JP2012247309A - 部分放電検出装置、受電設備の部分放電検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で持ち運び易く、かつ安全性の高い部分放電検出装置を提供する。
【解決手段】６ｋＶ級樹脂絶縁タイプの電気機器における部分放電検出装置であって、６ｋＶ級の昇圧トランス１１と、前記昇圧トランス１１の一次側に設けられたスライダック２１と、検出インピーダンス１３と、前記検出インピーダンス１３に対して直列的に接続される６ｋＶ級の結合コンデンサ１５と、前記検出インピーダンス１３の検出信号である電圧パルスを計測する計測器３０とを備えてなり、前記スライダック２１を第一金属ケース２０Ａに収容して低圧ユニット２０とし、前記昇圧トランス１１と前記結合コンデンサ１５とを第二金属ケース１０Ａに収容して高圧ユニット１０とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂絶縁タイプの電気機器の部分放電を検出する技術に関する。

従来から、絶縁体の部分放電を検出する検出装置が知られている。検出装置は、試験品に電圧を印加する高電圧ユニットと、試験品の電流パルス（放電電流）を検出する検出インピーダンスと、検出インピーダンス両端の電圧波形を計測する計測器などから構成されている（下記特許文献１、２）。

特開平９−１２７１８２公報

特開平１０−２８２１８１公報

この種の検出装置は通常、電圧階級の高い設備（２７５ｋＶ以上の設備）を対象に作られている。そのため、装置が極めて大きく、持ち運びが困難であることから、現場での測定には難があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、小型で持ち運び易く、かつ安全性の高い部分放電検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、６ｋＶ級樹脂絶縁タイプの電気機器における部分放電検出装置であって、検査対象の前記電気機器に対して試験電圧を印加する６ｋＶ級の昇圧トランスと、前記昇圧トランスの一次側に設けられ、前記昇圧トランスの出力電圧を調整する電圧調整器と、前記電気機器の放電パルスを検出する検出インピーダンスと、前記検出インピーダンスに対して直列的に接続される６ｋＶ級の結合コンデンサと、前記検出インピーダンスの検出信号である電圧パルスを計測する計測部とを備えてなり、前記電圧調整器を第一金属ケースに収容して低圧ユニットとし、前記昇圧トランスと前記結合コンデンサとを第二金属ケースに収容して高圧ユニットとしたところに特徴を有する。

この発明では、試験対象の電気機器を６ｋＶ階級に限定したことから、昇圧トランスや結合コンデンサのサイズを小型化することができる。そのため、検査装置を小型化することができる。また、作業者が電圧調整などを行う電圧調整器を低圧ユニットとして、高圧ユニットから分離した。そのため、高圧ユニットから低圧ユニットまで距離をとることが可能となり、作業者の安全を確保することができる。

本発明は、６ｋＶ級樹脂絶縁タイプの電気機器を、導体を介して、複数接続してなる受電設備の部分放電検査方法であって、前記受電設備の導体に対して請求項１に記載の部分放電検出装置の前記昇圧トランスにより試験電圧を印加して、請求項１に記載の部分放電検出装置の前記計測部により前記検出インピーダンスの検出信号である電圧パルスを計測することにより、前記受電設備を構成する電気機器から部分放電が発生しているか否かを検査するところに特徴を有する。

本発明によれば、小型で持ち運び易く、かつ安全性の高い部分放電検出装置が提供できる。

本発明の一実施形態における部分放電検出装置の構成図 部分放電検出装置の回路図 受電設備の回路図 受電設備に部分放電検出装置を接続した状態を示す回路図 試験結果を示す図

