JP2015021929A - 部分放電測定器及び部分放電測定器用の校正器 - Google Patents

Abstract

【課題】インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む電圧を試験電圧として測定対象物に印加したときに、部分放電に起因する電気信号を精度良く検出することができる部分放電測定器を提供する。【解決手段】部分放電測定器１Ａは、電圧発生器１０、検出回路２０、及びフィルタ部３１を備える。電圧発生器１０は、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む試験電圧ＨＶを測定対象物ＳＰの一対の測定点Ｐ１，Ｐ２に印加する。検出回路２０は、一対の測定端子２１ａ，２１ｂ間に直列に接続された容量素子２２及びインピーダンス素子２３を有し、インピーダンス素子２３の両端に生じる電位差Ｖａを出力する。フィルタ部３１は、電位差Ｖａに含まれる、１０５ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下の周波数成分を通過させる。【選択図】図１

Description

本発明は、部分放電測定器及び部分放電測定器用の校正器に関するものである。

特許文献１には、モータ巻線ターン間の部分放電を測定する方法が開示されている。この方法では、インバータ駆動時にモータ端で観測されるサージ電圧の立ち上がり時間に相当する立ち上がり時間及び立ち下がり時間を有するサージ電圧を、５０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの周期にてモータの巻線に繰り返し印加しながら、モータの巻線ターン間の部分放電電流を検出する。

特許第４４１８３２０号公報

測定対象物の絶縁体に生じる部分放電（ボイド放電、沿面放電及びコロナ放電）を測定するための部分放電測定器として、測定対象物に試験電圧を印加し、その際に該測定対象物において検出される電荷等の電気信号に基づいて、部分放電の発生の有無を測定するものがある。例えば、電力機器における部分放電を測定する際の規格としてＩＥＣ６０２７０：２０００があり、また、電気学会の電気規格調査会標準規格ＪＥＣ−０４０１−１９９０がある。これらの規格では、試験電圧として、周波数４００Ｈｚ以下（例えば商用周波数５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ）の正弦波交流電圧又は直流電圧が用いられる。

その一方で、例えばモータを駆動するインバータ電圧などのインパルス波や矩形波を含む電圧によって、部分放電が生じる場合がある。このような部分放電を測定するためには、インパルス波や矩形波を含む電圧（例えばインバータサージ電圧）を試験電圧として測定対象物に印加しつつ、部分放電に起因する電気信号を検出することが考えられる。しかしながら、インパルス波や矩形波を含む試験電圧は、上述した正弦波交流電圧等と異なり、直流成分（０Ｈｚ）から高周波成分（例えば数十ＭＨｚ）に亘って広範な周波数成分を含んでいる。この広範な周波数成分は、高レベルの雑音信号として部分放電測定器に入力される。一方、部分放電によって生じる電気信号は、試験電圧と比較して極めて小さい。従って、部分放電によって生じる電気信号を精度良く検出することは極めて困難である。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む電圧を試験電圧として測定対象物に印加したときに、部分放電に起因する電気信号を精度良く検出することができる部分放電測定器を提供することを目的とする。また、本発明は、この部分放電測定器の校正を行うための校正器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明による部分放電測定器は、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む試験電圧を測定対象物の一対の測定点に印加する電圧発生器と、測定対象物の一対の測定点にそれぞれ短絡される一対の測定端子、並びに該一対の測定端子間に直列に接続された容量素子及びインピーダンス素子を有し、インピーダンス素子の両端に生じる電位差を出力する検出回路と、電位差に含まれる、１０５ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタとを備え、予め用意された、周波数成分の電圧値の大きさと放電電荷量との関係に基づいて、バンドパスフィルタを通過した周波数成分の電圧値の大きさから放電電荷量を求めることを特徴とする。

この部分放電測定器では、電圧発生器が、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む電圧を、試験電圧として測定対象物に印加する。これにより生じた部分放電に起因する電荷等の電気信号は、検出回路においてインピーダンス素子の両端電位差として現れる。しかしながら前述したように、この両端電位差には、試験電圧の広範な周波数成分に起因する雑音信号が含まれている。

