(57)【要約】【課題】電力機器の接触不良を高精度で検出する。【解決手段】接触不良検出装置は、電力機器１の配置され、電力機器１７への交流電力供給中に発生する超音波を検出する超音波センサ１０と、超音波センサ１０により検出された超音波に基づいて、電力機器１７の接触不良を検出する処理部１４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力機器に超音波センサを配置し、
前記電力機器への交流電力供給中に超音波センサにより超音波を検出し、
前記超音波センサにより検出された超音波に基づいて、電力機器の接触不良を検出する、電力機器の接触不良検出方法。
【請求項２】
前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周波数である電源周波数とを比較し、
前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数又はその２倍の所定範囲内であれば、接触不良が発生していると判断する、請求項１に記載の接触不良検出方法。
【請求項３】
前記検出された超音波の時間−周波数解析により前記周期成分を検出する、請求項２に記載の接触不良検出方法。
【請求項４】
前記電力機器の複数箇所において前記超音波センサによる前記電力機器への交流電力供給中の超音波の検出を繰り返し、前記複数箇所における超音波の周期成分の強度が変化しているときに、当該周期成分が接触不良に起因するものであると判定する、請求項２又は請求項３に記載の接触不良検出方法。
【請求項５】
前記電力機器の複数箇所において前記超音波センサによる前記電力機器への交流電力供給中の超音波の検出を繰り返し、個々の検出位置における超音波の周期成分の強度差に基づいて、前記電力機器中の接触不良の発生箇所を判定する、請求項２又は請求項３に記載の接触不良検出方法。
【請求項６】
前記電力機器の複数箇所にそれぞれ前記超音波センサを配置し、
個々の超音波センサにより検出された超音波の周期成分発生の時間的前後関係に基づいて、前記電力機器中の接触不良の発生箇所を判定する、請求項２又は請求項３に記載の接触不良検出方法。
【請求項７】
電力機器に配置され、電力機器への交流電力供給中に発生する超音波を検出する超音波センサと、
前記超音波センサにより検出された超音波に基づいて、電力機器の接触不良を検出する処理部と
を備える、電力機器の接触不良検出装置。
【請求項８】
前記処理部は、
前記超音波センサにより検出された超音波の周期成分を検出する周期成分検出部と、
この周期成分検出部により検出された前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周期である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数又はその２倍の所定範囲内であれば、接触不良が発生していると判定する判定部とを備える、請求項７に記載の接触不良検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送配電設備等で使用される電力機器の接触不良の検出に関する。本発明は、例えば、ロードブレークエルボとジャンクション間の接触不良や、多回路開閉器の可動電極と固定電極間の接触不良の検出に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力機器の接続部に発生した接触不良の検出方法としては、接触不良に起因する発熱を検出するものや、Ｘ線透過撮影によるものが知られている。例えば、非特許文献１には、サーモラベルやサーモグラフィによる熱画像を利用する接触不良の検出方法が記載されている。また、特許文献１には、熱により形状が変化する形状記憶針を接続部に取り付け、形状記憶針の変形時に発生する放電により接触不良を検出する方法が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６４４２２号公報（図１）
【非特許文献１】
