WO2014199432A1 - ガス絶縁開閉装置の事故点標定装置 - Google Patents

ガス絶縁開閉装置の事故点標定装置 Download PDF

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克彦 藤岡
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    • H01H33/02—Details
    • H01H33/26—Means for detecting the presence of an arc or other discharge

Definitions

  • the present invention relates to an accident point locating device for locating an accident point such as a ground fault or a short circuit occurring in a gas insulated switchgear (GIS).
  • GIS gas insulated switchgear
  • an accident point locating device for a gas-insulated switchgear detects a surge waveform that occurs when an accident such as a ground fault or a short circuit occurs inside the gas-insulated switchgear at two measurement points, and the surge waveform is measured at each measurement point.
  • Accident points are determined by finding the difference in arrival time until reaching.
  • a current sensor such as a Rogowski coil is used as a means for differentiating the surge waveform in order to accurately detect the starting point of the surge waveform and accurately locate the accident point.
  • a current sensor such as a Rogowski coil
  • Force current transformer may be used (Patent Documents 1 and 2).
  • JP 2003-329722 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-170587
  • the output of the iron core type current transformer is generally proportional to the current transformation ratio, but the current transformation ratio is regulated with respect to the commercial frequency, and high frequency signals such as surge waveforms are smaller than the current transformation ratio. This is because a minute surge waveform is output at a ratio smaller than the current transformation ratio.
  • a surge waveform is extracted using a filter circuit, and the surge waveform is further attenuated when passing through the filter circuit.
  • Patent Documents 1 and 2 both describe a configuration using a differential detection type Rogowski coil as a means for more accurately obtaining the starting point of the surge waveform, but to detect a minute surge waveform. The specific configuration of is not described.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an accident point locating device for a gas insulated switchgear capable of locating an accident point from a surge waveform at the time of a minute accident.
  • an accident point locating device for a gas-insulated switchgear is disposed in a gas-insulated switchgear and penetrates through a central conductor of the gas-insulated switchgear.
  • a first band-pass filter circuit connected to the first Rogowski coil and passing only a frequency band of a surge waveform generated in the gas-insulated switchgear among the output signals of the first Rogowski coil;
  • a second band-pass filter circuit connected to the second Rogowski coil and passing only the frequency band of the surge waveform in the output signal of the second Rogowski coil.
  • a first detection level signal generation circuit that generates a detection level signal having a preset magnitude, an output signal of the first band-pass filter circuit, and an output from the first detection level signal generation circuit
  • a first comparison circuit that compares the detected level signal and outputs a surge detection signal only when the magnitude of the output signal is greater than or equal to the magnitude of the detected level signal, and the first detected level signal generation circuit From the second detection level signal generation circuit that generates a detection level signal having the same magnitude as the detection level signal generated by the signal, the output signal of the second bandpass filter circuit, and the second detection level signal generation circuit
  • a second comparison circuit that compares the output detection level signal and outputs a surge detection signal only when the magnitude of the output signal is greater than or equal to the magnitude of the detection level signal;
  • time difference detection unit for calculating a time difference origin of surge detection signals output from the second comparator circuit, characterized in that it comprises a fault point locating unit for locating the fault point based on the time difference.
  • FIG. 1 is a mimetic diagram showing composition of an accident point locating device of a gas insulated switchgear concerning an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a surge waveform at each stage of detection in the accident location system.
  • FIG. 3 is a diagram comparing the surge waveform when the same surge is detected with the Rogowski coil and the surge waveform when detected with the iron core current transformer.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of an accident point locating device for a conventional gas insulated switchgear.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an accident point locating device for a gas insulated switchgear according to the present embodiment.
  • a tank 20 that is a part of a gas insulated switchgear and a central conductor 2 disposed in the tank 20 are shown.
  • the center conductor 2 is an energization portion that extends in the axial direction of the tank 20 and through which a high voltage is applied and a current flows.
  • An insulating gas is sealed in the tank 20.
  • the accident point locating device includes Rogowski coils 1a and 1b, signal detection devices 30a and 30b, and a central processing unit 7.
  • the Rogowski coils 1a and 1b are arranged at two points in the tank 20 with an interval in the axial direction and penetrated through the central conductor 2.
  • the Rogowski coils 1a and 1b are sensors that output a voltage signal corresponding to the time differentiation of the current flowing through the center conductor 2, and are signals including a surge waveform that propagates through the center conductor 2 when an accident such as a ground fault or a short circuit occurs. Can be detected.
  • the Rogowski coil 1a is connected to a signal detection device 30a disposed outside the gas-insulated switchgear through the wiring 3a.
  • the signal detection device 30a is a device that detects a surge signal, and includes a band-pass filter circuit 4a, a detection level signal generation circuit 5a, and a comparison circuit 6a.
