JP2000214211A - 部分放電判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部分放電の放電状態を的確に判別することが
できる部分放電判定方法を提供すること。 【解決手段】 部分放電測定器６で測定された部分放電
信号をＣＰＵ７に転送する。ＣＰＵ７は、放電電荷量と
課電位相をそれぞれｑ，ｐ個に分割して位相φ−電荷量
ｑを複数の要素で表し各要素の値に発生数を割り当てた
φ−ｑ−ｎパターンを求め、その経時変化量を計算す
る。そして、φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量から放電
状態を判定する。例えば、φ−ｑ−ｎパターンの経時変
化量が所定の値を越えた場合にトリー性放電が発生した
と判別し、φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量が所定の値
を越えない場合にボイド性放電が発生したと判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力ケーブル、そ
の付属品あるいは電力ケーブル線路、電力機器等の部分
放電判定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】部分放電パルスは電圧位相φと強い相関
があり、そのほとんどは、電圧位相φの第１象限（０〜
９０°）と第３象限（１８０°〜２７０°）を中心に発
生する。この関係を利用して、測定パルスの電荷量ｑと
課電位相φと単位頻度ｎからφ−ｑ−ｎパターンを作成
し、そのφ−ｑ−ｎパターンを予め部分放電パルスのφ
−ｑ−ｎを学習させたニューラルネットワークに入力し
て部分放電の有無を判断させる方法が知られている（例
えば、特開平５−２５６８９５号公報参照）。

【０００３】図６に、従来技術によるニューラルネット
ワークによる部分放電判定装置の構成例を示す。電力ケ
ーブル等の部分放電測定において、測定した信号を部分
放電信号かノイズ信号であるかを判定する場合には、測
定信号の放電電荷量（ｑ）と課電位相（φ）と単位時間
当たりの発生頻度（ｎ）からφ−ｑ−ｎパターンを作成
して、このφ−ｑ−ｎパターンを予め部分放電パルスの
φ−ｑ−ｎパターンを学習させたニューラルネットワー
クに入力して部分放電の有無を判断させる方法がある。

【０００４】図７は上記φ−ｑ−ｎパターンの一例を示
す図である。同図に示すように、位相角度および電荷量
を複数に分割し、位相φ−電荷量ｑを複数の要素で表し
（同図では電荷量ｑを１０分割、位相φを２０分割して
おり要素数は２００）、各要素の値に発生数ｎ（又は発
生頻度）を割り当てる。ニューラルネットワークとして
は、図６に示すように入力層Ｕｉ、中間層Ｕｍ、出力層
Ｕｏを持つ３層のものを用いることができ、上記ニュー
ラルネットワークの入力層Ｕｉに部分放電の有無が既知
の上記φ−ｑ−ｎパターンを与え、また、出力層Ｕｏに
それに対応した部分放電の有無を与えて予めニューラル
ネットワークを学習させておく。そして、上記ニューラ
ルネットワークに部分放電の有無が未知のφ−ｑ−ｎパ
ターンを与えることにより、部分放電の有無を判定する
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電力ケーブル、その付
属品等の部分放電測定において放電の発生が確認された
場合、放電発生原因によっては絶縁破壊を引き起こすこ
とが考えられるため早急に対処する必要がある。特に電
気トリーが進展しているような場合には、比較的短時間
で破壊に至ることがあるため、早急に課電停止あるいは
系統切断等の対策を行う必要がある。一方、破壊までに
は非常に長い時間が掛かる様な放電（例えばボイド性放
電等）の場合には、直ぐに破壊に至る危険はないことか
ら余裕を持って課電停止の計画を行うと共に部品手配や
改修作業を実施できるため、効率的に作業を進めること
ができる。

【０００６】上述したような従来技術による判定方法で
は、部分放電とノイズの識別が容易であるものの、その
部分放電が早急な対処を必要とする電気トリーの進展に
伴う放電（例えばトリー性放電等）であるか、直ぐに破
壊には至らない放電（例えばボイド性放電等）であるか
判断できない問題があり、迅速に適切な対策を取れな
い。本発明は上記した事情に鑑みなされたものであっ
て、その目的とするところは、部分放電がトリー性放電
であるか、あるいは、ボイド性放電であるか等の放電状
態を的確に判別することができる部分放電判定方法を提
供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】電力ケーブルとして用い
られているＣＶケーブルの場合、絶縁体中の欠陥として
考えられているものは異物、ボイド、突起である。導電
性異物や半導電性突起は、絶縁体である架橋ポリエチレ
ンよりも誘電率が高いため、その大きさや端部の曲率半
径によっては極端に電界が集中する。そのため架橋ポリ
エチレンの絶縁破壊強度を越える様な場合には、絶縁体
の局部破壊を招き、電気トリーが発生すると同時に部分
放電も発生することとなる。

