JPH02167466A

JPH02167466A - ガス絶縁機器の金属異物検出装置

Info

Publication number: JPH02167466A
Application number: JP32055488A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Takahashi; 茂高橋; Etsuyo Yuguchi; 湯口　悦代; Hitoshi Okubo; 仁大久保; Kenichi Nojima; 健一野嶋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-21
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1990-06-27

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はＳＦ６ガス等の絶縁性能の秀れたガスを絶縁媒
体としたガス絶縁機器内部の金属異物検出装置に関する
。

（従来の技術）接地電位にある金属容器内に高電圧導体を配設し、更に
、この金属容器内に絶縁性能の秀れたガス、例えば、Ｓ
Ｆ６ガスを圧縮充填して絶縁を確保してなるガス絶縁機
器は、近年、増々、採用される傾向にある。ところで、
このＳＦ６ガスは、平等電界のもとでは非常に秀れた絶
縁特性を示すが、不平等電界のもとでは、極端に絶縁性
能が低下してしまう性質がある。

ガス絶縁機器内の電界分布を乱し、不平等電界を形成す
る要因はいろいろ考えられるが、主なものとしては、高
電圧導体表面の打痕等の欠陥および組立て時あるいは輸
送時に内部に混入する金属異物が挙げられる。もちろん
この他にも、組立てミスによる高電圧部の接触不良、更
には、ボイド等の絶縁スペーサの欠陥なども考えられる
。

以上のような欠陥により、ガス絶縁機器内に不平等電界
が形成されると、運転状態において部分放電が発生し、
ついには全路破壊という重大事態に至る可能性がある。

従って、全路破壊に至る前のガス絶縁機器内の異常を確
実に検出し、絶縁破壊を未然に防ぐ必要がある。このた
め、ガス絶縁機器に対しては、通常、工場で念入すな商
用周波およびインパルス耐電圧試験、さらには部分放電
試験が行なわれ、これらの試験を通して、内部の欠陥が
予め検出できるように工夫されている。すなわち、この
ような工場試験により、高電圧導体表面の打痕等による
突起、内部に混入した金属異物、あるいは組立てミスに
よる高電圧部の接触不良、更には、絶縁スペーサのボイ
ドといった様々な欠陥を検出することができる。

ところで、ガス絶縁機器におけるこのような工場試験は
一般にユニットごとに行なわれる。そして、工場試験後
、輸送単位ごとに現地に送られ、そこで多数の分割単位
の組立てが行われる。このため、工場試験合格後のこの
ような過程、すなわち、輸送時あるいは現地組立て中に
欠陥が生じる可能性がある。従って、ガス絶縁機器の信
頼性を向上させるためには、このような欠陥を現地にて
運転開始前に事前に見つける必要がある。

輸送時あるいは現地組立て中に生じる可能性がある欠陥
としては、上述の各種欠陥のうち、高電圧導体表面の打
痕等による突起、組立てミスによる高電圧部の接触不良
、内部への金属異物の混入が挙げられる。これらの欠陥
のうち、前２者については、通常、大きな部分放電を生
じるため、現地組立て後の部分放電測定において、欠陥
の有無を知ることができる。しかしながら、ガス絶縁機
器内部に混入した金属異物については、一般にこの種の
欠陥による部分放電の電荷量が小さいため、現地での部
分放電試験においてこれを検出することは極めて難かし
い。

このため、輸送時あるいは現地組立て中に内部に混入し
た金属異物を検出するため方法がいくつか提案されてい
る。その中のひとつにＡＥ法かある。これは、ガス絶縁
機器内部に混入した金属異物が電気力のために金属容器
上でバウンドし、金属容器と衝突する際に生じる超音波
を、金属容器の底部に接触させた超音波センサ（以下Ａ
Ｅセンサという〉で測定しようとするものである。

具体例を第５図に示す。地面上に略水平配置されている
接地電位にある金属容器１内において、円板状の絶縁ス
ペーサ２により、高電圧導体３が金属容器１の略中心に
絶縁支持されている。ざらに、前記金属容器１の外面底
部には、ＡＥセンサ４が取付けられている。このセンサ
４の出力を前置増幅器５、ざらに主増幅器６を経て指示
計器７へと導き、ここで所定の表示を行うものである。

