JP2950581B2 - 部分放電検出装置 - Google Patents
部分放電検出装置Info
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- 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
- G01R31/1227—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 of components, parts or materials
- G01R31/1263—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 of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
- G01R31/1272—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 of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of cable, line or wire insulation, e.g. using partial discharge measurements
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電力ケーブル及び絶縁開閉装置等の絶縁部
分に発生する部分放電（PD）を検出する部分放電検出装
置に関し、特に高帯域PD検出法に基づく部分放電検出装
置に関する。
分に発生する部分放電（PD）を検出する部分放電検出装
置に関し、特に高帯域PD検出法に基づく部分放電検出装
置に関する。
［従来の技術］ 従来、この種のPD検出装置としては、同調式検出法及
びAE（アコースティック・エミッション）センサを使用
した方法によるもの等が知られている。
びAE（アコースティック・エミッション）センサを使用
した方法によるもの等が知られている。
同調式検出法は、部分放電に伴って発生する電気信号
（以下、部分放電パルスと呼ぶ）を、例えば500KHz程度
の搬送波に乗せて増幅し、検波する方法であるが、周囲
の雑音の影響を受けやすく、微小な部分放電パルスの検
出が困難であるという欠点がある。また、この方法で
は、増幅後の検波によって検波出力信号が単極性とな
り、印加電圧の極性と検波出力信号の極性との比較を行
なうことができないという欠点もある。
（以下、部分放電パルスと呼ぶ）を、例えば500KHz程度
の搬送波に乗せて増幅し、検波する方法であるが、周囲
の雑音の影響を受けやすく、微小な部分放電パルスの検
出が困難であるという欠点がある。また、この方法で
は、増幅後の検波によって検波出力信号が単極性とな
り、印加電圧の極性と検波出力信号の極性との比較を行
なうことができないという欠点もある。
一方、AEセンサによる方法は、部分放電によって絶縁
体内部を伝搬する弾性波をAEセンサで検出する方法であ
る。しかし、この方法は、電気的なノイズの影響を受け
ない反面、超音波が直進性を有しているため、部分放電
発生点からの弾性波の直進位置とセンサの位置とがずれ
ると、検出感度が極端に低下してしまうという欠点があ
る。
体内部を伝搬する弾性波をAEセンサで検出する方法であ
る。しかし、この方法は、電気的なノイズの影響を受け
ない反面、超音波が直進性を有しているため、部分放電
発生点からの弾性波の直進位置とセンサの位置とがずれ
ると、検出感度が極端に低下してしまうという欠点があ
る。
そこで、これらの欠点を解決する同調式検出法の一つ
として、高帯域PD検出法も提案されている。即ち、部分
放電パルス及び周囲雑音の周波数分析を行なうと、数MH
z付近では周囲雑音のレベルが非常に小さく、部分放電
パルスの周波数成分のみが検出されることが知られてい
る。高帯域PD検出法では、この点に着目し、部分放電パ
ルスのうち数MHz付近の周波数成分を高帯域同調回路に
よって検出する。
として、高帯域PD検出法も提案されている。即ち、部分
放電パルス及び周囲雑音の周波数分析を行なうと、数MH
z付近では周囲雑音のレベルが非常に小さく、部分放電
パルスの周波数成分のみが検出されることが知られてい
る。高帯域PD検出法では、この点に着目し、部分放電パ
ルスのうち数MHz付近の周波数成分を高帯域同調回路に
よって検出する。
この高帯域PD検出法によれば、外部ノイズの影響を受
けずに微小な部分放電パルスの検出が可能である。ま
た、この方法によれば、部分放電パルスに含まれる高帯
域成分を抽出するだけでノイズの影響を十分に排除する
ことができるので、その後の検波等の処理を行なう必要
がなく、検出信号の極性判別が可能である。
けずに微小な部分放電パルスの検出が可能である。ま
た、この方法によれば、部分放電パルスに含まれる高帯
域成分を抽出するだけでノイズの影響を十分に排除する
ことができるので、その後の検波等の処理を行なう必要
がなく、検出信号の極性判別が可能である。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の高帯域PD測定法による
部分放電検出装置では、高周波鉄心等を使用した同調回
