特許 6588781 部分放電検出装置およびその検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6588781

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】部分放電検出装置およびその検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/12 20060101AFI20191001BHJP

   H02B 3/00 20060101ALI20191001BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/12 A

   H02B3/00 M

【請求項の数】7

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-183898(P2015-183898)

(22)【出願日】2015年9月17日

(65)【公開番号】特開2017-58276(P2017-58276A)

(43)【公開日】2017年3月23日

【審査請求日】2018年6月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107928

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正則

(72)【発明者】

【氏名】藤井 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】塩入 哲

(72)【発明者】

【氏名】長 広明

(72)【発明者】

【氏名】中村 勇介

(72)【発明者】

【氏名】松崎 順

(72)【発明者】

【氏名】大竹 史郎

【審査官】 青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５５−１３９０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−００５３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６８４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４９１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３３７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０５５７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００９８１６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０３２４７４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／１２

Ｈ０２Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機器を収納した第１の箱体と、
前記第１の箱体に列盤されるとともに、電気機器を収納した第ｎの箱体と、
前記第１の箱体から前記第ｎの箱体に共通に接続されるように配設された接地母線と、
前記第１の箱体を構成する構成板に接触固定された第１の電極と、
前記第ｎの箱体を構成する構成板に接触固定された第ｎの電極と、
前記第１の電極と前記第ｎの電極とで検出した表面電位を減算して電位差を求める減算処理部と、
前記電位差に基づいて部分放電の発生を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする部分放電検出装置。

【請求項2】

電気機器を収納した第１の箱体と、
前記第１の箱体に列盤されるとともに、電気機器を収納した第ｎの箱体と、
前記第１の箱体と前記第ｎの箱体との間に設けられた絶縁部材と、
前記第１の箱体から前記第ｎの箱体に共通に接続されるように配設された接地母線と、
前記第１の箱体を構成する構成板に接触固定された第１の電極と、
前記第ｎの箱体を構成する構成板に接触固定された第ｎの電極と、
前記第１の電極と前記第ｎの電極とで検出した表面電位を減算して電位差を求める減算処理部と、
前記電位差に基づいて部分放電の発生を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする部分放電検出装置。

【請求項3】

電気機器をモールドした第１のモールド部材と、
前記第１のモールド部材の表面に設けられた第１の接地層と、
前記第１のモールド部材に接続されるとともに、電気機器をモールドした第ｎのモールド部材と、
前記第ｎのモールド部材の表面に設けられた第ｎの接地層と、
前記第１の接地層及び前記第ｎの接地層に共通に接続されるように配設された接地母線と、
前記第１の接地層に接触固定された第１の電極と、
前記第ｎの接地層に接触固定された第ｎの電極と、
前記第１の電極と前記第ｎの電極とで検出した表面電位を減算して電位差を求める減算処理部と、
前記電位差に基づいて部分放電の発生を判定する判定部と、

を備えたことを特徴とする部分放電検出装置。

【請求項4】

前記第１の電極、前記第ｎの電極と前記減算処理部との間に、前記第１の電極、前記第ｎの電極で検出された表面電位を数回平均化する平均化処理部を接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載した部分放電検出装置。

【請求項5】

前記減算処理部と前記判定部との間に、周波数変換をするウェーブレット処理部を接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載した部分放電検出装置。

【請求項6】

電気機器を収納した第１の箱体と、
前記第１の箱体に列盤されるとともに、電気機器を収納した第ｎの箱体と、
前記第１の箱体から前記第ｎの箱体に共通に接続されるように配設された接地母線と、
前記第１の箱体を構成する構成板に接触固定された第１の電極と、
前記第ｎの箱体を構成する構成板に接触固定された第ｎの電極とを備えた部分放電検出装置の検出方法において、
前記第１の電極と前記第ｎの電極とで検出した表面電位を時間を合わせて減算して電位差を求め、
この電位差のピーク値、時間幅、頻度のいずれかが閾値を超えたとき、部分放電の発生と判定することを特徴とする部分放電検出装置の検出方法。

【請求項7】

前記電位差が閾値を数回超えたとき、部分放電の発生と判定することを特徴とする請求項６に記載の部分放電検出装置の検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力機器で発生する部分放電を高感度で検出する部分放電検出装置およびその検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、スイッチギヤのような箱体内に遮断器などを収納する電力機器においては、箱体に複数の部分放電センサーを取り付け、部分放電の発生位置を特定するものが知られている。部分放電センサーでは、浮遊容量を介して伝搬する部分放電パルスによる信号を検出し、到達するまでの時間差から三次元位置も特定できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

一方、主回路導体のような電気部材を絶縁材料でモールドしたスイッチギヤでは、接地層の表面に表面電位を検出する複数の電極を設け、所定のものを基準電極とし、他のものを測定電極とし、基準電極から測定電極の表面電位を減算して電位差を求め、部分放電を検出するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

【0004】

また、表面電位を検出する一対の電極を準備し、一方の電極を接地層の表面に取り付け、他方の電極を接地層と非接触として配設し、これらの出力を差分してＳ／Ｎ比を向上させるものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

