【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁物の絶縁劣化を定量的に評価し診断することができる電気機器の絶縁劣化診断方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧を印加する電気機器（以下、高電圧機器という）の部分放電を検出する主な従来手法として、ＣＴ（変流器）センサを用いた接地線での漏れ電流検出法、アンテナ法による放電電磁波計測法、光ファイバーを用いた部分放電光の検出法などがあり、現在も研究が進められている。また、部分放電に伴って発生する気中の超音波を集音器で集音し計測する装置も市販されている。その他、部分放電による筐体振動をＡＥセンサや振動センサで検出する手法もある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
近年は、経年使用の高電圧機器が多くなり、状態監視に基づく最適保全計画（予測保全）のニーズが増大しつつある。前述した部分放電検出方法は、その検出原理や対象とする機器の定格・サイズなどが異なるため一概に比較できない面もあるが、現状の絶縁診断分野の興味は、放電検出の感度を向上させることと、診断精度向上のためのノイズ分離または識別、及び、フィールドで診断を行う際の実用性向上にある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３２６４２９号公報（第５頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来手法におけるＣＴ法では、現地にＣＴセンサを取付ける接地線がなければ、部分放電による漏れ電流等を計測することができない。また、盤全体からの漏れ電流を計測するので、盤内の機器のどこで部分放電が発生しているのかを特定することが困難である。電磁波計測法は高速サンプリングを必要とし、計測系の負担が大きい。光ファイバー法は受動的に部分放電による発光を検出する程度のものであり、光ファイバーの取付位置によって、部分放電光を検出できたりできなかったりといった不確実性の問題点がある。気中超音波集音装置の場合は、部分放電に伴い気中超音波を発生しないモードでは、部分放電を検出することができない。検出可能なケースでは、集音したデータをＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して、そのスペクトル強度で絶縁劣化の程度をレベル判定する方法であって、実際に機器から発生している放電電荷量を評価するものではない。また、ＡＥセンサを取付けて筐体振動から絶縁異常を診断する方法では、部分放電を超音波領域の機械振動として検出するが、機種や材質等によって、放電の周波数帯や強さが異なるので、一つのＡＥセンサだけでは、広範囲の周波数帯域の機種の部分放電検出に対応するのが難しい。また、部分放電と同一周波数帯に鉄心の励磁振動などが重なるケースでは、ＳＮ比（信号対ノイズの比）が低下して部分放電（Ｓ）信号とノイズ（Ｎ）の識別が難しい。モールド絶縁物内のボイド放電をＡＥセンサで検出する場合には、コイルのモールド絶縁物表面などに検知部を近接させて部分放電に伴うＡＥを検出する必要があり、診断時に感電する危険性さえ存在する。
【０００６】
本発明はこのような実情を考慮してなされたもので、検知部を部分放電発生部に安全な状態でできるだけ接近させ、絶縁物内で発生する部分放電の検出感度を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、電圧が印加される導体を絶縁する絶縁物に設置された光ファイバーと、この光ファイバー内を伝送する光の入力部と、絶縁物内で発生する磁場変動による磁気光学効果に応動する磁場変動応動部と、光ファイバーからの出力光を受光する出力部と、入力部からの入力光と出力部からの出力光との差異から絶縁物の絶縁劣化を診断する劣化判定部と、を備えたことを特徴とする電気機器の絶縁劣化診断装置を提供するものである。この絶縁劣化診断装置によれば、計測系と計測対象とが電気的に絶縁された状態で部分放電信号を検出できるため、従来より安全な診断が実現できる。また、放電部位と検出部を近接させられるため、従来絶縁物内で検出が困難であった信号レベルの放電も検出しやすくなり部分放電の検出感度を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明は、絶縁物の表面に、磁化した磁性体シートを貼り付け、絶縁異常により発生する磁場による磁性体シートの磁化分布変動に基づいて絶縁物の絶縁劣化を検出することを特徴とする電気機器の絶縁劣化診断方法に関するものである。この絶縁劣化診断方法によれば、部分放電に伴う磁場変動が引き起こす磁性体シートの磁化変化を定期点検時にチェックすることにより部分放電発生状況のオフライン観測を実現することができる。
【０００９】
また、本発明は、絶縁物の内部に感光材料を配置し、部分放電に伴う発光による感光材料の感光に基づいて絶縁物の絶縁劣化を検出することを特徴とする電気機器の絶縁劣化診断方法に関するものである。この絶縁劣化診断方法によれば、絶縁物内の部分放電に伴う発光を感光材料上に痕跡として残すことができ、経年使用期間中の部分放電の有無や回数などを定期点検時などのオフライン時に容易かつ的確に確認することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のポイントは、モールド材の中で発生する部分放電を磁場もしくは光として検出するものである。予め対象機器にセンサ手段を取付けておくことにより、所望の時期にオンラインもしくはオフラインで部分放電を安全に検出する。また、部分放電電荷量を定量的に推定したり放電部位を同定したりするための方法も提供するものである。
