(57)【要約】【課題】コストの抑制、設置作業の簡素化、メンテナンス性の向上を図りつつ圧力波の発生箇所の特定が可能なガス絶縁電力機器を得ること。【解決手段】本発明は、第１の方向に沿って延びる容器１と、容器１の内部に設けられて第１の方向に沿って延びる導体２と、第１の方向に沿って複数設けられて、容器の内部を複数の区画に区切る区画壁３と、区画の内部の第１の方向に沿った端部に設けられて、区画の内部で発生した圧力波を検出する検出器６と、検出器６が圧力波を検出した複数回のタイミングに基づいて、圧力波の発生箇所を特定する特定部５１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に沿って延びる容器と、
前記容器の内部に設けられて前記第１の方向に沿って延びる導体と、
前記第１の方向に沿って複数設けられて、前記容器の内部を複数の区画に区切る区画壁と、
前記区画の内部の前記第１の方向に沿った端部に設けられて、前記区画の内部で発生した圧力波を検出する検出器と、
前記検出器が前記圧力波を検出した複数回のタイミングに基づいて、前記圧力波の発生箇所を特定する特定部と、を備えることを特徴とするガス絶縁電力機器。
【請求項２】
前記特定部は、前記圧力波の第１波を検出したタイミングと前記圧力波の第２波を検出したタイミングの時間差である第１の時間差を算出する時間差算出部と、前記第１の時間差に基づいて前記検出器から前記圧力波の発生箇所までの距離を算出する距離算出部と、を有し、
前記検出器から前記圧力波の発生箇所までの距離をｘとし、前記区画の第１の方向に沿った長さをＬとし、前記圧力波の速度をＶとし、前記第１の時間差をΔＴ１とした場合に、
前記距離算出部は、距離ｘを、
ｘ＝Ｌ−Ｖ×ΔＴ１／２
の関係から算出することを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁電力機器。
【請求項３】
前記特定部は、前記圧力波の速度Ｖを算出する速度算出部をさらに有し、
前記時間差算出部は、前記第２波を検出したタイミングと前記圧力波の第３波を検出したタイミングとの時間差である第２の時間差を算出し、
前記速度算出部は、前記第２の時間差をΔＴ２とした場合に、速度Ｖを、
Ｖ＝２Ｌ／（ΔＴ１＋ΔＴ２）
の関係から算出し、
前記距離算出部は、前記速度算出部が算出した速度Ｖを用いて距離ｘを算出することを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁電力機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁ガスが充填された金属容器の内部に導体を備えるガス絶縁電力機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ガスが充填された金属容器の内部に導体が備えられたガス絶縁電力機器が用いられている。金属容器の内部は導体の延びる方向に沿って設けられた複数の絶縁スペーサによって複数の区画に区切られている。
【０００３】
このようなガス絶縁電力機器では、金属容器の内部で地絡事故または短絡事故が発生する場合がある。このような事故の発生点ではアークが発生し、アークによって圧力波が発生する。特許文献１に開示された技術では、１つの区画に設けられた複数の検出器によって、事故の発生点で発生した圧力波を検出し、検出したタイミングの時間差に基づいて、その区画内での事故の発生箇所すなわち圧力波の発生箇所を特定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５０８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、１つの区画に対して複数の検出器を設置する必要があるため、部品点数の増加によるコストの上昇を招く。また、検出器の数が増えることで、ガス絶縁電力機器の設置作業における工数も増加する。