JP2016194466A - 部分放電測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を複雑とすることなく部分放電の検出精度を向上でき、また部分放電が発生している相の判別が容易にできる部分放電測定装置を提供することである。【解決手段】金属遮蔽機器１２の外装面に設置された面電流センサ１１は、金属遮蔽機器１２内の部分放電により励起される電流を検出し、電圧検出装置１５は金属遮蔽機器１２に課電される電圧を検出し、表示装置１６は面電流センサ１１で検出された電流波形と電圧検出装置１５で検出された電圧波形との同期を取り同一時間軸で表示する。【選択図】 図１

Description

本発明は、金属遮蔽機器の内部で発生した部分放電を測定する部分放電計測装置に関する。

電気機器の絶縁劣化診断は、絶縁破壊の前駆現象として発生する部分放電を測定して行われる。電気機器に発生する部分放電を非接触で検出するものとして、部分放電源から放射される電磁波を複数のアンテナで受信し、部分放電発生を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、複数の音響センサ（ＡＥセンサ）を用いて部分放電及びその放電源を特定するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。これは、少なくとも３個のＡＥセンサを装着し、各ＡＥセンサから出力されるＡＥ信号の直達波の到達時間と高周波成分の到達時間遅れを考慮して放電源の位置を標定するものである。放電源が巻線内部の場合は、異なる伝搬媒質に応じて放電音の伝搬速度を変えて放電源から各ＡＥセンサまでの伝搬距離を求め、放電源の位置を標定する。

さらに、面電流センサを用いて部分放電を検出するようにしたものもある（例えば、特許文献３参照）。これは、外部電磁界の影響を受けることなく外層接地機器の接地層表面に流れる高周波面電流によってのみ励振する検出線を設け、検出線の一端に終端抵抗を接続するとともに他端に測定ケーブルを接続し、検出線を接地層表面と近接した位置に金属筐体で保持して、測定ケーブルにより部分放電を取り出すものである。

特開２０１１−８５３９３号公報 特開２０１３−４４６１６号公報 特開平１０−１７０５９１号公報

しかし、特許文献１のものでは、アンテナで電磁波を検出するものであることから、電気機器が収納された盤外の電磁波によるノイズの影響を受け、検出精度向上を図るための対策が必要となり、装置構成が複雑となる。

特許文献２のものでは、部分放電による僅かな振動を検出するものであるので、部分放電が発生していることは検出できるが、３相交流のどの相で部分放電が発生しているかを特定するためには複数のＡＥセンサを使用する必要があり、また、部分放電が発生している相を特定するのに時間を非常に要する。

特許文献３ものでは、部分放電により発生した機器内部の平面波（電磁波）が非金属箇所から機器外部へ漏れ出し、その漏れ出した機器表面を伝播する平面波を検出するものであることから、機器内部で発生した部分放電による平面波により検出される波形以外に、気中部のコロナ放電や機器動作時のスイッチング等の外部からの影響による平面波も検出してしまい、両者を区別することが非常に難しい。また、面電流センサのみの測定では、部分放電が発生している相を判断することはできない。

本発明の目的は、装置構成を複雑とすることなく部分放電の検出精度を向上でき、また部分放電が発生している相の判別が容易にできる部分放電測定装置を提供することである。

請求項１に係る発明の部分放電測定装置は、金属遮蔽機器の外装面に設置され、前記金属遮蔽機器内の部分放電により励起される電流を検出する面電流センサと、前記金属遮蔽機器に課電される電圧を検出する電圧検出装置と、前記面電流センサで検出された電流波形と前記電圧検出装置で検出された電圧波形との同期を取り同一時間軸で表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明の部分放電測定装置は、請求項１の発明において、前記面電流センサは、可撓性を有した絶縁基材上に配置され前記絶縁基材とともに可曲する導体と、前記導体を電磁シールドする可撓性を有したシールド部と、前記導体の一端に形成され前記導体に励起された電流を検出する検出端子と、前記導体の他端に形成され前記導体に励起された電流の反射を防ぐための終端抵抗とを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、金属遮蔽機器の外装面に面電流センサを設置して金属遮蔽機器内の部分放電により励起される電流を検出し、電圧検出装置により金属遮蔽機器に課電される電圧を検出し、表示装置に面電流センサで検出された電流波形と電圧検出装置で検出された電圧波形との同期を取り同一時間軸で表示するので、電流波形と電圧波形との位置関係から部分放電が発生しているか否かを容易に判別でき、部分放電が発生している相も容易に判別できる。また、面電流センサで検出された電流波形と電圧検出装置で検出された電圧波形との同期を取り同一時間軸で表示装置に表示するだけなので、装置構成を複雑とすることなく部分放電の検出精度を向上できる。