そこで、この部分放電測定器では、バンドパスフィルタが、上記の両端電位差に含まれる１０５ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下の周波数成分を通過させ、それ以外の周波数成分を抑制する。本発明者は、広範な雑音信号が含まれる両端電位差の中から、上記の周波数成分を取り出すことによって、部分放電に起因する信号を効果的に検出し得ることを見出した。すなわち、上記の部分放電測定器によれば、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む電圧を試験電圧として測定対象物に印加したときに、部分放電に起因する電気信号を精度良く検出することができる。

また、本発明による部分放電測定器用の校正器は、上記の部分放電測定器における周波数成分の電圧値の大きさと放電電荷量との関係を求めるための校正器であって、所定の放電電荷量に相当する大きさの校正用パルス電流を検出回路の一対の測定端子に供給する回路を備え、校正用パルス電流の立ち上がり時間が９ナノ秒以下であることを特徴とする。この校正器を用いて校正用パルス電流を検出回路の一対の測定端子間に供給すると、前述したインピーダンス素子の両端に、該校正用パルス電流に応じた電位差が生じ、所定の周波数成分のみがバンドパスフィルタを通過し、次段の増幅部で増幅される。この周波数成分の電圧値の大きさは、既知である所定の放電電荷量に相当する。従って、この周波数成分の電圧値の大きさを検出することにより、周波数成分の電圧値の大きさと放電電荷量との関係を知ることができる。

本発明による部分放電測定器及び部分放電測定器用の校正器によれば、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む電圧を試験電圧として測定対象物に印加したときに、部分放電に起因する電気信号を精度良く検出することができる。

本発明の一実施形態に係る部分放電測定器の構成を概念的に示すブロック図である。 試験電圧の一例として、モータを駆動する為にインバータから出力される、矩形波状の電圧波形を示す図である。 （ａ）絶縁体内部の空隙（ボイド）において生じる部分放電の等価回路である。（ｂ）絶縁体表面において生じる部分放電（沿面放電）の等価回路である。（ｃ）針端−平板間において生じる部分放電（コロナ放電）の等価回路である。 図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に基づいて典型化された、部分放電の等価回路である。 本実施形態の校正器の構成を示す回路図である。 インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む試験電圧の周波数分布、従来の試験電圧（正弦波交流電圧）の周波数分布、及び部分放電信号の周波数分布の典型例を概念的に示すグラフである。 （ａ）部分放電電流を測定する場合の回路構成を模式的に示す図である。（ｂ）インピーダンス素子の両端電位差を測定する場合の回路構成を模式的に示す図である。 部分放電測定器の実施例として、フィルタ部を経て増幅部から出力された測定周波数成分の波形を示す図である。 部分放電測定器の実施例として、フィルタ部を経て増幅部から出力された測定周波数成分の波形を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による部分放電測定器及び部分放電測定器用の校正器の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る部分放電測定器１Ａの構成を概念的に示すブロック図である。図１に示されるように、本実施形態の部分放電測定器１Ａは、測定対象物ＳＰに発生する部分放電の大きさ（放電電荷量）を測定する装置であって、電圧発生器１０と、検出回路２０と、信号処理部３０と、結果表示部４０とを備えている。測定対象物ＳＰは、絶縁体及び導電体の双方を有するものであって、例えばツイストペア線やモータ巻線、シールド付きコード等、種々の被膜付き導電体が挙げられる。一例では、被膜は樹脂材料（ポリアミドイミド等）を含む。

