JPH03251011A

JPH03251011A - 部分放電検出器

Info

Publication number: JPH03251011A
Application number: JP2045939A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Sakakibara; 榊原　高明; Katsumi Konishi; 小西　克巳; Isao Kamata; 功鎌田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1991-11-08
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2774645B2

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、ガス絶縁開閉装置内部に発生した部分放電を
検出するために用いられる部分放電検出器に関するもの
である。

（従来の技術）近年、用地の高騰や都市部における電力供給量の増大に
伴う変電設備の増強化の必要性から、絶縁性及び消弧性
に優れたＳＦ６ガスを用いて、断路器、遮断器等の変電
機器を密閉容器内に収納配置し、耐環境性とｋＶ−Ａ当
りの据え付は体積をコンパクト化した、いわゆるガス絶
縁開閉装置が普及し稼働している。

上記のようなガス絶縁開閉装置は、コンパクト化、接地
タンクの露出充電部の削除等の利点がある反面、高性能
化に伴う保守診断の困難さ、保守修復作業時間の増大等
、容器内部に異常が生じた場合にその信頼性が著しく低
下するという欠点があった。

そこで、従来から、ガス絶縁開閉装置全体の信頼性の向
上を実現するために、装置の適切な設計・製作に努めて
いるが、電力供給能力の質の向上の一貫として、装置全
体の信頼度確認及び監視が必要となり、その有効な手段
が種々検討されてきた。

その様な手段の一つとして、ガス絶縁開閉装置内部に発
生する部分放電を検出するために用いられる部分放電検
出器がある。第５図に従来から用いられている部分放電
検出器の一例を示した。即ち、一般的な密閉型ガス開閉
器は、金属容器１内に収納され、この金属容器１は絶縁
スペーサ２によって電気的に分割されて、長手方向に連
結されている。また、前記金属容器１内には、図示しな
い送電線路に電気的に接続された高電圧充電部である中
心導体３が、前記絶縁スペーサ２によって支持されてい
る。なお、前記金属容器１は、接地線（図示せず）によ
って接地されている。また、前記絶縁スペーサ２には検
電用の電極４が設けられ、この電極４と金属容器１との
間には、浮遊容量Ｃ２が存在し、この浮遊容量Ｃ２はコ
ンデンサ５として示されている。そして、このコンデン
サ５の両端子には、信号引込み線６を介して部分放電検
出部７が接続されている。この部分放電検出部７は、特
定周波数の信号を取出すためフィルタ８に増幅回路９が
接続され、更に、ピークディテクタ及び積分回路／Ｏが
接続されて構成されている。また、これらの機器には電
源１１が接続されている。

このように構成された従来の部分放電検出器は、以下に
述べるように作用する。即ち、中心導体３に高電圧が印
加されると、中心導体３と電極４の間に存在する浮遊容
量Ｃ１とコンデンサ５とが分圧器を構成し、コンデンサ
５の両端に分担電圧を発生する。そして、この分担電圧
には、開閉器内テ部分放電パルス（コロナパルス）が発
生すると、その放電に起因する高周波成分（信号）が重
畳され、部分放電検出部７に入力される。この部分放電
検出部７において、フィルタ８によって部分放電パルス
に相当する特定周波数の信号が取出され、増幅回路９で
増幅された後、ピークディテクタ及び積分回路／Ｏを介
して外部に出力される。そして、この出力信号により、
開閉器内部で部分放電が発生したことを検出することが
できる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述したような従来の部分放電検出器に
おいては、以下に述べるような解決すべき課題があった
。

まず、従来の部分放電検出器は、予め定められたタイミ
ングで部分放電パルスに相当する特定周波数の信号を検
出した後、任意時間幅積分し出力しているため、部分放
電の発生位相については判別できない。しかし、主器側
の異常に起因して発生する部分放電パルスの発生形態は
、−例として第６図に示すように、それぞれの異常の種
類により主回路電圧波形（位相）と密接な関係があるの
に対して、部分放電測定時に障害となる外部ノイズは、
主回路電圧位相とは無関係にランダムに発生する場合が
多い。そのため、従来のように部分放電検出器から単に
特定周波数の信号を取り出しても、その中には外部ノイ
ズも含まれている可能性があり、精度の高い部分放電検
出を行うことが難しい欠点があった。また、特定周波数
の信号の有無のみを主回路電圧位相と関係なく検出して
も、前記７図に示すような位相と放電パルスとの関係を
伺い知ることはできないので、部分放電の発生原因を推
測することも不可能であった。

