(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性媒体が封入されたタンク、上記タンク内に設置された電流遮断部、上記電流遮断部の入出力側に各別に接続され、上記タンクの外部と内部にまたがって設置された第一、第二のブッシング部、上記第一、第二のブッシング部の各中心導体の周囲にそれぞれ配置され、上記タンクの外部から伝搬する放電周波数帯域の外部放電信号を減衰させる第一、第二のローパスフィルタ、上記タンク内に配置され、上記放電周波数帯域の放電信号を受信するアンテナ、上記アンテナで受信した上記放電信号を入力して演算処理し、上記タンク内の放電を検出する放電検出部を備えたことを特徴とするタンク型遮断器。
【請求項２】
上記第一、第二のローパスフィルタの各々は、上記中心導体と上記タンクとの間に接続して配置されたコンデンサにより構成されたことを特徴とする請求項１記載のタンク型遮断器。
【請求項３】
上記第一、第二のローパスフィルタの各々は、上記第一、第二のブッシング部内に埋設して設けられ、上記中心導体と離間するとともに上記タンクに接続された金属電極により構成されたことを特徴とする請求項１記載のタンク型遮断器。
【請求項４】
上記金属電極として、電界緩和シールドを用いることを特徴とする請求項３記載のタンク型遮断器。
【請求項５】
上記第一、第二のローパスフィルタは、上記電流遮断部に対して対称的に配置され、上記アンテナは、上記第一、第二のローパスフィルタと等距離となるように、上記電流遮断部を覆う上記タンクの内周部に配置されたことを特徴とする請求項１記載のタンク型遮断器。
【請求項６】
上記タンク内に複数の上記アンテナを備え、上記放電検出部は、上記アンテナで受信した上記放電信号を検出する放電検出回路と、上記放電信号を入力して演算処理する演算回路を含み、上記アンテナは、個々に上記放電検出回路に接続され、上記演算回路は、複数の上記放電検出回路の出力信号の到達時間差に基づき、到達時間差が所定値以上である場合は放電箇所が上記タンクの外部と判定し、到達時間差が所定値未満である場合は放電箇所が上記タンクの内部と判定することを特徴とする請求項１記載のタンク型遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電検出機能を備えたタンク型遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
真空遮断器は、固定接点と固定接点に対向して配置された可動接点を備え、固定接点と可動接点は、接点の周囲が真空に保たれた真空容器の中に配置されている。真空遮断器の接点が投入されて主回路導体に電流が流れている状態から真空遮断器の接点を開放して主回路に流れる電流を遮断する場合、真空容器の真空度が高ければ真空の高い消弧能力により電流は遮断される。しかし、真空容器の亀裂発生や、金属・絶縁物に吸着していた気体分子の放出、さらには雰囲気ガスの透過などの要因によって真空容器内の真空度が低下すると、接点を開極する際に絶縁破壊が生じて電流を遮断できず、最悪の場合、機械が破損する。そこで、遮断器およびその周辺機器を破損させることなく真空遮断器の状態を把握するため、真空容器内の真空度が劣化しているかを判定する真空度劣化監視装置が検討されてきた。【０００３】
例えば、従来の文献には、真空度が劣化し、耐電圧性能が低下することで放電が発生した場合、その放電に伴う電磁波を遮断器内に設置したアンテナによって検出することで真空度の良否の判定を行う技術が開示されている（特許文献１）。また、放電検出手法としては、ブッシング内に設置される金属電極をアンテナとして使用することで、広範囲にわたる周波数の信号が検出可能となる（特許文献２）。さらに、遮断器内に設置された二つ以上のアンテナが受信した信号の時間差を利用して、放電位置を検出する方法が示されている（特許文献３）。
他には、ブッシング部に導体を設置して放電信号を受信する方法が記載されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１６０９２４号公報
【特許文献２】特許第４５１２０４２号
【特許文献３】特許第４１７００１４号
