JPH09121409A - ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部のノイズの影響が少なく、また、検出精
度が高く感度も高くなるガス絶縁電気機器の部分放電検
出装置を得る。 【解決手段】 円筒形状の金属容器の内部に導体を配置
し、絶縁支持して絶縁ガスを満たしたガス絶縁電気機器
において、可変周波数の電磁波を発生する電磁波発生
器、この電磁波を金属容器の内部に放射する第一電磁波
センサ、金属容器の内部の電磁波を検出する第二電磁波
センサ、第二電磁波センサからの電磁波信号のスペクト
ル分析を行うスペクトラムアナライザ、電磁波発生器で
発生する電磁波により検出した電磁波信号のガス絶縁電
気機器の構造によって決まる共振周波数が存在するスペ
クトルと、金属容器の内部で発生する部分放電に伴う電
磁波により検出した電磁波信号のスペクトルとを比較
し、スペクトル強度の大なる周波数と共振周波数との一
致を確認して部分放電の発生を判定するコンピュータを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は円筒形状の金属容
器の内部に導体を絶縁支持して絶縁ガスを満たしたガス
絶縁電気機器の金属容器の内部で発生する部分放電をガ
ス絶縁電気機器の構造によって決まる共振周波数に基づ
いて検出する部分放電検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は平成４年電気学会電力・エネルギ
ー部門大会論文集に掲載された第３８７号論文「外部ア
ンテナを用いたＧＩＳの絶縁監視方式における信号検出
特性」（木村喬、春浪隆夫、金万直弘、斉藤宗敬）から
引用したもので、ガス絶縁電気機器の金属容器の内部に
おける絶縁性能が低下すると部分放電を生じるが、その
部分放電に伴なう電磁波に基づいて部分放電を検出する
従来の部分放電検出装置の構成図である。このガス絶縁
電気機器は金属容器１，３の内部に三相分の導体（図示
せず）を金属容器１，３の軸に対称に配置して絶縁スペ
ーサ５で絶縁支持し、絶縁ガスを満たした三相一括型の
ものであって、金属容器１，３のそれぞれのフランジ１
ａ，３ａで絶縁スペーサ５を挟んでスタッドボルト（図
示せず）で締め付けている。

【０００３】金属容器１，３の内部で発生する部分放電
に伴なう電磁波は金属容器１，３のシールド効果により
その外部では減衰する。そこで、この電磁波を検出する
ために電磁波の透過する絶縁スペーサ５の周縁部に密着
してスロットアンテナ１０ａを取り付けるとともに、こ
のスロットアンテナ１０ａの近傍で金属容器３を囲繞し
てノイズを測定するスロットアンテナ１０ｂを取り付け
る。そして、スロットアンテナ１０ａ，１０ｂとプリア
ンプ１１ａ，１１ｂとをそれぞれ同軸ケーブル１９ａ，
１９ｂで接続し、金属容器１，３の内部で発生した部分
放電による電磁波信号に外部のノイズ信号を含む信号を
スロットアンテナ１０で検出し、プリアンプ１１ａで増
幅してスペクトラムアナライザ１２でスペクトル分析し
パソコン１３で記憶する。また、このときのノイズ信号
をスロットアンテナ１０ｂで検出し、同じく、プリアン
プ１１ａで増幅、スペクトラムアナライザ１２でスペク
トル分析してパソコン１３で記憶し、両者の差分スペク
トルを演算して外部のノイズ信号を除去した部分放電の
みによる電磁波信号を検出する。

