JP2001305178A - パターン認識型部分放電検知器 - Google Patents
パターン認識型部分放電検知器Info
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Abstract
の信号を分離して、部分放電に起因する信号のみを表示
部に伝達可能とし、容易に部分放電を検知できるように
する。 【解決手段】 検知装置1は超音波を集音する超音波セ
ンサ2と、バンドパスフィルタ3、検波回路4とを配置
し、商用電源周波数の2倍の周波数のみを通過させる追
加フィルタ回路5からの出力を、表示装置6に伝達して
表示させる。そして、特定の周波数以外を除去すること
で、部分放電に起因する振動波の情報のみを表示装置6
に伝達することを可能にし、放電の判定を容易に行い得
るようにする。
Description
む送配電設備における部分放電の検出器に関し、特に、
放電部から発生する電磁波、音波や超音波等を検知する
装置に関する。
は、供給変電所(配電用変電所)からの高圧配電線路に
自家用受電設備を配置し、前記自家用受電設備の各需要
部に給電する経路を構成している。一般の工場等におい
ては、配電用変電所からの高圧配電線から、自家用受電
設備に分岐して接続し、変圧器を通して低圧電力をモー
タ等に供給する設備を設けている。前記高圧電気設備を
含む送配電設備では、ケーブルやキュービクル内に設け
る電気設備等において、絶縁体や機器に劣化等による部
分放電が発生することがある。そして、前記放電が発生
すると、運転状態にある機器や、ケーブルの絶縁の絶縁
性能が低下あるいは消失し、重大な絶縁破壊事故につな
がるという問題がある。
大事故に至らない初期の段階での部分放電を検知して、
事前に対策を講じることにより、機器の劣化や絶縁破壊
を防止することが重要である。そのために、現在は、集
音マイク、八木ー宇田アンテナなどのような指向性を有
する装置を用いて、電柱間に張られたケーブルや、電柱
に設置している機器および受電側に設けている変圧器等
の機器を対象として、部分放電により発生する電磁波や
超音波等を捕らえて、その検知情報を分析することが行
われている。また、指向性を有しない集音器を用いるこ
とで、キュービクル等の密閉された箱の内部に配置して
いる機器等で、放電が発生したことを検知することも行
われている。
放電と呼ばれるボイド放電、沿面放電等による絶縁物の
劣化ないしは破壊を対象とするもので、絶縁体中にエア
ーギャップがあると、ある印加電圧以上でこのギャップ
内に比較的微弱な放電が発生し、この放電が持続すると
ギャップ周辺の絶縁物が次第に侵されたり、樹枝状劣化
孔(トリー)が発生したりして、最終的には絶縁破壊に
至る。また、電極の縁端等から発生する沿面放電によっ
て、同様な劣化ないしは破壊が生じる。前記部分放電
は、ある電極配置の絶縁構成系に電圧を印加し、その印
加電圧を高めていくと、電位の傾きの大きいところに生
じる局部的な放電で、絶縁体中で部分的に発生する放電
を表し、部分放電では全路貫通破壊は起こらない。しか
し、このような部分放電が発生すると、電離効果が大き
くなり、その部分の電流の集中、空間電荷の密度が大き
くなれば、光および音響の発生、さらには絶縁物の侵食
が生じて、絶縁体の劣化が進行することから、早期に部
分放電を検知し対策する必要がある。
型化が進み、絶縁体にかかる電界が高くなったため、絶
縁体の内部あるいは表面に接して部分放電が発生しやす
いという傾向が顕著である。一般に、部分放電が発生す
ると、可聴域から超音波帯域までの広い周波数帯域を持
つ音波が発生し、同時に、数十kHzから数百MHz程
度までの広い周波数帯域を持つ電磁波も発生する。これ
らの超音波や電磁波は、機器の外箱やシールド等がない
場合は、広い範囲に放射されるので、架空ケーブルの導
体または絶縁体の表面に発生した部分放電は、遮蔽体が
ないため音波や電磁波を検知することにより検知が可能
である。
路において、印加電源8から被試験物9に対して商用周
波数交流電圧を印加し、前記被試験物9に部分放電が発
生すると、図15の充電電流波形例に示すような電流が
流れる。前記図15の波形において、波形の部分では
正の電位が低いため、部分放電は発生しないが、電位が
徐々に高くなるに従い、の部分で部分放電が発生す
る。さらに、の部分では電位が低くなるために部分放
電は停止するが、同様の現象が波形の負の部分でも発生
する。前述したように、部分放電により発生する超音波
