WO2016136053A1 - 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

スイッチギヤおよびスイッチギヤの部分放電検出方法 Download PDF

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WO2016136053A1
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partial discharge
switchgear
conductor
discharge detection
conductive layer
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安部　淳一
知孝 矢野
木村　俊則
大樹 道念
克輝 堀田
吉村　学
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三菱電機株式会社
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    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
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    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
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    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/065—Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects

Definitions

  • the present invention relates to a switchgear used in an electric power system and a method for detecting partial discharge of the switchgear.
  • Switchgear must be insulated from the surroundings because it is used under high voltage. Products that ensure insulation by using a vacuum valve molded with epoxy resin without using an insulating gas have been shipped. However, if the degree of vacuum in the vacuum vessel decreases due to the occurrence of cracks in the vacuum vessel or the like, dielectric breakdown occurs when the contacts are opened, current cannot be interrupted, and equipment is damaged in the worst case. Therefore, in order to predict the vacuum degree deterioration and aging deterioration of the vacuum circuit breaker, a method of detecting partial discharge is used.
  • a structure in which a vacuum circuit breaker is molded and the outer peripheral surface thereof is covered with a metal layer and grounded, a notch of the metal layer is provided, a recess is formed in the notch, and an antenna is installed is disclosed.
  • Patent Document 1 a partial discharge detection method using a coupling capacitor having one end grounded by a detection element and using an inductance as the detection element is disclosed (for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 3 a partial discharge sensor for a power cable in which conductive electrodes are provided on the entire circumference of a plastic sheath and accommodated in a metal shield container.
  • JP 59-175523 page 6 and FIG. 12
  • JP 05-31888 A paragraphs [0018], [0019] and FIG. 1
  • Patent Document 1 has a problem of erroneously detecting that partial discharge has occurred when noise is superimposed on the ground potential layer.
  • Patent Document 2 it is expensive to install an inductance, and when high frequency noise is superimposed on the coupling capacitor, there is a problem that the noise propagates as it is.
  • Patent Document 3 has a problem of erroneous detection when noise is superimposed on the conductive outer coating itself.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a switch gear and a switch gear partial discharge detection method capable of detecting partial discharge without erroneous detection.
  • a switchgear according to the present invention is a switchgear having a switchgear body, an insulator covering the switchgear body, and a partial discharge detection sensor for detecting a partial discharge generated in the switchgear body or the insulator.
  • the detection sensor has a conductive layer covering the surface layer of the insulator, a sensor conductor surrounded by the conductive layer, and a conductor pattern connected between the conductive layer and the sensor conductor. It is grounded at commercial frequencies and high impedance at high frequencies.
  • a partial discharge detection method for a switchgear includes a conductive layer covering a surface layer of an insulator covering the switchgear body, a sensor conductor surrounded by the conductive layer, and the conductive layer and the sensor conductor. It is a partial discharge detection sensor having a conductor pattern connected in between, and the conductor pattern is grounded at a commercial frequency, and a partial discharge detection sensor having a high impedance in a high frequency region, the surface layer of the insulator of the switchgear body, Partial discharge generation using the step of installing partial discharge detection sensors at multiple locations, the step of receiving partial discharge signals from multiple partial discharge detection sensors, and the amplitude and time difference of each partial discharge signal, or both It consists of the process of locating the position.
  • the partial discharge detection sensor connects the conductive layer covering the surface layer of the insulator, the sensor conductor surrounded by the conductive layer, the conductive layer and the sensor conductor, Because it consists of a conductor pattern that is grounded at the commercial frequency and has a high impedance in the high-frequency region, even if noise is superimposed on the external conductive layer, it is blocked by the conductor pattern that has a high impedance at a high frequency. Therefore, false detection due to noise can be eliminated.
  • the partial discharge detection method for a switchgear includes a conductive layer covering a surface layer of an insulator, a sensor conductor surrounded by a conductive layer, and the conductive layer and the sensor conductor connected to each other and grounded at a commercial frequency.
  • a conductive layer covering a surface layer of an insulator, a sensor conductor surrounded by a conductive layer, and the conductive layer and the sensor conductor connected to each other and grounded at a commercial frequency.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a partial discharge detection sensor according to a switchgear according to Embodiment 1 of the present invention. It is explanatory drawing of the noise reduction effect by the electrically conductive pattern which concerns on the switchgear of Embodiment 1 of this invention. It is a fragmentary sectional view which shows the structure of the switchgear of Embodiment 1 of this invention. It is another structural diagram of the partial discharge detection sensor according to the switchgear of the first embodiment of the present invention. It is another structural diagram of the partial discharge detection sensor according to the switchgear of the first embodiment of the present invention.