【０００４】図７（Ａ）は導体４に針状の微小金属異物
が存在しない場合の金属容器３の部分を示す断面図、同
図（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）はそれぞれ、同図（Ａ）の状態の
もとに検出したノイズ信号のスペクトル、金属容器３の
内部で部分放電の発生のない正常時の電磁波信号にノイ
ズ信号を含む信号のスペクトル、これら両者の差分スペ
クトルである。また、図８（Ａ）は導体４に針状の微小
金属異物９が存在する場合の金属容器３の部分を示す断
面図、同図（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）はそれぞれ同図（Ａ）の
状態のもとに検出したノイズ信号のスペクトル、金属容
器３の内部で発生した部分放電による電磁波信号にノイ
ズ信号を含む信号のスペクトル、これら両者の差分スペ
クトルである。なお、図７（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）、図８
（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）はいずれも縦軸がスペクトル強度、
横軸が周波数を示す。図７（Ｄ）と図８（Ｄ）を比較す
ると金属容器３の内部で部分放電の発生のない正常時に
比べて部分放電の発生による電磁波信号を識別すること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のガス絶縁電気機
器の部分放電検出装置は金属容器１，３の内部で発生す
る部分放電による電磁波信号に外部のノイズ信号を含む
信号を検出しスペクトル分析してそのスペクトルを記憶
し、また、このときのノイズ信号を検出しスペクトル分
析してそのスペクトルを記憶してこれら両スペクトルの
差分スペクトルを演算することにより部分放電のみによ
る電磁波信号のスペクトルを得る。これを金属容器１，
３の内部で部分放電の発生がない正常時と金属容器１，
３の内部で部分放電の発生がある異常時とについて行な
い、両差分スペクトルを比較して部分放電を検出する。
しかしながら、絶縁スペーサ５の周縁部に密着するスロ
ットアンテナ１０ａとこの近傍で金属容器３を囲繞する
スロットアンテナ１０ｂが金属容器１，３の外側にあっ
てその取り付け位置が全く同じでないことから外部のノ
イズの影響が少なからず考えられ、検出精度は必ずしも
高いとは思われない。また、絶縁スペーサ５を透過する
微弱な電磁波を検出するので感度もそれほど高いとは云
えない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るガス絶縁
電気機器の部分放電検出装置は円筒形状の金属容器の内
部に一相分、あるいは、三相分の導体を配置し、絶縁ス
ペーサで絶縁支持して絶縁ガスを満たしたガス絶縁電気
機器において、可変周波数の電磁波を発生する電磁波発
生器、金属容器の内側に取り付けて電磁波発生器で発生
した電磁波を金属容器の内部に放射する第一電磁波セン
サ、金属容器の内側に取り付けて金属容器の内部で発生
する電磁波を検出する第二電磁波センサ、第二電磁波セ
ンサで検出した電磁波信号のスペクトル分析を行うスペ
クトラムアナライザ、電磁波発生器で発生する電磁波に
より検出した電磁波信号をスペクトル分析して得たガス
絶縁電気機器の構造によって決まる共振周波数が存在す
るスペクトルと、金属容器の内部で発生する部分放電に
伴う電磁波により検出した電磁波信号をスペクトル分析
して得たスペクトルとを比較し、スペクトル強度の大な
る周波数と共振周波数との一致を確認して金属容器の内
部での部分放電の発生を判定するコンピュータを備えた
ものである。

【０００７】また、前記のガス絶縁電気機器の部分放電
検出装置で第二電磁波センサで検出した電磁波信号に含
まれる外部のノイズを除去するフィルタを設ける。

【０００８】さらに、前記のガス絶縁電気機器の部分放
電検出装置で第二電磁波センサで検出した電磁波信号に
含まれる外部のノイズを除去するフィルタと絶縁スペー
サの周縁部を覆って遮蔽する電磁シールドとを設ける。

【０００９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．ガス絶縁電気機器は円筒形状の金属容器
の内部に一相分の導体を同軸にして絶縁支持し、絶縁ガ
スを満たした相分離型か、あるいは、同様の金属容器の
内部に三相分の導体を金属容器の軸を対称にして配置し
絶縁支持して絶縁ガスを満たした三相一括型のいずれか
であるが、金属容器の内部で電磁波が発生すると、その
構造から同軸円筒空洞共振器として働くものと考えるこ
とができ、その共振周波数ｆｎはｆｎ＝（Ｃ／２Ｌ）ｎ
となる。ここで、Ｃは光の速度、Ｌは金属容器の内部に
配置した導体の長さ、ｎは自然数である。これより導体
の長さＬによって決まる等間隔の共振周波数が多数存在
し、金属容器の内部で発生する部分放電に伴なう電磁波
のスペクトルをとるとこれらの共振周波数でスペクトル
強度が大となる。

【００１０】図１はこの発明の実施の形態１を示す構成
図である。図１において、まず、ガス絶縁電気機器の部
分について説明すると、２１は円筒形状の金属容器で絶
縁ガスを封入する。２１ａは金属容器２１のフランジ、
２２は金属容器２１に同軸にして収容した一相分の導
体、２３は直交する円筒形状の金属容器で絶縁ガスを封
入し、図示は省略するが、導体２２に接続した一相分の
導体を同軸にして収容している。２３ａは金属容器２３
のフランジ、２４は金属容器２３に取り付けたブッシン
グ、２５は導体２１を絶縁支持する絶縁スペーサでフラ
ンジ２１ａとフランジ２３ａで挟み、図示を省略するが
スタッドボルトで締め付けている。

