JPWO2016136053A1 - スイッチギヤおよびスイッチギヤの部分放電検出方法 - Google Patents
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Abstract
スイッチギヤ本体(1)を被覆する絶縁樹脂(8)の表層を覆う導電層(10)と、周囲が導電層(10)に囲まれたセンサ用導体(12)と、導電層(10)とセンサ用導体(12)との間に接続された導体パターン(13)とを有し、導体パターン(13)は、商用周波数では接地となり、高周波領域では高インピーダンスとなる部分放電検出センサ(11)を用いて、スイッチギヤ本体(1)で発生する部分放電を検出する。
Description
この発明は、電力系統において使用されるスイッチギヤおよびスイッチギヤの部分放電検出方法関する。
スイッチギヤは高電圧下で使用するため、周囲と絶縁されている必要がある。絶縁ガスを使用せず、真空バルブをエポキシ樹脂等でモールドして、絶縁を確保した製品が出荷されている。しかし、真空容器の亀裂発生などで真空容器内の真空度が低下すると、接点を開極する際に絶縁破壊が生じて電流を遮断できず、最悪の場合機器が破損する。そこで、真空遮断器の真空度劣化や経年劣化を予知するため、部分放電を検知する手法が用いられている。
真空遮断器をモールドして、その外周面を金属層で覆って接地させた構造で、金属層の切り欠きを設け、切り欠き部に凹部を形成し、アンテナを設置する構造が開示されている(例えば、特許文献1)。また、一端を検出素子で接地したカップリングコンデンサを用い、検出素子として、インダクタンスを用いた部分放電検出方法が開示されている(例えば、特許文献2)。また、部分放電センサとして、プラスチックシースの外周に導電性の電極を全周に設け、金属製のシールド容器に収容された電力ケーブル用の部分放電センサが開示されている(例えば、特許文献3)。
しかし、特許文献1に開示された発明では、接地電位層にノイズが重畳された場合、部分放電が発生したと誤検知する問題がある。また、特許文献2に開示された発明では、インダクタンスを設置する費用がかかり、カップリングコンデンサに高周波ノイズが重畳された場合は、ノイズがそのまま伝搬する問題がある。また、特許文献3開示発明では、導電性の外部被覆自体にノイズが重畳された場合は、誤検知する問題がある。
この発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、部分放電を誤検知することなく検出できるスイッチギヤおよびスイッチギヤの部分放電検出方法を提供することを目的とする。
この発明に係るスイッチギヤは、スイッチギヤ本体と、スイッチギヤ本体を被覆する絶縁体と、スイッチギヤ本体または絶縁体で発生する部分放電を検出する部分放電検出センサとを有するスイッチギヤにおいて、部分放電検出センサは、絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体との間に接続された導体パターンとを有し、導体パターンは、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなるものである。
この発明に係るスイッチギヤの部分放電検出方法は、スイッチギヤ本体を被覆する絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体との間に接続された導体パターンとを有する部分放電検出センサであって、導体パターンは商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる部分放電検出センサを用い、スイッチギヤ本体の絶縁体の表層に、部分放電検出センサを複数箇所に設置する工程と、複数の部分放電検出センサからの部分放電信号を受信する工程と、各部分放電信号の振幅と時間差のそれぞれ、または両方を用いて、部分放電発生位置を標定する工程からなるものである。
この発明に係るスイッチギヤによれば、部分放電検出センサは、絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体とを接続し、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる導体パターンとからなるものであるため、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができる。
この発明に係るスイッチギヤの部分放電検出方法は、絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体とを接続し商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる導体パターンとからなる部分放電検出センサを、スイッチギヤ本体の複数箇所に設置するため、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができ、かつ部分放電発生位置を標定することができる。
実施の形態1.
