JPH08223720A

JPH08223720A - ガス絶縁電気機器の故障検出装置

Info

Publication number: JPH08223720A
Application number: JP7046669A
Authority: JP
Inventors: Matsukichi Kato; 松吉加藤
Original assignee: Takaoka Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Takaoka Toko Co Ltd
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1996-08-30
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JP3146472B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ガス絶縁電気機器の内部で故障が発生し、故
障アークによる圧力上昇が小さい場合でも、その圧力上
昇を検出し、故障を正しく検出する。【構成】ガス絶縁開閉装置のガス区画１にガス圧力を
検出する圧力センサ２を設け、その出力信号と基準信号
の差分を増幅する差動増幅部３，４を設ける。圧力セン
サ２の出力を一定周期で計測し、その計測値を差動増幅
部３と差動増幅部４の基準信号として交互に出力する基
準信号設定部５を設ける。差動増幅部３、４の出力の現
在値とその時点から所定の過去時間前の過去値とから圧
力上昇を検出する圧力上昇検出部６，７を設ける。基準
信号設定部５が基準信号を出力し、所定の過去時間以上
経過している圧力上昇検出部を選択する選択部８を設け
る。その選択された出力が予め設定された監視値を越え
たときにそのガス区画１を故障とする判定部９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、ガス絶縁開閉装置やガ
ス絶縁変圧器などのガス絶縁電気機器の内部で、地絡ま
たは短絡故障が発生した際に、故障を検出するガス絶縁
電気機器の故障検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガス絶縁開閉装置は遮断器ある
いは断路器などの機器を金属容器内に収納するととも
に、ある封入圧力値の六フッ化硫黄ガスなどの絶縁ガス
を封入して形成されており、小形化、高信頼性および安
全性に優れている。しかし、万一、ガス絶縁開閉装置の
内部で、地絡あるいは短絡故障が発生した場合には、ガ
ス絶縁開閉装置は密閉構造であるので、故障が発生した
ことを外部から目視により確認することは困難である。
このため、地絡あるいは短絡故障の発生時には、その故
障アークエネルギーによって絶縁ガスのガス圧力が上昇
するので、この圧力上昇を検出することによってガス絶
縁開閉装置の故障を検出することがある。この故障検出
装置は、従来、ガス絶縁開閉装置に圧力センサを設け
て、この圧力センサによって絶縁ガスの圧力値を計測す
る。そして、圧力センサの出力である圧力瞬時値と封入
圧力値との差から圧力上昇値を求め、この圧力上昇値が
予め設定された監視値を越えたときに、故障と判定する
ように構成されている。

【０００３】また、ガス絶縁開閉装置においては、通
常、その内部は遮断器ガス区画や断路器ガス区画などの
複数のガス区画に区分されており、電力の安定供給の観
点から、故障が発生したガス区画以外の健全なガス区画
で、かつ電圧印加を行っても支障がないガス区画を早期
復旧し、停電時間を短くすることが必要となる。したが
って、故障区画を検出するために、故障区画検出装置が
使用される場合もあり、上記故障検出装置の出力はこの
故障区画検出装置の一入力としても利用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の故障検出装
置においては、以下の課題がある。故障が発生したとき
の絶縁ガスの圧力値は、上記封入圧力値に故障による圧
力上昇分が加算された圧力値となる。このため、圧力セ
ンサで計測した圧力値から封入圧力値を差引くことによ
り、故障による圧力上昇値を求めている。しかし、故障
による圧力上昇値はガス絶縁電気機器のガス容積や故障
アークエネルギーなどに関係し、ガス絶縁電気機器のガ
ス容積が大きい場合、または地絡故障のように故障アー
クエネルギーが小さい場合には、圧力上昇値は非常に小
さく、例えば封入圧力値の数千分の一以下の微小圧力上
昇値となる。したがって、封入圧力値が含まれた圧力値
を計測し、この圧力値からこのような微小圧力上昇値を
抽出する場合には、圧力計測手段の精度は、その微小圧
力上昇値よりさらに小さい誤差にする必要がある。ま
た、圧力センサ出力をアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ
変換）して、デジタル処理により圧力値計測あるいは圧
力上昇値計測などをする場合、そのＡ／Ｄ変換器には、
計測精度と同様に非常に高い分解能が必要となる。例え
ば、封入圧力値が５ｋｇｆ／ｃｍ² 、故障による微小圧
力上昇値が０．００１ｋｇｆ／ｃｍ² とすると、５．０
０１ｋｇｆ／ｃｍ² と５．０００ｋｇｆ／ｃｍ² とを区
別する必要があり、０．０２％未満の計測精度あるいは
分解能が必要となる。このような高精度で、かつ高分解
能を実現することは技術的な難易度および経済性の観点
から問題となる。

