JPH01243327A - 開閉機器の異常監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は開閉機器の異常検出装置に係り、特に異常検出
信頼度の向上に好適な異常判定論理回路の構成を備えた
開閉機器の異常検出装置に関する。

〔従来の技術〕

電力輸送の高品質化のため開閉機器を含む送変電機器の
高信頼度化が望まれている。その−手法として１機器に
生じた異常を事前に検知し１重大事故を未然に防止する
予防保全技術がある。開閉機器に接触不良などの通電異
常があると、局所過熱、部分放電、それらに伴なう絶縁
ガスの分解などの現象が現われる。従来技術によるこれ
らの現象の検出方式として次のようなものがある。局所
過熱では、特開昭５６−３１３２３号公報に記載のよう
に容器表面温度を測定するもの、ガスの分解では実公昭
５７−３６３号公報、部分放電の検出では特開昭５９−
２５１８号公報等に記載のものが提案されている。その
他にも容器の中にセンサを挿入して異常検出するものを
含め多くの手法があるがここでは省略する。これらの方
式に共通していえるとは実際に開閉機器が設置される変
電所現地では環境がらくるノイズにより異常検出精度に
限界があることである。更に、特開昭５５−４１１１３
号公報に記載のように一台の装置に多数のセンサを搭載
し、複数の現象を監視するものもあるが、一つの現象に
外乱が生じると一つの警報が出るため誤動作の頻度が増
す可能性がある。このため、特開昭５９−１０１２５号
に記載のように−っの現象である部分放電を、電気パル
スと超音波パルスを検出する２つのセンサの組み合わせ
で検出判定し精度向上を図っているものもあるがまだ充
分とはいえない。すなわち、異なる原因による同種の現
象が起きたとき、これを異常とみなして誤動作し、異常
信号を発生する可能性があるためである。例えば、真夏
の直射日光でタンク温度が異常に上昇すると温度センサ
が働らき、遮断器が正常な遮断動作をしたときでも遮断
電流アーク放電で分解ガスが発生し分解ガスセンサが動
作し、またサージ性の過電圧等で遮断器近傍の接地線等
で火花放電が発生すると部分放電センサが誤動作する。

この様に通電異常に伴なう現象を個別に監視すると異な
る原因に基づく同種の現象が起きたとき誤動作を生む可
能性がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の開閉機器の異常検出装置においては、予防保全シ
ステムが作動し警報を出すと、該当機器を送電系統から
切離して異常有無を点検しなければならず、誤動作の影
響は大きいにもかかわらず、信頼性の面ではまだ充分な
ものとはいえない問題があった。

本発明の目的は、より高信頼度で異常検出できる開閉機
器の異常検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、通電異常に伴なう局所過熱、部分放電、絶
縁ガスの分解などの現象のうち、２つ以上の現象が同時
に検出されたときに異常警報を出すように構成すること
により、達成される６〔作用〕 開閉機器の通電部に何らかの理由で接触不良等の通電異
常が発生すると初期にはその周辺で数十度の温度上、昇
が生ずる。送電系統の運用状態により通電電流が変化す
るとそれに応じて導体が熱膨張、熱収縮を繰返し、通電
部の異常は数日〜数ケ月を要して次第に進展して局所温
度は数百度に達する。開閉機器に絶縁性ガスとして一般
的に封入されるＳＦｓガスでは２００〜４００℃で分解
が始まり、５ＯｚＦｚ、ＨＦ、ＳＯ２等の分解ガスを生
成し始める。さらに異常が進展すると通電電接面で通電
電流の局所集中から電極材料の溶解が起こり火花の発生
を伴う部分放電が間欠的に起こり始める。部分放電アー
クにさらされたＳＦａガスの分解速度が増すとともに、
通電部の異常が加速度的に進展し、数十時間〜数日で通
電不能に陥り地絡等の重大事故に至る。このように通電
異常の進展過程は数ケ月の時間を要すためこの間に異常
を検出できれば地絡を未然に防止することが可能である
。

上述のように開閉機器の通電異常進展過程では初期には
局所過熱、中期には局所過熱とガス分解、末期には局所
過熱、ガス分解と部分放電の現象を並行して発生するの
で、それらの検出装置が正常に作動していれば最終様相
に至る迄に必ず複数の現象が検出可能である。

また異なる故障様相として例えば高電位部に設置された
電界緩和シールドの固定部位で電気的な接触不良が生ず
るとシールドが浮動電位となりコロナ放電が発生する。

この場合にも前記と同様にガス分解が起こり現象として
は部分放電とガス分解が検出される。この状態で外部か
ら雷等のサージ性の電圧が侵入すると即座に地絡に至る
。従って１局所過熱とガス分解が検出されたときは未だ
異常進展の中期であるが、部分放電とガス分解、もしく
はこれらに加え局所過熱が検出されたときは異常進展の
最終様相に近い状態であると考えられる。

