JP2008209172A - Partial discharge measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ装置により駆動されるモータ内に生じる部分放電の発生相または発生箇所を特定することができる部分放電計測装置に関する。 The present invention relates to a partial discharge measuring apparatus capable of specifying a generation phase or a generation location of partial discharge generated in a motor driven by an inverter device.
近年、モータの速度制御が容易で、省エネルギー化が図れるなどの利点が得られることから、交流電源からインバータ装置を介してモータに電力を供給するインバータ運転が広く採用されている。 In recent years, an inverter operation for supplying electric power from an AC power source to an electric motor through an inverter device has been widely adopted because it has advantages such as easy motor speed control and energy saving.
しかし、このようなインバータ装置を使用する場合、これに起因した急峻なサージ電圧が発生し、このサージ電圧がモータ内に侵入すると、モータ巻線の電圧分布に過渡現象が生じてモータ巻線間に過電圧が加わり、モータ巻線間に部分放電が起こることがある。そして、この部分放電が長期にわたって発生すると、絶縁劣化により最終的に絶縁破壊に至る。したがって、絶縁破壊に至る前に部分放電の発生の有無を検出することが必要となる。このため、従来より、部分放電を検出するための各種の提案がなされている。 However, when such an inverter device is used, a steep surge voltage is generated due to this, and when this surge voltage enters the motor, a transient phenomenon occurs in the voltage distribution of the motor windings, and the motor windings Overvoltage may be applied to the motor and partial discharge may occur between the motor windings. If this partial discharge occurs over a long period of time, the dielectric breakdown eventually leads to dielectric breakdown. Therefore, it is necessary to detect whether partial discharge has occurred before dielectric breakdown occurs. For this reason, various proposals for detecting partial discharge have been made conventionally.
例えば、従来技術では、モータとインバータ装置とを結ぶ給電ケーブルの途中に過電圧抑制フィルタを設けるとともに、この過電圧抑制フィルタに部分放電を検出する部分放電検出手段を接続し、過電圧抑制フィルタで給電ケーブルに流れる部分放電電流を電圧に変換し、部分放電検出手段でこの部分放電の電圧の極性から、部分放電の発生相を判別するようにしたインバータ駆動モータシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 For example, in the prior art, an overvoltage suppression filter is provided in the middle of the power supply cable connecting the motor and the inverter device, and a partial discharge detection means for detecting partial discharge is connected to the overvoltage suppression filter, and the overvoltage suppression filter is connected to the power supply cable. There has been proposed an inverter drive motor system in which a flowing partial discharge current is converted into a voltage, and a partial discharge detection means determines the phase of occurrence of partial discharge from the polarity of the voltage of the partial discharge (for example, Patent Document 1). reference).
また、他の従来技術では、部分放電信号とノイズを含んだ全パルスを検出して、その全パルスをデジタル化して記憶手段に一時保存し、その後、この記憶手段に保存した部分放電信号とノイズの特性量の差異（部分放電信号とノイズの信号伝播特性の差や、信号伝播に基づく周波数特性、振幅値、到達時間の差など）に基づく演算処理を行って、部分放電信号とノイズとを識別し、ノイズ除去後の部分放電信号の測定結果を表示装置に表示するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。 In another conventional technique, all pulses including a partial discharge signal and noise are detected, all the pulses are digitized and temporarily stored in a storage unit, and then the partial discharge signal and noise stored in the storage unit are stored. To calculate the partial discharge signal and noise by performing arithmetic processing based on the difference in the characteristic amount (difference in signal propagation characteristics between partial discharge signal and noise, frequency characteristics based on signal propagation, difference in amplitude value, arrival time, etc.) An apparatus has been proposed in which a partial discharge signal measurement result after identification and noise removal is displayed on a display device (see, for example, Patent Document 2).
また、他の従来技術では、電機機器巻線の２カ所に部分放電の検出器を設け、これらの検出器で検出された部分放電信号の立ち上がり時間と予め測定した巻線の単位長さ当たりの立ち上がり時間とから部分放電の発生位置を演算したり、あるいは、これらの検出器で検出された各部分放電信号の立ち上がり時間の時間差と予め測定した巻線の単位長さ当たりの信号伝搬時間とから部分放電の発生位置を演算するようにした放電位置測定装置が提供されている（例えば、特許文献３参照）。 In another conventional technique, partial discharge detectors are provided at two locations on the electrical equipment winding, and the rise time of the partial discharge signal detected by these detectors and the unit length of the winding measured in advance are measured. Calculate the partial discharge occurrence position from the rise time, or from the time difference of the rise time of each partial discharge signal detected by these detectors and the signal propagation time per unit length of the winding measured in advance There has been provided a discharge position measuring apparatus that calculates the occurrence position of partial discharge (see, for example, Patent Document 3).
さらに、他の従来技術では、モータ内部に部分放電に起因して発生する電磁波を検出するための検出器を配置し、モータの部分放電による巻線内の容量性電位分布による電磁波信号の到達時間と、部分放電を起こした巻線ターンとその隣の巻線ターンとの電位差により巻線ターン間に発生する進行波信号の到達時間との時間差に基づいて部分放電の発生箇所を同定できるようにした部分放電計測装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。 Furthermore, in another prior art, a detector for detecting an electromagnetic wave generated due to partial discharge is arranged inside the motor, and the arrival time of the electromagnetic wave signal due to capacitive potential distribution in the winding due to partial discharge of the motor The location of the partial discharge can be identified based on the time difference between the arrival time of the traveling wave signal generated between the winding turns due to the potential difference between the winding turn causing the partial discharge and the adjacent winding turn. A partial discharge measuring apparatus has been proposed (see, for example, Patent Document 4).