  • Embodiment 1 FIG.
  • the conductive layer covering the surface of the insulating resin covering the switchgear body, the sensor conductor surrounded by the conductive layer, the conductive layer and the sensor conductor are connected, and grounded at a commercial frequency.
  • the present invention relates to a switchgear that detects a partial discharge generated in a switchgear main body or an insulator using a partial discharge detection sensor having a conductor pattern having a high impedance in a high-frequency region.
  • FIGS. 1 and 4 which are partial sectional views of the switchgear
  • FIG. 2 which is a structural diagram of the partial discharge detection sensor
  • noise reduction by the conductive pattern The effect will be described with reference to FIG. 3 which is an explanatory view of the effect
  • FIGS. 1 and 4 which are partial sectional views of the switchgear
  • FIG. 1 shows a configuration of the switch gear 100 and a cross section of the switch gear body to be detected.
  • a vacuum circuit breaker will be described as an example of a switch gear.
  • the switch gear 100 includes a vacuum circuit breaker 1 as a switch gear body, a partial discharge detection sensor 11, a coaxial cable 17, and a signal processing device 18.
  • the vacuum circuit breaker 1 includes a vacuum valve 2, a driving device 7, an insulating resin 8, and a conductive layer 10.
  • the vacuum valve 2 includes a fixed electrode 3 and a movable electrode 4 therein, and in the event of an accident, the movable electrode 4 is opened by the drive device 7 via the bellows 5 to interrupt the accident current.
  • An arc shield 6 is provided to prevent arc melt generated between the electrodes when the fault current is interrupted from adhering to the inner surface of the vacuum valve 2.
  • the vacuum valve 2 is covered with an insulating resin 8, and the outer surface of the insulating resin 8 is covered with a grounded conductive layer 10.
  • a glass epoxy resin, a silicone resin, or the like is used as the material of the insulating resin 8.
  • a conductive paint containing carbon, silver, or the like, or a conductive metal film or foil is used as the material of the insulating resin 8.
  • the partial discharge detection sensor 11 includes a conductive layer 10, a sensor conductor 12, and a conductor pattern 13. As shown in FIG. 2, a sensor conductor 12 having a quadrangular shape is provided by cutting out a part of the conductive layer 10. The sensor conductor 12 is connected to the conductive layer 10 via a conductor pattern 13 having a high impedance (for example, several hundred ⁇ to 1 M ⁇ ) in the high frequency region of several hundred MHz to several GHz, for example. Connected. The discharge signal due to partial discharge has a component of several hundred MHz to several GHz.
  • the wavelength ⁇ is 1 m, and therefore the size of the sensor conductor 12 is 1 ⁇ 4 of a 25 cm square. It will be about.
  • the wavelength is 10 cm, and therefore the size of the sensor conductor 12 is about 1/4 of the 2.5 cm square.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the noise reduction effect of the conductor pattern 13 having high impedance.
  • FIG. 3A shows the noise level superimposed on the conductive layer 10.
  • FIG. 3B shows the noise level propagating to the sensor conductor 12.
  • the reflection coefficient ⁇ is expressed by Expression (1).
  • ⁇ (Za ⁇ Zc) / (Za + Zc) (1)
  • Za is the impedance of the conductive layer 10
  • Zc is the impedance of the conductor pattern 13.
  • the impedance of the conductive layer 10 through which noise propagates is 50 ⁇
  • the impedance of the conductor pattern 13 that is the high impedance portion is 300 ⁇ .
  • the reflection coefficient ⁇ is 0.71, and 70% of the noise is reflected. That is, when the noise voltage shown in FIG. 3A is A, the noise voltage propagated to the sensor conductor 12 shown in FIG. 3B is 0.3A. If the impedance of the conductor pattern 13 is increased to 1 M ⁇ , the noise voltage propagated to the sensor conductor 12 becomes substantially zero.
  • the vacuum circuit breaker 1 uses the conductive layer 10 as the conductive layer 10 of the partial discharge detection sensor 11 because the outside of the insulating resin 8 is covered with the conductive layer 10.