は、交流波形1サイクルにつき2回発生と停止が繰り返
される特定のパターンをもつことになる。また、前記部
分放電により発生する電磁波も、前記超音波と同様な発
生パターンをもつもので、図16のグラフに示すよう
に、交流印加電圧の2倍のサイクルで発生するものとな
る。
波を用いて部分放電を検知しようとする場合には、前記
部分放電により発生する超音波とともに、機械的な振動
等による超音波も検知される。例えば、機械の振動やケ
ーブルに風が当たって発生する超音波は、図17に示す
ように、特定のパターンがなく連続的でランダムな発生
をするものとして検知される。また、電気通信用等の電
磁波も、特定のパターンを持たない場合が多いのが特徴
である。
定するために、従来より部分放電検知装置が用いられて
おり、例えば、超音波検知方式の装置や、電磁波検知方
式、充電波形から診断する方式の各種の装置等が市販さ
れている。前記超音波方式の検知装置では、部分放電箇
所から発生する電磁波、音波、超音波の中から、放射エ
ネルギーが大きく指向性が強くて、信号として扱いやす
い超音波をとらえて、放電している不良箇所を遠方より
標定し検知するために用いている。そして、放電箇所か
ら発生する超音波を指向性のある集音器により集束し、
超音波センサ(受信周波数は40kHzが多い)で検知
し、その情報を電気量に変換してメーター等に表示し、
その表示にもとづいて技術者が判定を行っている。
置と同様に、放電箇所から発生した電磁波をアンテナで
捉えて電気料に変換し、メーター等で表示する。この方
式では、受信する周波数は100MHz程度から数百M
Hz程度が多い。なお、前記周波数の選択は、いずれも
各種移動通信帯域、および放送周波数帯域以外の周波数
を対象とする。また、充電電流波形からの診断方法で
は、高圧ケーブル等に正弦波交流を印加し、部分放電が
発生すると前述したような電気振動が発生するため、こ
の振動を捉らえて絶縁診断を行う。
知方式では、超音波、電磁波、充電電流検知方式のいず
れでも、同様な欠点を有するものであるが、以下に最も
多く用いられている装置は、超音波式部分放電検知装置
である。ところが、前記超音波方式の装置では、集音マ
イクを用いているものであることから、電磁波や超音波
のような部分放電に起因する特定のパターンを持つ超音
波の他に、電気通信の電波や機械振動、風切り音等のノ
イズが含まれた超音波も同時にキャッチしている。そこ
で、従来は、経験の豊富な技術者が、多種の振動音の中
から放電に起因する振動情報のみを、選別して検知する
ことが行われている。しかしながら、多種多様な検知情
報の中から、部分放電に起因する情報のみを選り分けて
判断することは、個人差が多く発生し、不正確な絶縁診
断となるという問題がある。また、前述したような経験
のみによる検知の方法では、特に、屋外の風の強い場所
に張られたケーブルに対しては、部分放電による情報を
キャッチすることが困難であるという問題がある。
クなどによる放電の検知の問題を解消するもので、放電
検知器に部分放電による情報のみを分離する手段を付設
し、部分放電に起因する情報を正確に検知できるような
装置を提供することを目的としている。
型部分放電検知器に関するもので、請求項1の発明は、
超音波、電磁波または充電電流を検知するセンサと、前
記センサからの信号を選択的に通過させ、増幅するフィ
ルタ回路と、前記フィルタ回路から伝達される信号を整
流し、包絡線を形成し出力する検波回路と、前記検波回
路から出力された信号から、選択した特定の周波数のみ
を通過させ、増幅して出力するフィルタ回路とを設けた
ことを特徴とする。請求項2の発明は、前記検波回路か
ら出力された信号から、選択した特定の周波数のみを通
過させ、増幅して出力するフィルタ回路において、商用
周波数の2倍の周波数を通過させて出力する手段を設け
たことを特徴とする。
される信号を整流し、包絡線を形成し出力する検波回路
と、前記検波回路の出力値を、基準電圧回路から出力さ
れる基準電圧値により調整して出力する比較回路と、前
記比較回路からの出力情報から、選択した特定の周波数
のみを通過させ、増幅して出力するフィルタ回路とを設
けたことを特徴とする。
流成分をカットするとともに、増幅して出力するコンデ
ンサと、前記コンデンサからの出力情報から、選択した
特定の周波数のみを通過させ、増幅して出力するフィル
タ回路とを設けたことを特徴とする。
明の検知装置においては、簡単な信号処理により、超音
波センサが集音した超音波信号から、機械振動や空気振
