(57)【要約】【課題】  小形、低コストで、回転電機で発生する部分放電を高感度で検出可能な回転電機の部分放電計測装置を得ることを目的とする。【解決手段】  フレーム５内に受信アンテナ１０を設置し、固定子巻線３に発生する部分放電に伴って発生する電磁波を検出する。そして、当該受信アンテナ１０を、平板状の受信電極１０２と誘電体１０１を介して受信電極１０２と平行に配置された平板状の接地電極１０３とを備えたパッチアンテナで構成し、このパッチアンテナ自体の諸元で決定される受信の中心周波数が１．０〜２．５ＧＨｚの範囲となるように、かつ、帯域幅が部分放電の計測に必要な値として中心周波数の５％以下となるようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属容器内に収容された巻線に発生する部分放電を計測するため上記金属容器内にアンテナを備えて上記部分放電に伴って発生する電磁波を検出する回転電機の部分放電計測装置において、
上記アンテナは、平板状の受信電極と誘電体を介して上記受信電極と平行に配置された平板状の接地電極とを備えたパッチアンテナで構成し、上記パッチアンテナ自体の諸元で決定される受信の中心周波数が１．０〜２．５ＧＨｚの範囲となるように、かつ、帯域幅が上記部分放電の計測に必要な値として上記中心周波数の５％以下となるようにしたことを特徴とする回転電機の部分放電計測装置。
【請求項２】
上記アンテナは、上記金属容器内壁が平面に形成された部分に、上記アンテナの電極が上記金属容器内壁の平面と平行になるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の部分放電計測装置。
【請求項３】
上記アンテナは、その受信電極の表面を樹脂層で覆う構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の部分放電計測装置。
【請求項４】
上記アンテナは、その接地電極の背面に樹脂をモールドした構成とし、上記電極からの信号ケーブルを、上記電極面と垂直に上記モールド層から導出したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転電機の部分放電計測装置。
【請求項５】
上記アンテナは、その接地電極の背面に樹脂をモールドした構成とし、上記電極からの信号ケーブルを、上記電極面と平行に上記モールド層から導出したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転電機の部分放電計測装置。
【請求項６】
部分放電電荷量計測値と請求項１ないし５のいずれかに記載の回転電機の部分放電計測装置による電磁波計測値との相関特性データを予め求めておき、
絶縁診断対象で計測した上記電磁波計測値から上記相関特性データを使用して当該電磁波計測値に相当する部分放電電荷量を求め、当該部分放電電荷量と従前蓄積された部分放電電荷量と絶縁劣化基準との相関特性データとに基づき上記巻線の絶縁診断を行う回転電機の絶縁診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機の巻線に発生する部分放電に伴って発生する電磁波を検出する回転電機の部分放電計測装置および同装置を利用した回転電機の絶縁診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、部分放電に伴って発生する電磁波を検出することで回転電機の異常を検出する装置が紹介されている。
即ち、電動機の固定子巻線に部分放電が発生した時に生じる放射電磁波を、巻線端部に対向した位置のフレームの内側に設けた高周波アンテナで構成される放射電磁波検出手段を用い、中心周波数が１〜３ＧＨｚの範囲にある電磁波を帯域幅１ＭＨｚの狭帯域で検出し、信号ケーブルを通って部分放電信号処理手段に伝送する。
電動機では、フレーム内部においては部分放電以外にはＧＨｚ帯の放射電磁波発生源が無いので、１〜３ＧＨｚ帯の放射電磁波を帯域幅１ＭＨｚで検出すれば、その電磁波は回転電機の内部で発生した部分放電であると同定することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３１０１５号公報（第５頁、図２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、ガス絶縁開閉機器のような高電圧電気機器（静止機器）では、元来、部分放電が発生しない設計となっているため、部分放電発生が即機器の異常となるので、部分放電発生の有無が判定基準となる。しかし、本願の対象機器である回転電機では、機器の構造特性から製品出荷時点（新品）でも、通常、弱い部分放電の発生を許容しており、絶縁劣化による部分放電の増大が絶縁劣化と関係しているため、部分放電強度を高感度で計測することが重要な課題である。