このことから、２つ以上の現象がとらえられたとき異常
警報を出すようにすることにより、異常検出の信頼性を
向上することができるとともに。

検出された現象が局所過熱とガス分解１部分放電とガス
分解の組合わせにより異なる異常警報を出すよう構成す
ることにより、より柔軟性に富んだシステムとすること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の開閉機器の異常検出装置の一実施例を第
１図により説明する。この図は、遮断部を２個直列に接
続した２点切り遮断器に本発明を適用した例で、その−
相分を模式的に示したものである。気密容器である接地
電位のタンク１にブッシング２，２′で気密絶縁支持さ
れた導体３に。

しゃ断部４，４′が電気的に接続され図示しない支持体
により絶縁支持されている。導体３には。

他端を他の送変電機器もしくは送電線等に接続された外
部導体５．５′が接続され通電回路が構成されている。

この構成例において遮断器の内部に接触不良等の通電異
常の検出センサとして、温度検出用熱電対６．６’　、
定電位電解式の亜硫酸ガス検知器７、接地線８に流れる
電流パルスを検出するホール素子で構成された電流パル
ス検出器９、タンク１に沿って張られたアンテナ１０で
空中電磁波を検出する電磁波計１１が装備されている。

これら各センサはそれぞれ判定回路１２，１３゜１４．
１５に接続され、判定回路１２，１３゜１４．１５はあ
らかじめ設定された検出方式に基づいて入力信号の異常
有無を判断する。ここで用いた異常検出の原理を個別に
説明する。まず温度上昇は、本例では遮断部の異常検出
を対象としてタンク表面の遮断部４，４′上部近傍に熱
電対６゜６′を設置している。高電位部の温度を直接絶
縁測定する手法はあるが、遮断器本体の信頼度を損なう
ことなく異常診断する外部診断方式とした。

測定点の数は、他の接続部も対象として必要に応じて増
すことは可能である。また、熱電対の設置に際しては、
タンク１のサージ性の電位上昇に耐える絶縁が必要であ
り、しかも日照風雨の影響を軽減する断熱材で周囲を覆
うことが必要となるが発明の本質から離れるので図では
略した。温度測定方式そのものも、タンク１表面から放
射される赤外線量を検出する非接触測定を含め多くの方
式があるが、特に測定方式を限定する必要はない。

熱電対６，６′の出力は、判定回路１２に接続されると
同時に、他相の遮断器の対応する位置での測定結果も、
測定線１６を介して判定回路１２に接続されている。判
定回路１２は、異なる相（ここでは三相）の間のばらつ
きが、あらかじめ設定された値（例えば５Ｋ）を越えた
とき出力を出すよう構成されている。タンク１温度は、
通電電流及び日照風雨の外部条件の影響を受は易いため
、これらの影響の類似した他相の同一部位の温度を判定
基準として選ぶのが望ましいことである。これにより、
遮断器の内部に通電異常が発生した場合は、異常部から
発生した熱による温度上昇は検出可能となる。通電異常
に付随する現象として、熱及びアーク放電による雰囲気
ガスの分解がある。

絶縁性ガスとしてＳＦｓガスを用いた場合には、ＳＦａ
、Ｆ２．ＳＯ２，ＨＦ、５Ｏ２ＦＺ等多くの分解ガスが
生成される。ガスクロマトグラフ、質量分析計等を用い
てこれらの生成量を精密に測定する手法もあるが、ここ
では簡易な定電位電解式の亜硫酸ガス検知器７を用いて
Ｓ０２ガス量を測定している。測定結果は、判定回路１
３に入力され異常有無の判定がなされるが、分解ガス量
は正常な電流遮断時にも生成されるので、この点への配
慮が必要となる。第２図に分解ガス量Ｓの時間を特性を
示してあり、時刻ｔ１において電流遮断したときの正常
時の分解ガス量１７と、異常時の分解ガス量１８を示し
ている。正常時には、時刻ｔ１において分解ガスが急激
に数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍ増加し、その後遮断器内に装備
されている吸着材の効果により、吸着材の吸着特性と平
衡するまで時定数数時間〜数十時間の減少特性を示す。

異常のある場合１８は、ある一定量の傾きで増加を続は
時刻ｔｌで電流遮断すると、そのときの発生量が重ね合
わせられた特性となる。従って、分解ガスの異常判定で
は１分解ガス量の値そのものではなく時間変化が基準値
を越えたとき出力を出すよう構成しておけばよく、その
基準値は検出器の検出感度で決定される（ここでは０．
３ｐｐｍ７日）。

