(57)【要約】  電力機器の絶縁監視等において、電気機器の部分放電計測のためのアンテナは、通常、機内に設置され、機外の信号処理装置と同軸ケーブルを介して信号の送受信を行っており、また、電気機器は、その機器内に空気、水素、ＳＦ６ガス等を充填してフレームを密封状態にして運転することが多いため、従来、運転中は機内に設置したアンテナおよび同軸ケーブルが正しく結線されているか否かを簡便に確認することができなかった。  電気機器のフレームに機内外の同軸ケーブルを接続するための貫通端子を設け、アンテナと機内の同軸ケーブルの合成静電容量を機外から計測可能とすることにより、電気機器内に設置したアンテナの結線が適正であるか否かの判断を随時行う。
2014108991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器からの部分放電により発生した信号を受信するため、前記電気機器のフレームの内側に設置されたアンテナ、
当該アンテナと前記フレームの内側で接続され、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第一の同軸ケーブル、
前記フレームの外側に置かれ、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第二の同軸ケーブル、
前記信号を伝送するため、前記フレームを貫通させて当該フレームに取付けられ、前記第一の同軸ケーブルと前記第二の同軸ケーブルを接続する貫通端子、
前記アンテナが受信した前記信号を、前記第一の同軸ケーブル、前記貫通端子、および前記第二の同軸ケーブルを介して検知する検知器、
を備え、
前記フレームの内側に設置した前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの合成静電容量を前記フレームの外側で測定することにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認するアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項２】
前記アンテナを前記フレームの内側の離れた位置に複数個設置し、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認することを特徴とする請求項１に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項３】
前記フレームの内側に所定間隔で設置したケーブルサポートをさらに設け、前記ケーブルサポートを介して前記第一の同軸ケーブルを前記フレームに固定して取付け、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項４】
前記アンテナはマイクロストリップアンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の接続状態確認装置。
【請求項５】
前記第二の同軸ケーブルの端末、または前記貫通端子から所定の周波数で交流電圧を印加し、流れる電流を正常値と比較することにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を前記フレームの外側から確認することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項６】
前記第二の同軸ケーブルの端末、または前記貫通端子から直流電圧を印加するとともに、抵抗を接続して、過渡的に流れる電流の時定数を求めることにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を前記フレームの外側から確認することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項７】
請求項１、請求項５、または請求項６のいずれか１項に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置を用いて、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を前記フレームの外側から確認するアンテナとケーブルの接続状態確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気機器の部分放電を受信するためのアンテナと受信信号を伝送するケーブルが電気機器内に設置されている場合において、これらアンテナとケーブルの接続状態を電気機器の外側で確認する装置、およびこれを用いて電気機器の接続状態を電気機器の外側で確認する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機器の部分放電を計測するためのアンテナは、通常、電気機器の機内、すなわちフレーム内(フレームの内側)に設置し、機外に設置した信号処理装置と同軸ケーブルを介して信号の送受信を行っている。この場合において、電気機器は、冷却、絶縁、防音等の目的から、機器内に空気、水素、ＳＦ６ガス等を充填してフレームを密封状態にして運転することが多い。【０００３】
また、電力機器の絶縁監視の信頼性を向上させるため、部分放電により発生した電磁波を受信するアンテナと、このアンテナとケーブルを介して接続された部分放電の検出部を持つ絶縁監視装置において、さらに感温抵抗体と高周波阻止用コイルを有するテスト用インピーダンスを用いて伝送路の異常の有無を確認する電力機器用絶縁監視装置が提示されている(特許文献１参照)。【０００４】