請求項２の発明によれば、面電流センサは、屈曲可能であるので金属遮蔽機器の外装面の曲面に合わせて密着して設置できるので、面電流センサの検出精度を向上できる。

本発明の実施形態に係る部分放電測定装置の構成図。 本発明の実施形態における表示装置に表示される電流波形及び電圧波形の一例の波形図。 本発明の実施形態における面電流センサの一例を示す構成図。 本発明の実施形態における面電流センサの他の一例を示す構成図。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る部分放電測定装置の構成図である。面電流センサ１１は、金属遮蔽機器１２の外装面に設置され、金属遮蔽機器１２内の部分放電により励起される電流を検出する。金属隠蔽機器１２は、例えば、ガス絶縁機器であるガス絶縁開閉装置ＧＩＳである。ガス絶縁開閉装置ＧＩＳは、空気よりも優れた絶縁特性及び消孤能力を持った六フッ化硫黄ＳＦ_６ガスを用い、接地された金属製の密閉容器内に、遮断器、断路器、接地開閉器、母線、避雷器、計器用変圧器、変流器等を収納してガス絶縁化したものである。

このような金属隠蔽機器１２の内部で部分放電が発生した場合には、その部分放電により金属隠蔽機器１２の内部で平面波（電磁波）が発生する。発生した平面波は非金属箇所（例えばブッシング）から金属隠蔽機器１２の外部へ漏れ出し、金属隠蔽機器１２の外装面の表面を伝播する。金属隠蔽機器１２の外装面の表面を伝播する平面波により、面電流センサ１１内部の導体が励振され、導体に電流が流れる。その結果、面電流センサ１１内部の導体に電圧が生じることから、この電圧を検出することにより、金属遮蔽機器１２内の部分放電による電流を検出する。

一方、ミニクラッド１３は金属遮蔽機器１２から商用電圧が課電される。ミニクラッド１３は、３相の商用電圧を配電するために必要な主遮断器、計器用変圧器ＰＴ、計器用変流器ＣＴ等を樹脂で固めて、充電部（金属部分）が露出しないようにしたものであり、３相の配電端子部１４ｒ、１４ｓ、１４ｔを有し、この３相の配電端子部１４ｒ、１４ｓ、１４ｔは配電線につながっている。配電端子部１４ｒ、１４ｓ、１４ｔはミニクラッド１３のケーブルヘッドである。図１では、３相の配電端子部１４ｒ、１４ｓ、１４ｔのみを示し、主遮断器、計器用変圧器ＰＴ、計器用変流器ＣＴ等や金属遮蔽機器１２からの接続ケーブルの図示は省略している。

電圧検出装置１５は、金属遮蔽機器１２に課電されている電圧を検出するものである。例えば、商用電圧波形測定用ロゴスキーコイルやクランプＣＴなどであり、３相の配電端子部１４ｒ、１４ｓ、１４ｔのケーブルヘッド周囲に簡易に着脱可能であり、金属遮蔽機器１２に課電されている商用電圧を各相毎に検出する。

面電流センサ１２で検出された電流波形及び電圧検出装置１５で検出された電圧波形は、表示装置１６に入力される。表示装置１６は、面電流センサ１２で検出された電流波形と電圧検出装置１５で検出された電圧波形との同期を取り同一時間軸で表示するものであり、例えば、オシロスコープや液晶表示装置である。

表示装置１６は、電流波形及び電圧波形を表示するにあたり、電流波形と電圧波形との同期を取り同一時間軸で表示する。表示装置１６は時間軸が５ｍｓ/ｄｉｖでサンプリング周波数が５０ＭＳ/ｓ以上の装置を使用する。電流波形及び電圧波形の測定の際には、表示装置１６の時間軸は商用電圧波形が２周期以上入る５ｍｓ/ｄｉｖ程度に設定する。

図２は、表示装置に表示される電流波形及び電圧波形の一例の波形図である。図２では商用電圧が５０Ｈｚであり３相交流ＲＳＴのうちＲ相電圧を示している。従って、商用電圧の電圧波形の１周期、すなわち、電圧波形がマイナスからプラスに変化するゼロクロス点である時点ｔ０１から時点ｔ０２までの時間は２０ｍｓである。また、面電流センサ１２で検出された電流波形は、電圧検出装置１５で検出された電圧波形と同期を取り同一時間軸で表示している。

ここで、部分放電波形は、発生する原因にもよるが、商用電圧の電圧波形のピーク付近若しくはゼロクロス点に同期して、周期１０ｍｓ（商用電圧波形５０Ｈｚの場合）で発生する。従って、面電流センサ１１で検出された電流波形と商用電圧の電圧波形との同期を確認することで、検出された波形が金属遮蔽機器１２の内部からの部分放電によるものか否かを判断できる。すなわち、商用電圧の電圧波形のピーク付近若しくはゼロクロス点において、面電流センサ１１で検出された電流波形の電流値が大きいか否かを判断することにより、金属遮蔽機器１２の内部からの部分放電によるものか否かを判断できる。

