JP2003270288A - 漏れ電流成分分離解析法及びその装置 - Google Patents

漏れ電流成分分離解析法及びその装置

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JP2003270288A
JP2003270288A JP2002070909A JP2002070909A JP2003270288A JP 2003270288 A JP2003270288 A JP 2003270288A JP 2002070909 A JP2002070909 A JP 2002070909A JP 2002070909 A JP2002070909 A JP 2002070909A JP 2003270288 A JP2003270288 A JP 2003270288A
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Masahisa Otsubo
昌久 大坪
Osamu Takenouchi
修 竹之内
Yosuke Hashimoto
洋助 橋本
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Kyushu Electric Power Co Inc
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁物表面の放電現象および絶縁物表面の劣
化状態を評価することを目的として、絶縁物表面を流れ
る漏れ電流成分を分離解析する方法および装置の提供 【解決手段】絶縁物表面を流れる全漏れ電流を、高周波
電流成分(コロナ放電電流成分)と、低周波電流成分
(ドライバンドアーク放電電流成分と表面水膜中を流れ
る導電性電流成分)とに分離し、低周波電流成分をの波
形の微分値の変化量が設定した閾値・時間を超えたか否
かによりドライバンドアーク放電発生の有無を判別して
ドライバンドアーク放電電流成分と導電性電流成分とに
分離し、コロナ放電電気量、ドライバンドアーク放電電
気量、導電性電流電気量として測定し、これらの電気量
測定値の時間的変化から絶縁物表面の放電現象を評価す
る。また、分離された導電性電流成分の第3高調波成分
を分離測定し、この測定値の時間的変化から絶縁物表面
の劣化状態を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統に使用さ
れる高分子材料から成る碍子などの絶縁物において、劣
化要因となる放電現象と劣化状態を定量的に把握して、
絶縁物の優劣評価及び絶縁物表面の劣化程度の評価を行
う漏れ電流成分分離解析法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高分子材料を適用した碍子などの
絶縁物の漏れ電流を測定する場合、絶縁物とアース間に
挿入した抵抗を通して電圧信号に変換し、漏れ電流波形
の表示、その波高値、発生頻度を表示すると共に記録す
る方法などが取られており、例えば、漏れ電流の瞬時値
が、指定された閾値をある時間以上越えるものをドライ
バンドアーク放電電流として判定し、それ以下の電流が
長時間継続するものを連続電流(水膜中を流れる導電性
電流)とするなどの方法があった。
【0003】
【発明が解決使用とする課題】しかしながら、これらの
方法では、降雨、煙霧などの環境条件によって連続電流
が非常に大きくなることがあり、ドライバンドアーク放
電電流と導電性電流の分離ができないこと、その相違を
判定できないなどの問題があり、また、コロナ放電は、
そのパルス幅が数十nsと小さく、商用周波1サイクル当
たりのパルス数が1000個以上にもなることがあるため、
十分に測定できなかった。
【0004】このため、絶縁物にそれぞれ異なる劣化要
因を与えるドライバンドアーク放電とコロナ放電の定量
化ができず、絶縁物の劣化評価に資する測定ができなか
った。
【0005】そこで、本発明は、電力系統に使用される
高分子材料を適用した碍子などの絶縁物において、ドラ
イバンドアーク放電、コロナ放電を定量的に把握して、
その絶縁物の劣化程度の評価を行うことができる漏れ電
流成分分離解析法及びその装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の漏れ電流成分分
離解析法は、絶縁物表面を流れる全漏れ電流を、コロナ
放電電流成分で構成される高周波電流成分と、ドライバ
ンドアーク放電電流成分と表面水膜中を流れる導電性電