また、電気機器の部分放電により発せられる電磁波を検出するセンサとこれに接続されるケーブルの短絡や断線を検出するため、直流電源と４個の抵抗、およびフォトカプラを備えるものがある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１４３１４３号公報
【特許文献２】特開平１１−６４４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、部分放電を計測するためのアンテナは、通常、電気機器の機内、すなわちフレームの内側に設置され、機外に置かれた信号処理装置と同軸ケーブルを介して信号の送受信を行っており、また、電気機器は、冷却、絶縁、防音等の目的から、機器内に空気、水素、ＳＦ６ガス等を充填してフレームを密封状態にして運転することが多い。このため、従来は、運転中においては、機内に設置したアンテナおよび同軸ケーブルが正しく結線されているか否かを確認することができないという問題があった。【０００７】
特に、電気機器内を冷却ガスが循環しているときは、ケーブルの振動や摺動によってケーブルが断線する可能性があることから、部分放電計測の信頼性を高めるため、機内のアンテナとケーブルの接続状態を定期的に確認する必要があった。【０００８】
また、特許文献１に示す装置では、アンテナとケーブル間にテスト用インピーダンスの接続が必要になり、必ずしも容易に異常の有無が検出できるものではなかった。【０００９】
さらに、特許文献２に示す装置では、ケーブルの短絡や断線を検出するため、直流電源、フォトカプラ、４個の抵抗を使ったブリッジ回路等を構成しなければならず、必ずしも簡易に異常の有無が検出できるものではなかった。【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電気機器の機内、すなわちフレームの内側に設置したアンテナと同軸ケーブルの断線の有無、または適正に接続されているかどうかの確認を、機外から容易に実施することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るアンテナとケーブルの接続状態確認装置は、
電気機器からの部分放電により発生した信号を受信するため、前記電気機器のフレームの内側に設置されたアンテナ、
当該アンテナと前記フレームの内側で接続され、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第一の同軸ケーブル、
前記フレームの外側に置かれ、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第二の同軸ケーブル、
前記信号を伝送するため、前記フレームを貫通させて当該フレームに取付けられ、前記第一の同軸ケーブルと前記第二の同軸ケーブルを接続する貫通端子、
前記アンテナが受信した前記信号を、前記第一の同軸ケーブル、前記貫通端子、および前記第二の同軸ケーブルを介して検知する検知器、
を備え、
前記フレームの内側に設置した前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの合成静電容量を前記フレームの外側で測定することにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、電力機器用絶縁監視装置において、電気機器のフレームに機内外の同軸ケーブルを接続するための貫通端子を設けることにより、アンテナと同軸ケーブルの合成静電容量を機外から計測可能とすることにより、電気機器内に設置したアンテナの結線が適正であるか否かの判断を随時行うことができるため、部分放電計測の信頼性を高めることができ、ひいては電力機器用絶縁監視装置の絶縁監視性能を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１による電気機器に設置したアンテナと同軸ケーブルの接続状態確認装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による電気機器に設置したアンテナと同軸ケーブルの接続状態確認装置の主要部を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１による電気機器に設置したアンテナと同軸ケーブルの接続状態確認装置の他の例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による電気機器の機内に設置したマイクロストリップアンテナの構造を示すモデル図である。
【図５】本発明の実施の形態１による計測対象の貫通端子から見た等価回路のモデル図である。
【図６】本発明の実施の形態１による同軸ケーブルモデル図である。
【図７】本発明の実施の形態１によるマイクロストリップアンテナと同軸ケーブルの静電容量の実測値と計算値の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１によるマイクロストリップアンテナの指向性を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態１による貫通端子と同軸ケーブルの構成の詳細図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による電気機器に設置したアンテナと同軸ケーブルの接続状態確認装置の同軸ケーブルの取付け方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による計測対象の等価回路のモデル図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による計測対象の等価回路のモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１による電気機器に設置したアンテナと同軸ケーブルの接続状態確認装置の一例について、図１〜図３を用いて以下説明する。