JP2950581B2 - Partial discharge detection device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電力ケーブル及び絶縁開閉装置等の絶縁部
分に発生する部分放電（PD）を検出する部分放電検出装
置に関し、特に高帯域PD検出法に基づく部分放電検出装
置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a partial discharge (PD) detection device for detecting a partial discharge (PD) generated in an insulating portion such as a power cable and an insulated switchgear. The present invention relates to a partial discharge detection device based on the law.
［従来の技術］ 従来、この種のPD検出装置としては、同調式検出法及
びAE（アコースティック・エミッション）センサを使用
した方法によるもの等が知られている。[Prior Art] Conventionally, as this kind of PD detection device, a tunable detection method and a method using an AE (acoustic emission) sensor are known.
同調式検出法は、部分放電に伴って発生する電気信号
（以下、部分放電パルスと呼ぶ）を、例えば500KHz程度
の搬送波に乗せて増幅し、検波する方法であるが、周囲
の雑音の影響を受けやすく、微小な部分放電パルスの検
出が困難であるという欠点がある。また、この方法で
は、増幅後の検波によって検波出力信号が単極性とな
り、印加電圧の極性と検波出力信号の極性との比較を行
なうことができないという欠点もある。The tuned detection method is a method of amplifying and detecting an electric signal generated by partial discharge (hereinafter, referred to as a partial discharge pulse) on a carrier wave of, for example, about 500 KHz. However, there is a disadvantage that it is difficult to detect a minute partial discharge pulse. In addition, this method has a disadvantage that the detection output signal becomes unipolar due to detection after amplification, and it is not possible to compare the polarity of the applied voltage with the polarity of the detection output signal.
一方、AEセンサによる方法は、部分放電によって絶縁
体内部を伝搬する弾性波をAEセンサで検出する方法であ
る。しかし、この方法は、電気的なノイズの影響を受け
ない反面、超音波が直進性を有しているため、部分放電
発生点からの弾性波の直進位置とセンサの位置とがずれ
ると、検出感度が極端に低下してしまうという欠点があ
る。On the other hand, the method using an AE sensor is a method in which an elastic wave propagating inside an insulator due to partial discharge is detected by the AE sensor. However, while this method is not affected by electrical noise, since the ultrasonic wave has a straight traveling property, if the position of the sensor is shifted from the straight traveling position of the elastic wave from the partial discharge generation point, it is detected. There is a disadvantage that the sensitivity is extremely reduced.
そこで、これらの欠点を解決する同調式検出法の一つ
として、高帯域PD検出法も提案されている。即ち、部分
放電パルス及び周囲雑音の周波数分析を行なうと、数MH
z付近では周囲雑音のレベルが非常に小さく、部分放電
パルスの周波数成分のみが検出されることが知られてい
る。高帯域PD検出法では、この点に着目し、部分放電パ
ルスのうち数MHz付近の周波数成分を高帯域同調回路に
よって検出する。Therefore, a high-bandwidth PD detection method has been proposed as one of the tunable detection methods for solving these disadvantages. That is, when the frequency analysis of the partial discharge pulse and the ambient noise is performed,
It is known that the level of the ambient noise is very small near z, and only the frequency component of the partial discharge pulse is detected. Focusing on this point, the high-band PD detection method uses a high-band tuning circuit to detect a frequency component near a few MHz in the partial discharge pulse.
この高帯域PD検出法によれば、外部ノイズの影響を受
けずに微小な部分放電パルスの検出が可能である。ま
た、この方法によれば、部分放電パルスに含まれる高帯
域成分を抽出するだけでノイズの影響を十分に排除する
ことができるので、その後の検波等の処理を行なう必要
がなく、検出信号の極性判別が可能である。According to this high band PD detection method, it is possible to detect a minute partial discharge pulse without being affected by external noise. Further, according to this method, it is possible to sufficiently eliminate the influence of noise only by extracting the high-band component included in the partial discharge pulse. Polarity discrimination is possible.