実施の形態1は、スイッチギヤ本体を被覆する絶縁樹脂の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体とを接続し、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる導体パターンとからなる部分放電検出センサを用いてスイッチギヤ本体または絶縁体で発生する部分放電を検出するスイッチギヤに関するものである。
実施の形態1は、スイッチギヤ本体を被覆する絶縁樹脂の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体とを接続し、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる導体パターンとからなる部分放電検出センサを用いてスイッチギヤ本体または絶縁体で発生する部分放電を検出するスイッチギヤに関するものである。
以下、本願発明の実施の形態1に係るスイッチギヤの構造および動作について、スイッチギヤの部分断面図である図1および図4、部分放電検出センサの構造図である図2、導電パターンによるノイズ低減効果の説明図である図3、および部分放電検出センサの他の構造図である図5〜図15に基づいて説明する。
まず、図1、図2に基づいて、本発明の実施の形態1のスイッチギヤ100の構成を説明する。なお、図1はスイッチギヤ100の構成と検出対象であるスイッチギヤ本体の断面を表している。
なお、本実施の形態1では、真空遮断器をスイッチギヤの例として説明する。
なお、本実施の形態1では、真空遮断器をスイッチギヤの例として説明する。
まず、スイッチギヤ100の構成を図1に基づいて説明する。スイッチギヤ100は、スイッチギヤ本体としての真空遮断器1と、部分放電検出センサ11と、同軸ケーブル17と、信号処理装置18とを備える。
真空遮断器1は、真空バルブ2と、駆動装置7と、絶縁樹脂8と、導電層10とを備える。
真空バルブ2は、内部に固定電極3と可動電極4とを備え、事故等の際にベローズ5を介して、駆動装置7により、可動電極4が開極し、事故電流を遮断する。事故電流遮断時に電極間で発生するアーク溶融物が、真空バルブ2の内部表面に付着することを防止するため、アークシールド6を備える。
真空バルブ2は、絶縁樹脂8で被覆されており、さらに絶縁樹脂8の外部表面は接地された導電層10により覆われている。例えば、絶縁樹脂8の材料としてはガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を使用する。導電層10としては、カーボン、銀等が含まれる導電性塗料、または導電性の金属膜や箔等を使用する。
なお、本願発明の絶縁体は、絶縁樹脂8である。
真空遮断器1は、真空バルブ2と、駆動装置7と、絶縁樹脂8と、導電層10とを備える。
真空バルブ2は、内部に固定電極3と可動電極4とを備え、事故等の際にベローズ5を介して、駆動装置7により、可動電極4が開極し、事故電流を遮断する。事故電流遮断時に電極間で発生するアーク溶融物が、真空バルブ2の内部表面に付着することを防止するため、アークシールド6を備える。
真空バルブ2は、絶縁樹脂8で被覆されており、さらに絶縁樹脂8の外部表面は接地された導電層10により覆われている。例えば、絶縁樹脂8の材料としてはガラスエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を使用する。導電層10としては、カーボン、銀等が含まれる導電性塗料、または導電性の金属膜や箔等を使用する。
なお、本願発明の絶縁体は、絶縁樹脂8である。
次に、部分放電検出センサ11の構造を図1および図2に基づいて説明する。
部分放電検出センサ11は、導電層10と、センサ用導体12と、導体パターン13とから構成される。
図2に示すように、形状が四角形であるセンサ用導体12が導電層10の一部を切り欠いて設けられている。センサ用導体12は、周囲の導電層10に対して、例えば、数100MHz〜数GHzの高周波領域では、高インピーダンス(例えば、数100Ω〜1MΩ)となる導体パターン13を介して、導電層10に接続される。
部分放電による放電信号は数100MHzから数GHzの成分を持つが、例えば300MHzの信号を取得したい場合は、波長λは1mであるため、センサ用導体12の大きさはその1/4の25cm角程度となる。また、3GHzの信号を取得したい場合は、波長が10cmとなるため、センサ用導体12の大きさはその1/4の2.5cm角程度となる。
部分放電検出センサ11は、導電層10と、センサ用導体12と、導体パターン13とから構成される。
図2に示すように、形状が四角形であるセンサ用導体12が導電層10の一部を切り欠いて設けられている。センサ用導体12は、周囲の導電層10に対して、例えば、数100MHz〜数GHzの高周波領域では、高インピーダンス(例えば、数100Ω〜1MΩ)となる導体パターン13を介して、導電層10に接続される。
部分放電による放電信号は数100MHzから数GHzの成分を持つが、例えば300MHzの信号を取得したい場合は、波長λは1mであるため、センサ用導体12の大きさはその1/4の25cm角程度となる。また、3GHzの信号を取得したい場合は、波長が10cmとなるため、センサ用導体12の大きさはその1/4の2.5cm角程度となる。
次に、導体パターン13のノイズ低減効果を図3に基づいて説明する。
図3は高インピーダンスとなる導体パターン13のノイズ低減効果の説明図である。図3(a)は、導電層10に重畳されたノイズレベルを示す。図3(b)は、センサ用導体12に伝搬するノイズレベルを示す。
反射係数Γは、式(1)で表される。
Γ=(Za−Zc)/(Za+Zc) (1)
ここで、Zaは導電層10のインピーダンス、Zcは導体パターン13のインピーダンスである。
仮にノイズが伝搬する導電層10のインピーダンスを50Ωとし、高インピーダンス部である導体パターン13のインピーダンスを300Ωとする。この場合、反射係数Γは、は0.71となり、ノイズの70%が反射することになる。すなわち、図3(a)に示したノイズ電圧をAとしたとき、図3(b)に示したセンサ用導体12に伝搬するノイズ電圧は0.3Aとなる。
導体パターン13のインピーダンスを1MΩまで上げれば、センサ用導体12に伝搬するノイズ電圧はほぼ零となる。
