JP2023064849A - 放電検出ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】複数の相で発生する放電事象を単一の放電検出ユニットで監視可能とすること。【解決手段】相ごとに異なる位相角を持つ配線システムの相ごとの計測開始点を設定可能な位相角設定部２３と、ノイズ出力が見られたタイミングと、計測開始点若しくは計測開始点を基準に定められた判定用時間帯を基に、いずれの相で放電事象を検出したのかを判定可能な判定部２６と、を備える放電検出ユニット１とする。【選択図】図１

Description

本発明は、放電検出ユニットに関するものである。

特許文献１に記載されているように、電流センサや電圧センサを用いて商用周波数に重畳している高周波の放電ノイズを抽出する構造が知られている。この例では、ハイパスフィルタで高周波帯域でのノイズ出力を取り出し、判定部により、ノイズレベルが閾値を一定時間以上超えた場合に放電と判定し、開閉部の動作を行う。

特開２０１９－１８４４８０号公報

ところで、三相３線、三相４線など複数の位相角を持つ相間を有する配線システムにおいては、ＲＳ間、ＳＴ間、ＴＲ間で、位相角がずれて形成される。すなわち、放電事象の発生相によりノイズの発現場所が異なる。また、その際、各相への放電におけるノイズの回り込みが生じ得る。したがって、従来のように、単一の放電検出ユニットを用いて、単一の電源波形を基準として位相角の設定をした場合では、放電事象の発生した相によって検出できないおそれがある。そのため、各相に対応した位相角制御を行うための放電検出ユニットを用意し監視を行う必要があるが、部品点数が多くなってしまう。また、送られてきた判定結果から比較や判定をするための演算や判定をすることができる装置が別途必要になるという問題もあった。

本件の発明者は、この点について鋭意検討することにより、解決を試みた。本発明が解決しようとする課題は、複数の相で発生する放電事象を単一の放電検出ユニットで監視可能とすることである。

上記課題を解決するため、相ごとに異なる位相角を持つ配線システムの相ごとの計測開始点を設定可能な位相角設定部と、ノイズ出力が見られたタイミングと、計測開始点若しくは計測開始点を基準に定められた判定用時間帯を基に、いずれの相で放電事象を検出したのかを判定可能な判定部と、を備える放電検出ユニットとする。

また、位相角設定部は、検出された波形から１つの相について計測開始点を決定し、前記決定した計測開始点を基準にして所定時間ずらすように演算して他の相の計測開始点を定めることが可能な構成とすることが好ましい。

また、位相角設定部は、各相の検出された波形から計測開始点を決定することが可能な構成とすることが好ましい。

また、位相分割部は、各相において、フィルタ部で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域と、商用周波数における出力が０値となる前後の０値時間領域と、を区別するように定め、判定部は、ピーク時間領域の出力と、ピーク時間領域の前後何れかの０値時間領域の出力との差分を求める演算を行い、その差分が所定の第１の閾値以上の出力がある相において放電事象が生じたと判定する構成とすることが好ましい。

また、位相分割部は、各相において、フィルタ部で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域を定め、判定部は、ノイズ出力が見られたタイミングとピーク時間領域が１つの相だけで一致する場合、その相で放電事象を検出したと判定する構成とすることが好ましい。

また、判定部は、０値時間領域のタイミングにおける出力が第２の閾値以上である相が複数ある場合に、判定ができない状況である旨を外部に通知する構成とするのが好ましい。

また、判定部は、０値時間領域のタイミングにおける出力が第２の閾値以上である相が複数ある場合に、フィルタ部で取り出した出力波形の増幅割合を低下させる構成とするのが好ましい。