  • the sensor conductor 12 is connected to the center line 17 a of the coaxial cable 17, and the conductive layer 10 is connected to the outer conductor coating layer 17 b of the coaxial cable 17.
  • the other end of the center line 17 a of the coaxial cable 17 is connected to the signal processing device 18.
  • the other end of the outer conductor coating layer 17 b of the coaxial cable 17 is not connected to the signal processing device 18. This is because, since the vacuum circuit breaker 1 is a high voltage device, the signal processing device 18 needs to be grounded. However, when the conductive layer 10 and the signal processing device 18 are connected, a double grounding is performed, and current can flow to the ground. Because there is sex. However, as shown in FIG. 4, an insulation transformer 19 for the frequency band of the discharge signal may be provided inside the signal processing device 18 so as not to be double grounded.
  • the sensor conductor 12 installed on the conductive layer 10 on the surface of the insulating resin 8 is grounded by the conductor pattern 13 having high impedance at high frequencies. For this reason, even if high frequency noise is superimposed on the conductive layer 10, the noise is not propagated to the sensor conductor 12 because it is blocked by the conductor pattern 13. Therefore, it is possible to prevent the external noise superimposed on the conductive layer 10 from being erroneously detected as the occurrence of partial discharge inside the insulating resin 8.
  • the outside of the insulating resin 8 is covered with a conductive layer 10, and this conductive layer 10 is used as the conductive layer 10 of the partial discharge detection sensor 11.
  • the partial discharge detection sensor 11 described in the first embodiment can be formed by separately covering with a conductive layer and using this conductive layer.
  • the sensor conductor 12 is a quadrangle, but the same effect can be obtained with other shapes of sensor conductors. That is, even if high frequency noise is superimposed on the conductive layer 10, it is blocked by the conductor pattern 13, so that noise does not propagate to the sensor conductor 12, thereby preventing erroneous detection.
  • a partial discharge detection sensor using a sensor conductor of another shape will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 5 shows a circular sensor conductor 12 and FIG. 6 shows an elliptic sensor conductor 12, but other triangles or polygons may be used.
  • a plurality of the conductor patterns 13 can be provided in parallel. 7 shows two conductor patterns 13, FIG. 8 shows three conductor patterns 13, and FIG. 9 shows four conductor patterns 13. However, the number of conductor patterns 13 may be more than that.
  • the inductance component can be increased even by a thick pattern by bending the relatively thick conductor pattern 13 into a shape having a plurality of bent portions.
  • a plurality of conductor patterns 13 having a plurality of bent portions can be provided in parallel. 10, one conductor pattern 13 having a plurality of bent portions, FIG. 11 has two conductor patterns 13 having a plurality of bent portions, and FIG. 12 has a shape having a plurality of bent portions. Although three conductor patterns 13 and four conductor patterns 13 having a plurality of bent portions in FIG. 13 are used, the number of conductor patterns 13 may be more than that.
  • the sensor conductor 12 may be cut and have a floating potential.
  • the safety can be further improved by increasing the number of the conductor patterns 13 as shown in FIGS.
  • FIG. 14 shows an example in which the conductor pattern 13 is formed to rotate around the sensor conductor 12.
  • the sensor conductor 12 By forming the sensor conductor 12 in a spiral shape, the sensor conductor 12 functions as a loop antenna, so that a partial discharge detection sensor with higher sensitivity can be obtained.
  • FIG. 15 shows an example in which the sensor conductor 12 has a spiral shape. When the sensor conductor 12 is spiral, the boundary between the sensor conductor 12 and the conductor pattern 13 is not clear. In FIG. 15, the L portion connected to the conductive layer 10 is a conductor pattern 13.
  • the vacuum circuit breaker has been described as an example of the switch gear.
  • the partial discharge detection sensor 11 can be applied to a power cable or a transformer to configure the switch gear.
  • a case where the partial discharge detection sensor 11 of the first embodiment is applied to a power cable will be described.
  • Some power cables have a structure in which a central conductor is covered with an insulator, and others have a structure in which the insulator is further covered with an outer metal layer.
  • the partial discharge detection sensor 11 can be installed in an external insulating portion of the cable, for example, every 10 m.
  • the partial discharge detection sensor 11 is formed by processing the outer metal layer to provide the sensor conductor 12 and the conductor pattern 13. For example, it is possible to adopt a configuration in which objects are provided every 10 m.
