JP6134101B2 - 繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システムおよび部分放電計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システムおよび部分放電計測方法に関する。

電動機をインバータ駆動する際、インバータにおける高速スイッチングに起因したサージ電圧が発生し、電動機巻線の絶縁に影響が及ぶことが広く知られている。このようなサージ電圧は、インバータサージと呼ばれ、電動機の定格電圧の２倍以上に達することもある。インバータサージが電動機巻線に加わると、巻線の内部や外部において部分放電が発生することが懸念される。このような部分放電は、巻線を構成するエナメル線の被覆を劣化させる原因となる。被覆が劣化すると、やがては絶縁破壊に至ることから、電動機においては、その巻線にインバータサージが加わったとしても部分放電が発生しないような絶縁設計を行うことが望まれている。

従来、電動機巻線の絶縁性能は、交流電圧の印加による部分放電特性、特に部分放電開始電圧に基づいて評価されていた。ただし、交流電圧が印加される場合とサージ電圧が印加される場合とでは、巻線における電位分布が異なる。そのため、インバータ駆動される電動機の絶縁性能は、サージ電圧を模擬したインパルス電圧の印加により評価されることが望ましい。また、インパルス電圧の印加による部分放電計測の場合、インパルス電圧の立ち上がり時（印加開始時）において電圧が急峻に変化するため、交流電圧の印加による部分放電計測とは異なる手法が求められる。

非特許文献１には、１周期にインパルス電圧を繰り返して印加した場合の部分放電計測方法についての指針が掲載されている。すなわち、印加した全てのインパルス電圧の数（以下、インパルス数と称す）に対して部分放電が発生した部分放電回数が規定回数以上であった場合のインパルス電圧を部分放電開始電圧とすることが定義されており、これを繰り返しインパルス電圧における部分放電開始電圧と称している。

また、非特許文献２、３には、全ての周期にわたってインパルス電圧を繰り返して印加した場合の部分放電計測方法（全周期部分放電計測方法）が記載されている。この全周期部分放電計測方法について具体的に説明する。

図１２は、全周期部分放電計測方法において、周期ごと（図中のデータ分割）に電動機の巻線を模擬したツイストペアサンプルに印加されるインパルス電圧と、インパルス電圧が印加された電動機から発生する部分放電を表す部分放電信号とを示すタイミングチャートである。図１２に示されるように、全周期部分放電計測方法では、パルス供給期間とパルス供給期間の後のパルス休止期間とを１周期とし、最初の周期において、パルス供給期間（例えば２０ｍｓ）で１０発のインパルス電圧を印加し、パルス休止期間（例えば１００ｍｓ）でインパルス電圧の印加を停止する処理を行う。続いて、次の周期においてパルス供給期間で１０Ｖ昇圧した１０発のインパルス電圧を印加し、パルス休止期間でインパルス電圧の印加を停止する処理を行う。このような処理は、インパルス電圧のピーク値が開始値（例えば１ｋＶ）から停止値（例えば２ｋＶ）に達するまで、全ての周期にわたって繰り返される。

全周期部分放電計測方法では、全ての周期において、インパルス電圧を表す印加電圧信号および上述の部分放電信号をメモリに保存しておく。その後、測定者が、周期ごとに部分放電回数が規定回数以上（たとえば５回以上）であるか否かを検証し、全ての周期のうちの、最初に部分放電回数が規定回数以上になった周期において、ツイストペアサンプルに印加されたインパルス電圧を部分放電開始電圧として定義している。すなわち、全周期部分放電計測方法においては、インパルス電圧の印加開始から停止までの間、全ての周期にわたってインパルス電圧の印加と部分放電の計測とを続け、計測終了後に部分放電開始電圧が導かれるようになっている。

さらに、非特許文献２では、周期ごとのインパルス電圧の昇圧電圧幅を１０Ｖとし、１周期において、パルス供給期間のインパルス電圧と次のインパルス電圧との間隔を２０ｍｓとし、パルス休止期間を１００ｍｓとしているが、これは使用したインパルス電圧発生装置の仕様であり、ユーザが任意に決定できる訳ではない。

ＩＥＣ ６１９３４ＴＳ 電気学会「第４０回電気電子絶縁材料システムシンポジウム Ｄ−１」 ２００９年８月 電気学会「第４０回電気電子絶縁材料システムシンポジウム Ｐ−７」 ２００９年８月

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ユーザが任意のインパルス電圧を設定でき、かつユーザによる作業を低減することができ、しかも、測定対象物に対する過剰な電圧印加を抑制し、必要なメモリ量を少なく抑えることが可能な繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システムを提供することにある。

本発明に係る繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システムの一つの態様は、指示電圧の設定倍の電圧として高電圧を出力する直流電源と、所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表すパルス信号を生成し、その１周期がパルス供給期間および前記パルス供給期間の後のパルス休止期間を含む期間設定信号と前記パルス信号とを重ね合わせて、所定個数の前記パルス信号が前記パルス供給期間にのみ発生する方形波信号を生成する信号発生器と、前記方形波信号の電圧値が予め設定された電圧しきい値よりも低いときに前記直流電源からの前記高電圧により容量素子を充電し、前記方形波信号の電圧値が前記電圧しきい値以上であるときに前記容量素子から前記高電圧の値をピーク値とするインパルス電圧を測定対象物に印加する半導体スイッチと、前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とが設定された方形波指示信号を前記信号発生器に出力する信号指示部と、前記方形波信号の１周期目に前記指示電圧として初期電圧が設定された電圧指示信号を前記直流電源に出力し、２周期目以降の周期において、前記電圧指示信号に対して、直前の周期の前記指示電圧に前記初期電圧よりも低い所定電圧を加算した電圧を前記指示電圧として出力する電圧指示部と、前記インパルス電圧が印加された前記測定対象物から発生する部分放電に基づいた検出信号を観測する検出信号観測回路と、周期ごとに前記検出信号の入力回数を部分放電回数としてカウントする部分放電回数算出部と、前記測定対象物に印加される前記インパルス電圧を表す印加電圧信号を観測する印加電圧信号観測回路と、前記印加電圧信号観測回路から前記印加電圧信号を取得する電圧値取得部と、前記方形波指示信号の前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とを設定して前記方形波指示信号を前記信号指示部に出力し、前記初期電圧および前記２周期目以降の周期における前記指示電圧を設定して前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、前記部分放電回数が規定回数以上になったか否かを判定し、前記部分放電回数が規定回数以上になった最初の周期において前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電開始電圧とする制御部と、を具備する部分放電計測システムであって、前記制御部は、前記電圧値取得部により前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で初めの周期からの各周期においては、前記指示電圧の加算を行わずに、直前の周期の前記指示電圧に前記所定電圧を減算した電圧が前記指示電圧として設定された前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、前記制御部は、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降に、前記部分放電回数が前記規定回数未満になったか否かを判定し、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で前記部分放電回数が前記規定回数未満になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電消滅電圧とすること、を特徴とする。
また、本発明に係る繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システムの他の一つの態様は、指示電圧の設定倍の電圧として高電圧を出力し、昇圧ランプ電圧出力および降圧ランプ電圧出力が可能な直流電源と、所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表すパルス信号を生成し、その１周期がパルス供給期間および前記パルス供給期間の後のパルス休止期間を含む期間設定信号と前記パルス信号とを重ね合わせて、所定個数の前記パルス信号が前記パルス供給期間にのみ発生する方形波信号を生成する信号発生器と、前記方形波信号の電圧値が予め設定された電圧しきい値よりも低いときに前記直流電源からの前記高電圧により容量素子を充電し、前記方形波信号の電圧値が前記電圧しきい値以上であるときに前記容量素子から前記高電圧の値をピーク値とするインパルス電圧を測定対象物に印加する半導体スイッチと、前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とが設定された方形波指示信号を前記信号発生器に出力する信号指示部と、前記昇圧ランプ電圧出力のための開始電圧と上限電圧と昇圧時間とを設定する電圧指示信号を前記直流電源に出力する電圧指示部と、前記インパルス電圧が印加された前記測定対象物から発生する部分放電に基づいた検出信号を観測する検出信号観測回路と、周期ごとに前記検出信号の入力回数を部分放電回数としてカウントする部分放電回数算出部と、前記測定対象物に印加される前記インパルス電圧を表す印加電圧信号を観測する印加電圧信号観測回路と、前記印加電圧信号観測回路から前記印加電圧信号を取得する電圧値取得部と、前記方形波指示信号の前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とを設定して前記方形波指示信号を前記信号指示部に出力し、前記開始電圧と上限電圧と昇圧時間とを設定して前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、前記部分放電回数が規定回数以上になったか否かを判定し、前記部分放電回数が規定回数以上になった最初の周期において前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電開始電圧とする制御部と、を具備する部分放電計測システムであって、前記制御部は、前記電圧値取得部により前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で初めの周期からの各周期においては、前記降圧ランプ電圧出力のための終了電圧および降圧時間を設定した電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、前記制御部は、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降に前記部分放電回数が前記規定回数未満になったか否かを判定し、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で前記部分放電回数が前記規定回数未満になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電消滅電圧とすること、を特徴とする。