路及び高帯域の検出インピーダンス素子等が必要であ
り、装置が大がかりになるうえ、活線状態の電力ケーブ
ルに取り付ける場合等はセッティングに手間がかかると
いう問題点がある。また、このために、電力ケーブルの
設計に予め部分放電検出装置を組み込んでおく必要があ
った。
部分放電検出装置では、高周波鉄心等を使用した同調回
路及び高帯域の検出インピーダンス素子等が必要であ
り、装置が大がかりになるうえ、活線状態の電力ケーブ
ルに取り付ける場合等はセッティングに手間がかかると
いう問題点がある。また、このために、電力ケーブルの
設計に予め部分放電検出装置を組み込んでおく必要があ
った。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、装置の構成が簡単であると共に、装置の据え付けも
極めて容易に行なうことができる部分放電検出装置を提
供することを目的とする。
て、装置の構成が簡単であると共に、装置の据え付けも
極めて容易に行なうことができる部分放電検出装置を提
供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明に係る部分放電検出装置は、被検出対象に密着
する電極板と、前記電極板に絶縁体を介して固定され内
部に密閉空間を形成するシールドケースと、前記電極板
に一方の電極が接触するように前記シールドケース内に
配置され部分放電に伴って発生する電気信号に含まれる
特定の高周波数成分によって共振する圧電素子と、この
圧電素子の前記一方の電極及び他方の電極から信号をシ
ールドケース外部に導出する信号導出手段と、この信号
導出手段により外部に導出され前記圧電素子の共振によ
って増幅された信号に基づいて部分放電を検出する信号
処理手段とを有することを特徴とする。
する電極板と、前記電極板に絶縁体を介して固定され内
部に密閉空間を形成するシールドケースと、前記電極板
に一方の電極が接触するように前記シールドケース内に
配置され部分放電に伴って発生する電気信号に含まれる
特定の高周波数成分によって共振する圧電素子と、この
圧電素子の前記一方の電極及び他方の電極から信号をシ
ールドケース外部に導出する信号導出手段と、この信号
導出手段により外部に導出され前記圧電素子の共振によ
って増幅された信号に基づいて部分放電を検出する信号
処理手段とを有することを特徴とする。
［作用］ 圧電素子の固有共振周波数は、通常、数MHz乃至数百M
Hzである。従って、圧電素子が部分放電パルスを受信す
ると、圧電素子は部分放電パルスに含まれる固有共振周
波数成分によって共振し、その周波数成分の信号のみを
増幅するので、上記固有共振周波数での同調回路として
機能する。
Hzである。従って、圧電素子が部分放電パルスを受信す
ると、圧電素子は部分放電パルスに含まれる固有共振周
波数成分によって共振し、その周波数成分の信号のみを
増幅するので、上記固有共振周波数での同調回路として
機能する。
一方、上記固有共振周波数が数MHz乃至数十MHzである
と、ノイズ成分の影響が十分に排除され部分放電パルス
を高い感度で検出することができる。従って、前記圧電
素子の出力信号を信号処理手段で処理することにより、
周囲のノイズに影響されない高感度のPD検出を行なうこ
とができる。
と、ノイズ成分の影響が十分に排除され部分放電パルス
を高い感度で検出することができる。従って、前記圧電
素子の出力信号を信号処理手段で処理することにより、
周囲のノイズに影響されない高感度のPD検出を行なうこ
とができる。
そして、この発明によれば、センサ部が圧電素子によ
って構成され、特別な同調回路等を必要としないので、
装置の構成を簡単化することができ、被検出対象に対す
る取り付け作業も容易になる。
って構成され、特別な同調回路等を必要としないので、
装置の構成を簡単化することができ、被検出対象に対す
る取り付け作業も容易になる。
また、取り付けが容易であることから、部分放電検出
装置を予め設計に組み込んでおく必要がなく、付設後の
ケーブルジョイントに使用することもできる。
装置を予め設計に組み込んでおく必要がなく、付設後の
ケーブルジョイントに使用することもできる。
［実施例］ 以下、添付の図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。
説明する。
第１図は本発明の実施例に係る部分放電検出装置の構
成を示す模式図である。
成を示す模式図である。
この装置は、部分放電を検出すべき電力ケーブル等の
被検出対象１に取り付けられたセンサ２と、このセンサ
２の出力の増幅する広帯域アンプ３と、この広帯域アン
プ３の出力に対して波形観測を行なうための信号処理回
路４と、この信号処理回路４の出力を解析するコンピュ
ータ５とにより構成されている。
被検出対象１に取り付けられたセンサ２と、このセンサ
２の出力の増幅する広帯域アンプ３と、この広帯域アン
プ３の出力に対して波形観測を行なうための信号処理回
路４と、この信号処理回路４の出力を解析するコンピュ
ータ５とにより構成されている。
センサ２は、圧電素子６の両面に電極7,8を配置して
構成されたもので、被検出対象１に対して容量結合され
たものとなっている。このセンサ２の更に詳細な構成例
