部分放電電流計測システム
【課題】従来よりも精密で且つ信頼性が高い部分放電電流の測定を行うことができる部分放電電流計測システムを提供する。
【解決手段】部分放電電流計測システム１において、電圧制御プログラム９が所定の時間間隔Δｔupで電源装置２の出力電圧レベルを上昇させて、電圧上昇率を一定に制御する。また、部分放電電流計測回路１０は、ＣＴ３より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えるとＡ／Ｄ変換回路１１にＡ／Ｄ変換処理を開始させる。この場合、Ａ／Ｄ変換回路１１が、計測された部分放電電流波形をフィルタ等により帯域制限されていない状態でデジタルデータ化するように構成されている。
【解決手段】部分放電電流計測システム１において、電圧制御プログラム９が所定の時間間隔Δｔupで電源装置２の出力電圧レベルを上昇させて、電圧上昇率を一定に制御する。また、部分放電電流計測回路１０は、ＣＴ３より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えるとＡ／Ｄ変換回路１１にＡ／Ｄ変換処理を開始させる。この場合、Ａ／Ｄ変換回路１１が、計測された部分放電電流波形をフィルタ等により帯域制限されていない状態でデジタルデータ化するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁物に高電圧を印加した際に、絶縁物の内部または外部で発生する部分放電の電流を計測する部分放電電流計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器をはじめとする電気設備では、経年劣化或いは環境劣化により、絶縁物の内部や外部において部分放電と称する微小な放電が発生し、さらに絶縁物が長期間部分放電に晒されることで絶縁材料が劣化し、何れは絶縁破壊に至ることがよく知られている。したがって、設備を構成する絶縁材料の部分放電特性を詳細に把握することは、事故を防止するためにも重要である。
【０００３】
部分放電特性には、放電開始電圧、放電消滅電圧、放電パルス数、放電発生時の電圧位相、放電電流波形など様々な要素が存在するが、中でも放電電流の波形は放電現象を解明するうえで有用な情報を含んでおり、放電電流波形を精度良く測定し解析することは、ひいては電気設備の絶縁性能の向上につながる。部分放電は、絶縁物にあるレベル以上の電圧が印加されると発生する。その場合、部分放電開始電圧は、印加する電圧レベルを徐々に上昇させて、部分放電が最初に発生した際の印加電圧で定義される。
【０００４】
一般に従来は、図１２に示すように、交流電源５１が出力する交流電圧を、誘導電圧調整器５２を用いて手動で上昇させ、トランス５３により昇圧して絶縁物５４に印加するようにしていた。絶縁物５４に対しては、部分放電電流測定器５５が直列に接続されており、部分放電電流測定器５５が出力する信号をオシロスコープ５６で計測し、その表示波形を観察することで測定を行っていた。例えば部分放電電流の立下り時間を測定する場合、測定者が手動で印加電圧を上昇させて、部分放電発生時に観測された部分放電電流波形からオシロスコープのカーソル機能を用いて立下がり時間を読み取っていた。
【０００５】
部分放電特性に影響を与える要素は、周囲温度や湿度など数多くあるが、印加電圧の上昇率もその一つである。したがって、従来のように手動で電圧を上昇させる方法では測定者によって上昇率に個人差が生じてしまい、部分放電特性に少なからず影響を与えていた。また、部分放電電流の波形情報を目視により読み取っていたため、やはり測定者によって読取基準にばらつきが生じていた。さらに、部分放電特性はばらつきが多く、数回の測定ではデータとしての信頼性が低い。このため、十数回の測定を繰り返し実施する必要があり、部分放電電流の波形情報を目視で読み取るやり方では、相当な測定時間が必要であった。
【０００６】
例えば特許文献１には、部分放電電流を計測した信号を、バンドパスフィルタ及びピーク検波回路を通すことで、放電電流のピーク値を得る構成が開示されている。特許文献２には、部分放電電流を計測した信号を、ハイパスフィルタおよび積分回路を通して電流値を積分し、放電電流を電荷量に換算する構成が開示されている。また、特許文献３には、部分放電信号の尖頭値検出回路を複数設けて、部分放電電流波形を整形してから、放電信号のピーク値および極性を得る構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１０７６２７号公報
【特許文献２】特開平１１−２３７４３０号公報
【特許文献３】特開２００４−３０９３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、特許文献１〜３では、何れも計測した部分放電信号に対して、フィルタ回路やピーク値検出回路、積分回路を通した信号をＡ／Ｄ変換処理してデジタルデータ化している。従来、部分放電現象について解析を行う際には、上記特許文献に記載されているように、放電波形については数１０ＭＨｚから高々数１００ＭＨｚ程度の周波数成分を解析すれば十分である、と考えられていた。
【０００９】
ところが、近年、波形計測に使用されるデジタルオシロスコープの性能が著しく向上しており、サンプリング周波数がＧＨｚオーダーに達しているものもある。そのように高機能なオシロスコープで部分放電波形を観測した結果、放電波形には、より高い周波数成分が含まれていることが判明している。
したがって、部分放電現象についてより詳細な解析を行うためには、特許文献１〜３に開示されているような従来構成では不十分である。また、これらの特許文献には印加電圧の設定方法に関する記述はなく、部分放電の発生に影響する印加電圧の上昇速度が一定とならない場合には信頼性のあるデータは得られないと考えられる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも精密で且つ信頼性が高い部分放電電流の測定を行うことができる部分放電電流計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１記載の部分放電電流計測システムは、正弦波電圧を生成して絶縁物に印加する電圧印加手段と、
この電圧印加手段が生成する正弦波電圧の振幅を制御する電圧制御手段と、
前記絶縁物に対して部分放電が発生した場合に流れる放電電流を検出するための電流検出手段より出力される信号を計測する部分放電電流計測手段と、
前記部分放電電流計測手段が計測した信号をデジタルデータ化するＡ／Ｄ変換手段とを備え、
前記電圧制御手段は、前記正弦波電圧を段階的に上昇させ、
前記部分放電電流計測手段は、前記部分放電電流検出手段より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えると、前記Ａ／Ｄ変換手段にＡ／Ｄ変換処理を開始させ、
前記Ａ／Ｄ変換手段が、前記部分放電電流計測手段を介して与えられる、帯域制限されていない状態の信号をＡ／Ｄ変換処理するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
このように構成すれば、電圧制御手段が所定の時間間隔で電圧印加手段の出力電圧レベルを上昇させるので、電圧上昇率を一定に制御できる。また、部分放電電流計測手段は、部分放電電流検出手段より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えるとＡ／Ｄ変換処理を開始させるので、ノイズの影響を排除して部分放電発生の判定基準を一定にし、必要な電流信号だけをＡ／Ｄ変換させることができる。そして、Ａ／Ｄ変換手段は、計測された部分放電電流波形をフィルタ等により帯域制限されていない状態でデジタルデータ化するので、そのデータを用いて詳細な解析を行うことができる。
尚、ここで言う「帯域制限されていない状態」とは、上記のようにフィルタ等を用いたりすることで、信号に含まれている周波数成分の一部を積極的に除去することを行わない状態を意味している。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の部分放電電流計測システムによれば、部分放電電流の計測及び解析を従来よりも精密かつ詳細に行うことができ、部分放電現象の解明に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施例であり、部分放電電流計測システムを示すブロック図
【図２】部分放電電流の測定手順を示すフローチャート
【図３】印加電圧と部分放電電流測定レンジとの関係を表す図
【図４】計測した部分放電電流波形の例
【図５】図４に示す波形を平滑化した例と、立上り時間と立下り時間との定義を説明する図
【図６】部分放電電流の各解析項目の算出手順を示すフローチャート
