JPH01221680A - 絶縁状態の検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は絶縁状態の検知方法に係り、特に電力伝送経路
の絶縁不良部分を特定する方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、埋設された電カケープルやこれに接続さ・れる
電力機器には種々の要因により局部的な絶縁不良が生じ
ることがある。

このような絶縁不良の原因としては機械的外力によるも
の、絶縁材の化学的変化によるもの、所謂水トリーによ
るもの等があるが、重大事故の８割はこのような絶縁劣
化に起因するものであるため従来より種々の絶縁検査方
法が提案されている。

その−例として電力伝送系を定期的に停電状態にして行
うものがある。まず直流電圧を線路中に印加して検査す
る方法では、第１として部分放電の測定、第２として残
留電圧・放電電流・残留電荷による誘電緩和現象、第３
として電位減衰・漏れ電流による絶縁性能の測定等が挙
げられる。

一方、交流電圧を線路中に印加して検査する方法では、
第１として部分放電の測定、第２として誘電正接ｌこよ
る誘電緩和現象の測定等が挙げられる。

またこれとは別に、電力伝送経路を活線状態で検査する
方法として、ポータプル測定器を用いて測定する方法が
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前記した従来の検出方法のうち電力伝送系を
定期的に停電状態にして行うものにあっては、各線路を
順次測定しなければならないため時間がかかり、また、
−回の停電によって測定できる箇所にも制限がある。こ
のため、絶縁状態が経時的に悪化した場合でもその傾向
を知ることができず予防措置を採ることができないとい
う問題がある。

一方、ポータプル測定器を用いて電力伝送経路を活線状
態で検査する方法では、準備作業や測定に人手を要する
のは勿論、特に安全性の確保が困難であるため測定に熟
練を要するという問題がある。

本発明は前記事項に鑑みてなされたもので、電力機器や
電カケープルの絶縁状態を活線状態で常時監視すること
ができるようにした絶縁状態の検知方法を提供すること
を技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記技術的課題を解決するために、一系統以上
の電力伝送経路を有する伝送系において以下のような方
法とした。

即ち、電力伝送経路の絶縁性能が低下した際、その部位
に発生するコロナ放電または部分放電に起因して発生す
る進行波を、電気的基準点及び各電力伝送経路に夫々装
着したセンサＳで検出する。

前記センサＳは、起磁力と磁束密度が略比例関係を有す
る路線形のＢＨ特性であり、かつ低周波域から高周波域
まで透磁率が略一定である環状のコアＫに、両端を短絡
した第１巻線Ｍｌと第２巻線Ｍ２とを巻回してなり、前
記第２巻線Ｍ２からの信号を計測することによって絶縁
状態を検知する。

〔作用〕

電力伝送経路に絶縁上の欠陥が生じると、その部位にコ
′ロナ放電または部分放電が発生する。

するとこの放電に起因して進行波が発生し、欠陥部分か
ら線路上の両方向に進行する。したがってこの進行波の
方向を検出することにより絶縁性能が低下した伝送経路
を特定することができる。

そして、前記進行波の方向を検出する方法として、電気
的基準点である共通母線の特定（基準）点における進行
波の進行方向と、共通母線より取り出した各電力伝送経
路における進行波の進行方向との位相を比較すると欠陥
位置を特定することも可能となる。

即ち、第１図により作用の一例を説明すると、まず、Ｐ
点に絶縁劣化が生じることにより発生する進行波電流は
すべてのセンサを通過する。ここで第１共通母線ＬＰに
設けたコンデンサＣの近傍に設けたセンナＳＦを通る進
行波の方向を基準とし、各ケーブル（Ｌ）に設けたセン
サ（Ｓ）を通る進行波電流についてみると当該絶縁劣化
が生じたケーブル（Ｌｌ）のセンサ（Ｓｌ）だけが逆方
向の進行波を検出することとなる。

同様に、第２共通母線ＬＧとアースＧＮＤとの間に位置
するセンサＳＧを通る進行波の方向を基準とすれば、各
ケーブル（Ｌ）に設けたセンサ（Ｓ）を通る進行波電流
についてみると当該絶縁劣化が生じたケーブル（Ｌｌ）
のセンサ（Ｓ４）だけが逆方向の進行波を検出すること
となる。

したがってこれらセンサＳで検出される信号を測定部３
で測定することにより絶縁不良箇所が明らかとなる。

進行波検出用のセンナ（信号弁別器）としては、環状コ
アＫを例えば、コバルトを主成分とするアモルファス金
属で形成したものとすることができる。

そして第３図（Ａ）に示すように、環状コアＫに電力伝
送経路たるケーブル（Ｌ）を巻回する。ケーブル（Ｌ）
には低周波電流と高周波電流とが流れており、これによ
りコアＫに起磁力が発生している。

