(57)【要約】      （修正有）【課題】部分放電（ＰＤ）についてデバイスを監視することにより、より深刻な故障が発生する前に、そのデバイスを修理する必要があることを早期に警告する。【解決手段】ＰＤ検出回路４４０の、ＰＤセンサ４１１は、容量結合式センサ、過渡接地電圧センサ、又は高周波結合コンデンサであり、変換器４１０は、ＰＤセンサ４１１と直列の発光デバイス（ＬＥＤ）４１２を含み、電流制限抵抗器もまた、ＬＥＤ４１２と直列又は並列のいずれかで含まれ得る。ＬＥＤ４１２は、更なる処理のために、アナログ光信号４１３を遠隔位置に搬送するように配置された光ファイバ４２０に光学的に連結され得る。【選択図】図１
2020109398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分放電検出システムであって、
電気システムの部分放電（ＰＤ）イベントを感知するように、かつ前記ＰＤイベントに応じてセンサ信号を生成するように構成されたＰＤセンサと、
前記センサ信号を前記ＰＤセンサから受信するように連結されたエンベロープ発生器であって、前記エンベロープ発生器が、前記センサ信号のエンベロープ信号を抽出するように構成されている、エンベロープ発生器と、
前記エンベロープ信号を前記ＰＤイベントのデジタル表現に変換するように構成されたデジタル化器と、を備える、部分放電検出システムシステム。
【請求項２】
前記ＰＤセンサが、結合コンデンサ、過渡接地電圧センサ、変流器、及びアンテナのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項３】
前記エンベロープ発生器が、前記センサ信号の正方向部分又は負方向部分の前記エンベロープ信号を抽出するように構成されている、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項４】
前記エンベロープ発生器が、前記センサ信号の正方向部分及び負方向部分の両方の前記エンベロープ信号を抽出するように構成されている、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項５】
前記エンベロープ発生器が、前記エンベロープ信号を増幅するように構成された少なくとも１つの増幅器を含む、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項６】
前記エンベロープ発生器が、前記増幅器の入力に連結され、かつ前記増幅器のスルーレート要件を低減するように構成された、ダイオードを含む、請求項５に記載の部分放電システム。
【請求項７】
前記エンベロープ信号が電気信号である、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項８】
前記エンベロープ信号が光信号である、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項９】
前記デジタル化器の帯域幅が、測定される前記センサ信号の最高周波数成分未満である、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項１０】
前記エンベロープ発生器が、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタの少なくとも一方又は両方を含む、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項１１】
前記ハイパスフィルタ及び前記ローパスフィルタの少なくとも一方のカットオフ周波数が調整可能である、請求項１０に記載の部分放電システム。
【請求項１２】
前記エンベロープ発生器が、前記ローパスフィルタを提供する特性を有する増幅器を含む、請求項１０に記載の部分放電システム。
【請求項１３】
前記エンベロープ発生器が、前記センサ信号を光信号に変換するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
前記ＬＥＤが、前記ローパスフィルタを提供するように構成されている、請求項１０に記載の部分放電システム。
【請求項１４】
前記エンベロープ信号が光信号であり、前記エンベロープ発生器が、前記光エンベロープ信号を電気信号に変換するように構成された光検出器を含み、
前記光検出器が、前記ローパスフィルタを提供するように構成されている、請求項１０に記載の部分放電システム。
【請求項１５】
前記エンベロープ発生器が、前記センサ信号の正方向部分又は負方向部分を実質的に遮断するように構成された少なくとも１つのダイオードを含む、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項１６】
前記電気システムの基底周波数を検出するように構成された低周波経路を更に備える、請求項１に記載の部分放電システム。
【請求項１７】
方法であって、
電気システムの部分放電（ＰＤ）イベントを感知することと、
前記ＰＤイベントに応じて電気センサ信号を生成することと、
前記センサ信号からエンベロープ信号を抽出することと、
前記エンベロープ信号を前記エンベロープ信号のデジタル表現に変換することと、を含む、方法。
【請求項１８】
前記エンベロープ信号をデジタル表現に変換することが、測定される前記センサ信号の最高周波数成分未満である帯域幅を有するデジタル化器を使用して前記エンベロープ信号を変換することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記エンベロープ信号を抽出することが、前記センサ信号をハイパスフィルタリングすること及びローパスフィルタリングすることの一方又は両方を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記エンベロープ信号を抽出することが、光エンベロープ信号を抽出することを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
部分放電（ＰＤ）は、絶縁体内で又は電気デバイスの電極の近くで発生する小さな電気的火花である。部分放電は、放電の経路が１つの導体から別の導体に又は接地に到達しないため、アーク放電とは異なる。部分放電監視は、電気デバイスの劣化を検出するための重要なツールであり得る。ＰＤの存在は、絶縁劣化、接続不良、水分侵入、意図しない場所での高電圧、又は他の問題を示し得る。
【０００２】
