JPH11153639A - ガス絶縁電気機器用アーク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガス絶縁電気機器の容器内のアーク光を検出し
て容器内でのアークの発生を検出するアーク検出装置に
おいて、アーク光の検出信号を検出装置の本体部に導く
光ファイバの異常を検出することができるようにするこ
と。 【解決手段】電気機器の容器１内のアーク光を検出する
第１の受光素子１２の出力と直流電源１５の出力との双
方により駆動される発光素子１４を設け、この発光素子
１４が発生する光を光ファイバ４を通して第２の受光素
子１６により検出する。容器１内でアークが発生して第
２の受光素子１６の出力が設定値を超えたときに検出信
号発生部１７からアーク検出信号を発生させ、光ファイ
バ４による光の伝送が遮断されて第２の受光素子１６の
出力がしきい値未満になったときに光ファイバ４の異常
を示す異常検出信号を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス絶縁開閉装置
などのガス絶縁電気機器の容器内で発生したアークを検
出するガス絶縁電気機器用アーク検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ガス絶縁開閉装置などのガス絶縁電気機
器においては、予測保全を図るために、容器内における
部分放電の発生の有無を監視して、絶縁劣化を早期に検
出することが必要とされる。

【０００３】またガス絶縁開閉装置のように複数の容器
が絶縁スペーサを介して接続されている機器において
は、事故が生じた際に、その事故がいずれの容器内で発
生したかを特定することが必要である。

【０００４】これらの要請に応えるために用いるアーク
検出装置として、ガス絶縁電気機器の容器に覗き窓を設
けて、該覗き窓を通してアーク光を検出することによ
り、部分放電や事故に伴って発生するアークを検出する
ようにしたものが提案されている。

【０００５】図３は従来のこの種のアーク検出装置を示
したもので、同図において１はＳＦ₆ ガスなどの絶縁ガ
スが封入されたガス絶縁開閉装置の容器、２は容器１内
に収納された主回路導体（母線導体などの主回路電流が
流れる導体）である。容器１の壁部にはガラス板などの
透明板３ａにより気密に閉じられた覗き窓３が設けら
れ、該覗き窓３の透明板３ａに光ファイバ４の一端が対
向させられている。光ファイバ４の他端は受光素子５に
対向させられ、該受光素子５の出力が検出信号発生部６
に入力されている。なお光ファイバ４の一端と覗き窓３
との結合部、及び光ファイバ４の他端と受光素子５との
結合部に、外部の光を遮断するための処理が施されてい
るのはもちろんである。光ファイバ４と、受光素子５
と、検出信号発生部６とにより、アーク検出装置が構成
されている。

【０００６】図３に示されたガス絶縁開閉装置におい
て、アークの発生がないときには、金属容器１内で光が
発生しないため、受光素子５の受光量は零に保たれてお
り、受光素子５の出力は零である。

【０００７】時刻ｔ1 において主回路導体２と金属容器
１との間で地絡事故が生じてアークＡが発生すると、該
アークＡから生じるアーク光が透明板３ａを通して光フ
ァイバ４に入射する。光ファイバ４に入射したアーク光
は受光素子５により受光されるため、図４に示したよう
に、事故が生じた時刻ｔ1 で受光素子５の受光量がパル
ス状に増加し、該受光素子５が信号を出力する。検出信
号発生部６は時刻ｔ1において受光素子５からしきい値
レベル以上の信号が入力された時にアークが検出された
ことを示すアーク検出信号を発生する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図３に示した従来のア
ーク検出装置では、アークが発生していない定常状態で
受光素子５に光が与えられることがないため、光ファイ
バに破断などの異常が生じて該光ファイバによる光の伝
送が遮断される異常状態が生じたときに、その異常状態
を検出することができないという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、光ファイバの異常により
該光ファイバによる光の伝送が遮断されたことを検出す
ることができるようにして信頼性を向上させたガス絶縁
電気機器用アーク検出装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁ガスが封
入された容器内に電気機器の構成要素を収納してなるガ
ス絶縁電気機器の容器内で生じたアークを検出するガス
絶縁電気機器用アーク検出装置に係わるものである。

【００１１】本発明に係わるアーク検出装置は、ガス絶
縁電気機器の容器の壁部に形成された覗き窓の近傍に配
置されて容器内で生じたアークから発生するアーク光を
検出するアーク光検出部と、該アーク光検出部に光ファ
イバを通して接続されてアーク光検出部がアーク光を検
出した時にアーク検出信号を発生する検出装置本体部と
を備えている。アーク光検出部は、ガス絶縁電気機器の
容器内で発生したアーク光を上記覗き窓を通して検出す
るように設けられてアーク光を検出したときに電流を出
力する第１の受光素子と、該第１の受光素子の出力端子
間に接続されて第１の受光素子が出力する電流により駆
動されて発光する発光素子と、該発光素子に対して並列
に接続されて第１の受光素子が発光素子に与える電流と
同方向の電流を常時発光素子に与える直流電源とを備え
ている。

