JP3176335B2 - 部分放電測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は部分放電測定装置に
関し、特に、電子部品や電子材料の絶縁性能の測定に用
いて好適な部分放電測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気電子機器における安全は、ほとんど
が絶縁によって保たれている。絶縁は事故防止のために
重要であり、各種安全規格（ＩＥＣ規格，ＵＬ規格，電
気用品取締法等）により各種試験方法が定められてい
る。

【０００３】絶縁抵抗試験は、供試物に直流電圧を印加
して供試物に流れる電流値からオームの法則にしたがっ
て直流抵抗値を算出するもので、通常は１Ｍオーム以上
を測定する。絶縁抵抗試験は、供試物の絶縁物の絶縁性
能が吸湿などの理由で低下していないかどうかを判定す
るために行われるもので、耐電圧試験に比べて低い電圧
の５００Ｖや１０００Ｖなど直流電圧を印加して行う。
したがって、絶縁材料の変質（吸湿等）は検査できる
が、絶縁物の欠損やすき間の部分（ボイド（ＶＯＩ
Ｄ））までは検査することができない。

【０００４】耐電圧試験は、一般的には供試物に交流の
高電圧を印加して、供試物が破損しないことを確認する
試験であり、直流電圧で試験することもある。耐電圧試
験では不良品を絶縁破壊するため、５００ＶＡの大電力
を印加する。耐電圧試験の良否判定は供試物の破壊の有
無によって行われるが、耐電圧試験器は供試物が絶縁破
壊したときに流れるリーク電流を検出し、供試物の破損
の有無を判断する。

【０００５】つまり、耐電圧試験は、「絶縁破壊＝電流
の増加」の図式になる。耐電圧試験は、このように良否
判定を行うだけの試験であり、試験で不合格になった供
試物は、多くの場合破損して復元不可能になってしま
う。普通、耐電圧試験物の電流検出方法は実効値検出ま
たは平均値検出であり、ピーク電流の検出は行っていな
い。また、絶縁物の静電容量分に流れる無効電流（この
電流もリーク電流に含まれる）を分離できないため、小
さな放電電流を検出することはできない。したがって、
単発放電や部分放電は検出できず、絶縁不良の原因にな
るボイド等が存在していても、耐電圧試験で破壊（電流
の増加）がなければ良品と判断されてしまう。

【０００６】なおこの明細書中で、部分放電とは導体間
の絶縁を部分的にのみ橋絡する放電を言い、導体間を完
全に橋絡する放電を含まない。部分放電のうち導体周囲
の空気中で発生するものをコロナ放電と称する。

【０００７】このように、上記の耐電圧試験は供試物に
ダメージを与えるため、特に部品レベルでの絶縁評価に
は適していない。

【０００８】そこで、ＪＥＣ−０４０１（電気学会 電
気規格調査会標準規格）には、供試物が絶縁破壊に至る
前の状態を検出するための部分放電測定について規定さ
れている。

【０００９】図５ないし図７は、ＪＥＣ−０４０１に規
定されている従来の部分放電測定装置のブロック図であ
る。図５は基本回路、図６はブッシングタップを用いた
測定回路、図７は自ら電圧を誘導できる供試物の測定回
路を示す。

【００１０】各図の回路では、商用電源Ｖａｃより供試
物に交流高電圧を印加して部分放電を生じさせ、これに
より発生する微少なパルス性の電圧変化を電気的な検出
インピーダンスＺｄにより検出し、測定器Ｍにより部分
放電の大きさを測定できるようになっている。

【００１１】この部分放電測定によれば、供試物が絶縁
破壊に至る前の状態を検出するので、耐電圧試験では解
らなかった潜在的な不良や検出できなかった潜在的な不
良、あるいは製造上のバラツキも検出することができ
る。具体的には、非破壊で不良を検出できること、欠陥
部分の調査が容易に可能であること、原因不明の不良の
解析が容易に可能であること、絶縁設計上の最適化が容
易に可能であること、製造上発生するバラツキを抑える
ことが容易に可能であること、材料レベルでのバラツキ
の発見が容易に可能であることが部分放電測定の効果で
あり、これにより、全体的な安全性の向上に有効であ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の部分放電測定では、測定精度をより向上させること、
測定をより容易にすることが要望されている。