図１に示すように、電気機器フレーム１内(電気機器の機内)には、電気機器からの部分放電を計測するためのアンテナの一例であるマイクロストリップアンテナ２、このマイクロストリップアンテナ２に接続される機内の同軸ケーブル３ａ、電気機器フレーム（またはマンホールなど）に取付けられ、上記同軸ケーブル３ａと電気機器フレーム１の外側にある同軸ケーブル３ｂを接続する貫通端子４、マイクロストリップアンテナ２が受信した電気機器の部分放電を同軸ケーブル３および貫通端子４を介して検知する検知器５から構成されている。
【００１５】
図２は図１に示す装置の主要部をさらに詳しく示した図である。図２に示すように、マイクロストリップアンテナ２は４隅をねじ７等で電気機器フレーム１に固定して取付られている。このマイクロストリップアンテナ２はコネクタ６ａを介して電気機器フレームの内側(以下では簡略化して「機内」とも呼ぶ)の同軸ケーブル３ａと接続されている。また、この同軸ケーブル３ａは、コネクタ６ｂを介して、上記マイクロストリップアンテナ２の取付位置とは異なる電気機器フレーム１の上記検知器５に近い所定の位置に取付けられた貫通端子４と接続されている。さらにこの貫通端子４はコネクタ６ｃを介して電気機器フレーム外(以下「機外」と略称)の同軸ケーブル３ｂと接続されている。そして、この同軸ケーブル３ｂは上記検知器５に接続されている。
【００１６】
このような構成とすることにより、従来、機内に充填されている水素ガスやＳＦ６ガスにより、機外からは不可能であった、機内に設置した部分放電計測用のアンテナや同軸ケーブルの接続状態や異常状態の確認が可能となった。
【００１７】
すなわち、機内に設置したマイクロストリップアンテナが受信した信号は、コネクタ６、同軸ケーブル３を介して機外に設置した検知器５に伝送される。この場合、マイクロストリップアンテナと同軸ケーブルは並列接続された２つのコンデンサとみなすことができるため、機外から静電容量を測定すると、ある一定の値を示す。
【００１８】
しかし、マイクロストリップアンテナから同軸ケーブルが外れたような場合には、同軸ケーブルだけの静電容量となり、同軸ケーブルが断線した場合には、静電容量がケーブル長に比例するため、断線位置に応じて静電容量が変化する。よって、静電容量を測定することで、機外から機内の同軸ケーブルやマイクロストリップアンテナの状態を知ることができる。
【００１９】
なお、以上の説明においては、アンテナがマイクロストリップアンテナの場合について説明したが、これに限らず、静電容量を持つ他のアンテナ形態であっても同様の効果がある。
【００２０】
また、図３は、本発明の実施の形態１による電気機器に設置したアンテナと同軸ケーブルの接続状態確認装置の他の例を示す。この例では、電気機器からの部分放電を計測するためのマイクロストリップアンテナ２及び機内の同軸ケーブル３ａ、機外の同軸ケーブル３ｂが，上記の図１とは異なり、２組で構成されている。この場合、２個のマイクロストリップアンテナは、上記電気機器フレームの内側の、互いに離れた位置に設置される。このような構成とした場合には、部分放電の発生があっても、１個のマイクロストリップアンテナでは、部分放電の信号源とマイクロストリップアンテナの間隔が大きすぎて検知できないほど、部分放電の信号源とマイクロストリップアンテナとが離れた位置に配置されていた場合でも、もう一方のマイクロストリップアンテナと上記部分放電の信号源との距離は検知範囲内となり部分放電の発生が検知されることとなるため、本願発明の効果がより顕著となる。同様に３組、４組と複数組設置することもできる。
【００２１】
そこで、以下においては、図４〜図７を用いて、本願発明の方法が有効であることを数値例で説明する。まず、図４は、本発明の実施の形態１による電気機器の機内に設置したマイクロストリップアンテナの構造を示すモデル図である。図において、長さＬで幅Ｗの平板状のストリップ導体８のストリップ導体板８ｂ上の給電点８ａから、マイクロストリップアンテナ２に電圧が印加される。このストリップ導体８と平板状の接地基板１０との間に挟まれて、厚さｔｈで比誘電率がεｒの平板状の誘電体基板９が配置されている。誘電体基板９と接地基板１０は、いずれも長さＬ＋２Ｇで幅Ｗ＋２Ｇの平面状であるのに対して、ストリップ導体８は誘電体基板９の平面状の縦、横の端位置からそれぞれＧずつ間隔をおいて中央部分に配置されている。
【００２２】
貫通端子から上記の構成のマイクロストリップアンテナ２と同軸ケーブルを電気的にみたとき、同軸ケーブルは断面が同心円の内部導体と外部導体で構成されるため、コンデンサＣ１とみなすことができ、マイクロストリップアンテナは上記の構成のため、コンデンサＣ１と並列に接続されたコンデンサＣ２とみなすことができる(図５参照)。このとき、マイクロストリップアンテナと同軸ケーブルの合成静電容量ＣはＣ１＋Ｃ２と等価となる。
【００２３】
そこで、次にマイクロストリップアンテナと同軸ケーブルの個々の静電容量を見積もることにする。まず、図４に示すマイクロストリップアンテナを単純な平行平板コンデンサとみなしてその静電容量を求める。マイクロストリップアンテナの代表寸法として、Ｗ＝Ｌ＝４９．６ｍｍ、ｔｈ＝１．６ｍｍ、εｒ＝２．８とすると、その静電容量は０．０３８(単位：nF)となる。
【００２４】
