JP2010038602A - 磁界測定による部分放電検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部分放電発生により接地線に流れる高周波電流により発生する磁界成分と部分放電発生源から空気中を伝搬してくる電磁波の両方を測定して、部分放電であると判定する。
【解決手段】微小ループアンテナや磁界プローブなどからなる測定センサ１１は、接地線５に沿ってその近傍に配置される。測定センサ１１は、接地線５に流れるパルス電流６による磁界を捕捉するとともに、変圧器１の内部（図示×印の部位）で発生する電磁波（磁界）７を捕捉する。捕捉された磁界は、ローノイズアンプ、ＢＰＦに供給され、ここで不要な周波数成分がカットされる。その後、不要な周波数成分がカットされた磁界信号は、アンプで増幅され、Ａ／Ｄ変換器でデジタル変換され、スペクトラムアナライザ等で構成される出力信号検出部、周波数分析部を介して記憶部に供給され処理部に送られて判定部で部分放電が判定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧の電気設備や機器から発生する部分放電を検出する方法に係り、特に磁界測定による部分放電検出方法に関するものである。

高圧の電気設備や機器に共通して発生する異常現象としては、製造時の不良や経年劣化の影響による部分放電の発生が挙げられる。一般的にモールド機器などに使用される絶縁材料内部に微小な空隙状欠陥部（ボイド）や剥離部などがあると、運転時にその部分に電界が集中し、部分放電と呼ばれる微弱な放電が発生する。また、モールド絶縁体表面の汚損の影響によっても部分放電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、部分放電を防止できるけれども、前者の場合の部分放電は、防止が困難であり、回復性はない。部分放電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、電気機器で発生する部分放電を検出する手段が種々開発されるようになってきた。例えば、電気機器で発生する部分放電測定精度を向上させるために、２つのセンサを用いて行う方法で、１つは、部分放電による電磁波の検出をアンテナセンサで行い、もう一つは、接地線に流れる電流の検出を電流センサで行い、両センサからの信号を別々に設けられたＦＦＴ解析部で、ＦＦＴ解析し、部分放電の有無を判断する方法である（特許文献１参照。）。

また、電気機器からの部分放電により流れる電流を検出するのには、通常、高周波ＣＴが使用されるが、このＣＴを使用しないで、電気機器の課電導体に磁界プローブを近づけて、課電導体を通流する部分放電の電流を計測し、その計測結果から部分放電を検出する方法がある（特許文献２参照。）。
特開２００５−２７４４４０号公報 特開２００２−３２３５３１号公報

電気機器で発生する部分放電の測定精度を向上させるためには、アンテナセンサと電流センサの２つのセンサを電気機器の近傍に配置して使用する必要があるとともに、両センサで検出した信号をそれぞれ別々に設けられた測定系（Ａ／Ｄ変換器、ＦＦＴ解析部）で処理する必要がある。

また、回転機などの電気機器の接地線には、電流センサ（高周波ＣＴ）を比較的容易に取り付けや取り外しができる。しかし、例えば、モールド計器用変圧器では、接地線がフレームパイプや盤内柱にラッチバンド等で固定されている。このため、高周波ＣＴの取り付けや取り外しの作業が大変に困難となり、状況によっては停電を発生させて作業を行なわなければならない問題がある。

さらに、磁界プローブを使用して部分放電を検出する場合には、ノイズ分別が難しく測定精度が低下する問題も生じてくる。

本発明の目的は、上記の事情に鑑みてなされたもので、部分放電発生により接地線に流れる高周波電流により発生する磁界と部分放電発生源から空気中を伝搬してくる電磁波（磁界）の両方を測定することにより、部分放電電磁波であると判定することができる磁界測定による部分放電検出方法を提供することにある。

上記の課題を達成するために、請求項１に係る発明は、電気機器（モールド接地型変圧器）からアースに接続される接地線に沿って測定センサを配置し、この測定センサで接地線に流れるパルス電流により発生する磁界Ａと、空間を伝搬してくる磁界Ｂを捕捉し、これら磁界による信号を、ローノイズアンプ、帯域フィルタ、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、出力信号検出部、周波数分析部および記憶部からなる磁界出力信号検出装置を介して処理する際に、
前記磁界Ａ，Ｂを前記周波数分析部で分析し、磁界Ａ，Ｂが異なる周波数帯範囲に現れる面積がともに閾値以上のときに部分放電有りと判断することを特徴とする磁界測定による部分放電検出方法である。