例示した先行技術では、ノイズ等の影響を考慮して検出する周波数帯と帯域幅を所定の範囲に設定することは開示しているが、アンテナから信号処理回路に至る、電磁波検出に係る具体的な構成は明らかにしていない。
【０００５】
詳細については更に後段でも触れることになるが、部分放電強度を高感度で検出するためには、広帯域検出特性を有するアンテナを用いるのが一般的である。そして、この高感度で検出した広帯域信号を、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）と増幅器とを備えた信号処理回路を経ることにより、所望の検出信号を得るようにしている。この場合、ＢＰＦや増幅器が高機能のものが必要となり、その構成部品が大形で高価となる。
特に、回転電機では、上述したとおり、低レベルの部分放電を正確に検出することが重要となり、上記構成部品のコストアップ、大形化が避けられない。
この発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、小形、低コストで、回転電機で発生する部分放電を高感度で検出可能な回転電機の部分放電計測装置を得ることを目的とする。
また、その部分放電計測装置を利用して回転電機の絶縁診断を可能とする方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転電機の部分放電計測装置は、金属容器内に収容された巻線に発生する部分放電を計測するため金属容器内にアンテナを備えて部分放電に伴って発生する電磁波を検出する回転電機の部分放電計測装置において、
アンテナは、平板上の受信電極と誘電体を介して受信電極と平行に配置された平板上の接地電極とを備えたパッチアンテナで構成し、このパッチアンテナ自体の諸元で決定される受信の中心周波数が１．０〜２．５ＧＨｚの範囲となるように、かつ、帯域幅が部分放電の計測に必要な値として中心周波数の５％以下となるようにしたものである。
【０００７】
また、この発明に係る回転電機の絶縁診断方法は、部分放電電荷量計測値と上述の回転電機の部分放電計測装置による電磁波計測値との相関特性データを予め求めておき、
絶縁診断対象で計測した電磁波計測値から相関特性データを使用して当該電磁波計測値に相当する部分放電電荷量を求め、当該部分放電電荷量と従前蓄積された部分放電電荷量と絶縁劣化基準との相関特性データとに基づき巻線の絶縁診断を行うものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る回転電機の部分放電計測装置は、以上のように、電磁波を受信するアンテナを、平板上の受信電極と誘電体を介して受信電極と平行に配置された平板上の接地電極とを備えたパッチアンテナで構成し、このパッチアンテナ自体の諸元で決定される受信の中心周波数が１．０〜２．５ＧＨｚの範囲となるように、かつ、帯域幅が部分放電の計測に必要な値として中心周波数の５％以下となるようにしたので、高価で大形となる信号処理回路を必要とすることなく、安価で小形の回転電機の部分放電計測装置を得ることができる。
【０００９】
また、この発明に係る回転電機の絶縁診断方法は、以上のように、部分放電電荷量計測値と上述の回転電機の部分放電計測装置による電磁波計測値との相関特性データを予め求めておき、
絶縁診断対象で計測した電磁波計測値から相関特性データを使用して当該電磁波計測値に相当する部分放電電荷量を求め、当該部分放電電荷量と従前蓄積された部分放電電荷量と絶縁劣化基準との相関特性データとに基づき巻線の絶縁診断を行うので、過去蓄積された部分放電電荷量と絶縁劣化基準に関するデータを有効に活用できる絶縁診断が可能となり、本願発明になる部分放電計測装置の有用性が一層向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における回転電機の部分放電計測装置の構成を示す図である。図１において、回転電機１（図は電動機の場合を示す）の金属容器であるフレーム５内の固定子巻線３に対向した上部ブラケット６内壁に受信アンテナ１０が設置される。受信アンテナ１０は、中心周波数が１．０〜２．５ＧＨｚの周波数帯域内の特定周波数のみ選択的に検出するように狭帯域検出設計としている。ここでは、中心周波数１．８ＧＨｚ、帯域幅１５ＭＨｚ（中心周波数の０．８３％）の検出特性を持つ受信アンテナ１０として設計している。