【０００８】トリー性放電とは、電気トリーが絶縁体中
を進展するのに伴って発生する放電であるため、放電が
生じている部分が一様ではなく、電気トリーの進展と共
に刻々と変化している。そのため、放電信号の発生位相
や放電電荷量や発生数は、時間と共に変化しておりバラ
ツキが大きい。特に、放電電荷量の経時変化は、放電開
始直後は小さいが徐々に増加していき、破壊直前に最も
大きくなる傾向がある。これに対して、ボイド欠陥の場
合は、ボイドの両端にかかる電圧がボイド内の放電電圧
より大きい場合に放電が発生する。従って、同じ箇所で
同様の放電が発生していることから、放電様相が大きく
変化する事はない。放電の発生位相や放電電荷量や発生
数は、比較的一様な特性を示す。また、ボイド放電の放
電電荷量は、放電開始直後から時間の経過と共にあまり
変化しない傾向がある。以上の様な特徴から、放電電圧
の位相信号と部分放電検出器で検出した測定信号から、
測定信号の放電電荷量（ｑ）と発生位相角度（φ）と発
生頻度（ｎ）を求めてφ−ｑ−ｎパターンを作成し、過
去に測定したφ−ｑ−ｎパターンと比較して、φ−ｑ−
ｎパターンの変化割合を計算し、その経時変化量が所定
を越えた場合にトリー性放電と判定することができる。
また、同様に所定の値を越えない場合をボイド放電と判
断することができる。

【０００９】本発明は上記点に着目し、次のようにして
トリー性放電や、ボイド性放電等の放電状態を判別す
る。 （１）課電電圧の位相信号と部分放電検出器で検出した
測定信号から、測定信号の放電電荷量（ｑ）と発生位相
角度（φ）と発生頻度（ｎ）を求めてφ−ｑ−ｎパター
ンを作成して、φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量を求
め、部分放電が検出されたとき、上記φ−ｑ−ｎパター
ンの経時変化量から放電状態を判別する。 （２）上記（１）において、φ−ｑ−ｎパターンの経時
変化量が所定の値を越えた場合にトリー性放電が発生し
たと判別する。 （３）上記（１）において、φ−ｑ−ｎパターンの経時
変化量が所定の値を越えない場合にボイド性放電が発生
したと判別する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施例の測定系
の構成を示す。本実施例においては、模擬欠陥を設けた
ＣＶケーブルでトリー性放電およびボイド性放電を発生
させて放電判別を実施した。絶縁厚９ｍｍ導体サイズ２
００ｍｍ² の６６ｋＶＣＶケーブル２に、模擬欠陥部３
を設けて部分放電を発生させた。トリー性放電を模擬す
るため欠陥は、トリーイング針を外部半導体層上から絶
縁体中に１ｍｍさし込んで作製した。また、ボイド性放
電の欠陥は、予め２ｍｍφのボイド入りポリエチレンシ
ート片を６６ｋＶＣＶケーブルの絶縁体中に埋め込んで
作製した。

【００１１】模擬欠陥部３では金属シースが絶縁されて
おり、この模擬欠陥部３を挟むように箔電極４及び部分
放電検出器５を取り付けている。課電は、課電トランス
（図示せず）により気中終端接続部１へ印加した。課電
ステップは１０ｋＶ／１０分ステップとして、部分放電
が発生するまで電圧を昇圧した。部分放電検出器５で検
出した部分放電信号は、課電位相信号９と共に部分放電
測定器６へ入力される。部分放電測定器６では検出感度
のよい周波数で同調増幅されて、Ａ／Ｄ変換器によりデ
ィジタルデータとして測定される。これらのデータは、
順次ＣＰＵ７に転送されてφ−ｑ−ｎパターンを演算す
るとともに、ハードディスクに保存される。ＣＰＵ７は
φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量から部分放電がトリー
性放電であるかボイド性放電であるかを判定し、判定結
果が判定表示装置８に表示される。