上記に示したストリップ導体８のサイズＬは、以下のようにして決定される。マイクロストリップアンテナで選択受信する周波数はマイクロストリップアンテナのサイズと密接に関係している。すなわち、このマイクロストリップアンテナにおいて、部分放電の検出周波数、すなわちマイクロストリップアンテナの共振周波数をｆ０(Hz)、光速をｃ(m/s)とすると、共振周波数の電磁波の波長λ０(m)は、式（１）で表すことができる。
【数１】
2014108991.tif 000003
このとき、ストリップ導体８のサイズＬは式（２）で表すことができる。
【数２】
2014108991.tif 000004
すなわち、高周波数で計測するほど、マイクロストリップアンテナの寸法を小さくすることができ、検出周波数が２倍になるとマイクロストリップアンテナの寸法はおおよそ1/2になる。
【００２５】
次に同軸ケーブルの静電容量を見積もる。同軸ケーブルの構造のモデルとして図６に示すものを仮定する。図６において、同軸ケーブルは半径ａ(m)の銅製の円筒状の外部導体１１と半径ｂ(m)の銅製の円柱状の内部導体１２から構成されているとする。内部導体１２と外部導体１１の間のポリエチレン等でできた誘電体(図示しない)の比誘電率をεｓ、真空の誘電率をε０(F/m)、内部導体１ｍ当たりの電荷量をＱ(単位：C、クーロン)、内部導体中心軸からの距離をｒ(m)とすると、内部導体と外部導体の間の電界の強さＥ(V/m)は、ガウスの定理より式（３）で表すことができる。
【数３】
2014108991.tif 000005
また、内部導体表面の電位Ｖ(V)は、式（４）で表される。
【数４】
2014108991.tif 000006
さらに、同軸ケーブル１ｍ当たりの静電容量Ｃｋ(F/m)は、式（５）で表すことができる。
【数５】
2014108991.tif 000007
なお、同軸ケーブルの静電容量はケーブル長に比例する。
【００２６】
そこで次に、実際に使用する同軸ケーブルの静電容量を求める。同軸ケーブルには、銅線でできた内部導体をポリエチレン等の絶縁体(誘電体)、その周囲を網組み銅線などでできた外部導体、そしてその周囲をビニル等の保護被覆(シース)で覆ったものが一般的である。これ以外にも、外部導体を銅製のパイプとし絶縁体をフッ素樹脂としたセミリジッドタイプと呼ばれる同軸線が、主にＵＨＦ(Ultra  High  Frequency)帯やＳＨＦ(Super  High  Frequency)帯の機器内の接続に用いられる。後者の同軸ケーブルは、曲げ半径を極端に小さくすることはできないが、遮蔽特性、低い信号減衰特性、耐振動安定性などに優れた特性を有している。
【００２７】
ここでは、上記の図６のモデル図で示した一般的な同軸ケーブルの静電容量に関して実測した例について以下に説明する。比誘電率εｓを2.1（誘電体をＰＴＦＥとしたとき）として上記式（３）より静電容量を求める。ａ＝0.80ｍｍ、ｂ＝0.27ｍｍの実測値を用いて静電容量を求めると0.108(nF/m)となる。なお、セミリジッドタイプでも、上記で説明した一般的な同軸ケーブルの静電容量に近い値を持つと考える。
【００２８】
そこで次に、マイクロストリップアンテナと同軸ケーブルの静電容量の実測値と計算値の例について説明する。セミリジッドタイプの同軸ケーブルを用いて、ケーブル長が２ｍ、３ｍ、５ｍの場合の同軸ケーブル単独での実測値は、各々、0.23(nF)、0.33(nF)、0.53(nF)であった。一方、これらに対応する計算値は、上記0.108(nF/m)の値を用い、小数点以下３桁目を四捨五入すると、各々、0.22(nF)、0.32(nF)、0.54(nF)となり、実測値と計算値はよく一致していた。また、一般的な同軸ケーブル（ケーブル長５ｍ）を用いた場合においても、実測値が0.54(nF)であったのに対して、計算値は0.54(nF)でよく一致していた。これらの結果をまとめると、同軸ケーブル単独での静電容量の値は約0.1(nF/m)であり、計算値と実測値はよく一致しているといえる。従って、ケーブルが断線した場合、この静電容量が変化し、その実測値からケーブル長の推定が可能であることから断線箇所の予想も可能である。
【００２９】
次に、セミリジッドタイプの同軸ケーブルの先端にマイクロストリップアンテナを取り付けた場合の静電容量を実測した所、ケーブル長が２ｍ、３ｍ、５ｍの場合の値は、各々、0.28(nF)、0.37(nF)、0.58(nF)であった。一方、対応する計算値は、それぞれ、0.25(nF)、0.36(nF)、0.58(nF)で実測値と計算値はよく一致していた。また、一般的な同軸ケーブル（ケーブル長５ｍ）を用いた場合においては、実測値が0.61(nF)であったのに対して、計算値は0.58(nF)であった。
【００３０】
以上の結果を表にまとめると図７のようになる。この表において、ケース１は同軸ケーブル単独での静電容量の実測値と計算値(カッコ内が計算値)、ケース２は同軸ケーブルの先端にマイクロストリップアンテナを取り付けた場合の静電容量の実測値と計算値(カッコ内が計算値)、ケース３は、ケース１とケース２の結果から求めたマイクロストリップアンテナ単独での静電容量の実測値と計算値(カッコ内が計算値)である。以上から、マイクロストリップアンテナは、コンデンサＣ１とみなした同軸ケーブルと並列に接続されたコンデンサＣ２とみなすことができ、これらの合成静電容量ＣはＣ１＋Ｃ２と等しいとして扱ってよいことがわかった。
【００３１】
従って、同軸ケーブルの先端にマイクロストリップアンテナを接続して計測した実測値を、計算で求めた合成静電容量と比較することにより、接続状態が異常でないか否かを判断することができる。
