JP2654795B2 - 部分放電検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電力ケーブルや発電機コイル等の三相電力
供試体の部分放電を検出するための部分放電検出装置に
関するものである。

［従来の技術］ 部分放電測定は高電圧絶縁の試験法として最も広く行
われている１つであり、近年のコンピュータ計測技術の
普及に伴い、単なる部分放電パルスの検出のみならず、
多様なデータ処理技術によって種々の重要なデータ解析
が行われるようになってきている。しかしながら、部分
放電測定においては高電圧の印加中に数mV程度の微弱な
パルス電圧を供試体から検出・測定するため、各種の雑
音の影響を受け易く、小さな部分放電の測定が困難とな
る。従って、十分な測定感度及び精度を得るためには高
度の雑音除去技術が必要となる。

雑音は計測器自体による内部雑音と外部の環境要因に
より侵入して来る外来雑音とに大別されるが、内部雑音
については計測器の熱雑音やコロナ雑音が主なものであ
り、これを避けることは極めて困難である。一方、外来
雑音は次式に示すように雑音源と侵入経路があって初め
て表れるものであり、その対策としては右辺の双方或い
は一方を零にすればよいことになる。

外来雑音＝侵入経路×雑音源 しかしながら、実際には工場などでは他の設備からの
雑音発生は避けることができないと考えるのが妥当であ
り、結局は侵入経路を遮断することにより外来雑音を除
去する他はない。そこで、測定回路中にラインフィルタ
やブロッキングコイル等を設けたり、１点接地を施こす
ことにより侵入経路を遮断しているが、実際上は更に複
雑な侵入経路を有する雑音も存在しており、完全な外来
雑音の除去は困難である。

従って、測定器によって内部雑音も併せた全雑音と真
の部分放電パルスとの弁別を行わなければならないが、
従来から知られている測定器や測定方法では的確な弁別
を容易に行うことができないという欠点がある。つま
り、結果的には種々の雑音除去対策を施こしたにも拘ら
ず、雑音が大きくて測定が行えなかったり、或いは測定
結果が極めて精度の低いものになる。

例えば、電力ケーブルの部分放電を測定する方法とし
ては、電力ケーブルへの送電を停止して行う方法と、送
電している活線状態で行う方法がある。このうち、送電
を停止して部分放電を測定する方法では、電力ケーブル
を電源から切り離し、新たに試験用直流電源と測定器を
接続することによって行っている。従って、部分放電の
測定をする度に電力ケーブルへの送電を停止して、電力
ケーブルを電源から切り離さなければならず、測定作業
に長時間かつ多数の要員が必要になるばかりでなく、供
給先への送電を停止することによる二次的な影響が生ず
るという問題点がある。更に、部分放電の測定を直流電
圧を印加することによって行っているため、電力ケーブ
ルへの送電時の交流電圧との相関関係を把握しなければ
ならないという欠点もある。

第４図は部分放電の測定を電力ケーブルの活線状態で
行う方法を実施するための従来装置の構成図であり、３
本の三相電力ケーブルCa、Cb、Ccの導体は、それぞれト
ランスTa、Tb、Tcの二次巻線を介して中性点Ｎで接地
し、トランスTa、Tb、Tcの一次巻線はそれぞれ一端を接
地し、他端を50Hz又は60Hzの三相供給電源１に接続され
ている。また、３本の電力ケーブルCa、Cb、Ccの遮蔽層
はそれぞれ接地線Ｇを介して接地し、接地線Ｇを巻回す
るように検知コイル２を配置し、この検知コイル２の出
力は部分放電測定器３に接続されている。

このように構成された装置において、三相供給電源１
からの三相交流電圧により、３本の電力ケーブルCa、C
b、Ccの何れかでボイドにより部分放電が発生すると、
パルス電流が部分放電の起きた電力ケーブルCa、Cb、Cc
の遮蔽層、接地線Ｇを介して接地点に流れる。接地線Ｇ
に流れるパルス電流の電磁誘導により検知コイル２に誘
導電圧が発生し、部分放電測定器３により誘導電圧、即
ちパルス電圧が測定される。そして、単位時間当りの放
電パルス数や放電電荷量を検出することにより、電力ケ
ーブルCa、Cb、Ccの絶縁劣化の程度を計測することがで
きる。