第１巻線Ｍｌと第２巻線Ｍ２とはケーブル（１次コイル
）（Ｌ）に対する２次コイルとして作用するため、この
起磁力に応じ第１＠線Ｍ１に起電力が生じるかその両端
は短絡しているため、環状コアに内の磁束変化を打ち消
すような電流が流れる。

ここで環状コアには高透磁率であり、低周波域から高周
波域まで透磁率が略一定であって、残留磁気及び保磁力
が共に小さく、かつ、起磁力と磁束密度が略比例関係を
有する路線形のＢＨ特性を有しているため、第１巻線Ｍ
！の誘導リアクタンスは低周波に対しては小となり高周
波に対しては大となる。

このため低周波成分は打ち消され第２巻線Ｍ２からは高
周波成分のみが得られる。

なお、実際上、第３図（Ｂ）に示すように被検出線４は
コアＬ内に挿通するだけでよい。

前記環状コアにの材質は、−例として、コバルト（Ｇｏ
）鉄（Ｆｅ）ケイ素（Ｓｉ）ホウ素（Ｂ）モリブデン（
Ｍｏ）ニッケル（Ｎｉ）からなり、式％式％（） （ただしａ−ｒは各成分元素の百分率を示し、ａ＝５０
〜９０、ｂ＝ｔ〜１０、ｃ＝５〜２０、ｄ＝Ｏ〜２０、
ｅ＝０〜２０、ｆ＝１〜５、であって、ａ＝ｆの和を１
００とする。） で表示されている。

また、環状コアには例えば、コバルト系アモルファス合
金のリボンを使用して、トロイダルコアとし温度１５０
℃〜４５０℃で５〜１８０分間熱処理を行うことによっ
て所望の透磁率を得ることができる。その際、熱処理の
際直流磁界または交流磁界中で行うことが性能の均一化
の点で好ましく、さらに窒素雰囲気中で行うとより安定
した性能を得ることができる。

なお、第１＠線Ｍｌと第２＠線Ｍ２とは分巻としてもよ
いが、第１巻線Ｍ１と第２巻線Ｍ２とを一部共用として
もよい。

また、コアにとしては、例えば、コバルト系アモルファ
ス合金のリボンであるバクームシェメルツェ社の６０２
５Ｆを使用することができる。

なお、進行波検出用センサとしては前記したものの他、
伝送するエネルギの性質によっては通過電力計や所謂Ｓ
ＷＲ計等の応用も考えられる。

〔実施例〕

本発明め実施例を第１図ないし第９図に基づいて説明す
る。

まず、本出願人は、電力伝送経路中において絶縁不良が
発生した際には、当該部分にコロナ放電や部分放電が発
生し、これら放電に伴って伝送経路中に進行波が発生す
ることを確認した。

以下、絶縁状態の検知方法を説明するにあたり、前記進
行波を基に電力伝送経路中の絶縁不良部分を検出する装
置から説明する。

交流電源Ａはまず変電所ｌに電力を供給し、この変電所
１では送電線に変圧器ＴＩと遮断器Ｂｌを介して第ｔ＃
、ｉ母線り、Ｆとし、この第１共通母線ＬＦ’はコンデ
ンサＣを介して接地（ＧＩＩＯ）されている。

コンデンサＣと接地部との間の線路にはこれを取り囲む
ように環状のセンナＳＦが装着されており、このセンサ
ＳＦからの出力信号が共通母線に設けた基準点における
信号となる。

前記第１共通母線ＬＰには夫々遮断器Ｂ２．遮断器Ｂ３
、遮断器Ｂ４を介して送電用のケーブルし１、ケーブル
Ｌ２、ケーブルＬ３が接続されており、これらケーブル
には環状のセンナＳｔ、Ｓ２．８３がケーブルを取り囲
むように装着されている。そして前記ケーブルＬｌは電
気需要場所２まで延長されている。

、電気需要場所２ではケーブルＬ１にセンサＳ４が装着
されており、遮断器Ｂ５を介して第２共通母線ＬＧに接
続されている。

前記第２共通母線ＬＧはコンデンサＣを介して接地（Ｇ
ＮＤ）されている。このコンデンサＣと接地部との間の
線路にはこれを取り囲むように環状のセンサＳＧが装着
されており、このセンサＳＧからの出力信号が第２共通
母線ＬＧの基準点における信号となる。

前記第２共通母線ＬＧには遮断器Ｂ６．遮断器Ｂ７を介
して送電用のケーブルＬ４、ケーブルＬ５が接続されて
おり、これらケーブルには環状のセンナＳ５．Ｓ６がこ
れらケーブルを取り囲むように夫々装着されている。

