JP4342993B2 - Insulation monitoring device for metal closed type switchboard - Google Patents
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Description
この発明は、金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置に関するものである。 The present invention relates to an insulation monitoring device for a metal closed type switchboard.
金属閉鎖型配電盤では、経年変化などによって電気絶縁物が劣化することがある。このような絶縁劣化の発生有無を常時監視するために、配電盤内にアンテナを配置し絶縁劣化によって発生する部分放電に伴い放射される電磁波を検出する方法が提案されている(例えば特許文献1)。 In a metal closed type switchboard, electrical insulation may deteriorate due to aging. In order to constantly monitor whether or not such insulation deterioration has occurred, a method has been proposed in which an antenna is disposed in the switchboard and an electromagnetic wave radiated due to partial discharge generated by the insulation deterioration is detected (for example, Patent Document 1). .
すなわち、特許文献1では、併設されている複数のキュービクルの各内部に設置され各キュービクル内部の電気機器に絶縁異常が生じたときに発生する電磁波を検出するアンテナと、各アンテナからの信号を入力して受信回路に常時切り替えて送るアンテナセレクタと、300〜1500MHz帯の任意の周波数帯に同調周波数が設定された前記受信回路によって受信した信号より、部分放電による電磁波を判定する判定回路とを備えた絶縁監視装置が開示されている。
That is, in
しかしながら、上記従来の絶縁監視装置では、複数のキュービクルに設置したアンテナの信号を所定の一箇所に設置した異常検出・判定装置に伝送するので、アンテナケーブルを長く敷設する必要がある。このため、アンテナケーブルに誘導する電磁ノイズによって検出すべき微弱な放電信号のS/Nが低下するという問題がある。 However, in the above conventional insulation monitoring device, antenna signals installed in a plurality of cubicles are transmitted to an abnormality detection / judgment device installed at a predetermined location, so it is necessary to lay an antenna cable long. For this reason, there exists a problem that S / N of the weak discharge signal which should be detected by the electromagnetic noise induced | guided | derived to an antenna cable falls.
また、キュービクル内の電気機器の部分放電発生個所がアンテナから離れている場合には、放電電磁波が弱くなるので、電磁ノイズの影響を受けて検出感度が低下するという問題もある。 In addition, when the part of the electrical equipment in the cubicle where the partial discharge occurs is away from the antenna, the discharge electromagnetic wave becomes weak, and there is a problem that the detection sensitivity is lowered due to the influence of electromagnetic noise.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、絶縁異常により発生する部分放電電磁波を高感度で効率良く検出できるとともに、アンテナから異常検出・判定装置までの伝送ラインに誘導されるノイズによるS/N低下を防ぎ、微弱な部分放電電磁波を感度良く検出することが可能となる金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and can detect a partial discharge electromagnetic wave generated due to an insulation abnormality with high sensitivity and efficiency, and can reduce S due to noise induced in the transmission line from the antenna to the abnormality detection / determination device. An object of the present invention is to obtain an insulation monitoring device for a metal-closed switchboard that can prevent a / N drop and detect weak partial discharge electromagnetic waves with high sensitivity.
上述した目的を達成するため、この発明にかかる金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置は、電磁波を検出するアンテナとこのアンテナの検出信号を増幅するアンプとを備える放電検出部を金属閉鎖型配電盤の筐体内に配置し、前記アンプの出力信号から絶縁異常時に生ずる部分放電に伴って発生する電磁波による信号成分の存否を監視する絶縁判定部、を備え、前記放電検出部では、アンテナとアンプとの間に、バンドパスフィルタが設けられ、
前記バンドパスフィルタが検出する周波数帯域は、100MHz〜1GHzの中で前記金属閉鎖型配電盤の筐体の共振周波数に同調していることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, an insulation monitoring apparatus for a metal closed type switchboard according to the present invention includes a discharge detection unit including an antenna that detects electromagnetic waves and an amplifier that amplifies a detection signal of the antenna. An insulation determination unit that is disposed in the body and monitors the presence or absence of a signal component due to an electromagnetic wave generated due to a partial discharge that occurs when an insulation abnormality occurs from the output signal of the amplifier. Is provided with a bandpass filter,
The frequency band detected by the band-pass filter is tuned to the resonance frequency of the casing of the metal-closed distribution board within 100 MHz to 1 GHz .
