JPH04194762A - 電気機器の部分放電監視装置 - 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】 〔発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、例えばスイッチギヤ等の電気機器の部分放電
監視装置に係り、特に絶縁劣化に至る前段階の微弱な部
分放電を容易且つ確実に検出するようにした電気機器の
部分放電監視装置に関する。

（従来の技術） 一般に、スイッチギヤは、絶縁物や絶縁媒体を介して主
回路充電部を絶縁し、電力の安定供給及び開閉を行うよ
うになっている。そして、スイッチギヤの内部には、遮
断器、断路器、碑石、母線、ケーブルヘッド及び接続導
体等が収納されている。

このようなスイッチギヤ等の電気機器において、例えば
異物の混入や、主回路充電部の接続不良や、湿度が高く
なったような場合、或いは熱応力等により絶縁物に電気
的な劣化傾向が生じた場合、微弱な部分放電が発生する
。そして、この部分放電が長時間持続されると、全面的
な絶縁破壊に進展して電気機器の絶縁事故に結びつき、
例えば停電に至ることになる。

これに対し、部分放電を監視してその発生を早い時点で
検出するようにした従来の監視装置として昼下のような
ものがある。■部分放電の際の発光を光電子増倍管で検
出するようにした方式、■接地線に流れる課電中の商用
周波電流に重畳する部分放電による高周波パルスを、そ
の接地線に嵌込んだフェライトコアとこれに巻付けたコ
イルによって検出するようにした電磁カップリング方式
、■特開平２−７９７５０号公報に開示されているよう
に主回路にパルス電圧を印加して応答性を見る方式、■
特公昭６３−４９８４５号公報に開示されているように
部分放電又は微小放電に伴う電磁波を検知するようにし
た方式、０部分放電によるアコースティックエミッショ
ン（以下、ＡＥという）そのものをＡＥセンサにより検
知するようにした方式がある。

さらに、部分放電発生の有無の検出精度を高めるため、
上記方式のうちの２種類の方法を併用し、両方式の検出
結果の論理積をとるようにした方式もある。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の■〜■のいずれの方式の監視装置であっ
ても、絶縁破壊に至る直前のような大きな部分放電は検
出可能であるが、絶縁劣化を起し始めた微弱な部分放電
による信号とノイズ等との分離が難しく、微弱な部分放
電発生の有無を確実に判別することは極めて困難であっ
た。また、２種類の方式の検出手段を用いて論理積を作
ろうとしても、各方式の信号を単独に処理するので判別
精度が上述のように低いため、判別精度を顕著に向上さ
せることは困難であった。このため、電気機器の絶縁劣
化を未然に防止することは困難であるという問題があっ
た。

そこで、本発明は、絶縁劣化に至る前段階の微弱な部分
放電を確実に検出することができ、これにより電気機器
の絶縁劣化事故を未然に防止することのできる電気機器
の部分放電監視装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、請求項１に対応する
発明は部分放電を監視すべき電気機器に取り付けられ、
この電気機器に発生する部分放電による音波信号を検出
するアコースティックエミッシランセンサと、前記電気
機器の接地線に流れる電流を検出する電流センサと、前
記センサと前記電流センサに基づく信号をそれぞれ入力
し、この両信号の時間遅れを１サイクルの間で計測し、
少なくとも２サイクル以上において時間遅れの時間の継
続性を比較して部分放電発生の有無を判別する弁別手段
とを具備したものである。

請求項２に対応する発明は、部分放電を監視すべき電気
機器に取り付けられ、この電気機器に発生する部分放電
による音波信号を検出する第１のアコースティックエミ
ッションセンサと、前記電気機器と同一振動系で電気機
器の部分放電による音波の影響を受けない構造物に取付
けられ、この構造物に発生する振動による音波信号を検
出する第２のアコースティックエミッションセンサと、
このセンサおよび前記センサからの検出信号を入力して
両検出信号を比較し、この結果から前記電気機器の部分
放電発生の有無を判別する比較手段とを具備したもので
ある。