なお、受信アンテナ１０の構造、設計諸元については、後段で詳述する。
【００１１】
上部ブラケット６は、フレーム５に取り外し可能な状態にボルトで固定される。受信アンテナ１０の出力は、上部ブラケット６に設けたポート１２から高周波ケーブル１０５によって回転電機１の機外に導出され検出手段１４に接続される。この形態１では、高周波ケーブル１０５としてＳＭＡケーブルを使用している。検出手段１４は、検出回路１７と切替器１８と位相検出回路１９で構成される。
検出回路１７の構成を図２に示す。検出回路１７は、フィルタ回路３０とピーク検出回路３１とデータ処理部３２とで構成される。フィルタ回路３０は、可変減衰器(a)３３と増幅器(a)３４とバントパスフィルタ（ＢＰＦ）(a)３５と増幅器(b)３６とで構成される。また、ピーク検出回路３１は、検波部３７とピークホールド（Ｐ/Ｈ）３８とアナログデジタル変換器（Ａ/Ｄ）３９と格納回路（ＲＡＭ）４０とで構成される。検出手段１４の出力は、信号ケーブル１５でノートパソコン１６と接続されている。
なお、検出回路１７の機能動作については、後段で詳述する。
【００１２】
回転電機１の駆動電源は、動力母線２１により端子箱２０に設けた端子台を介して固定子巻線３に接続されている。この動力母線２１に接続された変成器２２からの変成器出力２３が切替器１８に接続される。また、ＡＣ１００Ｖ２４が、検出回路１７に接続されるとともに分岐して切替器１８に接続される。切替器１８は、位相検出回路１９に入力する位相信号を、変成器出力２３とＡＣ１００Ｖ２４とで切替えて選択する構成となっている。位相検出回路１９の出力は検出回路１７に入力される。
【００１３】
全体としての動作は以下の通りである。即ち、回転電機１の固定子巻線３が絶縁劣化すると、回転電機１の運転電圧により部分放電が発生する。この部分放電発生に伴って電磁波が放射される。固定子巻線３は、金属製のフレーム５にて閉鎖されているため、放射された電磁波は直接あるいは散乱して受信アンテナ１０に到達する。この電磁波を検出することにより部分放電を計測する。
受信アンテナ１０で検出した信号は、高周波ケーブル１０５を伝播して検出手段１４に伝送する。検出手段１４では、受信アンテナ１０からの検出信号を増幅しピークホールドしてデジタル変換しＲＡＭ４０に格納する。
【００１４】
次に、受信アンテナ１０の構成を図３に基づいて説明する。図３の（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面断面図である。受信アンテナ１０は、誘電体(a)１０１の表面に平板状の受信電極１０２を配置し、誘電体(a)１０１の裏面に、受信電極１０２と平行に平板状の接地電極１０３を配置したパッチアンテナ構造であり、この例では、中心周波数１．８ＧＨzを選択的に狭帯域で受信するように設計している。
【００１５】
この狭帯域受信アンテナ１０の設計諸元は次の通りである。設計形状は、電圧定在波比(VSWR :Voltage standing wave ratio)が２以下の場合は次式で決まる。なお、VSWRが２以下であれば、通信分野で実用上使用可能とされている。
【００１６】
Ｌ  ＝λ０ /（２・√εｒ）
帯域幅  ＝３．７７・｛（εｒ−１）/εｒ２｝・（Ｗ／Ｌ）・（ｔ/λ０）
【００１７】
但し、
Ｌ：受信電極１０２の横辺の長さ
Ｗ：受信電極１０２の縦辺の長さ
この例では、Ｌ＝Ｗで設計している。
ｔ：誘電体(a)１０１の厚み
ここでは、ｔ＝λ０／１００＝１．６ｍｍとしている。
εr：誘電体(a)１０１の比誘電率
この例では、εr ＝２．８のガラステフロン（登録商標）積層板で構成している。
λ0：受信周波数の波長
この例での受信周波数１．８ＧＨｚでは、λ０ ＝１６６ｍｍとなる。
【００１８】
上記の設計諸元から
Ｌ  ＝λ０ ／（ ２・ √εr）＝４９．６ｍｍ
帯域幅  ＝0.0083（0.83％）
となり、帯域幅は１５ＭＨｚとなる。
【００１９】
接地電極１０３の長さは、図３のＧで決まる。このＧの長さは、受信アンテナ１０のピーク利得と関係する。この例でのピーク利得は、Ｇ／λ０＝0.2で極大を示し、これ以上Ｇを大きくしても利得が変化しない。
従って、この例では、Ｇ＝０．２・λ０として設計しており、Ｇ＝３３ｍｍである。
【００２０】
