(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の容器内に本体部を収納して成る電力機器の前記容器内で発生する部分放電の発生位置を特定する部分放電位置標定方法であって、
前記容器の壁面の１点以上の電位を測定することによって前記部分放電を測定する部分放電測定方法を用いて、
前記電力機器の容器の壁面において、第１の測定点を固定しておいて、当該第１の測定点とは異なる第２の測定点を移動させながら、前記第１および第２の測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における前記第２の測定点と前記第１の測定点の垂直２等分面を特定する工程を、前記第１および第２の測定点の内の少なくとも一方の測定点の位置を変えて３回行うことによって、一つの交点で交わる三つの垂直２等分面を特定し、かつ前記交点の３次元の座標を特定し、当該交点の座標を前記部分放電の発生位置とすることを特徴とする部分放電位置標定方法。
【請求項２】
金属製の容器内に本体部を収納して成る電力機器の前記容器内で発生する部分放電の発生位置を特定する部分放電位置標定方法であって、
前記電力機器の容器は６面体であり、当該容器が存在する直交座標系の３軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とすると、
前記容器の壁面の１点以上の電位を測定することによって前記部分放電を測定する部分放電測定方法を用いて、
前記電力機器の容器のｘｚ平面に平行な壁面において、第１の測定点を固定しておいて、当該第１の測定点とは異なる第２の測定点をｘ軸に平行に移動させながら、前記第１および第２の測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における前記第２の測定点と前記第１の測定点との間の中点のｘ座標を特定する第１の工程と、
前記電力機器の容器のｙｚ平面に平行な壁面において、第３の測定点を固定しておいて、当該第３の測定点とは異なる第４の測定点をｙ軸に平行に移動させながら、前記第３および第４の測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における前記第４の測定点と前記第３の測定点との間の中点のｙ座標を特定する第２の工程と、
前記電力機器の容器のｘｚ平面またはｙｚ平面に平行な壁面において、第５の測定点を固定しておいて、当該第５の測定点とは異なる第６の測定点をｚ軸に平行に移動させながら、前記第５および第６の測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における前記第６の測定点と前記第５の測定点との間の中点のｚ座標を特定する第３の工程とを実施して、
前記ｘ座標、ｙ座標およびｚ座標から成る３次元の座標を前記部分放電の発生位置とすることを特徴とする部分放電位置標定方法。
【請求項３】
金属製の容器内に本体部を収納して成る電力機器の前記容器内で発生する部分放電の発生位置を特定する部分放電位置標定方法であって、
前記電力機器の容器は円筒形であり、
前記容器の壁面の１点以上の電位を測定することによって前記部分放電を測定する部分放電測定方法を用いて、
前記電力機器の容器の側面において、第１の測定点を固定しておいて、当該第１の測定点とは異なる第２の測定点を前記容器の円周方向に移動させながら、前記第１および第２の測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における前記第２の測定点と前記第１の測定点との間の中点を通りかつ前記容器の中心軸を面内に含む縦平面を特定する第１の工程と、
前記電力機器の容器の側面において、第３の測定点を固定しておいて、当該第３の測定点とは異なる第４の測定点を前記容器の中心軸に平行に移動させながら、前記第３および第４の測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における前記第４の測定点と前記第３の測定点との間の中点を通りかつ前記縦平面に直交する横平面を特定する第２の工程と、
前記縦平面と前記横平面との交線が前記容器の側面と交わる２点において測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の時間差から、前記交線上における部分放電の発生位置を特定する第３の工程とを実施して、
前記部分放電の３次元の発生位置を特定することを特徴とする部分放電位置標定方法。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の部分放電位置標定方法に使用する部分放電測定センサーであって、
前記電力機器の容器の壁面に近接させることによって当該壁面との間に静電容量を形成する対向電極と、
一端が前記対向電極に接続されており、他端が接地電位部に接続されるインピーダンス素子と、
前記対向電極が前記電力機器の容器の壁面に近接するように、当該部分放電測定センサーを前記電力機器の容器の壁面に着脱可能に取り付ける取り付け手段とを備えていることを特徴とする部分放電測定センサー。
【請求項５】
前記インピーダンス素子がインダクタである請求項４記載の部分放電測定センサー。
【請求項６】
請求項４または５に記載の部分放電測定センサーと、
前記部分放電測定センサーの前記インピーダンス素子の両端に発生する電圧を測定する測定器と、
前記部分放電測定センサーと前記測定器とを接続する導体とを備えていることを特徴とする部分放電測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば変圧器、リアクトル、コンデンサ、整流器、遮断器、開閉装置、配電盤等であって、金属製の容器内に本体部を収納して成る電力機器の容器内で発生する部分放電を測定する測定方法、当該部分放電の発生位置を特定する標定方法およびその関連装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力機器の事故、故障は停電を伴うため、周囲に与える影響は非常に大きい。この電力機器の異常を早期に発見するためには、絶縁破壊の前駆現象として起こる部分放電を測定することが非常に効果的だと言われている。