この発明によれば、アンテナに誘導した部分放電による電磁波を増幅してから絶縁判定部に伝送するので、伝送過程で伝送ラインに誘導されるノイズの影響を少なくすることができ、微弱な部分放電電磁波を感度良く検出できるようになる。 According to the present invention, since the electromagnetic wave due to the partial discharge induced in the antenna is amplified and transmitted to the insulation determination unit, the influence of noise induced in the transmission line during the transmission process can be reduced, and the weak partial discharge Electromagnetic waves can be detected with high sensitivity.
この発明によれば、絶縁異常により発生する部分放電電磁波を高感度で効率良く検出できるとともに、アンテナから異常検出・判定装置までの伝送ラインに誘導されるノイズによるS/N低下を防ぐことができるので、微弱な部分放電電磁波を感度良く検出することが可能となるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to efficiently detect a partial discharge electromagnetic wave generated due to an insulation abnormality with high sensitivity and to prevent an S / N decrease due to noise induced in a transmission line from the antenna to the abnormality detection / determination device. As a result, it is possible to detect a weak partial discharge electromagnetic wave with high sensitivity.
以下に図面を参照して、この発明にかかる金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。 DETAILED DESCRIPTION Exemplary embodiments of an insulation monitoring device for a metal closed type switchboard according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施の形態である金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置の配置構成を示す図である。図1において、多くの場合、金属閉鎖型配電盤は複数の筐体1を横に並べて配置される。各筐体1の内部には、アンテナとして例えば絶縁被覆電線のような金属線3が部分放電を監視したい絶縁物の近くを通るように敷設されている。具体的には、金属線3は、例えば、高圧導体を支持する絶縁物の近くにおける接地金属板上に敷設されている。
FIG. 1 is a diagram showing an arrangement configuration of an insulation monitoring device for a metal closed type switchboard according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, in many cases, the metal closed type switchboard is arranged by arranging a plurality of
これは、部分放電に伴い放射される微弱な電磁波をできるだけ発生源の近くで検出する方が感度の点で有利であるためである。また、異常監視したい絶縁部は、一つの筐体内にも複数存在しており、通常では一つのアンテナで複数箇所の放電を感度良く監視することは容易ではない。それに対して、金属線3を放電が発生しうる場所の近くを通るように配線すると、電磁波は距離減衰する前に金属線3に誘導されるので、複数の箇所を比較的効率良く監視することが可能となる。
This is because it is advantageous in terms of sensitivity to detect a weak electromagnetic wave radiated with partial discharge as close as possible to the generation source. In addition, there are a plurality of insulating parts to be monitored for abnormality, and it is usually not easy to monitor discharges at a plurality of locations with a single antenna with high sensitivity. On the other hand, if the
なお、ノイズの少ない環境下にある配電盤では、ある程度の電磁波の減衰は許容できるので、ロッドアンテナやループアンテナなどを使用することも可能であることは言うまでもない。この場合も、ロッドアンテナやループアンテナは、監視したい絶縁物の近傍に配置すると良い。以降では、アンテナとして、金属線3を例に挙げて説明する。
Note that it is needless to say that a rod antenna, a loop antenna, or the like can be used in a switchboard in an environment with little noise, since it can tolerate a certain amount of electromagnetic wave attenuation. Also in this case, the rod antenna and the loop antenna are preferably arranged in the vicinity of the insulator to be monitored. Hereinafter, the