【００１１】次に、部分放電検出装置の部分について説
明する。３０ａは金属容器２１の内側に取り付けて電磁
波を金属容器２１，２３の内部に放射する電磁波セン
サ、３０ｂは金属容器２１の内側に取り付けて金属容器
２１，２３の内部で発生する電磁波を検出する電磁波セ
ンサ、３１は電磁波センサ３０ａで金属容器２１，２３
の内部に放射する可変周波数の電磁波を発生する電磁波
発生器、３３は電磁波センサ３０ｂで検出し、アンプ３
２で増幅した電磁波信号をスペクトル分析するスペクト
ラムアナライザ、３４は電磁波発生器３１で発生させた
電磁波による電磁波信号をスペクトル分析して得たこの
ガス絶縁電気機器の構造によって決まる共振周波数が存
在するスペクトルと、金属容器２１，２３の内部で発生
した部分放電に伴う電磁波による電磁波信号をスペクト
ル分析して得たスペクトルとを比較して、スペクトル強
度の大なる周波数と共振周波数との一致を確認して金属
容器２１，２３の内部での部分放電の発生を判定するコ
ンピュータである。

【００１２】次に、機能について説明する。電磁波発生
器３１で０〜１ＧＨｚの電磁波を発生させて電磁波セン
サ３０ａにより金属容器２１，２３の内部に放射する。
この電磁波を電磁波センサ３０ｂで検出し、その電磁波
信号をアンプ３２で増幅してスペクトラムアナライザ３
３でスペクトル分析し、そのスペクトルをコンピュータ
３４に記憶する。そのスペクトルを図２（Ａ）に示す
が、ガス絶縁電気機器の構造によって決まる共振周波数
が２０〜３０ＭＨｚの間隔で存在し、５３８ＭＨｚの付
近で最大のスペクトル強度になっている。これらの共振
周波数から金属容器２１，２３の内部に配置した導体の
長さＬを計算すると５ｍないし７．５ｍとなり、実際の
導体の長さ（約６ｍ）とほぼ一致する。

【００１３】ついで、金属容器２１の内部の導体２２に
針状の微小金属異物（０．２ｍｍ径、１０ｍｍ長さ）を
立てて付着させ、針先放電させたときと、金属容器２１
の内部で針状の微小金属異物（０．２ｍｍ径、３ｍｍ長
さ）をファイアフライ状態にしたときの２つの部分放電
についてその電磁波を電磁波センサ３０ｂで検出し、そ
の電磁波信号をアンプ３２で増幅してスペクトラムアナ
ライザ３３でスペクトル分析を行ない、その各スペクト
ルをコンピュータ３４に記憶した。このときの針先放電
とファイアフライ状態の各スペクトルをそれぞれ図２
（Ｂ）と図２（Ｃ）に示す。図２（Ａ）と図２（Ｂ）
（Ｃ）とをコンピュータ３４で比較し、図２（Ｂ）
（Ｃ）のスペクトル強度の大なる周波数が図２（Ａ）の
共振周波数とほぼ一致すること、とくに、図２（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ）のいずれでも５３８ＭＨｚ付近でスペクト
ル強度が最大になっていることを確認して金属容器２１
の内部での部分放電の発生を判定する。なお、参考のた
めにこのガス絶縁電気機器とは別に平行平板電極の一方
の電極に針状の金属突起物（０．２ｍｍ径、１０ｍｍ長
さ）を設けて針先放電を生じさせたときに発生する電磁
波のスペクトルを図２（Ｄ）に示す。これによれば、ス
ペクトルが全周波数帯域に存在して図２（Ｂ）（Ｃ）と
の差異は明らかである。

【００１４】以上は相分離型のガス絶縁電気機器につい
て説明したが、三相一括型のガス絶縁電気機器であって
も、この発明を実施することができる。この実施の形態
１によれば、電磁波を検出する電磁波センサ３０ｂを金
属容器の内側に取り付けるとともに、ガス絶縁電気機器
の構造によって決まる共振周波数のスペクトルを予め記
憶し、金属容器２１，２３の内部で発生する部分放電に
伴なう電磁波のスペクトルも記憶して両者を比較し、電
磁波のスペクトル強度の大なる周波数が共振周波数と一
致することを確認して金属容器２１，２３の内部での部
分放電の発生を判定するので、外部のノイズの影響を受
けることが少なく、また、検出精度が高く、感度も高く
なる。

