专利名称：用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器的制作方法
用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器
相关申请的参考
本申请基于2009年10月2日申请的日本在先专利申请No. 2009-230823并且要 求其优先权的权益，在此通过参考引入。技术领域
这里所述的实施例通常涉及一种检测在施加有高电压的导体附近发生的局部放 电的装置，尤其涉及一种检测在气体绝缘设备内部发生的局部放电的局部放电检测器，在 该气体绝缘设备中该导体被绝缘。
背景技术：
在例如处理高电压的变电站这样的设施中，通常使用例如气体绝缘开关、气体绝 缘母线和气体绝缘变压器这样的气体绝缘设备，其中施加有高电压的导体被气体绝缘。在 气体绝缘设备中，施加有高电压的高压导体被收纳在充有绝缘气体的密封金属容器中，高 压导体由绝缘体支撑。
在这种气体绝缘设备中，已知如果该金属容器具有接触不良或金属异物颗粒混入 的缺陷部分，则会从该缺陷部分发生局部放电。如果放置气体绝缘设备内的局部放电不管， 则不久会导致绝缘破坏，有发展为重大事故的危险。因此，早期检测局部放电并通过实施例 如修补缺陷部分的对策将重大事故防于未然，是很重要的。作为对气体绝缘设备的绝缘诊 断的预防保全技术，提出了检测气体绝缘设备内的局部放电的检测器。
作为气体绝缘设备内的局部放电的放电检测器，已知有通过检测电流、电磁波、声 音、振动、光等来检测局部放电的放电检测器。其中，通过检测由于局部放电而产生的电磁 波来判断局部放电是否存在的装置因其高的检测灵敏度、高的S/N比、宽的检测范围等等 而备受关注。由于伴随着局部放电的电磁波包含有频率从几十MHz到几GHz范围的频率成 分，所以检测相对容易检测的UHF频带(300MHz至3GHz)的电磁波信号的方法已经逐渐成 为主流。


图1是示出了第一实施例的放电检测器的外观的视图。
图2是示出了第一实施例的放电检测器的外观的视图。
图3是示出了第一实施例的放电检测器的结构的视图。
图4是示出了第一实施例的放电检测器的原理和结构的视图。
图5A是示出了绝缘隔板30的直径大于法兰部分的外缘的一个实例的视图。
图5B是示出了法兰部分的直径大于绝缘隔板30的外围表面的一个实例的视图。
图6是示出了第一实施例的放电检测器的特性的实例的曲线图。
图7是示出了第二实施例的放电检测器的外观的视图。
图8是示出了第二实施例的放电检测器的外观的视图。
具体实施方式
一个实施例的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器检测由于充有绝缘气体 的气体绝缘电气设备中的局部放电而产生的电磁波，其中施加有高电压的导体支撑在设置 在多个盘状绝缘板的中心上的导体支撑孔中，多个带法兰的导管形成密封容器，其法兰部 分从两个表面侧挤压夹住并且保持绝缘板的外缘部分。本实施例的用于气体绝缘电气设备 的局部放电检测器的特征在于检测电磁波的天线设置成通过能够传输电磁波的弹性部件 与每个绝缘板的从带法兰的导管的法兰部分暴露出来的部分接触。
(第一实施例)
下面，将参考附图详细描述本发明的一个实施例。如图1到4所示，第一实施例的 检测器60 (局部放电检测器)设置在气体绝缘设备1的外侧。
其上设置有本实施例的检测器60的气体绝缘设备1(气体绝缘电气设备)形成罩 住施加有高电压的高压导体50的圆柱形导电容器。特别地，气体绝缘设备1包括分别具 有法兰部分12和22并且收纳高压导体50的导管10和20 ；和绝缘隔板30，每个绝缘隔板 插入在法兰部分12和22的端表面之间以支撑高压导体50。