本発明では、複数の相で発生する放電事象を単一の放電検出ユニットで監視可能とすることが可能となる。

配線システムに放電検出ユニットを適用した例を示すイメージ図である。 放電事象が発生したことを示す図である。 各相における電圧波形と各相に対応したフィルタ部で抽出されたノイズの検出値の経時変化のイメージを表す図である。 各相で定めた計測開始点の例を示す図である。 ＲＳ相計測開始点から演算してＳＴ相計測開始点とＴＲ相計測開始点を定めた例を示す図である。 各相に対応したフィルタ部で抽出されたノイズの計測開始点と、各計測開始点からＡ領域、Ｂ領域、Ａ’領域、Ｂ’領域に分けたことを示す図である。 各相に対応したフィルタ部で抽出されたノイズの検出値のＡ領域とＢ領域の差分を検出することを表す図である。ただし右側には、各相における領域の経時変化を表で表している。 ピーク時間領域と０値時間領域の差分を継続的に検出することを表す図である。 ピーク時間領域と０値時間領域の差分が連続して条件を満たしたのち、一度条件を満たさなくなり、その後再び条件を満たしていることを表す図である。 全ての相で第２閾値を超えた状態となった後、０時間領域において第２閾値を超えないように増幅率を変化させた例と、第３閾値の設定例を示す図である。 ピーク時間領域だけを用いて放電検出に利用した例を示す図である。 一つの相に対応するように設定したフィルタ部から抽出したノイズを利用して、いずれの相で放電事象を検出したのかを特定する例を示す図である。

以下に発明を実施するための形態を示す。図１乃至図４に示されていることから理解されるように、本実施形態の放電検出ユニット１は、相ごとに異なる位相角を持つ配線システムの相ごとの計測開始点を設定可能な位相角設定部２３と、ノイズ出力が見られたタイミングと、計測開始点若しくは計測開始点を基準に定められた判定用時間帯を基に、いずれの相で放電事象を検出したのかを判定可能な判定部２６と、を備えている。このため、複数の相で発生する放電事象を単一の放電検出ユニット１で監視可能となる。

ここで、三相３線式の配電方式に放電検出ユニット１を使用する例について説明をする。図１に示す例の放電検出システムは、高周波帯域でのノイズ出力を取り出すハイパスフィルタを備えるフィルタ部２１と、フィルタ部２１の出力を増幅する増幅部２２と、各相の計測開始点となる位相角を設定する位相角設定部２３と、位相角設定部２３で設定された情報から電圧波形を複数の領域に分割する位相分割部２４と、増幅部２２や位相分割部２４で出力された波形に対してピークホールドを行う平滑部２５と、出力が所定の閾値を超えているか否かを判定する判定部２６と、を備えている。このうちフィルタ部２１以外に関しては、放電検出ユニット１に備えられている。なお、フィルタ部２１は少なくとも一つの相からノイズ出力を取り出すことができるように設定されている。

複数相が存在する場合、複数相のうちの一つの相で放電事象が生じた場合でも、他の相にノイズが回り込みうる。たとえば、図２に示すように、ＳＴ相で放電事象が発生していた場合でも、図３に示すように、ＲＳ相を検出するフィルタ部２１やＴＲ相を検出するフィルタ部２１を通過したノイズ出力が見られた。

ノイズが発生したことだけ見ても、各相のいずれで放電ノイズが重畳したのかは判別できないため、相ごとの計測開始点を設定する（図４参照）。例えば各相の検出された波形から計測開始点を決定すればよい。より具体的には、相ごとの電圧波形を抽出し、計測開始点を設定させればよい。計測開始点は、各電圧波形の４５°を計測開始点とするのが好ましい。これは、後述するピーク時間領域の開始点である。

なお、全ての相の波形を検出しなくても、計測開始点の設定は可能である。例えば、検出された波形から１つの相について計測開始点を決定し、決定した計測開始点を基準にして所定時間ずらすように演算して他の相の計測開始点を定めるようにすればよい。

より具体的に言えば、次にようにすればよい。例えば、ＲＳ相の電圧波形のみ抽出し、ＲＳ相の計測開始点を設定する。その後、他の相に関して演算で計測開始点を定める。デルタ結線の場合、１２０°ずつ位相がずれているため、1周期１６．７ｍｓとして、所定時間後（６０Ｈｚの場合、ＲＳ相の計測開始点から１６．７ｍｓ×１／３後）をＳＴ相の計測開始点とし、さらに、所定時間後(６０Ｈｚの場合、ＲＳ相の計測開始点から１６．７ｍｓ×２／３後）をＴＲ相の計測開始点として設定すればよい（図５参照）。