本発明に係る計測装置は、指示電圧の設定倍の電圧として高電圧を出力する直流電源と、所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表すパルス信号を生成し、その１周期がパルス供給期間および前記パルス供給期間の後のパルス休止期間を含む期間設定信号と前記パルス信号とを重ね合わせて、所定個数の前記パルス信号が前記パルス供給期間にのみ発生する方形波信号を生成する信号発生器と、前記方形波信号の電圧値が予め設定された電圧しきい値よりも低いときに前記直流電源からの前記高電圧により容量素子を充電し、前記方形波信号の電圧値が前記電圧しきい値以上であるときに前記容量素子から前記高電圧の値をピーク値とするインパルス電圧を測定対象物に印加する半導体スイッチと、を具備する繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システムの計測装置であって、前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とが設定された方形波指示信号を前記信号発生器に出力する信号指示部と、前記方形波信号の１周期目に前記指示電圧として初期電圧が設定された電圧指示信号を前記直流電源に出力し、２周期目以降の周期において、前記電圧指示信号に対して、直前の周期の前記指示電圧に前記初期電圧よりも低い所定電圧を加算した電圧を前記指示電圧として出力する電圧指示部と、前記インパルス電圧が印加された前記測定対象物から発生する部分放電に基づいた検出信号を観測する検出信号観測回路と、周期ごとに前記検出信号の入力回数を部分放電回数としてカウントする部分放電回数算出部と、前記測定対象物に印加される前記インパルス電圧を表す印加電圧信号を観測する印加電圧信号観測回路と、前記印加電圧信号観測回路から前記印加電圧信号を取得する電圧値取得部と、前記方形波指示信号の前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とを設定して前記方形波指示信号を前記信号指示部に出力し、前記初期電圧および前記２周期目以降の周期における前記指示電圧を設定して前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、前記部分放電回数が規定回数以上になったか否かを判定し、前記部分放電回数が規定回数以上になった最初の周期において前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電開始電圧とする制御部と、を具備し、前記制御部は、前記電圧値取得部により前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で初めの周期からの各周期においては、前記指示電圧の加算を行わずに、直前の周期の前記指示電圧に前記所定電圧を減算した電圧が前記指示電圧として設定された前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、前記制御部は、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降に前記部分放電回数が前記規定回数未満になったか否かを判定し、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で前記部分放電回数が前記規定回数未満になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電消滅電圧とすること、を特徴とする。

本発明に係る繰り返しインパルス電圧による部分放電計測方法は、指示電圧の設定倍の電圧として高電圧を出力する直流電源と、所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表すパルス信号を生成し、その１周期がパルス供給期間および前記パルス供給期間の後のパルス休止期間を含む期間設定信号と前記パルス信号とを重ね合わせて、所定個数の前記パルス信号が前記パルス供給期間にのみ発生する方形波信号を生成する信号発生器と、前記方形波信号の電圧値が予め設定された電圧しきい値よりも低いときに前記直流電源からの前記高電圧により容量素子を充電し、前記方形波信号の電圧値が前記電圧しきい値以上であるときに前記容量素子から前記高電圧の値をピーク値とするインパルス電圧を測定対象物に印加する半導体スイッチと、信号指示部と、電圧指示部と、検出信号観測回路と、部分放電回数算出部と、印加電圧信号観測回路と、電圧値取得部と、制御部と、を具備する部分放電計測システムによる計測方法であって、前記制御部が、前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とが設定された方形波指示信号を前記信号指示部に出力する工程と、前記信号指示部が前記方形波指示信号を前記信号発生器に出力する工程と、前記制御部が、前記方形波信号の１周期目に前記指示電圧として初期電圧が設定された電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、２周期目以降の周期において、前記電圧指示信号に対して、直前の周期の前記指示電圧に前記初期電圧よりも低い所定電圧を加算した電圧を前記指示電圧として設定して前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力する工程と、前記電圧指示部が、前記電圧指示信号を前記直流電源に出力する工程と、前記検出信号観測回路が、前記インパルス電圧が印加された前記測定対象物から発生する部分放電に基づいた検出信号を観測する工程と、前記部分放電回数算出部が、周期ごとに前記検出信号の入力回数を部分放電回数としてカウントする工程と、前記印加電圧信号観測回路が、前記測定対象物に印加される前記インパルス電圧を表す印加電圧信号を観測する工程と、前記制御部が、前記部分放電回数が規定回数以上になったか否かを判定し、前記部分放電回数が規定回数以上になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電開始電圧とする工程と、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で初めの周期から後の各周期で、前記制御部が、前記指示電圧の加算を行わずに、直前の周期の前記指示電圧に前記所定電圧を減算した電圧が前記指示電圧として設定された前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力する工程と、前記部分放電開始電圧が取得された後に、前記電圧指示部が、前記減算した電圧が設定された前記電圧指示信号を直流電源に出力する工程と、前記制御部が、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降に、前記部分放電回数が規定回数未満になったか否かを判定し、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で前記部分放電回数が前記規定回数未満になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電消滅電圧とする工程と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、ユーザが任意のインパルス電圧を設定でき、かつユーザによる作業を低減することができ、しかも、測定対象物に対する過剰な電圧印加を抑制し、必要なメモリ量を少なく抑えることができる。

第１の実施形態に係る部分放電計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖの計測手順を示すフローチャートである。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖの計測手順を示すフローチャートである。 信号発生器が生成する期間設定信号３０、パルス信号３３および方形波信号３４と、半導体スイッチにより発生するインパルス電圧Ｖａｉｎとを示すタイミングチャートである。 図３ＡのＸ部分の拡大図である。 印加電圧信号３７、検出信号３６、および、検出信号３６に対するデジタルフィルタ処理後の部分放電信号３８の波形を示すタイミングチャートである。 周期ごとのインパルス電圧Ｖａｉｎおよび部分放電回数Ｃｐｄを示すタイミングチャートである。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。 図４の検出信号３６に対するデジタル微分処理後の部分放電信号３８の波形を示すタイミングチャートである。 第２の実施形態に係る部分放電計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。 部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。 方形波信号３４と、ランプ出力による指示電圧、高電圧Ｖａおよびインパルス電圧Ｖａｉｎとを示すタイミングチャートである。 ほぼ同一のピーク値を持つ所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎを１Ｖずつ昇圧して印加した場合の例を示すタイミングチャートである。 全周期部分放電計測方法において、周期ごと（図中のデータ分割）に電動機（たとえば電動機の巻線の相間）に印加されるインパルス電圧と、インパルス電圧が印加された電動機から発生する部分放電を表す部分放電信号とを示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システムの実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る部分放電計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。図１に示す部分放電計測システム１は、繰り返しインパルス電圧を測定対象物である電動機２に印加することにより繰り返しインパルス電圧における部分放電を計測するものである。部分放電計測システム１は、インパルス電圧発生装置３と、部分放電検出装置４と、計測装置５と、電圧検出器１８とを具備している。