通電異常に伴なう部分放電の検出は振動、電磁波、パル
ス電流等を測定する方式があるが本例では後２者を設置
し、そのいずれかが異常検知したとき。

部分放電、異常が発生したとみなす方式としている。

すなわち、アンテナ１０及び電磁波計１１で異常な電磁
波放射が検知されると、判定回路１４では基準値と比較
のうえ、これを上廻っているとき出力信号を出す。同様
に、電流パルス検出器９が異常パルスを検出すると、判
定回路１５はあらかじめ設定されている判定アルゴリズ
ムに従って処理し、基準を満たさないとき異常信号を出
力する。

いずれの測定法でも、検出感度は数十ピコクー０２７秒
の放電程度であるが、変電所現地では最大子ピコクーロ
ン／秒程度の放電に相当するバックノイズがあるため、
部分放電の検出ではバックノイズの除去が重要となる。

本構成においては判定回路１４．１５のうちいずれか一
方が異常信号を出力するとＯＲゲート１９が開きＡＮＤ
ゲート２４に対し異常信号を出力する。本構成において
は、部分放電を検出するため、電磁波センサスは電磁パ
ルスセンサのいずれかが異常を検出すればよいので、異
常の判定基準を高く設定でき（本例では２０００ピコク
一ロン／秒）相対的にバックノイズの影響を少なくする
ことが可能である０以上述べた構成で、通電異常に伴な
う発熱が検出されたときは、判定回路１２が異常信号を
出力し、分解ガスの増加が認められたときは判定回路１
３が出力する。また、部分放電が生ずると判定回路１４
．１５のいずれか又は双方が異常信号を出力し、ＯＲゲ
ート１９が動作する。これらの信号は、個別に監視盤の
表示等でモニタされる一方、それぞれの出力のいずれか
２つ以上が検出されたとき動作するよう構成されたＡＮ
Ｄゲート２０，２１゜２２とＯＲゲート２３から１通電
異常検出信号２４が出力される。すなわち、局部過熱と
分解ガスが検出されたときは、判定回路１２．１３が動
作するのでＡＮＤゲート２０が１分解ガスと部分放電が
検出されたときは、判定回路１３とＯＲゲート１９が動
作するのでＡＮＤゲート２２が、そして部分放電と局部
過熱が検出されたときＯＲゲート１９と判定回路１３が
動作するのでＡＮＤゲート２１が、また局部過熱と分解
ガスと部分放電の全てが検出されたときは判定回路１２
．１３及びＯＲゲート１９が動作するので、全てのＡＮ
Ｄゲート２０，２１．２２が動作し出方信号を発生する
。さらに、最終段に設けられたＯＲゲートは、ＡＮＤゲ
ート２０，２１．２２のうちいずれか一つが動作したと
き、出力信号を出すよう構成されているので、前述の動
作が実現される。以上の構成により、ノイズに対しても
誤動作しない信頼性の高い予防保全システムを実現する
ことができる。

本発明の異なる実施例を示す第３図のものでは、温度上
昇、ガス分解１部分放電の３種の現象が全て検出された
ときのみ異常信号を出すＡＮＤゲートを判定回路１２，
１３、ＯＲゲート１９の出力に接続したものである。こ
れにより、ＡＮＤゲート２４から出力される異常検出信
号の信頼度をさらに向上させることが可能である。

その他にも論理回路の組み方は種々が考えられるが本発
明の要点は、通電異常に付随する発熱、ガスの分解、部
分放電等異なる現象が同時に検出されたとき異常とみな
し、異常検出信号を発するようにしたことである。

また１本発明の別の実施例である第４図は、温度上昇を
検出する温度センサ６．６′とガスの分解を検出する分
解ガスセンサ７を装備し、２種のセンサで２つの異なる
現象を検出するようにしたものである。それぞれに接続
された判定回路１２゜１３の出力は、ＡＮＤゲート２０
を通して両者で異常と判定されたときのみ、異常検出信
号２４を出力する構成となっている０本例では、センサ
数が少なく構成が簡単であると同時に、部品点数が削減
できたことにより、異常検出回路の故障に対する信頼度
を向上させることが可能となっている。

更に第５図に示す実施例では同じく２種のセンサで２つ
の現象を検出した例であるが、本例では温度センサによ
る温度上昇と、超音波マイク２５により部分放電を検出
している。超音波マイク２５の出力は、アンプ２６で増
幅され判定回路２７に入る。変電所現地では、電気的誘
導ノイズ削減のため、アンプ２６と判定回路２７の間は
電気−光、光−電気変換回路を介して光ケーブル２８で
接続するのが有効である。ＡＮＤゲート２０は、温度上
昇と部分放電の２つの現象が認められたとき、異常検出
信号２４を出力する構成である０本発明は任意の２つの
現象を測定することで達成されるが、通電異常の進展過
程は初期に発熱による温度上昇が生じ、次に部分放電と
ガスの分解等が続いて起こるので、異常を早期に発見す
るという観点から、２つの現象のうち少なくとも温度上
昇を検出するのが良い。