ところで、特許文献１記載の従来技術では、インバータ駆動中に部分放電の発生相を部分放電信号の極性から判別できるものの、モータ巻線のどの位置で部分放電が発生したかまでは特定することができない。
By the way, in the prior art described in
また、特許文献２記載の従来技術では、部分放電信号とノイズ信号が混在したアナログデータをデジタル化して演算回路でノイズの分離を行う方法について記載されているものの、部分放電の発生相、発生箇所まで特定する方法を提示するまでには至っていない。
Further, in the prior art described in
特許文献３記載の従来技術では、各検出器で部分放電信号の立ち上がり時間、あるいは、各検出器で検出された各部分放電信号の立ち上がり時間の時間差を検出することにより部分放電の発生位置を演算するようにしているが、電源端子に到達する部分放電信号には、コイル間の浮遊静電容量によって伝搬する信号と、モータ巻線のコイルを順次伝搬する信号とが混在するため、現実的には微少な部分放電信号の立ち上がり時間や時間差を正確に検出することが困難である。
In the prior art described in
この点について、図１２および図１３を参照してさらに説明する。
図１２はモータ巻線の高周波特性を考慮した等価回路図である。モータ巻線は１相当たり複数個のコイル１００で構成されており、ここでは、１コイルごとに集中定数回路が順次接続された状態として示している。
This point will be further described with reference to FIGS.
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram in consideration of the high frequency characteristics of the motor winding. The motor winding is composed of a plurality of
低周波領域では各コイル１００の集中定数回路は、インダクタンスＬ１とコイル抵抗Ｒ１の直列回路となるが、高周波領域ではコイル１００の巻始めと巻き終わり間の浮遊静電容量Ｃ１およびコイル１００とモータの対地間の浮遊静電容量Ｃ２，Ｃ３を考慮する必要がある。
In the low frequency region, the lumped constant circuit of each
いま、モータ内の任意の箇所で部分放電が発生した場合、この部分放電信号はパルス状の信号となって立ち上がりが急峻であるため、信号周波数が高くて図中のインダクタンスＬ１は高インピーダンスとなり、浮遊静電容量Ｃ１〜Ｃ３によるインピーダンスが低くなるため、部分放電信号の立ち上がり付近ではモータ内の回路は浮遊静電容量Ｃ１〜Ｃ３によって支配される。したがって、図１３（ａ）に示すように、部分放電信号の一部の信号Ｓ１は、立ち上がり付近ではコイル１００間の浮遊静電容量Ｃ１によって電源端子側に到達する。一方、部分放電信号の大部分の信号Ｓ２は、図１３（ｂ）に示すように、各コイル１００のインダクタンスＬ１とコイル抵抗Ｒ１の直列回路を経由して伝搬する進行波として電源端子側に到達する。
Now, when a partial discharge occurs at an arbitrary location in the motor, this partial discharge signal is a pulse signal and has a sharp rise, so the signal frequency is high and the inductance L1 in the figure has a high impedance, Since the impedance due to the floating electrostatic capacitances C1 to C3 is low, the circuit in the motor is dominated by the floating electrostatic capacitances C1 to C3 near the rising edge of the partial discharge signal. Therefore, as shown in FIG. 13A, a part of the partial discharge signal S1 reaches the power supply terminal side by the floating capacitance C1 between the
このように、電源端子に到達する部分放電信号には、各コイル１００間の浮遊静電容量Ｃ１によって伝搬する信号Ｓ１と、各コイル１００を進行波として順次伝搬する信号Ｓ２とが混在し、電源入力端子側では、図１３（ｃ）に示すように両信号Ｓ１，Ｓ２の波形が互いに重なり合った信号Ｓ３となる。このため、微少な部分放電信号の立ち上がりの時間を判別することが困難である。つまり、部分放電信号が図１３（ｂ）に示すような波形であれば、立ち上がり時間ｔａを比較的精度良く測定することができるが、実際には図１３（ｃ）に示すような波形となるため、部分放電信号の立ち上がりの時間を判別することが困難である。特に、モータの定格容量が小さい場合や、コイル長が短い場合、あるいは部分放電の発生箇所が電源入力端子に近い場合などには、この信号波形の重なり合いが顕著となり、部分放電信号の立ち上がり時間を判別することが困難となり、部分放電の発生位置を特定する際の誤差が大きいという問題がある。
As described above, the partial discharge signal reaching the power supply terminal includes the signal S1 propagated by the floating capacitance C1 between the
また、特許文献４記載の従来技術では、モータの部分放電による巻線内の容量性電位分布による電磁波信号の到達時間と、部分放電を起こした巻線ターンとその隣の巻線ターンとの電位差に基づいて部分放電の発生箇所を特定するようにしているが、数Ｗから数十Ｗ程度の小型のモータでは、モータ内に電磁波検出用の検出器を配置することが困難である。 In the prior art described in Patent Document 4, the arrival time of the electromagnetic wave signal due to the capacitive potential distribution in the winding due to partial discharge of the motor, and the potential difference between the winding turn causing the partial discharge and the adjacent winding turn. However, in a small motor of about several tens to several tens of watts, it is difficult to arrange a detector for detecting electromagnetic waves in the motor.
これに対処するため、例えば、電磁波検出用の検出器をモータの外部に配置した場合、部分放電による放電電磁波は１／Ｒ３（Ｒは放電源よりセンサまでの距離）で減衰することや、モータのフレーム、ブラケットなどは金属で構成されているので、電磁波がシールドされた状態となって放電信号が微弱となるため、部分放電の検出感度が低下するという問題がある。 In order to cope with this, for example, when a detector for detecting electromagnetic waves is arranged outside the motor, the electromagnetic waves discharged by partial discharge attenuate by 1 / R 3 (R is the distance from the discharge source to the sensor) Since the motor frame, bracket, etc. are made of metal, the electromagnetic wave is shielded and the discharge signal becomes weak, so that there is a problem that the detection sensitivity of partial discharge is lowered.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、モータがインバータ駆動される際のモータ巻線における部分放電の発生相、または発生箇所を簡単かつ精度良く特定することのできる部分放電計測装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and a partial discharge that can easily and accurately specify a generation phase or generation point of a partial discharge in a motor winding when the motor is driven by an inverter. It aims at providing a measuring device.