電圧発生器１０は、試験電圧ＨＶを測定対象物ＳＰの一対の測定点Ｐ１，Ｐ２に印加する。なお、本実施形態では、低電圧側の測定点Ｐ２は接地電位に接続されている。試験電圧ＨＶは、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む電圧であり、その大きさは例えば±５ｋＶである。図２は、試験電圧ＨＶの一例として、モータを駆動する為にインバータから出力される、矩形波状の電圧波形を示す図である。この矩形波状の試験電圧ＨＶは、電圧一定の平坦部分Ａ₁と、立ち上がり部分Ａ₂と、立ち下がり部分Ａ₃とを含んでいる。平坦部分Ａ₁の時間幅ｔ₁は任意であり、一例としては１マイクロ秒〜１ミリ秒である。この時の矩形波電圧の周波数は任意に調整可能な１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚである。また、矩形波状電圧波形の立ち上がり部分Ａ_２の立ち上り時間ｔ₂、及び立ち下がり部分Ａ₃の立ち下がり時間ｔ₃は、一例としては各々５０ナノ秒である。立ち上り時間ｔ₂、及び立ち下がり時間ｔ₃は波頭値の１０％〜９０％の値である。

上記のように、試験電圧ＨＶがインパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む場合、電圧が立ち上がる（若しくは立ち下がる）瞬間に、急峻なサージ電圧（尖頭波形、図中の部分Ａ₄）を発生することができる。本実施形態では、このようなサージ電圧もまた、試験電圧ＨＶの一部として利用する。

再び図１を参照する。検出回路２０は、試験電圧ＨＶの印加によって測定対象物ＳＰに生じる部分放電の大きさ（放電電荷量）に応じた電圧信号Ｖａを生成するための回路である。検出回路２０は、一対の測定端子２１ａ，２１ｂと、容量素子２２と、インピーダンス素子２３とを有している。一対の測定端子２１ａ，２１ｂは、測定対象物ＳＰの一対の測定点Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ短絡され、測定点Ｐ１，Ｐ２間の電圧値を入力する。容量素子２２及びインピーダンス素子２３は、一対の測定端子２１ａ，２１ｂ間において互いに直列に接続されている。具体的には、容量素子２２の一方の電極が測定端子２１ａに接続され、容量素子２２の他方の電極がインピーダンス素子２３の一端に接続され、インピーダンス素子２３の他端が測定端子２１ｂに接続されている。検出回路２０は、インピーダンス素子２３の両端間に生じる電位差を、部分放電の大きさ（放電電荷量）を示す電圧信号Ｖａとして信号処理部３０へ出力する。なお、電圧信号Ｖａの大きさは、例えば数十ｍＶである。

信号処理部３０は、検出回路２０から出力された電圧信号Ｖａの処理を行う回路である。本実施形態の信号処理部３０は、フィルタ部３１と、減衰器３２と、増幅部３３とを含んでいる。フィルタ部３１は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を組み合わせて構成されており、全体として、所定帯域の周波数成分を通過するバンドパスフィルタとして機能する。本実施形態のフィルタ部３１の低周波側のカットオフ周波数は１０５ＭＨｚであり、高周波側のカットオフ周波数は１５０ＭＨｚである。すなわち、フィルタ部３１は、１０５ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下の周波数成分を通過させるとともに、１０５ＭＨｚ未満及び１５０ＭＨｚより高い周波数成分を減衰する。フィルタ部３１の高周波側のカットオフ周波数は、より好ましくは１３０ＭＨｚであり、最も好ましくは１２０ＭＨｚである。なお、ここでいうカットオフ周波数とは、フィルタ処理後の電圧信号Ｖａの大きさが−６ｄＢとなるときの周波数を意味する。

減衰器３２は、フィルタ部３１を通過した電圧信号Ｖａの周波数成分（以下、測定周波数成分という）を、必要に応じて減衰する。一例では、減衰器３２の減衰率として、１／１（すなわち減衰なし）及び１／１０が必要に応じて操作者により切り替えられる。このような減衰率の切り替えは、後述する測定結果の倍率の切り替え手段として利用される。