いくつかの実施形態は、部分放電（ＰＤ）検出システムを含む。システムは、電気システムのＰＤイベントを感知するように、かつＰＤイベントに応じてセンサ信号を生成するように構成されたＰＤセンサを含む。エンベロープ発生器が、ＰＤセンサからセンサ信号を受信するように連結されている。エンベロープ発生器は、センサ信号のエンベロープ信号を抽出するように構成されている。デジタル化器が、エンベロープ信号をＰＤイベントのデジタル表現に変換するように構成されている。
【０００３】
いくつかの実施形態は、ＰＤイベントを検出する方法を対象とする。方法は、電気システムのＰＤイベントを感知すること、及びＰＤイベントに応じて電気センサ信号を生成することを含む。エンベロープ信号がセンサ信号から抽出され、エンベロープ信号のデジタル表現に変換される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】様々な実施形態による、電気−光変換器を含むＰＤ検出回路の概略図である。
【図２】様々な実施形態による、電気−光変換器を含むＰＤ検出回路の概略図である。
【図３】様々な実施形態による、電気−光変換器を含むＰＤ検出回路の概略図である。
【図４】様々な実施形態による、電気−光変換器を含むＰＤ検出回路の概略図である。
【図５】いくつかの実施形態による、Ｎ個のＰＤセンサ及びＮ個の電気−光変換器を含むＰＤ監視システムを概略的に示す。
【図６】いくつかの実施形態による、中央処理回路の一部分の代表的な実施形態を示すブロック図である。
【図７】ＰＤイベント中の結合コンデンサの両端電圧のグラフである。
【図８Ａ】いくつかの実施形態による、部分放電システムのブロック図を示す。
【図８Ｂ】いくつかの実施形態による、ＰＤ検出システムのより詳細なブロック図を提供する。
【図９】ＰＤセンサ信号、及びＰＤ信号のエンベロープを示す。
【図１０】いくつかの実施形態による、片側直接電気エンベロープ発生器を備えるＰＤ検出システムの簡略化された概略図である。
【図１１】いくつかの実施形態による、片側直接増幅電気エンベロープ発生器を備えるＰＤ検出システムの簡略化された概略図である。
【図１２】いくつかの実施形態による、両側直接電気エンベロープ発生器を備えるＰＤ検出システムの簡略化された概略図である。
【図１３】いくつかの実施形態による、片側増幅光エンベロープ発生器を含むＰＤ検出システムの簡略化された概略図である。
【図１４】いくつかの実施形態による、両側光エンベロープ発生器を含むＰＤ検出システムの簡略化された概略図である。
【図１５】いくつかの実施形態による、両側光エンベロープ発生器１８１０を含むＰＤ検出システム１８００の簡略化された概略図である。
【図１６Ａ】いくつかの実施形態による、電気−光変換器の第１のＬＥＤからの光信号を表すトランスインピーダンス増幅器の電圧信号出力のグラフである。
【図１６Ｂ】いくつかの実施形態による、電気−光変換器の第２のＬＥＤからの光信号を表すトランスインピーダンス増幅器の電圧信号出力のグラフである。
【図１７Ａ】容量式ＰＤセンサからの最大信号に対する第１のＬＥＤからの光信号を表す電圧信号の比較を示す。
【図１７Ｂ】容量式ＰＤセンサからの最大信号に対する第２のＬＥＤからの光信号を表す電圧信号の比較を示す。
【図１８】いくつかの実施形態による、２つのＬＥＤからの電圧信号に基づいて部分放電電荷振幅を予測するモデルを当てはめるために使用される多項式面を示す。
【図１９】いくつかの実施形態による、容量式ＰＤセンサを使用して測定されたＰＤ電荷に対するモデルを使用して予測されたＰＤ電荷の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
部分放電（ＰＤ）は、高電圧の構成要素、例えば、約１０００ボルトを超える動作電圧を有する構成要素において、より発生する可能性が高いが、ＰＤはまた、より低い電圧の構成要素にも影響を及ぼし得る。部分放電部位は、電気デバイスの絶縁体の欠陥が存在する場所に対応し得る。ＰＤについてデバイスを監視することにより、より深刻な故障が発生する前に、そのデバイスを修理する必要があることを早期に警告することが可能になる。
【０００６】
部分放電（ＰＤ）イベントは、導体間又は導体と接地との間の絶縁材を部分的にのみ架橋する局所的な放電である。各ＰＤイベントは、感知され得る高周波電気信号を生成する。
【０００７】
本明細書で論じられるいくつかの実施形態は、部分放電イベントの発生について電気デバイスを監視することを対象とする。電気デバイスは、電気システムの電気的に接続された構成要素である。一実施例では、電気システムは、電気デバイス、例えば変圧器、と、変圧器を電力網に又は別の電気デバイスに接続するコネクタと、を含む。
【０００８】
本明細書で論じられるいくつかの実施形態は、電気−光変換器を含むＰＤ検出回路を対象とする。図１は、ＰＤセンサ４１１からの電気センサ信号を光信号に変換するように構成された電気−光変換器４１０を含むＰＤ検出回路４４０の概略図である。一般に、ＰＤセンサ４１１は、任意の種類のＰＤセンサであり得る。例えば、ＰＤセンサ４１１は、容量結合式センサであり得るか、又はそれを含み得る。ＰＤセンサ４１１は、過渡接地電圧センサ、又は高周波結合コンデンサ、であり得るか、又はそれを含み得る。変換器４１０は、ＰＤセンサ４１１と直列の発光デバイス（ＬＥＤ）４１２を含む。いくつかの実施形態では、電流制限抵抗器もまた、ＬＥＤ４１２と直列又は並列のいずれかで含まれ得る。
【０００９】
ＬＥＤ４１２は、例えば、発光ダイオード又はレーザを含み得る。ＰＤセンサ４１１は、矢印４８０によって示されるループで流れる電流を生じさせる電気信号を生成する。電気信号は、電気信号に応じてＰＤイベントを示すアナログ光信号４１３を生成するＬＥＤ４１２を駆動する。ＬＥＤ４１２は、更なる処理のために、アナログ光信号４１３を遠隔位置に搬送するように配置された光ファイバ４２０に光学的に連結され得る。いくつかの実施形態では、変換器４１０、及び光ファイバ４２０の入力端４２５は、監視対象の電気的構成要素４０１の位置に配設され、更なる処理は、ＰＤイベントの発生を検出する及び／又は遠隔位置でＰＤイベントの発生に関する情報を抽出する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、ＰＤイベントに関する情報は、図１にあるように、光ファイバ４２０を介してアナログ光信号４１３によって搬送され得る。他の実施形態では、光信号は電気信号に再変換され、電気信号は、ＰＤイベントを示す情報を遠隔位置に搬送する。例えば、アナログ光信号４１３は、光検出器によって電気信号に変換され得、電気信号は、例えば、フィルタリング、増幅及び／又はアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換によって、処理され得る。フィルタリング、増幅、及びＡ／Ｄ変換を実装する回路は、監視対象構成要素４０１の位置に配設することができる。いくつかの実施形態では、デジタル化された電気信号は、デジタル光信号が光ファイバに結合される前に、デジタル光信号に再変換され得る。このような実施形態では、デジタル光信号は、監視対象の電気的構成要素からのＰＤイベントに関する情報を遠隔位置に搬送する。