図3は高インピーダンスとなる導体パターン13のノイズ低減効果の説明図である。図3(a)は、導電層10に重畳されたノイズレベルを示す。図3(b)は、センサ用導体12に伝搬するノイズレベルを示す。
反射係数Γは、式(1)で表される。
Γ=(Za−Zc)/(Za+Zc) (1)
ここで、Zaは導電層10のインピーダンス、Zcは導体パターン13のインピーダンスである。
仮にノイズが伝搬する導電層10のインピーダンスを50Ωとし、高インピーダンス部である導体パターン13のインピーダンスを300Ωとする。この場合、反射係数Γは、は0.71となり、ノイズの70%が反射することになる。すなわち、図3(a)に示したノイズ電圧をAとしたとき、図3(b)に示したセンサ用導体12に伝搬するノイズ電圧は0.3Aとなる。
導体パターン13のインピーダンスを1MΩまで上げれば、センサ用導体12に伝搬するノイズ電圧はほぼ零となる。
なお、実施の形態1の真空遮断器1は、絶縁樹脂8の外部を導電層10で覆われているため、この導電層10を部分放電検出センサ11の導電層10として利用している。
次に、部分放電検出センサ11で検出した部分放電検出信号の処理について説明する。
図1に示したように、センサ用導体12は同軸ケーブル17の中心線17aに接続し、導電層10は同軸ケーブル17の外部導体被膜層17bと接続される。同軸ケーブル17の中心線17aの他端は、信号処理装置18に接続される。
一方、同軸ケーブル17の外部導体被膜層17bの他端は、信号処理装置18に接続されない。これは、真空遮断器1は高電圧機器であるため、信号処理装置18は接地する必要があるが、導電層10と、信号処理装置18を接続すると二重接地となり、大地に電流が流れる可能性があるからである。
ただし、図4に示すように信号処理装置18内部に放電信号の周波数帯域用の絶縁トランス19を設け、二重接地にならないようにする場合もある。
図1に示したように、センサ用導体12は同軸ケーブル17の中心線17aに接続し、導電層10は同軸ケーブル17の外部導体被膜層17bと接続される。同軸ケーブル17の中心線17aの他端は、信号処理装置18に接続される。
一方、同軸ケーブル17の外部導体被膜層17bの他端は、信号処理装置18に接続されない。これは、真空遮断器1は高電圧機器であるため、信号処理装置18は接地する必要があるが、導電層10と、信号処理装置18を接続すると二重接地となり、大地に電流が流れる可能性があるからである。
ただし、図4に示すように信号処理装置18内部に放電信号の周波数帯域用の絶縁トランス19を設け、二重接地にならないようにする場合もある。
真空バルブ2内で真空度が低下した場合、または絶縁樹脂8で絶縁劣化が生じた場合、部分放電が発生し、電磁波が放射される。この時、部分放電による電磁波がセンサ用導体12に伝搬する。センサ用導体12で受信された部分放電による電磁波信号は、同軸ケーブル17を介して、信号処理装置18に入力される。信号処理装置18の信号処理回路(図示なし)で、部分放電信号を処理し、部分放電が発生する時間間隔や放電強度等から絶縁劣化の可能性が高いと判断した場合は、警報を発するとともに結果データを表示する。
このように、絶縁樹脂8の表面の導電層10に設置されるセンサ用導体12は、高周波では高インピーダンスとなる導体パターン13で接地されている。このため、導電層10に高周波ノイズが重畳されても、導体パターン13によって阻止されるので、センサ用導体12にはノイズが伝搬しない。したがって、導電層10に重畳された外来ノイズを絶縁樹脂8内部で部分放電発生と誤検知することを防ぐことができる。
実施の形態1の真空遮断器1は、絶縁樹脂8の外部が導電層10で覆われており、この導電層10を部分放電検出センサ11の導電層10として利用した。しかし、スイッチギヤの外部が導電層で覆われていない場合は、別途導電層で覆い、この導電層を利用して、実施の形態1で説明した部分放電検出センサ11を形成することができる。
図2では、センサ用導体12は四角形としたが、他の形状のセンサ用導体でも、同様の効果を得ることができる。すなわち、導電層10に高周波ノイズが重畳されても、導体パターン13によって阻止されるので、センサ用導体12にはノイズが伝搬しないため、誤検知を防ぐことができる。
他の形状のセンサ用導体を用いた部分放電検出センサについて、図5〜図15に基づいて説明する。
他の形状のセンサ用導体を用いた部分放電検出センサについて、図5〜図15に基づいて説明する。
図5は、円形のセンサ用導体12を示し、図6は、楕円のセンサ用導体12を示しているが、他の三角形や多角形でも構わない。
図2では、センサ用導体12に対して、比較的細い例えば約1mm幅の導体パターン13を1本で接続した。この導体パターン13を並列に複数本設けることができる。図7では、導体パターン13を2本、図8では、導体パターン13を3本、図9では、導体パターン13を4本としているが、本数はそれ以上でも良い。
細い導体パターン13を長く形成できない場合は、比較的太い導体パターン13を複数の屈曲部を有する形状に屈曲させることで、太いパターンでもインダクタンス成分を高くすることができる。また、複数の屈曲部を有する形状の導体パターン13を並列に複数本設けることができる。
図10では、複数の屈曲部を有する形状の導体パターン13を1本、図11では、複数の屈曲部を有する形状の導体パターン13を2本、図12では、複数の屈曲部を有する形状の導体パターン13を3本と、図13では、複数の屈曲部を有する形状の導体パターン13を4本としているが、本数はそれ以上でも良い。
図10では、複数の屈曲部を有する形状の導体パターン13を1本、図11では、複数の屈曲部を有する形状の導体パターン13を2本、図12では、複数の屈曲部を有する形状の導体パターン13を3本と、図13では、複数の屈曲部を有する形状の導体パターン13を4本としているが、本数はそれ以上でも良い。
導体パターン13を1本で構成した場合、切れてセンサ用導体12が浮遊電位をもつ可能性ある。しかし、図7〜図9、図11〜図13のように導体パターン13の本数を増やすことで、より安全性を向上させることができる。
細い導体パターンを直線状に長く伸ばすと部分放電検出センサ全体が大きくなるが、センサ用導体12の周囲を回転させるように導体パターン13を形成することで、部分放電検出センサ全体を小型にできる。
図14は、導体パターン13をセンサ用導体12の周囲を回転させるように形成した例である。
図14は、導体パターン13をセンサ用導体12の周囲を回転させるように形成した例である。
