５６加算器５７バイアス電圧５８割算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス絶縁機器内部で発生する放電光が検出
され外部に導き出された検出光が、光ケーブルによって
光検出器に導かれ、この光検出器によって放電の有無な
どが判定される部分放電検出装置において、前記光検出
器が、検出光を２つの光に分岐する光分岐器、光分岐器
の一方の出力光を通過させる第１の光フィルタ、第１の
光フィルタの出力光を電気信号に変換する第１の光電変
換器、光分岐器の他方の出力光を通過させ第１の光フィ
ルタとは通過する波長範囲の異なる第２の光フィルタ、
第２の光フィルタの出力光を電気信号に変換する第２の
光電変換器、第１と第２の光電変換器のそれぞれの出力
信号の比を求める割算器を備えてなることを特徴とする
部分放電検出装置。
【請求項２】ガス絶縁機器に封入される絶縁ガスが六ふ
っ化硫黄（ＳＦ₆）であり、第１の光フィルタが６７５
ｎｍから６９５ｎｍの範囲の波長成分を通過させるもの
であり、第２の光フィルタが３００ｎｍから５００ｎｍ
の範囲の波長成分を通過させるものであることを特徴と
する請求項１記載の部分放電検出装置。
【請求項３】割算器の分母となる側の入力信号に、所定
の値のバイアス電圧を加算してなることを特徴とする請
求項１又は２記載の部分放電検出装置。