牧修市，「最新実用設備診断技術」，総合技術センター，１９８８年，ｐ．８６９−８７５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、部材の発熱の原因は、接触不良以外にも負荷電流量、接続部位個々のわずかな接触抵抗の違い、周囲環境等もあり得るため、接触不良発生時は発熱するとしても、発熱部位が必ず接触不良を生じていると言うことはできない。従って、熱画像等の情報から、対象部位における接触不良を検知することは、定性的であり、かつ判断のための熟練を要する。
【０００５】
また、形状記憶針を使用する方法では、形状記憶針が変形する温度の設定が困難である。すなわち、温度設定が高いと接触不良の検出が遅れ、予防保全を行うことができず、温度設定が低いと接触不良以外の原因による発熱で形状記憶針の変形が生じてしまう。
【０００６】
さらに、Ｘ線透過撮影を用いる方法は、撮影部位周辺の遮蔽が必要であり検出装置が大掛かりで設置、撤去等が煩雑である、電力機器によっては検出装置の設置が困難である等の理由で汎用性がない。また、Ｘ線透過撮影画像による接触不良の判断も定性的にならざるを得ず熟練を要する。
【０００７】
前記従来の電力機器の接触不良検出における問題に鑑み、本発明は、電力機器の接触不良を高精度で検出可能な信頼性の高い検出方法を提供することを課題としている。また、本発明は、電力機器が設置されている現場で簡便に実行可能であり、熟練を要しない定量的な接触不良の検出方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、電力機器に超音波センサを配置し、前記電力機器への交流電力供給中に超音波センサにより超音波を検出し、前記超音波センサにより検出された超音波に基づいて、電力機器の接触不良を検出する、電力機器の接触不良検出方法を提供する。
【０００９】
ロードブレークエルボとジャンクションや、多回路開閉器の可動電極と固定電極のような電力機器が備える接続部に接触不良が発生すると放電が生じ、その結果、超音波が発生する。この超音波を超音波センサで検出することで、接触不良を検出することができる。
【００１０】
具体的には、前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周波数である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数又はその２倍の所定範囲内（例えば±１０％）であれば、接触不良が発生していると判断する。
【００１１】
本発明では、接触不良箇所における放電発生のみに起因して発生する超音波を利用して接触不良を検出するので、例えば接触不良に起因する発熱を利用する場合と比較すると、高精度で信頼性の高い接触不良の検出を実現することができる。また、超音波の周期成分と電源周波数との比較により、超音波が接触不良に起因するものであるか否かを判断するので、例えば熱画像やＸ線透過画像を用いる場合と比較すると、高精度で接触不良を検出することが可能であり、熟練を要しない定量的な評価が可能である。さらに、超音波センサ配置箇所の遮蔽等の大掛かりな装置は必要でなく電力機器が設置されている現場で簡便に接触不良の検出を行うことができる。さらにまた、超音波センサを配置可能であれば検出対象となる電力機器の種類も特に制限されないので、汎用性が高い。
【００１２】
前記超音波の周期成分は、超音波センサにより検出された超音波の時間−振幅波形から検出してもよいが、周期成分の検出精度を高めるには、時間−振幅波形に対して短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、ウィグナー分布関数等の時間−周波数解析を行い、それに基づいて周期成分を検出することが好ましい。また、超音波センサにより検出された超音波の波形又はその包絡線検波波形に対して高速フーリエ変換を適用することにより前記周期成分を検出してもよい。
【００１３】
超音波は電力機器中で伝播するのに伴って減衰するため、超音波センサの設置位置が放電の発生している接触不良の位置に近いほど超音波の強度が強い。従って、接触不良検出の精度や信頼性を高めるには、電力機器の複数箇所において前記超音波センサによる前記電力機器への交流電力供給中の超音波の検出を繰り返し、前記複数箇所における超音波の周期成分の強度が変化しているときに、当該周期成分が接触不良に起因する放電によるものであると判定することが好ましい。