このように、受信アンテナ１０は、誘電体(a)１０１、受信電極１０２、接地電極１０３を備えたパッチアンテナ構造を有し、接地電極１０３には裏面にコネクタ１０４を半田付けして高周波ケーブル１０５が接続される。高周波ケーブル１０５の芯線１０７は、接地電極１０３と絶縁した構造で受信電極１０２に給電線として接続され、高周波ケーブル１０５のシース１０８は、コネクタ１０４を介して接地電極１０３と接続されている。
このパッチアンテナ構造の誘電体(a)１０１と受信電極１０２と接地電極１０３と高周波ケーブル１０５を取付具１１０とともに合成樹脂１１１でモールドした構造となっている。この例では、合成樹脂１１１としては、機械強度を考慮したシリカ充填エポキシ樹脂を使用している。合成樹脂１１１のモールド厚さは１０ｍｍである。取付具１１０にはネジ穴１１２が設けられている。
【００２１】
上例で設計した受信アンテナ１０の寸法は、１１６ｍｍ×１１６ｍｍ×１２ｍｍとなる。この寸法は、従来の部分放電検出用アンテナと比較して十分に小さい形状を実現しており、回転電機の機内に設置するアンテナとしてコンパクトで有効である。
【００２２】
このように構成した受信アンテナ１０を、図４に示すように、電極面がブラケット内面と平行になるようにボルト１１３で回転電機１の上部ブラケット６の内壁に固定する。従って、固定子巻線３の高電圧部による電界を乱すことがなく絶縁上の信頼性が良好となる。
また、この例のパッチアンテナ構造を有する受信アンテナ１０は、回転電機１の鉄製のフレーム内壁に設置することで、接地電極１０３の背面に無限接地電位が存在することとなり、受信精度が向上し特性が安定する。
【００２３】
ここで、受信アンテナ１０の受信周波数特性に関連して放射電磁波による部分放電の検出について説明する。図５は、電動機のフレーム５内に広帯域の電磁波を検出可能なダブルリジッドガイドアンテナを設置して、運転中に固定子巻線３で発生する部分放電に伴う電磁波を検出した周波数スペクトルである。また、図６は、同電動機の機外に同アンテナを設置して電動機が設置された工場の周辺ノイズを計測した周波数スペクトルである。
図５に示すように、広帯域アンテナを用いてフレーム５内で部分放電を計測できるが電動機周辺には部分放電に類似のノイズが存在するため部分放電計測の障害となる。
本発明では、部分放電を検出できる周波数帯域の中でノイズが無い特定の周波数帯域を明らかにし、このノイズの無い狭帯域で検出することにより、部分放電検出の障害となる周辺ノイズを抑制して部分放電のみを高感度で検出する。
そして、この周辺ノイズを抑制するには、図５、６から検出中心周波数を、図５のＦに示す１．０ＧＨz〜２．５ＧＨzの範囲とした。更に、各種の実験データを経て、最終的に従来から蓄積された部分放電電荷量との相関データを必要な検出範囲で求めるために要求される検出帯域幅としては、中心周波数の５％以下にすればよいことが判明した。
【００２４】
以上の検討を、この形態例の場合に当てはめて言及する。即ち、この実施の形態１では、図３およびこれに関連する計算式で示したように、図５に示す周波数帯域から、中心周波数を１．８ＧＨｚ、３ｄＢｍ降下点の帯域幅を１５ＭＨｚとした受信アンテナ１０で狭帯域検出する。
受信アンテナ１０の検出特性は、図７に示す通りである。その後、図２の検出回路１７のフィルタ回路３０を用いて図８に示す特性の信号を得た後、ピーク検出回路３１で、検波してピークホールドしてデジタル変換した後ＲＡＭ４０に格納する。ここで、図８に示す信号は、図２のＫ点４１の周波数特性で、３ｄＢｍ降下点Ａの帯域が２０ＭＨｚ、２０dBm降下点Ｂの帯域が４０ＭＨｚであり、−９５ｄＢｍまで検出できるようにフィルタ回路３０でノイズを除去している。
【００２５】
なお、この例では、受信アンテナ１０により狭帯域で検出した信号を更にフィルタ回路３０を使用して特性の改善を行っているが、既述したとおり、受信の帯域幅を受信アンテナ自体で中心周波数の５％以下となるようにしておけば、部分放電の計測に必要な精度は得られることが判っている。
また、ここで、フィルタ回路３０を設けているが、この発明では、検出信号が、受信アンテナ１０で既に狭帯域に絞られているので、その構成部品である、ＢＰＦ(a)３５や増幅器(a)(b)３４、３６も小型安価のもので実現できる。
【００２６】
ここで比較のために従来のアンテナ（例えば、ホーンアンテナ、ループアンテナやログペリアンテナなど）を用いた部分放電検出について説明する。