上記の目的を達成するために、本発明では、交流電源からインバータ装置を介して電力を授受するモータに発生する部分放電を計測する部分放電計測装置において、次の構成を採用している。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration in a partial discharge measuring device that measures partial discharge generated in a motor that receives power from an AC power supply via an inverter device.
すなわち、本発明では、上記インバータ装置と上記モータとの間を接続する給電ケーブルから分岐して上記インバータ装置の駆動に伴って生じるスイッチングノイズと上記モータの部分放電に伴って生じる部分放電信号とを各相で弁別する弁別手段を設けるとともに、この弁別手段で弁別された各相の部分放電信号の振幅がピークとなるピーク到達時間を検出するピーク検出手段と、各相の上記ピーク到達時間の相互の関係に基づいて部分放電の発生した相を判定する相判定手段と、を備えることを特徴としている。 That is, in the present invention, the switching noise that occurs when the inverter device is driven by branching from the power supply cable that connects the inverter device and the motor, and the partial discharge signal that occurs due to the partial discharge of the motor. Distinguishing means for discriminating each phase is provided, and a peak detecting means for detecting a peak arrival time at which the amplitude of the partial discharge signal of each phase discriminated by this discrimination means reaches a peak, and And a phase determination means for determining a phase in which partial discharge has occurred based on the above relationship.
特に、上記構成に加えて、相判定手段で判定された部分放電の発生相を基準にして各部分放電信号の各相間の到達時間差Δｔｋを求め、この到達時間差Δｔｋと予め算出したモータ巻線の１コイル当たりの部分放電信号の伝搬時間ｔｃとの関係に基づいて、部分放電の発生箇所を特定する発生箇所特定手段を備えることが好ましい。 In particular, in addition to the above-described configuration, an arrival time difference Δtk between the phases of each partial discharge signal is obtained with reference to the phase of occurrence of partial discharge determined by the phase determination means, and this arrival time difference Δtk and the previously calculated motor winding It is preferable to provide an occurrence location specifying means for specifying an occurrence location of the partial discharge based on the relationship with the propagation time tc of the partial discharge signal per coil.
本発明によれば、従来技術のような部分放電信号の立ち上がり時間を検出するのではなく、各相の部分放電信号の振幅がピークとなる時間を測定し、その測定した各相の部分放電信号の到達時間の長短によって部分放電の発生相を判定するので、インバータ駆動時におけるモータ内の各相巻線における部分放電の発生相がどれかを簡単に判定することができる。 According to the present invention, instead of detecting the rise time of the partial discharge signal as in the prior art, the time when the amplitude of the partial discharge signal of each phase reaches its peak is measured, and the measured partial discharge signal of each phase Therefore, it is possible to easily determine which phase of partial discharge occurs in each phase winding in the motor when the inverter is driven.
さらに、上記の発生箇所特定手段を設けた場合には、各相で検出された部分放電信号の内、最も早く信号が検出された相を基準として各部分放電信号の各相間の到達時間差Δｔｋを求め、この到達時間差Δｔｋと予め算出したモータ巻線の１コイル当たりの部分放電信号の伝搬時間ｔｃとの関係に基づいて、部分放電が発生した箇所を特定することができるため、部分放電の発生箇所を従来よりも一層精度良く特定することが可能となる。 Further, in the case where the above occurrence location specifying means is provided, the arrival time difference Δtk between the phases of each partial discharge signal is determined based on the phase where the signal is detected earliest among the partial discharge signals detected in each phase. The location where the partial discharge has occurred can be identified based on the relationship between the arrival time difference Δtk and the propagation time tc of the partial discharge signal per coil of the motor winding calculated in advance. It is possible to specify the location with higher accuracy than in the past.
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における部分放電計測装置を設けたインバータ駆動モータシステムの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an inverter drive motor system provided with a partial discharge measuring apparatus according to
