JP2008051566A - Ａｅセンサによるモールド型計器用変成器の部分放電測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動ノイズと部分放電発生による信号との判別を明確にした。
【解決手段】ＡＥセンサ１１ａをモールド型計器用変圧器１２のモールド部１２ａへ取り付ける。変圧器１２の鉄心部１３は、設置用鉄枠部１２ｂに連結されている。モールド部１２ａには、ボイド１４が形成され、このボイド１４にて部分放電（ＰＤ）が発生する。
上記のように、モールド型計器用変圧器１２のモールド部１２ａへＡＥセンサ１１ａを直接取り付けてＰＤ検出測定を実施すると、ＡＥセンサ１１ａの測定信号には、変圧器１２自体から発せられる振動ノイズは、ほとんど除去されてＰＤ検出信号が大きく現れて出てくるようになって、これまで困難であったモールド型計器用変圧器１２のＡＥセンサ法によるＰＤ検出が可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、モールド型計器用変成器（変圧器）等の電力機器のモールド部で発生する部分放電を機器運転状態（活線状態）で検出するＡＥセンサによるモールド型計器用変成器の部分放電測定方法に関するものである。

モールド型計器用変成器（変圧器）は、モールド絶縁材料で被覆されているので、その絶縁材料内部に微小な空隙状欠陥部（ボイド）や剥離などがあると、運転時にその部分に電界が集中し、部分放電（以下ＰＤと称する）と呼ばれる微弱な放電が発生する。また、モールド絶縁材料表面の汚損の影響によってもＰＤが発生することがある。

特に、後者の場合には、汚損を除去すれば、ＰＤを防止できるけれども、前者の場合のＰＤは、防止ができず、回復性はない。ＰＤが発生した状態で運転を継続すると、ボイドや剥離状態を進展させる恐れがあり、最終的には、絶縁破壊に至る危険性がある。

このため、計器用変成器（変圧器）を使用する前に、事前にＰＤの発生があるかを検出測定しておけば、上記のような不具合を防止することができる。このような検出測定手段として、次のような３つの手法がある。

（ａ）変圧器（供試体）の主回路に直接カップリングコンデンサ（ＣＣ）を接続し、ＰＤ発生に伴う電圧変動からＰＤを検出する電気的手法（ＣＣ法）、
（ｂ）接地線に高周波ＣＴを取り付けて（接地線電流方式）、ＰＤの発生を漏れ電流として測定する電気的手法（高周波ＣＴ法）、
（ｃ）ＰＤ発生に伴う弾性波振動や放電音を音響的に検出する診断測定手法がある。

上記（ａ）のＣＣ法は、図３に示すＰＤの校正・測定回路図において、供試体ＴＦ中のＰＤによる電荷量Ｑを検出インピーダンスＺに発生する電圧Ｖｄとして捉えるもので、供試体ＴＦで電荷量ＱのＰＤが発生した場合に、検出インピーダンスＺの両端に発生する電圧Ｖｄは、供試体ＴＦの静電容量Ｃａ、結合コンデンサＣｋの静電容量、検出インピーダンスＺとその周波数特性などにより計算では求めることが出来ない。

このため、図３では、既知の電荷量Ｑｃａｌを供試体ＴＦに注入して測定器ＭＩの感度調整（校正）を行うようにしている。なお、図中、Ｃｂは供試体ＴＦの欠陥部に直列に挿入される静電容量、Ｃｃは供試体ＴＦの欠陥部の静電容量である。

また、上記（ｂ）の高周波ＣＴ法は、上述の主回路の電圧から直接部分放電を測定する手法（ａ）に比較して、接地線に高周波ＣＴを取り付けるのみの非常に簡便な手法であるが、測定放電電荷量の目安とする校正が困難なことと、ＰＤ検出感度が極端に低下する（例えば、特許文献１参照。）。