【特許文献４】特開平２−２０３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の真空度監視装置（特許文献１）や、部分放電検出装置（特許文献２）においては、検出した放電が遮断器内部で起きた内部放電なのか、外部から中心導体を伝搬してきた外部放電なのかを判別することができないため、放電による信号を受信した際に遮断器内の真空バルブの真空度を確認したが問題なく、実は遮断器外での放電を受信していたという場合があり、放電箇所を特定するのに時間がかかるという問題があった。
また、従来の部分放電検出装置（特許文献３）のように二つ以上のアンテナが受信した放電信号の時間差から放電位置を検出するには、ｎｓ（ナノセカンド）レベルの時間差を算出する必要があるため、ＧＨｚレベルの発振器と時間差を計算する高性能で高価な処理装置が必要となるという問題があった。【０００６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、真空度監視や放電検出を実施する際に、タンク外放電による信号は検出せず、タンク内放電による信号を検出する放電検出機能を備えたタンク型遮断器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】
【０００７】
この発明に係わるタンク型遮断器は、絶縁性媒体が封入されたタンク、上記タンク内に設置された電流遮断部、上記電流遮断部の入出力側に各別に接続され、上記タンクの外部と内部にまたがって設置された第一、第二のブッシング部、上記第一、第二のブッシング部の各中心導体の周囲にそれぞれ配置され、上記タンクの外部から伝搬する放電周波数帯域の外部放電信号を減衰させる第一、第二のローパスフィルタ、上記タンク内に配置され、上記放電周波数帯域の放電信号を受信するアンテナ、上記アンテナで受信した上記放電信号を入力して演算処理し、上記タンク内の放電を検出する放電検出部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のタンク型遮断器によれば、タンクの外部から伝搬する放電周波数帯域の外部放電信号を減衰させる第一、第二のローパスフィルタを設けたため、真空度監視や放電検出を実施する際に、放電周波数帯域の放電信号を受信するアンテナは、タンク外放電による信号は減衰させて検出せず、タンク内放電による信号を検出することができる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１のタンク型遮断器の側断面図である。
【図２】タンク型遮断器における真空中放電信号の周波数スペクトラムの一例を示す図である。
【図３】タンク型遮断器におけるガス中放電信号の周波数スペクトラムの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２のタンク型遮断器のタンクの配置例を示した側断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２のブッシング部内電極構造からフィルタ効果の計算結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３のタンク型遮断器のアンテナの配置例を示した側断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３のタンク型遮断器のアンテナの配置例を示した側断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４のタンク型遮断器のアンテナの配置例を示した側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるタンク型遮断器の側断面を示す模式図であり、絶縁性媒体が封入されたタンク１、タンク１内に設置された電流遮断部２、電流遮断部２の入出力側に各別に接続され、タンク１の外部と内部にまたがって設置された第一、第二のブッシング部４ａ、４ｂ、第一、第二のブッシング部４ａ、４ｂの各中心導体（第一、第二の中心導体３ａ、３ｂに相当する。）の周囲の絶縁体部内にそれぞれ配置され、タンク１の外部から伝搬する放電周波数帯域の外部放電信号をタンク１側に伝搬させて減衰させる第一、第二のローパスフィルタ（コンデンサ５ａ、５ｂに相当する。）、タンク１内に配置され、放電周波数帯域の放電信号を受信するアンテナ７、アンテナ７で受信した放電信号を入力して演算処理し、タンク１内の放電を検出する放電検出部２０を備えている。
