JP4353840B2 - 電路の部分放電検出方法 - Google Patents

Description

この発明は、電路に発生する部分放電を、この放電により発生する信号の計測結果から検出する電路の部分放電検出方法に関する。

高圧回路の配線や機器、例えば、開閉器、変圧器、碍子等の柱上、路上の配電機器や電力用の電動機等の電気機器は、絶縁劣化や絶縁異常が生じると部分放電を発生する。

低圧回路の配線や機器においても、高圧回路と同様に単相三線式の回路では充電部と中性線の間、三相回路では各相の間で部分放電を発生する。また、施工不良で電線の接続部分が不完全な接触状態で放置されると接続不良によって放電を発生する。なお、後者のような同相の電線間等の放電現象についても部分放電と定義しておく。

部分放電が発生すると、例えばｋHz〜ＧHzの広い周波数帯域に渡って部分放電の高周波電流が生じ、接触不良部や絶縁劣化部を流れると、高周波電流に応じた高周波磁界が発生する。

広い周波数帯域に分布する部分放電による高周波磁界は、接触不良部や絶縁劣化部から大気中に放射される。

これまで、この広帯域にわたる電磁波の信号を計測して部分放電を検出し、電気機器の絶縁劣化や絶縁異常の有無を監視、検出するため、種々の部分放電検出方法が提案されている（特許文献１）。
特開２００２‐３２３５３２号（第００４５、第１図）

しかしながら、従来方法のシステムでは、部分放電の信号が分布する所定の周波数帯を０〜２００ＭＨｚと広帯域の信号を用いて部分放電の有無を判定しているため、スペクトラムアナライザを用いる必要があった。

また、演算処理に用いる信号レベルのデータは多く、信号レベルの大きさ順に並び替えるといった複雑な演算処理や、大容量の記憶部が必要となるため、パソコンを用いた演算処理が必要であった。

電力用として開閉器、変圧器、碍子等の柱上、路上の配電機器や電力用の電動機等の電気機器を保守に使用する場合、高感度に部分放電を検出し、かつ高い判定精度が要求されることから、計測システム自体が大型化し、あらかじめ保守する現場に固定した状態や車載状態でなければ使用できないため、気軽に部分放電箇所を探査する目的での使用は難しかった。

そこで本件の発明の目的とするところは、判定処理が簡単で装置も簡素化され小型で安価な部分放電検出方法を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明の請求項１では、電路に発生する部分放電を検出する方法であって、電路の近傍に磁界センサを設け、該磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算し、該積算値が第二の閾値を超えた場合に、部分放電が発生したと判定することを特徴とする部分放電検出方法を提供している。

また請求項２では、あらかじめ電路のバックグランドノイズを磁界センサで検出し，該磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算しておき、次に，電路の近傍に設けた磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算し、第一の閾値を超える信号のデータの数の積算値から、前記バックグラウンドノイズの第一の閾値を超える信号のデータの数の積算値を差し引いて，その値が第二の閾値を超えた場合に、部分放電が発生したと判定することを特徴とする部分放電検出方法を提供している。

また請求項３では、あらかじめ電路のバックグランドノイズを磁界センサで検出し，該磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、次に，電路の近傍に設けた磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、該信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータから、該周波数のデータに対応するバックグラウンドノイズの信号の大きさのデータを差し引いて，このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算し、該積算値が第二の閾値を超えた場合に、部分放電が発生したと判定することを特徴とする部分放電検出方法を提供している。

請求項１による第一の課題解決手段においては、電路に発生する部分放電を検出する方法であって、電路の近傍に磁界センサを設け、該磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算し、該積算値が第二の閾値を超えた場合に、部分放電が発生したと判定することを特徴とする部分放電検出方法を提供したので，放電データの並び替えといった複雑な演算処理を必要とせず、判定処理が簡単で装置も簡素化され小型で安価な部分放電検出方法を提供することが可能である。

請求項２による第二の課題解決手段においては、あらかじめ電路のバックグランドノイズを磁界センサで検出し，該磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算しておき、次に，電路の近傍に設けた磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算し、第一の閾値を超える信号のデータの数の積算値から、前記バックグラウンドノイズの第一の閾値を超える信号のデータの数の積算値を差し引いて，その値が第二の閾値を超えた場合に、部分放電が発生したと判定することを特徴とする部分放電検出方法を提供したので，請求項１の効果に加えバックグラウンドノイズで誤検出のない部分放電の検出方法を提供することが可能である。