図２に示すように、時点ｔ１１における商用電圧の電圧波形のピーク付近（マイナス側にピーク付近）Ｙ１で面電流センサ１１で検出された電流値Ｘ２が大きくなっており、また、時点ｔ１２における商用電圧の電圧波形のピーク付近（プラス側にピーク付近）Ｙ２で面電流センサ１１で検出された電流値Ｘ３が大きくなっている。さらには、時点ｔ１における商用電圧の電圧波形のゼロクロス点Ｚで面電流センサ１１で検出された電流値Ｘ１が大きくなっている。

このことから、商用電圧の電圧波形（Ｒ相）において、そのピーク値前およびゼロクロス付近で部分放電の電流波形が検出されていることになり、部分放電が発生している相はＲ相と判断できる。

このように、面電流センサ１１で検出された電流波形と商用電圧の電圧波形との同期を確認すること、すなわち、商用電圧の電圧波形のピーク付近若しくはゼロクロス点における面電流センサ１１で検出された電流波形の電流値の大きさを確認することで、検出された波形が金属遮蔽機器１２の内部からの部分放電によるものか否かを判断できる。また、部分放電の電流波形と各相の商用電圧の電圧波形との同期を比較することで、部分放電が発生している相を判断することができる。さらに、部分放電の電流値のピーク値を測定することで、金属遮蔽機器１２の異常進展度合いを把握できる。

次に、面電流センサについて説明する。図３は、面電流センサの一例を示す構成図であり、図３（ａ）は内部構造を示す斜視図、図３（ｂ）は外観斜視図である。面電流センサ１１は、絶縁基材１７上に配置された導体１８と、導体１８を電磁シールドするシールド部１９と、導体１８の一端に形成され導体１８に励起された電流を検出する検出端子２０と、導体１８の他端に形成され導体１８に励起された電流の反射を防ぐための終端抵抗２１とから構成される。

導体１８は、例えば一定の幅を有した銅箔であり絶縁基材１７上に配置される。シールド部１９は、導体１８が外部電磁界の影響を受けることなく金属遮蔽機器の外装面の表面に流れる部分放電による電流によってのみ励振するように、導体１８を電磁シールドするものであり、例えば金属筐体で形成される。導体１８の一端には導体１８に励起された電流を検出する検出端子２０が接続され、導体１８の他端には導体１８に励起された電流の反射を防ぐための終端抵抗２１が接続される。検出端子２０及び終端抵抗２１は、金属筐体であるシールド部１９に取り付けられる。そして、導体１８を流れる部分放電による電流は、検出端子２０で検出され表示装置に入力される。

図４は面電流センサの他の一例を示す構成図であり、図４（ａ）は分解斜視図、図４（ｂ）は外観斜視図、図４（ｃ）は屈曲させた状態を示す外観斜視図である。この他の一例は、図３に示した面電流センサ１１に対し屈曲可能としたものである。

図４（ａ）に示すように、シールド部１９は平面上に形成され可撓性を有した金属部材で形成される。同様に、絶縁基材１７も可撓性を有した材料で形成され、絶縁基材１７上に配置される導体１８も可曲性を有するように金属泊（例えば、銅箔）で形成される。そして、導体１８の一端には導体１８に励起された電流を検出する検出端子２０が接続され、導体１８の他端には導体１８に励起された電流の反射を防ぐための終端抵抗２１が接続される。シールド部１９は、図４（ｂ）に示すように、導体１８を包囲して導体１８を電磁シールドする。

このように構成された面電流センサ１１は屈曲可能であるので、図４（ｃ）に示すように、撓ませることができる。これにより、金属遮蔽機器の外装面の曲面に合わせて密着して設置できる。従って、面電流センサ１１の検出精度を向上できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…面電流センサ、１２…金属遮蔽機器、１３…ミニクラッド、１４…配電端子部、１５…電圧検出装置、１６…表示装置、１７…絶縁基材、１８…導体、１９…シールド部、２０…検出端子、２１…終端抵抗

Claims (2)

1. 金属遮蔽機器の外装面に設置され前記金属遮蔽機器内の部分放電により励起される電流を検出する面電流センサと、
   前記金属遮蔽機器に課電される電圧を検出する電圧検出装置と、
   前記面電流センサで検出された電流波形と前記電圧検出装置で検出された電圧波形との同期を取り同一時間軸で表示する表示装置とを備えたことを特徴とする部分放電測定装置。
2. 前記面電流センサは、
   可撓性を有した絶縁基材上に配置され前記絶縁基材とともに可曲する導体と、
   前記導体を電磁シールドする可撓性を有したシールド部と、
   前記導体の一端に形成され前記導体に励起された電流を検出する検出端子と、
   前記導体の他端に形成され前記導体に励起された電流の反射を防ぐための終端抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１記載の部分放電測定装置。

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