センサ用導体12をスパイラル形状とすることで、センサ用導体12がループアンテナとして機能するため、より感度が良い部分放電検出センサとなる。
図15は、センサ用導体12をスパイラル形状とした例である。なお、センサ用導体12をスパイラル形状とした場合は、センサ用導体12と導体パターン13の境界が明確でなくなる。図15では、導電層10と接続するL部を導体パターン13としている。
図15は、センサ用導体12をスパイラル形状とした例である。なお、センサ用導体12をスパイラル形状とした場合は、センサ用導体12と導体パターン13の境界が明確でなくなる。図15では、導電層10と接続するL部を導体パターン13としている。
実施の形態1では、真空遮断器をスイッチギヤの例として説明したが、例えば、電力用ケーブルや変圧器に対して、部分放電検出センサ11を適用してスイッチギヤを構成することもできる。
本実施の形態1の部分放電検出センサ11を電力用ケーブルに適用する場合について、説明する。
電力ケーブルは、中心導体を絶縁物で覆う構造のものや、その絶縁物を更に外側金属層で覆う構造のものがある。絶縁物で覆った電力ケーブルの場合、部分放電検出センサ11を例えば10mおきにケーブルの外部絶縁部に設置する構成とすることができる。
また、中心導体の絶縁物を更に外側金属層で覆う構造の電力ケーブルの場合は、外側金属層を加工してセンサ用導体12と導体パターン13を設けることで、部分放電検出センサ11を形成したものを例えば10mおきに設ける構成とすることができる。
本実施の形態1の部分放電検出センサ11を電力用ケーブルに適用する場合について、説明する。
電力ケーブルは、中心導体を絶縁物で覆う構造のものや、その絶縁物を更に外側金属層で覆う構造のものがある。絶縁物で覆った電力ケーブルの場合、部分放電検出センサ11を例えば10mおきにケーブルの外部絶縁部に設置する構成とすることができる。
また、中心導体の絶縁物を更に外側金属層で覆う構造の電力ケーブルの場合は、外側金属層を加工してセンサ用導体12と導体パターン13を設けることで、部分放電検出センサ11を形成したものを例えば10mおきに設ける構成とすることができる。
以上説明したように、実施の形態1のスイッチギヤは、スイッチギヤ本体を被覆する絶縁樹脂の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体とを接続し、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる導体パターンとからなる部分放電検出センサを用いてスイッチギヤ本体または絶縁体で発生する部分放電を検出するものである。したがって、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができる。
実施の形態2.
実施の形態2のスイッチギヤは、実施の形態1の部分放電検出センサを必要時に取り付ける構造としたものである。
実施の形態2のスイッチギヤは、実施の形態1の部分放電検出センサを必要時に取り付ける構造としたものである。
以下、実施の形態2のスイッチギヤについて、スイッチギヤの部分断面図である図16に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。図16において、実施の形態1の図1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態1のスイッチギヤ100と区別するために、実施の形態2では、例えば、スイッチギヤ200、部分放電検出センサ21としている。
なお、実施の形態1のスイッチギヤ100と区別するために、実施の形態2では、例えば、スイッチギヤ200、部分放電検出センサ21としている。
まず、図16に基づいて、本発明の実施の形態2のスイッチギヤ200の構成を説明する。なお、本実施の形態2でも、真空遮断器1をスイッチギヤの例として説明する。
スイッチギヤ200は、真空遮断器1と、部分放電検出センサ21と、信号処理装置18とを備える。
真空遮断器1と信号処理装置18は、実施の形態1と同様であるため、部分放電検出センサ21の構造について、以下に説明する。
スイッチギヤ200は、真空遮断器1と、部分放電検出センサ21と、信号処理装置18とを備える。
真空遮断器1と信号処理装置18は、実施の形態1と同様であるため、部分放電検出センサ21の構造について、以下に説明する。
部分放電検出センサ21は、あらかじめスイッチギヤ200の導電層10を切り欠いた箇所を設け、部分放電検出時に、センサ用導体12と、導体パターン13とを導電層の切り欠いた箇所に取り付けて、部分放電検出センサを形成するものである。
すなわち、あらかじめ絶縁樹脂8の表層上に導電層10が無い箇所を設けて、センサ用導体12と導体パターン13を表面に備え、同軸ケーブル17と一体化した部分放電検出センサ21を後から絶縁樹脂8上に取り付ける構造としたものである。
取り付けの際には、導体パターン13は絶縁樹脂8の表層の導電層10と接続される。部分放電検出センサ21は同軸ケーブル17と一体化され絶縁樹脂等でモールドされている。
すなわち、あらかじめ絶縁樹脂8の表層上に導電層10が無い箇所を設けて、センサ用導体12と導体パターン13を表面に備え、同軸ケーブル17と一体化した部分放電検出センサ21を後から絶縁樹脂8上に取り付ける構造としたものである。
取り付けの際には、導体パターン13は絶縁樹脂8の表層の導電層10と接続される。部分放電検出センサ21は同軸ケーブル17と一体化され絶縁樹脂等でモールドされている。
この実施の形態2の部分放電検出センサ21の構造とすることで、実施の形態1で説明した図1、図2、図4〜図15に示した部分放電検出センサを、あらかじめ絶縁樹脂8上に設ける必要がないため、部分放電検出センサの製作および設置が簡単になる。
また、実施の形態1の図3で説明した導体パターン13のノイズ低減効果と同様のノイズ低減効果が得られる。
また、実施の形態1の図3で説明した導体パターン13のノイズ低減効果と同様のノイズ低減効果が得られる。
以上説明したように、実施の形態2のスイッチギヤは、実施の形態1の部分放電検出センサを必要時に取り付ける構造としたものである。したがって、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができる。さらに、部分放電検出センサの製作および設置が簡単になる。
実施の形態3.