【００１４】
また、前記のように超音波の周期成分の強度は接触不良の発生位置から超音波センサまでの距離と相関を有するので、前記電力機器の複数箇所において前記超音波センサによる前記電力機器への交流電力供給中の超音波の検出を繰り返し、個々の検出位置における超音波の周期成分の強度差に基づいて、前記電力機器中の接触不良の発生箇所を判定することができる。
【００１５】
代案しては、接触不良の発生箇所から近いほど接触不良に起因して発生する超音波の到達時間が早いので、前記電力機器の複数箇所にそれぞれ前記超音波センサを配置し、個々の超音波センサにより検出された超音波の周期成分発生の時間的前後関係に基づいて、前記電力機器中の接触不良の発生箇所を判定することができる。
【００１６】
本発明の第２の態様は、電力機器の配置され、電力機器への交流電力供給中に発生する超音波を検出する超音波センサと、前記超音波センサにより検出された超音波に基づいて、電力機器の接触不良を検出する処理部とを備える、電力機器の接触不良検出装置を提供する。
【００１７】
前記処理部は、前記超音波センサにより検出された超音波の周期成分を検出する周期成分検出部と、この周期成分検出部により検出された前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周期である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数又はその２倍の所定範囲内であれば、接触不良が発生していると判定する判定部とを備えることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の実施形態に係る接触不良装置は、超音波センサ１０、プリアンプ１１、フィルタ１２、アンプ１３、及び処理部１４を備えている。超音波センサ１０の検出信号は、プリアンプ１１、フィルタ１２、及びアンプ１３を経て処理部１４へ送られる。
【００２０】
超音波センサ１０は、例えば圧電素子型超音波センサであり、シリコングリスのような接触媒質１６を介して接触不良の検出対象である電力機器１７の表面に設置される。ただし、超音波センサ１０は圧電素子型に限定されず、超音波を良好な感度で検出できるものであればよい。接触媒質１６は超音波センサ１０と電力機器１７との接触部における超音波の伝達損失の低減及び電力機器と接触不良検出装置との間の絶縁性確保のために使用される。
【００２１】
プリアンプ１１は、ノイズの影響を低減するために超音波センサ１０から出力される微弱な検出信号を増幅する。フィルタ１２は、超音波センサ１０の検出信号に含まれる外乱ノイズ、電気的ノイズを除去するためのものである。また、このフィルタ１２はローパスフィルタ遮断周波数及びハイパスフィルタ遮断周波数を調整可能であり、接触不良に起因する放電発生時の超音波の卓越周波数に応じて最適な帯域のみを通過させる。アンプ１３は、処理部１４におけるＳ／Ｎ比を向上させるために検出信号を増幅する。
【００２２】
図２に示すように、超音波センサ１０にプリアンプ１１を内蔵してもよい。図２において、２６は例えば圧電素子である超音波検出用の素子であり、プリアンプ１１はこの素子２６と共に超音波センサ１０のハウジング１０ａ内に収容されている。プリアンプ１１を内蔵することにより、素子２６とプリアンプ１１との間の信号線の長さを大幅に短縮することができるので、誘導ノイズの混入を防止することができる。
【００２３】
処理部１４は、超音波センサ１０から入力された検出信号に基づいて、電力機器１７の接続部に発生した接触不良を検出する。
【００２４】
