WO2021260820A1 - 部分放電検出装置および電力機器 - Google Patents

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WO2021260820A1
WO2021260820A1 PCT/JP2020/024709 JP2020024709W WO2021260820A1 WO 2021260820 A1 WO2021260820 A1 WO 2021260820A1 JP 2020024709 W JP2020024709 W JP 2020024709W WO 2021260820 A1 WO2021260820 A1 WO 2021260820A1
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WO
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surface current
partial discharge
current sensor
signal
detection device
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Application number
PCT/JP2020/024709
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English (en)
French (fr)
Inventor
泰智 大竹
貴弘 梅本
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • This application relates to a partial discharge detection device and an electric power device.
  • a detection device has been proposed in which one end of the detection wire arranged inside the metal housing is connected to the detection terminal to which the measurement cable is connected, and the other end is connected to the terminating resistor (.
  • Patent Document 1 a detection device in which one end of the detection wire arranged inside the metal housing is connected to the detection terminal to which the measurement cable is connected, and the other end is connected to the terminating resistor.
  • this detection device it is possible to estimate the direction of arrival of electromagnetic waves by arranging a plurality of sensors in a radial pattern and comparing the magnitude of the output intensity of each sensor.
  • both electromagnetic fields are also electromagnetic in the coaxial cable.
  • the excitation signal by the field will be measured. That is, the detection sensitivity of the sensor is strongly influenced by the way the coaxial cable is routed and the installation environment, and in particular, it fluctuates depending on the degree of adhesion to the equipment housing to be inspected.
  • This application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, eliminates the influence of the detection sensitivity fluctuation depending on the installation method and installation environment of the signal cable connected to the surface current sensor, and the direction of arrival of electromagnetic waves. The purpose is to improve the estimation accuracy of.
  • the partial discharge detector disclosed in the present application includes a metal upper electrode and a metal lower electrode, an insulating spacer interposed between the upper electrode and the lower electrode, and a signal line connected to the upper electrode to form a ground outer skin.
  • a surface current sensor equipped with multiple signal terminals connected to the lower electrode, and a surface current detection circuit that determines whether surface current is generated on the external surface of the power equipment to be inspected from the strength of the signal output of the signal terminals.
  • the arrival direction estimation circuit that estimates the arrival direction of the surface current generated on the outer surface of the power equipment to be inspected from the ratio of the signal output of the signal terminal, and the power equipment to be inspected from the estimated arrival direction of the surface current. It is provided with an internal discharge discriminating circuit for discriminating the presence or absence of internal discharge.
  • the electric power device disclosed in the present application is provided with the partial discharge detection device on the outer surface of the electric power device in order to inspect the presence or absence of internal discharge of the electric power device.
  • the partial discharge detection device disclosed in the present application it is possible to suppress fluctuations in the detection sensitivity depending on the installation environment of the surface current sensor and the installation method of the signal cable, and it is possible to improve the estimation accuracy of the arrival direction of the electromagnetic wave. ..
  • the electric power device disclosed in the present application it is possible to suppress fluctuations in the detection sensitivity depending on the installation environment of the surface current sensor and the installation method of the signal cable, and it is possible to improve the estimation accuracy of the arrival direction of the electromagnetic wave.
  • FIG. 5 is an external perspective view of a surface current sensor according to the partial discharge detection device according to the first embodiment. It is an equivalent circuit diagram of the surface current sensor which concerns on the partial discharge detection apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram of the arithmetic processing part which concerns on the partial discharge detection apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. It is a processing flow diagram of the arrival direction estimation of the surface current which concerns on the partial discharge detection apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing of the arrival direction estimation of the surface current which concerns on the partial discharge detection apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing of the arrival direction estimation of the surface current which concerns on the partial discharge detection apparatus by Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the surface current sensor which concerns on the partial discharge detection apparatus by Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing of the surface current sensor which concerns on the partial discharge detection apparatus by Embodiment 3.
  • FIG. It is a block diagram of the partial discharge detection apparatus according to Embodiment 4.
  • FIG. It is a block diagram of the partial discharge detection apparatus according to Embodiment 5.
  • Embodiment 1 In the first embodiment, a metal upper electrode and a lower electrode, an insulating spacer interposed between the upper electrode and the lower electrode, a signal line are connected to the upper electrode, and a ground skin is connected to the lower electrode.
  • a surface current sensor equipped with multiple signal terminals, a surface current detection circuit that determines whether or not a surface current is generated from the strength of the signal output of the signal terminals, and an arrival direction that estimates the arrival direction of the surface current from the ratio of the signal outputs.
  • the present invention relates to a partial discharge detection device including an estimation circuit and an internal discharge determination circuit that determines the presence or absence of internal discharge from the direction of arrival of the estimated surface current.
  • FIG. 1 which is a configuration diagram of the partial discharge detection device
  • FIG. 2 which is a cross-sectional view of the surface current sensor
  • FIG. 3 which is an equivalent circuit diagram of the surface current sensor
  • FIG. 5 which is a configuration diagram of the arithmetic processing unit
  • FIG. 6 which is a processing flow diagram for estimating the arrival direction of the surface current, and explanation of estimation of the arrival direction of the surface current. This will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the entire configuration of the partial discharge detection device 200 of the first embodiment will be described with reference to FIG.
  • the entire partial discharge detection device system is composed of a power device 100 to be inspected and a partial discharge detection device 200.
  • the electric power device 100 is not a part of the partial discharge detection device 200, it is closely related to the power device 100 and will be described without distinction from the partial discharge detection device 200.
  • the electric power device 100 to be inspected will be described.
  • the electric power device 100 is covered with a metal housing or a resin, and the inside is invisible.
  • the surface of the electric power device 100 is maintained at the ground potential by a metal housing, conductive coating, or the like.
  • the partial discharge detection device 200 of the first embodiment can be applied to a wide range of electric devices.
  • Examples of the electric power device 100 include an oil-filled transformer, a gas-insulated transformer, a molded transformer, a gas-insulated switchgear, a cubicle-type gas-insulated switchgear, a generator, a rotary machine, an instrument transformer, and an instrument transformer. Be done.
  • the partial discharge detection device 200 includes a surface current sensor 300, an arithmetic processing unit 400, and a display unit 500.
  • the surface current sensor 300 detects an electromagnetic field generated by a surface current generated on the outer surface of the power device 100 due to a partial discharge generated inside the power device 100.
  • the arithmetic processing unit 400 receives the signal detected by the surface current sensor 300 and determines whether or not surface current is generated. Further, the arithmetic processing unit 400 estimates the arrival direction of the surface current and determines whether or not a partial discharge has occurred inside the electric power device 100.
  • the display unit 500 displays the determination result, the estimation result, and the determination result of the arithmetic processing unit 400, and sends an alarm if necessary.
  • the surface current sensor 300 includes a metal upper electrode 1 and a lower electrode 2, and an insulating spacer 3 made of an insulating resin is interposed between the upper electrode 1 and the lower electrode 2.
  • the upper electrode 1, the lower electrode 2, and the insulating spacer 3 are configured to be laminated on the surface of the device housing 101 of the electric power device 100.
  • the insulating spacer 3 keeps the distance between the upper electrode 1 and the lower electrode 2 at a predetermined distance and secures insulation.
  • the insulating spacer 3 is arranged so as to fill the space between the upper electrode 1 and the lower electrode 2. However, it is also conceivable to partially cut out the insulating spacer 3 to provide a space. By partially cutting out and providing a space, the dielectric constant of the insulating spacer 3 can be changed or the weight of the surface current sensor 300 can be reduced as described later.
  • the surface current sensor 300 includes a signal terminal 4 and a signal terminal 5.
  • the signal lines of the signal terminals 4 and 5 are connected to the upper electrode 1 via the coupling wires 34 and 35, and the grounding skin is connected to the lower electrode 2.
  • FIG. 2 shows two examples of the number of signal terminals being signal terminals 4 and 5.
  • a coaxial cable 6 is connected to the signal terminal 4, and a coaxial cable 7 is connected to the signal terminal 5.
  • BNC Bayonet Neil Concelman
  • SMA SubMiniature version A
  • the surface current sensor 300 is installed along the device housing 101 of the power device 100.
  • the partial discharge generated inside the power device 100 causes a surface current on the surface of the device housing 101 through the electrical opening.
  • the electromagnetic field generated by the surface current can be detected with high sensitivity.
  • the surface current sensor 300 actually detects an electromagnetic field generated by the surface current.
  • the purpose of the surface current sensor 300 is to detect the surface current, it is described that the surface current sensor 300 detects the surface current as appropriate unless it is necessary to distinguish between them.
  • the surface current sensor 300 includes two or more signal terminals connected to the upper electrode 1 and the lower electrode 2.
  • FIG. 3 shows, as an example, a structure in which four sets of signal terminals 4, 9, 5, and 10 and coaxial cables 6, 11, 7, and 12 connected to these signal terminals are arranged by shifting them by 90 degrees. .. In FIG. 3, the signal terminals 4 and 5 and the signal terminals 9 and 10 are arranged diagonally.
  • the shape of the surface current sensor seen from the top surface is a polygon including a digon having the same angle as the number of terminals, and each corner of the polygon is provided with a signal terminal.
  • FIG. 3 shows a surface current sensor 300 having a quadrangular shape as an example.
  • the shape of the surface current sensor is not limited to a quadrangle, and the larger the number of signal terminals at each corner, the better the estimation accuracy of the surface current arrival direction, which will be described later.
  • the digonal surface current sensor for example, the distance between the signal terminals 9 and 10 of the surface current sensor in FIG. 3 is narrowed to secure the necessary insulating spacer capacitance C, and then only the signal terminals 4 and 5 are used.
  • the structure is assumed.
  • the shape of the surface current sensor is not limited to a polygon having a straight line as a side, and may be a shape having a curved side as a side, for example, a circle or an ellipse.
  • the partial discharge generated by the insulation failure inside the electric power device 100 causes a surface current to be generated on the surface of the device housing 101 through the electric opening, and the electromagnetic field is generated by this surface current.
  • An electric field is generated in the direction orthogonal to the surface of the device housing 101 due to the surface current flowing on the surface of the device housing 101. Further, this surface current generates a magnetic field parallel to the surface of the device housing 101 and in a direction orthogonal to the propagation direction of the surface current.
  • An electric field generates a voltage between the upper electrode 1 and the lower electrode 2, and this voltage propagates through the coaxial cables 6 and 7 via the signal terminals 4 and 5. Further, the magnetic field crosses a plane surrounded by the upper electrode 1 and the lower electrode 2, the signal terminal 4 and the signal terminal 5, and the coupling lines 34 and 35, and as a result, electromagnetic induction occurs.
  • a voltage is generated between the signal lines and the outer skin of these signal terminals 4 and 5. That is, a signal in which a voltage caused by an electric field due to a surface current and a voltage caused by a magnetic field are superimposed propagates to the coaxial cables 6 and 7.
  • the electromagnetic field generated by the surface current exists stronger as it is closer to the surface of the device housing 101. Therefore, when the surface current sensor 300 is separated from the device housing 101, the detection sensitivity of the surface current sensor 300 decreases.