計測開始点は位相角設定部２３で設定することができる。この計測開始点若しくは計測開始点を基準に定められた判定用時間帯をノイズ出力が見られたタイミングと比較し、いずれの相で放電事象を検出したのかを判定部２６で判定するのが好ましい。

なお、図２から図５に示した例は、三相３線のデルタ結線における出力に関するものであるが、この例に限る必要は無い。例えばＹ結線などでもよい。異なる位相のずれがある場合は、それに伴った計測開始点とすればよい。

位相分割部２４は、各相において、フィルタ部２１で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域と、商用周波数における出力が０値となる前後の０値時間領域と、を区別するように定めるように構成するのが好ましい。

また、判定部２６は、ピーク時間領域の出力と、ピーク時間領域の前後何れかの０値時間領域の出力との差分を求める演算を行い、その差分が所定の第１の閾値以上の出力がある相において放電事象が生じたと判定するように構成するのが好ましい。

実施形態の位相分割部２４は各相の計測開始点から電圧波形（電流波形）のピーク点の前後のピーク時間領域（Ａ領域）、電圧波形（電流波形）の０クロス点の前後の０値時間領域（Ｂ領域)を区別するように領域を分割する（図６参照）。そして、Ａ領域の出力とＢ領域の出力の差分Ｃを導くように演算を行い、その結果を用いて放電事象の検出の有無を判定する。

図６に示す例では、「Ａ領域の出力－Ｂ領域の出力＝差分Ｃ」であり、この差分Ｃが第一の閾値以上である場合に、その結果を得た相で放電事象が検出されたと判定している。つまり、「差分Ｃ ≧ 第１の閾値」であるか否かを確認するが、図６に示す例では、ＲＳフィルタ部２１のノイズ検出値は差分が負の値であり、ＳＴフィルタ部２１のノイズ検出値は差分が正の値であり、ＴＲフィルタ部２１のノイズ検出値は差分が０である。第１の閾値は正の値で定めており、この例では、ＳＴフィルタ部２１のノイズ検出値の差分が第1の閾値以上であったため、ＳＴ相で放電事象の検出があったことになる。

なお、図６に示す例では各相計測開始点はピーク時間領域の開始点と一致するように設定しているが、各相計測開始点を商用周波数における０クロス点を基準として設定するものであっても良い。

図６に示す例では、Ａ’領域の出力やＢ’領域の出力を放電事象の検出の判定に利用していないが、それらを判定に利用しても良い。図７に示す例では、左側に示したように放電事象に伴う放電ノイズが検出できている。所定時間帯において、各相が、どの領域に該当するのかをまとめたものが図７の右側に示されている。

このような整理をするためにも、先ず、各相での計測開始点の設定を行う。そして、計測開始点を基準に各相のフィルタ部２１の出力のピーク時間領域（Ａ領域、Ａ’領域)、０値時間領域（Ｂ領域、Ｂ’領域）を決定する。

判定を行うために、各相のフィルタ部２１の出力について、ピーク時間領域の出力と０値時間領域の出力の差分（Ｃ、Ｃ’）を演算する。なお、「Ａ領域の出力－Ｂ領域の出力＝差分Ｃ」であり、「Ａ’領域の出力－Ｂ’領域の出力＝差分Ｃ’」である。

図７に示す例において、ＲＳ相のフィルタ部２１の出力をピーク時間領域の出力と０値時間領域の出力の差分（Ｃ、Ｃ’）を演算し、演算結果を第１の閾値と比較すると、差分Ｃは第１の閾値以下であることが判定できたため、放電事象はＲＳ相で検出されていないと判定することができる。

同様にしてＳＴ相のフィルタ部２１の出力の領域の差分を演算すると、「Ａ領域の出力－Ｂ領域の出力＝差分Ｃ」で導いた差分Ｃが第１の閾値に達していることが判定できたため、放電事象はＳＴ相で検出されたと判定することができる。

