JPH0365666A - 静止誘導機器の異常検出装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は巻線に発生する部分放電若しくは局部短絡を検
出するための静止誘導機器の異常検出装置に関する。

（従来の技術） 静止誘導機器としての変圧器は、内部の巻線に局部短絡
或は部分放電等の各種異常が発生することがあるから、
それらを早期に検出して対処することが望まれている。

さて、局部短絡は巻線間が短絡して発生するもので、そ
の際の部分放電の発生により巻線に流れる電流が増大し
てこれが焼損してしまう虞がある。そこで、従来より、
巻線の局部短絡を検出する方法が種々考えられている。

その検出方法の一例として、巻線の局部短絡の発生に伴
う漏れ磁束の分布変動に基づいて検出することが考えら
れている。つまり、巻線に局部短絡が発生すると、巻線
からの漏れ磁束の分布が正常時の分布から変動するから
、その変動が及ぶ範囲にセンサを設置してこれにより漏
れ磁束の分布変動を検出しようとするのである。この場
合、漏れ磁束の周波数は１次巻線に印加された電源電圧
の周波数に相当することから、センサからの測定信号が
電源周波数に相当する電磁波であったときは局部短絡の
発生と判断することができる。

一方、部分放電は巻線に高電圧が印加されている関係か
ら電界集中が生じた際に巻線或は巻線と接続されたリー
ド線の絶縁物に部分的に絶縁破壊が生じる現象である。

この部分放電の強度は通常比較的弱いが、それが長時間
継続した場合、巻線用の固体絶縁物が徐々に侵食され、
ついには絶縁破壊にまで進展してしまうことがある。そ
こで、部分放電が限度以上発生するようになったときは
、全路破壊に至る前兆現象として巻線の絶縁機能を診断
しなければならない。そこで、従来より、巻線に発生す
る部分放電の検出方法として、部分放電に伴って発生さ
れる可聴音、超音波、電磁波。

光１部分放電電流等を検出することにより部分放電の発
生を検知する装置が種々提供されている。

第１２図に部分放電に伴って発生する電磁波を検出する
装置の一例を示す。即ち、変圧器本体１が内蔵されたタ
ンク２には電磁波検出用のセンサ３が設けられている。

このセンサ３は、タンク２内を臨むアンテナ４．このア
ンテナ４からの測定信号を増幅するアンプ５．このアン
プ５で増幅された信号のうちＩＭＨｚから１００ＭＨｚ
までの周波数を弁別するバンドパスフィルタ６等で構成
されている。

さて、変圧器１に部分放電が発生すると、それに伴って
電磁波が放出され、この電磁波がアンテナ４に鎖交する
。このときの部分放電に伴って放出される電磁波の周波
数の主成分はＩ　Ｍ　Ｈｚから１００ＭＨｚであるから
、アンテナ４からの測定信号がＩＭＨｚから１００ＭＨ
２を弁別するバンドパスフィルタ６を通過したときは、
センサ３から電圧信号が出力される。従って、信号処理
装置７は電圧信号に基づいて部分放電の発生を判断する
ことができる。ここで、センサ３から出力される電圧信
号の大きさと部分放電によって放出された放電電荷量と
は第１３図に示す相関関係があるから、電圧信号の大き
さに基づいて放電電荷量の大きさを求めることができる
。

また上記構成のものの場合、タンク２は密封されて電気
雑音（電磁波）が侵入しにくいことから、センサ３の対
ノイズ比は高＜、シかもセンサ３は変圧器１から絶縁さ
れた形態となっているから、センサ３が故障した場合で
あっても変圧器１に何等影響を及ぼさないという特徴が
ある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述の局部短絡及び部分放電を検出するため
の各センサは、両方とも電磁波を検出するという共通の
機能を有しているにもかかわらず個別の構成であった。