動等の放電信号以外のノイズを排除できるので、放電を
正確に検知することができ、放電の点検精度を向上させ
ることができる。また、検知装置に用いる回路を簡単な
ものとして構成でき、信号処理が容易であることから、
従来の機器にも容易に組み込むことができ、従来の装置
と同様に使用でき、放電検知感度を高めて微小な放電を
も高精度で検知することができる。
明の装置の構成と作用とを説明する。図1に示す検知装
置1は、任意の集音マイク等による超音波センサ2とバ
ンドパスフィルタ3、検波回路4と、前記検波回路4か
ら出力された信号から、選択した特定の周波数のみを通
過させ、増幅して出力するフィルタ回路としての追加の
フィルタ回路5を順次配置してなり、前記追加フィルタ
回路5で得た信号を表示装置6に表示するようにしてい
る。前記検知装置1の超音波センサ2は、架空ケーブル
等の目的物から出力される超音波振動を、選択的に検出
して電気信号として変換するマイクのような装置であ
り、一般に圧電セラミックス、水晶振動子等を用いてい
る。バンドパスフィルタ3は超音波信号のバンドパスフ
ィルタであり、前記超音波センサ2により得た周波数選
択度をさらに上げる場合、特定の周波数を選択的に通過
させると同時に、必要な大きさまで増幅する。なお、前
記バンドパスフィルタ3を通過する周波数は、超音波セ
ンサ2の検知周波数と同一に設定している。
波)化し、可聴周波数成分以上の周波数成分を除去して
包絡線を形成し、可聴周波数として出力する。なお、前
記超音波センサ2、バンドパスフィルタ3、検波回路4
を接続して、受信した信号の処理を行う機構は、従来の
部分放電検知装置に用いられているものであり、本発明
においては、以下に説明する追加フィルタ回路5を新た
に付加したことが特徴である。前記追加フィルタ回路5
は、本発明において新たに設ける回路であって、電源周
波数が50Hzでは100Hz、60Hzでは120H
zのバンドパスフィルタとする。前記追加フィルタ回路
5を付加して設けることにより、選択的に検出した部分
放電の信号を、表示装置6に向けて出力信号を伝達で
き、表示装置6では出力レベルをメーターの針を振れさ
せること等により正確に表示することができる。
ルタ3で処理されて出力される信号aは、図2の(a)
に示す波形のように、断続した波形の信号となる。そこ
で、前記検波回路4で処理した信号bは、図2の(b)
に示すような波形で、電源周波数の2倍の周期を持つ断
続信号として出力される。この段階で超音波成分は除去
され、可聴周波数に変換される。前記図2の(b)に示
される周波数成分は、電源周波数の2倍の周波数が最も
エネルギーレベルが大きく、追加フィルタ回路5の電源
周波数の2倍の通過周波数を持つバンドパスフィルタを
通過させることにより、図2の(c)に示すような波形
の大きな出力を得ることができ、その情報cを表示装置
6に伝達して表示させることができる。したがって、前
記表示装置6の表示を確認することにより、技術員の熟
練レベルに依存することなしに、部分放電の発生を容易
に知ることが可能となる。
の場合を説明したが、前記超音波センサ2においては、
その必要とされる周波数の他に、風切り音や機械的な振
動等のノイズをも同時に検知する。前記ノイズ成分の情
報をバンドパスフィルタ3を通して処理すると、図3の
(a)に示されるように出力されるが、前記図17の信
号とほぼ同一の信号として得られる。前記図3の(a)
の信号を、検波回路4を通して処理すると、図3の
(b)に示す波形となり、特定のパターンを持たないラ
ンダムな信号として出力されるが、この波形の周波数成
分は、ランダムな波形であるために、広い帯域にエネル
ギーが分布して特定の周波数のエネルギーレベルが高い
ことはない。そこで、前記図3の(b)の信号を、電源
周波数の2倍の通過周波数を持つ追加フィルタ回路5を
通すと、図3の(c)に示す波形となり、ほとんどゼロ
に近い波形が追加フィルタ回路5から表示装置6に伝達
される。したがって、前記ノイズを超音波センサ2が受
信したとしても、放電が発生していることの信号の他に
は、ノイズの信号が表示装置6に表示されないので、放
電発生の情報には影響が生じることはない。
た信号に、ノイズ成分が非常に少ない場合や、ノイズの
レベルが弱い場合には、バンドパスフィルタ3から出力
される信号は、図4に示すように、電源周波数の2倍の
振動周波数の成分が強く出力される状態となる。つま
り、部分放電の発生箇所からの信号aは大きな値として