部分放電に伴い放射される電磁波の強度は微弱であるので、基本的には、金属線3に誘導される検出信号はアンプ5にて増幅してからアンテナケーブル6を介して異常判定装置2に伝送する構成で良い。アンテナケーブル6は、数〜数十mと長い距離を引き回されるので、ケーブルに電磁ノイズが誘導されてS/Nの劣化の原因となるが、信号を増幅してから伝送することによってS/N劣化を抑制することが可能となる。以上が、筐体1内に配置される放電検出部の基本構成である。
Since the intensity of the electromagnetic wave radiated with the partial discharge is weak, basically, the detection signal induced in the
しかし、配電盤が設置されている環境下では、放送波などの通信ノイズや周辺の機器が発生するノイズなどが到来する場合が多い。また、金属線3の曲げや金属線3の近傍に存する金属・絶縁物の配置等によってアンテナとしての周波数特性は変化するので、金属線3の敷設状態によって検出特性が変化するが、その予測は困難であり、予期しない周波数帯の電磁ノイズも検出してしまう可能性がある。
However, in an environment where a switchboard is installed, communication noise such as broadcast waves and noise generated by peripheral devices often arrive. In addition, since the frequency characteristics of the antenna change depending on the bending of the
そこで、この実施の形態では、金属線3の基端部とアンプ5との間に、数十MHz程度の帯域幅を有するバンドパスフィルタ4を接続し、フィルタリングした信号をアンプ5で増幅してからアンテナケーブル6を介して異常判定装置2に伝送するようにしている。これによって、通信ノイズや他の機器で発生する電磁ノイズの周波数帯域を抑制し、相対的に放電電磁波の強度が強く検出できる周波数帯域のみを通過させることができる。つまり通信ノイズや他の機器で発生する電磁ノイズが放電電磁波の強度よりも弱い場合にはバンドパスフィルタ4を省くことも可能である。
Therefore, in this embodiment, a bandpass filter 4 having a bandwidth of about several tens of MHz is connected between the base end of the
ここで、バンドパスフィルタ4の通過帯域は、部分放電電磁波のエネルギーが大きい数十MHzの帯域を選択すると感度の点で有利であるが、筐体1の共振周波数を通過するような帯域を選択することも感度の点で有利となる。
Here, the pass band of the band pass filter 4 is advantageous in terms of sensitivity when a band of several tens of MHz where the energy of the partial discharge electromagnetic wave is large is selected, but a band that passes through the resonance frequency of the
一般に、直方体の各辺の寸法をa,b,cとし、各辺方向のモード次数をl,m,n(=0,1,2,…)とし、光速をCoとすると、固有の共振周波数は次式(1)で表される。
図2は、上記の式(1)を用いて計算した配電盤筐体の共振周波数の一例を示す図である。図2では、配電盤筐体の共振周波数は、百MHz〜数百MHzに存在することが示されている。放電電磁波は、低周波から高周波に渡って広帯域の周波数特性を有している。通常、100MHz以上の周波数帯では、放電電磁波強度が大きい数10MHz以下の周波数帯に比べて放電電磁波強度は低いが、図2に示すように、配電盤筐体の共振周波数が100MHz以上の帯域にあるので、共振によって電磁波強度の上昇が期待できる。つまり、この周波数では信号強度が強く、感度良く放電が検出できる。したがって、バンドパスフィルタ4が検出する周波数帯域は、100MHz〜1GHzの中で配電盤筐体の共振周波数に同調していることが望ましいことになる。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the resonance frequency of the switchboard cabinet calculated using the above-described equation (1). In FIG. 2, it is shown that the resonance frequency of the switchboard casing is in the range of 100 MHz to several hundred MHz. The discharge electromagnetic wave has a wide frequency characteristic from low frequency to high frequency. Usually, in the frequency band of 100 MHz or more, the discharge electromagnetic wave intensity is lower than the frequency band of several tens of MHz or less where the discharge electromagnetic wave intensity is large, but as shown in FIG. 2, the resonance frequency of the switchboard casing is in the band of 100 MHz or more. Therefore, an increase in electromagnetic wave intensity can be expected due to resonance. That is, the signal intensity is strong at this frequency, and discharge can be detected with high sensitivity. Therefore, it is desirable that the frequency band detected by the band-pass filter 4 is tuned to the resonance frequency of the switchboard casing within 100 MHz to 1 GHz.