【0005】

これらの部分放電検出装置は、箱体やモールド部材が単独構成であり、内部で発生する部分放電の発生位置の特定や検出感度を向上させるものである。ここで、スイッチギヤにおいては、複雑な電力系統を構成する上から、複数の箱体が列盤されることが多い。列盤されたスイッチギヤでは、他電力系統に接続されたり、電力変換器やモータなどの電力機器が接続されたりしており、複雑なノイズ（ＢＧＮ）が発生、侵入し、電源に重畳される。このように列盤されたスイッチギヤでは、周波数成分やパワーの異なるノイズに対応するノイズ除去には限界があり、微弱な信号である部分放電の検出は困難なものとなっていた。このため、複雑なノイズが侵入され易い列盤されたスイッチギヤの部分放電を高感度で検出できるものが望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１−１４９８９６号公報

【特許文献2】特開２０１２−２２０２０９号公報

【特許文献3】特開２０１２−２２０２０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、各種の電源系統や電力機器に接続されて大きなノイズが重畳される列盤されたスイッチギヤにおいて、箱体単位で部分放電を高感度で検出することができる部分放電検出装置およびその検出方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、実施形態の部分放電検出装置は、電気機器を収納した第１の箱体と、前記第１の箱体に列盤されるとともに、電気機器を収納した第ｎの箱体と、前記第１の箱体から前記第ｎの箱体に共通に接続されて配設された接地母線と、前記第１の箱体を構成する構成板に接触固定された第１の電極と、前記第ｎの箱体を構成する構成板に接触固定された第ｎの電極と、前記第１の電極と前記第ｎの電極とで検出した表面電位を減算して電位差を求める減算処理部と、前記電位差に基づいて部分放電の発生を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施例１に係る部分放電検出装置の構成を示す概要図。

【図2】本発明の実施例１に係る部分放電検出装置の回路構成を説明する図。

【図3】本発明の実施例１に係る部分放電検出装置のノイズ除去を説明する図。

【図4】本発明の実施例２に係る部分放電検出装置の回路構成を説明する図。

【図5】本発明の実施例３に係る部分放電検出装置の回路構成を説明する図。

【図6】本発明の実施例４に係る部分放電検出装置の構成を示す概要図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

【実施例1】

【0011】

先ず、本発明の実施例１に係る部分放電検出装置を図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る部分放電検出装置の構成を示す概要図、図２は、本発明の実施例１に係る部分放電検出装置の回路構成を説明する図、図３は、本発明の実施例１に係る部分放電検出装置のノイズ除去を説明する図である。

【0012】

図１に示すように、遮断器や主回路導体などの電気機器を収納した複数の第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎはほぼ直線状に配置され、所定の電源系統が構成されている。第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎには、表面電位を検出する第１〜第ｎの電極２ａ〜２ｎが接触固定されている。第１〜第ｎの電極２ａ〜２ｎの出力は、微弱な信号を取出す部分放電判定装置３に入力されている。第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎの下部には、共通の接地母線４が配設され、接地極５に接続されている。第１〜第ｎの電極２ａ〜２ｎは、収納された電気機器との間で形成される浮遊容量を介して検出される表面電位を検出する。ここで、第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎの個々は、正面板、天井板、背面板、床板、側面板で構成されており、いずれか１枚の板面に第１〜第ｎの電極２ａ〜２ｎが接触固定される。このため、正面板、天井板、背面板、床板、側面板のそれぞれを箱体を構成する構成板と称する。構成板は、接地母線４に接続される。

【0013】

次に、部分放電判定装置３の回路構成を図２を参照して説明する。図２に示すように、部分放電判定装置３は、第１〜第ｎの電極２ａ〜２ｎの出力が入力される減算処理部６、減算処理部６の出力が接続される判定部７、判定部７の出力が接続される表示部８で構成されている。

【0014】

次に、部分放電の判定方法を図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図３（ａ）に示すように、例えば、第１の箱体１ａ内で部分放電が発生すると、第１の電極２ａでは上段のような減衰する部分放電よるものと、下段のようなノイズが重畳されたランダムな振動波形の表面電位を検出する。第２〜第ｎの電極２ｂ〜２ｎでは、図３（ｂ）に示すように、第１の箱体１ａから伝搬してくる部分放電によるものは小さく、ノイズは同程度の大きさのものを検出する。これらを減算処理部６で時間を合わせて減算し、電位差を求めると、図３（ｃ）に示すように、ノイズが除去され、部分放電によるものだけが抽出される。第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎの構成板は接地母線４に接続されているので、ノイズは全ての構成板で同程度のものが検出され、部分放電によるものは当該箱体のみで大きく検出されるものとなる。

【0015】

これらの処理を第１〜第ｎの電極２ａ〜２ｎの相互間で行い、判定部７で所定の電位差が検出されると、発生場所を特定し、表示部８に表示する。判定部７では、電位差のピーク値、継続時間、発生頻度などに閾値を設け、いずれかの項目で閾値を超えたときに部分放電の発生とする。なお、ピーク値、継続時間、発生頻度を乗算して放電エネルギーを算出したものを用いてもよい。また、部分放電は間欠放電が多いので、判定部７での電位差の検出が数回続いたときに、部分放電の発生と判定するようにすれば、誤動作を防止することができる。

