JP2001242212A

JP2001242212A - ガス絶縁電気機器の部分放電の種類判定方法および装置

Info

Publication number: JP2001242212A
Application number: JP2000056675A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Doi; 雅史土井; Hiroshi Maekawa; 洋前川; Toshiharu Kawamoto; 俊治川本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】位相の異なる複数の高電圧部位を収納したガ
ス絶縁電気機器に対しても容易に部分放電の放電源の種
類を判定することができ、かつスペアナ等の高価な測定
器が不要な放電源の種類判定方法および装置を得る。【解決手段】部分放電を測定すると（Ｓ６１）、その
信号波形を検波し（Ｓ６２）、半値幅と波高値を求める
（Ｓ６３）。半値幅と波高値の関係は、部分放電の放電
源の種類によりそれぞれ固有の様相を示すので、両者の
比により（Ｓ６４）放電源の種類を判定する（Ｓ６５ａ
〜Ｓ６５ｄ）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガス絶縁電気機
器で部分放電が発生したときにそれを検出し、放電源の
種類を判定する部分放電の種類判定方法および装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のガス絶縁電気機器の部分放電の種
類判定方法として、例えば、特開平６−２３００６７号
公報に記載されたものがある。これは部分放電の位相特
性を用いるもので、部分放電が発生している位相から放
電源の種類を判定しようとするものである。また、特公
平７−３２５２５号公報に記載されたものも同様であ
る。さらに、特開平３−２６９２７４号公報に記載され
ているものは、部分放電の周波数スペクトルを用いて、
スペクトル成分の大きさから放電源の種類を判断してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の部分放電の種類
判定方法は上記の如くであったが、これらの方法では部
分放電源の種類を知るために位相特性や周波数スペクト
ルを測定する必要があった。位相特性を測定するために
は機器に印加されている電圧位相を知る必要があるし、
周波数スペクトルを測定するためにはスペアナ等が必要
になる。例えば、３相一括母線式のガス絶縁開閉装置で
は、互いに位相の異なる高電圧が印加された３本の母線
導体が１つのタンク内に収納されていて、検出した部分
放電がどの母線の高電圧に起因するものか不明であるの
で、部分放電の発生位相を特定することができない。ま
た、部分放電の周波数スペクトルを測定するためのスペ
アナは、高価な測定器であるという問題があった。

【０００４】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたものであり、電気機器に印加されてい
る高電圧の位相の検知が不要で、位相の異なる複数の高
電圧部位が存在しても判定を行うことができ、かつ周波
数スペクトルの測定も不要で低コストで行える、ガス絶
縁電気機器の部分放電の種類判定方法および装置を得る
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るガス絶縁
電気機器の部分放電の種類判定方法は、ガス絶縁電気機
器の内部に生じた部分放電を検出して放電源の種類を判
定するガス絶縁電気機器の部分放電の種類判定方法にお
いて、検出した部分放電信号の時間波形を検波して得た
検波波形の波高値と時間幅との関係から、部分放電の放
電源の種類を判定するものである。

【０００６】請求項２に係るガス絶縁電気機器の部分放
電の種類判定方法は、請求項１記載のものにおいて、検
波波形の波高値と、検波波形が波高値より小さい所定値
になる時間の間隔との比から、部分放電の放電源の種類
を判定するものである。請求項３に係るガス絶縁電気機
器の部分放電の種類判定方法は、請求項２記載のものに
おいて、検波波形の波高値と半値幅との比から、部分放
電の放電源の種類を判定するものである。請求項４に係
るガス絶縁電気機器の部分放電の種類判定方法は、請求
項１記載のものにおいて、検波波形の波高値と、検波波
形が０から最大になるまでの時間および最大から０にな
るまでの時間との比から、部分放電の放電源の種類を判
定するものである。

【０００７】請求項５に係るガス絶縁電気機器の部分放
電の種類判定方法は、請求項１記載のものにおいて、検
波波形の波高値と時間幅とを２つの軸にとった平面上
で、検出した部分放電信号の検波波形の波高値と時間幅
が占める位置により、部分放電の放電源の種類を判定す
るものである。請求項６に係るガス絶縁電気機器の部分
放電の種類判定方法は、請求項１記載のものにおいて、
検波波形の波高値と時間幅の両分散値から、部分放電の
放電源の種類を判定するものである。