  • the signal detected by the surface current sensor 300 will be described based on the equivalent circuit of the surface current sensor 300 of FIG.
  • the resistors R1 and R2 and the inductances L1 and L2 are generated by the coupling lines 34 and 35 connected from the signal terminals 4 and 5 of the surface current sensor 300 to the upper electrode 1.
  • the capacitance C is the capacitance of the insulating spacer 3.
  • the input impedances Z1 and Z2 of the signal terminals 4 and 5 are connected to both ends of the equivalent circuit.
  • the electromagnetic field generated by the surface current includes an electric field and a magnetic field.
  • a voltage is generated across the capacitance C by the electric field.
  • a voltage is generated in the inductances L1 and L2 by the magnetic field.
  • the voltage generated by the electric field and the magnetic field causes voltage vibration according to the circuit constant LCR, and the terminal voltage generated at both ends of the equivalent circuit diagram of FIG. 4 becomes the signal output of the surface current sensor 300.
  • the equivalent circuit of FIG. 4 is a circuit whose axis is the capacitance C, and is a closed circuit in which the input impedance of the signal terminal is connected in series to the series circuit of the LCR. Since the combined impedance of the LCR decreases at the resonance frequency of the LC, the shared voltage applied to the input impedance of the signal terminal becomes large. Therefore, among the frequency components of the incoming surface current and the electromagnetic field generated by the surface current, the voltage generated at the signal terminal of the surface current sensor is the largest with respect to the component corresponding to the LC resonance frequency.
  • the impedance of the capacitance C rises and the voltage generated at the signal terminal decreases.
  • the impedances of the inductances L1 and L2 increase, so that the voltage generated at the signal terminal decreases.
  • the plane surrounded by the upper electrode 1 and the lower electrode 2, the signal terminal 4 and the signal terminal 5, and the coupling lines 34 and 35 is the chain crossing surface of the magnetic flux.
  • the voltage generated on the plane is proportional to this area.
  • the magnetic field generated by the surface current is formed in a direction orthogonal to the propagation direction of the surface current. Therefore, the interlinkage magnetic flux changes depending on the angle at which the surface current sensor 300 is installed, and the voltage generated by the magnetic fields in the signal terminal 4 and the signal terminal 5 becomes a sinusoidal shape.
  • This is the basic principle of directivity shown by the surface current sensor 300. This principle is used to estimate the direction of arrival of the surface current, which will be explained later.
  • the absolute value of the voltage generated by the magnetic field at the signal terminal 4 and the signal terminal 5 becomes the largest.
  • the voltage generated by the electric field is commonly generated in the signal terminal 4 and the signal terminal 5. Since there is a voltage generated by the electric field, the polarities of the voltage generated by the interlinkage magnetic flux are different between the signal terminal 4 and the signal terminal 5 in the configuration of FIG. 2, and the largest value is taken when the ratio of the voltages of the signal terminal 4 and the signal terminal 5 is taken. It becomes.
  • the surface current sensor 300 when the surface current sensor 300 is arranged so that the crossing surface of the magnetic flux chain is orthogonal to the direction of arrival of the surface current, the voltage generated by the magnetic field at the signal terminal 4 and the signal terminal 5 becomes the smallest. At this time, since the voltages of the signal terminals 4 and the signal terminals 5 have the same values, the ratios thereof are close to 1.
  • the signal detected by the surface current sensor 300 is input to the arithmetic processing unit 400 via the coaxial cables 6 and 7.
  • the coaxial cables 6 and 7 are arranged along the device housing 101.
  • potential vibration occurs in the outer skin of the coaxial cables 6 and 7 with respect to the device housing 101 which is the ground potential.
  • This potential vibration propagates through the coaxial cables 6 and 7 and is input to the surface current sensor 300. Further, this potential vibration propagates from the outer skin of the coaxial cables 6 and 7 to the outer skin of the signal terminal 4, the signal terminal 5, and to the lower electrode 2.
  • the impedance between the lower electrode 2 and the device housing 101 is higher than the impedance between the upper electrode 1 and the lower electrode 2. Extremely small. Therefore, the potential vibration generated in the lower electrode 2 does not affect the upper electrode 1. In this way, the surface current sensor 300 can suppress the influence of the electromagnetic field on the coaxial cables 6 and 7.
  • the surface current sensor 300 in the first embodiment can suppress the influence of this external electromagnetic field.
  • the arithmetic processing unit 400 includes a protection circuit 21, a filter 22, a signal amplification circuit 23, a surface current detection circuit 24, an A / D (Analog-to-digital) converter 25, an arrival direction estimation circuit 26, and an internal discharge determination circuit 27.
  • the protection circuit 21, the filter 22, the signal amplification circuit 23, and the A / D converter 25 are provided for the signals from the signal terminals 4, 5, 9, and 10, respectively.
  • the protection circuit is "PT"
  • the filter is "FL”
  • the signal amplification circuit is "AMP”
  • the surface current detection circuit is "SCD”
  • the A / D converter is "A / D”
  • the estimation circuit is described as "DLE”
  • the internal discharge discrimination circuit is described as "IDJ”.
  • the signal detected by the surface current sensor 300 is input to the arithmetic processing unit 400 via the coaxial cables 6, 7, 11 and 12.
  • the signals from the signal terminals 4, 5, 9, and 10 are sequentially processed by the protection circuit 21, the filter 22, and the signal amplification circuit 23, respectively.
  • the protection circuit 21 removes a voltage higher than a predetermined value by a circuit using an element such as a diode and an arrester in order to prevent a failure due to a high voltage signal intrusion.
  • the filter 22 is a bandpass filter that extracts only a signal having a specific frequency of an electromagnetic field due to a partial discharge generated inside the power device 100 to be inspected.
  • the specific frequency of the partial discharge is a frequency component remarkably observed in the electromagnetic field due to the partial discharge. Since the signal of the frequency component other than the band of this frequency is caused by the external electromagnetic field, the influence of the external electromagnetic field can be suppressed by removing it.
  • the next signal amplification circuit 23 is generally an amplifier circuit using an operational amplifier.
  • the output of the signal amplification circuit 23 is input to the surface current detection circuit 24, and it is determined whether or not the surface current is detected by the surface current detection circuit 24.
  • the surface current detection circuit 24 is a comparator, and for example, when the signal strength exceeds a preset threshold value, it is determined that a surface current is generated due to a partial discharge generated inside the electric power device 100.
  • the threshold value for determination is set to a value higher than the signal strength obtained by the external electromagnetic field under the installation environment of the electric power device 100.
  • the output of the signal amplification circuit 23 is digitally converted by the A / D converter 25 and input to the arrival direction estimation circuit 26.
  • the arrival direction estimation circuit 26 estimates the arrival direction of the surface current based on the signals of the input signal terminals 4, 5 and the signal terminals 9, 10. As described above for the detection principle, the angle in the direction of arrival of the surface current can be estimated by taking the ratio of the signal intensities.
  • step 1 it is compared which set of the signal terminals 4 and 5 and the signal terminals 9 and 10 of the surface current sensor 300 has the larger output signal.
  • the output signal of the set of signal terminals having a cross section having a small angle with respect to the traveling direction of the surface current becomes large.
  • FIG. 7 is a curve showing the magnitude of the signal at the signal terminals 4, 9, 5, and 10 of the surface current sensor 300 when the traveling direction of the surface current is changed.
  • the solid line is the output signal of the signal terminal 4, and the dotted line is the output signal of the signal terminal 5.
  • the alternate long and short dash line is the output signal of the signal terminal 9, and the alternate long and short dash line is the output signal of the signal terminal 10.
  • the direction from the signal terminal 5 to the signal terminal 4 in FIG. 3 is set to 0 degree.
  • the traveling direction of the surface current is rotated clockwise (clockwise) when viewed from above.
  • the unit on the horizontal axis is an angle
  • the vertical axis is an arbitrary unit.
  • step 1 if the output signals of the signal terminals 4 and 5 of the surface current sensor 300 are larger, the process proceeds to step 2 (S02). If the output signals of the signal terminals 9 and 10 are larger, the process proceeds to step 3 (S03). Since the processing contents of step 2 (S02) and step 3 (S03) are the same, only the processing of step 2 (S02) will be described here.
  • FIG. 8 is a curve calculated from the signal curves appearing at the signal terminals 4, 9, 5, and 10 of the surface current sensor 300 of FIG. 7.
  • the solid line is (output signal of signal terminal 4 / output signal of signal terminal 5)
  • the dotted line is (output signal of signal terminal 4 / output signal of signal terminal 5).
  • the unit on the horizontal axis is an angle
  • the vertical axis is an arbitrary unit.
  • step 2 (S02) the traveling direction of the surface current is estimated from the calculated value of (output signal of signal terminal 4 / output signal of signal terminal 5).
  • the calculated value is 2
  • the position of the opening existing on the surface of the device housing 101 of the power device 100 is known in advance.
  • the traveling direction of the surface current can be estimated in consideration of the direction in which the signal terminal 4 is viewed from the signal terminal 5 of the surface current sensor 300 and the angle of the position of the opening.
  • the ratio of the set of signals having the larger output signal of the signal terminal of the surface current sensor 300 is taken, and the traveling direction of the surface current is estimated in consideration of the positional relationship between the surface current sensor 300 and the opening. ..
  • the traveling direction of the surface current can be estimated by using the set of signals having the smaller output signal of the signal terminal of the surface current sensor 300 together.
  • the ratio of the set of signals having the smaller output signal of the signal terminal of the surface current sensor 300 is taken, and the two angles intersecting are obtained from the calculated values. It is possible to compare these two angles with the two angles obtained from the previously obtained set of signals having a large signal output, and estimate the traveling direction of the surface current from the closer angle.
  • the traveling direction of the surface current shown in FIG. 8 (which is the opposite direction of the arrival direction) and the output signal of the signal terminal of the surface current sensor 300 can be obtained in advance by a calibration test to obtain accuracy.
  • the traveling direction of high surface current can be estimated.
  • the internal discharge determination circuit 27 determines whether or not a partial discharge is generated inside the power device 100.
  • the internal discharge discrimination circuit 27 determines that the surface current from the surface current detection circuit 24 is detected, and the estimation result of the arrival direction of the surface current from the arrival direction estimation circuit 26 indicates that the internal partial discharge of the power device 100 is partially discharged. Determine the presence or absence.
  • the range of the surface current arrival direction due to the partial discharge inside the power device 100 to be inspected and the estimation result of the surface current arrival direction are compared. If the arrival direction of the estimated surface current is within the range of the arrival direction set in advance, it is determined that a partial discharge has occurred inside the power device 100. In this case, it can be estimated that an electrical insulation defect has occurred inside the electric power device 100.
  • the range of the surface current arrival direction set in advance is determined from the position of the opening on the surface of the device housing 101 of the electric power device 100 and the installation position of the surface current sensor 300.
  • the display unit 500 displays on the display unit after receiving the surface current detection result from the arithmetic processing unit 400 and the determination result from the internal discharge discrimination circuit 27 that a partial discharge has occurred inside the power device 100. If necessary, an alarm signal indicating that an electrical insulation defect has occurred inside the power device 100 is transmitted.