【００１１】
図２は、いくつかの実施形態による、電気−光変換器５１０の別のバージョンの概略図である。この例では、変換器５１０は、任意選択的に、ハイパスフィルタ５３０を含む。図２に示される実施形態では、ハイパスフィルタ５３０は、直列に接続されたコンデンサ５３１及び抵抗器５３２を含む。ハイパスフィルタ５３０は、電気センサ信号の低周波を減衰させる。抵抗５３２は、ＬＥＤ  ５１２、５１４への電流を制限するように選択されている。
【００１２】
第１及び第２のＬＥＤ  ５１２、５１４は、反対の極性で、互いに平行して配置されている。第１及び第２のＬＥＤ  ５１２、５１４は、ＰＤセンサ４１１によって生成された電気信号を光信号５１３、５１５に変換する。第１のＬＥＤ  ５１２は、センサ信号の正方向部分に応じて第１のアナログ光信号５１３を生成し、第２のＬＥＤ  ５１４は、センサ信号の負方向部分に応じて第２のアナログ光信号５１５を生成する。
【００１３】
部分放電イベントによって引き起こされる電圧変動は、典型的には非常に速い（数十ｎｓで振動する）。このような速い信号を記録するには、高価なデータ取得カードが必要である。ＬＥＤ回路にローパスフィルタリングを追加すると、より安価な構成要素で記録することができる低速の生成された光パルス（０．５μ秒〜数μ秒）がもたらされる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ  ５１２、５１４は、ＬＥＤ  ５１２、５１４の応答時間がセンサ信号のローパスフィルタリングを提供するように選択され得る。例えば、いくつかの実装では、許容可能なセンサ信号のローパスフィルタリングは、ＬＥＤ  ５１２、５１４が約５ｎｓの立ち上がり時間及び立ち下がり時間を有するときに達成され得る。代替的には、ローパスフィルタは回路に追加され得る。
【００１４】
ＬＥＤ  ５１２、５１４はそれぞれ、対応する第１及び第２の光ファイバ５２１、５２２に光学的に連結され得る。ＬＥＤ  ５１２は光ファイバ５２１に光学的に連結され、ＬＥＤ  ５１４は光ファイバ５２２に光学的に連結される。いくつかの実施形態では、変換器５１０、及び光ファイバ５２１、５２２の入力端５２５、５２６は、監視対象の電気デバイス４０１に位置する。光ファイバ５２１、５２２は、更なる処理のために第１及び第２のアナログ光信号５１３、５１５を遠隔位置に搬送するように延在する。ＬＥＤ及び光ファイバを含む光相互接続は、監視対象構成要素と、光信号が受信及び処理される遠隔位置との間に、良好な電気絶縁及び低い電磁干渉を有する信号経路を提供する。
【００１５】
上述のように、いくつかの実施形態では、ＰＤイベントに関する情報は、光ファイバ５２１、５２２を介してアナログ光信号５１３、５１５によって搬送され得る。他の実施形態では、光信号５１３、５１５は、監視対象の電気デバイス４０１の位置で電気信号に変換され、電気信号は、前述したように、ＰＤを示す情報を遠隔位置に搬送する。
【００１６】
ＬＥＤとセンサとの間に介在するオペアンプなどの能動デバイスなしでＬＥＤがＰＤセンサに接続されている、図１、図２、及び図３に示される直接電気−光変換器の場合、ＬＥＤのターンオン電圧よりも小さい電圧を発生させるＰＤイベントは、光信号を生成しない。しかしながら、これは、６０Ｈｚの（基底）周波数のうちのいくらかで結合するためにハイパスフィルタ特性を変更することによって調整され得る。この６０Ｈｚの基底周波数は、小さなイベントさえも光信号に変換されるようにＬＥＤをバイアスするために使用され得る。デバイスの感度を高めるために、より低いターンオン電圧を有するＬＥＤを使用することも可能である。
【００１７】
図３は、ＰＤ検出のための電気−光変換器６１０の実施形態を示す。変換器６１０は、変換器５１０と併せて前述したのと多くの同じ構成要素を有する。変換器６１０は、追加的に、ＬＥＤ  ５１２、５１４と接地との間に接続された整流器／調整器６４１を含み、ＬＥＤ  ５１２、５１４の有効ターンオン電圧を約０Ｖにする。図３に示される構成では、整流器／調整器６４１の包含は、約１ｎＣ未満の電荷を測定することを可能にし、小さなＰＤさえもＬＥＤ  ５１２、５１４から光出力を生成することが可能になる。整流器／調整器６４１は、ＬＥＤの両端電圧が入力信号４１１の高周波成分にのみ関連するように、電圧入力４１１への接続を有し得る。
【００１８】
図４は、監視対象の電気的構成要素４０１のＰＤイベントを検出するための電気−光変換器７１０の別の実装を示す。変換器７１０は、ＰＤセンサ４１１と、互いに反対の極性で並列に配置されているＬＥＤ  ７１２、７１４との間に連結された演算増幅器７４２を含む。抵抗器７４３は、ＬＥＤ  ７１２、７１４への電流を制限するように選択されている。ＰＤセンサ４１１とＬＥＤ  ７１２、７１４との間に増幅器７４２を使用することは（ＬＥＤへ直接の方法と比較して）、ＰＤ電荷と線形である出力光パワーを提供する。この技術を使用すると、小さなＰＤイベントが、測定可能な光信号を生成することができる。
【００１９】
いくつかの実装によれば、ＰＤ監視システムは、単一の構成要素の複数の位置を監視するためにその構成要素上に位置付けられた、又は複数の構成要素上に位置付けられた、複数の上述のようなＰＤ変換器を含むことができる。図５は、Ｎ個のＰＤセンサ８１１−１、８１１−２、〜８１１−Ｎ、及びＮ個の電気−光変換器８１０−１、８１０−２〜８１０−Ｎを含むＰＤ監視システムを概略的に示す。各ＰＤ変換器８１０−１、８１０−２、〜８１０−Ｎはそれぞれ、対応する電気的構成要素８０１−１、８０１−２、〜８０１−Ｎに近接して位置付けられている。ＰＤセンサ８１１−１、８１１−２、８１１−Ｎは、それぞれ、構成要素８０１−１、８０１−２、８０１−ＮのＰＤイベントを感知するために、構成要素８０１−１、８０１−２、８０１−Ｎに連結されている。ＰＤセンサ８１１−１、８１１−２、８１１−Ｎのセンサ出力は、それぞれ、ＰＤ変換器８１０−１、８１０−２、８１０−Ｎに連結されている。
【００２０】