【００１１】
以下、上記の考え方に基づく本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
図１において、入力部１はレーザーなどの光源を用いて直線偏光を光ファイバー２に入力する。入力された直線偏光は光ファイバー２内を伝播し、光ファイバー２に含まれるファラデー効果ガラス３ａ，３ｂ，３ｃを介して透過する。ファラデー効果ガラス３ａ，３ｂ，３ｃは磁場変動応動部３を構成する。ファラデー効果ガラス３ａ，３ｂ，３ｃを透過する際、ファラデー効果ガラス３ａ，３ｂ，３ｃに外部から磁場が印加されると、直線偏光は図２に示すように偏光面が回転されることになる。このときの偏光角（ファラデー回転角θ）は、ファラデー効果ガラスの厚さｔと磁場の大きさＨに比例する。すなわち、
ファラデー回転角θ＝Ｖ×ｔ×Ｈ
である。ここで、Ｖはベルデ定数と呼ばれるものであって、物質固有の比例係数である。
【００１３】
したがって、ファラデー効果ガラス３ａ，３ｂ，３ｃの材質として所望のものを選択し、ベルデ定数Ｖとファラデー効果ガラス３の寸法を把握しておくことにより、磁場の大きさＨとファラデー回転角θの相関を推定することができる。そこで、この光ファイバー２とファラデー効果ガラス３ａ，３ｂ，３ｃをモールド絶縁物内もしくはモールド絶縁物表面に取付けることにより、部分放電に付随して発生する磁場変動をファラデー効果として検出することができる。
【００１４】
光ファイバー２の出力端に配置された出力部４は検光子を含み、ファラデー効果ガラス３ａ，３ｂ，３ｃ内で偏光された光を光ファイバー２から取込み、検光子によってファラデー回転角θを検出し、それを劣化判定部５に出力する。劣化判定部５は、診断用のデータベース６を参照して部分放電電荷量ＰＤ（ｐＣ）をファラデー回転角θまたは入出力ゲインから算出する。それに対応して、データベース６は、図３（ａ）に示すように、実験的に求められた、関数ｆで表されるファラデー回転角θと部分放電電荷量（ｐＣ）との相関曲線、または、図３（ｂ）に示すように、関数ｇで表される入出力ゲインと部分放電電荷量ＰＤ（ｐＣ）との相関曲線の内容を蓄積している。ここで関数ｇは、部分放電に伴う導波路内での光伝送ロスについて、部分放電電荷量と入出力光のゲインの関係を関数ｇとして導出したものである。
【００１５】
第１の実施の形態の絶縁劣化診断装置では、このような構成とすることにより、高電圧を印加する電気機器（以下、高電圧機器という）の高圧受電部をモールドする絶縁物内で発生するボイド放電等の部分放電を光回路で検出することができるため、計測系と高電圧部の絶縁を保ったまま測定・診断をすることができる。したがって、計測作業時に高圧課電部に接触して感電するなどの危険性を低く抑えられるほか、オンラインでの計測／診断を実現することができる。
【００１６】
以上述べたように、この実施の形態によれば、高電圧が印加されるモールド部位に設置する光ファイバー２と、光ファイバー２内を伝送する光の入力部１と、モールド内で発生する磁場変動に応動して磁気光学効果を発揮する磁場変動応動部３と、光ファイバー２からの出力を受光する出力部４と、入出力の差異から診断を行う劣化判定部５と、劣化判定のためのデータベース６とを備えることにより、計測系と計測対象とが電気的に絶縁された状態で部分放電信号を検出することができる。そのため、従来より安全な診断を実現することができる。また、放電部位と検出部を近接させられるため、従来、モールド絶縁物内で検出が困難であった信号レベルの放電も検出しやすくなり、部分放電の検出感度を向上させることができる。
【００１７】
＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の第２の実施の形態を示すものである。図４は、第１の実施の形態による絶縁劣化診断装置を部分放電検出のために高電圧機器に適用する場合の実施の形態を示すものである。まず、被検出部の磁場変動を検出するための光ファイバー２と磁場変動応動部３を、図４に示すように、高電圧導体部１０により高電圧が印加されるモールド絶縁物１１の外周面上に軸方向に多層に巻きつけることによりモールド絶縁物１１内の部分放電を検出する。磁場変動応動部３では、モールド絶縁物１１で絶縁されている高電圧導体部１０から発生する磁場によりバックグランド（背景）ノイズとしての偏光角振動が起きるが、モールド絶縁物１１内で部分放電が発生すると、バックグラウンドノイズに重畳する形で磁場変動が発生し、これに起因する偏光ぶれが検出される。光ファイバー２のモールド絶縁物１１表面での巻き密度を高めれば高めるほど、モールド絶縁物１１を覆う磁場変動応動部３の面積が大きくなり、部分放電の検出確率を大きくすることができる。また、本発明の絶縁劣化診断装置、特に高電圧機器に装着する部分の構造が非常に単純であることから、光ファイバー２と磁場変動応動部３をモールド絶縁物１１上に巻きつけることによって製品コストはさほど上げることがない。したがって、製品の設置現場におけるオンラインの絶縁診断を実現したい場合には、予めモールド絶縁物１１に光ファイバー２と磁場変動応動部３を巻きつけておくことにより、診断希望時に、入力部１、出力部４、劣化判定部５、及び診断用データベース６を接続して定量的な絶縁評価をすることができる。
【００１８】
この実施の形態によれば、光ファイバー及び磁場変動応動部は、高電圧が印加されるモールド絶縁物に巻きつけるようにしたので、モールド絶縁物の表面全体を光ファイバーで覆うことにより、覆っているモールド絶縁物内で発生する部分放電を累積する形で出力を検出することができ、部分放電の有無を感度よく検知することができる。
【００１９】
＜第３の実施の形態＞
