JP6903527B2 - 部分放電測定装置および部分放電測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力機器内部で発生する部分放電の電荷量を定量的に評価を可能とする部分放電測定装置および部分放電測定方法に関する。

従来、箱体内に遮断器などを収納する例えばスイッチギヤなどの電力機器において、箱体内で発生する部分放電を検出する技術として、例えば部分放電に伴う箱体表面の電位変化を検出し、さらに複数の部分放電センサを取り付けることで、部分放電の発生位置を特定する部分放電測定装置が知られている。

部分放電測定装置は、箱体内で浮遊容量を介して伝搬する部分放電パルスによる放電信号を箱体の表面に取り付けた部分放電センサで検出し、部分放電発生部位から発生した放電信号が部分放電センサに到達するまでの時間差から三次元位置（箱体内部空間上の放電発生位置）も特定できるようになっている。

このように部分放電測定装置は、箱体やモールド部材内部で発生する部分放電発生部位を特定するものであるが、箱体表面の電位変化量は、同じ放電電荷量であっても測定対象である電力機器の内部構造によって変動するため、部分放電測定装置が検出する部分放電の電荷量が正しい値かどうかを定量的に評価できない。

特許５４９３９０９号公報

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、測定対象の筐体の構造によらず、筐体から検出する部分放電の電荷量を定量的に評価できる部分放電測定装置および部分放電測定方法を提供することにある。

実施形態の部分放電測定装置は、放電信号発生源、記憶部、放電検出ユニット、電荷量換算部を備える。放電信号発生源は部分放電の計測対象の電気機器の回路上の接地線または接地極に接続され、放電電荷量が既知の参照放電信号を接地線または接地極に入力する。記憶部には参照放電信号の電流量に応じた電気機器の箱体固有の係数が記憶されている。放電検出ユニットは箱体に取り付けた放電センサにより検出される放電信号の表面電位に応じた電位差を出力する。電荷量換算部は放電検出ユニットより出力される電位差と記憶部の係数とから求めた放電電荷量を出力する。

第１実施形態の部分放電測定システムの概要構成を示す図である。 部分放電信号を示す図である。 図１の部分放電測定システムに用いる部分放電信号発生源の構成を示す図である。 部分放電測定装置の動作を説明するための図である。 第２実施形態を示す図である。 第３実施形態を示す図である。 第４実施形態を示す図である。 第５実施形態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１〜図４を参照して第１実施形態の部分放電測定システムを説明する。図１は第１実施形態の部分放電測定システムの構成を示す図、図２は図１の部分放電測定システムの部分放電信号発生源の構成を示す図、図３は部分放電信号を説明するための図、図４は部分放電測定装置の動作を説明するための図である。

図１に示すように、第１実施形態の部分放電測定システムは、例えばスイッチギヤなどと呼ばれる電力機器に発生する部分放電を検出する部分放電測定装置２を備える。

電力機器の箱体１の内部には、遮断器や主回路導体などの電気機器１２が収容されている。電気機器１２は、接地線１３を通じて接地極１４に接続されている。接地極１４は接地されている。電気機器１２には電力供給源１１（送配電系統など）からの電源線１５（高圧配電線）が接続されている。

ここで、箱体１は、外壁を構成する複数の金属の構成板（正面板、天井板、背面板、床板、側面板など）を備える筐体である。構成板は、接地線１３を介して接地極１４に接続される。

部分放電測定装置２は、部分放電検出ユニット２０と、部分放電電荷量校正ユニット３０とを有し、電力機器内部で発生する部分放電を測定する機器であり、部分放電電荷量評価のための校正機能を備える。

部分放電検出ユニット２０は、箱体１の構成板に接触させて固定した放電センサとしての電極２１、電位信号増幅部２２、この電位信号増幅部２２に伝送線２３を介して接続された部分放電検出部２４を有する。伝送線２３は例えば同軸ケーブルなどを用いるものとする。つまり部分放電検出ユニット２０は、箱体１の外面に取り付けた電極２１により検出される放電信号（パルス電流ｉ_１）の表面電位ｖ_１に応じた電位差ΔＶを出力する。

電極２１は、箱体１の構成板との間で形成される浮遊容量を介して部分放電に伴う箱体１の表面電位ｖ_１（の変化）を検出しそれを出力信号として電位信号増幅部２２へ出力する。