  • the display unit 500 It is assumed that a PC (personal computer) is used for the display unit 500. Further, in the configuration diagram of the arithmetic processing unit 400 of FIG. 5, the surface current detection circuit 24, the arrival direction estimation circuit 26, and the internal discharge discrimination circuit 27 are provided inside the arithmetic processing unit 400. It can also be performed inside the display unit 500.
  • a PC personal computer
  • the electric power device provided with the partial discharge detection device of the first embodiment on the outer surface thereof can suppress the fluctuation of the detection sensitivity depending on the installation environment of the surface current sensor and the installation method of the signal cable, and the direction of arrival of the electromagnetic wave.
  • the estimation accuracy of can be improved.
  • the metal upper electrode and the lower electrode, the insulating spacer interposed between the upper electrode and the lower electrode, and the signal line are connected to the upper electrode.
  • Embodiment 2 The partial discharge detection device of the second embodiment uses an insulating spacer containing a high magnetic permeability material for the surface current sensor.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the surface current sensor.
  • the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
  • the partial discharge detection device 201 and the surface current sensor 301 are used.
  • the surface current sensor 301 of the partial discharge detection device 201 of the second embodiment includes a metal upper electrode 1 and a lower electrode 2, and an insulating spacer 31 is interposed between them.
  • the surface current sensor 301 includes a signal terminal 4 and a signal terminal 5.
  • the signal lines of the signal terminals 4 and 5 are connected to the upper electrode 1 via the coupling wires 34 and 35, and the grounding skin is connected to the lower electrode 2.
  • a coaxial cable 6 is connected to the signal terminal 4, and a coaxial cable 7 is connected to the signal terminal 5.
  • the insulating spacer 31 of the surface current sensor 301 of the second embodiment has a structure in which the insulating spacers 32 and 33 and the metal spacer 37 made of a metal having a high magnetic permeability are combined between the insulating spacers 32 and 33. It is assumed that the insulating spacers 32 and 33 use the same insulating resin as the insulating spacer 3 described in the first embodiment.
  • the surface current generated on the outer surface of the device housing 101 due to the partial discharge generated inside the power device 100 is parallel to the surface of the device housing 101 and generates a magnetic field in the direction orthogonal to the propagation direction of the surface current.
  • a voltage is generated at the signal terminals 4 and 5 by the magnetic flux interlinking the plane surrounded by the upper electrode 1, the lower electrode 2, and the signal terminals 4 and 5. Since the voltage generated by this magnetic field is generated by electromagnetic induction, it increases in proportion to the magnetic permeability of the interlinkage space of the magnetic field. Therefore, by using a high magnetic permeability material for the insulating spacer 31 that occupies most of the magnetic flux interlinking space, the output of the surface current sensor 301 can be increased and the detection sensitivity can be increased.
  • a high magnetic permeability material it is necessary to apply a high magnetic permeability material to the insulating spacer 31 after ensuring the insulating performance between the upper electrode 1 and the lower electrode 2.
  • a combination of a metal having a high magnetic permeability between and a part of the insulation, and a metal powder having a high magnetic permeability added to the insulation can be used.
  • the metal having a high magnetic permeability include iron and silicon steel which is an alloy of iron and silicon, and an alloy of iron and nickel, cobalt, aluminum and the like.
  • the detection frequency characteristic of the surface current sensor 301 can be controlled. Therefore, the high-sensitivity frequency band can be changed without changing the dimensions of the surface current sensor 301.
  • Capacitance C is the capacitance of the insulating spacer 31 using a high magnetic permeability material. Further, the input impedances Z1 and Z2 of the signal terminals 4 and 5 are connected to both ends.
  • the electromagnetic field generated by the surface current includes an electric field and a magnetic field.
  • a voltage is generated across the capacitance C by the electric field.
  • a voltage is generated in the inductances L1 and 2 by the magnetic field.
  • the generated voltage causes voltage vibration according to the circuit constant LCR, and the terminal voltage generated at both ends of the equivalent circuit diagram of FIG. 4 becomes the output of the surface current sensor 301.
  • the equivalent circuit is a circuit whose axis is the capacitance C, and is a closed circuit in which the input impedance of the terminal is connected in series to the series circuit of the LCR. Since the combined impedance of the LCR decreases at the resonance frequency of the LC, the shared voltage applied to the input impedance of the terminal becomes large. Therefore, among the frequency components of the incoming surface current and the electromagnetic field generated by the surface current, the voltage generated at the terminal of the surface current sensor is the highest with respect to the component corresponding to the LC resonance frequency.
  • the voltage generated at the terminal decreases due to the increase in the impedance of the capacitance C in the frequency component below the LC resonance frequency. Further, among the frequency components of the incoming surface current and the electromagnetic field generated by the surface current, the impedance generated at the terminal decreases as the impedances of the inductances L1 and L2 increase in the frequency characteristic of the LC resonance frequency or higher.
  • the detection frequency characteristic of the surface current sensor 301 mainly changes depending on the inductances L1 and L2 of the coupling lines 34 and 35 and the capacitance C of the insulating spacer.
  • the inductances L1 and L2 can be controlled by the magnetic permeability of the insulating spacer, which is the interlinkage space of the magnetic flux due to the surface current.
  • the inductances L1 and L2 increase, and the LC resonance frequency becomes high. Therefore, by controlling the detection frequency characteristic of the surface current sensor 301, the surface current sensor 301 becomes highly sensitive to the surface current in the higher frequency band as compared with the surface current sensor 300 of the first embodiment.
  • the partial discharge detection device of the second embodiment uses an insulating spacer containing a high magnetic permeability material for the surface current sensor. Therefore, the partial discharge detection device of the second embodiment can suppress fluctuations in the detection sensitivity depending on the installation environment of the surface current sensor and the installation method of the signal cable, and can improve the estimation accuracy of the arrival direction of the electromagnetic wave. .. Further, the partial discharge detection device of the second embodiment controls the detection frequency characteristic of the surface current sensor to have high sensitivity to the surface current in the higher frequency band.
  • Embodiment 3 The partial discharge detection device of the third embodiment uses a high dielectric constant material for the insulating spacer of the surface current sensor.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the surface current sensor.
  • the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
  • the partial discharge detection device 202 and the surface current sensor 302 are used.
  • the surface current sensor 302 of the partial discharge detection device 202 of the third embodiment includes a metal upper electrode 1 and a lower electrode 2, and an insulating spacer 41 is interposed between them.
  • the surface current sensor 302 includes a signal terminal 4 and a signal terminal 5.
  • the signal lines of the signal terminals 4 and 5 are connected to the upper electrode 1 via the coupling wires 34 and 35, and the grounding skin is connected to the lower electrode 2.
  • a coaxial cable 6 is connected to the signal terminal 4, and a coaxial cable 7 is connected to the signal terminal 5.
  • the insulating spacer 41 of the surface current sensor 302 of the third embodiment has a higher dielectric constant than the insulating spacer 3 described in the first embodiment.
  • the detection frequency characteristic of the surface current sensor 302 mainly changes depending on the inductances L1 and L2 of the coupling lines 34 and 35 and the capacitance C of the insulating spacer 41.
  • the capacitance C changes in proportion to the dielectric constant of the insulating spacer.
  • the dielectric constant can be changed by changing the resin material used for the insulating spacer, or by changing the material and the amount of the inorganic filler added to the resin material. It is also conceivable to partially change the material.
  • the capacitance C and selecting the LC resonance frequency the detection frequency characteristic of the surface current sensor 302 can be changed.
  • the capacitance C rises and the LC resonance frequency becomes high. Therefore, by controlling the detection frequency characteristic of the surface current sensor 302, the surface current sensor 302 becomes more sensitive to the surface current in the higher frequency band as compared with the surface current sensor 300 of the first embodiment.
  • the partial discharge detection device of the third embodiment uses a high dielectric constant material for the insulating spacer of the surface current sensor. Therefore, the partial discharge detection device of the third embodiment can suppress fluctuations in the detection sensitivity depending on the installation environment of the surface current sensor and the installation method of the signal cable, and can improve the estimation accuracy of the arrival direction of the electromagnetic wave. .. Further, the partial discharge detection device of the third embodiment controls the detection frequency characteristic of the surface current sensor to have high sensitivity to the surface current in the higher frequency band.
  • Embodiment 4 The partial discharge detection device of the fourth embodiment includes a plurality of surface current sensors having the same specifications.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of the partial discharge detection device.
  • the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
  • the partial discharge detection device 203, the surface current sensors 300 and 303, the arithmetic processing units 400 and 401, and the display unit 501 are used.
  • the configuration of the partial discharge detection device 203 of the fourth embodiment will be described.
  • the partial discharge detection device 203 includes surface current sensors 300 and 303, arithmetic processing units 400 and 401, and a display unit 501. It is assumed that the partial discharge detection device 203 of the fourth embodiment uses two surface current sensors 300 having the same specifications, for example, the surface current sensor 300 described in the first embodiment.
  • the surface current sensor 300 and the surface current sensor 303 have the same specifications, but have different reference numerals for the sake of clarity.
  • the arithmetic processing units 400 and 401 have the same specifications, but have different code numbers for the sake of clarity.
  • the surface current sensors 300 and 303 detect an electromagnetic field generated by a surface current generated on the outer surface of the power device 100 due to a partial discharge generated inside the power device 100.
  • the arithmetic processing unit 400 receives the signal detected by the surface current sensor 300 and determines whether or not surface current is generated. Further, the arithmetic processing unit 400 estimates the arrival direction of the surface current and determines whether or not a partial discharge has occurred inside the electric power device 100.
  • the arithmetic processing unit 401 receives the signal detected by the surface current sensor 303 and determines whether or not surface current is generated. Further, the arithmetic processing unit 401 estimates the arrival direction of the surface current and determines whether or not a partial discharge has occurred inside the electric power device 100.
  • the display unit 501 displays the determination results, estimation results, and determination results of the arithmetic processing units 400 and 401, and emits an alarm if necessary.
  • the electromagnetic wave radiated by the partial discharge generated inside the electric power device 100 leaks through the electrical opening and propagates on the radiation. Further, this electromagnetic wave propagates while forming a surface current on the surface of the housing. Therefore, by connecting the arrival directions of the surface currents estimated by the arithmetic processing units 400 and 401 in the display unit 501, it is possible to specify the opening of the electric power device 100 that radiates a particularly strong electromagnetic wave. As a result, it becomes possible to estimate the location where partial discharge occurs, which is an abnormal location in the electrical insulation inside the power device 100.
  • the display unit 501 further analyzes the results estimated by the arithmetic processing units 400 and 401, but this analysis can also be performed by any of the arithmetic processing units 400 and 401. ..
  • the partial discharge detection device of the fourth embodiment includes a plurality of surface current sensors having the same specifications. Therefore, the partial discharge detection device of the fourth embodiment can suppress fluctuations in the detection sensitivity depending on the installation environment of the surface current sensor and the installation method of the signal cable, and can improve the estimation accuracy of the arrival direction of the electromagnetic wave. .. Further, the partial discharge detection device of the fourth embodiment can estimate an abnormal portion in the electrical insulation in which a partial discharge occurs inside the electric power device.