しかしながら、このような装置に外部からパルス性雑
音が加わると、電力ケーブルCa、Cb、Ccと接地線Ｇにパ
ルス電流が流れ、電力ケーブルCa、Cb、Ccの遮蔽層と接
地線Ｇに生じたパルス電流は一体となって接地線Ｇに流
れ、電磁誘導によって検知コイル２にパルス電圧を発生
する。部分放電測定器３では、この外部からのパルス性
雑音によって生ずるパルス電圧と、部分放電によって生
ずるパルス電圧とを区別することが困難であるため、部
分放電の正確な測定を行うことは非常に難しい。また、
３本の電力ケーブルCa、Cb、Ccの全体の絶縁特性を把握
することはできるが、どの電力ケーブルが絶縁劣化を生
ずる異常部分を有しているかを知ることはできない。従
って、電力ケーブル１本ごとの絶縁特性の状況を把握で
きないという欠点もある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の従来例の欠点を除去し、例え
ば電力ケーブルなどの三相電力供試体への送電を行いな
がら、供試体に発生する部分放電を高精度に検出するこ
とが可能な部分放電検出装置提供をすることにある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、三相電
力供試体の各相に接続し検出した放電パルスを放電パル
ス信号として出力する３つの放電パルス検出手段と、前
記三相電力供試体に印加した三相交流電圧の瞬時の絶対
値が２相で等しくなる位相角においてゲートパルス信号
を発生するゲート信号発生手段と、前記ゲートパルス信
号と同期して前記瞬時電圧値の絶対値が等しい２相の前
記放電パルス検出手段による放電パルス信号を求め、こ
れら２相から放電パルス信号が得られれば雑音と判断
し、１相のみから放電パルス信号が得られれば該相に部
分放電があると判断する判別手段とを備えたことを特徴
とする部分放電検出装置である。

［発明の原理］ 三相電力ケーブルを例にした測定を考えると、各電力
ケーブルCa、Cb、Ccには第１図に示すような三相交流電
圧が印加されている。原理的には、三相交流電圧の瞬時
値が１相において零又はピーク値を示す位相角では、他
の２相の電圧瞬時値の絶対値は互いに等しくなるという
性質を利用して、部分放電測定を行うものである。

例えば、基準位相角Ｒが矢印のように60度、120
度、180度、……の時には、各相の電圧の瞬時値は常に
±0.5、 ±0.5の割合の組み合わせとなり、矢印のように30
度、90度、150度、……の時には、常に±0.86、 の組合わせになる。そこで、零又はピーク値を示す相を
基準相として電圧瞬時値の絶対値の等しい２相の放電特
性を測定して絶縁特性を把握することができる。つま
り、これらの２相の電圧瞬時値が等しいために、同じ程
度の絶縁劣化に対しては放電パルスの現われ方が同程度
であるから、２相の放電を比較して大きな放電が何れか
一方の相に生じていれば、その相が絶縁特性を劣化させ
る異常部分を有していると直ちに判断ができる。

また、雑音は全相に共通して侵入すると考えられるの
で、電圧瞬時値の絶対値の等しい２相を比較して測定を
行えば、雑音成分を実質的には相殺することになるの
で、比較的容易に精度の良い測定を行うことが可能であ
る。このような測定を基準相を順次変えて、全ての組み
合わせについて行えば、各相の絶縁特性を個別に把握す
ることが可能となる。

［発明の実施例］ 本発明を第２図、第３図に図示の実施例に基づいて詳
細に説明する。

第２図は上述の測定原理に基づいて構成された本発明
に係る部分放電検出装置のブロック回路構成図であり、
電力ケーブルCaは結合コンデンサCkを介して遮蔽層が接
地されている測定リード端子Raと接続されている。測定
リード端子Raには、パルストランスPTaを介して増幅回
路10a、デジタル化回路11aが順次に接続されている。デ
ジタル化回路11aには、デジタル信号化する際の基準レ
ベルに応じて２つの出力A1、Axがあり、それぞれ演算処
理回路12に接続されている。一方、パルストランスPTa
の接地側には位相回路13a、ゲート信号発生回路14aが順
次に接続されており、ゲート信号発生回路14aの出力Az/
pは演算処理回路12に接続されている。

