(57)【要約】【課題】より正確に且つより簡易な構成でコロナ放電の検出が可能な放電検出装置を提供する。【解決手段】対象１０に対し紫外線の照射と遮断を交互に行いつつ、対象からのＵＶ−Ｃ紫外線画像を取得する。交互に取得した２種類の画像によって、日中であっても、コロナ放電の有無及び対象におけるコロナ放電の位置が特定可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ放電を発生可能な対象からのコロナ放電を検出する放電検出装置であって、上記対象に対し紫外線を照射する紫外線照射手段と、その紫外線照射手段から対象への照射を遮断可能なシャッタと、上記対象からの光線のうちのＵＶ−Ｃ領域の紫外線だけを通過させる光学フィルタと、その光学フィルタ通過後の紫外線像を可視化する可視化変換手段と、その可視化変換手段が可視化した紫外線像を取得する画像取得手段と、を備え、上記シャッタによる紫外線の遮断状態及び照射状態の両方の画像を画像取得手段で取得することで対象におけるコロナ放電の有無及び位置を特定することを特徴とする放電検出装置。
【請求項２】
上記シャッタは、所定時間単位で開閉を繰り返し、上記画像取得手段は、連続的に画像を撮像するカメラであることを特徴とする請求項１に記載した放電検出装置。
【請求項３】
前記光学フィルタは、波長２４０ｎｍ〜２８０ｎｍの範囲に存在する１または２以上のＮｅ（ネオン）の輝線を通過させる狭帯域通過フィルタであることを特徴とする請求項１または２に記載した放電検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電線用鉄塔などの電気設備など、コロナ放電を発生可能な対象における、コロナ放電の発生を検出するための放電検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気設備においては、電気絶縁の劣化に伴い微小なコロナ放電が発生する場合がある。すなわち、コロナ放電を検出することで、電気的な絶縁劣化を早期に検出することができる。
このコロナ放電を検出する装置としては、例えば特許文献１に記載されている検出装置がある。この検出装置では、コロナ放電が発生する際の超音波音を検出し、その検出に基づき音響の発生方向を特定してコロナ放電の有無及び位置を検出する。
【特許文献１】特開平９−２３３６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記放電時の音による検出方法では、検査対象に対し音響検出部をスキャニングするように移動させる必要があるため、対象が大きいほど検査に時間が掛かる。
また、磁歪振動音等が放電音に近似することから、コロナ放電が無いにもかかわらずコロナ放電を検出したと誤検出することがある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、より正確に且つより簡易な構成でコロナ放電の検出が可能な放電検出装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、コロナ放電を発生可能な対象からのコロナ放電を検出する放電検出装置であって、上記対象に対し紫外線を照射する紫外線照射手段と、その紫外線照射手段から対象への照射を遮断可能なシャッタと、上記対象からの光線のうちのＵＶ−Ｃ領域の紫外線だけを通過させる光学フィルタと、その光学フィルタ通過後の紫外線像を可視化する可視化変換手段と、その可視化変換手段が可視化した紫外線像を取得する画像取得手段と、を備え、上記シャッタによる紫外線の遮断状態及び照射状態の両方の画像を画像取得手段で取得することで対象におけるコロナ放電の有無及び位置を特定することを特徴とするものである。
