JPH03194479A - 電気機器の故障位置標定装置 - 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〕 この発明は、変圧器や開閉装置などの高電圧機器におい
て、高電圧部が収納されている容器の内部で発生する閃
絡などによる発光を検出することによって故障位置を標
定する故障位置標定装置に関する。

〔従来の技術］ 変圧器や開閉装置などの高電圧機器は絶縁媒体を封入し
ておく必要があるために、密封容器内に高電圧部を収納
した構成が採られる。このような構成の電気機器におい
て、内部で絶縁劣化のために部分放電が生じたり、更に
進んで高電圧導体同士あるいは高電圧導体と接地導体と
の間で絶縁破壊が生じて閃絡現象が発生したりすること
がある。

このような内部に生ずる絶縁上の異常、又は故障を検出
するために種々の方法が採られている。特に一般にＧＩ
Ｓと略称されているガス絶縁開閉装置は絶縁スペーサで
複数の区画に仕切られた構成をしていて閃絡現象によっ
て生ずる発光箇所がどの区画で発生したのかの位置標定
を行うのによく使用されている。　ＧＩＳは円筒状の容
器を組み合わせてその中に高圧リードなどの高圧部を収
納し、異なる容器間を絶縁スペーサを介して電気的機械
的に接続するという構成になっていて、絶縁スペーサで
仕切られた容器が多数存在するような構成である。万一
、どれかの容器内で閃絡故障が発生した場合、故障の生
じた容器を電気的に位置標定することは困難であり、し
かも修理の効率化のためには、故障した容器を標定する
ことが必須である。

ごのようなＧＩＳの故障箇所の標定のために、最近閃絡
光を光センサで検出して故障位置の標定を行う故障位置
標定装置が実用化されている。

このような従来の閃絡光を検出する故障位置標定装置の
光センサとしては、ホトマルなどの受光素子で閃絡光を
直接受光し電気信号に変換した上で外部に引き出すとい
う方式と、集光レンズで光ファイバの先端に集光させて
この光ファイバを外部に引き出して所定の位置でホトダ
イオードなどの光電気変換素子を使用して電気信号に変
換する方式とがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように、光センサとしてホトマルを使用する方式
は、ホトフル自体光の入射角に制限があり、また、ホト
マルはノイズに比較的弱く、開閉器の開閉操作時に発生
する開閉サージの伝播によって破壊されることが多く信
転性の点で問題がある。更に、１つのケースの内部全体
をカバーするためには多数のホトマルを設置しなければ
ならないという問題がある。このように光センサの数が
多いとこれに対応して光信号が変換された電気信号を電
子回路的に処理して所要の判定を行う判定器の数が増加
しシステムとしての構成が複雑かつ高価になりしかも信
転性に低くなるという問題が生ずる。

光センサとして集光レンズを使用して光ファイバで外部
に引き出す方式も集光範囲が狭いので、容器内の高電圧
部が複雑に配置されている場合などでは多数の光センサ
とこれに付随して多数の判定器を必要とするという前述
のホトマルと同様の問題がある。

