JP2779511B2 - 部分放電発生位置測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電力ケーブルや巻線を有する電気機器等の
分布定数系とみなされる供試体の、部分放電の発生位置
を検知する方法に関するものである。

［従来の技術］ 電気機器や電力ケーブルの絶縁体にボイドやクラック
或は傷などの欠陥部位が存在していると、高電圧の印加
によって前記欠陥部位で微弱な放電、すなわち部分放電
が発生し、長期間に渡って部分放電が繰返されると絶縁
体が劣化されついには絶縁破壊に至ることがある。従っ
て、部分放電試験を行い絶縁破壊等の事故を未然に防止
することが重要であり、特に電力ケーブル等においては
部分放電の発生位置も検知しておくことが望ましい。

従来、電力ケーブルの部分放電発生位置を検知する方
法としては、第５図に示す方法が一般的である。図にお
いて、Caは絶縁体にボイド等の欠陥部40が存在している
ケーブルであり、該ケーブルCaの一端部に結合コンデン
サＣを介して直流電源Hvが接続されている。かかる構成
において、直流電源HvによりケーブルCaに高電圧を印加
すると、上記した欠陥部40で部分放電が発生し、この部
分放電により放電パルスが生成される。該放電パルスは
図中一点鎖線で示すように、ケーブルCaの欠陥部40から
直接課電端Ａに帰路する第１の放電パルスP₁と、欠陥部
40から一旦ケーブルCaの遠端Ｂに向けて伝搬し、遠端Ｂ
で反射されて課電端Ａに帰路する第２の放電パルスP₂と
に分れる。

第６図はこれら放電パルス波形をシンクロスコープ20
で観察したときのタイムチャート図であり、この観察結
果から、欠陥部40で放電が発生した時間t₀から、第１の
放電パルスP₁が課電端Ａへ到達するまでの時間t₁と、第
２の放電パルスP₂が課電端Ａへ到達するまでの時間t₂と
の到達時間差Δｔを求めることができる。この到達時間
差は、放電パルスがケーブルCaの遠端Ｂと欠陥部40との
間の２倍の距離を伝搬したに等しい時間であり、その時
間差をＴ、放電パルスの伝搬速度をｖ、ケーブルCa全長
をＬとすると課電側Ａから欠陥部40までの距離Ｘは次式
で求めることができる。

Ｘ＝Ｌ−（ｖ×T/2） ・・・ 実際には上記した時間差Δｔを求めるに際しては、シ
ンクロスコープの表示画面を目視観察して求めたのでは
精度的に限界があるため、高精度で時間差Δｔを求める
にはクロックパルス計数方式によるデジタル的な測定法
が採用されている。この方法は、例えば放電パルスP₁,P
₂の立上り位置に同期した方形波をそれぞれ発生せし
め、第１の放電パルスP₁により発生された方形波信号で
クロックパルスの計数を開始し、第２の放電パルスP₂に
より発生された方形波信号で計数を停止させて、このと
きのクロックパルスの計数値から時間差Δｔを求めるも
のである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、第６図のタイムチャート図に示すように、
第１の放電パルスP₁はケーブルCa内を伝搬する距離が短
かいためパルスの減衰度が少なく高い波高値を有してお
り、このため波尾に振動波P_iを誘発する。一方第２の放
電パルスP₂は、ケーブルCa内を伝搬する距離が長いため
その波高値は低く、またケーブルCaの有する等価的な時
定数のためパルスの立上りが傾斜する。

従って上述したクロックパルス計数方式の場合、第１
の放電パルスP₁により誘発される振動波P_iが大きいとき
は第２の放電パルスP₂との区別ができず、振動波P_iによ
ってクロックパルスの計数が停止され誤動作の原因とな
る。また放電パルスP₁,P₂のみによって方形波を発生さ
せるために、一定のトリガレベルを設けて振動波P_iの影
響を除去した場合でも、上記した通り第２の放電パルス
P₂の立上り勾配が第１の放電パルスP₁のように急峻でな
く、この立上り勾配の差が第２の放電パルスP₂による方
形波の発生を遅らせてしまい、両者の同期状態が乱れて
誤差を惹起する原因となる。