【０００３】
部分放電とは、非特許文献１にも記載されているように（第７頁参照）、導体間の絶縁を部分的にのみ橋絡する放電をいい、導体間を完全に橋絡する放電は含まない。
【０００４】
部分放電の発生メカニズムは、非特許文献１に詳述されているが（例えば第１８−２３頁参照）、これを図１を参照して簡単に説明する。
【０００５】
電力機器の本体部において、交流電圧Ｖacが印加される導体２、４間に挟まれた絶縁物６があり、その中に微小なボイド（空隙状欠陥）８がある場合（図１（Ａ）参照。但しボイド８は図示の位置に限らない。）、その等価回路は図１（Ｂ）で表すことができる。ここで、Ｃg はボイド８の静電容量、Ｃb はボイド８に直列に入る絶縁物６の部分の合成静電容量、Ｃm はＣg 、Ｃb 以外の導体２、４間の静電容量である。
【０００６】
この場合、交流電圧Ｖacの印加に伴って、ボイド８に電界が集中する。従って、交流電圧Ｖacの瞬時値が上昇するに従ってボイド８（Ｃg ）にかかる電圧も上昇し、その電圧がボイド８の火花電圧に達すると、ボイド８に火花放電が生じる。これが部分放電である。それによって、ボイド８（Ｃg ）の両端の電圧ｖg は急激に低下する。この急激な電圧ｖg の変化に伴う電荷の移動を放電パルスと言う。そしてこのような部分放電が、通常は図２に示す例のように、交流電圧Ｖacの半周期ごとに繰り返して発生する。即ち、部分放電の発生周期は、通常は交流電圧Ｖacの周波数の２倍（例えば１２０Ｈｚ）である。但し、部分放電の発生位相は、図示例のものに限らない。
【０００７】
上記部分放電によって、ボイド８中を移動する放電電荷をｑr 、導体２、４間から失われる電荷をｑとすると、両者には次式の関係が成立する。
【０００８】
［数１］
ｑ＝｛Ｃb ／（Ｃb ＋Ｃg ）｝ｑr 
【０００９】
このように、部分放電が生じた結果、導体２、４間から失われる電荷ｑは、ボイド８中を移動した放電電荷ｑr とは違った値になる。ｑを見掛けの放電電荷（放電パルスの大きさ）、ｑr を真の放電電荷と称して区別している。
【００１０】
部分放電の実際の測定においては、一般的に静電容量Ｃg 、Ｃb を測定することはできないので、真の放電電荷ｑr を測定することはできない。そこで上記見掛けの放電電荷ｑに相当する電流（パルス電流）をいかにして正確に測定するかが重要となる。
【００１１】
図３に、従来の部分放電測定方法の一例を示し、その等価回路を図４に示す。これに似た回路による部分放電測定方法は、非特許文献１にも記載されている（例えば第８−１１頁参照）。
【００１２】
電力機器１０は、金属製の容器１２内に本体部１４を収納して成るものである。１８は碍子である。この電力機器１０は、図示を簡略化しているが、例えば、変圧器、リアクトル、コンデンサ、整流器、遮断器、開閉装置、配電盤等である。
【００１３】
本体部１４は、例えば、この電力機器１０が変圧器の場合は変圧器本体、リアクトルの場合はリアクトル本体、コンデンサの場合はコンデンサ本体、整流器の場合は整流器本体である。この本体部１４で発生する部分放電を測定するために、試験用の交流電源２０から本体部１４に交流電圧Ｖacを印加する。
【００１４】
前述した部分放電の発生メカニズムからも分かるように、部分放電箇所は一種の電荷消失源１６（図４参照）であり、これが本体部１４内に存在すると考えることができる。この電荷消失源１６において、部分放電によって、前述した電荷（見掛けの放電電荷）ｑが消失し、その消失分を外部から充電して補填することになる。この現象を測定するのが部分放電測定である。
【００１５】
従来の部分放電測定方法では、交流電源２０に並列に結合コンデンサ２２を接続しておき、この結合コンデンサ２２から上記電荷消失源１６に供給される充電電流Ｉ0 （これは上記消失電荷ｑに相当するパルス電流である）を、検出回路２４の検出インピーダンスＺd を通してその両端に発生するパルス電圧Ｖ1 に変換して、それを測定器２６で測定する。この充電電流Ｉ0 は、部分放電が発生する度に流れる。充電電流Ｉ0 の波形は、一般的に、その閉回路のＲ、Ｌ、Ｃで定まる減衰振動波形となる。パルス電圧Ｖ1 も同じである。測定器２６は例えばオシロスコープである。これが従来からよく行われている測定方法である。
【００１６】
上記充電電流Ｉ0 の経路にはインピーダンスＺ0 、Ｚd が存在し、その高周波インピーダンスは比較的大きいために、充電電流Ｉ0 およびパルス電圧Ｖ1 の振動周波数は、例えば数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚオーダーとなる。この振動周波数と、前述した部分放電の発生周期とは別のものである。このパルス電圧Ｖ1 の実測波形は、後で図８を参照して説明する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】「部分放電測定」、電気学会電気規格調査会標準規格、ＪＥＣ−０４０１−１９９０、電気書院、１９９１年０４月２５日、頁７−１１、１８−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記従来の部分放電測定方法では、測定器２６で測定することができる上記パルス電圧Ｖ1 のＳＮ比が悪く、交流電源２０からのノイズや外来ノイズ等のノイズの影響を受けやすく、従って部分放電測定を正確に行うのが難しいという課題がある。
【００１９】
これは、前述したように、上記充電電流Ｉ0 の経路の高周波インピーダンスが比較的大きいため、充電電流Ｉ0 の振動周波数が低く、それが低いということは継続時間ｔが長いということであり、次式からも分かるように、継続時間ｔが長いと同じ上記電荷ｑを供給する場合、充電電流Ｉ0 の値が小さくなり、ひいてはパルス電圧Ｖ1 の値も小さくなり、ノイズと区別しにくくなるからである。部分放電が軽微な場合は、ＳＮ比は一層悪くなるので、部分放電の測定は一層難しくなる。
【００２０】
［数２］
ｑ＝∫Ｉ0（ｔ）ｄｔ
【００２１】