接触不良の検出対象である電力機器は特に限定されないが、例えば図３に示すロードブレークエルボ２０とジャンクション２１が検出対象となる。ロードブレークエルボ２０は、ケーブル絶縁体２２から露出させたケーブル導体２３の端部に圧縮端子２４を備え、この圧縮端子２４に対してピンコンタクト２６の基端側のねじ部が取り付けられている。圧縮端子２４及びピンコンタクト２６の基端側は半導電層と絶縁層で覆われている。ピンコンタクト２６の先端側はロードブレークエルボ２０を挿入するための差込孔２０ａ内に突出し、最先端部には消弧棒２７を備えている。一方、ジャンクション２１はロードブレークエルボ２０側のピンコンタクト２６と接触するチューリップコンタクト２８を備えている。チューリップコンタクト２８の基端側に配置されたピストン３１とアルミハウジング３０との間にルーパ２９が配置されている。ケーブル導体２３から圧縮端子２４、ピンコンタクト２６、チューリップコンタクト２８、ピストン３１、及びルーバ２９を経てアルミハウジング３０に電流が流れる。このロードブレークエルボ２０及びジャンクション２１では、圧縮端子２４とピンコンタクト２６の接続部Ｃ１と、ピンコンタクト２６とチユリップコンタクト２８の接続部Ｃ２、及びピストン３１とアルミハウジング３０の接続部Ｃ３（ルーバ２９）における接触不良の発生が検出対象となる。
【００２５】
検出対象の他の例としては、図４及び図５に示す多回路開閉器４０がある。この多回路開閉器４０は、それぞれ固定電極部６１と可動電極部６２からなる複数（例えば５回路）の開閉器を備えている。固定電極部６１は、架台６３内に配索された母線６４に接続された端子６５ａと、ケーブル６７側の端子６５ｂとを備えている。一方、可動電極部６２は、それぞれ母線６４側及びケーブル６７側の端子６５ａ，６５ｂと対応する一対の端子６８ａ，６８ｂを備え、これらの端子６８ａ，６８ｂは互いに接続されている。図５に示すように可動電極部６２が降下位置にあると可動電極部６２の端子６８ａ，６８ｂが固定電極部６１の端子６５ａ，６５ｂに接続され、母線６４とケーブル６７からなる回路が閉成される。一方、可動電極部６２が上昇位置となり可動電極部６２の端子６８ａ，６８ｂが固定電極部６１の端子６５ａ，６５ｂから外れると、回路が開成される。この多回路開閉器４０では、固定電極部６１の端子６５ａ，６５ｂと可動電極部６２の端子６８ａ，６８ｂの接続部Ｃ４，Ｃ５における接触不良の発生が検出対象となる。
【００２６】
その他、検出対象となり得る電力機器としては、ケーブル端末、接続部、電動機、配電盤、制御盤、各種スイッチ、リレー等がある。
【００２７】
処理部１４は、超音波センサ１０から受信した検出信号に基づいて接触不良の発生を検出する。また、処理部１４には、操作者が接触不良検出装置を操作するために、モニタ５１や、図示しない入力装置等が接続されている。
【００２８】
接触不良検出装置は、各種のアナログ回路及びデジタル回路や、測定機器を含む各種の機器を組み合わせて構成することができる。例えば、フィルタ１２、アンプ１３、並びにモニタ５１を含む処理部１４は、超音波用波形弁別器とデジタルオシロスコープにより構成することができる。
【００２９】
超音波センサ１０とプリアンプ１１とを接続する信号線５２は、フェライトコア５３に挿通されている。これは超音波センサ１０とプリアンプ１１との間で原因が必ずしも明確でない誘導ノイズが混入することがあるので、この種のノイズの影響を低減するためである。
【００３０】
次に、この接触不良検出装置を使用した接触不良検出方法を説明する。まず、超音波センサ１０を電力機器１７の表面に接触媒質１６を介して配置する。次に、電力機器へ交流電力を供給している状態、すなわち活線状態で超音波センサ１０により超音波を検出する。
【００３１】
超音波センサ１０の検出信号は、プリアンプ１１、フィルタ１２、及びアンプ１３を介して処理部１４へ送られる。この際、超音波センサ１０とプリアンプ１１の間の信号線５２をフェライトコア５３に挿通することにより、又はプリアンプ１１を超音波センサ１０に内蔵することにより、超音波センサ１０とプリアンプ１１との間での誘導ノイズの混入を防止してＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３２】
図６を参照すると、処理部１４には電力機器の熱的ノイズ、外乱ノイズ等のノイズ振幅Ｌ１よりも十分大きい振幅を振幅閾値ＬＴＨが予め設定している。そして、超音波センサ１０の検出信号の周期性成分の振幅Ｌ１が振幅閾値ＬＴＨを上回る場合には、処理部１４は超音波センサ１０により検出された周期成分が接続部の放電に起因するものであり、接続部に接触不良が発生していると判断する。