前述したように、部分放電検出には、高感度検出のために上掲のアンテナの中から広帯域検出特性を有するアンテナを用いるのが一般的である。この広帯域アンテナは、図９に示すような検出周波数特性を示す。この図９で示す広帯域信号から、図８に示す信号を得るためには図１０に示すフィルタ回路（Ｂ）５０が必要となる。図１０のフィルタ回路（Ｂ）５０は、可変減衰器(ｂ)５１とＢＰＦ(ｂ)５２と増幅器(ｃ)５３とＢＰＦ(ｃ)５４と増幅器(ｄ)５５とで構成される。
このフィルタ回路（Ｂ）５０は、先の図２のフィルタ回路３０と比較して、入力信号帯域が広帯域であるために、帯域制限のためのＢＰＦ(ｂ)５２が必要となるだけでなく、可変減衰器(ｂ)５１とＢＰＦ(ｂ)５２と増幅器(ｃ)５３とＢＰＦ(ｃ)５４と増幅器(ｄ)５５とがともに高機能で大形のものが必要となる。また、高機能とするために構成部品が高価となりフィルタ回路（Ｂ）５０が高価となる。更に、広帯域入力信号に含まれるノイズも大きいために−９５ｄＢｍまで検出するためのノイズ除去が非常に困難となる。
【００２７】
次に、検出回路１７の機能動作について図１１、１２に基づいて説明する。
部分放電は、回転電機運転中に印加電圧（交流電圧）の位相と同期して連続的に発生する。従って、受信アンテナ１０で受信した電磁波は連続的に検出回路１７に入力される。計測開始指令はノートパソコン１６から発する。
【００２８】
先ず、図１１を参照して、部分放電検出印加電圧位相と計測開始時間との関係について説明する。
位相検出回路１９では固定子巻線３への印加電圧２００の位相を検出し、印加電圧２００の(−)から(＋)へのゼロレベル２０１をクロスする時に位相検出回路１９の出力信号２０２にゼロクロス信号２０３を出力する。ゼロクロス信号２０３は毎サイクルごとに出力する。このゼロクロス信号２０３の間隔２０６は位相信号の1サイクルと一致する。
計測開始指令２０４が発せられると、計測指令後の最初のゼロクロス２０３ａから計測が開始される。図１１の計測開始が計測開始タイミング２０５である。計測時間２０７は１秒から１０秒間で任意時間を設定する。
【００２９】
次に、検出回路１７の動作を図１２を参照して説明する。検出回路１７では、受信アンテナ１０で受信した信号をフィルタ回路３０を通した後、信号処理し易い低周波に周波数変換してピークホールドしデジタル変換してＲＡＭ４０に格納する。部分放電パルス２１０は連続的に発生する。
部分放電検出は、計測開始指令後の最初のゼロクロスから開始し、２０μ秒間ごとに連続計測する。具体的には、２０μ秒間をウインドウ２１２としてその間の最大値をホールドしピークホールド出力２１１する。
今、部分放電パルス２１０ａから部分放電パルス２１０ｇまでの大きさの異なる部分放電パルス２１０が連続的に受信されたとすると、最初のウインドウ２１２ａの２０μ秒間に部分放電パルス２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄが順次入力される。この時、部分放電パルス２１０ａでピークホールドレベル２１１は、ピークホールドレベル２１１ａとなり次の部分放電パルス２１０ｂ、２１０ｃは部分放電パルス２１０ａより小さいので無視される。
【００３０】
更に、次の部分放電パルス２１０ｄは部分放電パルス２１０ａより大きいのでピークホールド出力２１１はピークホールドレベル２１１ｄとなる。ウインドウ２１２ａ内のピークホールド時間２１３は開始から１８μ秒である。１８μ秒後にピークホールドレベル２１１ｄを８ビットでデジタル変換する。その後、リセット時間２１４の２μ秒間でピークホールドレベル２１１ｄをリセットして次のウインドウ２１２ｂの計測に移る。
ウインドウ２１２ｂでは同様に部分放電パルス２１０ｅがピークホールドレベル２１１ｅとなり、部分放電パルス２１０ｆがピークホールドレベル２１１ｆとなる。部分放電パルス２１０ｇは無視され、ピークホールドレベル２１１ｆの出力レベルをデジタル変換する。
【００３１】
次に、ＲＡＭ４０への格納タイミング２１５を説明する。ピークホールドレベル２１１ｄのデジタル値が格納タイミング２１５ｂに格納され、ピークホールドレベル２１１ｆのデジタル値が格納タイミング２１５ｃに格納される。格納タイミング２１５は計測時間情報、すなわち位相信号情報の機能を有する。
ピークホールドレベル２１１とＲＡＭ４０への格納タイミング２１５は同期して作動する。
【００３２】
計測終了後にＲＡＭ４０に格納したデータをノートパソコン１６に転送しファイル名を付けて決められたフォルダに格納する。フォルダは顧客情報管理に基づき対象回転電機ごとに作成する。フォルダに格納後、計測結果を表示する。