（作用） 請求項１に対応する発明によれば、以下のような作用と
なる。部分放電を監視すべき電気機器に、取付けられる
ＡＥセンサと電流センサには、常時ランダムな外部ノイ
ズと、部分放電による信号が重畳されている。ここで、
部分放電による信号は、電圧の１サイクルの中で決った
位相で必ず起こる。

それに対し、外部ノイズは、接地線ではサイリスタ等の
点弧ノイズ等は位相が決まるものの、ＡＥセンサの検出
出力は音波信号であり、位相は決まらない。このため、
ＡＥセンサと電流センサの検出信号の位相を比較して、
位相が一致する信号が数サイクルにおいて継続性があれ
ば、部分放電と判別できる。従って、この検出結果に基
づいて電気機器の絶縁劣化事故を未然に防止することが
できる。

請求項２に対応する発明によれば、第１のＡＥセンサは
、電気機器に発生した部分放電による音波信号を検出す
るが、これには、外部から電気機器に侵入した機械的振
動による外部ノイズが含まれている。部分放電と外部ノ
イズを分離するため、部分放電による音波の影響を受け
ない構造物に第２のＡＥセンサを取り付け、このセンサ
により音響波を含まず外部ノイズだけを検出している出
力信号と、前記第１のＡＥセンサの出力信号、すなわち
、部分放電とノイズを含んだ信号との差を求め、同一振
動周波数であるノイズを低減することにより、電気機器
に発生した部分放電を確実に検出し、絶縁物の劣化など
による事故を未然に防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。部分放電を監視すべき電気機器、例えばスイッチギ
ヤの金属性の箱体１には、部分放電による音波信号を検
出するＡＥセンサ２を取付け、また、箱体１の接地線に
は電流センサ、例えばフェライトコアにコイルを巻いた
変流器３が取付けである。

ここで、ＡＥセンサ２で検出された音波信号は、バンド
パスフィルター４　（ＢＰＦ）　、増幅器５（ＡＭＰ）
およびアナログ−ディジタル変換器６（Ａ／Ｄ）からな
る信号処理回路を介して弁別−器１０の一方の入力端子
に入力されるようになっている。ＢＰＦ４は、部分放電
自体の周波数が、数１０Ｍ）ｌｚと高いものの音波とし
て伝搬するときにはスイッチギヤの絶縁媒体である空気
やＳＦ６ガスのような気体では数１０ｋＨｚになるので
、数１０　ｋＨｚの成分を通過させるものである。

また、変流器３で検出された電流信号は、バイパスフィ
ルター７　（ＨＰＦ）、増幅器８　（ＡＭＰ）およびア
ナログ−ディジタル変換器９　（Ａ／Ｄ）からなる信号
処理回路を介して弁別器１０の他方の入力端子に入力さ
れるようになっている。接地線は、部分放電の電流信号
が直接流れるので、数１０ＭＨｚの信号となり、このよ
うな高周波の信号を周波数特性のよいフェライトコアで
検出するので、ＢＰＦ７は数１０ＭＨｚ以上の成分を通
過させるフィルターである。

第２図（ａ）はＡＥセンサ２で検出された、例えば数１
０ＭＨｚの音波信号の波形図を示し、また、第２図（ｂ
）は変流器３で検出された、例えば数１０ＭＨｚの電流
信号の波形図を示している。

ここで、変流器３からの電流信号は、部分放電の電流に
対応するものであり、第１波しか形成されないが、測定
系で構成されるリアクタンスや浮遊静電容量により、早
い減衰特性の振動を起こす信号となる。

ＡＥセンサ１と変流器３で検出された信号は、それぞれ
前述のような信号処理回路を介して弁別器１０に入力さ
れ、ここで以下のような処理が行われる。第３図（ａ）
はＡＥセンサ２からの信号例であり、第３図（ｂ）は変
流器３からの信号例である。それぞれ、点線で電圧ｅを
示しており、また、各信号は、Ａ／Ｄ変換後に、しきい
値を越えた振動波形の波高値に対応して一定の電圧また
は電流に変換して、波高値が継続する時間だけ形成され
ている。つまり、各信号は、しきい値を越える時間幅が
あり、ＡＥセンサ２と変流器３では、周波数成分からみ
て前者の方が信号の幅が広くなる。