  • the Rogowski coil 1b is connected to a signal detection device 30b disposed outside the gas-insulated switchgear through the wiring 3b.
  • the signal detection device 30b is a device that detects a surge signal, and includes a band-pass filter circuit 4b, a detection level signal generation circuit 5b, and a comparison circuit 6b.
  • the band-pass filter circuit 4a is a filter circuit that passes only the frequency component of the surge waveform, and does not pass the commercial frequency component applied to the center conductor 2. Specifically, the band-pass filter circuit 4a passes a frequency component in a band of 1 kHz to 10 kHz, for example. The same applies to the band-pass filter circuit 4b.
  • the detection level signal generation circuit 5a is a circuit that generates a detection level signal that gives a detection level of a preset signal, that is, a detection level of a surge signal.
  • the detection level signal is a signal having a certain level. The same applies to the detection level signal generation circuit 5b, and a detection level signal having the same magnitude as the detection level signal generation circuit 5a is generated.
  • the comparison circuit 6a compares the output signal of the bandpass filter circuit 4a with the detection level signal output from the detection level signal generation circuit 5a, and when the magnitude of the output signal is greater than or equal to the detection level signal. When a square pulse signal is output and the magnitude of the output signal is less than the magnitude of the detection level signal, no signal is output. The same applies to the comparison circuit 6b.
  • the central processing unit 7 is connected to the signal detection devices 30a and 30b.
  • the central processing unit 7 includes a time difference detection unit 40 connected to the comparison circuits 6a and 6b, and an accident point location unit 41 connected to the time difference detection unit 40.
  • the time difference detection unit 40 obtains the starting point of each pulse signal as the detection point of the surge waveform, calculates the time difference of each starting point, and calculates the calculation result. Output to the accident point location unit 41.
  • the accident point location unit 41 uses the time difference output from the time difference detection unit 40, the propagation speed of the electromagnetic wave, and the distance between the measurement points (the distance between the Rogowski coils 1a and 1b) to measure the distance from the measurement point to the accident point. By calculating, the accident point is determined.
  • t time
  • ⁇ represents a circular ratio
  • H represents mutual inductance
  • I ′ (t) represents time differentiation of I (t).
  • the output of the Rogowski coils 1a and 1b has a waveform with an amplitude proportional to the frequency f.
  • FIG. 2A shows an example of output waveforms of the Rogowski coils 1a and 1b.
  • FIG. 3 is a diagram comparing the surge waveform when the same surge is detected with the Rogowski coil and the surge waveform when detected with the iron core current transformer.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents amplitude
  • V represents a voltage waveform when detected with a Rogowski coil
  • Va represents a voltage waveform when detected with an iron core current transformer. Since V has a waveform with an amplitude proportional to the frequency as described above, the amplitude is several hundred times larger than Va.
  • the output signal of the Rogowski coil 1a is input to the band-pass filter circuit 4a via the wiring 3a.
  • the band pass filter circuit 4a passes only the frequency component of the surge waveform and outputs it to the comparison circuit 6a.
  • FIG. 2B shows an example of the output waveform of the band pass filter circuit 4a. The current component of the commercial frequency flowing through the center conductor 2 is removed from the output waveform of the band pass filter circuit 4a.
  • the comparison circuit 6a compares the output signal of the band pass filter circuit 4a with the detection level signal output from the detection level signal generation circuit 5a.
  • FIG. 2C shows the output signal of the band-pass filter circuit 4a and the detection level signal (threshold value). In this case, the magnitude of the output signal of the band pass filter circuit 4a is larger than the threshold value.
  • the comparison circuit 6a outputs a pulse signal only when the magnitude of the output signal is greater than or equal to the magnitude of the detection level signal as a result of the comparison.
  • FIG. 2D shows an example of a pulse signal output from the comparison circuit 6a. The operations of the band pass filter circuit 4b, the detection level signal generation circuit 5b, and the comparison circuit 6b are the same.
  • the output signals of the comparison circuits 6a and 6b are input to the time difference detection unit 40, respectively.
  • the time difference detection unit 40 obtains the starting point (rising point) of each pulse signal as the detection point of the surge waveform, calculates the time difference between the starting points, The calculation result is output to the accident point location unit 41.
  • FIG. 2 (e) shows how the time difference ⁇ t between the starting points is obtained from the pulse signal Pa output from the comparison circuit 6a and the pulse signal Pb output from the comparison circuit 6b.
  • the accident point location unit 41 uses the time difference output from the time difference detection unit 40, the propagation speed of the electromagnetic wave, and the distance between the measurement points (the distance between the Rogowski coils 1a and 1b) to measure the distance from the measurement point to the accident point. By calculating, the accident point is determined.