そして前記ケーブルＬ４は電動機Ｍに接続され、ケーブ
ルＬ５は変圧器Ｔ２に接続されている。

前記センナＳｔ、Ｓ２．Ｓ３の出力信号はスキャン回路
１０に入力されて時系列分割された後、方向比較回路１
！に入力され前記センサＳＦからの信号と比較される。

この比較結果はデータ伝送回路１２に入力される。

一方、前記センサＳ５．Ｓ６の出力信号はスキャン回路
２０に入力されて時系列分割された後、方向比較回路２
１ζ二人力され前記センサＳＧからの信号と比較される
。この比較結果はデータ伝送回路２２に入力される。

前記データ伝送回路１２とデータ伝送回路２２との夫々
の信号は測定部３３に入力され、これら信号はまず、ス
キャン回路３！に入力されて時系列化された後、高速デ
ータ記憶回路３２に入力されるとともに、警報・表示回
路３３に入力される。

高速データ記憶回路３２はパーソナルコンピュータ３４
と接続されデータの授受がなされるようになっている。

パーソナルコンピュータ３４にはＣＲＴ３６及びプリン
タ３７が接続され検査結果が表示されるよう１こなって
いる。前記高速データ記憶回路３２の具体的ハードウェ
アを第７図に基づき説明すると、センサＳ１このセンサ
Ｓの後段に接続されたバッファＢＵ、バッファＢＵから
の信号を増幅するアンプＡＰ、アンプＡＰの後段に接続
され出力信号の最大値を検出するピーク検出ＰＳ１この
ピーク検出ＰＳと並列的に接続された２０ＭＩＩＺのＡ
／ＤコンバータＡＤ、これらピーク検出ＰＳとＡ／Ｄコ
ンバータＡＤとの夫々の出力信号を記憶し２にＢの容量
をもつメモリーボードＭＢ。

このメモリーボードＭＢに対して信号を授受するパーソ
ナルコンピュータ３４、及び出力装置としてのプリンタ
３５が図示のように接続されることにより構成されてい
る。

次に、前記センサＳの動作原理、及び回路の動作原理を
説明する。

前記センサＳは、第５図に示すように低周波から高周波
まで透磁率が略一定であって、残留磁気及び保磁力が共
に小さく、かつＢ−Ｈ特性が第４図に示すように線形と
なるようコバルト系アモルファス金白で形成したコアＫ
にコイルを巻回して構成したものである。そしてこのコ
イルは第３図に示すようにコアＫに短絡して巻回された
第１＠線Ｍｌと、両端が解放された第２巻線Ｍ２とから
なっている。コアには幅１０”９、内径１５０１．ｊ高
さ３１．、に形成してあり、前記第１巻線Ｍ−１の巻き
回数は３回、第２巻線Ｍ２の巻き回数は１０回である。

このような構成とすることにより、電源の周波数とその
高調波である低周波電流と前記したコロナ放電または部
分放電に伴う進行波電流とを弁別することができるよう
になっている。このような構成になるセンサＳの感度を
実験した結果、２０ＰＣ程度のコロナ放電電荷量を検出
することができた。

第２図は３相交流を伝送する線路に実施した例を示し、
ここで進行波の進行速度Ｖは、■＝【（透磁率Ｘ誘電率
）’／”）　］　−’となる。

ここで、ポリエチレン絶縁体の誘電率は空気の４倍であ
るため伝送経路での伝搬速度は光速の約１／２となるた
め、Ｖｌ；ｋ　１５０ＩＩＩ／μｓ程度となる。このよ
うに進行波はコアを高速で通過するので鋭いパルス起磁
力が生じる。各巻線には電源の周波数とその高調波であ
る低周波電流と、前記したコロナ放電または部分放電に
伴う進行波電流とが誘起するが、第１巻線Ｍ１の誘導リ
アクタンスは低周波に対しては小となり、パルス゛に対
しては大となる。したがって低周波電流ｉＥの起磁力？
こよる磁束変化は略完全に打ち消すことはできるが、進
行波ｉｐの通過によるパルス電流の起磁力による磁束変
化は打ち消されないで残る。

このため、第２＠線Ｍ２の両端子から進行波の通過に伴
う信号のみを得ることができる。

また、母線ＬＰに設置したコンデンサＣＴの各相に挿入
した劣化相判定用センサＳＨにより進行波がどの相を通
るかを判別して劣化相゛の判別信号を得ることができる
。さらに、コンデンサＣＴの共通線に入れたセンサＳＦ
はどの相が劣化しても、或は、系統内のどの部分が劣化
しても進行波が同一方向に通過するので、これにより進
行波の方向の基準となる信号を得ることができる。