インパルス電圧発生装置３は、容量素子であるコンデンサ６と、直流電源２２と、半導体スイッチ９と、信号発生器１０と、抵抗素子２３〜２５と、出力端子２６、２７とを具備している。直流電源２２は、高圧直流電源７と、制御用直流電源８とを備えている。

高圧直流電源７の出力はコンデンサ６の第１電極に接続されている。コンデンサ６の第２電極は出力端子２７の電位と同電位である。具体的には、出力端子２７は接地されている。制御用直流電源８の出力は高圧直流電源７の入力ポート（図示しない）に接続されている。

高圧直流電源７の出力とコンデンサ６の第１電極との間には抵抗素子２３が設けられている。出力端子２６と出力端子２７との間には抵抗素子２５が設けられている。たとえば、出力端子２６と出力端子２７との間には、インパルス電圧Ｖａｉｎを供給する負荷として、電動機２の巻線の相間（たとえばＵ相とＶ相との間）が設けられる。なお、負荷は、図示した電動機２の巻線の相間に限らず、他の相間や、電動機２の巻線と鉄心の間であってもよい。

半導体スイッチ９は、コンデンサ６の第１電極に接続された第１端子（図示しない）と、出力端子２６に接続された第２端子（図示しない）と、ゲート端子（図示しない）を備えている。半導体スイッチ９の第２端子と出力端子２６との間には抵抗素子２４が設けられている。信号発生器１０の出力は半導体スイッチ９のゲート端子に接続されている。

制御用直流電源８は、計測装置５から電圧指示信号２８を受け取り、電圧指示信号２８に設定された指示電圧Ｖｃを高圧直流電源７に出力する。指示電圧Ｖｃは、入力ポートにより高圧直流電源７が出力する電圧の値を制御する電圧である。

高圧直流電源７は、制御用直流電源８から出力された指示電圧Ｖｃの設定倍Ａの電圧を高電圧Ｖａとして出力する。

信号発生器１０には期間設定信号が設定される。期間設定信号の１周期は、パルス供給期間と、パルス供給期間の後のパルス休止期間とを含んでいる。信号発生器１０は、計測装置５から方形波指示信号２９を受け取り、方形波指示信号２９に設定された所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表すパルス信号を生成する。信号発生器１０は、期間設定信号とパルス信号とを重ね合わせて、方形波指示信号２９に設定された所定個数のパルス信号が期間設定信号のパルス供給期間にのみ発生する方形波信号３４を生成する。期間設定信号、パルス信号および方形波信号３４の詳細については後述する。

半導体スイッチ９は、ゲート端子に供給される電圧値が、予め設定された電圧しきい値以上であるときにオンし、第１端子と第２端子とを接続する。具体的には、半導体スイッチ９は、方形波信号３４の電圧値が電圧しきい値よりも低いときに高圧直流電源７からの高電圧Ｖａによりコンデンサ６を充電し、方形波信号３４の電圧値が電圧しきい値以上であるときにコンデンサ６から高電圧Ｖａの値をピーク値とするインパルス電圧Ｖａｉｎを電動機２に印加する。

電圧検出器１８は、出力端子２６と出力端子２７との間に設けられた電動機２（上述の例では電動機２の巻線の相間）に印加されるインパルス電圧Ｖａｉｎを検出し、そのインパルス電圧Ｖａｉｎを表す印加電圧信号３７を計測装置５に出力する。

部分放電検出装置４は、インパルス電圧Ｖａｉｎが印加された電動機２から発生する部分放電を検出し、その部分放電に基づいた検出信号３６を計測装置５に出力する。部分放電検出装置４としては、たとえば電動機２の巻線に流れる電流をＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）により検出する構成や、電動機２の巻線周辺の電磁波をアンテナにより検出する構成など、部分放電に伴い生じる物理量を検出する構成全般を採用することができる。

計測装置５は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）として、たとえばＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）がパーソナルコンピュータをベースに構成されている。計測装置５は、後述する各種アプリケーションプログラムが動作するとともに、外部との間で信号を入出力するためのインターフェースを備えている。これにより、計測装置５は、入力される信号を波形で画面に表示するオシロスコープとしての機能や、部分放電の計測を制御する機能を実現するようになっている。

計測装置５は、電圧指示部１１と、印加電圧信号観測回路１２と、電圧値取得部１３と、検出信号観測回路１４と、部分放電回数算出部１５と、信号指示部１６と、制御部１７とを備えている。

計測装置５の印加電圧信号観測回路１２および検出信号観測回路１４以外の各構成要素、すなわち、電圧指示部１１、電圧値取得部１３、部分放電回数算出部１５、信号指示部１６および制御部１７は、ハードウェアまたはソフトウェアにより構成されている。たとえば、各構成要素がソフトウェアである場合、コンピュータプログラムにより実現できる。

電圧指示部１１は、電動機２に対して同一の電圧レベルを持つインパルス電圧Ｖａｉｎが印加されるように制御用直流電源８の動作を、たとえばＲＳ−２３２Ｃなどの通信を行うための通信インターフェースを介して、制御する。具体的には、制御用直流電源８を制御するために、制御部１７は、期間設定信号の１周期目（方形波信号３４の１周期目に相当）に指示電圧Ｖｃとして初期電圧が設定された電圧指示信号２８を生成し、電圧指示部１１は、その電圧指示信号２８を制御用直流電源８に出力する。また、制御部１７は、２周期目以降の周期において、電圧指示信号２８に対して、直前の周期の指示電圧Ｖｃに初期電圧よりも低い所定電圧を加算した電圧を指示電圧Ｖｃとして設定し、電圧指示部１１は、その電圧指示信号２８を制御用直流電源８に出力する。指示電圧Ｖｃおよび電圧指示信号２８の詳細については後述する。

信号指示部１６は、電動機２に対して所定のパルス幅、所定の繰り返し周波数、所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎが印加されるように信号発生器１０の動作を、たとえばＲＳ−２３２Ｃなどの通信を行うための通信インターフェースを介して、制御する。具体的には、信号発生器１０を制御するために、制御部１７は、所定のパルス幅と所定のパルス繰り返し周波数と所定個数とが設定された方形波指示信号２９を生成し、信号指示部１６は、その方形波指示信号２９を信号発生器１０に出力する。

印加電圧信号観測回路１２は、電圧検出器１８から出力される印加電圧信号３７を観測する。その印加電圧信号３７は電圧値取得部１３に転送される。

電圧値取得部１３は、転送された印加電圧信号３７に基づいて、電動機２に印加された電圧値（電圧のピーク値）を取得する。具体的には、電圧値取得部１３は、部分放電回数が規定回数以上になった最初の周期において、印加電圧信号観測回路１２から印加電圧信号３７を受け取り、その印加電圧信号３７が表す電圧のピーク値（高電圧Ｖａの値）を取得し、制御部１７は、その電圧のピーク値を部分放電開始電圧とする。

検出信号観測回路１４は、部分放電検出装置４から出力される検出信号３６を観測する。その検出信号３６は部分放電回数算出部１５に転送される。

部分放電回数算出部１５は、検出信号観測回路１４により観測された検出信号３６を入力し、周期ごとに検出信号３６の入力回数を部分放電の発生回数（部分放電回数）としてカウントする。具体的には、部分放電回数算出部１５は、検出信号観測回路１４により観測された検出信号３６に対して、たとえばデジタルフィルタ処理を行うことにより、不要な信号成分を除去して、部分放電を表す信号（部分放電信号）のみを抽出する。その後、部分放電信号のピーク値の絶対値に対して所定の放電判定しきい値を用いた評価を行い、その結果に基づいて部分放電回数を周期ごとにカウントする。このようにして、部分放電回数算出部１５は、周期ごとに部分放電信号を抽出した回数を部分放電回数としてカウントする。

上述したように、部分放電計測システム１によれば、電動機２に対して同一のピーク値を持ち、所定のパルス幅、所定の繰り返し周波数、所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎが印加され、その度に部分放電の発生回数のカウントが行われた後、制御部１７は電圧指示部１１を通してインパルス電圧Ｖａｉｎのピーク値を段階的に上昇させる。そして、部分放電回数算出部１５が規定回数の部分放電の発生をカウントしたら、制御部１７は、このときの電圧を部分放電開始電圧とする。

