(57)【要約】【課題】箱体における部分放電の発生源を特定する。【解決手段】実施形態の部分放電検出装置は、複数のアンテナ、抽出部、判定部を備える。複数のアンテナは部分放電発生源となり得る電力部品を収容する箱体内に電力部品と非接触でかつ電力部品から異なる距離の位置に複数設置されており、電力部品からの部分放電で発生する電磁波を捉える。抽出部は各アンテナで捉えた電磁波の受信信号から一定レベルを超える信号をアンテナ毎に抽出する。判定部はアンテナ毎の信号と所定周期の交流信号（参照信号）とを基に部分放電の有無を判定し、部分放電があった場合は複数のアンテナの配置情報と、アンテナ毎の信号のそれぞれの電界強度の差または信号到達時間の差から部分放電発生源の位置を特定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分放電発生源となり得る電力部品を収容した箱体内に前記電力部品と非接触でかつ前記電力部品から異なる距離の位置に複数設置され、前記電力部品からの部分放電で発生する電磁波を捉える複数のアンテナと、
各アンテナで捉えた電磁波の受信信号から一定レベルを超える信号をアンテナ毎に抽出する抽出部と、
前記抽出部により抽出された前記アンテナ毎の信号と所定周期の交流信号とを基に部分放電の有無を判定し、部分放電があった場合は前記複数のアンテナの配置情報と、前記アンテナ毎の信号のそれぞれの電界強度の差または信号到達時間の差から部分放電発生源の位置を特定する判定部と
を具備する部分放電検出装置。
【請求項２】
前記アンテナが複数のチップアンテナからなる請求項１記載の部分放電検出装置。
【請求項３】
前記複数のチップアンテナは、異なる周波数帯のものを用いる請求項２記載の部分放電検出装置。
【請求項４】
前記抽出部は、
受信信号のレベルと予め設定されている閾値とを比較し、受信信号のレベルが閾値を超えた信号をロジック信号として抽出することを特徴とする請求項１記載の部分放電検出装置。
【請求項５】
前記判定部は、
前記抽出部により抽出されたロジック信号と電気部品に印加される所定周期の交流電圧の位相に基づいて部分放電の有無を判定する請求項１記載の部分放電検出装置。
【請求項６】
部分放電発生源となり得る電力部品を収容した箱体内の部分放電を検出する部分放電検出装置による部分放電検出方法であって、
前記箱体内に前記電力部品と非接触でかつ前記電力部品から異なる距離の位置に複数設置された複数のアンテナにより、前記電力部品からの部分放電で発生する電磁波を捉え、
各アンテナで捉えた電磁波の受信信号から一定レベルを超える信号をアンテナ毎に抽出し、
抽出した前記アンテナ毎の信号と所定周期の交流信号とを基に部分放電の有無を判定し、
部分放電があった場合は前記複数のアンテナの配置情報と、前記アンテナ毎の信号のそれぞれの電界強度の差または信号到達時間の差から部分放電発生源の位置を特定する
部分放電検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、部分放電検出装置および部分放電検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばスイッチギア、遮断器、変圧器などの高電圧・大電流を流す電力機器は、内部の絶縁体の経年変化などで絶縁体の絶縁性能が低下すると、絶縁体の一部で部分放電が発生することがある。
【０００３】
そして、その一部の部分放電を放置したまま絶縁体の絶縁性能の低下が進行すると、絶縁破壊による地絡事故が発生し重大事故となるため、絶縁体の絶縁状態を常に監視する必要ある。
【０００４】
電力機器の絶縁状態を監視する従来の技術としては、次に示す第１の技術と第２の技術がある。第１の技術は、絶縁性能が低下した絶縁体の一部で部分放電が発生すると、それに伴い接地回路に部分放電によるパルス電流が流れることから、そのパルス電流を接地回路に設けた変流器で測定し、部分放電の有無を検出する技術である。
【０００５】
