JPH0552898A - 電気機器の部分放電検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電気機器内部で発生する部分放電を検出する
部分放電センサ１６と部分放電の発生により生じる分解
ガスを検出する分解ガスセンサ２２とを設け、部分放電
センサ１６の検出信号によって分解ガスセンサ２２を動
作させる。この部分放電センサ１６の検出信号に基づく
動作とは無関係に定期的に分解ガスセンサ２２を動作さ
せて分解ガスセンサ２２のしきい値の見直しを行わせ
る。分解ガスセンサ２２は暗雑音を定期的に測定してし
きい値の見直しを行う。 【効果】 部分放電センサ１６の検出信号により分解ガ
スセンサ２２が動作するので動作回数が少なくて済み、
また分解ガスの検出動作を部分放電発生の直後に、タイ
ミングよく行うことができるので、部分放電発生時に生
成される分解ガスの検出が正確に行える。また分解ガス
センサ２２が定期的に動作され、分解ガスセンサ２２の
しきい値の見直しが行われることにより、分解ガスセン
サ２２の感度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は変圧器などの電気機器の
部分放電検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば不活性ガスたるＳＦ₆ ガスが密封
されたガス絶縁変圧器では、内部の巻線に部分放電が発
生することがあり、これを放置しておくと、巻線の絶縁
物が劣化して絶縁破壊に至ることになるので、部分放電
がある限度以上発生するようになったときは巻線を修理
或いは交換しなければならない。このためガス絶縁変圧
器においては、常時もしくは定期的に部分放電の発生を
検出してこれを監視するようにしている。

【０００３】部分放電の発生を検出する方法の一つに分
解ガスを検出する方法がある。即ち、ＳＦ₆ ガスは本来
安定した不活性ガスであるが、部分放電の発生及び水分
との接触により次のような化学反応を起こすことが知ら
れいる。 ＳＦ₆ →ＳＦ₄ ＋Ｆ_{2 SF 4} ＋Ｈ₂ Ｏ→ＳＯＦ₂ ＋２ＦＨ ＳＯＦ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ→ＳＯ₂ ＋２ＨＦ

【０００４】変圧器のタンク内には数百ｐｐｍの水分が
存在するのが通常であるので、部分放電が発生したとき
は、安定なＳＦ6 ガスが分解してＳＯＦ₂ などの活性な
分解ガスに変化する。そこで、この分解ガスを分解ガス
センサにより検出することによって部分放電の発生を検
出しようとすることが試みられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガス絶
縁変圧器においては、一般に分解ガスが変圧器本体に悪
影響を及ぼさないようにするために、分解ガスを吸着す
る吸着剤を収納しているので、たとえ部分放電が発生し
て万一分解ガスが生じたとしても、吸着剤で吸着されて
検出できない虞がある。従って分解ガスを検出するに
は，検出のタイミングが重要であり，部分放電の直後に
分解ガスセンサが動作しないとうまく検出ができないと
いう問題があった。

【０００６】この場合、分解ガスセンサの動作間隔を例
えば１分間隔などのように短くすれば、運良く分解ガス
を検出できる可能性はある。しかしながら分解ガスセン
サを動作させるには、ガス絶縁変圧器からガスを手動ま
たは自動でサンプリングする必要があり、この場合例え
ば電磁弁のように可動部を有するメカニカルなパーツが
どうしても必要となるので、それらの可動部の存在によ
り装置の寿命を決定してしまい、分解ガスセンサを多回
数動作させることができないという欠点がある。

【０００７】尚、部分放電が発生した際には、上述のよ
うに特殊な分解ガスが発生する他に、電磁波，光，音
波，パルス電流などの異常現象が発生するので、例えば
電磁波を検出することにより部分放電の発生を検出する
ことは可能である。しかしながら、部分放電時に発生す
る電磁波と、その他の放送波とか外来ノイズなどと区別
することが困難である。これは、その他の光、音波、パ
ルス電流などを検出する場合についても同様である。ま
たこれらの検出手段を複数設けることも考えられている
が、個々の手段が正確に部分放電を検出できていない以
上、正確性はあまり期待できるものではなかった。