【００１３】そこで、本発明は上記の課題に鑑みて成さ
れたものであって、上記の課題を解決した部分放電測定
装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１の本発明装置は、供試物に高電圧を印加し
て該供試物の絶縁性能を測定する部分放電測定装置にお
いて、出力電圧値を任意のパターンによりスイープされ
る正弦波発振手段と、前記正弦波発振手段からの正弦波
より所望の正弦波電圧を生成し、前記供試物に印加する
電圧印加手段と、前記所望の正弦波電圧の印加により前
記供試物に流れる電流を検出し、前記正弦波の周期と同
期した期間毎に積分する電流積分手段と、前記電流積分
手段により得た積分値を前記正弦波の周期と同期してサ
ンプルホールドするサンプリング手段とを備えたことを
特徴とする。

【００１５】また、請求項２の本発明装置は、請求項１
において、前記印加した前記所望の正弦波電圧を前記正
弦波の周期と同期して測定する電圧測定手段をさらに備
えたものである。

【００１６】また、請求項３の本発明装置は、請求項２
において、前記サンプリング手段によりサンプルホール
ドした値と前記測定した電圧との関係を図示する図示手
段をさらに備えたものである。

【００１７】また、請求項４の本発明装置は、請求項２
または３において、前記サンプリング手段によりサンプ
ルホールドした値をディジタル値に変換する手段と、前
記ディジタル値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段か
ら前記ディジタル値を任意に読み出して所定の演算を行
う演算手段とをさらに備えたものである。

【００１８】また、請求項５の本発明装置は、請求項４
において、前記演算手段により、前記サンプリング手段
によりサンプルホールドした値の平均値を算出するよう
にしたものである。

【００１９】また、請求項６の本発明装置は、請求項４
において、前記演算手段により、前記サンプリング手段
によりサンプルホールドした値の和を算出するようにし
たものである。

【００２０】また、請求項７の本発明装置は、請求項４
において、前記サンプリング手段によりサンプルホール
ドした値を所定期間について平均化する手段をさらに備
えたものである。

【００２１】また、請求項８の本発明装置は、請求項４
において、前記サンプリング手段によりサンプルホール
ドした値を所定期間について積分する手段をさらに備え
たものである。

【００２２】また、請求項９の本発明装置は、請求項１
ないし８のいずれかにおいて、前記サンプリング手段に
よりサンプルホールドした値と、限度値設定手段により
設定した所定の限度値とをコンパレータで比較し、合否
判定するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。

【００２４】（第１の実施の形態）図１および図２は本
発明に係る部分放電測定装置の第１の実施の形態を示す
ブロック図である。

【００２５】図１において、１は内部に発振器を備えた
正弦波発振部であり、所定周波数の正弦波電圧を波形歪
が極めて少なく、かつ安定に発振出力する。正弦波発振
部１からの出力電圧値は、外部から設定される任意の電
圧パターンによりスイープされる様になっている。正弦
波発振部１はまた、出力する正弦波の周波数と同期した
タイミングパルスＴｐを生成出力する。

【００２６】正弦波発振部１からの正弦波電圧はパワー
アンプ２により増幅されてからトランス３の一次側に印
加され、その二次側に昇圧された電圧が出力される。こ
の昇圧出力が所望の高電圧（たとえば、最大１４４０
Ｖ）となるように、パワーアンプ２の利得、トランス３
の巻数比等が決められている。トランス３の二次側高圧
出力はインピーダンス素子Ｚの一端に接続され、二次側
低圧出力とインピーダンス素子Ｚの他端の間にキャパシ
タンスＣが接続される。インピーダンス素子Ｚとキャパ
シタンスＣの共通接続点は供試物Ｓの一方の電極が接続
される高圧側試験電極４ａに接続され、供試物Ｓの他方
の電極が接続される低圧側試験電極４ｂとトランス３の
二次側低圧出力の間には電流検出用の抵抗Ｒ（インピー
ダンスＺの場合もある）が接続される。