导管10和20是由金属材料例如铝或铁制成的金属管，并且当通过预定间隙从那 里隔开高压导体50时罩住高压导体50。如图1所示，法兰部分12和22通过绝缘隔板30 相互面对并被装配螺栓40固定在一起。也即，导管10和20形成相互连接的导管。
如图3和4所示，绝缘隔板30具有面对法兰部分12和22的端表面并具有预定 厚度的环形部分30a ；和支撑高压导体50同时保持高压导体50与导管10和20非接触且 远离预定距离的支撑部分30b，并且绝缘隔板30的直径与法兰部分10，22的基本相同。例 如，绝缘隔板30是具有支撑高压导体50的导体支撑孔的盘状绝缘板，并且多个绝缘隔板分 别设置于每个预定长度的连接的导管。也即，每个绝缘隔板30不仅用作连接导管10和20 的隔板部件而且用作将高压导体50支撑在导管10和20内部的支撑部件。绝缘隔板30由 绝缘特性高至足以承受施加给高压导体50的高电压的材料制成。绝缘隔板30可以由例如 充铝的环氧树脂等制成。在被法兰部分12和22夹在中间的每个绝缘隔板30的环形部分 30a的外周表面上，设置本实施例的检测器60，同时将其与连接的导体10和20电绝缘。本 检测器60检测导管10和20内发生的局部放电。
连接的导管10和20形成管状导电容器，其是密封的并且收纳高压导体50。在连 接的导管10和20的内部，充有绝缘气体例如SF6,以便施加有高电压的高压导体50与导管 10和20绝缘。连接的导管10和20是电接地的。
接下来，参考图2和3详细描述本实施例的检测器60的结构以及连接的导管10 和20与检测器60之间的位置关系。
如图2所示，本实施例的检测器60包括平面槽天线61，其内形成有槽64 ；连接器 62，输出由槽天线61检测到的电磁波；壳体63，形成为围绕槽天线61的后表面；以及弹性 部件65，形成在槽天线61的前表面以覆盖槽64。
槽天线61检测从绝缘隔板30泄露的电磁波。槽天线61由例如矩形板状导体例 如铜制成，并且形成弯曲形状以便与绝缘隔板30的环形部分30a的外周表面(暴露部分) 匹配，并且具有长边a和短边b的槽64形成在槽天线61的大致中心部分上。槽64的形状和尺寸根据将主要被检测到的电磁波的频率确定。这里，假设绝缘隔板30与槽天线61的 前表面直接接触，槽64的长边的长度可以通过以下表达式得到，此处，ε 33是绝缘隔板30 的相对绝缘常数，λ。是检测中心频率。
β = ^^..(1)
例如，如果绝缘隔板30的相对绝缘常数是3. 3，槽64的长边的长度a是150 [mm]， 则检测中心频率是大约0. 55[GHz]。槽天线61设置在法兰部分12和22附近以便槽64的 长边与导管10和20的法兰部分12和22的端表面平行。由于法兰部分12和22电接地， 所以槽天线61设置成与法兰部分12和22电绝缘。具体地，如图3所示，绝缘层1 和2 形成在法兰部分12和22的外缘上以防止槽天线61自身接地。顺便提及，具有平面结构的 任何其他类型的天线可以用作槽天线61。
连接器62通过同轴电缆等连接到槽64的输出端(一对长边的部分或一对短边的 部分)以输出被槽天线61检测到的电磁波。用于传输检测到的电磁波的高频信号的同轴 电缆70的一端连接到连接器62，信号处理单元80连接到同轴电缆70的另一端。
壳体63由导电材料制成并且在槽天线61的后表面形成共振腔。壳体63不仅用 于降低从检测器60的外部所接收的噪音，而且用于提高槽天线61的方向性以便提高检测 从绝缘隔板30泄露的电磁波的灵敏度。壳体63的形状和尺寸根据要检测的电磁波的主要 频率确定，并且壳体63由导电材料例如铜制成。例如，壳体63具有这样的宽度以至于槽64 的短边方向的宽度t被表示为λ/2，其中λ是电磁波的检测中心波长。壳体63可以由导 电板制成以形成极好的密封空间或者由网状导体制成以形成电磁密封空间。