また、メンテナンス時の点検箇所も増加するためメンテナンス性の低下を招くおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストの抑制、設置作業の簡素化、メンテナンス性の向上を図りつつ圧力波の発生箇所の特定が可能なガス絶縁電力機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の方向に沿って延びる容器と、容器の内部に設けられて第１の方向に沿って延びる導体と、第１の方向に沿って複数設けられて、容器の内部を複数の区画に区切る区画壁と、区画の内部の第１の方向に沿った端部に設けられて、区画の内部で発生した圧力波を検出する検出器と、検出器が圧力波を検出した複数回のタイミングに基づいて、圧力波の発生箇所を特定する特定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるガス絶縁電力機器によれば、コストの抑制、設置作業の簡素化、メンテナンス性の向上を図りつつ圧力波の発生箇所の特定が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるガス絶縁電力機器の概略構成を示す模式図
【図２】実施の形態１における事故点標定装置の機能構成を示す図
【図３】検出器から送信された信号の波形検出部による処理を示す図
【図４】容器の内部で発生した圧力波が伝播した距離を説明する図
【図５】本発明の実施の形態２にかかる事故点標定装置の機能構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるガス絶縁電力機器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるガス絶縁電力機器の概略構成を示す模式図である。図２は、実施の形態１における事故点標定装置の機能構成を示す図である。ガス絶縁電力機器５０は、第１の方向である矢印Ｙに示す方向に沿って延びる金属製の容器１と、容器１の内部に設けられて矢印Ｙに示す方向に延びる導体２と、矢印Ｙに示す方向に互いに離間して複数設けられて、容器１の内部を複数の区画に区切る区画壁である絶縁スペーサ３とを備える。絶縁スペーサ３は、容器１の内部で導体２を支持する。ガス絶縁電力機器５０は、例えばガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ：Ｇａｓ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）である。
【００１２】
図１では、複数の絶縁スペーサ３のうち、２つの絶縁スペーサ３ａ，３ｂに区切られた区画を拡大して示している。図１の紙面左右両側にも絶縁スペース３で区切られた区画が設けられている。絶縁スペーサ３によって区切られた区画は、区画自体が矢印Ｙに示す方向に沿って延びる形状となっており、矢印Ｙに示す方向を長手方向とする。
【００１３】
ガス絶縁電力機器５０は、容器１の内部で発生した地絡事故または短絡事故の発生場所を特定する特定部である事故点標定装置５１を備える。事故点標定装置５１は、検出器６と、信号処理装置１０とを備える。
【００１４】
検出器６は、容器１の内部の圧力を検出する圧力センサである。検出器６は、絶縁スペーサ３ａおよび絶縁スペーサ３ｂで区切られた区画のうち、矢印Ｙに沿った方向の端部に設けられている。本実施の形態１では、絶縁スペーサ３ｂ側となる端部に検出器６を設けた例を挙げて説明するが、絶縁スペーサ３ａ側となる端部に検出器６を設けても構わない。
【００１５】
容器１の内部では、地絡事故または短絡事故が発生した場合に、事故の発生点で導体２と容器１との間にアーク４が発生する。アーク４の発生によって圧力波が発生し、圧力波は容器１の内部空間を伝播する。検出器６は、圧力波が検出器６に到達した際の圧力の変動を検出する。検出器６は、検出した圧力の変動を示す圧力信号を信号処理装置１０に向けて送信する。
【００１６】
図２に示すように、信号処理装置１０は、波形検出部１１と、時間差算出部１２と、距離算出部１３と、記憶部１４とを有する。図３は、検出器６から送信された信号の波形検出部１１による処理を示す図である。検出器６から送信された圧力信号１７は、図３に示すように圧力の変動を示す連続波の波形である。
【００１７】
波形検出部１１は、容器１の内部の圧力を示す圧力信号が閾値を超えたタイミングで、パルス信号１８を時間差算出部１２に向けて送信する。すなわち、パルス信号１８が送信されたタイミングが、検出器６に圧力波が到達したタイミングである。
【００１８】
