JP2011002313A - 部分放電検査方法および回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機がインバータ駆動に耐えられるかどうか正しく検査，診断できる部分放電検査方法を提供する。
【解決手段】インパルス電圧を用いた回転電機の部分放電検査，診断において、高周波部分放電計測信号の信号強度と部分放電電荷量との相関関係を導出し、回転電機の部分放電劣化が懸念される電荷量に対応する高周波部分放電計測信号の信号強度である閾値を決定する。その後、回転電機に所定の繰り返しインパルス電圧を印加して高周波部分放電計測器で部分放電の信号強度を計測し、計測した部分放電の信号強度が前記閾値を超えているか否かを判断することにより、回転電機がインバータ駆動に耐えられるかどうか検査・診断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インパルス電圧を用いた回転電機の部分放電検査方法に関する。

近年、省エネルギー化の観点からインバータを用いた回転電機の可変速運転が盛んに行われている。しかし、インバータで回転電機を駆動した場合、回転電機の絶縁に関して様々な問題が発生する事が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、インバータ内部のスイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦすることで発生する急峻電圧（インバータサージ電圧）がケーブルを伝播し回転電機端に到達すると、ケーブルと回転電機のサージインピーダンスの不整合が原因となり、回転電機端でインバータサージ電圧が元の２倍の大きさまで跳ね上がることが報告されている。また、急峻なインバータサージ電圧が回転電機内部に侵入すると、回転電機の口出し側のコイルに電圧が集中して分担されることなどが報告されている。このため、インバータ駆動用回転電機ではこれらのインバータサージ電圧に耐えられるように回転電機を絶縁設計するとともに、製作した回転電機が所定の絶縁耐力を有するか検査する必要がある。また、製品出荷，運転開始後の定期診断の際には、インバータサージに対し絶縁劣化がどの程度進んだか診断する必要がある。

インバータ駆動回転電機の検査，診断方法の１つとして、インパルス電圧を用いた絶縁検査診断方法が知られている（例えば、非特許文献２，３）。例えば、非特許文献２では、回転電機に所定のインパルス電圧を印加して部分放電が発生しないか検査診断する。あるいは回転電機に印加するインパルス電圧を徐々に昇圧しながら部分放電が発生する電圧（部分放電開始電圧）を測定し、これが回転機の運転電圧よりも高いかどうか検査診断する。この部分放電計測方法には、非特許文献３に記載された繰り返しインパルス電圧下の部分放電計測法が用いられている。

電気学会技術報告第７３９号，ｐ.１２〜２０ ＩＥＣ６００３４−１８−４１ ＩＥＣ６１９３４ ＩＥＣ６０２７０ ＩＥＣ６００３４−２７

繰り返しインパルス電圧下の部分放電計測には、急峻な遮断特性を持つハイパスフィルタでインパルス電圧と部分放電信号を周波数分離する高周波部分放電計測器が使用される。しかし、フィルタ後に得られる信号には、元の部分放電信号の一部の高周波成分しか含まれていない。また、計測感度を確保するために回路の途中にアンプを挿入することがしばしば行われるが、アンプの周波数帯域制限や高周波信号の増幅歪みがあると、元の信号からさらにかけ離れた信号波形，強度となる。この結果、最終的には物理的な意味を持たない信号が測定される事になり、信号を測定したもののこれが絶縁寿命保証において有害なのか無害なレベルの信号なのか判別できなくなってしまう問題があった。実際、非特許文献３には、部分放電信号を計測する方法は示されているが、どの程度の大きさ（例えば、ｍＶ）の部分放電が発生したら危険であるかといった基準は示されていない。また、危険な部分放電の大きさが不明であるため、どの程度の計測感度で部分放電を計測しなければならないかも不明確であった。以上の結果、非特許文献２および３によって、回転電機の部分放電を計測することはできても、その計測結果から回転電機がインバータ駆動に耐えられるかどうか検査診断することが困難であった。

一方、従来、正弦波電圧における部分放電計測には、例えば、非特許文献４，５に記載されているような低周波部分放電計測器が使用されてきた。低周波部分放電計測では、計測した信号の大きさは電荷校正器で校正し、絶縁物の部分放電劣化のエネルギーを表す電荷量を直接測定できる。このため、これまで高電圧機器では低周波部分放電計測を用いた絶縁検査診断が盛んに行われてきた。