そこでこの発明は、電力機器の容器内で発生する部分放電をＳＮ比良く測定することができる部分放電測定方法を提供することを一つの目的としている。
【００２２】
更に、上記部分放電測定方法を用いて、電力機器の容器内で発生する部分放電の３次元の発生位置を高感度で特定することができる部分放電位置標定方法を提供することを他の目的としている。
【００２３】
また、上記方法に好適な部分放電測定センサーおよび部分放電測定装置を提供することを更に他の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
この発明に係る部分放電測定方法は、金属製の容器内に本体部を収納して成る電力機器の前記容器内で発生する部分放電を測定する方法であって、前記容器の壁面の１点以上の電位を測定することによって前記部分放電を測定することを特徴としている。
【００２５】
電力機器の容器の壁面と、当該容器内で発生する部分放電箇所との間には、浮遊静電容量が必ず存在する。部分放電によって消失する前述した見掛けの放電電荷ｑは、上記浮遊静電容量からも補填され、それに伴う高周波のパルス電流が前記容器の壁面を通して流れることを本願の発明者達は見出した。このパルス電流の充電経路の、上記浮遊静電容量以外の残留インピーダンスは非常に小さい。これは、当該残留インピーダンスの殆どが前記容器の壁面のインピーダンスであり、当該壁面のインピーダンスは、壁面が面であるので非常に小さいからである。
【００２６】
従って、上記浮遊静電容量から供給されるパルス電流は、急峻に立ち上がる非常に周波数の高い高周波の減衰振動電流となり、その継続時間ｔは非常に短いので、前述した数２からも分かるように、同じ電荷ｑを供給する場合、パルス電流の値（振幅）は非常に大きくなる。このパルス電流に対応して、前記容器の壁面の電位も、急峻にかつ大きく変化するので、この壁面の１点以上の電位を測定することによって、当該容器内で発生する部分放電をＳＮ比良く、高感度で測定することができる。
【００２７】
この発明に係る部分放電位置標定方法の一つは、前記部分放電測定方法を用いて、前記電力機器の容器の壁面において、第１の測定点を固定しておいて、当該第１の測定点とは異なる第２の測定点を移動させながら、前記第１および第２の測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における前記第２の測定点と前記第１の測定点の垂直２等分面を特定する工程を、前記第１および第２の測定点の内の少なくとも一方の測定点の位置を変えて３回行うことによって、一つの交点で交わる三つの垂直２等分面を特定し、かつ前記交点の３次元の座標を特定し、当該交点の座標を前記部分放電の発生位置とすることを特徴としている。
【００２８】
この発明に係る部分放電位置標定方法の他のものは、前記電力機器の容器が６面体または円筒形の場合に、前記部分放電測定方法を用いて、部分放電の３次元の発生位置を特定するものである。
【００２９】
前記容器の壁面の電位測定には、着脱可能な部分放電測定センサーを用いると都合が良い。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１〜３に記載の発明によれば次の効果を奏する。
（ア）この発明で用いる部分放電測定方法によれば部分放電をＳＮ比良く、高感度で測定することができるので、そのような部分放電測定方法を用いることによって、ノイズの影響を受けにくくなり、従って電力機器の容器内で発生する部分放電の３次元の発生位置を、高感度で特定することができる。
（イ）しかも、従来技術の結合コンデンサに相当するものは必要ないので、結合コンデンサを設けることに伴う課題を解決することができる。従って例えば、工場のような試験場だけでなく、電力機器を運転している現場で、実際に運転中の電力機器における部分放電の発生位置を特定することも可能になる。
（ウ）更に、二つの測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探す方法を採用しているので、部分放電の発生位置を特定するための計算が簡単になる。従ってより実用的である。
【００３５】
請求項４に記載の発明によれば次の効果を奏する。即ち、この部分放電測定センサーは、電力機器の容器の壁面に対して着脱可能であるので、当該容器の壁面の電位測定が容易になる。また、この部分放電測定センサーは汎用性があるので、様々な電力機器に容易に適用することができる。更に、この部分放電測定センサーを前記容器の壁面において移動させることができるので、部分放電の発生位置を特定する作業等が容易になる。特に、請求項１〜３に記載の部分放電位置標定方法においては、測定点を移動させながら、異なる測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探す工程を実施するので、上記のように移動が容易なこの発明に係る部分放電測定センサーを用いることによって、部分放電の発生位置を特定する作業が容易になる。
請求項５に記載の発明のよれば次の更なる効果を奏する。即ち、インピーダンス素子をインダクタで構成しているので、当該インピーダンス素子が、商用周波数に対しては低インピーダンス、パルス電圧に対しては高インピーダンスとなり、商用周波数のノイズをアースへ逃がすローパスフィルタのような働きをするので、部分放電発生に伴うパルス電圧をより高いＳＮ比で取り出すことができる。
【００３６】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の部分放電測定センサーを備えているので、請求項４または５に記載の発明の効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】部分放電の発生メカニズムを説明するための概略図であり、（Ａ）は絶縁物中にボイドがある場合の断面図、（Ｂ）はその等価回路図である。
【図２】印加交流電圧と部分放電との関係の一例を示す概略図である。
【図３】従来の部分放電測定方法の一例を示す概略図である。
【図４】図３の等価回路図である。