  • the surge waveform is output with the amplitude proportional to the frequency by the Rogowski coils 1a and 1b, and the signal having an unnecessary frequency is removed by the band pass filter circuits 4a and 4b. 3a, 3b, band pass filter circuits 4a, 4b, comparison circuits 6a, 6b, etc., the surge waveform has a higher amplitude ratio to the external noise.
  • the present embodiment it is possible to set the detection level signal low, and it is possible to determine the accident point from the surge waveform at the time of a minute accident.
  • the comparison circuits 6a and 6b compare the output signals of the band-pass filter circuits 4a and 4b with the detection level signals output from the detection level signal generation circuits 5a and 5b.
  • the pulse signal is output only when the magnitude is equal to or larger than the detection level signal
  • the present invention is not limited to the pulse signal, and a surge detection signal generally corresponding to a surge waveform may be output. That is, the shape of the output waveform is not limited to the pulse waveform, but the starting point is easier to detect when the pulse waveform is used.
  • the time difference detection unit 40 obtains the starting point (rising point) of each surge detection signal as the detection point of the surge waveform, and calculates the time difference between the starting points. Then, the calculation result is output to the accident point location unit 41.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of an accident point locating device for a conventional gas insulated switchgear.
  • the conventional fault location system is provided in a tank 20 of a gas-insulated switchgear, and includes iron core current transformers 11a and 11b that measure the current flowing through the center conductor 2, and iron core current transformers. Are connected to the transformers 11a and 11b via the wirings 13a and 13b, respectively, and the load resistors 14a and 14b for converting the current signals output from the iron core current transformers 11a and 11b to voltage signals and the load resistors 14a and 14b, respectively.
  • AD converters 16a and 16b connected to filter circuits 15a and 15b for extracting a signal including a surge waveform from a voltage signal, and connected to filter circuits 15a and 15b, respectively, for converting an analog signal into a digital signal, and an AD converter A central processing unit 17 connected to 16a and 16b and processing a digital signal to locate an accident point.
  • current signals proportional to the current transformation ratio are output from the iron core current transformers 11a and 11b with respect to the current flowing through the center conductor 2.
  • the current transformation ratio is given by the winding ratio of the primary winding and the secondary winding of the iron core type current transformers 11a and 11b.
  • the outputs of the iron core type current transformers 11a and 11b are generally proportional to the current transformation ratio, but the current transformation ratio is defined with respect to the commercial frequency, and the signal whose main component is a high frequency component such as a surge waveform is Output at a ratio smaller than the current transformation ratio.
  • the output signals of the iron core current transformers 11a and 11b are converted from current signals to voltage signals by the load resistors 14a and 14b, respectively.
  • the filter circuits 15a and 15b are low-pass filters, and pass signals of, for example, 10 kHz or less including a surge waveform.
  • the AD converters 16 a and 16 b convert the surge waveform into a digital signal and output it to the central processing unit 17.
  • the central processing unit 17 calculates the time difference between the detection points from the digital signals output from the AD converters 16a and 16b, with the starting point of each waveform as the detection point.
  • the central processing unit 17 determines the accident point by calculating the distance to the accident point from the calculated time difference, the propagation speed of the electromagnetic wave, and the distance between the measurement points.
  • the surge waveform is attenuated by the iron core current transformers 11a and 11b due to the high frequency components, and further attenuated by the filter circuits 15a and 15b.
  • the amplitude of the generated surge waveform is originally small. Therefore, when the surge waveform is attenuated by the iron core current transformers 11a and 11b and the filter circuits 15a and 15b, the wirings 13a and 13b, the burden resistance 14a, 14b and the external noise generated by the filter circuits 15a, 15b, etc., become difficult, and it may be difficult for the central processing unit 17 to accurately detect the starting point of the surge waveform.
  • the surge waveform is detected by using the differential detection type Rogowski coils 1a and 1b, thereby having an amplitude waveform proportional to the frequency of the surge waveform. It can be detected, the amplitude ratio of the surge waveform to external noise can be increased, and the fault point can be correctly determined even with a surge waveform at the time of a minute accident.
  • the comparison circuits 6a and 6b perform threshold values by comparing analog signals. A pulse signal is output with respect to the above surge waveform, and processing is performed so that the starting point of the surge in the central processing unit 7 can be easily obtained. Therefore, the accuracy is high and no memory is required.
  • the signal after passing through band-pass filter circuits 4a and 4b includes only the surge waveform.
  • the surge waveform can be detected simply by comparing the magnitude of the detection level signal with the comparison circuits 6a and 6b.
  • the filter circuits 15a and 15b which are low-pass filters, are used as in the conventional accident point locating device, the commercial frequency components flowing through the center conductor 2 cannot be excluded, so the comparison circuits 6a and 6b.
  • the surge waveform cannot be detected simply by comparing the magnitude with the detection level signal.
  • one of the current transformers arranged on both sides of the orientation section for locating the failure point of the electric circuit is an air core type current transformer, and the other is an iron core type current transformer.