【図７】第２実施例を示す図１相当図
【図８】部分放電電流及び印加電圧の測定手順を示すフローチャート
【図９】部分放電が発生した時点の印加電圧値，電圧位相の算出手順を示すフローチャート
【図１０】第３実施例を示す図１相当図
【図１１】第４実施例を示す図１相当図
【図１２】従来技術を示す図１相当図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施例）
以下、第１実施例について図１ないし図６を参照しながら説明する。図１は部分放電電流計測システムの構成を示すブロック図である。本実施例の部分放電電流計測システム１は、電源装置２、計測制御装置４を備えて構成されている。電源装置２は、交流電圧を出力するもので、正弦波電圧を生成出力する発振器５，及び発振器５が生成した正弦波電圧を増幅するアンプ６で構成されている。変圧器７は、アンプ６の出力電圧を昇圧して、その昇圧電圧を絶縁物８に印加する。発振器５は、計測制御装置４が備えている電圧制御プログラム９により振幅が制御された正弦波電圧を生成するようになっている。
【００１６】
ＣＴ（カレントトランス，部分放電電流検出手段）３は、絶縁物８において発生した部分放電電流を検出して部分放電電流信号を出力するもので、絶縁物８のアース線側にクランプされている。計測制御装置４は、パーソナルコンピュータをベースとして構成されており、以下に述べる各種のアプリケーションプログラムが動作すると共に、外部との間で信号を入出力するためのインターフェイスを備えることで、入力された信号波形を画面に表示するデジタルオシロスコープとしての機能や、部分放電の計測を制御する機能を実現している。
【００１７】
計測制御装置４は、電圧制御プログラム９（電圧制御手段）、部分放電電流計測回路１０（部分放電電流計測手段）、Ａ／Ｄ変換回路１１（Ａ／Ｄ変換手段）、部分放電電流波形解析プログラム１２（部分放電電流波形解析手段）を備えて構成され、電圧制御プログラム９は、絶縁物８に印加される電圧が、所定時間に所定の電圧だけ上昇するように、例えばＧＰ−ＩＢなどのインターフェイスを介して発振器５を制御する。部分放電電流計測回路１０は、部分放電電流信号が所定のしきい値を超えると信号の計測を開始し、計測した部分放電電流信号をＡ／Ｄ変換回路１１に送出する。部分放電電流波形解析プログラム１２は、Ａ／Ｄ変換回路１１がアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換した部分放電電流のデジタルデータを用いて、種々の解析を実施するようになっている。
尚、部分放電電流計測回路１０の出力端子と、Ａ／Ｄ変換回路１１の入力端子との間には、アナログ電流信号の帯域を制限するためのフィルタ等が一切配置されておらず、両者は直結されている。
【００１８】
次に、部分放電電流計測システム１により部分放電電流を測定する処理について図２を参照して説明する。図２は、本実施例における部分放電電流の測定処理を示すフローチャートである。ステップＳ１では、電圧制御プログラム９が発振器５の振幅Ａをゼロまたは所定の値に初期化する。ここで、計測される部分放電電流のレンジは、絶縁物８に印加する電圧レベルに概略比例する。
【００１９】
図３は、あるサンプルにおいて、部分放電電流信号を２００ｍＶ／divというレンジで十数回測定した場合の印加電圧（実効値）と計測レンジオーバとなる割合との関係を示している。例えば印加電圧が８００Ｖ以上１０００Ｖ未満の場合は上記割合が約５０％である、印加電圧が１０００Ｖ以上の場合は上記割合が約８０％になっている。したがって、図３の例では、印加電圧が８００Ｖに達した場合には、部分放電電流信号の測定レンジを例えば１段階上の５００ｍＶ／divなどに切り替えれば、レンジオーバすることなく部分放電電流信号を測定できる。
印加電圧は振幅Ａにより定められるので、電圧制御プログラム９に、予め振幅Ａと部分放電電流測定レンジとの対応データテーブルを持たせておき、ステップＳ２では、電圧制御プログラム９が振幅Ａに基づいて上記データテーブルより部分放電電流の測定レンジを決定する。
【００２０】
ステップＳ３では、電圧制御プログラム９が部分放電電流計測回路１０にステップＳ２で決定した測定レンジを設定する。次のステップＳ４では、電圧制御プログラム９が発振器５に振幅Ａの信号を生成するように指示を与える。これにより、発振器５で生成された振幅Ａの正弦波電圧は、アンプ６で増幅された後、変圧器７でさらに昇圧されて二次側の絶縁物８に印加される。
【００２１】
部分放電電流計測回路１０には事前にしきい値が設定されており、部分放電電流信号がそのしきい値を超えたら電流信号の計測を開始するようになっている。ステップＳ５では、部分放電電流計測回路１０が電流信号の計測を開始したか否かをチェックし、計測を開始したら（ＹＥＳ）ステップＳ８に移行する。また、計測を開始していなければ（ＮＯ）ステップＳ６に移行して、電圧上昇時間Δｔupが経過するまで待機する。電圧上昇時間Δｔupが経過すると（ＹＥＳ）ステップＳ７に移行し、電圧制御プログラム９において振幅Ａに電圧変化幅ΔＡを加えたものを新たな振幅Ａとしてから、ステップＳ２へ戻る。
【００２２】
ステップＳ８では、部分放電電流計測回路１０が部分放電電流信号を計測し、ステップＳ９では、Ａ／Ｄ変換回路１１がステップＳ８で計測したアナログ信号を、従来とは異なり帯域が制限されていない状態でＡ／Ｄ変換してデジタルデータ化する。この場合のＡ／Ｄ変換（サンプリング）周波数は、例えば１ＧＨｚ以上である。尚、ここでＡ／Ｄ変換されたデータは、例えばデータ記憶用のバッファメモリなどに一時的に記憶される。そして、ステップＳ１０では、部分放電電流解析プログラム１２が、ステップＳ９でデジタル化されたデータを用いて部分放電電流波形の解析を実行する。
【００２３】
次に、部分放電電流波形解析プログラム１２が実行する部分放電電流波形の解析処理について説明する。図４は、計測した部分放電電流信号波形の一例であり、オシロスコープの画面に表示されるイメージを示す（立上がりのピーク付近と、立下がりの終了付近とを拡大して示している）。このように、実際の信号波形には細かなノイズが重畳しているので、この状態の波形を解析しても、精度良い解析結果は得られない。そこで、図６に示すフローチャート（ステップＳ１０の詳細）に従って、部分放電電流波形の放電電荷量、ピーク値、極性、立上り時間、立下り時間を算出する。
【００２４】
部分放電電流波形解析プログラム１２は、ステップＳ１１でＡ／Ｄ変換回路１１がデジタル化した部分放電電流波形のデータを上記のバッファメモリより読み出して取得すると、ステップＳ１２でそのデータを配列DATAに格納する。ステップＳ１３では、配列DATAに例えば（１）式に示すような平滑化処理を行い、配列SMOOTHに格納する。
SMOOTH[i]＝(1/676)DATA[i-25]+(2/676)DATA[i-24]+…
+(25/676)DATA[i-1]+(26/676)DATA[i]+(25/676)DATA[i+1]+…
+(2/676)DATA[i+24]+(1/676)DATA[i+25] …（１）
これは配列のインデックスｉを中心に前後２５点のデータに重み付けして平均を算出する処理である。インデックスｉの重みが最も重くなっており、各項を重み付けする係数の分母の数値「６７６」は各係数の分子の総和である。ここでは計算の対象とする点数を５１点としたが、この点数はノイズの大きさに応じて自由に決定すれば良い。
図５は、図４に示した波形に平滑化処理を行って得られた配列SMOOTHをプロットした図である。配列SMOOTHでは、配列DATAに含まれるノイズ成分が除去されている。
【００２５】
再び図６を参照する。ステップＳ１４では、配列SMOOTHの絶対値を算出して配列SMOOTHabsに格納すると、ステップＳ１５では、配列SMOOTHabsのピーク値Ｓpeakとその時のインデックスｉpeakとを求める。ステップＳ１６では、ステップＳ１５で算出したピーク値Ｓpeakのａ％の値Ｓa％を算出する。Ｓa％は、配列SMOOTHから電流波形部分のみを切り出すためのしきい値であり、ノイズの大きさを考慮して決定する。経験的にａの値は「１〜３」程度が適していると思われるが、適宜変更しても良い。ステップＳ１７では、ステップＳ１５で得たインデックスｉpeakからインデックスを−１（デクリメント）しながらSMOOTHabs[i]とＳa％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓa％となるインデックスｉa％を検索して取得する。
【００２６】
