PDテストには機器が多すぎる：よくある問題点と専門家による解決策

電気機器（ケーブル、モーター、発電機など）の部分放電を診断するための計画を立てる際、多くの人がおそらく一つの点で苦労したことがあるでしょう。それは、部分放電試験に必要な機器のリストがあまりにも長すぎるということです。ある見積もりではUHFプローブが必要とされ、別の見積もりでは過渡接地電圧プローブが必要とされます。

そしてどこかにHFCTクランプがあるはずだ。さらに、専用の校正器を備えた電荷測定試験装置を携帯するという選択肢も検討できるかもしれない。 部分放電試験 単一の作業というよりは、絶えず拡大し続ける買い物リストのようです。この記事では、なぜこれほど膨大な機器カタログになってしまったのか、この細分化の真の原因、そしてチーム全体を過剰に装備するのではなく、電気設備の実際のニーズと用途に合った部分放電試験装置を調達するために必要な手順について考察します。

部分放電検査にこれほど多くの機器が必要な理由

部分放電とは、電界が局所的に集中し、絶縁材料の耐電圧能力を超えた場合に発生する現象であり、絶縁システム内部で小さな局所的な電気的破壊を引き起こしますが、導体間のギャップを完全に埋めるには至りません。こうした初期放電が発生するたびに、電圧ストレスが少しずつ増加し、電気絶縁の漸進的な破壊につながります。

したがって、これらは資産が劣化しており、完全な絶縁破壊に向かっていることを示しています。詳細については、当社の解説をご覧ください。 部分放電とは実際には何なのか 根本的な物理現象や放電メカニズムについてはここでは触れませんが、本稿では装置の問題に焦点を当てます。

複数の相互に影響し合う要因が、必要なデバイス数の増加を引き起こしています。第一に、部分放電（PD）は、無線周波数波、電流パルス、音響ピンなど、いくつかの異なる物理的効果として現れますが、これらはいずれも単一のセンサーでは完全に測定できません。第二に、評価対象となる機器（ケーブル終端、ブッシング、開閉装置アセンブリなど）の種類が多岐にわたるため、電気回路内での部分放電事象の結合と伝達の仕方が異なります。

最後に、規格は測定方法、検出器の種類、資産のカテゴリーに応じて細分化され、複雑さが増します。5種類の検出技術と4種類の資産を掛け合わせ、さらにこれらのカテゴリーに適用される規格を含めると、まるで無限に続くかのようなカタログができあがります。以下では、これら3つの要素を一つずつ分解していきます。

パーキンソン病の4つのタイプと、それらを検出する方法

部分放電（PD）は、発生源に基づいて、絶縁体内部の空隙、界面または表面に沿った放電（トラッキング）、鋭利な金属エッジによる空気のイオン化、ケーブルの接続部または終端部という4つのカテゴリーに分類するのが妥当である。それぞれのタイプは電気的ストレスが異なる場所に集中し、検出技術もそれぞれ異なる物理的特性を識別するように設計されているため、単一の技術だけでは十分ではない。

従来の電気技術は次のように定義される IEC 60270 電流パルスを測定し、見かけの電荷の値をピコクーロン単位で提供し、約 1 MHz 未満の帯域幅で動作します。IEC TS 62478 には、代わりに無線周波数と音響エネルギーを測定する非従来型の技術のリストが含まれています。TEV (過渡接地電圧) は、古い非侵襲的な診断技術で、開閉装置の筐体の外側 (金属被覆設計の場合) の電圧過渡を測定します。

UHFプローブは300MHz～3GHzのスペクトルで放射を検知し、ガス絶縁開閉装置に適しています。音響センサーは超音波（多くの場合20kHz～100kHz）で「音を聞きます」。HFCT（高周波電流トランス）はクランプオン式で、部分放電パルスを電流パルスとして読み取り、接地ケーブルに注入します。 オンラインPD測定におけるHFCTセンサーとUHFセンサーの比較評価を発表 UHFは小さなPD放電に対してより高い感度を提供するのに対し、直接接続されたHFCTの測定値はより大きなパルスを示すため、これら2つの技術は別個の役割を果たしつつも、互いに補完し合う役割を果たしていることが示された。