この発明はこのような問題を解決し、複雑な構成の高電
圧部でも多数のセンサと判定器とを必要おせず、しかも
信幀性の高い電気機器の故障位置標定装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの発明によれば、遮光され
た容器内に収納された電気機器の高電圧部で発生する光
を検出することによってこの電気機器の故障位置を標定
する故障位置標定装置であって、前記容器内を引き回し
てその両端を外部に引き出した少なくともその一部が蛍
光ファイバからなる検光ファイバと、この検光ファイバ
の両端部から導出した光信号をそれぞれ電気信号に変換
する光電気変換器と、これらの光電気変換器の出力信号
を入力信号として前記故障位置をこれら２つの入力信号
の強度比を基に標定しその結果を出力する判定器と、こ
の判定器の出力信号を基に所定の出力表示をする表示器
とからなるものとし、更に、容器内に外部から制御可能
の発光器を設けるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、蛍光ファイバは貫通する光に
よって蛍光を発し、この蛍光が蛍光ファイバの中を両側
に同じ強度で放射され蛍光ファイバの減衰特性から決ま
る減衰率で減衰しながら伝播し、両端部からそれぞれ出
光する。この蛍光ファイバを光センサとして容器内に引
き回し、その両端を外部に引き出して、それぞれの端部
からの出光を光電気変換器で電気信号に変換すると、こ
れらの電気信号は検出される光の強度に比例して強度が
変化するとともに、それぞれの電気信号の強度の比率は
蛍光ファイバ中の伝播距離の差に１対１の対応をしてい
る。これら２つの電気信号を判定器に入力し、この判定
器によって強度の比率とこれに１対１の対応をする伝播
距離の差を演算することにより、発光位置を標定するこ
とができる。この標定結果としての出力信号を表示器に
よって表示してこの電気機器の運転、又は保守員に必要
とする情報を伝えることができる。また、容器内に外部
から制御可能の発光器を設け、こ発光器を発光させて故
障位置標定装置で位置標定させることにより、故障位置
標定装置が正常に動作しているかどうかを検査すること
ができるので、このような検査を定期的に行うことによ
り常に信転性の高い故障位置標定機能を維持することが
できる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示すガス絶縁開閉器（ＧＩＳ　）の一
部の断面図を含む故障位置標定装置のブロック図である
。この図において、容器８の中に高電圧部としての高圧
リード８１が配置されていて絶縁スペーサ９１．９２に
よって容器８に固定支持されている。蛍光ファイバから
な検光ファイバ１が容器８の中を高圧リード８１に沿っ
て配置されていて、その両端が貫通端子２１．２２を介
して導光ファイバ３１．３２にそれぞれ接続されて光電
気変換器４１．４２にそれぞれ人力され、この光電気変
換器４１．４２によって電気信号１１１．１１２に変換
されて判定器５の人力信号となっている０判定器５はこ
れら入力信号を基に、後述の演算を行って発光位１ｐの
貫通端子２１がらの距離Ｘを求め、その結果を表示器６
で表示して保守員に知らせる。この表示器６は、たとえ
ば、ＧＩＳの概略形状をＣＲＴデイスプレー上に表示し
ておいて故障位置をこの上に表示する、というような方
式がある。また、簡単には距離Ｘの値を数値で表示する
ことでもよい。

導光ファイバ３１．３２は容器８の外に設けるのでこの
部分で光が侵入するのを防止ｒる必要があるとともに、
この部分で減衰量が大きいと位置標定の誤差が大きくな
る。そのためこの導光ファイバ３１．３２には通常のガ
ラス光ファイバを使用するのがよい、検光ファイバ１と
導光ファイバ３１．３２との接続位置は容器８の内外ど
ちらごもよいが、蛍光ファイバが外部にでる場合には遮
光のための被覆が必要である。

第２図は検光ファイバ１に使用される蛍光ファイバとそ
の機能を説明するための模式的な断面図であり、断面を
示すための斜線を施すのはかえって図を複雑にするので
これを省略しである。この図において、蛍光ファイバは
蛍光物質を含んだコア２０１とこのコアを包んだクラフ
ト２０２からなっている。このような構成は蛍光物質を
含むことを除いては光ファイバ一般に採用されている構
成であり、クラッド２０２の屈折率をコア２０１のそれ
よりも大きくすることによって、伝播光２０５で図示し
ているように、クランド２０２の内面で全反射しながら
コア２０１の中を光ファイバの先端まで伝播してゆき、
この先端部から外部に出光する。通常の光ファイバでは
伝播する光を先端部から入光させることはできるが、図
の入射光２０３のように光ファイバを貫通する光はただ
貫通するだけで光ファイバの軸に平行な方向に伝播する
伝播光になることはない、ところが、蛍光ファイバの場
合は、入射光２０３によってコア２０１に含まれている
蛍光物［２００に蛍光を発光させ、この蛍光は入射光２
０３の入射方向に関係なく周囲に平等に放散する。