次に、ステップＳ１８では、ステップＳ１５で得たインデックスｉpeakからインデックスを＋１（インクリメント）しながらSMOOTHabs[i]とＳa％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓa％となるインデックスｊa％を検索して取得する。すなわち、すなわち、電流データのピーク値Ｓpeakに対応するインデックスｉpeakを起点として、それ以前の時間においてピーク値Ｓpeakのａ％未満であったデータに対応するインデックスｉa％と、それ以後の時間にピーク値Ｓpeakのａ％未満となったデータに対応するインデックスｊa％とを取得する。
【００２７】
尚、ＣＴ３が出力する部分放電電流信号の単位は電圧であるから、配列SMOOTHのデータに付されているのは電圧の単位である。そこで、ステップＳ１９では、換算係数を用いて、配列SMOOTHから電流値の配列CURRENTを算出する。ステップＳ２０では、（２）式に示すように配列CURRENTをインデックスｉa％〜ｊa％の範囲で積分して放電電荷量Ｑを得る。尚、Ｔｓはサンプリング時間である。
【００２８】
【数１】
ステップＳ２１では、放電電荷量Ｑから放電電流の極性を得る。すなわち電荷量Ｑが正であれば電流の極性は正、電荷量Ｑが負であれば電流の極性は負と判定できる。
【００２９】
一般に、信号波形の立上り時間ｔｒと立下がり時間ｔｆとは、図５に示すように、信号波形が、振幅のピーク値に対する１０％値，９０％値となる間で変化する時間として定義される。ステップＳ２２では、Ｓ１５で算出したピーク値Ｓpeakの１０％の値Ｓ10％と９０％の値Ｓ90％とを算出する。
【００３０】
ステップＳ２３では、インデックスｉpeakからインデックスを−１しながらSMOOTHabs[i]とＳ90％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓ90％となるインデックスｉ90％を検索して取得する。次のステップＳ２４では、ステップＳ２３で得たインデックスｉ90％からインデックスを−１しながらSMOOTHabs[i]とＳ10％とを比較して行き、最初にSMOOTH[i]＜Ｓ10％となるインデックスｉ10％を検索して取得する。そして、ステップＳ２５では、ステップＳ２３及びＳ２４で得たインデックスから、（３）式を用いて立上り時間ｔｒを算出する。
ｔｒ＝（ｉ90％−ｉ10％）Ｔｓ …（３）
【００３１】
ステップＳ２６では、インデックスｉpeakからインデックスを＋１しながらSMOOTHabs[ｉ]とＳ90％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓ90％となるインデックスｊ90％を検索して取得する。ステップＳ２７では、Ｓ２６で得たインデックスｊ90％からインデックスを＋１しながらSMOOTHabs[i]とＳ10％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓ10％となるインデックスｊ10％を検索して取得する。ステップＳ２８では、ステップＳ２６及びＳ２７で得たインデックスから（４）式を用いて立下り時間ｔｆを算出する。
ｔｆ＝（ｊ10％−ｊ90％）Ｔｓ …（４）
【００３２】
以上のように本実施例によれば、部分放電電流計測システム１において、電圧制御プログラム９が所定の時間間隔Δｔupで電源装置２の出力電圧レベルを上昇させるので、電圧上昇率を一定に制御できる。また、部分放電電流計測回路１０は、ＣＴ３より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えるとＡ／Ｄ変換回路１１にＡ／Ｄ変換処理を開始させるので、ノイズの影響を排除して部分放電発生の判定基準を一定にし、必要な電流信号だけをＡ／Ｄ変換させることができる。
そして、Ａ／Ｄ変換回路１１は、計測された部分放電電流波形をフィルタ等により帯域制限されていない状態でデジタルデータ化するので、そのデータを用いて詳細な解析を行うことができる。したがって、部分放電電流の計測及び解析を従来よりも精密かつ詳細に行うことが可能となり、部分放電現象の解明に資することができる。
【００３３】
また、電圧制御プログラム９が電源装置２の出力電圧レベルを設定し、その出力電圧レベルに応じて部分放電電流計測回路１０の測定レンジを変更するので、印加電圧の大きさと概略比例する部分放電電流のピークが測定レンジを超えることなく、部分放電電流波形を計測できる。また、部分放電電流波形解析プログラム１２は、部分放電電流波形のデジタルデータに平滑化処理を適用してピーク値Ｓpeakを算出するので、帯域制限せずに変換した部分放電電流波形のデジタルデータにノイズが含まれていても、精度良くピーク値を算出することができる。
【００３４】
さらに、部分放電電流波形解析プログラム１２は、平滑化処理したデータより算出されたピーク値Ｓpeakを基準とするデータ値の変化に基づいて、すなわち、ピーク値Ｓpeakのａ％の値Ｓa％を算出してインデックスｉa％，ｊa％を取得すると、配列CURRENTをインデックスｉa％とインデックスｊa％の範囲で積分して放電電荷量Ｑを算出するので、部分放電電流波形に重畳されるノイズ成分を除去してから積分することで、放電電荷量Ｑを精度良く算出することができる。
加えて、部分放電電流波形解析プログラム１２は、ピーク値Ｓpeakを基準とするデータ値の変化（インデックスｉ90％，ｉ10％，ｊ90％，ｊ10％）に基づいて部分放電電流波形の立上り時間ｔｒと立ち下がり時間ｔｆとを算出するので、部分放電電流波形のデジタルデータにノイズが含まれていても、配列CURRENTより精度良く立上り時間ｔｒ及び立下がり時間ｔｆを算出することができる。
【００３５】
（第２実施例）
図７ないし図９は第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図７の部分放電電流計測システム２１は、第１実施例の構成に加えて、絶縁物８に印加される電圧を計測する印加電圧計測回路１３と、印加電圧値と印加電圧の位相を算出する印加電圧波形解析プログラム（印加電圧波形解析手段）１５を備えている。
【００３６】
電圧制御プログラム９Ａは、電源装置２の出力電圧レベルを定めるとともに、前記出力電圧レベルに基づいて印加電圧計測回路１３の測定レンジを変更し、印加電圧計測回路１３では、変圧器１４により降圧された少なくとも交流１周期分の印加電圧を計測し、Ａ／Ｄ変換回路１１は部分放電電流信号とともに、印加電圧計測回路１３が計測した印加電圧信号もデジタルデータ化する。印加電圧波形解析プログラム１５は、部分放電電流波形データと印加電圧波形データとを用いて、部分放電が発生した時点の絶縁物８に印加されていた瞬時電圧と、部分放電が発生した時点の印加電圧位相とを算出する。
【００３７】
次に、部分放電電流計測システム２１により印加電圧波形を計測する処理について説明する。図８は、第１実施例の図２に示す処理に、印加電圧波形の電圧計測処理を加えたものである。第１実施例と同様にステップＳ１〜Ｓ８を実行する間に、ステップＳ３に続くステップＳ３１では、振幅Ａに基づいて印加電圧の測定レンジを決定し、ステップＳ３２では、電圧制御プログラム９Ａが印加電圧計測回路１３にステップＳ３１で決定した測定レンジを設定する。
【００３８】
また、ステップＳ８に続くステップＳ３３では、印加電圧計測回路１３が印加電圧信号を計測し、ステップＳ３４ではＡ／Ｄ変換回路１１がステップＳ８で計測した部分放電電流信号と、ステップＳ３３で計測した印加電圧信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータ化する。尚、ここでのステップＳ８，Ｓ３３，Ｓ３４の処理は、実際には電流の計測結果をＡ／Ｄ変換してバッファメモリに記憶する処理と、電圧の計測結果をＡ／Ｄ変換してバッファメモリに記憶する処理とが、必要なサンプル数が得られるまで交互に繰り返されるようになっている。そして、ステップＳ３５では、印加電圧解析プログラム１５が、ステップＳ３４でデジタル化されたデータを用いて印加電圧波形の解析を実行する。
【００３９】
次に、印加電圧波形解析プログラム１５が実行する解析処理（ステップＳ１５に対応）について図９を参照して説明する。印加電圧解析プログラム１５は、ステップＳ４１で部分放電電流信号のデジタルデータをバッファメモリから取得すると、そのデータを配列CURRENTに格納する。ステップＳ４２では、印加電圧信号のデジタルデータをバッファメモリから取得し、配列VOLTAGEに格納する。ステップＳ４３では、配列CURRENTの要素と所定のしきい値ＣPDとを配列のインデックス０から比較して行き、最初にＣPD＜CURRENT[i]となったインデックスｉPDを検索して取得する。配列CURRENTにはサンプリング周期毎にデータが格納されているので、インデックスｉPDは部分放電が発生した時刻に相当する。
【００４０】
