(57)【要約】【課題】部分放電の放電源が気泡であるか否かを短時間に判別する。【解決手段】部分放電の開始が検出される(Ｓ１１０)まで油入変圧器に印加する電圧を徐々に増加させる工程(Ｓ１００)と、部分放電の開始が検出された(Ｓ１１０)後、油入変圧器に印加する電圧を部分放電の開始が検出された時の部分放電開始電圧に維持する工程(Ｓ１２０)と、検出された放電電荷量の信号強度が、電圧印加開始時から所定時間以内に、部分放電の開始が検出された時の放電電荷量の信号強度に比較して３倍以上に増加した場合(Ｓ１３０)のみ、放電源が気泡であると判定する工程(Ｓ１４０)とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分放電の開始が検出されるまで油入変圧器に印加する電圧を徐々に増加させる工程と、
部分放電の開始が検出された後、前記油入変圧器に印加する電圧を部分放電の開始が検出された時の部分放電開始電圧に維持する工程と、
検出された放電電荷量の信号強度が、電圧印加開始時から所定時間以内に、部分放電の開始が検出された時の放電電荷量の信号強度に比較して３倍以上に増加した場合のみ、放電源が気泡であると判定する工程と
を備える、油入変圧器における部分放電の種類判別方法。
【請求項２】
前記所定時間が１０分である、請求項１に記載の油入変圧器における部分放電の種類判別方法。
【請求項３】
部分放電により発生した電磁波の周波数を解析して得られた電磁波強度の分布において、５００ＭＨｚ以下の周波数を有する電磁波が９０％以上である場合のみ、放電源が気泡であると判定する工程をさらに備える、請求項１または２に記載の油入変圧器における部分放電の種類判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油入変圧器における部分放電の種類判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油入変圧器の部分放電監視装置の構成を開示した先行文献として、特開平３−５６０２８号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された部分放電監視装置は、交流電圧印加時の変圧器の内部で絶縁油が局部的に絶縁破壊して起こる部分放電の進展過程に着目して構成されたものである。
【０００３】
特許文献１には、部分放電においては、電圧印加開始後１０秒から数１００秒の長い間隔をおいて間欠的に放電が発生する間欠期間と、毎秒数個から数１０個の頻度で放電が発生する連続期間と、放電が絶縁油に浸漬された絶縁紙中まで伸びて、絶縁油の分解ガス中で高い頻度の気中放電パルスを発生しながら絶縁紙を侵食する期間へと進展することが記載されている。また、特許文献１には、上記の進展過程において、放電パルスの大きさおよび部分放電の発生頻度が順次増加することが記載されている。
【０００４】
部分放電監視装置においては、上記の連続期間において、大きさおよび発生頻度が増大した放電パルスを所定時間内の累積値として把握することにより、放電パルスに比べて低い頻度でしか発生しない単発的なノイズと放電パルスとの弁別を容易化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−５６０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
部分放電の放電源には、絶縁油中に残留する可能性のある気泡と、絶縁油中に混入する可能性のある金属などからなる異物とがある。部分放電が発生した場合の対処法は、部分放電の放電源によって異なる。そのため、部分放電の放電源の種類を判別することが必要となる。
【０００７】
特許文献１に記載の部分放電監視装置は、放電源が気泡である部分放電のパルスと、スイッチングノイズなどの外部から侵入するノイズとを弁別するための装置であり、部分放電の放電源の種類を判別することについては考慮されていない。
【０００８】
また、部分放電監視装置は、変圧器の使用中における部分放電の発生を継続的に監視する装置であって、変圧器の出荷前の検査において短時間に部分放電の種類を判別する装置としては使用できない。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、部分放電の放電源が気泡であるか否かを短時間に判別できる、油入変圧器における部分放電の種類判別方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に基づく油入変圧器における部分放電の種類判別方法は、部分放電の開始が検出されるまで油入変圧器に印加する電圧を徐々に増加させる工程と、部分放電の開始が検出された後、油入変圧器に印加する電圧を部分放電の開始が検出された時の部分放電開始電圧に維持する工程と、検出された放電電荷量の信号強度が、電圧印加開始時から所定時間以内に、部分放電の開始が検出された時の放電電荷量の信号強度に比較して３倍以上に増加した場合のみ、放電源が気泡であると判定する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、部分放電の放電源が気泡であるか否かを短時間に判別できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】単層油隙モデルの構成を示す断面図である。