本発明の一実施形態を図１ないし図５によって説明する。
＜部分放電検出装置１の構成＞
図１に示すように、部分放電検出装置１は、６ｋＶ級の昇圧トランス１１と、検出インピーダンス１３と、６ｋＶ級の結合コンデンサ１５と、抑制インピーダンス１７と、スライダック（本発明の「電圧調整器」の一例）２１と、計測部３０とを備える。尚、ここで言う６ｋＶ級というのは試験対象の電圧階級が６ｋＶであり、昇圧トランス１１や結合コンデンサ１５が６ｋＶ相当の試験電圧を印加する場合を想定して耐圧や容量の設計がされていて、それ以上の電圧階級の試験を想定していないことを意味する。

昇圧トランス１１の二次側には、抑制インピーダンス１７を介して、供試物Ｍに試験電圧を印加する出力端子Ｐが接続されている。抑制インピーダンス１７は、供試物Ｍから発生した放電パルスが電源側に流出するのを抑制するものである。

検出インピーダンス１３は出力端子Ｐに接続された供試物から放電パルスを検出するものであり、昇圧トランス１１の二次側において、結合コンデンサ１５の接地側の端子と大地との間に接続されている。尚、検出インピーダンス１３は可変インピーダンスであり、供試物Ｍの静電容量、結合コンデンサ１５と共に共振回路を構成し、４００ｋＨｚの周波数で高感度になるようにインピーダンスの値が調整される。

スライダック２１は昇圧トランス１１の一次側に設けられ、昇圧トランス１１の出力電圧を調整する機能を果たす。また、図１における符号２３は、保護スイッチである。

そして、検出インピーダンス１３には、同軸ケーブルを介して計測器３０が接続されていて、検出インピーダンス１３の検出信号である電圧パルスを計測する構成となっている。

以上のことから、出力端子Ｐに供試物Ｍを接続した後、昇圧トランス１１により供試物Ｍに試験電圧を印加したときの、検出インピーダンス１３の検出信号を計測器３０にて計測することで、供試物Ｍの部分放電を検出できる。すなわち、供試物Ｍにボイドやき裂などの欠陥が存在していたり、樹脂表面が汚損されたりしていると、試験電圧の印加により放電パルスが発生し、この放電パルスが、供試物Ｍ、検出インピーダンス１３、結合コンデンサ１５よりなる閉回路を流れて、検出インピーダンス１３に放電パルスの放電量に応じた電圧パルスが発生する。そのため、電圧パルスを計測することで、供試物Ｍの部分放電を検出できる。

尚、実際には、計測器３０から放電パルスの電荷量を読み取ることができ、放電パルスの電荷量に基づいて部分放電の有無を検出することとしている。具体的に説明すると、部分放電測定では測定に先立ち、校正を行う。校正は、既知の電荷（具体例としては５０ｐＣ）を供試物Ｍの電極間に注入し、注入した電荷と計測器の指示値（電圧パルス）との間の換算係数を求めるものである。そして、計測器３０では、この換算係数を用いて、電圧パルスを電荷量に変換していて、表示座標軸として、横軸を時間軸、縦軸を放電パルスの電荷量とするモニタ３５上に電圧パルスを表示するので、モニタ３５から放電パルスの電荷量を読み取ることが出来る。

次に部分放電検出装置１では、図１、図２に示すように、スライダック２１と保護スイッチ２３を一の金属ケース２０Ａに収容して低圧ユニット２０としている。一方、昇圧トランス１１と抑制インピーダンス１７と結合コンデンサ１５をやはり一の金属ケース１０Ａに収容して高圧ユニット１０としている。

このように、高圧側の回路からスライダック２１を分離して別ユニット化しておくことで、試験時の安全性が高まる。というのも、スライダック２１を別ユニットにしておけば、電圧調整用の操作子（ダイヤル）２７の位置が、高圧ユニット１０の出力端子Ｐから遠くなるので、ダイヤル２７の操作中や、表示器２８の表示を確認する際に、作業者が万が一にも、出力端子Ｐに触れる恐れがないからである。尚、金属ケース２０Ａが本発明の「第一金属ケース」に対応し、金属ケース１０Ａが本発明の「第二金属ケース」に対応する。