図５は本発明の第３の実施の形態を示すものである。図５に示すように、高電圧導体部１０により高電圧が印加されるモールド絶縁物１１の外周面上に、光ファイバー２及び磁場変動応動部３を含む測定ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを軸方向に多層（図では４層）に巻きつけ、各測定ユニットに入力部１及び出力部４を備えて測定ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを完結させる。各測定ユニットの出力部４の出力を劣化判定部５に導くことにより、各測定ユニットに対応する部位毎に部分放電を検出することができ、部分放電の発生部位を、より狭い範囲に絞り込むことができる。
【００２０】
この実施の形態によれば、部分放電の発生部位または発生領域を半径方向及び軸方向に容易に特定することができる。
【００２１】
＜第４の実施の形態＞
図６は本発明の第４の実施の形態を示すものである。図６に示す実施の形態では、同図（ａ）に示すように、鉄心２０上に低電圧巻線２１を配置し、それと同心配置された第１の光ファイバー２２、及び高電圧巻線２３をモールド絶縁物２４によってモールドし、さらにモールド絶縁物２４の上に第２の光ファイバー２５を巻きつけている。光ファイバー２２，２５はそれぞれ複数の（図では４個の）ファラデー効果ガラスを含んでいる。さらに、同図（ｂ）に示すように、光ファイバー２２，２５はそれぞれ鉄心２０の軸方向にも複数個（図では１４個）に分割配置されている。この実施の形態においては、第１の光ファイバー２２及び第２の光ファイバー２５にそれぞれ入力部１ａ，１ｂ及び出力部４ａ，４ｂを備え、出力部４ａ，４ｂの出力光を別々に測定処理する。
【００２２】
この実施の形態によっても、第３の実施の形態（図５）と同様に、部分放電の発生部位または発生領域をモールド絶縁物の厚み方向（半径方向）及び鉄心の軸方向に容易に特定することができる。
【００２３】
＜第５の実施の形態＞
図７は本発明の第５の実施の形態を示すものである。これまでの実施の形態では、光ファイバー及びファラデー効果ガラス（磁場変動応動部）が周方向に走るように配置されていた。しかし、図７に示す実施の形態では、光ファイバー３１，３２とファラデー効果ガラス３３（磁場変動応動部）を、高電圧導体部３４を、介して高電圧が印加される円筒状のモールド絶縁物３５の軸心方向に走るように、周方向に複数箇所に分布してモールド絶縁物３５の内部に挿入しており、しかも多数本の光ファイバー３１，３２を互いに直列接続することにより、一塊をなすモールド絶縁物３５の内部全域を網羅する形で部分放電の有無を観測できるようにしている。直列接続の光ファイバー３１，３２の一端は入力部１に接続され、他端は出力部４に接続される。モールド絶縁物３５の中心貫通穴を高電圧機器の鉄心３０が貫挿している。
【００２４】
複数の光ファイバーを直列接続した場合、接続されている磁場変動応動部（ファラデー効果ガラス）のどれかが磁場変動を検出すれば異常を検知することができるので、検出感度が向上する。
【００２５】
一方、図８に示すように、光ファイバー３１，３２及び磁場変動応動部（ファラデー効果ガラス）を高電圧が印加されるモールド絶縁物３５内に同芯的に複数の光路に分割した状態で配置挿入することにより、一つの光路あたりの磁場変動応動部が少なくなり、検出回路１本あたりの部分放電検出感度は低下するが、１本１本の分割光路毎に磁場変動検出の有無を確認することができるので、どの光路で磁場変動が検出されたかの判定、すなわちモールド絶縁物３５内の部分放電発生部位の同定をより精細にすることができる。磁場変動応動部は、ファラデー効果ガラスのほかに磁性フォトニック結晶から構成することができ、部分放電に伴う磁場変動をファラデー回転角や入力光と出力光の比（ゲインもしくはロス）として定量的に評価することができる。
【００２６】
＜第６の実施の形態＞
図９は、本発明の第６の実施の形態の原理を説明する図である。同図（ａ）に示すように、ある方向に一様に磁化した磁性体シート４０をモールド絶縁物４１の外周面上に貼り付けることにより絶縁劣化を検出する。モールド絶縁物４１の軸芯部には高電圧導体部４２が貫通しているものとする。一様に磁化した磁性体シート４０を製品納入時もしくは定期点検などのオフライン時に、高電圧導体部４２を貫挿させたモールド絶縁物３１の外周面上に巻きつけておく。
【００２７】
この初期状態における磁性体シート４０の磁化方向は、同図（ｂ）に示すように、高電圧導体部４２が周囲に形成する磁場に逆らわない方向とし、高電圧導体部４２が形成する磁場中の長時間暴露により磁性体シート４０の磁化が自然に乱れないように注意する。
【００２８】
その状態でモールド絶縁物３１がボイドや経年劣化により内部で部分放電を発生し始めると、同図（ｃ）に示すように、モールド絶縁物３１の表面の磁場が変動して磁性体シート３０の磁化方向が初期状態から変化する。そこで、定期点検時に磁性体シート３０をモールド絶縁物３１から外して磁性体シート３０の磁化の変化状態を観察・計測することにより、部分放電の有無を検知する。観察及び計測は、磁区の方向を顕微鏡で調査したり、磁気ヘッドを用いた磁化読取装置で磁化分布の変化をチェックしたりすることによって実施することができる。
【００２９】
磁化状態が変化した部位の面積や磁化変化のビット数を定量的に評価し、部分放電電荷量との関係を実験的に求めてデータベース化することにより、部分放電の大きさを推定することも可能である。また、モールド絶縁物３１を解体しやすい形状に設計しておけば、モールド絶縁物３１の内部に磁性体シート３０を挿入しておくことにより、部分放電痕の検出感度を高めることができる。さらに、磁性体シート３０の挿入密度を高めるほど、部分放電検出と部分放電発生位置の同定を容易にすることができる。
【００３０】
＜第７の実施の形態＞