図２Ａおよび図２Ｂは、部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖの計測手順を示すフローチャートである。図３Ａは、信号発生器１０が生成する期間設定信号３０、パルス信号３３および方形波信号３４と、半導体スイッチ９により発生するインパルス電圧Ｖａｉｎとを示すタイミングチャートである。図３Ｂは、図３ＡのＸ部分の拡大図である。

まず、制御部１７は、インパルス電圧発生装置３のピーク値を指令するための指示電圧Ｖｃを初期電圧Ｖ０に初期化する。具体的には、制御部１７は、期間設定信号の１周期目（方形波信号３４の１周期目に相当）に指示電圧Ｖｃとして初期電圧が設定された電圧指示信号２８を生成する（ステップＳ１）。

次に、制御部１７は、インパルス電圧発生装置３が出力するインパルス電圧Ｖａｉｎのパラメータである所定のパルス幅（たとえば１０μｓ）、所定の繰り返し周波数（たとえば１０ｋＨｚ）、所定個数（たとえば１０個）が設定された方形波指示信号２９を生成する（ステップＳ２）。信号指示部１６は、その方形波指示信号２９を信号発生器１０に出力する（ステップＳ３）。信号発生器１０は、方形波指示信号２９に設定された所定のパルス幅、所定の繰り返し周波数、所定個数を有する方形波信号３４を出力する（ステップＳ４）。

ステップＳ４について具体的に説明する。

信号発生器１０には、図３Ａに示されるような期間設定信号３０が設定される。期間設定信号３０の１周期は、パルス供給期間３１と、パルス供給期間３１の後のパルス休止期間３２とを含んでいる。信号発生器１０は、計測装置５から方形波指示信号２９を受け取り、図３Ａに示されるようなパルス信号３３を生成する。パルス信号３３は、方形波指示信号２９に設定された所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表している。パルス繰り返し周波数は、期間設定信号３０の周波数よりも高い。信号発生器１０は、期間設定信号３０とパルス信号３３とを重ね合わせて、図３Ａに示されるような方形波信号３４を生成する。方形波信号３４は、方形波指示信号２９に設定された所定個数のパルス信号３３がパルス供給期間３１にのみ発生する。

次に、電圧指示部１１は、指示電圧Ｖｃが設定された電圧指示信号２８を制御用直流電源８に出力する（ステップＳ５）。このとき、高圧直流電源７は、電圧指示信号２８に設定された指示電圧Ｖｃの設定倍Ａ（たとえばＡは３０００）の電圧である高電圧Ｖａを出力する。この結果、コンデンサ６は高電圧Ｖａにより充電される。信号発生器１０が出力する方形波信号３４に基づいて半導体スイッチ９がオンとオフを繰り返すことによって、コンデンサ６の充電電圧からインパルス電圧Ｖａｉｎが生成され、電動機２に印加される（ステップＳ６）。

ステップＳ６について具体的に説明する。

半導体スイッチ９は、方形波信号３４の電圧値が電圧しきい値Ｖｇよりも低いときにオフし、高圧直流電源７からの高電圧Ｖａによりコンデンサ６を充電する。一方、半導体スイッチ９は、方形波信号３４の電圧値が電圧しきい値Ｖｇ以上であるときにオンし、図３Ａに示されるようなインパルス電圧Ｖａｉｎをコンデンサ６から電動機２に印加する。図３Ｂに示されるように、インパルス電圧Ｖａｉｎは、高電圧Ｖａの値をピーク値とし、その立ち上がり時間が非常に短い。

次に、印加電圧信号観測回路１２は、電圧検出器１８から出力される印加電圧信号３７を観測する（ステップＳ７）。次に、検出信号観測回路１４は、部分放電検出装置４から出力される検出信号３６を観測する（ステップＳ８）。

図４は、印加電圧信号３７、検出信号３６、および、検出信号３６に対するデジタルフィルタ処理後の部分放電信号３８の波形を示すタイミングチャートである。部分放電は、電動機２の巻線を構成するエナメル線が接触した箇所に高電圧が印加されると発生するため、特にインパルス電圧Ｖａｉｎ（印加電圧信号３７）のピーク近傍において発生することが多い。一方、インパルス電圧Ｖａｉｎが印加されると電動機２の巻線に電流が流れ、さらに検出信号３６に巻線電流信号が重畳する。検出信号３６に巻線電流信号が重畳すると、部分放電開始電圧を精度よく計測することができない。そこで、検出信号３６をフィルタ回路に通すことによって部分放電信号のみを抽出することが、広く行われている。しかし、巻線電流信号や部分放電信号の周波数成分は電動機２の大きさや配線長などの計測条件によって異なるため、適宜、フィルタ回路を用意しなければならない。

そのため、部分放電回数算出部１５は、一般に知られている信号の立ち上がり時間と周波数帯域との関係式を用いて検出信号３６の概略の周波数帯域を算出する。ここで、検出信号観測回路１４から転送される検出信号３６の立ち上がり時間をＴｒｉとし、周波数帯域をＦｃｕｔとした場合、周波数帯域Ｆｃｕｔは、Ｆｃｕｔ＝０．３５／Ｔｒｉにより算出される。本実施形態では、周波数帯域Ｆｃｕｔの１０倍の周波数をデジタルフィルタ処理のカットオフ周波数として算出する（ステップＳ９）。

カットオフ周波数の定義について具体的に説明する。

検出信号３６の立ち上がり時間Ｔｒｉが約２９０ｎｓである場合、周波数帯域Ｆｃｕｔは約１．２ＭＨｚとなる。部分放電信号は周波数帯域Ｆｃｕｔよりも１桁以上高い周波数成分を有している。このため、本実施形態では、周波数帯域Ｆｃｕｔ（１．２ＭＨｚ）の１０倍の周波数である１０ＭＨｚをカットオフ周波数として定義する。

部分放電回数算出部１５は、カットオフ周波数に基づいて、検出信号３６に対するデジタルフィルタ処理を行う（ステップＳ１０）。

デジタルフィルタ処理とは、信号のデータ列のうちの連続した複数個データに、カットオフ周波数に基づいて算出されたフィルタ係数を掛け算したデータを、さらに加算することで新たなひとつのデータを算出する処理である。たとえば、検出信号３６のデータ列をＰ（０）、Ｐ（１）、Ｐ（２）、…、Ｐ（ｎ−１）とし、検出信号３６のデータ列のうちの連続したデータの個数を３とし、その複数個データをＰ（ｊ−１）、Ｐ（ｊ）、Ｐ（ｊ＋１）とし、フィルタ係数のデータ列をＦ（０）、Ｆ（１）、Ｆ（２）、…、Ｆ（ｎ−１）とした場合、新たなデータＤ（ｊ）は、Ｄ（ｊ）＝｛｛Ｐ（ｊ−１）×Ｆ（ｊ−１）｝＋｛Ｐ（ｊ）×Ｆ（ｊ）｝＋｛Ｐ（ｊ＋１）×Ｆ（ｊ＋１）｝｝（ただし、ｊを１、…、ｎ−３）により算出される。

図４に示される部分放電信号３８は、カットオフ周波数１０ＭＨｚに基づいて検出信号３６に対するデジタルフィルタ処理を行ったものである。図４に示されるように、デジタルフィルタ処理後の検出信号３６（この場合、部分放電信号３８）は、不要な信号成分である巻線電流信号が除去されて、部分放電の発生に応じた信号成分のみが表れるようになっている。

部分放電回数算出部１５は、デジタルフィルタ処理が施された後の部分放電信号３８に基づいて部分放電の発生回数を次のようにしてカウントする。まず、部分放電回数算出部１５は、デジタルフィルタ処理後の部分放電信号３８のピーク値の絶対値と放電判定しきい値Ｓｔｈとを比較する（ステップＳ１１）。デジタルフィルタ処理後の部分放電信号３８は、高い周波数の減衰振動波形になることが多い。そのため、デジタルフィルタ処理後の部分放電信号３８において、正側ピーク値および負側ピーク値のうち、いずれが大きくなるかは定まらない。したがって、このような部分放電信号３８と、一定値である放電判定しきい値Ｓｔｈとを比較しても、部分放電の判定を正確に行うことが難しい。そこで、部分放電回数算出部１５は、デジタルフィルタ処理後の部分放電信号３８の絶対値と放電判定しきい値Ｓｔｈを比較する。その比較の結果、部分放電信号３８が放電判定しきい値Ｓｔｈを超える場合、部分放電回数算出部１５は、部分放電が発生したと判定する。部分放電回数算出部１５は、このようにして部分放電の発生回数である部分放電回数Ｃｐｄをカウントする。