ここで、各信号の位相は、変流器３では部分放電の発生
に対し時間遅れは殆んどないが、ＡＥセンサ２では音速
の伝搬による遅れがある。ＡＥセンサ２の速度は気中で
約３５０■／ｓ　−Ｓ　Ｆ　ｅガスで約１３５ｓ／ｓの
実験結果を得ており、例えば、スイッチギヤにおける部
分放電発生個所からＡＥセンサ２までの時間を求めると
、気中において、１、Ｏｍ離れていると、約２．８ｍｓ
の遅れが出る。これらのことより、電圧ｅの１サイクル
において、ＡＥセンサ２の検出信号と変流器３の検出信
号の時間遅れｔを計測し、次の１サイクルで同じ時間遅
れｔの信号があるかないかを比較すれば、部分放電の発
生を判別できる。つまり、ＡＥセンサ信号Ｓａと変流器
信号ｓｂの時間遅れｔを計測しておき、次のサイクルで
同じ時間遅れｔがあると、部分放電発生によるものであ
る事が解る。尚、時間遅れｔが次のサイクルでない信号
はランダム信号のため、ノイズＳｎとなる。このように
、少なくとも、２サイクル以上の計測を行えば部分放電
を判別することができる。計測器の記憶容量により計測
のサイクル数を増せば、部分放電検出の精度は更に向上
する。

ここで、時間遅れｔは部分放電発生個所が一定しないた
めに、変化するものであるが、−船釣にスイッチギヤの
広さは一面当り数ｍのため、適用周波数の１サイクル（
５０Ｈｚでは２（］＋ｓ）の中に部分放電の信号は発生
する。

このように、第１の実施例の電気機器の部分放電監視装
置によれば、ＡＥセンサ２と変流器３からの検出信号を
、弁別器１０で比較することにより、スイッチギヤ等に
発生する絶縁劣化に至る前段階の微弱な部分放電を高精
度に検出することができる。従って、部分放電が検出さ
れた際に、アラーム等の警報を発するように構成するこ
とによりスイッチギヤ等の電気機器の絶縁劣化事故を未
然に防止することができる。

次に、本発明の第２の実施例を第４図及び第５図を参照
して説明する。第４図は第２の実施例を示すブロック図
であり、１１は部分放電を監視すべき電気機器、例えば
スイッチギヤの金属箱体であり、この箱体１１には部分
放電検出のためのＡＥセンサ１２が取付けられている。

前記スイッチギヤと同一振動系でスイッチギヤの部分放
電による音波の影響を受けない構造物、例えば監視盤１
３はスイッチギヤ１１の近くに設置されたスイッチギヤ
１１と同一振動系の構造物であり、監視盤１３の金属箱
体外壁には外部振動を検出するためのＡＥセンサ１４が
取付けられている。スイッチギヤ内に絶縁劣化による微
弱な部分放電が生じたとき、この部分放電による音波（
音響波）〃り金属箱体１１に伝わってＡＥセンサ１２で
検出され電気信号に変換されるようになっている。

ここで、スイッチギヤ１１は床面１５に設置されている
ため、床面１５を通じて外部からの振動が侵入し、部分
放電同様ＡＥセンサ１２で検出される。すると、ＡＥセ
ンサ１２の出力には、部分放電とノイズによる音波が含
まれていることになる。

そこで、スイッチギヤの箱体１１に侵入するノイズだけ
を検出し、それを処理して除去すれば部分放電だけが残
ることになる。

しかし、スイッチギヤの箱体１１に、もう一つＡＥセン
サを取付はノイズだけを検出しようとしても部分放電に
よるＡＥ波の影響を受けてしまうので、箱体１１と同一
振動系にある監視盤１３に取付けたＡＥセンサ１４でノ
イズを検出し、この検出信号を次に述べるような各機器
で構成される信号処理装置１６に入力される。ここで、
ＡＥセンサ１２．１４の電気信号を入力し、ノイズを除
去するようになっている。