弹性部件65由具有弹性的绝缘材料制成并且插入在绝缘隔板30和槽天线61之 间。弹性部件65的作用为填充绝缘隔板30和槽天线61之间的间隙，因而防止穿过它们的 电磁波衰减。例如，弹性部件65具有矩形形状，其尺寸大到足以覆盖槽64，并且具有小于绝 缘隔板30的外周表面的宽度e的宽度c (小于绝缘隔板30的环形部分30a的厚度)。
这里，参考图3描述法兰部分12和22之间的连接部分的结构和检测器60的位置 关系。
参考图3，法兰部分12和22将绝缘隔板30的环形部分30a夹入其中以固定绝缘 隔板30，但是法兰部分12和22的外缘(图3中的S1表面)和绝缘隔板30的外缘表面(图 3中的&表面)没有必要相互齐平。在图3所示的实施例中，法兰部分12和22的直径大 于绝缘隔板30的直径，也就是说，在外缘S1和导体50之间的距离大于外缘表面&和导体 50之间的距离。因此，如果检测器60的槽天线61设置在法兰部分12和22的外缘S1上， 则在法兰部分12和22的端表面之间以及在绝缘隔板30的外缘表面&和槽天线61的前 表面之间形成间隙(空间)。这会削弱从绝缘隔板30泄露的电磁波。
因此，在本实施例的检测器60中，弹性部件65插入在绝缘隔板30和槽天线61之 间，借此使用弹性部件65填充该间隙。因而，弹性部件65的厚度理想地等于或大于法兰部 分12和22的外缘S1与绝缘隔板30的外缘表面&之间的距离。而且，弹性部件65的宽度 理想地等于或小于法兰部分12和22的端表面之间的距离，同时保留紧固空边。而且，弹性 部件65理想地由相对绝缘常数值基本等于或者尽可能接近绝缘隔板30的相对绝缘常数的 绝缘材料制成。这是为了防止从绝缘隔板30泄露的电磁波在绝缘隔板30和弹性部件65之间的接触面上衰减。可以用作弹性部件65的材料有，例如Sorbo[Sorbothane 商标](聚 亚安酯)或者合成橡胶(氯丁二烯橡胶)，它们具有高弹性并且相对绝缘常数的值等于或者 接近绝缘隔板30的相对绝缘常数。这里，当弹性部件65插入绝缘隔板30和槽天线61之 间时槽64的长边的长度a可以通过以下表达式得到，此处，ε 65是弹性部件65的相对绝缘 常数，λ。是检测中心频率。
以=‘----(2)2V^65
接下来，参考图4描述检测器60的信号处理单元80的结构。
如图4所示，信号处理单元80具有匹配单元81、放大单元82、测量单元83和确定 单元84。匹配单元81包括将槽天线61与信号处理单元80匹配的匹配电路。匹配单元81 可以包括滤波器电路例如带通滤波器。放大单元82通过匹配单元81放大从槽天线61接 收的高频信号。测量单元83解调由放大单元82所放大的高频信号以便测量接收到的电磁 波的信号电平(信号强度)、信号图形(频率特性)等等。确定单元84基于测量单元83的 测量结果，通过将测量结果与例如根据过去局部放电积累的数据或者事先通过实验发现的 数据等等比较，确定由槽天线61所接收的电磁波是否归因于局部放电，也即，是否发生了 局部放电。
(操作)
如图4所示，当在气体绝缘设备1的缺陷部分X上发生局部放电时，在导管10和 20内产生几十MHz至几十GHz的电磁波(图4中的虚线)。此时，由于导管10和20以密封 的方式互相连接，所以产生的电磁波以与它们通过波导管的方式相同的方式在导管10和 20内传播。
由于局部放电所产生的部分电磁波进入绝缘隔板30以穿过绝缘隔板30的外缘表 面&并且通过弹性部件65到达槽天线61的槽64。当电磁波到达槽64时，槽天线61从连 接器62输出高频信号。从连接器62输出的高频信号通过匹配单元81和放大单元82被发 送到测量单元83。测量单元83测量所接收的高频信号的电平和频率特性以将测量结果发 送到确定单元84。确定单元84根据测量结果确定局部放电是否存在并根据测定结果给用 户报警。