これにより、前記金属容器１内に混入した金属異物Ｐの
存在を知ることができる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来のＡＥ法では、次のよう
な問題がある。

まず、第１に第５図に示したガス絶縁機器において、図
示されていないガス絶縁開閉器、例えば断路器が開閉操
作を行うとサージ電圧が発生する。

このとき、金属容器１にもサージ電圧が生じ、その波高
値は、数千ボルトにも達する。このため、金属容器１に
取付けられている前記ＡＥセンサ４にも、このサージ電
圧が加わることになる。従って、ＡＥセンサ４に接続さ
れている前置増幅器５、主増幅器６、ざらに指示計器７
は、このような高いサージ電圧にさらされてしまう。こ
のため、上記計測器の誤動作、あるいは故障といった現
象が生じＡＥセンサ４による検出を行うことができなか
った。特にＡＥセンサ４を用いて、常時、連続監視をす
るような場合には重大な問題となっていた。

また、このような従来のＡＥ法では、部分放電測定に比
べると検出感度は高いものの、実用上十分とは言い難い
。すなわち、金属容器１とＡＥセンサ４とはできるだけ
密着する様に取付けられるが、どうしても音響インピー
ダンスは接触面Ｑで不連続となり超音波の一部が反剣さ
れてしまう。

このためＡＥセンサ４へ到達する超音波の量が減少して
しまい検出感度が減少する。

さらに製作できる△Ｅセンサの犬きざは、金属容器１の
大きさに比較すると非常に小さいものであるため、金属
容器全体に分布して伝搬する超音波のほんの一部分しか
ＡＥセンサに到達せず、検出感度が低いものとなってし
まう等の問題もあった。

そして、この様な問題点は、ＡＥセンサを用いた検出装
置に限らず、金属容器の外面からセンサを接触させて内
部異常を検出する異物検出装置全般に云えることであっ
た。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、金
属異物を容易に検出できる、構成が簡単で信頼性の高い
ガス絶縁機器の金属異物検出装置を提供することを目的
とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、請求項第１項記載
の発明は、絶縁ガスが封入された金属容器内に高電圧導
体を配設してなるガスの絶縁機器において、金属容器の
外面とセンサとの間に、金属容器との接着面積の方がＡ
、　Ｅセンサとの接触面積よりも大きくなる座を取付け
たものである。

また、請求項第２項記載の発明は、二酸化ケイ素含有量
が８０％以上の硬質ガラス製の座を介して、金属容器と
金属異物の衝突時に生じる弾性波を検出するセンサの検
出面を形成したものである。

（作　用）請求項第１項記載の発明においては、金属容器との接触
面積の方がセンサとの接触面積よりも大きくなる座を取
付けているため、センサの面積よりも大ぎな面積でとら
えた超音波振動を凝縮してＡＥセンサへ伝達でき、より
大きな振動エネルギーがセンサへ到達することとなる。

これにより、金属異物と金属容器内壁との衝突により発
生した超音波は、極めて効率良くセンサにより検出され
得る。

請求項第２項記載の発明においては、優れた絶縁材料で
ある硬質ガラスを介してセンサが取付けられているため
、センサが直接サージ電圧にざらされることがなくなる
。また、硬質ガラスによる弾性波の減衰はほとんど無視
できるため、検出感度が低下することもない。

（実施例）本発明の各実施例を、以下図面を参照して説明する。

まず、第１図及び第２図は請求項第１項記載の発明に対
応する実施例で第１図において、地面上に略水平配置さ
れている接地電位にある金属容器１のほぼ中心には、絶
縁スペーサ２によって高電圧導体３′が絶縁支持されて
いる。この金属容器１内には、絶縁性能の秀れたガス、
例えばＳＦ６が所定の圧力で圧縮充填されている。金属
容器１の外面には、ＡＥセンサ４が、音響インピーダン
スが金属容器にほぼ同程度の取付は用の台座８を介して
取付けられてあり、このセンサの出力は前置増幅器５及
び主増幅器６を経て指示計器７へと導かれている。