次に、図3は、異常判定装置2の構成を示すブロック図である。異常判定装置2は、複数のアンテナケーブル6から入力する検出信号を一つに統合する合成器7と、合成器7の出力を受けるバンドパスフィルタ8と、バンドパスフィルタ8の出力を受ける可変減衰器9と、可変減衰器9の出力を受けるアンプ10と、アンプ10の出力を受けるレベル検出器11と、レベル検出器11の出力を受ける信号判定器12と、信号判定器12の出力を受ける警報出力器13とを備えている。
Next, FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the
合成器7では、単純な加算によって複数のアンテナケーブル6から入力する検出信号を一つに統合するが、部分放電信号や多くのノイズはランダムなタイミングのパルス波として合成器7に入力されるので、例えば図4に示すように、合成器7の出力信号はパルス数が加算された信号となる。
In the synthesizer 7, detection signals input from the plurality of
バンドパスフィルタ8では、合成器7にて上記のように統合された信号からアンテナケーブル6に誘導されたノイズが除去される。バンドパスフィルタ8の出力信号は、可変減衰器9とアンプ10にて所定の信号レベルに調節されてレベル検出器11に入力される。レベル検出器11は、入力信号が予め設定されたレベルを超えている場合にのみ検出信号を信号判定器12に出力する。
In the band pass filter 8, noise induced in the
配電盤の各機器の絶縁が正常の場合には部分放電は発生しないが、長期間の使用による絶縁物沿面の汚損と結露・高湿度による沿面絶縁抵抗の低下などが原因となり絶縁物沿面で部分放電が発生するようになる。部分放電は電源周波数のサイクルに同期して発生するので、劣化初期は断続的にしか発生しないが、放電が頻発してくると絶縁物沿面の劣化が進行し、沿面抵抗が低下して放電が発生しやすくなる。そのため、劣化が進展すると電源周波数のサイクルに同期した部分放電が継続的に発生するようになる。 Partial discharge does not occur when insulation of each device on the switchboard is normal, but partial discharge along the insulation due to contamination of the creepage of the insulation over a long period of time and a decrease in creepage insulation resistance due to condensation or high humidity. Will occur. Since partial discharge occurs in synchronization with the cycle of the power supply frequency, it occurs only intermittently in the initial stage of deterioration.However, when discharge occurs frequently, deterioration of the creeping surface of the insulator progresses, creeping resistance decreases, and discharge occurs. It tends to occur. Therefore, as the deterioration progresses, partial discharge synchronized with the cycle of the power supply frequency occurs continuously.
一方、部分放電と同じような周波数帯域をもつノイズとして例えば構内クレーン作動時のノイズなどが考えられるが、このようなノイズは発生している時間が短く部分放電のように継続しないので、信号判定器12では、部分放電と区別できるようにして誤動作を無くすようにしている。
On the other hand, as noise having the same frequency band as partial discharge, for example, noise at the time of on-site crane operation can be considered, but such noise is generated for a short time and does not continue like partial discharge. In the
すなわち、信号判定器12では、入力されたパルス信号が電源周波数の各サイクルに同期して、つまり電源周波数が50Hzの場合には1/50秒に少なくとも1つ以上の信号が検出され、また電源周波数が60Hzの場合には1/60秒に少なくとも1つ以上の信号が検出され、かつノイズの継続時間よりも長く設定された所定の時間連続して検出された場合に、絶縁異常による部分放電が発生していると判定し、警報出力器13に警報を発するように指令を送る。このような信号判定器12の機能は、コンピュータを使用したソフトウェア上の処理でも、デジタルICの組み合わせによるハードウェア上の処理でも実現できる。
That is, the
信号判定器12で監視する信号は、各アンテナケーブル6からの信号を統合したものであるので、金属線3を設置した複数の配電盤が一斉に劣化して部分放電を発生すると、検出される信号の頻度が大きくなり見かけ上劣化が進んでいるように見える。つまり、一斉に劣化が進んだ場合は、単一の配電盤で劣化が起こっている場合よりも劣化初期の段階で警報を発することになる。しかし、いずれにしても絶縁地絡事故に至る前に異常を検知できるので、それによる点検・整備によって事故を未然に防ぐことが可能である。
Since the signal monitored by the
このように一つの信号判定器12で複数の金属線3の合成信号を一度に監視するようにしたので、事故を未然に防ぐという目的を果たしながら、ハードウェアの単純化により低コストで監視装置が構成できる。
As described above, since the composite signal of the plurality of
このように、この実施の形態によれば、配電盤の絶縁異常が起こり得る場所の近くを通るようにアンテナとしての金属線を敷設するようにしたので、絶縁異常により発生する部分放電電磁波を高感度で効率良く検出することができる。 As described above, according to this embodiment, since the metal wire as the antenna is laid so as to pass near the place where the insulation abnormality of the switchboard can occur, the partial discharge electromagnetic wave generated by the insulation abnormality is highly sensitive. Can be detected efficiently.
そして、金属線にバンドパスフィルタとアンプを接続して金属線に誘導される放電電磁波・電磁ノイズの中から必要な周波数帯域のみを増幅し、絶縁異常を判定する装置に伝送するようにしたので、アンテナから異常検出・判定装置までの伝送ケーブルに誘導されるノイズによるS/N低下を防ぐことができ、微弱な部分放電電磁波を感度良く検出することが可能となる。 And, by connecting a bandpass filter and an amplifier to the metal wire, only the necessary frequency band is amplified from the discharge electromagnetic waves and electromagnetic noise induced by the metal wire, and transmitted to the device that determines insulation abnormality. In addition, it is possible to prevent a decrease in S / N due to noise induced in the transmission cable from the antenna to the abnormality detection / determination device, and to detect a weak partial discharge electromagnetic wave with high sensitivity.
