JPH09127181A - 電力設備のコロナ放電検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 稼働中の電力設備のコロナ放電による絶縁劣
化等の異常を検出する装置を提供する。 【解決手段】 コロナ放電が発生した時に生じる音響を
検出する音響検出部１と、該音響検出部１の検出信号か
ら高周波成分を抽出して周辺ノイズを除去する高域通過
フィルタ３と、ノイズ除去後の信号を整流によって包絡
線検波し、コロナ放電音の強弱成分を抽出する整流器５
および低域通過フィルタ６と、強弱成分の中の電源周波
数成分の大きさから、その音響がコロナ放電音であるこ
とを判定する比較器９とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、稼働中の電力設備
のコロナ放電による絶縁劣化等の異常を検出する装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、稼働中の電力設備のコロナ放電に
よる絶縁劣化等の異常を検出する装置としては、例えば
特開昭49− 50969号公報に開示されているように、コロ
ナ放電をコロナ検出素子で検出し、電源と同期したタイ
ミングで信号をサンプリングすることで、コロナ放電の
信号だけを検出する方法や、あるいは特開昭58− 21173
号公報のように、コロナ放電を接地線から検出し、商用
周波数電源から生成した定位相のタイミングで信号をサ
ンプリングし、その積算量でコロナ放電を検出する方法
などが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た特開昭49− 50969号や特開昭58− 21173号の従来技術
にはそれぞれ以下のような問題がある。すなわち、前者
の特開昭49− 50969号の技術によってコロナを検出した
例を図９に、またコロナ放電以外のノイズを検出した例
を図10に示す。図９において、(a) はコロナ検出素子で
検出したコロナ放電信号、(b) はノイズ除去部で低域ノ
イズを除去した後の信号Ａ、(c) は電源と同期して波高
値付近で１、他の区間は０となる矩形波Ｂ、(d) はＡと
Ｂを乗じて得られる信号である。そして、コロナ検出素
子でコロナを検出した場合、ＡとＢとを乗じて得られた
信号には、矩形波Ｂの周期で高周波信号が出現する。

【０００４】また、図10において、(a) はコロナ検出素
子で検出した定常的ノイズ信号、(b) はノイズ除去部で
低域ノイズを除去した後の信号Ｃ、(c) は電源と同期し
て波高値付近で１、他の区間は０となる矩形波Ｄ、(d)
はＣとＤを乗じて得られる信号である。そして、コロナ
検出素子で定常的に生じるノイズ信号を検出した場合、
ＣとＤとを乗じて得られた信号には、矩形波Ｄの周期で
高周波信号が出現する。

【０００５】これらの図に示す通り、真のコロナ放電の
信号であっても、定常的に発生するノイズであっても、
サンプリングした後の信号は、まったく同じ様相を呈す
るため、コロナ放電の信号を検出していてもそれがコロ
ナ放電であることを判定することが困難である。したが
って、定常的なノイズの発生する環境（交流モータのス
リップリングノイズ等の電源系統にある場合）では使用
できないという問題をもっている。また、コロナを検出
しようとする対象物が１点に限定されるため、例えば変
電所全体の異常を監視しようとすると、各機器ごとに検
出装置を接地しなければならず、経済的にも問題があっ
た。

【０００６】また、後者の特開昭58− 21173号の方法
は、接地変圧器が接続された系統の機器すべてが検出対
象になるため、対象物が１点に限定されるという欠点は
解決されているものの、コロナ放電を検出する方法が商
用周波数電源から生成した定位相のタイミングで信号の
サンプリングを行うため、前述の方法と同様に、サンプ
リングした後の信号は、真のコロナ放電の信号であって
も、定常的に発生するノイズであっても、まったく同じ
様相を呈するため、コロナ放電を判定することができな
い。特に高調波を含む系統においては、高調波ノイズが
定常的に接地線に重畳しており、微弱なコロナ放電の信
号を検出することが困難である。

【０００７】本発明は、上記のような従来技術の有する
課題を解決すべくしてなされたものであって、ノイズ環
境下においても電力設備の絶縁劣化によるコロナ放電を
広範囲に検知することの可能な電力設備のコロナ放電検
出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、電力設備のコロナ放電を検出する装置に
おいて、コロナ放電が発生した時に生じる音響を検出す
る音響検出部と、該音響検出部の検出信号から高周波成
分を抽出して周辺ノイズを除去するノイズ除去部と、ノ
イズ除去後の信号を整流によって包絡線検波し、コロナ
放電音の強弱成分を抽出する強弱成分抽出部と、強弱成
分の中の電源周波数成分の大きさから、その音響がコロ
ナ放電音であることを判定する判定部と、を具備したこ
とを特徴とする。