実施の形態3のスイッチギヤは、実施の形態1の部分放電検出センサに導電カバーを取り付けた構造としたものである。
実施の形態3のスイッチギヤは、実施の形態1の部分放電検出センサに導電カバーを取り付けた構造としたものである。
以下、実施の形態3のスイッチギヤについて、スイッチギヤの部分断面図である図17に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。図17において、実施の形態1の図1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態1のスイッチギヤ100と区別するために、実施の形態3では、例えば、スイッチギヤ300、部分放電検出センサ31としている。
なお、実施の形態1のスイッチギヤ100と区別するために、実施の形態3では、例えば、スイッチギヤ300、部分放電検出センサ31としている。
まず、図17に基づいて、本発明の実施の形態3のスイッチギヤ300の構成を説明する。なお、本実施の形態3でも、真空遮断器をスイッチギヤの例として説明する。
スイッチギヤ300は、真空遮断器1と、部分放電検出センサ31と、信号処理装置18とを備える。
真空遮断器1と信号処理装置18は、実施の形態1と同様であるため、部分放電検出センサ31の構造について説明する。
スイッチギヤ300は、真空遮断器1と、部分放電検出センサ31と、信号処理装置18とを備える。
真空遮断器1と信号処理装置18は、実施の形態1と同様であるため、部分放電検出センサ31の構造について説明する。
部分放電検出センサ31は、導電層10と、センサ用導体12と、導体パターン13と、同軸ケーブル17とからなり、同軸ケーブル17と一体化した構造としている。
導体カバー14は導電層10と接続され、センサ用導体12、導体パターン13の全体を覆うように設置される。
導体カバー14は金属板で構成してもよく、導電性の樹脂シートでしてもよい。
導体カバー14は導電層10と接続され、センサ用導体12、導体パターン13の全体を覆うように設置される。
導体カバー14は金属板で構成してもよく、導電性の樹脂シートでしてもよい。
この実施の形態3の部分放電検出センサ31の構造とすることで、実施の形態1で説明した図1、図2、図4〜図15に示した部分放電検出センサに対して、外部から直接、放射によりセンサ用導体12にノイズが伝搬して来る場合でも、導体カバー14によりシールドされるので、外来ノイズによる誤検知を減らすことができる。
また、実施の形態1の図3で説明した導体パターン13のノイズ低減効果と同様のノイズ低減効果が得られる。
また、実施の形態1の図3で説明した導体パターン13のノイズ低減効果と同様のノイズ低減効果が得られる。
なお、部分放電検出センサ31は、同軸ケーブル17と一体化した構造としたが、一体化せず、図1の部分放電検出センサ11に単に導体カバー14を追加する構造としても、同様に外来ノイズによる誤検知を減らすことができる。
以上説明したように、実施の形態3のスイッチギヤは、実施の形態1の部分放電検出センサに導電カバーを取り付けた構造としたものである。したがって、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができる。さらに、外来ノイズによる誤検知を減らすことができる。
実施の形態4.