このような問題点を解決する有力な方法は現在のとこ
ろ提案されておらず、放電パルスの到達時間差から部分
放電発生位置を測定する方式では上記した不都合は回避
できない。従って本発明は、放電パルスの到達時間差に
よらない新規な部分放電発生位置測定方法を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の部分放電発生位置測定方法は、供試体に試験
電圧を印加して部分放電を発生させ、前記供試体に接続
した結合コンデンサにより前記放電によるパルスを検出
し、該パルスを掃引して与えられる共振周波数でそれぞ
れ同調させて増幅し、このとき増幅感度が極小となる共
振周波数を求め、この共振周波数の周期と前記パルスの
伝搬速度とに基いて、供試体上の部分放電の発生位置を
検知することを特徴とするものである。

［発明の構成］ 一般に部分放電測定方法には、広帯域、中帯域、狭帯
域の使用する増幅帯域の相違による３つの方式があり、
このうち広帯域を使用するものは広帯域法、中帯域を使
用するものは低周波法、及び狭帯域を使用するものは同
調法と呼ばれている。

これらの各方式とも部分放電によって生ずるパルスが
供試体中を進行波となって伝搬しない供試体、所謂集中
定数系の供試体に対しては特性上の差は増幅度による差
が顕著となる程度であるが、進行波が伝搬する所謂分布
定数系の供試体に対してはそれぞれ異なった応答をす
る。

第２図は上記した各部分放電測定方式の感度特性を示
している。例えば、広帯域法は放電パルス波形を忠実に
増幅して観測しようとする目的で、高い周波数成分をも
増幅するために帯域幅を広くしているが、高い周波数成
分はケーブル内を伝搬し難いため、第２図の特性で示す
ように放電発生位置が遠い程減衰が大きくなるという問
題がある。また、低周波法は放電発生位置による応答の
変化が最も小さく、つまり積分効果を利用しているわけ
であるが、広帯域法と共に雑音の影響を受け易い欠点が
ある。この低周波法は第２図に示すように応答特性は優
れているが、増幅帯域幅ではサイリスタ等のパルス性の
雑音の周波数成分に近いため、その影響を特に受け易い
のである。

これらに対し同調法は、第２図の特性にも示すよう
に、部分放電発生位置によって応答が振動的に変化する
という欠点があるが、広帯域法や低周波法に比べ、放電
パルスを増幅する回路に共振回路を付加し、供試体の放
電によるパルスを前記共振回路により生成される共振周
波数に同調させて狭帯域増幅しているので、外来雑音の
影響を受け難いと共に容易に増幅度が得られるという利
点がある。

本出願人は先に、上記同調法において応答の振動的変
化という欠点を解決すべく、放電パルスを複数の異なる
共振周波数で同調増幅して放電電荷を測定し、この測定
値を合成することにより応答特性の均一化を図る方法を
提案している（特開昭60−181666号）。この方法は第３
図に示すように、放電パルスの増幅を異なる固有の共振
周波数を有する複数の同調増幅器で行い、これら同調増
幅器の出力の中から最大値のものを選択するか、各出力
の平均値を求める等の手段で、応答特性の部分放電発生
位置による振動性を抑制しているわけであるが、本発明
者らが鋭意研究を続けた結果、各共振周波数における増
幅感度の分布状態は部分放電発生位置までの距離に依存
することを知見した。元来同調法の欠点とされていた応
答特性の振動性を逆に利用し、部分放電の発生位置を検
知する方法を見出したものである。

