JPH0812219B2 - 部分放電検出のための方法及び装置 - Google Patents

部分放電検出のための方法及び装置

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JPH0812219B2 JP33882889A JP33882889A JPH0812219B2 JP H0812219 B2 JPH0812219 B2 JP H0812219B2 JP 33882889 A JP33882889 A JP 33882889A JP 33882889 A JP33882889 A JP 33882889A JP H0812219 B2 JPH0812219 B2 JP H0812219B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高電圧導線に対する部分放電の検出方法及び
装置に関する。
より詳細には、本発明は、モータ、タービン発電機等
の固定子巻線を包囲する高電圧絶縁材内の部分放電を検
出するための方法及び装置に関する。
（従来技術） モータ、発電機等は、通常固定子コア内に回転できる
ように搭載されたローターを含む。固定子コアは、この
固定子コア内のスロット内に埋め込まれた固定子バーと
して知られる高電圧導線の絶縁された束からなる。
この高電圧導線を包囲する絶縁材は時間とともに劣化
する。導線を包囲する絶縁材の劣化は、結果としてこの
絶縁材内の部分放電活動を起こし、これがさらに絶縁材
を劣化させる。こうして悪循環が確立され、絶縁材が劣
化すると部分放電活動の程度がさらに強くなり、絶縁材
の劣化の速度がさらに増すこととなる。最終的には、こ
のような部分放電活動を起こしているこの絶縁された導
線は、固定子巻線の故障を避けるため又はこれを直すた
めに交換することが必要となる。
固定子バーの取り替えはコスト及び時間のかかる作業
であり、更にモータ又は発電機の使用を中止して分解す
ることが必要である。固定子巻線内において、故障が一
旦発生すると、モータや発電機を正常な状態に回復する
ために交換しなければならない。従って、前もって修理
がいつごろ必要になるかを予測し、故障が致命的になる
前に修理されるべき特定のモータ又は発電機の作業計画
との関連で最も便利な時期に、秩序ある計画された方法
にて修理できるように固定子巻線内の絶縁の状態を決定
できると便利である。
固定子巻線内の部分放電活動の程度は、一般にこの巻
線内の導線を包囲する高電圧絶縁の状態のよい指標と見
られている。以前は高電圧結合コンデンサが固定子巻線
の付勢のポイントにおいて高い60ヘルツ電圧をブロック
し、一方高周波数部分放電信号が測定計器に結合するこ
とが許されるように使用された。このコンデンサはかさ
ばり、値段が高いうえにこの巻線の高電圧導線への直接
の接続を必要とし、従ってモータ又は発電機絶縁システ
ムの保全性を低下させる。
さらに、このコンデンサは高周波数部分放電信号と背
景干渉とを区別することができない。その上、部分放電
活動がこうして検出された場合、この位置及び程度は物
理的に見ることによってのみ知ることができ、モータ又
は発電機の使用を中止して分解することが要求される。
（発明の概要） 本発明は、これらの短所を特定の固定子スロット又は
その固定子スロット自体の領域に隣接する固定子スロッ
ト内の部分放電を検出するための部分放電検出方法及び
装置（デバイス）を提供することによって解決する。本
発明は、従って固定子スロット内の部分放電活動を検出
するのみでなく、この部分放電活動が発生している特定
の固定子スロットの良好な指標を提供する。このデバイ
スは固定子スロットの外側から発し、高電圧絶縁材の状
態の誤った指標を生成する電気的な干渉に対しては不感
応（インセンシティブ）である。
これは、本発明においては、伝導性の接地面に渡って
延びる信号導線を持つ記録計器、例えばオシロスコープ
に固定子スロット内の部分放電活動によって生成された
パルスの高周波数成分から電磁的に結合された信号を送
るために設計された検出デバイスによって達成される。
この検出デバイスは、この固定子スロット内あるいはこ
れに隣接して取り付けられるが、これは部分放電活動の