  • the switchgear according to the first embodiment includes the conductive layer covering the surface layer of the insulating resin that covers the switchgear body, the sensor conductor surrounded by the conductive layer, the conductive layer, and the sensor conductor.
  • a partial discharge generated in the switchgear body or the insulator is detected using a partial discharge detection sensor comprising a conductor pattern which is grounded at a commercial frequency and has a high impedance in a high frequency region. Therefore, even if noise is superimposed on the external conductive layer, it is blocked by the conductor pattern having high impedance in high frequency and does not propagate to the sensor conductor, so that erroneous detection due to noise can be eliminated.
  • FIG. 1 The switchgear of the second embodiment has a structure in which the partial discharge detection sensor of the first embodiment is attached when necessary.
  • FIG. 16 is a partial cross-sectional view of the switch gear, focusing on differences from the first embodiment.
  • FIG. 16 the same or corresponding parts as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the switch gear 200 and the partial discharge detection sensor 21 are used.
  • the vacuum circuit breaker 1 will be described as an example of a switch gear.
  • the switch gear 200 includes the vacuum circuit breaker 1, the partial discharge detection sensor 21, and the signal processing device 18. Since the vacuum circuit breaker 1 and the signal processing device 18 are the same as those in the first embodiment, the structure of the partial discharge detection sensor 21 will be described below.
  • the partial discharge detection sensor 21 is provided with a portion where the conductive layer 10 of the switchgear 200 is cut out in advance, and at the time of partial discharge detection, the sensor conductor 12 and the conductor pattern 13 are attached to the cutout portion of the conductive layer, A partial discharge detection sensor is formed. That is, a portion where the conductive layer 10 is not provided on the surface layer of the insulating resin 8 is provided in advance, and the partial discharge detection sensor 21 which is provided with the sensor conductor 12 and the conductor pattern 13 on the surface and integrated with the coaxial cable 17 is later insulated. 8 is a structure to be mounted on top. At the time of attachment, the conductor pattern 13 is connected to the surface conductive layer 10 of the insulating resin 8.
  • the partial discharge detection sensor 21 is integrated with the coaxial cable 17 and molded with an insulating resin or the like.
  • the partial discharge detection sensor 21 of the second embodiment By adopting the structure of the partial discharge detection sensor 21 of the second embodiment, the partial discharge detection sensor shown in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 4 to FIG. Therefore, the partial discharge detection sensor can be easily manufactured and installed. Moreover, the noise reduction effect similar to the noise reduction effect of the conductor pattern 13 demonstrated in FIG. 3 of Embodiment 1 is acquired.
  • the switchgear of the second embodiment has a structure in which the partial discharge detection sensor of the first embodiment is attached when necessary. Therefore, even if noise is superimposed on the external conductive layer, it is blocked by the conductor pattern having high impedance in high frequency and does not propagate to the sensor conductor, so that erroneous detection due to noise can be eliminated. Furthermore, the partial discharge detection sensor can be easily manufactured and installed.
  • Embodiment 3 The switchgear of the third embodiment has a structure in which a conductive cover is attached to the partial discharge detection sensor of the first embodiment.
  • FIG. 17 is a partial cross-sectional view of the switch gear, focusing on differences from the first embodiment.
  • FIG. 17 the same or corresponding parts as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the switch gear 300 and the partial discharge detection sensor 31 are used.
  • the structure of the switchgear 300 of Embodiment 3 of this invention is demonstrated.
  • a vacuum circuit breaker will be described as an example of a switch gear.
  • the switch gear 300 includes the vacuum circuit breaker 1, the partial discharge detection sensor 31, and the signal processing device 18. Since the vacuum circuit breaker 1 and the signal processing device 18 are the same as those in the first embodiment, the structure of the partial discharge detection sensor 31 will be described.
  • the partial discharge detection sensor 31 includes a conductive layer 10, a sensor conductor 12, a conductor pattern 13, and a coaxial cable 17, and has a structure integrated with the coaxial cable 17.
  • the conductor cover 14 is connected to the conductive layer 10 and is installed so as to cover the entire sensor conductor 12 and conductor pattern 13.
  • the conductor cover 14 may be made of a metal plate or a conductive resin sheet.