請求項２に係る発明は、電気機器（モールド接地型変圧器）からアースに接続される接地線に沿って測定センサを配置し、この測定センサで接地線に流れるパルス電流により発生する磁界Ａと、空間を伝搬してくる磁界Ｂを捕捉し、これら磁界による信号を、ローノイズアンプ、分配器、異なる帯域周波数Ｘ，Ｙを有する第１、第２の帯域フィルタ、第１、第２のアンプ、第１、第２のＡ／Ｄ変換器、第１、第２の出力信号検出部および記憶部からなる磁界出力信号検出装置を介して処理する際に、
帯域周波数Ｘを通過した周波数の範囲信号Ａと帯域周波数Ｙを通過した周波数の範囲信号Ｂを閾値と比較処理し、両信号とも閾値以上なら部分放電信号と判断しカウントした後、一定時間内のカウント数が閾値以上であれば、部分放電有りと判断することを特徴とする磁界測定による部分放電検出方法である。

請求項３に係る発明は、電気機器（モールド接地型変圧器）からアースに接続される接地線に沿って第１測定センサを配置するとともに、接地線から一定の距離を隔てて第２測定センサを配置し、前記第１測定センサで接地線に流れるパルス電流により発生する磁界Ａを捕捉し、第１及び第２測定センサで空間を伝搬してくる磁界Ｂを捕捉するようにし、第１測定センサにより捕捉した信号を、ローノイズアンプ、分配器、異なる帯域周波数Ｘ，Ｙを有する第１、第２の帯域フィルタ、第１、第２のアンプ、第１、第２のＡ／Ｄ変換器、第１、第２の出力信号検出部および記憶部からなる第１磁界出力信号検出装置を介して処理し、第２測定センサにより捕捉した信号を、ローノイズアンプ、帯域周波数Ｙを有する帯域フィルタ、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、出力信号検出部および記憶部からなる第２磁界出力信号検出装置を介して処理する際に、
第１測定センサで捕捉された磁界の周波数帯Ｙの範囲信号Ｂと第２測定センサで捕捉された磁界の周波数帯Ｙの範囲信号Ｂ’とを、
次式が成立するとき（範囲信号Ｂ／範囲信号Ｂ’）＞閾値ｋは、信号を抽出処理し、
この処理後の信号と第１測定センサで捕捉された磁界の周波数帯Ｘの範囲信号Ａとを比較し、両者の信号とも閾値ｋ以上の出力が認められれば、部分放電信号と判断してカウントし、その後、一定時間内のカウント数が閾値以上であれば、部分放電有りと判断することを特徴とする磁界測定による部分放電検出方法である。

本発明によれば、１つのセンサで２つの磁界成分を測定することが可能となる。これにより、アンテナセンサと電流センサの２つを設置し測定したのと同様な効果が得られるとともに、測定系も１つで済む利点がある。

また、接地線に電流センサを取り付ける必要がなく、かつセンサが１つで済むために、作業時間の短縮を図ることができるとともに、安全性の向上も図ることができる。

さらに、実施の形態３では、２つのセンサを使用することで３つの信号から部分放電を判断するため、空中を伝搬するノイズを明確に分別することができ、精度の良い判断が可能となる。

さらにまた、接地線に電流が流れることによる信号、空中を伝搬してくる磁界信号およびノイズを周波数で分別するので、電気機器における部分放電が精度よく判定することができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１を、モールド接地型計器用変圧器などからなる電気機器の部分放電を測定する場合に適用した概略構成図で、図１において、１はモールド接地型計器用変圧器である。この変圧器１の一方のブッシング２には、ライン側導体３が接続され、他方のブッシング４には、接地線５が接続され、接地線５は、図示しないアース端子に接続される。

１１は、微小ループアンテナや磁界プローブなどからなる磁界を検出する測定センサで、この測定センサ１１は、接地線５に沿う近傍に配置される。特に、測定センサ１１の配置位置は、接地線５に流れるパルス電流６（このパルス電流は部分放電により発生する）による磁界が捕捉できる接地線５の近傍及び向きで、かつ、変圧器１の内部（図示×印の部位）で発生する電磁波（磁界成分）７が捕捉される向きに配置する。

次に、測定センサ１１で捕捉される磁界について、図２を参照して述べる。モールド接地型計器用変圧器１の内部（図示×印）で部分放電が発生すると以下の２つの磁界が発生する。

（イ）接地線５にパルス電流６が流れると、このパルス電流６により右ねじの向きに磁界Ａが発生し、測定センサ１１に入る。この磁界Ａの大きさは、接地線５から遠ざかるほど小さくなる。

（ロ）空間（モールド樹脂、空気中）を伝搬する電磁波が発生する。電磁波には、電界成分と磁界成分があり、ここでは、測定センサ１１に到達する磁界Ｂを対象とする。この磁界Ｂの大きさも発生源から遠ざかるほど小さくなりやがて一定となる。従って、測定センサ１１は、上記２つの磁界Ａ，Ｂを測定することになる。