実施の形態4のスイッチギヤは、実施の形態1の部分放電検出センサを必要時に取り付ける構造とし、さらに導体カバーを取り付けた構造としたものである。
実施の形態4のスイッチギヤは、実施の形態1の部分放電検出センサを必要時に取り付ける構造とし、さらに導体カバーを取り付けた構造としたものである。
以下、実施の形態4のスイッチギヤについて、スイッチギヤの部分断面図である図18に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。図18において、実施の形態1の図1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態1のスイッチギヤ100と区別するために、実施の形態4では、例えば、スイッチギヤ400、部分放電検出センサ41としている。
なお、実施の形態1のスイッチギヤ100と区別するために、実施の形態4では、例えば、スイッチギヤ400、部分放電検出センサ41としている。
まず、図18に基づいて、本発明の実施の形態4のスイッチギヤ400の構成を説明する。なお、本実施の形態4でも、真空遮断器1をスイッチギヤの例として説明する。
スイッチギヤ400は、真空遮断器1と、部分放電検出センサ41と、信号処理装置18とを備える。
真空遮断器1と信号処理装置18は、実施の形態1と同様であるため、部分放電検出センサ41の構造について説明する。
スイッチギヤ400は、真空遮断器1と、部分放電検出センサ41と、信号処理装置18とを備える。
真空遮断器1と信号処理装置18は、実施の形態1と同様であるため、部分放電検出センサ41の構造について説明する。
部分放電検出センサ41は、センサ用導体12と、導体パターン13と、導体カバー14と、同軸ケーブル17とからなり、同軸ケーブル17と一体化した構造としている。なお、部分放電検出センサ41の導電層は、真空遮断器1の絶縁樹脂8上の導電層10を利用する。
あらかじめ、真空遮断器1の絶縁樹脂8の表層上に導電層10が無い箇所を設けて、センサ用導体12と導体パターン13を表面に備え、同軸ケーブル17と一体化した部分放電検出センサ21を後から絶縁樹脂8上に取り付ける。
取り付けの際には、導体パターン13と導体カバー14は絶縁樹脂8の表層の導電層10と接続される。
取り付けの際には、導体パターン13と導体カバー14は絶縁樹脂8の表層の導電層10と接続される。
部分放電検出センサ41を真空遮断器1の絶縁樹脂8の表層上に取り付けた際、導体カバー14は、導電層10と接続され、センサ用導体12、導体パターン13の全体を覆うような構造となっている。
導体カバー14は金属板で構成してもよく、導電性の樹脂シートでしてもよい。
導体カバー14は金属板で構成してもよく、導電性の樹脂シートでしてもよい。
この実施の形態4の部分放電検出センサ41の構造とすることで、部分放電検出センサをあらかじめ絶縁樹脂8上に設ける必要がないため、部分放電検出センサの製作および設置が簡単になる。さらに、部分放電検出センサに対して、外部から直接、放射によりセンサ用導体12にノイズが伝搬して来る場合でも、導体カバー14によりシールドされるので、外来ノイズによる誤検知を減らすことができる。
また、実施の形態1の図3で説明した導体パターン13のノイズ低減効果と同様のノイズ低減効果が得られる。
また、実施の形態1の図3で説明した導体パターン13のノイズ低減効果と同様のノイズ低減効果が得られる。
以上説明したように、実施の形態4のスイッチギヤは、実施の形態1の部分放電検出センサを必要時に取り付ける構造とし、さらに導体カバーを取り付けた構造としたものである。したがって、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができる。さらに、部分放電検出センサの製作および設置が簡単になり、外来ノイズによる誤検知を減らすことができる。
実施の形態5.
実施の形態5のスイッチギヤの部分放電検出方法は、実施の形態1の部分放電検出センサをスイッチギヤ本体の複数箇所に設置して、部分放電位置を標定するものである。
実施の形態5のスイッチギヤの部分放電検出方法は、実施の形態1の部分放電検出センサをスイッチギヤ本体の複数箇所に設置して、部分放電位置を標定するものである。
以下、実施の形態5のスイッチギヤの部分放電検出方法について、この方法を適用するスイッチギヤの構成図である図19、および信号処理装置の回路ブロック図である図20に基づいて説明する。図19において、実施の形態1の図1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
図19において、スイッチギヤ500は、スイッチギヤ本体501と、部分放電検出センサ11と、信号処理装置518からなる。スイッチギヤ本体501は、3台の真空バルブ2と3台の駆動装置7から構成されている。
真空バルブ2は目的により、接地用、断路用、遮断用に分けられ、図19の左側上部の駆動装置7aは接地用真空バルブ2aと接続され、左側下部の駆動装置7bは遮断用真空バルブ2bと接続されている。左側下部の遮断用真空バルブ2bからは、絶縁モールドされた通電用導体により、図19の右側下部の駆動装置7cにより駆動される断路用真空バルブ2cと接続される。これは一例であり、回路条件によっては断路と遮断を一つの真空バルブで実施する場合もある。その場合は右側下部の真空バルブは電力系統との断路用もしくは接地用となる。
また、真空バルブ2と記載したが、接地用、断路用であれば、大気圧もしくは大気圧以上のガスが充填された断路器でも構わない。遮断用であれば、真空バルブ2ではなくSF6ガスが充填されたガス遮断器でも構わない。
真空バルブ2は目的により、接地用、断路用、遮断用に分けられ、図19の左側上部の駆動装置7aは接地用真空バルブ2aと接続され、左側下部の駆動装置7bは遮断用真空バルブ2bと接続されている。左側下部の遮断用真空バルブ2bからは、絶縁モールドされた通電用導体により、図19の右側下部の駆動装置7cにより駆動される断路用真空バルブ2cと接続される。これは一例であり、回路条件によっては断路と遮断を一つの真空バルブで実施する場合もある。その場合は右側下部の真空バルブは電力系統との断路用もしくは接地用となる。
また、真空バルブ2と記載したが、接地用、断路用であれば、大気圧もしくは大気圧以上のガスが充填された断路器でも構わない。遮断用であれば、真空バルブ2ではなくSF6ガスが充填されたガス遮断器でも構わない。