  • the air core type current transformer and the auxiliary air core type current transformer are provided as means for differentiating the waveform in order to obtain the starting point of the surge waveform, and detect a minute surge waveform as in this embodiment.
  • a specific configuration for this is not disclosed.
  • the configuration of signal processing is different from that of the present embodiment, such as providing an integrator after the air-core type current transformer.
  • Patent Document 2 also describes the use of a current sensor such as a Rogowski coil as a means for determining the starting point of a surge waveform. However, as in this embodiment, a minute surge waveform is detected. A specific configuration for doing this is not disclosed.
  • the present invention is useful as an accident point locating device for a gas insulated switchgear.
  • 1a, 1b Rogowski coil 2 central conductor, 3a, 3b, 13a, 13b wiring, 4a, 4b band pass filter circuit, 5a, 5b detection level signal generation circuit, 6a, 6b comparison circuit, 7, 17 central processing unit, 11a, 11b Iron core type current transformer, 14a, 14b burden resistance, 15a, 15b filter circuit, 16a, 16b AD converter, 20 tank, 30a, 30b signal detector, 40 time difference detector, 41 accident point locator.

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Abstract

　事故点標定装置は、ロゴスキーコイル１ａ，１ｂと、サージ波形が有する周波数成分のみを通過させる帯域通過フィルタ回路４ａ，４ｂと、サージ信号の検出レベル信号を生成する検出レベル信号生成回路５ａ，５ｂと、帯域通過フィルタ回路４ａ，４ｂの出力信号と検出レベル信号生成回路５ａ，５ｂから出力された検出レベル信号とを比較し、出力信号の大きさが検出レベル信号の大きさ以上の場合にのみパルス信号を出力する比較回路６ａ，６ｂと、比較回路６ａ，６ｂからそれぞれ出力されたパルス信号の起点の時間差を算出する時間差検出部４０と、この時間差に基づいて事故点を標定する事故点標定部４１とを備える。

Description

ガス絶縁開閉装置の事故点標定装置
　本発明は、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）内で発生した地絡または短絡等の事故点を標定する事故点標定装置に関する。
　従来、ガス絶縁開閉装置の事故点標定装置は、ガス絶縁開閉装置の内部で地絡または短絡等の事故が起きた時に発生するサージ波形を２測定点で検出し、当該サージ波形が各測定点に到達するまでの到達時間差を求めて事故点を標定する。
　この際、サージ波形の検出には、鉄心に巻線を施したタイプのいわゆる鉄心形変流器がよく用いられる（例えば、特許文献１）。
　また、ケーブル線路の事故点標定装置においては、サージ波形の起点を正確に検出し、事故点を正確に標定するために、サージ波形を微分する手段として、ロゴスキーコイル等の電流センサ（いわゆる空心形変流器）が用いられる場合がある（特許文献１，２）。
特開２００３－３２９７２２号公報 特開平１０－１７０５８７号公報
　しかしながら、ガス絶縁開閉装置の事故点標定に鉄心形変流器を用いる構成では、微小な事故の場合は、サージ波形が外部ノイズに埋もれてしまい、サージ波形の起点を正確に抽出することが困難になるという問題があった。