測定をその特定の固定子スロットあるいは付近の固定子
スロット内で発生する電気活動にのみ制限する。
高周波数信号は、これが固定子スロット内を伝播する
大きく減衰されるため、高周波数に対してのみセンシテ
ィブに設計されたこの信号導線はこの固定子スロットあ
るいは付近の固定子スロット内の部分放電活動に対して
のみ感応し（センシティブであり）、これはその他のと
ころから発する部分放電活動あるいは背景干渉に対して
は比較的インセンシティブである。本発明による部分放
電検出デバイス及び方法は、従って部分放電信号と背景
干渉とを区別することができる。さらに、固定子巻線内
の高電圧導線に対する直接の接続が存在しないため、モ
ータあるいは発電機絶縁システムの保全性に対する影響
はない。本発明の部分放電検出デバイスは、また比較的
小さく、安価で、また取り付けが比較的容易である。
本発明を採用する部分放電検出デバイスは固定子構成
内に実現すること、又は部分放電活動を検出するのに高
電圧結合コンデンサに依存してきた現在の固定子コアに
改造（retrofit）することもできる。本発明の好ましい
実施態様は、現在のモータ又は配電機のロータと固定子
コアとの間の間隙内にこれらの動作を妨害することなく
簡単に取り付けられる比較的細い伝導性接地面及び信号
導線を使用する。
本発明は、従って高電圧導線内の部分放電パルスを検
出するための一つの絶縁された面を持つ伝導性プレー
ト、この絶縁された面の少なくとも一部分を渡って延び
る一つの絶縁された信号導線、電気パルスを記録するた
めの手段及びこの信号導線からの電気パルスをこの記録
手段に伝送するための手段を含む検出器を提供するが、
ここでこの高電圧導線に沿っての部分放電が電磁的にこ
の信号導線内に一つのパルスを誘導し、これが記録手段
に伝送される。
本発明はさらに、この検出器を使用して高電圧導線内
の部分放電活動を検出するための方法を提供するが、こ
の方法は、この導電性プレートを高電圧導線に接近して
位置するステップと、この信号導線内に生成されたパル
スの周波数及び電圧を測定するステップと、測定された
周波数及び電圧を所定の値と比較して部分放電活動の性
質、規模又は位置を決定するステップとを含む。
（実施例） 第１図にはモータあるいは発電機内の典型的な固定子
コアのセクションが示される。固定子巻線は通常固定子
コア内のスロット12内に埋め込まれたペアの固定子バー
を含む。固定子バー10は深さパッキング材料14によって
包囲することもでき、これらは第３図に示されるよう
に、固定子コアの二つの歯18の間に挿入されたウェッジ
16によってきちんと定位置に保持される。
固定子バー10は、通常夫々高電圧絶縁材料22によって
包囲された束の伝導性より線20を含む。これは一方、固
定子コアにアースされた半導体ペイントあるいはテープ
（図示無し）にて被覆（コート）される。固定子バー10
は、周知の方法にて固定子巻線を形成するように電気的
に接続される。
第４図に図解される本発明の部分放電検出デバイス30
は、伝導性の材料、例えば銅のプレート32を含むが、こ
れは絶縁材、例えばテフロン（登録商標）あるいは電気
的に絶縁性のエポキシによって少なくともこの片面34が
カバーされる。絶縁された信号導線36は、好ましくは細
いワイヤーからなり、この長さは検出されるべきパルス
周波数に従って選択され、少なくともプレート32の絶縁
された面34の一部分を横断する。一般に、プレート32と
信号導線36が高伝導性材料からなる場合にはより良い結
合が達成される。
ある所望の長さの同軸ケーブル38からなる伝送手段
は、好ましくは信号導線36の各々の端に、各々の同軸ケ
ーブル38の中心導線が信号導線36の一端と電気的に接触
し、同軸ケーブル38の外側導線がプレート32と電気的に
コンタクトするように接続される。各々の同軸ケーブル
の他端は、電気パルスを記録するための手段、例えば高
周波数オシロスコープ（図示無し）に適当に接続され
る。
信号導線26の幅及びこのプレート32からの距離は、周
知の伝送ライン理論の原理に従って、ケーブル38と等価
の特性インピーダンスを示すように選択される。
機能又は動作 固定子スロット12内において部分放電活動が起こる