増幅部３３は、第１アンプ３３ａ及び第２アンプ３３ｂを含んでいる。第１アンプ３３ａは、増幅率を調整可能なように構成された可変ゲインアンプである。増幅部３３は、フィルタ部３１及び減衰器３２を通過した測定周波数成分を、所定の増幅率でもって増幅する。ここで、所定の増幅率は、予め用意される、測定周波数成分の電圧値の大きさと、部分放電により生じた放電電荷量との関係によって決定される。

測定周波数成分の大きさと放電電荷量との関係は、種々の測定条件に左右される。例えば、測定対象物ＳＰの絶縁体内部の空隙（ボイド）において生じる部分放電を測定する場合、放電電荷量が同じであっても、後述する図４の静電容量６１と静電容量６２との静電容量値の差異によって大きさが異なる。従って、本実施形態では、後述する校正器を用いて、当該測定対象物ＳＰに特有の測定周波数成分の大きさと放電電荷量との関係を予め求め、その関係に基づいて、増幅部３３の増幅率を決定する。したがって、増幅部３３を通過した後の測定周波数成分の電圧値の大きさは、放電電荷量を正確に表した値となる。

増幅部３３によって増幅された測定周波数成分Ｖｂは、結果表示部４０へ出力される。なお、本実施形態では、測定周波数成分Ｖｂの電圧値は、モニタ端子３４を介して部分放電測定器１Ａの外部から観測可能とされている。

結果表示部４０は、信号処理部３０から得られた測定周波数成分Ｖｂの電圧値の大きさを、放電電荷量として表示する。本実施形態の結果表示部４０は、レベルメータ４１と、ピークホールドメータ（保持回路）４２と、レベル選択スイッチ４３ａと、Ｆ−Ｖ変換器４３ｂと、レートメータ４４と、リレー４５と、出力端子４６とを有している。レベルメータ４１は、信号処理部３０から出力された測定周波数成分Ｖｂを入力し、その周波数成分の電圧値の大きさと複数の閾値とを比較することにより、その周波数成分の電圧値の大きさが複数レベル（例えば１０レベル）のうち何れのレベルの閾値まで達したかを判定する。レベルメータ４１は、何れの閾値に達したかを判定した結果を、例えばＬＥＤ等の表示手段によって視覚的に示す。ピークホールドメータ４２は、レベルメータ４１から判定結果を受け取り、所定の期間内に生じた最も高いレベルを保持する。ピークホールドメータ４２は、保持しているレベルを、例えばＬＥＤ等の表示手段によって視覚的に示す。

信号処理部３０から出力される測定周波数成分Ｖｂは、部分放電が発生する毎に、パルス状の信号として繰り返し発生する。そして、そのパルス状の信号がレベルメータ４１に入力される。レベルメータ４１の次段に設けられたレベル選択スイッチ４３ａでは、各レベルの任意の１ヶ所を選択できる。Ｆ−Ｖ変換器４３ｂは、レベル選択スイッチ４３ａで選択された任意レベルを示す信号を入力し、その繰り返し周期を示す電圧信号Ｖｃを生成する。この電圧信号Ｖｃは、上記任意レベル以上に相当する部分放電の発生頻度を表す。電圧信号Ｖｃは、出力端子４６を介して部分放電測定器１Ａの外部へ出力される。また、レートメータ４４は、電圧信号Ｖｃを入力し、アナログメータリレーによって発生頻度の値を視覚的に表示する。

リレー４５は、電圧信号Ｖｃが規定の大きさに到達すると、接点を閉じる。このリレー４５の接点が閉じられることは、例えば長時間の試験の際に、所定の大きさの部分放電が規定の頻度を超えて発生したことを示す。リレー４５の両端子には、部分放電測定器１Ａの外部に設けられる回路が接続され、その接点の開閉状態が検出される。したがって、リレー４５の接点が閉じた場合、レベル選択スイッチ４３ａで選択された部分放電レベル以上で、かつ発生頻度がメータリレーの設定指針で設定した値以上あることを表すので、測定対象物ＳＰの良否判別などに使用できる。