ここで、容器１の内部で発生した圧力波の伝播について説明する。上述したように、容器１の内部では、地絡事故または短絡事故が発生した場合に、事故の発生点で導体２と容器１との間にアーク４が発生する。容器１の内部ではアーク４によって圧力波が発生し、矢印Ｙに示す方向に沿って事故の発生点を挟んだ両側方向に圧力波が伝播する。すなわち、アーク４によって発生した圧力波には、絶縁スペーサ３ａに向かって伝播する圧力波５ｂと、絶縁スペーサ３ｂに向かって伝播する圧力波５ａとが含まれる。検出器６は、絶縁スペーサ３ｂ側の端部に設けられているため、圧力波５ｂよりも先に到達する圧力波５ａを第１波とする。第１波が検出されたタイミングは、図３に示すパルス信号１８ａが検出されたタイミングである。
【００１９】
一方、絶縁スペーサ３ａに向かって伝播する圧力波５ｂは、絶縁スペーサ３ａに衝突して反射されて、絶縁スペーサ３ｂに向かって伝播する。絶縁スペーサ３ｂに向かって伝播する圧力波５ｂは、圧力波５ａよりも後に到達する第２波として検出器６に検出される。第２波が検出されたタイミングは、図３に示すパルス信号１８ｂが検出されたタイミングである。
【００２０】
時間差算出部１２は、第１波が検出されたタイミングと第２波が検出されたタイミングとの時間差である第１の時間差ΔＴ１［ｓ］を算出して、第１の時間差ΔＴ１［ｓ］を示す情報を距離算出部１３に送信する。距離算出部１３は、第１の時間差ΔＴ１ｓ］に基づいて検出器６からアーク４の発生箇所までの距離、すなわち検出器６から事故の発生箇所までの距離を算出する。
【００２１】
図４は、容器１の内部で発生した圧力波が伝播した距離を説明する図である。絶縁スペーサ３ａと絶縁スペーサ３ｂとで区切られた区画の矢印Ｙに示す方向に沿った長さをＬ［ｍ］とし、検出器６から事故の発生箇所までの距離をｘ［ｍ］とすると、事故の発生箇所から絶縁スペーサ３ａまでの距離はＬ−ｘ［ｍ］となる。
【００２２】
圧力波５ａ，５ｂが伝播する速度をＶ［ｍ／ｓ］とし、事故の発生時点から第１波が検出器６に到達するまでの時間をＴ１［ｓ］とすると、検出器６で検出された第１波の移動距離は、Ｖ×Ｔ１［ｍ］で表される。第１波の移動距離は、検出器６から事故の発生箇所までの距離と等しいので、
ｘ＝Ｖ×Ｔ１        （１）
の関係が成立する。
【００２３】
また、事故の発生時点から第２波が検出器６に到達するまでの時間をｔ２［ｓ］とすると、検出器６で検出された第２波の移動距離は、Ｖ×ｔ２［ｍ］で表される。第２波の移動距離は、事故の発生箇所から絶縁スペーサ３ａまでの距離Ｌ−ｘ［ｍ］と容器１の長さＬ［ｍ］との和と等しいので、
（Ｌ−ｘ）＋Ｌ＝Ｖ×ｔ２        （２）
の関係が成立する。
【００２４】
上記式（２）と上記式（１）の左辺同士の差と右辺同士の差から、
２Ｌ−２ｘ＝Ｖ×（ｔ２−Ｔ１）        （３）
の関係が得られる。
【００２５】
上記式（３）の（ｔ２−Ｔ１）は、ΔＴ１に置き換えられるため、上記式（３）を変形することで、
ｘ＝Ｌ−Ｖ×ΔＴ１／２        （４）
の関係が得られる。
【００２６】
距離算出部１３は、絶縁スペーサ３ａおよび絶縁スペーサ３ｂに区切られた区画の長さＬ［ｍ］、圧力波が伝播する速度Ｖ［ｍ／ｓ］ならびに時間差算出部１２によって算出された第１の時間差ΔＴ１に基づいて、上記式（４）から距離ｘ［ｍ］を算出する。長さＬ［ｍ］および速度Ｖ［ｍ／ｓ］は、記憶部１４に予め記憶された情報である。速度Ｖ［ｍ／ｓ］は、例えば平成６年電気学会電力エネルギー部門大会予稿Ｎｏ．６４４「ＧＩＳの故障点標定装置の開発」において、１３６［ｍ／ｓ］と報告されており、この値を記憶部１４に予め記憶させておいてもよい。ただし、速度Ｖ［ｍ／ｓ］は、容器１の内部の気体の種類、温度および湿度等の外的要因によって変化することも考えられる。そのため、外的要因と速度Ｖ［ｍ／ｓ］とを関連付けたテーブル情報を記憶部１４に記憶させておいてもよい。距離算出部１３は、長さＬ［ｍ］および速度Ｖ［ｍ／ｓ］を記憶部１４から読みだして、距離ｘ［ｍ］を算出する。なお、上述したテーブル情報が記憶部１４に記憶されている場合には、容器１の内部の温度および湿度を検出するセンサを事故点評点装置５１が有するように構成してもよい。
【００２７】