【図５】この発明に係る部分放電測定方法および部分放電測定装置等の一例を示す概略図である。
【図６】図５の等価回路図である。
【図７】図５および図６中の部分放電測定装置のより具体的な構造の例を示す図である。
【図８】従来の、およびこの発明に係る部分放電測定方法によって実測した部分放電の信号波形の一例を示す図である。
【図９】この発明に係る部分放電位置標定方法の一例を説明するための概略図である。
【図１０】二つの測定点で測定した同一の部分放電の信号波形に時間差がある場合の一例を示す概略図である。
【図１１】この発明に係る部分放電位置標定方法の他の例を説明するための概略図である。
【図１２】二つの測定点で測定した同一の部分放電の信号波形に時間差がある場合において、両信号波形を重ねるときの様子を示す概略図である。
【図１３】この発明に係る部分放電位置標定方法の更に他の例を説明するための概略図である。
【図１４】図１３中の横平面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（１）部分放電測定方法およびその関連装置
この発明に係る部分放電測定方法および部分放電測定装置等の例を、図５〜図７等を参照して説明する。なお、図３、図４に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００３９】
この発明に係る部分放電測定方法は、前述した電力機器１０の金属製の容器１２の壁面の１点以上の電位を測定することによって、容器１２内で発生する部分放電を測定するものである。
【００４０】
その原理を、図６に示す等価回路を参照して説明する。
【００４１】
図４を参照して先に説明したように、部分放電箇所は一種の電荷消失源１６であり、これが電力機器１０の本体部１４内に存在すると考えることができる。この電荷消失源１６において、部分放電によって、前述した電荷（見掛けの放電電荷）ｑが消失し、その消失分を外部から充電して補填することになる。
【００４２】
前述した従来技術では、結合コンデンサ２２（図４参照）から電荷消失源１６に供給される充電電流Ｉ0 （これは上記消失電荷ｑに相当するパルス電流である）を測定していたのであるが、結合コンデンサ２２を設けていなくても、部分放電によって見掛けの放電電荷ｑは消失し、かつ当該消失電荷ｑが何らかの経路で補填されることに変りはない。結合コンデンサ２２の有無によって部分放電現象が変るわけではないからである。
【００４３】
その補填経路として、本願の発明者達は、容器１２の壁面と、当該容器１２内で発生する部分放電箇所との間に存在する浮遊静電容量に着目した。即ち、電力機器１０の容器１２の壁面と、当該容器１２内で発生する部分放電箇所との間には、浮遊静電容量が必ず存在する。その例を図６中に浮遊静電容量Ｃ1 、Ｃ2 で示す。部分放電によって消失する上記見掛けの放電電荷ｑは、この浮遊静電容量Ｃ1 、Ｃ2 からも補填され、それに伴う高周波のパルス電流Ｉ1 、Ｉ2 が容器１２の壁面を通して流れることを本願の発明者達は見出した。しかもこのパルス電流Ｉ1 、Ｉ2 の充電経路の、上記浮遊静電容量Ｃ1 、Ｃ2 以外の残留インピーダンスは非常に小さい。これは、当該残留インピーダンスの殆どが記容器１２の壁面のインピーダンスＺ1 、Ｚ2 であり、当該壁面のインピーダンスＺ1 、Ｚ2 は、壁面が面であるので非常に小さいからである。
【００４４】
従って、上記浮遊静電容量Ｃ1 、Ｃ2 から供給されるパルス電流Ｉ1 、Ｉ2 は、急峻に立ち上がる非常に周波数の高い高周波の減衰振動電流となり、その継続時間ｔは非常に短いので、前述した数２からも分かるように、同じ電荷ｑを供給する場合、パルス電流Ｉ1 、Ｉ2 の値（振幅）は非常に大きくなる。このパルス電流Ｉ1 、Ｉ2 に対応して、容器１２の壁面の電位も、急峻にかつ大きく変化するので、この壁面の１点以上の電位（例えば点Ｐの電位Ｖp ）を測定することによって、当該容器１２内で発生する部分放電をＳＮ比良く、高感度で測定することができる。
【００４５】
簡略化して、上記浮遊静電容量Ｃ1 、Ｃ2 の静電容量をそれぞれＣ、容器１２の壁面のインピーダンスＺ1 、Ｚ2 のインダクタンス成分をそれぞれＬとすると、上記パルス電流Ｉ1 、Ｉ2 の周波数ｆは次式で表すことができる。
【００４６】
［数３］
ｆ≒１／２π√（ＬＣ）
【００４７】
上記静電容量Ｃは例えば数十ｐＦ程度であり、上記インダクタンス成分Ｌを数μＨとすると、上記周波数ｆは数十ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程度となる。これは、前述した従来の測定方法の場合の充電電流Ｉ0 の周波数である数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚよりも遥かに高い周波数である。
【００４８】
上記壁面の電位Ｖp は、この実施形態では、部分放電測定センサー３０を用いて、パルス電圧Ｖ2 として、測定器４４によって測定される。
【００４９】
実測結果の一例を図８に示す。この図は、１００ｐＣの放電電荷量の部分放電を発生させて、前述した従来の測定方法による場合の前記パルス電圧Ｖ1 と、この発明に係る測定方法による場合の上記パルス電圧Ｖ2 とを、２チャンネルの測定器（これは上記測定器２６および４４に相当）で同時に実測した結果を示している。ここでは上記測定器として、横河電機株式会社製のディジタルオシロスコープＤＬ１７４０（入力チャンネル数４、最高サンプリングスピード（実時間サンプリング）１ＧＳ／ｓ、周波数帯域５００ＭＨｚ）を用いた。
【００５０】
パルス電圧Ｖ1 もＶ2 も、時間軸は等しく２μｓ／ｄｉｖである。パルス電圧Ｖ1 の周波数は約２８０ｋＨｚであるのに対して、パルス電圧Ｖ2 の周波数は約２０ＭＨｚであり、遥かに高い周波数である。
【００５１】
一方、電圧軸については、パルス電圧Ｖ2 のチャンネルは５０ｍＶ／ｄｉｖであるが、パルス電圧Ｖ1 のチャンネルは１ｍＶ／ｄｉｖである。パルス電圧Ｖ1 が小さいので拡大表示して見やすくするためである。パルス電圧Ｖ1 の出力電圧（ピークピーク値）は約０．２４ｍＶであるのに対して、パルス電圧Ｖ2 の出力電圧（ピークピーク値）は約３７７ｍＶであり、遥かに大きい。