図19では、部分放電検出センサ11aを、左側接地用真空バルブ2aと遮断用真空バルブ2bの中間部の表層に設置している。部分放電検出センサ11bを、遮断用真空バルブ2bと断路用真空バルブ2cとを接続する通電用導体部の表層に設置している。また、部分放電検出センサ11cを、右側断路用真空バルブ2cの上部の表層に設置している。
各部分放電検出センサ11a〜11cの検出信号は、信号処理装置518に入力されている。
各部分放電検出センサ11a〜11cの検出信号は、信号処理装置518に入力されている。
スイッチギヤ本体501内部で部分放電が発生した場合、部分放電による電磁波は各部分放電検出センサ11のセンサ用導体12に伝搬する。部分放電位置から近い部分放電検出センサ11のセンサ用導体12で受信する信号強度が高くなり、部分放電位置から離れるに従い、信号強度は低くなる。また、部分放電位置から近いほど、部分放電検出センサ11のセンサ用導体12に到達する時間は早くなり、離れるほど遅くなる。
部分放電検出センサ11を、一箇所のみに設けた場合は、スイッチギヤ本体501のどの位置で部分放電が発生したのか標定できない。しかし、部分放電検出センサ11を複数箇所に設置することで、どの位置で部分放電が発生しているかを標定することができる。
部分放電検出センサ11を、一箇所のみに設けた場合は、スイッチギヤ本体501のどの位置で部分放電が発生したのか標定できない。しかし、部分放電検出センサ11を複数箇所に設置することで、どの位置で部分放電が発生しているかを標定することができる。
次に部分放電が発生している位置を標定する処理を、図20の信号処理装置518の回路ブロック図で説明する。信号処理装置518は、分波回路521、検波回路522、演算回路523、および表示回路524を備える。
複数の部分放電検出センサ11a〜11cのセンサ用導体12が受信した信号は、分波回路521により、特定周波数帯域の信号のみを取り出す。次に検波回路522によって信号強度を算出し、演算回路523で信号の強度比較を行ことで、どの位置で部分放電が発生しているかを標定することができる。
また各部分放電検出センサ11a〜11cが受信した信号のセンサへの到達時間差を演算回路523で算出することで、どの位置で部分放電が発生しているかを標定することができる。そして、演算回路523で標定された部分放電の発生位置は表示回路524により表示される。
さらに、信号の強度比較と到達時間差算出の両方を行うことで、部分放電位置特定の精度を上げることができる。
したがって、部分放電が発生した場合、部分放電位置を特定するために調査する時間を短縮することができる。
複数の部分放電検出センサ11a〜11cのセンサ用導体12が受信した信号は、分波回路521により、特定周波数帯域の信号のみを取り出す。次に検波回路522によって信号強度を算出し、演算回路523で信号の強度比較を行ことで、どの位置で部分放電が発生しているかを標定することができる。
また各部分放電検出センサ11a〜11cが受信した信号のセンサへの到達時間差を演算回路523で算出することで、どの位置で部分放電が発生しているかを標定することができる。そして、演算回路523で標定された部分放電の発生位置は表示回路524により表示される。
さらに、信号の強度比較と到達時間差算出の両方を行うことで、部分放電位置特定の精度を上げることができる。
したがって、部分放電が発生した場合、部分放電位置を特定するために調査する時間を短縮することができる。
次に、スイッチギヤの部分放電検出方法の各工程について説明する。
第1の工程は、部分放電検出センサ11a〜11cをスイッチギヤ本体501の表層の複数箇所に設置する。
第1の工程は、部分放電検出センサ11a〜11cをスイッチギヤ本体501の表層の複数箇所に設置する。
第2の工程は、複数の部分放電検出センサ11a〜11cからの部分放電信号を信号処理装置518で受信する。
第3の工程は、信号処理装置518において、各部分放電信号の振幅と時間差のそれぞれ、または両方を用いて、部分放電発生位置を標定する。
以上説明したように、実施の形態5のスイッチギヤの部分放電検出方法は、実施の形態1の部分放電検出センサを複数箇所に設置して、部分放電位置を標定するものである。したがって、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができる。さらに部分放電発生位置を標定することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
この発明は、部分放電を誤検知することなく検出できるスイッチギヤおよびスイッチギヤの部分放電検出方法に関するものであり、電力機器の部分放電の検出装置、検出方法にも広く適用できる。
この発明に係るスイッチギヤは、スイッチギヤ本体と、スイッチギヤ本体を被覆する絶縁体と、スイッチギヤ本体または絶縁体で発生する部分放電を検出する部分放電検出センサとを有するスイッチギヤにおいて、部分放電検出センサは、絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体との間に接続された導体パターンとを有し、導体パターンは、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなり、センサ用導体が絶縁体の表層に設けられたものである。
この発明に係るスイッチギヤの部分放電検出方法は、スイッチギヤ本体を被覆する絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体との間に接続された導体パターンとを有する部分放電検出センサであって、導体パターンは商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなり、センサ用導体が絶縁体の表層に設けられた部分放電検出センサを用い、スイッチギヤ本体の絶縁体の表層に、部分放電検出センサを複数箇所に設置する工程と、複数の部分放電検出センサからの部分放電信号を受信する工程と、各部分放電信号の振幅と時間差のそれぞれ、または両方を用いて、部分放電発生位置を標定する工程からなるものである。
この発明に係るスイッチギヤによれば、部分放電検出センサは、絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体とを接続し、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる導体パターンとからなり、
センサ用導体が絶縁体の表層に設けられたものであるため、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができる。
