特開 2023-124414 電力設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023124414

(43)【公開日】2023-09-06

(54)【発明の名称】電力設備

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/12 20200101AFI20230830BHJP

   H01H 33/00 20060101ALI20230830BHJP

【ＦＩ】

G01R31/12 A

H01H33/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022028155

(22)【出願日】2022-02-25

(71)【出願人】

【識別番号】000003942

【氏名又は名称】日新電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡田 直喜

【テーマコード（参考）】

2G015

5G027

【Ｆターム（参考）】

2G015AA10

2G015AA26

2G015BA02

2G015BA04

2G015CA01

5G027AA21

(57)【要約】

【課題】部分放電の検出感度のばらつきが低減された部分放電検出用センサを持つ、三相交流を送電する電力設備を提供する。
【解決手段】連結された複数の金属管１ａ，１ｂと、複数の金属管１ａ，１ｂの内部に配置されて三相交流を送電する第１ないし第３の母線２ａ～２ｃとを備える電力設備１０であって、三相交流の第１の交流を送電する第１の母線２ａで発生する部分放電と、三相交流の第２の交流を送電する第２の母線２ｂで発生する部分放電とを検出する第１のセンサ３ａと、三相交流の第３の交流を送電する第３の母線２ｃで発生する部分放電を検出する第２のセンサ３ｂと、を備え、第１のセンサ３ａと第１の母線２ａとの間の第１の距離Ｄ１、第１のセンサ３ａと第２の母線２ｂとの間の第２の距離Ｄ２、および第２のセンサ３ｂと第３の母線２ｃとの間の第４の距離Ｄ４は、第１のセンサ３ａと第３の母線２ｃとの間の第３の距離Ｄ３未満である、電力設備１０。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

連結された複数の金属管と、複数の前記金属管の内部に配置されて三相交流を送電する第１ないし第３の母線とを備える電力設備であって、
前記三相交流の第１の交流を送電する第１の母線で発生する部分放電と、前記三相交流の第２の交流を送電する第２の母線で発生する部分放電とを検出する第１のセンサと、
前記三相交流の第３の交流を送電する第３の母線で発生する部分放電を検出する第２のセンサと、
を備え、
前記第１のセンサと前記第１の母線との間の距離を第１の距離とし、
前記第１のセンサと前記第２の母線との間の距離を第２の距離とし、
前記第１のセンサと前記第３の母線との間の距離を第３の距離とし、
前記第２のセンサと前記第３の母線との間の距離を第４の距離とすると、
前記第１の距離、前記第２の距離および前記第４の距離は、前記第３の距離未満である、電力設備。

【請求項2】

前記第２のセンサと前記第２の母線との間の距離を第５の距離とすると、前記第５の距離は、前記第３の距離未満である、請求項１に記載の電力設備。

【請求項3】

前記第２のセンサと前記第１の母線との間の距離を第６の距離とすると、前記第４の距離および前記第５の距離は、前記第６の距離未満である、請求項２に記載の電力設備。

【請求項4】

前記第１の距離および前記第２の距離は、前記第６の距離未満である、請求項３に記載の電力設備。

【請求項5】

前記第１のセンサおよび前記第２のセンサは、前記第２の母線を挟んで対称な位置に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力設備。

【請求項6】

複数の前記金属管の間に挟まれて配置され、前記第１ないし第３の母線を保持する絶縁部材をさらに備え、
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサは、前記絶縁部材に配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の電力設備。

【請求項7】

前記第１のセンサからの第１の検出信号と、前記第２のセンサからの第２の検出信号とを並列に接続する接続器と、
前記接続器に接続されて、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号との間の位相差を整合するインピーダンス整合器と、
をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の電力設備。

【請求項8】

前記第１のセンサおよび前記第２のセンサからの検出信号に基づいて、前記第１ないし第３の母線で発生する部分放電を監視する監視装置をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の電力設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変成器や開閉器等の送変電機器を含む電力設備に関し、より詳細には、内部で発生する部分放電を検出する機能を有する電力設備に関する。

【背景技術】

【0002】

現代社会において電力は欠かすことができず、電力設備は必要不可欠なインフラストラクチャとなっている。変成器や開閉器等の送変電機器を含む電力設備は、一旦運転に入ると停止できる機会が少なく、このような電力設備に万が一故障が発生すると、社会的に与える影響は大きい。