【０００５】また、封入圧力値は、気温変動などの影響
でガス温度が変化し、それにより故障が発生しない時に
おいても変動する。このため、圧力センサ出力で計測し
た圧力値から差引く封入圧力値を固定した値とすると、
故障以外の平常時の封入圧力値の変動により、誤って圧
力上昇値を検出することがあり、それにより故障と誤検
出することがある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、圧力センサ出力
から圧力値を計測する場合、その圧力計測手段の精度を
高精度にすることなく、あるいは高分解能のＡ／Ｄ変換
器を使用することなく、故障による微小圧力上昇値をも
検出し、さらに故障以外の平常時の圧力変動により誤っ
て圧力上昇を検出せず、故障を正しく検出することがで
きるガス絶縁電気機器の故障検出装置を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】内部に絶縁性ガスが封入
されたガス絶縁電気機器にガス圧力を検出する圧力セン
サを設ける。この圧力センサの出力信号と基準信号との
差分を増幅する第１の差動増幅部および第２の差動増幅
部を設ける。圧力センサの出力信号から圧力値を一定周
期で計測し、その計測値を交互に読み取り、一方で読み
取った計測値を第１の差動増幅部の基準信号、他方で読
み取った計測値を第２の差動増幅部の基準信号として出
力する基準信号設定部を設ける。第１および第２の差動
増幅部のそれぞれの出力から、現在値とその時点から所
定の過去時間前の過去値とから変化量を検出する第１の
圧力上昇検出部および第２の圧力上昇検出部を設ける。
基準信号設定部が基準信号を出力した時点から上記所定
の過去時間以上経過している前記第１若しくは第２の圧
力上昇検出部の出力を選択する選択部を設ける。この選
択部からの出力と予め設定された監視値とを比較し、そ
の出力が監視値を越えた場合に故障と判定する判定部を
設ける。

【０００８】

【作用】本発明は上記の如く構成することにより、圧力
計測手段を高精度にすることなく、あるいは高分解能の
Ａ／Ｄ変換器を使用することなく、故障による微小圧力
上昇値が検出できる。すなわち、差動増幅部への基準信
号は、ある周期で圧力センサで計測した封入圧力値が基
準信号設定部から設定されるため、設定されてから次の
周期で新たな基準信号が設定されるまでに故障が発生し
て圧力上昇した場合、差動増幅部では、封入圧力値から
の上昇分である故障による圧力上昇値のみを増幅した出
力が得られる。このため、圧力計測手段の精度は、封入
圧力値を含んだ計測値に対する精度ではなく、封入圧力
値を差し引いた圧力上昇分の計測値に対する精度が要求
されることになり、高精度な圧力計測手段でなくても、
微小圧力上昇値を検出することができる。また、Ａ／Ｄ
変換器の分解能は、封入圧力値を含まない圧力上昇値に
対する分解能が要求されるだけとなり、高分解能のＡ／
Ｄ変換器を使用することなく、微小圧力上昇値を検出す
ることができる。