図３は、上記測定センサ１１で検出された磁界から部分放電を測定検出するためのブロック構成図で、図３において、測定センサ１１で捕捉された磁界は、ローノイズアンプ１２で増幅されて、ＢＰＦ（帯域フィルタ）１３に供給され、ここで不要な周波数成分がカットされる。その後、不要な周波数成分がカットされた磁界信号は、アンプ１４で増幅されてからＡ／Ｄ変換器１５でデジタル変換され、スペクトラムアナライザ等で構成される出力信号検出部１６、周波数分析部１７、記憶部１８に供給される。その後、処理部１９に送られ、部分放電判定部２０に供給される。

なお、上記において、磁界出力信号検出装置は、ローノイズアンプ１２、ＢＰＦ１３、アンプ１４、Ａ／Ｄ変換器１５、出力信号検出部１６、周波数分析部１７及び記憶部１８から構成される。

次に、前記周波数分析部１７の実測値の磁界信号スペクトル出力例を図４（ａ）に示す。図４（ａ）において、前記磁界Ａは、周波数Ｘの範囲に現れ、磁界Ｂは、周波数Ｙの範囲に現れる。周波数分析部１７の出力に現れた磁界信号Ａ，Ｂは、記憶部１８に記憶された後に、処理部１９に送られて、次のように処理される。

処理部１９では、図４（ａ）に示された周波数帯Ｘの範囲の面積ＳＡが閾値以上でかつ、周波数帯Ｙの範囲の面積ＳＢが閾値以上の場合は、判定部２０で部分放電が有りと判断される。

以上により１つのセンサで２つの磁界成分を測定することができるので、これにより、アンテナセンサと電流センサの２つのセンサで測定した場合の部分放電の測定結果と同等の効果が得られることから精度の良い部分放電の検出が可能となる。
［実施の形態２］
図５は本発明の実施の形態２を示すブロック構成図で、図５において、測定センサ１１で捕捉された磁界は、ローノイズアンプ２２で増幅された後、分配器２３に供給されて、２つに分配される。

分配された磁界信号は、第１、第２ＢＰＦ２４，３４に供給される。ここで、第１ＢＰＦ２４の周波数帯はＸとし、第２ＢＰＦ３４の周波数帯はＹとする。第１、第２ＢＰＦ２４，３４を通過した周波数帯Ｘ，Ｙの磁界信号は、第１、第２アンプ２５，３５で増幅されて、第１、第２Ａ／Ｄ変換器２６，３６でデジタル変換された後、オシロスコープ等で構成される第１、第２出力信号検出部２７，３７で検出される。検出された磁界信号は、記憶部２８に供給されて記憶され、その後、処理部２９に送られて後述のように処理された後、判定部３０にて部分放電かどうかが判定される。

次に処理部２９における処理方法について、図６に示すフロチャートを参照して述べる。周波数帯Ｘの範囲信号Ａと、周波数帯Ｙの範囲信号ＢをステップＳ１で比較し、Ａ，Ｂ両者の信号とも閾値以上の出力が認められれば（Ｙ）、部分放電信号と判断し、ステップＳ２でカウントする。

その後、ステップＳ３で一定時間経過したかを判定し、（Ｙ）なら、ステップＳ４で一定時間内のカウント数が閾値以上であれば（Ｙ）、部分放電ありと判断し、（Ｎ）なら部分放電なしと判断する。

なお、ステップＳ１の判断で（Ｎ）ならステップＳ３に進み、ステップＳ３の判断で（Ｎ）ならステップＳ１に処理が戻る。また、ここで言う出力は、１波の波形最大値と最小値の差を表している（Ｖｐ−ｐ）。
［実施の形態３］
図７は実施の形態２に測定センサ２１を追加し、図４（ｂ）に示す磁界Ｂ’を測定する本発明の実施の形態３を示す概略構成図であり、その測定ブロック構成図を図８に示す。図８において、図５の実施の形態２と同一部分には、同一符号を付して示す。

図７において、測定センサ２１の配置位置の向きは、接地線５から十分に離れかつ、モールド接地型計器用変圧器１の内部で発生する電磁波（磁界成分）７が捕捉される向きに配置される。

測定センサ２１で捕捉された磁界は、図８に示すローノイズアンプ４２で増幅され、ＢＰＦ４４へ送られる。ＢＰＦ４４の周波数帯は、第２ＢＰＦ３４の周波数帯Ｙと同じとする。ＢＰＦ４４を通過した磁界信号は、アンプ４５で増幅され、Ａ／Ｄ変換器４６でデジタル変換されてオシロスコープ等で構成される磁界出力信号検出部４７、記憶部４８に送られる。

次に記憶部４８に送られた磁界信号は、処理部４９で処理される。以下処理部４９での処理方法について述べる。まず、測定センサ１１で捕捉された磁界の周波数帯Ｙの範囲信号Ｂと測定センサ２１で捕捉された磁界の周波数帯Ｙの範囲信号Ｂ’とを、（範囲信号Ｂ／範囲信号Ｂ’）＞閾値ｋが成立するときは、信号を残し、不成立のときはノイズと判断し信号を削除する。すなわち、両信号の出力比が閾値ｋ以上の信号を抽出処理する。