次に、制御部１７は、規定回数Ｃｔｈと部分放電回数算出部１５から転送された部分放電回数Ｃｐｄと規定回数Ｃｔｈとを比較する（ステップＳ１２）。本実施形態では、たとえば前述した所定個数「１０」の１／２である「５」としている。部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ未満である場合（ステップＳ１２−ＮＯ）、制御部１７は、指示電圧Ｖｃを更新する（ステップＳ１３）。具体的には、制御部１７は、電圧指示信号２８に対して、直前の周期の指示電圧Ｖｃに所定電圧ΔＶを加算した電圧を指示電圧Ｖｃとして設定する。所定電圧ΔＶは初期電圧Ｖ０よりも低く、指示電圧Ｖｃは、直前の周期の指示電圧Ｖｃより所定電圧ΔＶ（たとえば０．０３Ｖなど）だけ高くした電圧に設定される（Ｖｃ＝Ｖｃ＋ΔＶ）。

次に、制御部１７は、更新された指示電圧Ｖｃに対して設定倍Ａを乗算した場合の電圧、すなわち、高電圧Ｖａが上限値Ｖｍａｘを超えているか否かを判定する（ステップＳ１４）。このステップＳ１４は、故障など何らかの原因により、高電圧Ｖａを上昇させ続けても部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ以上にならない場合などにおいて、無限ループに陥ることを予防するために設けられている。そのため、Ｖｍａｘは、通常想定される部分放電開始電圧よりも十分高い電圧に設定するとよい。高電圧Ｖａが上限電圧Ｖｍａｘを超えている場合（ステップＳ１４−ＹＥＳ）、そのまま終了する。一方、高電圧Ｖａが上限電圧Ｖｍａｘ以下である場合（ステップＳ１４−ＮＯ）、ステップＳ５において、電圧指示部１１は、指示電圧Ｖｃが設定された電圧指示信号２８を制御用直流電源８に出力し、ステップＳ６以降の処理が再度実行される。

一方、部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ以上である場合、（ステップＳ１２−ＹＥＳ）、電圧値取得部１３は、電動機２に印加された電圧値、すなわち、印加電圧信号観測回路１２から印加電圧信号３７を受け取り、その印加電圧信号３７が表す電圧のピーク値（高電圧Ｖａの値）を取得し、制御部１７に転送する（ステップＳ１５）。このように、電圧値取得部１３は、部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ以上になった最初の周期において、印加電圧信号３７から電圧のピーク値を取得する。制御部１７は、その電圧のピーク値を部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖとして処理を終了する。

上記処理に基づく本実施形態の部分放電計測によれば、部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ以上（ステップＳ１２−ＹＥＳ）になるまで、１０個のインパルス電圧Ｖａｉｎが印加される度にインパルス電圧Ｖａｉｎのピーク電圧が電圧Ａ×ΔＶずつ段階的に上昇されるという繰り返しパターンに従うインパルス電圧Ｖａｉｎが電動機２に印加される。

図５は、周期ごとのインパルス電圧Ｖａｉｎおよび部分放電回数Ｃｐｄを示すタイミングチャートである。図５において、高圧直流電圧による増幅比（上述の設定倍Ａ）を３０００、指示電圧Ｖｃの初期値をＶ０（たとえば０．４Ｖ）とし、所定電圧ΔＶをたとえば０．０３Ｖとした場合、印加電圧の昇圧幅は９０Ｖ（＝３０００×０．０３Ｖ）となり、ｍ回目更新後の高電圧ＶａをＶｍ（＝Ａ×Ｖｃ）として表している。図５に示されるように、指示電圧ＶｃがＶ０〜Ｖ４のときの周期、すなわちインパルス電圧Ｖａｉｎが１２００Ｖ（３０００×Ｖ０）〜１５２０Ｖ（３０００×Ｖ４）のときの周期においては、部分放電回数Ｃｐｄは規定回数Ｃｔｈ未満となる。ここで、指示電圧ＶｃがＶ３のときの周期ＰＤＩＶにおいて、部分放電回数Ｃｐｄが初めてカウントされている。一方、指示電圧ＶｃがＶ５のとき、すなわちインパルス電圧Ｖａｉｎが１６１０Ｖ（３０００×Ｖ５）のときの周期ＲＰＤＩＶにおいては、部分放電回数Ｃｐｄは規定回数Ｃｔｈ以上となる。この周期ＲＰＤＩＶにおいて部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖが発生したものと判定され、これ以降インパルス電圧Ｖａｉｎの昇圧を停止する。

このようにして部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖを求めた後、さらに部分放電消滅電圧を計測することも可能である。この場合、電圧指示部１１は、同一のピーク値を持つ所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎが印加される度にインパルス電圧Ｖａｉｎのピーク値を段階的に低下させるという繰り返しパターンに従うインパルス電圧Ｖａｉｎが電動機２に印加されるように、制御用直流電源８と信号発生器１０を制御する。

図６Ａ〜６Ｄは、部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。

図６においてステップＳ１〜Ｓ１５までは図２と同様である。ステップＳ１５の後、制御部１７は、指示電圧Ｖｃを更新する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部１７は、電圧指示信号２８に対して、直前の周期の指示電圧Ｖｃに所定電圧ΔＶを減算した電圧を指示電圧Ｖｃとして設定する。すなわち、指示電圧Ｖｃは、直前の周期の指示電圧Ｖｃから所定電圧ΔＶ（たとえば０．０３Ｖ）だけ低くした電圧に設定される（Ｖｃ＝Ｖｃ−ΔＶ）。

次に、制御部１７は、指示電圧Ｖｃに対して設定倍Ａを乗算した場合の電圧、すなわち、高電圧Ｖａ（＝Ａ×Ｖｃ）が下限値Ｖｍｉｎを下回っていないか否かを判定する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２は、図２に示したステップＳ１５と同様の理由で設けられている。そのため、下限値Ｖｍｉｎは、通常想定される部分放電消滅電圧よりも十分低い電圧値に設定するとよい。高電圧Ｖａが下限値Ｖｍｉｎを下回っている場合（ステップＳ２２−ＹＥＳ）、そのまま処理を終了する。一方、高電圧Ｖａが下限値ｍｉｎ以上である場合（ステップＳ２２−ＮＯ）、電圧指示部１１は、指示電圧Ｖｃが設定された電圧指示信号２８を制御用直流電源８に出力する（ステップＳ２３）。その後、図２に示したステップＳ６〜Ｓ１１と同様の処理であるステップＳ２４〜Ｓ２９が実行される。

次に、制御部１７は、規定回数Ｃｔｈと部分放電回数Ｃｐｄとを比較する（ステップＳ３０）。部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ以上である場合（ステップＳ３０−ＹＥＳ）、ステップＳ２１に戻る。

一方、部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ未満である場合（ステップＳ３０−ＮＯ）、電圧値取得部１３は、このときに電動機２に印加された電圧値、すなわち、印加電圧信号観測回路１２から印加電圧信号３７を受け取り、その印加電圧信号３７が表す電圧のピーク値（高電圧Ｖａの値）を取得し、制御部１７に転送する（ステップＳ３１）。このように、電圧値取得部１３は、部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖが算出された周期ＲＰＤＩＶ以降に部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ未満になった最初の周期において、印加電圧信号３７から電圧のピーク値を取得する。制御部１７は、その電圧のピーク値を部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖとして処理を終了する。