【0003】

電力設備に故障が生じ始める初期の頃には、電力設備を構成する例えばガス絶縁開閉装置(GIS)内部に部分放電が生じる。電力設備に部分放電が発生すると、電力設備の動作に不具合が生じる。そのため、電力設備に発生する部分放電を検出することにより、電力設備の故障をいち早く察知することが行われている。例えば下記特許文献１には、ガス絶縁開閉装置（GIS）等の電力設備の内部で発生する部分放電を検出するセンサが開示されている。図４は、従来技術に係る部分放電センサの配置を示す図である。図４に示すように、特許文献１では、部分放電センサ９３は、単相交流を送電する１本の母線９２に適用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１３／１２４８８６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図５は、従来技術に係る部分放電センサの配置を三相交流の母線に適用した場合の問題点を説明する図である。

【0006】

電力は、比較的大きな電力を必要とする工場等の需要家には三相交流により送電されている。特許文献１に開示されている部分放電センサ９３の配置を、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の三相交流を送電する電力設備にそのまま適用すると、図５に示すように、Ａ相母線９２ａ（以下、Ａ相母線９２ａと記載）および部分放電センサ９３間の距離Ｄ１と、Ｃ相母線９２ｃ（以下、Ｃ相母線９２ｃと記載）および部分放電センサ９３間の距離Ｄ３とが異なる。

【0007】

このように距離Ｄ１と距離Ｄ３とが異なっていると、略同一の電荷量の部分放電がＡ相母線９２ａまたはＣ相母線９２ｃにおいて発生したとき、Ａ相母線９２ａで発生した部分放電を部分放電センサ９３が検出する感度と、Ｃ相母線９２ｃで発生した部分放電を部分放電センサ９３が検出する感度とが同一にならず、検出感度にばらつきが生じる。検出感度にばらつきが生じていると、略同一の電荷量の部分放電であるにもかかわらず、検出感度が低い方の母線において発生している部分放電の発生を見落とすおそれがある。三相交流を送電する電力設備において、部分放電の検出感度のばらつきを低減することが求められている。

【0008】

本発明は、部分放電の検出感度のばらつきが低減された部分放電検出用センサを持つ、三相交流を送電する電力設備を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係る電力設備は、連結された複数の金属管と、複数の前記金属管の内部に配置されて三相交流を送電する第１ないし第３の母線とを備える電力設備であって、前記三相交流の第１の交流を送電する第１の母線で発生する部分放電と、前記三相交流の第２の交流を送電する第２の母線で発生する部分放電とを検出する第１のセンサと、前記三相交流の第３の交流を送電する第３の母線で発生する部分放電を検出する第２のセンサと、を備え、前記第１のセンサと前記第１の母線との間の距離を第１の距離とし、前記第１のセンサと前記第２の母線との間の距離を第２の距離とし、前記第１のセンサと前記第３の母線との間の距離を第３の距離とし、前記第２のセンサと前記第３の母線との間の距離を第４の距離とすると、前記第１の距離、前記第２の距離および前記第４の距離は、前記第３の距離未満である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によると、部分放電の検出感度のばらつきが低減された部分放電検出用センサを持つ、三相交流を送電する電力設備を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る電力設備の金属管部分の側面図である。

【図2】図１に示す側面図の部分拡大図である。

【図3】図２に示す電力設備のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図上に、電力設備の模式的な構成を表した図である。

【図4】従来技術に係る部分放電センサの配置を示す図である。

【図5】従来技術に係る部分放電センサの配置を三相交流の母線に適用した場合の問題点を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明および図面において、同じ符号は同じまたは類似の構成要素を示すこととし、よって、同じまたは類似の構成要素に関する重複した説明を省略する。

【0013】

［実施形態］
図１ないし図３は、本発明の一実施形態に係る電力設備の模式的な構成を示す図である。図１は、電力設備の金属管部分の側面図である。図２は、図１に示す側面図の部分拡大図である。図３は、図２に示す電力設備のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図上に、電力設備の模式的な構成を表した図である。以下に説明する本発明の一実施形態では、電力設備がガス絶縁開閉装置（GIS）である場合を一例として挙げて説明する。

【0014】

図１ないし図３に示すように、一実施形態に係る電力設備１０は、連結された複数の金属管１ａ，１ｂと、三相交流を送電する第１ないし第３の母線２ａ～２ｃと、部分放電を検出する第１および第２のセンサ３ａ，３ｂとを備える。本実施形態では、電力設備１０はガス絶縁開閉装置（GIS）であり、電力設備１０はガス絶縁開閉装置（GIS）の一構成要素として、遮断器、母線断路器および接地開閉器等をさらに備えることができる。