根据本实施例的检测器60，由于具有预定绝缘常数的弹性部件65设置在引导由 局部放电所产生的电磁波的绝缘隔板30和检测电磁波的槽天线61之间，所以有可能降低 电磁波的传播损失。也即提高了检测器60的检测灵敏度。而且，在本实施例的检测器60 中，由于设置了在槽天线61的后表面上形成腔的壳体63，所以有可能提高检测通过绝缘隔 板30所接收到的电磁波的灵敏度并且通过降低外部噪音提高S/N。这提高了确定局部放电 是否存在的精确度。
(实例)
下面，将要描述图1到图4所示的检测器60的实例。槽天线61的槽64的长边a 设为150[mm]，对于分别使用硅胶片、合成橡胶片以及Sorbothane片作为弹性部件65的实 例，检查检测局部放电的灵敏特性。作为比较实例，当如图5A所示绝缘隔板30从法兰部分 12和22的外缘突出并且槽天线61的前表面与绝缘隔板30直接接触而没有在它们之间插 入弹性部件65时、以及当如图5B所示绝缘隔板30设置在法兰部分12和22的外缘的稍深侧并因此在绝缘隔板30和槽天线61之间存在间隙(当没有提供弹性部件65时)时，也检 查这些特性。所得的测量结果如图6所示。
在图6中，实线91是如图5A所示当槽天线61的前表面与绝缘隔板30直接接触时 的特性实例。短划线92是当硅胶片用作弹性部件65时图3所示的检测器60的特性实例。 两点划线93是当合成橡胶片用作弹性部件65时图3所示的检测器60的特性实例。虚线 94是当Sorbothane片用作弹性部件65时图3所示的检测器60的特性实例。点线95是如 图5B所示当在槽天线61和绝缘隔板30之间存在间隙时的特性实例。
如图6所示，当槽天线61和绝缘隔板30相互接触(实线91)时，在常用的槽天线 中(它的长边的尺寸为前述的150[mm])获得最高的检测灵敏度处的0. 5GHz附近获得大 约-19[daii]的输出，但是当在槽天线61和绝缘隔板30之间存在间隙(图6中的点线95) 时，检测输出降低到大约-25 [dBm]。另一方面，当弹性部件65插入到槽天线61和绝缘隔板 30之间(图6中的短划线92、两点划线93和虚线94)时，接收输出的衰减相对降低并且可 以获得大约_20[dBm]的检测输出。而且，无论什么类型的弹性部件65，基本上都可以获得 同样的特性。
这些结果显示出，当在图1所示的气体绝缘设备1中绝缘隔板30的外缘表面设置 在法兰部分12和22的外缘的位置的稍深侧上时，在根据本实施例检测器60上提供弹性部 件65有可能获得较好的接收灵敏度。
(第二实施例)
接下来，详细描述根据第二实施例的检测器。从图6所示的测量结果可以看出，当 气体绝缘设备1的绝缘隔板30和检测器60的槽天线61的前表面相互直接接触时可以得 到最好的结果。本实施例的检测器160的特征在于当在导管的连接部分的法兰之间的距离 相对较大时，槽天线与绝缘隔板直接接触而没有在它们之间设置弹性部件。
如图7和8所示，本实施例的检测器160包括平面槽天线161，其内形成有槽164 ； 连接器162，输出由槽天线161检测到的电磁波；以及壳体163，形成为围绕槽天线161的后 表面。也即，本实施例的检测器160构造成从图1到图3所示的第一实施例的检测器60中 除去弹性部件65，并且槽天线61相对导管纵向方向的宽度小于图1中的其上设有检测器的 法兰之间的间隙的距离e (小于绝缘隔板30的环形部分30a的厚度)。通过这种结构，槽天 线和绝缘隔板即使没有弹性部件也可以稳定地相互直接接触，这有可能防止通过绝缘隔板 泄露的电磁波衰减。
尽管已经描述了某些实施例，这些实施例仅仅作为示例来提出，不是用来限制本 发明的范围。事实上，这里所述的新颖的实施例可以以各种其他形式具体化；而且，在不脱 离本发明的精神的情况下可以对这里所述的实施例进行各种省略、替换和修改。所附权利 要求及其等同物意在覆盖这些形式或者修改并且会落入本发明的范围和精神之内。
权利要求
