JP4061617B2 - 部分放電測定回路の校正用パルス発生回路及び動作確認方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は部分放電試験装置に関し、特に、部分放電測定回路の校正用パルス発生回路及び部分放電測定回路の動作確認方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部分放電量の測定回路（以下「測定回路」という。）の校正は、「ＪＥＣ−０４０１（電気学会 電気規格調査会標準規格）」中の４．１及び４．２に規定されているとおり、高電圧を印加して供試物の部分放電量を実測する前即ち始業点検時に、電源、供試物及び測定回路など、すべての構成要素が接続された状態で測定回路の校正を行わなければならない上、供試物と測定回路が変わるごとに校正し直さなければならない。そして測定回路の校正方法は、校正用電荷発生回路を用いて供試物の電極間に既知の電荷ｑｏを注入し、この電荷量と測定回路の指示値との換算係数を求めて行う（以下この方法を「電荷注入法」という。）。この場合、前記規格４．２「放電パルスの大きさの校正」の項に図示される図４（ａ）においてパルス電圧発生器（ＰＧ）の出力Ｕｏを、コンデンサＣｏを通して供試物Ｃａの電極間に注入すると、校正電荷ｑｏは

であるため、Ｃａ≫Ｃｏとなるように各々の値を選べば、供試物に注入される校正電荷ｑｏは、

になる。
【０００３】
また、前記規格の７．には部分放電の測定感度に大きな影響を及ぼすものとして雑音レベルの存在について指摘されており、「ＩＥＣ６０６６４−１（低電圧システム内装置の絶縁協調）の付属書Ｃ中のＣ．４校正」にはテストリードや治具などが発生する部分放電量や雑音レベルの確認方法について記載されている。そして、何れの規格においても雑音レベルの大きさが測定しようとする放電パルスの５０％以下である必要がある旨記載されているため、始業点検時には、測定回路の校正の他、供試物に所定の高電圧を印加した状態で雑音レベルの確認を含めた測定回路の動作確認を行うことが望まれる。
【０００４】
電荷注入法では通常、信号発生器の出力を微分するなどして擬似的な放電パルス信号波形を得、これにより測定回路の校正を行うか、又はパルス発生器の出力信号によって測定回路の校正を行っている。しかし、一般的なパルス発生器や信号発生器では高電圧を発生することが至難であるため、これらを用いて雑音レベルの確認を行うことは不可能である。そこで、雑音レベルの確認や部分放電現象の発生する電圧即ち部分放電開始電圧や発生電荷量の特定は、部分放電測定装置或は耐電圧試験装置などのような交流の高電圧発生装置を用いて直接供試物に高電圧を印加して、これらの値を実測することで行っているが、元来部分放電現象はランダムに発生する上、測定環境などによっても放電現象の出現状況や放電レベルが一様でないため、部分放電開始電圧や発生電荷量を特定することは容易でない。
【０００５】
この対処策として、予め部分放電開始電圧及び発生電荷量が実測されている試料を用いるという方法（以下「標準サンプル法」という。）が一般的に行われる。この標準サンプル法は、具体的には供試物に見立てた試料を製作するか又は供試物の中から任意に選択するなどして試料を用意し、これに所定の部分放電試験を行い、該試料の部分放電開始電圧及び発生電荷量を測定し、この実測値を放電電荷量の標準値と見做した上、該標準試料によって測定回路の動作確認を行うものである。
【０００６】
しかし、該標準試料は、所望の静電容量のものを自在に選択することができないばかりか度重なる高電圧印加履歴によって著しく劣化し、該標準試料に対する経時変化の影響や湿気付着の影響を防止するのも困難であるため、標準サンプル法によっても測定にバラツキが生じ易く、各構成要素の接続経路間における断線事故の発生確認も信頼性が乏しいものにならざるを得ない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記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、放電現象と等価のパルスを部分放電試験電圧へ重畳させるパルス信号発生回路を提供すると共に、これを用いた測定回路の動作確認方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
比較器４と、直列接続したコンデンサ１及びコンデンサ２とを具え、コンデンサ２の両端に比較器４によってオン／オフが制御されるスイッチ５を並列接続し、コンデンサ２の両端電圧を前記比較器の比較電圧とし、比較電圧が基準電圧よりも高くなると、スイッチ５は、コンデンサ２の両端を短絡してパルス信号を得ることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記戴の校正用パルス発生回路を用いた部分放電測定回路の動作確認方法であって、部分放電測定回路を校正するステップと、雑音レベルを確認するステップからなることを特徴とする。
【発明の実施の形態】
【００１０】
本発明者は、標準サンプル法の欠点が標準電荷量の信頼性の乏しさ故に生じている点と、部分放電装置或は耐電圧試験装置のような交流の高電圧発生装置（以下「高電圧発生器」という。）も一種の信号発生器である点に着目し、高電圧発生器の試験電圧を利用して放電パルスと等価なパルス信号を発生させた上、このパルス信号を試験電圧信号に重畳させることによって、部分放電開始電圧及び発生電荷量の特定が容易になるばかりか再現性の高い雑音レベルの確認や測定が可能になるという着想を得、本発明を創出するに至った。以下に、図１及び図２に基づき請求項１に記載の発明について説明する。なお、図１は、本発明の一実施例を示したものであり、また図２はその動作波形を示している。
【００１１】
比較器４のプラス端子はコンデンサ２に接続し、比較器４のマイナス端子は基準電圧３に接続する。そして、図１に示すＡ端子及びＢ端子を高電圧発生器の試験電圧印加端子に夫々接続し、該高電圧発生器から試験電圧を印加すると、コンデンサ１及びコンデンサ２は充電状態となる。ここで、コンデンサ１の両端電圧をＶｃ１とし静電容量をＣ１とし、コンデンサ２の両端電圧をＶｃ２とし静電容量をＣ２とし、試験電圧をＶａとすると、夫々のコンデンサの両端電圧は、