【０００５】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記シャッタは、所定時間単位で開閉を繰り返し、上記画像取得手段は、連続的に画像を撮像するカメラであることを特徴としている。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した放電検出装置において、前記光学フィルタは、波長２４０ｎｍ〜２８０ｎｍの範囲に存在する１または２以上のＮｅ（ネオン）の輝線を通過させる狭帯域通過フィルタであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、同一の画像取得手段で、光路を同軸とした、コロナ放電のみの像と、対象の像とが交互に取得され、その交互に取得した２種類の画像の比較によってコロナ放電の有無及び位置が特定可能となる。
また、画像であるので、一度に広範囲の部分を検査することが可能である。
さらに、積極的に紫外線を照射し、且つ地上まで到達した太陽光に存在しないＵＶ−Ｃ領域の紫外線の画像を取得することで、日中であっても、簡単な構成でコロナ放電の有無及び位置を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、放電現象と紫外線について説明する。
放電現象は、電磁波や超音波のほかに紫外線の放出を伴うことが知られている。放電は電界の影響を受けて励起状態になった気体の原子が自由電子を放出しイオン化されることによって引き起こされる。この時、イオン化された原子が自由電子を受け取って励起状態から基底状態に戻る過程で光が放射される。
ここで、電子の軌道がｎ＝ｉからｎ＝ｊに遷移した場合に放射される光の波長は次の式（１）で与えられる。
【０００８】
【数１】
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【０００９】
ただし、λ：放射される光の波長、ｍ：電子の運動質量、ｅ：電子の電荷（１．６０２×１０−１９Ｃ）、ε０：真空の誘電率（８．８５４×１０−１２Ｆ／ｍ）、ｈ：プランクの定数（６．６２４×１０−３４Ｊ・ｓｅｃ）、ｃ：光速（３×１０８ｍ／ｓｅｃ）
ここで、本願発明者は、各原子のイオン化電圧は、下記式（２）で与えられることに着目し、式（１）と式（２）からイオン化電圧が既知の気体の発光波長は下記式（３）で求めることができると考えた。
【００１０】
【数２】
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【００１１】
図１に式（３）で求めた代表的な気体の発光スペクトルを示す。同図から、放電で生じる光の波長は４００ｎｍ以下の紫外線領域に離散的に分布することがわかる。一方、紫外線はその波長によって４００ｎｍ〜３１５ｎｍがＵＶ−Ａ、３１５ｎｍ〜２８０ｎｍがＵＶ−Ｂ、２８０ｎｍ〜１００ｎｍがＵＶ−Ｃに分類される。
【００１２】
ところで、紫外線は、太陽及び高輝度ランプなどの人工照明から放射される、波長４００ｎｍ以下の短波長の電磁波であるが、特に地表に届く太陽光放射の場合は、図２に示される発光分布のように、波長が短いほど太陽光放射中の専有割合が小さく、特に、ＵＶ−Ｃ領域の電磁波は大気中のオゾン層で吸収されるため地表にはほとんど到達しない。一方、コロナ放電による発光分布は、同図２に示すようになっており、紫外線全域に亘って放射している。したがって、地表に届く太陽光放射には存在しない、ＵＶ−Ｃ領域の紫外線を検出することで、太陽光放射に影響を受けることなく、微弱な放電光でも太陽光に影響されずコロナ放電等の発生による被写体自体からの発光に伴う紫外線を検出することができる。
【００１３】
次に、本実施形態の放電検出装置の構造について説明する。図３は、本装置の構成概要図である。
筒状のケース１内には、対象１０側から、光路Ｌが同軸となるように、ＵＶフィルタ２、ＵＶレンズ３、ＵＶイメージインテンシファイア４、ＵＶレンズ３、ＵＶイメージインテンシファイア４、ＵＶレンズ３、及びビデオカメラ５の順に配設されている。
上記各ＵＶイメージインテンシファイア４は、微弱な紫外線像を検知・増倍してコントラストのついた像、つまり可視化した像に変換する装置である。なお、通常のＣＣＤカメラは紫外線に対する感度を持っていないため放電現象を撮像することはできない。
【００１４】