図１において、１は商用の三相交流電源、２は三相交流電源１の電圧を所要の周波数の交流電圧に変換するインバータ装置、３は三相交流電源１からインバータ装置２を介して電力を授受する三相モータ、４はインバータ装置２と三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子との間を接続する給電ケーブルである。この場合の給電ケーブルは、キャプタイヤケーブルのような多芯ケーブルであり、インバータ装置２と三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子との間を接続する各相に対応した３本の配線が含まれている。そして、この給電ケーブル４の三相モータ３に近接した位置に本発明の部分放電計測装置５が設けられている。なお、これに限らず、三相モータ３の端子に部分放電計測装置５を接続した構成であってもよい。
In FIG. 1, 1 is a commercial three-phase AC power source, 2 is an inverter device that converts the voltage of the three-phase
この部分放電計測装置５は、電流／電圧変換回路６、三相分の高域通過フィルタ７、三相分のピーク検出回路８、演算処理回路９、および結果出力部１０を備えている。
The partial
上記の電流／電圧変換回路６は、給電ケーブル４の各相の電流を電圧に変換するもので、各相でコンデンサＣと検出抵抗Ｒとからなる直列回路が給電ケーブル４と対地間に接続されて構成されている。
The current /
各高域通過フィルタ７は、インバータ装置２のＩＧＢＴ等の図示しないスイッチング素子の駆動に伴って生じるスイッチングノイズを除いて三相モータ３の部分放電に伴って生じる各相の部分放電信号のみを通過させるもので、特許請求の範囲における弁別手段に対応している。
Each high-
各ピーク検出回路８は、図１３（ｃ）に示すように、高域通過フィルタ７を通過した各相の部分放電信号の振幅がピークＶｐとなるときのピーク到達時間ｔｐを検出するものである。
As shown in FIG. 13C, each
演算処理回路９は、ピーク検出回路８でピークが検出されたときの各相の部分放電信号の到達時間ｔｐの相互の関係に基づいて部分放電が発生した相を判定するとともに、判定された部分放電の発生相を基準にして各部分放電信号の各相間の到達時間差Δｔｋを求め、この到達時間差Δｔｋと、予め算出したモータ巻線の１コイル当たりの部分放電信号の伝搬時間ｔｃとの関係に基づいて部分放電の発生箇所を特定する処理を行うもので、例えばマイクロコンピュータやメモリで構成されている。そして、この演算処理回路９が特許請求の範囲における相判定手段および発生箇所特定手段に対応している。
The
結果出力部１０は、演算処理回路９の演算結果を出力するもので、例えば、表示器やプリンタで構成される。
The
次に、上記構成を備えた部分放電計測装置５を用いて三相モータ３の部分放電の発生相の判定、および発生箇所を特定する場合の動作について説明する。
Next, the determination of the phase of occurrence of partial discharge of the three-
三相モータ３がインバータ装置２で駆動されている状態で、三相モータ３内部のモータ巻線に部分放電が発生すると、パルス状の部分放電信号が三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子から給電ケーブル４を経由して電流／電圧変換回路６に伝達される。また、インバータ装置２からはインバータ駆動時のスイッチング素子の動作に伴ってスイッチングノイズが発生し、このスイッチングノイズも給電ケーブル４を経由して電流／電圧変換回路６に伝達される。したがって、電流／電圧変換回路６には、部分放電信号とスイッチングノイズとが共に伝達されて両者が重なり合う。このため、次段の高域通過フィルタ７によってスイッチングノイズを除いて部分放電信号のみを通過させる。
When partial discharge occurs in the motor winding inside the three-
図２はインバータ装置２のスイッチング素子としてＩＧＢＴを使用した場合に生じるスイッチングノイズＮ０と、部分放電信号Ｓ０のそれぞれの周波数特性（ＦＦＴスペクトル）を測定した結果を示すものである。
FIG. 2 shows the results of measuring the frequency characteristics (FFT spectrum) of the switching noise N 0 generated when the IGBT is used as the switching element of the
この図から分かるように、インバータ装置２のスイッチング素子の近年の高速動作化によってスイッチング時間は数十ｎｓｅｃに達するが、その場合に生じるスイッチングノイズＮ０の周波数帯域は数十ＭＨｚまでの帯域である。一方、部分放電信号Ｓ０は、部分放電発生箇所の近傍では低周波側から数ＧＨｚまでの広帯域の信号成分を有する。したがって、低域遮断周波数が数百ＭＨｚ以上の高域通過フィルタ７を用いることでスイッチングノイズの影響を有効に除去することができる。ただし、部分放電信号Ｓ０は、モータ巻線や給電ケーブル４を伝搬する際にその高周波成分が減衰するため、高域通過フィルタ７の低域遮断周波数が高すぎると十分な信号検出が難しくなる。そのため、この場合の高域通過フィルタ７としては、低域遮断周波数が１００ＭＨｚから５００ＭＨｚの範囲のものを使用するのが好適である。
As can be seen from this figure, the switching time reaches several tens of nsec due to the recent high-speed operation of the switching element of the
こうして高域通過フィルタ７を通過した部分放電信号は、各ピーク検出回路８に入力されるので、各ピーク検出回路８は、図１３（ｃ）に示すように、高域通過フィルタ７を通過した各相の部分放電信号の振幅がピークＶｐとなる時のピーク到達時間ｔｐを検出する。この部分放電信号のピークＶｐに対応したピーク到達時間ｔｐの検出は、従来技術のように部分放電信号の立ち上がり時間を検出する場合に比べて検出が容易であり、高い検出精度を確保することができる。
Since the partial discharge signal that has passed through the high-
続いて、演算処理回路９は、同じく図１３（ｃ）に示すように、各ピーク検出回路８で各相の部分放電信号の振幅がピークＶｐとなるときのピーク到達時間ｔｐに基づいて三相モータ３内の部分放電が発生した相を判定する。
Subsequently, as shown in FIG. 13 (c), the
次に、演算処理回路９において、各相の部分放電信号の到達時間ｔｐに基づいて部分放電の発生相を判定する原理について説明する。なお、ここでは発明の理解を促すため、図３に示すように、三相モータ３のモータ巻線がＹ結線され、かつ、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相巻線が２つのコイルで構成されている場合を例にとって説明する。
Next, the principle of determining the partial discharge generation phase in the
モータ巻線を伝搬する信号の速度は、モータ巻線を構成する各コイルの単位長さ当たりのインダクタンスＬ（Ｈ／ｍ）と、単位長さ当たりの対地容量Ｃ（Ｆ／ｍ）とによって決定され、伝搬速度νは次式で表される。
ν＝１／√（ＬＣ） （１）
The speed of the signal propagating through the motor winding is determined by the inductance L (H / m) per unit length of each coil constituting the motor winding and the ground capacitance C (F / m) per unit length. The propagation velocity ν is expressed by the following equation.
ν = 1 / √ (LC) (1)
また、１コイル分のコイル長をｌとすると、１コイル当たりの伝搬時間ｔｃは、次式で表される。
ｔｃ＝ｌ／ν （２）
If the coil length for one coil is 1, the propagation time tc per coil is expressed by the following equation.