しかしながら、繰り返しインパルス電圧下の部分放電を低周波部分放電計測器で計測しようとしても、インパルス電圧と部分放電信号を分離できないため、部分放電を正確に計測できない問題があった。また、計測器内部に過電圧が発生し計測器が故障してしまう問題があった。

最後に、高周波部分放電計測器の信号感度を低周波部分放電計測器で使われている電荷校正器によって校正し、高周波部分放電計測器で直接部分放電電荷量を計測しようとした。しかしながら、低周波部分放電計測器の電荷校正器で校正信号を注入したにも関わらず、高周波部分放電計測器の出力にはほとんど信号が観測されず、信号強度の校正ができなかった。以上のように、従来は、繰り返しインパルス電圧を用いた部分放電計測によって、回転電機がインバータ駆動に耐えられるかどうか正しく検査，診断することができなかった。

本発明は、インパルス電圧を用いた回転電機の部分放電検査，診断方法において、危険なレベルの部分放電信号の大きさを明らかにし、これを基に回転電機がインバータ駆動に耐えられるかどうか正しく検査，診断する方法を提供する。

本発明の部分放電検査方法により、回転電機がインバータ駆動できるかどうか正確に検査診断することができる。

実施例１の部分放電計測システム（対地間絶縁）。 実施例１の部分放電計測システムの試験手順フロー（対地間絶縁）。 正弦波電圧を用いた部分放電計測。 高周波部分放電計測器の信号強度と部分放電電荷量の相関関係。 繰り返しインパルス電圧を用いた部分放電計測例。 繰り返しインパルス電圧の大きさを変化させたときの回転電機絶縁の部分放電計測信号測定例。 高周波部分放電計測器と低周波部分放電計測器の比較。 実施例１の部分放電計測システム（異相間絶縁）。 実施例１の部分放電計測システムの試験手順フロー（異相間絶縁）。 正弦波電圧を用いた部分放電計測。 高周波部分放電計測器の信号強度と部分放電電荷量の相関関係。 繰り返しインパルス電圧を用いた部分放電計測例。 繰り返しインパルス電圧の大きさを変化させたときの回転電機絶縁の部分放電計測信号測定例。 実施例２の部分放電計測システム。 実施例２の部分放電計測システムの試験手順フロー。 既知の部分放電電荷量を繰り返しインパルス電圧と高周波部分放電計測器で計測した例。 高周波部分放電計測器の信号強度と部分放電電荷量の相関関係。 繰り返しインパルス電圧を用いた部分放電計測例。 繰り返しインパルス電圧の大きさを変化させたときの回転電機絶縁の部分放電計測信号測定例。 スイッチング素子を用いた模擬部分放電源。 スイッチング素子の電圧立ち下がり時間特性。 実施例３の部分放電計測システム。 実施例３の部分放電計測システムの試験手順フロー。 実施例４の部分放電計測システムおよび回転電機。 回転電機の構造例。

本発明の実施形態を、以下に図面を用いて説明する。

図１に実施例１の部分放電計測システムを示す。部分放電計測システム１００は、高電圧試験電源として正弦波電源１と繰り返しインパルス電源２を内蔵しこれらを切り替えて使う事ができる。電源と供試回転電機６の間には、正弦波電源１を使った低周波部分放電計測のためのブロッキングインピーダンス８が接続されている。このブロッキングインピーダンス８には、繰り返しインパルス電圧を用いた部分放電計測の際にこれを短絡するためのスイッチ９が並列に接続されている。供試回転電機には並列に低周波部分放電計測のための結合コンデンサ７と電荷計測用のコンデンサ１１，低周波部分放電計測器３が接続されている。電荷計測用コンデンサ１１には、繰り返しインパルス電圧を用いた部分放電計測の際にこれを短絡するためのスイッチ１０が並列に接続されている。供試回転電機６には高周波部分放電計測の部分放電検出器として電磁波計測アンテナ５が隣接して配置されており、電磁波計測アンテナ５の出力には繰り返しインパルス電圧用の高周波部分放電計測器４が接続されている。低周波部分放電計測器３と高周波部分放電計測器４の出力はデータ収集／演算／判別部１３に出力され、回転電機コイル１２がインバータ駆動に耐えられるかどうか判別する。