【０００８】本発明は上記問題を考慮してなされたのも
ので、装置の寿命を短くすることなく、部分放電の発生
を正確に検出でき、しかも分解ガスセンサの感度を向上
させることのできる電気機器の部分放電検出方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電気機器の部分
放電検出方法は、電気機器内部で発生する部分放電を検
出する部分放電センサと部分放電の発生により生じる分
解ガスを検出する分解ガスセンサとを設け、部分放電セ
ンサの検出信号によって分解ガスセンサを動作させる電
気機器の部分放電検出方法において、部分放電センサの
検出信号に基づく動作とは無関係に定期的に分解ガスセ
ンサを動作させて分解ガスセンサのしきい値の見直しを
行うことを特徴とする。この場合、分解ガスセンサの暗
雑音を定期的に測定してしきい値の見直しを行うことが
できる。

【００１０】

【作用】分解ガスセンサは部分放電が発生したと想定さ
れる場合に動作させればよく、単純に例えば１分間隔の
ように定期的に動作させる必要はない。従って部分放電
センサの検出信号により分解ガスセンサを動作させれば
動作回数が少なくて済み、しかも分解ガスの検出動作を
部分放電発生の直後に、タイミングよく行うことができ
るので、部分放電発生時に生成される分解ガスの検出が
正確に行える。また分解ガスセンサが定期的に動作さ
れ、分解ガスセンサのしきい値の見直しが行われること
により、分解ガスセンサの感度が向上する。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例をガス絶縁変圧器を例
にとり、図面を参照して説明する。図１において、タン
ク１１の内部には、鉄心１２とこの鉄心１２に巻回され
た巻線１３とからなる変圧器中身が収納されていると共
に、そのタンク１１内に不活性ガスであるＳＦ₆ （六沸
化硫黄）ガスが封入されている。タンク１１の側面には
その内部を臨むようにしてガラス窓等を介しセンサ格納
室１５が設けられており、そこに部分放電センサとして
のコロナセンサ１６が設けられている。コロナセンサ１
６はフェライトアンテナと略同一構成のもので、フェラ
イトコア１６ａに巻線１６を数ターン巻回して構成され
ている。また、タンク１１の側面には放熱器１４が設け
られると共にバルブ１７を介して連通する分解ガスセン
サ１８が設けられている。分解ガスセンサ１８は、例え
ばＳｎＯ₂ のような金属酸化物半導体ガスセンサを有し
ている。この半導体式ガスセンサは、白金線コイルをＳ
ｎＯ₂ 焼結体に埋めこんで構成したもので、コイルを通
電して加熱することにより酸素が吸着され電子がリッチ
になって素子抵抗が大きくなり、そこへ例えばＳＯ₂ の
ような活性なガスが接近すると酸素を取り（奪い）電子
が開放されて抵抗が下がる現象が生じるので、この抵抗
変化を読み取るものである。

【００１２】この分解ガスセンサ１８の動作は次のよう
にして行われる。タンク１１から圧力差を利用してフィ
ルタ１９や電磁弁からなるバルブ１７、バルブ２０を経
由して分解ガスセンサ１８ヘサンプルガスを運ぶ。分解
ガスセンサ１８はサンプルガスが吹き込まれる前に予め
空気で満たされる容器２１とこの容器２１内に配置され
た半導体式ガスセンサ２２から構成されている。コンプ
レッサ２３は空気を圧縮して容器２１へ封入する機能を
有する。空気の代わりに酸素を用いても良い。この空気
または酸素は上述のようにまずＳｎＯ₂ 半導体式ガスセ
ンサ２２を電子リッチの状態にして素子抵抗を大なる状
態に保持しておくために必要である。測定後のサンプル
ガスはバルブ２４を通り、石灰水２５を介して配管２６
を経由して外部へ運ばれる。

【００１３】これら複数のバルブ１７、２０、２４を制
御するためにシーケンスコントローラ２７が設けられ
る。このシーケンスコントローラ２７はコロナセンサ１
６から得られた出力信号がトリガとなって動作するよう
になっている。

【００１４】即ち、コロナセンサ１６は、サイプリング
インターバルが例えば約３０分間隔に設定してあり、３
０分毎に部分放電の発生を監視する動作を行う一方、分
解ガスセンサ１８は通常時はその動作が停止されてい
る。