tc = l / ν (2)
いま、例えばＵ相の電源端子３０ｕ側から１番目のコイル３１と２番目のコイル３２との間で部分放電が発生したと想定すると、部分放電信号は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに向かって各コイルを伝搬する。この場合、図４に示すように、部分放電信号がＵ相の電源端子３０ｕに到達するのは、１コイル分の伝搬時間（＝１×ｔｃ）が経過した時点ｔｕ（同図（ａ）参照）であり、また、部分放電信号がＶ相およびＷ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗに到達するのは、３コイル分の伝搬時間（＝３×ｔｃ）が経過した時点ｔｖ，ｔｗ（同図（ｂ）、（ｃ）参照）である。したがって、Ｕ相の電源端子３０ｖに到達する部分放電信号の到達時間ｔｕは、他のＶ相、Ｗ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗに到達する部分放電信号の到達時間ｔｖ，ｔｗに比べて最も早くなる。
For example, assuming that a partial discharge has occurred between the
これは、他相の巻線で部分放電が発生した場合も同様の結果となる。したがって、演算処理回路９において、各相の内で最も早く部分放電信号の到達が観測された相が部分放電の発生相となり、これにより発生相を特定することができる。上記の例では部分放電の発生相はＵ相となる。
This is the same result when a partial discharge occurs in the windings of other phases. Therefore, in the
次に、演算処理回路９が部分放電信号の到達時間ｔｕ，ｔｖ，ｔｗに基づいて、部分放電が発生した箇所を特定する原理について説明する。
Next, the principle by which the
上述のように、例えばＵ相の電源端子３０ｕより１番目のコイル３１と２番目のコイル３２との間で部分放電が発生したと想定すると、部分放電信号がＵ相の電源端子３０ｕに到達する時刻ｔｕは、１コイル分の伝搬時間（＝１×ｔｃ）が経過した時であり、また、部分放電信号がＶ相、Ｗ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗに到達する時刻ｔｖ，ｔｗは、３コイル分の伝搬時間（＝３×ｔｃ）が経過した時である。したがって、演算処理回路９において測定されるＵ相の部分放電信号とＶ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差は、２コイル分の伝搬時間（＝２×ｔｃ）になる。
As described above, for example, assuming that a partial discharge has occurred between the
次に、Ｕ相の電源端子３０ｕ付近で部分放電が発生したと想定すると、Ｕ相の電源端子３０ｕに達する部分放電信号の放電発生源からの時間遅れはほとんど無い。これに対して、Ｖ相、Ｗ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗに到達する部分放電信号は、Ｕ相の２コイル分とＶ相、Ｗ相それぞれの２コイル分を伝搬することになる。したがって、Ｖ相、Ｗ相の各電源端子３０ｖ，３０ｗ側の部分放電信号は、放電発生源より４コイル分の伝搬時間がかかることになる。したがって、演算処理回路９において測定されるＵ相の部分放電信号とＶ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差は、４コイル分の伝搬時間（＝４×ｔｃ）になる。
Next, assuming that a partial discharge has occurred near the U-phase
以上のことから、Ｕ相の電源端子３０ｕ側の１番目のコイル３１内の任意の箇所で部分放電が発生した場合、Ｕ相の部分放電信号とＶ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差をΔｔ１（＝｜ｔｕ−ｔｖ｜＝｜ｔｕ−ｔｗ｜）とすると、以下の関係式が得られる。
２×ｔｃ＜Δｔ１＜４×ｔｃ （３）
From the above, when a partial discharge occurs at an arbitrary location in the
2 × tc <Δt 1 <4 × tc (3)
次に、中性点３０ｎ付近で部分放電が発生したと想定すると、この場合には、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相それぞれの電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０側で測定される部分放電信号には時間遅れがほとんど生じない。このため、Ｕ相の部分放電信号と、Ｖ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差をΔｔ２（＝｜ｔｕ−ｔｖ｜＝｜ｔｕ−ｔｗ｜）とすると、以下の関係式が得られる。
０＜Δｔ２＜２×ｔｃ （４）
Next, assuming that a partial discharge has occurred near the
0 <Δt 2 <2 × tc (4)
そこで、上記の部分放電の発生箇所を特定する方法を一般化する。ここでは、Ｙ結線された三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各相巻線のコイルが共にｎ個で構成されているものとし、Ｕ相の電源端子３０ｕからｋ番目のコイルで部分放電が発生したと想定する。
Therefore, the method for specifying the location where the partial discharge occurs is generalized. Here, it is assumed that the coils of the U, V, and W phase windings of the Y-connected three-
このとき、演算処理回路９において測定されるＵ相の部分放電信号とＶ相、Ｗ相の部分放電信号との到達時間差Δｔｋは、次の関係式で表せる。
｛２×（ｎ−ｋ）｝×ｔｃ＜Δｔｋ＜｛２×（ｎ−（ｋ−１））｝×ｔｃ
（５）
At this time, the arrival time difference Δtk between the U-phase partial discharge signal and the V-phase and W-phase partial discharge signals measured in the
{2 × (n−k)} × tc <Δtk <{2 × (n− (k−1))} × tc
(5)
そして、演算処理回路９は、この（５）式の関係が満たされたときに、Ｕ相の電源端子３０ｕ側からｋ番目のコイルで部分放電が発生したと判定する。このことは、他相の巻線内で放電が発生した場合でも同様であるから、上記と同様の考え方で部分放電の発生箇所を特定することができる。
The
図５は、図３に示した構成の三相モータ３（Ｙ結線で各相巻線のコイル数が２個の場合）について、各相巻線のコイル間に模擬放電発生源を接続して部分放電信号を発生させ、その部分放電信号の到達時間の時間差を本発明の部分放電計測装置５を用いて実測した結果を示す特性図である。なお、ここでのモータ巻線の１コイル当たりの部分放電信号の伝搬時間ｔｃは約１．５μｓｅｃである。
FIG. 5 shows a three-
図５において、番号１，５，７のものは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ付近でそれぞれ部分放電が発生した場合の各相の部分放電信号の到達時間差を示している。例えば、番号１の例では、Ｕ相に対するＶ相、Ｗ相の部分放電信号の到達時間差が約６μｓｅｃであり、前述したように、４コイル分の伝搬時間の差になっていることが分かる。
In FIG. 5, the
また、番号２，４，６のものは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ側から１コイル目と２コイル目の間で部分放電が発生した場合の各相の部分放電信号の到達時間差を示している。この場合も前述の説明と同様であり、部分放電信号の到達時間差は約３μｓｅｃであり、２コイル分の伝搬時間の差になっている。
The
さらに、番号３のものは、中性点３０ｎ近傍で部分放電が発生した場合の結果である。中性点３０ｎで発生した部分放電信号は、各相の電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに到達する時間が理論的には同じになるため、各相で測定される信号の時間差は極めて小さくなる。すなわち、中性点３０ｎ近傍で部分放電が生じた場合の到達時間の差はｔｃ＝１．５μｓｅｃ以内となるため、各相の２コイル目の中性点３０ｎ寄りの箇所で部分放電が発生していると判定される。
Furthermore, the thing of
以上のように、この実施の形態１では、従来のような部分放電信号の立ち上がり時間を検出するのではなく、測定が容易な各相の部分放電信号の振幅がピークとなるピーク到達時間を測定し、その測定した各相の部分放電信号のピーク到達時間の長短によって部分放電の発生相を判定するので、インバータ駆動時におけるモータ内の各相巻線における部分放電の発生相がどれかを簡単に判定することができる。 As described above, the first embodiment does not detect the rise time of the partial discharge signal as in the prior art, but measures the peak arrival time at which the amplitude of the partial discharge signal of each phase that is easy to measure is a peak. Since the phase of partial discharge is determined based on the measured peak discharge time of each phase, it is easy to determine which phase of partial discharge occurs in each phase winding in the motor when driving the inverter. Can be determined.