図５に示されるように、指示電圧ＶｃがＶ７のとき、すなわちインパルス電圧Ｖａｉｎが１４３０Ｖ（３０００×Ｖ７）のときの周期ＲＰＤＥＶにおいては、部分放電回数Ｃｐｄは規定回数Ｃｔｈ未満となる。ここで、指示電圧ＶｃがＶ９のとき、すなわちインパルス電圧Ｖａｉｎが１２５０Ｖ（３０００×Ｖ９）のときの周期ＰＤＥＶにおいては、部分放電回数Ｃｐｄはカウントされなくなる。

以上説明したように、本実施形態の部分放電計測システム１は、所定のパルス幅、所定の繰り返し周波数、所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎを電動機２に印加し、その度に部分放電回数Ｃｐｄを算出する。ユーザは、部分放電計測システム１により取得される部分放電回数Ｃｐｄなどを用いることで、部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖの計測、部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測など、様々な部分放電の計測作業を行うことが可能となる。このように、本実施形態の部分放電計測システム１によれば、ユーザがメータや表示数値を読み取るなど、計測精度に影響を及ぼすような作業を行う機会が少なくなるため、精度の高い部分放電の計測を行うことができるという効果が得られる。

そして、部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖの計測が行われる際、部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ以上と判定された時点でインパルス電圧Ｖａｉｎの昇圧が停止される。また、部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測が行われる際には、部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ未満と判定された時点でインパルス電圧Ｖａｉｎの印加が停止される。このようなことから、部分放電計測に要する時間が短縮されるという効果が得られる。さらに、測定対象物である電動機２の巻線に対する過剰な電圧印加が抑制され、測定対象物に対して余分なダメージを与えてしまう事態を未然に防止することができるという効果が得られる。

また、計測装置５は、同一のピーク値を持つ所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎが印加される度に印加電圧信号３７や検出信号３６を観測する。インパルス電圧発生装置３は、インパルス電圧Ｖａｉｎのパルス幅、繰り返し周波数、個数が変更可能なため、印加電圧信号３７や検出信号３６を観測する際に必要なメモリが少量で済み、部分放電回数算出部１５が行うデータ処理時間も短縮できるという効果がある。

部分放電回数算出部１５は、検出信号観測回路１４により観測された検出信号３６の立ち上がり時間Ｔｒｉから検出信号３６に含まれる巻線電流信号の周波数帯域を算出し、算出した周波数をカットオフ周波数としたデジタルフィルタ処理を検出信号３６に施すことによって、検出信号３６に含まれた巻線電流信号を除去した後で、部分放電の発生回数をカウントする。このため部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖの計測精度を高めることができ、また負荷や配線長など検出信号３６の周波数に寄与するパラメータが変更となっても新たなフィルタの準備が不要となる効果もある。

なお、本実施形態では、デジタルフィルタ処理のカットオフ周波数を、検出信号３６を計測する度に算出しているが、カットオフ周波数は１度決定したら２回目は算出しなくてもよい。あるいは、部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖを計測する前に、あらかじめ検出信号３６を計測しておき、その立ち上がり時間からカットオフ周波数を算出するか、フーリエ変換処理を行って得た周波数スペクトルの結果からカットオフ周波数を決定しても良い。

さらに、本実施形態において、上述のステップＳ１とＳ２で設定する初期電圧Ｖ０、所定のパルス幅、所定の繰り返し周波数、所定個数については、計測装置５の画面からユーザが入力するようにしてもかまわない。

さらに、本実施形態において、上述のステップＳ９については次のような処理に置き換えても良い。部分放電回数算出部１５は印加電圧信号観測回路１２により観測された印加電圧信号３７を受け取り、印加電圧信号３７の立ち上がり時間をＴｒｉとし、Ｆｃｕｔ＝０．３５／Ｔｒｉにより周波数帯域Ｆｃｕｔを算出し、これをデジタルフィルタ処理のカットオフ周波数とする。図４を例にした場合、印加電圧信号３７の立ち上がり時間は３００ｎｓ、検出信号３６の立ち上がり時間は２９０ｎｓであり、ほぼ等しい値となる。したがって、検出信号３６の立ち上がり時間（約２９０ｎｓ）から周波数帯域Ｆｃｕｔを算出しても、印加電圧信号３７の立ち上がり時間から周波数帯域Ｆｃｕｔを算出しても、周波数帯域Ｆｃｕｔは約１．２ＭＨｚとなる。部分放電信号は周波数帯域Ｆｃｕｔよりも１桁以上高い周波数成分を有しているため、印加電圧信号３７の立ち上がり時間から算出された周波数帯域Ｆｃｕｔを用いても、その周波数帯域Ｆｃｕｔ（１．２ＭＨｚ）の１０倍の周波数である１０ＭＨｚをカットオフ周波数として定義することができる。

さらに、本実施形態において、上述のステップＳ９とＳ１０については次のような処理に置き換えても良い。すなわち、部分放電回数算出部１５は、検出信号観測回路１４から転送される検出信号３６に対してデジタル微分処理を行う。

デジタル微分処理とは、信号のデータ列のうちの第１データと第２データとの間の差分を求めることで新たなひとつのデータを算出する処理である。たとえば、検出信号３６のデータ列をＰ（０）、Ｐ（１）、Ｐ（２）、…、Ｐ（ｎ−１）とし、新たなデータ列をＤ（０）、Ｄ（１）、Ｄ（２）、…、Ｄ（ｎ−１）とし、サンプリング周波数をＴｓとした場合、新たなデータＤ（ｋ）は、Ｄ（ｋ）＝｛Ｐ（ｋ）−Ｐ（ｋ−１）｝／Ｔｓ （ただし、ｋを１、…、ｎ−１）により算出される。ここで、Ｔｓで除算しなくてもよい。また、精度を向上させる場合は、データＤ（ｋ）を、Ｄ（ｋ）＝｛Ｐ（ｋ＋１）−Ｐ（ｋ−１）｝／２Ｔｓ （ただし、ｋを１、…、ｎ−２）により算出してもよい。

図７は、図４の検出信号３６に対するデジタル微分処理後の部分放電信号３８の波形を示すタイミングチャートである。部分放電信号３８の変化は巻線電流信号の変化よりも急峻である。このため、本実施形態では、デジタル微分処理を行うことにより部分放電の発生箇所でデジタルフィルタ処理を施した信号波形と類似した信号波形が得られ、部分放電の検出が可能となる。このように部分放電回数算出部１５は、検出信号３６にデジタル微分処理を行った後に、部分放電の発生回数をカウントすることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る部分放電計測システムについて、第１の実施形態からの変更点のみ説明する。特に記載していない部分は第１の実施形態と同様である。

図８は、第２の実施形態に係る部分放電計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。

インパルス電圧発生装置３の直流電源２２は、第１の実施形態における制御用直流電源８に代えて、制御用直流電源１９を備えている。計測装置５は、第１の実施形態における電圧指示部１１および制御部１７に代えて、電圧指示部２０および制御部２１を備えている。制御用直流電源１９はランプ電圧出力可能な電源であり、電圧指示部２０は、所定のパルス繰り返し周波数に応じたランプ電圧が前述の指示電圧Ｖｃとして設定された電圧指示信号２８を制御用直流電源１９に出力する。

図９Ａ〜９Ｄは、部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖおよび部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖの計測手順を示すフローチャートである。

制御部２１は、第１の実施形態と同じ初期電圧Ｖ０である開始電圧Ｖ０と、上限電圧Ｖｕおよび昇圧時間Ｔｕとが設定された電圧指示信号２８を生成する（ステップＳＳ１）。ステップＳ２からＳ４は図２および図６と同様である。次に、電圧指示部２０は、開始電圧Ｖ０、上限電圧Ｖｕ、昇圧時間Ｔｕが設定された電圧指示信号２８を制御用直流電源１９に出力する（ステップＳＳ２）。これにより、制御用直流電源１９、開始は電圧Ｖ０から上限電圧Ｖｕに向けて昇圧時間Ｔｕで昇圧を開始する（ステップＳＳ３）。

ステップＳ６からＳ１１までは図２および図６と同様である。

次に、制御部２１は、規定回数Ｃｔｈと部分放電回数算出部１５から転送された部分放電回数Ｃｐｄを比較する（ステップＳＳ４）。部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ未満である場合（ステップＳＳ４−ＮＯ）、ステップＳ６に戻る。一方、部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ以上である場合（ステップＳＳ４−ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進み、電圧値取得部１３が算出した電圧値を部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖとする。