を第２図に示す。金属製のシールドケース11は、その一
方に開口部が形成されており、この開口部はアルミニウ
ム製の電極板12によって閉塞されている。シールドケー
ス11と電極板12との間には、絶縁体からなる環状部材13
が介挿され、両者を電気的に絶縁している。シールドケ
ース11の内部には、両面に銀の蒸着によって電極7,8が
形成された圧電素子６が収容されている。電極７は電極
板12の内側に電気的に接続された状態で密着固定されて
いる。圧電素子６としては、例えばチタン酸ジルコン酸
鉛（PZT）又はポリフッ化ビニリデン（PVdF）等が好適
である。電極7,8は、夫々リード線14,15を介してコネク
タ16,17のホット側に接続されている。また、コネクタ1
6,17のアース側は、夫々リード線18,19を介してシール
ドケース11に接続されている。
構成されたもので、被検出対象１に対して容量結合され
たものとなっている。このセンサ２の更に詳細な構成例
を第２図に示す。金属製のシールドケース11は、その一
方に開口部が形成されており、この開口部はアルミニウ
ム製の電極板12によって閉塞されている。シールドケー
ス11と電極板12との間には、絶縁体からなる環状部材13
が介挿され、両者を電気的に絶縁している。シールドケ
ース11の内部には、両面に銀の蒸着によって電極7,8が
形成された圧電素子６が収容されている。電極７は電極
板12の内側に電気的に接続された状態で密着固定されて
いる。圧電素子６としては、例えばチタン酸ジルコン酸
鉛（PZT）又はポリフッ化ビニリデン（PVdF）等が好適
である。電極7,8は、夫々リード線14,15を介してコネク
タ16,17のホット側に接続されている。また、コネクタ1
6,17のアース側は、夫々リード線18,19を介してシール
ドケース11に接続されている。
センサ２の出力は、同軸ケーブル９を介して広帯域ア
ンプ３に入力されている。また、広帯域アンプ３の出力
を入力する信号処理回路４としては、例えばディジタイ
ジングオシロスコープ、スペクトルアナライザ又はウェ
ーブメモリ等を使用することができる。
ンプ３に入力されている。また、広帯域アンプ３の出力
を入力する信号処理回路４としては、例えばディジタイ
ジングオシロスコープ、スペクトルアナライザ又はウェ
ーブメモリ等を使用することができる。
次に、このように構成された部分放電検出装置の動作
について説明する。
について説明する。
圧電素子６は、低周波領域では、第３図（ａ）の等価
回路に示すように、抵抗R1と容量C1との並列回路からな
る容量性の素子となっているが、その固有共振周波数近
傍の周波数領域では、第３図（ｂ）の等価回路に示すよ
うに、抵抗R1、インダクタンスＬ及び容量C2の直列回路
と容量C3との並列回路からなる共振回路を構成するの
で、固有共振周波数で共振する。圧電素子６の固有共振
周波数は、その材質及び厚さによって異なるが、例えば
数MHz乃至数十MHz付近となることが多い。
回路に示すように、抵抗R1と容量C1との並列回路からな
る容量性の素子となっているが、その固有共振周波数近
傍の周波数領域では、第３図（ｂ）の等価回路に示すよ
うに、抵抗R1、インダクタンスＬ及び容量C2の直列回路
と容量C3との並列回路からなる共振回路を構成するの
で、固有共振周波数で共振する。圧電素子６の固有共振
周波数は、その材質及び厚さによって異なるが、例えば
数MHz乃至数十MHz付近となることが多い。
一方、部分放電パルスに含まれる信号成分のうち外来
ノイズにはあまり含まれていない信号成分を検出するこ
とで高感度のPD検出を行なうことができる。この信号成
分は、部分放電の発生点とセンサ２との距離、その間の
被検出対象１の高周波減衰定数及び測定環境等の外的な
要因によって多少の差はあるが、数MHz乃至数十MHzとな
ることが確認されている。
ノイズにはあまり含まれていない信号成分を検出するこ
とで高感度のPD検出を行なうことができる。この信号成
分は、部分放電の発生点とセンサ２との距離、その間の
被検出対象１の高周波減衰定数及び測定環境等の外的な
要因によって多少の差はあるが、数MHz乃至数十MHzとな
ることが確認されている。
従って、被検出対象１に部分放電が発生し、被検出対
象１と容量結合されたセンサ２に部分放電パルスが受信
されると、部分放電パルスには圧電素子６の共振周波数
成分が含まれているので、圧電素子６の共振作用によっ
て、外部ノイズには含まれない数MHz乃至数十MHzの信号
成分が抽出され、増幅されてコネクタ16,17から取り出
されることになる。
象１と容量結合されたセンサ２に部分放電パルスが受信
されると、部分放電パルスには圧電素子６の共振周波数
成分が含まれているので、圧電素子６の共振作用によっ
て、外部ノイズには含まれない数MHz乃至数十MHzの信号
成分が抽出され、増幅されてコネクタ16,17から取り出
されることになる。
ここで、センサ２が第２図で示すような構成である
と、センサ２からは、圧電素子６の両電極7,8の信号が
夫々独立に抽出されることになるから、これらの信号を
差動増幅することにより、センサ２と広帯域アンプ３と
の間に混入する同相ノイズを除去することができる。
と、センサ２からは、圧電素子６の両電極7,8の信号が
夫々独立に抽出されることになるから、これらの信号を