流成分で構成される低周波電流成分とに分離し、前記低
周波電流成分の波形を微分し、波形の微分値の変化量が
設定した閾値・時間を超えたか否かによりドライバンド
アーク放電発生の有無を判別して、ドライバンドアーク
放電電流成分と導電性電流成分とに分離し、前記コロナ
放電電流成分の積分値をコロナ放電電気量、ドライバン
ドアーク放電電流成分の積分値をドライバンドアーク放
電電気量、導電性電流成分の積分値を導電性電流電気量
として測定し、これらの電気量測定値の時間的変化から
絶縁物表面の放電現象を評価することを特徴とする。さ
らに、前記の分離された導電性電流成分の第3高調波成
分を分離測定し、この測定値の時間的変化から絶縁物表
面の劣化状態を評価することを特徴とする。
【0007】また、本発明の漏れ電流成分分離解析装置
は、絶縁物表面を流れる全漏れ電流をコロナ放電電流成
分で構成される高周波電流成分と、ドライバンドアーク
放電電流成分と表面水膜中を流れる導電性電流成分で構
成される低周波電流成分とに分離する手段と、前記低周
波電流成分の波形を微分し、得られた波形の微分値の変
化量が設定した閾値・時間を超えたか否かによりドライ
バンドアーク放電発生の有無を判別して、ドライバンド
アーク放電電流成分と導電性電流成分とに分離する手段
と、コロナ放電電流成分の積分値をコロナ放電電気量、
ドライバンドアーク放電電流成分の積分値をドライバン
ドアーク放電電気量、導電性電流成分の積分値を導電性
電流電気量として測定する手段とからなることを特徴と
する。前記の分離された導電性電流成分の第3高調波成
分を分離測定する手段を備え、この測定値の時間的変化
から絶縁物表面の劣化状態を評価する手段からなること
を特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明の方法における漏れ
電流成分の波形例を示す図である。図1(a)に示す全
漏れ電流は高周波電流成分と低周波電流成分とで構成さ
れ、両成分はFFT(高速フーリエ変換)又はデジタル
フィルタで分離される。高周波電流成分は図1(b)に
示すように、パルス幅が数十nsのコロナ放電電流成分で
構成され、一方、低周波電流成分は図1(c)に示すよ
うに、比較的大きな電気量を持つドライバンドアーク放
電電流成分と表面水膜中を流れる導電性電流成分で構成
される。ドライバンドアーク放電は、絶縁物表面の水膜
または水滴間の局部乾燥帯にかかる電圧によってその間
が短絡される現象で、これと並列な表面には電流は流れ
ず、コロナ放電も消滅すること及び発光からもその特徴
が認識される。
【0009】ドライバンドアーク放電開始時は電流は急
峻な変化を示し、その変化量をみるために低周波電流成
分の電流波形を微分することにより、図1(d)に示す
波形が得られ、その変化量が任意に設定した閾値・時間
を超えたか否か判別することでドライバンドアーク放電
発生の有無を識別でき、図1(e)に示す波形のドライ
バンドアーク放電電流成分と、導電性電流成分とに分離
することができる。低周波電流成分の電流波形の変化量
である微分値の閾値・時間については、発光観測等によ
りドライバンドアーク放電の発光現象と対応するような
実験値を得て決定する。例えば、2.5kHzがドライ
バンドアーク放電現象をを分けるのに適している。
【0010】また、高分子材料の絶縁物が劣化する前は
その撥水性により極端に水滴が変形しないことから、導
電性電流成分は電源周波数成分がほとんどであるが、絶
縁物が劣化すると材料の表面エネルギーの変化により水
滴が変形し始め、非直線性の電流すなわち高調波電流が
流れる。したがって、図1(f)に示す高調波電流成分
を測定することで絶縁物の劣化状態の判定が可能とな
る。
【0011】図2は本発明における各電気量を求めるフ
ローチャートの例を示す図であり、図2により本発明方
法の手順について説明する。
【0012】(1)漏れ電流データを読み込んで、全漏
れ電流を積分することにより、全漏れ電流電気量Q-tを
求める。
【0013】(2)2.5kHz以上の成分で構成されるコロ
ナ放電電流成分をハイパスフィルタで分離し、積分する
ことによりコロナ放電電気量Q-pを求める。
【0014】(3)全漏れ電流電気量からコロナ放電電
気量を除き、ドライバンドアーク放電電気量と導電性電
流電気量の合計値Q-aを計算する(Q-a=Q-t−Q-
p)。
【0015】(4)高周波のコロナ放電電流成分を除去
した電流成分の各半周期を時間微分する。微分値(変化
量)が閾値以上の場合、ドライバンドアーク放電と判定