また、従来の部分放電検出器は、検出された部分放電パ
ルスを直接光ケーブルを使用して伝送しているが、実際
の部分放電パルスは、パルス幅が数／Ｏｎｓ以下である
ため、信号を安定して光伝送することは難しい。つまり
、このような高速パルスを光信号に変換することは技術
的には可能ではあるが、コロナパルスを単純に光変換し
てアナログ的に伝送する場合、光ケーブル長や光コネク
タ部等による減衰の影響が大きくなり、現地における調
整を個々のセンサについて行う必要があり、また、光コ
ネクタを着脱すると、その度にコネクタ部の減衰量が変
化するため、正確な計測ができないという問題があった
。

本発明は上記の従来技術に鑑みてなされたもので、その
第１の目的は、外部ノイズに影響されることがなく精度
の高い部分放電パルスを検出することができ、しかも部
分放電発生の原因究明も可能な部分放電検出器を提出す
ることである。

また、本発明の第２の目的は、検出された部分放電信号
を光伝送する場合にも、光ケーブル長による減衰や、光
コネクタ部による減衰量の変動等による影響を除去する
ことができ、正確な部分放電の検出が可能な部分放電検
出器を提供することである。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、絶縁スペーサ部或いは接地金属容器内に接地金属容器と
は絶縁された状態で設けられ、部分放電信号及び商用周
波信号の両信号を検出する浮遊電極と、この浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用周
波信号の両信号から部分放電信号を分離検出する部分放
電検出部と、この浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用周
波信号の両信号から前記商用周波信号を分離し、この商
用周波信号から主回路電圧位相信号を検出する主回路電
圧位相検出部と、前記部分放電検出部と主回路電圧位相
検出部からの部分放電信号と主回路電圧位相信号に基づ
いて、任意位相の部分放電を計測する演算部とを備えて
いることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、前記請求項１の発明における部分放電検出部と主回路電
圧位相検出部が、部分放電信号及び商用周波信号から特定周波数帯の信号
を検出するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィ
ルタからの出力信号を任意の時間幅を持ったパルス信号
に変換するピークホールド回路または積分回路と、このピークホールド回路または積分回路の出力信号を周
波数変調し光信号として出力するＶ／Ｆ変換器及びＥ／
Ｏ変換器とを備えたものであることを特徴とするもので
ある。

（作用）上記のような構成を有する請求項１の発明によれば、同
一の浮遊電極から部分放電信号及び商用周波信号を検出
し、前記商用周波信号から作成した主回路電圧位相に対
応した基準パルスを基に任意位相の部分放電を計測する
ことにより、外部ノイズと部分放電パルスとを区別する
ことができると共に、主回路電圧位相に対してどのよう
なパターンで部分放電が発生しているかを知ることがで
きる。

また、部分放電パルスを主回路商用周波電圧の位相に対
応させて計測するためには、商用周波電圧一周期分の１
／／Ｏ０程度のパルス分解能があれば充分であるため、
部分放電パルスをこのような時間幅内でピークホールド
または積分して、光伝送用のパルス信号を得るように構
成した請求項２の発明によれば、そのパルス信号をＶ／
Ｆ変換後Ｅ／Ｏ変換し、デジタル信号に近い形で受信器
側に伝送することが可能となるので、前述した光ケーブ
ル長による減衰や、光コネクタ部による減衰量の変動等
による影響を除去することができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図に従って具
体的に説明する。

一般的な密閉型ガス開閉器は金属容器１内に収納され、
この金属容器１は絶縁スペーサ２によって電気的に分割
されて、長手方向に連結されている。また、前記金属容
器１内には、図示しない送電線路に電気的に接続された
高電圧充電部である中心導体３が、前記絶縁スペーサ２
によって支持されている。なお、前記金属容器１は、接
地線（図示せず）によって接地されている。また、前記
絶縁スペーサ２には部分放電検出用の浮遊電極４が設け
られ、この浮遊電極４と金属容器１との間には、浮遊容
量Ｃ２が存在し、この浮遊容量Ｃ２はコンデンサ５とし
て示されている。そして、このコンデンサ５の両端子に
は信号引込み線６を介して、検出部７ａが接続されてい
る。この検出部７ａは、部分放電検出部と主回路電圧位
相検出部より構成されており、信号は同一の浮遊電極４
より得られる構成となっている。