  • the partial discharge detection sensor 31 of the third embodiment By adopting the structure of the partial discharge detection sensor 31 of the third embodiment, the partial discharge detection sensor shown in FIGS. 1, 2, and 4 to 15 described in the first embodiment is directly applied from the outside. Even when noise propagates to the sensor conductor 12 due to radiation, since it is shielded by the conductor cover 14, false detection due to external noise can be reduced. Moreover, the noise reduction effect similar to the noise reduction effect of the conductor pattern 13 demonstrated in FIG. 3 of Embodiment 1 is acquired.
  • the partial discharge detection sensor 31 has a structure integrated with the coaxial cable 17, the external discharge noise can be similarly applied to a structure in which the conductor cover 14 is simply added to the partial discharge detection sensor 11 of FIG. 1 without being integrated. Can reduce false detections.
  • the switch gear of the third embodiment has a structure in which a conductive cover is attached to the partial discharge detection sensor of the first embodiment. Therefore, even if noise is superimposed on the external conductive layer, it is blocked by the conductor pattern having high impedance in high frequency and does not propagate to the sensor conductor, so that erroneous detection due to noise can be eliminated. Furthermore, false detection due to external noise can be reduced.
  • Embodiment 4 FIG.
  • the switchgear of the fourth embodiment has a structure in which the partial discharge detection sensor of the first embodiment is attached when necessary, and further has a structure in which a conductor cover is attached.
  • FIG. 18 is a partial cross-sectional view of the switch gear, focusing on differences from the first embodiment.
  • FIG. 18 the same or corresponding parts as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the switch gear 400 and the partial discharge detection sensor 41 are used.
  • the vacuum circuit breaker 1 will be described as an example of a switch gear.
  • the switch gear 400 includes the vacuum circuit breaker 1, the partial discharge detection sensor 41, and the signal processing device 18. Since the vacuum circuit breaker 1 and the signal processing device 18 are the same as those in the first embodiment, the structure of the partial discharge detection sensor 41 will be described.
  • the partial discharge detection sensor 41 includes a sensor conductor 12, a conductor pattern 13, a conductor cover 14, and a coaxial cable 17, and has a structure integrated with the coaxial cable 17.
  • the conductive layer of the partial discharge detection sensor 41 uses the conductive layer 10 on the insulating resin 8 of the vacuum circuit breaker 1.
  • a partial discharge detection sensor 21 integrated with a coaxial cable 17 is provided in advance by providing a portion where the conductive layer 10 is not provided on the surface layer of the insulating resin 8 of the vacuum circuit breaker 1. It is attached on the insulating resin 8 later. At the time of attachment, the conductor pattern 13 and the conductor cover 14 are connected to the surface conductive layer 10 of the insulating resin 8.
  • the conductor cover 14 is connected to the conductive layer 10 and covers the entire sensor conductor 12 and conductor pattern 13. It has become.
  • the conductor cover 14 may be made of a metal plate or a conductive resin sheet.
  • the partial discharge detection sensor 41 of the fourth embodiment it is not necessary to provide the partial discharge detection sensor on the insulating resin 8 in advance, so that the partial discharge detection sensor can be easily manufactured and installed. Furthermore, even when noise propagates to the sensor conductor 12 by radiation directly from the outside to the partial discharge detection sensor, since it is shielded by the conductor cover 14, false detection due to external noise can be reduced. Moreover, the noise reduction effect similar to the noise reduction effect of the conductor pattern 13 demonstrated in FIG. 3 of Embodiment 1 is acquired.
  • the switchgear of the fourth embodiment has a structure in which the partial discharge detection sensor of the first embodiment is attached when necessary, and further has a structure in which a conductor cover is attached. Therefore, even if noise is superimposed on the external conductive layer, it is blocked by the conductor pattern having high impedance in high frequency and does not propagate to the sensor conductor, so that erroneous detection due to noise can be eliminated. Furthermore, the partial discharge detection sensor can be easily manufactured and installed, and erroneous detection due to external noise can be reduced.
  • Embodiment 5 The partial discharge detection method for the switchgear according to the fifth embodiment is that the partial discharge detection sensors according to the first embodiment are installed at a plurality of locations on the switchgear body to determine the partial discharge position.
  • FIG. 19 is a configuration diagram of a switchgear to which this method is applied and FIG. 20 which is a circuit block diagram of a signal processing device.
  • FIG. 19 the same or corresponding parts as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the switch gear 500 includes a switch gear body 501, a partial discharge detection sensor 11, and a signal processing device 518.