【図２】２層油隙モデルの構成を示す断面図である。
【図３】単層油隙モデルおよび２層油隙モデルにおける放電電荷量の信号強度の変化の傾向を示すグラフである。
【図４】基礎実験での単層油隙モデルおよび２層油隙モデルにおける放電電荷量の信号強度の推移を示すグラフである。
【図５】実施形態１に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法を示すフロー図である。
【図６】放電源が気泡である場合に発生する電磁波の周波数解析結果を示すグラフである。
【図７】放電源が金属異物である場合に発生する電磁波の周波数解析結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態１に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１４】
(実施形態１)
まず、変圧器の要素モデルを作製して行なった基礎実験について説明する。図１は、単層油隙モデルの構成を示す断面図である。図２は、２層油隙モデルの構成を示す断面図である。
【００１５】
基礎実験は、図１に示す単層油隙モデル１０および図２に示す２層油隙モデル２０をそれぞれ図示しない試験タンクに充填された絶縁油中に配置して行なった。試験タンクには、交流電圧印加用のブッシングが設けられている。ブッシングには、放電電荷量に対応する信号を計測するオシロスコープが接続された計測用タップが設けられている。
【００１６】
図１に示すように、単層油隙モデル１０においては、互いに間隔を置いて平行に位置して電圧が印加される１対の平板電極１３が配置されている。平板電極１３同士の間に、互いに間隔Ｄを置いて平行に位置する１対のプレスボード１１が配置されている。
【００１７】
一方の平板電極１３と一方のプレスボード１１とは、互いに平行に位置して接触している。他方の平板電極１３と他方のプレスボード１１とは、互いに平行に位置して接触している。
【００１８】
プレスボード１１同士の間には、環状でアクリルからなるスペーサ１２が配置されている。１対のプレスボード１１とスペーサ１２とによって囲まれた収容部に、変圧器の絶縁油と同じ絶縁油１５が充填されている。絶縁油１５で満たされた収容部内に、気泡１４が閉じ込められている。このように、収容部内に絶縁油１５が充填されることにより、幅Ｄの油隙が１層形成されている。
【００１９】
本実験においては、プレスボード１１同士の間隔Ｄを９．６ｍｍ、気泡１４の直径を３ｍｍ以上５ｍｍ以下、印加する電圧の大きさを０ｋＶ(ＲＭＳ)以上５０ｋＶ(ＲＭＳ)以下とした。また、絶縁油として、鉱油であるかんでんエンジニアリング製のサンオームオイルＭ１を用いた。
【００２０】
図２に示すように、２層油隙モデル２０においては、平板電極１３同士の間に、上記油隙が２層形成されている。気泡１４は、２つの収容部のうちの一方の収容部内に閉じ込められている。なお、比較モデルとして、収容部内に気泡１４の替わりに金属異物を閉じ込めた油隙モデルも準備した。
【００２１】
単層油隙モデル１０および２層油隙モデル２０のいずれにおいても、電圧の印加を開始する前の初期状態において、気泡１４の直径は、油隙の幅Ｄに比較して約３分の１以上２分の１以下であった。
【００２２】
交流電圧の印加を開始して、徐々に印加電圧を増加させていくと、気泡１４内で部分放電が起こって気泡１４は複数の小さな気泡に分裂した。この部分放電が最初に発生した際の電圧を部分放電開始電圧と称する。部分放電の開始後から１分毎に、オシロスコープにより放電電荷量の信号波形を計測した。
【００２３】
部分放電の発生検出直後に電圧の印加を停止した場合、小さくなった気泡が分散して安定状態になるため、部分放電開始電圧が上昇する。すなわち、再び、交流電圧を印加して、印加電圧を増加させても、初期状態の気泡１４にて放電が起こった電圧では部分放電は発生しにくくなっている。
【００２４】
部分放電の発生検出後に電圧の印加を停止することなく印加電圧を部分放電開始電圧に維持した場合、複数の気泡の各々にて部分放電が発生して連続的な放電が起きた。この連続的な放電によって絶縁油１５が分解されて、新たな気泡が発生した。
【００２５】
このように部分放電開始電圧を維持した場合、気泡の分裂と新たな気泡の発生とが繰り返されて、気泡の大きさが徐々に大きくなった。最終的に、油隙の幅Ｄと同等の直径を有する気泡が発生した。この油隙を橋絡する程度の大きさの気泡において部分放電が発生した場合、オシロスコープによって計測されていた放電電荷量の信号強度が急激に増加した。
【００２６】
以下に、基礎実験により判明した上記の現象において、単層油隙モデル１０および２層油隙モデル２０に現れる放電電荷量の信号強度の変化について説明する。
【００２７】