差動増幅することにより、センサ２と広帯域アンプ３と
の間に混入する同相ノイズを除去することができる。
このように、本実施例に係る部分放電検出装置によれ
ば、固有共振周波数が数MHz乃至数十MHzの圧電素子６を
センサ２として使用したので、圧電素子６をバンドパス
フィルタ及び増幅器として機能させることができ、従来
の高帯域PD検出法で使用した高周波鉄心等の同調回路が
不要になる。これにより、活線状態の電力ケーブル等へ
の設置も容易に行なうことができるから、活線下での部
分放電測定の監視システムへの適用も可能である。
ば、固有共振周波数が数MHz乃至数十MHzの圧電素子６を
センサ２として使用したので、圧電素子６をバンドパス
フィルタ及び増幅器として機能させることができ、従来
の高帯域PD検出法で使用した高周波鉄心等の同調回路が
不要になる。これにより、活線状態の電力ケーブル等へ
の設置も容易に行なうことができるから、活線下での部
分放電測定の監視システムへの適用も可能である。
ちなみに、本発明者等は、第４図に示すような実験装
置を使用して部分放電検出の実験を行なった。
置を使用して部分放電検出の実験を行なった。
被検出対象21としては、厚み1mmのエポキシ樹脂から
なる絶縁板22,23を厚み0.125mmのカプトンからなるスペ
ーサ24を介して対向配置させ、周囲をエポキシ系樹脂か
らなる封止剤25で封止して、両絶縁板22,23間に0.125mm
の模擬ボイドが形成されたものを使用した。
なる絶縁板22,23を厚み0.125mmのカプトンからなるスペ
ーサ24を介して対向配置させ、周囲をエポキシ系樹脂か
らなる封止剤25で封止して、両絶縁板22,23間に0.125mm
の模擬ボイドが形成されたものを使用した。
被検出対象21の両側には、ステンレス製の電極板26,2
7を配置し、その一方の電極26にAC5kVの電圧を印加する
と共に、他方の電極27を接地した。そして、電極27にセ
ンサ28を接触させた。センサ28は、圧電素子29の両面に
銀蒸着による電極30,31を配置して構成し、圧電素子に
は、厚さ110μｍ、固有共振周波数10MHzのPVdFを使用し
た。
7を配置し、その一方の電極26にAC5kVの電圧を印加する
と共に、他方の電極27を接地した。そして、電極27にセ
ンサ28を接触させた。センサ28は、圧電素子29の両面に
銀蒸着による電極30,31を配置して構成し、圧電素子に
は、厚さ110μｍ、固有共振周波数10MHzのPVdFを使用し
た。
そして、このセンサ28の出力を20乃至80dBの広帯域ア
ンプ32を介してディジタイジングオシロスコープ33で観
測した。
ンプ32を介してディジタイジングオシロスコープ33で観
測した。
この結果、数十pCの電荷量で第５図（ａ）に示すよう
な部分放電パルスを観測することができた。また、電極
板26,27間に15pCの校正パルスを印加したところ、第５
図（ｂ）に示すような校正パルスを観測することができ
た。
な部分放電パルスを観測することができた。また、電極
板26,27間に15pCの校正パルスを印加したところ、第５
図（ｂ）に示すような校正パルスを観測することができ
た。
これらの実験結果から明らかなように、固有共振周波
数10MHzのPVdFによるセンサ28を使用することにより、
部分放電パルスに伴って発生する10MHzの信号成分を高
感度で検出することができる。なお、この実験は工場内
のノイズの影響が大きいところで行なったが、第５図に
示す通り、外部ノイズを十分に排除することができた。
数10MHzのPVdFによるセンサ28を使用することにより、
部分放電パルスに伴って発生する10MHzの信号成分を高
感度で検出することができる。なお、この実験は工場内
のノイズの影響が大きいところで行なったが、第５図に
示す通り、外部ノイズを十分に排除することができた。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、部分放電パル
スに含まれる特定の高周波数成分を圧電素子の共振作用
によって検出するようにしたので、特別な同調回路及び
インピーダンス素子を必要とせず、装置の構成を簡単化
することができる。
スに含まれる特定の高周波数成分を圧電素子の共振作用
によって検出するようにしたので、特別な同調回路及び
インピーダンス素子を必要とせず、装置の構成を簡単化
することができる。
また、高周波鉄心等の同調回路を被検出対象に取り付
ける従来の方法に比べ、本発明では、小型の圧電素子を
被検出対象に取り付けるだけであるから、装置の据え付
け作業も容易になるという効果を奏する。
ける従来の方法に比べ、本発明では、小型の圧電素子を
被検出対象に取り付けるだけであるから、装置の据え付
け作業も容易になるという効果を奏する。
第１図は本発明の実施例に係る部分放電検出装置の構成
を示す模式図、第２図は同装置におけるセンサの詳細な
構成を示す断面図、第３図は同センサにおける圧電素子
の低周波領域及び高周波領域での等価回路を示す回路
図、第４図は本発明の効果を確認するための実験装置の
模式図、第５図は同実験装置によって観測された部分放
電パルスの波形を示すグラフ図である。 1,21;被検出対象、2,28;センサ、3,32;広帯域アンプ、