また、部分放電検出装置１は、電圧階級を６ｋＶ（詳しくは６．６ｋＶ）に限定していることから、昇圧トランス１１や結合コンデンサ１５の商用周波耐電圧が２２ｋＶ程度あればよい。そのため、これら昇圧トランス１１や結合コンデンサ１５として小型のものを使用することが可能となり、高圧ユニット１０の重量をわずか２０ｋｇ程度にすることができた。また、低圧ユニット２０、計測器３０、検出インピーダンス１３の重量も概ね１５ｋｇであることから、装置全体の重量は、３５ｋｇ程度である。

このように部分放電検出装置１は、従来装置に比べて大幅な重量減を実現しており、可搬性に優れる。そのため、以下説明する受電設備Ｚへの持ち込みが可能となったことから、受電設備Ｚの部分放電検査が実施可能となった。

＜受電設備の部分放電検査方法＞
受電設備Ｚは、電力会社から受電した電力を負荷設備に適した電圧に変換するとともに、配電線Ｌの事故時の負荷設備の保護をし、内部事故が波及事故につながることを防止する需要家の電気工作物である。

図３に示すように、受電設備Ｚは、高圧交流開閉器ＰＡＳを介して配電線Ｌに接続されており、母線Ｌ０から４本の引き出し線Ｌ１〜Ｌ４を引き出している。引き出し線Ｌ１には、高圧交流負荷開閉器ＬＢＳを介して三相モールドトランスＴ１が接続され、引き出し線Ｌ２には、高圧カットアウトＰＣを介して単相モールドトランスＴ２が接続されている。また、引き出し線Ｌ３には、高圧交流負荷開閉器ＬＢＳを介して直列モールドリアクトルＳＲ及び電力用コンデンサＳＣが接続され、引き出し線Ｌ４には、高圧カットアウトＰＣを介して直列モールドリアクトルＳＲ及び電力用コンデンサＳＣが接続されている。

また、母線Ｌ０には、断路器ＤＳと真空遮断器ＶＣＢが設けられるともに、計器用変圧変流器ＶＣＴや、計器用変流器ＣＴが設けられている。計器用変流器ＣＴは、母線Ｌ０に流れる電流を検出して過電流継電器ＯＣＲを動作させるものであり、図中のＴＣは、引き外しコイルである。また、図３中のＬＡは避雷器、ＰＦは高圧限流ヒューズ、ＶＴは計器用変圧器である。

そして、本実施形態では、図４に示すように、配電線Ｌを通じた電力の供給が停止している時（停電中）に、受電設備Ｚの母線Ｌ０に対して部分放電検出装置１を接続して、母線Ｌ０に対して試験電圧「一例として３８１０Ｖ×（１．０〜１．５）」を出力端子Ｐより印加することで、受電設備Ｚを構成する電気機器、具体的には、三相モールドトランスＴ１、単相モールドトランスＴ２、高圧交流負荷開閉器ＬＢＳ、高圧カットアウトＰＣ、真空遮断器ＶＣＢ、断路器ＤＳ、計器用変流器ＣＴ、計器用変圧器ＶＴ、直列モールドリアクトル等から部分放電が発生しているか否かを同時に検査できる。

というのも、列記した上記各電気機器には、母線Ｌ０を介して試験電圧が一斉にかかるので、いずれか一の電気機器から部分放電が発生していれば、図５に示すような電圧パルスが計測器３０にて計測され、これとは反対に、全電気機器とも部分放電が発生していない場合には、電圧パルスが計測されないからである。尚、部分放電が発生しているかどうかの判定は、閾値（一例として、５０ｐＣ）以上の電荷量の電圧パルスが計測された場合に、部分放電発生と判定すればよい。

また、放電源にて部分放電が起きると、それに伴って超音波が発生することが知られている。本実施形態では、計測器３０にて電圧パルスが計測された場合に、各電気機器から発生する超音波のレベルを、非接触式の超音波検出器５０を用いて計測する。これにより、放電源（音源）、すなわち部分放電を起こした電気機器を特定することができる。尚、超音波検出器５０の受信周波数は４０ｋＨｚであり、好ましくは指向性に優れたものがよい。