図３は、単層油隙モデルおよび２層油隙モデルにおける放電電荷量の信号強度の変化の傾向を示すグラフである。図３においては、縦軸に放電電荷量に対応する信号強度および交流電圧の電圧値、横軸に経過時間を示している。
【００２８】
図３に示すように、単層油隙モデル１０および２層油隙モデル２０において、部分放電発生検出後に、印加電圧３０を部分放電開始電圧に維持した場合、部分放電開始後に略一定の放電電荷量の信号強度が計測された前期放電状態Ａと、部分放電開始時に比較して３倍以上大きな放電電荷量の信号強度が計測された後期放電状態Ｂとが確認された。
【００２９】
なお、金属異物を閉じ込めた比較油隙モデルにおいては、放電電荷量の信号強度は印加電圧に略比例して変動し、印加電圧３０を部分放電開始電圧に維持した場合、放電電荷量の信号強度は略一定であり、単層油隙モデル１０および２層油隙モデル２０で現れた後期放電状態は確認されなかった。
【００３０】
図４は、基礎実験での単層油隙モデルおよび２層油隙モデルにおける放電電荷量の信号強度の推移を示すグラフである。図４においては、縦軸に放電電荷量の信号強度(Ｖ)、横軸に電圧印加開始からの経過時間(分)を示している。基礎実験においては、単層油隙モデル１０について８サンプル、２層油隙モデル２０について２サンプルの実験を行なった。
【００３１】
図４に示すように、単層油隙モデル１０および２層油隙モデル２０において、前期放電状態Ａの放電電荷量の信号強度は２．１Ｖ以下であり、後期放電状態Ｂの放電電荷量の信号強度は６．５Ｖ以上であった。このように、後期放電状態Ｂの放電電荷量の信号強度は、前期放電状態Ａの放電電荷量の信号強度に比較して３倍以上であった。
【００３２】
なお、実線１で示す単層油隙モデル１０の第１サンプルにおいては、電圧印加開始の３分後から４分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。点線２で示す単層油隙モデル１０の第２サンプルにおいては、電圧印加開始の３分後から４分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。１点鎖線３で示す単層油隙モデル１０の第３サンプルにおいては、電圧印加開始の４分後から５分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。２点鎖線４で示す単層油隙モデル１０の第４サンプルにおいては、電圧印加開始の４分後から５分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。
【００３３】
実線５で示す単層油隙モデル１０の第５サンプルにおいては、電圧印加開始の５分後から６分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。点線６で示す単層油隙モデル１０の第６サンプルにおいては、電圧印加開始の６分後から７分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。１点鎖線７で示す単層油隙モデル１０の第７サンプルにおいては、電圧印加開始の７分後から８分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。２点鎖線８で示す単層油隙モデル１０の第８サンプルにおいては、電圧印加開始の８分後から９分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。
【００３４】
実線２１で示す２層油隙モデル２０の第１サンプルにおいては、電圧印加開始の４分後から５分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。点線２２で示す２層油隙モデル２０の第２サンプルにおいては、電圧印加開始の７分後から８分後までの間に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移した。
【００３５】
このように、単層油隙モデル１０および２層油隙モデル２０のいずれにおいても、電圧印加開始時から１０分以内に、前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移することが確認された。実際の変圧器においても、絶縁油中の気泡が放電源である場合には、同様の現象が起こると考えられる。
【００３６】
本発明者は、上記の基礎実験により、検出された放電電荷量の信号強度が、電圧印加開始時から所定時間以内に、部分放電の開始が検出された時の放電電荷量の信号強度に比較して３倍以上に増加した場合のみ、放電源が気泡であると判定可能であることを見出した。
【００３７】
また、実際の変圧器における絶縁油の種類、油隙の幅Ｄ、および、初期状態の気泡１４の大きさが基礎実験と同様であれば、実際の変圧器においても、電圧印加開始時から１０分以内に前期放電状態Ａから後期放電状態Ｂに遷移すると推測される。
【００３８】