【００３３】
上記のようにして計測した部分放電計測結果表示について図１２と図１３を参照して説明する。図１３は1秒間計測した結果である。結果表示はゼロクロス位相から次のゼロクロス位相までを1サイクル分として間隔２０６ごとに分けて、計測時間分のサイクル数を重ねて位相表示する。つまり、1ウインドウ毎に1データが格納されているので、1秒間計測した場合50000ウインドウで50000個の計測データがあり、６０Ｈｚ駆動回転電機の場合は間隔２０６毎に833ウインドウとなり、833ウインドウ毎に読み出して重ね表示する。間隔２０６の中の読み出しウインドウ数が整数にならない場合がある。この場合は、ゼロクロスを基準に整数個読み出して誤差分は無視することで位相の蓄積誤差を無くす。図１２、図１３の位相表示は、図１のＡＣ100Ｖ信号２４の位相を基に表示しており、動力母線２１のＷ相の部分放電を計測している。
【００３４】
図１３は従来法での最大放電電荷（６０pps）が5500pCの部分放電について電磁波で計測したものであり、図１４は同じく400pCの部分放電を計測したものである。従来法では最大放電電荷が約500pC以下ではノイズによる障害のために計測が困難であるが、本発明の計測装置ではノイズを抑制して部分放電のみを感度よく計測している。
【００３５】
なお、以上では、パッチアンテナの中心周波数を１．８ＧＨｚとした構成を説明したが、前述したように１．０ＧＨｚから２．５ＧＨｚの間にあればよい。また帯域幅も１５ＭＨｚに限定されるものではない。検出精度との関係で設定すればよく、ノイズ抑制を高くするためにはより狭い帯域とすればいいが、信号強度が弱くなる。また帯域を広めにすると信号強度が強くなり検出回路設計が容易となるがノイズ抑制効果が悪くなる。結論として、中心周波数の５％以下の範囲で最適な値を決定すればよい。
【００３６】
また、以上では、計測時間を１秒から１０秒の間で任意時間を設定するとしたが、これに限定されるものではない。また、計測ウインドウを２０μ秒としたが２０μ秒に限定されるものではなく、これより短くしても、また長くしても計測する部分放電の時間分解能が変わるのみで同様の効果を奏する。
【００３７】
以上のように、広帯域アンテナで受信し、検出回路のバントパスフィルタで狭帯域検出する場合は高精度のフィルタが必要となるので回路が大形で高価となり、また、低レベルノイズ除去が困難で計測精度が悪くなるという問題点があるが、この発明の実施の形態１では、パッチアンテナで狭帯域検出して、更に検出回路のバンドパスフィルタで狭帯域検出すると、検出回路が小型で低コストとなる。更に、低レベルノイズ除去が容易となり高精度計測ができるという効果が得られる。
また、受信アンテナが平板型で小型となるために、電界を乱すことなく容易簡便に機内に設置できる。
【００３８】
実施の形態２．
図１５は、この発明の実施の形態２における受信アンテナ１０の構成を示す図である。実施の形態２は、受信アンテナ１０の長期信頼性を向上させるものである。図１５の基本的構造は図３と同じである。実施例２では、図３の受信電極１０２の表面を、樹脂層である誘電体(b)１２０で覆った構造である。
受信電極１０２上の誘電体(b)１２０の厚さは１ｍｍ以下である。誘電体(b)を設ける方法は、コーティングによってもよく、別体で製作した板状誘電体を機械的に受信電極１０２に取り付け固定する方法でもよい。
【００３９】
受信電極１０２の表面に誘電体(b)１２０を設けると受信周波数が低下し、その低下度合いは誘電体(b)１２０の比誘電率と厚さに依存する。このため、所望の設計受信周波数を得るためには、実施の形態１の場合より、受信電極１０２のＬ寸法を若干大きくする必要がある。このため、誘電体(b)１２０としては、比誘電率の小さいものを１ｍｍ以下の厚さで使用する。ここでは、比誘電率１．２のポリテトラフルオロエチレン（商品名テフロン（登録商標））を使用し受信特性を計測しながら合わせ込んだ。形態２でのＬ寸法は、形態１のものに対して約１５％大きくすると設計受信周波数が同等となる。
受信電極１０２の寸法が１５％大きくなっても、受信アンテナ１０としては十分小型であり、回転電機の機内への設置については、実施の形態１の場合と同様、容易簡便に設置が可能である。
【００４０】
実施の形態２は、以上のように、受信電極１０２の表面を樹脂層で覆うようにしたので、以下の効果を奏する。