ステップＳ４４では、VOLTAGE［ｉPD］に格納されている電圧を、部分放電が発生した瞬間に絶縁物８に印加されていた電圧ＶPDとする。ステップＳ４５では、配列VOLTAGEの要素を用いて実効値を算出すると、実効値を「２」の平方根倍して印加電圧のピーク値Ｖpeakを得る。ステップＳ４６では、ステップＳ４５で算出した印加電圧のピーク値Ｖpeakと部分放電発生時の印加電圧（瞬時電圧）ＶPDを用いて、（５）式のように部分放電発生時の印加電圧位相θPDを算出する。
θPD＝ｓｉｎ-1（ＶPD／Ｖpeak） …（５）
【００４１】
また、ステップＳ４４〜Ｓ４６の処理については、代替的に次のような手順を採用しても良い。インデックスｉPD（第１データ）を−１しながら配列VOLTAGEの要素をチェックし、最初にVOLTAGE[i]＜０となったインデックスｉ0（第２データ）を取得すると、インデックスｉPDとインデックスｉ0とを用いて（６）式のように部分放電発生時刻ＴPDを算出する。
ＴPD＝（ｉPD−ｉ0）Ｔｓ …（６）
それから、（７）式を用いて時刻を位相に換算することで、部分放電発生時の印加電圧位相θPDを得る。
θPD＝３６０・ＴPD／（１／６０） …（７）
【００４２】
以上のように第２実施例によれば、電源装置２が絶縁物８に印加した電圧を計測する印加電圧計測回路１３を備え、Ａ／Ｄ変換回路１１は、部分放電電流計測回路１０が計測した電流信号に加えて、印加電圧計測回路１３が計測した電圧信号についてもデジタルデータ化し、電圧制御プログラム９Ａは、電源装置２の出力電圧レベルに基づいて印加電圧計測回路１３の測定レンジも変更する。
【００４３】
そして、印加電圧計測回路１３は、少なくとも交流１周期分の印加電圧を計測し、印加電圧波形解析プログラム１５は、部分放電が発生した時点に絶縁物８に印加されていた瞬時電圧ＶPDと、部分放電が発生した時点の印加電圧位相θPDを算出するようにした。すなわち、電流データの配列CURRENTの要素が最初に（閾値ＣPD＜CURRENT[i]）となったインデックスｉPDを取得すると、電圧データの配列VOLTAGE［ｉPD］に格納されている電圧ＶPDを取得し、更に印加電圧のピーク値Ｖpeakを得て、（５）式より印加電圧位相θPDを算出する。又は、インデックスｉPDと、インデックスｉ0とから（６），（７）式より印加電圧位相θPDを算出する。したがって、部分放電発生時の印加電圧を測定レンジを超えることなく計測でき、部分放電が発生した時点に絶縁物に印加されていた瞬時電圧ＶPDと、部分放電が発生した時点の印加電圧位相θPDを確実に精度良く算出することができる。
【００４４】
（第３実施例）
図１０は第３実施例であり、第１実施例と異なる部分のみ説明する。第３実施例は、第１実施例の部分放電電圧計測システム１に対し、部分放電電流検出手段であるＣＴ３に替えてシャント抵抗１６を配置した構成である。この場合、シャント抵抗１６は、絶縁物８に対して直列に接続されている。斯様に構成した場合でも、絶縁物８に部分放電が発生した場合に流れる電流がシャント抵抗１６の端子電圧として検出される。したがって、第１実施例と同様にして部分放電電流を計測することができる。
【００４５】
（第４実施例）
図１１は第４実施例であり、第２実施例と異なる部分のみ説明する。第４実施例は、第２実施例の部分放電電圧計測システム２１に対し、部分放電電流検出手段であるＣＴ３に替えて、シャント抵抗１６を配置した構成である。この場合も、第２，第３実施例と同様にして部分放電電流を計測することができる。
【００４６】
本発明は上記し又は図面に記載した実施例に限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
発振器５の出力分解能，アンプ６のゲインや変圧器７の増幅率，サンプリング周波数などは適宜変更して良い。電圧上昇時間Δｔupについても適宜変更して良い。
測定レンジの自動切り替えについても必要に応じて行えば良く、最適な測定レンジが既知であれば、最初からそのレンジに固定して測定すれば良い。
平滑化処理を行う場合の重み付けの係数については、適宜変更して実施すれば良い。また、平滑化処理については、測定精度を向上させる必要がある場合に実施すれば良い。
【００４７】
印加電圧波形を計測する期間は、必ずしも交流電源の１周期分に限ることなく、１周期以上行っても良く、少なくとも１周期以上とすれば良い。
変化幅ΔＡ値は、適宜変更して良い。
放電電荷量Ｑ，立上り時間ｔｒ，立下がり時間ｔｆ，瞬時電圧ＶPD，印加電圧位相θPDについては、必要であるものを適宜選択して求めれば良い。
計測制御装置４は、パーソナルコンピュータをベースとする構成に限らず、部分放電の計測を制御するための専用装置として構成しても良い。
【符号の説明】
【００４８】
図面中、１は部分放電電流計測システム、２は電源装置（電圧印加手段）、３はＣＴ（部分放電電流検出手段）、４は計測制御装置、８は絶縁物、９，９Ａは電圧制御プログラム（電圧制御手段）、１０は部分放電電流計測回路（部分放電電流計測手段）、１１はＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換手段）、１２は部分放電電流波形解析プログラム（部分放電電流波形解析手段）、１５は印加電圧波形解析プログラム（印加電圧波形解析手段）、１６はシャント抵抗（部分放電電流検出手段）、２１は部分放電電流計測システムを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁物に高電圧を印加した際に、絶縁物の内部または外部で発生する部分放電の電流を計測する部分放電電流計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器をはじめとする電気設備では、経年劣化或いは環境劣化により、絶縁物の内部や外部において部分放電と称する微小な放電が発生し、さらに絶縁物が長期間部分放電に晒されることで絶縁材料が劣化し、何れは絶縁破壊に至ることがよく知られている。したがって、設備を構成する絶縁材料の部分放電特性を詳細に把握することは、事故を防止するためにも重要である。
【０００３】
部分放電特性には、放電開始電圧、放電消滅電圧、放電パルス数、放電発生時の電圧位相、放電電流波形など様々な要素が存在するが、中でも放電電流の波形は放電現象を解明するうえで有用な情報を含んでおり、放電電流波形を精度良く測定し解析することは、ひいては電気設備の絶縁性能の向上につながる。部分放電は、絶縁物にあるレベル以上の電圧が印加されると発生する。その場合、部分放電開始電圧は、印加する電圧レベルを徐々に上昇させて、部分放電が最初に発生した際の印加電圧で定義される。
【０００４】
一般に従来は、図１２に示すように、交流電源５１が出力する交流電圧を、誘導電圧調整器５２を用いて手動で上昇させ、トランス５３により昇圧して絶縁物５４に印加するようにしていた。絶縁物５４に対しては、部分放電電流測定器５５が直列に接続されており、部分放電電流測定器５５が出力する信号をオシロスコープ５６で計測し、その表示波形を観察することで測定を行っていた。例えば部分放電電流の立下り時間を測定する場合、測定者が手動で印加電圧を上昇させて、部分放電発生時に観測された部分放電電流波形からオシロスコープのカーソル機能を用いて立下がり時間を読み取っていた。
【０００５】
部分放電特性に影響を与える要素は、周囲温度や湿度など数多くあるが、印加電圧の上昇率もその一つである。したがって、従来のように手動で電圧を上昇させる方法では測定者によって上昇率に個人差が生じてしまい、部分放電特性に少なからず影響を与えていた。また、部分放電電流の波形情報を目視により読み取っていたため、やはり測定者によって読取基準にばらつきが生じていた。さらに、部分放電特性はばらつきが多く、数回の測定ではデータとしての信頼性が低い。このため、十数回の測定を繰り返し実施する必要があり、部分放電電流の波形情報を目視で読み取るやり方では、相当な測定時間が必要であった。
【０００６】
例えば特許文献１には、部分放電電流を計測した信号を、バンドパスフィルタ及びピーク検波回路を通すことで、放電電流のピーク値を得る構成が開示されている。特許文献２には、部分放電電流を計測した信号を、ハイパスフィルタおよび積分回路を通して電流値を積分し、放電電流を電荷量に換算する構成が開示されている。また、特許文献３には、部分放電信号の尖頭値検出回路を複数設けて、部分放電電流波形を整形してから、放電信号のピーク値および極性を得る構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１０７６２７号公報
【特許文献２】特開平１１−２３７４３０号公報