また、第２の技術は、電力機器の筐体表面に接地された接地層（接地電極）を設け、その接地層（接地電極）の表面電位を測定する技術である。この第２の技術の場合、部分放電が発生すると、接地層の表面電位が変化するため、部分放電検出装置が接地層の表面電位を計測しその表面電位の変化によって部分放電の有無を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１６８４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した変流器を用いた第１の技術では、変流器により検出されるパルス電流が微弱であるため、外部環境からパルス電流に重畳されるノイズにパルス電流が埋もれ易く、パルス電流の検出が困難である。ノイズは、他の電気機器からの電磁波等である。
【０００８】
また、表面電位を計測する第２の技術では、変流器を用いた方法と同様に表面電位がノイズに埋もれ易く、その変化が検出し難いという課題がある。
【０００９】
この課題を解決するために、部分放電検出装置にノイズ除去回路などを設け、検出感度を向上させることも考えられているが、回路構成が複雑になり、実現することが難しい。
【００１０】
さらに、上述した技術では、電力機器の接地回路に変流器を設けたり、筐体自体に接地電極を取り付けるため、部分放電発生の有無程度は判ったとしてもその発信方向、つまり部分放電の発生源（部分放電発生部位）を特定するまでには至らない。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、部分放電の有無を正しく検出し、部分放電の発生源を特定することができる部分放電検出装置および部分放電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】
【００１２】
実施形態の部分放電検出装置は、複数のアンテナ、抽出部、判定部を備える。複数のアンテナは部分放電発生源となり得る電力部品を収容した箱体内に電力部品と非接触でかつ電力部品から異なる距離の位置に複数設置されており、電力部品からの部分放電で発生する電磁波を捉える。抽出部は各アンテナで捉えた電磁波の受信信号から一定レベルを超える信号をアンテナ毎に抽出する。判定部は抽出部により抽出された前記アンテナ毎の信号と所定周期の交流信号とを基に部分放電の有無を判定し、部分放電があった場合は前記複数のアンテナの配置情報と、アンテナ毎の信号のそれぞれの電界強度の差または信号到達時間の差から部分放電発生源の位置を特定する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の絶縁監視装置の概要構成を示す図である。
【図２】図１の絶縁監視装置の部分放電検出ユニットの構成を示す図である。
【図３】図２の絶縁監視装置のアンテナの構成を示す図である。
【図４】図３のアンテナの周波数特性を示す図。
【図５】検出信号と交流信号との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。 
まず図１、図２、図３を参照して実施形態の絶縁監視装置の構成を説明する。  
図１に示すように、この絶縁監視装置は、例えばスイッチギアなどの電力機器であり、箱体１内に、背面側に設けられた電力ケーブル４、遮断部８、上部接続導体９、断路部１３、可動側接続部１６、母線１７などの電力部品としての主回路機器と、アンテナ５１〜５４および部分放電検出ユニット５５などから構成される部分放電検出装置とを収容して構成される。
【００１５】
また、箱体１内には、架台１９が収容されている。架台１９には、下部接続導体１４と可動側接続部１６が搭載されている。可動側接続部１６は、接点５を当接・離間する真空バルブ６を備える遮断部８を有する。
【００１６】
この他、箱体１内には、ケーブルヘッド２、接点５、１０、真空バルブ６、１１、絶縁層１２、１５、界面接続部１８、絶縁操作ロッド２０、操作機構２１、接地層２２、絶縁帯２３、同軸ケーブル２５などが収容されている。