となり、Ｖｃ２が比較電圧として比較器４に入力される。なお、本実施例でのコンデンサ１とコンデンサ２の容量関係は、
Ｃ１≪Ｃ２
である。
【００１２】
基準電圧３の電圧をＶｒとすると、試験電圧Ｖａの印加に伴いコンデンサ２の両端電圧Ｖｃ２がＶｒよりも高くなった瞬間、比較器４はスイッチ５をオンにする。すると、スイッチ５はコンデンサ２の両端を短絡してコンデンサ２に蓄えられた電荷を放電させ、Ｖｃ２は瞬時にゼロボルトになる。また比較器４はＶｃ２がＶｒよりも低くなった瞬間スイッチ５をオフにするため、Ｖｃ２が瞬時にゼロボルトになると同時にコンデンサ２は充電を開始する。そして、Ｖｃ２がＶｒより高くなった瞬間再びスイッチ５がオンとなり、Ｖｃ２は瞬時にゼロボルトになる。このような一連の動作を繰り返すことでコンデンサ２の両端には図２の１１に示す如く、Ｖｒの振幅を持つ鋸歯状波形が出現する。但し、周知のとおり、コンデンサが充電状態にある期間は、出力波形が上昇を開始してから最大値に到達するまでの期間であるため、高電圧発生器の試験電圧波形が下降状態にある時には鋸歯状波形が出現することはない。なお、本実施例では比較器４のプラス入力をＶｃ２側としマイナス入力をＶｒ側としているが、Ｖｃ２がＶｒより高くなった時にコンデンサ２の両端を短絡するようにスイッチ５を動作させることが可能な場合は、比較器４の入力極性はこの逆でも良い。
【００１３】
一方コンデンサ１は、コンデンサ１とコンデンサ２の容量がＣ１≪Ｃ２の関係にあるため、瞬時にフル充電状態になる。その結果コンデンサ１は、スイッチ５のオン／オフ動作に対応して図２の１２に示す如く、Ｖｒの振幅を持つパルス状信号を発生するように機能し且つ同図１０に示す如く、パルス状信号を試験電圧へ重畳させるように作用する。この時、該パルス状信号の電荷量をｑｐとすると、ｑｐは、
ｑｐ＝Ｃ１×Ｖｒ〔Ｃ〕
であるから、コンデンサ１は、試験電圧にパルス状信号を重畳させる作用のみに止まらず、一定の電荷量を注入する効果も果たしている。そして、この効果は電荷注入法の原理に等しいため、該ｑｐは前記▲１▼式の校正電荷量ｑｏに相当し、該パルス状信号の振幅Ｖｒは部分放電開始電圧Ｕｏに相当し、Ｃ１はＣｏに相当する。よって、校正電荷量ｑｏは以下の▲４▼式から求めることができる。

【００１４】
以上説明したとおり、本発明は、高電圧発生器と併用することで、高電圧型の電荷注入法を実現した上、基準電圧Ｖｒ及びＣ１を適宜設定することにより所望の校正電荷量を自在に求めることが可能であるばかりか部分放電開始電圧の特定も容易である。更に以下の▲５▼式から明らかな如く、Ｃ２の値を適宜設定すると、所望の試験電圧Ｖａも自在に求めることができる。