【００１２】本実施例においてφ−ｑ−ｎパターンの経
時変化量は次の様にして求めた。図２にφ−ｑ−ｎパタ
ーンの概要を示す。同図に示すように、放電電荷量と課
電位相をそれぞれｑ，ｐ個に分割し、位相φ−電荷量ｑ
を複数の要素で表し、各要素の値に発生数を割り当て
た。そして、部分放電の測定データを、時系列順にＤ
１，Ｄ２，…，Ｄｉ−１, Ｄｉ, Ｄｉ＋１，…, Ｄｎと
し、各測定データのφ−ｑ−ｎパターンを求めた。ここ
で、データＤｉのφ−ｑ−ｎパターンの各要素（＝発生
数）を、Ｘｍｎで表わし、また、データＤｉ−1 のφ−
ｑ−ｎパターンの各要素をＹｍｎで表す。但し、ｍ及び
ｎは下記の値であり、ｑおよびｐは、上記したφ−ｑ−
ｎパターンを構成する放電電荷量の分割数、課電位相の
分割数である。 ｍ＝１，２，…，ｑ ｎ＝１，２，…，ｐ

【００１３】以下に上記φ−ｑ−ｎパターンの経時的変
化量の具体的な計算方法を示す。 （１）データＤｉのφ−ｑ−ｎパターンの各要素Ｘｍｎ
を２乗し、それら値を総計する。この値をＫとする。 Ｋ＝Σ（Ｘｍｎ）² （２）データＤｉのφ−ｑ−ｎパターンの各要素Ｘｍｎ
から、データＤｉ−１のφ−ｑ−ｎパターンの各要素Ｙ
ｍｎを差し引く。 Ｘｍｎ−Ｙｍｎ （３）計算した差分データの２乗を計算し、それらの値
を総計する。この値をＪとする。 Ｊ＝Σ（Ｘｍｎ−Ｙｍｎ）² （４）ＪをＫで除算しこの値をＬとする。 Ｌ＝Ｊ／Ｋ 以上のように計算したＬは、データＤｉとデータＤｉ−
１間の差分をデータＤｉに対する割合として求めている
ためパターンの変化割合を示すこととなる。

【００１４】図３に本実施例における測定結果例を示
す。同図（ａ）は測定データＤｉについてのφ−ｑ−ｎ
パターンの各要素（Ｘｍｎ）、（ｂ）は測定データＤｉ
−１についてのφ−ｑ−ｎパターンの各要素（Ｙｍｎ）
を示し、本実施例では、放電電荷量の分割数ｑ＝１０、
課電位相の分割数ｐ＝２０とした。図３の（ａ）（ｂ）
について上記（１）〜（４）を計算を行うと、Ｋ，Ｊ，
Ｌは次のような値になる。 Ｋ＝８５４３，Ｊ＝１４６８，Ｌ＝０．１７ トリー性放電およびボイド性放電について同様な計算を
行いＬの値を求めたところ、トリー性放電、ボイド性放
電それぞれの場合のＬの値の経時変化は、図４、図５の
ようになった。

【００１５】図４は、上記のようにして求めたトリー性
放電におけるＬの経時変化（同図の実線）である。な
お、図中には放電電荷量（同図の点線）についても示し
ている。同図に示すように、放電電荷量は発生からすぐ
に１０ｐＣ以上となり、時間の経過とともに徐々に増加
している。その後、電荷量の大きさが変動を繰り返して
１００ｐＣを越える放電が発生しはじめ、破壊に至って
いる。一方、Ｌの値は、およそ０．５〜２の範囲にある
が、ほとんどは０．５〜１の間で変動している。放電電
荷量の変化からも分かるように、放電の発生が一様では
ないためφ−ｑ−ｎパターンが変化しており、Ｌが０．
５以上の値となっていることを示している。

【００１６】図５は、上記のようにして求めたボイド性
放電におけるＬの経時変化（同図の実線）である。図４
と同様、図中には放電電荷量（同図の点線）についても
示している。ボイド性放電の場合、図４と同様に放電電
荷量は、発生から１００〜３００ｐＣの放電が発生して
いるが、時間の経過と共に増加するような傾向ではな
い。一方、Ｌの範囲は、ほとんど０．２近傍である。放
電電荷量の変化からも分かるように、放電の発生パター
ンが一様なためにＬの値がほぼ０．２の一定の値となっ
ている。