【０００９】また、圧力上昇値は差動増幅部の出力の現
在値と所定の過去時間前の過去値との変化量で検出して
いるため、適切な過去時間とすることで、故障時の急峻
な圧力上昇に対しては大きな変化量となるが、気温等に
よる緩慢な圧力変動に対しては変化量が非常に小さくな
る。このため、平常時の気温等による封入圧力値の緩慢
な変動で誤って圧力上昇を検出しないことになる。さら
に、圧力上昇値は差動増幅部の出力の現在値と所定の過
去時間前の過去値との変化量で検出するが、それを２組
の差動増幅部と圧力上昇検出部を設け、同一の基準信号
における差動増幅部の現在値と過去値とから変化量を検
出した圧力上昇検出部を選択して、判定部で判定してい
る。このため、封入圧力値の変動で、前の周期で設定し
た基準信号と異なる基準信号が設定され、それにより差
動増幅部の出力が変化し、誤った変化量を検出した圧力
上昇検出部を選択しないことになる。したがって、基準
信号の設定変更による誤った圧力変化で検出した圧力上
昇値を無視でき、故障による圧力上昇値のみを正しく検
出できる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。なお、本実
施例はガス絶縁開閉装置に適用した場合を示すものであ
り、またガス絶縁開閉装置は通常複数のガス区画で区分
されているが、説明を簡単にするため、ガス絶縁開閉装
置の一つのガス区画に対する実施例について説明する。
図１において、ガス絶縁開閉装置のガス区画１は金属容
器１ａ内に遮断器などの機器（図示せず）が収納される
とともに、六フッ化硫黄などの絶縁ガス１ｂが封入され
て形成される。ガス区画１には絶縁ガス１ｂのガス圧力
を検出する圧力センサ２を設ける。圧力センサ２の出力
側に第１の差動増幅部３、第２の差動増幅部４、および
基準信号設定部５を設ける。基準信号設定部５は第１、
第２のサンプルホールド回路５１，５２、およびそれら
のサンプル状態とホールド状態を制御する制御回路５３
で構成される。

【００１１】圧力センサ２の出力信号は、第１、第２の
差動増幅部３，４のそれぞれの信号入力端子、および基
準信号設定部５の第１、第２のサンプルホールド回路５
１，５２のそれぞれの入力端子へ入力される。第１、第
２のサンプルホールド回路５１，５２の出力信号は、第
１、第２の差動増幅部３，４の基準信号入力端子に入力
される。第１、第２の差動増幅部３，４のそれぞれは、
信号入力端子の入力信号と基準信号入力端子の入力信号
との差分を増幅するものである。基準信号設定部５の第
１、第２のサンプルホールド回路５１，５２のそれぞれ
は、サンプル状態における出力が入力信号と同じ信号と
なり、ホールド状態における出力がサンプル状態からホ
ールド状態に変化する直前の入力信号となり、ホールド
状態が解除されるまでその信号を保持して出力するもの
である。制御回路５３は、第１、第２のサンプルホール
ド回路５１，５２のサンプル、ホールド状態を制御する
回路で、第１のサンプルホールド回路５１用の第１の制
御信号、第２のサンプルホールド回路５２用の第２の制
御信号を出力する。

【００１２】第１の差動増幅部３の出力側に第１の圧力
上昇検出部６、第２の差動増幅部４の出力側に第２の圧
力上昇検出部７を設ける。第１、第２の圧力上昇検出部
６，７の出力信号は選択部８を介して判定部９に入力さ
れる。第１の圧力上昇検出部６は、入力信号を所定の時
間遅らせて出力する遅延回路６１と、２つの入力信号の
差を求める演算回路６２とで構成される。第１の差動増
幅部３の出力信号は演算回路６２へ直接入力されるとと
もに、遅延回路６１を介して入力される。第２の圧力上
昇検出部７も同様な構成で、入力信号を所定の時間遅ら
せて出力する遅延回路７１と２つの入力信号の差を求め
る演算回路７２で構成され、第２の差動増幅部４の出力
信号が、演算回路７２へ直接入力されるとともに、遅延
回路７１を介して入力される。なお、遅延回路６１，７
１の所定の時間遅れ、すなわち遅延時間Ｔｄは通常同じ
時間とする。