次に、制御部２１は、終了電圧Ｖｅおよび降圧時間Ｔｄが設定された電圧指示信号２８を生成する（ステップＳＳ５）。電圧指示部２０は、終了電圧Ｖｅ、降圧時間Ｔｄが設定された電圧指示信号２８を制御用直流電源１９に出力する（ステップＳＳ６）、制御用直流電源１９は、電圧Ｖｐｄｉｖから終了電圧Ｖｅに向けて降圧時間Ｔｄで降圧を開始する（ステップＳＳ７）。

以降、ステップＳ６からＳ１１までは図２と同様である。

次に、制御部２１は、規定回数Ｃｔｈと部分放電回数Ｃｐｄとを比較する（ステップＳＳ８）。部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ以上である場合（ステップＳＳ８−ＹＥＳ）、ステップＳ６に戻る。一方、部分放電回数Ｃｐｄが規定回数Ｃｔｈ未満である場合（ステップＳＳ８−ＮＯ）、図９Ｄに示したステップＳ３１において、電圧値取得部１３が取得した電圧値を部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖとする。

図１０は、方形波信号３４と、ランプ出力の指示電圧、高電圧Ｖａおよびインパルス電圧Ｖａｉｎとを示すタイミングチャートである。

制御用直流電源１９の出力電圧がＡ倍（たとえば３０００倍）された電圧が高圧直流電源７から出力され、半導体スイッチ９は方形波信号３４によってオンとオフを繰り返し、結果としてランプ出力のインパルス電圧Ｖａｉｎがインパルス電圧発生装置３から発生する。上記処理に基づく本実施形態の部分放電計測によれば、高圧直流電源７の増幅率を３０００、制御用直流電源１９が出力するランプ電圧の開始電圧Ｖ０を０．３Ｖ、上限電圧Ｖｕを０．７Ｖ、昇圧時間を１２秒とすれば、電動機２に印加されるインパルス電圧Ｖａｉｎは、１００Ｖ／秒で上昇していくことになる。ここで、１つのインパルス電圧Ｖａｉｎのパルス幅が１０μｓ、繰り返し周波数が１０ｋＨｚ、個数が１０個のインパルス電圧Ｖａｉｎを１ブロックと定義すると、１ブロックの開始から終了まで要する時間は１ミリ秒、１ミリ秒間の上昇電圧は０．１Ｖとなる。電動機２に印加される最小の電圧である開始電圧は９００Ｖであるので、１ブロックにおける電圧上昇０．１Ｖは、９００Ｖに対して十分小さく、無視できるレベルといってよい。したがって、制御用直流電源１９がランプ電圧を出力する形態としても、ほぼ同一のピーク値を持つ所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎが印加できる。さらに、ブロック（１０個のパルスを１ブロックとする）とブロックの間を、たとえば１０ミリ秒と定義すると、１０ミリ秒で１Ｖ、インパルス電圧Ｖａｉｎが上昇する。結果として電動機２には、図１１に示すような、ほぼ同一のピーク値を持つ所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎを１Ｖずつ昇圧して印加することができる。

以上説明したように、本実施形態の部分放電計測システムは、制御用直流電源１９から所定の昇圧時間で上昇するランプ電圧が出力されるように制御し、信号発生器１０の出力信号によってインパルス電圧Ｖａｉｎのパルス幅、繰り返し周波数、個数を制御するので、同一ピーク値を持つ所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎと次の同一ピーク値を持つ所定個数のインパルス電圧Ｖａｉｎの電圧上昇幅を細かく設定できる。電圧の上昇幅を細かく設定できれば、部分放電開始電圧Ｖｐｄｉｖあるいは部分放電消滅電圧Ｖｐｄｅｖをより精度良く計測可能となるという効果がある。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更することができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ … 部分放電計測システム
２ … 電動機（測定対象物）
３ … インパルス電圧発生装置
４ … 部分放電検出装置
５ … 計測装置
６ … コンデンサ
７ … 高圧直流電源
８ … 制御用直流電源
９ … 半導体スイッチ
１０ … 信号発生器
１１ … 電圧指示部
１２ … 印加電圧信号観測回路
１３ … 電圧値取得部
１４ … 検出信号観測回路
１５ … 部分放電回数算出部
１６ … 信号指示部
１７ … 制御部
１８ … 電圧検出器
１９ … 制御用直流電源
２０ … 電圧指示部
２１ … 制御部
２２ … 直流電源
２３ … 抵抗素子
２４ … 抵抗素子
２５ … 抵抗素子
２６ … 出力端子
２７ … 出力端子
２８ … 電圧指示信号
２９ … 方形波指示信号
３０ … 期間設定信号
３１ … パルス供給期間
３２ … パルス休止期間
３３ … パルス信号
３４ … 方形波信号
３６ … 検出信号
３７ … 印加電圧信号
３８ … 部分放電信号

Claims (8)

