JP2691549B2 - 部分放電検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電力ケーブルや発電機コイル等の三相電力
供試体の部分放電を検出するための部分放電検出装置に
関するものである。

［従来の技術］ 部分放電測定は高電圧絶縁の試験法として最も広く行
われている１つであり、近年のコンピュータ計測技術の
普及に伴い、単なる部分放電パルスの検出のみならず、
多様なデータ処理技術によって種々の重要なデータ解析
が行われるようになってきている。しかしながら、部分
放電測定において高電圧の印加中に数mV程度の微弱なパ
ルス電圧を供試体から検出・測定するため、各種の雑音
の影響を受け易く、小さな部分放電の測定が困難とな
る。従って、十分な測定感度及び精度を得るためには高
度な雑音除去技術が必要となる。

雑音は計測器自体による内部雑音と外部の環境要因に
より侵入して来る外来雑音とに大別されるが、内部雑音
については計測器の熱雑音やコロナ雑音が主なものであ
り、これを避けることは極めて困難である。一方、外来
雑音は次式に示すように雑音源と侵入経路があって初め
て表れるものであり、その対策としては右辺の双方或い
は一方を零にすればよいことになる。

外来雑音＝侵入経路×雑音源 しかしながら、実際には工場などでは他の設備からの
雑音発生は避けることができないと考えるのが妥当であ
り、結局は侵入経路を遮断することにより外来雑音を除
去することになる。そして、測定回路中にラインフィル
タやブロッキングコイル等を設けたり、１点接地を施こ
すことにより侵入経路を遮断しているが、実際上は更に
複雑な侵入経路を有する雑音も存在しており、完全な外
来雑音の除去は困難である。従って、測定器によって内
部雑音も併せた全雑音と真の部分放電パルスとの弁別を
行わなければならないが、従来から知られている測定器
や測定方法では的確な弁別を容易に行うことが困難とい
う欠点がある。つまり、結果的には種々の雑音除去対策
を施こしたにも拘らず、雑音が大きく測定が行えなかっ
たり、或いは測定結果が極めて精度の低いものになる。

例えば、電力ケーブルの部分放電を測定する方法とし
ては、電力ケーブルへの送電を停止して行う方法と、送
電している活線状態で行う方法がある。このうち、送電
を停止して部分放電を測定する方法では、電力ケーブル
を電源から切り離し、新たに試験用直流電源と測定器を
接続することによって行っている。従って、部分放電の
測定をする度に電力ケーブルへの送電を停止して、電力
ケーブルを電源から切り離さなければならず、測定作業
に長時間かつ多数の要員が必要になるばかりでなく、供
給先への送電を停止することによる二次的な影響が生ず
るという問題がある。更に、部分放電の測定を直流電圧
を印加することによって行っているため、電力ケーブル
への送電時の交流電圧との相関関係を把握しなければな
らないという欠点もある。

第４図は部分放電の測定を電力ケーブルの活線状態で
行う方法を実施するための従来装置の構成図である、３
本の三相電力ケーブルCa、Cb、Ccの導体は、それぞれト
ランスTa、Tb、Tcの二次巻線を介して中性点Ｎで接地
し、トランスTa、Tb、Tc一次巻線はそれぞれ一端を接地
し、他端を50Hz又は60Hzの三相供給電源１に接続されて
いる。また、３本の電力ケーブルCa、Cb、Ccの遮蔽層は
それぞれ接地線Ｇを介して接地し、接地線Ｇを巻回する
ように検知コイル２は配置し、この検知コイル２の出力
は部分放電測定器３に接続されている。

このように構成された装置において、三相供給電源１
からの三相交流電圧により３本の電力ケーブルCa、Cb、
Ccの何れかでボイドにより部分放電が発生すると、パル
ス電流が部分放電が発生した電力ケーブルCa、Cb、Ccの
遮蔽層、接地線Ｇを介して接地点に流れる。接地線Ｇに
流れるパルス電流の電磁誘導により検知コイル２に誘導
電圧が発生し、部分放電測定器３により誘導電圧、即ち
パルス電圧が測定される。そして、単位時間当りの放電
パルス数や放電電荷量を検出することにより、電力ケー
ブルCa、Cb、Ccの絶縁劣化の程度を計測することができ
る。