そのうちの軸に対して所定の角度以下の成分だけが伝播
光２０５になり、この角度以上の角度で放散した蛍光は
全てクラッド２０２を貫通して外部に出てしまう。この
角度はクランド２０２とコア２０１　との屈折率の比率
で決まる値である。

光ファイバは一般にその直径はｌｌｌｌ１前後と細いも
のなので屈曲性に冨み、また絶縁特性が良好なので、高
電圧導体近傍を引き回しても絶縁性能に余り影響を与え
ることはない。　第３図は第１図の光電気変換器４１．
４２の出力信号としての電気信号１１Ｌ　１１２の波形
図である。光電気変換器４１．４２は後述のようにホト
ダイオードであり、入力光の強度に比例した電気信号を
出力する特性を持っているので、電気信号１１１．１１
２の波形は光電気変換器４１．４２の入力光の波形でも
ある。

第４図は判定器５のブロック図である。この図において
、導光ファイバ３１．３２の端面から出光した光が照射
されたホトダイオードからなる光電気変換器４１．４２
は前述のように電気信号１１１、１１２を出力し、これ
らが判定器５の人力信号となる。電気信号１１１は対数
増幅器５１に入力されて電気信号１１１の対数に比例し
た電気信号１２１を出力する。を気信号１１１は微弱な
電流信号なので、対数増幅器５１はこの微弱電流を増幅
する前置増幅器の役割も果たしている。現在市販されて
いる蛍光ファイバの減衰率は３．Ｏｄｂ／−程度のもの
なので、検光ファイバｌの長さが長いと発光位置Ｐに位
置によって電気信号１１１の強度が大幅に変化するので
線形増幅器ではレンジオーバの可能性があるために、対
数増幅器　５１の対数をとる機能によって信号強度の最
大と最小の比率を圧縮する構成としたものである。後述
のように、距＃Ｘを求めるためには対数演算が必要とな
るので、対数増幅器　５１を使用するのは一石二鳥の効
果がある。

電気信号１１２も電気信号１１１　と同様に対数増幅器
５２で増幅されるとともに対数演算されて電気信号】２
２に変換される。電気信号１２１．１２２は減算器５３
に入力されて電気信号　１２１から電気信号１２２が減
算されその結果が電気信号１３０として出力される。こ
の電気信号１３０は掛算器５５に入力され後述する検光
ファイバ１の減衰率に関する値（１／（２α））が掛は
算されて電気信号１４０となる。

この掛算器５５は実際には増幅率が１７（２α）に設定
された増幅器である。１を気信号１４０は減算器５７に
入力されて検光ファイバ１の全長しの２分の１に相当す
る値（Ｌ／２）から減算されて電気信号１５０が得られ
る。この電気信号１５０は後述のように距離Ｘに比例す
る電気信号であり、この電気信号１５０が第１図の表示
器６に入力される。

以上の演算の理論的根拠は次の通りである。第１図にお
いて、位置Ｐでの検光ファイバ１の内部で発光して両側
に伝播する蛍光の強度をＰｏ、光電気変換器４１に入力
される光の強度をＰｌ、光電気変換器４２に入力される
光の強度をＰ８、検光ファイバ１の全長をし、位置Ｐの
図の左端からの距離をＸとそれぞれすると、次式が成立
する。

Ｐ、＝　Ｐ６　ＥＸＰ　（−αＸ）　・−・・−・・（
１）Ｐｔ＝　ＰｏＥＸＰ（−α（Ｌ−ＸＮ　　−（２）
両式から距離Ｘを求めると結果として次式が得られる。

ｘ　＝　　（Ｌ／２）−（１／２α）　Ｉｎ（ｐ＋７ｐ
ｘ）　　　−・−−（３）したがって、検光ファイバ１
の全長しとその減衰率αが既知であれば、光電気変換器
４１．４２にそれぞれ入力された光強度ｐ、、　ｐｔの
比率を求めてその対数をとることにより発光位置Ｐまで
の距離Ｘを求めることができる。