  • the partial discharge detection device of the fifth embodiment includes a plurality of surface current sensors having different dimensions.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of the partial discharge detection device
  • FIG. 13 which is a cross-sectional view of the surface current sensor.
  • the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
  • the partial discharge detection device 204, the surface current sensors 300 and 304, the arithmetic processing units 400 and 402, and the display unit 502 are used.
  • the configuration of the partial discharge detection device 204 according to the fifth embodiment will be described.
  • the partial discharge detection device 204 includes surface current sensors 300 and 304, arithmetic processing units 400 and 402, and a display unit 502.
  • the partial discharge detection device 204 of the fifth embodiment assumes that, for example, the surface current sensor 300 described in the first embodiment and the surface current sensor 304 having different dimensions from the surface current sensor 300 are used.
  • the arithmetic processing units 400 and 402 are functionally the same, but have different code numbers for the sake of clarity.
  • the surface current sensors 300 and 304 detect an electromagnetic field generated by a surface current generated on the outer surface of the power device 100 due to a partial discharge generated inside the power device 100.
  • the arithmetic processing unit 400 receives the signal detected by the surface current sensor 300 and determines whether or not surface current is generated. Further, the arithmetic processing unit 400 estimates the arrival direction of the surface current and determines whether or not a partial discharge has occurred inside the electric power device 100.
  • the arithmetic processing unit 402 receives the signal detected by the surface current sensor 304 and determines whether or not surface current is generated. Further, the arithmetic processing unit 402 estimates the arrival direction of the surface current and determines whether or not a partial discharge has occurred inside the electric power device 100.
  • the display unit 502 displays the determination results, estimation results, and determination results of the arithmetic processing units 400 and 402, and emits an alarm if necessary.
  • the surface current sensor 304 includes a metal upper electrode 51 and a lower electrode 52, and an insulating spacer 53 is interposed between them.
  • the surface current sensor 304 includes a signal terminal 4 and a signal terminal 5.
  • the signal lines of the signal terminals 4 and 5 are connected to the upper electrode 1 via the coupling lines 54 and 55, and the grounding skin is connected to the lower electrode 2.
  • a coaxial cable 6 is connected to the signal terminal 4, and a coaxial cable 7 is connected to the signal terminal 5.
  • the surface current sensor 304 of the fifth embodiment has different dimensions from the surface current sensor 300 of the first embodiment. Specifically, the width of the surface current sensor 304 is larger than that of the surface current sensor 300.
  • the detection frequency characteristic of the surface current sensor 304 mainly changes depending on the inductances L1 and L2 of the coupling lines 54 and 55 and the capacitance C of the insulating spacer.
  • the capacitance C of the insulating spacer 53 is increased and the LC resonance frequency is increased. Therefore, the surface current sensor 304 is more sensitive to the surface current in the higher frequency band than the surface current sensor 300.
  • the detection frequency characteristic can be controlled by changing the dimensions of the surface current sensor 304.
  • the inductances L1 and L2 can be controlled by changing the width of the coupling wires 54 and 55 in addition to changing the lengths of the coupling wires 54 and 55, and by using a plurality of the inductance wires L1 and L2.
  • the capacitance C can be controlled by changing the thickness of the insulating spacer 53 and changing the area. Further, as described in the second and third embodiments, the inductances L1 and L2 and the capacitance C can be controlled by changing the material of the insulating spacer 53 and changing the magnetic permeability and the dielectric constant.
  • the detection frequency characteristics of the surface current sensor 304 can be changed by controlling the inductances L1 and L2 and the capacitance C to change the LC resonance frequency.
  • Partial discharge occurs due to an insulation defect that occurs inside the power device 100, but the frequency component of the partial discharge current differs depending on the type of insulation defect.
  • a discharge in SF6 gas contains more high frequency components.
  • the discharge is in dry air, the atmosphere or an insulator, it contains more low frequency components than the discharge in SF6 gas.
  • the frequency component is also affected by whether the discharge point is in the gas space or along the insulation surface.
  • the partial discharge detection device 204 equipped with the surface current sensors 300 and 304 having different detection frequency characteristics, it becomes possible to detect a wide range of types of insulation defects. Furthermore, by grasping which frequency component is strong, it is possible to estimate what kind of insulation defect has occurred.
  • the partial discharge detection device of the fifth embodiment includes a plurality of surface current sensors having different dimensions. Therefore, the partial discharge detection device of the fifth embodiment can suppress fluctuations in the detection sensitivity depending on the installation environment of the surface current sensor and the installation method of the signal cable, and can improve the estimation accuracy of the arrival direction of the electromagnetic wave. .. Further, the partial discharge detection device of the fifth embodiment can estimate the type of insulation defect inside the electric power device.
  • the partial discharge detection device of the sixth embodiment includes a plurality of surface current sensors using insulating spacers made of different materials.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of the partial discharge detection device.
  • FIG. 9 of Embodiment 2 and FIG. 10 of Embodiment 3 are referred to as appropriate.
  • the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
  • the partial discharge detection device 205, the surface current sensors 301 and 302, the arithmetic processing units 403 and 404, and the display unit 503 are used.
  • the configuration of the partial discharge detection device 205 according to the sixth embodiment will be described.
  • the partial discharge detection device 205 includes surface current sensors 301 and 302, arithmetic processing units 403 and 404, and a display unit 503.
  • the partial discharge detection device 205 of the sixth embodiment is, for example, a surface current sensor 301 using an insulating spacer made of a high magnetic permeability material and a surface current sensor 302 using an insulating spacer made of a high dielectric constant material described in the second embodiment. And is supposed to be used.
  • the arithmetic processing units 403 and 404 are functionally the same, but have different code numbers for the sake of clarity.
  • the surface current sensors 301 and 302 detect an electromagnetic field generated by a surface current generated on the outer surface of the power device 100 due to a partial discharge generated inside the power device 100.
  • the arithmetic processing unit 403 receives the signal detected by the surface current sensor 301 and determines whether or not surface current is generated. Further, the arithmetic processing unit 403 estimates the arrival direction of the surface current and determines whether or not a partial discharge has occurred inside the electric power device 100.
  • the arithmetic processing unit 404 receives the signal detected by the surface current sensor 302 and determines whether or not surface current is generated. Further, the arithmetic processing unit 404 estimates the arrival direction of the surface current and determines whether or not a partial discharge has occurred inside the electric power device 100.
  • the display unit 503 displays the determination results, estimation results, and determination results of the arithmetic processing units 403 and 404, and emits an alarm if necessary.
  • the detection frequency characteristics of the surface current sensors 301 and 302 mainly change depending on the inductances L1 and L2 of the coupling lines 34 and 35 and the capacitance C of the insulating spacer. Further, the detection frequency characteristic of the surface current sensor 304 can be changed by controlling the inductances L1 and L2 and the capacitance C to change the LC resonance frequency.
  • Partial discharge occurs due to an insulation defect that occurs inside the power device 100, but the frequency component of the partial discharge current differs depending on the type of insulation defect.
  • a discharge in SF6 gas contains more high frequency components.
  • the discharge is in dry air, the atmosphere or an insulator, it contains more low frequency components than the discharge in SF6 gas.
  • the frequency component is also affected by whether the discharge point is in the gas space or along the insulation surface.
  • the partial discharge detection device 205 equipped with the surface current sensors 301 and 302 having different detection frequency characteristics, it becomes possible to detect a wide range of types of insulation defects. Furthermore, by grasping which frequency component is strong, it is possible to estimate what kind of insulation defect has occurred.
  • the partial discharge detection device of the sixth embodiment includes a plurality of surface current sensors using insulating spacers made of different materials. Therefore, the partial discharge detection device of the sixth embodiment can suppress fluctuations in the detection sensitivity depending on the installation environment of the surface current sensor and the installation method of the signal cable, and can improve the estimation accuracy of the arrival direction of the electromagnetic wave. .. Further, the partial discharge detection device of the sixth embodiment can estimate the type of insulation defect inside the electric power device.