【００１３】選択部８は、第１、第２の圧力上昇検出部
６，７のいずれか一方を選択して出力するもので、基準
信号設定部５の第１のサンプルホールド回路５１がサン
プル状態からホールド状態に変化してから遅延回路６１
の所定の遅延時間Ｔｄ以上経過した場合は第１の圧力上
昇検出部６を選択する。また、基準信号設定部５の第２
のサンプルホールド回路５２がサンプル状態からホール
ド状態に変化してから遅延回路７１の所定の遅延時間Ｔ
ｄ以上経過した場合は第２の圧力上昇検出部７を選択す
る。なお、本実施例では、この選択は制御回路５３から
の選択制御信号で行うこととしている。選択部８は例え
ばアナログマルチプレクサで構成することができ、アナ
ログマルチプレクサのチャンネルセレクトを上記のよう
に制御することで実現できる。判定部９は、選択部８の
出力信号と予め設定された監視値とを比較し、選択部８
の出力信号が監視値を越えた場合に圧力上昇「有り」と
判定し、ガス区画１を故障とする判定結果を出力する。

【００１４】次に本発明の動作を図２を用いて説明す
る。図２は、圧力センサ２の出力信号、基準信号設定部
５の制御回路５３からの第１、第２のサンプルホールド
回路５１，５２用の第１、第２の制御信号、第１、第２
のサンプルホールド回路５１，５２の出力信号、第１、
第２の差動増幅部３，４の出力信号、第１、第２の圧力
上昇検出部６，７の遅延回路６１，７１および演算回路
６２，７２のそれぞれの出力信号、基準信号設定部５の
制御回路５３からの選択部８用の選択制御信号、および
選択部８の出力信号を示したものである。

【００１５】基準信号設定部５の制御回路５３の第１、
第２の制御信号は、Ｔ秒間の最初のＴｓ秒間がサンプル
状態期間、その後のＴｈ秒間がホールド状態期間となる
信号をＴ秒周期で繰り返す制御信号としている。ただ
し、第２の制御信号は、第１の制御信号のサンプル状態
期間の開始からＴ／２秒後にサンプル状態期間が開始さ
れるようにしている。なお、サンプル状態期間Ｔｓとホ
ールド状態期間Ｔｈとの時間関係はＴｓ＜＜Ｔｈとす
る。したがって、第１、第２のサンプルホールド回路５
１、５２は、Ｔ／２秒周期で圧力センサ２の出力信号を
計測した圧力値を交互に約Ｔ秒間（Ｔｓ＜＜Ｔｈのた
め）ずつ保持することになる。図２の場合、第１のサン
プルホールド回路５１は、第１の制御信号のｔ１，ｔ
３，ｔ５，ｔ７時点でサンプルした圧力センサ２からの
圧力値Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７をそれぞれＴ秒間保持し
て出力する。また、第２のサンプルホールド回路５２
は、第２の制御信号のｔ２，ｔ４，ｔ６時点でサンプル
した圧力センサ２からの圧力値Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６をそれ
ぞれＴ秒間保持して出力することになる。これらの出力
信号は第１、第２の差動増幅部３，４の基準信号とな
る。

【００１６】第１の差動増幅部３の出力は、圧力センサ
２で計測している圧力値Ｐと第１のサンプルホールド回
路５１の出力である基準信号との差分を増幅するため、
時点ｔ１からｔ３までの期間では圧力値ＰとＰ１との
差、時点ｔ３からｔ５までの期間では圧力値ＰとＰ３と
の差、時点ｔ５からｔ７までの期間では圧力値ＰとＰ５
との差を増幅した信号となる。また、第２の差動増幅部
４の出力は、圧力センサ２で計測している圧力値Ｐと第
２のサンプルホールド回路５２からの基準信号との差分
を増幅するため、時点ｔ２からｔ４までの期間では圧力
値ＰとＰ２との差、時点ｔ４からｔ６までの期間では圧
力値ＰとＰ４との差を増幅した信号となる。