続いて、本実施形態の部分放電測定器１Ａに用いられる校正器の構成について説明する。この校正器は、部分放電測定器１Ａにおいてモニタ端子３４から出力される測定周波数成分の電圧値の大きさと、放電電荷量との関係を求めるために使用される。

まず、校正器の構成の基礎となる、部分放電の等価回路について説明する。図３（ａ）は、絶縁体内部の空隙（ボイド）において生じる部分放電の等価回路である。また、図３（ｂ）は、絶縁体表面において生じる部分放電（沿面放電）の等価回路である。また、図３（ｃ）は、針端−平板間において生じる部分放電（コロナ放電）の等価回路である。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示される等価回路では、一対の測定点Ｐ１，Ｐ２の間に静電容量６１（容量値Ｃａ）が存在しており、また、この静電容量６１とは並列に、静電容量６２（容量値Ｃｂ）及び静電容量６３（容量値Ｃｃ）からなる直列要素が存在している。静電容量６３は、空隙（ボイド）や沿面の静電容量を表しており、静電容量６２は、その上下における絶縁体の静電容量を表している。また、静電容量６１は、部分放電が発生しない健全な部分における絶縁体の静電容量を表している。

図４は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に基づいて典型化された、部分放電の等価回路である。図４に示されるように、この等価回路では、一対の測定点Ｐ１，Ｐ２の間に上述した静電容量６１が存在しており、また、この静電容量６１とは並列に、静電容量６２、６３からなる直列要素が存在している。更に、静電容量６３と並列に放電電極６４が等価的に示されている。この等価回路において測定点Ｐ１，Ｐ２の間に試験電圧ＨＶが印加されると、放電電極６４において部分放電が生じる。このとき、部分放電の放電電圧ΔＶは、次の数式（１）によって表される。

また、このときの放電電荷量Ｑは、次式（２）によって表される。

ここで、容量値Ｃａは容量値Ｃｂよりも十分に大きいので、上記数式（２）は、次のように近似される。

また、部分放電発生時の端子電圧（すなわち測定点Ｐ１，Ｐ２間の電圧）δＶは、次の数式（４）によって表される。なお、数式中の近似は、容量値Ｃａが容量値Ｃｂよりも十分に大きいことに因るものである。

数式（３）に示されたように、放電電荷量Ｑは、放電電圧ΔＶと容量値Ｃｂとの積で表される。従って、校正器において放電電荷量Ｑを模擬するためには、放電電圧ΔＶ及び容量値Ｃｂに相当する要素を回路に組み込むとよい。

図５は、本実施形態の校正器２Ａの構成を示す回路図である。この校正器２Ａは、所定の放電電荷量Ｑに相当する大きさの校正用パルス電流を、検出回路２０の一対の測定端子２１ａ，２１ｂ間に供給するための装置である。図５に示されるように、校正器２Ａは、可変直流電源５１と、電圧計５２と、抵抗５３及び５４と、容量素子５５と、スイッチ素子５６と、容量素子５７と、マイナス側出力端子５８ａと、プラス側出力端子５８ｂとを備えている。

可変直流電源５１は、上述した放電電圧ΔＶの電圧値に相当する直流電圧Ｖを発生する電源であって、直流電圧Ｖの大きさが操作者によって変更可能なように構成されている。可変直流電源５１のプラス側端子は、プラス側出力端子５８ｂに接続されている。電圧計５２は、直流電源５１の両端子間に接続され、直流電圧Ｖの電圧値を示す。

抵抗５３の一端は直流電源５１のマイナス側端子に接続されており、抵抗５３の他端と直流電源５１のプラス側端子との間には、容量素子５５及び抵抗５４が直列に接続されている。更に、抵抗５３の他端と直流電源５１のプラス側端子との間には、スイッチ素子５６が接続されている。このスイッチ素子５６は、直流電源５１のプラス側端子とマイナス側端子とを抵抗５３を介して短絡するものである。スイッチ素子５６としては、例えばトランジスタ等の半導体スイッチが好適に用いられる。スイッチ素子５６の制御端子（スイッチ素子５６がトランジスタの場合はベース端子）には、所定の周期Ｔを有するパルス状のスイッチ駆動用信号Ｓが、発振器５９から提供される。所定の周期Ｔは、試験電圧ＨＶ（図２を参照）の周期に準じて決定され、例えば２０ｍｓ（５０パルス毎秒）である。