【００３３】
このように接触不良箇所での放電により生じる超音波を利用して接触不良を検出するので、例えば接触不良箇所の発熱を利用する場合と比較すると、高精度で信頼性の高い接触不良の検出を行うことができる。また、超音波センサ１０の設置箇所の遮蔽等の大掛かりな装置を必要としないので、電力機器が設置されている現場で簡便に接触不良の検出を行うことができる。さらに、電圧パルス又は電流パルスを検出する必要がない点でも、簡便な接触不良の検出が可能である。
【００３４】
電力機器の複数箇所で超音波センサ１０により測定を繰り返すことで、検出精度の向上と接触不良の発生箇所の判定が可能である。以下、この点について、検出対象が、図３に示すロードブレークエルボ２０及びジャンクション２１である場合を例に説明する。
【００３５】
図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、ロードブレークエルボ２０の表面の４箇所に測定位置Ｐ１〜Ｐ４を設定する。これらの測定位置Ｐ１〜Ｐ４のうち、測定位置Ｐ２が圧縮端子２４とピンコンタクト２５との接続部Ｃ１（図３参照）に対して最も近接して配置され、測定位置Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４の順で接続部Ｃ１からの距離が離れている。また、測定位置Ｐ１がピンコンタクト２５とチューリップコンタクト２８との接続部Ｃ２に対して最も近接して配置され、測定位置Ｐ２，Ｐ３、測定位置Ｐ４の順で接続部Ｃ２からの距離が離れている。さらに、測定位置Ｐ３がピストン３１とアルミハウジング３０の接続部Ｃ３に対して最も近接して配置され、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４の順で接続部Ｃ３からの距離が離れている。活線状態で測定位置Ｐ１〜Ｐ４において超音波の検出を繰り返す。１個の超音波センサ１０を使用して各測定位置Ｐ１〜Ｐ４で超音波の検出を行ってもよいし、各測定位置Ｐ１〜Ｐ４にそれぞれ超音波センサ１０を配置して超音波の検出を行ってもよい。また、各測定位置Ｐ１〜Ｐ４での検出を同時に行ってもよい。
【００３６】
超音波は電極機器中を伝播するのに伴って減衰するため、超音波センサ１０の設置位置Ｐ１〜Ｐ４が接触不良の発生している接続部Ｃ１，Ｃ２に近いほど超音波の周期成分の振幅が大きくなる。従って、各測定位置Ｐ１〜Ｐ４で図８に示す波形が検出された場合、測定位置Ｐ１，Ｐ２で振幅閾値ＬＴＨを上回る振幅を有する周期成分Ｚ１，Ｚ２が検出され、測定位置Ｐ１と測定位置Ｐ２で振幅が異なっていることから、周期成分Ｚ１，Ｚ２が接触不良箇所での放電に起因すると判定できる。また、測定位置Ｐ２における周期成分Ｚ２の振幅が測定位置Ｐ１における周期成分Ｚ１の振幅よりも大きく、振幅の大きさは測定位置Ｐ２，Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４の順となっているので、接触不良が発生しているのは測定位置Ｐ２に最も近い圧縮端子２４とピンコンタクト２５の接続部Ｃ１であると判定することができる。同様に、各測定位置Ｐ１〜Ｐ４で図９に示す波形が検出された場合、測定位置Ｐ１，Ｐ２で周期成分Ｚ１，Ｚ２の振幅が異なることから、接触不良箇所での放電に起因すると判定できる。また、測定位置Ｐ１における周期成分Ｚ１の振幅が測定位置Ｐ２における周期成分Ｚ２の振幅よりも大きく、振幅の大きさは測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の順になっているので、接触不良が発生しているのは測定位置Ｐ１に最も近いピンコンタクト２５とチューリップコンタクト２８の接続部Ｃ２であると判定することができる。ピストン３１とアルミハウジング３０の接続部Ｃ３に接触不良が発生している場合には、各測定位置における超音波の振幅の大きさは、Ｐ３，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４の順になる。
【００３７】