【００１５】
請求項２の発明は、本パルス信号発生回路を用いた部分放電測定回路の動作確認方法であり、特に、該測定回路の校正方法並びに雑音レベルの確認方法に関する。以下に、図３に示す一実施例と図４に示すフローチャートとに基づき本発明の測定回路の校正工程（ステップａ）及び雑音レベルの確認工程（ステップｂ）について説明する。なお、図３は、高電圧発生器と測定回路の双方を装備する部分放電測定装置（以下「測定装置」という。）を用いた一実施例であるが、本発明は、高電圧発生器と部分放電測定回路とを独立させて試験を行う場合であっても測定回路の校正や雑音レベルの確認を行うことができる。
【００１６】
測定装置２０、テストリード２１、パルス信号発生回路２２、供試物２３の他、電源、ジグなど、測定に必要なすべての構成要素を接続する。このとき発生回路２２のＡ端子及びＢ端子は、夫々対応する端子即ち測定装置２０の試験電圧出力端子Ａ′及びＢ′と、供試物２３のＡ′電極及びＢ′電極に接続する。そして前記▲４▼式にて校正電荷量ｑｏを所望の値になるようにＣ１及びＶｒを設定し、前記▲５▼式から、所望の試験電圧値ＶａになるようにＣ２を設定する。
但し、測定回路の校正では不要な雑音の発生を除去する必要があるため、高電圧を印加することが許されないので、最初にＶａ値を定めておき、この値を満足するＣ１、Ｃ２、Ｖｒ、校正電荷量ｑｏを求めるか、或は最初に部分放電開始電圧Ｖｒを定めておき、所望の試験電圧ＶａになるようにＣ１及びＣ２の値を設定しても良いが、それぞれの値の設定に際しては、本ステップ開始前に予め最適値を計算しておく方が望ましい。
所定の設定を完了した後、測定装置２０から試験電圧Ｖａを出力すると、Ｖａは放電現象と等価なパルス信号を重畳し且つ校正電荷量ｑｏが注入されたＶａ′に変化する。そして、該Ｖａ′にて測定回路の校正を行い、本工程を終了する。
【００１７】
次に雑音レベルの確認工程（ステップｂ）について説明する。
ステップａ同様、先ず雑音レベルの確認に必要なすべての構成要素を接続する。そして、ステップａと同様の手順と計算式を用いて校正電荷量ｑｏ、部分放電開始電圧Ｖｒ、試験電圧Ｖａ、Ｃ１、Ｃ２、など、本工程に必要な値を設定する。但し、規格などによって試験電圧が定められている場合は、先ずその値に適合させなければならないので、各規格における試験或は測定条件などを考慮して、予め最適値を計算しておく方が望ましい。これらの値を設定した後、測定装置２０から試験電圧Ｖａを印加すると、Ｖａは放電現象と等価なパルス信号を重畳し且つ校正電荷量ｑｏが注入されたＶａ′に変化する。そこで該Ｖａ′にて雑音レベルの確認を行う。この時、雑音レベルの実測値がｑｏ′であったとすると、すべての構成要素の雑音ｑｏｓは

となる。従って、
ｑｏ ＝ｑｏ
であれば、異常な部分放電現象はまったく出現していないことになり、また、
ｑｏ′≧１．５ｑｏ
であれば、雑音レベルが５０％以上との判定を行い、異常雑音の発生原因を除去し、５０％以下の雑音レベルであることが確認できた時点で本工程を終了する。
なお、また、本工程はステップａに関係なく独立して行えるため、図４のフローチャートに示すステップａとステップｂの順序を逆にして、最初に本ステップｂを実行しても良い。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１の発明は、極めて簡易な回路でありながら放電パルスと等価のパルスを高電圧発生器の試験電圧信号に重畳させることで電荷注入法を実現し、またこの発生回路を用いた請求項２の発明は、標準サンプル法の欠点即ち校正電荷や部分放電開始電圧を自在に設定し得ない点及び各構成要素の接続経路間における断線事故による異常電荷の発見が不確実であるという点の解消はもとより、電荷注入法を用いた高電圧の印加も実現しているため、極めて再現性の高い雑音レベルの確認が可能である。更にこれらの発明では短時間に始業点検を実行することができる上、信号発生器や標準試料を不要としているため、コスト面や工数の面においても格段の改善が図れるなど、数多の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の一実施例を示した図である。
【図２】請求項１の発明によって発生される信号波形を示した図である。
【図３】請求項１の発明を用いる校正方法の一実施例を示した図である。
【図４】校正及び雑音レベルの確認手順をフローチャートで示した図である。
【符号の説明】
１ コンデンサ
２ コンデンサ
３ 基準電圧
４ 比較器
５ スイッチ
１０ 高電圧波形
１１ コンデンサ２の両端電圧波形
１２ パルス状信号
２０ 部分放電測定装置
２１ テストリード
２２ パルス信号発生器
２３ 供試物

Claims (2)

1. 比較器と、直列接続した第１のコンデンサ及び第２のコンデンサとを具え、
   前記第２のコンデンサの両端にスイッチ手段を並列接続し、
   前記第２のコンデンサの両端電圧を前記比較器の比較電圧とし、
   前記比較電圧が基準電圧よりも高くなった瞬間、前記スイッチ手段は前記第２のコンデンサの両端を短絡することを特徴とする部分放電測定回路の校正用パルス発生回路。
2. 請求項１に記戴する発明を用いた部分放電測定回路の動作確認方法であって、
   部分放電測定回路を校正するステップと、雑音レベルの確認を行うステップからなることを特徴とする動作確認方法。

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