　これは、鉄心形変流器の出力は一般に変流比に比例するが、変流比は商用周波数に対して規定されており、サージ波形のような高周波信号は変流比よりも小さい比率で出力されるため、微小なサージ波形がさらに変流比よりも小さい比率で出力されるからである。
　また、事故点標定装置では、フィルタ回路を用いてサージ波形を抽出することを行うが、サージ波形はこのフィルタ回路を通過する際にさらに減衰する。
　また、特許文献１，２では、いずれもサージ波形の起点をより正確に求めるための手段として、微分検出型のロゴスキーコイルを用いる構成が記載されているが、微小なサージ波形を検出するための具体的な構成については記載されていない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、微小な事故時のサージ波形からも事故点の標定が可能なガス絶縁開閉装置の事故点標定装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガス絶縁開閉装置の事故点標定装置は、ガス絶縁開閉装置内に配置され、当該ガス絶縁開閉装置の中心導体に貫通される第１のロゴスキーコイルと、前記ガス絶縁開閉装置内に配置され、前記第１のロゴスキーコイルと間隔をおいて配置されるとともに、前記中心導体に貫通される第２のロゴスキーコイルと、前記第１のロゴスキーコイルに接続され、当該第１のロゴスキーコイルの出力信号のうち、前記ガス絶縁開閉装置内で発生したサージ波形の周波数帯域のみを通過させる第１の帯域通過フィルタ回路と、前記第２のロゴスキーコイルに接続され、当該第２のロゴスキーコイルの出力信号のうち、前記サージ波形の周波数帯域のみを通過させる第２の帯域通過フィルタ回路と、予め設定された大きさの検出レベル信号を生成する第１の検出レベル信号生成回路と、前記第１の帯域通過フィルタ回路の出力信号と、前記第１の検出レベル信号生成回路から出力された検出レベル信号とを比較し、当該出力信号の大きさが当該検出レベル信号の大きさ以上の場合にのみサージ検出信号を出力する第１の比較回路と、前記第１の検出レベル信号生成回路が生成する検出レベル信号と同じ大きさの検出レベル信号を生成する第２の検出レベル信号生成回路と、前記第２の帯域通過フィルタ回路の出力信号と、前記第２の検出レベル信号生成回路から出力された検出レベル信号とを比較し、当該出力信号の大きさが当該検出レベル信号の大きさ以上の場合にのみサージ検出信号を出力する第２の比較回路と、前記第１および第２の比較回路からそれぞれ出力されたサージ検出信号の起点の時間差を算出する時間差検出部と、前記時間差に基づいて事故点を標定する事故点標定部と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、微小な事故時のサージ波形からも事故点の標定が可能になる、という効果を奏する。
図１は、実施の形態に係るガス絶縁開閉装置の事故点標定装置の構成を示す模式図である。 図２は、事故点標定装置内での検出の各段階におけるサージ波形を示した図である。 図３は、同一のサージをロゴスキーコイルで検出したときのサージ波形と、鉄心形変流器で検出したときのサージ波形とを比較して示した図である。 図４は、従来のガス絶縁開閉装置の事故点標定装置の構成を示す模式図である。
　以下に、本発明の実施の形態に係るガス絶縁開閉装置の事故点標定装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、本実施の形態に係るガス絶縁開閉装置の事故点標定装置の構成を示す模式図である。図１では、ガス絶縁開閉装置の一部であるタンク２０とタンク２０内に配置された中心導体２とが示されている。中心導体２は、タンク２０の軸方向に延伸し、高電圧が印加され電流が流れる通電部である。タンク２０内には絶縁ガスが封入されている。
　本実施の形態に係る事故点標定装置は、ロゴスキーコイル１ａ，１ｂ、信号検出装置３０ａ，３０ｂ、および中央処理装置７を備えている。
　ロゴスキーコイル１ａ，１ｂは、軸方向に間隔をおいてタンク２０内の２点に配置され、かつ、中心導体２に貫通されている。ロゴスキーコイル１ａ，１ｂは、中心導体２を流れる電流の時間微分に相当する電圧信号を出力するセンサであり、地絡または短絡等の事故発生時には、中心導体２を伝播するサージ波形を含む信号を検出することができる。
　ロゴスキーコイル１ａは、配線３ａを介して、ガス絶縁開閉装置の外部に配置された信号検出装置３０ａと接続されている。信号検出装置３０ａは、サージ信号を検出する装置であり、帯域通過フィルタ回路４ａ、検出レベル信号生成回路５ａ、および比較回路６ａを備えている。また、ロゴスキーコイル１ｂは、配線３ｂを介して、ガス絶縁開閉装置の外部に配置された信号検出装置３０ｂと接続されている。信号検出装置３０ｂは、サージ信号を検出する装置であり、帯域通過フィルタ回路４ｂ、検出レベル信号生成回路５ｂ、および比較回路６ｂを備えている。