と、第２図に概念的に示されるように、スロット12に沿
ってこの部分放電の現場から高周波数パルスが両方向に
伝播する。こうして、電磁場が生成されるが、これはこ
の部分放電活動が起こっている固定子バー10を包囲す
る。
検出デバイス30が信号導線36が固定子スロット12内の
あるいは隣接する固定子バー10に平行になるように位置
されると、この電磁場はこの部分放電パルスの高周波数
成分と対応してこの信号導線36内に一つの信号を生成す
る。しかし、この検出デバイスを通って伝播するこの部
分放電パルスの成分の伝播の方向と反対の方向には、周
知の方向性結合効果のためにこれが生成されない。信号
導線36内にこうして生成された信号は、同軸ケーブル38
に沿ってこの信号をグラフ的に表示することができるオ
シロスコープあるいは他の記録デバイスに伝送される。
以下に詳細に説明される方法によってこの信号を翻訳す
ることによって部分放電活動の位置及び程度の指標が得
られ、従って固定子スロット12内の高電圧絶縁材料22の
状態を知ることができる。
固定子コアと検出デバイス30のプレート32は、一体と
なってこの部分放電パルス及びこの信号導線36内に生成
される信号に対する接地面（ground plane）として機能
する。この結果としての部分放電パルスの信号導線36へ
の方向性係合は、信号導線36内に一つの信号を生成する
が、これは本質的に影響を受けた固定子バー10と信号導
線36との間にキャパシティブ的に結合された信号導線36
に沿って両方向に伝播する信号と、影響を受けた固定子
バー10と信号導線36との間に誘導的に結合された検出器
30を通って伝播する部分放電パルスの方法と反対の方向
にのみ沿って伝播する信号の重ね合わせである。これ
は、本質的に部分放電活動のポイントから最も遠い端で
ある信号導線36の遠い方の端46の所で誘導的に結合され
た信号とキャパシティブ的に結合された信号とが相殺さ
れ、この部分放電活動に最も近い端である信号導線の近
い方の端42のところでキャパシティブ的に結合された信
号と誘導的に結合された信号とが重ねられる効果を持
つ。第２図に図解される部分放電活動のポイントに基づ
く、信号導線36に方向性的に結合され、オシロスコープ
によって表示される正味信号が第６図にグラフとして示
される。
信号導線36の一端のみに接続された単一の同軸ケーブ
ル38にて、検出デバイスが部分放電活動を検出するよう
にすることもできる。但し、このような検出デバイスか
ら与えられる情報は、上に述べたように信号導線36の各
々の端に接続されたケーブル38を含む好ましい実施態様
から得られるものほど詳細ではない。
理論的には、キャパシブ的に結合された信号と誘導的
に結合された信号を重ね合わせると、信号導線36の遠い
方の端40の所の信号は完全に相殺されることとなる。但
し、固定子スロット12内の部分放電伝播の測定はパルス
が検出デバイス30を通過してもスロット12内に大きな減
衰が存在し、従ってこの相殺が完全でないことを示す。
信号導線36の遠い方の端のところに生成され検出デバイ
ス30を通って伝播する部分放電パルスの成分と反対の極
性を持つパルスは小さくなる。例えば、第２図に示され
る例においては誘導的に結合された信号はキャパシティ
ブ的に結合された信号より少し高い。従って、記録デバ
イスによって表示される結果の解釈において、背景干渉
と部分放電活動とをそのパルスがスロット12内から発し
ているのか付近のスロット12内のものか、又は固定子コ
アの外側のものであるか決定できる程度に鮮明に区別す
ることができる。
部分放電パルスは通常短い継続期間を持つため、これ
らパルスは150メガヘルツを越える成分周波数を持ち、
従って比較的短い信号導線36、例えば0.4メーターの導
線によって簡単に検出することができる。このように高
い周波数を持つ信号はこれらが固定子バー10に沿って伝
播するとき急激に減衰するため、検出デバイス30は固定
子スロット12内の部分放電活動に対してセンシティブで
あり、スロット12の外側から発する部分放電活動あるい
は背景干渉に対してはあまりセンシティブでない。付近
のスロット12から発する信号も検出される。但し、これ