図１０は、本発明の第７の実施の形態の原理を説明する図である。同図（ａ）に示すように、高電圧導体部４０を取囲むモールド絶縁物４１の内部に、取外し可能な感光材料、例えば感光シート４２を埋込み、部分放電に伴う発光を感光シート４２に写真の原理で記録する。
【００３１】
モールド絶縁物４１内で発生する部分放電の発光はモールド絶縁物４１の表面からは放出しにくいため、仮にモールド絶縁物４１の外部に光センサーなどを配置しても、部分放電光を検出するのは一般に難しい。また、仮に部分放電光が外部に放射するとしても、その放射方向を予測することは非常に難しい。そのため、モールド絶縁物４１の外部に光センサーなどを配置する方式には、多数の光センサーと非常に大きな配置面積を必要とするという不便さがある。
【００３２】
そこで、本発明に従い、ハロゲン化銀などの感光剤を塗布した感光剤シート４２をモールド絶縁物４１内に埋め込み、高電圧導体部４０の周囲を網羅する形で広範囲に覆うことにより、部分放電光を検出することができる。製品出荷時に感光剤シート４２をモールド絶縁物４１内に埋め込んでおき、その後、定期点検時などの一定期間毎に感光剤シート４２の感光度合いをチェックすることにより、部分放電の発生履歴を検知することができる。モールド絶縁物４１の部位と感光剤シート４２の取付け位置の関係を予め設計条件として考慮し、モールド絶縁物４１を分解しやすい構造にしておくことにより、点検時の感光剤シート４２の取扱いを容易にすることができる。
【００３３】
定期点検時に感光剤シート４２上の部分放電光受光部４３（図１０（ｂ）参照）の面積を定量的に評価し、別途、部分放電電荷量と感光面積の関係を実験的に求めてデータベース化しておいてそれを参照することにより、部分放電の大きさを推定することができる。また、この方式では、部分放電痕の位置がそのまま部分放電発生位置と一対一に対応するため、部分放電発生部位を正確に同定することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の絶縁劣化診断装置によれば、計測系と計測対象とが電気的に絶縁された状態で部分放電信号を検出できるため、より安全な診断を実現することができる。また、放電部位と検出部を近接させられるため、モールド絶縁物内での信号レベルの放電をも容易に検出することができ、部分放電の検出感度を向上させることができる。
【００３５】
また、本発明の絶縁劣化診断方法によれば、部分放電発生状況のオフライン観測を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の高電圧機器の絶縁劣化診断装置の概略的構成例を示すブロック図。
【図２】光ファイバーとファラデー効果ガラスによる磁場変動検出の原理を説明する説明図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施の形態による高電圧機器の絶縁劣化診断装置におけるデータベースの異なる構成例を説明する図。
【図４】（ａ）は光ファイバーとファラデー効果ガラスからなる磁場変動応動部をモールド絶縁物の外周に巻きつけた場合の本発明の第１の実施の形態による高電圧機器の絶縁劣化診断装置の構成例を示す上面図、（ｂ）は同装置の側面図。
【図５】光ファイバーとファラデー効果ガラスからなる磁場変動応動部を複数に分割してモールド絶縁物の外周に巻きつけた場合の実施の形態を示す側面図。
【図６】（ａ）は光ファイバーとファラデー効果ガラスからなる磁場変動応動部をモールド絶縁物の外周に軸芯方向に多層に巻きつけるとともに半径方向にも分割して配置した実施の形態を示す上面図、（ｂ）は同装置の側面図。
【図７】（ａ）は光ファイバーとファラデー効果ガラスからなる磁場変動応動部を高電圧が印加されるモールド絶縁物内に軸芯方向に走らせて配置するとともに複数の光路を同芯状に分割した状態で挿入する実施の形態を示す上面図、（ｂ）は同装置の側面断面図。
【図８】（ａ）は光ファイバーとファラデー効果ガラスからなる磁場変動応動部を高電圧が印加されるモールド絶縁物の厚み方向に複数に分割しの光路を分割した状態で挿入する実施の形態を示す上面図、（ｂ）は同装置の側面断面図。
【図９】（ａ）は一様に磁化した磁性体シートをモールド絶縁物の表面に貼りつけることにより絶縁劣化を検出する原理を説明する説明図、（ｂ）は磁性体シートの初期状態における磁化方向を示す図、（ｃ）は磁性体シートの経年使用後の異常磁化状態を示す図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第３の実施の形態の絶縁劣化診断方法において、モールド絶縁物の内部に取り外し可能な感光材料を埋め込み部分放電に伴う発光を検出する原理を説明する上面図、（ｂ）は展開図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 入力部
２，２２，２５，３１，３２ 光ファイバー
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３３ ファラデー効果ガラス
４，４ａ，４ｂ 出力部
５ 劣化判定部
６ データベース
１０，３４，４２ 高電圧導体部
１１，２４，３５，４１ モールド絶縁物
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 測定ユニット
２１ 低電圧巻線
２３ 高電圧巻線
３０ 鉄心
４０ 磁性体シート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for diagnosing insulation deterioration of electrical equipment, which can quantitatively evaluate and diagnose insulation deterioration of an insulator.