しかしながら、このような装置に外部からパルス性雑
音が加わると、電力ケーブルCa、Cb、Ccと接地線Ｇにパ
ルス電流が流れ、電力ケーブルCa、Cb、Ccの遮蔽層と接
地線Ｇに生じたパルス電流は一体となって接地線Ｇに流
れ、電磁誘導によって検出コイル２にパルス電圧を発生
する。部分放電測定器３では、この外部からのパルス性
雑音によって生ずるパルス電圧と、部分放電によって生
ずるパルス電圧とを区別することが困難であるため、部
分放電の正確な測定を行うことは非常に難しい。また、
３本の電力ケーブルCa、Cb、Cc全体の絶縁特性を把握す
ることはできるが、どの電力ケーブルが絶縁劣化を生ず
る異常部分を有しているかを知ることはできない。従っ
て、各電力ケーブル毎の絶縁特性の状況を把握できない
という欠点もある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の従来例の欠点を除去し、電力
ケーブルなどの三相電力供試体への送電を行いながら、
供試体に発生する部分放電を高精度に検出することが可
能な部分放電検出装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、三相電
力供試体の各相毎に接続し交流成分を除去して放電パル
スを検出する３つの放電パルス検出手段と、前記三相電
力供試体の印加した三相交流電圧の各相の電圧瞬時値の
大きさの組合わせが異なる複数の所定角においてゲート
パルス信号を出力するゲートパルス信号発生手段と、前
記放電パルス検出手段の放電パルス信号を前記ゲートパ
ルス信号に同期させ、前記３つの放電パルス検出手段の
全てから放電パルス信号の出力がある場合に雑音と判断
し、前記放電パルス検出手段の１つ又は２つから放電パ
ルス信号の出力がある場合に部分放電と判断する判別手
段と、該判別手段により部分放電と判別された場合に前
記３つの放電パルス信号が同相となるように移相する移
相手段と、該移相手段からの３つの放電パルス信号を個
々に受け入れて前記三相電力供試体間で放電パルス信号
の比較が可能なように出力する出力手段とを備えたこと
を特徴とする部分放電検出装置である。

［発明の原理］ 三相電力ケーブルを例にした測定を考えると、各電力
ケーブルCa、Cb、Ccには第１図に示すような相互に120
度ずつずれた三相交流電圧が印加されている。部分放電
パルスは主に交流では振幅のピーク付近、即ち印加電圧
の瞬時値が大きい位相角のところで発生する可能性が高
く、印加電圧の瞬時値が零付近の位相角のところでは発
生する確率は少ない。また、交流電圧の瞬時値が極性も
含めて等しい場合でも、位相角が異なればその前後の電
圧の軌跡が異なるため、部分放電パルスの発生の仕方が
違ってくる。従って、位相が相互にずれているような三
相交流電圧が印加されている各電力ケーブルCa、Cb、Cc
では、基準位相角θ_oに対する部分放電特性は各ケーブ
ル毎に異なることになる。一方、測定時に問題となる雑
音は、印加電圧の位相角と無関係に、各電力ケーブルC
a、Cb、Ccに対して等しく侵入すると考えられる。

このような部分放電パルス及び雑音の特性を利用すれ
ば、雑音の弁別除去及び各相毎の絶縁特性の適格な把握
が可能となる。例えば、基準位相角θ_oが矢印のよう
に60度、120度、180度、……の時には、各相の電圧の瞬
時値は常に±0.1、0.5、0.5、……の割合の組合わ
せとなり、矢印のように30度、90度、150度、……の
時には、±0.86、０、0.86の組合わせとなる。また、
矢印のように矢印及びで示した基準位相角θ_oを1
5度移相した場合には、各相の電圧の瞬時値は常に±0.9
7、0.26、0.71の割合の組合わせとなる。

これらの矢印、、で示した基準位相角θ_oでの
電圧瞬時値の組合わせをみると、３相が全て同時にピー
ク付近の電圧瞬時値となることはあり得ないことが判
り、２サイクル中に少なくとも３つの基準位相角を設定
すれば、各相ごとに少なくとも１回は高い電圧瞬時値が
得られる。従って、３相が同時に部分放電パルスを発生
する可能性は極めて少ないことになる。一方、雑音は３
相に共通して侵入するから、３相から同時に放電パルス
が検出された場合には、これらのパルスは雑音であると
判断できる。