【００１５】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示す構成図である。図３において、２１，２１
ａ，２２，２３，２３ａ，２４，２５，３０ａ，３０
ｂ，３１〜３４は実施の形態１で図１について説明した
ものと同じものである。３５は０〜４００ＭＨｚのノイ
ズを除去するフィルタである。また、図４は金属容器２
１，２３の内部で発生した部分放電に伴う電磁波に絶縁
スペーサ２５、ブッシング２４から内部に侵入した外部
のノイズを含む信号のスペクトルである。図４によれ
ば、０〜４００ＭＨｚのかなり大きいノイズを含んでい
るので、フィルタ３５で除去すれば、外部のノイズの影
響を避けることができ、実施の形態１と同じ効果を得る
ことができる。

【００１６】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３を示す構成図である。外部のノイズは絶縁スペーサ
２５、ブッシング２４から内部に侵入するので、絶縁ス
ペーサ２５の周縁部を電磁シールド２９で覆って遮蔽す
れば、ノイズを減少させることができ、実施の形態２よ
りも良い効果を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。

【図２】 ガス絶縁電気機器の共振周波数の存在するス
ペクトル（Ａ）、針先放電の場合のスペクトル（Ｂ）、
ファイアフライ状態の場合のスペクトル（Ｃ）、平行平
板電極に針状の金属突起物のある針先放電の場合のスペ
クトル（Ｄ）である。

【図３】 この発明の実施の形態２を示す構成図であ
る。

【図４】 部分放電に伴う電磁波に外部のノイズを含む
信号のスペクトルである。

【図５】 この発明の実施の形態３を示す構成図であ
る。

【図６】 従来のガス絶縁電気機器の部分放電検出装置
を示す構成図である。

【図７】 微小金属異物が存在しない場合の金属容器の
部分の断面図（Ａ）、ノイズ信号のスペクトル（Ｂ）、
部分放電の発生のない正常時の電磁波信号にノイズ信号
を含む信号のスペクトル（Ｃ）、（Ｂ）と（Ｃ）との差
分スペクトル（Ｄ）である。

【図８】 微小金属異物が存在する場合の金属容器の部
分の断面図（Ａ）、ノイズ信号のスペクトル（Ｂ）、部
分放電の発生がある異常時の電磁波信号にノイズ信号を
含む信号のスペクトル（Ｃ）、（Ｂ）と（Ｃ）との差分
スペクトル（Ｄ）である。

【符号の説明】

２１ 金属容器 ３０ａ 電磁波セン
サ ２１ａ フランジ ３０ｂ 電磁波セン
サ ２２ 導体 ３１ 電磁波発生
器 ２３ 金属容器 ３３ スペクトラ
ムアナライザ ２３ａ フランジ ３４ コンピュー
タ ２５ 絶縁スペーサ ３５ フィルタ ２９ 電磁シールド

フロントページの続き (72)発明者 清水 芳則 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 井波 潔 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 竹内 博 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 竹治 直昭 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 高畑 浩二 香川県高松市丸の内２番５号 四国電力株 式会社内 (72)発明者 畑野 雅幸 東京都中央区銀座六丁目15番１号 電源開 発株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形状の金属容器の内部に一相分、あ
   るいは、三相分の導体を配置し、絶縁スペーサで絶縁支
   持して絶縁ガスを満たしたガス絶縁電気機器において、
   可変周波数の電磁波を発生する電磁波発生器、前記金属
   容器の内側に取り付けて前記電磁波発生器で発生した電
   磁波を前記金属容器の内部に放射する第一電磁波セン
   サ、前記金属容器の内側に取り付けて前記金属容器の内
   部で発生する電磁波を検出する第二電磁波センサ、前記
   第二電磁波センサで検出した電磁波信号のスペクトル分
   析を行うスペクトラムアナライザ、前記電磁波発生器で
   発生する電磁波により検出した電磁波信号をスペクトル
   分析して得た前記ガス絶縁電気機器の構造によって決ま
   る共振周波数が存在するスペクトルと、前記金属容器の
   内部で発生する部分放電に伴う電磁波により検出した電
   磁波信号をスペクトル分析して得たスペクトルとを比較
   し、スペクトル強度の大なる周波数と前記共振周波数と
   の一致を確認して前記金属容器の内部での部分放電の発
   生を判定するコンピュータを備えたことを特徴とするガ
   ス絶縁電気機器の部分放電検出装置。
2. 【請求項２】 第二電磁波センサで検出した電磁波信号
   に含まれる外部のノイズを除去するフィルタを設けたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁電気機器の部
   分放電検出装置。
3. 【請求項３】 絶縁スペーサの周縁部を覆って遮蔽する
   電磁シールドを設けたことを特徴とする請求項２に記載
   のガス絶縁電気機器の部分放電検出装置。