【０００９】なお、前記強弱成分抽出部で抽出されるコ
ロナ放電音の強弱成分中の電源周波数成分は電源周波数
の２倍の周期のものが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】ここで、この発明に到る背景につ
いて説明すると、熟練した電気保全員がコロナ放電の異
常音によって絶縁劣化を発見し、大事故を未然に防止し
たという事例が多いこと、また、近年の合理化要請なら
びに遠隔集中監視化によって熟練した電気保全員が現場
監視に赴く時間が年々減少し、電気保全員に変わって現
場を監視することのできる“耳”の役割を担う装置の開
発ニーズがあったこと、などによる。

【００１１】そこで、本発明者らは、さまざまな電気機
器の放電実験を通じて、“放電音に共通の特性である電
源周波数の２倍の周期で音響が強弱する”ことを突き止
めることによって、本発明を完成させるに到った。な
お、原理的には、コロナ放電で生じる音響は、電子が空
気の中性分子と衝突しイオン化する時に生じるものであ
り、電界（電圧）のピーク付近で音響が大きくなり、電
界（電圧）が小さい時に音響が小さくなるため、電源周
波数の２倍の周期（交流のため正のピークと負のピーク
がある）で音響が強弱するものである（例えば、室岡義
廣著「コロナ現象、コロナ社発行、p. 132〜133 」参
照）。

【００１２】以下に、本発明の実施例について図面を参
照して詳しく説明する。図１は本発明に係るコロナ放電
検出装置の構成を示すブロック図であり、図２はコロナ
放電検出装置の各要素での出力波形を示す特性図であ
る。これらの図において、１はコロナ放電による音響を
検出するマイクロホンなどの音響検出部、２は１段目の
アンプ、３は遮断周波数が例えば10kHz の高域通過フィ
ルタ、４は２段目のアンプ、５は整流器、６は遮断周波
数が例えば200Hz の低域通過フィルタ、７は帯域通過フ
ィルタ、８は指示器、９は比較器、10は基準電圧発生
器、11はブザーなどの警報器である。

【００１３】そして、音響検出部１で採取された図２
(a) に示すような波形を有する放電音は、まず、１段目
のアンプ２で図２(b) に示すような波形に増幅され、高
域通過フィルタ３を通過してノイズが除去される。ノイ
ズ除去された後、２段目のアンプ４で再度増幅される。
このときの信号を図２(c) に示す。ここで、高域通過フ
ィルタ３でのノイズ除去の機能について説明すると、通
常、コロナ放電で生じる音響は10kHz 以上の高い周波数
で広い周波数帯域にわたって存在するが、一般の変電設
備の環境音は大半が10kHz 以下の周波数成分であるた
め、高域通過フィルタ３で容易にコロナ音だけ抽出する
ことができるのである。

【００１４】次に、ノイズ除去後の信号を整流器５で図
２(d) のような波形に整流してから低域通過フィルタ６
によって包絡線検波し、図２(e) に示すような放電音の
強弱成分を抽出する。さらに、この放電音の強弱成分を
帯域通過フィルタ７を通過させることによってその中か
ら電源周波数の２倍の周波数成分Ｆを抽出して指示器８
に表示させる。そして、比較器９によって基準電圧発生
器10からの基準値Ｆ_Sと比較を行い、放電音の強弱成分
の電源周波数の２倍の周波数成分Ｆの大きさが、図３に
示すように基準値Ｆ_S を超過した場合は、その音響がコ
ロナ放電であると判定して警報器11を鳴らすのである。

【００１５】このように構成される本発明のコロナ放電
検出装置12は、図４に示すような収納箱13にコンパクト
に収納することができる。ここでのコロナ放電判定の方
法は、予め基準電圧発生器10に設定した基準値Ｆ _S との
比較で行うとして説明したが、包絡線検波後の信号の大
きさとの比較を行うようにすれば、ノイズ成分と放電音
成分の比率による判定も可能である。この場合、前者の
基準値Ｆ_S との比較手段は、比較的ノイズの少ない環境
で検出感度を上げて広い範囲の検出を行うのに適してお
り、後者の包絡線検波後の信号の大きさとの比較手段
は、ノイズの多い環境で検出を行うのに適している。