【００３２】
また、同軸ケーブルのケーブル長が長い場合、例えば７ｍを超える場合は、マイクロストリップアンテナの静電容量の値が、同軸ケーブルの静電容量の値に比較して相対的に小さくなるため、結線状態が正常であることが確実な初期の段階で合成静電容量を測定して、その測定値を基準として、後の測定値と比較することで、異常か否かの判定を行うことが可能である。また、別の手段として、同軸ケーブルのケーブル長が長い場合には、マイクロストリップアンテナの静電容量の値を上記の値(0.038nF)より相対的に大きな値を持つものを用いる対応も可能である。
【００３３】
なお、マイクロストリップアンテナは、図８に示すように、信号源２０、すなわち、電気機器からの部分放電の発生源に対する指向性を有しているため、測定の際に留意が必要である。文献データ（特開２００８−２８６７１５号公報の図６参照）によれば、信号源２０に対してアンテナを対向する位置に配値したとき（図８（ａ）のθ＝０°の場合）に利得が最大となり、角度θが０°±２０°の範囲で高い利得が得られる（図８（ｂ）参照）。従って、この角度範囲で計測することが望ましい。
【００３４】
次に、貫通端子の構造と同軸ケーブルとの接続方法についての詳細について、図９を用いて説明する。電気機器は、一般的には、冷却、絶縁、防音等の目的から、機内に空気、水素、ＳＦ６ガス等を充填して電気機器フレームを密閉状態にして運転するため、図９のような気密性を有する貫通端子を電気機器フレーム１に取付けて、機内の同軸ケーブル３ａと機外の同軸ケーブル３ｂを接続する必要がある。この貫通端子４の構造は図９に示すように、中央（中心軸）から内部導体１２ｃ、誘電体（絶縁体とも称する）１３、外部導体１１ｃで構成されている。また、貫通端子の機内側には気密性を高めるためのＯリング１４が配置されている。さらに機内及び機外の同軸ケーブルを貫通端子に接続するために、ねじ嵌め合い方式のコネクタ等を用いる。このようにすることで、機内および機外の同軸ケーブルの内部導体が電気的に接続され、機内および機外の同軸ケーブルの外部導体も電気的に接続される。貫通端子の内部導体と外部導体は電気的に絶縁されているので、貫通端子に同軸ケーブルを接続しても、同軸ケーブルの内部導体と外部導体は電気的な絶縁を保つことができる。
【００３５】
なお、上記の貫通端子は図９に示すように、おおよそ同心断面の内部導体と外部導体を有する構造なので、同軸ケーブルと同様に静電容量を持つ。しかし、貫通端子の長さは通常４０ｍｍ未満であるため、その静電容量は２ｍの同軸ケーブルの1/50程度である。従って、実際の静電容量測定においては、貫通端子の容量は無視してよい。また、合成静電容量の測定は、市販のデジタルマルチメータ等を、この貫通端子の機外側のコネクタ部分に接続して行うが、機外に設置された同軸ケーブルの静電容量が機内に設置された同軸ケーブルの静電容量と比較して小さいような場合でその値が明確な場合には、この機外の同軸ケーブル端で合成静電容量を測定してもよい。
【００３６】
また、同軸ケーブルを機内および機外に設置する際、ケーブルの曲げ半径を小さくするとケーブルの損傷につながる恐れがあるので、その曲げ半径を極端に小さくすることは避けなければならない。同軸ケーブルの外径が２ｍｍ程度のセミリジッドケーブルの場合、曲げ半径は３０ｍｍ以上にすることが好ましい。
【００３７】
ところで、マイクロストリップアンテナに接続された機内の同軸ケーブルは、機内作業中等に誤って断線することがないように、電気機器のフレーム形状に沿って配線され、貫通端子に接続される必要がある。この場合、電気機器のフレームの内側に充填されたガスが循環しているときには、このガスの循環に伴い同軸ケーブルが振動して電気機器のフレームと摺動することにより同軸ケーブルが断線する可能性がある。そこで、機内の同軸ケーブルは、図１０に示すように、３０ｃｍ間隔を目安にケーブルサポート１５によりフレームに固定される。その際、同軸ケーブル３ａの周囲を自然硬化型のエポキシレジン等を含浸させた多孔質布などでできた緩衝材で包み、ケーブルサポート１５と同軸ケーブル３ａが直接接触しないようにすることで同軸ケーブルの断線などの接続異常を防止できる。上記ケーブルサポート１５は、電気機器のフレームに溶接等で固定される。
【００３８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、マイクロストリップアンテナと同軸ケーブルが並列に構成され、それぞれの容量がＣ１、Ｃ２であるとき、その合成静電容量Ｃ（単位はF：ファラド）を測定した場合に、ケーブル断線やアンテナ脱落が発生すると、この合成静電容量Ｃが変化することから異常を検出する方法について説明した。本実施の形態２では、図１１に示す等価回路により、異常を検出する方法について説明する。すなわち、図１１において、この回路に周波数ｆ(単位：Hz、以下同様)の交流電圧Ｅａ(単位：V、以下同様)を印加し、流れる電流ｉ(単位：A、以下同様)を測定する。このとき、周波数ｆは、図１１の等価回路で示すように、集中回路定数となるよう、低い周波数とする必要がある。この図でＣ１、Ｃ２の合成静電容量Ｃ(単位：F)とすると、ｉ＝ｊωＣＥａ＝ｊ(２πｆＣＥａ)(A)となる。なお、式中のｊは虚数単位である。ケーブル断線やアンテナ脱落によりＣが変化するとｉも変化するため、異常検出ができる。
すなわち、本実施の形態２においては、機外より、同軸ケーブルの端末から周波数ｆ(Hz)の交流電圧Ｅａ(V)を印加し、流れる電流ｉ(A)を正常値と比較することにより、ケーブルの断線の有無、アンテナとケーブルの接続状態を機外から確認することができる。
【００３９】