  • the switchgear main body 501 includes three vacuum valves 2 and three driving devices 7.
  • the vacuum valve 2 is divided into a grounding, a disconnecting and a shut-off according to the purpose.
  • the upper left driving device 7a in FIG. 19 is connected to the grounding vacuum valve 2a, and the lower left driving device 7b is a shutting vacuum valve 2b. Connected with.
  • the lower left vacuum valve 2b is connected to the disconnecting vacuum valve 2c driven by the lower right drive unit 7c in FIG. 19 by an insulation molded conductive conductor. This is an example, and disconnection and interruption may be performed with one vacuum valve depending on circuit conditions.
  • the vacuum valve on the lower right side is for disconnecting from the power system or for grounding.
  • the disconnector filled with the gas of atmospheric pressure or atmospheric pressure or more may be sufficient. If it is for interruption
  • the partial discharge detection sensor 11a is installed on the surface layer in the middle of the left ground vacuum valve 2a and the shutoff vacuum valve 2b.
  • the partial discharge detection sensor 11b is installed on the surface layer of the conductive portion for connecting the disconnecting vacuum valve 2b and the disconnecting vacuum valve 2c.
  • the partial discharge detection sensor 11c is installed in the surface layer of the upper part of the right disconnection vacuum valve 2c. Detection signals from the partial discharge detection sensors 11a to 11c are input to the signal processing device 518.
  • the signal processing device 518 includes a branching circuit 521, a detection circuit 522, an arithmetic circuit 523, and a display circuit 524. From the signals received by the sensor conductors 12 of the plurality of partial discharge detection sensors 11a to 11c, the branching circuit 521 extracts only signals in a specific frequency band. Next, the signal strength is calculated by the detection circuit 522, and the signal strength comparison is performed by the arithmetic circuit 523, whereby the position where the partial discharge is generated can be determined.
  • the arithmetic circuit 523 by calculating the arrival time difference between the signals received by the partial discharge detection sensors 11a to 11c with the arithmetic circuit 523, it is possible to determine at which position the partial discharge is generated.
  • the generation position of the partial discharge determined by the arithmetic circuit 523 is displayed by the display circuit 524. Furthermore, by performing both signal intensity comparison and arrival time difference calculation, the accuracy of partial discharge position identification can be increased. Therefore, when a partial discharge occurs, it is possible to reduce the time for investigating to identify the partial discharge position.
  • the partial discharge detection sensors 11 a to 11 c are installed at a plurality of locations on the surface layer of the switchgear main body 501.
  • the signal processor 518 receives partial discharge signals from the plurality of partial discharge detection sensors 11a to 11c.
  • the signal processing device 518 determines the partial discharge occurrence position using each or both of the amplitude and time difference of each partial discharge signal.
  • the partial discharge detection method for the switch gear according to the fifth embodiment is to install the partial discharge detection sensors according to the first embodiment at a plurality of locations to determine the partial discharge position. Therefore, even if noise is superimposed on the external conductive layer, it is blocked by the conductor pattern having high impedance in high frequency and does not propagate to the sensor conductor, so that erroneous detection due to noise can be eliminated. Furthermore, the partial discharge generation position can be determined.
  • the present invention relates to a switchgear and a switchgear partial discharge detection method capable of detecting partial discharge without erroneous detection, and can be widely applied to a partial discharge detection device and detection method for power equipment.

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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

スイッチギヤおよびスイッチギヤの部分放電検出方法
　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）。
特開昭５９－１７５５２３号公報（第６頁および図１２） 特開平０２－２９６１６１号公報（第２頁および図１） 特開平０５－３１２８８８号公報（段落［００１８］、［００１９］および図１）
　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。
この発明の実施の形態１のスイッチギヤの構成を示す部分断面図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る導電パターンによるノイズ低減効果の説明図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤの構成を示す部分断面図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態１のスイッチギヤに係る部分放電検出センサの他の構造図である。 この発明の実施の形態２のスイッチギヤに係る断面図である。 この発明の実施の形態３のスイッチギヤに係る断面図である。 この発明の実施の形態４のスイッチギヤに係る断面図である。 この発明の実施の形態５のスイッチギヤの部分放電検出方法に係る装置の構成図である。 この発明の実施の形態５のスイッチギヤの部分放電検出方法に係る信号処理装置の回路ブロック図である。
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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。

Claims (8)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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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