以上説明したように、事故点評点装置５１を備えるガス絶縁電力機器５０では、第１波の検出によって、検出器６が設けられた区画で事故が発生されたと判断可能であるとともに、事故の発生箇所、すなわち圧力波の発生箇所を、検出器６からの距離ｘ［ｍ］で特定することができる。また、１つの区画に対して１つの検出器６を設ければ、事故の発生箇所を特定できるので、部品点数の削減によるコストの抑制、設置作業の容易化、およびメンテナンス性の向上を図ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる事故点標定装置５２の機能構成を示す図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態２にかかる事故点標定装置５２は速度算出部２１を有する。速度算出部２１は、圧力波が伝播する速度Ｖ［ｍ／ｓ］を算出する。距離算出部１３は、速度算出部２１が算出した速度Ｖ［ｍ／ｓ］を用いて距離ｘ［ｍ］を算出することができる。
【００２９】
本実施の形態２では、第２波に続く第３波が検出器６に到達するタイミングも用いることで、速度Ｖ［ｍ／ｓ］を算出する。第３波が検出されたタイミングは、図３に示すパルス信号１８ｃが検出されたタイミングである。図４に示すように、検出器６に到達する第３波は、第１波として検出器６に到達した圧力波５ａが、絶縁スペーサ３ｂで反射されて絶縁スペーサ３ａに向かい、絶縁スペーサ３ａで再度反射されて絶縁スペーサ３ｂに向かって検出器６に到達したものである。
【００３０】
時間差算出部１２は、第２波が検出されたタイミングと第３波が検出されたタイミングとの時間差である第２の時間差ΔＴ２［ｓ］を算出して、第２の時間差ΔＴ２［ｓ］を示す情報を距離算出部１３に送信する。
【００３１】
ここで、事故の発生時点から第３波が検出器６に到達するまでの時間をｔ３［ｓ］とすると、検出器６で検出された第１波の移動距離は、Ｖ×ｔ３［ｍ］で表される。第３波の移動距離は、検出器６から事故の発生箇所までの距離に容器１の長さＬを２倍した値を加えたものと等しいので、
ｘ＋２Ｌ＝Ｖ×ｔ３        （５）
の関係が得られる。
【００３２】
上記式（５）と上記式（２）の左辺同士の差と右辺同士の差から、
２ｘ＝Ｖ×（ｔ３−ｔ２）      （６）
の関係が得られる。
【００３３】
上記式（６）の（ｔ３−ｔ２）は、ΔＴ２に置き換えられるため、上記式（６）を変形することで、
ｘ＝Ｖ×ΔＴ２／２        （７）
の関係が得られる。
【００３４】
そして、上記式（４）と上記式（７）とから、
Ｖ＝２Ｌ／（ΔＴ１＋ΔＴ２）        （８）
の関係が得られる。
【００３５】
すなわち、速度算出部２１は、記憶部１４に記憶された長さＬ［ｍ］と、時間差算出部１２によって算出された第１の時間差ΔＴ１および第２の時間差ΔＴ２に基づいて、速度Ｖ［ｍ／ｓ］を算出することができる。
【００３６】
そして、距離算出部１３は、速度算出部２１によって算出された速度Ｖ［ｍ／ｓ］と、
記憶部１４に記憶された長さＬ［ｍ］と、時間差算出部１２によって算出された第１の時間差ΔＴ１に基づいて、距離ｘ［ｍ］を算出して、事故の発生箇所を特定することができる。
【００３７】
このように、速度算出部２１によって圧力波が容器１の内部で伝播する速度Ｖ［ｍ／ｓ］を算出することができるので、記憶部１４に速度Ｖ［ｍ／ｓ］に関する情報が記憶されていない場合であっても、事故の発生箇所を特定することができる。また、容器１の内部で実際に発生している事象に基づいて速度Ｖ［ｍ／ｓ］を算出しているので、事故が発生したときの環境条件を反映したより正確な値で速度Ｖ［ｍ／ｓ］が算出される。したがって、特定される事故の発生箇所の正確性の向上を図ることができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態１と同様に１つの区画に１つの検出器６を設ければよいので、部品点数の削減によるコストの抑制、設置作業の容易化、およびメンテナンス性の向上を図ることができる。
【００３９】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  容器、２  導体、３，３ａ，３ｂ  絶縁スペーサ、５ａ，５ｂ  圧力波、６  検出器、１０  信号処理装置、１１  波形検出部、１２  時間差算出部、１３  距離算出部、１４  記憶部、１７  圧力信号、１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  パルス信号、２１  速度算出部、５０  ガス絶縁電力機器、５１，５２  事故点標定装置。
【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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