そして、超音波検出器５０にて放電源となる電気機器を特定することが出来たら、次に、超音波検出器５０を特定した電気機器に向けたまま、スライダック２１にて試験電圧のレベルを上げ下げすることで、特定した電気機器が本当に放電源であるか、確認できる。

すなわち、放電源が電気機器の部分放電によるものであれば、試験電圧を下げてゆくと、ボイドやき裂の放電電圧を下回る時点で、超音波は検出されなくなる。その後、今度は試験電圧を上げてゆけば、ボイドやき裂の放電電圧を超えた時点で、再び部分放電が始まる。従って、試験電圧を上げ下げに対応して、超音波が消滅／再発生すれば、その電気機器が部分放電を起こしていると確認できる。

このように、本実施形態では、受電設備Ｚを構成する電気機器から部分放電が発生しているかどうかを一度の試験で検査できる。そのため、各電気設備を個々に検査する場合に比べて、検査に要する時間を大幅に短縮できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、高圧ユニット１０の一例として、金属ケース１０Ａ内に昇圧トランス１１と抑制インピーダンス１７と結合コンデンサ１５を収容したものを例示したが、高圧ユニット１０は、少なくとも昇圧トランス１１と結合コンデンサ１５が含まれていればよく、例えば、昇圧トランス１１、抑制インピーダンス１７、結合コンデンサ１５に加えて検出インピーダンス１３を金属ケース１０Ａ内に収める構成にしてもよい。

（２）上記実施形態では、部分放電検出装置１の構成例として、抑制インピーダンス１７を設けたものを例示したが、抑制インピーダンス１７は廃止してもよい。

１…部分放電検出装置
１０…高圧ユニット
１０Ａ…金属ケース
１１…昇圧トランス
１３…検出インピーダンス
１５…結合コンデンサ
２０…低圧ユニット
２０Ａ…金属ケース
２１…スライダック（本発明の「電圧調整器」に相当）
３０…計測器（本発明の「計測部」に相当）
５０…超音波検出器

Claims (3)

1. ６ｋＶ級樹脂絶縁タイプの電気機器の部分放電検出装置であって、
   検査対象の前記電気機器に対して試験電圧を印加する６ｋＶ級の昇圧トランスと、
   前記昇圧トランスの一次側に設けられ、前記昇圧トランスの出力電圧を調整する電圧調整器と、
   前記電気機器の放電パルスを検出する検出インピーダンスと、
   前記検出インピーダンスに対して直列的に接続される６ｋＶ級の結合コンデンサと、
   前記検出インピーダンスの検出信号である電圧パルスを計測する計測部とを備えてなり、
   前記電圧調整器を第一金属ケースに収容して低圧ユニットとし、
   前記昇圧トランスと前記結合コンデンサとを第二金属ケースに収容して高圧ユニットとしたことを特徴とする６ｋＶ級樹脂絶縁タイプの電気機器の部分放電検出装置。
2. ６ｋＶ級樹脂絶縁タイプの電気機器を、導体を介して、複数接続してなる受電設備の部分放電検査方法であって、
   前記受電設備の導体に対して請求項１に記載の部分放電検出装置の前記昇圧トランスにより試験電圧を印加して、請求項１に記載の部分放電検出装置の前記計測部により前記検出インピーダンスの検出信号である電圧パルスを計測することにより、前記受電設備を構成する電気機器から部分放電が発生しているか否かを検査することを特徴とする受電設備の部分放電検査方法。
3. 請求項２に記載の受電設備の部分放電検査方法であって、
   前記計測部により電圧パルスが計測されることを条件に、放電パルスの放電源となる電気機器を、超音波検出器を用いて特定することを特徴とする請求項２に記載の受電設備の部分放電検査方法。

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