出力され、それ以外の信号bは非常に小さい値となって
得られる。そして、検波回路4から出力される出力波形
も、図5に示すようにピーク部aとディップ部bの差が
大きいため、追加フィルタ回路5を通過させることによ
り、容易に部分放電を検出することができる。
したようにして、検知装置1により処理することができ
るが、ノイズが非常に強い状態の場合には、図6のグラ
フに示すように、部分放電の発生箇所からの信号aに対
して、ノイズ成分の信号bも大きい値として得られる。
そして、検波回路4から出力される出力波形も、図7に
示すようにピーク部aとディップ部bの差が小さくなる
ので、追加フィルタ回路5を通過させたとしても、出力
レベルの差が小さく、部分放電の検知が困難になる。そ
こで、前記ノイズ成分が強く出現する状態に対しては、
図8に示すような検知装置10を用いることで対処可能
となる。
超音波センサ11とバンドパスフィルタ12および検波
回路13の回路に対して、追加フィルタ回路16の前に
基準電圧回路14とコンパレータ15とを配置してい
る。前記基準電圧回路14は、図9に示すような検波回
路13から出力される信号に対して、信号波形のノイズ
成分bと部分放電による波形のピーク成分aとのレベル
差の1/2を検出する。そして、図9の基準電圧Vs=
(a+b)/2となるように、自動的に追尾する電圧を
発生する。前記基準電圧Vsは、一定時間または、一定
サイクルを平均して定める。なお、前記信号処理は、A
/Dコンバータにより、デジタル信号変換して行う方法
と、アナログ的に処理する方法とを用いることができ
る。前記基準電圧回路14と検波回路13からの信号が
入力されたコンパレータ15においては、(+)端子に
入力される入力電圧が、(−)端子から入力される基準
電圧以上になると、出力電圧がマイナスからプラスとな
る回路である(逆極性の回路もある)。
に示されるように、入力された信号を基準電圧と比較
し、基準電圧線をクロスする毎に出力電圧波形のような
パルスを発生する。前記パルス幅は不均一となるが、パ
ルス発生周期は電源周波数の1/2となり、電源周波数
の2倍周波数が最もエネルギーレベルが大きくなる。そ
して、前記出力信号を電源周波数の2倍の通過周波数を
持つ追加フィルタ回路16を通過させることにより、放
電の有無を検知することができ、その追加フィルタ回路
16の出力信号を表示装置17に向けて出力し、前記図
10の出力波形のような表示をディスプレイ、またはメ
ータに表示することができる。なお、機械振動等のノイ
ズを受信した場合には、コンパレータ15の出力パルス
の周期がランダムとなり、一定の周期を持たないのであ
るから、広い帯域にエネルギーが分布し、追加フィルタ
回路16の出力信号が小さくなるので、放電による信号
と判別することが可能である。
に、ノイズを良好に分離し得る検知装置として、図11
に示すような装置を用いることもできる。図11に示す
検知装置20は、超音波センサ21とバンドパスフィル
タ22および検波回路23に加えて、追加フィルタ回路
25との間にカップリングコンデンサのようなコンデン
サ24を配置している。前記コンデンサ24は、検波回
路23の出力信号の直流成分をカットするとともに、出
力側に接続する追加フィルタ回路25の増幅度を上げる
ようにする。
は、図12に示すように、直流成分を含むために回路の
飽和等の問題が生じ、追加フィルタ回路25の増幅度を
上げることが困難である。そこで、前記検波回路23の
出力信号をコンデンサ24を通すことにより、図13に
示す波形のように、直流分がカットされたものとなり、
前記図13の出力信号eを追加フィルタ回路25に入力
することによって、ノイズ成分を容易に分離して部分放
電の検知に用いることができる。そして、前記追加フィ
ルタ回路25により処理された信号を表示装置26に伝
達して、ディスプレイに波形、またはメータに表示し
て、部分放電の有無を検知することが可能となる。
ば、超音波センサを指向性を有する集音器として構成す
る場合には、架空線や電柱の碍子の部分、または電柱に
設置している変圧器や分岐部等に対する部分放電の検知
に用いることができる。そして、ノイズが多く発生する
場所でも、ノイズ成分をカットして部分放電に関連する
情報のみを分離して検知することができる。また、キュ
ービクル内部等の密閉された箱の内部で、機器やケーブ
ル等での部分放電を検知するためには、指向性を有しな
い超音波センサをキュービクル内部に設置しておくと、