各ＵＶイメージインテンシファイア４は、受光した光を電子に変換する受光面と、直径２５ｍｍ、厚さ０．４８ｍｍの薄いガラスの板にφ１２μｍの細い穴（チャンネル）を無数に加工し光電子を倍増するＭＣＰ（マルチチャンネルプレート）と、倍増した電子を再度光に変換し後段に伝えるファイバプレートとを備えて構成されている。本実施形態では、各ＵＶイメージインテンシファイア４の受光面に、紫外線に感度を持つＣｅ−Ｔｅを材料に選定した。Ｃｅ−Ｔｅ受光面は３２０ｎｍ以上の波長の光に対する感度が抑制され２５０ｎｍ付近に最大感度を有している。そして、ＭＣＰは微弱な放電光を考えて２段にすることで電子倍増率を１０６倍とした。ここで、各ＵＶイメージインテンシファイア４は増幅率が高いため、僅かな光でも結像し本来観測したい放電光の弁別を阻害する。そこでＵＶイメージインテンシファイア４の前段にＵＶ−Ｃ光のみを通過させるＵＶフィルタ２を設置し、不要な光を遮断している。
【００１５】
ところで、通常、フィルタには、特定の波長帯を通過させる帯域通過フィルタと、特定の波長のみ通過させる狭帯域通過フィルタがある（例えば図１参照）が、上記ＵＶフィルタ２には、波長２４０〜２８０ｎｍの範囲のＵＶ−Ｃ紫外線だけを通過させるフィルタが好適である。特に、本実施形態でのフィルタ選定では５種類の狭帯域通過フィルタにてラボ試験を行った結果、図４に示す通り、２４９．７ｎｍを通過させる狭帯域通過フィルタが最もＳ／Ｎ比が良好で放電の可視化に適していた。なお、同図の例では画面中央下で放電が発生しているが、２６０ＢＰおよび２４９．７ＮＢ７以外のフィルタでは放電光と背景の太陽光との弁別が困難であることがわかる。
【００１６】
ここで、図４に示す２４９．７ＮＢ７フィルタを通した画像は、図１を参照してわかる様に、主にＮｅ（ネオン）の輝線を観測していることになる。ネオンは窒素（大気中の容積比７８．０８８％）、酸素（同２０．９４９％）、アルゴン（同０．９３％）に次いで大気中の容積比が大きな気体（同１．８×１０−３％）であり、ＵＶ−Ｃ領域に輝線を持つ気体の中では最も容積比が大きい。そのため、Ｎｅ（ネオン）の輝線を観測すれば発光量が多いことから弁別する上で好ましい。さらに、本実施形態では、波長２４０〜２８０ｎｍの範囲に存在するＵＶ−Ｃ紫外線のうち、特に、この２４９．７ｎｍ、すなわちＮｅ（ネオン）の１または２以上の輝線を通過させる狭帯域通過フィルタをＵＶフィルタ２として採用している。そのため、このような狭帯域通過フィルタを採用することによって放電光と背景の太陽光との弁別をより確実なものとすることができる。
【００１７】
ここで、上記各ＵＶレンズ３は、紫外線（特にＵＶ−Ｃに感度があることが好ましい）に感度を有するレンズである。ビデオカメラ５は、画像取得手段を構成して連続してＵＶフィルタ２を通過し且つ可視化された紫外線画像を取得して記録する録画媒体である。
そして、上記複数のＵＶレンズ３及びＵＶイメージインテンシファイア４は、可視化変換手段を構成する。コロナ放電によるＵＶ−Ｃ紫外線の放射が微弱であることに鑑み、本実施形態では、ＵＶレンズ３及びＵＶイメージインテンシファイア４を複数個、配設した場合を例示してある。
【００１８】
また、上記ケース１の外側には、紫外線ランプ６が取り付けられている。この紫外線ランプ６は、対象１０に対し紫外線を照射する紫外線照射手段であって、例えば石英ガラスを用いた高輝度ＵＶランプなどの高輝度ランプ６を使用すればよい。特に、上記ＵＶフィルタ２を通過可能なＵＶ−Ｃ領域の波長の紫外線を主として放射可能な紫外線ランプが好ましい。なお、紫外線ランプ６は、ケース１に対し、照射方向が調整可能となっている。
【００１９】
その紫外線ランプ６の前には開閉可能なシャッタ７が取り付けられていて、そのシャッタ７は、駆動モータや電磁石等からなるシャッタ用アクチュエータ８によって開閉が行われる。
また、符号９は、コントローラであって、不図示の作動スイッチがオンになると、紫外線ランプ６を照射状態にすると共に上記シャッタ用アクチュエータ８を通じて、上記シャッタ７を所定時間間隔毎に開閉を繰り返させる。上記シャッタ７の開閉速度は、特に拘らないが、たとえば開閉を１秒間隔で繰り返すように設定する。
【００２０】
次に、上記構成の放電検出装置における使用方法例や作用・効果などについて説明する。