【００１１】
このようなタンク型遮断器において、接地電位であるタンク１には、第一、第二のブッシング部４ａ、４ｂの絶縁体部を貫通し電流を流す中心導体３ａ、３ｂ、電流を遮断する電流遮断部２と、電流遮断部２を動作させる駆動装置６が配置されており、タンク1内に絶縁ガスが封入されている。なお、絶縁ガスとしては、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ６）、二酸化炭素（ＣＯ２）、ヨウ化トリフルオロメタン（ＣＦ３Ｉ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、４フッ化メタン（ＣＦ４）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、あるいは、これらの少なくとも２つを混合したガスなどが用いられる。また、電流遮断部２としては、例えばガス遮断器、真空遮断器、油遮断器等が用いられる。
タンク１の基本構造は横長の円筒構造であり、材質はステンレスやアルミ等の導電性物質で構成されている。また、タンク１には外部の通電経路と接続する複数の箇所にブッシング部４ａ、４ｂ（第一、第二のブッシング部に相当する。）を備えており、各ブッシング部４ａ、４ｂは、通電路となる中心導体３ａ、３ｂと、その中心導体３ａ、３ｂの周囲を取りまき、タンク１の内外にまたがって配置される絶縁性物質よりなる絶縁体部（図１中にハッチングを付した部分。）を構成要素として含んでいる。また、各ブッシング部４ａ、４ｂは、電流遮断部２から等距離な位置に配置される。
【００１２】
さらに、ブッシング部４ａ、４ｂの絶縁体部内に埋設した状態にコンデンサ５ａ、５ｂを配置し、コンデンサ５ａ、５ｂの一端を中心導体３ａ、３ｂにそれぞれ接続し、コンデンサ５ａ、５ｂの他端を、接地となるタンク１にそれぞれ接続する。
第一、第二のローパスフィルタとなるコンデンサ５ａ、５ｂの容量値は、図２に示すタンク内の放電波形の周波数成分から、放電波形の周波数以上の伝搬信号を通さない値とする。一例として数ｎＦ程度のコンデンサを設置することで数１０ＭＨｚ以上の伝搬信号を約１／１０以下に減衰させることができる。なお、図２は、タンク型遮断器における真空バルブ中の放電信号の周波数スペクトラムの一例を示す図である。
さらに、図３は、タンク型遮断器におけるガス中の放電信号の周波数スペクトラムの一例を示す図であるが、ガス中の放電であっても、放電によって生じる周波数帯域は図２とほぼ等しく、本願発明は、絶縁性媒体である絶縁ガスの種類によらず適用可能である。
【００１３】
また、タンク１の内部にはアンテナ７が設置される。ここで、アンテナ７の受信感度が良い帯域は、放電波形の周波数帯域の内で、コンデンサ５ａ、５ｂが信号を減衰させ始める低い周波数帯域よりも高い周波数帯域の方が好ましい。その理由は、例えば、１００ＭＨｚの信号を１／１０にするローパスフィルタは、２００ＭＨｚの信号を１／２０とし、その減衰量は周波数が高い程大きくなる傾向があるためであり、高周波帯域であるほど減衰量を大きくすることができ、より正確にタンク内放電を検出することが可能となるためである。
【００１４】
アンテナ７で受信された放電信号は、信号線を介して、放電検出回路１０へ信号を入力する。放電検出回路１０の出力信号は、信号線を介して演算回路１１に入力される。この演算回路１１において、特定時間内に発生した放電回数や放電信号の強度を算出する演算処理がなされ、閾値以上の値を示した場合は、真空不良等が発生しているという警報を出す。なお、放電検出回路１０と演算回路１１を総称して放電検出部２０としている。
ここで、例えば、アンテナ７が受信した信号は、放電検出回路１０に設置されるフィルタにより、放電波形の周波数帯域以外の成分は減衰し、逆にコンデンサ５ａ、５ｂが減衰させる放電波形の周波数帯域の信号は通す構成とする。
【００１５】
タンク１内で絶縁上の問題が生じた場合、例えば電流遮断部２における高電界部への金属異物の付着や、固体絶縁物の界面絶縁不良、タンク1内の異物、電流遮断部２が真空バルブの場合に真空度劣化等が発生した場合、電流遮断部２の近辺で、部分放電（内部放電）が発生し電磁波が放射される。