【００１７】
主回路機器は、高圧の電圧が印加されるため、部分放電発生源となり得る。例えば図２に示すように、上部接続導体９は、高圧の電圧が印加される主回路導体４０の周りにエポキシ樹脂をモールドして形成した絶縁層４１と、絶縁層４１の外周に例えばカーボン塗料を塗布して形成した接地層４２とで構成される。接地層４２は、カーボン結合量を調整し、例えば数１００Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有する。
【００１８】
アンテナ５１〜５４は、箱体１内の空間に、箱体１や上記の主回路機器と非接触でかつ主回路機器から異なる距離の位置に複数設置されている。アンテナ５１〜５４は、主回路機器からの部分放電で発生する電磁波を捉える。つまりアンテナ５１〜５４は、部分放電発生源の部分放電で発生する電磁波の信号を受信する。
【００１９】
図２に示すように、主回路機器の一つとして、例えば上部接続導体９などは、絶縁体４１により絶縁被膜された主回路導体４０（導体）と、絶縁体４１の表面に設けられた接地層４２とを含む。主回路導体４０には通電時に高圧の電圧が印加される。
【００２０】
主回路導体４０の図示左側を電源側とし、接地層４２の図示右側を接地側とし、絶縁層４１の例えば点Ａで部分放電が発生したとする。この場合、部分放電により発生した電磁波は、点Ａを起点に全方位に放射される。図２では、表現の都合上、電磁波の放射方向を符号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に限定して記載し、その符号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は電磁波自体を特定するものとする。
【００２１】
上部接続導体９の近傍に設置したアンテナ５２で電磁波Ｅ２を受信すると、アンテナ５２では高周波の信号（受信信号）に変換される。他のアンテナ５１，５３、５４についても同様である。
【００２２】
また、図２に示すように、部分放電検出ユニット５５は、増幅・フィルタ回路５６、信号抽出回路５７、部分放電判定回路５８などを有する。
【００２３】
増幅・フィルタ回路５６は、アンテナ５１〜５４から同軸ケーブル２５を通じて受信された信号（受信信号）を増幅し、増幅した受信信号の周波数帯のうち一定範囲の周波数帯をフィルタリングしてノイズ成分を除去する。
【００２４】
信号抽出回路５７は、各アンテナ５１〜５４で捉えた電磁波Ｅ１〜Ｅ４の受信信号から一定レベルを超える信号をアンテナ５１〜５４毎に抽出する抽出部として機能する。具体的には、信号抽出回路５７は、増幅・フィルタ回路５６により増幅・フィルタリングされた後の検出信号Ｓから部分放電信号を抽出する。信号抽出回路５７は、検出信号Ｓ（受信信号）のレベルと予め設定されている閾値とを比較し、受信信号のレベルが閾値を超えた信号をロジック信号Ｈとして抽出する。ロジック信号Ｈは、受信信号のレベルに応じたピーク値を持つデジタル信号（パルス信号）である。
【００２５】
部分放電判定回路５８は、信号抽出回路５７により抽出されたアンテナ５１〜５４毎の信号（ロジック信号Ｈ）複数個を基に部分放電の有無を判定しさらに部分放電発生源（部分放電が発生した部位（機器、箇所））を特定する。部分放電判定回路５８は、信号抽出回路５７により抽出されたアンテナ５１〜５４毎の信号（ロジック信号Ｈ）と主回路機器に印加される所定周期の交流電圧Ｒ（参照信号）の位相に基づいて部分放電の有無を判定する。交流電圧Ｒ（参照信号）は、例えば上部接続導体９や電力ケーブル４などに設けた貫通形変流器（ＣＴ）により検出するものとする。
【００２６】
さらに、部分放電判定回路５８は、部分放電が有った場合は予めメモリ（図示せず）に記憶されている複数のアンテナ５１〜５４の配置情報と、アンテナ５１〜５４毎の検出信号Ｓのそれぞれの電界強度の差または信号到達時間の差から部分放電発生源（主回路機器）を特定する。