【００２７】ここで、部分放電測定について簡単に説明
する。

【００２８】部分放電測定では、供試物を２つの電極で
挟んで測定を行うが、供試物はコンデンサと抵抗の等価
回路に置き換えることができる。供試物に、例えば内部
のボイド、欠損等の何らかの理由で材料が不均一で一様
でない部分が存在するときは、等価回路のコンデンサは
様々なコンデンサを直並列したものとみなされる。

【００２９】通常、供試物内部の隙間は空気等の気体で
できており、その大きさは非常に小さいためにコンデン
サの静電容量は小さい。隙間を有する供試物の両端電極
に交流電圧を印加した場合、静電容量の小さな隙間ほど
大きな電圧がかかることになる。

【００３０】絶縁距離の小さいすき間の部分では比較的
低電圧で放電が行われる。すき間の部分で放電しても全
体の絶縁物があるので電極間を短絡する放電には至らな
いが、この部分の長時間のストレスや部分放電発生によ
りオゾンや窒素酸化物が発生して絶縁物の劣化が進むと
すき間が増大して、最終的には供試物全体に影響する絶
縁破壊に達する場合もある。すき間の部分で放電しても
電極間を短絡する放電には至らない上記の状態が部分放
電であり、部分放電発生時の電荷の移動を検出する試験
が部分放電試験である。

【００３１】本実施の形態では、図１の構成により所定
周波数で所望の高電圧が供試物Ｓに印加され、このとき
供試物Ｓに流れる電流を抵抗Ｒにより検出して電荷を求
めるようにした。これにより、印加電圧と、電圧印加時
の電荷の移動を測定することができる。

【００３２】抵抗Ｒにより検出された電流はハイパスフ
ィルタ５により広域成分を取り出され、さらに整流回路
６により半波整流される。整流出力は積分部７に入力さ
れ、正弦波発振部１からの正弦波の周波数と同期した期
間毎に（同一周波数で）積分を間断なく繰り返し実行さ
れるようになっている。

【００３３】すなわち積分部７は、タイミングパルスＴ
ｐによりスイッチングするリセットスイッチＳ１と、オ
ペアンプＯＰと積分用のコンデンサＣ１からなる周知の
積分回路７ａで構成され、コンデンサＣ１にチャージさ
れた電荷をリセットスイッチＳ１により上記した期間毎
に放電させるようになっている。積分部７により得られ
た直流電圧の積分値はサンプルホールド回路８に入力さ
れ、タイミングパルスＴｐにより動作するサンプリング
スイッチＳ２のスイッチングタイミングで、上記した期
間毎にサンプリングコンデンサＣ２に保持される。この
積分値は、供試物Ｓのギャップにおける電荷を表してい
る。

【００３４】一方、試験電極４ａと４ｂには電圧測定部
９が接続され、これにより供試物Ｓに印加される電圧を
測定する。電圧測定部９にはタイミングパルスＴｐが入
力され、積分値のリセットと同様にして正弦波発振部１
からの正弦波の周波数と同期した期間毎に（同一周波数
で）電圧測定を間断なく繰り返し実行されるようになっ
ている。

【００３５】この電圧測定結果とサンプリングコンデン
サＣ２に保持された積分値は、図２に示すようにたとえ
ばＡ／Ｄボード２０等を介してディジタルデータとされ
て測定結果表示部２５に入力され、ここで所定の処理を
施されて両者の関係がグラフ表示され、また、測定結果
に算術演算を行うこともできる。

【００３６】測定結果表示部２５は、液晶やＣＲＴやプ
ラズマディスプレイ等の表示画面を有する表示装置と、
入力データを記憶するメモリと、入力データの演算処理
を行う演算装置を備える構成であればよく、パーソナル
コンピュータにより実現することができる。