【0015】

本実施形態に係る電力設備１０では、第１および第２のセンサ３ａ，３ｂと三相交流の母線２ａ～２ｃとは、部分放電の検出感度のばらつきを低減するために、所定の位置関係を満たすように配置されている。位置関係の詳細については図３を参照して後述する。

【0016】

金属管１ａ，１ｂは、第１ないし第３の母線２ａ～２ｃを保護および絶縁するための構成である。第１ないし第３の母線２ａ～２ｃは、金属管１ａ，１ｂの内部の筒状の空洞内に配置されている。金属管１ａ，１ｂの端部にはフランジ４ａ，４ｂが形成されており、フランジ４ａ，４ｂの間には絶縁部材５が配置されている。対向するフランジ４ａ，４ｂは接続ボルト９により接続されている。例示的には、金属管１ａ，１ｂの材質は鉄(圧延鋼材)またはアルミニウムであり、絶縁部材５の材質はエポキシ樹脂である。絶縁部材５は、複数の金属管１ａ，１ｂの間に挟まれて配置され、金属管１ａ，１ｂの内部に閉空間を区画し、複数の金属管１ａ，１ｂの内部に第１ないし第３の母線２ａ～２ｃを保持している。例示的には、閉空間には、六フッ化硫黄ガス（ＳＦ_６）等の絶縁性の物質が充填されている。

【0017】

第１ないし第３の母線２ａ～２ｃは、複数の金属管１ａ，１ｂの内部に配置されて、位相が約１２０度ずつずれたＡ相、Ｂ相およびＣ相の三相交流を送電する。第１の母線２ａは、第１の交流であるＡ相の交流を送電するＡ相母線である。同様に、第２の母線２ｂは、第２の交流であるＢ相の交流を送電するＢ相母線であり、第３の母線２ｃは、第３の交流であるＣ相の交流を送電するＣ相母線である。本実施形態では、第２の母線２ｂは中相となる。例示的には、Ａ相母線２ａ～Ｃ相母線２ｃに流される三相交流の電圧は、８４ｋＶクラスとするが、三相一括形の電力設備であれば８４ｋＶ以外（例えば１５４ｋＶ、２７５ｋＶ）の電圧クラスでも良い。

【0018】

第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂは、本実施形態では金属管１ａ，１ｂの外側に位置する絶縁部材５の表面に配置されている。第１のセンサ３ａは、Ａ相母線２ａで発生する部分放電と、Ｂ相母線２ｂで発生する部分放電とを検出する。第２のセンサ３ｂは、Ｂ相母線２ｂで発生する部分放電と、Ｃ相母線２ｃで発生する部分放電とを検出する。Ｂ相母線２ｂで発生する部分放電は、第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂの少なくとも一方で検出することができればよい。部分放電が発生することにより放出される電磁波は、金属管１ａ，１ｂの間に配置されている絶縁部材５を通じて金属管１ａ，１ｂの外部に放出される。第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂはそれぞれ、絶縁部材５を通じて金属管１ａ，１ｂの外部に漏れ出す電磁波を検出する。第１のセンサ３ａにより検出される信号は、信号線６ａを通じて監視装置２０に入力され、第２のセンサ３ｂにより検出される信号は、信号線６ｂを通じて監視装置２０に入力される。例示的には、第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂには、導体で構成されたアンテナを用いることができ、信号線６ａ，６ｂには、同軸ケーブルを用いることができる。

【0019】

なお、第１のセンサ３ａは、Ｃ相母線２ｃで発生する部分放電を検出することが可能であるが、その検出感度は、Ａ相母線２ａまたはＢ相母線２ｂで発生する部分放電を検出する感度よりも低い。同様に、第２のセンサ３ｂは、Ａ相母線２ａで発生する部分放電を検出することが可能であるが、その検出感度は、Ｂ相母線２ｂまたはＣ相母線２ｃで発生する部分放電を検出する感度よりも低い。

【0020】

図３に例示するように、電力設備１０は、本実施形態では接続器７とインピーダンス整合器８と監視装置２０とをさらに備えている。

【0021】

接続器７は、第１のセンサ３ａからの第１の検出信号と、第２のセンサ３ｂからの第２の検出信号とを並列に接続する。接続器７に入力された第１の検出信号と第２の検出信号とは混合されて、監視装置２０に入力される。インピーダンス整合器８は、接続器７に接続されて、第１の検出信号と第２の検出信号との間の位相差を整合する。位相差は例えばＱマッチ法により整合する。第１の検出信号と第２の検出信号との間の位相差を整合すると、第１の検出信号および第２の検出信号間の位相の遅れが低減される。これにより、部分放電の検出感度のばらつきはより低減される。本実施形態では、インピーダンス整合器８は、第１のセンサ３ａと接続器７との間の信号線６ａと、第２のセンサ３ｂと接続器７との間の信号線６ｂとの両方に接続されている。例示的には、接続器７には、Ｔ型の同軸コネクタを用いることができ、インピーダンス整合器８には、λ／４変成器を用いることができる。