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の高帯域PD測定法による
部分放電検出装置では、高周波鉄心等を使用した同調回
路及び高帯域の検出インピーダンス素子等が必要であ
り、装置が大がかりになるうえ、活線状態の電力ケーブ
ルに取り付ける場合等はセッティングに手間がかかると
いう問題点がある。また、このために、電力ケーブルの
設計に予め部分放電検出装置を組み込んでおく必要があ
った。[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-described conventional partial discharge detection device based on the high-band PD measurement method requires a tuning circuit using a high-frequency iron core or the like, a high-band detection impedance element, and the like. In addition to the large scale, there is a problem that the setting is troublesome when the power cable is attached to a live power cable. Further, for this purpose, it is necessary to incorporate a partial discharge detection device in the design of the power cable in advance.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、装置の構成が簡単であると共に、装置の据え付けも
極めて容易に行なうことができる部分放電検出装置を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a partial discharge detection device which has a simple structure and can be installed very easily.
［課題を解決するための手段］ 本発明に係る部分放電検出装置は、被検出対象に密着
する電極板と、前記電極板に絶縁体を介して固定され内
部に密閉空間を形成するシールドケースと、前記電極板
に一方の電極が接触するように前記シールドケース内に
配置され部分放電に伴って発生する電気信号に含まれる
特定の高周波数成分によって共振する圧電素子と、この
圧電素子の前記一方の電極及び他方の電極から信号をシ
ールドケース外部に導出する信号導出手段と、この信号
導出手段により外部に導出され前記圧電素子の共振によ
って増幅された信号に基づいて部分放電を検出する信号
処理手段とを有することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] A partial discharge detection device according to the present invention includes an electrode plate that is in close contact with an object to be detected, and a shield case that is fixed to the electrode plate via an insulator to form a sealed space inside. A piezoelectric element arranged in the shield case such that one electrode is in contact with the electrode plate and resonating by a specific high frequency component included in an electric signal generated by partial discharge, and the one of the piezoelectric elements Signal deriving means for deriving a signal from the electrode and the other electrode to the outside of the shield case, and signal processing means for detecting a partial discharge based on a signal deriving outside by the signal deriving means and amplified by resonance of the piezoelectric element And characterized in that:
［作用］ 圧電素子の固有共振周波数は、通常、数MHz乃至数百M
Hzである。従って、圧電素子が部分放電パルスを受信す
ると、圧電素子は部分放電パルスに含まれる固有共振周
波数成分によって共振し、その周波数成分の信号のみを
増幅するので、上記固有共振周波数での同調回路として
機能する。[Operation] The natural resonance frequency of the piezoelectric element is usually several MHz to several hundred M.
Hz. Therefore, when the piezoelectric element receives the partial discharge pulse, the piezoelectric element resonates with the natural resonance frequency component included in the partial discharge pulse, and amplifies only the signal of the frequency component, so that the piezoelectric element functions as a tuning circuit at the natural resonance frequency. I do.
一方、上記固有共振周波数が数MHz乃至数十MHzである
と、ノイズ成分の影響が十分に排除され部分放電パルス
を高い感度で検出することができる。従って、前記圧電
素子の出力信号を信号処理手段で処理することにより、
周囲のノイズに影響されない高感度のPD検出を行なうこ
とができる。On the other hand, when the natural resonance frequency is several MHz to several tens of MHz, the influence of the noise component is sufficiently eliminated, and the partial discharge pulse can be detected with high sensitivity. Therefore, by processing the output signal of the piezoelectric element by signal processing means,
Highly sensitive PD detection that is not affected by ambient noise can be performed.
そして、この発明によれば、センサ部が圧電素子によ
って構成され、特別な同調回路等を必要としないので、
装置の構成を簡単化することができ、被検出対象に対す
る取り付け作業も容易になる。According to the present invention, since the sensor unit is constituted by the piezoelectric element and does not require a special tuning circuit or the like,
The configuration of the device can be simplified, and the work of attaching the device to the object to be detected is also facilitated.