本発明の第６図の実施例は、ガス絶縁開閉装置２９の母
線３０，３１’の接続部３１を対象として、温度センサ
６とタンク振動を検出するための加速度センサ３８及び
前置アンプ３９を設けたものである。センサの取付位置
は、通電異常の発生頻度の高い接続部近傍に設置するの
が好ましいが。

検出感度の許す範囲でセンサ数を削減することは可能で
ある。ただし絶縁スペーサ３２．３２’で仕切られたガ
ス区画１箇所に少なくとも１組のセンサを配置すること
が好ましい。前置アンプ３９の出力は判定回路４０に入
り、基準値例えば０．００５Ｇ　　（Ｇは重力加速度）
を越えたとき異常と判定される。

更に、第７ｒＪｉ！Ｉに示す実施例では、第１図に示す
実施例の判定回路に変更を加え異なる異常警報出力を出
すようにしたものである６局所加熱と分解ガスの判定回
路１２．１３の出力はＡＮＤゲート３４を通して第１の
異常警報信号３６を出力する。

同時にＯＲゲート３３を通した出力と部分放電判定回路
１４．１５のＯＲゲート１９を通した出力はＡＮＤゲー
ト３５を通して第２の異常警報信号３７を出力する。第
１の異常警報信号３６は、異常進展の中期過程を示して
おり、これが発せられたときは、機器の精密点検を実施
する等の猶予がある。第２の異常警報信号３７は、最終
様相を示しており、ただちに機器停止等の処置がとられ
る。

このように、警報の種類により対応を変えることにより
、システムの柔軟性が広がる特徴を持つ。

表１に本発明を適用して通電異常を検出するのに好適な
組合わせを示した。ここでタンク振動検出法については
、他の電気的信号の測定と検出手段がかなり異なるので
部分放電検出法と分けて考えた。表中のＯ印は有力な組
合わせ、０印は効果の期待できる組合わせ、ｘ印は通電
異常の検出法としては効果の期待できない組合わせであ
る。

表　　　　１ 〔発明の効果〕 本発明のように開閉機器の異常監視装置を構成すれば、
通電異常に付随する発熱、ガスの分解、部分放電等異な
る現象が同時に検出されたとき異常発生とみなし、異常
検出信号を発するようにしたことにより、異なる原因に
よる同種の現象が生じても誤動作による異常検出信号を
出力することがなく、信頼性の高い異常監視装置を構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の開閉機器の異常監視装置の一実施例の
全体構成を示すブロック図、第２図は第１図の一部の動
作特性を示す特性図、第３図から第７図は本発明の開閉
機器の異常監視装置の異なる実施例を示すブロック図で
ある。 １・・・タンク、３・・・導体、４，４′・・・遮断部
、３１・・・接続用接点、６．６’　、７，９，１０，
１１・・・検出器、１２，１３，１４，１５・・・判定
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁性ガスを封入する気密容器と、該気密容器中に
   絶縁支持され電流通電可能に構成された導体と遮断部と
   接続用接点等からなる通電部を有し、該通電部に異常が
   生じたときそれに伴なう複数の現象を検出する検出器と
   、該検出器の出力から異常の有無を判定する判定回路を
   備えるものにおいて、前記判定回路の出力が複数の現象
   の異常を検出したとき異常検出信号を出すように構成し
   たことを特徴とする開閉機器の異常監視装置。 ２、上記判定回路の出力が、異常発生に伴なう温度上昇
   、ガスの分解、部分放電の３つの現象のうち少なくとも
   ２つの現象を検出したとき異常検出信号を出すように構
   成したことを特徴とする請求項１記載の開閉機器の異常
   監視装置。 ３、温度上昇とガスの分解を検出したときと、温度上昇
   やガスの分解もしくはその双方と部分放電を検出したと
   きとで異なる異常検出信号を出すよう判定回路を構成し
   たことを特徴とする請求項２記載の開閉機器の異常監視
   装置。 ４、絶縁性ガスを封入する気密容器と、該気密容器中に
   絶縁支持され電流通電可能に構成された導体を有するガ
   ス絶縁機器において、該気密容器の温度検出手段と、該
   気密容器構造部材と大地の間に流れる微少電流を検出す
   る手段と、該気密容器内の絶縁性ガスの分解ガスを検出
   する手段と、該気密容器内の音波又は超音波を検出する
   手段を有し、温度検出手段と超音波検出手段、又は温度
   検出手段と分解ガス検出手段が検出信号を出した時に通
   電異常であることを報知する手段を備えると共に、該微
   少電流検出手段と音波又は超音波検出手段、又は該微少
   電流検出手段と分解ガス検出手段が検出信号を出した時
   に絶縁耐力異常であることを報知する手段を備えてなる
   ところに特徴を有する開閉機器の異常監視装置。