【００５２】
この図８に示す実測結果は、この発明に係る測定方法の前述した原理説明とよく一致している。即ち、パルス電圧Ｖ1 は小さい値でゆっくりと長時間継続しているのに対して、パルス電圧Ｖ2 は急峻に非常に大きく立ち上がって急速に減衰している。従って、このパルス電圧Ｖ2 を測定することによって、容器１２内で発生する部分放電をＳＮ比良く、高感度で測定することができる。
【００５３】
しかも、パルス電圧Ｖ2 の立ち上がり時点が明瞭であるので、後述する部分放電位置標定方法において、二つのパルス電圧Ｖ2 の信号波形間の時間差を測定すること等においても好都合である。
【００５４】
更に、前述した従来技術では、部分放電測定用の高電圧の結合コンデンサ２２を交流電源２０に並列に接続する必要があるため、（ａ）高電圧の結合コンデンサ２２が必要である、（ｂ）結合コンデンサ２２の接続に多くの手間がかかる、（ｃ）交流電源２０を停止することができない場合は結合コンデンサ２２を接続することができないので部分放電を測定することができない、という課題があるのに対して、この発明に係る測定方法によれば、従来技術の結合コンデンサ２２に相当するものは必要ないので、上記（ａ）〜（ｃ）の課題を解決することができる。従って例えば、工場のような試験場だけでなく、電力機器１０を運転している現場で、実際に運転中の電力機器１０における部分放電を簡単に測定することも可能になる。従って非常に利用価値が高いと言える。
【００５５】
なお、この発明に係る測定方法の場合は、上記交流電源２０は、試験用（部分放電測定用）の交流電源でも良いし、電力機器１０を実際に運転するための交流電源（例えば商用電源）でも良い。
【００５６】
容器１２の壁面の上記電位Ｖp の測定を行うためには、容器１２の壁面に導体を直接取り付けても良いけれども、この実施形態のように部分放電測定センサー３０を用いるのが好ましい。
【００５７】
部分放電測定センサー３０は、図７も参照して、この例では、電力機器１０の容器１２の壁面に近接させることによって当該壁面との間に静電容量Ｃ3 を形成する対向電極３６と、一端が対向電極３６に接続されており、他端が接地電位部に接続されるインピーダンス素子３８と、対向電極３６が容器１２の壁面に近接するように、当該部分放電測定センサー３０を容器１２の壁面に着脱可能に取り付ける取り付け手段４０とを備えている。
【００５８】
対向電極３６の背面部は、この例のように、接地された導体製の（例えば金属製の）ケース３２で覆っておき、その中にインピーダンス素子３８を収納しておくのが好ましい。そのようにすると、ケース３２がシールドボックスとして働くので、測定信号に外来ノイズが混入するのを抑制して、ＳＮ比をより高めることができる。ケース３２と対向電極３６との間は、絶縁物３４によって電気的に絶縁している。
【００５９】
インピーダンス素子３８を設けているのは、それを設けないと対向電極３６が浮遊電位になって外来ノイズの影響を受けやすくなるのを防止する等のためである。それと同様の理由から、インピーダンス素子３８は、コンデンサで構成するよりも、インダクタまたは抵抗器で構成するのが好ましい。その内でも、インピーダンス素子３８をインダクタで構成すれば、当該インピーダンス素子３８が、商用周波数に対しては低インピーダンス、パルス電圧Ｖ2 に対しては高インピーダンスとなり、商用周波数のノイズをアースへ逃がすローパスフィルタのような働きをするので、パルス電圧Ｖ2 をより高いＳＮ比で取り出すことができる。
【００６０】
取り付け手段４０は、例えば、ボンド磁石（これはゴム磁石等とも呼ばれる）、磁石、吸盤等である。
【００６１】
上記静電容量Ｃ3 は、周知の次式によって求めることができる。ここで、Ｓは対向電極３６の面積［ｍ2 ］、Ｌ1 は対向電極３６と容器１２の壁面間の距離［ｍ］、εは誘電率であり空気中の場合は約９×１０-12 ［Ｆ／ｍ］である。
【００６２】
［数４］
Ｃ3 ＝εＳ／Ｌ1 ［Ｆ］
【００６３】
例えば、対向電極３６を１０ｃｍ角とし、距離Ｌ1 を２ｍｍとすると、静電容量Ｃ3 は約４５ｐＦとなる。この程度で十分な大きさのパルス電圧Ｖ2 を得ることができる。
【００６４】
この部分放電測定センサー３０を容器１２の壁面に（例えば点Ｐに）着脱可能に取り付けておいて、容器１２内で発生する部分放電によって上記パルス電流Ｉ1 、Ｉ2 が流れて容器１２の壁面の電位Ｖp が変化すると、静電容量Ｃ3 を経由してインピーダンス素子３８にパルス電流が流れて、このインピーダンス素子３８の両端に前記パルス電圧Ｖ2 が発生する。従ってこのパルス電圧Ｖ2 を測定することによって、容器１２内で発生する部分放電を測定することができる。
【００６５】
上記測定には、この例のように、上記部分放電測定センサー３０と、そのインピーダンス素子３８の両端に発生するパルス電圧Ｖ2 を測定する測定器４４と、部分放電測定センサー３０と測定器４４とを接続する導体４２とを備えている部分放電測定装置５０を用いても良い。
【００６６】
測定器４４は、例えばオシロスコープである。複数チャンネルのオシロスコープにすれば、複数の測定点の信号波形を１台のオシロスコープで同時に測定することができるので、非常に都合が良い。より具体例を挙げると、測定器４４は、前述した（図８の説明参照）ような複数チャンネルのディジタルオシロスコープである。例えば前述したディジタルオシロスコープＤＬ１７４０である。後述する、より高速のディジタルオシロスコープでも良い。
【００６７】
導体４２は、例えば同軸ケーブルである。なお、この部分放電測定装置５０を後述する部分放電位置標定方法に用いて、異なる測定点の信号波形を同時に測定する場合は、対応する複数の測定点用の導体４２の長さは互いに同じにしておく。導体４２中の電気信号の伝播時間差を無くして、部分放電の発生位置の特定を正確にするためである。
【００６８】