すなわち、第４図はケーブルを供試体として、ケーブ
ルの遠端から部分放電発生位置までのケーブル長をパラ
メータとして、放電パルスを同調増幅する際の共振周波
数と感度との関係を示した図であるが、例えば全長600m
のケーブルにおいてパルス伝搬速度が200m/μＳである
とき、部分放電発生地点から遠端までの距離が100mのと
きは500kHz付近の共振周波数で放電パルスを増幅すると
感度が極小となり、距離が200mのときは250kHz付近の共
振周波数が極小となる。即ち、500kHzの場合で説明する
と、その周期λは1/fより２μＳとなるが、遠端からの
反射波（第５図におけるP₂に相当）が１μＳ遅れてきた
ときに波形は互いにキャンセルされ、結果として応答が
極小となる。つまり、時間差ｔが１μＳのときに相対感
度は極小となるわけで、これを上述の式の括弧内の式
に当てはめると、 ｖ×t/2＝200×1/2＝100m ・・・ となるものである。このように放電パルスを増幅したと
きの相対感度の分布状態、特に感度が極小となる共振周
波数は、部分放電発生地点までの距離によって決定され
ることになる。従って部分放電を測定するに際し、一定
幅で共振周波数を掃引して各共振周波数で増幅すれば増
幅感度が極小となる共振周波数が求まり、該極小点は部
分放電発生位置までの距離で定まるので、従って部分放
電の発生位置を検知することができる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図Ａは本発明にかかる部分放電発生位置測定方法
を示すブロック図であり、第１図Ｂはこれを模式化した
図である。図において、分布定数系とみなされる供試体
例えば供試ケーブルCaには、ブロッキングインピーダン
ズZbを介して試験電圧Hvが印加され、供試ケーブルCa絶
縁体の欠陥部40に部分放電を生起せしめることが可能な
ようになっている。また供試ケーブルCaには、部分放電
による放電パルスを検出するための結合コンデンサCkが
接続されており、この結合コンデンサCkには同軸ケーブ
ル等からなるリード線６を介して部分放電測定器１が接
続されている。

上記構成において、交流Hvの印加電圧を上昇させてい
くと、供試ケーブルCaの絶縁体のボイド等の形状及び大
きさなどで定まる放電電圧に達した時、ボイドに放電が
生起する。ここで印加電圧が高い程放電パルスの発生数
は増加するが、前記放電電圧は一定であるので放電電荷
は一定である。従ってこの放電電荷を検知することによ
り、先ず供試ケーブルCaに部分放電が生起したことが判
明し、放電電荷の値を検知することによりボイドの状態
を知見することができる。そして、供試ケーブルCaに並
列接続された例えば2000pF程度の容量の結合コンデンサ
Ckにより、高電圧が印加されている回路から微弱な放電
パルス電圧、すなわち放電電荷に比例した電圧が検出さ
れる。

結合コンデンサCkで検出された放電パルスは、部分放
電測定器１内の同調型増幅器11に送出される。増幅器11
には掃引信号発生器10が接続されており、掃引信号発生
器10は増幅器11に共振周波数を所定帯域（例えば100kHz
〜400kHz）において掃引させつつ入力させる。掃引信号
発生器10は例えばコンデンサ容量を可変し得るLC共振回
路等からなり、同調方式で信号を増幅する増幅器11に、
放電パルスを同調させるための共振周波数を与える。増
幅器11は掃引される共振周波数、すなわち異なる複数の
共振周波数で前記結合コンデンサCkで検出された放電パ
ルスをそれぞれ同調させ、各共振周波数で放電パルスを
増幅する。

そして増幅器11の一方の出力は合成回路３に送出さ
れ、合成回路３の出力は表示装置４に接続されている。
この出力は部分放電の大きさを測定するためであり、欠
陥部40における部分放電がどの程度のものかを判定する
ためのものである。合成回路３には論理和回路あるいは
論理積回路等が組み込まれており、部分放電測定におけ
る同調法の欠点である部分放電発生点までの距離による
応答の振動性を無くするため、掃引した共振周波数でそ
れぞれ増幅した放電パルス信号の出力信号で最大出力の
ものを選択するか、あるいは出力信号の平均値を求める
等の働きをする。而して合成回路３の出力は、欠陥部40
の部分放電による放電電荷量として表示装置４で表示さ
れるようになっている。

増幅器11のもう一方の出力は、選別回路５へ送出され
る。この出力は供試ケーブルCa上の欠陥部40、すなわち
部分放電発生位置を測定するためのものである。選別回
路５では、掃引した共振周波数で増幅した各測定値の分
布状態を検知し、これら上記測定値の中から最低値のも
の、すなわち増幅感度が最低となったときの共振周波数
を選別するようになっている。