容量素子５７は、図４に示された静電容量６２に相当する容量成分であって、その一方の電極が抵抗５３の他端に接続され、他方の電極がマイナス側出力端子５８ａに接続されている。スイッチ素子５６が開いている状態のとき、容量素子５７には直流電圧Ｖに比例する電荷が蓄えられる。そして、スイッチ素子５６が閉じられると、容量素子５７に蓄えられた電荷は、校正用パルス電流として出力端子５８ａ及び５８ｂから出力される。

容量素子５７の容量値Ｃｂ_１は、例えば１０ピコファラドである。また、直流電圧Ｖは、例えば０〜１０Ｖである。このとき、出力端子５８ａ及び５８ｂからは、０〜１００ｐＣの電荷が校正用パルス電流として出力される。なお、出力端子５８ａ及び５８ｂから出力される電荷量ｑと、容量素子５７の容量値Ｃｂ_１と、直流電圧Ｖとの間には、以下の関係がある。

また、本実施形態の校正器２Ａにおいて、校正用パルス電流の立ち上がり時間は９ナノ秒以下であり、一実施例では７ナノ秒である。前述したように、部分放電測定器１Ａでは、フィルタ部３１の低周波側のカットオフ周波数が１０５ＭＨｚとなっている。従って、校正器２Ａには、このカットオフ周波数を超えるような、立ち上がり時間が極めて短い校正用パルス電流を出力することが望まれる。本実施形態の校正器２Ａは、スイッチ素子５６として、例えば半導体スイッチ素子のような動作速度が極めて速いものを用いることにより、このような校正用パルス電流の立ち上がり時間を可能としている。

この校正器２Ａを用いて部分放電測定器１Ａの校正を行う際には、出力端子５８ａ及び５８ｂを部分放電測定器１Ａの測定端子２１ａ及び２１ｂに短絡させた状態で、校正用パルス電流を出力する。このとき、部分放電測定器１Ａでは、或る大きさの測定周波数成分がフィルタ部３１を経て増幅部３３を通過する。校正器２Ａから出力される校正用パルス電流の電荷量は既知なので、この測定周波数成分の大きさを該電荷量と関連付けることにより、測定周波数成分の電圧値の大きさと、放電電荷量との関係が求められる。

以上に説明した、本実施形態の部分放電測定器１Ａ及び校正器２Ａによって得られる効果について説明する。本実施形態の部分放電測定器１Ａでは、電圧発生器１０が、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む電圧を、試験電圧ＨＶとして測定対象物ＳＰに印加する。これにより生じた部分放電に起因する電荷等の電気信号は、検出回路２０においてインピーダンス素子２３の両端電位差（電圧信号Ｖａ）として現れる。しかしながら、この電圧信号Ｖａには、試験電圧ＨＶの広範な周波数成分に起因する雑音信号が含まれている。このような広範な雑音信号は、試験電圧として商用周波数（５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ）の正弦波交流電圧を用いる従来の部分放電測定器では存在しなかったものである。

ここで、図６は、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む試験電圧ＨＶの周波数分布（グラフＧ１１）、及び従来の試験電圧（正弦波交流電圧）の周波数分布（グラフＧ１２）の典型例を概念的に示すグラフである。また、図６には、部分放電の周波数分布（グラフＧ１３）が併せて示されている。本発明者の知見によれば、部分放電の周波数分布は、グラフＧ１３に示されるように、０Ｈｚに近い低周波域から１ＧＨｚを超える超高周波域に亘って存在している。