【００１２】また検出装置本体部は、上記発光素子が発
生する光を光ファイバを通して受光するように設けられ
た第２の受光素子と、第１の受光素子がアーク光を検出
して第２の受光素子の出力が設定値を超えた時にアーク
検出信号を発生し、第２の受光素子の出力が上記設定値
よりも低いしきい値以下になった時（第２の受光素子の
出力が零になった時を含む）に光ファイバの異常を示す
異常検出信号を発生する検出信号発生部とを備えてい
る。

【００１３】上記設定値は、発光素子が直流電源から与
えられる電流のみにより駆動されているときに発生する
光を正常な状態にある光ファイバを通して第２の受光素
子が受光したときに該第２の受光素子が発生する出力の
大きさよりも僅かに大きい値に設定される。

【００１４】また上記しきい値は、発光素子が直流電源
から与えられる電流のみにより駆動されているときに発
生する光を正常な状態にある光ファイバを通して第２の
受光素子が受光したときに該第２の受光素子が発生する
出力の大きさよりも小さい値に設定する。

【００１５】上記のように構成すると、直流電源から発
光素子に電流が与えられて該発光素子が常時発光してい
るため、光ファイバが正常で該光ファイバを通して光の
伝送が正常に行われる状態にあるときには、アークが発
生していない状態でも第２の受光素子に一定量の光が到
達する。そのため、光ファイバが正常に光を伝送する状
態にあるときには、アークが発生していない状態でも第
２の受光素子が一定レベルの信号を出力している。万一
光ファイバの破断などにより、光ファイバによる光の伝
送が遮断される状態が生じたときには、第２の受光素子
に光が到達しなくなるか、またはほとんど到達しなくな
って受光素子の出力が零または零に近い状態になる。検
出信号発生部は、第２の受光素子の出力が零または零に
近い状態になったことを検出して光ファイバによる光の
伝送が遮断されたことを示す異常検出信号を発生する。

【００１６】また電気機器の容器内でアークが発生した
ときには、第１の受光素子がアーク光を検出することに
より発生する信号電流が直流電源から発光素子に与えら
れる電流に重畳されるため発光素子の発光量が定常状態
よりも増加する。これにより第２の受光素子の受光量が
設定値を超えるため、検出信号発生部がアーク検出信号
を発生する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わるアーク検出
装置の構成例を示したもので、同図において１はＳＦ₆
ガスなどの絶縁ガスが封入されたガス絶縁開閉装置の金
属製容器である。ガス絶縁開閉装置は、開閉装置の構成
に必要な遮断器、断路器、接地開閉器、ケーブルヘッ
ド、接続導体、母線導体などの機器を、複数の容器内に
適宜に分けて、または単独の容器内に一括して収納した
構造を有する。本発明はいかなる構成のガス絶縁電気機
器にも適用できるが、図示の例では、ガス絶縁開閉装置
に複数の容器が設けられていて、その１つの容器１内に
主回路導体（母線導体などの主回路電流が流れる導体）
２が収納されている。

【００１８】容器１の壁部を貫通した孔を気密に閉じる
ようにガラス板などの透明板３ａが取り付けられて覗き
窓３が設けられ、該覗き窓３の近傍に、容器１内で生じ
たアークから発生するアーク光を検出するアーク光検出
部１０が設けられている。またアーク光検出部１０から
離れた位置に、アーク光検出部１０がアーク光を検出し
た時にアーク検出信号を発生する検出装置本体部１１が
配置され、アーク光検出部１０と検出装置本体部１１と
の間が光ファイバ４により接続されている。

【００１９】アーク光検出部１０は、容器１内で発生し
たアーク光を覗き窓３を通して検出するように設けられ
てアーク光を検出したときに電流を出力する第１の受光
素子１２と、第１の受光素子１２の出力端子間に抵抗１
３を通して接続されて該第１の受光素子１２が出力する
電流により駆動されて発光する発光素子１４と、該発光
素子１４に対して並列に接続されて第１の受光素子１２
が発光素子１４に与える電流と同方向の電流を常時発光
素子１４に与える直流電源１５とを備えている。図示の
例では、第１の受光素子１２及び発光素子１４がそれぞ
れ第１のフォトダイオード及び発光ダイオードからなっ
ていて、第１のフォトダイオードのカソードに抵抗１３
を通して発光ダイオードのアノードが接続され、該発光
ダイオードのカソードが第１のフォトダイオードのアノ
ードに接続されている。