図２に実施例１の試験手順フローを示す。ここでは、インバータ駆動回転電機の対地間絶縁の部分放電を計測する。つまり、図１の回転電機コイル１２とアースの間の絶縁における部分放電を計測する。具体的な回転電機の概観では、図２５に示す回転電機２５０のＵ相コイル２５１１，Ｖ相コイル２５１２，Ｗ相コイル２５１３とコア２５１の間を絶縁する部分（対地間絶縁）の部分放電を計測する。なお、この際、測定の妨げとならないように回転電機２５０の回転子２５２とエンドブラケット２５４，２５５は除去した状態で試験する。ハウジング２５３については、取り付け前／後のいずれでも測定に影響しない。始めに電源には正弦波ＡＣ電源（１）を使用し、計測器として低周波部分放電計測器（３，８，７，１１）と高周波部分放電計測器（４，５）を使って回転電機（６）の正弦波ＡＣ部分放電を同時計測する。この結果、図３に示す測定結果が得られる。すなわち、印加電圧３１に対し、低周波部分放電計測器によって部分放電電荷量のパルス信号３２が得られる。一方、同時計測した高周波部分放電計測器の信号３３も得られる。この部分放電電荷量３２と高周波部分放電計測で得られた信号強度３３を図１のデータ収集／演算／判別部（１３）で収集し、プロットすると図４のような相関関係が得られる。低周波部分放電計測器側の電荷量側では絶縁材料の種類によって部分放電劣化が懸念される電荷量が決まり、この結果、高周波部分放電計測信号のＯＫ／ＮＧ閾値が求められる。

次に、電源を繰り返しインパルス電源（２）に入れ替える。また、低周波部分放電計測のためのブロッキングインピーダンス（８）と電荷計測用コンデンサ（１１）の部分をそれぞれスイッチ（９），（１０）で短絡し、低周波部分放電計測器を切り離し、高周波部分放電計測器（４，５）のみとする。そして、繰り返しインパルス電圧下の部分放電特性を測定する。製品のＯＫ（正常に動作する），ＮＧ（正常に動作しない可能性あり）チェックをする場合には、図５に示すように、所定の電圧５１を印加して部分放電５３を計測する。この結果、ＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生していなければ、データ収集／演算／判別部（１３）は製品をＯＫと判断する。逆にＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生している場合には製品をＮＧと判定する。なお、所定の電圧には回転電機をインバータ運転したときの運転電圧あるいはこれに安全率を掛け合わせた電圧を使用する。

一方、製品のＯＫ，ＮＧチェックではなく、印加電圧を変化させながら印加電圧−部分放電特性を図６のように計測する場合、ＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生する部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ、Partial Discharge Inception Voltage）が回転電機の運転電圧よりも高い場合には、データ収集／演算／判別部（１３）は製品をＯＫと判断し、逆に
ＰＤＩＶが回転電機の運転電圧を下回る場合には、耐部分放電性材料を使用していれば製品をＯＫとし、規定試験電圧における高周波部分放電信号の強度を記録するとともに電荷量に換算する。耐部分放電性材料を使用していない場合には製品をＮＧとする。以上の試験が終了した後、同じ仕様の試料を試験する場合には、すでに図４に示す部分放電電荷量と高周波部分放電信号の相関関係が得られていることから、直ちに繰り返しインパルス電源と高周波部分放電計測器のみで試験を開始する。

以上の作用を図７に示す。これまでは、繰り返しインパルス電圧下では非特許文献２，３に記されているように高周波部分放電計測器７１で回転電機の部分放電を計測してきた。センサには電磁波を計測するアンテナや高周波ＣＴ，容量性結合カプラなどが使われてきた。また、図示していないが、高周波のインパルス電圧と部分放電を周波数分離するハイパスフィルタも使用され、計測信号はｍＶあるいはＷなどの信号強度で計測される。しかし、この信号は物理的な意味を持たない。このため、信号が有害かどうか判別できず、これまで製品のＯＫ／ＮＧも判別することができなかった。また、最近の技術であるため、何ｍＶで検査診断すれば製品が市場で不良にならないなどの検査実績も無かった。一方、低周波部分放電計測器７２では、センサに電流積分用のコンデンサを使用し、電流を積分した電荷量を測定する。この電荷量と部分放電劣化の劣化エネルギーには物理的な相関関係が存在する。このため、機器の絶縁材料の種類や実績に基づき、例えば１０〜１００ｐＣなどの有害無害の閾値レベルを決めることができる。しかしながら、前述のように低周波部分放電計測器では繰り返しインパルス電圧における部分放電を計測できない問題があった。本発明では、低周波部分放電計測器で得た部分放電電荷量と高周波部分放電計測器で得た部分放電パルス信号を比較して相関関係を求め、これを元に高周波部分放電計測信号の有害無害の閾値レベルを決めている。このため、これまで不明確であった高周波部分放電計測信号の有害レベルを明確化し、製品がインバータ駆動できるか正確に判断することができる。