【０００８】請求項７に係るガス絶縁電気機器の部分放
電の種類判定装置は、部分放電を検出するセンサ、この
センサの出力波形を検波する検波器、およびこの検波器
から出力される検波波形の波高値と時間幅との関係を演
算して部分放電の放電源の種類を判定する演算器を備え
たものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】ガス絶縁電気機器の内部で異常が
生じ、部分放電が発生したとき、この部分放電を検知し
てその放電源の種類を判定することができれば、ガス絶
縁電気機器の異常診断が可能になる。ガス絶縁電気機器
内で部分放電が発生すると、その部分放電パルスにより
電磁波が放射される。これを部分放電信号として、セン
サで検出する。そして、この部分放電信号の時間波形を
検波し、検波波形を得る。この検波波形の波高値と時間
幅との関係は、部分放電の大きさにかかわらず、放電源
の種類により固有の様相を示すことが判明した。

【００１０】以下、代表的なガス絶縁電気機器であるガ
ス絶縁開閉装置を例に説明する。ガス絶縁開閉装置で想
定される異常としては、中心導体に固着した突起物、接
触不良による電極の浮き、絶縁スペーサ表面への異物の
付着、初期混入や遮断器動作による混入でタンク内部に
存在する自由異物などが考えられる。

【００１１】図１は、後述の試料を用いた各種放電源で
実験的に部分放電を発生させて得たデータを示し、部分
放電信号の時間波形を検波した検波波形の、半値幅と波
高値をプロットしたグラフであり、横軸が波高値で、縦
軸が半値幅である。ただし、半値幅は、検波波形が最大
になる点とその１／２になる点との時間間隔である。こ
の図では時間幅として半値幅を採用している。放電の大
きさがばらついているが、図中Ａ〜Ｄで示すように、放
電源の種類毎に波高値−半値幅平面上の特定の範囲に集
中している。

【００１２】図２はガス絶縁開閉装置の一部を示す断面
図であり、図３は、図２に示したガス絶縁開閉装置１の
Ａ部に接続された部分放電の種類判定装置を示すブロッ
ク図である。これらの図において、１はガス絶縁開閉装
置、１０は円筒状のタンクで、内部には絶縁ガスとして
６フッ化イオウガスが封入されている。２０は断面が中
空円形の中心導体であり、タンク１０と同軸になるよう
に配置されている。３０はコーン状の絶縁スペーサであ
り、タンク１０の長さ方向に所定間隔をおいて設置さ
れ、中心導体２０を支持固定している。図３において、
４０はタンク１０に設けられたハンドホールである。図
３中のＢのところに放電源として、後述の各種試料を設
置した。

【００１３】５０はハンドホール４０の個所に設置され
た容量結合形内部センサであり、タンク１０内で発生し
た部分放電信号を捕捉する。６０は容量結合形内部セン
サ５０の出力を２つに分ける分配器、７０は分配器６０
からの信号を検波する検波器、８０は分配器６０からの
信号を増幅するアンプ、８１は検波器７０から出力され
る検波波とアンプ８０の出力を受けて、モニタ用の画面
表示をするデジタルオシロスコープ、９０は検波器７０
からデジタルオシロスコープ８１を経由して送られてく
る検波波形について演算を行う演算器としてのコンピュ
ータであり、検波波形の波高値と時間幅との関係を演算
して、部分放電の放電源の種類を判定する。

【００１４】図４は、放電源として、図３のＢの個所に
設置した各種試料の説明図である。試料１は中心導体２
０上の突起物を模擬した固定針であり、中心導体２０に
針電極２をテープ（図示せず）で固定した。針電極２に
は長さ２０mm、直径０．２mmのアルミニウム線を用い
た。試料２は接触不良による電極の浮きを模擬した浮き
電極であり、中心導体上に設置した絶縁性治具３で針電
極２を支持し、針電極２と中心導体との間のギャップ長
を１０mmとした。針電極２には長さ４０mm、直径０．２
mmのアルミニウム線を用いた。

【００１５】試料３は絶縁スペーサ表面への異物の付着
を模擬したスペーサ沿面異物であり、７０mm×７０mm×
１０mmのスペーサ模擬エポキシ板４上に、長さ２０mm、
直径０．２mmのアルミニウム線の針電極２をテープ（図
示せず）で固定し、中心導体上に置いた。試料４はタン
ク１０内への異物混入を模擬した自由異物であり、タン
ク１０内に配置した接地アルミニウム板５上に、長さ１
０mm、直径０．２mmのアルミニウム線で模擬した金属異
物６を置いた。