また、三相交流電圧は互いに120度ずつ位相がずれて
いるので、３相から同時に得られた放電パルスの位相角
は全て異なっており、その電圧瞬時値も異なっているの
で各位相間の絶縁特性を直ちに比較評価することはでき
ない。そこで、第２図（ａ）から（ｂ）に示すように３
相の位相が見掛け上一致するように、前述の雑音除去の
後に各相で検出された放電パルス信号のみを時間的に遅
延させて位相角を合わせてから、表面手段等に出力する
ようにすれば、測定者は３相同時に同位相における部分
放電特性を得ることができ、各電力ケーブルCa、Cb、Cc
の絶縁特性の比較を行うことが可能となる。例えば、電
力ケーブルCaを基準にすると、他の電力ケーブルCb、Cc
はそれぞれ位相で240度、120度に相当する時間だけ遅延
させれば、見掛け上、同位相の放電パルスを３相同時に
得ることができる。

［発明の実施例］ 本発明を第３図に図示の実施例に基づいて詳細に説明
する。

第３図に示す実施例は、上述の測定原理を実施するよ
うに構成されており、電力ケーブルCaには結合コンデン
サCkを介して測定リード端愛Raが接続されている。測定
リード端子Raは遮蔽層が接地されていて、パルストラン
スPTaを介して増幅回路10a、２値化回路11aが順次に接
続されている。２値化回路11aの出力は、論理回路12の
入力Ａ及びゲート13の入力端子ａに接続されている。論
理回路12の出力GP′はゲート13の同期信号入力に接続さ
れていて、ゲート13の出力端子ａ′には遅延回路14a、
表示手段15が順次に接続されている。

上述の構成は電力ケーブルCb、Ccについても同様で、
論理回路12、ゲート13、表示手段15は共通に用いられて
いる。

また、電力ケーブルCaのみについては、ゲートパルス
信号GPを発生させるための回路系が設けられており、パ
ルストランスPTaの接地側には移相回路16、ゲート回路
発生回路17が順次に接続され、ゲート信号発生回路17の
出力は論理回路12の入力GPに接続されている。なお、こ
のようなゲートパルス信号GPを発生させる回路系は３相
のうち何れか１組に設置すればよく、必ずしも電力ケー
ブルCaに限定されることはない。

電力ケーブルCa、Cb、Ccに第１図に示すような三相交
流電圧が印加されると、電力ケーブルCaの交流電圧から
結合コンデンサCkによって放電成分が取り出され、測定
リード端子Raを介してパルストランスPTaでパルス成分
と交流成分とが弁別される。パルス成分は検出パルスと
して増幅回路10aで増幅され、２値化回路11aによって一
定の大きさのデジタルパルス信号に変換される。以上の
動作は電力ケーブルCb、Ccについても同様である。

また、電力ケーブルCaのみでは、交流成分は移相回路
16でパルス成分の処理系との時間差が補正された後にゲ
ート信号発生回路17に入力される。ゲート信号発生回路
17は印加交流電圧の基準位相角θ_oが所定値に達する
と、その都度ゲートパルス信号GPが出力され、実施例で
は前述したように、第１図に示した矢印、、に当
る15度おきの基準位相角θ_oの値の時にゲートパルス信
号GPが出力される。

このようにして、各相の２値化回路11a、11b、11cで
得られたデジタルパルス出力Ａ、Ｂ、Ｃ及び移相回路16
から出力されるゲートパルス信号GPは論理回路12に入力
される。論理回路12は部分放電パルスと雑音との弁別を
行う回路であり、ゲートパルス信号GPと同期してデジタ
ルパルス出力Ａ、Ｂ、Ｃの論理演算を行い、デジタルパ
ルス出力Ａ、Ｂ、Ｃが部分放電によるものであれば出力
GP′をハイレベル信号Ｈとし、雑音によるものであれば
ローレベル信号Ｌとする。