まず、部分放電検出部は、浮遊電極４で検出された信号
中から高周波信号成分を分離し後段の電子回路部へ送る
ための変成器１２と、この変成器１２に接続され、高周
波信号から部分放電パルスに相当する特定の周波数帯の
信号（部分放電パルスとノイズが含まれている可能性あ
り）を取出すためのバンドパスフィルタ１３を備えてい
る。このバンドパスフィルタ１３には、前記特定周波数
の信号を処理する増幅器１４及び検波回路１５と、この
特定周波数の信号を一定のパルス幅に変換する積分回路
またはピークホールド回路１６が接続されている。更に
、この積分回路またはピークホールド回路１６には、上
記のようにして得られた特定周波数のパルス信号を変調
するＶ／Ｆ変換回路１７、この変調された信号を光信号
に変換するＥ／Ｏ変換回路１８、この光信号を受信部７
ｂに伝送する光ファイバー１９が設けられている。

一方、主回路電圧位相検出部は、部分放電検出部と同様
に、浮遊電極４で検出された信号中から高周波信号成分
を分離し後段の電子回路部へ送るための変成器１２と、
この変成器１２に接続されて高周波信号から商用周波の
みを取出すバンドパスフィルタ２０を備えている。この
バンドパスフィルタ２０には、増幅器２１、商用周波の
特定の位相をパルスとして検出するコンパレータ２２、
及びその検出パルスを整形するパルス整形回路２３が接
続されている。更に、このパルス整形回路２３には、前
記部分放電検出部と同様に、パルス整形回路２３で得ら
れた電圧位相パルス信号を変調するＶ／Ｆ変換回路１７
、この変調された信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換回
路１８、この光信号を受信部７ｂに伝送する光ファイバ
ー１９が設けられている。

なお、図中、３１は供給された電源を任意の電圧に変換
するコンバータである。

受信部７ｂには、検仕部７ａの部分放電検出部から送ら
れた特定周波数の信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ部２
４及びＦ／Ｖ変換回路２５が設けられ、これらの回路は
増幅器２６を介して積分回路２７、Ａ／Ｄ変換部２８、
及び演算装置２９に接続されている。また、受信部７ｂ
には、主回路電圧位相検出部からの電圧位相パルス信号
を電気信号に変換するためＯ／Ｅ部２４及びＦ／Ｖ変換
回路２５が設けられ、これらの回路が増幅器２６及び波
形整形回路３０を介して演算器２９に接続されている。

このような構成を有する本実施例の部分放電検出器は、
以下のように作用する。

ガス絶縁開閉装置の機器内部において部分放電が発生す
ると、第２図に示すように商用周波には、あらゆる周波
数成分を含む高周波信号が重畳され、これが検出部７ａ
に入力される。この信号は、検出部７ａ内に設けられて
いるバンドパスフィルタ１３・２０にて部分放電パルス
を含む特定周波数の信号と商用周波とに分離される。こ
のうち、部分放電パルスとそのノイズを含む可能性のあ
る特定周波数の信号は、リアルタイムで計測され、増幅
器１４及び検波回路１５で増幅・検波された後、積分回
路またはピークホールド回路１６にて位相分解計測可能
な時間幅、例えば１サイクルの／Ｏ分から／Ｏ０分の１
以下でピークホールドされ、その後、Ｖ／Ｆ変換回路１
７で変調された後、Ｅ／Ｏ変換回路１８にて光信号とし
て出力され、光ファイバー１９を通して受信部７ｂに送
られる。

一方、バンドパスフィルタ２０で検出された商用周波は
、増幅器２１にて増幅された後、コンパレータ２２であ
る特定の位相、例えばゼロクロス点の位相が電圧位相パ
ルスとして検出され、この電圧位相パルスがパルス整形
回路２３にて波形整形される。その後、この電圧位相パ
ルスは、Ｖ／Ｆ変換回路１７で変調された後、Ｅ／Ｏ変
換回路１８にて光信号として出力され、光ファイバー１
９を通して受信部７ｂに送られる。このように光伝送さ
れた部分放電パルスを含む特定周波数のパルスと電圧位
相パルスとは、それぞれ受信部７ｂにおいて、Ｏ／Ｅ部
２４、Ｆ／Ｖ変換回路２５、増幅器２６により、伝送時
の光信号から演算器２９により処理可能な電気信号に逆
変換される。