【００２０】また検出装置本体部１１は、上記発光素子
１４が発生する光を光ファイバ４を通して受光するよう
に設けられた第２の受光素子１６と、該第２の受光素子
１６の出力が入力された検出信号発生部１７とにより構
成されている。第２の受光素子１６は第２のフォトダイ
オードからなっていて、光ファイバ４を通して光を受光
したときに、その受光量にほぼ比例した電流を出力す
る。検出信号発生部１７は、第１の受光素子１２がアー
ク光を検出して第２の受光素子１６の出力が設定値を超
えた時にアーク検出信号を発生し、第２の受光素子の出
力が上記設定値よりも低いしきい値以下になった時に光
ファイバによる光の伝送が遮断されたことを示す異常検
出信号を発生するように構成されている。

【００２１】アーク光が発生したか否かの判定の基準と
する上記設定値は、発光素子１４が直流電源の出力のみ
により駆動されているときに第２の受光素子１６が発生
する出力の大きさよりも僅かに大きい値に設定されてい
る。

【００２２】光ファイバ４の異常を判定するためのしき
い値は、発光素子１４が直流電源１５から与えられる電
流のみにより駆動されている時に発生する光を正常な状
態にある光ファイバ４を通して第２の受光素子１６が受
光した時に該第２の受光素子が発生する出力よりも小さ
い値に設定する。

【００２３】なお光ファイバが切断された際には、光フ
ァイバの切断された部分から外部光が侵入することがあ
るが、光ファイバの切断箇所から該光ファイバに侵入す
る光の量は僅かであり、切断された光ファイバを通して
伝送される外部光の量は、電気機器の容器内でアーク光
が発生したときに正常な光ファイバを通して伝送される
光の量に比べて極めて少ないため、上記しきい値を適当
な値に設定しておけば、切断された光ファイバに外部光
が侵入する場合でも支障なく光ファイバの異常（この場
合は切断）を検出することができる。

【００２４】即ち、発光素子１４が直流電源１５から与
えられる電流のみにより駆動されている時に発生する光
を正常な状態にある光ファイバ４を通して第２の受光素
子１６が受光した時に該第２の受光素子が発生する出力
よりも小さく、かつ光ファイバが切断されたときに該光
ファイバを通して伝送されることがある外部光を第２の
受光素子１６が検出したときに該第２の受光素子１６が
発生する出力よりも大きい値に上記しきい値を設定して
おけば、光ファイバの切断箇所から外部光が侵入する場
合でも光ファイバの切断を検出することができる。

【００２５】上記検出信号発生部１７は、例えば、第２
の受光素子１６の出力電圧を設定値を与える基準電圧と
比較して、第２の受光素子の出力電圧が基準電圧を超え
た時にアーク検出信号を出力する比較器と、第２の受光
素子１６の出力電圧が所定のしきい値以上になっている
時に導通状態（または遮断状態）を保持し、第２の受光
素子１６の出力電圧がしきい値よりも小さくなった時に
遮断状態（または導通状態）になって異常検出信号を出
力するトランジスタなどのスイッチ素子とにより構成す
ることができる。

【００２６】なお図１に示したアーク検出装置におい
て、第１の受光素子１２の受光部と覗き窓３との結合
部、光ファイバ４の一端と発光素子１４の発光部との結
合部及び光ファイバ４の他端と第２の受光素子１６の受
光部との結合部にそれぞれ外部光を遮断するための処理
がなされているのはもちろんである。

【００２７】図１に示したアーク検出装置において、容
器１内でアークが発生していない定常状態では、第１の
受光素子１２が光を検出しないため、該第１の受光素子
は出力を発生しない。このとき直流電源１５から抵抗１
３を通して発光素子１４に駆動電流ｉc が与えられるた
め、該発光素子１４が一定量の光を発生する。この発光
素子１４が発生する光は光ファイバ４を通して第２の受
光素子１６により受光されるが、このとき第２の受光素
子１６の出力は設定値よりも低くなっているため、検出
信号発生部１７はアーク検出信号を発生しない。また第
２の受光素子１２はしきい値を超える出力を発生してい
るため、検出信号発生部１７は光ファイバの異常を示す
異常検出信号を発生しない。