実施の形態３．
本実施の形態３について、図１２を用いて説明する。本実施の形態３では、図１２（ａ）に示すように、実施の形態２の交流電圧Ｅａ(V)に代え、直流電圧Ｅ(V)を回路に負荷するとともに、抵抗Ｒ(単位：Ω)を接続し、本回路の時定数を測定することにより、ケーブルやアンテナの異常を検出する方法である。この場合において、マイクロストリップアンテナと同軸ケーブルのそれぞれの容量がＣ１、Ｃ２であるとき、その合成静電容量Ｃ(F)とすると、次の式（６）が成立する。
【数６】
2014108991.tif 000008
式（６）をラプラス変換すると次式（７）が得られる。
【数７】
2014108991.tif 000009
式（７）をラプラス逆変換すると、式（８）を得る。
【数８】
2014108991.tif 000010
上式（８）より、時定数はＲＣ（ｓ：秒）となる。この場合においては上述のように、電流の過渡的な変化より時定数を求めていることになる。時定数の具体的な数値の求め方は以下にその詳細を示すように、電流が初期値の0.368倍（＝e-1）になるときの時間として求めても良いし、電流の初期の傾きを求めて、それが時間軸と交わるときの時間として求めても良い。
【００４０】
すなわち、図１２（ａ）において、電流ｉ(ｔ)（電流ｉが時間の関数であることを示す。以下同様)は式（８）で表される(図１２（ｂ）の曲線ｐを参照)ので、式（８）でｔ＝ＲＣ（時定数に等しい）とおくと、ｉ＝Ｅｅ−１／Ｒ≒０．３６８Ｅ／Ｒとなる（図１２（ｂ）の曲線ｐ、直線ｑ、直線ｒ参照）。
よって、実際の測定においては、電流ｉ(ｔ)が初期値の０．３６８倍となるときの時間ｔを図１１（ｂ）のグラフ(直線ｒ)から求めれば、それが時定数ＲＣとなる。
【００４１】
一方、電流ｉ(ｔ)の傾きｄｉ（ｔ）／ｄｔは次式（９）で表される。
【数９】
2014108991.tif 000011
すなわち、曲線ｐの初期（ｔ＝０）の傾きは、式（９）でｔ＝０とおいて得られる値である−Ｅ／（Ｒ２Ｃ）である。
この傾きを持った直線(直線ｑ)でｔ＝０での値がＥ／Ｒ(初期値に等しい)となるものは、次の式（１０）で表される。
【数１０】
2014108991.tif 000012
この式（１０）より、ｉ(ｔ)＝０となるｔの値、つまり、式（１０）で表される直線（図１２（ｂ）の直線ｑ参照）が時間軸と交わるときの時間が時定数ＲＣとして求まる。
以上を図で表現したものが図１２（ｂ）である。ケーブル断線やアンテナ脱落によりＣが変化すると時定数ＲＣが変化するので、この実施の形態３で示した方法によっても異常の検出が可能である。すなわち、機外より、同軸ケーブルの端末から直流電圧Ｅ(V)を印加し、過渡的に流れる電流ｉ(A)から時定数ＲＣ(秒)を測定し、正常値と比較することにより、ケーブルの断線の有無、アンテナとケーブルの接続状態を機外から確認することができる。
【００４２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  電気機器フレーム、２、２ａ、２ｂ  マイクロストリップアンテナ、３、３ａ、３ｂ  同軸ケーブル、４  貫通端子、５  検知器、６、６ａ、６ｂ、６ｃ  コネクタ、７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  ねじ、８  ストリップ導体、９  誘電体基板、１０  接地基板、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  外部導体、１２、１２ａ、１２ｂ  内部導体、１３  誘電体、１４  Ｏリング、１５  ケーブルサポート。
【図１】
2014108991.tif 000013
【図２】
2014108991.tif 000014
【図３】
2014108991.tif 000015
【図４】
2014108991.tif 000016
【図５】
2014108991.tif 000017
【図６】
2014108991.tif 000018
【図７】
2014108991.tif 000019
【図８】
2014108991.tif 000020
【図９】
2014108991.tif 000021
【図１０】
2014108991.tif 000022
【図１１】
2014108991.tif 000023
【図１２】
2014108991.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月9日(2015.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器からの部分放電により発生した信号を受信するため、前記電気機器のフレームの内側に設置されたアンテナ、
当該アンテナと前記フレームの内側で接続され、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第一の同軸ケーブル、
前記フレームの外側に置かれ、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第二の同軸ケーブル、
前記信号を伝送するため、前記フレームを貫通させて当該フレームに取付けられ、前記第一の同軸ケーブルと前記第二の同軸ケーブルを接続する貫通端子、
前記アンテナが受信した前記信号を、前記第一の同軸ケーブル、前記貫通端子、および前記第二の同軸ケーブルを介して検知する検知器、
を備え、