さらに、上記（ｃ）の代表例としては、一つにＡｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ（以下ＡＥ法：音響法）が挙げられる。ＡＥ法は、主に圧電素子によるセンサで、金属表面などに伝わる弾性波を検出し、信号処理を行うことで、ＰＤ発生値を推測する手法である。

この他、圧電素子をセンサとしては、パラボラでＰＤ発生に伴い生じた超音波を直接捉える音響法もある。この圧電素子をセンサとした手法は、集音した信号を増幅回路や各種フィルタを通してＦＦＴ演算などにより放電音を特定するものである。
特開平０７−３３５４４５号公報

上記（ａ）のＣＣ法では、測定のためには供試体に直接カップリングコンデンサを接続する必要があるとともに、試験電圧印加用の電源設備を必要とし、測定を行う度に設備や機器の停止が必要となるなどの問題がある。

上記（ｂ）の高周波ＣＴ法でのＰＤ測定は、設備の接地線に高周波ＣＴを取り付けて測定を行う構成であるが、配電盤などに収納されている各機器や部品は、基本的に共通接地されているため、ＰＤが検出された場合、その発生位置の特定が困難である。また、漏れ電流に付加されるパルス電流を測定するため、上述のＣＣ法に比べ、ＰＤ検出感度が悪い問題がある。

上記（ｃ）のＰＤ発生に伴う弾性波振動や放電音を音響的に検出する診断測定手法（ＡＥ法）では、運転中の放電現象による弾性波を直接もしくは間接的に検出するが、配電盤に収納された計器用変圧器（変成器）では間接的検出法として、図４に示す配電盤２１の側面壁２１ａなどにＡＥセンサ２２を取り付けて測定を行う手段がある。なお、２３は計器用変圧器（変成器）ＶＴである。

図４のように側壁面２１ａに取り付けたＡＥセンサ２２を用いれば、配電盤２１の内部の放電現象に伴う弾性波を検出可能である反面、内部のどの部分（あるいはどの相）で放電現象が起きているかの特定が困難である。さらに、雑音（ホワイトノイズ）の影響も大きく、ノイズの中から小さな放電現象に伴う信号を取り出すことも課題である。

特に、計器用変圧器は鉄心を有しており、これを発生源とした騒音が発生しＰＤの検出精度を低下させている。騒音発生源の直接要因としては、鉄心の繋ぎ目および積層間に働く磁気力による振動と、鉄心の磁歪現象による振動が挙げられる。

また、二次的要因としては、フレーム、鉄心締付構造や周囲条件による共振現象と、磁気力および磁歪現象による構造物振動などが挙げられる。これらの騒音が、電源電圧波形に同期して発生するため、同様に電源電圧に同期して発生するＡＥ法による部分放電測定信号に混在し、測定された信号が部分放電によるものか振動ノイズによるものかの分別が困難である。

図３は、ＡＥセンサによる部分放電測定例であり、部分放電が発生していない状態でのＡＥセンサ測定信号であるが、部分放電の発生が無いにもかかわらず、周期性のある信号（部分放電信号と同周期）が検出されている。これは計器用変圧器から発せられる振動ノイズの例である。

また、放電現象を音響により捉える手法では、配電盤に収納されている計器用変圧器へ適用する場合、盤内に配置されたバリアなどにより測定が困難な場合があり、さらに、完全に密閉されている場合は、バリアなどの開放が必要となる。なお、この方式では、気中放電（コロナ放電）は捉えられるが、モールド内部で発生した部分放電の検出は不可能である。ＡＥ法と同様に、ノイズの中から小さな放電音を抽出することも課題である。さらに、測定結果から三相のどの相の変圧器からＰＤが発生しているかを明確に把握することが困難である。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、振動ノイズをほとんど除去して部分放電検出を可能とし、また、振動ノイズと部分放電発生による信号との判別を明確にし、しかも変成器の相毎の部分放電発生を明確に分離検出できるＡＥセンサによるモールド型計器用変成器の部分放電測定方法を提供することを課題とする。