このため、局部短絡及び部分放電の両方を検出しようし
た場合、各センサを個別に設置しなければならず、全体
構成が複雑となるばかりでなく、検出要素が複数となる
ことにより装置全体の信頼性が低下してしまう虞がある
。このように装置の信頼性が低下してしまうことは、セ
ンサよりもその寿命が長いと考えられる変圧器に発生す
る異常に対応できないことを意味する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、全体構成の簡単化を図って信頼性の向上等を実現でき
る静止誘導機器の異常検出装置を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の静止誘導機器の異常検出装置は、静止誘導機器
内の巻線から発生する電磁波を検出してその周波数を示
す測定信号を出力する測定器を設け、この測定器からの
測定信号のうち部分放電及び局部短絡に伴って発生した
各周波数成分を弁別する弁別器を設け、この弁別器によ
る弁別結果に基づいて部分放電若しくは局部短絡が発生
したことを検出する異常検出手段を設けたものである。

（作用） 巻線に局部短絡が生じると、巻線から局部短絡に対応し
た周波数の電磁波が放出される。一方、巻線に部分放電
が発生すると、巻線から部分放電に対応した周波数の電
磁波が放出され、これに伴って測定器に電磁波が鎖交す
る。すると、測定器は電磁波の周波数を示す測定信号を
出力する。

このとき、弁別器は測定器からの測定信号のうち部分放
電若しくは局部短絡に伴う電磁波の周波数成分を弁別し
ている。従って、異常検出手段は弁別器の弁別結果に基
づいて部分放電若しくは局部短絡の発生を検知する。

（実施例） 以下、本発明の第１の実施例を第１図乃至第７図を参照
して説明する。

第１図において、タンク１１内には鉄心１２が配置され
、その鉄心１２に１次巻線１３及び２次巻線１４が巻装
されている。鉄心１２及び１次巻線１３．１次、２次巻
線１３．１４間は適当な絶縁距離が保たれており、その
絶縁材料としては絶縁油、ＳＦ、、空気等が利用されて
いる。ここで、絶縁材料として絶縁油、ＳＦｂが利用さ
れた場合はそれらはタンクに密閉され、空気の場合は外
・部と連通されたケースに収納されて利用される。

一方、タンク１１にはセンサ１５が設けられている。こ
のセンサ１５は、例えばフェライトコア１６ａに巻線１
６ｂを複数ターン巻装して成る測定器たるアンテナ１６
．このアンテナ１６からの測定電圧を増幅するアンプ１
７．このアンプ１７からの信号のうちで所定周波数の信
号のみを弁別して通過させる弁別器たる第１のバンドパ
スフィルタ１８及び第２のバンドパスフィルタ１９から
構成されている。この場合、第１のバンドパスフィルタ
１８は１次巻線１３に印加される電源電圧の周波数であ
る例えば５０Ｈｚの周波数帯域の信号を弁別すると共に
その強度を示すパルス信号を光ファイバを通じて出力す
る。また、第２のバンドパスフィルタ１９はＩＭＨｚか
ら１００ＭＨｚまでの信号を弁別すると共にその強度を
示すパルス光を光フアイバ２０を通じて出力する。異常
検出手段たる信号処理装置２１は、光フアイバ２０を通
じて与えられる第１．第２のバンドパスフィルタ１８．
１９からのパルス光に基づいてアンテナ１６に鎖交した
電磁波の周波数及び強度を検出する。

次に上記構成について説明する。

変圧器の運転中に１次巻線１３若しくは２次巻線１４が
局部短絡した場合、次のようにしてその局部短絡を検出
することができる。２次巻線１４から負荷を外すと、各
巻１１３．１４には第２図（ａ）に示すような分布の漏
れ磁束が強く発生するようになる。ここで、例えば２次
巻線１３に局部短絡が生じていた場合、局部的に磁束の
アンバランスが生じて各巻線１３．１４からの漏れ磁束
の分布の一部が乱れている。このことを模式図で説明す
ると、局部短絡が生じていない場合は、第３図（ａ）に
示すように１次電流による漏れ磁束が分布しているのに
対して、局部短絡が生じた場合は、短絡電流によって同
図（ｂ）に示すその短絡電流発生部位を中心として局部
的に集中した漏れ磁束が発生する。