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Abstract

部分放電検出装置（２００）は、金属製の上部電極（１）および下部電極（２）と、その間に介在する絶縁スペーサ（３）と、信号線が上部電極（１）に接続され、接地外皮が下部電極（２）に接続されている信号端子を複数備えた面電流センサ（３００）と、信号端子の信号出力の強度から面電流が発生したかどうかを判定する面電流検出回路（２４）と、信号出力の比から面電流の到来方向を推定する到来方向推定回路（２６）と、推定された面電流の到来方向から内部放電の有無を判別する内部放電判別回路（２７）とを備える。

Description

部分放電検出装置および電力機器
　本願は、部分放電検出装置および電力機器に関するものである。
　電力機器は高い信頼性が求められ、金属製筐体に覆われ不可視な機器内部の電気絶縁の異常診断の要求が強い。診断には電磁波の適用例が多く、特に機器外部への設置で感度が良好な面電流センサが用いられている。しかし、面電流センサで得られた電磁波が機器内部の部分放電によるものか、機器外部の電磁ノイズ（外部電磁界）によるものかを区別することが難しい。
　この問題に対して、金属製筐体の内部に配置された検出線の一端は測定ケーブルが接続された検出端子に接続され、もう一端は終端抵抗に接続された検出装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この検出装置では、センサを複数放射状に配置し、各センサの出力強度の大小を比較することで電磁波到来方向を推定することが可能である。
特開平１０－１７０５９公報
　特許文献１の装置では、面電流による電磁界および外部電磁界は、センサに接続される同軸ケーブル外皮と機器筐体との間にも電位振動を生じさせるために、同軸ケーブルにおいても両方の電磁界による励振信号を測定することになる。すなわち、センサの検出感度は同軸ケーブルの引き回し方、および設置環境の影響を強く受け、特に検査対象の機器筐体との密着度によって変動する。
　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、面電流センサに接続される信号ケーブルの設置方法および設置環境による検出感度変動の影響を排除し、電磁波の到来方向の推定精度を向上することを目的とする。
　本願に開示される部分放電検出装置は、金属製の上部電極および金属製の下部電極と、上部電極と下部電極との間に介在する絶縁スペーサと、信号線が上部電極に接続され、接地外皮が下部電極に接続されている信号端子を複数備えた面電流センサと、信号端子の信号出力の強度から検査対象の電力機器の外部表面に面電流が発生したかどうかを判定する面電流検出回路と、信号端子の信号出力の比から検査対象の電力機器の外部表面に発生する面電流の到来方向を推定する到来方向推定回路と、推定された面電流の到来方向から検査対象の電力機器の内部放電の有無を判別する内部放電判別回路と、を備えたものである。
　本願に開示される電力機器は、電力機器の内部放電の有無を検査するために、上記部分放電検出装置を電力機器の外部表面に設けたものである。
　本願に開示される部分放電検出装置によれば、面電流センサの設置環境および信号ケーブルの設置方法による検出感度の変動を抑制することができ、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。
　本願に開示される電力機器によれば、面電流センサの設置環境および信号ケーブルの設置方法による検出感度の変動を抑制することができ、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。
実施の形態１による部分放電検出装置の構成図である。 実施の形態１による部分放電検出装置に係る面電流センサの断面図である。 実施の形態１による部分放電検出装置に係る面電流センサの外観斜視図である。 実施の形態１による部分放電検出装置に係る面電流センサの等価回路図である。 実施の形態１による部分放電検出装置に係る演算処理部の構成図である。 実施の形態１による部分放電検出装置に係る面電流の到来方向推定の処理フロー図である。 実施の形態１による部分放電検出装置に係る面電流の到来方向推定の説明図である。 実施の形態１による部分放電検出装置に係る面電流の到来方向推定の説明図である。 実施の形態２による部分放電検出装置に係る面電流センサの断面図である。 実施の形態３による部分放電検出装置に係る面電流センサの断面図である。 実施の形態４による部分放電検出装置の構成図である。 実施の形態５による部分放電検出装置の構成図である。 実施の形態５による部分放電検出装置に係る面電流センサの断面図である。 実施の形態６による部分放電検出装置の構成図である。
実施の形態１．
　実施の形態１は、金属製の上部電極および下部電極と、上部電極と下部電極との間に介在する絶縁スペーサと、信号線が上部電極に接続され、接地外皮が下部電極に接続されている信号端子を複数備えた面電流センサと、信号端子の信号出力の強度から面電流が発生したかどうかを判定する面電流検出回路と、信号出力の比から面電流の到来方向を推定する到来方向推定回路と、推定された面電流の到来方向から内部放電の有無を判別する内部放電判別回路とを備えた部分放電検出装置に関するものである。
　以下、実施の形態１に係る部分放電検出装置の構成および動作について、部分放電検出装置の構成図である図１、面電流センサの断面図である図２、面電流センサの外観斜視図である図３、面電流センサの等価回路図である図４、演算処理部の構成図である図５、面電流の到来方向推定の処理フロー図である図６、および面電流の到来方向推定の説明図７、図８に基づいて説明する。
　実施の形態１の部分放電検出装置２００の全体の構成を図１に基づいて説明する。
　部分放電検出装置システム全体は、検査対象である電力機器１００と、部分放電検出装置２００とから構成される。電力機器１００は、部分放電検出装置２００の一部ではないが、密接に関連するため、部分放電検出装置２００と区別することなく説明する。
　まず、検査対象である電力機器１００について説明する。
　電力機器１００は金属製の筐体で覆われている、または、樹脂で覆われており内部が不可視である。そして、電力機器１００の表面は金属製の筐体、または導電塗装などで接地電位に保たれている。
　実施の形態１の部分放電検出装置２００は、広範囲の電気機器に適用可能である。電力機器１００として、例えば油入変圧器、ガス絶縁変圧器、モールド変圧器、ガス絶縁開閉装置、キュービクル型ガス絶縁開閉装置、発電機、回転機、計器用変圧器、および計器用変成器が挙げられる。
　次に、部分放電検出装置２００について説明する。
　部分放電検出装置２００は、面電流センサ３００、演算処理部４００、および表示部５００を備える。
　面電流センサ３００は、電力機器１００の内部で発生する部分放電により電力機器１００の外部表面に生じる面電流が発生させる電磁界を検出する。
　演算処理部４００は、面電流センサ３００が検出した信号を受けて、面電流発生の有無を判定する。さらに、演算処理部４００は、面電流の到来方向を推定するとともに、電力機器１００の内部で部分放電が発生したかどうかを判別する。
　表示部５００は、演算処理部４００の判定結果、推定結果および判別結果を表示するとともに、必要な場合、警報を発信する。
　次に、面電流センサ３００の構造および機能について、面電流センサ３００の断面図である図２、および外観斜視図である図３に基づいて説明する。
　面電流センサ３００は、金属製の上部電極１と下部電極２とを備え、その間に絶縁性の樹脂からなる絶縁スペーサ３が介在している。
　図２に示すように、上部電極１、下部電極２、および絶縁スペーサ３は電力機器１００の機器筐体１０１の表面に対して積層する形で構成されている。
　絶縁スペーサ３は、上部電極１と下部電極２との間隔を所定の距離に保つとともに、絶縁を確保する。
　図２では、絶縁スペーサ３は上部電極１と下部電極２の間を満たすように配置されている。しかし、絶縁スペーサ３を部分的に切り欠いて空間を設けることも考えられる。部分的に切り欠いて空間を設けることで、後で説明するように絶縁スペーサ３の誘電率を変化させたり、面電流センサ３００の重量を軽くしたりすることができる。
　図２に示すように、面電流センサ３００は信号端子４、信号端子５を備える。信号端子４、５の信号線は、結合線３４、３５を介して上部電極１に接続され、接地外皮は下部電極２に接続されている。図２では信号端子の数を信号端子４、５の２つの例を記載している。
　信号端子４に同軸ケーブル６が接続され、信号端子５に同軸ケーブル７が接続されている。
　信号端子４、５は一般的にはＢＮＣ（Ｂａｙｏｎｅｔ　Ｎｅｉｌｌ　Ｃｏｎｃｅｌｍａｎ）コネクタおよびＳＭＡ（ＳｕｂＭｉｎｉａｔｕｒｅ　ｖｅｒｓｉｏｎ　Ａ）コネクタが用いられる。
　面電流センサ３００は電力機器１００の機器筐体１０１に沿って設置される。電力機器１００の内部で発生する部分放電が、電気的な開口部を通して、機器筐体１０１の表面に面電流を生じさせる。面電流センサ３００は、この電気的な開口部の近く設置する方が、この面電流が発生させる電磁界を高感度に検出することができる。
　なお、面電流センサ３００が実際に検出するのは、面電流が発生させる電磁界である。しかし、面電流センサ３００の目的は面電流の検出であるため、特に区別する必要がない限り、適宜、面電流センサ３００は面電流を検出すると記載する。
　面電流センサ３００において、上部電極１と下部電極２とに接続される信号端子は２つ以上備える。図３では信号端子４、９、５、１０とこれらの信号端子に接続される同軸ケーブル６、１１、７、１２の各４組を９０度毎にずらして配置した構造を例として示している。図３では、信号端子４、５、および信号端子９，１０が対角線上に配置されている。
　上面から見た面電流センサの形状は、端子数と同じ角を備える二角形を含む多角形であり、多角形の各角に信号端子を備える。図３では、形状が四角形である面電流センサ３００を例として示している。しかし、面電流センサの形状は四角形に限らず、各角の信号端子の個数が多いほど後で説明する面電流の到来方向の推定精度は向上する。
　なお、二角形の面電流センサとしては、例えば図３の面電流センサの信号端子９、１０の間隔を狭めて、必要な絶縁スペーサのキャパシタンスＣを確保した上で、信号端子４、５のみとする構造を想定している。
　また、面電流センサの形状は、直線を辺とする多角形に限定されず、曲線を辺とする形状、例えば円形、楕円形であってもよい。
　次に電力機器１００の機器筐体１０１の表面に生じる面電流、この面電流が発生させる電磁界、および面電流センサ３００によるこの電磁界の検出原理について説明する。
　なお、以降の面電流センサ３００の説明では、信号端子４および信号端子５を例として説明する。
　電力機器１００内部の絶縁不良により生じた部分放電は、電気的な開口部を通して、機器筐体１０１の表面に面電流を生じさせ、この面電流により電磁界が発生する。
　機器筐体１０１の表面を流れる面電流により、機器筐体１０１の表面と直交方向に電界が発生する。またこの面電流により、機器筐体１０１の表面と並行で、かつ、面電流の伝搬方向に直交する方向に磁界が発生する。
　電界により上部電極１と下部電極２との間に電圧が生じ、この電圧は信号端子４、５を介して同軸ケーブル６、７を伝搬していく。
　また、磁界は上部電極１と下部電極２、信号端子４と信号端子５、および結合線３４，３５に囲まれた平面を鎖交し、この結果、電磁誘導が生じる。
　信号端子４、信号端子５から同軸ケーブル６、７を見た入力インピーダンスに従い、これら信号端子４、５の信号線および外皮間に電圧が生じる。すなわち、同軸ケーブル６、７には、面電流による電界に起因する電圧と磁界に起因する電圧が重畳した信号が伝搬していく。
　また、面電流により発生される電磁界は機器筐体１０１の表面近いほど強く存在している。このため、面電流センサ３００を機器筐体１０１から離した場合、面電流センサ３００の検出感度は低下する。
　次に、図４の面電流センサ３００の等価回路に基づいて、面電流センサ３００が検出する信号について説明する。
　図４の等価回路において、抵抗Ｒ１、Ｒ２とインダクタンスＬ１、Ｌ２は、面電流センサ３００の信号端子４、５から上部電極１につながる結合線３４、３５で生じるものである。キャパシタンスＣは、絶縁スペーサ３の静電容量である。また、等価回路の両端には信号端子４、５の入力インピーダンスＺ１、Ｚ２が接続されている。
