JP2005265684A - 金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁異常により発生する部分放電電磁波を高感度で効率良く検出でき、アンテナから異常検出・判定装置までの伝送ラインに誘導されるノイズによるＳ／Ｎ低下を防ぎ、微弱な部分放電電磁波を感度良く検出すること。
【解決手段】アンテナとしての金属線３とこの金属線３に接続されるアンプ５とを備える放電検出部を金属閉鎖型配電盤の筐体１内に配置し、前記アンプの出力信号から絶縁異常時に生ずる部分放電に伴って発生する電磁波による信号成分の存否を監視する異常判定装置２を備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置に関するものである。

金属閉鎖型配電盤では、経年変化などによって電気絶縁物が劣化することがある。このような絶縁劣化の発生有無を常時監視するために、配電盤内にアンテナを配置し絶縁劣化によって発生する部分放電に伴い放射される電磁波を検出する方法が提案されている（例えば特許文献１）。

すなわち、特許文献１では、併設されている複数のキュービクルの各内部に設置され各キュービクル内部の電気機器に絶縁異常が生じたときに発生する電磁波を検出するアンテナと、各アンテナからの信号を入力して受信回路に常時切り替えて送るアンテナセレクタと、３００〜１５００ＭＨｚ帯の任意の周波数帯に同調周波数が設定された前記受信回路によって受信した信号より、部分放電による電磁波を判定する判定回路とを備えた絶縁監視装置が開示されている。

実開平３−１０１４７９号公報

しかしながら、上記従来の絶縁監視装置では、複数のキュービクルに設置したアンテナの信号を所定の一箇所に設置した異常検出・判定装置に伝送するので、アンテナケーブルを長く敷設する必要がある。このため、アンテナケーブルに誘導する電磁ノイズによって検出すべき微弱な放電信号のＳ／Ｎが低下するという問題がある。

また、キュービクル内の電気機器の部分放電発生個所がアンテナから離れている場合には、放電電磁波が弱くなるので、電磁ノイズの影響を受けて検出感度が低下するという問題もある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、絶縁異常により発生する部分放電電磁波を高感度で効率良く検出できるとともに、アンテナから異常検出・判定装置までの伝送ラインに誘導されるノイズによるＳ／Ｎ低下を防ぎ、微弱な部分放電電磁波を感度良く検出することが可能となる金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するため、この発明にかかる金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置は、電磁波を検出するアンテナとこのアンテナの検出信号を増幅するアンプとを備える放電検出部を金属閉鎖型配電盤の筐体内に配置し、前記アンプの出力信号から絶縁異常時に生ずる部分放電に伴って発生する電磁波による信号成分の存否を監視する絶縁判定部を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、アンテナに誘導した部分放電による電磁波を増幅してから絶縁判定部に伝送するので、伝送過程で伝送ラインに誘導されるノイズの影響を少なくすることができ、微弱な部分放電電磁波を感度良く検出できるようになる。

この発明によれば、絶縁異常により発生する部分放電電磁波を高感度で効率良く検出できるとともに、アンテナから異常検出・判定装置までの伝送ラインに誘導されるノイズによるＳ／Ｎ低下を防ぐことができるので、微弱な部分放電電磁波を感度良く検出することが可能となるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかる金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施の形態である金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置の配置構成を示す図である。図１において、多くの場合、金属閉鎖型配電盤は複数の筐体１を横に並べて配置される。各筐体１の内部には、アンテナとして例えば絶縁被覆電線のような金属線３が部分放電を監視したい絶縁物の近くを通るように敷設されている。具体的には、金属線３は、例えば、高圧導体を支持する絶縁物の近くにおける接地金属板上に敷設されている。

これは、部分放電に伴い放射される微弱な電磁波をできるだけ発生源の近くで検出する方が感度の点で有利であるためである。また、異常監視したい絶縁部は、一つの筐体内にも複数存在しており、通常では一つのアンテナで複数箇所の放電を感度良く監視することは容易ではない。それに対して、金属線３を放電が発生しうる場所の近くを通るように配線すると、電磁波は距離減衰する前に金属線３に誘導されるので、複数の箇所を比較的効率良く監視することが可能となる。

なお、ノイズの少ない環境下にある配電盤では、ある程度の電磁波の減衰は許容できるので、ロッドアンテナやループアンテナなどを使用することも可能であることは言うまでもない。この場合も、ロッドアンテナやループアンテナは、監視したい絶縁物の近傍に配置すると良い。以降では、アンテナとして、金属線３を例に挙げて説明する。

部分放電に伴い放射される電磁波の強度は微弱であるので、基本的には、金属線３に誘導される検出信号はアンプ５にて増幅してからアンテナケーブル６を介して異常判定装置２に伝送する構成で良い。アンテナケーブル６は、数〜数十ｍと長い距離を引き回されるので、ケーブルに電磁ノイズが誘導されてＳ／Ｎの劣化の原因となるが、信号を増幅してから伝送することによってＳ／Ｎ劣化を抑制することが可能となる。以上が、筐体１内に配置される放電検出部の基本構成である。