この時、内部放電による電磁波はアンテナ７に伝播し、アンテナ７によって放電信号に変換され、さらに放電検出回路１０を介することで、放電波形の帯域以外の成分は減衰し、演算回路１１に入力される。
【００１６】
また、タンク１外で放電（外部放電）が起きた場合、この外部放電による信号は、コンデンサ５ａ、５ｂを介して接地となるタンク１側に流れて減衰し、アンテナ７には伝播しない。正確には、コンデンサ５ａ、５ｂで減衰された外部放電信号がアンテナ７側へ伝搬するが、その強度は例えば１／１０以下と小さくなり、影響が小さくなる。すなわち、アンテナ７はタンク１内の放電（内部放電）のみ受信する。
タンク１外での放電は、コンデンサ５ａ、５ｂのローパスフィルタの作用によって、タンク１内に伝搬しないので、タンク１内のアンテナ７が放電信号を受信した場合、タンク１内での放電であることを容易に判別でき、放電検出部２０にて外来ノイズを内部放電と認識する誤動作を無くすことができる。
【００１７】
ここで、例えば１００ＭＨｚ以上の信号を１／１０以下に減衰させるローパスフィルタを設置し、タンク１の外部から１００ＭＨｚ、１００ｍＶの信号が伝搬してくると、アンテナ７での受信レベルは１０ｍＶ以下となる。これに対し、タンク内放電の場合は１００ｍＶ程度の受信レベルとなるとする。この場合、アンテナ７で、１００ＭＨｚ、５０ｍＶ（閾値の例）以上の信号が受信されたらタンク内放電と判断される。なお、フィルタ（ローパスフィルタ）、アンテナの特性によって放電周波数や信号強度、閾値が変化することは言うまでもない。
【００１８】
また、上述の図２に示したように、放電波形は数ＭＨｚから数１００ＭＨｚ程度と広範囲の帯域の周波数成分を含んでおり、本願発明のコンデンサ５ａ、５ｂなどのローパスフィルタが減衰させる周波数帯域は、放電波形が持つ最大周波数以下に設定する必要がある。本願発明では、その上で、タンク１内にローパスフィルタで減衰させた周波数帯域で感度を持つアンテナ７を設置することで、外部からの伝搬ノイズの影響を排除し、タンク内放電の感度を向上させることが可能となる。
なお、以上の説明では、ブッシング部４ａ、４ｂの位置は電流遮断部２から等距離としたが、これに限るものではなく、電流遮断部２からの距離が異なっていても構わない。
【００１９】
実施の形態２.
図４は本発明の実施の形態２に係るタンク型遮断器の側断面図を示している。
上述した実施の形態１ではローパスフィルタとしてコンデンサ５ａ、５ｂを中心導体３ａ、３ｂに接続したが、この実施の形態２では、ブッシング部４ａ、４ｂの絶縁体部内に金属電極１２ａ、１２ｂを埋め込み、この金属電極１２ａ、１２ｂをタンク１に接続して接地することで、金属電極１２ａ、１２ｂとブッシング部４ａ、４ｂ内の絶縁物により、コンデンサを形成する構成としている。なお、金属電極１２ａ、１２ｂは、例えば電界緩和シールドを用いることが可能である。
【００２０】
例えば、金属電極１２ａ、１２ｂは、中心導体３ａ、３ｂの周りを覆う円筒形状とし、径をΦ１００、長さ５００ｍｍであるとし、中心導体３ａ、３ｂの径Φ５０、ブッシング材（絶縁物）の誘電率を約４と考えると、約０．２ｎFの容量成分となる。
この時、金属電極１２ａ、１２ｂは、図５に示すように１００ＭＨｚ帯域以下の信号を伝搬させるローパスフィルタとして働く。中心導体３ａ、３ｂを伝搬してくる外部からの放電信号は、金属電極１２ａまたは１２ｂで覆われた箇所を伝搬することで１００ＭＨｚ以上の帯域の信号強度が減衰する。
すなわち、コンデンサを新たに設置することなく、ブッシング部４ａ、４ｂに金属電極１２ａ、１２ｂを埋め込んで、タンク１と接続することでコンデンサと同様のフィルタ効果が得られる。
【００２１】
なお、金属電極１２ａ、１２ｂをブッシング部４ａ、４ｂの絶縁体部に埋め込んだ例を示したが、一般にブッシング部４ａ、４ｂの絶縁体部内にタンク１における電界集中部を隠すための電界緩和シールドを設ける場合があり、この電界緩和シールドを金属電極１２ａ、１２ｂとして用い、フィルタ効果を合わせ持つ構造とすることが可能である。この場合、ブッシング部４ａ、４ｂの絶縁体部内に新たに金属電極１２ａ、１２ｂを埋め込む構造とすること無く、電界緩和シールドを利用してローパスフィルタを形成することができる。
【００２２】
実施の形態３.