以上のように、この発明にかかる金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置は、経年変化による絶縁劣化を自動的に監視するのに適している。 As described above, the insulation monitoring device for a metal closed type switchboard according to the present invention is suitable for automatically monitoring insulation deterioration due to secular change.
1 筐体、
2 異常判定装置、
3 金属線、
4 バンドパスフィルタ、
5 アンプ、
6 アンテナケーブル、
7 合成器、
8 バンドパスフィルタ、
9 可変減衰器、
10 アンプ、
11 レベル検出器、
12 信号判定器、
13 警報出力器。
1 housing,
2 abnormality determination device,
3 Metal wire,
4 Bandpass filter,
5 amplifier,
6 Antenna cable,
7 Synthesizer,
8 Bandpass filter,
9 Variable attenuator,
10 amplifier,
11 level detector,
12 signal detector,
13 Alarm output device.
Claims (4)
前記アンプの出力信号から絶縁異常時に生ずる部分放電に伴って発生する電磁波による信号成分の存否を監視する絶縁判定部、
を備え、
前記放電検出部では、アンテナとアンプとの間に、バンドパスフィルタが設けられ、
前記バンドパスフィルタが検出する周波数帯域は、100MHz〜1GHzの中で前記金属閉鎖型配電盤の筐体の共振周波数に同調していることを特徴とする金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。 Disposing a discharge detection unit having an antenna for detecting electromagnetic waves and an amplifier for amplifying a detection signal of the antenna in a case of a metal closed type switchboard,
An insulation determination unit that monitors the presence or absence of a signal component due to electromagnetic waves generated with a partial discharge that occurs at the time of insulation abnormality from the output signal of the amplifier;
With
In the discharge detector, a band pass filter is provided between the antenna and the amplifier,
A frequency band detected by the band-pass filter is tuned to a resonance frequency of a casing of the metal closed type switchboard within a range of 100 MHz to 1 GHz.
電磁波を検出するアンテナとこのアンテナの検出信号を増幅するアンプとを備える放電検出部を金属閉鎖型配電盤の各筐体内に配置し、
各筐体における前記放電検出部のアンプ出力を一つの信号に合成する合成器と、
前記合成器の出力信号から絶縁異常時に生ずる部分放電に伴って発生する電磁波による
信号成分の存否を監視する絶縁判定部と、
を備え、
前記放電検出部では、アンテナとアンプとの間に、バンドパスフィルタが設けられ、
前記バンドパスフィルタが検出する周波数帯域は、100MHz〜1GHzの中で前記金属閉鎖型配電盤の筐体の共振周波数に同調していることを特徴とする金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。 When the metal closed type switchboard is configured by juxtaposing multiple housings,
Disposing a discharge detection unit including an antenna for detecting electromagnetic waves and an amplifier for amplifying a detection signal of the antenna in each case of the metal closed type switchboard,
A synthesizer that synthesizes the amplifier output of the discharge detector in each housing into a single signal;
An insulation determination unit that monitors the presence or absence of a signal component due to an electromagnetic wave generated in association with a partial discharge that occurs when an insulation abnormality occurs from the output signal of the combiner;
With
In the discharge detector, a band pass filter is provided between the antenna and the amplifier,
A frequency band detected by the band-pass filter is tuned to a resonance frequency of a casing of the metal closed type switchboard within a range of 100 MHz to 1 GHz.
入力する信号のレベルが予め設定された閾値を超えることが電源周波数の各サイクルにおいて少なくとも1回発生し、かつそれが所定時間継続する場合に絶縁異常時に生ずる部分放電に伴って発生する電磁波による信号成分が存在すると判定する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の金属閉鎖型配電盤の絶縁監視装置。 The insulation determination unit
A signal due to an electromagnetic wave generated due to partial discharge that occurs at the time of insulation abnormality when the level of the input signal exceeds a preset threshold value at least once in each cycle of the power supply frequency and continues for a predetermined time Determine that the component is present,
The insulation monitoring device for a metal-enclosed switchboard according to claim 1 or 2, characterized in that
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