[0002]
[Prior art]
The main conventional methods for detecting partial discharge of an electric device to which a high voltage is applied (hereinafter, referred to as a high voltage device) include a leakage current detection method on a ground wire using a CT (current transformer) sensor, and a discharge by an antenna method. There are an electromagnetic wave measurement method, a method of detecting partial discharge light using an optical fiber, and the like, and research is currently being conducted. In addition, a device that collects and measures airborne ultrasonic waves generated by partial discharge with a sound collector is also commercially available. In addition, there is a method of detecting a housing vibration due to a partial discharge with an AE sensor or a vibration sensor (for example, see Patent Document 1).
[0003]
In recent years, the number of high-voltage devices used over time has increased, and the need for an optimal maintenance plan (predictive maintenance) based on state monitoring is increasing. The partial discharge detection method described above cannot be compared unconditionally due to differences in the detection principle and the rating and size of the target device.However, the current interest in the field of insulation diagnosis is to improve the sensitivity of discharge detection. And noise separation or identification for improving diagnosis accuracy, and improvement in practicality when performing diagnosis in the field.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-326429 (page 5, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the CT method in the conventional method, it is not possible to measure a leakage current or the like due to partial discharge without a ground wire for attaching a CT sensor on site. Further, since the leakage current from the entire panel is measured, it is difficult to specify where the partial discharge is occurring in the devices in the panel. The electromagnetic wave measurement method requires high-speed sampling, and the load on the measurement system is large. The optical fiber method passively detects light emission due to partial discharge, and has a problem of uncertainty that partial discharge light cannot be detected or cannot be detected depending on the mounting position of the optical fiber. In the case of an airborne ultrasonic sound collecting apparatus, partial discharge cannot be detected in a mode in which airborne ultrasonic waves are not generated due to partial discharge. In a detectable case, the collected data is subjected to FFT (Fast Fourier Transform) processing, and the level of insulation deterioration is determined based on the spectrum intensity. The amount of discharge charge actually generated from the device is determined. Not something to evaluate. Also, in the method of diagnosing the insulation abnormality from the housing vibration by attaching the AE sensor, the partial discharge is detected as the mechanical vibration in the ultrasonic range. However, the frequency band and the strength of the discharge differ depending on the model and the material. With only one AE sensor, it is difficult to support partial discharge detection for models in a wide frequency band. Further, in the case where the excitation vibration of the iron core overlaps with the same frequency band as the partial discharge, the SN ratio (ratio of signal to noise) is reduced, and it is difficult to distinguish the partial discharge (S) signal from the noise (N). When detecting void discharge in the mold insulator with an AE sensor, it is necessary to detect the AE caused by partial discharge by bringing the detection unit close to the surface of the mold insulator of the coil, and even the risk of electric shock during diagnosis Exists.
[0006]
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and has as its object to improve the detection sensitivity of a partial discharge generated in an insulator by bringing a detection unit as close as possible to a partial discharge generation unit in a safe state. I do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides an optical fiber installed on an insulator that insulates a conductor to which a voltage is applied, an input portion of light transmitted through the optical fiber, and a magnetic field generated in the insulator. A magnetic field fluctuation responding part that responds to the magneto-optical effect, an output part that receives the output light from the optical fiber, and deterioration that diagnoses the insulation deterioration of the insulator based on the difference between the input light from the input part and the output light from the output part. And a determination unit. According to this insulation deterioration diagnosis apparatus, since the partial discharge signal can be detected in a state where the measurement system and the measurement target are electrically insulated, safer diagnosis can be realized than before. In addition, since the discharge site and the detection unit can be brought close to each other, it is easy to detect a signal-level discharge which has conventionally been difficult to detect in the insulator, and the detection sensitivity of the partial discharge can be improved.
[0008]
In addition, the present invention is characterized in that a magnetized magnetic sheet is attached to the surface of an insulator, and insulation deterioration of the insulator is detected based on a change in magnetization distribution of the magnetic sheet due to a magnetic field generated due to insulation abnormality. The present invention relates to a method for diagnosing insulation deterioration of electrical equipment. According to the insulation deterioration diagnosis method, the off-line observation of the partial discharge occurrence state can be realized by checking the magnetization change of the magnetic sheet caused by the magnetic field fluctuation caused by the partial discharge at the time of the periodic inspection.
[0009]
According to the present invention, there is provided a method for diagnosing insulation deterioration of an electrical device, comprising: arranging a photosensitive material inside an insulator; and detecting insulation degradation of the insulator based on photosensitivity of the photosensitive material due to light emission accompanying partial discharge. It is about. According to this insulation deterioration diagnosis method, light emission due to partial discharge in an insulator can be left as a trace on a photosensitive material, and the presence or absence and the number of partial discharges during aging can be checked during off-line such as during periodic inspection. It can be confirmed easily and accurately.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The point of the present invention is to detect a partial discharge generated in a molding material as a magnetic field or light. By attaching sensor means to the target device in advance, partial discharge can be safely detected online or offline at a desired time. Further, the present invention also provides a method for quantitatively estimating a partial discharge charge amount and identifying a discharge site.
[0011]
Hereinafter, embodiments of the present invention based on the above concept will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
<First embodiment>
In FIG. 1, an input unit 1 inputs linearly polarized light to an optical fiber 2 using a light source such as a laser. The input linearly polarized light propagates in the optical fiber 2 and passes through the Faraday effect glass 3a, 3b, 3c included in the optical fiber 2. The Faraday effect glass 3a, 3b, 3c constitutes the magnetic field fluctuation responsive unit 3. When a magnetic field is externally applied to the Faraday effect glasses 3a, 3b, 3c during transmission through the Faraday effect glasses 3a, 3b, 3c, the plane of polarization of the linearly polarized light is rotated as shown in FIG. The polarization angle (Faraday rotation angle θ) at this time is proportional to the thickness t of the Faraday effect glass and the magnitude H of the magnetic field. That is,
Faraday rotation angle θ = V × t × H
It is. Here, V is what is called a Verdet constant, and is a proportional coefficient specific to a substance.