同様にしてＴＲ相のフィルタ部２１の出力の領域の差分を演算すると、演算結果が第１の閾値以下であることが判定できたため、放電事象はＴＲ相で検出されていないと判定することができる。

以上のような結果を得たため、結局、この放電事象はＳＴ相で検出されたと特定することができる。このように、一つの放電検出ユニット１で複数の相の判定を行うことができるため、機器点数を抑制しつつ、各相の判定ができる。なお、実施形態においては、ピーク時間領域の出力や０値時間領域は、設定した領域の加算値や平均値を用いている。

上記した例では、１回でも第１の閾値を超える状態が確認されたら、放電事象の発生を検知したと判定するものであったが、突発的なノイズも考えられるため、継続的に条件を満たしていることが判定された時点で、放電事象の発生を検知したと判定するのが好ましい。

例えば、Ａ領域とＢ領域の差分Ｃ(またはＡ'領域とＢ’領域の差分Ｃ'）が閾値以上の場合は「１」として判定し、放電判定時間として設定する所定時間中に「１」と判定した回数を加算し、その加算値が所定値以上の場合には放電事象と判定するようにすればよい。

より具体的には、例えば、放電判定時間として５００ｍｓと設定する。６０Ｈｚでは1周期が約１６．７ｍｓであるが、その１周期に1回判定を行うものとし、５００ｍｓ経過時点で、加算値が３０となったら（３０回連続して計測したら）、放電事象と判定することが例示できる。例えば、ＲＳ極で判定において、電圧波形（電流波形）の正の出力の積算値で判定する場合は、C001+C003+C005・・・・・+C032が所定値以上の数値となった場合に放電事象と判定するようにすればよい。図８に示す実施形態においては、積算値は所定値以上とならないため、放電事象と判定しない。

このように、放電判定時間の経過後に各相の加算値を比較するなどして、発生が疑われる事象が繰り返されていることを確認することで、放電事象の発生を検知した相をより正確に判定することができる。なお、実施形態の放電検出ユニット１は、放電判定時間を自由に設定可能としている。また、図８に示す例では、各相において差分Ｃまたは差分Ｃ'のいずれか一方を用いて判定を行うようにしている。

ところで、判定時に放電判定の閾値を複数回計測する、積算値で判定することを条件とするなど、放電事象の発生が疑われる事象の継続性を、放電事象を検出したと判定する要件としている場合、ノイズが一瞬減衰してしまうことがある（図９参照）。このため、このような事象が発生することを想定した制御とすることが好ましい。例えば、途中でノイズが一瞬減衰してしまう場合でも放電判定時間の計測をリセットしないように、瞬間の落ち込み（継続性判断時間内だけの減衰）であれば放電事象の発生が疑われる事象が継続しているものとして扱い、放電判定時間の計測をリセットせずにそのまま計測を行うようにするのが好ましい。

継続性判定時間は、放電事象の発生が疑われる事象が検出されなくても、その時間内であれば、放電事象の発生が疑われる事象が継続しているものとして扱う時間であり、あらかじめ所定の範囲として定めておくのが好ましい。

また、継続性判断時間の計測は、放電判定時間のカウントが始まっている場合のみ動作し、カウントしていない場合は、継続性判断時間の判定は行わないようにするのが好ましい。つまり、放電事象の発生が疑われる事象が検出されたことを前提条件として、継続性判断時間の計測が行われるようにするのが好ましい。

この場合でも、継続性判断時間の計測は、Ａ領域とＢ領域の差分などが第１の閾値を超える出力が複数回連続（所定時間続けて）計測できたときに初めて開始するものとするのが好ましい。つまり、放電事象の発生が疑われる事象がある程度繰り返され、その後に、放電事象の発生が疑われる事象が検出されなかった場合に、その状態が継続性判断時間継続するか否かをチェックするように制御するのが好ましい。