しかも、各相で検出された部分放電信号の内、最も早く信号が検出された相を基準として他相との信号到達時間の時間差を算出し、この時間差と各相巻線を伝搬する進行波の伝搬時間の関係から部分放電が発生したコイルを特定することができるため、部分放電の発生箇所を従来よりも一層精度良く特定することが可能となる。 In addition, the time difference of the signal arrival time from the other phase is calculated based on the phase in which the signal is detected earliest among the partial discharge signals detected in each phase, and this time difference and the traveling wave propagating through each phase winding Since the coil in which the partial discharge has occurred can be identified from the relationship of the propagation time of, the location where the partial discharge has occurred can be identified with higher accuracy than in the prior art.
なお、上記の説明では、各相巻線の１コイル分を伝搬する時間ｔｃを、モータ巻線のインダクタンスＬと対地静電容量Ｃとの関係（前述の（１）、（２）式）から導いたが、これに限らず、例えば、異なる２相間（例えばＵ相−Ｖ相の電源端子間）にパルス波を実際に伝搬させてその時間差を実測し、その時間差とコイル数とから１コイル当たりの伝搬時間ｔｃを算出することも可能である。 In the above description, the time tc for propagating one coil of each phase winding is determined from the relationship between the inductance L of the motor winding and the ground capacitance C (the above formulas (1) and (2)). However, the present invention is not limited to this. For example, a pulse wave is actually propagated between two different phases (for example, between U-phase and V-phase power supply terminals), the time difference is measured, and one coil is determined from the time difference and the number of coils. It is also possible to calculate the hit propagation time tc.
実施の形態２．
この実施の形態２は、三相モータ３のモータ巻線がデルタ結線されている場合であり、部分放電計測装置５自体の構成は、図１に示した実施の形態１の場合と同様であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
The second embodiment is a case where the motor windings of the three-
次に、演算処理回路９において、三相モータ３の部分放電の発生相を判定する原理について説明する。なお、この実施の形態２ではモータ巻線がデルタ結線されているので、部分放電の発生相とは、部分放電がどの電源端子間で発生したかを意味する。また、発明の理解を促すため、ここでは図６に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ間の各巻線が３個のコイルで構成されている場合を例にとって説明する。
Next, the principle of determining the generation phase of partial discharge of the three-
いま、例えばＵ相とＶ相の電源端子３０ｕ，３０ｖ間に接続された巻線のＵ相の電源端子３０ｕ側から１番目のコイル３４と２番目のコイル３５との間で部分放電が発生したと想定すると、部分放電信号は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに向かってコイルを伝搬する。この場合、図７に示すように、部分放電信号がＵ相の電源端子３０ｕに到達するのは、１コイル分の伝搬時間（＝１×ｔｃ）が経過した時点ｔｕ（同図（ａ）参照）であり、また、部分放電信号がＶ相の電源端子３０ｖに到達するのは、２コイル分の伝搬時間ｔ（＝２×ｔｃ）が経過した時点ｔｖ（同図（ｂ）参照）である。さらに、部分放電信号がＷ相の電源端子３０ｗに到達するのは、Ｕ相の電源端子３０ｕを経由して４コイル分の伝搬時間（＝４×ｔｃ）が経過した時点ｔｗ１と、Ｖ相の電源端子３０ｖを経由して５コイル分の伝搬時間（＝５×ｔｃ）が経過した時点ｔｗ２とがある。
Now, for example, partial discharge has occurred between the
したがって、デルタ結線の場合には、演算処理回路９において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の内、部分放電信号の到達時間の早い上位２つの時間ｔｕ，ｔｖを採用し、これからＵ相とＶ相の電源端子３０ｕ，３０ｖ間に接続された巻線で部分放電が発生したものと判定する。これは、Ｕ相とＷ相の電源端子３０ｕ，３０ｗ間や、Ｖ相とＷ相の電源端子３０ｖ，３０ｗ間で部分放電が発生した場合も同様である。このようにして、部分放電の発生相、すなわち、部分放電はどの電源端子間で発生したかを判定することができる。
Therefore, in the case of the delta connection, the
次に、演算処理回路９において、部分放電が発生した箇所を特定する原理について説明する。
Next, the principle of identifying the location where the partial discharge has occurred in the