【００３７】図２において、Ａ／Ｄボード２０内のＡ／
Ｄコンバータ２１、２２により入力データをＡ／Ｄ変換
したディジタルデータをＲＡＭ２６に一時記憶し、ＣＰ
Ｕ２７により必要に応じて読み出し、グラフ表示のため
のデータ処理を行って表示装置２８の表示画面に測定値
と共に表示させる。Ａ／Ｄコンバータ２１、２２は、タ
イミングパルスＴＰを入力され、図１の正弦波発振部１
からの正弦波の周波数と同期した期間毎にＡ／Ｄ変換を
行う。

【００３８】ＣＰＵ２７により、正弦波発振部１の前述
した正弦波の電圧可変パターンを設定し、スイープさせ
ることもできる。

【００３９】図３は本実施の形態における測定結果表示
部２５の表示画面の一例を示し、曲線Ａは積分値（電
荷）、曲線Ｂは電圧を表す。横軸は正弦波のスイープ時
間、縦軸は電荷量と電圧値を表す。ただし、表示の便宜
上、電圧の測定値は横軸に沿って表示してある。図３に
おける電圧可変パターンは台形状とされているが、電圧
の一定値が異なる２つの台形を組み合わせたパターンと
してもよいし、電圧の一定値が階段状に変化するパター
ンとしてもよく、任意の設定を行うことができる。

【００４０】この様に、測定結果表示部２５の表示画面
に電荷と電圧の関係が明らかになるように両方の測定結
果を同時にグラフ表示したので、部分放電試験における
供試物の状態を容易に把握することができる。また、供
試物に流れる電流を積分することにより移動電荷量を求
めて、かつ試験用の正弦波の周波数と同期してその一サ
イクル毎に積分値のリセット、サンプルホールドを行っ
て部分放電電荷量を測定しているので、正弦波の周波数
によらずに常に安定した測定結果を得ることができ再現
性の良い部分放電試験を行える。さらに、正弦波のすべ
ての周期に対して積分リセットとサンプルホールドを行
い、サンプルホールド結果のディジタルデータをメモリ
にすべて記憶しておくので、ランダムに発生する部分放
電現象を見逃すことなく測定することができる。

【００４１】（他の実施の形態）上記実施の形態は供試
物の電圧と電荷を測定するように構成したが、抵抗Ｒの
両端の電圧を検出して電流に換算するようにすれば、供
試物に流れる漏れ電流を測定することができる。この漏
れ電流の測定も、タイミングパルスＴｐを用いて、積分
値のリセット、サンプルホールドと同様にして正弦波発
振部１からの正弦波の周波数と同期した期間毎に行って
測定結果表示部２５の表示画面に曲線Ｃとして曲線Ａ、
Ｂと共に表示した例も図２に示してある。

【００４２】また、ＲＡＭ２６中のディジタルデータを
読み出してＣＰＵ２７により移動平均処理等の算術演算
を行うことで、部分放電の発生傾向を把握するのが容易
になる。サンプリングした電荷量の和をＣＰＵ２７によ
り演算すれば、総電荷量を求めることができる。

【００４３】総電荷量は演算処理によらなくともハード
ウエア構成により求めることもでき、図１のサンプルホ
ールド回路８の出力と図２のＡ／Ｄボード２０の間に積
分回路を設けて積分することで得ることができる。ま
た、図１のサンプルホールド回路８の出力と図２のＡ／
Ｄボード２０の間にローパスフィルタ（図示せず）を設
けて測定結果表示部２５に入力することで、ランダムに
発生する部分放電の平均値を表示させることもできる。

【００４４】さらに、上記においては電圧を印加して部
分放電現象が発生した時の移動電荷や印加電圧そのもの
の測定、観測を容易にする場合について説明したが、図
４に示すような構成を追加することにより、所定の限度
値に基づいて供試物の合否判定を行う場合に用いること
もできる。

【００４５】図４において、４０は限度値を設定するレ
ジスタ、４１はサンプルホールド回路８の出力と限度値
を比較するディジタルコンパレータであり、比較結果を
ＣＰＵ２７に転送する。レジスタ４０には、実験結果等
に基いた任意の値を可変設定することができる。