容易に部分放電を検知することができる。
しては、従来より放電検知装置に用いられているよう
に、多数のランプを並べておき、追加フィルタ回路の出
力情報の強弱の程度を、点灯するランプの数で表示する
ことができる。その他に、メーターの針を振れさせる方
式や、テレビ画面に波形を表示する方式等の任意の表示
手段を用いることが可能である。また、キュービクルの
内部等に固定配置する検知装置においては、電源の集中
管理室に表示装置を配置しておき、多数のキュービクル
の部分放電情報を集中的に管理することもできる。さら
に、前記表示装置においては、波形の大きさや追加フィ
ルタ回路からの信号の強さの基準を設定しておき、その
基準の数値を越えた場合にはブザーを鳴らす等の手段を
追加して設け、技術者に注意を呼び掛けることも1つの
方法である。
り、従来の検知器と同様に機械的な振動の検知や、ガス
漏れ検知等もできる。そして、前記検知装置に切替えス
イッチ等を設けることにより、部分放電検知器またはガ
ス漏れ検知器等の2種類の機能を持つ検知装置として構
成することも可能である。
成したものであるから、簡単な信号処理により、超音波
センサが集音した超音波信号から、機械振動や空気振動
等の放電信号以外のノイズを排除できるので、放電を正
確に検知することができ、放電の点検精度を向上させる
ことができる。また、検知装置に用いる回路を簡単なも
のとして構成でき、信号処理が容易であることから、従
来の機器にも容易に組み込むことができ、従来の装置と
同様に使用でき、放電検知感度を高めて微小な放電をも
高精度で検知することができる。
理波形の説明図である。
る。
る。
図である。
る。
図である。
る。
る。
る。
ドパスフィルタ、4 検波回路、 5 追加フィル
タ回路、 6 表示装置、8 印加電源、 9
被試験物、 10 検知装置、 11 超音波セン
サ、 12 バンドパスフィルタ、 13 検波回
路、 14 基準電圧回路、 15 コンパレー
タ、 16 追加フィルタ回路、 17表示装置、
20 検知装置、 21 超音波センサ、 22
バンドパスフィルタ、 23 検波回路、 24
コンデンサ、 25 追加フィルタ回路、 26
表示装置。
Claims (4)
- 【請求項1】 超音波、電磁波または充電電流を検知す
るセンサと、 前記センサからの信号を選択的に通過させ、増幅するフ
ィルタ回路と、 前記フィルタ回路から伝達される信号を整流し、包絡線
を形成し出力する検波回路と、 前記検波回路から出力された信号から、選択した特定の
周波数のみを通過させ、増幅して出力するフィルタ回路
とを設けたことを特徴とするパターン認識型部分放電検
知器。 - 【請求項2】 前記検波回路から出力された信号から、
選択した特定の周波数のみを通過させ、増幅して出力す
るフィルタ回路において、 商用周波数の2倍の周波数を通過させて出力する手段を
設けたことを特徴とする請求項1に記載のパターン認識
型部分放電検知器。 - 【請求項3】 超音波、電磁波または充電電流を検知す
るセンサと、 前記センサからの信号を選択的に通過させ、増幅するフ
ィルタ回路と、 前記フィルタ回路から伝達される信号を整流し、包絡線
を形成し出力する検波回路と、 前記検波回路の出力値を、基準電圧回路から出力される
基準電圧値により調整して出力する比較回路と、 前記比較回路からの出力情報から、選択した特定の周波
数のみを通過させ、増幅して出力するフィルタ回路とを
設けたことを特徴とするパターン認識型部分放電検知
器。 - 【請求項4】 超音波、電磁波または充電電流を検知す
るセンサと、 前記センサからの信号を選択的に通過させ、増幅するフ
ィルタ回路と、 前記フィルタ回路から伝達される信号を整流し、包絡線
を形成し出力する検波回路と、 前記検波回路の出力値の直流成分をカットするととも
に、増幅して出力するコンデンサと、 前記コンデンサからの出力情報から、選択した特定の周
波数のみを通過させ、増幅して出力するフィルタ回路と
を設けたことを特徴とするパターン認識型部分放電検知
器。
Priority Applications (1)
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| JP2000122054A JP4663846B2 (ja) | 2000-04-24 | 2000-04-24 | パターン認識型部分放電検知器 |
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