従来の試験電圧は、グラフＧ１２に示されるように、数百Ｈｚ以下の低い周波数域に局所的な周波数分布を有するのみである。従って、従来の部分放電測定器では、試験電圧に起因する雑音信号が数百Ｈｚ以上の周波数域に現れないので、電圧信号Ｖａに例えば１０ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ（図中の周波数範囲Ｂ_２）のバンドパスフィルタを施すことによって、部分放電を好適に測定することができる。

これに対し、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む試験電圧ＨＶは、グラフＧ１１に示されるように、０Ｈｚに近い低周波から数十ＭＨｚといった高周波に亘る広範な周波数分布を有している。そして、この広範な周波数範囲に亘って雑音信号が現れ、その雑音信号が電圧信号Ｖａに重畳する。従って、１０ｋＨｚ〜数百ｋＨｚのバンドパスフィルタを備える従来の部分放電測定器では、雑音信号の影響により、部分放電を測定することが不可能となる。

そこで、本実施形態の部分放電測定器１Ａでは、フィルタ部３１（バンドパスフィルタ）が、電圧信号Ｖａに含まれる１０５ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下の周波数成分（図中の周波数範囲Ｂ_１）を通過させ、それ以外の周波数成分を抑制する。本発明者は、鋭意研究の末、従来の部分放電測定器の測定周波数よりも格段に高い１０５ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下という周波数帯域において、雑音信号の影響を抑えつつ、部分放電に起因する信号を効果的に抽出し得ることを見出した。すなわち、広範な雑音信号が含まれる電圧信号Ｖａの中からこのような周波数成分を取り出すことによって、部分放電に起因する信号を精度良く検出することができる。

上記のように、本実施形態の部分放電測定器１Ａによれば、インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む電圧を試験電圧ＨＶとして測定対象物ＳＰに印加したときに、部分放電に起因する電気信号を精度良く検出することができる。

また、本実施形態による校正器２Ａは、所定の放電電荷量に相当する大きさの校正用パルス電流を検出回路２０の一対の測定端子２１ａ，２１ｂに供給する回路を備えており、校正用パルス電流の立ち上がり時間が９ナノ秒以下となっている。このような校正器２Ａによって、上述した部分放電測定器１Ａの校正を正確に行うことが可能となる。

ところで、本実施形態の部分放電測定器１Ａでは、部分放電の大きさを示す信号として、インピーダンス素子２３の両端電位差を測定している。これに対し、特許文献１に記載された方法では、部分放電によって生じる電流を測定している。図７（ａ）は、部分放電電流を測定する場合の回路構成を模式的に示す図である。また、図７（ｂ）は、インピーダンス素子２３の両端電位差を測定する場合の回路構成を模式的に示す図である。なお、図中において、容量素子２４は回路ループ構成用の容量素子（側路コンデンサ）であり、容量成分２５は測定対象物ＳＰの静電容量である。

図７（ａ）に示されるように、カレントトランス７１を備える電流測定回路７２を用いて部分放電電流の大きさを測定する場合、カレントトランス７１が電磁雑音のアンテナとして作用してしまう。従って、外部からの電磁雑音をカレントトランス７１が受け、部分放電の測定精度が低下してしまう。これに対し、図７（ｂ）に示される構成では、電磁雑音を拾うコイルや鉄心を電圧測定回路７３が必要としないので、外部からの電磁雑音の影響を受けにくく、部分放電の大きさを精度良く測定することができる。

（実施例）
続いて、上記実施形態による部分放電測定器１Ａの一実施例について、図８及び図９を参照しつつ説明する。図８及び図９において、グラフＧ２１は試験電圧ＨＶの波形であり、グラフＧ２２は増幅部３３から出力された測定周波数成分Ｖｂの波形である。また、測定対象物ＳＰはポリアミドイミド被膜ツイストペア線である。