【特許文献３】特開２００４−３０９３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、特許文献１〜３では、何れも計測した部分放電信号に対して、フィルタ回路やピーク値検出回路、積分回路を通した信号をＡ／Ｄ変換処理してデジタルデータ化している。従来、部分放電現象について解析を行う際には、上記特許文献に記載されているように、放電波形については数１０ＭＨｚから高々数１００ＭＨｚ程度の周波数成分を解析すれば十分である、と考えられていた。
【０００９】
ところが、近年、波形計測に使用されるデジタルオシロスコープの性能が著しく向上しており、サンプリング周波数がＧＨｚオーダーに達しているものもある。そのように高機能なオシロスコープで部分放電波形を観測した結果、放電波形には、より高い周波数成分が含まれていることが判明している。
したがって、部分放電現象についてより詳細な解析を行うためには、特許文献１〜３に開示されているような従来構成では不十分である。また、これらの特許文献には印加電圧の設定方法に関する記述はなく、部分放電の発生に影響する印加電圧の上昇速度が一定とならない場合には信頼性のあるデータは得られないと考えられる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも精密で且つ信頼性が高い部分放電電流の測定を行うことができる部分放電電流計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１記載の部分放電電流計測システムは、正弦波電圧を生成して絶縁物に印加する電圧印加手段と、
この電圧印加手段が生成する正弦波電圧の振幅を制御する電圧制御手段と、
前記絶縁物に対して部分放電が発生した場合に流れる放電電流を検出するための電流検出手段より出力される信号を計測する部分放電電流計測手段と、
前記部分放電電流計測手段が計測した信号をデジタルデータ化するＡ／Ｄ変換手段とを備え、
前記電圧制御手段は、前記正弦波電圧を段階的に上昇させ、
前記部分放電電流計測手段は、前記部分放電電流検出手段より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えると、前記Ａ／Ｄ変換手段にＡ／Ｄ変換処理を開始させ、
前記Ａ／Ｄ変換手段が、前記部分放電電流計測手段を介して与えられる、帯域制限されていない状態の信号をＡ／Ｄ変換処理するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
このように構成すれば、電圧制御手段が所定の時間間隔で電圧印加手段の出力電圧レベルを上昇させるので、電圧上昇率を一定に制御できる。また、部分放電電流計測手段は、部分放電電流検出手段より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えるとＡ／Ｄ変換処理を開始させるので、ノイズの影響を排除して部分放電発生の判定基準を一定にし、必要な電流信号だけをＡ／Ｄ変換させることができる。そして、Ａ／Ｄ変換手段は、計測された部分放電電流波形をフィルタ等により帯域制限されていない状態でデジタルデータ化するので、そのデータを用いて詳細な解析を行うことができる。
尚、ここで言う「帯域制限されていない状態」とは、上記のようにフィルタ等を用いたりすることで、信号に含まれている周波数成分の一部を積極的に除去することを行わない状態を意味している。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の部分放電電流計測システムによれば、部分放電電流の計測及び解析を従来よりも精密かつ詳細に行うことができ、部分放電現象の解明に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施例であり、部分放電電流計測システムを示すブロック図
【図２】部分放電電流の測定手順を示すフローチャート
【図３】印加電圧と部分放電電流測定レンジとの関係を表す図
【図４】計測した部分放電電流波形の例
【図５】図４に示す波形を平滑化した例と、立上り時間と立下り時間との定義を説明する図
【図６】部分放電電流の各解析項目の算出手順を示すフローチャート
【図７】第２実施例を示す図１相当図
【図８】部分放電電流及び印加電圧の測定手順を示すフローチャート
【図９】部分放電が発生した時点の印加電圧値，電圧位相の算出手順を示すフローチャート
【図１０】第３実施例を示す図１相当図
【図１１】第４実施例を示す図１相当図
【図１２】従来技術を示す図１相当図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施例）
以下、第１実施例について図１ないし図６を参照しながら説明する。図１は部分放電電流計測システムの構成を示すブロック図である。本実施例の部分放電電流計測システム１は、電源装置２、計測制御装置４を備えて構成されている。電源装置２は、交流電圧を出力するもので、正弦波電圧を生成出力する発振器５，及び発振器５が生成した正弦波電圧を増幅するアンプ６で構成されている。変圧器７は、アンプ６の出力電圧を昇圧して、その昇圧電圧を絶縁物８に印加する。発振器５は、計測制御装置４が備えている電圧制御プログラム９により振幅が制御された正弦波電圧を生成するようになっている。
【００１６】
ＣＴ（カレントトランス，部分放電電流検出手段）３は、絶縁物８において発生した部分放電電流を検出して部分放電電流信号を出力するもので、絶縁物８のアース線側にクランプされている。計測制御装置４は、パーソナルコンピュータをベースとして構成されており、以下に述べる各種のアプリケーションプログラムが動作すると共に、外部との間で信号を入出力するためのインターフェイスを備えることで、入力された信号波形を画面に表示するデジタルオシロスコープとしての機能や、部分放電の計測を制御する機能を実現している。
【００１７】
計測制御装置４は、電圧制御プログラム９（電圧制御手段）、部分放電電流計測回路１０（部分放電電流計測手段）、Ａ／Ｄ変換回路１１（Ａ／Ｄ変換手段）、部分放電電流波形解析プログラム１２（部分放電電流波形解析手段）を備えて構成され、電圧制御プログラム９は、絶縁物８に印加される電圧が、所定時間に所定の電圧だけ上昇するように、例えばＧＰ−ＩＢなどのインターフェイスを介して発振器５を制御する。部分放電電流計測回路１０は、部分放電電流信号が所定のしきい値を超えると信号の計測を開始し、計測した部分放電電流信号をＡ／Ｄ変換回路１１に送出する。部分放電電流波形解析プログラム１２は、Ａ／Ｄ変換回路１１がアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換した部分放電電流のデジタルデータを用いて、種々の解析を実施するようになっている。
尚、部分放電電流計測回路１０の出力端子と、Ａ／Ｄ変換回路１１の入力端子との間には、アナログ電流信号の帯域を制限するためのフィルタ等が一切配置されておらず、両者は直結されている。
【００１８】
次に、部分放電電流計測システム１により部分放電電流を測定する処理について図２を参照して説明する。図２は、本実施例における部分放電電流の測定処理を示すフローチャートである。ステップＳ１では、電圧制御プログラム９が発振器５の振幅Ａをゼロまたは所定の値に初期化する。ここで、計測される部分放電電流のレンジは、絶縁物８に印加する電圧レベルに概略比例する。
【００１９】
図３は、あるサンプルにおいて、部分放電電流信号を２００ｍＶ／divというレンジで十数回測定した場合の印加電圧（実効値）と計測レンジオーバとなる割合との関係を示している。例えば印加電圧が８００Ｖ以上１０００Ｖ未満の場合は上記割合が約５０％である、印加電圧が１０００Ｖ以上の場合は上記割合が約８０％になっている。したがって、図３の例では、印加電圧が８００Ｖに達した場合には、部分放電電流信号の測定レンジを例えば１段階上の５００ｍＶ／divなどに切り替えれば、レンジオーバすることなく部分放電電流信号を測定できる。
印加電圧は振幅Ａにより定められるので、電圧制御プログラム９に、予め振幅Ａと部分放電電流測定レンジとの対応データテーブルを持たせておき、ステップＳ２では、電圧制御プログラム９が振幅Ａに基づいて上記データテーブルより部分放電電流の測定レンジを決定する。
【００２０】
ステップＳ３では、電圧制御プログラム９が部分放電電流計測回路１０にステップＳ２で決定した測定レンジを設定する。次のステップＳ４では、電圧制御プログラム９が発振器５に振幅Ａの信号を生成するように指示を与える。これにより、発振器５で生成された振幅Ａの正弦波電圧は、アンプ６で増幅された後、変圧器７でさらに昇圧されて二次側の絶縁物８に印加される。
【００２１】