　帯域通過フィルタ回路４ａは、サージ波形が有する周波数成分のみを通過させるフィルタ回路であり、中心導体２に印加される商用周波数成分は通過させない。具体的には、帯域通過フィルタ回路４ａは、例えば、１ｋＨｚ～１０ｋＨｚの帯域の周波数成分を通過させるものである。なお、帯域通過フィルタ回路４ｂについても同様である。
　検出レベル信号生成回路５ａは、予め設定された信号の検出レベル、すなわち、サージ信号の検出レベルを与える検出レベル信号を生成する回路である。検出レベル信号は、一定のレベルの信号である。なお、検出レベル信号生成回路５ｂについても同様であり、検出レベル信号生成回路５ａと同じ大きさの検出レベル信号を生成する。
　比較回路６ａは、帯域通過フィルタ回路４ａの出力信号と、検出レベル信号生成回路５ａから出力された検出レベル信号とを比較し、当該出力信号の大きさが検出レベル信号の大きさ以上の場合は、方形のパルス信号を出力し、当該出力信号の大きさが検出レベル信号の大きさ未満の場合は、何も信号を出力しない。なお、比較回路６ｂについても同様である。
　中央処理装置７は、信号検出装置３０ａ，３０ｂと接続されている。中央処理装置７は、比較回路６ａ，６ｂと接続された時間差検出部４０と、時間差検出部４０に接続された事故点標定部４１とを備えている。
　時間差検出部４０は、比較回路６ａ，６ｂからそれぞれパルス信号が出力された場合に、各々のパルス信号の起点をサージ波形の検出点として求め、各々の起点の時間差を算出し、その算出結果を事故点標定部４１に出力する。
　事故点標定部４１は、時間差検出部４０から出力された時間差と電磁波の伝播速度と測定点間の距離（ロゴスキーコイル１ａ，１ｂ間の距離）を用いて、測定点から事故点までの距離を算出することで、事故点を標定する。
　次に、本実施の形態の動作について説明する。ガス絶縁開閉装置の内部で地絡または短絡が発生すると、サージ電流が発生し、中心導体２を流れる電流にはサージ電流が重畳される。
　ロゴスキーコイル１ａ，１ｂは、中心導体２を伝播するサージ電流で生じる磁束変動で誘起される電圧信号を出力し、サージ電流を時間微分した形で求める。すなわち、サージ電流の周波数ｆの成分：
　Ｉ(t)＝sin(2πft)・・・（１），
に対し、ロゴスキーコイル１ａ，１ｂの出力は、Ｉ（ｔ）を微分した信号に比例する
　Ｖ(t)＝Ｈ×Ｉ´（ｔ）＝Ｈ×2πf×cos(2πft)・・・（２），
となる。
　ここで、ｔは時間、πは円周率、Ｈは相互インダクタンス、Ｉ´(t)はＩ（ｔ）の時間微分を表す。上記（２）式が示すように、ロゴスキーコイル１ａ，１ｂの出力は、周波数ｆに比例した振幅の波形となる。図２（ａ）では、ロゴスキーコイル１ａ，１ｂの出力波形の例を示している。
　また、図３は、同一のサージをロゴスキーコイルで検出したときのサージ波形と、鉄心形変流器で検出したときのサージ波形とを比較して示した図である。横軸は時間、縦軸は振幅を表し、Ｖはロゴスキーコイルで検出したときの電圧波形を表し、Ｖａは鉄心形変流器で検出したときの電圧波形を表す。Ｖは、上記のように周波数に比例した振幅の波形となるので、Ｖａと比較すると、その振幅は数百倍程度大きくなる。
　ロゴスキーコイル１ａの出力信号は、配線３ａを介して、帯域通過フィルタ回路４ａに入力される。帯域通過フィルタ回路４ａは、サージ波形が有する周波数成分のみを通過させ、比較回路６ａに出力する。図２（ｂ）では、帯域通過フィルタ回路４ａの出力波形の例を示している。帯域通過フィルタ回路４ａの出力波形からは、中心導体２に流れる商用周波数の電流成分は除かれている。
　比較回路６ａは、帯域通過フィルタ回路４ａの出力信号と、検出レベル信号生成回路５ａから出力された検出レベル信号とを比較する。図２（ｃ）では、帯域通過フィルタ回路４ａの出力信号と、検出レベル信号（閾値）を示している。この場合、帯域通過フィルタ回路４ａの出力信号の大きさは閾値よりも大きい。比較回路６ａは、比較の結果、当該出力信号の大きさが検出レベル信号の大きさ以上の場合にのみ、パルス信号を出力する。図２（ｄ）では、比較回路６ａから出力されるパルス信号の例を示している。なお、帯域通過フィルタ回路４ｂ、検出レベル信号生成回路５ｂ、および比較回路６ｂの動作も同様である。
　比較回路６ａ，６ｂの出力信号はそれぞれ時間差検出部４０に入力される。時間差検出部４０は、比較回路６ａ，６ｂからそれぞれパルス信号が出力された場合に、各々のパルス信号の起点（立上り点）をサージ波形の検出点として求め、各々の起点の時間差を算出し、その算出結果を事故点標定部４１に出力する。図２（ｅ）では、比較回路６ａから出力されたパルス信号Ｐａと、比較回路６ｂから出力されたパルス信号Ｐｂとから、各々の起点の時間差Δｔを求める様子を示している。
　事故点標定部４１は、時間差検出部４０から出力された時間差と電磁波の伝播速度と測定点間の距離（ロゴスキーコイル１ａ，１ｂ間の距離）を用いて、測定点から事故点までの距離を算出することで、事故点を標定する。