信号処理装置［１６は、アンプ１７、帯域フィルタ１８
、演算器１９から構成されている。ＡＥセンサ１２，１
４の出力信号はアンプ１７で増幅された後、帯域フィル
タ１８により部分放電によるＡＥ波を捉えるのに最適な
中心周波数をもった周波数領域に絞った信号として取出
される。

第５図は第４図Ａ、Ｂ、ＣにおけるＡＥ波形を示してい
る。ＡのＡＥ波形には部分放電とノイズによるものが含
まれており、部分放電によるＡＥ波形がどの部分なのか
はっきりしていない。ＢのＡＥ波形はノイズだけのもの
である。この２つのＡＥ波は、演算器１９に入力され、
Ａの波形からＢの波形を引き算するようになっている。

但し、ＡとＢの波形の位相は、ノイズ源からのＡＥセン
サの距離が異なるためずれているので、ＢのＡＥ波の位
相を遅延回路によりずらし、ＡのＡＥ波の位相と合わせ
てから引き算を行っている。

次に、演算器１９の出力信号は、アンプ１７で増幅され
、低域フィルタ２０により高周波ノイズを除去するよう
になっている。こうすることにより、第１図ＣのＡＥ波
形は第５図に示すＣのＡＥ波形として信号処理され、部
分放電によるＡＥ波を正確に捉えることかできる。なお
、２１は比較部である。

以上の様に、第２の実施例の電気機器の部分放電監視装
置によれば、スイッチギヤ等に発生する絶縁劣化による
微弱な部分放電を、他のセンサー方式を併用せずに、Ａ
Ｅセンサ１２，１４の検出出力を比較的簡単な演算処理
により、高精度に検出することができ、スイッチギヤ等
の電気機器の絶縁劣化事故を未然に防止することができ
る。

［発明の効果］ 以上説明した本発明によれば、監視すべき電気機器の部
分放電発生の有無を判別でき、絶縁劣化による微弱な部
分放電の発生を確実に検出することができ、従って、電
気機器の絶縁劣化による事故を未然に防止することがで
きる電気器の部分放電監視装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気機器の部分放電監視装置の第１の
実施例を示すブロック図、第２図は第１図のＡＥセンサ
と変流器からの部分放電による信号例、第３図は第１図
の作用説明図、第４図は本発明の電気機器の部分放電監
視装置の第２の実施例を示すブロック図、第５図は第４
図の作用説明図である。 １．１１・・・電気機器例えばスイッチギヤ、２・・・
ＡＥセンサ、３−変流器、１０・・・弁別器、１１・・
・スイッチギヤ、１２．１４・・・ＡＥセンサ、１３・
、。 監視盤、１６・・・信号処理装置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）部分放電を監視すべき電気機器に取り付けられ、
   この電気機器に発生する部分放電による音波信号を検出
   するアコースティックエミッションセンサと、 前記電気機器の接地線に流れる電流を検出する電流セン
   サと、 前記センサと前記電流センサに基づく信号をそれぞれ入
   力し、この両信号の時間遅れを１サイクルの間で計測し
   、少なくとも２サイクル以上において時間遅れの時間の
   継続性を比較して部分放電発生の有無を判別する弁別手
   段と を具備した電気機器の部分放電監視装置。
2. （２）部分放電を監視すべき電気機器に取り付けられ、
   この電気機器に発生する部分放電による音波信号を検出
   する第１のアコースティックエミッションセンサと、 前記電気機器と同一振動系で電気機器の部分放電による
   音波の影響を受けない構造物に取付けられ、この構造物
   に発生する振動による音波信号を検出する第２のアコー
   スティックエミッションセンサと、 このセンサおよび前記センサからの検出信号を入力して
   両検出信号を比較し、この結果から前記電気機器の部分
   放電発生の有無を判別する比較手段と を具備した電気機器の部分放電監視装置。