例えば、第１図に示すように基準位相角θ_oが矢印
、、に示した値のときに、ゲートパルス信号GPが
ハイレベル信号Ｈとなるように設定したとして、その動
作の真理値表を第１表に示す。ただし、Ｈはハイレベル
信号、Ｌはローレベル信号である。雑音との弁別方法は
先の［発明の原理］において述べた通りであり、ゲート
レベル信号GPがハイレベル信号Ｈのとき、１相又は２相
のデジタルパルス出力Ａ、Ｂ、Ｃがハイレベルであれ
ば、部分放電パルスと判断し、出力GP′をハイレベル信
号Ｈとし、３相同時にデジタルパルス出力Ａ、Ｂ、Ｃが
ハイレベル信号Ｈであれば雑音であると判断し、出力G
P′をローレベル信号Ｌとする。

一方、各相の２値化回路11a、11b、11cで得られたデ
ジタルパルス出力Ａ、Ｂ、Ｃは、同時にゲート13の入力
端子ａ、ｂ、ｃに入力する。ゲート13は論理回路12の出
力GP′に従って動作するスイッチであり、出力GP′がハ
イレベル信号Ｈであればオンとなり、端子ａとａ′、ｂ
とｂ′、ｃとｃ′がそれぞれ連結し、出力GP′がローレ
ベル信号Ｌであればオフとなる。

このように、論理回路12及びゲート13を動作させれ
ば、ゲート13を通過して遅延回路14a、14b、14cに達す
るデジタルパルス出力Ａ、Ｂ、Ｃからは、３相同時に放
電パルスが発生した場合のデジタルパルス出力は雑音と
して除去されることになる。

遅延回路14a、14b、14cでは、デジタルパルス出力
Ａ、Ｂ、Ｃの先の［発明の原理］において述べたよう
に、所定位相分だけ時間的に遅延させられてそれぞれ表
示手段15に出力される。表示手段15においては、位相が
見掛け上一致するように調節されているため、同位相角
におけるデジタルパルス出力Ａ、Ｂ、Ｃは同時に比較で
きるようにオシロスコープ、カウンタ等の表示手段15上
に表示されるので、３相間での位相−部分放電特性の比
較が可能となる。遅延回路14としては、扱う信号がデジ
タル化されているので、デジタルメモリ等の電子回路で
移相させることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る部分放電検出装置
は、三相電力供試体に三相交流電圧を印加して部分放電
の検出を行うことができるので、活線状況下での検出が
可能である。また、交流電圧の位相角と部分放電パルス
との特性を利用して、検出された放電パルスから的確に
雑音を除去することができ、高精度な部分放電測定が可
能である。更には、３相から得られた放電パルスを所定
時間遅延させることによって、位相角を一致させて同時
に同位相角の放電特性を得られるようにしたので、３相
個別に部分放電特性が得られるだけでなく、３相間での
絶縁状態の比較など、より詳細な解析を行うことが可能
である。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は三相交流印加電圧の波形グラフ図、第２図
は三相交流電圧の位相を遅延させた波形のグラフ図、第
３図は本発明に係る部分放電検出装置の実施例を示した
ブロック回路構成図であり、第４図は従来例の構成図で
ある。 符号10は増幅回路、11は２値化回路、12は論理回路、13
はゲート、14は遅延回路、16は移相回路、17はゲート信
号発生回路である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三相電力供試体の各相毎に接続し交流成分
   を除去して放電パルスを検出する３つの放電パルス検出
   手段と、前記三相電力供試体に印加した三相交流電圧の
   各相の電圧瞬時値の大きさの組合わせが異なる複数の所
   定角においてゲートパルス信号を出力するゲートパルス
   信号発生手段と、前記放電パルス検出手段の放電パルス
   信号を前記ゲートパルス信号に同期させ、前記３つの放
   電パルス検出手段の全てから放電パルス信号の出力があ
   る場合に雑音と判断し、前記放電パルス検出手段の１つ
   又は２つから放電パルス信号の出力がある場合に部分放
   電と判断する判別手段と、該判別手段により部分放電と
   判別された場合に前記３つの放電パルス信号が同相とな
   るように移相する移相手段と、該移相手段からの３つの
   放電パルス信号を個々に受け入れて前記三相電力供試体
   間で放電パルス信号の比較が可能なように出力する出力
   手段とを備えたことを特徴とする部分放電検出装置。