本実施形態で例示される各ＰＤ変換器８１０−１、８１０−２、〜８１０−Ｎは、図３又は図４に関連して前述したように、２つのＬＥＤを含む。各ＬＥＤは、光ファイバ８２１−１、８２２−１、８２１−２、８２２−２〜８２１−Ｎ、８２２−Ｎに光学的に連結されている。ＰＤ変換器８１０−１、８１０−２〜８１０−Ｎ、及び光ファイバ８２１−１、８２２−１、８２１−２、８２２−２〜８２１−Ｎ、８２２−Ｎの入力端８２５−１、８２６−１、８２５−２、８２６−２、〜８２５−Ｎ、８２６−Ｎは、監視対象構成要素８０１−１、８０１−２、〜８０１−Ｎにごく近接して位置付けられている。光ファイバ８２１−１、８２２−１、８２１−２、８２２−２〜８２１−Ｎ、８２２−Ｎは、監視対象構成要素８０１−１、８０１−２、〜８０１−ＮのＰＤイベントに関する情報を含む光信号を、ＰＤ情報を抽出するために光信号が電気信号に変換され、処理される、中央処理回路８６０に搬送する。
【００２１】
図６は、中央処理回路８６０の一部分の代表的な実施形態を示すブロック図である。図６に示される中央処理回路の部分は、光ファイバ８２１、８２２の出力端にそれぞれ光学的に連結された第１及び第２の光検出器９２１、９２２を含む。光ファイバ８２１、８２２は、光信号、例えば、ＰＤについて監視されている構成要素に位置するＰＤ変換器の第１及び第２のＬＥＤからのアナログ光信号を搬送する。光検出器９２１、９２２は、光信号を受信し、それらを電気信号に変換する。例えば、各光検出器は、シリコンｐ−ｉ−ｎダイオード、シリコン光電子増倍器、又は他の種類の光検出器を含み得る。光から電気への変換後、各光検出器９２１、９２２からの電気信号は、例えば、演算増幅器を使用して実装されているトランスインピーダンス増幅器９３１、９３２によって、増幅される。次いで、増幅された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器９４１、９４２によってデジタル化され、デジタル化された信号は、デジタル化された信号からＰＤ情報を抽出するように構成された回路９５０に提供される。いくつかの実施形態では、回路は、デジタル化された信号からＰＤ情報を抽出するための記憶されたプログラム命令を実行するプロセッサを含む。追加の信号処理が、ＰＤ変換器と中央処理回路９５０との間の通信リンクに沿った任意の場所に、及び／又は処理回路９５０によって、実装され得る。
【００２２】
部分放電イベントは総電荷量の点において様々であり、ＰＤイベントで転送された総電荷量（クーロンで測定）を判定することは有用であり得る。より大きな電荷のＰＤイベントは、典型的には、電気デバイス上でのより大きな損傷又は電圧ストレスを示す。ＡＣシステムの場合、ＰＤが発生する位相角もまた、中電圧及び高電圧の構成要素における問題を識別するために使用され得る。
【００２３】
ＰＤイベントの大きさは、ＰＤセンサにおける電荷の量によって特徴付けられ得る。ＰＤイベントの電荷の量は、ＰＤセンサ信号の大きさに関連する。センサ信号の大きさからＰＤイベントの電荷への変換は、電気デバイスがオフにされると既知の電荷が電気デバイスに注入される、部分放電検出プロセッサによって実装された較正技術を通じて得ることができる。
【００２４】
センサ信号が、ＬＥＤを直接的に（例えば、図１、図２、図３の構成のように、ＰＤセンサとＬＥＤとの間に介在する増幅器なしで）駆動するように使用される場合、ＰＤ電荷は、測定電圧と線形関係にならない。しかしながら、両方のＬＥＤ上でのイベントの既知の電圧の大きさ／形状があれば、ＰＤ電荷を計算することができる。フォトダイオードを使用して電気信号に逆変換された光信号は、電荷を判定するための２次元当てはめ又は式を使用して結合され得る。
【００２５】
いくつかの実施形態では、ＰＤイベントプロセッサは、ＰＤイベント信号に基づいて電気システムの劣化を検出するように構成され得る。例えば、プロセッサは、異なる時点で取られたＰＤイベント信号から得た情報を記憶し得る。プロセッサは、連続するＰＤイベントからの情報を比較して、電気システムが変化していること、例えば、時間と共に劣化していることを判定し得る。一シナリオでは、プロセッサは、連続するＰＤイベントに対するＰＤ電荷信号の大きさ及び／又は転送された総電荷量を取得し得る。ＰＤ電荷信号の大きさ及び／又はそれらが経時的に増加する速度の場合、プロセッサは、壊滅的な故障が発生する前にオペレータが措置を講じることを可能にするアラート又は通知をトリガし得る。別のシナリオでは、プロセッサは、第１の時点でのＰＤイベントに対応するＰＤセンサ信号（又は他の信号）の第１のシグネチャ（例えば、スナップショット）を取得し、この第１のシグネチャを、第２の時点で発生するＰＤイベントから得られる第２のシグネチャと比較し得る。プロセッサは、第１及び第２のシグネチャの形態、大きさ、タイミング、エンベロープ立ち上がり時間、エンベロープ立ち下がり、時間、及び／又は他のパラメータを比較して、電気システムの変化を検出し得る。信号シグネチャの変化が劣化を示す場合、プロセッサは、信号シグネチャの変化に応じたアラート又は通知をトリガして、オペレータが適切な措置を講じることを可能にし得る。いくつかの実施形態によれば、プロセッサは、最近の使用傾向及び／又は負荷パターンの傾向に基づいて監視対象の電気システムの故障時間を予測するように構成され得る。
【００２６】
部分放電検出における１つの問題は、ＰＤ信号を正確に記録するために、典型的には、高速なデータ取得デバイス（毎秒１億サンプルよりも速い）が必要とされることである。これらの高速なデータ取得デバイスは高価である。本明細書で論じられる実施形態は、高周波数のＰＤ信号（例えば、＞２０ＭＨｚ）をより低い周波数（例えば、２ＭＨｚ）のデジタル化器上で記録するための検出器及び方法を対象とする。本明細書に記載されるいくつかのアプローチは、ＰＤイベントの信号のエンベロープを抽出することを含む。ＰＤ信号のエンベロープは、ＰＤ信号自体よりも、安価で低い周波数のデジタル化器を使用してデジタル化することができる。
【００２７】
ＰＤイベントの電気信号をピックアップするために、部分放電センサ、例えば、容量式センサ、過渡接地電圧プローブ、高周波変流器又は高周波アンテナからの信号が使用され得る。いくつかのＰＤセンサ、例えば、容量式センサ及び／又は変流器は、電力がＡＣである場合、監視対象の電気システムの基底動作周波数を検出することも可能であり得る。いくつかのシナリオでは、例えば高電圧ＤＣ送電では、意図される「基底」周波数は存在しないが、振動及び／又は他の信号異常をチェックするために、そのような信号の低周波数成分を記録することが望ましい場合がある。
【００２８】