検光ファイバ１の全長は当然既知である。ただ、実際に
は検光ファイバ１と導光ファイバ３Ｉ３２との接続部の
減衰、導光ファイバ３１．３２そのものによる減衰など
が存在するので、旧式に使用される検光ファイバ１の全
長としては、これら検光ファイバＩ以外で光の減衰量を
検光ファイバの長さに換算して加えた等価的な長さを採
用することになる。

前述の電気信号１３０ば（３）式におけるＩｎ（Ｐ＋／
Ｐｇ）に比例し、電気信号１４０は（１／２α）　Ｉｎ
（Ｐ＋／Ｐｇ）に比例し、電気信号１５０がＸに比例す
る強度になっており、判定器５の演算回路は（３）式に
基づいた演算を行うものである。

検光ファイバ１の減衰率が小さいか全長が短いために電
気信号１１１．１１２の最大最小比が余り太きくないと
きには、第４図の対数増幅器５１．５２の代わりに増幅
率一定の通常の前置増幅器を使用し、減算器１３０の代
わりに除算器を使用して（Ｐ＋／Ｐｇ　）に比例する電
気信号を得、これを対数器に入力して対数をとることに
よって電気信号１３０を得る構成を採用することができ
る。このようなアナログ演算回路で構成される判定器５
の構成は第４図や前述の構成以外に種々のものが可能で
あり、この発明の目的に反しない範囲でどのような演算
回路の構成を採用してもよい。

（３）式を演算するための判定器５としてディジタル演
算器としてのコンピュータを使用し、（３）弐の演算を
ソフトウェアで処理する方式を採用することもできる。

この場合でも対数増幅器５１゜５２の出力信号を八−〇
変換器でディジタル信号に変換した上でコンビエータの
入力信号する方式でも、増幅率一定の前置増幅器の出力
信号を＾−り変換器でディジタル信号に変換した上でコ
ンピュータの入力信号する方式でもよく、その選択は前
述と同じく光電気変換器４１．４２の出力信号である電
気信号１１１．１１２の最大最小比を基に判断される。

検光ファイバ１内を伝播する光は閃絡光そのものではな
く、検光ファイバ１内で発光した蛍光なので単色光と考
えてよい。蛍光ファイバの減衰率は波長によって異なる
カベ単色光に対しては一定の減衰率となるから、伝播長
さが異なって減衰比が異なっても波形の変化は生じない
。したがって、電気信号１１１．１１２の波形は相位と
なるので、どの時点においても（３）式の（＋’＋／Ｐ
ｇ　）の値は一定となることから、光信号が光電気変換
器４１．４２に入力されている間電気信号１５０として
この波形に関係しない距＃Ｘに比例する一定の値が継続
して得られる。