上記のようにして得られた両パルス信号から、演算器２
９により部分放電を検出するには、第３図のようにする
。まず、部分放電パルスを含む特定周波数のパルスは、
受信部７ｂの積分回路２７において、第３図Ｐ３で示す
ような矩形波パルスに整形される。一方、波形整形回路
３０より出力された電圧位相パルス（第３図ではゼロク
ロス点で電圧位相パルスＰ１が一定時間ｔ１出力される
）を基に、演算器２９から計測タイミングパルスＰ２が
出力される。この計測タイミングパルスＰ２は、演算器
２９によって計測開始時間ｔ□及び計測時間幅ｔ２が制
御されており、前記第６図の部分放電パルスの発生パタ
ーンから見て、主回路電圧の位相のうち最も部分放電パ
ルスが発生する可能性のある範囲に出力される。そして
、Ａ／Ｄ変換部２８では、この計測タイミングパルスＰ
２が出力されている間だけ、部分放電パルスを含む特定
周波数のパルス信号がディジタル値に変換され、このＡ
／Ｄ変換部２８からの出力の有無によって、その位相部
分に特定周波数のパルス信号が存在するか否か、言い換
えれば部分放電が発生したか否かが判定される。

即ち、検出部７ａのバンドパスフィルタ１３により分離
された特定周波数の信号には、部分放電の測定にあたっ
て障害となるノイズが含まれており、これをピークホー
ルド回路１６などで一定のパルス信号に変換しても、含
まれたノイズは除去されない。しかし、上記のようにし
て、計測タイミングパルスＰ２の出力の間だけ特定周波
数のパルス信号をＡ／Ｄ変換部することは、主回路電圧
位相の最も部分放電パルスの発生し易い箇所、即ちノイ
ズとは考え難い位相部分に特定周波数のパルスが存在す
ることを示すことになる。その結果、この特定周波数の
パルスを部分放電パルスと判断できる蓋然性が極めて高
くなり、単に部分放電パルスに相当する特定周波数のパ
ルスの有無だけで部分放電の判定を行っていた従来の部
分放電検出器に比べて、部分放電の検出精度が格段に向
上する。

また、部分放電パルスの主回路電圧位相に対する発生パ
ターンは、第６図のような特徴を有しているので、計測
開始時間ｔ１及び計測時間幅ｔ２を適宜変更することに
より、計測タイミングパルスＰ２を特定のパターンの予
想される部分放電発生範囲に出力させ、その部分の前記
特定周波数のパルスの有無を検出すれば、どのようなパ
ターンで部分放電パルスが生じているかを判定すること
ができ、部分放電発生の原因も判定することができる。

以上説明したように本実施例においては、絶縁スペーサ
部に埋め込まれた同一の浮遊電極から部分放電信号を含
む特定周波数の信号と商用周波信号との両信号を検出し
、前記商用周波信号から作成した主回路電圧位相に対応
した基準パルスを基に、任意位相の部分放電を計測する
ことにより、部分放電の位相解析が可能となり、高精度
で更に信頼性の高い部分放電検出器が提供できる。また
、本実施例では、商用周波と部分放電信号を同一電極か
ら検出しているため、検出部の機器への取付は等が容易
な利点もある。

（他の実施例）本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、例
えば第４図に示すように、主回路に、前記第１実施例で
示す浮遊電極４及び検出部７ａに加え、複数箇所の浮遊
電極４と部分放電検出部を設け、各検出部を光ファイバ
ー１９によって受信部７ｂに集中して接続することもで
きる。この様な構成を有する第４図の実施例では、主回
路の複数箇所で同一タイミングで計測を行い、各検出部
間のデータを差分処理することができるので、より信頼
性の高い部分放電検出が可能となる。

また、第１図の実施例において、Ｅ／Ｏ変換器１８とし
て光周波数が異なるものを用い、その合光波合成器を用
いて双方の光信号を合成し、その合成した信号を同一の
光ファイバーで受信器側に伝送し、受信器側ではＯ／Ｅ
変換器２４の前に光波分波器を設け、それぞれの信号を
分離処理することもできる。このような構成により、単
一光ケーブルで部分放電信号と主回路電圧位相信号を伝
送することができる。