らはかなり低い規模及び異なる波形を持ち、従ってスロ
ット12内に起因する信号のパターンから区別することが
できる。
しかしながら、信号導線36は固定子スロット12内の減
衰が検出されるべき信号の周波数とともに増加するため
あまり短すぎてはならない。従って、信号導線36が短か
過ぎる場合は、検出デバイス30は固定子スロット12の軸
方向にはなれた位置にある部分放電活動を検出すること
は、この信号導線36によって検出が可能な周波数は検出
デバイス30に到達する前にかなりあるいは完全に減衰さ
れてしまうために困難となる。このため、検出されたパ
ルスの周波数内容を使用して固定子スロットの減衰特性
を知った上で検出デバイス30までの部分放電活動の軸距
離を決定するとよい。一般に、部分放電活動と検出デバ
イス30との間の距離が増加すると検出されるパルスの高
周波数内容が減少する。
信号導線36は、同様に、スロット12内において大きく
減衰されない低い周波数の部分放電信号が、スロット12
の外側から発する部分放電活動あるいは低周波数背景干
渉と区別できなくなるために長すぎてもいけない。
いずれの場合も、信号導線36は、プレート32を越えて
延びすぎてはならず、好ましくはプレート32の両端が、
正しい方向性結合を確保するために、信号導線36の両端
40,42を少し越えて延びるようにされる。
第一の原則は、信号導線36が高電圧絶縁材料22内の部
分放電活動に対してセンシティブでないことを示唆す
る。これは、アースされた半伝導性のペイントあるいは
テープによって形成されるファラデー シールド（Fara
day shield）が各々の固定子バー10の回りに存在し、電
磁パルスがこうして信号導線36とキャパシティブ的に結
合することが阻止されるためである。但し、固定子バー
10を包囲する典型的な半伝導性コーティングは、100メ
ガヘルツ以上の周波数を持つ高周波数パルス信号に対し
てはトランスパレント（transparent）であり、従って
固定子バー10と検出器デバイス30の信号導線36の間で高
周波数信号が方向性結合することが許される。
第４図は、現在のモータあるいは発電機に改造するた
めの検出デバイス30の好ましい実施態様を図解する。プ
レート32は、固定子スロット12の幅及び接地面を形成す
る固定子コアの一つの歯18の少なくとも一部まで延びる
のに十分な大きさを持つ。これは固定子コアにエポキシ
あるいは他の周知の手段によって信号導線36と絶縁され
た面34が固定子コアに突き当たるように接着される。特
性インピーダンスは、同軸ケーブル38のインピーダンス
と対応する50オームに選択されるが、但しこのインピー
ダンスは、周知の原理に従って結合効率を変えるために
変えることができる。事実、この実施態様においては固
定子コアと典型的なモータあるいは発電機のロータとの
間の間隙が限定されるために少し細めの伝送手段38が好
ましい。プレート32及び信号導線36の両者もまた細めの
方が好ましく、これらは好ましくは別個にラミネートさ
れるか、あるいは厚さを最小限に保つためにテフロン
（登録商標）コーティングあるいは他の絶縁コーティン
グによってコートされる。検出器デバイス30のこの実施
態様は第３図に示されるように、典型的にロータと固定
子コアとの間に存在する間隙内にはまるように固定子ス
ロット12上に直接に位置される。こうして、現存する固
定子コアに、検出デバイス30を説明されるように、モー
タあるいは発電機の動作を妨害することなく簡単に改造
することができる。
検出デバイス30は、固定子コア上に、信号導線36が固
定子スロット12に平行に上から重なり、そしてプレート
32の絶縁された面34が固定子コアの一つの歯18の少なく
とも一部分の上に横たわるように第３図に示されるよう
に改造される。検出デバイス30は、固定子スロット12に
軸方向に沿う任意の位置にこのように取り付けることが
できるが、但しこの検出デバイス30を取り付け及びアク
セスが簡単にできるように固定子スロット12の物理的に
好都合の端に位置することが有利である。
検出デバイス30の動作を変えることなく様々な厚さの
絶縁された面34を収容できるため、検出デバイス30に対