　先に説明した通り、面電流が発生させる電磁界は、電界と磁界を含んでいる。電界によりキャパシタンスＣの両端に電圧が生じる。磁界によりインダクタンスＬ１、Ｌ２に電圧が生じる。この電界および磁界によって生じた電圧により回路定数ＬＣＲに応じた電圧振動が生じ、図４の等価回路図の両端に生じる端子電圧が面電流センサ３００の信号出力となる。
　図４の等価回路はキャパシタンスＣを軸に線対象となる回路であり、それぞれＬＣＲの直列回路に信号端子の入力インピーダンスを直列接続した閉回路になっている。
　ＬＣの共振周波数においてＬＣＲの合成インピーダンスは低下するため、信号端子の入力インピーダンスにかかる分担電圧は大きくなる。したがって、到来する面電流とそれが発生させる電磁界の周波数成分のうちＬＣ共振周波数に一致する成分に対して面電流センサの信号端子に生じる電圧は最も大きくなる。
　一方、到来する面電流とそれが発生させる電磁界の周波数成分のうち、このＬＣ共振周波数より低い周波数成分においては、キャパシタンスＣのインピーダンスが上昇するため信号端子に生じる電圧は低下する。また、到来する面電流とそれが発生させる電磁界の周波数成分のうち、ＬＣ共振周波数より高い周波数特性においては、インダクタンスＬ１、Ｌ２のインピーダンスが上昇するため信号端子に生じる電圧は低下する。
　ここで、面電流が発生させる磁界に対して、上部電極１と下部電極２、信号端子４と信号端子５、および結合線３４、３５に囲まれた平面が磁束の鎖交面であり、この平面に生じる電圧はこの面積に比例する。
　面電流が発生させる磁界は、面電流の伝搬方向に対して直交する方向に形成される。このため、鎖交磁束は、面電流センサ３００を設置する角度によって変化し、信号端子４、信号端子５に生じる磁界による電圧は正弦波状になる。これが面電流センサ３００の示す指向性の基本原理である。この原理を後で説明する面電流の到来方向の推定に用いる。
　例えば、磁束鎖交面を面電流の到来方向に平行となるように面電流センサ３００を配置するとき、信号端子４、信号端子５に生じる磁界による電圧の絶対値が最も大きくなる。
　なお、ここで、信号端子４、信号端子５には、電界によって生じた電圧が共通に生じていることを考慮する必要がある。
　電界によって生じた電圧があるため、図２の構成における信号端子４、信号端子５では鎖交磁束により生じる電圧の極性が異なり、信号端子４、信号端子５の電圧の比を取ると最も大きい値となる。
　また逆に、磁束鎖交面を面電流の到来方向に直交するように面電流センサ３００を配置するとき、信号端子４、信号端子５に生じる磁界による電圧が最も小さくなる。このとき、信号端子４、信号端子５の電圧は同等の値となるため、これらの比を取ると１に近い値となる。
　面電流センサ３００で検出された信号は同軸ケーブル６、７を介して演算処理部４００に入力される。同軸ケーブル６、７は機器筐体１０１に沿って配置される。ここでも電磁界の影響により、同軸ケーブル６、７の外皮には接地電位である機器筐体１０１に対して電位振動が生じる。この電位振動は、同軸ケーブル６、７を伝搬し、面電流センサ３００に入力される。さらに、この電位振動は、同軸ケーブル６、７の外皮から信号端子４、信号端子５の外皮へ、そして下部電極２に伝搬する。
　ここで、下部電極２は機器筐体１０１に近接して設置されるため、下部電極２と機器筐体１０１との間のインピーダンスは、上部電極１と下部電極２との間のインピーダンスに比べて極めて小さい。このため、下部電極２に生じた電位振動は上部電極１に影響を及ぼすことはない。このように、面電流センサ３００では、同軸ケーブル６、７が受ける電磁界の影響を抑制できる。
　特に、面電流の到来方向の推定において、信号端子４、５の電圧を比較するとき、同軸ケーブル６、７が受ける電圧に外部電磁界の影響による電圧が重畳すると方向推定の誤差となる。しかし、実施の形態１における面電流センサ３００では、この外部電磁界の影響を抑制できる。
　演算処理部４００の構成および動作を図５に基づいて説明する。
　演算処理部４００は、保護回路２１、フィルタ２２、信号増幅回路２３、面電流検出回路２４、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ）変換器２５、到来方向推定回路２６、および内部放電判別回路２７を備える。
　図５において、保護回路２１、フィルタ２２、信号増幅回路２３、およびＡ／Ｄ変換器２５は、信号端子４、５、９、１０からの信号に対して、それぞれ設けられている。
　また、図５において、保護回路は「ＰＴ」、フィルタは「ＦＬ」、信号増幅回路は「ＡＭＰ」、面電流検出回路は「ＳＣＤ」、Ａ／Ｄ変換器は「Ａ／Ｄ」、到来方向推定回路は「ＤＬＥ」、および内部放電判別回路は「ＩＤＪ」と記載している。
　面電流センサ３００で検出された信号は同軸ケーブル６、７、１１、１２を介して演算処理部４００に入力される。演算処理部４００内では、信号端子４、５、９、１０からの信号は、それぞれ保護回路２１、フィルタ２２、および信号増幅回路２３で順次処理される。
　まず保護回路２１は、高電圧信号侵入による故障を防ぐため、ダイオードおよびアレスタなどの素子を用いた回路により既定値以上の電圧を除去する。
　次にフィルタ２２は、検査対象である電力機器１００の内部で発生する部分放電による電磁界の特定周波数の信号のみを取り出すバンドパスフィルタである。
　ここで、部分放電の特定周波数とは、部分放電による電磁界に顕著に観測される周波数成分である。
　この周波数の帯域以外の周波数成分の信号は外部電磁界に起因するものであるため、除去することで外部電磁界の影響を抑制することができる。
　次の信号増幅回路２３は、オペアンプを用いた増幅回路が一般的である。
　信号増幅回路２３の出力は、面電流検出回路２４に入力され、面電流検出回路２４において面電流が検出されたがどうかを判定する。
　面電流検出回路２４は比較器であり、例えば、信号強度があらかじめ設定された閾値を超えた場合、電力機器１００の内部で発生する部分放電による面電流が生じたと判定する。
　ここで判定用の閾値は、電力機器１００の設置環境下での外部電磁界により得られる信号強度より高い値を設定する。
　また、信号増幅回路２３の出力は、Ａ／Ｄ変換器２５でデジタル変換されて、到来方向推定回路２６に入力される。
　この到来方向推定回路２６では、入力される信号端子４、５、および信号端子９、１０の信号に基づいて、面電流の到来方向の推定を行う。先に検出原理を説明したように、信号強度の比を取ることで、面電流の到来方向の角度を推定することができる。
　到来方向推定回路２６における面電流の到来方向の推定処理を、図６の処理フロー図、および図７、８の説明図に基づいて説明する。
　ステップ１（Ｓ０１）では、面電流センサ３００の信号端子４、５および信号端子９、１０の内いずれの組の出力信号が大きいかを比較する。
　先に説明したように、面電流の進行方向に対する角度の小さい鎖交断面を有する信号端子の組の出力信号が大きくなる。
　図７は、面電流の進行方向を変化させた場合、面電流センサ３００の信号端子４、９、５、１０における信号の大きさを表した曲線である。図において、実線は信号端子４の出力信号、点線は信号端子５の出力信号である。また、一点鎖線は信号端子９の出力信号、二点鎖線は信号端子１０の出力信号である。
　図７では、図３における信号端子５から信号端子４に向かう方向を０度としている。また、図３において、上から見て面電流の進行方向を右回り（時計方向）に回転させている。
　図７において、横軸の単位は角度であり、縦軸は任意単位である。
　ステップ１（Ｓ０１）において、面電流センサ３００の信号端子４、５の出力信号の方が大きい場合はステップ２（Ｓ０２）へ進む。信号端子９、１０の出力信号の方が大きい場合はステップ３（Ｓ０３）へ進む。
　ステップ２（Ｓ０２）、およびステップ３（Ｓ０３）は処理内容が同じであるため、ここでは、ステップ２（Ｓ０２）の処理のみを説明する。
　図８は、図７の面電流センサ３００の信号端子４、９、５、１０に現れる信号曲線から演算した曲線である。図８において、実線は（信号端子４の出力信号／信号端子５の出力信号）であり、点線は（信号端子４の出力信号／信号端子５の出力信号）である。
　図８において、横軸の単位は角度であり、縦軸は任意単位である。
　ステップ２（Ｓ０２）では、（信号端子４の出力信号／信号端子５の出力信号）の演算値から面電流の進行方向を推定する。
　例として、演算値が２である場合を想定して説明する。図８の実線において、演算値２と実線が交さする角度を求めると、約６１度と３００度となる。
　電力機器１００の機器筐体１０１の表面に存在する開口部の位置は、あらかじめわかっている。面電流センサ３００の信号端子５から信号端子４を見た方向と開口部の位置の角度を考慮して、面電流の進行方向を推定できる。
　以上の説明では、面電流センサ３００の信号端子の出力信号が大きい方の組の信号の比を取り、面電流センサ３００と開口部の位置関係と考慮して、面電流の進行方向を推定した。面電流センサ３００の信号端子の出力信号が小さい方の組の信号を合わせて用いることで、同様に面電流の進行方向を推定できる。
　具体的には、面電流センサ３００の信号端子の出力信号が小さい方の組の信号の比を取り、演算値から交さする２つの角度を求める。この２つの角度と、先に求めた信号出力が大きい組の信号から求めた２つの角度とを比較し、近い方の角度から面電流の進行方向を推定することができる。
　なお、図８で示した面電流の進行方向（これは、到来方向の逆方向）と面電流センサ３００の信号端子の出力信号との関係をあらかじめ校正試験により取得しておくことで、精度の高い面電流の進行方向の推定ができる。
　内部放電判別回路２７は、電力機器１００内部の部分放電の発生の有無を判別する。内部放電判別回路２７は、面電流検出回路２４からの面電流を検出したとの判定結果と、到来方向推定回路２６からの面電流の到来方向の推定結果から電力機器１００の内部の部分放電の有無を判別する。
　具体的には、あらかじめ設定した検査対象の電力機器１００内部の部分放電による面電流の到来方向の範囲と面電流の到来方向の推定結果とを比較する。推定された面電流の到来方向が、あらかじめ設定した到来方向の範囲内であれば、電力機器１００の内部に部分放電が生じている判断する。この場合は、電力機器１００の内部に電気的な絶縁不良が生じていると推定できる。
　なお、あらかじめ設定する面電流の到来方向の範囲は、電力機器１００の機器筐体１０１の表面の開口部の位置と面電流センサ３００の設置位置から決定する。
　表示部５００は、演算処理部４００からの面電流検出結果と、内部放電判別回路２７からの電力機器１００の内部に部分放電が生じているとの判断結果を受けて表示器に表示する。また、必要な場合は、電力機器１００内部に電気的な絶縁不良が生じているとの警報信号を発信する。
　なお、表示部５００には、ＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ）を使用することを想定している。
　また、図５の演算処理部４００の構成図では、面電流検出回路２４、到来方向推定回路２６、および内部放電判別回路２７を演算処理部４００の内部に設けたが、これら各回路の処理を表示部５００内部で行うこともできる。
　また、その外部表面に実施の形態１の部分放電検出装置を設けた電力機器は、面電流センサの設置環境および信号ケーブルの設置方法による検出感度の変動を抑制することができ、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。
　以上説明したように、実施の形態１の部分放電検出装置は、金属製の上部電極および下部電極と、上部電極と下部電極との間に介在する絶縁スペーサと、信号線が上部電極に接続され、接地外皮が下部電極に接続されている信号端子を複数備えた面電流センサと、信号端子の信号出力の強度から面電流が発生したかどうかを判定する面電流検出回路と、信号出力の比から面電流の到来方向を推定する到来方向推定回路と、推定された面電流の到来方向から内部放電の有無を判別する内部放電判別回路とを備えたものである。
　したがって、実施の形態１の部分放電検出装置は、面電流センサの設置環境および信号ケーブルの設置方法による検出感度の変動を抑制することができ、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。
実施の形態２．
　実施の形態２の部分放電検出装置は、面電流センサに高透磁率材料を含む絶縁スペーサを用いたものである。