また、第１図の実施例では、主回路電圧の位相パルスを
検出部で検出したが、商用周波電圧信号をそのままＶ／
Ｆ及びＥ／Ｏ変換し、受信器側にて位相信号を生成する
こともできる。

更に、浮遊電極４としては、第１図のように絶縁スペー
サ２内に埋設したもの以外に、特公昭５２−４５０１４
号公報に記載のように、浮遊電極を金属容器１と中心導
体３との間に絶縁して装着したものを使用することもで
きる。また、絶縁スペーサ２の表面に浮遊電極を張り付
けるように設けることもできる。

［発明の効果］以上のように請求項１の発明では、絶縁スペーサ部或い
は接地金属容器内に絶縁状態で配設された同一の浮遊電
極から、部分放電信号及び商用周波信号を検出し、商用
周波信号から作成した主回路電圧位相に対応した基準パ
ルスを基に任意位相の部分放電を計測することにより、
検出精度が高く部分放電発生原因の究明も可能な信頼性
の高い部分放電検出器を提供することができる。

また、請求項２の発明によれば、極めてパルス幅の短い
部分放電パルスを、ピークホールド回路または積分回路
によって処理して光伝送用のパルス信号を得るように構
成したので、デジタル信号に近い形で受信器側に光伝送
することが可能となり、光ケーブル長による減衰や光コ
ネクタ部による減衰量の変動等による影響を除去するこ
とができ、信頼性の高い部分放電検出器を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の部分放電検出器の一実施例を示す回路
図、第２図は本発明における検出部の入力及び出力波形
を示すグラフ、第３図は主回路電圧位相と各検出パルス
の関係を示すグラフ、第４図は本発明の他の実施例を示
す回路図、第５図は従来の部分放電検出器の一例を表す
回路図、第６図は部分放電発生原因と部分放電パルスの
発生パターンを示すグラフである。１・・・金属容器、２・・・絶縁スペーサ、３・・・中
心導体、４・・・浮遊電極、５・・・コンデンサ、６・
・・信号引込み線、７・・・部分放電検出器、７ａ・・
・検出部、７ｂ・・・受信部、８・・・フィルタ、９・
・・増幅回路、／Ｏ・・・ピークディテクタ及び積分回
路、１１・・・電源。１２・・・変成器、１３・・・バンドパスフィルタ、１
４・・・増幅器、１５・・・検波回路、１６・・・積分
回路またはピークホールド回路、１７・・・Ｖ／Ｆ変換
回路、１８・・・Ｅ／Ｏ変換回路、１９・・・光ファイ
バー　２０・・・バンドパスフィルタ、２１・・・増幅
器、２２・・・コンパレータ、２３・・・パルス整形回
路、２４・・・Ｏ／Ｅ変換回路、２５・・・Ｆ／Ｖ変換
回路、２６・・・増幅器、２７・・・積分回路、２８・
・・Ａ／Ｄ変換部、２９・・・演算器、３０・・・波形
整形回路、３１・・・コンバータ。第３図ノ第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁ガスを封入した接地金属容器内に、高電圧充
電部を絶縁スペーサで支持した状態で収納して成るガス
絶縁開閉装置の部分放電検出器において、絶縁スペーサ部或いは接地金属容器内に接地金属容器と
は絶縁された状態で設けられ、部分放電信号及び商用周
波信号の両信号を検出する浮遊電極と、この浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用周
波信号の両信号から部分放電信号を分離検出する部分放
電検出部と、この浮遊電極に接続され、前記部分放電信号及び商用周
波信号の両信号から前記商用周波信号を分離し、この商
用周波信号から主回路電圧位相信号を検出する主回路電
圧位相検出部と、前記部分放電検出部と主回路電圧位相検出部からの部分
放電信号と主回路電圧位相信号に基づいて、任意位相の
部分放電を計測する演算部とを備えていることを特徴と
する部分放電検出器。
（２）前記部分放電検出部と主回路電圧位相検出部が、部分放電信号及び商用周波信号から特定周波数帯の信号
を検出するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィ
ルタからの出力信号を任意の時間幅を持ったパルス信号
に変換するピークホールド回路または積分回路と、このピークホールド回路または積分回路の出力信号を周
波数変調し光信号として出力するＶ／Ｆ変換器及びＥ／
Ｏ変換器とを備えたものである請求項１記載の部分放電
検出器。