上記のような部分放電測定センサー３０、またはそれを備える部分放電測定装置５０によれば、部分放電測定センサー３０が電力機器１０の容器１２の壁面に対して着脱可能であるので、容器１２の壁面の電位測定が容易になる。また、部分放電測定センサー３０は汎用性があるので、様々な電力機器１０に容易に適用することができる。更に、部分放電測定センサー３０を容器１２の壁面において移動させることができるので、部分放電の発生位置を特定する作業等が容易になる。例えば、後述する第１〜第４の部分放電位置標定方法に上記部分放電測定センサー３０またはそれを備える部分放電測定装置５０を用いることによって、部分放電の発生位置を特定する作業が容易になる。
【００６９】
（２）部分放電位置標定方法
次に、前述した部分放電測定方法を用いて、更には前述した部分放電測定センサー３０を含む部分放電測定装置５０を用いて、電力機器１０の容器１２内における部分放電の発生位置を特定する部分放電位置標定方法の例を幾つか説明する。
【００７０】
第１の部分放電位置標定方法を図９を参照して説明する。
【００７１】
前述した部分放電測定方法を用いて、電力機器１０の容器１２の壁面の互いに異なる４点（即ち四つの測定点）で部分放電を測定する。例えばこの４点を、直交座標系で表して、Ａ（０，０，０）、Ｂ（ｂ，０，０）、Ｃ（０，ｃ，０）、Ｄ（０，０，ｄ）とする。また、部分放電の発生位置をＰd （ｘ，ｙ，ｚ）とする。この発生位置は未知である。
【００７２】
そして、前記４点の内の２点間における同一の部分放電の検出時間差τを、互いに異なる２点間において三つ測定する。「同一の部分放電」というのは、先に図２を参照して説明したように、部分放電は通常は交流電圧Ｖacの半周期ごとに繰り返して発生しているが、その内の所定の一つの部分放電、例えば図２中の部分放電７０のことである。後述する第２〜第４の部分放電位置標定方法においても同様である。上記部分放電７０と他の部分放電とは、上記時間差τよりも部分放電の周期の方が遥かに長いので、区別することができる。
【００７３】
各点（測定点）Ａ〜Ｄでの部分放電の測定は、例えば、前述した部分放電測定センサー３０を含む部分放電測定装置５０を用いて行う。即ち、各点Ａ〜Ｄに前述した部分放電測定センサー３０を取り付けて行う。後述する第２〜第４の部分放電位置標定方法における測定点Ｐ1 〜Ｐ6 での部分放電の測定においても同様である。特に、後述する第２〜第４の部分放電位置標定方法においては、測定点を移動させるので、移動が容易な部分放電測定センサー３０を用いると、測定が容易になる。
【００７４】
上記部分放電測定装置５０を構成する測定器４４は、複数チャンネルのもの（例えば複数チャンネルのオシロスコープ）にして、複数の測定点に共用しても良く、そのようにすると同一の画面上で複数の信号波形を同時に観測することができるので、信号波形間の時間差τを測定しやすくなると共に、測定器４４の台数も少なくて済む。例えば、図１０に示す例のように、一つの測定点の上記パルス電圧Ｖ2 の信号波形をチャンネルＣＨ１で測定し、他の測定点の上記パルス電圧Ｖ2 の信号波形をチャンネルＣＨ２で測定し、両信号波形間の時間差τを測定する。後述する第２〜第４の部分放電位置標定方法においても同様であり、複数の信号波形を同一の画面上で同時に観測することができると、両信号波形が重なる点を探しやすくなる（後述する図１２およびその説明参照）と共に、測定器４４の台数も少なくて済む。
【００７５】
また、二つの測定点間の検出時間差τの測定を行うときや、後述する第２〜第４の部分放電位置標定方法の場合のように二つの信号波形が重なる点を探すときには、前述したように、当該二つの測定点用の導体４２の長さは互いに同じにしておく。
【００７６】
上記時間差τは、電気信号の伝播時間差であるために、音波に比べれば非常に小さいけれども、高速信号の測定技術が進歩した現在では、測定可能である。例えば、図８の所で説明したディジタルオシロスコープＤＬ１７４０でも測定可能である。これと同じ会社製の、より高速のディジタルオシロスコープ、例えばＤＬ９０００シリーズ等を用いても良い。後述する第２〜第４の部分放電位置標定方法においても同様である。
【００７７】
上記測定によって、この例では、点ＡＢ間の時間差τab、点ＡＣ間の時間差τac、点ＡＤ間の時間差τadを測定する。点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと、部分放電の発生位置Ｐd との間の距離を、それぞれ、Ｌa 、Ｌb 、Ｌc 、Ｌd とすると、上記時間差τab、τac、τadは、それぞれ、Ｌa −Ｌb 、Ｌa −Ｌc 、Ｌa −Ｌd に比例している。その比例定数は光速Ｃである。各距離Ｌa 〜Ｌd は、具体的には次式で表される。ｂ、ｃ、ｄは既知である。
【００７８】
［数５］
Ｌa ＝√（ｘ2 ＋ｙ2 ＋ｚ2 ）
Ｌb ＝√｛（ｘ−ｂ）2 ＋ｙ2 ＋ｚ2 ｝
Ｌc ＝√｛ｘ2 ＋（ｙ−ｃ）2 ＋ｚ2 ｝
Ｌd ＝√｛ｘ2 ＋ｙ2 ＋（ｚ−ｄ）2 ｝
【００７９】
そこで、上記三つの時間差τab、τac、τadにそれぞれ既知の光速Ｃを掛けて、次式で表される三つの距離を算出する。
【００８０】
［数６］
Ｌa −Ｌb ＝τab×Ｃ
Ｌa −Ｌc ＝τac×Ｃ
Ｌa −Ｌd ＝τad×Ｃ
【００８１】
そして、上記数６で表される三つの距離に基づいて、数５も考慮して、部分放電の３次元の発生位置Ｐd （ｘ，ｙ，ｚ）を特定する。これは、未知数が三つ（ｘ，ｙ，ｚ）であるのに対して、式が数６に示すように三つあるので、３元の連立方程式を解くことによって求めることができる。
【００８２】
なお、上記三つの時間差τab、τac、τadは、例えば、四つの前述したような部分放電測定センサー３０を用いて、更には測定器４４として例えば４チャンネル以上のオシロスコープを用いて、全て同時に測定しても良いし、各時間差τab、τac、τadを別々に測定しても良い。これは、前述したように、部分放電は通常は交流電圧Ｖacの半周期ごとに繰り返して発生しているから可能である。即ち、少なくとも、一つの時間差τを測定する２点で同時に測定すれば良い。その場合は、上記部分放電測定センサー３０は少なくとも二つあれば良い。他の時間差τを測定するときは当該部分放電測定センサー３０を移動させれば良い。
【００８３】