以上の図２では回転電機の対地間絶縁の部分放電計測を例に示したが、回転電機コイル１２内部の巻線ターン間の絶縁における部分放電も同様に計測することができる。つまり、図１の回転電機コイル１２内部の部分放電を計測する。具体的な回転電機の概観では、図２５に示す回転電機２５０のＵ相コイル２５１１，Ｖ相コイル２５１２，Ｗ相コイル２５１３の内部のターンとターンの間を絶縁部における部分放電を計測する。すなわち、繰り返しインパルス電圧を用いた高周波部分放電計測を行う際に、例えばＵ，Ｖ，Ｗ相からなる三相回転電機のＵ相に繰り返しインパルス電圧を印加し、Ｖ相あるいはＷ相のいずれかあるいは両者を回転電機コアとともに接地すればＵ相の巻線ターン間部分放電計測ができる。同様にしてＶ，Ｗ相の巻線ターン間の部分放電計測もできる。なお、高周波部分放電計測のセンサには電磁波を計測するアンテナの他に、高周波ＣＴ（Current Transformer），容量性結合カプラ，電界，磁界センサなどを使うことができる。

図８に、図１の部分放電計測システムで回転電機の異相間絶縁の部分放電を計測する例を示す。つまり、図８における回転電機８６の中、ある相の回転電機コイル８１２と他相の回転電機コイル８１５間の絶縁部における部分放電を計測する。具体的な回転電機の概観では、図２５に示す回転電機２５０のＵ相コイル２５１１とＶ相コイル２５１２の間、あるいはＶ相コイル２５１２とＷ相コイル２５１３の間、あるいはＷ相コイル２５１３とＵ相コイル２５１１の間を絶縁する部分（異相間絶縁）における部分放電を計測する例を示す。部分放電計測システム８００は、高電圧試験電源として正弦波電源８１と繰り返しインパルス電源８２を内蔵しこれらを切り替えて使う事ができる。電源と供試回転電機８６の間には、正弦波電源８１を使った低周波部分放電計測のためのブロッキングインピーダンス８８が接続されている。このブロッキングインピーダンス８８には、繰り返しインパルス電圧を用いた部分放電計測の際にこれを短絡するためのスイッチ８９が並列に接続されている。供試回転電機には並列に低周波部分放電計測のための結合コンデンサ８７と電荷計測用のコンデンサ８１１，低周波部分放電計測器８３が接続されている。電荷計測用コンデンサ８１１には、繰り返しインパルス電圧を用いた部分放電計測の際にこれを短絡するためのスイッチ８１０が並列に接続されている。供試回転電機８６には高周波部分放電計測の部分放電検出器として電磁波計測アンテナ８５が隣接して配置されており、電磁波計測アンテナ８５の出力には繰り返しインパルス電圧用の高周波部分放電計測器８４が接続されている。低周波部分放電計測器８３と高周波部分放電計測器８４の出力はデータ収集／演算／判別部８１３に出力され、回転電機コイル８１２がインバータ駆動に耐えられるかどうか判別する。