第１図において、金属容器１内に小さな金属異物Ｐが混
入しているものとする。この状態において、前記高電圧
導体２に所定の商用周波の電圧が印加されると、金属異
物Ｐは電気力により、前記金属容器１の内面上でランダ
ムなバウンドを繰返すようになる。このとき、すなわち
、金属異物Ｐが金属容器１の内表面に衝突するとき超音
波Ｗが生じる。この超音波信＠Ｗは、前記金属容器１に
広がって伝搬してゆき、ＡＥセンサ４が取付けられた位
置までくると、へＥセンサ取付は台座８と金属容器の接
触面９を通してＡＥセンサへ伝搬し検出される。したが
って、ＡＥセンサに伝達される超音波信号の量は、ＡＥ
センサ取付は台座８と金属容器１の接触面９が広いほど
多くなる。このように広い金属容器との接触面９でとら
えた超音波信号Ｗを、断面積が徐々に小さくなりＡＥセ
ンサの断面積になる台座８を通してＡＥセンサ４へ伝達
すると、超音波信号のエネルギー密度が凝縮される。こ
の結果金属異物Ｐによる超音波信号を、ＡＥセンサによ
り感度よく、容易に検出することができる。

このように、金属容器との接触面積がＡＥセンサとの接
触面積よりも大きくなる台座を介してＡＥセンサを設置
することにより、ＡＥセンサへ伝達する超音波信号のエ
ネルギー密度を大きくすることができ、従来の方法では
検出不可能であった微小な金属異物でさえも、感度良く
容易に検出することかできる。

なお、第１図においては、ＡＥセンサは直線状の金属容
器外面に取付けられた場合を例にとって説明したが、Ａ
Ｅセンサが金属容器の曲がり部に取付けられた場合を第
２図に示す。

この場合、金属異物Ｐにより発生した超音波信号は、金
属容器１に沿って伝搬してきて、その伝搬方向を変える
ことなくＡＥセンサ４に到達する。

したがって、台座８の金属容器との接触面が小さくても
大きな検出出力を得ることができ、本発明の効果を増大
させることができる。

次に、請求項第２項の発明の実施例を第３図及び第４図
により説明する。、第３図において、地面上に略水平配
置された金属容器１１の底部に金属製の座１２が溶接に
より固着されている。更に、座１２には円筒状の金属ケ
ース１３が溶接にて固着されている。この金属ケース１
３の他端には金属蓋１４がボルト１５により取付けられ
ている。

更に、金属ｉ１４には、接栓１６がキャップ１７付きで
取付けられている。また、前記金属ウーース１３内には
、ＡＥセンサ１８が絶縁材１９を介して、バネ２０によ
り押付けられている。これにより、前記ＡＥセンサ１８
は、金属容器１１と硬質ガラス製の座２１を介して密着
するように固定されている。硬質ガラス製の座２１は二
酸化ケイ素を８０％以上含んでいる。この硬質ガラス製
の座２１の上面は、前記金属容器１１と同一曲率を有す
るように仕上げられており、金属容器１１の外周面にほ
ぼ密着するようになっている。一方、底面は平坦となっ
ており、前記ＡＥセンサ１８の検出面２２にａ［してい
る。また、ＡＥセンサ１８の出力端子２３は、リード線
２４を介して前記後栓１６に接続されている。従って、
前記キャップ１７を取外し、ここに、図示していない測
定ケーブルを接続することにより、ＡＥセンサ１８の出
力を容易に外部に取出すことかできる。

このような構成の、ガス絶縁機器の金属異物検出装置に
おいて、第３図に示す金属異物Ｐが金属容器１１と衝突
すると、弾性波が生じる。この弾性波はほとんど減衰す
ることなく前記硬質ガラス製の座２１内を伝搬し、ＡＥ
センサ１８の検出面２２に到達する。ここで、弾性波は
電気信号に変換される。