超音波の到達時間に基づいて、接触不良箇所の判定が可能である。以下、この点について説明する。図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、ロードブレークエルボ２０の４箇所の測定位置Ｐ１〜Ｐ４にそれぞれ超音波センサ１０を設置し、ロードブレークエルボ４０及びジャンクション４１に対する交流電流供給中の超音波を測定する。各測定位置Ｐ１〜Ｐ４における超音波の波形が図１０に示す場合、各測定位置Ｐ１〜Ｐ４で閾値振幅ＬＴＨを上回る振幅が検出される時刻はそれぞれｔｄ１〜ｔｄ４である。交流電力の供給開始時には、接触不良の発生箇所から近いほど接触不良に起因して発生する超音波の到達時間が早い。検出時刻ｔｄ１〜ｔｄ４を比較すると、測定位置Ｐ２，Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４の順で閾値振幅ＬＴＨを上回る振幅の超音波が検出されている。従って、測定位置Ｐ２が接触不良による放電発生箇所に最も近く、圧縮端子２４とピンコンタクト２５の接続部Ｃ１で接触不良が発生していると判定できる。
【００３８】
（第２実施形態）
図１１に示す本発明の第２実施形態に係る接触不良検出装置では、処理部１４は、超音波センサ１０の検出信号から超音波の周期成分を検出する周期成分検出部１８と、周期成分検出部１８により検出された周期成分と電力機器へ供給される交流電力の周波数（電源周波数）とを比較して、超音波の周期成分が接触不良に起因して発生した放電によるものであるか否かを判定する判定部１９とを備えている。
【００３９】
超音波センサ１０の検出信号には電力機器の熱的ノイズ、外乱ノイズ等のノイズが含まれ、かつ接触不良による放電に起因する周期成分はパルス的であるので、超音波センサ１０で検出された波形全体の中に占めるこの周期成分の割合は非常に小さい。従って、Ｓ／Ｎ比が低い場合には、周期成分検出部１８は超音波の波形又はその検波波形から直接的に周期成分を検出するのは困難となる。また、通常の高速フーリエ変換は、波形全体の周波数スペクトルを得るものであるので、瞬間的な変化がデータ点数内で平均化されてしまうためとらえにくくなり、Ｓ／Ｎ比が低いと高精度で周期成分を検出することが困難である。
【００４０】
そこで、本実施形態では、周期成分とその発生周期を高精度で検出するために、周期成分検出部１８で使用する周波数解析方法として時間−周波数解析を採用している。この時間−周波数解析は、超音波の波形を時間軸方向に分割し、分割された時間区間毎に周波数スペクトルを検出するものである。
【００４１】
時間−周波数解析には、例えば短時間フーリエ変換がある。この短時間フーリエ変換は、超音波の波形を時間軸方向に分割してウィンドを設定し、ウィンドを時間軸上で少しずつずらしてウィンド毎に高速フーリエ変換を適用するものである。ウィンド幅を超音波の波形よりも十分短く設定すると、元の波形の一部のみが存在する波形となるが、この波形に高速フーリエ変換を適用することにより、刻一刻の時点での周波数スペクトルが得られ、短時間の変化を抽出することができる。その他の時間−周波数解析としては、ウェーブレット変換、ウィグナー分布関数等がある。
【００４２】
なお、Ｓ／Ｎ比が大きい場合には、第１実施形態で説明したように、周期成分検出部１８は超音波の波形又はその検波波形から直接的に周期成分を検出することができる。また、Ｓ／Ｎ比が大きい場合には、超音波の波形又はその包絡線検波した波形を高速フーリエ変換することにより周波数解析を行い、それによって周期成分を検出してもよい。
【００４３】
周期成分検出部１８で検出された超音波の周期成分は判定部１９に入力される。判定部１９は、この検出された超音波の周期成分の発生周期と、電源周波数とを比較し、接触不良に起因する放電発生の有無を判定する。この判定原理について図７を参照して説明する。
【００４４】
図１２（Ａ）は電力機器に交流電圧が供給されているときの、接触不良を起こしている２つの部材の近傍に作用する電圧Ｖａ（二点鎖線）と、これらの部材間に作用する電圧Ｖｂ（実線）との関係を示している。電圧Ｖａの周波数は、電力機器に供給される交流電圧の周波数（電源周波数）と同一である。