即ち、回転電機の長期使用により受信電極１０２の表面は汚損するが、この汚損が導電性汚損物の場合には受信特性が変化する恐れがある。従って、定期的にアルコールなどの薬品を用いてアンテナ表面を清掃する必要があるが、この清掃に対して受信アンテナ１０を保護し長期安定性と長期信頼性が向上する。
また、回転電機が設置される場所によっては、運転環境に硫化水素のような金属腐食性ガスなどが混入したり、あるいはやがて機内で生じてくる放電でオゾンが発生してくる場合もある。受信電極１０２の表面を樹脂層で覆うことで、このような腐食性ガスによる電極の化学的劣化を防止できる。
更に、回転電機の運転中は運転により温度が高くなり、かつ運転による振動が加わるが、これらの運転中のストレスに対して受信アンテナ１０を保護し長期信頼性が向上する。
【００４１】
実施の形態３．
図１６、１７は、この発明の実施の形態３における受信アンテナ１０の構成を示す図である。実施の形態３は、回転電機機内への受信アンテナ１０の設置性を向上させたものである。
図１６の基本的構造は、図３と同じである。実施の形態３では、高周波ケーブル１０５を取付具(ｂ)１１０の合成樹脂１１１内部で曲げその側面から受信電極１０２と平行に導出した。取付具(ｂ)１１０内部の合成樹脂１１１によるモールドは実施の形態１の場合と同じである。
【００４２】
図１７は、図１６で示した受信アンテナ１０を回転電機機内へ取付ける場合の要領を説明する図である。受信アンテナ１０は、フレーム５の内面にボルト１１３で固定される。高周波ケーブル１０５は、任意の箇所に設けたポート１２２から導出する。
【００４３】
この実施の形態３では、以下のような効果を奏する。
即ち、回転電機の部分放電計測による絶縁診断は、長期稼動中の古い回転電機を対象にする場合が多い。長期稼動中の回転電機機内に受信アンテナ１０を設置する場合、アンテナ設置位置と機外への導出位置とが異なる場合があるが、実施例３のように構成することで、回転電機機内のどの場所においても取付が容易となる。
【００４４】
従って、先の図１において、例えば、固定子鉄心２の裏側（回転子４の軸中心から見て固定子鉄心２の裏側）の場所で、フレーム５に囲まれた位置に受信アンテナ１０を取り付けた場合でも、高周波ケーブル１０５をフレーム５内面を軸方向に沿わせて、軸方向端部から機外に容易に導出することができる。
この場合、受信アンテナ１０は、固定子巻線３による電界が及ばない接地電位の場所に設置されるので、絶縁面でもより信頼性が向上する。
【００４５】
実施の形態４．
この実施の形態４では、以上の部分放電計測装置を利用して、回転電機の絶縁診断を行う方法について説明する。
ＧＩＳや配電機器などの静止機器では、部分放電の発生が、即絶縁異常となるので、部分放電発生の有無の把握が重要である。これに対して、回転電機では新品状態から強度の小さい部分放電発生を許容しており、運転ストレスによって固定子巻線絶縁の劣化が徐々に進行し、この絶縁劣化進行とともに部分放電が大きくなる特徴がある。このため、回転電機の絶縁劣化診断においては、部分放電の大きさの時間的変化や部分放電発生の位相特性の時間的変化の把握が重要となる。
そして、部分放電の大きさは、固定子巻線絶縁体の劣化の進行程度を示す指標となる。また、部分放電発生の位相特性は、絶縁体内の絶縁劣化が生じている箇所を示す指標となる。
【００４６】
従来技術において、アンテナを用いて部分放電を計測する技術は公開されているが、電磁波による部分放電の強度を把握し、その強度を従来の評価手法で評価する技術の公開は無い。
また、部分放電の大きさの時間的変化や部分放電発生の位相特性の時間的変化は、結合コンデンサを用いた従来検出方法では実施されているが、ＧＨｚ帯のアンテナを用いた計測装置では先行例が無い。
【００４７】
図１８は、回転電機1の固定子巻線３で発生する部分放電を、先に説明した部分放電計測装置を使用し、ＧＨｚ帯電磁波を狭帯域で検出した結果と結合コンデンサを部分放電センサとする従来の計測装置で同時に計測した結果との相関を示したものである。ブラケット部等３個所で計測したものを表示しているが、図１８から明らかなように、ＧＨｚ帯電磁波の狭帯域検出結果と従来計測装置での計測結果とが非常に良い相関を示すことを発見した。従って、ＧＨｚ帯で狭帯域検出した結果から長年蓄積された従来の評価基準を用いて回転電機の絶縁劣化診断を行うことができる。
【００４８】