どの列でもざっと見れば、メッセージは完全に明確になるはずです。TEVだけに頼ると表面追跡が見えなくなり、HFCTだけに頼るとコロナがそのまま見過ごされてしまいます。これが、評判の良いPD検査手順が複数のセンサーを使用する理由です。そして、私たちの分析によると、 さまざまな種類の部分放電 図に示すように、各欠陥モードは異なる検出器に対応付けられます。

オンラインとオフラインの製品開発テスト：2つの異なるツールチェーン

オンラインテストでは、対象機器が通常のサービス電圧で通電状態にある間に部分放電（PD）を測定します。オフラインテストでは、対象機器の電源を切断し、別の高電圧電源から再通電することで、テスト対象機器にテスト電圧を上昇させて維持します。この区分は、各ルートで異なるハードウェアが必要となるため、デバイス数に影響します。

機器の電源を切らずに部分放電のテストはできますか？

もちろん、その通りです。オンラインPDテストは、実際には照明を消す必要がないようにするためのものです。「稼働中の」配電装置室の「TEVまたはUHFスキャン」を実行でき、現場の担当者によると、各回転機でオンラインPDを1ラウンドあたり15分未満で、年に数回実施できます。この「制御」には限界があります。「動作電圧でのPDを見るもう1つの方法、つまり電圧が上昇して問題が隠れるまで不良箇所は放電しない」という点です。

一つだけ注意点があります。特にシールド付き電源ケーブルの場合、 IEEE 400.3 オンラインおよび外部ソースのPDテストを統合された診断ガイドとして扱うため、「2つのツールチェーン」という区分は、厳密な区別というよりは、計画立案の補助となるものです。

ケーブル、変圧器、開閉装置における部分放電試験

デバイス数の乗数となる2つ目の要素は、資産そのものです。放電の仕方は故障箇所によって異なるため、最適な方法は資産の種類によって異なります。

ケーブルシステムおよび付属品

中電圧および高電圧ケーブルの場合、部分放電（PD）はほぼ常にケーブル絶縁電界制御が最も不正確なケーブル接続部およびケーブル終端部から発生します。ケーブルシールド接地ストラップにHFCTを適用することは、ケーブル試験の一般的なツールであり、通常は試運転時のオフライン部分放電測定のためにVLFシステムと併用されます。現場では、シールド接地へのアクセスとケーブルに沿って伝導されるノイズという2つの実際的な困難が指摘されています。詳細については、当社の注記を参照してください。 高電圧試験手順 PDテストをより広範なケーブル受入計画に組み込む予定がある場合。

変圧器および回転機械

液体充填トランスには別の規格が使われています。 IEEE C57.113これは、IEC 60270 に準拠した測定回路を定義し、変圧器や分路リアクトルの被試験機器への校正を行うためのものです。これは回転機械にも当てはまり、IEC 60034-27 規格群では、モータと発電機の両方のオフラインおよびオンライン試験について規定しており、さらに新しい IEC TS 60034-27-6 では、可変周波数ドライブに接続された機械のオンライン PD 測定が導入されており、これは大規模な VFD 設備を保有するすべての工場に影響を与えます。

開閉装置およびGIS

金属被覆開閉装置の場合、標準的な非侵襲試験はTEVです。しかし、ガス封入開閉装置の場合はUHFです。簡単でありながら非常に役立つヒントとして、TEVセンサーをキュービクルに引き込まれるケーブルに当てて、開閉装置パネル内部のシールドに結合させることで、キュービクルをテストすることもできます。これは、パネルを直接テストするよりも強い値を示すことがよくあります。これが、専用設計の 部分放電試験装置 単一の機能を持つパッケージとして出荷するのではなく、複数の入力方法を組み合わせる傾向がある。