この点について、電気学会論文誌ＶＯＬ１０７−Ｄ、Ｎ
Ｏ。

１、’８７において巻線の局部短絡時の漏れ磁束分布が
定量的に検討されている。これによれば、第４図に示す
円筒巻線１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから威る１次
巻線１３の漏れ磁束は通常第５図（ａ）に示す分布であ
るが、最外位置の円筒巻線１３ｄのＡ、Ｂ、Ｃの各部位
で局部短絡が生じたときの漏れ磁束の分布は同図（ｂ）
乃至（ｄ）に示すようになるとしている。このことを同
図に示すＰ−Ｑ線上における磁束密度分布で示すと、巻
線の半径方向に対する最大分布は第６図に示すようにな
り、軸方向に対する最大分布は第７図に示すようになる
。この図から分かるように局部短絡がある場合は、局部
短絡がない場合に比べて漏れ磁束の分布が大きく変動す
るから、この磁束分布が及ぶ範囲にアンテナ１６を設置
することにより、そのアンテナ１６に局部短絡に伴って
漏れ磁束が鎖交するようになる。具体的には１次巻線１
３の中心位置から図示上方向に２００關偏位させた付近
にアンテナ１６を設置することにより、アンテナ１６に
漏れ磁束を鎖交させることができる。この場合、漏れ磁
束の周波数は電源電圧の周波数である例えば５０Ｈｚで
あるから、アンテナ１６から出力されてアンプで増幅さ
れた測定信号は第１のバンドパスフィルタ１８を通過し
、これにより第１のバンドパスフィルタ１８からは所定
周期のパルス光が光フアイバ２０に出力される。従って
、信号処理装置２１は、光フアイバ２０を通じて与えら
れるパルス光に基づいて１次巻線１３に生じた局部短絡
を検出することができる。

また、巻線１３．１４に部分放電が発生した場合は、次
のようにして検出することができる。例えば１次巻線１
３に部分放電が発生すると、それに伴って電磁波が出力
されてアンテナ１６に鎖交する。このとき、部分放電に
伴う電磁波の周波数帯域は略ＩＭＨｚから１００ＭＨｚ
までの範囲であることから、アンテナ１６からはＩ　Ｍ
　Ｈｚから１００ＭＨ２までの周波数帯域を主成分とす
る測定信号が出力される。そして、その測定信号はアン
プ１７で増幅されてから第２のバンドパスフィルタ１つ
を通過するから、第２のバンドパスフィルタ１９からは
そのことを示す所定周期のパルス光が光フアイバ２０に
出力される。従って、信号処理装置２１は、光フアイバ
２０からのパルス光に基づいて、巻線１３．１４に部分
放電が発生したことを検出することができる。

要するに、上記実施例によれば、センサ１５単体でもっ
て局部短絡及び部分放電の発生を検知できるようにした
ので、局部短絡及び部分放電の発生を個別に検出しなけ
ればならない従来例と違って、全体構成の簡単化を図る
ことができる。

第８図は本発明の第２の実施例を示しており、以下これ
について第１の実施例と同一部分には同一符号を付して
説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。即ち
、タンク１１には、巻線１３．１４の高さ方向における
複数の箇所に対応してセンサ１５が夫々設けられており
、各センサ１５からのパルス光が信号処理装置２１に送
られるようになっている。

ところで、アンテナ１６で測定される電磁波の強度は、
その発生箇所からの距離と略比例関係にあるから、各ア
ンテナ１６における測定信号の強弱に基づいて局部短絡
の発生位置、或は部分放電の発生箇所を推測することが
できる。従って、局部短絡或は部分放電の発生箇所を特
定して、素早くそれに対処することができる。