また、取り付けが容易であることから、部分放電検出
装置を予め設計に組み込んでおく必要がなく、付設後の
ケーブルジョイントに使用することもできる。In addition, since it is easy to mount, there is no need to incorporate the partial discharge detection device into the design in advance, and the device can be used for a cable joint after it is attached.
［実施例］ 以下、添付の図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第１図は本発明の実施例に係る部分放電検出装置の構
成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a partial discharge detection device according to an embodiment of the present invention.
この装置は、部分放電を検出すべき電力ケーブル等の
被検出対象１に取り付けられたセンサ２と、このセンサ
２の出力の増幅する広帯域アンプ３と、この広帯域アン
プ３の出力に対して波形観測を行なうための信号処理回
路４と、この信号処理回路４の出力を解析するコンピュ
ータ５とにより構成されている。This device includes a sensor 2 attached to a detection target 1 such as a power cable for detecting partial discharge, a wide-band amplifier 3 for amplifying the output of the sensor 2, and a waveform observation for the output of the wide-band amplifier 3. And a computer 5 for analyzing the output of the signal processing circuit 4.
センサ２は、圧電素子６の両面に電極7,8を配置して
構成されたもので、被検出対象１に対して容量結合され
たものとなっている。このセンサ２の更に詳細な構成例
を第２図に示す。金属製のシールドケース11は、その一
方に開口部が形成されており、この開口部はアルミニウ
ム製の電極板12によって閉塞されている。シールドケー
ス11と電極板12との間には、絶縁体からなる環状部材13
が介挿され、両者を電気的に絶縁している。シールドケ
ース11の内部には、両面に銀の蒸着によって電極7,8が
形成された圧電素子６が収容されている。電極７は電極
板12の内側に電気的に接続された状態で密着固定されて
いる。圧電素子６としては、例えばチタン酸ジルコン酸
鉛（PZT）又はポリフッ化ビニリデン（PVdF）等が好適
である。電極7,8は、夫々リード線14,15を介してコネク
タ16,17のホット側に接続されている。また、コネクタ1
6,17のアース側は、夫々リード線18,19を介してシール
ドケース11に接続されている。The sensor 2 is configured by arranging electrodes 7 and 8 on both surfaces of a piezoelectric element 6, and is capacitively coupled to the detection target 1. A more detailed configuration example of the sensor 2 is shown in FIG. The metal shield case 11 has an opening formed on one side thereof, and this opening is closed by an aluminum electrode plate 12. An annular member 13 made of an insulator is provided between the shield case 11 and the electrode plate 12.
Are interposed to electrically insulate them. Inside the shield case 11, a piezoelectric element 6 having electrodes 7, 8 formed on both sides by silver deposition is accommodated. The electrode 7 is tightly fixed inside the electrode plate 12 while being electrically connected thereto. As the piezoelectric element 6, for example, lead zirconate titanate (PZT) or polyvinylidene fluoride (PVdF) is suitable. The electrodes 7 and 8 are connected to the hot sides of the connectors 16 and 17 via lead wires 14 and 15, respectively. Also, connector 1
The earth sides of the shields 6 and 17 are connected to the shield case 11 via lead wires 18 and 19, respectively.
センサ２の出力は、同軸ケーブル９を介して広帯域ア
ンプ３に入力されている。また、広帯域アンプ３の出力
を入力する信号処理回路４としては、例えばディジタイ
ジングオシロスコープ、スペクトルアナライザ又はウェ
ーブメモリ等を使用することができる。The output of the sensor 2 is input to the broadband amplifier 3 via the coaxial cable 9. As the signal processing circuit 4 for inputting the output of the wideband amplifier 3, for example, a digitizing oscilloscope, a spectrum analyzer, a wave memory, or the like can be used.
次に、このように構成された部分放電検出装置の動作
について説明する。Next, the operation of the partial discharge detection device thus configured will be described.