図８（ａ）は、校正器２Ａを用いて校正用パルス電流（１００ｐＣ）を入力したときに、増幅部３３から出力された測定周波数成分Ｖｂの波形である。図中に示されるように、このとき、測定周波数成分の大きさは４０ｍＶであった。この時の試験電圧ＨＶは０Ｖである。

図８（ｂ）は、試験電圧ＨＶを±３９０Ｖとしたときに、増幅部３３から出力された測定周波数成分Ｖｂの波形である。この試験電圧ＨＶでは、部分放電は発生しない。なお、グラフＧ２２に示されるように、測定周波数成分には、３０ｍＶ程度の小さな雑音信号が観測された。

図９（ａ）は、試験電圧ＨＶを±５８０Ｖとしたときに、増幅部３３から出力された測定周波数成分Ｖｂの波形である。このとき、試験電圧ＨＶの立ち上がり時及び立ち下がり時に尖頭波形Ａ₄を発生させたところ、試験電圧ＨＶの立ち上がり時及び立ち下がり時に、測定周波数成分において２００ｍＶ以上の部分放電波形Ｄが発生した。なお、２００ｍＶを放電電荷量Ｑに換算すると、５００ｐＣである。この時の試験電圧は、部分放電の開始電圧である。

図９（ｂ）は、図９（ａ）に示された尖頭波形Ａ₄の頂部及び部分放電波形Ｄの時間軸を拡大し、電圧波形Ｇ２２のピーク値（１５２０ｍＶ）を正確に得るために軸感度を低下させたものを示している。図９（ｂ）に示されるように、尖頭波形Ａ₄が最初にピークに達した瞬間に、測定周波数成分において１５２０ｍＶもの部分放電波形Ｄが発生していた。１５２０ｍＶを放電電荷量Ｑに換算すると、３８００ｐＣである。

本実施例のように、上記実施形態の部分放電測定器１Ａ及び校正器２Ａによれば、部分放電の放電電荷量を精度良く測定することができる。

１Ａ…部分放電測定器、２Ａ…校正器、１０…電圧発生器、２０…検出回路、２１ａ，２１ｂ…測定端子、２２…容量素子、２３…インピーダンス素子、３０…信号処理部、３１…フィルタ部、３２…減衰器、３３…増幅部、３４…モニタ端子、４０…結果表示部、４１…レベルメータ、４２…ピークホールドメータ、４３ａ…レベル選択スイッチ、４３ｂ…Ｆ−Ｖ変換器、４４…レートメータ、４５…リレー、５１…可変直流電源、５６…スイッチ素子、Ａ₁…平坦部分、Ａ₂…立ち上がり部分、Ａ₃…立ち下がり部分、Ａ₄…尖頭波形、ＨＶ…試験電圧、Ｐ１，Ｐ２…測定点、Ｓ…スイッチ駆動用信号、ＳＰ…測定対象物、Ｖａ…電圧信号、Ｖｂ…測定周波数成分。

Claims (2)

1. インパルス波及び矩形波の少なくとも一方を含む試験電圧を測定対象物の一対の測定点に印加する電圧発生器と、
   前記測定対象物の前記一対の測定点にそれぞれ短絡される一対の測定端子、並びに該一対の測定端子間に直列に接続された容量素子及びインピーダンス素子を有し、前記インピーダンス素子の両端に生じる電位差を出力する検出回路と、
   前記電位差に含まれる、１０５ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタと
   を備え、
   予め用意された、前記周波数成分の電圧値の大きさと放電電荷量との関係に基づいて、前記バンドパスフィルタを通過した前記周波数成分の電圧値の大きさから前記放電電荷量を求めることを特徴とする、部分放電測定器。
2. 請求項１に記載された前記部分放電測定器における前記周波数成分の電圧値の大きさと放電電荷量との関係を求めるための校正器であって、
   所定の放電電荷量に相当する大きさの校正用パルス電流を前記検出回路の前記一対の測定端子に供給する回路を備え、
   前記校正用パルス電流の立ち上がり時間が９ナノ秒以下であることを特徴とする、部分放電測定器用の校正器。