部分放電電流計測回路１０には事前にしきい値が設定されており、部分放電電流信号がそのしきい値を超えたら電流信号の計測を開始するようになっている。ステップＳ５では、部分放電電流計測回路１０が電流信号の計測を開始したか否かをチェックし、計測を開始したら（ＹＥＳ）ステップＳ８に移行する。また、計測を開始していなければ（ＮＯ）ステップＳ６に移行して、電圧上昇時間Δｔupが経過するまで待機する。電圧上昇時間Δｔupが経過すると（ＹＥＳ）ステップＳ７に移行し、電圧制御プログラム９において振幅Ａに電圧変化幅ΔＡを加えたものを新たな振幅Ａとしてから、ステップＳ２へ戻る。
【００２２】
ステップＳ８では、部分放電電流計測回路１０が部分放電電流信号を計測し、ステップＳ９では、Ａ／Ｄ変換回路１１がステップＳ８で計測したアナログ信号を、従来とは異なり帯域が制限されていない状態でＡ／Ｄ変換してデジタルデータ化する。この場合のＡ／Ｄ変換（サンプリング）周波数は、例えば１ＧＨｚ以上である。尚、ここでＡ／Ｄ変換されたデータは、例えばデータ記憶用のバッファメモリなどに一時的に記憶される。そして、ステップＳ１０では、部分放電電流解析プログラム１２が、ステップＳ９でデジタル化されたデータを用いて部分放電電流波形の解析を実行する。
【００２３】
次に、部分放電電流波形解析プログラム１２が実行する部分放電電流波形の解析処理について説明する。図４は、計測した部分放電電流信号波形の一例であり、オシロスコープの画面に表示されるイメージを示す（立上がりのピーク付近と、立下がりの終了付近とを拡大して示している）。このように、実際の信号波形には細かなノイズが重畳しているので、この状態の波形を解析しても、精度良い解析結果は得られない。そこで、図６に示すフローチャート（ステップＳ１０の詳細）に従って、部分放電電流波形の放電電荷量、ピーク値、極性、立上り時間、立下り時間を算出する。
【００２４】
部分放電電流波形解析プログラム１２は、ステップＳ１１でＡ／Ｄ変換回路１１がデジタル化した部分放電電流波形のデータを上記のバッファメモリより読み出して取得すると、ステップＳ１２でそのデータを配列DATAに格納する。ステップＳ１３では、配列DATAに例えば（１）式に示すような平滑化処理を行い、配列SMOOTHに格納する。
SMOOTH[i]＝(1/676)DATA[i-25]+(2/676)DATA[i-24]+…
+(25/676)DATA[i-1]+(26/676)DATA[i]+(25/676)DATA[i+1]+…
+(2/676)DATA[i+24]+(1/676)DATA[i+25] …（１）
これは配列のインデックスｉを中心に前後２５点のデータに重み付けして平均を算出する処理である。インデックスｉの重みが最も重くなっており、各項を重み付けする係数の分母の数値「６７６」は各係数の分子の総和である。ここでは計算の対象とする点数を５１点としたが、この点数はノイズの大きさに応じて自由に決定すれば良い。
図５は、図４に示した波形に平滑化処理を行って得られた配列SMOOTHをプロットした図である。配列SMOOTHでは、配列DATAに含まれるノイズ成分が除去されている。
【００２５】
再び図６を参照する。ステップＳ１４では、配列SMOOTHの絶対値を算出して配列SMOOTHabsに格納すると、ステップＳ１５では、配列SMOOTHabsのピーク値Ｓpeakとその時のインデックスｉpeakとを求める。ステップＳ１６では、ステップＳ１５で算出したピーク値Ｓpeakのａ％の値Ｓa％を算出する。Ｓa％は、配列SMOOTHから電流波形部分のみを切り出すためのしきい値であり、ノイズの大きさを考慮して決定する。経験的にａの値は「１〜３」程度が適していると思われるが、適宜変更しても良い。ステップＳ１７では、ステップＳ１５で得たインデックスｉpeakからインデックスを−１（デクリメント）しながらSMOOTHabs[i]とＳa％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓa％となるインデックスｉa％を検索して取得する。
【００２６】
次に、ステップＳ１８では、ステップＳ１５で得たインデックスｉpeakからインデックスを＋１（インクリメント）しながらSMOOTHabs[i]とＳa％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓa％となるインデックスｊa％を検索して取得する。すなわち、すなわち、電流データのピーク値Ｓpeakに対応するインデックスｉpeakを起点として、それ以前の時間においてピーク値Ｓpeakのａ％未満であったデータに対応するインデックスｉa％と、それ以後の時間にピーク値Ｓpeakのａ％未満となったデータに対応するインデックスｊa％とを取得する。
【００２７】
尚、ＣＴ３が出力する部分放電電流信号の単位は電圧であるから、配列SMOOTHのデータに付されているのは電圧の単位である。そこで、ステップＳ１９では、換算係数を用いて、配列SMOOTHから電流値の配列CURRENTを算出する。ステップＳ２０では、（２）式に示すように配列CURRENTをインデックスｉa％〜ｊa％の範囲で積分して放電電荷量Ｑを得る。尚、Ｔｓはサンプリング時間である。
【００２８】
【数１】
ステップＳ２１では、放電電荷量Ｑから放電電流の極性を得る。すなわち電荷量Ｑが正であれば電流の極性は正、電荷量Ｑが負であれば電流の極性は負と判定できる。
【００２９】
一般に、信号波形の立上り時間ｔｒと立下がり時間ｔｆとは、図５に示すように、信号波形が、振幅のピーク値に対する１０％値，９０％値となる間で変化する時間として定義される。ステップＳ２２では、Ｓ１５で算出したピーク値Ｓpeakの１０％の値Ｓ10％と９０％の値Ｓ90％とを算出する。
【００３０】
ステップＳ２３では、インデックスｉpeakからインデックスを−１しながらSMOOTHabs[i]とＳ90％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓ90％となるインデックスｉ90％を検索して取得する。次のステップＳ２４では、ステップＳ２３で得たインデックスｉ90％からインデックスを−１しながらSMOOTHabs[i]とＳ10％とを比較して行き、最初にSMOOTH[i]＜Ｓ10％となるインデックスｉ10％を検索して取得する。そして、ステップＳ２５では、ステップＳ２３及びＳ２４で得たインデックスから、（３）式を用いて立上り時間ｔｒを算出する。
ｔｒ＝（ｉ90％−ｉ10％）Ｔｓ …（３）
【００３１】
ステップＳ２６では、インデックスｉpeakからインデックスを＋１しながらSMOOTHabs[ｉ]とＳ90％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓ90％となるインデックスｊ90％を検索して取得する。ステップＳ２７では、Ｓ２６で得たインデックスｊ90％からインデックスを＋１しながらSMOOTHabs[i]とＳ10％とを比較して行き、最初にSMOOTHabs[i]＜Ｓ10％となるインデックスｊ10％を検索して取得する。ステップＳ２８では、ステップＳ２６及びＳ２７で得たインデックスから（４）式を用いて立下り時間ｔｆを算出する。
ｔｆ＝（ｊ10％−ｊ90％）Ｔｓ …（４）
【００３２】
以上のように本実施例によれば、部分放電電流計測システム１において、電圧制御プログラム９が所定の時間間隔Δｔupで電源装置２の出力電圧レベルを上昇させるので、電圧上昇率を一定に制御できる。また、部分放電電流計測回路１０は、ＣＴ３より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えるとＡ／Ｄ変換回路１１にＡ／Ｄ変換処理を開始させるので、ノイズの影響を排除して部分放電発生の判定基準を一定にし、必要な電流信号だけをＡ／Ｄ変換させることができる。
そして、Ａ／Ｄ変換回路１１は、計測された部分放電電流波形をフィルタ等により帯域制限されていない状態でデジタルデータ化するので、そのデータを用いて詳細な解析を行うことができる。したがって、部分放電電流の計測及び解析を従来よりも精密かつ詳細に行うことが可能となり、部分放電現象の解明に資することができる。
【００３３】
また、電圧制御プログラム９が電源装置２の出力電圧レベルを設定し、その出力電圧レベルに応じて部分放電電流計測回路１０の測定レンジを変更するので、印加電圧の大きさと概略比例する部分放電電流のピークが測定レンジを超えることなく、部分放電電流波形を計測できる。また、部分放電電流波形解析プログラム１２は、部分放電電流波形のデジタルデータに平滑化処理を適用してピーク値Ｓpeakを算出するので、帯域制限せずに変換した部分放電電流波形のデジタルデータにノイズが含まれていても、精度良くピーク値を算出することができる。
【００３４】
さらに、部分放電電流波形解析プログラム１２は、平滑化処理したデータより算出されたピーク値Ｓpeakを基準とするデータ値の変化に基づいて、すなわち、ピーク値Ｓpeakのａ％の値Ｓa％を算出してインデックスｉa％，ｊa％を取得すると、配列CURRENTをインデックスｉa％とインデックスｊa％の範囲で積分して放電電荷量Ｑを算出するので、部分放電電流波形に重畳されるノイズ成分を除去してから積分することで、放電電荷量Ｑを精度良く算出することができる。