【００１５】タンク１１内の巻線１３やその近傍で部分
放電が発生すると、そのとき電磁波が発生してコロナセ
ンサ１６が起動され、コロナセンサ１６の出力となって
増幅器２８を介して信号処理装置２９に伝送される。ま
た部分放電の発生がなくてもコロナセンサ１６は外来の
放送波や電磁波雑音を受信することがあり、それが増幅
器２８を介して信号処理２９に伝送されることもある。
信号処理装置２９の中には信号を３２分間ホールドする
回路が付属されており、ある１回のサンプリング時にコ
ロナセンサ１６が電磁波を受信したとすると、その信号
がホールドされるとともにそれがトリガーとなって分解
ガスセンサ１８のシーケンスコントローラ２７に動作命
令が送信される。

【００１６】この場合コロナセンサ１６の出力信号は次
のように設定することができる。例えば出力信号は信号
処理装置２９内にＤＣ４〜２０ｍＡあるいはＤＣ０〜１
０ｍＶなどの形に変換されて出力される。ＤＣ４〜２０
ｍＡで例えば１２ｍＡが放電電荷量の１０００ｐｃに担
当し、このレベル（しきい値）を越えたら、トリガー信
号としてシーケンスコントローラ２７にＴＴＬレベルの
パルス信号を加えるようにする。

【００１７】これを受けてシーケンスコントローラ２７
は、半導体式ガスセンサ２２を通電し、コンプレッサ２
３を始動し、バルブ１７，２０を解放したりして容器２
１内にタンク１１内からガスをサンプリングし、分解ガ
スセンサ１８を動作状態にする。分解ガスセンサ１８が
動作状態となり、実測定するまでの時間は、１０〜２０
分間必要である。これはセンサのウォーミングアップと
万一分解ガスが生成されている場合にはそれを測定する
のに要する時間である。そして分解ガスセンサ１８は、
サンプリングされたガスと接触して半導体式ガスセンサ
２２の抵抗に変化がなければ検出信号を出力せず、それ
に対し例えば巻線１３で部分放電が発生してＳｎＯ₂ ガ
スが生成されていた場合には半導体式ガスセンサ２２の
抵抗に変化が生じて検出信号を出力する。この出力信号
は増幅器３０を介して信号処理装置２９に送信される。
コロナセンサ１６の出力信号はホールドされているため
上記のように活性ガスが分解ガスセンサ１８で検出され
れば、両方の信号の和により部分放電が発生したと確認
できる。信号処理装置２９内には各信号に対して予め設
定したしきい値（アラームレベル）を少しでも越えたら
表示装置３１に送信し、アラームを発生させる機能を有
する。

【００１８】このようにすれば、コロナセンサ１６が検
出動作したときに分解ガスセンサ１８を動作させるた
め、分解ガスセンサ１８を動作させる回数を極めて少な
くすることができる。従って電磁弁からなるバルブ１
７，２０，２４やコンプレッサ１４内のモータ等の可動
部及び消耗し易い部品等の寿命を長くすることができ、
ひいては装置の寿命を長くすることができる。

【００１９】また分解ガスセンサ１８は、コロナセンサ
１６の出力信号がトリガとなって動作されるものであ
り、タイミング的には部分放電が発生した直後の、活性
ガスが吸着剤に吸着される以前に検出を行っているた
め、確実に活性ガスを検出できる。従って実際にタンク
１１内で部分放電が発生していた場合には正確にこれを
検出することができ、また放送波のような電磁波に対し
ては、分解ガスセンサ１８がこれを検出しないので、部
分放電の発生と確実に区別することができる。

【００２０】ところで、上述のようにコロナセンサの検
出信号によって分解ガスセンサを動作させるようにすれ
ば、放送波のような外来電磁波に対して部分放電との区
別が可能であるが、逆に分解ガスセンサの感度特性の影
響により、部分放電の発生として識別されない場合が予
想される。即ちＳｎＯ₂ 半導体式ガスセンサは部分放電
により発生する分解ガスの発生とは無関係に出力信号に
は暗雑音が含まれ、同雑音は運転時の径時的劣化によ
り、運転時間に対応して増加することが考えられ、そう
すると分解ガスセンサの感度特性が低下することにな
る。