[0013]
Therefore, by selecting a desired material for the Faraday effect glass 3a, 3b, 3c and grasping the Verdet constant V and the dimensions of the Faraday effect glass 3, the correlation between the magnitude H of the magnetic field and the Faraday rotation angle θ is obtained. Can be estimated. Therefore, by attaching the optical fiber 2 and the Faraday effect glass 3a, 3b, 3c to the inside of the mold insulator or to the surface of the mold insulator, it is possible to detect the magnetic field fluctuation accompanying the partial discharge as the Faraday effect.
[0014]
An output section 4 arranged at an output end of the optical fiber 2 includes an analyzer, takes in light polarized in the Faraday effect glass 3a, 3b, 3c from the optical fiber 2, detects the Faraday rotation angle θ by the analyzer, and Is output to the deterioration determination unit 5. The deterioration determination unit 5 calculates the partial discharge charge amount PD (pC) from the Faraday rotation angle θ or the input / output gain with reference to the database 6 for diagnosis. Correspondingly, as shown in FIG. 3A, the database 6 stores a correlation curve between the Faraday rotation angle θ represented by the function f and the partial discharge charge (pC), which is obtained experimentally, or As shown in FIG. 3B, the content of the correlation curve between the input / output gain and the partial discharge charge PD (pC) represented by the function g is accumulated. Here, the function g is obtained by deriving the relationship between the amount of partial discharge charge and the gain of input / output light as a function g for light transmission loss in the waveguide caused by partial discharge.
[0015]
In the insulation deterioration diagnosing device of the first embodiment, such a configuration is used to generate a high voltage in an insulator that molds a high-voltage power receiving portion of an electric device to which a high voltage is applied (hereinafter, referred to as a high-voltage device). Since partial discharge such as void discharge can be detected by an optical circuit, measurement and diagnosis can be performed while insulation between the measurement system and the high-voltage section is maintained. Therefore, it is possible to reduce the risk of electric shock due to contact with the high-voltage power application unit during the measurement work, and to realize online measurement / diagnosis.
[0016]
As described above, according to this embodiment, the optical fiber 2 installed at the mold portion to which a high voltage is applied, the input unit 1 for light transmitted through the optical fiber 2, and the magnetic field fluctuation generated in the mold are reduced. A magnetic field fluctuation responding unit 3 that responds to exhibit a magneto-optical effect, an output unit 4 that receives an output from the optical fiber 2, a deterioration determining unit 5 that diagnoses based on a difference between input and output, and a database 6 for determining deterioration. With this configuration, the partial discharge signal can be detected in a state where the measurement system and the measurement target are electrically insulated. Therefore, safer diagnosis than before can be realized. In addition, since the discharge portion and the detection portion can be brought close to each other, it is easy to detect a signal-level discharge which has conventionally been difficult to detect in the mold insulator, and the detection sensitivity of the partial discharge can be improved.
[0017]
<Second embodiment>
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows an embodiment in which the insulation deterioration diagnosis apparatus according to the first embodiment is applied to a high-voltage device for detecting partial discharge. First, the optical fiber 2 for detecting the magnetic field fluctuation of the detection target and the magnetic field fluctuation responding section 3 are placed on the outer peripheral surface of the mold insulator 11 to which the high voltage is applied by the high voltage conductor 10 as shown in FIG. The partial discharge in the mold insulator 11 is detected by winding in the axial direction in multiple layers. In the magnetic field fluctuation responsive unit 3, the magnetic field generated from the high-voltage conductor unit 10 insulated by the mold insulator 11 causes polarization angle oscillation as background noise, but partial discharge occurs in the mold insulator 11. When this occurs, a magnetic field fluctuation occurs in a form superimposed on the background noise, and the resulting polarization fluctuation is detected. As the winding density of the optical fiber 2 on the surface of the mold insulator 11 is increased, the area of the magnetic field fluctuation responsive section 3 covering the mold insulator 11 is increased, and the probability of detecting partial discharge can be increased. Further, since the structure of the insulation deterioration diagnosis apparatus of the present invention, particularly the part to be mounted on a high voltage device is very simple, winding the optical fiber 2 and the magnetic field fluctuation responsive part 3 on the mold insulator 11 can reduce the product cost. I do not raise much. Therefore, if it is desired to realize an online insulation diagnosis at a product installation site, the optical fiber 2 and the magnetic field fluctuation responsive unit 3 are wound around the mold insulator 11 in advance, so that the input unit 1 and the output unit 4, the deterioration determination unit 5 and the diagnostic database 6 can be connected to perform a quantitative insulation evaluation.
[0018]
According to this embodiment, since the optical fiber and the magnetic field fluctuation responsive portion are wound around the mold insulator to which a high voltage is applied, the entire surface of the mold insulator is covered with the optical fiber, so that the covering mold is covered. The output can be detected by accumulating partial discharges generated in the insulator, and the presence or absence of the partial discharge can be detected with high sensitivity.