1. 指示電圧の設定倍の電圧として高電圧を出力する直流電源と、
   所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表すパルス信号を生成し、その１周期がパルス供給期間および前記パルス供給期間の後のパルス休止期間を含む期間設定信号と前記パルス信号とを重ね合わせて、所定個数の前記パルス信号が前記パルス供給期間にのみ発生する方形波信号を生成する信号発生器と、
   前記方形波信号の電圧値が予め設定された電圧しきい値よりも低いときに前記直流電源からの前記高電圧により容量素子を充電し、前記方形波信号の電圧値が前記電圧しきい値以上であるときに前記容量素子から前記高電圧の値をピーク値とするインパルス電圧を測定対象物に印加する半導体スイッチと、
   前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とが設定された方形波指示信号を前記信号発生器に出力する信号指示部と、
   前記方形波信号の１周期目に前記指示電圧として初期電圧が設定された電圧指示信号を前記直流電源に出力し、２周期目以降の周期において、前記電圧指示信号に対して、直前の周期の前記指示電圧に前記初期電圧よりも低い所定電圧を加算した電圧を前記指示電圧として出力する電圧指示部と、
   前記インパルス電圧が印加された前記測定対象物から発生する部分放電に基づいた検出信号を観測する検出信号観測回路と、
   周期ごとに前記検出信号の入力回数を部分放電回数としてカウントする部分放電回数算出部と、
   前記測定対象物に印加される前記インパルス電圧を表す印加電圧信号を観測する印加電圧信号観測回路と、
   前記印加電圧信号観測回路から前記印加電圧信号を取得する電圧値取得部と、
   前記方形波指示信号の前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とを設定して前記方形波指示信号を前記信号指示部に出力し、前記初期電圧および前記２周期目以降の周期における前記指示電圧を設定して前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、前記部分放電回数が規定回数以上になったか否かを判定し、前記部分放電回数が規定回数以上になった最初の周期において前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電開始電圧とする制御部と、
   を具備する部分放電計測システムであって、
   前記制御部は、前記電圧値取得部により前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で初めの周期からの各周期においては、前記指示電圧の加算を行わずに、直前の周期の前記指示電圧に前記所定電圧を減算した電圧が前記指示電圧として設定された前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、
   前記制御部は、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降に、前記部分放電回数が前記規定回数未満になったか否かを判定し、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で前記部分放電回数が前記規定回数未満になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電消滅電圧とすること、
   を特徴とする繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システム。
2. 前記部分放電回数算出部は、前記検出信号に対してデジタルフィルタ処理を行うことにより、前記検出信号から不要な信号成分を除去して前記部分放電を表す部分放電信号のみを抽出し、周期ごとに前記部分放電信号を抽出した回数を前記部分放電回数としてカウントすることを特徴とする請求項１に記載の繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システム。
3. 前記部分放電回数算出部は、前記検出信号の立ち上がり時間に基づいてデジタルフィルタ処理のカットオフ周波数を算出し、前記カットオフ周波数に基づいて前記検出信号に対する前記デジタルフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システム。
4. 前記部分放電回数算出部は、前記印加電圧信号の立ち上がり時間に基づいてデジタルフィルタ処理のカットオフ周波数を算出し、前記カットオフ周波数に基づいて前記検出信号に対する前記デジタルフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システム。
5. 前記部分放電回数算出部は、前記検出信号に対するデジタル微分処理を行うことにより、前記検出信号から前記不要な信号成分を除去して前記部分放電信号のみを抽出することを特徴とする請求項２に記載の繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システム。
6. 指示電圧の設定倍の電圧として高電圧を出力し、昇圧ランプ電圧出力および降圧ランプ電圧出力が可能な直流電源と、
   所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表すパルス信号を生成し、その１周期がパルス供給期間および前記パルス供給期間の後のパルス休止期間を含む期間設定信号と前記パルス信号とを重ね合わせて、所定個数の前記パルス信号が前記パルス供給期間にのみ発生する方形波信号を生成する信号発生器と、
   前記方形波信号の電圧値が予め設定された電圧しきい値よりも低いときに前記直流電源からの前記高電圧により容量素子を充電し、前記方形波信号の電圧値が前記電圧しきい値以上であるときに前記容量素子から前記高電圧の値をピーク値とするインパルス電圧を測定対象物に印加する半導体スイッチと、
   前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とが設定された方形波指示信号を前記信号発生器に出力する信号指示部と、
   前記昇圧ランプ電圧出力のための開始電圧と上限電圧と昇圧時間とを設定する電圧指示信号を前記直流電源に出力する電圧指示部と、
   前記インパルス電圧が印加された前記測定対象物から発生する部分放電に基づいた検出信号を観測する検出信号観測回路と、
   周期ごとに前記検出信号の入力回数を部分放電回数としてカウントする部分放電回数算出部と、
   前記測定対象物に印加される前記インパルス電圧を表す印加電圧信号を観測する印加電圧信号観測回路と、
   前記印加電圧信号観測回路から前記印加電圧信号を取得する電圧値取得部と、
   前記方形波指示信号の前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とを設定して前記方形波指示信号を前記信号指示部に出力し、前記開始電圧と上限電圧と昇圧時間とを設定して前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、前記部分放電回数が規定回数以上になったか否かを判定し、前記部分放電回数が規定回数以上になった最初の周期において前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電開始電圧とする制御部と、
   を具備する部分放電計測システムであって、
   前記制御部は、前記電圧値取得部により前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で初めの周期からの各周期においては、前記降圧ランプ電圧出力のための終了電圧および降圧時間を設定した電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、
   前記制御部は、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降に前記部分放電回数が前記規定回数未満になったか否かを判定し、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で前記部分放電回数が前記規定回数未満になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電消滅電圧とすること、
   を特徴とする繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システム。
7. 指示電圧の設定倍の電圧として高電圧を出力する直流電源と、所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表すパルス信号を生成し、その１周期がパルス供給期間および前記パルス供給期間の後のパルス休止期間を含む期間設定信号と前記パルス信号とを重ね合わせて、所定個数の前記パルス信号が前記パルス供給期間にのみ発生する方形波信号を生成する信号発生器と、前記方形波信号の電圧値が予め設定された電圧しきい値よりも低いときに前記直流電源からの前記高電圧により容量素子を充電し、前記方形波信号の電圧値が前記電圧しきい値以上であるときに前記容量素子から前記高電圧の値をピーク値とするインパルス電圧を測定対象物に印加する半導体スイッチと、を具備する繰り返しインパルス電圧による部分放電計測システムの計測装置であって、
   前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とが設定された方形波指示信号を前記信号発生器に出力する信号指示部と、
   前記方形波信号の１周期目に前記指示電圧として初期電圧が設定された電圧指示信号を前記直流電源に出力し、２周期目以降の周期において、前記電圧指示信号に対して、直前の周期の前記指示電圧に前記初期電圧よりも低い所定電圧を加算した電圧を前記指示電圧として出力する電圧指示部と、
   前記インパルス電圧が印加された前記測定対象物から発生する部分放電に基づいた検出信号を観測する検出信号観測回路と、
   周期ごとに前記検出信号の入力回数を部分放電回数としてカウントする部分放電回数算出部と、
   前記測定対象物に印加される前記インパルス電圧を表す印加電圧信号を観測する印加電圧信号観測回路と、
   前記印加電圧信号観測回路から前記印加電圧信号を取得する電圧値取得部と、
   前記方形波指示信号の前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とを設定して前記方形波指示信号を前記信号指示部に出力し、前記初期電圧および前記２周期目以降の周期における前記指示電圧を設定して前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、前記部分放電回数が規定回数以上になったか否かを判定し、前記部分放電回数が規定回数以上になった最初の周期において前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電開始電圧とする制御部と、
   を具備し、
   前記制御部は、前記電圧値取得部により前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で初めの周期からの各周期においては、前記指示電圧の加算を行わずに、直前の周期の前記指示電圧に前記所定電圧を減算した電圧が前記指示電圧として設定された前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、
   前記制御部は、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降に前記部分放電回数が前記規定回数未満になったか否かを判定し、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で前記部分放電回数が前記規定回数未満になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電消滅電圧とすること、
   を特徴とする計測装置。
8. 指示電圧の設定倍の電圧として高電圧を出力する直流電源と、所定のパルス幅および所定のパルス繰り返し周波数を表すパルス信号を生成し、その１周期がパルス供給期間および前記パルス供給期間の後のパルス休止期間を含む期間設定信号と前記パルス信号とを重ね合わせて、所定個数の前記パルス信号が前記パルス供給期間にのみ発生する方形波信号を生成する信号発生器と、前記方形波信号の電圧値が予め設定された電圧しきい値よりも低いときに前記直流電源からの前記高電圧により容量素子を充電し、前記方形波信号の電圧値が前記電圧しきい値以上であるときに前記容量素子から前記高電圧の値をピーク値とするインパルス電圧を測定対象物に印加する半導体スイッチと、信号指示部と、電圧指示部と、検出信号観測回路と、部分放電回数算出部と、印加電圧信号観測回路と、電圧値取得部と、制御部と、を具備する部分放電計測システムによる計測方法であって、
   前記制御部が、前記所定のパルス幅と前記所定のパルス繰り返し周波数と前記所定個数とが設定された方形波指示信号を前記信号指示部に出力する工程と、
   前記信号指示部が前記方形波指示信号を前記信号発生器に出力する工程と、
   前記制御部が、前記方形波信号の１周期目に前記指示電圧として初期電圧が設定された電圧指示信号を前記電圧指示部に出力し、２周期目以降の周期において、前記電圧指示信号に対して、直前の周期の前記指示電圧に前記初期電圧よりも低い所定電圧を加算した電圧を前記指示電圧として設定して前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力する工程と、
   前記電圧指示部が、前記電圧指示信号を前記直流電源に出力する工程と、
   前記検出信号観測回路が、前記インパルス電圧が印加された前記測定対象物から発生する部分放電に基づいた検出信号を観測する工程と、
   前記部分放電回数算出部が、周期ごとに前記検出信号の入力回数を部分放電回数としてカウントする工程と、
   前記印加電圧信号観測回路が、前記測定対象物に印加される前記インパルス電圧を表す印加電圧信号を観測する工程と、
   前記制御部が、前記部分放電回数が規定回数以上になったか否かを判定し、前記部分放電回数が規定回数以上になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電開始電圧とする工程と、
   前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で初めの周期から後の各周期で、前記制御部が、前記指示電圧の加算を行わずに、直前の周期の前記指示電圧に前記所定電圧を減算した電圧が前記指示電圧として設定された前記電圧指示信号を前記電圧指示部に出力する工程と、
   前記部分放電開始電圧が取得された後に、前記電圧指示部が、前記減算した電圧が設定された前記電圧指示信号を直流電源に出力する工程と、
   前記制御部が、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降に、前記部分放電回数が規定回数未満になったか否かを判定し、前記部分放電開始電圧が取得された周期以降で前記部分放電回数が前記規定回数未満になった最初の周期において、前記印加電圧信号観測回路からの前記印加電圧信号が表す電圧のピーク値を部分放電消滅電圧とする工程と、
   を具備することを特徴とする計測方法。

Images