【００１６】また、上記の例では、すべてアナログ回路
で構成するとして説明したが、デジタル回路でＦＦＴ
（高速フーリエ変換）演算処理を行っても同じ作用効果
を得ることが可能であることはいうまでもない。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の適用例について説明する。
図５は本発明のコロナ放電検出装置を配電盤に取り付け
た状態を示す概要図である。この図において、20は地面
21に立設される配電盤で、母線22に接続される母線碍子
部23、断路端子部24を備えた遮断器25、配電用ケーブル
26に接続されるケーブル端末部27とから構成される。そ
して、本発明のコロナ放電検出装置12は、この配電盤20
でのコロナ発生の予測される部位である母線碍子部23、
断路端子部24、ケーブル端末部27の３箇所にもっとも近
い位置に取り付けられる。

【００１８】なお、ここで、ケーブル端末部27の場合に
ついて補足すると、配電用ケーブル26は図６に示すよう
に、芯線である銅の導体28とそれを覆う架橋ポリエチレ
ン等の絶縁体29とからなっており、接続端子30とはその
接続部30ａと導体28で接続するのであるが、絶縁体29は
アースされていることから端末部が汚損あるいは結露し
た場合、その終端部において電位の集中が生じてコロナ
放電が生じるのである。

【００１９】このコロナ放電検出装置12による測定例に
ついて、暗騒音のみの場合を図７に、放電時の音の場合
を図８にそれぞれ示した。いずれの図においても、(a)
は原音響、(b) は高域通過フィルタ３通過後、(c) は整
流器５通過後の波形を示し、(d) は整流後のスペクトル
分布を示している。これらの図から明らかなように、配
電盤20内でのコロナ放電の異常を確実に検出できること
がわかる。

【００２０】なお、この本発明のコロナ放電検出装置
は、配電盤内のみならず、屋外に設置される変電設備の
例えば塩害による部分放電等の異常検出をも広範囲に行
うことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のコロナ放
電検出装置によれば、音響によってコロナ放電を検出す
ることができるので、変電設備の運転中に広範囲に連続
して異常監視を行うことができ、絶縁劣化に起因する地
絡・短絡事故を初期段階で検出し、事故の拡大を未然に
防止することが可能である。

【００２２】また、コロナ放電の検出を、従来の定周期
サンプリング方式ではなく、連続式として、その判定基
準を放電音の強弱に含まれる電源周波数の２倍の周波数
成分で行うようにしたので、精度の高い検出が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコロナ放電検出装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】(a) 〜(e) はコロナ放電検出装置の各要素での
出力波形を示す特性図である。

【図３】本発明による放電の有無の判定を説明する特性
図である。

【図４】本発明のコロナ放電検出装置の外観を示す(a)
正面図、(b) 側面図である。

【図５】本発明のコロナ放電検出装置を配電盤に取り付
けた状態を示す概要図である。

【図６】配電盤内のケーブル端末部の説明図である。

【図７】(a) 〜(d) は本発明を適用したときの暗騒音の
みの信号の波形処理を示す特性図である。

【図８】(a) 〜(d) は本発明を適用したときの放電時の
音響の信号の波形処理を示す特性図である。

【図９】従来例でのコロナを検出した例を示す特性図で
ある。

【図10】従来例でのコロナ放電以外のノイズを検出した
例をを示す特性図である。

【符号の説明】

１ 音響検出部 ２ １段目のアンプ ３ 高域通過フィルタ（ノイズ除去部） ４ ２段目のアンプ ５ 整流器（強弱成分抽出部） ６ 低域通過フィルタ（強弱成分抽出部） ７ 帯域通過フィルタ（判定部） ８ 指示器 ９ 比較器（判定部） 10 基準電圧発生器 11 警報器 12 コロナ放電検出装置 13 収納箱 20 配電盤 21 地面 22 母線 23 母線碍子部 24 断路端子部 25 遮断器 26 配電用ケーブル 27 ケーブル端末部 28 導体 29 絶縁体 30 接続端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力設備のコロナ放電を検出する装置に
   おいて、 コロナ放電が発生した時に生じる音響を検出する音響検
   出部と、該音響検出部の検出信号から高周波成分を抽出
   して周辺ノイズを除去するノイズ除去部と、ノイズ除去
   後の信号を整流によって包絡線検波し、コロナ放電音の
   強弱成分を抽出する強弱成分抽出部と、強弱成分の中の
   電源周波数成分の大きさから、その音響がコロナ放電音
   であることを判定する判定部と、を具備したことを特徴
   とする電力設備のコロナ放電検出装置。
2. 【請求項２】 前記強弱成分抽出部で抽出されるコロナ
   放電音の強弱成分中の電源周波数成分は電源周波数の２
   倍の周期のものであることを特徴とする請求項１記載の
   電力設備のコロナ放電検出装置。