これら検出うイルからの信号は前記実施例のようにスキ
ャン回路により時系列的に送出してもよいが信号伝送容
量に余裕がある場合には並列処理を行ってもよい。

前記進行波は放電ノイズと同様の周波数スペクトルを呈
し、広い周波数範囲に渡ってエネルギーを有するが、絶
縁不良に伴うコロナ放電に特有の周波数分布を示す場合
があると共に、不要帯域を制限して外来ノイズに対する
Ｓ／Ｎを向上させるため、バンドパスフィルタを用いて
帯域を制限することが効果的である。

このようにバンドパスフィルタを用いて実験したところ
、検出対象とする周波数範囲を２０ＫＨ２から２００　
Ｍｔ［Ｚ好ましくは３００　ＫＨｚから５０　ＭＩＩＺ
。

更に好ましくは３００　ＫＨ２から５　Ｍｎ２の間に設
定した場合に良好な結果が得られた。具体的な通過周波
数はスペクトラムアナライザ等を使用して個々のケース
に最適なものとする必要がある。なおこのフィルタにつ
いては前記した単同調型の他、多点同調形の櫛形フィル
タを用いることができるのは勿論である。

次に、第１図に示す回路において第３図に示すセンサを
用いて、ケーブルの絶縁体の劣化に伴うコロナ放電に起
因する進行波の検出を行った実験結果について第６図と
ともに説明する。グラフ中、Ｊはケーブルに設けたセン
サＳＦの信号特性線、Ｑは母線に設けたセンサＳ１の信
号特性線である。

ケーブルに欠陥があると進行波が両方向に進行するが、
センサＳＦとセンサＳ１とは夫々進行波電流が逆方向に
通過するため、ＪとＱとは位相が略逆となる。これによ
り進行波の存在、即ち、ケーブルに欠陥があることが明
らかとなる。

次に、第８図及び第９図に基づき実際の測定波形につき
説明する。

第８図は測定点からみて遠方で進行波が発生した場合を
示し、電動機等の終端負荷で反射した進行波が周期的に
現れている。

ところで、コロナ放電に伴うパルスはそのまま観測する
′ことも可能ではあるが、極めて短時間に発生するもの
であるため、その捕捉が困難である場合がある。そこで
パルス検出回路中に共振回路を介挿することによりパル
スの捕捉を容易ならしめることができる。第９図はこの
ような回路を用いた場合の波形を示し、Ｊｌはコロナ放
電に伴うパルスであり、その後このパルスは共振回路を
励起して特定周波数の減衰波形Ｊ２を呈する。

なお、コアにの寸法形状および材質は前記した実施例に
限定されることはなく、検出条件に応じて適宜変更でき
るのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力伝送経路の絶縁性能が低下した際
、その部位に発生するコロナ放電または部分放電に起因
して発生する進行波を、電気的基準点及び各電力伝送経
路に夫々装着したセンサＳで検出し、このセンサＳに巻
回された第２巻線Ｍ２からの信号を計測するようにした
ので、電気機器及びケーブルの絶縁状態を常時活線状態
で監視することができる。

また、絶縁状態に異常が生じたときはその位置を特定す
ることができる。

このため、絶縁不良を軽微な段階で検知することができ
、絶縁不良による事故を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の実施例を示し、第電図は
全体のブロック図、第２図は・センナ部分の回路図、第
３図（Ａ　）ＣＢ　”）はセンナの正面図、第４図はセ
ンサに用いたコアのＢＨ特性図、第５図はその周波数特
性図、第６図は進行波の検出結果を示すグラフ図、第７
図は信号処理回路のブロック図、第８図及び第９図は測
定結果のグラフ図である。 ！・・・変電所、　　　　　　　２・・・電気需要場所
、３・・・測定部、 Ｓｔ、Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４．Ｓ５．Ｓ６．ＳＦ・・・セン
サ、　　　　　　　　　　　Ｍ！・・・第１巻線、Ｍ２
・・・第２＠線、　　　　　　　　　Ｋ・・・コア、Ｃ
，ＣＴ？・・コンデンサ、　　　　Ｐ・・・絶縁劣化点
。 第３図 （Ａ） （Ｂ） 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一系統以上の電力伝送経路を有する伝送系におい
   て、 電力伝送経路の絶縁性能が低下した際、その部位に発生
   するコロナ放電または部分放電に起因して発生する進行
   波を、電気的基準点及び各電力伝送経路に夫々装着した
   センサＳで検出し、前記センサＳは、起磁力と磁束密度
   が略比例関係を有する路線形のＢＨ特性であり、かつ低
   周波域から高周波域まで透磁率が略一定である環状のコ
   アＫに、両端を短絡した第１巻線Ｍ１と第２巻線Ｍ２と
   を巻回してなり、前記第２巻線Ｍ２からの信号を計測す
   ることによって絶縁状態を検知することを特徴とする絶
   縁状態の検知方法。