上記の考察から、本実施形態に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法は、下記の工程を備える。図５は、本実施形態に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法を示すフロー図である。
【００３９】
図５に示すように、本実施形態に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法においては、まず、部分放電の開始が検出される(Ｓ１１０)まで油入変圧器に印加する電圧を徐々に増加させる(Ｓ１００)。
【００４０】
部分放電の開始が検出された(Ｓ１１０)後、油入変圧器に印加する電圧を部分放電の開始が検出された時の部分放電開始電圧に維持する(Ｓ１２０)。
【００４１】
次に、検出された放電電荷量の信号強度が、電圧印加開始時から所定時間以内に、部分放電の開始が検出された時の放電電荷量の信号強度に比較して３倍以上に増加した(Ｓ１３０)場合のみ、放電源が気泡であると判定する(Ｓ１４０)。それ以外の場合は、放電源が気泡以外のその他であると判定する(Ｓ１５０)。
【００４２】
上記のように、本実施形態においては、電圧印加開始時から１０分以内に、部分放電の開始が検出された時の放電電荷量の信号強度に比較して３倍以上に増加した(Ｓ１３０)場合のみ、放電源が気泡であると判定する(Ｓ１４０)。ただし、判別時間は、１０分に限られず、実際の変圧器の構成に対応した油隙モデルにより適宜設定される。
【００４３】
このように、本実施形態に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法においては、部分放電の放電源が気泡であるか否かを短時間に判別できる。その結果、たとえば、変圧器の出荷前検査などにおいて短時間で放電源を判定することが可能になり、判定された放電源に対する処置を行なった後で、変圧器を出荷することができる。
【００４４】
以下、本発明の実施形態２に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法について説明する。本実施形態に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法は、追加的に、部分放電により発生した電磁波の周波数解析を行なう点のみ、実施形態１に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００４５】
(実施形態２)
まず、上記基礎実験に対して、追加的に行なった実験について説明する。追加実験においては、電磁波信号を取得するためのアンテナを試験タンクに取り付けた。詳細には、３０ＭＨｚ以上２０００ＭＨｚ以下の広帯域の周波数特性を有するバイコニカルログペリオディックアンテナを用いて部分放電にともなう電磁波を電気信号として検出した。その電気信号をＦＦＴ(Fast Fourier Transform)処理部によりＦＦＴ処理して、ＦＦＴ処理データを得た。
【００４６】
図６は、放電源が気泡である場合に発生する電磁波の周波数解析結果を示すグラフである。図７は、放電源が金属異物である場合に発生する電磁波の周波数解析結果を示すグラフである。図６，７においては、縦軸に電磁波強度(ｄＢｍ)、横軸に周波数スペクトル(ＭＨｚ)を示している。
【００４７】
図６に示すように、放電源が気泡である場合には、５００ＭＨｚ以下の周波数を有する電磁波が９０％以上であった。また、１０００ＭＨｚ以上の周波数を有する電磁波は確認されなかった。
【００４８】
図７に示すように、放電源が金属異物である場合には、５００ＭＨｚ以上の周波数を有する電磁波が約４０％存在し、１０００ＭＨｚ以上の周波数を有する電磁波も確認された。
【００４９】
上記の実験結果から、本実施形態に係る、油入変圧器における部分放電の種類判別方法は、部分放電により発生した電磁波の周波数を解析して得られた電磁波強度の分布において、５００ＭＨｚ以下の周波数を有する電磁波が９０％以上である場合のみ、放電源が気泡であると判定する工程をさらに備える。
【００５０】
すなわち、検出された放電電荷量の信号強度が、電圧印加開始時から所定時間以内に、部分放電の開始が検出された時の放電電荷量の信号強度に比較して３倍以上に増加し(Ｓ１３０)、かつ、部分放電により発生した電磁波の周波数を解析して得られた電磁波強度の分布において、５００ＭＨｚ以下の周波数を有する電磁波が９０％以上である場合のみ、放電源が気泡であると判定する。このように、放電源を判別することにより、より正確に放電源が気泡であるか否かを判別することができる。
【００５１】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１０  単層油隙モデル、１１  プレスボード、１２  スペーサ、１３  平板電極、１４  気泡、１５  絶縁油、２０  ２層油隙モデル、３０  印加電圧、Ａ  前期放電状態、Ｂ  後期放電状態。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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