第５図はこの発明の別の実施例を示すＧＩＳの断面図を
含む故障位置標定装置のブロック図である。

この図において、容器８０は絶縁スペーサ９３９４．９
５．９６で仕切られた３つの区分容器８２８３．８４か
らなっている。図の両側にも区分容器が続いているが、
図の簡単化のために省略しである０区分容器８２には検
光ファイバ１１が挿入されており、同様にして区分容器
８３にみ検光ファイバ１２が、区分容器８４には検光フ
ァイバ１３がそれぞれ挿入されていて、それぞれが貫通
端子２４，２５，２６．２７を介して導光ファイバ３４
．３５で１本に接続されて光学的に１本の検光ファイバ
１０を構成している。検光ファイバ１１の左端でもある
検光ファイバ１ｏの左端は貫通端子２３を介して導光フ
ァイバ３３に接続されて光電気変換器４１に接続され、
検光ファイバ１３の右端でもある検光ファイバｌＯの右
端は貫通端子２日を介して導光ファイバ３６に接続され
て光電気変換器４２に接続されており、これら光電気変
換器４１．４２の出力信号としての電気信号１１３．１
１４は第１図と同様に判定器５Ｊ、に入力され判定器５
１の出力信号が表示器６１に入力されている。この図の
導光ファイバ３３３６は第１図の導光ファイバ３１．３
２と基本的に同じものであり、光電気変換器４１．４２
は同じ参照符号で示すように第１図のそれと同じである
９また、判定器５１と表示器６１も第１図の判定器５や
表示器６と類偵である。ただ、第５図の場合、許容され
る光信号の最大最小比の範囲内でなるべく多くの区分容
器を１本の検光ファイバ１０でつなぐようにして、ＧＩ
Ｓ全体の判定器５１、表示器６１の数をなるべく少なく
するような構成が採られるので、電気信号１１３．１１
４の増幅には第３図に示した対数増幅器５１．５２の使
用が適当であり、実際のＧＩＳでの故障位置標定は区分
容器単位での位置標定が重要であって、１つの区分容器
内の位置の標定は余り重要でないことから、おのずから
、演算結果の取扱や表示の方式に関して第１図の場合と
は異なる点が生ずることになる。

導光ファイバ３４．３５は普通の光ファイバでも被覆し
て光が侵入しないようにした蛍光ファイバでもよい。

第６図はこの発明の異なる実施例を示すＧＩＳの断面図
を含む故障位置標定装置のブロック図であり、第１図と
同じ構成要素については同じ参照符号を付けることによ
り詳しい説明を省略する。この図において、容器８５に
開口部７４を設け、この中に光ｆ１７３を取付けて容器
８５の外に設けた電ｓ７１から開口部７４のふた７２を
貫通して光源７３に電力を供給する構成からなる発光器
７を設けである。開口部７４を設ける位置は検光ファイ
バ１の中央位置に最も近い位置が最適である。

光源７３に電源７１から電力を供給して点灯させると、
光源７１から発した光１０１は検光ファイバｌによって
検出され、第１図で述べたように検光ファイバ１内で蛍
光が発し両側に伝播して結果的に判定器５によって発光
位置の標定が行われる。

全ての構成要素が製作された初期状態を維持していると
きには、判定器５が演算した発光位置は光′ａ７３を取
付けた位置に一致する。一方、光電気変換器　４１．４
２の変換効率が変化したり、第４図に示す対数増幅器５
１．５２の増幅特性が変化したりなどの何らかの回路定
数の変化が生ずると判定器５が求めた発光位置は本来の
位置からずれるという現象が生じ、このことは故障位置
標定装置の異常の検出が可能であることを意味する。

したがって、発光器７を用いて定期的に検査をすること
により故障位置標定装置が正常であることを確認するこ
とにより常に借問性の高い故障位置検出機能を維持する
ことができる。また、この発光器７を用いて故障位置標
定装置を製作した時点で判定器５の校正に使用すること
もできる。すなわち、光電気変換器４１．４２や対数増
幅器５１゜５２などの同じ特性を持っていなければなら
ない回路要素が実際に検出不可能な程度に特性が一致し
ているとは限らないので、位置が明らかな発光器７での
発光に基づいた位置標定を判定器５に行わせてその結果
を基に前述の対になった回路要素の変換効率や増幅特性
などの調整を行うことにより、初期条件を設計通りに合
わせる校正が可能である。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、蛍光ファイバからなる光セン
サとしての検光ファイバを容器内に引き回し、その両端
を外部に引き出して、それぞれの端部からの出光を光電
気変換器で電気信号に変換すると、これらの電気信号は
検出される光の強度に比例して強度が変化する。これら
の電気信号の強度の比率は検光ファイバ中を伝播するこ
とによる減衰によって一義的に決まるものなので、発光
位置から両側に別れて伝播する蛍光の伝播距離の差に１
対１の対応をしている。これら２つの電気信号を判定器
に入力し、この判定器によって強度の比率とこれに１対
１の対応をする伝播距離の差を所定の演算式に基づいて
演算することにより、発光位置を標定することができる
。この標定結果としての判定器の出力信号を表示器によ
って表示してこの電気機器の運転、又は保守員に必要と
する情報を伝えることができる。検光ファイバを構成す
る蛍光ファイバは容器内に挿入されている全部の長さが
光センサとして働くので、この検光ファイバを故障検出
を必要とする容器内に引き回すことによって、広い範囲
を１本の検光ファイバで故障位置の標定が可能になる。