この第１の部分放電位置標定方法によれば次の効果を奏する。即ち、前述した部分放電測定方法によれば部分放電をＳＮ比良く、高感度で測定することができるので、そのような部分放電測定方法を用いることによって、ノイズの影響を受けにくくなり、従って電力機器１０の容器１２内で発生する部分放電の３次元の発生位置を、高感度で特定することができる。
【００８４】
公知の部分放電位置標定方法の一つに、部分放電が発生する音の伝播時間差を測定することによって部分放電の発生位置を特定する音響的方式があるけれども（例えば、上記非特許文献１の１３頁、特開２００７−２９２７００号公報参照）、この方式の最大の課題は、音響の検出感度が非常に悪いため、診断対象として相当劣化した電力機器でないと適用が難しいのが実情である。これに対して、この第１の部分放電位置標定方法は、上記のように、ノイズの影響を受けにくく部分放電の発生位置を高感度で特定することができるので、絶縁劣化が軽微な電力機器１０への適用も可能である。即ち早期診断が可能である。
【００８５】
しかも、この第１の部分放電位置標定方法も、上記部分放電測定方法の場合と同様に、従来技術の結合コンデンサ２２に相当するものは必要ないので、結合コンデンサ２２を設けることに伴う前述した課題を解決することができる。従って例えば、工場のような試験場だけでなく、電力機器１０を運転している現場で、実際に運転中の電力機器１０における部分放電の発生位置を特定することも可能になる。
【００８６】
第２の部分放電位置標定方法を図１１を参照して説明する。
【００８７】
前述した部分放電測定方法を用いて、電力機器１０の容器１２の壁面において、第１の測定点（例えば測定点Ｐ3 ）を固定しておいて、当該第１の測定点とは異なる第２の測定点を移動させながら（例えば測定点Ｐ4 を矢印Ａ2 のようにｙ軸に平行に移動させながら）、前記第１および第２の測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探す。
【００８８】
例えば図１２に示す例のように、測定器４４として複数チャンネルのオシロスコープを用いて、第１の測定点Ｐ3 の上記パルス電圧Ｖ2 の信号波形をチャンネルＣＨ１で測定し、第２の測定点Ｐ4 の上記パルス電圧Ｖ2 の信号波形をチャンネルＣＨ２で測定する。測定点Ｐ4 を矢印Ａ2 で示すように移動させると、部分放電の発生位置Ｐd からの距離が変化して、チャンネルＣＨ２の信号波形は図２中に矢印Ｆで示すように時間軸上で前後に移動するので、図１２中に二点鎖線で示すように、両チャンネルＣＨ１、ＣＨ２の信号波形の時間軸上での位置が重なる点を探す。このような重なる点を探す操作は、前述したように部分放電は通常は交流電圧Ｖacの半周期ごとに繰り返して発生しているので可能である。後述する他の部分放電位置標定方法においても同様である。そして、前記重なる点における第２の測定点Ｐ4 と第１の測定点Ｐ3 の垂直２等分面５２を特定する。垂直２等分面５２は、両測定点Ｐ3 、Ｐ4 間の中点６２を通り、両測定点Ｐ3 、Ｐ4 を結ぶ線に直交する面である。
【００８９】
更に、上記のような垂直２等分面を特定する工程を、第１および第２の測定点の内の少なくとも一方の測定点の位置を変えて３回行うことによって、例えば上記測定点Ｐ3 とＰ4 とによる測定、上記測定点Ｐ3 とそれとは異なる測定点Ｐ6 とによる測定および測定点Ｐ1 とそれとは異なる測定点Ｐ2 とによる測定を行うことによって、一つの交点で交わる三つの垂直２等分面を特定し、かつ当該交点の３次元の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を特定し、当該交点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を部分放電の発生位置Ｐd とする。
【００９０】
なお、測定点を移動させても、二つの信号波形を近づけることはできるけれども重ねることができない場合は、その移動方向よりも更に外側に部分放電の発生位置Ｐd があるので、その場合は、相手の測定点を一旦当該外側方向に移動させた後に、再度測定すれば良い。後述する他の部分放電位置標定方法においても同様である。
【００９１】
この第２の部分放電位置標定方法は、電力機器１０の容器１２の形状が図１１に示した例のような６面体に限定されるものではなく、それ以外の形状の場合にも適用することができる。
【００９２】
この第２の部分放電位置標定方法によれば、前記第１の部分放電位置標定方法の効果と同様の効果を奏することに加えて、次の更なる効果を奏する。即ち、二つの測定点で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探す方法を採用しているので、前記第１の部分放電位置標定方法に比べて、部分放電の発生位置Ｐd を特定するための計算が簡単になる。従ってより実用的である。
【００９３】
電力機器１０の容器１２が６面体（即ち直方体または立方体）の場合に好適な、第３の部分放電位置標定方法を再び図１１を参照して説明する。
【００９４】
電力機器１０の容器１２が存在する直交座標系の３軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とする。より具体的には、容器１２の１点で直交する３面が、図１１に示すように、ｘｙ平面、ｙｚ平面およびｘｚ平面にそれぞれ平行であるような直交座標系を考える。
【００９５】
そして、前述した部分放電測定方法を用いて、次の第１〜第３の工程を実施する。実施する順序は問わない。
【００９６】
第１の工程では、電力機器１０の容器１２のｘｚ平面に平行な壁面において、第１の測定点Ｐ1 を固定しておいて、当該第１の測定点Ｐ1 とは異なる第２の測定点Ｐ2 を矢印Ａ1 で示すようにｘ軸に平行に移動させながら、前記第２の部分放電位置標定方法の場合と同様に（例えば図１２およびその説明参照）、第１および第２の測定点Ｐ1 、Ｐ2 で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における第２の測定点Ｐ2 と第１の測定点Ｐ1 との間の中点６１のｘ座標を特定する。