ケーブルをテストすることで、開閉装置内部のPD（部分放電）を検出できますか？

はい、一般的には可能です。シールドは配電盤に接地されているため、TEVは配電盤に入るケーブルシールド上で直接測定することで、配電盤内部で発生しているあらゆる事象と結合できます。これは、特定の領域を迅速にスキャンする便利な方法ですが、結合されたシステム内に何かが存在することを確認するだけで、それが何であるか、どこにあるのかを正確に特定するわけではないため、配電盤での直接測定の代替手段には決してなりません。私はよくユーザーに、詳細な調査ツールキットを取り出す前に、詳細な調査の必要性と、停電期間の観点からの費用対効果を確認することが重要だと伝えています。

PD測定器は実際にいくつ必要ですか？

見出しを飾るジレンマ（実際、ほとんどの電力会社にとってこれは深刻なジレンマです）に対する最も簡潔な答えは、「何でもできる」と謳う製品を一つだけ購入したり、「すべての電力会社は3つの機器を所有すべき」といった単純な手順に従ったりしないことです。このガイドでは、シンプルな意思決定ツリーである「4つの質問によるPD機器選定ツール」を用いて、問題を4つの質問、つまり4つの決定事項に絞り込み、カタログを閲覧する必要をなくします。

ほとんどの購入者は、質問3（両方/かつ）と質問1（すべて/かつ）に同時に答えると、買い過ぎてしまいます。重要な資産を分離すれば、リストはすぐに縮小できます。 部分放電試験装置の選び方 そしてチェックリスト 部分放電分析装置で注目すべき機能 仕様の詳細を精査する。

PDテストは比較的簡単で、1台の機器で15分程度で完了するが、結果を正しく解釈するには専門のエンジニアが必要となる。機器自体の費用はごくわずかだ。

PDデバイス数を増加させる6つの間違い

過剰に購入したPDツールキットに関して、現場での実践から明らかになった6つのよくある間違い。

• 1. 1台ずつ追加していく方法。新しい機器を追加するたびに、別のスタンドアロンユニットを指定します。マルチチャンネルアナライザーを1台購入する方が、3年間で3台の個別のシングルモード機器を購入するよりもコストが低くなります。
• 2. ノイズ抑制が不十分。PD測定値よりも60dB以上高いレベルで動作している機器では、捉えにくいPD信号がノイズに埋もれてしまう可能性があります。フィルタリング性能の低いデバイスを交換しても解決にはなりません。必要なのは、ノイズフィルタリングの改善です。
• 3. 校正方式なし。 IEC 60270規格 これは、校正係数（k係数）と校正器に依存しており、テスト設定構成が変更されるたびに再確認する必要があります。校正が行われていない場合、デバイスの読み取り値は意味をなさなくなり、確認のために別の機器を購入する必要があります。
• 4. センサーの感度範囲が不十分。例えば、GISに適したセンサーはケーブル終端には適していません。あらかじめ資産適合感度を設定しておくことで、多くの不適切なプローブが廃棄されるのを防ぐことができます。
• 5. アウトソーシングに関する過小評価された計算。ごく少数のデバイスを2年に1回程度チェックするだけであれば、専門の外部サービスプロバイダーを維持するコストは、トレーニングや校正費用を考慮に入れなくても、ハードウェアを使用する社内部門の総コストよりも低くなります。
• 6. ベンダーロックインの落とし穴。ベンダー提供の機器とのみ通信するプローブは、アップグレード時にキット全体を交換する必要があります。ただし、出力デバイスは少なくとも標準ベースであり、校正可能な電荷を備えている必要があります。

どの機器が必要かを決定する基準

では、なぜPDテストがこれほど多くの機器に導入されているのか、その根本的な原因は何でしょうか？それは、PDテストを規制する単一の標準化団体が存在しないからです。規格は、測定対象（何を測定するか）または機器のクラスによって分類されます。つまり、満たさなければならない規格によって、所有する機器のクラスが決まるのです。