前記フレームの内側に設置した前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの合成静電容量を前記フレームの外側で測定することにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認するアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項２】
前記アンテナを前記フレームの内側の離れた位置に複数個設置し、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認することを特徴とする請求項１に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項３】
前記フレームの内側に所定間隔で設置したケーブルサポートをさらに設け、前記ケーブルサポートを介して前記第一の同軸ケーブルを前記フレームに固定して取付け、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項４】
前記アンテナはマイクロストリップアンテナであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項５】
前記第二の同軸ケーブルの端末、または前記貫通端子から所定の周波数で交流電圧を印加し、流れる電流を正常値と比較することにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブル
の接続状態を前記フレームの外側から確認することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項６】
前記第二の同軸ケーブルの端末、または前記貫通端子から直流電圧を印加するとともに、抵抗を接続して、過渡的に流れる電流の時定数を求めることにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を前記フレームの外側から確認することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置。
【請求項７】
請求項１、請求項５、または請求項６のいずれか１項に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認装置を用いて、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を前記フレームの外側から確認するアンテナとケーブルの接続状態確認方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９１７０号公報
【特許文献２】特開平１１−６４４３２号公報
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
次に同軸ケーブルの静電容量を見積もる。同軸ケーブルの構造のモデルとして図６に示すものを仮定する。図６において、同軸ケーブルは半径ａ(m)の銅製の円筒状の外部導体１１と半径ｂ(m)の銅製の円柱状の内部導体１２から構成されているとする。内部導体１２と外部導体１１の間のポリエチレン等でできた誘電体(図示しない)の比誘電率をεr、真空の誘電率をε0(F/m)、内部導体１ｍ当たりの電荷量をＱ(単位：C、クーロン)、内部導体中心軸からの距離をｒ(m)とすると、内部導体と外部導体の間の電界の強さＥ(V/m)は、ガウスの定理より式（３）で表すことができる。
【数３】
2014108991.tif 000025
また、内部導体表面の電位Ｖ(V)は、式（４）で表される。
【数４】
2014108991.tif 000026
さらに、同軸ケーブル１ｍ当たりの静電容量Ｃｋ(F/m)は、式（５）で表すことができる。
【数５】
2014108991.tif 000027
なお、同軸ケーブルの静電容量はケーブル長に比例する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
そこで次に、実際に使用する同軸ケーブルの静電容量を求める。同軸ケーブルには、銅線でできた内部導体をポリエチレン等の絶縁体(誘電体)、その周囲を編組み銅線などでできた外部導体、そしてその周囲をビニル等の保護被覆(シース)で覆ったものが一般的である。これ以外にも、外部導体を銅製のパイプとし絶縁体をフッ素樹脂としたセミリジッドタイプと呼ばれる同軸線が、主にＵＨＦ(Ultra  High  Frequency)帯やＳＨＦ(Super  High  Frequency)帯の機器内の接続に用いられる。後者の同軸ケーブルは、曲げ半径を極端に小さくすることはできないが、遮蔽特性、低い信号減衰特性、耐振動安定性などに優れた特性を有している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
ここでは、上記の図６のモデル図で示した一般的な同軸ケーブルの静電容量に関して実測した例について以下に説明する。比誘電率εrを2.1（誘電体をＰＴＦＥとしたとき）として上記式（３）より静電容量を求める。ａ＝0.80ｍｍ、ｂ＝0.27ｍｍの実測値を用いて静電容量を求めると0.108(nF/m)となる。なお、セミリジッドタイプでも、上記で説明した一般的な同軸ケーブルの静電容量に近い値を持つと考える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、マイクロストリップアンテナと同軸ケーブルが並列に構成され、それぞれの容量がＣ１、Ｃ２であるとき、その合成静電容量Ｃ（単位はF：ファラド）を測定した場合に、ケーブル断線やアンテナ脱落が発生すると、この合成静電容量Ｃが変化することから異常を検出する方法について説明した。本実施の形態２では、図１１に示す等価回路により、異常を検出する方法について説明する。すなわち、図１１において、この回路に周波数ｆ(単位：Hz、以下同様)の交流電圧Ｅａ(単位：V、以下同様)を印加し、流れる電流ｉ(単位：A、以下同様)を測定する。このとき、周波数ｆは、図１１の等価回路で示すように、集中定数回路となるよう、低い周波数とする必要がある。この図でＣ１、Ｃ２の合成静電容量Ｃ(単位：F)とすると、ｉ＝ｊωＣＥａ＝ｊ(２πｆＣＥａ)(A)となる。なお、式中のｊは虚数単位である。ケーブル断線やアンテナ脱落によりＣが変化するとｉも変化するため、異常検出ができる。