【００４５】
時間ｔ１まで電圧Ｖａは増加するので、電圧Ｖｂが正の火花電圧＋Ｖｔｈに達し、図１２（Ｂ）に示すように放電が発生する。放電が発生すると２部材間に逆電界が形成され、電圧Ｖｂは瞬間的にほぼ０Ｖまで低下する。時間ｔ１から電圧Ｖａが降下を開始すると、電圧Ｖ２もそれに伴って降下し、火花電圧−Ｖｔｈに達して放電が発生する。この放電により電圧Ｖｂは瞬間的にほぼ０Ｖに戻るが、電圧Ｖａの降下に伴って電圧Ｖｂも降下するので再び火花電圧−Ｖｔｈに達して放電が発生する。この２回の放電は極めて短い時間間隔で発生するので、１回の放電ＰＤとみなすことができる。時間ｔ３から電圧Ｖａが上昇を開始すると、電圧Ｖｂもそれに伴って上昇し、火花電圧＋Ｖｔｈに達して放電が発生する。この放電により電圧Ｖｂは瞬間的にほぼ０Ｖに低下するが、電圧Ｖａの上昇に伴って電圧Ｖｂも上昇するので再び火花電圧−Ｖｔｈに達して放電が発生する。これらの放電も極めて短い時間間隔で発生するので、１回の放電ＰＤとみなすことができる。
【００４６】
以上のプロセスが繰り返される結果、電圧Ｖａがゼロクロスから変化する付近で放電ＰＤが繰り返し生じ、その発生周期は電圧Ｖａの周波数、すなわち電源周波数の２倍となる。また、状況によって電圧Ｖａの正又は負のいずれか一方の相でのみ放電ＰＤが生じることもあり得る。この場合、放電ＰＤの発生周期は電源周波数と同一となる。従って、超音波センサ１０により検出された超音波が、周期成分を含み、その周期成分が電源周波数と同一又はその２倍付近の発生周期を有していれば、当該周期成分は接触不良に起因する放電によるものであると考えることができる。
【００４７】
図１３及び図１４は、周期成分検出部１８において超音波の波形に対して短時間フーリエ変換を適用して周波数解析を行った例を概略的に示している。図１３は電源周波数（５０Ｈｚ）と同一の発生周期（５０Ｈｚ）を有する放電に起因する周期成分が含まれる場合を示し、図１４は電源周波数の２倍の発生周期（１００Ｈｚ）を有する放電に起因する周期成分が含まれる場合を示している。
【００４８】
図１３（Ａ）及び図１４（Ａ）に示すように、元の超音波の波形では、周期成分ＸはノイズＹに埋もれている。この波形に対して短時間フーリエ変換を適用すると、図１３（Ｂ）及び図１４（Ｂ）に示すように、周波数スペクトルに周期成分Ｘが現れる。そして、図１３（Ｃ）及び図１４（Ｃ）に示すように、スペクトル強度の時間変化から、周期成分の発生周期が検出される。
【００４９】
前記のように周期成分検出部１８で検出された超音波の周期成分の発生周期は、判定部１９に送られる。判定部１９は、周期成分の発生周期と電源周波数とを比較し、周期成分が電源周波数と同一又はその２倍に対して所定範囲内であれば、周期成分検出部１８で検出された周期成分は放電に起因するものであると判定する。例えば、電源周波数が５０Ｈｚの場合、判定部１９は周期成分検出部１８が検出した超音波の周期成分の発生周期が５０Ｈｚ又は１００Ｈｚの所定範囲内であれば、超音波の周期成分は放電に起因するものであり、接触不良部位で放電が発生していると判断する。前記所定範囲は、測定誤差、周波数解析に伴う誤差等を考慮して設定される。例えば、この所定範囲は電源周波数と同一又はその２倍の±１０％の範囲に設定される。図１３の例では周期成分の周波数が電源周波数と同一であり、図１４の例では周期成分周期成分の周波数が電源周波数の２倍である。従って、いずれのに例でも、判定部１９は接触不良に起因して放電が発生していると判定する。
【００５０】
本実施形態では、前記のように超音波の周期成分と電源周波数との比較により、超音波が接触不良に起因するものであるか否かを判断するので、例えば熱画像やＸ線透過画像を用いる場合と比較すると、高精度で接触不良を検出することが可能であり、熟練を要せず信頼性の高い定量的な評価が可能である。特に、時間−周波数解析により周期成分を検出することにより、より高精度での検出が可能となる。
【００５１】
第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
