JP2015210130A - 放電位置特定装置、放電位置計測装置および放電位置特定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生位置を特定する。【解決手段】放電位置特定装置１０は、印加電圧を測定対象物１に供給する電圧印加部１１と、印加電圧の電圧値を測定する電圧検出部２１と、部分放電を電気的または磁気的に検出する放電検出部２２と、測定対象物１から発せられる光を所定の時間にわたり撮影する撮像部２４と、電圧検出部２１からの電圧信号と放電検出部２２からの放電検出部信号と撮像部２４からの映像信号とから部分放電の発生箇所を表示する信号処理表示部２５とを有する。信号処理表示部２５は、電圧検出部２１からの電圧信号と放電検出部２２からの放電検出部信号と撮像部２４からの映像信号とを受け入れて表示信号を生成する表示処理部と、部分放電の発生箇所と部分放電の検出結果とを同一画面に表示する表示画面とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生位置を特定する放電位置特定装置、そのための放電位置計測装置およびこれらを用いた放電位置特定方法に関する。

電動機をインバータ駆動する場合、インバータの高速スイッチングに起因したサージ電圧が発生し、電動機巻線の絶縁に影響を与えることが知られている。このようなサージ電圧はインバータサージと呼ばれ、その電圧値は電動機の定格電圧の２倍以上に及ぶこともある。インバータサージが電動機の巻線に加わる場合、巻線の内外において部分放電の発生が懸念される。部分放電は巻線を構成するエナメル線皮膜を劣化させる原因となる。皮膜が劣化するとやがては絶縁破壊に至ることから、電動機においては、その巻線にインバータサージが加わったとしても部分放電が発生しないような絶縁設計を行う必要がある。

従来、電動機の巻線の絶縁性能は、アローペアやモータレットなどの模擬サンプル、あるいはステータコイルを用いて、所定のインパルス電圧を印加して部分放電発生の有無の検知による部分放電試験に基づいて評価されていた。部分放電は、ボイドや導体間距離不十分など絶縁上の弱点で生じるので、部分放電発生個所が特定できれば弱点の位置が明確になり、効果的な絶縁補強を図ることができる。

部分放電発生個所を検出する方法として、特許文献１に示す方法が提案されている。部分放電センサであるアンテナを測定対象ステータの周方向に移動させ、最も強いアンテナ信号を検出するまでの時間を計測して、最も短い時間に対応するアンテナ位置を部分放電発生個所として特定している。

また、光を透過しない筐体で覆われた回転電機の温度の異常を監視するために、カメラで輻射光を撮影し正常な画像と比較する技術が特許文献２で提案されている。

特開２００５−６９７４５号公報 国際公開第ＷＯ２００８／０４４２６３号

部分放電に伴う電磁波は不安定であるうえに、ステータの径が小さい場合、ステータ周方向に対してアンテナ位置を変更しても部分放電によるアンテナ信号の強度や検出時間差に明確な差がみられず、部分放電発生個所を特定することが困難な場合がある。

また、電動機等の対象物に印加する電圧レベルによっては、部分放電は、印加した直後に発生しないで数分から数時間後に発生する場合がある。このような場合、部分放電発生を見逃す可能性がある。

また、カメラで輻射光を撮影し正常な画像と比較することにより異常を監視する方法の場合、温度上昇による光と部分放電による光を同時に測定しているため、両者の区別が難しい。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであって、その目的は、測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生位置を特定することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生位置を特定する放電位置特定装置において、印加電圧を前記測定対象物に供給する電圧印加部と、前記印加電圧の電圧値を測定し電圧信号を出力する電圧検出部と、前記印加電圧が加えられたことにより前記測定対象物において発生する部分放電を電気的または磁気的に検出する放電検出部と、前記部分放電により前記測定対象物から発せられる光を所定の時間にわたり撮影し映像信号を出力する撮像部と、前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて前記部分放電の発生箇所を表示する信号処理表示部と、を備え、前記信号処理表示部は、前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて、表示信号を生成する表示処理部と、前記表示信号に基づいて、前記部分放電の発生箇所と前記部分放電の検出結果とを同一画面に表示する表示画面と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生位置を計測する放電位置計測装置において、前記印加された印加電圧の電圧値を測定し電圧信号を出力する電圧検出部と、前記印加電圧が加えられたことにより前記測定対象物において発生する部分放電を電気的または磁気的に検出する放電検出部と、前記部分放電により前記測定対象物から発せられる光を所定の時間にわたり撮影し映像信号を出力する撮像部と、前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて前記部分放電の発生箇所を表示する信号処理表示部と、を備え、前記信号処理表示部は、前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて、表示信号を生成する表示処理部と、前記表示信号に基づいて、前記部分放電の発生箇所と前記部分放電の検出結果とを同一画面に表示する表示画面と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生箇所を特定する放電位置特定方法において、信号処理表示部が、電圧検出部からの電圧信号を取り込む電圧データ取り込みステップと、信号処理表示部が、放電検出部からの部分放電データを取り込む部分放電データ取り込みステップと、信号処理表示部が、所定の時間間隔にわたり撮像部が撮影した映像信号を前記撮像部から取り込む映像信号取り込みステップと、前記電圧データ取り込みステップ、部分放電データ取り込みステップおよび映像信号取り込みステップの後に、表示処理部が、前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて、表示信号を生成する表示処理ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生位置を特定することができる。