図９に実施例１の試験手順フローを示す。ここでは、インバータ駆動回転電機の異相間絶縁の部分放電を計測する。始めに電源には正弦波ＡＣ電源（８１）を使用し、計測器として低周波部分放電計測器（８３，８８，８７，８１１）と高周波部分放電計測器（８４，８５）を使って回転電機（８６）の正弦波ＡＣ部分放電を同時計測する。なお、異相間の試験では回転機（８６）の中性点（８１４）は正弦波ＡＣ部分放電計測では開放にしておく。以上の結果、図１０に示す測定結果が得られる。すなわち、印加電圧９１に対し、低周波部分放電計測器によって部分放電電荷量のパルス信号９２が得られる。一方、同時計測した高周波部分放電計測器の信号９３も得られる。この部分放電電荷量９２と高周波部分放電計測で得られた信号強度９３を図８のデータ収集／演算／判別部（８１３）で収集し、プロットすると図１１のような相関関係が得られる。低周波部分放電計測器側の電荷量側では絶縁材料の種類によって部分放電劣化が懸念される電荷量が決まり、この結果、高周波部分放電計測信号のＯＫ／ＮＧ閾値が求められる。

次に、電源を繰り返しインパルス電源（８２）に入れ替える。また、低周波部分放電計測のためのブロッキングインピーダンス（８８）と電荷計測用コンデンサ（８１１）の部分をそれぞれスイッチ（８９），（８１０）で短絡し、低周波部分放電計測器を切り離し、高周波部分放電計測器（８４，８５）のみとする。また、回転機の中性点（８１４）を接続し、繰り返しインパルス電圧下の部分放電特性を測定する。製品のＯＫ，ＮＧチェックをする場合には、図１２に示すように、所定の電圧１１１を印加して部分放電１１３を計測する。この結果、ＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生していなければ、データ収集／演算／判別部（８１３）は製品をＯＫと判断する。逆にＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生している場合には製品をＮＧと判定する。なお、所定の電圧には回転電機をインバータ運転したときの運転電圧あるいはこれに安全率を掛け合わせた電圧を使用する。

一方、製品のＯＫ，ＮＧチェックではなく、印加電圧を変化させながら印加電圧−部分放電特性を図１３のように計測する場合、ＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生する部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）が回転電機の運転電圧よりも高い場合には、データ収集／演算／判別部（８１３）は製品をＯＫと判断し、逆にＰＤＩＶが回転機の運転電圧を下回る場合には、耐部分放電性材料を使用していれば製品をＯＫとし、規定試験電圧における高周波部分放電信号の強度を記録するとともに電荷量に換算する。耐部分放電性材料を使用していない場合には製品をＮＧとする。以上の試験が終了した後、同じ仕様の試料を試験する場合には、すでに図１１に示す部分放電電荷量と高周波部分放電信号の相関関係が得られていることから、直ちに繰り返しインパルス電源と高周波部分放電計測器のみで試験を開始する。

以上のように、本発明の部分放電計測システムで、繰り返しインパルス電圧下の回転機の対地間，巻線ターン間，異相間の部分放電特性を計測し、ＯＫ／ＮＧ閾値を用いて回転機がインバータ駆動できるか正確に判断することができる。

図１４に実施例２の部分放電計測システムを示す。部分放電計測システム１３００は、高電圧試験電源として繰り返しインパルス電源１３２のみを内蔵する。電源１３２と供試回転電機１３６は直接接続される。供試回転電機１３６には、コンデンサ１３３１と放電ギャップ１３３２で構成した模擬放電源１３３をスイッチ１３３０で回転電機１３６に対し並列に接続できるようになっている。模擬放電源の電荷量は、繰り返しインパルス電圧における放電ギャップ１３３２の放電電圧にコンデンサの静電容量を掛けて算出する。供試回転電機１３６には高周波部分放電計測の部分放電検出器として電磁波計測アンテナ１３５が隣接して配置されており、電磁波計測アンテナ１３５の出力には繰り返しインパルス電圧用の高周波部分放電計測器１３４が接続されている。高周波部分放電計測器１３４の出力はデータ収集／演算／判別部１３１３に出力され、回転電機コイル１３１２がインバータ駆動に耐えられるかどうか判別する。

図１５に実施例２の試験手順フローを示す。ここでは、インバータ駆動回転電機の対地間絶縁の部分放電計測例を示す。始めに、繰り返しインパルス電源（１３２）と高周波部分放電計測器（１３４，１３５）を使用し、模擬放電源（１３３）を接続した回転電機（１３６）の部分放電を計測する。この結果、図１６に示す測定結果が得られる。すなわち、印加電圧１４１に対し、電荷量が明らかな高周波部分放電計測器の信号１４３が得られる。このデータを図１４のデータ収集／演算／判別部（１３）で収集し、プロットすると図１７のような相関関係が得られる。部分放電電荷量側では絶縁材料の種類によって部分放電劣化が懸念される電荷量が決まり、この結果、高周波部分放電計測信号のＯＫ／ＮＧ閾値が求められる。