4;信号処理回路、5,34;コンピュータ、6,29;圧電素子、
7,8,30,31;電極、9;同軸ケーブル、11;シールドケー
ス、12,26,27;電極板、13;環状体、14,15,18,19;リード
線、16,17;コネクタ、22,23;絶縁板、24;スペーサ、25;
封止剤、33;ディジタイジングオシロスコープ
を示す模式図、第２図は同装置におけるセンサの詳細な
構成を示す断面図、第３図は同センサにおける圧電素子
の低周波領域及び高周波領域での等価回路を示す回路
図、第４図は本発明の効果を確認するための実験装置の
模式図、第５図は同実験装置によって観測された部分放
電パルスの波形を示すグラフ図である。 1,21;被検出対象、2,28;センサ、3,32;広帯域アンプ、
4;信号処理回路、5,34;コンピュータ、6,29;圧電素子、
7,8,30,31;電極、9;同軸ケーブル、11;シールドケー
ス、12,26,27;電極板、13;環状体、14,15,18,19;リード
線、16,17;コネクタ、22,23;絶縁板、24;スペーサ、25;
封止剤、33;ディジタイジングオシロスコープ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−284775（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−12073（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−277775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−284477（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−128173（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01R 31/12 - 31/20
Claims (2)
- 【請求項１】被検出対象に密着する電極板と、前記電極
板に絶縁体を介して固定され内部に密閉空間を形成する
シールドケースと、前記電極板に一方の電極が接触する
ように前記シールドケース内に配置され部分放電に伴っ
て発生する電気信号に含まれる特定の高周波数成分によ
って共振する圧電素子と、この圧電素子の前記一方の電
極及び他方の電極から信号をシールドケース外部に導出
する信号導出手段と、この信号導出手段により外部に導
出され前記圧電素子の共振によって増幅された信号に基
づいて部分放電を検出する信号処理手段とを有すること
を特徴とする部分放電検出装置。 - 【請求項２】前記圧電素子は、数MHz乃至数十MHzの固有
共振周波数を持つものであることを特徴とする請求項１
に記載の部分放電検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2141922A JP2950581B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 部分放電検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2141922A JP2950581B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 部分放電検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0434379A JPH0434379A (ja) | 1992-02-05 |
| JP2950581B2 true JP2950581B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=15303280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2141922A Expired - Fee Related JP2950581B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 部分放電検出装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2950581B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6930610B2 (en) * | 2002-05-03 | 2005-08-16 | General Electric Company | Monitoring system and method for wiring systems |
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1990
- 1990-05-31 JP JP2141922A patent/JP2950581B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0434379A (ja) | 1992-02-05 |
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