【００１６】図１に示したデータは、図２〜図５で説明
した方法による実験で得たものである。上記の試料１〜
４を放電源として、図３のＢの個所へ設置する際、タン
ク１０の軸方向の位置は同じになるようにしたが、図３
で左右に多少ずれても部分放電信号は変化しないことを
確認した。すなわち、軸方向に多少ずれても、検波波を
図１上にプロットしたとき、同じグループからはずれる
ことはなかった。

【００１７】図５は、図３に示した検波器７０の等価回
路図である。図において、７１は入力抵抗、７２はキャ
パシタンスとインダクタンスで構成されたハイパスフィ
ルタ、７３はコンデンサ、７４は高速動作のガリウム・
ヒ素ダイオード、７５はコンデンサ、７６は出力抵抗で
ある。

【００１８】部分放電信号は、放電源、タンク構造によ
って変化する伝播経路、測定系（センサ、ケーブル、測
定機器など）で変歪を受けるが、放電源を変える一連の
この実験においては、タンク構造や測定系は変更してい
ないので、部分放電信号の変化は放電源を変えたことが
原因である。部分放電信号の時間波形を検波した波形が
変化する原因は、発生している部分放電信号自体が変化
しているか、あるいは部分放電信号自体は変化していな
いが、複数の部分放電パルスが発生しているかのどちら
かであると考えられる。この発明は、上記のような実験
結果および着想に基づいてなされたもので、以下に部分
放電の種類判定方法についていくつかの例を説明する。

【００１９】実施の形態１．図６は、この発明の実施の
形態１における部分放電の種類判定方法を示すフローチ
ャートであり、図６と、先に示した図３を用いて説明す
る。この実施の形態では検波波形の時間幅として半値幅
を用いる。ガス絶縁開閉装置で部分放電が発生すると、
容量結合形内部センサ５０でこれを測定する（Ｓ６
１）。測定した部分放電信号は検波器７０へ送り、包絡
線検波を行う（Ｓ６２）。その検波波形をデジタルオシ
ロスコープ８１へ送り、モニタ用に画面へ表示するとと
もに検波波形の波高値と半値幅を計測する（Ｓ６３）。
次に、この波高値と半値幅をコンピュータ９０へ送り、
両者の比を計算する（Ｓ６４）。図１から分かるよう
に、放電源の種類により波高値と半値幅との比の値に差
異を有するので、コンピュータ９０でこの比の値に基づ
き放電源の種類、すなわち固定針、スペーサ沿面異物、
浮き電極、自由異物のいずれに属するかを判定する（Ｓ
６５ａ〜Ｓ６５ｄ）。

【００２０】なお、Ｓ６３の検波波形の波高値と半値幅
の計測はコンピュータ９０で行うようにしてもよい。さ
らに、モニタを行わない場合はデジタルオシロスコープ
８１を省略してもよい。また、時間幅として、検波波形
が最大になる点をはさんで両側の１／２になる点の時間
間隔を用いてもよい。また、浮き電極の場合とスペーサ
沿面異物の場合とで、波高値と半値幅の比の値が近接し
ているので、実施の形態１を後述の実施の形態５の方法
などと併用して、放電源の種類の判定をし易くするよう
にしてもよい。以上のようにして、放電源の種類を判定
すると、異常を正しく診断して修理などの適切な対応を
することができる。

【００２１】実施の形態２．図１では、検波波形の波高
値を横軸にとり、半値幅を縦軸にとった。この半値幅を
他の時間幅に代えても、図１の場合と同様に、放電源の
種類により図中の特定の範囲にそれぞれ集中する。例え
ば、検波波形が最大値の８０％になる時刻の間隔、いわ
ば８０％値幅などを時間幅としてもよい。

【００２２】図７は、この発明の実施の形態２における
部分放電の種類判定方法を示すフローチャートである。
実施の形態１と同様の部分については説明を省略する。
Ｓ７１、Ｓ７２は、図６のＳ６１、Ｓ６２と同様であ
る。検波波形を得ると、最大点を測定して最大値つまり
波高値を得て（Ｓ７３）、その値より小さな所定の値を
設定する（Ｓ７４）。次に、この所定値を検波波形が横
切る時刻を計測しその時間間隔つまり時間幅を求める
（Ｓ７５）。Ｓ７３〜Ｓ７５の測定や設定はデジタルオ
シロスコープ８１で行ってもよいし、コンピュータ９０
で行ってもよい。そして、コンピュータ９０で波高値と
時間幅の比を算出し（Ｓ７６）、その比の値から放電源
の種類を判定する（Ｓ７７ａ〜Ｓ７７ｄ）。なお、時間
幅として、検波波形が所定値になる点と最大になる点と
の時間間隔を用いるようにしてもよい。