次に、模擬放電源（１３３）を切り離し、繰り返しインパルス電源（１３２）と高周波部分放電計測器（１３４，１３５）で回転電機（１３６）の繰り返しインパルス電圧下の部分放電特性を測定する。製品のＯＫ，ＮＧチェックをする場合には、図１８に示すように、所定の電圧１６１を印加して部分放電１６３を計測する。この結果、ＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生していなければ、データ収集／演算／判別部（１３１３）は製品をＯＫと判断する。逆にＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生している場合には製品をＮＧと判定する。なお、所定の電圧には回転電機をインバータ運転したときの運転電圧あるいはこれに安全率を掛け合わせた電圧を使用する。

一方、製品のＯＫ，ＮＧチェックではなく、印加電圧を変化させながら印加電圧−部分放電特性を図１９のように計測する場合、ＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生する部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）が回転電機の運転電圧よりも高い場合には、データ収集／演算／判別部（１３１３）は製品をＯＫと判断し、逆にＰＤＩＶが回転機の運転電圧を下回る場合には、耐部分放電性材料を使用していれば製品をＯＫとし、規定試験電圧における高周波部分放電信号の強度を記録するとともに電荷量に換算する。耐部分放電性材料を使用していない場合には製品をＮＧとする。以上の試験が終了した後、同じ仕様の試料を試験する場合には、すでに図１７に示す部分放電電荷量と高周波部分放電信号の相関関係が得られていることから、直ちに繰り返しインパルス電源と高周波部分放電計測器で試験を開始する。

以上のように、模擬放電源を用いても、部分放電電荷量と高周波部分放電信号強度の相関関係を求めることができる。この結果、実施例１と同様に繰り返しインパルス電圧下の回転機の高周波部分放電特性を計測し、ＯＫ／ＮＧ閾値を用いて回転機がインバータ駆動できるか正確に判断することができる。なお、実施例２では対地間の部分放電計測の例を説明したが、実施例１と同様に巻線間，異相間についても同様に計測することができる。
また、センサには電磁波を計測するアンテナの他に、高周波ＣＴ，容量性結合カプラ，電界，磁界センサなどを使うことができる。

実施例２では、繰り返しインパルス電圧において放電電圧が明らかな放電ギャップとコンデンサで構成した模擬放電源を使った。この模擬放電源の代わりに、図２０に示す模擬放電源１８０を使用することもできる。すなわち、直流電圧Ｅ１８５を発生させる直流電源１８１と保護抵抗１８４に並列に急峻なスイッチング時間を有するスイッチング素子１８３を接続し、これにコンデンサ１８２を直列接続した模擬放電源を使用することができる。このスイッチング素子には、図２１に示すように、電圧立ち下がり時間が５〜５０ｎｓの範囲内のスイッチング素子を使用することで模擬的に部分放電信号を作成することができる。

前述したように、従来の低周波部分放電計測器の電荷校正器を使って高周波部分放電計測器の電荷校正に使用しても十分な信号が得られなかった。しかし、今回、種々の検討をした結果、実施例２に示すような模擬部分放電源を接続するか、あるいはこの波形と等価な波形を作り出すことができる電圧立下り時間５〜５０ｎｓの範囲内スイッチング素子を使った模擬放電源を製作、使用することで高周波部分放電計測器の信号と電荷量の相関関係を求めることができることが明らかになった。

図２２に実施例３の部分放電計測システムを示す。部分放電計測システム２０００は、高電圧試験電源として繰り返しインパルス電源２０２を内蔵する。電源２０２と供試回転電機２０６は直接接続される。供試回転電機２０６には、並列に結合コンデンサ２０７と、全部分放電電荷量を積分するコンデンサ２０１１が接続されている。一方、高周波部分放電計測の部分放電検出器として供試回転電機２０６には電磁波計測アンテナ２０５が隣接して配置されており、電磁波計測アンテナ２０５の出力には繰り返しインパルス電圧用の高周波部分放電計測器２０４が接続されている。高周波部分放電計測器２０４の出力はデータ収集／演算／判別部２０１３に出力され、回転電機コイル２０１２がインバータ駆動に耐えられるかどうか判別する。