【００２１】そこで本実施例においては、例えば暗雑音
を定期的に測定し、暗雑音に伴なう分解ガスセンサのし
きい値の見直しをシーケンスで自動的に実施することに
より、分解ガスセンサの心臓部であるＳｎＯ₂ 半導体式
ガスセンサの検出感度を最大活用して、極力微小コロナ
等の放電を検出できるようにしたものである。

【００２２】本実施例による部分放電検出方法の運転状
態の詳細を図２及び図３のタイミングチャートおよびフ
ローチャートを用いて説明する。尚、シーケンスコント
ローラ２７には内部クロック（図示せず）が内蔵されて
おり、これにより例えば１日単位で分解ガスセンサを動
作させることが可能である。

【００２３】図２において、内部クロックによりトリガ
ーパルスを発生させ、それをスタート信号とする。スタ
ート信号は暗雑音の定期確認用のため通常１回／週〜１
回／１０日の間隔で繰り返す。スタート信号が来るまで
シーケンスコントローラ２７以外はすべて休止してい
る。スタート信号により今までＯＦＦしていた分解ガス
センサ１８に対し、暖機運転の指示をシーケンスコント
ローラ２７から与える。それに続いてセンサ各部のチェ
ックを兼ねてドライエアなどのＳＯＦ₂ ガスを含まない
基準ガスによる校正を行う。それに引き続き、サンプル
ガスを変圧器タンク１１から抜き出しＳＯＦ₂ ガスの有
無、及びそのレベルの実測定を行う。分解ガスセンサ１
８の出力もコロナセンサ１６の出力と同様に例えばＤＣ
４〜２０ｍＡのような形に変換されて信号処理装置２９
内へ入力される。図２中の（Ａ）は測定値の変化の中で
ピーク値となった値をホールドする期間である。また
（Ｂ）は測定が終わって測定中のピーク値を保持する期
間である。図２において分解ガスセンサ１８による電流
出力値ｘはこの場合ＳＯＦ₂ ガスが検出されずバックノ
イズを示している。この電流出力値ｘはＳＯＦ₂ ガスも
なくかつ暗雑音もなければ４ｍＡとなる。

【００２４】一方、図２にはコロナセンサ１６の出力値
ｚも示している。コロナセンサ１６が外来雑音も含め何
も受信しないとき出力値ｚは４ｍＡとなる。図２に示し
たようにコロナセンサ出力値ｚは外来雑音の影響により
変化する。またしきい値ｙの値も図２に示した。しきい
値ｙは分解ガスセンサ１８の電流出力値ｘに対し、例え
ば＋１ｍＡの余裕をみてｙ＝ｘ＋１程度にセットする。

【００２５】しきい値ｙのセット方法についてさらに詳
細を図３のフローチャートにより説明する。信号処理装
置２９内で、まずＳＯＦ₂ ガスの発生の有無を判断する
しきい値ｙｍＡを５〜２０ｍＡの範囲で仮にセットす
る。しきい値ｙのセットは内部にマイコン、キーボード
を設置した信号処理装置２９で行うことができ、キーボ
ードを操作することにより仮のしきい値ｙを自由に設定
することができる。