図８Ａは、いくつかの実施形態による、部分放電システム１１００のブロック図を示す。システムは、電気システムの部分放電（ＰＤ）イベントを感知するように、かつＰＤイベントに応じてセンサ信号を生成するように構成されたＰＤセンサ１１０１を備える。ＰＤセンサ１１０１は、結合コンデンサ、過渡接地電圧センサ、変流器、及びアンテナのうちの１つ以上を含み得る。図９に示されるように、ＰＤセンサ信号１２００は、例えば、数十ＭＨｚ程度の周波数成分を有する、比較的高い周波数の信号である。ＰＤ信号１２００のエンベロープ１２０１は、ＰＤ信号の正方向のピークをつなぐ正方向部分１２０１ａと、負方向のピークをつなぐ負方向部分１２０１ｂとを有する曲線である。エンベロープ信号１２０１の最高周波数成分は、例えば、１ＭＨｚ未満、又は１００ＫＨｚ未満であり得る。
【００２９】
エンベロープ発生器１１１０は、ＰＤセンサ１１０１からセンサ信号を受信するように連結されている。エンベロープ発生器１１１０は、センサ信号からエンベロープ信号を抽出する。エンベロープ発生器１１１０は、センサ信号の正方向部分及びセンサ信号の負方向部分の一方又は両方からエンベロープ信号を抽出し得る。
【００３０】
デジタル化器１１５０は、エンベロープ発生器１１１０に連結されており、エンベロープ信号をエンベロープ信号のデジタル表現に変換するように構成されている。いくつかの実施形態では、デジタル化器１１５０の帯域幅は、測定される所望の周波数成分の約１／５未満、又は更には約１／１０未満であり得る。デジタル化器の出力は、エンベロープ信号を分析してＰＤイベントの特性を判定するように構成されているプロセッサ１１７５に提供され得る。例えば、プロセッサ１１７５は、ＰＤイベント中に転送された総電荷量を判定し得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ１１７５は、異なる時点で取られたエンベロープ信号から得た情報を記憶し得る。プロセッサ１１７５は、連続するＰＤイベントから得たエンベロープ信号からの情報を比較して、電気システムが劣化しているか、又は別の方法で経時的に変化していることを判定し得る。例えば、プロセッサは、連続するＰＤイベントに対するエンベロープ信号の大きさ及び／又は転送された総電荷量を取得し得る。エンベロープ信号の大きさ、位相分解されたＰＤパターン、及び／又は転送された総電荷量が経時的に増加している場合、プロセッサ１１７５は、増加するエンベロープ信号の大きさ及び／又は転送された総電荷量に応じたアラート又は通知をトリガして、壊滅的な故障が発生する前にオペレータが措置を講じることを可能にし得る。別のシナリオでは、プロセッサは、第１の時点での第１のＰＤイベント中のエンベロープ信号の第１のシグネチャ（例えば、スナップショット）を取得し、この第１のシグネチャを、第２の時点で得られる第２のＰＤイベント中の第２のシグネチャと比較し得る。プロセッサ１１７５は、第１及び第２のシグネチャの形態、大きさ、エンベロープタイミング、立ち上がり時間、エンベロープ立ち下がり時間、及び／又は他のパラメータを比較して、電気システムの変化を検出し得る。信号シグネチャの変化が劣化と一致する場合、プロセッサ１１７５は、信号シグネチャの変化に応じたアラート又は通知をトリガして、オペレータが適切な措置を講じることを可能にし得る。
【００３１】
電気システムのより高い使用率及び／又はより高い負荷は、より高い頻度で発生し、より高い大きさを有し、より大きな転送された総電荷量をもたらし、並びに／又はシステムの使用率及び／若しくは負荷を示す他の特性を有するＰＤイベントに相関する。いくつかの実施形態によれば、プロセッサ１１７５は、これらのＰＤイベント特性を追跡し続け、電気システムの使用率及び／又は負荷を経時的に判定し得る。いくつかの実装では、プロセッサは、システムの使用傾向及び／若しくは負荷傾向に基づいて、並びに／又はＰＤイベントの特性に基づいて、電気システムの故障までの時間を予測することができる。
【００３２】
図８Ｂは、いくつかの実施形態による、ＰＤ検出システム１１００Ｂのより詳細なブロック図を提供する。ＰＤセンサ１１０１は、監視対象の電気システムのＰＤイベントに応じて電気信号を提供する。図８Ｂに示されるように、エンベロープ発生器１１１０は、ＰＤセンサに連結されたハイパスフィルタを含む。ハイパスフィルタ１１１１は、電気的ＰＤセンサ信号内の約５０ｋＨｚ未満の周波数が、フィルタ１１１１によって実質的に減衰させられるように、カットオフ周波数を有し得る。例えば、ＰＤイベントについてＡＣ電気システムを監視するとき、ハイパスフィルタ１１１１は、典型的には、ライン周波数を遮断し得る。エンベロープ発生器１１１０は、１）ハイパスフィルタ１１１１の出力において信号の負方向部分を遮断し、正方向部分を通過させ、２）ハイパスフィルタ１１１１の出力において信号の正方向部分を遮断し、負方向部分を通過させ、並びに／又は３）ハイパスフィルタ１１１１の出力において信号の正方向部分及び負方向部分の絶対値を提供する整流器回路１１１２を含むことができる。整流器回路１１１２の出力は、整流された信号から高周波成分を減衰させるローパスフィルタ１１１３に連結され、ローパスフィルタ１１１３の出力においてエンベロープ信号を提供する。エンベロープ発生器１１１０は、任意選択的に、エンベロープ信号を増幅する増幅器１１１４を含む。エンベロープ信号は、デジタル化器１１５０のデジタル化器要素１１５１によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。任意選択的に、整流器１１１２の出力における電気信号は、光信号に変換され得、光信号は、増幅器１１１４による増幅前に電気信号に再変換され得る。光信号は、いくつかの実装において電気絶縁又は電磁干渉の低減のために望ましい場合がある。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ハイパスフィルタ１１１１及び／又はローパスフィルタ１１１３のカットオフ周波数は、調整可能であり得る。調整可能なフィルタは、異なる周波数でのＰＤ信号振幅のスペクトルが生成されることを可能にする。調整可能フィルタはまた、特定の測定帯域を選択することにも使用され得、したがって、無線周波数信号、他の発生源からのＰＤなど、環境背景ノイズをピックアップするのを回避し、ＰＤ検出システムの感度を高めることができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、ＰＤ検出システム１１００Ｂは、任意選択的に、監視対象のＡＣ電気システムの動作周波数を検出するチャネル１１６０を含むことができる。チャネル１１６０は、ＰＤイベントについて監視されているＡＣシステムの動作周波数を超える、例えば、その１０倍、１００倍、１０００倍の、周波数を実質的に減衰させると同時に、監視対象のＡＣシステムの動作周波数よりも低い周波数を通過させるローパスフィルタ１１１５を含む。フィルタリングされた信号は、増幅器構成要素１１１６及び／又は１１１７によって増幅され得る。いくつかの実施形態では、増幅器１１１６と１１１７との間の信号は、電気信号であり得る。他の実施形態では、増幅器１１１６の出力は光信号に変換され、増幅器１１１７の入力前に電気信号に再変換され得る。増幅器１１１７の出力は、デジタル化器構成要素１１５２によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。基底周波数を検出することにより、検出されたＰＤイベントの位相角は、同じデジタル化器を使用して容易に記録することができる。