図６の構成において、Ｕ相の電源端子３０ｕより１番目のコイル３４と２番目のコイル３５の間で部分放電が発生したと想定すると、上述のように、部分放電信号がＵ相の電源端子３０ｕに到達する時刻ｔｕは、１コイル分の伝搬時間（＝１×ｔｃ）が経過した時であり、また、部分放電信号がＶ相の電源端子３０ｖに到達する時刻ｔｖは、２コイル分の伝搬時間（＝２×ｔｃ）が経過した時である。部分放電信号がＷ相の電源端子３０ｗに到達するのは、４コイル分の伝搬時間（＝４×ｔｃ）が経過した時刻ｔｗ１と、５コイル分の伝搬時間（＝５×ｔｃ）が経過した時刻ｔｗ２の２つがある。
In the configuration of FIG. 6, assuming that a partial discharge has occurred between the
したがって、デルタ結線の場合、演算処理回路９は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の内、部分放電信号の到達時間の早い上位２つの時間ｔｕ，ｔｖを採用し、この二相の時刻ｔｕ，ｔｖの到達時間差（＝｜ｔｕ−ｔｖ｜）を用いて放電発生箇所の特定を行う。
Therefore, in the case of the delta connection, the
上記の部分放電の発生箇所を特定する方法を一般化する。ここでは、デルタ結線された三相モータ３のＵ，Ｖ，Ｗ相の各巻線のコイルが共にｎ個で構成されているものとする。そして、Ｕ相とＶ相の電源端子３０ｕ，３０ｖ間のＵ相の電源端子３０ｕ側からｋ番目のコイルで部分放電が発生したと想定する。
The method for specifying the location where the partial discharge occurs is generalized. Here, it is assumed that the U, V, and W-phase coils of the three-
このとき、演算処理回路９において、Ｕ相の電源端子３０ｕを経由して測定される部分放電信号の到達時間が、Ｖ相の電源端子３０ｕを経由して検出される部分放電信号の到達時間より早く測定された場合、両者間の部分放電信号の到達時間差Δｔｋは次の関係式で表せる。
（ｎ−２×ｋ）×ｔｃ＜Δｔｋ＜｛ｎ−２×（ｋ−１）｝×ｔｃ （６）
なお、この（６）式における左辺の値はｎとｋとの関係により負になる場合があるが、この場合は０と読み替える。
At this time, in the
(N−2 × k) × tc <Δtk <{n−2 × (k−1)} × tc (6)
Note that the value on the left side in this equation (6) may be negative depending on the relationship between n and k, but in this case it is read as 0.
そして、演算処理回路９は、Ｕ相の電源端子３０ｕを経由して測定される部分放電信号の到達時間が、Ｖ相の電源端子３０ｕを経由して検出される部分放電信号の到達時間より早く測定され、かつ、（６）式の関係が満たされたときに、Ｕ相とＶ相の電源端子３０ｕ，３０ｖ間において、Ｕ相の電源端子３０ｕ側からｋ番目のコイルで部分放電が発生したと特定する。このことは、Ｕ相とＷ相の電源端子３０ｕ，３０ｗ間や、Ｖ相とＷ相の電源端子３０ｖ，３０ｗ間で部分放電が発生した場合も同様であるから、上記と同様の考え方で部分放電の発生箇所を特定することができる。
Then, the
Δ結線したモータでは、部分放電信号の到達時間差が二相間で同じで、他の一相の信号のみ時間遅れが生じる場合がある。その場合は二相間のコイルの中間部分で部分放電が発生したと判定する。 In the Δ-connected motor, the arrival time difference of the partial discharge signal is the same between the two phases, and there may be a time delay only for the other one-phase signal. In that case, it determines with the partial discharge having generate | occur | produced in the intermediate part of the coil between two phases.
実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３における部分放電計測装置５を設けたインバータ駆動モータシステムの構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
FIG. 8 is a configuration diagram of an inverter drive motor system provided with the partial
この実施の形態３の部分放電計測装置５の特徴は、高域通過フィルタ７の出力側に、各相の部分放電信号のピークの振幅値を検出する振幅値検出手段としての振幅値検出回路１１が設けられている。また、演算処理回路９は、この振幅値検出回路１１で検出された各振幅値に基づいて部分放電の発生相の判定に加えて、中性点の可否を判定するように構成されている。
その他の構成は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
A characteristic of the partial
Since other configurations are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
三相モータ３内で発生した部分放電信号は、モータ巻線を伝搬するが、高周波領域ではモータ巻線の表皮効果の影響で信号強度が減衰する。部分放電信号の信号強度は、放電発生源からモータ巻線を伝搬する長さが長くなるのに従って指数関数的に減衰する。部分放電信号の電圧をＶとすると、次式で定式化される。
Ｖ＝｜Ａ｜ｅｘｐ（−αｌ） （７）
ここに、Ａは部分放電信号の放電発生源における振幅最大値、αは減衰定数、ｌは放電発生源からの部分放電信号が伝搬したモータ巻線の長さである。
The partial discharge signal generated in the three-
V = | A | exp (−αl) (7)
Here, A is the maximum amplitude value of the partial discharge signal at the discharge generation source, α is the attenuation constant, and l is the length of the motor winding through which the partial discharge signal from the discharge generation source has propagated.