電位信号増幅部２２は、電極２１より入力された表面電位ｖ_１を増幅および電流ｉ₂に変換して伝送線２３を介して部分放電検出部２４に入力する。このように電位信号増幅部２２を設けることで、電極２１により検知された箱体１の表面電位ｖ_１を高インピーダンスで受け、電流ｉ₂に変換して後段の伝送線２３に伝送することで、伝送線２３の配線の長さ、引き回しによる影響を抑制することができる。

表面電位ｖ_１の周波数成分は、１ＭＨｚ以上であることから、電位信号増幅部２２は、その周波数を検出可能な周波数帯域のものを用いる。電位信号増幅部２２は、箱体１の接地極１４に接続し、接地（アース）するものとする。このようにすることで電位信号増幅部２２での接地の基準が接地極１４に定まり、部分放電に伴う箱体１の表面電位ｖ_１の変化を正確に計測できる。

部分放電電荷量校正ユニット３０は、放電信号発生源としての部分放電信号発生源３１と、部分放電電流計測部３２と、この部分放電電流計測部３２と信号線３３を介して接続された部分放電電荷量換算部３４と、記憶部３５とを有する。

部分放電信号発生源３１は、校正の際に、部分放電の計測対象の電子機器１２の回路上の接地線１３または接地極１４に入力線１０を介して接続される。部分放電信号発生源３１は、放電電荷量が既知の参照放電信号Ｓ１（パルス電流ｉ）を発生し、入力線１０を通じて接地線１３または接地極１４に入力する。部分放電電流計測部３２は、部分放電信号発生源３１から発生された参照放電信号Ｓ１が入力線１０を通る際のパルス電流ｉを計測する。

部分放電電流計測部３２は、入力線１０と絶縁しつつ入力線１０に流れる電流量を計測するために、例えば貫通型のカレントトランス（以下「ＣＴ」と称す）などを使用する。信号線３３は、例えば同軸ケーブルなどである。

記憶部３５には、参照放電信号Ｓ１（パルス電流ｉ）の電流量に応じた電子機器１２の箱体１固有の係数αが記憶されている。

部分放電電荷量換算部３４には、部分放電検出部２４の出力信号（電位差ΔＶ）と、部分放電電流計測部３２の出力信号（検出された電流ｉ）とが入力される。

部分放電電荷量換算部３４は、入力された出力信号（電位差ΔＶ）を部分放電電荷量Ｑに換算し出力する。つまり部分放電電荷量換算部３４は、放電検出ユニット２０より出力される電位差ΔＶと記憶部３５の係数αとから求めた放電電荷量Ｑを出力する。
また部分放電電荷量換算部３４は、部分放電電流計測部３２からの出力信号（電流ｉ）を部分放電電荷量Ｑ_ｒｅｆに換算し出力する。

なお、部分放電電流計測部３２により検出される電流ｉから換算した部分放電電荷量Ｑ_ｒｅｆが既知の部分放電電荷量Ｑ_ｒｅｆとほぼ同じ場合は、既知の部分放電電荷量Ｑ_ｒｅｆを予め記憶部３５に記憶しておき、それを実測の部分放電電荷量Ｑとの比較に用いてもよい。

部分放電電荷量を校正する際、放電電荷量が既知の部分放電信号発生源３１を、入力線１０を介して接地線１３に接続する。接地線１３への接続／解放には切り替えスイッチを利用する。

ここで、部分放電信号発生源３１により発生される参照放電信号Ｓ１は、箱体１内で生じる部分放電の信号を模擬するために、既知の放電電荷量Ｑ_ｒｅｆを有し、図２に示すように、立ち上がり時間が３０ｎｓｅｃ以下のパルス信号（電圧）である必要がある。

この条件を満たすために、部分放電信号発生源３１は、図３に示すように、一方の端子を入力線１０に接続し、他方の端子を箱体１に接続（接地）した圧電素子４２を用いる。また、立ち上がり時間を３０ｎｓｅｃ以下に制御するために、圧電素子４２と入力線１０との間にコンデンサ４１などの波形整形素子を挿入するものとする。なお、ここに示す部分放電信号発生源３１の構成は一例であり、他の構成であってもよい。

以下、図４を参照してこの第１実施形態の部分放電測定装置２の部分放電電荷量の求め方について説明する。
図４に示すように、部分放電信号発生源３１から参照放電信号Ｓ１を発生し、既知の放電電荷量Ｑ_ｒｅｆのパルス電流である電流ｉを箱体１内の接地線１３に入力するとき、大部分の電流ｉ_０は、接地極１４からアースに流出するが、そのうち一部分の電流ｉ_１が箱体１の外面（構成板）に流入（伝達）する。