圧電素子６は、低周波領域では、第３図（ａ）の等価
回路に示すように、抵抗R1と容量C1との並列回路からな
る容量性の素子となっているが、その固有共振周波数近
傍の周波数領域では、第３図（ｂ）の等価回路に示すよ
うに、抵抗R1、インダクタンスＬ及び容量C2の直列回路
と容量C3との並列回路からなる共振回路を構成するの
で、固有共振周波数で共振する。圧電素子６の固有共振
周波数は、その材質及び厚さによって異なるが、例えば
数MHz乃至数十MHz付近となることが多い。The piezoelectric element 6 is in the low frequency region, as shown in the equivalent circuit of FIG. 3 (a), resistors R 1 and has become a capacitive element consisting of a parallel circuit of a capacitor C 1, the natural resonance in the frequency domain of the frequency near, as shown in the equivalent circuit of FIG. 3 (b), resistor R 1, since a resonant circuit comprising a parallel circuit of a series circuit and the capacitor C 3 of the inductance L and capacitance C 2 Resonate at the natural resonance frequency. The natural resonance frequency of the piezoelectric element 6 varies depending on its material and thickness, but is often, for example, around several MHz to several tens of MHz.
一方、部分放電パルスに含まれる信号成分のうち外来
ノイズにはあまり含まれていない信号成分を検出するこ
とで高感度のPD検出を行なうことができる。この信号成
分は、部分放電の発生点とセンサ２との距離、その間の
被検出対象１の高周波減衰定数及び測定環境等の外的な
要因によって多少の差はあるが、数MHz乃至数十MHzとな
ることが確認されている。On the other hand, PD detection with high sensitivity can be performed by detecting a signal component that is not much contained in external noise among signal components contained in the partial discharge pulse. The signal component may vary slightly depending on external factors such as the distance between the point of occurrence of the partial discharge and the sensor 2, the high-frequency attenuation constant of the object 1 to be detected therebetween, and the measurement environment. It has been confirmed that
従って、被検出対象１に部分放電が発生し、被検出対
象１と容量結合されたセンサ２に部分放電パルスが受信
されると、部分放電パルスには圧電素子６の共振周波数
成分が含まれているので、圧電素子６の共振作用によっ
て、外部ノイズには含まれない数MHz乃至数十MHzの信号
成分が抽出され、増幅されてコネクタ16,17から取り出
されることになる。Therefore, when a partial discharge occurs in the detection target 1 and the partial discharge pulse is received by the sensor 2 capacitively coupled to the detection target 1, the partial discharge pulse includes the resonance frequency component of the piezoelectric element 6. Therefore, due to the resonance action of the piezoelectric element 6, a signal component of several MHz to several tens MHz which is not included in the external noise is extracted, amplified, and extracted from the connectors 16 and 17.
ここで、センサ２が第２図で示すような構成である
と、センサ２からは、圧電素子６の両電極7,8の信号が
夫々独立に抽出されることになるから、これらの信号を
差動増幅することにより、センサ２と広帯域アンプ３と
の間に混入する同相ノイズを除去することができる。Here, if the sensor 2 is configured as shown in FIG. 2, the signals of the electrodes 7 and 8 of the piezoelectric element 6 are independently extracted from the sensor 2, and these signals are extracted. By performing differential amplification, common-mode noise mixed between the sensor 2 and the broadband amplifier 3 can be removed.
このように、本実施例に係る部分放電検出装置によれ
ば、固有共振周波数が数MHz乃至数十MHzの圧電素子６を
センサ２として使用したので、圧電素子６をバンドパス
フィルタ及び増幅器として機能させることができ、従来
の高帯域PD検出法で使用した高周波鉄心等の同調回路が
不要になる。これにより、活線状態の電力ケーブル等へ
の設置も容易に行なうことができるから、活線下での部
分放電測定の監視システムへの適用も可能である。As described above, according to the partial discharge detection device of the present embodiment, since the piezoelectric element 6 having the natural resonance frequency of several MHz to several tens MHz is used as the sensor 2, the piezoelectric element 6 functions as a bandpass filter and an amplifier. This eliminates the need for a tuning circuit such as a high-frequency iron core used in the conventional high-bandwidth PD detection method. This makes it possible to easily install the apparatus in a live state of a power cable or the like, so that the present invention can be applied to a monitoring system for partial discharge measurement under a live state.