【００２３】実施の形態３．この実施の形態では、検波
波形が０から最大になるまでの時間、および最大から再
び０になるまでの時間を時間幅として用いる。図８は、
この発明の実施の形態３における部分放電の種類判定方
法を示すフローチャートである。実施の形態１と同様の
部分については説明を省略する。

【００２４】Ｓ８１、Ｓ８２は、図６のＳ６１、Ｓ６２
と同様である。検波波形を得ると、その最大点および０
点を測定する（Ｓ８３）。ただし、測定系には多少のノ
イズが含まれているので、そのノイズレベルを０値とす
る。その測定結果から、検波波形が０から最大になるま
での時間、最大から再び０になるまでの時間、および検
波波形の波高値を求める（Ｓ８４）。Ｓ８３、Ｓ８４の
測定はデジタルオシロスコープ８１、コンピュータ９０
のいずれで行ってもよい。そして、コンピュータ９０で
波高値とこれらの時間の比を算出して（Ｓ８５）、その
比の値から放電源の種類を判定する（Ｓ８６ａ〜Ｓ８６
ｄ）。なお、比を算出するための時間幅としては、検波
波形が０から最大までの時間と、最大から０までの時間
とを別々に用いてもよいし、合計した時間を用いるよう
にしてもよい。

【００２５】実施の形態４．この実施の形態では、検出
部分放電信号の検波波形が波高値−半値幅平面で占める
位置により、放電源の種類を判定する。図９は、この発
明の実施の形態４における部分放電の種類判定方法を示
すフローチャートである。実施の形態１と同様の部分に
ついては説明を省略する。Ｓ９１〜Ｓ９３は、図６のＳ
６１〜Ｓ６３と同様である。半値幅と波高値を得るとコ
ンピュータ９０へ送り、図１に示した波高値−半値幅平
面上にプロットする（Ｓ９４）。プロットした点が、上
記平面上のどのような位置にあるかにより（Ｓ９５）、
放電源の種類を判定する（Ｓ９６ａ〜Ｓ９６ｄ）。

【００２６】測定回数が少ないとき、プロットした点が
図１のどのグループに属するか、すなわちＡ〜Ｄのいず
れに属するのか判然としない場合がある。そのような場
合は、測定回数を増やしてプロット点を多くすれば、ど
れに属するかが明らかになり、放電源の種類を判定する
ことができる。

【００２７】実施の形態５．図１から分かるように、放
電源の種類により波高値−半値幅平面上の位置が変わる
以外に、半値幅や波高値の分散値も放電源の種類によっ
て異なる。この実施の形態では、部分放電の測定を複数
回行って分散値を計算し、その分散値から放電源の種類
を判定する。図１０は、この発明の実施の形態５におけ
る部分放電の種類判定方法を示すフローチャートであ
る。実施の形態１と同様の部分については説明を省略す
る。

【００２８】Ｓ１０１〜Ｓ１０３は、図６のＳ６１〜Ｓ
６３と同様である。波高値と半値幅を記録し、部分放電
測定が所定の回数に達するまで（Ｓ１０４）、Ｓ１０１
〜Ｓ１０３を繰り返してその波高値と半値幅を記録す
る。測定が所定の回数に達すれば（Ｓ１０４）、上記に
より求めた複数の波高値と半値幅のそれぞれの分散値を
計算する（Ｓ１０５）。これらの分散値により（Ｓ１０
６）、放電源の種類を判定する（Ｓ１０７ａ〜Ｓ１０７
ｄ）。なお、図１から分かるように、固定針、スペーサ
沿面異物、自由異物の間の、上記分散値の差異はあまり
大きくないので、実施の形態１の方法などと併用しても
よい。

【００２９】以上、実施の形態１〜実施の形態５につい
て説明したが、上記以外に、例えば実施の形態４あるい
は実施の形態５において、半値幅に代えて、例えば８０
％値幅など他の時間幅を用いるなどの方法を用いてもよ
い。また、図２、図３にガス絶縁開閉装置１が相毎にタ
ンク１０を有する例、つまり１つのタンク１０に１つの
中心導体２０が設置された例を示したが、３相一括母線
式、すなわち１つのタンク１０に３相分の母線導体（中
心導体２０に相当）を収納したものに対しても、本発明
の方法、装置を適用することができる。本発明によれ
ば、印加高電圧の位相に関係なしに放電源の種類判定が
できるので、タンク１０内に位相の異なる複数の高電圧
が存在していても判定に支障ない。さらに、対象の電気
機器としてガス絶縁開閉装置を示したが、例えばガス絶
縁変圧器など他のガス絶縁電気機器に対しても適用する
ことができる。