設定された継続性判断時間を超えて、閾値の落ち込みがあった場合は、放電判定時間の計測をリセットさせるのが好ましい。

ところで、放電事象の発生と、ノイズを出力する機器を使用した場合、全体的にノイズを拾ってしまう場合がある。このとき、Ａ領域とＢ領域の差分を導く演算を行うと、放電事象が発生しているにも関わらず、閾値を超えないという結果になってしまうことがある。このため、Ｂ領域（Ｂ’領域）の出力が第１の閾値とは異なる第２の閾値を超えているか否かを判定し、第２の閾値を超えている場合には、判定できない状態であることを外部に通知するように制御するのが好ましい（図１０参照）。

また、三相３線などの場合、ノイズの回り込みが生じ得る。ノイズを出力する機器を使用したことに起因するノイズの回り込みに対応するため、０値時間領域（Ｂ領域（Ｂ’領域））のタイミングにおける出力が第２の閾値以上である相が複数ある場合に、判定ができない状況である旨を外部に通知するようにするのが好ましい。

Ｂ領域（Ｂ’領域）の出力が一定期間継続して第２閾値を超える出力があった場合などには、感度を低下させ、出力波形を低下させるのが好ましい。フィルタ部２１を通過した高周波を増幅する増幅部２２の増幅率を低下させるようにすることで、第１の閾値の判定を行うことが可能となり得る。この場合、継続する出力波形が第２の閾値以下となるように増幅率を低下させる。

また、回り込みが生じる場合は、複数の相で、０値時間領域のタイミングにおける出力が第２の閾値以上であるか否かのチェックを行う方が良い。したがって、０値時間領域のタイミングにおける出力が第２の閾値以上である相が複数ある場合に、フィルタ部２１で取り出した出力波形の増幅割合を低下させるようにするのが好ましい。

ノイズを出力する特定の機器の使用が終了しても、感度を低下させたままにしておくと、検出範囲が狭くなったり、放電に伴うノイズが検出できなくなったりするおそれがある。このため、第２の閾値以下に低下させるように制御した後、０値時間領域のタイミングにおける出力が第２の閾値より低く設定した第３の閾値よりも下回る場合には、設定した感度をもとに戻すように制御するのが好ましい。なお、第３の閾値を採用する場合、出力の増幅率を低下させた際には、第３の閾値よりも高くなるようにする。

上記してきた例では、Ａ領域（Ａ’領域）の出力とＢ領域（Ｂ’領域）の出力を判定に利用してきたが、Ａ領域（Ａ’領域）の出力だけを判定に利用するようにしても良い。つまり、０値時間領域は使用せず、ピーク時間領域のみを判定に利用することも可能である。この場合、位相分割部２４で、各相において、フィルタ部２１で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域を定めればよい。

この場合、判定部２６は、ノイズ出力が見られたタイミングとピーク時間領域が１つの相だけで一致する場合に、その相で放電事象を検出したと判定するものとするのが好ましい。また、ピーク時間領域の出力の周期が一致しているかを比較して、放電事象を検出した相を判定するのも好ましい。

この場合でも、各相での計測開始点の設定を行う。そして、計測開始点を基準に各相のフィルタ部２１の出力のピーク時間領域（Ａ領域、Ａ’領域)を決定する。その後、フィルタ部２１の出力と各相に設定されたピーク時間領域の出力が一致しているかピーク時間領域の出力の周期が一致しているかを調べるように制御する。

例えば、ＲＳ相のフィルタ部２１の出力とＲＳ相に設定されたピーク時間領域（Ａ領域、Ａ’領域)の出力が一致、または、ピーク時間領域の出力の周期が一致しているかを比較する。図１１に示す例の場合、ＲＳ相に設定されたピーク時間領域における出力がないため、ＲＳ相では放電事象を検出していないと判定する。

同様にして、フィルタ部２１の出力とＳＴ相に設定されたピーク時間領域（Ａ領域、Ａ’領域)の出力が一致、または、ピーク時間領域の出力の周期が一致しているかを調べると、フィルタ部２１の出力とＡ領域の出力、または、出力の周期が一致していた。このため、ＳＴ相で放電事象を検出したと判定する。