ケース１内に配置されたＵＶフィルタ２等の光路Ｌを対象１０に向けると共に、紫外線ランプ６の放射方向も同じ対象１０に向けた状態とし、不図示の作動スイッチをオンにする。すると、紫外線ランプ６から対象１０に向けて紫外線が照射されるが、開閉を繰り返すシャッタ７によって定期的に紫外線の照射が遮断される。この状態でビデオカメラ５も録画状態とする。なお、ビデオも上記コントローラ９で作動を制御するようにしておいても良い。
【００２１】
このように設定することで、紫外線を照射したことによる対象１０からの反射光と、紫外線を遮断したことによる対象１０で発光した光とが交互にＵＶフィルタ２に向けて入射する。すると、当該ＵＶフィルタ２を、紫外線ランプ６による対象１０からの反射光と対象１０で発光した紫外線だけが交互に通過することで、地表に届いた太陽光による影響が除去される。
【００２２】
そのＵＶフィルタ２を交互に通過してくる２種類の紫外像は、それぞれ２組のＵＶレンズ３及びＵＶイメージインテンシファイア４によって倍増及び強調されて可視化状態に変換されて、順番ビデオカメラ５に撮像され記録される。図５に、上記２種類の紫外線画像のイメージ図を示す。（ａ）は紫外線照射による対象の図を、（ｂ）はコロナ放電による対象の発光による図である。なお、実際には、（ｂ）の図において、コロナ放電部分Ａの部分だけが白くなった画像である。
【００２３】
そして、録画した画像を再生すると、コロナ放電が無い状態では、真っ暗な画像と、対象１０の白黒画像とが交互に映し出されるだけであるが、コロナ放電の発生している対象１０では、コロナ放電の発光部だけが白くなった紫外線画像と対象１０の白黒画像との２種類の画像が交互に映し出される。これによって、コロナ放電の有無が検出されると共に、コロナ放電の発光部だけが白くなった紫外線画像と対象１０の全体像とが交互に映し出されることで対象１０におけるコロナ放電の位置を視認することができる。特に、再生速度などを調整して２種類の画像を交互に映し出すことで、一方の画像の残像と次に映し出した画像とが見た目で完全に重なって見えるようにすると、より容易にコロナ放電の位置が特定しやすくなる。なお、残像の見た目の重ね合わせの調整は、再生速度で調整する以外にも、例えば発光による紫外線画像の映像表示時間を長めにすることなどによっても可能である。
【００２４】
このとき、紫外線像として対象１０の画像を取得することで、対象１０自体の画像が自然と暗めに抑えられることから、コロナ放電の発光によって白くなっている画像と交互に映し出したときに発光による白くなっている部分が自然と強調される。
ここで、上記紫外線ランプ６から積極的に照射を行うことなく、上記装置によってコロナ放電による発光の画像を取得すると共に、同期をとって別のカメラで対象１０の画像を撮影して、両方の画像を重ね合わせて放電位置を検出することも考えられる。しかし、対象１０の画像を撮像する別のカメラが必要になるばかりか、画像を受像する位置が異なることから、重ね合わせの処理が要求される。
【００２５】
これに対し、本願では、撮像するカメラが１つだけで済み、しかも光路Ｌが同軸の位置で放電による画像と対象１０の画像との両方を取得するので、装置構成が簡易化する。また、本実施形態では、２つの画像を画像処理部で直接重ねるのではなく、交互に映し出し、例えば視覚の残像現象を利用してコロナ放電の位置を特定するので、画像処理部で２つの画像を重ねる処理も不要となる。
【００２６】
ここで、上記実施形態では、交互に取得した画像を残像現象で見た目重なって見えるように再生するとしているが、必ずしも残像現象を利用しなくても良い。ゆっくりコマ送り状に再生しても良い。コロナ放電による紫外線像は、容易に特定できるので、コロナ放電による紫外線像を検出したときに、その発光のおおよその位置を記憶しておき（図５（ｂ）参照）、次に映される対象１０の画像（図５（ａ）参照）での対応する位置を見ることでコロナ放電の位置が特定できる。もっとも、残像現象を利用して見た目で重なるように再生した方が視認が容易である。
【００２７】