【００１７】以上に述べたように、トリー性放電は、電
気トリーの進展に伴って発生する放電であるため、放電
が生じている部位が一様ではなく、電気トリーの進展と
共に刻々と変化している。そのため、放電の発生位相や
放電電荷量や発生数は、時間と共に変化しておりバラツ
キが大きい。従って、トリー性放電のφ−ｑ−ｎパター
ンの経時変化量Ｌは、０．５以上の値となっている。そ
れに対してボイド性放電は、ボイド内の気体や外傷等に
接している気体に電界が集中し、気体の絶縁破壊強度を
越えた場合に発生する放電である。したがって、同じ箇
所で同様の放電が発生していることから、放電様相が大
きく変化する事はない。放電の発生位相や放電電化量や
発生数は、比較的一様な特性を示すことから、ボイド性
放電のφ−ｑ−ｎパターンの経時変化は、ほぼ０．２の
一定値となっている。また、界面での放電は、界面に存
在する異物等の欠陥により放電が発生するため、ボイド
性放電と同様に同じ箇所で放電が発生しており、トリー
性放電の様に刻々と放電様相が変化するわけではない。
だが、ボイド性放電の様に非常に安定して放電が発生し
ていないので、界面での放電特有の放電状態を示す。す
なわち、経時変化量が一様ではなく、上記所定の値を越
えたり越えなかったりする様な場合には、界面での放電
と判断することができる。

【００１８】このように、トリー性放電、ボイド性放電
等の放電によってＬの値が明らかに異なっていることか
ら、予め所定のしきい値を設定しておき、計算によって
求めたφ−ｑ−ｎパターン経時変化量によりトリー性放
電、ボイド性放電等の放電状態を区別することが可能と
なる。本来施例は、ＣＶケーブルについて述べている
が、ＯＦケーブルや管路気中ケーブルあるいは変圧器や
発電機等の電気機器で発生する部分放電を判別する場合
にも有効である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、φ−ｑ−ｎパターンの経時変化に着目し部分放電判
定を行っているため、部分放電がトリ一性放電である
か、ボイド性放電であるか等の放電状態を判定すること
ができる。このため、その後の処置を迅速且つ適切に行
うことが出来るようになる。すなわち、トリー性放電で
あれば短時間で破壊に至る可能性があるため、早急に課
電停止あるいは系統切断等の対策を実施することができ
る。また、ボイド性放電等であれば破壊までに時間があ
るために、直ぐに破壊に至る危険はないことから、余裕
を持って課電停止の計画を行うと共に部品手配や改修作
業を実施でき、効率的に作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の測定系の構成を説明する図で
ある。

【図２】データＤｉのφ−ｑ−ｎパターンの概要を示す
図である。

【図３】本実施例におけるφ−ｑ−ｎパターンの測定結
果の例を示す図である。

【図４】トリ一性放電におけるＬの経時変化を示す図で
ある。

【図５】ボイド性放電におけるＬの経時変化を示す図で
ある。

【図６】ニューラルネットワークによる部分放電判定装
置の構成例を示す図である。

【図７】φ−ｑ−ｎパターンの一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 気中終端接続部 ２ ＣＶケーブル ３ 模擬欠陥部 ４ 箔電極 ５ 部分放電検出器 ６ ＣＰＵ ７ 判定表示装置 ８ 課電位相信号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力ケーブル、付属品あるいは電力ケー
   ブル線路、電力機器等の部分放電を測定して絶縁診断を
   行う方法であって、 課電電圧の位相信号と部分放電検出器で検出した測定信
   号から、測定信号の放電電荷量（ｑ）と発生位相角度
   （φ）と発生頻度（ｎ）を求めてφ−ｑ−ｎパターンを
   作成して、φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量を求め、 部分放電が検出されたとき、上記φ−ｑ−ｎパターンの
   経時変化量から放電状態を判別することを特徴とする部
   分放電判定方法。
2. 【請求項２】 φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量が所定
   の値を越えた場合にトリー性放電が発生したと判別する
   ことを特徴とする請求項１の部分放電判定方法。
3. 【請求項３】 上記φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量が
   所定の値を越えない場合にボイド性放電が発生したと判
   別することを特徴とする請求項１の部分放電判定方法。