図６、図７は本実施の形態３に係るタンク型遮断器の側断面を示す模式図であり、タンク1の長手方向が水平方向である。図６、図７に示すローパスフィルタであるコンデンサ５ａ、５ｂまたは金属電極（電界緩和シールド）１２ａ、１２ｂは、電流遮断部２に対して、等距離の位置に設置されている。つまり、ローパスフィルタは電流遮断部２に対して対称的に配置され、さらに、アンテナ７は二つのローパスフィルタと等距離となるように、電流遮断部２を覆うタンク１の内周部に配置されている。
【００２３】
放電周波数帯域では、コンデンサ５ａ、５ｂまたは金属電極１２ａ、１２ｂにより中心導体３ａ、３ｂは短絡された状態となる。この時、タンク１内部において、短絡箇所の中央部となる電流遮断部２が腹、短絡箇所が節となって共振する。すなわち、電流遮断部２の周囲で共振によって発生する電磁波が最大となる。よって、タンク1内のアンテナ７設置箇所を、電流遮断部２を覆うタンク１内周部のいずれかの箇所とし、コンデンサ５ａ、５ｂまたは金属電極１２ａ、１２ｂが、電流遮断部２に対して等距離の位置に設置されるように配置することで、共振によって最大となる放電信号を効果的に受信することができる。
図６、図７に例示したように、アンテナ７をタンク１内周部の電流遮断部２の真下に配置することで、効果的な放電信号の受信が可能となる。
【００２４】
実施の形態４．
上述した本発明によるタンク型遮断器は、タンク外放電による信号は検出せず、タンク内放電による信号を検出する放電検出機能があることについて、説明した。この実施の形態４では、上述した放電検出機能に加え、さらに、タンク内放電かタンク外放電かを別の方法によっても判定し、確実に放電箇所がタンク内かタンク外かを特定できるタンク型遮断器について説明する。
図８は本実施の形態４に係るタンク型遮断器の側断面を示す模式図である。実施の形態４では、タンク１内に複数のアンテナ７ａ、７ｂを備え、アンテナ７ａ、７ｂはそれぞれ放電検出回路１０ａ、１０ｂと接続される。演算回路１１にて、放電検出回路１０ａ、１０ｂの出力信号の到達時間差によって、放電箇所がタンク１の内部か外部かを判定する。放電検出回路１０ａ、１０ｂの出力信号の到達時間差がほぼ０となる場合は、タンク1内で放電が発生しており、それ以外の場合で、出力信号の到達時間差がある場合は、タンク1外で放電が発生していると判断できる。つまり、演算回路１１は、第一、第二の放電検出回路１０ａ、１０ｂの出力信号の到達時間差に基づき、その到達時間差が所定値以上である場合は、放電箇所がタンク１の外部と判定し、その到達時間差が所定値未満である場合は、放電箇所がタンク１の内部と判定する。
このように、タンク外放電による信号はコンデンサ５ａ、５ｂを介して設置となるタンク１側に流して減衰させ、アンテナ７に伝搬させない構成とした上で、さらに、図８に示したように、タンク１内の複数の箇所にアンテナ７ａ、７ｂを設け、各アンテナに伝搬する放電信号の到達時間差によっても、放電箇所がタンク内がタンク外かを特定できるように構成したことで、タンク内放電の検出をより正確に行うことが可能となる。  なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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