また、電力ケーブルCb、Ccについても電力ケーブルCa
と同様な回路構成とされ、演算処理回路12は共有されて
いる。演算処理回路12は電力ケーブルCa、Cb、Ccの各相
ごとに演算結果の出力Aout、Bout、Coutを有しており、
図示しないモニタ、カウンタ等の表示手段に接続されて
いる。

いま、第１図に示すような三相交流電圧が電力ケーブ
ルCa、Cb、Ccに印加されているとすると、電力ケーブル
Caに印加されている交流電圧から結合コンデンサCkによ
って放電成分が取り出され、測定リード端子Raに入力す
る。測定リード端子Raから入力した放電成分はパルスト
ランスPTaでパルス成分と交流成分に弁別され、パルス
成分のみが取り出され増幅回路10aによって増幅され
る。増幅された放電パルスはデジタル化回路11aで２種
類のレベルのデジタル信号に変換される。

デジタル化のレベルは基準レベル１とそのａ倍（ただ
し、ａは任意の数）のレベルとされ、それぞれの出力A
1、Axが演算処理回路12に送られる。従って、放電パル
スの大きさによって、２ビットのデジタル信号に変換さ
れて、演算処理回路12にデータが送られることになる。
なお、実施例では動作レベルは１とａの２種類のみであ
るが、３種類又は４種類等のレベルを増加して構成する
こともある。

以上の動作は電力ケーブルCb、Ccについても同様なの
で、電力ケーブルCb、Ccについては説明を省略する。

一方、パルストランスPTaの接地側で交流成分は位相
回路13aに入力し、上述のパルス成分処理系との処理時
間の差が補正された後に、ゲート信号発生回路14aに入
力する。ゲート信号発生回路14aは入力して来る交流電
圧の瞬時値に応じてパルス信号を発生するものであり、
電圧瞬時値が零又はピークのときにハイレベル信号Ｈを
出力Az/pとして出力する。

電力ケーブルCb、Ccからの出力信号も同様であり、こ
れらを第１図を基に位相角ごとのゲート信号発生回路14
a、14b、14cの出力Az/p、Bz/p、Cz/pの関係を表にする
と、次の第１表のようになる。ただし、○印はハイレベ
ル信号Ｈが存在することを示している。

第 １ 表 位相角 Az/p Bz/p Cz/p 0度 ○ 30度 ○ 60度 ○ 90度 ○ 120度 ○ 150度 ○ 180度 ○ 210度 ○ 240度 ○ 270度 ○ 300度 ○ 330度 ○ なお、ゲート信号発生回路14の各相の出力Az/p、Bz/
p、Cz/pを合成すれば、第１図における矢印とで示
した基準位相角Ｒのときにハイレベル信号Ｈを出力する
ことになる。従って、ゲート信号発生回路14は個々に矢
印とで示した基準位相角Ｒのときにハイレベル信号
を出力するような出力ACGtを点線に示すように設けても
よい。ゲート信号として、出力ACGtを用いる場合にはセ
レクタ15を介在して、どの相から送られて来る出力を用
いるかを選択してから演算処理回路12に送る。なお、こ
の際に出力ACGtを選択使用した相は、常に基準相とし放
電特性の測定対象から除外するようにする。そして、順
次出力ACGtを選択使用する相を切り換えて測定を行うよ
うにする。

このようにして、三相電力ケーブルCa、Cb、Ccから演
算処理回路12にデータ及びゲート信号が入力する。演算
処理回路12は基準相から得たゲート信号がハイレベル信
号Ｈの場合に、交流電圧の瞬時値の絶対値が等しい２相
から得たデータ出力に基づいて論理演算を行い、各相ご
とに演算結果をモニタ等に出力する。

第３図は演算処理回路12の具体的構成を示した論理回
路図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の回路及び入出力
をまとめたものが演算処理回路12である。アンド回路20
aは入力として出力A1、Axを有し、出力はアンド回路21a
の一方の入力に接続されている。オア回路22aには電力
ケーブルCb,Caの位相角による出力Bz/p、Cz/pが入力さ
れており、その出力はアンド回路21aの他方に接続さ
れ、更にその出力は演算処理回路12の出力Aoutになって
いる。また、オア回路22bには出力Cz/p、Az/pが入力さ
れ、オア回路22cには出力Az/p,Bz/pが入力されている。