第９図は本発明の第３の実施例を示している。

即ち、タンク１１の外周面において同一高さとなる位置
に複数のセンサ１５を配置すると共に、各センサ１５か
らのパルス光を信号処理装置２１に出力する構成である
。

この第３の実施例の場合、巻線１３．１４に発生した局
部短絡及び部分放電の発生箇所の近くに配置されたセン
サ１５に強度の大きい電磁波が鎖交するから、それに応
じてセンサ１５からのパルス光の強度は強くなる。従っ
て、信号処理装置１１２１は、測定信号に基づいて巻線
の径方向における局部短絡若しくは部分放電の発生箇所
を特定することが可能となる。

第１０図は本発明の第４の実施例を示したものである。

即ち、３相の変圧器のＵ相、■相、Ｗ相に対応してセン
サ１５を設けると共に、各センサ１５からのパルス光を
信号処理装置２１に出力するものである。

この第４の実施例の場合、相の何れかに局部短絡若しく
は部分放電が発生したときは、その発生箇所に対応した
巻線から電磁波が出力されるから、それに応じてセンサ
１５からはパルス光が出力される。従って、信号処理装
置２１は、センサ１５からのパルス光に基づいて局部短
絡若しくは部分放電が発生した相を特定することができ
る。

尚、上記第２乃至第４の実施例では、アンテナ１６毎に
アンプ１７及び第１．第２のバンドパスフィルタ１８．
１９を設けるようにしたが、これに代えて、第１１図に
示すように複数のアンテナ１６に対応してアンプ１７．
第１．第２のバンドパスフィルタ１８．．１９を１つず
つ設け、これらの機器を時分割で使用するようにしても
よい。この場合、アンテナ１６及びアンプ１７間を金属
製の保護管により電気的ノイズから保護すこるとが望ま
しい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかように、本発明の静止誘導機器の
異常検出装置によれば、静止誘導機器内での部分放電及
び局部短絡に伴って発生する電磁波の周波数成分を弁別
し、この弁別結果に基づいて部分放電若しくは局部短絡
が発生したことを検出するようにしたので、検出要素を
減らすことができて全体構成の簡単化を図り得ると共に
、これにより信頼性の向上を実現できるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の第１の実施例を示すもので
、第１図は変圧器を縦断して示す全体のブロック図、第
２図は変圧器を縦断して示す漏れ磁束分布の模式図、第
３図は漏れ磁束分布を概略的に示す模式図、第４図は１
次巻線の模式図、′！Ｊ５図は変圧器を縦断して示す漏
れ磁束分布の模式図、第６図、第７図は検出位置と磁束
密度との関係を示す図である。また、第８図は本発明の
第２の実施例を示す第１図相当図、第９図は本発明の第
３の実施例を示す変圧器の平面図、第１０図は本発明の
′ｉｓ４の実施例を示す３相変圧器の概略図、第１１図
は本発明の変形例を示す第１図相当図である。そして、
第１２図及び第１３図は従来例を示してしており、第１
２図は全体のブロック図、第１３図は放電電荷量と出力
電圧との関係を示す特性図である。 図中、１１はタンク、１２は鉄心、１３は１次巻線、１
４は２次巻線、１５はセンサ、１６はアンテナ（測定器
）、１８は第１のバンドパスフィルタ（弁別器）、１９
は第２のバンドパスフィルタ（弁別器）、２１は信号処
理装置（異常検出手段）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、静止誘導機器に発生する異常を検出するものであっ
   て、前記静止誘導機器内の巻線等から発生する電磁波を
   検出してその周波数を示す測定信号を出力する測定器と
   、この測定器からの測定信号のうち部分放電及び局部短
   絡に伴って発生した各周波数成分を弁別する弁別器と、
   この弁別器による弁別結果に基づいて部分放電若しくは
   局部短絡が発生したことを検出する異常検出手段とを備
   えたことを特徴とする静止誘導機器の異常検出装置。