【００２８】時刻ｔ1 で容器１内で事故や絶縁異常が生
じてアークＡが発生すると、第１の受光素子１２がその
アーク光を検出するため、図２（Ａ）に示すように第１
の受光素子１２から出力されるパルス状の電流ｉa が直
流電源１５から出力される電流ｉc に重畳されて発光素
子１４に与えられる。従って発光素子１４の発光量が増
加し、図２（Ｂ）に示すように第２の受光素子１６の受
光量がパルス状に増加する。これにより第２の受光素子
１６の出力が設定値を超えるため、検出信号発生部１７
がアーク検出信号を発生し、容器１内でアークが発生し
たことを検出する。

【００２９】また光ファイバ４の破断や損傷等により該
光ファイバ４による光の伝送が行われなくなったり、伝
送される光が減衰したりしたときには、第２の受光素子
１６の受光量が零になるかまたは零に近い状態まで低減
して該第２の受光素子１６の出力がしきい値よりも小さ
くなるため、検出信号発生部１７が異常検出信号を出力
して光ファイバに異常が生じたことを検出する。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、定常状
態では直流電源の出力電流により駆動され、ガス絶縁電
気機器の容器内でアークが発生したときには、アーク光
を検出する第１の受光素子の出力電流と直流電源の出力
電流との和の電流により駆動される発光素子と、該発光
素子が発生する光を光ファイバを介して受光する第２の
受光素子とを設けて、第２の受光素子の出力が設定値を
超えたときにアーク検出信号を発生させ、第２の受光素
子の出力が設定値よりも低いしきい値よりも低くなった
ときに光ファイバの異常を示す異常検出信号を発生させ
るようにしたので、ガス絶縁電気機器の容器内で発生し
たアークを検出することができるだけでなく、光ファイ
バの破断や損傷などの異常をも検出することができる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるアーク検出装置の構成例を概略
的に示した構成図である。

【図２】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１のアーク検出
装置に用いられている発光素子に与えられる電流の時間
的変化の一例及び第２の受光素子の受光量の時間的変化
の一例を示した線図である。

【図３】従来のアーク検出装置の構成を概略的に示した
構成図である。

【図４】図３に示した受光素子の受光量の時間的変化の
一例を示した線図である。

【符号の説明】

１ ガス絶縁開閉装置の金属製容器 ２ 主回路導体 ３ 覗き窓 ４ 光ファイバ １０ アーク光検出部 １１ 検出装置本体部 １２ 第１の受光素子 １３ 抵抗 １４ 発光素子 １５ 直流電源 １６ 第２の受光素子 １７ 検出信号発生部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁ガスが封入された容器内に電気機器
   の構成要素を収納してなるガス絶縁電気機器の前記容器
   内で生じたアークを検出するガス絶縁電気機器用アーク
   検出装置において、 前記容器の壁部に形成された覗き窓の近傍に配置されて
   前記容器内で生じたアークから発生するアーク光を検出
   するアーク光検出部と、前記アーク光検出部に光ファイ
   バを通して接続されて前記アーク光検出部がアーク光を
   検出した時にアーク検出信号を発生する検出装置本体部
   とを備え、 前記アーク光検出部は、前記容器内で発生したアーク光
   を前記覗き窓を通して検出するように設けられて前記ア
   ーク光を検出したときに電流を出力する第１の受光素子
   と、前記第１の受光素子の出力端子間に接続されて前記
   第１の受光素子が出力する電流により駆動されて発光す
   る発光素子と、前記発光素子に対して並列に接続されて
   前記第１の受光素子が前記発光素子に与える電流と同方
   向の電流を前記発光素子に与える直流電源とを備えてな
   り、 前記検出装置本体部は、前記発光素子が発生する光を前
   記光ファイバを通して受光するように設けられた第２の
   受光素子と、前記第１の受光素子がアーク光を検出して
   前記第２の受光素子の出力が設定値を超えた時に前記ア
   ーク検出信号を発生し、前記第２の受光素子の出力が前
   記設定値よりも低いしきい値以下になった時に前記光フ
   ァイバの異常を示す異常検出信号を発生する検出信号発
   生部とを備えていることを特徴とするガス絶縁電気機器
   用アーク検出装置。
2. 【請求項２】 前記設定値は、前記発光素子が前記直流
   電源から与えられる電流のみにより駆動されているとき
   に発生する光を正常な状態にある前記光ファイバを通し
   て前記第２の受光素子が受光したときに該第２の受光素
   子が発生する出力の大きさよりも僅かに大きい値に設定
   され、 前記しきい値は、前記発光素子が前記直流電源から与え
   られる電流のみにより駆動されているときに発生する光
   を正常な状態にある前記光ファイバを通して前記第２の
   受光素子が受光したときに該第２の受光素子が発生する
   出力の大きさよりも小さい値に設定されている請求項１
   に記載のガス絶縁電気機器用アーク検出装置。