すなわち、本実施の形態２においては、機外より、同軸ケーブルの端末から周波数ｆ(Hz)の交流電圧Ｅａ(V)を印加し、流れる電流ｉ(A)を正常値と比較することにより、ケーブルの断線の有無、アンテナとケーブルの接続状態を機外から確認することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
すなわち、図１２（ａ）において、電流ｉ(ｔ)（電流ｉが時間の関数であることを示す。以下同様)は式（８）で表される(図１２（ｂ）の曲線ｐを参照)ので、式（８）でｔ＝ＲＣ（時定数に等しい）とおくと、ｉ＝Ｅｅ−１／Ｒ≒０．３６８Ｅ／Ｒとなる（図１２（ｂ）の曲線ｐ、直線ｑ、直線ｒ参照）。
よって、実際の測定においては、電流ｉ(ｔ)が初期値の０．３６８倍となるときの時間ｔを図１２（ｂ）のグラフ(直線ｒ)から求めれば、それが時定数ＲＣとなる。
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月25日(2016.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器からの部分放電により発生した信号を受信するため、前記電気機器のフレームの内側に設置されたアンテナ、
当該アンテナと前記フレームの内側で接続され、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第一の同軸ケーブル、
前記フレームの外側に置かれ、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第二の同軸ケーブル、
前記信号を伝送するため、前記フレームを貫通させて当該フレームに取付けられ、前記第一の同軸ケーブルと前記第二の同軸ケーブルを接続する貫通端子、
前記アンテナが受信した前記信号を、前記第一の同軸ケーブル、前記貫通端子、および前記第二の同軸ケーブルを介して検知する検知器、
を備えた電気機器の部分放電計測装置の前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認するアンテナとケーブルの接続状態確認方法であって、
前記フレームの内側に設置した前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの合成静電容量を前記フレームの外側で測定することにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認することを特徴とするアンテナとケーブルの接続状態確認方法。
【請求項２】
前記第二の同軸ケーブルの端末、または前記貫通端子から所定の周波数で交流電圧を印加し、流れる電流をもとに、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの合成静電容量を測定することを特徴とする請求項１に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認方法。
【請求項３】
前記第二の同軸ケーブルの端末、または前記貫通端子から直流電圧を印加するとともに、抵抗を接続して、過渡的に流れる電流の時定数を求めることにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの合成静電容量を測定することを特徴とする請求項１に記載のアンテナとケーブルの接続状態確認方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この発明に係るアンテナとケーブルの接続状態確認方法は、
電気機器からの部分放電により発生した信号を受信するため、前記電気機器のフレームの内側に設置されたアンテナ、
当該アンテナと前記フレームの内側で接続され、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第一の同軸ケーブル、
前記フレームの外側に置かれ、前記アンテナが受信した前記信号を伝送する第二の同軸ケーブル、
前記信号を伝送するため、前記フレームを貫通させて当該フレームに取付けられ、前記第一の同軸ケーブルと前記第二の同軸ケーブルを接続する貫通端子、
前記アンテナが受信した前記信号を、前記第一の同軸ケーブル、前記貫通端子、および前記第二の同軸ケーブルを介して検知する検知器、
を備えた電気機器の部分放電計測装置の前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認するアンテナとケーブルの接続状態確認方法であって、
前記フレームの内側に設置した前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの合成静電容量を前記フレームの外側で測定することにより、前記アンテナと前記第一の同軸ケーブルの接続状態を確認することを特徴とするものである。
【国際調査報告】
2014108991.tif 000028
2014108991.tif 000029