加えて、部分放電電流波形解析プログラム１２は、ピーク値Ｓpeakを基準とするデータ値の変化（インデックスｉ90％，ｉ10％，ｊ90％，ｊ10％）に基づいて部分放電電流波形の立上り時間ｔｒと立ち下がり時間ｔｆとを算出するので、部分放電電流波形のデジタルデータにノイズが含まれていても、配列CURRENTより精度良く立上り時間ｔｒ及び立下がり時間ｔｆを算出することができる。
【００３５】
（第２実施例）
図７ないし図９は第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図７の部分放電電流計測システム２１は、第１実施例の構成に加えて、絶縁物８に印加される電圧を計測する印加電圧計測回路１３と、印加電圧値と印加電圧の位相を算出する印加電圧波形解析プログラム（印加電圧波形解析手段）１５を備えている。
【００３６】
電圧制御プログラム９Ａは、電源装置２の出力電圧レベルを定めるとともに、前記出力電圧レベルに基づいて印加電圧計測回路１３の測定レンジを変更し、印加電圧計測回路１３では、変圧器１４により降圧された少なくとも交流１周期分の印加電圧を計測し、Ａ／Ｄ変換回路１１は部分放電電流信号とともに、印加電圧計測回路１３が計測した印加電圧信号もデジタルデータ化する。印加電圧波形解析プログラム１５は、部分放電電流波形データと印加電圧波形データとを用いて、部分放電が発生した時点の絶縁物８に印加されていた瞬時電圧と、部分放電が発生した時点の印加電圧位相とを算出する。
【００３７】
次に、部分放電電流計測システム２１により印加電圧波形を計測する処理について説明する。図８は、第１実施例の図２に示す処理に、印加電圧波形の電圧計測処理を加えたものである。第１実施例と同様にステップＳ１〜Ｓ８を実行する間に、ステップＳ３に続くステップＳ３１では、振幅Ａに基づいて印加電圧の測定レンジを決定し、ステップＳ３２では、電圧制御プログラム９Ａが印加電圧計測回路１３にステップＳ３１で決定した測定レンジを設定する。
【００３８】
また、ステップＳ８に続くステップＳ３３では、印加電圧計測回路１３が印加電圧信号を計測し、ステップＳ３４ではＡ／Ｄ変換回路１１がステップＳ８で計測した部分放電電流信号と、ステップＳ３３で計測した印加電圧信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータ化する。尚、ここでのステップＳ８，Ｓ３３，Ｓ３４の処理は、実際には電流の計測結果をＡ／Ｄ変換してバッファメモリに記憶する処理と、電圧の計測結果をＡ／Ｄ変換してバッファメモリに記憶する処理とが、必要なサンプル数が得られるまで交互に繰り返されるようになっている。そして、ステップＳ３５では、印加電圧解析プログラム１５が、ステップＳ３４でデジタル化されたデータを用いて印加電圧波形の解析を実行する。
【００３９】
次に、印加電圧波形解析プログラム１５が実行する解析処理（ステップＳ１５に対応）について図９を参照して説明する。印加電圧解析プログラム１５は、ステップＳ４１で部分放電電流信号のデジタルデータをバッファメモリから取得すると、そのデータを配列CURRENTに格納する。ステップＳ４２では、印加電圧信号のデジタルデータをバッファメモリから取得し、配列VOLTAGEに格納する。ステップＳ４３では、配列CURRENTの要素と所定のしきい値ＣPDとを配列のインデックス０から比較して行き、最初にＣPD＜CURRENT[i]となったインデックスｉPDを検索して取得する。配列CURRENTにはサンプリング周期毎にデータが格納されているので、インデックスｉPDは部分放電が発生した時刻に相当する。
【００４０】
ステップＳ４４では、VOLTAGE［ｉPD］に格納されている電圧を、部分放電が発生した瞬間に絶縁物８に印加されていた電圧ＶPDとする。ステップＳ４５では、配列VOLTAGEの要素を用いて実効値を算出すると、実効値を「２」の平方根倍して印加電圧のピーク値Ｖpeakを得る。ステップＳ４６では、ステップＳ４５で算出した印加電圧のピーク値Ｖpeakと部分放電発生時の印加電圧（瞬時電圧）ＶPDを用いて、（５）式のように部分放電発生時の印加電圧位相θPDを算出する。
θPD＝ｓｉｎ-1（ＶPD／Ｖpeak） …（５）
【００４１】
また、ステップＳ４４〜Ｓ４６の処理については、代替的に次のような手順を採用しても良い。インデックスｉPD（第１データ）を−１しながら配列VOLTAGEの要素をチェックし、最初にVOLTAGE[i]＜０となったインデックスｉ0（第２データ）を取得すると、インデックスｉPDとインデックスｉ0とを用いて（６）式のように部分放電発生時刻ＴPDを算出する。
ＴPD＝（ｉPD−ｉ0）Ｔｓ …（６）
それから、（７）式を用いて時刻を位相に換算することで、部分放電発生時の印加電圧位相θPDを得る。
θPD＝３６０・ＴPD／（１／６０） …（７）
【００４２】
以上のように第２実施例によれば、電源装置２が絶縁物８に印加した電圧を計測する印加電圧計測回路１３を備え、Ａ／Ｄ変換回路１１は、部分放電電流計測回路１０が計測した電流信号に加えて、印加電圧計測回路１３が計測した電圧信号についてもデジタルデータ化し、電圧制御プログラム９Ａは、電源装置２の出力電圧レベルに基づいて印加電圧計測回路１３の測定レンジも変更する。
【００４３】
そして、印加電圧計測回路１３は、少なくとも交流１周期分の印加電圧を計測し、印加電圧波形解析プログラム１５は、部分放電が発生した時点に絶縁物８に印加されていた瞬時電圧ＶPDと、部分放電が発生した時点の印加電圧位相θPDを算出するようにした。すなわち、電流データの配列CURRENTの要素が最初に（閾値ＣPD＜CURRENT[i]）となったインデックスｉPDを取得すると、電圧データの配列VOLTAGE［ｉPD］に格納されている電圧ＶPDを取得し、更に印加電圧のピーク値Ｖpeakを得て、（５）式より印加電圧位相θPDを算出する。又は、インデックスｉPDと、インデックスｉ0とから（６），（７）式より印加電圧位相θPDを算出する。したがって、部分放電発生時の印加電圧を測定レンジを超えることなく計測でき、部分放電が発生した時点に絶縁物に印加されていた瞬時電圧ＶPDと、部分放電が発生した時点の印加電圧位相θPDを確実に精度良く算出することができる。
【００４４】
（第３実施例）
図１０は第３実施例であり、第１実施例と異なる部分のみ説明する。第３実施例は、第１実施例の部分放電電圧計測システム１に対し、部分放電電流検出手段であるＣＴ３に替えてシャント抵抗１６を配置した構成である。この場合、シャント抵抗１６は、絶縁物８に対して直列に接続されている。斯様に構成した場合でも、絶縁物８に部分放電が発生した場合に流れる電流がシャント抵抗１６の端子電圧として検出される。したがって、第１実施例と同様にして部分放電電流を計測することができる。
【００４５】
（第４実施例）
図１１は第４実施例であり、第２実施例と異なる部分のみ説明する。第４実施例は、第２実施例の部分放電電圧計測システム２１に対し、部分放電電流検出手段であるＣＴ３に替えて、シャント抵抗１６を配置した構成である。この場合も、第２，第３実施例と同様にして部分放電電流を計測することができる。
【００４６】
本発明は上記し又は図面に記載した実施例に限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
発振器５の出力分解能，アンプ６のゲインや変圧器７の増幅率，サンプリング周波数などは適宜変更して良い。電圧上昇時間Δｔupについても適宜変更して良い。
測定レンジの自動切り替えについても必要に応じて行えば良く、最適な測定レンジが既知であれば、最初からそのレンジに固定して測定すれば良い。
平滑化処理を行う場合の重み付けの係数については、適宜変更して実施すれば良い。また、平滑化処理については、測定精度を向上させる必要がある場合に実施すれば良い。
【００４７】
印加電圧波形を計測する期間は、必ずしも交流電源の１周期分に限ることなく、１周期以上行っても良く、少なくとも１周期以上とすれば良い。
変化幅ΔＡ値は、適宜変更して良い。
放電電荷量Ｑ，立上り時間ｔｒ，立下がり時間ｔｆ，瞬時電圧ＶPD，印加電圧位相θPDについては、必要であるものを適宜選択して求めれば良い。
計測制御装置４は、パーソナルコンピュータをベースとする構成に限らず、部分放電の計測を制御するための専用装置として構成しても良い。
【符号の説明】
【００４８】