しかし、配電盤が設置されている環境下では、放送波などの通信ノイズや周辺の機器が発生するノイズなどが到来する場合が多い。また、金属線３の曲げや金属線３の近傍に存する金属・絶縁物の配置等によってアンテナとしての周波数特性は変化するので、金属線３の敷設状態によって検出特性が変化するが、その予測は困難であり、予期しない周波数帯の電磁ノイズも検出してしまう可能性がある。

そこで、この実施の形態では、金属線３の基端部とアンプ５との間に、数十ＭＨｚ程度の帯域幅を有するバンドパスフィルタ４を接続し、フィルタリングした信号をアンプ５で増幅してからアンテナケーブル６を介して異常判定装置２に伝送するようにしている。これによって、通信ノイズや他の機器で発生する電磁ノイズの周波数帯域を抑制し、相対的に放電電磁波の強度が強く検出できる周波数帯域のみを通過させることができる。つまり通信ノイズや他の機器で発生する電磁ノイズが放電電磁波の強度よりも弱い場合にはバンドパスフィルタ４を省くことも可能である。

ここで、バンドパスフィルタ４の通過帯域は、部分放電電磁波のエネルギーが大きい数十ＭＨｚの帯域を選択すると感度の点で有利であるが、筐体１の共振周波数を通過するような帯域を選択することも感度の点で有利となる。

一般に、直方体の各辺の寸法をａ，ｂ，ｃとし、各辺方向のモード次数をｌ，ｍ，ｎ（＝０，１，２，…）とし、光速をＣｏとすると、固有の共振周波数は次式（１）で表される。

図２は、上記の式（１）を用いて計算した配電盤筐体の共振周波数の一例を示す図である。図２では、配電盤筐体の共振周波数は、百ＭＨｚ〜数百ＭＨｚに存在することが示されている。放電電磁波は、低周波から高周波に渡って広帯域の周波数特性を有している。通常、１００ＭＨｚ以上の周波数帯では、放電電磁波強度が大きい数１０ＭＨｚ以下の周波数帯に比べて放電電磁波強度は低いが、図２に示すように、配電盤筐体の共振周波数が１００ＭＨｚ以上の帯域にあるので、共振によって電磁波強度の上昇が期待できる。つまり、この周波数では信号強度が強く、感度良く放電が検出できる。したがって、バンドパスフィルタ４が検出する周波数帯域は、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの中で配電盤筐体の共振周波数に同調していることが望ましいことになる。

次に、図３は、異常判定装置２の構成を示すブロック図である。異常判定装置２は、複数のアンテナケーブル６から入力する検出信号を一つに統合する合成器７と、合成器７の出力を受けるバンドパスフィルタ８と、バンドパスフィルタ８の出力を受ける可変減衰器９と、可変減衰器９の出力を受けるアンプ１０と、アンプ１０の出力を受けるレベル検出器１１と、レベル検出器１１の出力を受ける信号判定器１２と、信号判定器１２の出力を受ける警報出力器１３とを備えている。

合成器７では、単純な加算によって複数のアンテナケーブル６から入力する検出信号を一つに統合するが、部分放電信号や多くのノイズはランダムなタイミングのパルス波として合成器７に入力されるので、例えば図４に示すように、合成器７の出力信号はパルス数が加算された信号となる。

バンドパスフィルタ８では、合成器７にて上記のように統合された信号からアンテナケーブル６に誘導されたノイズが除去される。バンドパスフィルタ８の出力信号は、可変減衰器９とアンプ１０にて所定の信号レベルに調節されてレベル検出器１１に入力される。レベル検出器１１は、入力信号が予め設定されたレベルを超えている場合にのみ検出信号を信号判定器１２に出力する。

配電盤の各機器の絶縁が正常の場合には部分放電は発生しないが、長期間の使用による絶縁物沿面の汚損と結露・高湿度による沿面絶縁抵抗の低下などが原因となり絶縁物沿面で部分放電が発生するようになる。部分放電は電源周波数のサイクルに同期して発生するので、劣化初期は断続的にしか発生しないが、放電が頻発してくると絶縁物沿面の劣化が進行し、沿面抵抗が低下して放電が発生しやすくなる。そのため、劣化が進展すると電源周波数のサイクルに同期した部分放電が継続的に発生するようになる。

一方、部分放電と同じような周波数帯域をもつノイズとして例えば構内クレーン作動時のノイズなどが考えられるが、このようなノイズは発生している時間が短く部分放電のように継続しないので、信号判定器１２では、部分放電と区別できるようにして誤動作を無くすようにしている。