【００１７】このようにすることで、第１、第２の差動
増幅部３，４の出力は、ガス区画１の封入圧力値から変
化した圧力変動分のみを増幅することになり、したがっ
て、微小圧力変動分のみを増幅することになる。例えば
微小圧力上昇値０．００１ｋｇｆ／ｃｍ² を計測する場
合、従来の圧力計測手段の誤差は、その計測範囲を５ｋ
ｇｆ／ｃｍ² とすると、０．０２％未満とする必要があ
った。しかし、本発明において、第１、第２の差動増幅
部３，４の圧力上昇値の計測範囲を０．１ｋｇｆ／ｃｍ
² とした場合、第１、第２の差動増幅部３，４の計測精
度は１％未満であればよい。また、封入圧力値が気温等
で変動しても、それに追従して第１、第２の差動増幅部
３，４の基準信号が変動するため、第１、第２の差動増
幅部３，４は飽和すること無く、変化した封入圧力値を
基準にして、その基準値からの微小圧力変動分のみを増
幅することになる。したがって、第１、第２の差動増幅
部３，４の計測精度を高精度にすることなく、微小圧力
上昇値を検出できることになる。

【００１８】第１、第２の圧力上昇検出部６，７では、
第１、第２の差動増幅部３，４の出力から圧力上昇値を
検出することになる。第１、第２の圧力上昇検出部６，
７の動作原理はそれぞれ同じであるため、一方の第１の
圧力上昇検出部６の動作を説明する。演算回路６２は、
第１の差動増幅部３の出力信号と、その出力信号を遅延
回路６１により所定の遅延時間Ｔｄだけ遅らせた信号と
の差を求めている。したがって、現在値とその時点から
所定の過去時間Ｔｄ前の過去値との差を求めることにな
り、第１の差動増幅部３の出力の変化量、すなわち圧力
上昇値を検出することができる。

【００１９】例えば図２の時点（ｔ１＋Ｔｄ）からｔ３
までの期間では平常時の温度等による圧力変動のため、
第１の圧力上昇検出部６の出力は非常に小さい変化量と
なるが、時点（ｔ５＋Ｔｄ）からｔ７までの期間では故
障による急峻な圧力上昇があるため、大きな変化量とな
る。また、第２の圧力上昇検出部７の出力も同様に、時
点（ｔ２＋Ｔｄ）からｔ４までの期間では非常に小さい
変化量となるが、時点（ｔ４＋Ｔｄ）からｔ６までの期
間では故障により大きな変化量となる。

【００２０】選択部８は、第１のサンプルホールド回路
５１がホールド状態になった時点から遅延時間Ｔｄ後に
第１の圧力上昇検出部６を選択開始し、第２のサンプル
ホールド回路５２がホールド状態になった時点から遅延
時間Ｔｄ後に選択終了する。また、第２のサンプルホー
ルド回路５２がホールド状態になった時点から遅延時間
Ｔｄ後に第２の圧力上昇検出部７を選択開始し、第１の
サンプルホールド回路５１がホールド状態になった時点
から遅延時間Ｔｄ後に選択終了する。この選択制御は、
図２に示すように制御回路５３からの選択制御信号で行
う。このように選択された選択部８の出力には、第１、
第２の差動増幅部３，４の基準信号の変化により、第
１、第２の圧力上昇検出部６，７からＴｄ時間継続して
出力される誤った変化量が選択されず、正しい変化量の
みが出力されることになる。例えば図２の時点ｔ４から
（ｔ４＋Ｔｄ）までの期間は、第２の差動増幅部４の基
準信号の変化による誤った変化量が第２の圧力上昇検出
部７から出力されるが、それを用いず、第１の圧力上昇
検出部６で検出した正しい変化量を使用することにな
る。