　本実施の形態では、サージ波形はロゴスキーコイル１ａ，１ｂで周波数に比例する振幅で出力され、かつ、帯域通過フィルタ回路４ａ，４ｂで不要な周波数の信号が除去されるようにしたので、配線３ａ，３ｂ、帯域通過フィルタ回路４ａ，４ｂ、および比較回路６ａ，６ｂ等で生ずる外部ノイズに対するサージ波形の振幅比は高くなる。
　したがって、本実施の形態によれば、検出レベル信号を低く設定することが可能となり、微小な事故時のサージ波形からも事故点標定が可能となる。
　なお、本実施の形態では、比較回路６ａ，６ｂは、帯域通過フィルタ回路４ａ，４ｂの出力信号と、検出レベル信号生成回路５ａ，５ｂから出力された検出レベル信号とを比較し、出力信号の大きさが検出レベル信号の大きさ以上の場合にのみ、パルス信号を出力するようにしたが、パルス信号に限らず、一般にサージ波形に対応するサージ検出信号を出力するようにしてもよい。すなわち、出力波形の形状はパルス波形に限定されないが、パルス波形とする方が、起点の検出が容易となる。時間差検出部４０は、比較回路６ａ，６ｂからそれぞれサージ検出信号が出力された場合に、各々のサージ検出信号の起点（立上り点）をサージ波形の検出点として求め、各々の起点の時間差を算出し、その算出結果を事故点標定部４１に出力する。
　ここで、本実施の形態と従来のガス絶縁開閉装置の事故点標定装置との対比を行う。図４は、従来のガス絶縁開閉装置の事故点標定装置の構成を示す模式図である。
　図４に示すように、従来の事故点標定装置は、ガス絶縁開閉装置のタンク２０内に設けられ、中心導体２に流れる電流を計測する鉄心形変流器１１ａ，１１ｂと、鉄心形変流器１１ａ，１１ｂにそれぞれ配線１３ａ，１３ｂを介して接続され、鉄心形変流器１１ａ，１１ｂがそれぞれ出力する電流信号を電圧信号に変換する負担抵抗１４ａ，１４ｂと、負担抵抗１４ａ，１４ｂにそれぞれ接続され、電圧信号からサージ波形を含む信号を抽出するフィルタ回路１５ａ，１５ｂと、フィルタ回路１５ａ，１５ｂにそれぞれ接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１６ａ，１６ｂと、ＡＤ変換器１６ａ，１６ｂに接続され、デジタル信号を処理して事故点を標定する中央処理装置１７とを備えている。
　ガス絶縁開閉装置の通常運転時は、中心導体２に流れる電流に対し、鉄心形変流器１１ａ，１１ｂからそれぞれ変流比に比例した電流信号が出力される。ここで変流比は、鉄心形変流器１１ａ，１１ｂの一次巻線と二次巻線の巻線比で与えられる。
　また、ガス絶縁開閉装置内で例えば地絡が発生した場合は、地絡により発生したサージが中心導体２を伝播する。この場合も同様に、中心導体２に流れる電流に対し、鉄心形変流器１１ａ，１１ｂからそれぞれ電流信号が出力されるが、高周波信号であるサージ波形は、鉄心形変流器１１ａ，１１ｂの一次巻線および二次巻線のインダクタンスにより、変流比よりも小さい比率で出力される。すなわち、鉄心形変流器１１ａ，１１ｂの出力は一般に変流比に比例するが、変流比は商用周波数に対して規定されており、サージ波形のような高周波成分を主成分とする信号は変流比よりも小さい比率で出力される。
　鉄心形変流器１１ａ，１１ｂの出力信号は、それぞれ負担抵抗１４ａ，１４ｂにより、電流信号から電圧信号に変換される。また、フィルタ回路１５ａ，１５ｂは、ローパスフィルタであり、サージ波形を含む例えば１０ｋＨｚ以下の信号を通過させる。ＡＤ変換器１６ａ，１６ｂはサージ波形をデジタル信号に変換し、中央処理装置１７に出力する。中央処理装置１７は、ＡＤ変換器１６ａ，１６ｂから出力されたデジタル信号から、各々の波形の起点を検出点として、各々の検出点の時間差を算出する。中央処理装置１７は、算出した時間差と電磁波の伝播速度と測定点間の距離から、事故点までの距離を計算することで事故点を標定する。
　このように、従来の事故点標定装置では、サージ波形は、その高周波成分により鉄心形変流器１１ａ，１１ｂで減衰し、さらにフィルタ回路１５ａ，１５ｂで減衰することになる。例えば地絡電流が小さい事故では、発生するサージ波形の振幅はもともと小さいため、サージ波形が鉄心形変流器１１ａ，１１ｂおよびフィルタ回路１５ａ，１５ｂで減衰すると、配線１３ａ，１３ｂ、負担抵抗１４ａ，１４ｂ、およびフィルタ回路１５ａ，１５ｂ等で発生する外部ノイズとの分離が難しくなり、中央処理装置１７で正確にサージ波形の起点を検出することが困難になる場合がある。
　これに対し、本実施の形態に係る事故点標定装置では、サージ波形を、微分検出型のロゴスキーコイル１ａ，１ｂを用いて検出することにより、サージ波形が有する周波数に比例する振幅の波形で検出することができ、外部ノイズに対するサージ波形の振幅比を高くし、微小な事故時のサージ波形でも正しく事故点を標定することができる。