【００３５】
デジタル化器構成要素１１５１、１１５２の出力は、プロセッサに連結され得る（図８Ｂには図示せず）。プロセッサは、例えば、図８Ａに関連して更に説明されるように、エンベロープ信号を分析するように構成され得る。
【００３６】
図１０〜図１５は、様々な実施形態による、いくつかのＰＤ検出システムの簡略化された概略図を提供する。図１０〜図１５に示される概略構成は、本明細書に記載されるアプローチに従ってＰＤ信号の周波数を、より費用効果的にデジタル化及び分析されることができるより低い周波数のエンベロープ信号にダウンコンバートするＰＤ検出システムを実現するための多くの回路実装のうちのほんのいくつかを提供する。
【００３７】
図１０は、いくつかの実施形態による、片側直接電気エンベロープ発生器１３１０を備えるＰＤ検出システム１３００の簡略化された概略図である。ＰＤセンサ１１０１は、監視対象の電気システムのＰＤイベントに応じて電気信号を提供する。図１０に示されるように、エンベロープ発生器１３１０は、ＰＤセンサ１１０１に連結されたハイパスフィルタ１３１１ａを含む。図１０において、ハイパスフィルタ１３１１は、コンデンサ１３２１及び抵抗器１３２２を含む受動フィルタとして示されているが、他の種類のハイパスフィルタ回路が使用されてもよいことは理解されるであろう。エンベロープ発生器１３１０は、ハイパスフィルタ１３１１の出力１３１１ｂでの信号の負方向部分を遮断し、正方向部分を通過させるように配置されているダイオードとして例示された整流器回路１３１２を含む。整流器回路１３１２の出力１３１２ｂは、整流された信号から高周波成分を減衰させるローパスフィルタ１３１３に連結され、ローパスフィルタ１３１３の出力１３１３ｂにおいてエンベロープ信号を提供する。図１０において、ローパスフィルタ１３１３は、コンデンサ１３２４及び抵抗器１３２３を含む受動フィルタとして示されているが、他の種類のローパスフィルタ回路が使用されてもよいことは理解されるであろう。エンベロープ信号は、デジタル化器１３５０のデジタル化器構成要素１３５１によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００３８】
いくつかの実施形態では、ハイパスフィルタ１３１１及び／又はローパスフィルタ１３１３のカットオフ周波数は、調整可能であり得る。調整可能なフィルタは、異なる周波数でのＰＤ信号振幅のスペクトルが生成されることを可能にする。調整可能フィルタはまた、無線周波数信号、他の発生源からのＰＤなど、環境背景ノイズをピックアップするのを回避することにも使用され得、したがって、ＰＤ検出システムの感度を高めることができる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ＰＤ検出システム１３００は、任意選択的に、監視対象のＡＣ電気システムの動作周波数を検出する第２のチャネル１３６０を含むことができる。チャネル１３６０は、電気システムの動作周波数よりも低い周波数を通過させながら、動作周波数を超える、例えば、その１０倍、１００倍、１０００倍の、周波数を実質的に減衰させるローパスフィルタ１３１５を含む。図１０において、ローパスフィルタ１３１５は、コンデンサ１３２５及び抵抗器１３２６を含む受動フィルタとして示されているが、他の種類のローパスフィルタ回路が使用されてもよいことは理解されるであろう。ローパスフィルタ１３１５の出力１３１５ｂは、デジタル化器構成要素１３５２によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル化器構成要素１３５１、１３５２の出力は、プロセッサに連結され得る（図１０には図示せず）。プロセッサは、例えば、図８Ａに関連して更に説明されるように、エンベロープ信号を分析するように構成され得る。
【００４０】
図１１は、いくつかの実施形態による、片側直接増幅電気エンベロープ発生器１４１０を備えるＰＤ検出システム１４００の簡略化された概略図である。ＰＤ検出システム１４００の構成要素の多くは、片側直接電気エンベロープ発生器１３１０に関連して前述したものと類似している。ＰＤ検出システム１４００は、ハイパスフィルタ１３１１とローパスフィルタ１３１３との間に接続された増幅器１４９０及びバイアス抵抗器１４９１、１４９２を含む。整流器１３１２は、任意選択的に、ハイパスフィルタ１３１１と増幅器１４９０との間に、及び／又は増幅器１４９０とローパスフィルタ１３１３との間に接続され得る。エンベロープ発生器１４１０の出力は、デジタル化器構成要素１３５１に提供される増幅されたエンベロープ信号を提供する。デジタル化器構成要素１３５１によって生成されたデジタル化された信号は、上述のようにＰＤイベントの更なる分析を実行するプロセッサに提供され得る（図１１には図示せず）。この特定の実施形態では、監視対象のＡＣシステムの動作周波数を検出するための任意選択の別個のチャネルが任意選択的に含まれてもよいが、図示されてはいない。
【００４１】
図１２は、いくつかの実施形態による、両側直接電気エンベロープ発生器１５１０を備えるＰＤ検出システム１５００の簡略化された概略図である。ＰＤセンサ１１０１は、監視対象の電気システムのＰＤイベントに応じて電気信号を提供する。エンベロープ発生器１５１０は、コンデンサ１５２１及び抵抗器１５２２を含む受動ハイパスフィルタとしてここに表されるハイパスフィルタ１５１１を含む。図１２に示されるように、エンベロープ発生器１５１０は、２つの電気チャネル１５７１、１５７２を含み、チャネル１５７１は、ハイパスフィルタ１５１１の正方向信号出力を通過させ、チャネル１５７２は、ハイパスフィルタ１５１１の負方向信号出力を通過させる。整流器１５１２は、正方向のハイパスフィルタリングされた信号をローパスフィルタ１５１３に渡す。逆向きに配置された整流器１５１４は、負方向のハイパスフィルタリングされた信号をローパスフィルタ１５１６に渡す。