【0022】

接続器７において並列に接続された第１の検出信号および第２の検出信号は、例えば図示しないＡＤ変換器等（監視装置２０に搭載されていても良い）により信号処理がなされて、監視装置２０に入力される。監視装置２０は、第１のセンサ３ａからの第１の検出信号と第２のセンサ３ｂからの第２の検出信号とに基づいて、Ａ相母線２ａないしＣ相母線２ｃで発生する部分放電を監視する。例示的には、監視装置２０はコンピュータ機器とすることができる。

【0023】

監視装置２０は、部分放電を検出すると、例えばＡ相母線２ａないしＣ相母線２ｃ（Ａ相母線２ａ、Ｂ相母線２ｂ、Ｃ相母線２ｃのいずれか）において部分放電が発生している旨の情報を、例えば監視装置２０のモニターに表示する。または、監視装置２０は、部分放電が発生している旨の情報を、他の複数の電力設備の運転状況を集中監視する図示しない集中監視装置に、例えばネットワークを介して有線通信または無線通信により送信する。集中監視装置のモニターには、例えばＡ相母線２ａないしＣ相母線２ｃにおいて部分放電が発生している旨の情報と共に、部分放電が発生している電力設備のメンテナンスを促すメッセージが表示される。

【0024】

図３を参照して、第１および第２のセンサ３ａ，３ｂと三相交流の母線２ａ～２ｃとの位置関係について詳細に説明する。本実施形態に係る電力設備１０では、第１および第２のセンサ３ａ，３ｂと三相交流の母線２ａ～２ｃとは、部分放電の検出感度のばらつきを低減するために、所定の位置関係を満たすように配置されている。

【0025】

以下の説明では、第１のセンサ３ａとＡ相母線２ａとの間の距離を第１の距離Ｄ１とし、第１のセンサ３ａとＢ相母線２ｂとの間の距離を第２の距離Ｄ２とし、第１のセンサ３ａとＣ相母線２ｃとの間の距離を第３の距離Ｄ３とする。また、第２のセンサ３ｂとＣ相母線２ｃとの間の距離を第４の距離Ｄ４とし、第２のセンサ３ｂとＢ相母線２ｂとの間の距離を第５の距離Ｄ５とし、第２のセンサ３ｂとＡ相母線２ａとの間の距離を第６の距離Ｄ６とする。なお説明の便宜上、複数の構成間の距離とは、図示するように複数の構成間の最短距離であるとする。

【0026】

本実施形態では、図３に例示するように、第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂは、Ｂ相母線２ｂを挟んで概ね左右対称な位置に配置されている。図３に例示する態様においてＢ相母線２ｂを挟んで左右対称な位置とは、図中Ａ相母線２ａの中心とＣ相母線２ｃの中心とを結ぶ線に対してＢ相母線２ｂの中心から垂線を下ろしたとき、その垂線を挟んで左右対称な位置であることを意味する。これにより、Ａ相母線２ａまたはＢ相母線２ｂで発生した部分放電を第１のセンサ３ａが検出する感度と、Ｂ相母線２ｂまたはＣ相母線２ｃで発生した部分放電を第２のセンサ３ｂが検出する感度とのばらつきが低減される。理想的には、第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２が同じであり、第４の距離Ｄ４および第５の距離Ｄ５が同じであり、第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２は第３の距離Ｄ３未満であり、第４の距離Ｄ４および第５の距離Ｄ５は第６の距離Ｄ６未満である。

【0027】

以下に説明するように、第１および第２のセンサ３ａ，３ｂとＡ相母線２ａ～Ｃ相母線２ｃとの位置関係は、このような理想的な位置関係にある必要は必ずしもない。例えば第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２は厳密に同じである必要はなく、部分放電の検出感度のばらつきを低減することが可能な範囲内において、第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２はばらつきを有している。第４の距離Ｄ４および第５の距離Ｄ５においても同様に、これらは厳密に同じである必要はなくばらつきを有していてもよい。すなわち、第１および第２のセンサ３ａ，３ｂとＡ相母線２ａ～Ｃ相母線２ｃとの位置関係は、距離のばらつきを許容したうえで次のように規定することができる。