　実施の形態２の部分放電検出装置について、面電流センサの断面図である図９に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
　実施の形態２の図９において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
　なお、実施の形態１と区別するために、部分放電検出装置２０１、面電流センサ３０１としている。
　実施の形態２の部分放電検出装置２０１の面電流センサ３０１の構造および機能を説明する。
　面電流センサ３０１は、金属製の上部電極１と下部電極２とを備え、その間に絶縁スペーサ３１が介在している。
　面電流センサ３０１は、信号端子４、信号端子５を備える。信号端子４、５の信号線は、結合線３４、３５を介して上部電極１に接続され、接地外皮は下部電極２に接続されている。信号端子４に同軸ケーブル６が接続され、信号端子５に同軸ケーブル７が接続されている。
　本実施の形態２の面電流センサ３０１の絶縁スペーサ３１は、絶縁スペーサ３２、３３と、絶縁スペーサ３２、３３の間に高透磁率である金属からなる金属スペーサ３７を組合せた構造である。
　なお、絶縁スペーサ３２、３３は、実施の形態１で説明した絶縁スペーサ３と同じ材質の絶縁性樹脂を使用することを想定している。
　電力機器１００の内部で発生する部分放電により機器筐体１０１の外部表面に生じる面電流は、機器筐体１０１の表面と並行であり、かつ、面電流の伝搬方向に直交する方向に磁界を発生させる。
　面電流センサ３０１では上部電極１と下部電極２および信号端子４、５に囲まれた平面を鎖交する磁束により、信号端子４、５に電圧が生じる。この磁界による電圧は電磁誘導によって生じるため、磁界の鎖交空間の透磁率に比例して大きくなる。
　したがって、磁束鎖交空間の多くを占める絶縁スペーサ３１に高透磁率材料を用いることで面電流センサ３０１の出力を増大し、検出感度を高めることができる。
　ここで絶縁スペーサ３１は、上部電極１と下部電極２との間の絶縁性能を確保した上で高透磁率材料を適用する必要がある。この構成としては絶縁物の間および一部分に高透磁率の金属物を組合せたもの、および絶縁物中に高透磁率である金属の粉末を添加したものなどが使用できる。高透磁率である金属としては、鉄および鉄にケイ素との合金である珪素鋼、鉄とニッケル・コバルト・アルミニウムのなどの合金等がある。
　本実施の形態２の面電流センサ３０１の構造では、面電流センサ３０１の検出周波数特性を制御することができる。このため、面電流センサ３０１の寸法を変更せずに、高感度の周波数帯域を変えることができる。
　ここで、図４の面電流センサの等価回路を参照して、面電流センサ３０１の特徴を説明する。抵抗Ｒ１、Ｒ２とインダクタンスＬ１、Ｌ２は面電流センサ３０１の信号端子４、５から上部電極１につながる結合線３４、３５で生じるものである。キャパシタンスＣは高透磁率材料を用いた絶縁スペーサ３１の静電容量である。
　また、両端には信号端子４、５の入力インピーダンスＺ１、Ｚ２が接続されている。
　実施の形態１で説明した通り、面電流により発生される電磁界は電界と磁界を含んでいる。電界によりキャパシタンスＣの両端に電圧が生じる。磁界によりインダクタンスＬ１、２に電圧が生じる。この生じた電圧により回路定数ＬＣＲに応じた電圧振動を生じ、図４の等価回路図の両端に生じる端子電圧が面電流センサ３０１の出力となる。
　等価回路はキャパシタンスＣを軸に線対象となる回路であり、それぞれＬＣＲの直列回路に端子の入力インピーダンスを直列接続した閉回路なっている。
　ＬＣの共振周波数においてＬＣＲの合成インピーダンスは低下するため、端子の入力インピーダンスにかかる分担電圧は大きくなる。したがって、到来する面電流とそれが発生させる電磁界の周波数成分のうちＬＣ共振周波数に一致する成分に対して面電流センサの端子に生じる電圧が最も高くなる。
　一方、到来する面電流とそれが発生させる電磁界の周波数成分のうち、このＬＣ共振周波数以下の周波数成分においてはキャパシタンスＣのインピーダンスが上昇することで端子に生じる電圧は低下する。また、到来する面電流とそれが発生させる電磁界の周波数成分のうち、ＬＣ共振周波数以上の周波数特性においてはインダクタンスＬ１、Ｌ２のインピーダンスが上昇することで端子に生じる電圧は低下する。
　したがって、面電流センサ３０１の検出周波数特性は、主に結合線３４、３５のインダクタンスＬ１、Ｌ２と絶縁スペーサのキャパシタンスＣによって変化する。インダクタンスＬ１、Ｌ２は面電流による磁束の鎖交空間である絶縁スペーサの透磁率によって制御できる。絶縁スペーサ３１に高透磁率材料を用いることでインダクタンスＬ１、Ｌ２が増加し、ＬＣ共振周波数は高くなる。したがって、面電流センサ３０１の検出周波数特性を制御して、実施の形態１の面電流センサ３００と比較して、面電流センサ３０１はより高周波帯域の面電流に対し高感度となる。
　以上説明したように、実施の形態２の部分放電検出装置は、面電流センサに高透磁率材料を含む絶縁スペーサを用いたものである。
　したがって、実施の形態２の部分放電検出装置は、面電流センサの設置環境および信号ケーブルの設置方法による検出感度の変動を抑制することができ、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。さらに実施の形態２の部分放電検出装置は、面電流センサの検出周波数特性を制御して、より高周波帯域の面電流に対し高感度となる。
実施の形態３．
　実施の形態３の部分放電検出装置は、面電流センサの絶縁スペーサに高誘電率材料を用いたものである。
　実施の形態３の部分放電検出装置について、面電流センサの断面図である図１０に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
　実施の形態３の図１０において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
　なお、実施の形態１と区別するために、部分放電検出装置２０２、面電流センサ３０２としている。
　実施の形態３の部分放電検出装置２０２の面電流センサ３０２の構造および機能を説明する。
　面電流センサ３０２は、金属製の上部電極１と下部電極２とを備え、その間に絶縁スペーサ４１が介在している。
　面電流センサ３０２は、信号端子４、信号端子５を備える。信号端子４、５の信号線は、結合線３４、３５を介して上部電極１に接続され、接地外皮は下部電極２に接続されている。信号端子４に同軸ケーブル６が接続され、信号端子５に同軸ケーブル７が接続されている。
　本実施の形態３の面電流センサ３０２の絶縁スペーサ４１は、実施の形態１で説明した絶縁スペーサ３に比較して、誘電率を高くしたものである。
　先に説明した通り、面電流センサ３０２の検出周波数特性は、主に結合線３４、３５のインダクタンスＬ１、Ｌ２と絶縁スペーサ４１のキャパシタンスＣによって変化する。
　キャパシタンスＣは絶縁スペーサの誘電率に比例し変化する。誘電率は、絶縁スペーサに用いられる樹脂材料を変える、また樹脂材料に添加される無機フィラーの材料および添加量を変えることで変更できる。また、部分的に材料を変えるも考えられる。
　キャパシタンスＣを制御し、ＬＣ共振周波数を選定することで、面電流センサ３０２の検出周波数特性を変えることができる。
　高誘電率絶縁スペーサ４１を用いることでキャパシタンスＣが上昇し、ＬＣ共振周波数は高くなる。したがって、面電流センサ３０２の検出周波数特性を制御して、実施の形態１の面電流センサ３００と比較して、面電流センサ３０２はより高周波帯域の面電流に対し高感度となる。
　以上説明したように、実施の形態３の部分放電検出装置は、面電流センサの絶縁スペーサに高誘電率材料を用いたものである。
　したがって、実施の形態３の部分放電検出装置は、面電流センサの設置環境および信号ケーブルの設置方法による検出感度の変動を抑制することができ、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。さらに実施の形態３の部分放電検出装置は、面電流センサの検出周波数特性を制御して、より高周波帯域の面電流に対し高感度となる。
実施の形態４．
　実施の形態４の部分放電検出装置は、同じ仕様の面電流センサを複数備えたものである。
　実施の形態４の部分放電検出装置について、部分放電検出装置の構成図である図１１に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
　実施の形態４の構成図において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
　なお、実施の形態１と区別するために、部分放電検出装置２０３、面電流センサ３００、３０３、演算処理部４００、４０１、表示部５０１としている。
　実施の形態４の部分放電検出装置２０３の構成を説明する。
　部分放電検出装置２０３は、面電流センサ３００、３０３、演算処理部４００、４０１および表示部５０１を備える。
　実施の形態４の部分放電検出装置２０３は、同じ仕様、例えば実施の形態１で説明した面電流センサ３００を２個使用することを想定している。面電流センサ３００と面電流センサ３０３は、同じ仕様であるが、説明をわかりやすくするために異なる符番号としている。演算処理部４００、４０１についても、同じ仕様であるが、説明をわかりやすくするために異なる符番号としている。
　面電流センサ３００、３０３は、電力機器１００の内部で発生する部分放電により電力機器１００の外部表面に生じる面電流が発生させる電磁界を検出する。
　演算処理部４００は、面電流センサ３００が検出した信号を受けて、面電流発生の有無を判定する。さらに、演算処理部４００は、面電流の到来方向を推定するとともに、電力機器１００の内部で部分放電が発生したかどうかを判別する。
　演算処理部４０１は、面電流センサ３０３が検出した信号を受けて、面電流発生の有無を判定する。さらに、演算処理部４０１は、面電流の到来方向を推定するとともに、電力機器１００の内部で部分放電が発生したかどうかを判別する。
　表示部５０１は、演算処理部４００、４０１の判定結果、推定結果および判別結果を表示するとともに、必要な場合、警報を発信する。
　電力機器１００内部で生じた部分放電により放射される電磁波は、電気的な開口部を通して漏洩し、放射上に伝搬する。またこの電磁波は、筐体表面では面電流を形成しながら伝搬していく。
　このため、表示部５０１において、演算処理部４００、４０１が推定した面電流の到来方向を結ぶことで、特に強い電磁波を放射している電力機器１００の開口部を特定することができる。この結果、電力機器１００内部における電気絶縁上の異常箇所である部分放電の発生箇所を推定することが可能となる。
　また、演算処理部４００、４０１が推定した面電流の到来方向が電力機器１００の開口部ではない場合は、面電流センサ３００、３０３が検出した信号は外部電磁界によるものと判断することができる。
　なお、以上の説明では、演算処理部４００、４０１が推定した結果を受けて、表示部５０１が更なる解析を行ったが、この解析を演算処理部４００、４０１のいずれかで行うこともできる。
実施の形態４では、図１１で示したように２個の面電流センサ３００、３０３、および２個の演算処理部４００、４０１を備えた構成を説明したが、これより多い個数の面電流センサ、演算処理部を備えることが望ましい。
　以上説明したように、実施の形態４の部分放電検出装置は、同じ仕様の面電流センサを複数備えたものである。
　したがって、実施の形態４の部分放電検出装置は、面電流センサの設置環境および信号ケーブルの設置方法による検出感度の変動を抑制することができ、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。さらに実施の形態４の部分放電検出装置は、電力機器内部における部分放電の発生する電気絶縁上の異常箇所を推定することができる。
実施の形態５．
　実施の形態５の部分放電検出装置は、異なる寸法の面電流センサを複数備えたものである。
　実施の形態５の部分放電検出装置について、部分放電検出装置の構成図である図１２および面電流センサの断面図である図１３に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
　実施の形態５の構成図において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