従って、第１表を基にこれらのオア回路22a、22b、22
cの出力の関係を位相角ごとに表記すると、次の第２表
のようになる。だたし、○印は出力が存在することを示
している。

第２表 位相角 オア回路22a オア回路22b オア回路22c 0度 ○ ○ 30度 ○ ○ 60度 ○ ○ 90度 ○ ○ 120度 ○ ○ 150度 ○ ○ 180度 ○ ○ 210度 ○ ○ 240度 ○ ○ 270度 ○ ○ 300度 ○ ○ 330度 ○ ○ この第２表の関係は第１図を参照すれば理解できるよ
うに、例えば位相角が０度のときは電力ケーブルCbとCc
の瞬時電圧値が同じ値であり、このときの電力ケーブル
CbとCcの放電出力を比較すれば雑音を判断することが可
能となる。従って、第３図のアンド回路21b、21cからの
出力を比較し、共に同程度の出力があれば雑音であり、
何れか一方から出力があればその相の電力ケーブルCb又
はCcに異常があることが分かる。

また、位相角30度においては電力ケーブルCaとCcの瞬
間電圧値の絶対値が同じ値であり、このときオア回路22
a、22cから出力が生ずるようになっており、アンド回路
21a、21cの出力を比較することにより電力ケーブルCa、
Ccの部分放電の有無を検出できることになる。

以下、同様にして２相の電力ケーブルの瞬間電圧値の
絶対値が等しい場合に、第２表のように２つのアンド回
路22から出力が生ずるようにされており、２相の電力ケ
ーブルの放電パルスを比較して部分放電を検知できるこ
とになる。

このように構成により、電力ケーブルCaから得られた
放電パルスのデータ出力A1、Axが共にハイレベル信号Ｈ
であれば、出力Aoutがモニタ等の表示手段に出力され
る。即ち、放電パルスが出力Axをハイレベル信号Ｈとす
るだけの大きさを有しているときに初めて出力Aoutが出
力され、モニタ等に表示が行われることになる。これは
電力ケーブルCbと出力Bout及び電力ケーブルCcと出力Co
utについても同様である。

従って、モニタに表示されたデータから、基準相以外
の交流電圧の瞬時値の絶対値が等しい２相の部分放電に
よる放電パルスの大きさの比較が可能となる。例えば、
電力ケーブルCaを基準相とした場合に、出力Boutがハイ
レベル信号で、出力Coutがローレベル信号であれば、電
力ケーブルCbがCcに比較して絶縁劣化が進んでおり、異
常部分が存在するなどの判断を下すことができる。この
ようにして、全ての電力ケーブルCa、Cb、Ccの組合わせ
に対して測定を行えば、電力ケーブルCa、Cb、Ccの絶縁
特性を的確に把えることができる。

なお、増幅回路10とデジタル化回路11の間に極性判別
手段等を設ければ、演算処理回路12の構成は複雑になる
が、雑音除去効果を更に向上させることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る部分放電検出装置
は、三相電力供試体に三相交流電圧を印加して部分放電
の検出を行うことができるので、活線状況下での検出が
可能である。また、三相交流電圧の特性を生かして、２
相の放電特性を交流電圧瞬時値の絶対値が等しい位相角
のときに検出しているので、これらの２相間の放電パル
ス信号を比較することにより部分放電と雑音とを判別す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明に係る部分放電検出装置の原理図、
第２図、第３図は実施例を示し、第２図は装置全体の構
成図、第３図は演算回路の構成図であり、第４図は従来
例の構成図である。 符号10は増幅回路、11はデジタル化回路、12は演算処理
回路、13は位相回路、14はゲート信号発生回路、15はセ
レクタである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三相電力供試体の各相に接続し検出した放
   電パルスを放電パルス信号として出力する３つの放電パ
   ルス検出手段と、前記三相電力供試体に印加した三相交
   流電圧の瞬時の絶対値が２相で等しくなる位相角におい
   てゲートパルス信号を発生するゲート信号発生手段と、
   前記ゲートパルス信号と同期して前記瞬時電圧値の絶対
   値が等しい２相の前記放電パルス検出手段による放電パ
   ルス信号を求め、これら２相から放電パルス信号が得ら
   れれば雑音と判断し、１相のみから放電パルス信号が得
   られれば該相に部分放電があると判断する判別手段とを
   備えたことを特徴とする部分放電検出装置。