第１の実施形態に係る放電位置特定装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る放電位置計測装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る放電位置計測装置における電圧印加の時間的変化の例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る放電位置計測装置における信号処理表示部での表示例を示す画面である。 第１の実施形態に係る放電位置特定方法の手順を示すフロー図である。 第２の実施形態に係る放電位置計測装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る放電位置計測装置における信号処理表示部での表示例を示す画面である。 第２の実施形態に係る放電位置特定方法の手順を示すフロー図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る放電位置特定装置、放電位置計測装置および放電位置特定方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る放電位置特定装置の構成を示すブロック図である。放電位置特定装置１０は、測定対象物１に電圧を印加する電圧印加部１１および放電位置計測装置２０を有する。

ここで、測定対象物１としてツイストペアサンプルを例にとって説明する。なお、ツイストペアサンプルとは、エナメル線を撚り合わせてサンプルとしたものである。ツイストペアサンプルは、エナメル線を１０％伸長させた後に撚り合わせる場合があるので、このときの欠陥位置を探る際にも、本実施形態の対象物として適している。

電圧印加部１１は、電圧印加を開始すると、所定の継続時間、印加状態を継続した後に電圧印加を終了する。印加する電圧は、所定の時間間隔で発生するインパルス電圧である。なお、以下、本実施形態においては、印加電圧ａ（図４）がインパルス電圧の場合を例にして説明するが、印加電圧ａはインパルス電圧に限定されない。たとえば、正弦波電圧、あるいは、一定の電圧であってもよい。電圧印加部１１は、電圧を印加するときは印加開始の信号を後述する信号処理表示部２５に出力する。

図２は、放電位置計測装置の構成を示すブロック図である。放電位置計測装置２０は、高圧プローブ２１、放電検出部２２、Ａ／Ｄ変換部２３、撮像部２４、および信号処理表示部２５を有する。高圧プローブ２１は、電圧印加部１１によって印加された電圧を測定する電圧検出部である。放電検出部２２は、測定対象物１に部分放電が発生した場合にこの部分放電の発生を検出する。放電検出部２２は、たとえば、ループアンテナやパッチアンテナなど電磁波を測定する方式のものでもよい。あるいは、高周波ＣＴなどのように測定対象物１の回路内に部分放電により生じた電流を検出する方式のものでもよい。さらには、部分放電により生じた超音波を検出する音響センサ法によるものでもよい。いずれを使用するかは、試験時の環境条件等を考慮して選択することでよい。

Ａ／Ｄ変換部２３は、高圧プローブ２１から出力された電圧信号を受けてアナログ−ディジタル変換（Ａ／Ｄ変換）する。また、Ａ／Ｄ変換部２３は、放電検出部２２から出力された放電検出部信号ｂ（図４）を受けてＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換部２３でディジタル化された電圧信号および放電検出部信号ｂは、信号処理表示部２５に出力される。

撮像部２４は、継続時間の間は露光を継続し、測定対象物１全体を撮影し、部分放電発生による光を捉えてその画像信号を信号処理表示部２５に出力する。撮像部２４としては、たとえば、紫外線カメラを用いることができる。また、紫外線カメラは１台でもよいが、測定対象物１の紫外線カメラからみて裏側あるいは側面での発光を確実にとらえるために、裏側あるいは側面に鏡を設けることでもよい。あるいは、複数台の紫外線カメラを設けてもよい。