[0019]
<Third embodiment>
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, measuring units 20a, 20b, 20c, and 20d each including an optical fiber 2 and a magnetic field fluctuation responding unit 3 are arranged on an outer peripheral surface of a mold insulator 11 to which a high voltage is applied by a high-voltage conductor unit 10. Each measurement unit is provided with an input unit 1 and an output unit 4 to complete the measurement units 20a, 20b, 20c, and 20d. By guiding the output of the output unit 4 of each measurement unit to the deterioration determination unit 5, partial discharge can be detected for each part corresponding to each measurement unit, and the part where partial discharge occurs can be narrowed down to a narrower range. Can be.
[0020]
According to this embodiment, the site or region where partial discharge occurs can be easily specified in the radial and axial directions.
[0021]
<Fourth embodiment>
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 6, as shown in FIG. 6A, a low-voltage winding 21 is arranged on an iron core 20, and a first optical fiber 22 and a high-voltage winding 23 arranged concentrically with the low-voltage winding 21. Molding is performed using the mold insulator 24, and the second optical fiber 25 is wound around the mold insulator 24. Each of the optical fibers 22 and 25 includes a plurality (four in the figure) of Faraday effect glass. Further, as shown in FIG. 3B, the optical fibers 22 and 25 are also divided and arranged in a plurality (14 in the figure) in the axial direction of the iron core 20. In this embodiment, the first optical fiber 22 and the second optical fiber 25 are provided with input sections 1a and 1b and output sections 4a and 4b, respectively, and separately measure output light from the output sections 4a and 4b.
[0022]
According to this embodiment, similarly to the third embodiment (FIG. 5), the site or region where partial discharge occurs is easily specified in the thickness direction (radial direction) of the mold insulator and the axial direction of the iron core. be able to.
[0023]
<Fifth embodiment>
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention. In the embodiments described above, the optical fiber and the Faraday effect glass (magnetic field fluctuation responsive part) are arranged so as to run in the circumferential direction. However, in the embodiment shown in FIG. 7, the optical fibers 31 and 32 and the Faraday effect glass 33 (magnetic field fluctuation responsive part) are connected to the cylindrical mold insulator 35 to which a high voltage is applied via the high voltage conductor 34. Are distributed in a plurality of places in the circumferential direction so as to run in the direction of the axis, and are inserted into the mold insulator 35. Further, by connecting a number of optical fibers 31 and 32 in series with each other, a mold The presence / absence of partial discharge can be observed so as to cover the entire area inside the insulator 35. One end of the serially connected optical fibers 31 and 32 is connected to the input unit 1, and the other end is connected to the output unit 4. The core 30 of the high-voltage device penetrates the center through hole of the mold insulator 35.
[0024]
When a plurality of optical fibers are connected in series, an abnormality can be detected if any of the connected magnetic field fluctuation responding sections (Faraday effect glass) detects the magnetic field fluctuation, so that the detection sensitivity is improved.
[0025]
On the other hand, as shown in FIG. 8, the optical fibers 31, 32 and the magnetic field fluctuation responsive portion (Faraday effect glass) are arranged and inserted coaxially into a plurality of optical paths in a mold insulator 35 to which a high voltage is applied. By doing so, the number of magnetic field fluctuation responding parts per optical path decreases, and the partial discharge detection sensitivity per detection circuit decreases, but it is necessary to confirm the presence or absence of magnetic field fluctuation detection for each divided optical path. Therefore, the determination of the optical path in which the magnetic field fluctuation is detected, that is, the identification of the partial discharge generation site in the mold insulator 35 can be performed more precisely. The magnetic field fluctuation responding part can be composed of a magnetic photonic crystal in addition to the Faraday effect glass, and the magnetic field fluctuation caused by the partial discharge is quantitatively determined as the Faraday rotation angle and the ratio of input light to output light (gain or loss). Can be evaluated.
[0026]
<Sixth Embodiment>
FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3A, the magnetic sheet 40 uniformly magnetized in a certain direction is stuck on the outer peripheral surface of the mold insulator 41 to detect insulation deterioration. It is assumed that the high-voltage conductor 42 penetrates the shaft core of the molded insulator 41. The uniformly magnetized magnetic material sheet 40 is wound around the outer peripheral surface of the mold insulator 31 into which the high-voltage conductor portion 42 has been inserted at the time of delivery of a product or off-line such as periodic inspection.
[0027]
The magnetization direction of the magnetic sheet 40 in this initial state is, as shown in FIG. 3B, a direction that does not oppose the magnetic field formed by the high-voltage conductor 42 around the medium. Care should be taken so that the magnetization of the magnetic sheet 40 is not spontaneously disturbed by the long-term exposure.
[0028]
In this state, when the mold insulator 31 starts to generate a partial discharge inside due to voids and aging, the magnetic field on the surface of the mold insulator 31 fluctuates as shown in FIG. The magnetization direction changes from the initial state. Therefore, the presence or absence of partial discharge is detected by removing the magnetic sheet 30 from the mold insulator 31 during the periodic inspection and observing and measuring the change in the magnetization of the magnetic sheet 30. Observation and measurement can be performed by examining the direction of the magnetic domain with a microscope, or by checking the change in the magnetization distribution with a magnetization reader using a magnetic head.
[0029]
It is also possible to estimate the magnitude of the partial discharge by quantitatively evaluating the area of the part where the magnetization state has changed and the number of bits of the magnetization change, experimentally calculating the relationship with the partial discharge charge amount and creating a database. It is possible. In addition, if the mold insulator 31 is designed to be easily dismantled, the detection sensitivity of the partial discharge trace can be increased by inserting the magnetic sheet 30 inside the mold insulator 31. Further, as the insertion density of the magnetic sheet 30 is increased, the detection of the partial discharge and the identification of the position where the partial discharge occurs can be facilitated.