する他の幾つかの適当な場所も存在する。例えば、第５
図に示されるように、検出デバイス30はウェッジ16ある
いは深さパッキング材料14内にあるいは周囲に、あるい
は上側及び下側固定子バー10の上に、下にあるいはこの
中間に位置することもできる。厚さは、選択された取り
付けに便利なように選択される。
本発明の動作の上の説明は本発明の動作を本発明者が
理解するように概念的に解説することを意図するもので
あり、方向性結合器理論を正確に説明することを意図す
るものではない。ここに説明される検出方法の結果を解
釈するには、方向性結合された信号を誘導的に結合され
た成分とキャパシティブ的に結合された成分に分解する
と便利である。本発明は、固定子バー10と信号導線36と
の間の方向性結合が実際にこのように起こると主張する
ものではないが、但しこれをこのように単純化すること
によって達成される結果がより簡単に解釈できる。
例えば、第６図は、第２図に示されるように位置され
た部分放電パルスによって生成される方向性結合された
信号をグラフ的に示す。誘導的に結合された信号がそれ
に向かって伝播する信号検出器36の近い方の端42のとこ
ろでは、キャパシティブ的に結合された信号が誘導的に
結合された信号に重ねられ、600ミリボルト（mvolts）
以上の正味パルスが与えられる。信号検出器36の遠い方
の端40においては誘導的に結合された信号がキャパシテ
ィブ的に結合された信号によって部分的に相殺され、反
対の極性の400ミリボルト（mvolts）より少し高い正味
パルスが与えられる。部分放電活動がスロット12の外側
で起こっている場合はこれらの読値の規模はかなり小さ
くなりこれらは異なる波形を示す。
これら結果は、部分放電活動の規模とこれの信号検出
器30までの接近度によって大きく変化する。従って、方
向性結合されたパルスの読値を実験によって決定された
値と比較することによってかなりの正確さでこれら変数
を予測できることがわかる。
第７図に示される本発明のもう一つの好ましい実施態
様においては、検出デバイスは重なり合う関係にて配列
された二つの電気的に伝導性のプレート32を持ち、また
このプレート32のこの重複部分の間に絶縁層39を持つ。
ペアの信号導線36がプレート32の結合された長さに渡っ
て延び、これから電気的に絶縁される。信号導線36は絶
縁層37によって互いに電気的に絶縁される。伝送手段38
は同軸ケーブルからなるが、この一つは、前に説明の方
法にて第一のプレート32及び第一の信号導線36に接続さ
れ、もう一方のケーブルはこのデバイスの長さの他端に
おいて第二のプレート32及び第二の信号導線36に接続さ
れる。
この実施態様においては、デバイスの各々の端の所の
ケーブル間に直接の接続はなく、このため固定子コアの
強い磁界内の伝導性ループの存在のために本発明の第一
の実施態様においては発生する可能性があるパワー周波
数電流の循環が阻止される。
本発明の好ましい実施態様が説明されたが、当業者に
おいては請求の範囲から逸脱することなく様々な修正及
び変更ができることは明らかであり、これらの全ての修
正及び変更も請求の範囲に入るものである。
（発明の効果） 本発明は固定子スロット12内の部分放電活動を検出
し、この部分放電活動が起こっている特定の固定子スロ
ットの良好な指標を与える。本発明は、本質的に固定子
スロットの外側から発する電気的干渉に対してセンシテ
ィブである。
【図面の簡単な説明】
第１図は典型的なモータあるいは発電機の固定子を図解
する部分斜視図であり、 第２図はウェッジが除去された第１図の固定子コアの部
分の断面図であり、 第３図は第１図の固定子コア内の固定子スロットの断面
図であり、本発明の部分放電検出デバイスの取り付けに
対する好ましい位置が示され、 第４図は第３図に示される部分放電検出デバイスの斜視
図であり、 第５図は固定子スロットの断面図を示すが、ここでは本
発明の部分放電検出デバイスの取り付けの別の好ましい
位置が示され、 第６図は第４図の部分放電検出デバイスによって検出さ
れる部分放電パルスを図解するデカルト図であり、そし
て 第７図は本発明による部分放電検出デバイスのもう一つ