し、微分値が閾値未満の場合、導電性電流と判定する。
【0016】ドライバンドアーク放電を含まない導電性
電流の場合には、その範囲の電気量を導電性電流電気量
Q-cとして計算する。
【0017】ドライバンドアーク放電を含む場合には、
各半周期の中でのドライバンドアーク放電と認定された
電流範囲(閾値を超えた点から次に電流ゼロとなるま
で)の電気量をドライバンドアーク放電電流電気量Q-d
として計算する。
【0018】(5)そして、ドライバンドアーク放電電
気量と導電性電流電気量の合計値Q-aからドライバンド
アーク放電電流電気量Q-dを除いた電気量(Q-a−Q-
d)を導電性電流電気量Q-cとする。さらに、その波形
をFFT解析し基本波成分に対する第3高調波成分の占
める割合を求めることにより、絶縁物表面の劣化状態を
評価する。あるいは、ドライバンドアーク放電を含まな
い導電性電流の場合に求められた電気量の波形をFFT
解析し基本波成分に対する第3高調波成分の占める割合
を求めることにより、絶縁物表面の劣化状態を評価する
こともできる。
【0019】図3は、本発明の方法を実施するためのシ
ステムを示す。エージングチャンバー1(加速劣化試験
装置)内において、高分子材料碍子などの絶縁物である
供試試料2に電源3から抵抗4及びブッシング5を介し
て交流高電圧が課電される。エージングチャンバー1は
絶縁物表面を汚染させ模擬環境を作り出すため塩霧発生
装置6を備えている。
【0020】絶縁物表面を流れる全漏れ電流は絶縁物2
とアース間に挿入した電流検出抵抗7を通して電圧に変
換され、これをアナログ−デジタル変換してデジタル量
としてディジタルオシロスコープ等の計測器8により測
定する。この測定値を計測器8からパソコン9に高速で
転送保存した後、FFT又はデジタルフィルタを用いて
高周波電流成分と低周波電流成分とに分離し、本発明の
方法を実施していく。
【0021】図4は本発明の漏れ電流成分分離解析装置
を示す。図3に示すOCRで測定された漏れ電流波形信
号は、全漏れ電流波形の電気量算出手段に取り込まれ、
電気量が算出される。算出された全漏れ電流波形の電気
量はFFT又はデジタルフィルタから成る波形分離手段
で、高周波電流成分と低周波電流成分が分離抽出され
る。
【0022】低周波電流成分の波形を微分する手段で波
形を微分し、ドライバンドアーク放電の有無を判定する
手段で、ドライバンドアーク放電の有無を判定する。
【0023】ドライバンドアーク放電として判別した部
分のみドライバンドアーク放電成分として抽出し電気量
を算出手段によりドライバンドアーク放電成分として抽
出し電気量を算出する。
【0024】ドライバンドアーク放電以外の部分を導電
性電流成分として抽出し電気量を算出し、前記のドライ
バンドアーク放電の有無を判定でドライバンドアークな
しと判定されて全て導電性電流成分として抽出して電気
量を算出し導電性電流成分において、基本波成分に対す
る第3高調波成分の占める割合を算出する手段で割合を
算出する。
【0025】
【実施例】図5は塩霧や降雨などの各種の模擬環境を作
り出すエージングチャンバー内において、高分子材料の
絶縁物に課電した場合の各電気量の測定例のグラフであ
る。図5より、環境条件が塩霧の時に放電現象が多く発
生し、降雨や塩霧が無い時には、放電現象が発生してい
ないことが分かる。
【0026】また、図6は上記と同様の試験において、
導電性電流の基本波成分に対する第3高調波成分の占め
る割合の測定例のグラフで、高分子材料その1はLTV
シリコン、その2はHTVシリコンである。図6より、
エージングチャンバー内の加速劣化条件が進行すると、
第3高調波成分の占める割合が増加傾向を示すことが分
かる。
【0027】以上のことから、コロナ放電及びドライバ
ンドアーク放電の各現象及びこれ以外の現象に対応した
電気量を把握でき、更に、どの環境条件の時にコロナ放
電及びドライバンドアーク放電が発生するのか把握で
き、高分子材料の絶縁物の表面劣化要因となる現象を定
量化することが可能となる。また、導電性電流の基本波
成分に対する第3高調波成分の占める割合の変化を把握
できる、高分子材料の絶縁物の劣化状態を評価すること
が可能となる。
【0028】
【発明の効果】実施例に記載したとおり、高分子材料の
絶縁物表面の劣化要因となるコロナ放電及びドライバン
ドアーク放電を定量的に把握することが可能となるた
め、実際の自然環境下における高分子絶縁材料表面の放
電現象を測定し、このデータを基に屋内で実施する製品