請求項３による第三の課題解決手段においては、あらかじめ電路のバックグランドノイズを磁界センサで検出し，該磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、次に，電路の近傍に設けた磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、該信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータから、該周波数のデータに対応するバックグラウンドノイズの信号の大きさのデータを差し引いて，このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算し、該積算値が第二の閾値を超えた場合に、部分放電が発生したと判定することを特徴とする部分放電検出方法を提供したので，請求項２と同様に請求項１の効果に加えバックグラウンドノイズで誤検出のない部分放電の検出方法を提供することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は請求項１のこの発明の実施形態による部分放電検出方法の全体構成を示す。

図１においては１は磁界検出部、２は磁界スペクトラム変換部、３は制御部、４は記憶部である。制御部３は記憶部４を内蔵する場合もある。また、部分放電発生の信号を出力する機能を含む。

磁界を検出する磁界検出部１で検出した磁界の時間スペクトラム，すなわち時間と信号の大きさは、磁界スペクトラム変換部２で、磁界の周波数スペクトラム，すなわち周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータ配列ｈ（ｎ）に変換され、制御部３は記憶部４に記憶してある第一の閾値ａのデータと、第二の閾値ｂのデータと磁界の周波数スペクトラムｈ（ｎ）から所定の処理に基づいて放電の有無を判定する。

図２に、部分放電の判定方法をフローチャートにて示す。

まず、磁界データは、図１の磁界検出部１で検出され、図１の磁界スペクトラム変換部２へ所定の時間間隔でｍ個取り込まれる。（Ｓ１）

次に、図１の磁界スペクトラム変換部２は、磁界の時間スペクトラムを所定の時間間隔の任意の倍数分をひとまとまりにして，磁界の周波数スペクトラムｈ（ｎ）に変換する。（Ｓ２）ここで，ｈ（ｎ）は周波数と信号の大きさを一対としたｎ個のデータ配列群である。

制御部３は、部分放電の判定に用いる第一の閾値ａの値、第二の閾値ｂの値を図１の記憶部３から呼び出す。（Ｓ３）

制御部３は、磁界の周波数スペクトラムのデータ番号ｋを０、変数ｃを０とする。（Ｓ４）

制御部３は、磁界の周波数スペクトラムのｈ（ｋ）と第一の閾値ａの大きさを比較し、磁界の周波数スペクトラムの方が大きければステップＳ６にすすみ、磁界の周波数スペクトラムの方が小さければステップＳ７にすすむ。（Ｓ５）

制御部３は、磁界の周波数スペクトラムのｈ（ｋ）が第一の閾値ａより大きければステップＳ６にすすみ、小さければステップ７にすすむ。

制御部３は、変数ｃを１加算する。（Ｓ６）

制御部３は、周波数スペクトラムのデータ番号ｋを１加算する。（Ｓ７）

データ番号ｋが周波数スペクトラムの全データ数ｎを超えるとステップＳ９に進み、超えてないければステップＳ５にすすむ。（Ｓ８）

制御部３は、変数ｃと第二の閾値ｂの大きさを比較し、変数ｃの方が大きければステップ１０にすすみ、小さければ終了する。（Ｓ９）

制御部３は、変数ｃが第二の閾値ｂより大きければ、部分放電発生の信号を出力する。（Ｓ１０）

以上のように、周波数スペクトラムから部分放電の発生を検出することができる。

次に図２のフローチャートの流れに沿って具体的な判定事例について説明する。部分放電による磁界を周波数スペクトラムに変換するステップＳ２を終了した時点の磁界の周波数スペクトラムを示す。図３に部分放電が発生していないときの磁界の周波数スペクトラム、図４に部分放電が発生しているときの磁界の周波数スペクトラムを示す。図の縦軸の数値はデジベル単位をとるのが普通だが、今回はフローチャートの説明を分かりやすくするために正の整数値に変換した。図中には閾値ａの値を太線、閾値ａを超える部分を斜線で示す。ここで閾値ａの値を２０、閾値ｂの値を１０と設定する。

ステップＳ３で閾値ａの値、閾値ｂの値を読み出す。図３の部分放電が発生していない時は、ステップＳ４〜Ｓ８を経ると、閾値ａの値を超える変数ｃの値は０となり、ステップ９で閾値ｂの値よりも小さいため部分放電は発生していないと判定し終了する。図４の部分放電が発生している時は、ステップＳ４〜Ｓ８を経ると、閾値ａの値を超える変数ｃの値は１４となり、ステップ９で閾値ｂよりも大きいと判定し、ステップ１０で部分放電発生信号を出力する。