この発明は、上記の課題を達成するために、第1発明は、モールド型計器用変成器のモールド部にＡＥセンサを取り付け、そのモールド部内で発生した部分放電信号をＡＥセンサが検出し、その部分放電信号検出時に混入される変成器自体から発せられる振動ノイズを処理部で除去したのち、部分放電信号を表示することを特徴とするものである。

第２発明は、モールド型計器用変成器の設置用鉄枠部にＡＥセンサを取り付け、その鉄枠部で検出した信号と、前記モールド部に取り付けたＡＥセンサが検出した部分放電信号の両者の放電信号強度の高い位相を比較して、比較して得た信号と部分放電信号検出時に混入される変成器自体から発せられる振動ノイズとを処理部で除去したのち、部分放電信号を表示することを特徴とするものである。

第３発明は、複数のモールド型計器用変成器の各相のモールド部にＡＥセンサを個別に取り付けて同時に部分放電信号の検出を行い、どの相で部分放電が発生しているかを、部分放電信号検出時に混入される変成器自体から発せられる振動ノイズを処理部で除去したのち、どの相で部分放電が発生しているかを表示することを特徴とするものである。

以上述べたように、この発明によれば、モールド型計器用変圧器（変成器）のモールド部へＡＥセンサを直接取り付けてＰＤ測定を行うことで、ＡＥ測定信号に、変圧器自体から発せられる振動ノイズの混入をほとんど除去できるようになって、ＡＥセンサによるＰＤ検出が可能となり、計器用変圧器の異常検知と劣化状態の検出精度の向上と異常（劣化）部位の特定ができるようになって、的確な保全（メイテナンス）が行え、電気設備全体の信頼性の向上を図ることができる。

また、この発明によれば、モールド部へのＡＥセンサ直接取り付けに加えて、変圧器の設置用鉄枠部へもＡＥセンサを取り付けて同時にＰＤ測定を行うことで、両者の測定結果から信号強度の高い位相を比較し、変圧器自体から発せられる振動ノイズとＰＤ発生による信号の分別を更に明確に行えることが可能となったので、上記と同様に変圧器の異常検知と劣化状態の検出精度の向上と異常部位の特定ができ、的確な保全が行え、電気設備全体の信頼性の向上を図ることができる。

さらに、モールド型計器用変圧器の各相のモールド部へＡＥセンサを個別に取り付けて同時にＰＤ測定を行うことで、変圧器のどの相でＰＤが発生しているかを明確に分離することが可能となるとともに、上記と同様に検出精度の向上と異常部位の特定ができ、しかも的確な保全が行え、電気設備全体の信頼性の向上を図ることができる。

以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はＡＥセンサをモールド型計器用変圧器（変成器）のモールド部に直接取り付けてＰＤ検出測定法を述べる概略構成図で、図１は、特に、モールド型計器用変圧器のＰＤ検出測定法を用いて、異常部位を活線状態で診断を行うことができるＡＥ法の採用とＡＥセンサの取り付け位置について検討したものである。
［実施の形態１］
図１に示すように、ＡＥセンサ１１ａをモールド型計器用変圧器１２のモールド部１２ａへ取り付ける。１３は変圧器１２の鉄心部で、この鉄心部１３には設置用鉄枠部１２ｂが連結される。なお、図中１４は、モールド部１２ａに形成されたボイドで、このボイド１４にてＰＤが発生する。１５はＡＥセンサ１１ａの検出信号と変圧器自体から発せられる振動ノイズとを処理する処理部で、この処理部で、振動ノイズ成分をフィルタにより除去して、部分放電検出信号を表示部１６に表示する。

上記のように、モールド型計器用変圧器１２のモールド部１２ａへＡＥセンサ１１ａを直接取り付けてＰＤ検出測定を実施すると、ＡＥセンサ１１ａの測定信号には、変圧器１２自体から発せられる振動ノイズは、ほとんど除去されてＰＤ検出信号が大きく現れて出てくるようになって、これまで困難であったモールド型計器用変圧器１２のＡＥセンサ法によるＰＤ検出が可能となる。