【0016】

これらにより、第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎが列盤されたスイッチギヤにおいて、部分放電の発生を箱体単位で検出することができる。スイッチギヤでは、他電力系統やノイズを出し易い電力機器が接続され、周波数成分やパワーの異なる複雑で大きなノイズが主回路に重畳されるが、これらのノイズを箱体単位で減算するので、第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎ全体に重畳されたノイズを確実に除去することができる。なお、部分放電の発生箱体が特定された場合には、他の箱体と切り離して一般的な部分放電測定器を用いて発生個所を見つけ部品交換、または箱体全体の交換などを行うことができる。

【0017】

上記実施例１の部分放電検出装置によれば、列盤された複数の第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎの構成板にそれぞれ第１〜第ｎの電極２ａ〜２ｎを接触固定し、これらの出力を部分放電判定装置３の減算処理部６で減算し、主回路に重畳されたノイズを箱体単位で除去しているので、周波数成分やパワーの異なる複雑で大きなノイズでも確実に除去することができ、部分放電を高感度で検出することができる。

【0018】

上記実施例１では、列盤されたスイッチギヤを第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎを用いて説明したが、真空バルブや主回路導体のような電気機器を絶縁材料でモールドし、これらのモールド部材を複数接続したスイッチギヤにおいても、各モールド部材の接地層に第１〜第ｎの電極２ａ〜２ｎを取り付け、これらを減算処理部６でモールド部材の単位で減算することにより、大きなノイズを除去することができる。

【実施例2】

【0019】

次に、本発明の実施例２に係る部分放電検出装置を図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例２に係る部分放電検出装置の回路構成を説明する図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、部分放電の信号を平均化処理したことである。図４において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0020】

図４に示すように、部分放電判定装置３に平均化処理部９を設け、この出力を減算処理部６に入力している。平均化処理部９では、数回を平均化処理するので、突発的なものを抑えることができ、検出感度を向上させることができる。

【0021】

上記実施例２の部分放電検出装置によれば、実施例１による効果のほかに、部分放電の検出感度を向上させることができる。

【実施例3】

【0022】

次に、本発明の実施例３に係る部分放電検出装置を図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例３に係る部分放電検出装置の回路構成を説明する図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、部分放電信号を周波数変換するウェーブレット変換することである。図５において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0023】

図５に示すように、減算処理部６と判定部７との間には、ウェーブレット変換部１０を接続している。ウェーブレット変換部１０では、周波数１〜２０ＭＨｚに高い結果が得られたとき、絶縁物からの部分放電と判定するようにしている。

【0024】

上記実施例３の部分放電検出装置によれば、実施例２による効果のほかに、ウェーブレット変換により、部分放電を確実に検出することができる。

【実施例4】

【0025】

次に、本発明の実施例４に係る部分放電検出装置を図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施例４に係る部分放電検出装置の構成を示す概要図である。なお、この実施例４が実施例１と異なる点は、盤間を絶縁したことである。図６において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0026】

図６に示すように、第１の箱体１ａと第２の箱体１ｂ間、第２の箱体１ｂと第３の箱体１ｃ間、第３の箱体１ｃと第ｎの箱体１ｎ間、所謂、箱体間には、絶縁部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｎを設けている。絶縁部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｎは、絶縁シート、絶縁薄板、第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎに塗布された絶縁被膜などでよく、部分放電に伴って発生する数ｍＶ〜数Ｖの電位差に耐え得る厚さを有するものとする。

【0027】

これにより、第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎの各箱体の接地電位が電気的に独立し、部分放電による電位差を当該箱体で確実に検出することができる。例えば、第１の箱体１ａで部分放電が発生した場合、第２の箱体１ｂ以降への接地電流の分流を絶縁部材１１ａで遮断し、第１の電極２ａで表面電位を確実に検出することができる。

【0028】

なお、実施例１の第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎにおいても、一般的に構成板に塗装が施されて箱体間が絶縁されているか、微妙な接触による高抵抗接続されており、接地電流の分流が防げるものは、絶縁部材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｎを不要とすることができる。

【0029】

上記実施例４の部分放電検出装置によれば、実施例３による効果のほかに、第１〜第ｎの箱体１ａ〜１ｎでの部分放電を確実に検出することができる。

【0030】

以上述べたような実施形態によれば、列盤された複数の箱体の構成板にそれぞれ表面電位を検出する電極を取り付け、これらの出力を各箱体の相互で減算して電位差を求めているので、大きなノイズを箱体単位で確実に除去することができ、微弱な信号の部分放電を高感度で検出することができる。

【0031】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0032】

１ａ〜１ｎ 第１〜第ｎの箱体
２ａ〜２ｎ 第１〜第ｎの電極
３ 部分放電判定装置
４ 接地母線
６ 減算処理部
７ 判定部
９ 平均化処理部
１０ ウェーブレット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】