而して増幅感度が最低となる共振周波数が知見できれ
ば、供試ケーブルCaの課電端Ａから欠陥部40までの距離
Ｘは次のようにして求めることができる。

即ち、式で示したように、共振周波数の周期λの半
周期遅れで反射波が到達したときに増幅感度が極小にな
るから、この場合の時間差Ｔは、 時間差Ｔ＝λ/2＝（1/2）・（1/f） ・・・ これを式に代入すると、 Ｘ＝Ｄ−Ｌ＝Ｄ−V/4f［ｍ］ ・・・ 但し、D;ケーブル全長［ｍ］ L;欠陥部から遠端Ｂまでの距離［ｍ］ V;パルスの伝搬速度［m/μＳ］ f;増幅感度が極小の共振周波数［MHz］ 例えば供試ケーブルCaに試験電圧を課電し、このとき
結合コンデンサCkが検出した放電パルスを増幅器11で掃
引信号発生器10から掃引されつつ送られてくる共振周波
数で同調増幅したとき、選別回路５が各共振周波数によ
って増幅された値の中で最低であるところの共振周波
数、すなわち増幅感度が最低である共振周波数ｆが250k
Hzであると判定したとする。この場合、ケーブル内を伝
搬する放電パルスの速度はおよそ200m/μｓであるの
で、ケーブル全長が500mの供試ケーブルCaであれば、上
記の式にこれらの値を代入すると、課電端Ａから欠陥部
40までの距離Ｘは300mとなる。

このように増幅器11が各共振周波数で同調増幅して得
た放電電荷の測定値の大きさの分布状態、特にその測定
値（増幅感度）が最低である共振周波数を知見すること
により、部分放電発生位置を測定することができる。

なお、掃引信号発生器10による共振周波数の掃引方法
については特に限定はないが、より正確に部分放電発生
位置を測定するためには掃引周波数間隔を狭くし、より
多くの共振周波数で放電パルスを同調させ、増幅器11に
てそれぞれ増幅すれば良い。また供試体に長時間試験電
圧を印加し続けると、ボイドの形状が変化し放電の状態
が変化する場合があるため、共振周波数の掃引時間は短
かい方が好ましく、数秒以下であることが望ましい。ま
た、共振周波数の掃引と選別回路５における共振周波数
の選択をプログラム化し、コンピュータコントロールに
より共振周波数を変化させると共に増幅感度が最低であ
る共振周波数を選択させる手段を取っても良い。

［効果］ 以上説明した通り本発明の部分放電発生位置測定方法
によれば、従来法のように放電パルスの課電端への到達
時間差から部分放電の発生位置を検知する方式を採用せ
ずに、放電パルスを掃引して与えられる共振周波数で同
調増幅し、このとき増幅感度が極小となる共振周波数を
求めて部分放電の発生位置を検知する新規な方法である
から、放電パルスの到達時間差を求める方式における各
種欠点が回避できる。すなわち従来法では放電パルスの
大きさや形状によって測定結果に誤差が生じ易く、正確
な測定を行うにはこれらに対する対策を各種施す必要が
あったが、本発明によればその必要は無く、簡素に且つ
正確に部分放電発生位置の測定を行うことができる有用
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明の部分放電発生位置測定方法の一実施
例を示すブロック図であり第１図Ｂはそれの模式図、第
２図は一般的な各種部分放電測定方法の感度特性図、第
３図は同調法において共振周波数をパラメータとしたと
きのケーブル長による感度特性図、第４図はケーブル遠
端から部分放電発生位置までの距離をパラメータとした
ときの共振周波数による感度特性図、第５図は従来の部
分放電発生位置を示す模式図、第６図は第５図の方法で
検出された放電パルスのタイムチャート図である。 １……部分放電測定器、10……掃引信号発生器、11……
増幅器、３……合成回路、４……表示装置、40……欠陥
部、５……選別回路、６……リード線、Ａ……課電端、
Ｂ……遠端、Ca……供試ケーブル、Ck……結合コンデン
サ、Hv……交流、Zb……ブロッキングインピーダンス

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】供試体に試験電圧を印加して部分放電を発
   生させ、前記供試体に接続した結合コンデンサにより前
   記放電によるパルスを検出し、該パルスを掃引して与え
   られる共振周波数でそれぞれ同調させて増幅し、このと
   き増幅感度が極小となる共振周波数を求め、この共振周
   波数の周期と前記パルスの伝搬速度とに基いて、供試体
   上の部分放電の発生位置を検知することを特徴とする部
   分放電発生位置測定方法。