図面中、１は部分放電電流計測システム、２は電源装置（電圧印加手段）、３はＣＴ（部分放電電流検出手段）、４は計測制御装置、８は絶縁物、９，９Ａは電圧制御プログラム（電圧制御手段）、１０は部分放電電流計測回路（部分放電電流計測手段）、１１はＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換手段）、１２は部分放電電流波形解析プログラム（部分放電電流波形解析手段）、１５は印加電圧波形解析プログラム（印加電圧波形解析手段）、１６はシャント抵抗（部分放電電流検出手段）、２１は部分放電電流計測システムを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正弦波電圧を生成して絶縁物に印加する電圧印加手段と、
この電圧印加手段が生成する正弦波電圧の振幅を制御する電圧制御手段と、
前記絶縁物に部分放電が発生した場合に流れる放電電流を検出するための電流検出手段より出力される信号を計測する部分放電電流計測手段と、
前記部分放電電流計測手段が計測した信号をデジタルデータ化するＡ／Ｄ変換手段とを備え、
前記電圧制御手段は、前記正弦波電圧を段階的に上昇させ、
前記部分放電電流計測手段は、前記部分放電電流検出手段より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えると、前記Ａ／Ｄ変換手段にＡ／Ｄ変換処理を開始させ、
前記Ａ／Ｄ変換手段が、前記部分放電電流計測手段を介して与えられる帯域制限されていない状態の信号をＡ／Ｄ変換処理するように構成されていることを特徴とする部分放電電流計測システム。
【請求項２】
前記電圧制御手段は、前記電圧印加手段の出力電圧レベルを定めると、前記出力電圧レベルに基づいて、前記部分放電電流計測手段の測定レンジを変更することを特徴とする請求項１記載の部分放電電流計測システム。
【請求項３】
前記Ａ／Ｄ変換手段が出力したデジタルデータを用いて部分放電電流波形を解析する部分放電電流波形解析手段を備え、
前記部分放電電流波形解析手段は、前記デジタルデータを平滑化処理したデータに基づいて、部分放電電流のピーク値を算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の部分放電電流計測システム。
【請求項４】
前記部分放電電流波形解析手段は、前記ピーク値を基準とするデータ値の変化に基づいて積分範囲を設定すると、前記平滑化処理したデータを前記積分範囲内で積分して放電電荷量を算出することを特徴とする請求項３記載の部分放電電流計測システム。
【請求項５】
前記部分放電電流波形解析手段は、前記ピーク値を基準とするデータ値の変化に基づいて、電流波形の立上り時間を算出することを特徴とする請求項３または４記載の部分放電電流計測システム。
【請求項６】
前記部分放電電流波形解析手段は、前記ピーク値を基準とするデータ値の変化に基づいて、電流波形の立下り時間を算出することを特徴とする請求項３ないし５の何れかに記載の部分放電電流計測システム。
【請求項７】
前記電圧印加手段が前記絶縁物に印加した電圧を計測する印加電圧計測手段を備え、
前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記部分放電電流計測手段が計測した信号に加えて、前記印加電圧計測手段が計測した信号についてもデジタルデータ化し、
前記Ａ／Ｄ変換手段が出力したデジタルデータを用いて、印加電圧値と印加電圧の位相とを算出する印加電圧波形解析手段を備え、
前記電圧制御手段は、電圧印加手段の出力電圧レベルを定めるとともに、前記出力電圧レベルに基づいて、前記印加電圧計測手段の測定レンジを変更し、
前記印加電圧計測手段は、少なくとも交流１周期分の印加電圧を計測し、
前記印加電圧波形解析手段は、部分放電が発生した時点に前記絶縁物に印加されていた瞬時電圧と、部分放電が発生した時点の印加電圧位相を算出することを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の部分放電電流計測システム。
【請求項８】
前記印加電圧波形解析手段は、前記電流のデジタルデータを所定の閾値と比較することで部分放電の発生時点に対応するデータを特定すると、その特定されたデータに対応する電圧のデジタルデータを前記瞬時電圧とすることを特徴とする請求項７記載の部分放電電流計測システム。
【請求項１】
正弦波電圧を生成して絶縁物に印加する電圧印加手段と、
この電圧印加手段が生成する正弦波電圧の振幅を制御する電圧制御手段と、
前記絶縁物に部分放電が発生した場合に流れる放電電流を検出するための電流検出手段より出力される信号を計測する部分放電電流計測手段と、
前記部分放電電流計測手段が計測した信号をデジタルデータ化するＡ／Ｄ変換手段とを備え、
前記電圧制御手段は、前記正弦波電圧を段階的に上昇させ、
前記部分放電電流計測手段は、前記部分放電電流検出手段より出力される信号のレベルが所定の閾値を超えると、前記Ａ／Ｄ変換手段にＡ／Ｄ変換処理を開始させ、
前記Ａ／Ｄ変換手段が、前記部分放電電流計測手段を介して与えられる帯域制限されていない状態の信号をＡ／Ｄ変換処理するように構成されていることを特徴とする部分放電電流計測システム。
【請求項２】
前記電圧制御手段は、前記電圧印加手段の出力電圧レベルを定めると、前記出力電圧レベルに基づいて、前記部分放電電流計測手段の測定レンジを変更することを特徴とする請求項１記載の部分放電電流計測システム。
【請求項３】
前記Ａ／Ｄ変換手段が出力したデジタルデータを用いて部分放電電流波形を解析する部分放電電流波形解析手段を備え、
前記部分放電電流波形解析手段は、前記デジタルデータを平滑化処理したデータに基づいて、部分放電電流のピーク値を算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の部分放電電流計測システム。
【請求項４】
前記部分放電電流波形解析手段は、前記ピーク値を基準とするデータ値の変化に基づいて積分範囲を設定すると、前記平滑化処理したデータを前記積分範囲内で積分して放電電荷量を算出することを特徴とする請求項３記載の部分放電電流計測システム。
【請求項５】
前記部分放電電流波形解析手段は、前記ピーク値を基準とするデータ値の変化に基づいて、電流波形の立上り時間を算出することを特徴とする請求項３または４記載の部分放電電流計測システム。
【請求項６】
前記部分放電電流波形解析手段は、前記ピーク値を基準とするデータ値の変化に基づいて、電流波形の立下り時間を算出することを特徴とする請求項３ないし５の何れかに記載の部分放電電流計測システム。
【請求項７】
前記電圧印加手段が前記絶縁物に印加した電圧を計測する印加電圧計測手段を備え、
前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記部分放電電流計測手段が計測した信号に加えて、前記印加電圧計測手段が計測した信号についてもデジタルデータ化し、
前記Ａ／Ｄ変換手段が出力したデジタルデータを用いて、印加電圧値と印加電圧の位相とを算出する印加電圧波形解析手段を備え、
前記電圧制御手段は、電圧印加手段の出力電圧レベルを定めるとともに、前記出力電圧レベルに基づいて、前記印加電圧計測手段の測定レンジを変更し、
前記印加電圧計測手段は、少なくとも交流１周期分の印加電圧を計測し、
前記印加電圧波形解析手段は、部分放電が発生した時点に前記絶縁物に印加されていた瞬時電圧と、部分放電が発生した時点の印加電圧位相を算出することを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の部分放電電流計測システム。
【請求項８】
前記印加電圧波形解析手段は、前記電流のデジタルデータを所定の閾値と比較することで部分放電の発生時点に対応するデータを特定すると、その特定されたデータに対応する電圧のデジタルデータを前記瞬時電圧とすることを特徴とする請求項７記載の部分放電電流計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−９９７７５（Ｐ２０１１−９９７７５Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５５００１（Ｐ２００９−２５５００１）
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（５００４１４８００）東芝産業機器製造株式会社 (137)
【出願人】（３０４０２６６９６）国立大学法人三重大学 (270)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（５００４１４８００）東芝産業機器製造株式会社 (137)
【出願人】（３０４０２６６９６）国立大学法人三重大学 (270)
【Ｆターム（参考）】
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