【００４６】レジスタ４０の代わりに電圧を可変できる
電圧源等を設けて限度値を設定するようにし、ディジタ
ルコンパレータ４１の代わりにアナログコンパレータを
用いたアナログ回路でもよく、このような構成は、サン
プルホールド回路８の出力にローパスフィルタまたは積
分回路を追加した前述の場合にも有効である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明によれば、出
力電圧値を任意のパターンによりスイープされる正弦波
より所望の正弦波電圧を生成して供試物に印加すること
で供試物に流れる電流を検出し、正弦波の周期と同期し
た期間毎に積分して得た積分値を正弦波の周期と同期し
てサンプルホールドするので、正弦波の周波数によらず
に正確に供試物の電荷を求めることができ、より容易に
高精度の部分放電の測定を行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る部分放電測定装置の第１の実施の
形態を示すブロック図である。

【図２】本発明に係る部分放電測定装置の第１の実施の
形態を示すブロック図である。

【図３】本発明に係る部分放電測定装置の測定結果表示
部の表示画面の一例を示す説明図である。

【図４】本発明に係る部分放電測定装置の他の実施の形
態の一部を示すブロック図である。

【図５】従来の部分放電測定装置の一例のブロック図で
ある。

【図６】従来の部分放電測定装置の一例のブロック図で
ある。

【図７】従来の部分放電測定装置の一例のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 正弦波発振部 ２ パワーアンプ ３ トランス ４ａ、４ｂ 試験電極 ５ ハイパスフィルタ ６ 整流回路 ７ 積分部 ７ａ 積分回路 ８ サンプルホールド回路 ９ 電圧測定部 ２０ Ａ／Ｄボード ２１、２２ Ａ／Ｄコンバータ ２５ 測定結果表示部 ２６ ＲＡＭ ２７ ＣＰＵ ２８ 表示装置 Ｓ１ リセットスイッチ Ｓ 供試物

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供試物に高電圧を印加して該供試物の絶
   縁性能を測定する部分放電測定装置において、 出力電圧値を任意のパターンによりスイープされる正弦
   波発振手段と、 前記正弦波発振手段からの正弦波より所望の正弦波電圧
   を生成し、前記供試物に印加する電圧印加手段と、 前記所望の正弦波電圧の印加により前記供試物に流れる
   電流を検出し、前記正弦波の周期と同期した期間毎に積
   分する電流積分手段と、 前記電流積分手段により得た積分値を前記正弦波の周期
   と同期してサンプルホールドするサンプリング手段とを
   備えたことを特徴とする部分放電測定装置。
2. 【請求項２】 前記印加した前記所望の正弦波電圧を前
   記正弦波の周期と同期して測定する電圧測定手段をさら
   に備えたことを特徴とする請求項１に記載の部分放電測
   定装置。
3. 【請求項３】 前記サンプリング手段によりサンプルホ
   ールドした値と前記測定した電圧との関係を図示する図
   示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載
   の部分放電測定装置。
4. 【請求項４】 前記サンプリング手段によりサンプルホ
   ールドした値をディジタル値に変換する手段と、 前記ディジタル値を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段から前記ディジタル値を任意に読み出して
   所定の演算を行う演算手段とをさらに備えたことを特徴
   とする請求項２または３に記載の部分放電測定装置。
5. 【請求項５】 前記演算手段により、前記サンプリング
   手段によりサンプルホールドした値の平均値を算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の部分放電測定装置。
6. 【請求項６】 前記演算手段により、前記サンプリング
   手段によりサンプルホールドした値の和を算出すること
   を特徴とする請求項４に記載の部分放電測定装置。
7. 【請求項７】 前記サンプリング手段によりサンプルホ
   ールドした値を所定期間について平均化する手段をさら
   に備えたことを特徴とする請求項４に記載の部分放電測
   定装置。
8. 【請求項８】 前記サンプリング手段によりサンプルホ
   ールドした値を所定期間について積分する手段をさらに
   備えたことを特徴とする請求項４に記載の部分放電測定
   装置。
9. 【請求項９】 前記サンプリング手段によりサンプルホ
   ールドした値と、限度値設定手段により設定した所定の
   限度値とをコンパレータで比較し、合否判定することを
   特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の部分放
   電測定装置。