ちなみに、本発明者等は、第４図に示すような実験装
置を使用して部分放電検出の実験を行なった。Incidentally, the present inventors conducted an experiment of partial discharge detection using an experimental apparatus as shown in FIG.
被検出対象21としては、厚み1mmのエポキシ樹脂から
なる絶縁板22,23を厚み0.125mmのカプトンからなるスペ
ーサ24を介して対向配置させ、周囲をエポキシ系樹脂か
らなる封止剤25で封止して、両絶縁板22,23間に0.125mm
の模擬ボイドが形成されたものを使用した。As the detection target 21, insulating plates 22 and 23 made of epoxy resin having a thickness of 1 mm are arranged to face each other via a spacer 24 made of Kapton having a thickness of 0.125 mm, and the periphery is sealed with a sealing agent 25 made of an epoxy resin. 0.125mm between both insulating plates 22 and 23
A simulated void was used.
被検出対象21の両側には、ステンレス製の電極板26,2
7を配置し、その一方の電極26にAC5kVの電圧を印加する
と共に、他方の電極27を接地した。そして、電極27にセ
ンサ28を接触させた。センサ28は、圧電素子29の両面に
銀蒸着による電極30,31を配置して構成し、圧電素子に
は、厚さ110μｍ、固有共振周波数10MHzのPVdFを使用し
た。On both sides of the detection target 21, stainless steel electrode plates 26, 2
7, a voltage of 5 kV AC was applied to one electrode 26, and the other electrode 27 was grounded. Then, the sensor 28 was brought into contact with the electrode 27. The sensor 28 was configured by arranging electrodes 30 and 31 by silver deposition on both surfaces of a piezoelectric element 29, and PVdF having a thickness of 110 μm and a natural resonance frequency of 10 MHz was used for the piezoelectric element.
そして、このセンサ28の出力を20乃至80dBの広帯域ア
ンプ32を介してディジタイジングオシロスコープ33で観
測した。The output of the sensor 28 was observed by a digitizing oscilloscope 33 via a wideband amplifier 32 of 20 to 80 dB.
この結果、数十pCの電荷量で第５図（ａ）に示すよう
な部分放電パルスを観測することができた。また、電極
板26,27間に15pCの校正パルスを印加したところ、第５
図（ｂ）に示すような校正パルスを観測することができ
た。As a result, a partial discharge pulse as shown in FIG. 5A could be observed with a charge amount of several tens of pC. When a calibration pulse of 15 pC was applied between the electrode plates 26 and 27,
A calibration pulse as shown in FIG.
これらの実験結果から明らかなように、固有共振周波
数10MHzのPVdFによるセンサ28を使用することにより、
部分放電パルスに伴って発生する10MHzの信号成分を高
感度で検出することができる。なお、この実験は工場内
のノイズの影響が大きいところで行なったが、第５図に
示す通り、外部ノイズを十分に排除することができた。As is clear from the results of these experiments, by using the PVdF sensor 28 having a natural resonance frequency of 10 MHz,
A 10 MHz signal component generated with the partial discharge pulse can be detected with high sensitivity. Although this experiment was performed in a place where the influence of noise in the factory was large, as shown in FIG. 5, external noise could be sufficiently eliminated.
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、部分放電パル
スに含まれる特定の高周波数成分を圧電素子の共振作用
によって検出するようにしたので、特別な同調回路及び
インピーダンス素子を必要とせず、装置の構成を簡単化
することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a specific high frequency component contained in a partial discharge pulse is detected by the resonance action of the piezoelectric element, so that a special tuning circuit and impedance element are required. It is not necessary, and the configuration of the device can be simplified.