　なお、実施の形態１と区別するために、部分放電検出装置２０４、面電流センサ３００、３０４、演算処理部４００、４０２、表示部５０２としている。
　実施の形態５の部分放電検出装置２０４の構成を説明する。
　部分放電検出装置２０４は、面電流センサ３００、３０４、演算処理部４００、４０２および表示部５０２を備える。
　実施の形態５の部分放電検出装置２０４は、例えば実施の形態１で説明した面電流センサ３００と、面電流センサ３００とは異なる寸法の面電流センサ３０４を使用することを想定している。演算処理部４００、４０２については、機能的には同じであるが、説明をわかりやすくするために、異なる符番号としている。
　面電流センサ３００、３０４は、電力機器１００の内部で発生する部分放電により電力機器１００の外部表面に生じる面電流が発生させる電磁界を検出する。
　演算処理部４００は、面電流センサ３００が検出した信号を受けて、面電流発生の有無を判定する。さらに、演算処理部４００は、面電流の到来方向を推定するとともに、電力機器１００の内部で部分放電が発生したかどうかを判別する。
　演算処理部４０２は、面電流センサ３０４が検出した信号を受けて、面電流発生の有無を判定する。さらに、演算処理部４０２は、面電流の到来方向を推定するとともに、電力機器１００の内部で部分放電が発生したかどうかを判別する。
　表示部５０２は、演算処理部４００、４０２の判定結果、推定結果および判別結果を表示するとともに、必要な場合、警報を発信する。
　次に、面電流センサ３０４の構造および機能について、面電流センサ３０４の断面図である図１３に基づいて説明する。
　面電流センサ３０４は、金属製の上部電極５１と下部電極５２とを備え、その間に絶縁スペーサ５３が介在している。
　面電流センサ３０４は、信号端子４、信号端子５を備える。信号端子４、５の信号線は、結合線５４、５５を介して上部電極１に接続され、接地外皮は下部電極２に接続されている。信号端子４に同軸ケーブル６が接続され、信号端子５に同軸ケーブル７が接続されている。
　本実施の形態５の面電流センサ３０４は、実施の形態１の面電流センサ３００とは寸法が異なる。具体的には、面電流センサ３０４の幅は、面電流センサ３００に比較して大きくなっている。
　先に説明したように、面電流センサ３０４の検出周波数特性は主に結合線５４、５５のインダクタンスＬ１、Ｌ２と絶縁スペーサのキャパシタンスＣにより変化する。
　図１３に示したように面電流センサ３０４の幅を変えることで、絶縁スペーサ５３のキャパシタンスＣが増加し、ＬＣ共振周波数は高くなる。したがって、面電流センサ３０４は面電流センサ３００に対して、より高周波帯域の面電流に対し高感度となる。
　また、幅を変える以外にも面電流センサ３０４の寸法を変えることで、この検出周波数特性は制御できる。インダクタンスＬ１、Ｌ２は、結合線５４、５５の長さを変える以外に線の幅を変更すること、また複数本使用することで制御できる。
　キャパシタンスＣは、絶縁スペーサ５３の厚さを変更するほか、面積を変更することで制御できる。
　また、実施の形態２、３で説明したように、絶縁スペーサ５３の材料を変更して、透磁率、誘電率を変えることでインダクタンスＬ１、Ｌ２、およびキャパシタンスＣを制御することができる。
　以上説明したように、インダクタンスＬ１、Ｌ２、およびキャパシタンスＣを制御して、ＬＣ共振周波数を変えることで、面電流センサ３０４の検出周波数特性を変えることができる。
　電力機器１００の内部で生じる絶縁欠陥により部分放電が発生するが、部分放電電流の有する周波数成分は絶縁不良の種類によって異なる。例えば、ＳＦ６ガス中の放電であれば、より高周波成分を多く含む。これに対して、乾燥空気、大気中あるいは絶縁物中の放電であれば、ＳＦ６ガス中の放電より低周波成分を多く含む。また放電箇所がガス空間中か、絶縁物沿面で生じるものかによっても周波数成分に影響する。
　したがって、異なる検出周波数特性を備える面電流センサ３００、３０４を備えた部分放電検出装置２０４を使用することで、幅広い絶縁欠陥の種別を検出することが可能になる。さらに、どの周波数成分が強いかを把握することで、どのような絶縁欠陥が発生しているかを推定することも可能になる。
　実施の形態５では、図１２で示したように２個の面電流センサ３００、３０４、および２個の演算処理部４００、４０２を備えた構成を説明したが、これより多い個数の面電流センサ、演算処理部を備えることが望ましい。
　以上説明したように、実施の形態５の部分放電検出装置は、異なる寸法の面電流センサを複数備えたものである。
　したがって、実施の形態５の部分放電検出装置は、面電流センサの設置環境および信号ケーブルの設置方法による検出感度の変動を抑制することができ、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。さらに実施の形態５の部分放電検出装置は、電力機器内部における絶縁欠陥の種別を推定することができる。
実施の形態６．
　実施の形態６の部分放電検出装置は、異なる材料からなる絶縁スペーサを用いた面電流センサを複数備えたものである。
　実施の形態６の部分放電検出装置について、部分放電検出装置の構成図である図１４に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。なお、適宜、実施の形態２の図９、実施の形態３の図１０を参照する。
　実施の形態６の構成図において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
　なお、実施の形態１と区別するために、部分放電検出装置２０５、面電流センサ３０１、３０２、演算処理部４０３、４０４、表示部５０３としている。
　実施の形態６の部分放電検出装置２０５の構成を説明する。
　部分放電検出装置２０５は、面電流センサ３０１、３０２、演算処理部４０３、４０４および表示部５０３を備える。
　実施の形態６の部分放電検出装置２０５は、例えば実施の形態２で説明した高透磁率材料の絶縁スペーサを用いた面電流センサ３０１と、高誘電率材料の絶縁スペーサを用いた面電流センサ３０２とを使用することを想定している。演算処理部４０３、４０４については、機能的には同じであるが、説明をわかりやすくするために、異なる符番号としている。
　面電流センサ３０１、３０２は、電力機器１００の内部で発生する部分放電により電力機器１００の外部表面に生じる面電流が発生させる電磁界を検出する。
　演算処理部４０３は、面電流センサ３０１が検出した信号を受けて、面電流発生の有無を判定する。さらに、演算処理部４０３は、面電流の到来方向を推定するとともに、電力機器１００の内部で部分放電が発生したかどうかを判別する。
　演算処理部４０４は、面電流センサ３０２が検出した信号を受けて、面電流発生の有無を判定する。さらに、演算処理部４０４は、面電流の到来方向を推定するとともに、電力機器１００の内部で部分放電が発生したかどうかを判別する。
　表示部５０３は、演算処理部４０３、４０４の判定結果、推定結果および判別結果を表示するとともに、必要な場合、警報を発信する。
　先に説明したように、面電流センサ３０１、３０２の検出周波数特性は主に結合線３４、３５のインダクタンスＬ１、Ｌ２と絶縁スペーサのキャパシタンスＣにより変化する。
　また、インダクタンスＬ１、Ｌ２、およびキャパシタンスＣを制御して、ＬＣ共振周波数を変えることで、面電流センサ３０４の検出周波数特性を変えることができる。
　電力機器１００の内部で生じる絶縁欠陥により部分放電が発生するが、部分放電電流の有する周波数成分は絶縁不良の種類によって異なる。例えば、ＳＦ６ガス中の放電であれば、より高周波成分を多く含む。これに対して、乾燥空気、大気中あるいは絶縁物中の放電であれば、ＳＦ６ガス中の放電より低周波成分を多く含む。また放電箇所がガス空間中か、絶縁物沿面で生じるものかによっても周波数成分に影響する。
　したがって、異なる検出周波数特性を備える面電流センサ３０１、３０２を備えた部分放電検出装置２０５を使用することで、幅広い絶縁欠陥の種別を検出することが可能になる。さらに、どの周波数成分が強いかを把握することで、どのような絶縁欠陥が発生しているかを推定することも可能になる。
　実施の形態６では、図１４で示したように２個の面電流センサ３０１、３０２、および２個の演算処理部４０３、４０４を備えた構成を説明したが、これより多い個数の面電流センサ、演算処理部を備えることが望ましい。
　以上説明したように、実施の形態６の部分放電検出装置は、異なる材料からなる絶縁スペーサを用いた面電流センサを複数備えたものである。
　したがって、実施の形態６の部分放電検出装置は、面電流センサの設置環境および信号ケーブルの設置方法による検出感度の変動を抑制することができ、電磁波の到来方向の推定精度を向上させることができる。さらに実施の形態６の部分放電検出装置は、電力機器内部における絶縁欠陥の種別を推定することができる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるものではなく、単独で、または様々な組合せで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組合せる場合が含まれるものとする。
１，５１　上部電極、２，５２　下部電極、３，３１，３２，３３，４１，５３　絶縁スペーサ、４，５，９，１０　信号端子、６，７，１１，１２　同軸ケーブル、２１　保護回路、２２　フィルタ、２３　信号増幅回路、２４　面電流検出回路、２５　Ａ／Ｄ変換器、２６　到来方向推定回路、２７　内部放電判別回路、３４，３５，５４，５５　結合線、３７　金属スペーサ、１００　電力機器、１０１　機器筐体、２００，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５　部分放電検出装置，３００，３０１，３０２，３０３，３０４　面電流センサ、４００，４０１，４０２，４０３，４０４　演算処理部、５００，５０１，５０２，５０３　表示部、Ｒ１，Ｒ２　抵抗、Ｌ１，Ｌ２　インダクタンス、Ｃ　キャパシタンス、Ｚ１，Ｚ２　入力インピーダンス。

Claims (9)

  1. 金属製の上部電極および金属製の下部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に介在する絶縁スペーサと、信号線が前記上部電極に接続され、接地外皮が前記下部電極に接続されている信号端子を複数備えた面電流センサと、
    前記信号端子の信号出力の強度から検査対象の電力機器の外部表面に面電流が発生したかどうかを判定する面電流検出回路と、
    前記信号端子の信号出力の比から前記検査対象の電力機器の外部表面に発生する前記面電流の到来方向を推定する到来方向推定回路と、
    前記推定された面電流の到来方向から前記検査対象の電力機器の内部放電の有無を判別する内部放電判別回路と、を備えた部分放電検出装置。
  2. 高透磁率材料を含む前記絶縁スペーサを用いた請求項１に記載の部分放電検出装置。
  3. 前記絶縁スペーサに高誘電率材料を用いた請求項１に記載の部分放電検出装置。
  4. 前記面電流センサを複数備え、前記複数の前記面電流センサの前記信号端子の信号出力を用いて、さらに前記内部放電の発生箇所を推定する請求項１に記載の部分放電検出装置。
  5. 異なる大きさの前記面電流センサを複数備え、前記面電流センサの前記信号端子の信号出力から、さらに前記検査対象の電力機器の絶縁欠陥の種別を推定する請求項４に記載の部分放電検出装置。
  6. 異なる材料を用いた前記絶縁スペーサを備えた前記面電流センサを複数備え、前記面電流センサの前記信号端子の信号出力から、さらに前記検査対象の電力機器の絶縁欠陥の種別を推定する請求項４に記載の部分放電検出装置。
  7. 前記面電流センサの形状は多角形であり、前記多角形の頂部に前記信号端子を備える請求項１に記載の部分放電検出装置。
  8. 前記面電流センサの形状は四角形であり、
    前記面電流センサの四角形の対角線上にある前記信号端子の信号出力に基づいて、前記面電流の到来方向を推定し、前記電力機器の内部放電の有無を判別する請求項７に記載の部分放電検出装置。
  9. 前記電力機器の内部放電の有無を検査するために、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の部分放電検出装置を前記電力機器の外部表面に設けた電力機器。
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