また、上記画像取得手段としてビデオカメラ５を例示しているが、デジタルカメラなどであっても良い。デジタルカメラの場合には、シャッタ７の開閉と同期をとって静止画の撮像を行って、紫外線照射により反射した紫外線像と、コロナ放電による発光した紫外線像（発光がなければ真っ暗な像）とを交互に取得するようにすればよい。
また、上記実施形態では、画像取得手段としてカメラを例示して、撮影後に、コロナ放電の有無を確認する場合で説明しているが、これに限定されない。例えば、上記画像取得手段をディスプレイなどの表示装置とし、その場で、コロナ放電による紫外線像と対象１０からの反射による紫外線像との画像を交互に表示させて、その場でコロナ放電の有無及び、コロナ放電が発生している場合における放電位置の特定を行うようにしても良い。
【００２８】
また、画像処理によって、コロナ放電による紫外線像についてだけ色変換処理を行い、つまり白色部分を赤色などに変換して、コロナ放電部分を強調するようにしても良い。この場合には、対象１０からの反射による紫外線像は白黒画像であるので、コロナ放電の位置をさらに容易に視認することができる。
また、ケース１と紫外線ランプとは別体であっても良い。
【００２９】
また、上記実施形態の例では、ＵＶフィルタ２には、２４９．７ｎｍのＮｅ（ネオン）の輝線を通過させる狭帯域通過フィルタを採用したが、これに限定されず、狭帯域通過フィルタは、波長２４０〜２８０ｎｍの範囲に存在するＵＶ−Ｃ紫外線のうち、他の波長のの１または２以上のＮｅ（ネオン）の輝線を通過させる狭帯域通過フィルタによって観測してもよい。
以上のように、本実施形態の放電検出装置にあっては、日中であっても放電箇所の検知ができると共に、その装置構成も簡易なものとすることができる。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の実施例について説明する。
上記実施形態の放電検出装置を、発電機の開放点検に持ち込み、部分放電の撮影を行なった。
この例の発電機は、約１５年間に渡って稼働している発電機であり、近年、部分放電の上昇が認められたため、上記実施形態の放電検出装置で開放点検を実施した。点検に先立ち、放電検出装置で監視しながら部分放電試験を実施し、放電部位の特定を試みたところ、コイルエンドで発生していた部分放電を捉える事ができた。部分放電はコイルエンドのスロット出口付近でスポット的に発生していた。
【００３１】
部分放電試験終了後、発生部位を点検したところコイルとスロットの間に約０．２ｍｍの隙間が生じていた。そこで、スロットに生じた空隙に導電性の材料を挿入し樹脂で固める補修を行ったところ、補修後に行った部分放電試験では、放電の可視像は認められなかった。
このように、本発明の放電検出装置は、例えば、発電機・電動機等の部分放電試験に適用することで、放電部位の特定が容易にできると共に、補修が成功したか否かの確認も容易に行うことができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】代表的な気体の発光スペクトルを示す説明図である。
【図２】発光分布を説明する図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る放電検出装置の構成概要図である。
【図４】フィルタ選定のためのラボ試験の結果を説明する図である。
【図５】２種類の紫外線像のイメージを説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ケース
２  ＵＶフィルタ
３  ＵＶレンズ
４  イメージインデンシファイア
５  ビデオカメラ
６  紫外線ランプ
７  シャッタ
８  アクチュエータ
９  コントローラ
１０  対象
Ｌ  光路
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図２】
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【図４】
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