次に請求項２のこの発明の実施形態による部分放電検出方法の全体構成を示す。

以下に、本件発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は請求項２の発明の実施形態による部分放電検出方法の全体構成を示す。なお、構成の詳細については請求項１と同じなので詳細な説明は省略する。

図５に、部分放電の判定方法のフローチャートを示す。

まず、部分放電の判定方法のフローチャートのうち、前半のステップＳ１１からステップＳ１８までのバックグラウンドのノイズの補正値ｃ’を演算するフローチャートについて説明する。まず、部分放電の発生していない状態で、磁界データを図１の磁界検出部で検出し、磁界スペクトラム変換部２で所定の時間間隔でｍ個取りこむ。（Ｓ１１）

次に、図１の磁界スペクトラム変換部２は、請求項１の場合と同様にバックグラウンドの磁界の時間スペクトラムを磁界の周波数スペクトラムｈ”（ｎ）に変換する。（Ｓ１２）

制御部３は、部分放電の判定に用いる第一の閾値ａ、第二の閾値ｂを図１の記憶部３から呼び出す。（Ｓ１３）

制御部３は、まず、バックグラウンドの磁界の周波数スペクトラムのデータ番号ｋを０、補正値ｃ’を０に設定する。（Ｓ１４）

制御部３は、バックグラウンドの磁界の周波数スペクトラムｈ”（ｋ）が第一の閾値ａを比較し、磁界の周波数スペクトラムの方が大きければステップＳ１６にすすみ、小さければステップＳ１７にすすむ。（Ｓ１５）

制御部３は、補正値ｃ’に１を加算する。（Ｓ１６）

制御部３は、周波数スペクトラムのデータ番号ｋを１加算する。（Ｓ１７）

制御部３は、データ番号ｋが周波数スペクトラムの全データ数ｎを超えると終了する。（Ｓ１８）

次に、部分放電の判定方法のフローチャートの中で、後半のステップＳ１９からステップＳ２９までの部分放電判定方法について説明する。まず、部分放電のある状態で磁界データは、図１の磁界検出部で検出され、図１の磁界スペクトラム変換部２で所定の時間間隔でｍ個取りこむ。（Ｓ１９）

次に、図１の磁界スペクトラム変換部２は、磁界の時間スペクトラムを磁界の周波数スペクトラムｈ（ｎ）に変換する。（Ｓ２０）

制御部３は、部分放電の判定に用いる第一の閾値ａ、第二の閾値ｂを図１の記憶部３から呼び出す。（Ｓ２１）

制御部３は、磁界の周波数スペクトラムのデータ番号ｋを０、変数ｃを０とする。（Ｓ２２）

制御部３は、磁界の周波数スペクトラムｈ（ｋ）と第一の閾値ａの大きさを比較し、磁界の周波数スペクトラムｈ”（ｋ）が第一の閾値ａより大きければステップ２４にすすみ、小さければステップ２３にすすむ

制御部３は、変数ｃを１加算し、ステップＳ２５にすすむ。（Ｓ２４）

制御部３は、周波数スペクトラムのデータ番号ｋを１加算する。（Ｓ２５）

制御部３は、データ番号ｋと周波数スペクトラムの全データ数ｎを比較し、データ番号ｋの方が大きければステップＳ２７にすすみ、小さいければステップ２３にすすむ。（Ｓ２６）

制御部３は、変数ｃから補正値ｃ’の値を差し引く（Ｓ２７）

制御部３は、変数ｃと第二の閾値ｂの大きさを比較し、変数ｃの方が大きければステップＳ２９にすすみ、小さければ終了する。（Ｓ２８）

制御部３は、部分放電発生の信号を出力する。（Ｓ２９）

以上のように、周波数スペクトラムから部分放電の発生を検出することができる。

次に図５のフローチャートの流れに沿って具体的な判定事例について説明する。バックグラウンドの磁界を周波数スペクトラムに変換するステップＳ１２を終了した時点の磁界の周波数スペクトラムを示す。

図６に部分放電が発生していないが磁界のノイズが重畳しているときの磁界の周波数スペクトラム、図７に部分放電が発生しているときの磁界の周波数スペクトラムを示す。図の縦軸の数値の取り方については、請求項１の具体的な判定事例で説明したので省略する。請求項１の実施例図中には閾値ａの値を太線、閾値ａを超える部分を斜線で示す。ここで閾値ａの値を２０、閾値ｂの値を１０と設定する。