の加速劣化試験の条件を定めることが可能となり、試験
の合理化・適正化、更には製品の開発改良に寄与するこ
とができる。
【0029】また、導電性電流の基本波成分に対する第
3高調波成分の占める割合の変化を把握することで、高
分子材料の絶縁物表面の劣化状態を知ることができるた
め、例えば、屋外に設置された電気設備の劣化状態を監
視することが可能となり、保守業務の合理化等に寄与す
ることができる。
【0030】更に、上記技術的環境が整うことで、これ
までの絶縁物の主流であった磁器から、軽くて作業性が
良い高分子材料の絶縁物への移行が促され、労働環境の
改善およびコストダウンなどに寄与することが期待され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法における漏れ電流成分の波形例を
示す図である。
【図2】本発明の方法における各電気量を求めるフロー
チャートを示す図である。
【図3】本発明の方法を実施するためのシステムを示
す。
【図4】本発明の漏れ電流成分分離解析装置の解析手段
を示す図である。
【図5】各電気量の測定例を示すグラフである。
【図6】基本波成分に対する第3高調波成分の占める割
合の測定例を示すグラフである。
【符号の説明】
1:エージングチャンバー 2:供試試料 3:電源
4:抵抗 5:ブッシング 6:塩霧発生装置 7:電
流検出抵抗 8:計測器 9:パソコン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 洋助 福岡県福岡市南区塩原二丁目1番47号 九 州電力株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 2G014 AA16 AA23 AB62 2G015 AA01 AA20 AA21 BA01 CA01 CA05 CA11 CA20

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁物表面を流れる全漏れ電流を、コロ
    ナ放電電流成分で構成される高周波電流成分と、ドライ
    バンドアーク放電電流成分と表面水膜中を流れる導電性
    電流成分で構成される低周波電流成分とに分離し、 前記低周波電流成分の波形を微分し、波形の微分値の変
    化量が設定した閾値・時間を超えたか否かによりドライ
    バンドアーク放電発生の有無を判別して、ドライバンド
    アーク放電電流成分と導電性電流成分とに分離し、 前記コロナ放電電流成分の積分値をコロナ放電電気量、
    ドライバンドアーク放電電流成分の積分値をドライバン
    ドアーク放電電気量、導電性電流成分の積分値を導電性
    電流電気量として測定し、これらの電気量測定値の時間
    的変化から絶縁物表面の放電現象を評価することを特徴
    とする漏れ電流成分分離解析法。
  2. 【請求項2】 前記の分離された導電性電流成分の第3
    高調波成分を分離測定し、この測定値の時間的変化から
    絶縁物表面の劣化状態を評価することを特徴とする請求
    項1記載の漏れ電流成分分離解析法。
  3. 【請求項3】 絶縁物表面を流れる全漏れ電流をコロナ
    放電電流成分で構成される高周波電流成分と、ドライバ
    ンドアーク放電電流成分と表面水膜中を流れる導電性電
    流成分で構成される低周波電流成分とに分離する手段
    と、 前記低周波電流成分の波形を微分し、得られた波形の微
    分値の変化量が設定した閾値・時間を超えたか否かによ
    りドライバンドアーク放電発生の有無を判別して、ドラ
    イバンドアーク放電電流成分と導電性電流成分とに分離
    する手段と、コロナ放電電流成分の積分値をコロナ放電
    電気量、ドライバンドアーク放電電流成分の積分値をド
    ライバンドアーク放電電気量、導電性電流成分の積分値
    を導電性電流電気量として測定する手段とからなること
    を特徴とする漏れ電流成分分離解析装置。
  4. 【請求項4】 前記の分離された導電性電流成分の第3
    高調波成分を分離測定する手段を備え、この測定値の時
    間的変化から絶縁物表面の劣化状態を評価する手段から
    なることを特徴とする請求項3記載の漏れ電流成分分離
    解析装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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