この箱体１の外面（構成板）に一部流入した電流ｉ_１は、表面電位ｖ_１を励起し、構成板の板面に取り付けられた電極２１で検出され、伝送線２３を通じて部分放電検出部２４に入力される。部分放電検出部２４では、電位信号増幅部２２により増幅された電流ｉ₂を伝送線２３を介して受信して電位差ΔＶに変換し、電位差ΔＶを放電電荷量換算部３４に入力する。

ここで、部分放電信号発生源３１から発生し部分放電電流計測部３２で計測されるパルス電流ｉと放電電荷量Ｑ、ならびに表面電位ｖ_１（電位差ΔＶ）は相関関係にあることから、放電電荷量Ｑと表面電位ｖ_１（電位差ΔＶ）は係数αを用いて、Ｑ＝α×ｖ_１と表すことができる。ｖ_１をΔＶと置き換えてもよい。

係数αは、参照放電信号Ｓ１（パルス電流ｉ）の電流量に応じた電子機器１２の箱体１固有の係数である。この係数αは、放電電荷量換算部３４での演算に使用するため、予め記憶部３５に記憶しておくものとする。

放電電荷量換算部３４では、入力された電位差ΔＶと記憶部３５の係数αを用いて放電電荷量Ｑを算出し出力、つまり電位差ΔＶを、計数αを用いて放電電荷量Ｑに換算し出力する。換算には、電位差ΔＶ以外に表面電位ｖ_１を用いてもよい。

（部分放電測定動作）
この部分放電測定システムにおいて、実際に電力機器の箱体１内部の部分放電を測定する際には、入力線１０を接地線１３から切り離し、箱体１内部の電気機器１２を動作させる。そして、箱体１から電極２１が検出した電流ｉ_１の表面電位ｖ_１を部分放電検出部２４にて電位差ΔＶに変換し放電電荷量換算部３４に入力し、放電電荷量換算部３４は入力された電位差ΔＶに係数αを積算し、部分放電電荷量Ｑに換算しその電荷量Ｑの値を出力する。

以上説明したように、第１実施形態によれば、校正の際に、入力線１０を接地線１３に接続して部分放電信号発生源３１から発生させた既知の参照放電信号Ｓ１（パルス電流ｉ）を接地線１３に入力すると、接地線１３から箱体１の外面を通じて電極２１により検出された電流ｉ_１の表面電位ｖ_１が電流ｉ₂として部分放電検出部２４に入力されて電位差ΔＶに変換されて部分放電電荷量校正ユニット３０に入力される。

つまり電極２１により検出される電流ｉ_１は、電気機器１２の箱体１の内部構成によらず、接地線１３や接地極１４と箱体１の外面の構成板の接続状況によって決定されるため、部分放電測定装置２では、既知の参照放電信号Ｓ１（パルス信号）を電気機器１２の接地線１３に入力して箱体１の外面に取り付けた電極２１で検出し信号処理することで、部分放電の大きさ（放電電荷量Ｑ）を定量的に評価（校正）することができる。

図５を参照して第２実施形態を説明する。
上記第１実施形態（図１参照）では、電位信号増幅部２２から接地極１４へ接地線２２ａを接続することを説明したが、この第２実施形態では、図１と同様の効果を得る他の構成例として、図５に示すように、電極２１と電位信号増幅部２２との間に差分算出器２９を介在させて、差分算出器２９から配線した接地線２９ａの先端に設けた電極１６を接地極１４に接触固定してもよい。また電極１６を接地極１４に接触固定する以外にも、例えば電極１６を箱体１の構成板に取り付けるようにしてもよい。

図６を参照して第３実施形態を説明する。
図６に示すように、この第３実施形態の部分放電信号発生源３１は、電池などの定電圧電源４３とスイッチング素子４４を用いて部分放電信号発生回路を構成する。

この場合、上記第１実施形態（図２）と同様に、コンデンサ等の素子４１を挿入することで部分放電信号発生源３１が発生する放電信号Ｓ１の立ち上がり時間を３０ｎｓｅｃ以下に制御する。

図７を参照して第４実施形態を説明する。
図７に示すように、この第４実施形態の部分放電信号発生源３１は、出力端子と入力端子の二端子を備え、各端子（出力端子と入力端子）と接地線１３とを入力線１０ａ、出力線１０ｂでそれぞれ接続する。この場合、出力線１０ｂの側に部分放電電流計測部３２を設ける。