【００３０】

【発明の効果】この発明の請求項１から請求項６に係る
ガス絶縁電気機器の部分放電の種類判定方法によれば、
部分放電信号の検波波形の波高値と時間幅との関係か
ら、放電源の種類を判定するので、印加高電圧の位相の
検知が不要であり、したがって、位相の異なる複数の高
電圧部位を収納したガス絶縁電気機器に対しても容易に
適用することができる。さらに、周波数スペクトルの測
定も不要であり、したがって高価なスペアナを必要とせ
ず、低コストで放電源の種類判定を行うことができる。

【００３１】この発明の請求項７に係るガス絶縁電気機
器の部分放電の種類判定装置によれば、部分放電を検出
するセンサの出力を検波する検波器を備えているので、
請求項１から請求項６に記載の判定方法に用いることが
でき、したがって安価で、かつ位相の異なる複数の高電
圧部位を収納したガス絶縁電気機器に対しても適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】部分放電信号の検波波形の半値幅と波高値の
関係を示すグラフである。

【図２】ガス絶縁開閉装置の断面図である。

【図３】この発明の一実施の形態を示す、ガス絶縁開
閉装置に接続された部分放電の種類判定装置のブロック
図である。

【図４】実験で放電源として設置した試料の説明図で
ある。

【図５】図３に示した検波器の等価回路図である。

【図６】この発明の実施の形態１における部分放電の
種類判定方法を示すフローチャートである。

【図７】この発明の実施の形態２における部分放電の
種類判定方法を示すフローチャートである。

【図８】この発明の実施の形態３における部分放電の
種類判定方法を示すフローチャートである。

【図９】この発明の実施の形態４における部分放電の
種類判定方法を示すフローチャートである。

【図１０】この発明の実施の形態５における部分放電
の種類判定方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ガス絶縁開閉装置、５０容量結合形内部センサ、
７０検波器、９０コンピュータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｇ 9/00 Ｈ０２Ｂ 13/06 Ｈ 15/28 (72)発明者前川洋東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者川本俊治大阪府堺市学園町１番１号大阪府立大学工学部電気電子システム工学科内Ｆターム(参考） 2G015 AA10 CA01 5G017 EE01 EE06 5G365 DN04 5G369 AA16 BA01 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス絶縁電気機器の内部に生じた部分放
電を検出して放電源の種類を判定するガス絶縁電気機器
の部分放電の種類判定方法において、検出した部分放電
の時間波形を検波して得た検波波形の波高値と時間幅と
の関係から、部分放電の放電源の種類を判定することを
特徴とするガス絶縁電気機器の部分放電の種類判定方
法。
【請求項２】検波波形の波高値と、上記検波波形が上
記波高値より小さい所定値になる時間の間隔との比か
ら、部分放電の放電源の種類を判定することを特徴とす
る請求項１記載のガス絶縁電気機器の部分放電の種類判
定方法。
【請求項３】検波波形の波高値と半値幅との比から、
部分放電の放電源の種類を判定することを特徴とする請
求項２記載のガス絶縁電気機器の部分放電の種類判定方
法。
【請求項４】検波波形の波高値と、上記検波波形が０
から最大になるまでの時間および最大から０になるまで
の時間との比から、部分放電の放電源の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気機器の部
分放電の種類判定方法。
【請求項５】検波波形の波高値と時間幅とを２つの軸
にとった平面上で、検出した部分放電信号の検波波形の
波高値と時間幅が占める位置により、部分放電の放電源
の種類を判定することを特徴とする請求項１記載のガス
絶縁電気機器の部分放電の種類判定方法。
【請求項６】検波波形の波高値と時間幅の両分散値か
ら、部分放電の放電源の種類を判定することを特徴とす
る請求項１記載のガス絶縁電気機器の部分放電の種類判
定方法。
【請求項７】部分放電を検出するセンサ、このセンサ
の出力波形を検波する検波器、およびこの検波器から出
力される検波波形の波高値と時間幅との関係を演算して
部分放電の放電源の種類を判定する演算器を備えたガス
絶縁電気機器の部分放電の種類判定装置。