【００２１】判定部９では、選択部８からの正しい変化
量と予め設定された監視値とを比較することになり、そ
の監視値を越えた圧力上昇値となった場合に故障と判定
することになり、故障を正しく検出することになる。図
２においては、時点（ｔ５＋Ｔｄ）からｔ７までの期間
で発生した故障は、正しい変化量を出力する第１の圧力
上昇検出部６が選択されているため、その出力の変化量
から圧力上昇値が検出され、それにより故障が正しく検
出できる。

【００２２】以上はアナログ回路で実現する場合の実施
例であるが、第１、第２の圧力上昇検出部６，７、選択
部８、判定部９の機能をデジタル処理で実現するものと
した場合は、第１、第２の差動増幅部３，４の出力側に
Ａ／Ｄ変換器をそれぞれ設けることになる。第１、第２
の差動増幅部３，４の出力は前述した通り、封入圧力値
からの変化分のみを増幅することになり、封入圧力値が
含まれていない。したがって、微小圧力上昇値を高分解
能のＡ／Ｄ変換器を使用することなく検出できることに
なる。

【００２３】例えば微小圧力上昇値０．００１ｋｇｆ／
ｃｍ² を計測する場合、従来の場合のＡ／Ｄ変換器の分
解能は、計測範囲を５ｋｇｆ／ｃｍ² とすると０．０２
％未満とする必要があった。しかし、本発明によれば、
Ａ／Ｄ変換器の計測範囲を０．１ｋｇｆ／ｃｍ² とした
場合、その分解能は１％未満にすればい。また、封入圧
力値が温度等で変動しても、それに追従して第１、第２
の差動増幅部３，４の基準信号が変動するため、変化し
た封入圧力値を基準にして、その基準値からの微小圧力
変動分のみをＡ／Ｄ変換することになり、高分解能のＡ
／Ｄ変換器を使用する必要がない。

【００２４】上記実施例は、ガス絶縁開閉装置の一つの
ガス区画について説明したが、他のガス区画の場合も同
様に、適用することができる。また、ガス絶縁開閉装置
に限らず、ガス絶縁変圧器などのガス絶縁電気機器にも
適用することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の通り、本発明により、圧力センサ
出力から圧力値を計測する場合、その圧力計測手段の精
度を高精度にすることなく、あるいは高分解能のＡ／Ｄ
変換器を使用することなく、故障による微小圧力上昇値
を検出し、さらに故障以外の平常時の圧力変動により誤
って圧力上昇を検出せず、故障を正しく検出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】本発明の動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１ガス区画２圧力センサ３第１の差動増幅部４第２の差動増幅部５基準信号設定部６第１の圧力上昇検出部７第２の圧力上昇検出部８選択部９判定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に絶縁性ガスが封入されたガス絶縁
電気機器に設けられ、そのガス圧力を検出する圧力セン
サと、この圧力センサの出力信号と基準信号との差分を増幅す
る第１の差動増幅部および第２の差動増幅部と、上記圧力センサの出力信号から圧力値を一定周期で計測
し、その計測値を交互に読み取り、一方で読み取った計
測値を前記第１の差動増幅部の基準信号、他方で読み取
った計測値を前記第２の差動増幅部の基準信号として出
力する基準信号設定部と、前記第１および第２の差動増幅部のそれぞれの出力か
ら、現在値とその時点から所定の過去時間前の過去値と
から変化量を検出する第１の圧力上昇検出部および第２
の圧力上昇検出部と、前記基準信号設定部が基準信号を出力した時点から上記
所定の過去時間以上経過している前記第１若しくは第２
の圧力上昇検出部の出力を選択する選択部と、この選択部からの出力と予め設定された監視値とを比較
し、その出力が監視値を越えた場合に故障と判定する判
定部と、を備えたことを特徴とするガス絶縁電気機器の故障検出
装置。