すなわち、信号判定器１２では、入力されたパルス信号が電源周波数の各サイクルに同期して、つまり電源周波数が５０Ｈｚの場合には１／５０秒に少なくとも１つ以上の信号が検出され、また電源周波数が６０Ｈｚの場合には１／６０秒に少なくとも１つ以上の信号が検出され、かつノイズの継続時間よりも長く設定された所定の時間連続して検出された場合に、絶縁異常による部分放電が発生していると判定し、警報出力器１３に警報を発するように指令を送る。このような信号判定器１２の機能は、コンピュータを使用したソフトウェア上の処理でも、デジタルＩＣの組み合わせによるハードウェア上の処理でも実現できる。

信号判定器１２で監視する信号は、各アンテナケーブル６からの信号を統合したものであるので、金属線３を設置した複数の配電盤が一斉に劣化して部分放電を発生すると、検出される信号の頻度が大きくなり見かけ上劣化が進んでいるように見える。つまり、一斉に劣化が進んだ場合は、単一の配電盤で劣化が起こっている場合よりも劣化初期の段階で警報を発することになる。しかし、いずれにしても絶縁地絡事故に至る前に異常を検知できるので、それによる点検・整備によって事故を未然に防ぐことが可能である。

このように一つの信号判定器１２で複数の金属線３の合成信号を一度に監視するようにしたので、事故を未然に防ぐという目的を果たしながら、ハードウェアの単純化により低コストで監視装置が構成できる。

このように、この実施の形態によれば、配電盤の絶縁異常が起こり得る場所の近くを通るようにアンテナとしての金属線を敷設するようにしたので、絶縁異常により発生する部分放電電磁波を高感度で効率良く検出することができる。

そして、金属線にバンドパスフィルタとアンプを接続して金属線に誘導される放電電磁波・電磁ノイズの中から必要な周波数帯域のみを増幅し、絶縁異常を判定する装置に伝送するようにしたので、アンテナから異常検出・判定装置までの伝送ケーブルに誘導されるノイズによるＳ／Ｎ低下を防ぐことができ、微弱な部分放電電磁波を感度良く検出することが可能となる。

以上のように、この発明にかかる金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置は、経年変化による絶縁劣化を自動的に監視するのに適している。

この発明の一実施の形態である金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置の配置構成を示す図である。 配電盤筐体の共振周波数（計算値）を示す図である。 図１に示す異常判定装置の構成を示すブロック図である。 図３に示す合成器の入出力関係を説明する図である。

符号の説明

１ 筐体、
２ 異常判定装置、
３ 金属線、
４ バンドパスフィルタ、
５ アンプ、
６ アンテナケーブル、
７ 合成器、
８ バンドパスフィルタ、
９ 可変減衰器、
１０ アンプ、
１１ レベル検出器、
１２ 信号判定器、
１３ 警報出力器。

Claims (8)

1. 電磁波を検出するアンテナとこのアンテナの検出信号を増幅するアンプとを備える放電検出部を金属閉鎖型配電盤の筐体内に配置し、
   前記アンプの出力信号から絶縁異常時に生ずる部分放電に伴って発生する電磁波による信号成分の存否を監視する絶縁判定部、
   を備えたことを特徴とする金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。
2. 金属閉鎖型配電盤が複数の筐体を併置して構成される場合において、
   電磁波を検出するアンテナとこのアンテナの検出信号を増幅するアンプとを備える放電検出部を金属閉鎖型配電盤の各筐体内に配置し、
   各筐体における前記放電検出部のアンプ出力を一つの信号に合成する合成器と、
   前記合成器の出力信号から絶縁異常時に生ずる部分放電に伴って発生する電磁波による信号成分の存否を監視する絶縁判定部と、
   を備えたことを特徴とする金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。
3. 前記アンテナは、監視したい絶縁物の近傍を通るように敷設した金属線であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。
4. 前記アンテナは、監視したい絶縁物の近傍に配置したロッドアンテナまたはループアンテナであることを特徴とする請求項１または２に記載の金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。
5. 前記金属線は、高圧導体を支持する絶縁物の近くにおける接地金属板上に敷設した絶縁被覆電線であることを特徴とする請求項３に記載の金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。
6. 前記放電検出部では、アンテナとアンプとの間に、バンドパスフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。
7. 前記絶縁判定部は、
   入力する信号のレベルが予め設定された閾値を超えることが電源周波数の各サイクルにおいて少なくとも１回発生し、かつそれが所定時間継続する場合に絶縁異常時に生ずる部分放電に伴って発生する電磁波による信号成分が存在すると判定する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。
8. 前記バンドパスフィルタが検出する周波数帯域は、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの中で前記金属閉鎖型配電盤の筐体の共振周波数に同調していることを特徴とする請求項６に記載の金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。
   
   

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