【００２６】そして以下のフローを実行する。コロナセ
ンサ１６の出力値ｚが信号処理装置２９に入力される
が、その出力値ｚが４ｍＡであるかどうか、即ちコロナ
を含む信号が全く受信されていないかどうかを確認す
る。もしコロナセンサ出力値ｚが４ｍＡ超過の場合は、
外来雑音を受信している可能性があるため、その際には
そのデータは使わない。逆にコロナセンサ出力値ｚが４
ｍＡのときは前記のピーク値をホールドしている半導体
式ガスセンサ２２において、その出力値ｘを信号処理装
置２９内でその値ｘに対して、しきい値ｙ＝ｘ＋α
（α：１ｍＡ程度）に設定する。しきい値ｙはα＝１ｍ
Ａとすれば５ｍＡ〜２０ｍＡの範囲で設定することにな
る。尚、しきい値ｙは上述のようなフローチャートに基
づいてマニュアルで人間が行なうこともできる。しかし
ながら、しきい値ｙの見直しは、図２に示すようにスタ
ート信号を発するごとにすべて実施する必要があるた
め、一般的にはマイコンとそのソフトによりシーケンス
を組んで行なうことが好ましい。要は各タイミングごと
にコロナセンサ出力値ｚが４ｍＡであることを前提とし
て、分解ガスセンサ１８の出力値ｘに対し、しきい値ｙ
を見直して新しいしきい値ｙ＝ｘ＋αを設定するフロー
を繰り返し実行すれば良い。マイコンとソフトは信号処
理装置２９内に内蔵することができる。尚、外来雑音を
コロナセンサ１６が受信して、コロナと誤診した例は、
発明者が１年１ケ月ほど行った実変電所でのフィールド
テストの結果では１回／３０日程度であり、実用上誤診
のためコロナセンサ出力値ｚが使えない回数はそれ程多
くはない。しかし万一コロナセンサ１６が外来の電磁波
雑音も含めて何らかの出力が発生した場合は前述のよう
に部分放電が発生した可能性があり、同時に分解ガスセ
ンサ１８の出力値ｘにはコロナ発生情報が含まれている
可能性があるため、その時のデータは採用しないものと
する。

【００２７】このように、分解ガスセンサ１８の劣化に
伴なう暗雑音を定期的に測定し、その結果から分解ガス
センサ１８のしきい値の見直しを自動的に実施すること
により、常に既設の分解ガスセンサ１８の性能を最大限
に利用して極力低レベルの部分放電も検出することがで
きる。特に分解ガスセンサ１８に用いているＳｎＯ₂半
導体式ガスセンサ２２は運転時に常時加わる電界の影
響，周囲温度による熱の影響、さらには万一のＳＦ₆ ガ
スの分解やそれに伴う生成ガスの存在により、暗雑音が
増える傾向にあり、その一方でメンテナンスフリー化が
要望されている変圧器のような設備においては、わずか
に劣化した程度のＳｎＯ₂ 半導体式ガスセンサを客先で
交換することは実質上不可能である。したがって本実施
例のように定期的に分解ガスセンサの感度特性が見直さ
れる部分放電検出方法は、部分放電の検出のみならず、
メンテナンスフリーの面からも極めて大きな効果を奏す
るものである。

【００２８】尚、上記実施例において、コロナセンサ１
６は電磁波の発生を捕える方式のもので説明したが、例
えば超音波を捕えるＡＥセンサや光を捕える光センサ、
パルスを電流として捕えるパルス電流法の信号をトリガ
ーにするなど、他の方式の部分放電センサを採用するこ
ともできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、部分放電センサの出力
信号をトリガーとして分解ガスセンサを動作させること
により正確に部分放電の発生が検出でき、また分解ガス
センサの動作回数も少なくなるため寿命も十分なものを
確保することができる効果が得られ、また分解ガスセン
サの例えば暗雑音を定期的に測定し、それに基づき分解
ガスセンサのしきい値の見直しを行うことにより、分解
ガスセンサの感度特性を最大限に向上させることができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気機器の部分放電検出方法を適
用する装置の一実施例を示す概略構成図

【図２】本発明による電気機器の部分放電検出方法のタ
イミングチャートを示す図

【図３】本発明による電気機器の部分放電検出方法のフ
ローチャートを示す図

【符号の説明】

１１はタンク、１２は鉄心、１３は巻線、１６はコロナ
センサ（部分放電センサ）、１８は分解ガスセンサ、２
２は半導体式ガスセンサ、２７はシーケンスコントロー
ラ、２９は信号処理装置を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機器内部で発生する部分放電を検出
   する部分放電センサと前記部分放電の発生により生じる
   分解ガスを検出する分解ガスセンサとを設け、前記部分
   放電センサの検出信号によって前記分解ガスセンサを動
   作させる電気機器の部分放電検出方法において、前記部
   分放電センサの検出信号に基づく動作とは無関係に定期
   的に前記分解ガスセンサを動作させて前記分解ガスセン
   サのしきい値の見直しを行うことを特徴とする電気機器
   の部分放電検出方法。
2. 【請求項２】 分解ガスセンサの暗雑音を定期的に測定
   して前記分解ガスセンサのしきい値の見直しを行うこと
   を特徴とする請求項１に記載の電気機器の部分放電検出
   方法。