部分放電試験の基準は何ですか？

単一の規格はありません。IEC 60270は電荷ベースの部分放電測定の中核規格であり、その第4版は2025年に発行され、長年使用されてきた2000年版に取って代わりました。IEC 60270は単独で存在するものではなく、IEC 60270自体はより高周波の作業についてはIEC TS 62478を参照するように指示しており、そこから先は機器固有の規格が引き継いでいます。 IEEE 400.3 ケーブルにはIEEE C57.113、変圧器にはIEEE C57.113、回転機械にはIEC 60034-27シリーズといった規格があります。「どの規格に従うべきか？」という基本的な疑問は、「どの機器をどのような方法で測定するのか？」という疑問へと発展します。そして、その疑問への答えが、使用する規格リストを決定します。規格の違いは、使用するツールの違いにもつながります。

部分放電試験と耐電圧試験、誘電正接、絶縁抵抗の比較

しかし、デバイスが爆発的に増えているように見える原因の一部は、他の主要な高電圧絶縁試験規格との混同にあります。これらは同等ではないため、PDが他の規格とどのように関連しているかを理解することで、不必要な投資の重複を防ぐことができます。

4つの高電圧試験形式のうち、実際にアクティブな故障の物理的な位置を特定し、かつ劣化の速度を示す傾向のある応答を提供する唯一の形式は、部分放電（PD）試験です。一方、耐電圧試験（HIPOT）は全く異なるものを測定します。過負荷に耐え、その過程で完全に正常な絶縁体を損傷するかどうかです。すでに耐電圧試験と誘電正接試験を使用しているプログラムでは、PD試験を避けるのではなく、他のどのタイプの試験でも提供されない警告、リスク評価、および診断機能を提供するためにPD試験を追加します。これらの方法がどのように組み合わされているかについては、概要を参照してください。 高電圧試験方法とその応用.

スポットテストと常時PDモニタリングの比較

最後に、機器の選択に関する決定事項として、試験装置を対象機器まで持ち運ぶか、機器を対象機器に常時設置しておくかという点があります。部分放電（PD）の単発試験では、過去の測定値との比較なしに重要な判断を下すことはほとんどありません。ほとんどの実務者は、故障の発生を検出する際に、単発試験よりもPD活動の傾向を重視しており、これが問題の捉え方を変えています。

継続的な部分放電（PD）監視は、ツールボックスに加えるべき新たな機器となるかもしれませんが、費用のかかる継続的な検査を単一の機器で効果的に置き換え、定期点検の合間に発生する突発的かつ急速に進行する故障状態を確実に検出します。通常、変圧器などの特に重要な機器に常設監視機器を1台設置するコストは、現場への出張や技術者の人件費を伴う定期点検にかかるコストよりもはるかに低くなります。これは「我々対彼ら」という構図ではなく、PD試験および監視プログラム全体を通して、スポット型機器と常設監視機器は実際に連携して機能します。 高電圧試験装置 それぞれの位置づけを確認するために、範囲を設定しました。

業界展望：PD計測機器業界が統合を進めている理由

幸いなことに、機器の数を数えることにうんざりしているすべての人にとって、市場は機器数の最小化という方向性に賛同している。2025年に約10億5000万ドルと評価されている部分放電試験装置市場は、企業によって予測は異なるものの、2034年には年平均成長率（CAGR）約6.7%で18億5000万ドルを超える見込みだ。現在の収益の大部分はデスクトップ型およびベンチトップ型の機器によるものだが、市場調査会社はポータブル型および多機能型システムの著しい成長を予測している。

2026年に購入を検討している場合、2つの大きな変化が予想されます。1つ目は、TEV、UHF、HFCT、音響入力が1つのアナライザーに組み込まれたマルチチャンネル機器、いわば「ユニバーサル」診断機器が増加し、この記事で取り上げた機器の数が実質的にゼロになることです。2つ目は、頻繁ではない手動テストから、継続的なオンライン監視への移行が進み、センサーサイズの小型化とAI/機械学習によるパターン認識により、常設モニターがより実現可能になることです。

ご安心ください。規格監視機関もこの問題に取り組んでいます。電荷測定に関する主要なIEC規格であるIEC 60270の第4版は2025年に発行される予定ですので、今購入する次の分析装置は第4版に準拠しているはずです。2026年に機器を購入する場合は、単機能ではなく、規格に準拠した多機能のものを選びましょう。これが機器数の問題を解決する鍵となります。

よくある質問