【0028】

本実施形態に係る電力設備１０では、第１の距離Ｄ１、第２の距離Ｄ２および第４の距離Ｄ４は第３の距離Ｄ３未満である条件を少なくとも満たす。すなわち、
Ｄ１，Ｄ２＜Ｄ３ かつ Ｄ４＜Ｄ３ （条件式１）
を満たす。これにより、Ａ相母線２ａまたはＢ相母線２ｂで発生した部分放電を第１のセンサ３ａが検出する感度と、Ｂ相母線２ｂまたはＣ相母線２ｃで発生した部分放電を第２のセンサ３ｂが検出する感度とのばらつきが低減される。

【0029】

好ましくは、第５の距離Ｄ５は、第３の距離Ｄ３未満である条件をさらに満たすことができる。すなわち、条件式１に加えて、
Ｄ５＜Ｄ３ （条件式２）
をさらに満たすことができる。これにより、検出感度のばらつきはより低減される。

【0030】

さらに好ましくは、第４の距離Ｄ４および第５の距離Ｄ５は、第６の距離Ｄ６未満である条件をさらに満たすことができる。すなわち、条件式１および条件式２に加えて、
Ｄ４，Ｄ５＜Ｄ６ （条件式３）
をさらに満たすことができる。

【0031】

ことさらに好ましくは、第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２は、第６の距離Ｄ６未満である条件をさらに満たすことができる。すなわち、条件式１ないし条件式３に加えて、
Ｄ１，Ｄ２＜Ｄ６ （条件式４）
をさらに満たすことができる。

【0032】

以上、本発明の一実施形態に係る電力設備によると、部分放電の検出感度のばらつきを低減することができる。一実施形態に係る電力設備１０では、第１および第２のセンサ３ａ，３ｂと三相交流の母線２ａ～２ｃとは、上記説明した所定の位置関係を満たすように配置されている。これにより、部分放電の検出感度のばらつきを低減することができる。

【0033】

［その他の形態］
以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

【0034】

上記した実施形態では、電力設備１０はガス絶縁開閉装置（GIS）であるが、三相交流を送電する少なくとも３本の母線を備えている限り、電力設備はガス絶縁開閉装置（GIS）に限定されず、電力設備は、例えば変成器等の送変電機器とすることができる。また、電力設備１０は、三相交流を送電する母線としての３本の母線を備えている限り、結線の方式は制限されない。すなわち、電力設備１０は、中性線を備える例えばスター型結線の三相４線式の電力設備であってもよいし、中性線を備えない例えばデルタ型結線の三相３線式の電力設備であってもよい。

【0035】

上記した実施形態では、第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂは、金属管１ａ，１ｂの外側に位置する絶縁部材５の表面に配置されているが、第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂの配置はこれに限定されない。第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂは絶縁部材５に配置されていればよく、第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂは、例えば対向するフランジ４ａ，４ｂに挟まれている部分の絶縁部材５内や、例えば金属管１ａ，１ｂの内側に位置する絶縁部材５内に、例えば埋め込まれて配置されてもよい。これにより、第１のセンサ３ａおよび第２のセンサ３ｂを、Ａ相母線２ａ～Ｃ相母線２ｃのより近くに配置することができる。

【0036】

上記した実施形態では、金属管１ａ，１ｂの内部に区画される閉空間には六フッ化硫黄ガスが充填されているが、閉空間に充填される物質はこれに限定されない。第１ないし第３の母線２ａ～２ｃが配置される閉空間には絶縁性の物質が充填されていればよく、例えば六フッ化硫黄ガス以外の絶縁性のガスや絶縁油が充填されていてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１ａ，１ｂ 金属管
２ａ 第１の母線（Ａ相母線）
２ｂ 第２の母線（Ｂ相母線）
２ｃ 第３の母線（Ｃ相母線）
３ａ 第１のセンサ
３ｂ 第２のセンサ
４ａ，４ｂ フランジ
５ 絶縁部材
６ａ，６ｂ 信号線
７ 接続器
８ インピーダンス整合器
９ 接続ボルト
２０ 監視装置
９１ａ，９１ｂ 金属管
９２（９２ａ，９２ｂ，９２ｃ） 母線（Ａ相母線、Ｂ相母線、Ｃ相母線）
９３ 部分放電センサ
９４ａ，９４ｂ フランジ
９５ 絶縁スペーサ
９６ 信号線
９９ 接続ボルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】