まず、図５のステップＳ１１でバックグラウンドの磁界を検出し、ステップＳ１２でバックグラウンドの磁界ｈ”に変換し、ステップＳ１３で閾値ａの値、閾値ｂの値を読み出す。図６の部分放電が発生していないが磁界のノイズが重畳している時は、ステップＳ４からステップＳ８を経ると、閾値ａの値を超える補正値ｃ’の値は４となる。

次に、ステップＳ１９で磁界を検出し、ステップＳ２０で磁界ｈ（ｎ）に変換し、ステップＳ１３で閾値ａの値、閾値ｂの値を読み出す。図７のように磁界のノイズが重畳しているときは、ステップＳ２２〜ステップＳ２６を経ると、閾値ａの値を超える変数ｃの値は１０となるが、ステップＳ２７で変数ｃから補正値ｃ’の値を差し引いて補正を行うので、ステップＳ２８で変数ｃの値は６となり、閾値ｂの値の１０より小さくなり終了する。これにより、磁界のノイズの影響で誤判定することを防ぐことができる。

次に請求項３にこの発明の実施形態による部分放電検出方法の全体構成を示す。

以下に、本件発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は請求項３の発明の実施形態による部分放電検出方法の全体構成を示す。なお、構成の詳細については請求項１と同じなので詳細な説明は省略する。

図８に、部分放電の判定方法をフローチャートにて示す。

部分放電の発生していない状態で、磁界データを図１の磁界検出部で検出し、図１の磁界スペクトラム変換部２で所定の時間間隔でｍ個取りこむ。（Ｓ３０）

図１の磁界スペクトラム変換部２は、バックグラウンドの磁界の時間スペクトラムを磁界の周波数スペクトラムｈ”（ｎ）に変換する。（Ｓ３１）

次に、部分放電を探索する場所にて、図１の磁界検出部で磁界を所定の時間間隔でｍ個取りこみ、磁界データを測定する。（Ｓ３２）

次に、図１の磁界スペクトラム変換部２は、磁界の時間スペクトラムを磁界の周波数スペクトラムｈ（ｎ）に変換する。（Ｓ３３）

次に制御部３は、磁界の周波数スペクトラムｈ（ｎ）から，各々の周波数のデータに対応するバックグラウンドの周波数スペクトラムｈ”（ｎ）を差し引く。（Ｓ３４）

以降、ステップＳ３５からステップＳ４２までは、図２のフローチャートのステップＳ３からステップＳ１０までと同じ内容なので省略する。以上のように、バックグラウンドノイズの影響なしに周波数スペクトラムから部分放電の発生を検出することができる。

電路の部分放電の探索のみでなく、コンセントに組み込んでプラグの刃間で発生するトラッキングを警報する装置といった電気火災の予防分野にも適用できる。

全体構成図である。 請求項１の実施例の部分放電の判定のフローチャート図である。 部分放電のない時の磁界の周波数特性図である。 部分放電のある時の磁界の周波数特性図である。 請求項２の実施例の部分放電の判定のフローチャート図である。 ノイズのある時の磁界の周波数特性図である。 ノイズが多い時の磁界の周波数特性図である。 請求項３の実施例の部分放電の判定のフローチャート図である。

符号の説明

１ 磁界検出部
２ 磁界スペクトラム変換部
３ 制御部
４ 記憶部

Claims (3)

1. 電路に発生する部分放電を検出する方法であって、電路の近傍に磁界センサを設け、該磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算し、該積算値が第二の閾値を超えた場合に、部分放電が発生したと判定することを特徴とする部分放電検出方法。
2. あらかじめ電路のバックグランドノイズを磁界センサで検出し，
   該磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算しておき、
   次に， 電路の近傍に設けた磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算し、
   第一の閾値を超える信号のデータの数の積算値から、前記バックグラウンドノイズの第一の閾値を超える信号のデータの数の積算値を差し引いて，その値が第二の閾値を超えた場合に、部分放電が発生したと判定することを特徴とする部分放電検出方法。
   
3. あらかじめ電路のバックグランドノイズを磁界センサで検出し，
   該磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、
   次に，電路の近傍に設けた磁界センサから出力される計測信号を周波数解析し、該計測信号に含まれる部分放電の信号が分布する所定の周波数範囲の信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータを求め、
   該信号の周波数と該周波数毎に対応する信号の大きさのデータから、該周波数のデータに対応するバックグラウンドノイズの信号の大きさのデータを差し引いて，このうち、第一の閾値を超える大きさを有する信号のデータの数を積算し、該積算値が第二の閾値を超えた場合に、部分放電が発生したと判定することを特徴とする部分放電検出方法。