【００２７】
配置情報とは、箱体１内における各主回路機器から各アンテナ５１〜５４までの距離を特定するためのアンテナ設置位置の情報（箱体１の角部などを起点として各アンテナ５１〜５４および各主回路機器の位置を三次元座標化したデータ、または縦、横、奥行などの寸法データ）である。信号到達時間とは部分放電発生源から発生した電磁波Ｅ１〜Ｅ４が各アンテナ５１〜５４に到達するまでの時間である。
【００２８】
図３に示すように、各アンテナ５１〜５４は、絶縁基板６０に複数のチップ状アンテナ６１〜６４（以下「チップアンテナ６１〜６４」と記述する）を、縦横の方向（縦軸、縦横軸）に対称に整列して配置している。つまり４つのチップアンテナ６１〜６４は縦方向および横方向に一定間隔を隔てて配置されている。
【００２９】
この例では、受信感度の異なる複数のチップアンテナ６１〜６４を絶縁基板６０に配置した複数のアンテナ５１〜５４を箱体１内に点在させて、部分放電による電磁波Ｅ１〜Ｅ４をそれぞれのアンテナ５１〜５４が受信するようにしている。
【００３０】
このように複数のチップアンテナ６１〜６４からなるアンテナ５１〜５４は小型であるため、部分放電発生源と成り得る主回路機器が存在する空間に複数のアンテナ５１〜５４を設置し、部分放電による電磁波Ｅ１〜Ｅ４の信号を複数のアンテナ５１〜５４で受信することで、各アンテナ５１〜５４での受信強度と受信時間の差から、部分放電の発生箇所の点Ａを特定することが可能となる。
【００３１】
なお、図３の例では、縦横に並べた４つのチップアンテナ６１〜６４を用いたが、これ以外に、チップアンテナの数や配置形態（同心円状配置や多角形の頂部配置など）を変えてもよく、周波数の異なるチップアンテナをさらに多数配置してもよい。
【００３２】
図４に示すように、一つ一つのチップアンテナ６１〜６４は、その受信周波数帯域が狭く、例えば数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ程度であり、部分放電に起因する電磁波Ｅ１〜Ｅ４の周波数範囲をカバーできない場合がある。このため、受信感度（受信周波数のピーク値）の異なるものを複数用いて受信帯域Ｑを広げるものとする。
【００３３】
（作用）
以下、図５を参照してこの絶縁監視装置の動作を説明する。
各アンテナ５１〜５４により受信された信号（受信信号）は、同軸ケーブル２５を通じて部分放電検出ユニット５５に入力される。
【００３４】
部分放電検出ユニット５５では、増幅・フィルタ回路５６が、受け取った信号（受信信号）を所定の増幅度で増幅した後、部分放電信号に重畳するノイズ成分を、バンドパスフィルタで除去し、検出信号Ｓとして信号抽出回路５７に出力する。
【００３５】
信号抽出回路５７では、増幅・フィルタ回路５６から入力された各検出信号Ｓから部分放電に起因する信号（ロジック信号Ｈ）を抽出する。信号（ロジック信号Ｈ）の抽出には、図示しない比較器とメモリを用いる。メモリには、検出信号Ｓに対する閾値レベルを予め記憶しておく。比較器は、検出信号Ｓのレベルと閾値レベルとを比較し、検出信号Ｓのレベルが閾値以上となった場合に、ロジック信号Ｈを出力する。ロジック信号Ｈは、図５に示すように、ピーク値を持つ信号ＰＤ１、ＰＤ２などであり、それぞれ出力レベル（高さ）が異なる。
【００３６】
一方、箱体１内の主回路機器に印加される電圧を分圧した数Ｖ程度の交流信号Ｒが部分放電判定回路５８に入力される。
【００３７】
部分放電判定回路５８は、図５に示すように、入力された交流信号Ｒの位相と信号抽出回路３３からのロジック信号Ｈの位相とを比較し、交流信号Ｒの特定の位相期間（範囲）Ｔｒ、Ｔｄにロジック信号Ｈが出現していた場合、「部分放電発生あり」と判定する。
【００３８】
交流信号Ｒの特定の位相期間（範囲）Ｔｒ、Ｔｄについては、過去にサンプリングした部分放電発生状況に基づき設定するものであり、主回路機器の印加電圧の位相周期のうち信号（波形）の立ち上がり期間Ｔｒと立下り期間Ｔｄに部分放電が発生する傾向が多くあることに起因する。