１本の検光ファイバに対して１組の電子回路が必要であ
るが、１本の検光ファイバで複数の容器の故障位置標定
も可能なので、電気機器全体として少なくすることがで
き、低価格でかつ借問性の高い故障位置判定装置となる
という効果が得られる。

また、検光ファイバ１を引き回した容器内に外部から制
御可能の発光器を設け、これを発光させて検光ファイバ
に検出させ故障位置標定装置で位置標定させることによ
り、故障位置標定装置が正常に動作しているかどうかを
検査することができるので、このような検査を定期的に
行うことにより常に信転性の高い故障位置標定機能を維
持することができるという効果が得られる。なお、この
発明の実施例においてはＧＩＳ　　（ガス絶縁開閉装置
）に限って述べたが、このほかにガス絶縁ブスバー（Ｇ
ＩＢ）やガス絶縁ケーブル（ＧＩＣ）なども同様な構造
を持っているので、この発明を適用して同様の効果を上
げることができる。更にガス絶縁変圧器のように中身の
高電圧部の構造が複雑で故障の可能性のある箇所が広い
範囲で分布するようなものでも、検光ファイバを高電圧
部近辺に引き回すことにより、少ない電子回路装置で詳
しい故障位置標定が可能になり、ＧＩＳなどと同様にこ
の発明の効果をあげることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す断面図を含む故障位置
標定装置のブロック図、第２図は蛍光ファイバの模式的
な断面図、第３図は第１図の電気信号の波形図、第４図
は第１図に示す判定器のブロック図、第５図はこの発明
の別の実施例を示す断面図を含む故障位置標定装置のブ
ロック図、第６図はこの発明の異なる実施例を示す断面
図を含む故障位置標定装置のブロック図でである。 １．１０　　　１１　　　１２ ２１、　２２．　２３．　２４゜ ２８・・・貫通端子、３１．３２ ３６・・・導光ファイバ、４１ ５．５１・・・判定器、６．６ 器、８，８０．８５・・・容器、 区分容器、９１，９２．９３゜ 絶縁スペーサ。 １３・・・検光ファイバ、 ２５　２６　２７ ３３．３４　３５ ４２・・・光電気変換器、 １・・・表示器、７・・・発光 ８２．８３．８４・・・ ９４．９５．９６・・・ 葛１団 名３図 発だ孫、 第べ巳

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）遮光された容器内に収納された電気機器の高電圧部
   で発生する光を検出することによってこの電気機器の故
   障位置を標定する故障位置標定装置であって、前記容器
   内を引き回してその両端を外部に引き出した少なくとも
   その一部が蛍光ファイバからなる検光ファイバと、この
   検光ファイバの両端部から導出した光信号をそれぞれ電
   気信号に変換する光電気変換器と、これらの光電気変換
   器の出力信号を入力信号として前記故障位置をこれら２
   つの入力信号の強度比を基に標定しその結果を出力する
   判定器と、この判定器の出力信号を基に所定の出力表示
   をする表示器とからなることを特徴とする電気機器の故
   障位置標定装置。 ２）容器内に外部から制御可能の発光器を設けたことを
   特徴とする請求項１記載の電気機器の故障位置標定装置
   。