信号処理表示部２５は、図２に示すように、表示処理部２５ａおよび表示画面２５ｂを有する。表示処理部２５ａは、Ａ／Ｄ変換部２３でＡ／Ｄ変換された印加電圧ａおよび放電検出部信号ｂと、撮像部２４からの画像信号を受けて画像データを生成する。表示画面２５ｂは、表示処理部２５ａから出力された画像データに基づいて、後述する画像を表示する。なお、表示処理部２５ａは、電圧印加部１１からの印加開始の信号を受けると画面データの生成処理を開始する。

図３は、第１の実施形態に係る放電位置計測装置における電圧印加の時間的変化の例を示す概念図である。図３では、継続時間内に印加されている周期的なインパルス電圧の場合である。インパルス電圧は、所定の継続時間において複数回が連続して印加されており、その後中断し、また、所定の時間継続する。図３の場合、所定の継続時間内に１８回のインパルス電圧が印加されている。印加開始時には、電圧印加部１１から表示処理部２５に印加開始の信号が発信される。

図４は、第１の実施形態に係る放電位置計測装置における信号処理表示部での表示例を示す画面である。表示画面２５ｂに表示されている画像は、２つの部分からなる。左側の画面３１の画像は、測定対象物１に撮像部２４からの映像信号を重ねたものである。部分放電による発光が映像内にない場合は、左側の画面３１の画像は、測定対象物１の画像のみである。映像内に発光が存在する場合は、発光した位置に対応した画像中の位置に発光の画像が表示される。

なお、左側の画面３１の画像は、すべて紫外線カメラによるものでなくともよい。すなわち、肉眼で見える測定対象物１の実像と、紫外線カメラの紫外線で見える放電発生箇所は、測定波長が異なる。このため、あらかじめ、肉眼で見える測定対象物１の画像を記録しておき、これを表示画面２５ｂに表示しておき、紫外線カメラによる放電箇所の映像を重ねるようにしてもよい。

表示画面２５ｂ内の右側の画面３２の画像は、横軸が時間である。縦軸は、上の部分３２ａに示すのが印加電圧ａである。また、下の部分３２ｂに示すのが放電検出部信号ｂ、およびしきい値ｃである。図４では、継続時間におけるインパルス電圧のうちの１０回分が画面に表示されている。右側の画面３２においては、放電検出部信号ｂは、１０回のインパルス信号に対して７回発生している。このうち１回は、しきい値ｃを超えている。しきい値ｃは、放電検出部信号ｂが発生したときに部分放電が発生したか否かを判定する場合の境界値として設定される。したがって、図４の場合には、１回部分放電が発生したと解釈できる。

図５は、第１の実施形態に係る放電位置特定方法の手順を示すフロー図である。まず、電圧印加部１１により測定対象物１に電圧を印加する（ステップＳ０１）。電圧の印加開始と同時に、印加開始信号が信号処理表示部２５の表示処理部２５ａに出力される。電圧の印加は、所定の時間にわたって行う。この場合、所定の時間は、そのときの印加電圧ａで部分放電が発生しているか否かを確認できるために必要な時間に余裕を加えた時間である。

電圧が印加された状態で測定対象物１であるツイストペアケーブルに部分放電が発生し発光した場合、撮像部２４による撮像、得られた映像信号の信号処理表示部２５による取り込みが行われる（ステップＳ０２）。また、電圧が印加された状態で、高圧プローブ２１による印加電圧ａの検出、および信号処理表示部２５によるこの印加電圧ａの信号の取り込みが行われる（ステップＳ０３）。また、電圧が印加された状態で、放電検出部２２による部分放電の検出、および信号処理表示部２５によるこの放電検出部信号ｂの取り込みが行われる（ステップＳ０４）。

次に、信号処理表示部２５の表示処理部２５ａは、取り込んだ映像信号、印加電圧信号および部分放電電圧の各データに基づいて、表示データを生成する（ステップＳ０５）。表示処理部２５ａの表示データの生成処理は、電圧の印加開始信号が電圧印加部１１から発せられると同時に開始される。次に、表示画面２５ｂは、表示処理部２５ａにおいて生成された表示データを表示する（ステップＳ０６）。