同様にしてフィルタ部２１の出力とＴＲ相に設定されたピーク時間領域（Ａ領域、Ａ’領域)の出力が一致、または、ピーク時間領域の出力の周期が一致しているかを調べると、フィルタ部２１の出力とＡ領域の出力、または、出力の周期が一致していなかった。このため、ＳＴ相で放電事象を検出していないと判定する。

このようにして得られた各相の判定結果よりＳＴ相で放電事象が検出されたと特定することができる。

なお、この場合、放電事象の場合は、一つの相でのみピーク時間領域にノイズが重畳するものであると捉え、複数の相で放電事象が生じたと判定した場合は、その相（または送間）で発生した放電事象ではなく、絶えずノイズが発生している電気機器からのノイズ影響であると判定するのが好ましい。この場合でも、放電事象の判定できない状況であることを外部に通知できるようにすることが好ましい。また、放電事象を測定できるように感度を低下させるように制御するのも好ましい。

ところで、上記してきた実施形態においては、各相の各々に対応するフィルタ部２１を別々に設けているが、回り込みが生じ得る配線システムである場合、１つの相のみにフィルタ部２１を設けても良い。この場合、１つのフィルタ部２１から出力された出力波形を基に情報を判定部２６に入力する（図１２参照）。

図１２に判定ロジックとして示されていることから理解されるように、1周期をピーク時間領域と０値時間領域を判別できるように数個に分割し、各相の時間ごとの状態と、フィルタ部２１から出力された出力波形を比較することで、どの相で放電事象が検出されたかを特定することができる。なお、図１２に示す例では1周期を１６分割している。

この際、フィルタ部２１の出力と各相に設定されたピーク時間領域（Ａ領域、Ａ’領域)の出力が一致、または、ピーク時間領域の出力の周期が一致しているかを調べることで、放電事象を検出した相の特定を行うようにするのが好ましい。

以上、実施形態を例に挙げて本発明について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば、フィルタ部は放電検出ユニットに備わっていてもよいし、放電検出ユニットに別途接続するものであってもよい。

１ 放電検出ユニット
２１ フィルタ部
２２ 増幅部
２３ 位相角設定部
２４ 位相分割部
２５ 平滑部
２６ 判定部

Claims (7)

1. 相ごとに異なる位相角を持つ配線システムの相ごとの計測開始点を設定可能な位相角設定部と、
   ノイズ出力が見られたタイミングと、計測開始点若しくは計測開始点を基準に定められた判定用時間帯を基に、いずれの相で放電事象を検出したのかを判定可能な判定部と、
   を備える放電検出ユニット。
2. 位相角設定部は、検出された波形から１つの相について計測開始点を決定し、前記決定した計測開始点を基準にして所定時間ずらすように演算して他の相の計測開始点を定めることが可能な請求項１に記載の放電検出ユニット。
3. 位相角設定部は、各相の検出された波形から計測開始点を決定することが可能な請求項１に記載の放電検出ユニット。
4. 位相分割部は、各相において、フィルタ部で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域と、商用周波数における出力が０値となる前後の０値時間領域と、を区別するように定め、
   判定部は、ピーク時間領域の出力と、ピーク時間領域の前後何れかの０値時間領域の出力との差分を求める演算を行い、その差分が所定の第１の閾値以上の出力がある相において放電事象が生じたと判定する請求項１から３の何れかに記載の放電検出ユニット。
5. 位相分割部は、各相において、フィルタ部で取り出した出力波形に関する商用周波数におけるピークの前後の領域を含むピーク時間領域を定め、
   判定部は、ノイズ出力が見られたタイミングとピーク時間領域が１つの相だけで一致する場合、その相で放電事象を検出したと判定する請求項１から３の何れかに記載の放電検出ユニット。
6. 判定部は、０値時間領域のタイミングにおける出力が第２の閾値以上である相が複数ある場合に、判定ができない状況である旨を外部に通知する請求項４または請求項５に記載の放電検出ユニット。
7. 判定部は、０値時間領域のタイミングにおける出力が第２の閾値以上である相が複数ある場合に、フィルタ部で取り出した出力波形の増幅割合を低下させる請求項４から６の何れかに記載の放電検出ユニット。

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