センサ用導体が絶縁体の表層に設けられたものであるため、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができる。
この発明に係るスイッチギヤの部分放電検出方法は、絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体とを接続し商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる導体パターンとからなり、センサ用導体が絶縁体の表層に設けられた部分放電検出センサを、スイッチギヤ本体の複数箇所に設置するため、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができ、かつ部分放電発生位置を標定することができる。
この発明に係るスイッチギヤは、スイッチギヤ本体と、スイッチギヤ本体を被覆する絶縁体と、スイッチギヤ本体または絶縁体で発生する部分放電を検出する部分放電検出センサとを有するスイッチギヤにおいて、部分放電検出センサは、絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体との間に接続された導体パターンとを有し、導体パターンは、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなり、導電層、センサ用導体、および導体パターンが同一表面上に形成され、絶縁体の表層に設けられたものである。
この発明に係るスイッチギヤの部分放電検出方法は、スイッチギヤ本体を被覆する絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体との間に接続された導体パターンとを有する部分放電検出センサであって、導体パターンは商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなり、導電層、センサ用導体、および導体パターンが同一表面上に形成され、絶縁体の表層に設けられた部分放電検出センサを用い、スイッチギヤ本体の絶縁体の表層に、部分放電検出センサを複数箇所に設置する工程と、複数の部分放電検出センサからの部分放電信号を受信する工程と、各部分放電信号の振幅と時間差のそれぞれ、または両方を用いて、部分放電発生位置を標定する工程からなるものである。
この発明に係るスイッチギヤによれば、部分放電検出センサは、絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体とを接続し、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる導体パターンとからなり、導電層、センサ用導体、および導体パターンが同一表面上に形成され、絶縁体の表層に設けられたものであるため、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができる。
この発明に係るスイッチギヤの部分放電検出方法は、絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が導電層に囲まれたセンサ用導体と、導電層とセンサ用導体とを接続し商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる導体パターンとからなり、導電層、センサ用導体、および導体パターンが同一表面上に形成され、絶縁体の表層に設けられた部分放電検出センサを、スイッチギヤ本体の複数箇所に設置するため、外部導電層にノイズが重畳されても、高周波的に高インピーダンスとなる導体パターンにより、阻止されてセンサ用導体には伝搬しないので、ノイズによる誤検知を無くすことができ、かつ部分放電発生位置を標定することができる。
Claims (8)
- スイッチギヤ本体と、前記スイッチギヤ本体を被覆する絶縁体と、前記スイッチギヤ本体または前記絶縁体で発生する部分放電を検出する部分放電検出センサとを有するスイッチギヤにおいて、
前記部分放電検出センサは、前記絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が前記導電層に囲まれたセンサ用導体と、前記導電層と前記センサ用導体との間に接続された導体パターンとを有し、前記導体パターンは、商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなるスイッチギヤ。 - 前記部分放電検出センサをあらかじめ前記絶縁体の表層に設けた請求項1に記載のスイッチギヤ。
- あらかじめ前記スイッチギヤ本体の前記導電層を切り欠いた箇所を設け、
部分放電検出時に、前記センサ用導体と、前記導体パターンとを前記導電層の切り欠いた箇所に取り付けて、前記部分放電検出センサを形成する請求項1に記載のスイッチギヤ。 - 前記センサ用導体と前記導体パターンを覆い、前記導電層に接続された導体カバーを備えた請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスイッチギヤ。
- 前記高周波領域は、数100MHz〜数GHzである請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のスイッチギヤ。
- 前記高インピーダンスは、数100Ω〜1MΩである請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のスイッチギヤ。
- 前記部分放電検出センサを前記スイッチギヤ本体の複数個所に設置し、前記各部分放電検出センサからの部分放電信号を信号処理装置で受信し、
前記各部分放電信号の振幅と時間差のそれぞれ、または両方を用いて、部分放電発生位置を標定する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のスイッチギヤ。 - スイッチギヤ本体を被覆する絶縁体の表層を覆う導電層と、周囲が前記導電層に囲まれたセンサ用導体と、前記導電層と前記センサ用導体との間に接続された導体パターンとを有する部分放電検出センサであって、前記導体パターンは商用周波数では接地、高周波領域では高インピーダンスとなる部分放電検出センサを用い、
前記スイッチギヤ本体の絶縁体の表層に、前記部分放電検出センサを複数箇所に設置する工程と、
複数の前記部分放電検出センサからの部分放電信号を受信する工程と、
前記各部分放電信号の振幅と時間差のそれぞれ、または両方を用いて、部分放電発生位置を標定する工程からなるスイッチギヤの部分放電検出方法。
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