1.一种用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器，检测由于气体绝缘电气设备中的局 部放电而产生的电磁波；气体绝缘电气设备包括将被施加高电压的导体；多个盘状绝缘板，所述盘状绝缘板在其中心具有导电支撑孔以支撑所述导体；以及多个带法兰的导管，所述带法兰的导管具有从两个表面侧挤压夹住并且保持所述绝缘 板的外缘部分的法兰部分、并且形成充有绝缘气体的气体绝缘电气设备的密封容器；以及所述局部放电检测器包括设置在从所述带法兰的导管的法兰部分暴露的绝缘板上的弹性部件，所述弹性部件能 够传输电磁波；以及设置成通过所述弹性部件与所述绝缘板紧密接触以检测电磁波的天线。
2.根据权利要求1所述的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器，其特征在于，所 述天线是由板状导体制成的槽天线，其宽度小于所述绝缘板的暴露部分的宽度，并且所述 天线在其基本中心部分上具有沿着纵向方向延伸的槽。
3.根据权利要求2所述的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器，其特征在于，所 述弹性部件设置成覆盖所述槽。
4.根据权利要求1所述的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器，其特征在于，所 述弹性部件由绝缘常数与所述绝缘板的绝缘常数基本相等的绝缘材料制成。
5.根据权利要求1所述的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器，其特征在于，还 包括设置在所述天线后表面侧上以形成共振腔的壳体。
6.根据权利要求2所述的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器，其特征在于，所 述槽具有由以下数学表达式表示的长度L，A其中λ是电磁波的检测中心波长，ε是弹性部件的相对绝缘常数。
7.根据权利要求2所述的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器，其特征在于，所 述壳体具有的宽度使得所述槽在短边方向上的宽度t被表示为λ/2，其中，λ是电磁波的 检测中心波长。
8.根据权利要求1所述的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器，其特征在于，还 包括测量由所述天线检测的电磁波的强度或频率特性的测量单元；以及根据所述测量单元测量的电磁波的强度或频率特性确定局部放电是否存在的确定单兀。
9.根据权利要求1所述的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器，其特征在于，所 述天线沿着从所述带法兰的导管的法兰部分暴露的所述绝缘板的外缘部分形成为弧形，并 且具有等于所述绝缘板厚度的宽度。
全文摘要
一个实施例的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器检测由于充有绝缘气体的气体绝缘电气设备中的局部放电而产生的电磁波，其中施加有高电压的导体由设置在多个盘状绝缘板的中心上的导体支撑孔支撑，多个带法兰的导管形成密封容器，其法兰部分从两个表面侧挤压夹住并且保持绝缘板的外缘部分。本实施例的用于气体绝缘电气设备的局部放电检测器的特征在于检测电磁波的天线设置成通过能够传输电磁波的弹性部件与每个绝缘板的从带法兰的导管的法兰部分暴露出来的部分接触。
文档编号G01R29/08GK102033191SQ20101053539
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年10月2日
发明者丸山志郎, 星野俊弘, 榊原高明 申请人:株式会社东芝