【００４２】
ローパスフィルタ１５１３は、正方向信号から高周波成分を減衰させ、ローパスフィルタ１５１３の出力１５１３ｂにおいて正方向のエンベロープ部分を提供する。図１２において、ローパスフィルタ１５１３は、コンデンサ１５２４及び抵抗器１５２３を含む受動フィルタとして示されているが、他の種類のローパスフィルタ回路が使用されてもよいことは理解されるであろう。ローパス回路がデジタル化器に内蔵されることも可能であり、いくつかの実施形態では、追加のローパスフィルタを必要としない。エンベロープ信号の正方向部分は、デジタル化器１５５０によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００４３】
ローパスフィルタ１５１６は、負方向信号から高周波成分を減衰させ、ローパスフィルタ１５１６の出力１５１６ｂにおいて負方向のエンベロープ部分を提供する。図１２において、ローパスフィルタ１５１６は、コンデンサ１５２８及び抵抗器１５２７を含む受動フィルタとして示されているが、他の種類のローパスフィルタ回路が使用されてもよいことは理解されるであろう。エンベロープ信号の負方向部分は、デジタル化器１５５０によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００４４】
ＰＤ検出システム１５００は、任意選択的に、監視対象のＡＣ電気システムの動作周波数を検出するチャネル１５６０を含むことができる。チャネル１５６０は、電気システムの動作周波数よりも低い周波数を通過させながら、動作周波数を超える、例えば、その１０倍、１００倍、１０００倍の、周波数を実質的に減衰させるローパスフィルタ１５１５を含む。図１２において、ローパスフィルタ１５１５は、コンデンサ１５２６及び抵抗器１５２５を含む受動フィルタとして示されているが、他の種類のローパスフィルタ回路が使用されてもよいことは理解されるであろう。ローパスフィルタ１５１５の出力１５１５ｂは、デジタル化器１５５０によってアナログ信号からデジタル信号に変換され得る。デジタル化器１５５０の出力は、プロセッサに連結され得る（図１２には図示せず）。プロセッサは、例えば、図８Ａに関連して更に説明されるように、エンベロープ信号を分析するように構成され得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、ハイパスフィルタ１５１１及び／又はローパスフィルタ１５１３、１５１５、１５１６のカットオフ周波数は、上述のように調整可能であり得る。
【００４６】
図１３は、いくつかの実施形態による、片側増幅光エンベロープ発生器１６１０を含むＰＤ検出システム１６００の簡略化された概略図である。ＰＤセンサ１１０１は、監視対象の電気システムのＰＤイベントに応じて電気信号を提供する。エンベロープ発生器１６１０は、コンデンサ１６２１及び抵抗器１６２２を含む受動ハイパスフィルタとしてここに表されるハイパスフィルタ１６１１を含む。ハイパスフィルタ１６１１は、一般に、任意の種類のハイパスフィルタを含み得、任意選択的に、本明細書で論じられるような調整可能なカットオフ周波数を有し得る。
【００４７】
整流器１６１２は、任意選択的に、ハイパスフィルタ１６１１の出力１６１１ｂにおいて、ハイパスフィルタ１６１１と増幅器１６９０との間に連結され得る。整流器１６１２は、ハイパスフィルタリングされた信号の正方向部分を通過させる。出力１６１１ｂでの信号の高周波成分が増幅器１６９０のスルーレートを超えると、増幅器１６９０の出力での増幅された信号は歪んでいる可能性がある。いくつかの構成では、整流器１６１２の特性は、増幅器１６９０のスルーレート要件が低減されるように選択され得る。例えば、整流器１６１２の応答時間（立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間）は、出力１６１１ｂでの信号の高周波成分を減衰させるように選択され得る。
【００４８】
増幅器１６９０の出力１６９０ｂでの信号は発光ダイオード（ＬＥＤ）１６９３を駆動し、ＬＥＤ  １６９３を通る電流は、抵抗器１６９１によって制限されている。ＬＥＤ  １６９３によって生成された光は、光検出器１６８１によって検出され、光検出器出力１６８１ｂにおいて電気信号に変換される。任意選択的に、増幅器１６８２は、第２の増幅の段を提供するために、エンベロープ発生器１６１０に含められる。増幅器１６８２の出力１６８２ｂでの増幅された信号は、デジタル化器１６５０によってデジタル化される。デジタル化器１６５０によって生成されたデジタル化された信号は、上述のようにＰＤイベントの更なる分析を実行するプロセッサに提供され得る（図１３には図示せず）。
【００４９】
様々な実施形態では、光検出器１６８１ｂの出力での信号のローパスフィルタリングは、増幅器１６８２の帯域幅を低減することによって達成され得る。エンベロープ発生器１６１０のローパスフィルタリング機能は、整流器１６１２、ＬＥＤ  １６９３、光検出器１６８１及び／又は増幅器１６８２によって提供され得る。これらの構成要素のそれぞれ、一部、又は全ての過渡入力応答特性及び／又は過渡出力応答特性が、エンベロープ信号を生成するローパスフィルタリングを提供し得る。この特定の実施形態では、監視対象のＡＣシステムの動作周波数を検出するための任意選択の別個のチャネルが含まれてもよいが、図示されてはいない。
【００５０】
図１４は、いくつかの実施形態による、両側光エンベロープ発生器１７１０を含むＰＤ検出システム１７００の簡略化された概略図である。ＰＤセンサ１１０１は、監視対象の電気システムのＰＤイベントに応じて電気信号を提供する。エンベロープ発生器１７１０は、コンデンサ１７２１及び抵抗器１７２２を含む受動ハイパスフィルタとしてここに表されるハイパスフィルタ１７１１を含む。ハイパスフィルタ１７１１は、一般に、任意の時間のハイパスフィルタを含み得、任意選択的に、本明細書で論じられるような調整可能なカットオフ周波数を有し得る。
【００５１】
ハイパスフィルタ１７１１の出力１７１１ｂでの信号は、ＬＥＤ  １７９３及び１７９４を駆動する。ＬＥＤ  １７９３を含む第１のチャネル１７７１は、出力１７１１ｂでの信号の正方向部分を第１の光信号に変換する。ＬＥＤ  １７９４を含む第２のチャネル１７７２は、ハイパスフィルタ出力１７１１ｂでの信号の負方向部分を第２の光信号に変換する。光検出器１７８１は、光検出器１７８１の出力１７８１ｂにおいて第１の光信号を電気信号に再変換する。光検出器１７８３は、光検出器１７８３の出力１７８３ｂにおいて第２の光信号を電気信号に再変換する。