この第４実施形態では、部分放電信号発生源３１から発生した部分放電信号Ｓ１を、破線矢印Ａで示すように、入力線１０ａを通じて接地線１３に流し、接地線１３から出力線１０ｂを通じて部分放電信号発生源３１に戻すようにする。出力線１０ｂに流れる部分放電のパルス電流ｉが部分放電電流計測部３２により検出されて、部分放電電荷量換算部３４に入力される。

この第４実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果が得られる以外に、部分放電信号発生源３１から接地線１３へ出力し接地線１３を通じて戻ってくる部分放電信号Ｓ１を部分放電電流計測部３２が検出することで、測定誤差がより少なくなる。

図８を参照して第５実施形態を説明する。
図８に示すように、この第５実施形態は、判定部４を有する。判定部４は、図１、図５に示した部分放電電荷量換算部３４の出力（放電電荷量Ｑ）が、誤差範囲（許容範囲）内にあるか否かの判定結果を出力する。

より具体的には、判定部４は、部分放電電荷量換算部３４から出力された放電電荷量Ｑと放電信号発生源３１により発生される参照放電信号Ｓ１の既知の放電電荷量Ｑ_ｒｅｆ）との差分値が予め記憶（設定）していた許容範囲（誤差範囲）内か否かを判定し、判定結果に応じた情報（許容範囲内であればOK、許容範囲を超えていればNGなど）を出力する。なお、判定結果に、求めた差分値と許容範囲を含めて出力してもよい。予め設定した許容範囲としては、例えば±０．５％などの誤差範囲とする。

本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、例として示したものであり、この他の様々な形態で実施が可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の省略、置き換え、変更を行うことができる。

また上記の実施の形態に示した部分放電測定装置２の各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。

１…箱体、２…部分放電測定装置、１０…入力線、１１…主電源、１２…電気機器、１３…接地線、１４…接地極、１５…電源線、２０…部分放電検出ユニット、２１…電極、２２…電位信号増幅部、２３…伝送線、３０…部分放電電荷量校正ユニット、３１…部分放電信号発生源、３２…部分放電電流計測部、３３…信号線、３４…部分放電電荷量換算部、３５…記憶部。

Claims (6)

1. 部分放電の計測対象の電気機器の回路上の接地線または接地極に接続され、放電電荷量が既知の参照放電信号を前記接地線または前記接地極に入力する放電信号発生源と、
   前記参照放電信号の電流量に応じた前記電気機器の箱体固有の係数が記憶された記憶部と、
   前記箱体に取り付けた放電センサにより検出される放電信号の表面電位に応じた電位差を出力する放電検出ユニットと、
   前記放電検出ユニットより出力される電位差と前記記憶部の係数とから求めた放電電荷量を出力する電荷量換算部と
   を具備する部分放電測定装置。
2. 前記放電信号発生源により発生される参照放電信号の既知の放電電荷量と、前記電荷量換算部から出力された放電電荷量との差分値が予め設定した許容範囲内か否かを判定し、判定結果に応じた情報を出力する判定部を具備する請求項１項に記載の部分放電測定装置。
3. 前記放電検出ユニットは、
   前記放電センサにより検出される箱体の表面電位を増幅および電流に変換する信号増幅部と、
   前記信号増幅部により増幅された電流を伝送線を介して受信し電圧差に変換する部分放電検出部と
   を有する請求項１項に記載の部分放電測定装置。
4. 部分放電の計測対象の電気機器の回路上の接地線または接地極に接続された放電信号発生源から、放電電荷量が既知の参照放電信号を前記接地線または前記接地極に入力し、
   前記参照放電信号の電流量に応じた前記電気機器の箱体固有の係数を記憶し、
   前記箱体に取り付けた放電センサにより検出される放電信号の表面電位に応じた電位差と前記係数とから求めた放電電荷量を出力する部分放電測定方法。
5. 前記放電信号発生源により発生される参照放電信号の既知の放電電荷量と、前記放電信号と係数とから求めた放電電荷量との差分値が予め設定した許容範囲内か否かを判定し、判定結果に応じた情報を出力する請求項４に記載の部分放電測定方法。
6. 前記放電センサにより検出される前記箱体の表面電位を増幅し電流に変換して伝送し、
   伝送した前記電流を電位差に変換する
   請求項４項に記載の部分放電測定方法。

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