この処理後の信号と測定センサ１１で捕捉された磁界の周波数帯Ｘの範囲信号Ａとを比較し、両者の信号とも閾値ｋ以上の出力が認められれば、部分放電信号と判断し、カウントする。その後、一定時間内のカウント数が閾値以上であれば、判定部５０で部分放電有りと判断する。（図６に示すフローチャートと同様に処理される。）

本発明の実施の形態１を示す概略構成図。 測定センサで捕捉される磁界についての説明図。 実施の形態１における部分放電を測定検出するためのブロック構成図。 磁界スペクトル出力例を示す説明図。 本発明の実施の形態２を示すブロック構成図。 処理部における処理方法を示すフロチャート。 本発明の実施の形態３を示す概略構成図。 実施の形態３における部分放電を測定検出するためのブロック構成図。

符号の説明

１…モールド接地型計器用変圧器
５…接地線
６…パルス電流
７…電磁波
１１，２１…測定センサ
１２，２２，４２…ローノイズアンプ
１３，２４，３４，４４…ＢＰＦ
１４，２５，３５，４５…アンプ
１５，２６，３６，４６…Ａ／Ｄ変換器
１６，２７，３７，４７…出力信号検出部
１７…周波数分析部
１８、２８，４８…記憶部
１９、２９、４９…処理部
２０，３０，５０…判定部

Claims (3)

1. 電気機器からアースに接続される接地線に沿って測定センサを配置し、この測定センサで接地線に流れるパルス電流により発生する磁界Ａと、空間を伝搬してくる磁界Ｂを捕捉し、これら磁界による信号を、ローノイズアンプ、帯域フィルタ、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、出力信号検出部、周波数分析部および記憶部からなる磁界出力信号検出装置を介して処理する際に、
   前記磁界Ａ，Ｂを前記周波数分析部で分析し、磁界Ａ，Ｂが異なる周波数帯範囲に現れる面積がともに閾値以上のときに部分放電有りと判断することを特徴とする磁界測定による部分放電検出方法。
2. 電気機器からアースに接続される接地線に沿って測定センサを配置し、この測定センサで接地線に流れるパルス電流により発生する磁界Ａと、空間を伝搬してくる磁界Ｂを捕捉し、これら磁界による信号を、ローノイズアンプ、分配器、異なる帯域周波数Ｘ，Ｙを有する第１、第２の帯域フィルタ、第１、第２のアンプ、第１、第２のＡ／Ｄ変換器、第１、第２の出力信号検出部および記憶部からなる磁界出力信号検出装置を介して処理する際に、
   帯域周波数Ｘを通過した周波数の範囲信号Ａと帯域周波数Ｙを通過した周波数の範囲信号Ｂを閾値と比較処理し、両信号とも閾値以上なら部分放電信号と判断しカウントした後、一定時間内のカウント数が閾値以上であれば、部分放電有りと判断することを特徴とする磁界測定による部分放電検出方法。
3. 電気機器からアースに接続される接地線に沿って第１測定センサを配置するとともに、接地線から一定の距離を隔てて第２測定センサを配置し、前記第１測定センサで接地線に流れるパルス電流により発生する磁界Ａを捕捉し、第１及び第２測定センサで空間を伝搬してくる磁界Ｂを捕捉するようにし、第１測定センサにより捕捉した信号を、ローノイズアンプ、分配器、異なる帯域周波数Ｘ，Ｙを有する第１、第２の帯域フィルタ、第１、第２のアンプ、第１、第２のＡ／Ｄ変換器、第１、第２の出力信号検出部および記憶部からなる第１磁界出力信号検出装置を介して処理し、第２測定センサにより捕捉した信号を、ローノイズアンプ、帯域周波数Ｙを有する帯域フィルタ、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、出力信号検出部および記憶部からなる第２磁界出力信号検出装置を介して処理する際に、
   第１測定センサで捕捉された磁界の周波数帯Ｙの範囲信号Ｂと第２測定センサで捕捉された磁界の周波数帯Ｙの範囲信号Ｂ’とを、
   次式が成立するとき（範囲信号Ｂ／範囲信号Ｂ’）＞閾値ｋは、信号を抽出処理し、
   この処理後の信号と第１測定センサで捕捉された磁界の周波数帯Ｘの範囲信号Ａとを比較し、両者の信号とも閾値ｋ以上の出力が認められれば、部分放電信号と判断してカウントし、その後、一定時間内のカウント数が閾値以上であれば、部分放電有りと判断することを特徴とする磁界測定による部分放電検出方法。

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