また、高周波鉄心等の同調回路を被検出対象に取り付
ける従来の方法に比べ、本発明では、小型の圧電素子を
被検出対象に取り付けるだけであるから、装置の据え付
け作業も容易になるという効果を奏する。Also, in comparison with the conventional method of attaching a tuning circuit such as a high-frequency iron core to the detection target, the present invention only has to attach a small piezoelectric element to the detection target. Play.
第１図は本発明の実施例に係る部分放電検出装置の構成
を示す模式図、第２図は同装置におけるセンサの詳細な
構成を示す断面図、第３図は同センサにおける圧電素子
の低周波領域及び高周波領域での等価回路を示す回路
図、第４図は本発明の効果を確認するための実験装置の
模式図、第５図は同実験装置によって観測された部分放
電パルスの波形を示すグラフ図である。 1,21;被検出対象、2,28;センサ、3,32;広帯域アンプ、
4;信号処理回路、5,34;コンピュータ、6,29;圧電素子、
7,8,30,31;電極、9;同軸ケーブル、11;シールドケー
ス、12,26,27;電極板、13;環状体、14,15,18,19;リード
線、16,17;コネクタ、22,23;絶縁板、24;スペーサ、25;
封止剤、33;ディジタイジングオシロスコープFIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a partial discharge detection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of a sensor in the device, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit in a frequency region and a high frequency region, FIG. 4 is a schematic diagram of an experimental device for confirming the effect of the present invention, and FIG. 5 is a waveform of a partial discharge pulse observed by the experimental device. FIG. 1,21; object to be detected, 2,28; sensor, 3,32; broadband amplifier,
4; signal processing circuit, 5, 34; computer, 6, 29; piezoelectric element,
7,8,30,31; electrode, 9; coaxial cable, 11; shield case, 12,26,27; electrode plate, 13; ring body, 14,15,18,19; lead wire, 16,17; connector , 22, 23; insulating plate, 24; spacer, 25;
Sealant, 33; digitizing oscilloscope
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−284775（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−12073（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−277775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−284477（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−128173（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01R 31/12 - 31/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-284775 (JP, A) JP-A-2-12073 (JP, A) JP-A-1-277775 (JP, A) JP-A-63-1988 284477 (JP, A) JP-A-2-128173 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01R 31/12-31/20
Claims (2)
板に絶縁体を介して固定され内部に密閉空間を形成する
シールドケースと、前記電極板に一方の電極が接触する
ように前記シールドケース内に配置され部分放電に伴っ
て発生する電気信号に含まれる特定の高周波数成分によ
って共振する圧電素子と、この圧電素子の前記一方の電
極及び他方の電極から信号をシールドケース外部に導出
する信号導出手段と、この信号導出手段により外部に導
出され前記圧電素子の共振によって増幅された信号に基
づいて部分放電を検出する信号処理手段とを有すること
を特徴とする部分放電検出装置。An electrode plate which is in close contact with a detection target; a shield case which is fixed to said electrode plate via an insulator to form a sealed space therein; and said electrode case is such that one electrode is in contact with said electrode plate. A piezoelectric element which is arranged in the shield case and resonates by a specific high frequency component included in an electric signal generated by the partial discharge, and a signal is led out of the shield case from the one electrode and the other electrode of the piezoelectric element. And a signal processing unit for detecting a partial discharge based on a signal derived outside by the signal deriving unit and amplified by resonance of the piezoelectric element.
共振周波数を持つものであることを特徴とする請求項１
に記載の部分放電検出装置。2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric element has a natural resonance frequency of several MHz to several tens of MHz.
2. The partial discharge detection device according to claim 1.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2141922A JP2950581B2 (en) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | Partial discharge detection device |
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|---|---|---|---|
| JP2141922A JP2950581B2 (en) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | Partial discharge detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0434379A JPH0434379A (en) | 1992-02-05 |
| JP2950581B2 true JP2950581B2 (en) | 1999-09-20 |
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ID=15303280
Family Applications (1)
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