本発明は、前記実施形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、検出対象が多回路開閉器である場合に、図４に示すように６箇所の測定位置Ｐ１’〜Ｐ６’に超音波センサ１０を配置すればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の方法及び装置では、接触不良箇所での放電に伴う超音波を利用して接触不良を検出するので、例えば接触不良に起因する発熱を利用する場合と比較すると、高精度で信頼性の高い接触不良の検出を実現することができる。また、超音波の周期成分と電源周波数との比較により、超音波が接触不良に起因するものであるか否かを判断するので、例えば熱画像やＸ線透過画像を用いる場合と比較すると、高精度で接触不良を検出することが可能であり、熟練を要せず信頼性の高い定量的な評価が可能である。さらに、超音波センサ配置箇所の遮蔽等の大掛かりな装置は必要でないので電力機器が設置されている現場で簡便に接触不良の検出を行うことができる。さらにまた、超音波センサを配置可能であれば検出対象となる電力機器の種類も特に制限されないので、汎用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る接触不良検出装置を示す概略図である。
【図２】プリアンプを内蔵した超音波センサを示す概略図である。
【図３】ロードブレークエルボとジャンクションの接続状態を示す断面図である。
【図４】多回路開閉器を示し、（Ａ）は部分正面図、（Ｂ）は部分平面図である。
【図５】図４（Ｂ）のＶ−Ｖ線での断面図である。
【図６】接触不良に起因する超音波の振幅とノイズとの関係を示すグラフである。
【図７】ロードブレークエルボに取り付ける超音波センサの配置を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。
【図８】複数箇所に配置された超音波センサにより検出される超音波の計測波形の一例を示すグラフである。
【図９】複数箇所に配置される超音波センサにより検出される超音波の計測波形の他の一例を示すグラフである。
【図１０】複数の超音波センサで同時に検出された超音波の計測波形の一例を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る接触不良検出装置を示す概略図である。
【図１２】（Ａ）は電力機器の接続部の近傍に作用する電圧と接触不良が発生している接続部に作用する電圧の関係を示すグラフ、（Ｂ）は（Ａ）に対応する放電パルス波形を示すグラフである。
【図１３】短時間フーリエ変換による超音波の周期成分（５０Ｈｚ）の検出の一例を示し、（Ａ）は計測波形を示すグラフ、（Ｂ）は短時間フーリエ変換により得られる周波数スペクトルを示す概念図、（Ｃ）は周期成分のスペクトル強度と時間の関係を示すグラフである。
【図１４】短時間フーリエ変換による超音波の周期成分（１００Ｈｚ）の検出の一例を示し、（Ａ）は計測波形を示すグラフ、（Ｂ）は短時間フーリエ変換により得られる周波数スペクトルを示す概念図、（Ｃ）は特定周期成分のスペクトル強度と時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  超音波センサ
１０ａ  ハウジング
１１  プリアンプ
１２  フィルタ
１３  アンプ
１４  処理部
１６  接触媒質
１７  電力機器
１８  周期成分検出部
１９  判定部
２０  ロードブレークエルボ
２０ａ  差込孔
２１  ジャンクション
２２  ケーブル絶縁体
２３  ケーブル導体
２４  圧縮端子
２５  ピンコンタクト
２７  消弧棒
２８  チューリップコンタクト
２９  ルーバ
３０  アルミハウジング
３１  ピストン
４０  多回路開閉器
５１  モニタ
５２  信号線
５３  フェライトコア
６１  固定電極部
６２  可動電極部
６３  架台
６４  母線
６５ａ，６５ｂ  端子
６７  ケーブル
６８ａ，６８ｂ  端子
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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