【００９７】
第２の工程では、容器１２のｙｚ平面に平行な壁面において、第３の測定点Ｐ3 を固定しておいて、当該第３の測定点Ｐ3 とは異なる第４の測定点Ｐ4 を矢印Ａ2 で示すようにｙ軸に平行に移動させながら、第１の工程の場合と同様に、第３および第４の測定点Ｐ3 、Ｐ4 で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における第４の測定点Ｐ4 と第３の測定点Ｐ3 との間の中点６２のｙ座標を特定する。
【００９８】
第３の工程では、容器１２のｘｚ平面またはｙｚ平面に平行な壁面において、第５の測定点Ｐ5 を固定しておいて、当該第５の測定点Ｐ5 とは異なる第６の測定点Ｐ6 を矢印Ａ3 で示すようにｚ軸に平行に移動させながら、第１の工程の場合と同様に、第５および第６の測定点Ｐ5 、Ｐ6 で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における第６の測定点Ｐ6 と第５の測定点Ｐ5 との間の中点６３のｚ座標を特定する。
【００９９】
そして、上記第１〜第３の工程で特定したｘ座標、ｙ座標およびｚ座標から成る３次元の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、容器１２内における部分放電の発生位置Ｐd とする。これによって発生位置Ｐd を特定することができる。
【０１００】
なお、図１１に示す例のように、上記第３の測定点Ｐ3 が第５の測定点Ｐ5 を兼ねていても良い。そのようにすれば、測定点を一つ減らすことができるので、測定がより簡単になる。同様に、ｘｚ平面に平行な壁面においてｚ座標を特定する場合は、上記第１の測定点Ｐ1 が第５の測定点Ｐ5 を兼ねていても良い。
【０１０１】
この第３の部分放電位置標定方法の場合も、前記第２の部分放電位置標定方法の場合と同様の効果を奏する。
【０１０２】
電力機器１０の容器１２が円筒形の場合に好適な、第４の部分放電位置標定方法を図１３および図１４を参照して説明する。
【０１０３】
前述した部分放電測定方法を用いて、次の第１〜第３の工程を実施する。第１の工程と第２の工程とは、先後を逆にしても良い。
【０１０４】
第１の工程では、電力機器１０の容器１２の側面において、第１の測定点Ｐ1 を固定しておいて、当該第１の測定点Ｐ1 とは異なる第２の測定点Ｐ2 を矢印Ａ4 で示すように容器１２の円周方向に移動させながら、前記第２、第３の部分放電位置標定方法の場合と同様に（例えば図１２およびその説明参照）、第１および第２の測定点Ｐ1 、Ｐ2 で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における第２の測定点Ｐ2 と第１の測定点Ｐ1 との間の中点６４を通りかつ容器１２の中心軸５４を面内に含む縦平面５６を特定する。これによって、円柱座標系における、部分放電の発生位置Ｐd の偏角φを特定することができる。
【０１０５】
第２の工程では、容器１２の側面において、第３の測定点Ｐ3 を固定しておいて、当該第３の測定点Ｐ3 とは異なる第４の測定点Ｐ4 を矢印Ａ5 で示すように容器１２の中心軸５４に平行に移動させながら、第１の工程の場合と同様に、第３および第４の測定点Ｐ3 、Ｐ4 で測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の位置が重なる点を探して、当該重なる点における第４の測定点Ｐ4 と第３の測定点Ｐ3 との間の中点６５を通りかつ上記縦平面５６に直交する横平面５７を特定する。これによって、円柱座標系における、部分放電の発生位置Ｐd のｚ座標（高さ）を特定することができる。
【０１０６】
第３の工程では、上記縦平面５６と横平面５７との交線５８が容器１２の側面と交わる２点Ｐ5 、Ｐ6 において測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の時間差から、交線５８上における部分放電の発生位置を特定する。これによって、円柱座標系における、部分放電の発生位置Ｐd の動径ｒを特定することができる。
【０１０７】
この第３の工程を、図１４を参照してより具体的に説明する。両測定点Ｐ5 、Ｐ6 から部分放電の発生位置Ｐd までの距離をそれぞれｍ、ｎとし、両測定点Ｐ5 、Ｐ6 において測定した同一の部分放電の信号波形の時間軸上の時間差をτとすると、次式の関係が成立する。Ｃは光速である。
【０１０８】
［数７］
ｎ−ｍ＝τＣ
【０１０９】
一方、横平面５７の半径をＲとすると次式が成立する。ｒは前述した動径である。
【０１１０】
［数８］
ｒ＝Ｒ−ｍ
ｒ＝ｎ−Ｒ
∴ｒ＝（ｎ−ｍ）／２
【０１１１】
従って、上記数７、数８より次式が成立し、これによって上記動径ｒを特定することができる。
【０１１２】
［数９］
ｒ＝（τＣ）／２
【０１１３】
そして、上記第１〜第３の工程で特定した偏角φ、ｚ座標および動径ｒから成る３次元の座標（ｒ、φ、ｚ）を、容器１２内における部分放電の発生位置Ｐd とする。これによって発生位置Ｐd を特定することができる。
【０１１４】
この第４の部分放電位置標定方法の場合も、前記第２、第３の部分放電位置標定方法の場合と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【０１１５】
１０  電力機器
１２  容器
１４  本体部
２０  交流電源
３０  部分放電測定センサー
３６  対向電極
３８  インピーダンス素子
４０  取り付け手段
４２  導体
４４  測定器
５０  部分放電測定装置
Ｐ1 〜Ｐ6   測定点
Ｖ1 、Ｖ2   パルス電圧
Ｐd   部分放電の発生位置
【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８】
0005493909.tif 000009
【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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