なお、このように弾性波が硬質ガラス内をほとんど減衰
することなく伝搬することを示す実験結果の一例を第４
図に示す。これは、発明者により求められたものである
。硬質ガラスを含む３種類の絶縁材料を金属容器１１と
ＡＥセンサ１８との間に挿入し、そのときのＡＥセンサ
１，８の出力電圧を示したものである。縦軸は、絶縁材
料がないとき、すなわち、金属容器１１とＡＥセンサ１
８が直接接触しているときの出力を１．０として表して
いる。これにより、硬質ガラスはほとんど減衰すること
なく、極めて効率よく弾性波を伝えることがわかる。

このようにして得られたＡＥセンサ１８の出力は、前記
キャップ１７を取外し、ここに図示していない測定ケー
ブルを接続することにより、出力端子２３、リード線２
４、更に、接栓１６を経て、図示していない指示計器へ
と導かれ、ここで信号の処理・表示が行われる。また、
ＡＥセンサ］８は、前記硬質ガラス製の座２１および絶
縁材１９により、金属容器１１と絶縁されているため、
金属容器１１に高いサージ電圧が生じても、問題なく、
機能を発揮できる。

このように、本実施例では、弾性波を減衰することなく
伝え、かつ、良好な絶縁体である硬質ガラス製の座２１
を介して、ＡＥセンサ１８を金属容器に取付けている。

このため、サージにざらされることがなく、かつ、検出
感度の高い金属異物検出法を提供することができる。

以上の実施例に示す通り、請求項第１項及び第２項に記
載の発明は、いずれもセンサと金属容器の接触面に座を
介在させることで検出感度を向上させるもので、前記各
実施例においては、高電圧導体を金属容器内に配設した
ガス絶縁機器を例にとって説明したか、これが他のガス
絶縁機器、例えば、ガス絶縁変圧器、あるいは、ガス絶
縁ザイリスタバルブ装置であっても、本発明による効果
が失われないのはもちろんである。また、ＡＥセンサ以
外のセンサ、例えば加速度を検出するタイプのセンサで
あっても、やはり同様な効果を得ることかできる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、センサと金属容器と
の接触面に座を介在させるという簡単な構成によりガス
絶縁機器内に混入した金属異物を高感度で検出すること
ができ、信頼性の高く、常時監視に最適なガス絶縁機器
内の金属異物検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカス絶縁機器の金属異物検出装置
の一実施例を示す断面図、第２図は第１図の実施例の変形例を示す断面図、第３図
は本発明の他の実施例の要部を示す断面図、第４図はその作用を説明するグラフ、第５図は従来の金属異物検出装置を説明するための断面
図である。１・・・金属容器、２・・・高電圧導体、３・・・絶縁
スペーサ、４・・・ＡＥセンサ、５・・・前置増幅器、
６・・・主増幅器、７・・・指示計器、８・・・台座、
９・・・台座と金属容器の接触面、］１・・・金属容器
、１２・・・金属製の座、１３・・・金属ケース、１４
・・・金属蓋、１５・・・ボルト、１６・・・接栓、１
７・・・キャップ、１８・・・ＡＥセンサ、１９・・・
絶縁材、２０・・・バネ、２１・・・硬質ガラス製の座
、２２・・・検出面、２３・・・出力端子、２４・・・
リード線、Ｐ・・・金属異物、Ｗ・・・超音波。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁ガスが封入された接地電位の金属容器内に高
電圧導体を配設してなるガス絶縁機器の金属容器外表面
にセンサを密着させて、金属容器とその内部の金属異物
との衝突時に生じる弾性波を検出する金属異物検出装置
において、前記金属容器との接触面積の方がセンサとの接触面積よ
りも大きい座を介して、前記金属容器とセンサとを密着
して取付けたことを特徴とするガス絶縁機器の金属異物
検出装置。
（２）絶縁ガスが封入された接地電位の金属容器内に高
電圧導体を配設してなるガス絶縁機器の金属容器外表面
にセンサを密着させて、金属容器とその内部の金属異物
との衝突時に生じる弾性波を検出する金属異物検出装置
において、前記金属容器の外表面に、二酸化ケイ素含有量が８０％
以上の硬質ガラス製の座を介して、前記金属容器とセン
サとを密着して取付けたことを特徴とするガス絶縁機器
の金属異物検出装置。