[0030]
<Seventh embodiment>
FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of the seventh embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3A, a removable photosensitive material, for example, a photosensitive sheet 42 is embedded in a mold insulator 41 surrounding the high-voltage conductor portion 40, and light emission accompanying partial discharge is photographed on the photosensitive sheet 42. Record according to the principle.
[0031]
Since the light emission of the partial discharge generated in the mold insulator 41 is hard to be emitted from the surface of the mold insulator 41, even if an optical sensor or the like is arranged outside the mold insulator 41, the partial discharge light is detected. Is generally difficult. Even if the partial discharge light is radiated to the outside, it is very difficult to predict the radiation direction. Therefore, the method of disposing an optical sensor or the like outside the mold insulator 41 has a disadvantage that a large number of optical sensors and a very large arrangement area are required.
[0032]
Thus, according to the present invention, a photosensitive agent sheet 42 coated with a photosensitive agent such as silver halide is embedded in the mold insulator 41 and covers a wide area around the high-voltage conductor portion 40, thereby providing a partial discharge light. Can be detected. The photosensitive agent sheet 42 is embedded in the mold insulator 41 at the time of product shipment, and thereafter, the degree of sensitivity of the photosensitive agent sheet 42 is checked at regular intervals, such as during a periodic inspection, to detect the history of occurrence of partial discharge. be able to. Considering the relationship between the position of the mold insulator 41 and the mounting position of the photosensitive agent sheet 42 as a design condition in advance and making the mold insulator 41 easy to disassemble, the handling of the photosensitive agent sheet 42 during inspection is easy. Can be
[0033]
During the periodic inspection, the area of the partial discharge light receiving portion 43 (see FIG. 10B) on the photosensitive agent sheet 42 is quantitatively evaluated, and the relationship between the partial discharge charge amount and the photosensitive area is separately experimentally obtained. Then, the magnitude of the partial discharge can be estimated by referring to the information. Further, in this method, since the position of the partial discharge trace directly corresponds to the partial discharge occurrence position, the partial discharge occurrence portion can be accurately identified.
[0034]
【The invention's effect】
According to the insulation deterioration diagnosis apparatus of the present invention, the partial discharge signal can be detected in a state where the measurement system and the measurement target are electrically insulated, so that a safer diagnosis can be realized. Further, since the discharge portion and the detection portion can be brought close to each other, a signal level discharge in the mold insulator can be easily detected, and the detection sensitivity of the partial discharge can be improved.
[0035]
Further, according to the insulation deterioration diagnosis method of the present invention, off-line observation of a partial discharge occurrence state can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of an insulation deterioration diagnosis apparatus for a high-voltage device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the principle of magnetic field fluctuation detection using an optical fiber and Faraday effect glass.
FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating different examples of a database in the insulation deterioration diagnosis apparatus for high-voltage equipment according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 (a) is an apparatus for diagnosing insulation deterioration of a high-voltage device according to the first embodiment of the present invention when a magnetic field fluctuation responsive portion made of an optical fiber and a Faraday effect glass is wound around the outer periphery of a mold insulator. FIG. 2 is a top view illustrating a configuration example, and FIG. 2B is a side view of the device.
FIG. 5 is a side view showing an embodiment in the case where a magnetic field fluctuation responsive portion made of an optical fiber and a Faraday effect glass is divided into a plurality of parts and wound around the outer periphery of a mold insulator.
FIG. 6 (a) is a top view showing an embodiment in which a magnetic field fluctuation responsive portion made of an optical fiber and a Faraday effect glass is wound around the outer periphery of a mold insulator in a multilayered manner in the axial direction and divided in the radial direction. FIG. 2B is a side view of the device.
FIG. 7 (a) shows an arrangement in which a magnetic field fluctuation responsive section made of an optical fiber and a Faraday effect glass is arranged to run in the axial direction in a mold insulator to which a high voltage is applied, and a plurality of optical paths are concentrically divided. The top view which shows embodiment which inserts in a state, (b) is side sectional drawing of the same apparatus.
FIG. 8A shows an embodiment in which a magnetic field fluctuation responsive portion made of an optical fiber and a Faraday effect glass is divided into a plurality in the thickness direction of a mold insulator to which a high voltage is applied, and inserted in a state where the optical path is divided. The top view shown, (b) is a side sectional view of the same device.
FIG. 9A is an explanatory view illustrating the principle of detecting insulation deterioration by attaching a uniformly magnetized magnetic sheet to the surface of a mold insulator, and FIG. 9B is a diagram illustrating an initial state of the magnetic sheet; FIG. 7C is a diagram illustrating a magnetization direction, and FIG. 7C is a diagram illustrating an abnormal magnetization state after aged use of the magnetic material sheet.
FIG. 10A is a top view illustrating the principle of detecting light emission accompanying partial discharge by embedding a removable photosensitive material inside a mold insulator in the insulation deterioration diagnosis method according to the third embodiment of the present invention. FIG. 3B is a developed view.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b Input unit 2, 22, 25, 31, 32 Optical fiber 3, 3a, 3b, 3c, 33 Faraday effect glass 4, 4a, 4b Output unit 5 Deterioration determination unit 6 Database 10, 34, 42 High voltage conductor Units 11, 24, 35, 41 Molded insulators 20a, 20b, 20c, 20d Measuring unit 21 Low voltage winding 23 High voltage winding 30 Iron core 40 Magnetic sheet