電圧の印加は所定に時間が経過すると終了する。次に、試験が終了か否かを判定する（ステップＳ０７）。表示画面２５ｂに部分放電箇所が表示されれば、試験の目的は達成されたので試験は終了である。部分放電箇所の表示がなされない場合、あるいは部分放電箇所の表示が不安定で発生位置の特定が難しい場合は、試験の目的が達成されておらず、試験は終了しない。

試験終了ではない場合（ステップＳ０７ ＮＯ）は、電圧印加部１１により印加する電圧を増加させて、ステップＳ０１からステップＳ０６を繰り返す。試験終了の場合（ステップＳ０７ ＹＥＳ）は終了となる。

以上のような本実施形態においては、表示画面２５ｂ上の左側の画面３１で、測定対象物１に生じた部分放電の発生位置を視認することができる。また、表示画面２５ｂ上の右側の画面３２で、印加電圧ａと部分放電検出結果の時間的な変化を視認することができる。

左側の画面３１のみでは、たとえば温度が上昇したことによる発光が生じた場合も表示されることになり、部分放電との区別をすることが困難である。本実施形態においては、印加電圧ａと部分放電検出結果が表示されることにより、部分放電の場合の発光と部分放電ではない場合の発光を明確に区別することができる。

また、部分放電検出結果が表示されることにより部分放電がどの程度の頻度で発生しているかを、把握することが可能である。

以上のように、本実施形態によれば、測定対象物１に電圧が印加されたときの部分放電の発生位置を特定することができる。

［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態に係る放電位置計測装置の構成を示すブロック図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。信号処理表示部２５は、放電レベル判定部２５ｃおよびファイル保存部２５ｄをさらに有する。

図７は、第２の実施形態に係る放電位置計測装置における信号処理表示部での表示例を示す画面である。放電レベル判定部２５ｃ（図６）は、印加電圧ａであるインパルス電圧の回数たとえば表示されている１０回の印加に対して、しきい値ｃを超えた放電検出部信号ｂの回数の割合を、インパルス電圧印加ごとに順次カウントする。この割合が規定値を超えた場合は、放電レベル判定部２５ｃは、印加電圧ａが部分放電レベル電圧であると判定し、表示画面２５ｂに部分放電レベル電圧である旨を表示するよう出力する。判定条件としては、これに限定されない。たとえば、印加されたすべてのインパルス電圧に対して放電検出部信号ｂがしきい値ｃを超えるような場合の印加電圧ａが部分放電レベル電圧であると判定してもよい。

ファイル保存部２５ｄは、このときの表示処理部２５ａから表示画面２５ｂに送られるデータを保存する。すなわち、放電レベル判定部２５ｃが部分放電レベルである旨を出力したときの画面を、ファイル保存部２５ｄに保存されたデータに基づいて再現することが可能である。

図８は、第２の実施形態に係る放電位置特定方法の手順を示すフロー図である。ステップＳ０１からステップＳ０５までの流れは第１の実施形態と同様である。ステップＳ０５の後に、部分放電レベルであるか否かの判定を行う（ステップＳ１１）。部分放電レベルと判定されない場合（ステップＳ１１ ＮＯ）には、印加電圧ａを増加させ（ステップＳ０８）、ステップＳ０１以下を繰り返す。

部分放電レベルと判定された場合（ステップＳ１１ ＹＥＳ）には、部分放電レベルの表示を含めて表示する（ステップＳ１２）。また、ファイル保存部２５ｄが、この時点の表示処理部２５ａから表示画面２５ｂに送られるデータを保存する（ステップＳ１３）。この後、測定を終了するか否かを判定し（ステップＳ１４）、終了でない場合は、印加電圧ａを増加させ、ステップＳ０１以下を繰り返す。

以上のような本実施形態により、部分放電発生の位置を、より安定した状態で確認することができる。また、その状態の画像を保存することにより、より正確に位置の確認を行うことができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態においては、印加電圧ａがインパルス電圧の場合を示したが、これには限定されない。たとえば、正弦波電圧の場合でもよい。あるいは、時間的に変化せずに一定の電圧値の場合でもよい。

また、実施形態では、ツイストペアサンプルを例にとって示したが、これには限定されない。たとえば、紫外光、赤外光あるいは可視光を遮るものがなく、これらを直接的に観測できる状態であれば、回転電機の一部、たとえば、乱巻き機種のコイルエンドなど、あるいはモータレットなどの他のサンプルを測定対象物として本発明を適用することができる。

さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…測定対象物、１０…放電位置特定装置、１１…電圧印加部、２０…放電位置計測装置、２１…高圧プローブ（電圧検出部）、２２…放電検出部、２３…Ａ／Ｄ変換部、２４…撮像部、２５…信号処理表示部、２５ａ…表示処理部、２５ｂ…表示画面、２５ｃ…放電レベル判定部、２５ｄ…ファイル保存部、ａ…印加電圧、ｂ…放電検出部信号、ｃ…しきい値

Claims (9)

1. 測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生位置を特定する放電位置特定装置において、
   印加電圧を前記測定対象物に供給する電圧印加部と、
   前記印加電圧の電圧値を測定し電圧信号を出力する電圧検出部と、
   前記印加電圧が加えられたことにより前記測定対象物において発生する部分放電を電気的または磁気的に検出する放電検出部と、
   前記部分放電により前記測定対象物から発せられる光を所定の時間にわたり撮影し映像信号を出力する撮像部と、
   前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて前記部分放電の発生箇所を表示する信号処理表示部と、
   を備え、
   前記信号処理表示部は、
   前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて、表示信号を生成する表示処理部と、
   前記表示信号に基づいて、前記部分放電の発生箇所と前記部分放電の検出結果とを同一画面に表示する表示画面と、
   を有することを特徴とする放電位置特定装置。
2. 前記印加電圧は、インパルス電圧であることを特徴とする請求項１に記載の放電位置特定装置。
3. 前記印加電圧は、正弦波電圧であることを特徴とする請求項１に記載の放電位置特定装置。
4. 前記撮像部は、紫外線カメラであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の放電位置特定装置。
5. 前記信号処理表示部は、
   前記放電検出部からの放電検出部信号が所定のしきい値を超える回数の前記電圧の印加回数に対する割合が基準値を超えたときに前記部分放電が発生したと判定する放電レベル判定部と、
   前記放電判定部で、前記部分放電が発生したと判定された場合に、前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを保存するファイル保存部と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の放電位置特定装置。
6. 前記表示処理部は、前記放電判定部で前記部分放電が発生したと判定された場合に、部分放電が発生した旨の表示内容を前記信号処理表示部に出力することを特徴とする請求項５に記載の放電位置特定装置。
7. 測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生位置を計測する放電位置計測装置において、
   前記印加された印加電圧の電圧値を測定し電圧信号を出力する電圧検出部と、
   前記印加電圧が加えられたことにより前記測定対象物において発生する部分放電を電気的または磁気的に検出する放電検出部と、
   前記部分放電により前記測定対象物から発せられる光を所定の時間にわたり撮影し映像信号を出力する撮像部と、
   前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて前記部分放電の発生箇所を表示する信号処理表示部と、
   を備え、
   前記信号処理表示部は、
   前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて、表示信号を生成する表示処理部と、
   前記表示信号に基づいて、前記部分放電の発生箇所と前記部分放電の検出結果とを同一画面に表示する表示画面と、
   を有することを特徴とする放電位置計測装置。
8. 測定対象物に電圧が印加されたときの部分放電の発生箇所を特定する放電位置特定方法において、
   信号処理表示部が、電圧検出部からの電圧信号を取り込む電圧データ取り込みステップと、
   信号処理表示部が、放電検出部からの部分放電データを取り込む部分放電データ取り込みステップと、
   信号処理表示部が、所定の時間間隔にわたり撮像部が撮影した映像信号を前記撮像部から取り込む映像信号取り込みステップと、
   前記電圧データ取り込みステップ、部分放電データ取り込みステップおよび映像信号取り込みステップの後に、表示処理部が、前記電圧検出部からの電圧信号と、前記放電検出部からの放電検出部信号と、前記撮像部からの映像信号とを受け入れて、表示信号を生成する表示処理ステップと、
   を有することを特徴とする放電位置特定方法。
9. 放電レベル判定部が、前記部分放電が発生したか否かを判定する判定ステップをさらに有し、
   前記表示処理ステップにおいては、前記判定ステップで前記部分放電が発生したと判定した場合に、前記表示処理部がさらに部分放電が発生した旨の表示内容を表示画面に出力することを特徴とする請求項８に記載の放電位置特定方法。

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