の好ましい実施態様の斜視図である。 ＜図中符号の説明＞ 30……検出デバイス 32……プレート 34……絶縁された面 36……信号導線 38……同軸ケーブル

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高電圧導線（10）内の部分放電パルスを検
    出する検出装置（30）において、該装置が 絶縁された面（34）を持つ伝導性プレート（32）と、 該絶縁された面（34）の一部分にわたって延び、該伝導
    性プレート（32）から電気的に絶縁された絶縁信号導線
    （36）と、 電気パルスを記録する手段と、 該電気パルスを該信号導線から該記録手段に伝送する手
    段（30）とを含み、 該高電圧導線（10）に沿った部分放電活動が該信号導線
    （36）内にパルスを電磁的に誘導し、該パルスが該記録
    手段に送られることを特徴とする部分放電検出装置。
  2. 【請求項２】該電気パルスを該信号導線（36）から該記
    録手段に伝送する手段（38）が該信号導線（36）の両端
    （40,42）に接続されることを特徴とする請求項１記載
    の部分放電検出装置。
  3. 【請求項３】該記録手段がオシロスコープを含むことを
    特徴とする請求項１記載の部分放電検出装置。
  4. 【請求項４】該第一の伝導性プレート（32）の上に重な
    り、これから絶縁された一の絶縁面（34）をもつ第二の
    伝導性プレート（32）と、 該第一の信号導線（36）に隣接し、これから電気的に絶
    縁された第二の絶縁信号導線（36）とを更に含み、 伝送手段（38）が第一のプレート（32）と第一の信号導
    線（36）にその一端のところで電気的に接続され、更に
    別個の伝送手段（38）が該第二のプレート（32）と第二
    の信号導線（36）にその他端のところで電気的に接続さ
    れることを特徴とする請求項１乃至３記載の部分放電検
    出装置。
  5. 【請求項５】高電圧導線内の部分放電活動を請求項１記
    載の部分放電検出装置（30）を使用して検出する方法に
    おいて、該方法が、 伝導性プレート（32）を高電圧導線（10）に接近して配
    置するステップと、 信号導線（36）内で生成されるパルスの周波数及び電圧
    を測定するステップと、 測定された周波数及び電圧を所定の値と比較し該部分放
    電活動の規模又は位置を決定するステップを含むことを
    特徴とする部分放電検出方法。
  6. 【請求項６】高電圧導線（10）が固定子バーであること
    を特徴とする請求項５記載の部分放電検出方法。
  7. 【請求項７】伝送手段（38）が信号導線（36）の各々の
    端（40,42）に接続され、信号導線（36）の各々の端の
    ところで生成されたパルスの測定が行なわれることを特
    徴とする請求項５乃至６記載の部分放電検出方法。
  8. 【請求項８】モータ又はタービン発電機等内の固定子バ
    ー（10）内の部分放電活動を請求項１記載の部分放電検
    出装置（30）を使用して検出する部分放電検出方法にお
    いて、該方法が、 伝導性プレート（32）を、固定子スロット（12）に隣接
    して、その絶縁された面（34）が固定子コアに突き当た
    り、信号導線（36）が固定子スロット（12）と平行にな
    るように取り付けるステップと、 該信号導線（36）内において生成された電圧及び周波数
    を測定するステップと、 これら測定値を所定の値と比較して、部分放電活動の規
    模又は位置を決定するステップとを含むことを特徴とす
    る部分放電検出方法。
  9. 【請求項９】高電圧導線（10）が固定子バーであること
    を特徴とする請求項８記載の部分放電検出方法。
  10. 【請求項１０】伝送手段（38）が信号導線（36）の各々
    の端（40,42）に接続され、信号導線（36）の各々の端
    のところで生成されたパルスの測定が行なわれることを
    特徴とする請求項８乃至９記載の部分放電検出方法。
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