　また、従来の事故点標定装置では、ＡＤ変換後にサージ波形の起点を求める等の処理を実行しているが、本実施の形態では、比較回路６ａ，６ｂにて、アナログ信号の比較により、閾値以上のサージ波形に対してはパルス信号を出力し、中央処理装置７におけるサージの起点を求めやすいように処理しているので、精度も高く、また、メモリも要しない。
　なお、本実施の形態では、サージ信号の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタ回路４ａ，４ｂを用いるようにしたので、帯域通過フィルタ回路４ａ，４ｂ通過後の信号にはサージ波形のみが含まれることとなり、比較回路６ａ，６ｂにて検出レベル信号との大小を比較するだけでサージ波形を検出することができる。これに対し、従来の事故点標定装置のように、ローパスフィルタであるフィルタ回路１５ａ，１５ｂを用いた場合は、中心導体２を流れる商用周波数成分を除外することができないので、比較回路６ａ，６ｂにて検出レベル信号との大小を比較するだけでサージ波形を検出することはできない。
　また、特許文献１では、電気回路の故障点を標定する標定区間の両側に配置する変流器の一方を空心形変流器とし、他方を鉄心形変流器とし、この鉄心形変流器の二次側には補助空心形変流器を接続した構成が記載されている。しかしながら、空心形変流器および補助空心形変流器はサージ波形の起点を求めるために、波形を微分する手段として設けられており、本実施の形態のように、微小なサージ波形を検出するための具体的な構成（本実施の形態の信号検出装置３０ａ，３０ｂ）は開示されていない。実際、特許文献１では、空心形変流器の後段に積分器を設けるなど、本実施の形態とは信号処理の構成が異なる。
　また、特許文献２でも、サージ波形の起点を求めるための手段として、ロゴスキーコイル等の電流センサを使用することが記載されているが、本実施の形態のように、微小なサージ波形を検出するための具体的な構成は開示されていない。
　以上のように、本発明は、ガス絶縁開閉装置の事故点標定装置として有用である。
　１ａ，１ｂ　ロゴスキーコイル、２　中心導体、３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ　配線、４ａ，４ｂ　帯域通過フィルタ回路、５ａ，５ｂ　検出レベル信号生成回路、６ａ，６ｂ　比較回路、７，１７　中央処理装置、１１ａ，１１ｂ　鉄心形変流器、１４ａ，１４ｂ　負担抵抗、１５ａ，１５ｂ　フィルタ回路、１６ａ，１６ｂ　ＡＤ変換器、２０　タンク、３０ａ，３０ｂ　信号検出装置、４０　時間差検出部、４１　事故点標定部。

Claims (2)

  1. 　ガス絶縁開閉装置内に配置され、当該ガス絶縁開閉装置の中心導体に貫通される第１のロゴスキーコイルと、
    　前記ガス絶縁開閉装置内に配置され、前記第１のロゴスキーコイルと間隔をおいて配置されるとともに、前記中心導体に貫通される第２のロゴスキーコイルと、
    　前記第１のロゴスキーコイルに接続され、当該第１のロゴスキーコイルの出力信号のうち、前記ガス絶縁開閉装置内で発生したサージ波形の周波数帯域のみを通過させる第１の帯域通過フィルタ回路と、
    　前記第２のロゴスキーコイルに接続され、当該第２のロゴスキーコイルの出力信号のうち、前記サージ波形の周波数帯域のみを通過させる第２の帯域通過フィルタ回路と、
    　予め設定された大きさの検出レベル信号を生成する第１の検出レベル信号生成回路と、
    　前記第１の帯域通過フィルタ回路の出力信号と、前記第１の検出レベル信号生成回路から出力された検出レベル信号とを比較し、当該出力信号の大きさが当該検出レベル信号の大きさ以上の場合にのみサージ検出信号を出力する第１の比較回路と、
    　前記第１の検出レベル信号生成回路が生成する検出レベル信号と同じ大きさの検出レベル信号を生成する第２の検出レベル信号生成回路と、
    　前記第２の帯域通過フィルタ回路の出力信号と、前記第２の検出レベル信号生成回路から出力された検出レベル信号とを比較し、当該出力信号の大きさが当該検出レベル信号の大きさ以上の場合にのみサージ検出信号を出力する第２の比較回路と、
    　前記第１および第２の比較回路からそれぞれ出力されたサージ検出信号の起点の時間差を算出する時間差検出部と、
    　前記時間差に基づいて事故点を標定する事故点標定部と、
    　を備えることを特徴とするガス絶縁開閉装置の事故点標定装置。
  2. 　前記第１の比較回路は、前記サージ検出信号としてパルス信号を出力し、
    　前記第２の比較回路は、前記サージ検出信号としてパルス信号を出力し、
    　前記時間差検出部は、前記第１および第２の比較回路からそれぞれ出力されたパルス信号の起点の時間差を算出することを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置の事故点標定装置。
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