図２３に実施例３の試験手順フローを示す。ここでは、インバータ駆動回転電機の対地間絶縁の部分放電計測例を示す。始めに、繰り返しインパルス電源（２０２）と高周波部分放電計測器（２０４，２０５）を使用し、回転電機（２０６）の部分放電を計測する。
この結果、コンデンサ２０１１に全部分放電電荷量を積分した電荷量（コンデンサ両端の電圧÷静電容量）が現れる。なお、全部分放電電荷量を積分した電荷量の大きさは、従来の低周波部分放電計測器の電荷量校正法で校正できる。これを図２２の電圧計測器（２０３），データ収集／演算／判別部（２０１３）で収集し、さらに同じく高周波部分放電計測器２０４で計測し、データ収集／演算／判別部（２０１３）で収集した高周波部分放電パルスの振幅の合計値で割ることで、部分放電電荷量と高周波部分放電計測器の計測信号強度の比例係数Ｋを得ることができる。絶縁材料の種類によって部分放電劣化が懸念される電荷量が決まるため、比例係数Ｋを基に、この電荷量に相当する高周波部分放電信号強度（ＯＫ／ＮＧ閾値）が決まる。すなわち、高周波部分放電計測信号のＯＫ／ＮＧ閾値が求められる。

次に、繰り返しインパルス電源（２０２）と高周波部分放電計測器（２０４，２０５）で回転電機（２０６）の繰り返しインパルス電圧下の部分放電特性を測定する。製品のＯＫ，ＮＧチェックをする場合には、図１８に示すように、所定の電圧１６１を印加して部分放電１６３を計測する。この結果、ＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生していなければ、データ収集／演算／判別部（２０１３）は製品をＯＫと判断する。逆にＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生している場合には製品をＮＧと判定する。なお、所定の電圧には回転電機をインバータ運転したときの運転電圧あるいはこれに安全率を掛け合わせた電圧を使用する。

一方、製品のＯＫ，ＮＧチェックではなく、印加電圧を変化させながら印加電圧−部分放電特性を図１９のように計測する場合、ＯＫ／ＮＧ閾値を越える部分放電が発生する部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）が回転電機の運転電圧よりも高い場合には、データ収集／演算／判別部（２０１３）は製品をＯＫと判断し、逆にＰＤＩＶが回転機の運転電圧を下回る場合には、耐部分放電性材料を使用していれば製品をＯＫとし、規定試験電圧における高周波部分放電信号の強度を記録し電荷量に換算する。耐部分放電性材料を使用していない場合には製品をＮＧとする。以上の試験が終了した後、同じ仕様の試料を試験する場合には、すでに部分放電電荷量と高周波部分放電信号の相関関係を示す比例係数Ｋが得られ、高周波部分放電計測器のＯＫ／ＮＧ閾値が得られていることから、繰り返しインパルス電源と高周波部分放電計測器で試験を開始する。

以上のように、全部分放電電荷量を蓄積しこれを高周波部分放電パルスの振幅の合計値で割ることでも、部分放電電荷量と高周波部分放電信号強度の相関関係を求めることができる。この結果、実施例１と同様に繰り返しインパルス電圧下の回転機の部分放電特性を計測し、ＯＫ／ＮＧ閾値を用いて回転機がインバータ駆動できるか正確に判断することができる。なお、実施例３では対地間の部分放電計測の例を説明したが、巻線間，異相間についても同様に計測することができる。また、センサには電磁波を計測するアンテナの他に、高周波ＣＴ，容量性結合カプラ，電界，磁界センサなどを使うことができる。

図２４に実施例４の部分放電計測システムを示す。実施例４の部分放電計測システム２２００は、実施例１と同じ機器部品から構成されている。ただし、高周波部分放電計測センサ２２５が回転機２２６内部に設置されている。つまり、図２５に示す回転機内部のコイルエンド２５６あるいはスロット２５７内に高周波部分放電計測センサを設置することで、製品出荷時だけでなく、回転電機の常時部分放電監視が実施できる。また、常時でなくとも定期診断の際に回転電機からロータを抜くなどの作業をしなくても容易に部分放電を計測することができる。