なお、ＡＥセンサ１１ａ，１１ｂとしては、ピエゾ効果素子（ＰＺＴ）を用いて、部分放電信号である超音波を検出する。

図２にＡＥセンサによるモールド型計器用変圧器のＰＤ検出測定データの一例を示す。この図２に示す測定データからＡＥセンサ１１ａと同時に測定したカップリングコンデンサ法による測定結果に同期したＰＤ検出信号が確認できていることが判明した。
［実施の形態２］
モールド型計器用変圧器１２のモールド部１２ａへのＡＥセンサ１１ａを直接取り付けたことに加え、変圧器１２の設置用鉄枠部１２ｂへもＡＥセンサ１１ｂを取り付けて同時にＰＤ検出の測定を行うことで、両者の測定結果から信号強度の高い位相を比較し、この比較信号により変圧器自体から発せられる振動ノイズとＰＤ発生による信号の分別を更に明確に行えることを可能にした。
［実施の形態３］
モールド型計器用変圧器１２の各相（３相の場合は３個、若しくは変圧器２台の場合は２個）のモールド部１２ａへのＡＥセンサ１１ａを個別に取り付けて同時にＰＤ検出測定を行うことで、どの相（どの変圧器）でＰＤが発生しているかを明確に分離することを可能にした。

なお、ＡＥセンサ１１ａ，１１ｂで検出したＰＤは、上述したフィルタ等を備えた処理部１５に入力して処理される。処理部１５は、図示しないが、検出信号をアンプにより所定の値まで増幅し、フィルタで目的の信号を通過させた後、Ａ／Ｄ変換器にてデジタル信号に変換してパソコン等の処理装置にて処理し、ディスプレイにＰＤの状態を表示部１６に表示するように構成されている。

この発明の実施の形態を示す概略構成図。 ＡＥセンサをモールド型計器用変圧器（変成器）のモールド部に直接取り付けた位置におけるＰＤ検出測定データ。 ＰＤの校正・測定回路図。 ＡＥセンサによるＰＤ測定構成図。 ＡＥセンサによるＰＤ検出測定データ。

符号の説明

１１ａ，１１ｂ…ＡＥセンサ
１２…モールド型計器用変圧器（変成器）
１２ａ…モールド部
１２ｂ…設置用鉄枠部
１３…鉄心部
１４…ボイド
１５…処理部
１６…表示部

Claims (3)

1. モールド型計器用変成器のモールド部にＡＥセンサを取り付け、そのモールド部内で発生した部分放電信号をＡＥセンサが検出し、その部分放電信号検出時に混入される変成器自体から発せられる振動ノイズを処理部で除去したのち、部分放電信号を表示することを特徴とするＡＥセンサによるモールド型計器用変成器の部分放電測定方法。
2. 請求項１記載のＡＥセンサによるモールド型計器用変成器の部分放電測定方法において、
   モールド型計器用変成器の設置用鉄枠部にＡＥセンサを取り付け、その鉄枠部で検出した信号と、前記モールド部に取り付けたＡＥセンサが検出した部分放電信号の両者の放電信号強度の高い位相を比較して、比較して得た信号と部分放電信号検出時に混入される変成器自体から発せられる振動ノイズとを処理部で除去したのち、部分放電信号を表示することを特徴とするＡＥセンサによるモールド型計器用変成器の部分放電測定方法。
3. 複数のモールド型計器用変成器の各相のモールド部にＡＥセンサを個別に取り付けて同時に部分放電信号の検出を行い、どの相で部分放電が発生しているかを、部分放電信号検出時に混入される変成器自体から発せられる振動ノイズを処理部で除去したのち、どの相で部分放電が発生しているかを表示することを特徴とするＡＥセンサによるモールド型計器用変成器の部分放電測定方法。
   
   

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