例えば、図３に示したＹ結線された三相モータ３において、Ｕ相の電源端子３０ｕ付近で部分放電が発生したとすると、Ｖ相、Ｗ相の電源端子３０ｖ，３０ｗで測定される部分放電信号の信号強度は、Ｕ相、Ｖ相の各モータ巻線を伝搬してくるためにＵ相の電源端子３０ｕ側で測定される部分放電信号の信号強度に比べて減衰量が大きい。したがって、振幅値検出回路１１において、各相で測定された部分放電信号のピークの振幅値を検出した後、演算処理回路１０において各部分放電信号の振幅値を比較すれば、どの相で部分放電が発生したのかを判定することができる。
For example, in the Y-connected three-
図９は図３に示したＹ結線された構成の三相モータ３（各相巻線のコイル数が２個の場合）について、各相巻線のコイル間に模擬放電発生源を接続して部分放電信号を発生させ、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の電源端子側における部分放電信号のピークの振幅を測定した結果を示す特性図である。
FIG. 9 shows a three-
図９において、符号１，５，７のものは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ付近でそれぞれ部分放電が発生した場合の各相の部分放電信号のピークの振幅（電圧振幅）を示している。これらの結果から分かるように、放電発生源に近い相の電源端子における振幅が最も大きい。
In FIG. 9,
また、符号２，４，６のものは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ側から１コイル目と２コイル目の間で部分放電を発生した場合の各相の部分放電信号のピークの振幅を示している。この場合も、各電源端子側で部分放電が発生した場合と同様に、放電発生源に近い相の電源端子における振幅が最も大きい。
さらに、番号３のものは、中性点３０ｎ近傍で部分放電が発生した場合の結果である。この場合は、各相の電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗで検出された部分放電信号のピークの振幅は略同じ値となる。
Furthermore, the thing of
このように、三相モータ３の中性点３０ｎ近傍で部分放電が発生した場合、各相の部分放電信号の振幅はほぼ同一の値となるが、それ以外の場合には各相の部分放電信号の振幅値の差が大きくなる。したがって、特に、中性点３０ｎ近傍で部分放電が発生したか否かを判定する上で、部分放電信号のピークの振幅を検出することは有効である。
Thus, when a partial discharge occurs near the
以上のように、上記の実施の形態１，２に示した部分放電信号のＵ，Ｖ，Ｗ相の各電源端子３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ側の到達時間に基づく部分放電の発生相の判定に加えて、この実施の形態３における部分放電信号のピークの振幅値に基づく発生相の判定、および中性点３０ｎの可否判定を行えば、部分放電の発生相の判定がより一層確実なものとなり、これにより、部分放電発生箇所を特定する精度もさらに高めることが可能となる。
As described above, in addition to the determination of the phase of occurrence of partial discharge based on the arrival times on the U, V, W phase
実施の形態４．
図１に示した実施の形態１の部分放電計測装置では、電流／電圧変換回路６を設けているが、これに代えて、図１０に示すように、三相モータ３の各電源端子に接続された給電ケーブル４の各相で生じる電流を検出する高周波用の変流器１２（ＣＴ）を設け、各変流器１２の出力を高域通過フィルタ７に個別に接続した構成とすることもできる。
Embodiment 4 FIG.
In the partial discharge measuring apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1, a current /
同様に、図８に示した実施の形態３における電流／電圧変換回路６に代えて、図１１に示すように、給電ケーブル４の各相で生じる電流を検出する高周波用の変流器（ＣＴ）１２を設け、各変流器１２の出力を高域通過フィルタ７に接続した構成とすることもできる。
Similarly, instead of the current /
このように、三相モータ３の電源端子に接続される給電ケーブル４の各相に高周波用の変流器１２を用いることにより、給電ケーブル４に対して非接触で、かつ簡単な構成でもって部分放電信号を検出することができる。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態１〜３と同様であるからここでは詳しい説明は省略する。
In this way, by using the high-frequency
Since other configurations and operational effects are the same as those of the first to third embodiments, detailed description thereof is omitted here.
なお、以上の各実施の形態１〜４では、いずれも本発明を三相モータ３に適用した場合について説明したが、三相モータ３に限らず、単相、六相、九相等の他多相のモータであっても本発明を適用することができる。
In each of the first to fourth embodiments described above, the case where the present invention is applied to the three-
１ 交流電源、２ インバータ装置、３ 三相モータ、４ 給電ケーブル、
５ 部分放電計測装置、６ 電流／電圧変換回路、７ 高域通過フィルタ（弁別手段）、８ ピーク検出回路、９ 演算処理回路（相判定手段、発生箇所特定手段）、
１０ 結果出力部、１１ 振幅値検出回路、１２ 変流器。
1 AC power supply, 2 Inverter device, 3 Three-phase motor, 4 Power supply cable,
5 partial discharge measuring device, 6 current / voltage conversion circuit, 7 high-pass filter (discrimination means), 8 peak detection circuit, 9 arithmetic processing circuit (phase determination means, occurrence location identification means),
10 result output unit, 11 amplitude value detection circuit, 12 current transformer.
Claims (4)
上記インバータ装置と上記モータとの間を接続する給電ケーブルから分岐して、上記インバータ装置の駆動に伴って生じるスイッチングノイズと上記モータの部分放電に伴って生じる部分放電信号とを各相で弁別する弁別手段と、
上記弁別手段で弁別された各相の部分放電信号の振幅がピークとなるピーク到達時間を検出するピーク検出手段と、
各相の上記ピーク到達時間の相互の関係に基づいて部分放電の発生した相を判定する相判定手段と、を備えることを特徴とする部分放電計測装置。 In the partial discharge measuring device that measures the partial discharge generated in the motor that receives power from the AC power supply via the inverter device,
Branching from a power supply cable connecting the inverter device and the motor, and discriminating switching noise generated by driving the inverter device and partial discharge signals generated by partial discharge of the motor in each phase. Discrimination means;
Peak detection means for detecting a peak arrival time at which the amplitude of the partial discharge signal of each phase discriminated by the discrimination means reaches a peak;
A partial discharge measuring device comprising: phase determination means for determining a phase in which partial discharge has occurred based on the mutual relationship between the peak arrival times of the respective phases.
上記相判定手段は、この振幅値検出手段で検出された各振幅値に基づいて部分放電の発生相の判定のみならず、中性点の可否をも判定するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の部分放電計測装置。 Amplitude value detection means for detecting the amplitude value of the peak of the partial discharge signal of each phase discriminated by the discrimination means,
The phase determination means determines not only the occurrence phase of partial discharge but also the possibility of a neutral point based on each amplitude value detected by the amplitude value detection means. The partial discharge measuring device according to claim 1 or claim 2.
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