【００５２】
任意選択的に、増幅器１７８２、１７８４がエンベロープ発生器１７１０に含められる。出力１７８２ｂ、１７８４ｂでの増幅された信号は、それぞれ、デジタル化器構成要素１７５１、１７５３によってデジタル化される。デジタル化器構成要素１７５１、１７５２によって生成されたデジタル化された信号は、上述のようにＰＤイベントの更なる分析を実行するプロセッサに提供され得る（図１４には図示せず）。
【００５３】
様々な実施形態では、信号チャネル１７７１内でのエンベロープ発生器１７１０のローパスフィルタリングは、ＬＥＤ  １７９３、光検出器１７８１及び／又は増幅器１７８２によって提供され得る。帯域幅、過渡入力応答、及び／又は過渡出力応答など、これらの構成要素のそれぞれ、一部、又は全ての特性が、エンベロープ信号を生成するローパスフィルタリングを提供し得る。同様に、様々な実施形態では、信号チャネル１７７２内でのエンベロープ発生器１７１０のローパスフィルタリングは、ＬＥＤ  １７９４、光検出器１７８３及び／又は増幅器１７８４によって提供され得る。帯域幅、過渡入力応答、及び／又は過渡出力応答など、これらの構成要素のそれぞれ、一部、又は全ての特性が、エンベロープ信号を生成するローパスフィルタリングを提供し得る。この特定の実施形態では、監視対象のＡＣシステムの動作周波数を検出するための任意選択の別個のチャネルが含まれてもよいが、図示されてはいない。
【００５４】
図１５は、いくつかの実施形態による、両側光エンベロープ発生器１８１０を含むＰＤ検出システム１８００の簡略化された概略図である。ＰＤ検出システム１８００の構成要素の多くは、両側光エンベロープ発生器１７００に関連して前述したものと類似している。エンベロープ発生器１８１０は、コンデンサ１８２１及び抵抗器１８２２を含むハイパスフィルタ１８１１とＬＥＤ  １８９３、１８９４との間に接続された増幅器１８９０を含む。受動アナログフィルタとして示されているが、ハイパスフィルタ１８１１は、一般に、任意の種類のフィルタであり得る。いくつかの実施形態では、ハイパスフィルタは、上述のように調整可能である。抵抗器１８９１は、ＬＥＤ  １８９３及び１８９４を通る電流を制限するように含められている。チャネル１８７１内のＬＥＤ  １８７３は、増幅器１８９０の出力１８９０ｂでの信号の正方向部分を第１の光信号に変換する。チャネル１７７２内のＬＥＤ  １８７４は、増幅器１８９０の出力１８９０ｂでの信号の負方向部分を第２の光信号に渡す。
【００５５】
第１の光信号は、光検出器１８８１の出力１８８１ｂにおいて電気信号に再変換される。第２の光信号は、光検出器１８８３の出力１８８３ｂにおいて電気信号に再変換される。
【００５６】
任意選択的に、増幅器１８８２、１８８４がエンベロープ発生器１８１０に含められる。出力１８８２ｂ、１８８４ｂでの増幅された信号は、それぞれ、デジタル化器構成要素１８５１、１８５３によってデジタル化される。デジタル化器構成要素１８５１、１８５３によって生成されたデジタル化された信号は、上述のようにＰＤイベントの更なる分析を実行するプロセッサに提供され得る（図１５には図示せず）。
【００５７】
様々な実施形態では、信号チャネル１８７１内でのエンベロープ発生器１８１０のローパスフィルタリングは、ＬＥＤ  １８７３、光検出器１８８１及び／又は増幅器１８８２によって提供され得る。帯域幅、過渡入力応答、及び／又は過渡出力応答など、これらの構成要素のそれぞれ、一部、又は全ての特性が、エンベロープ信号を生成するローパスフィルタリングを提供し得る。同様に、様々な実施形態では、信号チャネル１８７２内でのエンベロープ発生器１８１０のローパスフィルタリングは、ＬＥＤ  １８７４、光検出器１８８３及び／又は増幅器１８８４によって提供され得る。帯域幅、過渡入力応答、及び／又は過渡出力応答など、これらの構成要素のそれぞれ、一部、又は全ての特性が、エンベロープ信号を生成するローパスフィルタリングを提供し得る。この特定の実施形態では、監視対象のＡＣシステムの動作周波数を検出するための任意選択の別個のチャネルが含まれてもよいが、図示されてはいない。
【実施例】
【００５８】
１１０Ｖ−７０００Ｖの計器用変圧器を使用した試験を実施して、本明細書に記載のＰＤ変換器を実証した。図２に示されるＰＤ変換器回路を使用する容量結合器を試験した。９０ＶＡＣを印加して空気中で変圧器を作動させることによって、内部部分放電を生成した。図７は、ＰＤイベント中の結合コンデンサの両端電圧のグラフである。図７では、複数のＰＤイベントの電圧グラフが重ね合わされている。
【００５９】
第１及び第２の変換器ＬＥＤ（図２中の要素５１２及び５１４）の光信号は、第１及び第２のシリコン光電子増倍器検出器を使用して電気信号に変換された。第１及び第２の光電子増倍器検出器の出力は、第１及び第２のトランスインピーダンス増幅器によって増幅された。図１６Ａは、第１のＬＥＤからの光信号を表すトランスインピーダンス増幅器の電圧信号出力のグラフであり、異なる軌跡は異なるＰＤイベントを表す。図１６Ｂは、第２のＬＥＤからの光信号を表すトランスインピーダンス増幅器の電圧信号出力のグラフである。この実施例のＰＤ変換器で使用されたＬＥＤは５００μ秒の応答時間を有し、したがって、図１６Ａ及び図１６Ｂに示される電圧信号内に、容量結合器からの信号の高速振動は存在しなかった。
【００６０】
図１７Ａは、容量式ＰＤセンサ（図２中の要素４１１）からの最大信号（ＰＤ電荷）に対する第１のＬＥＤ（図２中の構成要素５１２）からの光信号を表す電圧信号の比較を示す。図１７Ｂは、容量式ＰＤセンサ（図２中の構成要素４１１）からの最大信号（ＰＤ電荷）に対する第２のＬＥＤ（図２中の構成要素５１４）からの光信号を表す電圧信号の比較を示す。これらの比較から、容量式ＰＤセンサのＰＤ電荷は、第１及び第２のＬＥＤの光信号を表す電圧信号に相関することに留意されたい。
【００６１】
図１８に示される多項式面を使用して、２つのＬＥＤからの電圧信号に基づいて部分放電電荷振幅を予測するモデルを当てはめた。図１９は、容量式ＰＤセンサを使用して測定されたＰＤ電荷に対するモデルを使用して予測されたＰＤ電荷の比較を示す。図１９に示されている比較は、図２中にあるような電気−光ＰＤ変換器が、１ｎＣよりも大きい大きさを有するＰＤの正確な測定を提供することができることを示す。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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