【００３９】
ここで、部分放電検出ユニット５５の動きを説明する。信号抽出回路５７では、部分放電に起因する信号（ロジック信号Ｈ）を抽出する。抽出方法として、図５に示す検出信号Ｓに対する閾値レベルを設定し、検出信号Ｓのレベルと閾値レベルを図示しない比較器で比較を行い、閾値以上となった場合にロジック信号を「Ｈ」として出力する。図５ではＰＤ１とＰＤ２で示す各３本の信号が閾値以上のレベルであり、ロジック信号が“Ｈ”となる。
【００４０】
一方、部分放電判定回路５８には、図５に示すように、主回路機器への印加電圧を分圧した数Ｖ程度の交流信号Ｒが入力される。
【００４１】
部分放電判定回路５８は、入力された交流信号Ｒと信号抽出回路５７からのロジック信号Ｈの位相との比較を行い、図５の立ち上がり期間Ｔｒと立ち下がり期間Ｔｄの位相範囲にロジック信号Ｈが出現していた場合、「部分放電発生あり」と判定し判定結果を出力する。判定結果としては、例えば該当部位（部分放電発生源）の名称を部分放電発生の警告と共に表示装置（図示せず）などに出力する。またスピーカなどから音声で発報してもよい。
【００４２】
なお、立ち上がり期間Ｔｒと立ち下がり期間Ｔｄの範囲は、正弦波波形のゼロクロス後の立ち上がりと立ち下りの期間であり、この範囲で絶縁不良による部分放電が発生することは、サンプリング結果から既知である。
【００４３】
（効果）
以上説明したようにこの実施形態の絶縁監視装置によれば、高電圧・大電流機器の絶縁体の絶縁性能の低下による部分放電を箱体１内の空間に点在させた複数のアンテナ５１〜５４で受信することで、ノイズの影響を少なくできる。また、チップアンテナ６１〜６４でアンテナ５１〜５４を構成することで、アンテナ５１〜５４の小型化が図れ、主回路導体４０の近傍に複数のアンテナ５１〜５４を設置し、部分放電発生源からの部分放電の電磁波Ｅ１〜Ｅ４を複数のアンテナ５１〜５４で受信することで、複数のアンテナ５１〜５４での受信強度の差または受信時間の差と配置情報から、空間内の部分放電発生箇所（点Ａ）を特定することができる。
【００４４】
すなわち、箱体１内の部分放電発生源から発生した部分放電による電磁波Ｅ１〜Ｅ４を、箱体１内の空間に配置した複数のアンテナ５１〜５４で受信することで、従来の表面電位や回路による検出のように周辺機器が発するノイズが重畳することがなくなり、高いＳ／Ｎ（信号／ノイズ）な受信信号を得ることができる。
【００４５】
また、各アンテナ５１〜５４に用いるチップアンテナ６１〜６４のサイズは、周波数や周波数帯域で異なるが数ｍｍから数１０ｍｍサイズと小型であり、従来のループアンテナに比べアンテナ５１〜５４が小型になり、取り付け設置性も向上する。
【００４６】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。
【００４７】
また上記実施形態に示した絶縁監視装置の部分放電検出ユニット５５の各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。
【００４８】
電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…箱体、２…ケーブルヘッド、４…電力ケーブル、５、１０…接点、６、１１…真空バルブ、７、１２、１５…絶縁層、８…遮断部、９…上部接続導体、１３…断路部、１４…下部接続導体、１６…可動側接続部、１７…母線、１８…界面接続部、１９…架台、２０…絶縁操作ロッド、２１…操作機構、２２、４２…接地層、２３、４１…絶縁帯、２５…同軸ケーブル、４０…主回路導体、５１〜５４…アンテナ、５５…部分放電検出ユニット、６１〜６４…チップアンテナ。
【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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