即ち、部分放電電荷量の測定値と絶縁劣化基準との対応相関については、種々の回転電機に関し、過去数１０年のデータ蓄積が、部分放電電荷量測定値と絶縁破壊試験結果とを基に構築されている。一方、ＧＨｚ帯の電磁波を狭帯域検出する手法はこれからの技術であり、データ蓄積はこれからである。従って、新技術に対して過去の蓄積データが使えることは絶縁診断上非常に有効であり、電磁波検出による回転電機の絶縁診断の有用性が確保されるわけである。
【００４９】
この発明では、以上のように、そのアンテナが、金属容器内壁が平面に形成された部分に、アンテナの電極が金属容器内壁の平面と平行になるように配置したものでは、電界を乱すことが無く絶縁信頼性が向上し、アンテナの背面に無限接地電位が存在することになり受信精度が向上する。
【００５０】
また、そのアンテナが、その受信電極の表面を樹脂層で覆う構成としたものでは、アンテナの長期安定性と信頼性が向上する。
【００５１】
また、そのアンテナが、その接地電極の背面に樹脂をモールドした構成とし、電極からの信号ケーブルを、電極面と垂直にモールド層から導出したものでは、信号ケーブルをアンテナ取り付け位置から機外へ導出することができる。
【００５２】
また、そのアンテナが、その接地電極の背面に樹脂をモールドした構成とし、電極からの信号ケーブルを、電極面と平行にモールド層から導出したものでは、金属容器内でのアンテナの設置個所の選択自由度が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
この発明は、以上で例示した電動機に限らず、各種の回転電機に適用でき、また、固定子巻線に限らず、回転電機の種別構成により部分放電が発生する可能性のある巻線の部分放電の計測に有効であり、それらの巻線の絶縁診断に有効であり、上述したと同等の効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の実施の形態１における回転電機の部分放電計測装置の構成を示す図である。
【図２】図１の検出回路１７の内部構成を示す図である。
【図３】図１の受信アンテナ１０の構造を示す図である。
【図４】受信アンテナ１０の取り付け要領を説明する図である。
【図５】運転中に固定子巻線３で発生する部分放電に伴う電磁波を検出した周波数スペクトルである。
【図６】電動機の機外に設置したアンテナで周辺ノイズを計測した周波数スペクトルである。
【図７】受信アンテナ１０の検出特性を示す図である。
【図８】フィルタ回路３０を経た信号の特性を示す図である。
【図９】従来、一般的に使用される広帯域アンテナの検出周波数特性を示す図である。
【図１０】図９の特性のアンテナを使用する場合に適用される検出回路の内部構成を示す図である。
【図１１】部分放電検出印加電圧位相と計測開始時間との関係を説明するための図である。
【図１２】検出回路１７の動作を説明するための図である。
【図１３】従来法の最大放電電荷量で５５００ｐｃの部分放電発生時の電磁波計測結果を示す図である。
【図１４】同４００ｐｃの部分放電発生時の電磁波計測結果を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２における回転電機の部分放電計測装置の受信アンテナ１０の構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態３における回転電機の部分放電計測装置の受信アンテナ１０の構成を示す図である。
【図１７】図１６の受信アンテナ１０の取り付け要領を説明するための図である。
【図１８】従来法の結合コンデンサを使用して計測した部分放電電荷量とＧＨｚ帯電磁波を狭帯域検出した結果との相関を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  回転電機、３  固定子巻線、５  フレーム、６  上部ブラケット、
１０  受信アンテナ、１４  検出手段、１７  検出回路、１０１  誘電体（ａ）、
１０２  受信電極、１０３  接地電極、１０５  高周波ケーブル、１１１  合成樹脂、
１２０  誘電体（ｂ）。
【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】
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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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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