１，８１ 正弦波電源
２，８２，１３２，２０２ 繰り返しインパルス電源
３，８３ 低周波部分放電計測器
４，８４，１３４，２０４ 高周波部分放電計測器
５，８５，１３５，２０５ 電磁波計測アンテナ
６，８６，１３６，２０６ 供試回転電機
７，８７，２０７ 結合コンデンサ
８，８８ ブロッキングインピーダンス
９，１０，８９，８１０，１３３０ スイッチ
１１，８１１ 電荷計測用コンデンサ
１２，８１２，１３１２，２０１２ 回転電機コイル
１３，８１３，１３１３，２０１３ データ収集／演算／判別部
１００，８００，１３００，２０００，２２００ 部分放電計測システム
１３３，１８０ 模擬放電源
１８１ 直流電源
１８２，１３３１，２０１１ コンデンサ
１８３ スイッチング素子
１８４ 保護抵抗
１８５ 直流電圧
２０３ 電圧計測器
２５０ 回転電機
２５１ コア
２５２ 回転子
２５３ ハウジング
２５４，２５５ エンドブラケット
２５６ コイルエンド
２５７ スロット
１３３２ 放電ギャップ
２５１１ Ｕ相コイル
２５１２ Ｖ相コイル
２５１３ Ｗ相コイル

Claims (8)

1. 高周波部分放電計測信号の信号強度と部分放電電荷量との相関関係を導出する相関関係導出ステップと、
   導出した相関関係に基づき、部分放電劣化が懸念される電荷量に対応する高周波部分放電計測信号の信号強度である閾値を決定する決定ステップと、
   回転電機に所定の繰り返しインパルス電圧を印加して高周波部分放電計測器で部分放電の信号強度を計測する計測ステップと、
   計測した部分放電の信号強度が前記閾値を超えているか否かを判断する判断ステップと、
   を有することを特徴とする部分放電検査方法。
2. 請求項１に記載の部分放電検査方法において、
   前記相関関係導出ステップは、高周波部分放電計測器と低周波部分放電計測器で正弦波電圧下における回転電機の部分放電特性を同時計測して、前記相関関係を導出することを特徴とする部分放電検査方法。
3. 請求項１に記載の部分放電検査方法において、
   前記相関関係導出ステップは、繰り返しインパルス電圧を印加した際に所定の電荷量を発生する模擬部分放電源を回転電機に並列に接続し、繰り返しインパルス電圧を印加して高周波部分放電計測器で部分放電特性を計測して、前記相関関係を導出することを特徴とする部分放電検査方法。
4. 請求項１に記載の部分放電検査方法において、
   前記相関関係導出ステップは、５〜５０ｎｓの範囲内の急峻なスイッチング時間を有するスイッチング素子と直流電源を並列接続しこれにコンデンサを接続した模擬放電源を回転電機に並列に接続し、高周波部分放電計測器で模擬部分放電信号を計測して、前記相関関係を導出することを特徴とする部分放電検査方法。
5. 請求項１に記載の部分放電検査方法において、
   前記相関関係導出ステップは、所定の時間範囲内に発生する部分放電電荷量を積分する計測器で測定した部分放電総電荷量を、高周波部分放電計測器で計測した部分放電パルスの振幅の合計で割り、比例係数を計算して、前記相関関係を導出することを特徴とする部分放電検査方法。
6. 請求項１乃至５に記載の部分放電検査方法において、
   さらに、回転電機に印加するインパルス電圧を徐々に昇圧しながら高周波部分放電計測器で部分放電を計測し、部分放電劣化が懸念される電荷量に相当する信号強度を超える部分放電が発生する電圧を測定して部分放電開始電圧を取得し、前記部分放電開始電圧が回転電機の運転電圧より高いか否かを判断するステップを有することを特徴とする部分放電検査方法。
7. 請求項１乃至６に記載の部分放電検査方法において、
   前記部分放電劣化が懸念される電荷量として、１０ｐＣ〜１００ｐＣの範囲の値を用いたことを特徴とする部分放電検査方法。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の部分放電検査方法を実行するセンサを有することを特徴とする回転電機。

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