(57)【要約】【課題】信号減衰およびノイズの影響が小さくなり、部分放電の検出感度を高くできる小型の部分放電計測装置を得る。【解決手段】電機機器の絶縁劣化によって発生する部分放電に伴い放射される電磁波を検出するパッチアンテナ２と、パッチアンテナ２からの検出信号に基づいて部分放電を計測する電磁波検出回路３と、パッチアンテナ２及び電磁波検出回路３が設置された複合多層基板１１とを備え、電磁波検出回路３は、電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽筐体１８および接地電極１２によって両面から覆われる。【選択図】図１
2008304357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機機器の絶縁劣化によって発生する部分放電に伴い放射される電磁波を検出するアンテナと、
前記アンテナからの検出信号に基づいて部分放電を計測する電磁波検出回路と、
前記アンテナおよび前記電磁波検出回路が設置され、前記電磁波検出回路から絶縁された平面電極が形成された基板とを備え、
前記電磁波検出回路は、前記平面電極が形成された領域に対応する領域に設置され、電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽体で覆われたことを特徴とする部分放電計測装置。
【請求項２】
前記基板に対向する前記電磁波遮蔽体の面積は、前記平面電極の面積より広いことを特徴とする請求項１に記載の部分放電計測装置。
【請求項３】
前記アンテナは、接地電極、アンテナ誘電体、および受信電極によって構成された１〜２ＧＨｚの範囲に検出中心周波数を有するパッチアンテナであることを特徴とする請求項１または２に記載の部分放電計測装置。
【請求項４】
前記電磁波検出回路は、前記基板の一方の面に設置され、
前記アンテナは、前記基板の他方の面に設置され、前記平面電極が前記接地電極となることを特徴とする請求項３に記載の部分放電計測装置。
【請求項５】
前記電磁波検出回路と前記アンテナとを接続する給電線を備え、
前記給電線の一部は、前記基板に設けられたスルーホールで構成されたことを特徴とする請求項４に記載の部分放電計測装置。
【請求項６】
前記電磁波検出回路は、前記検出信号のノイズを低減するノイズ除去手段、前記ノイズが低減された検出信号を増幅する信号増幅手段、前記増幅された検出信号のピーク値を所定の測定時間内で検出するピーク検出手段、および前記ピーク値をデジタル化するデジタル信号処理手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の部分放電計測装置。
【請求項７】
前記電磁波検出回路は、前記電磁波の検出強度範囲が−９０ｄＢｍ〜−３０ｄＢｍに設定され、前記電磁波の検出帯域幅が２０ＭＨｚに設定され、前記電磁波の検出ウインドウ範囲が５μ秒〜２５０μ秒に設定され、前記電磁波の検出ウインドウにおける前記検出信号の最大パルスを計測し、前記最大パルスから前記部分放電の最大放電強度を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の部分放電計測装置。
【請求項８】
前記電磁波検出回路に接続され、前記電機機器に設置された検出信号出力手段を備え、
前記検出信号出力手段は、前記電磁波検出回路によって計測された前記部分放電の計測結果をデジタル表示することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の部分放電計測装置。
【請求項９】
前記電磁波遮蔽体の外面に設置された磁石を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の部分放電計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高電圧機器の絶縁劣化に伴う部分放電を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の部分放電計測装置においては、高電圧機器は長期稼動によって絶縁物に劣化が生じ、絶縁劣化が生じると部分放電が発生するので、この部分放電を計測して絶縁劣化状態を診断している。この部分放電を計測する手法のひとつとして部分放電発生に伴って発生する電磁波を計測している。例えば、回転電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、固定子巻線端部に対向した位置の回転電機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。回転電機の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で検出することによって、検出された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（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
電磁波を検出する検出器として、次のようなものがある。凹面鏡（外部回路）で集束した電磁波が、電磁波に対して透明な半絶縁性半導体基板上に製作した半絶縁性の導体からなる１／２波長アンテナ（利得約６ｄＢ）に導入され、半導体基板の中に選択的に成長させた半導体部分に作られた例えばショットキー接合による半導体接合部で検出され、端子を通じて取り出される。このように、アンテナ部と半導体接合部とが同一基板上に構成される構造となっているので、機械的および電気的安定性がよい（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、電磁波を検出するために、複数の微小アンテナ素子が、プリント基板上の導体パターンによって一列に形成され、この微小アンテナ素子が形成された面とは反対側の面に複数の周波数選択信号検出部が列状配置されている。このような構成によって、各種電子機器から発生する不要輻射による妨害を最小限に抑えて、電子機器から放射される近傍電磁界強度を測定することができる。選択された周波数は３０ＭＨｚから１ＧＨｚまでの広範囲に渡るため、電磁放射を検出するためのワイヤーループアンテナに１対１に対応した周波数選択信号レベル検出回路を１０００個程度接続し、その検出出力を記憶装置およびＣＰＵに接続し、複数のワイヤーループアンテナから検出された電磁放射レベルに対応した複数の信号レベル情報を同時に測定して記憶している（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
さらに、携帯電話帯〜電子レンジ帯の電波を検出し、人体が被ばくした電磁波の積算量を計測するためのダイオード検波を用いた検出回路と小型アンテナ等とを、同一プリント基板の表裏に設けることによって小型化している。検出部は、平面アンテナで小型化を図ることに加えてテーパー状にすることによってギガヘルツ帯における広帯域化した小型アンテナであるマイクロスプリットアンテナやプリント基板ダイポールアンテナとして機能するものであり、０．９ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚまで検出する広帯域化を図るために、プリント基板上でアンテナ形状をテーパーに印刷している（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２３１０１５号公報（第５頁、第２図）
【特許文献２】特開昭５２−５０１５４号公報（第１〜２頁、第２図）
【特許文献３】特開平９−３０４４５６号公報（第４頁、第２，３図）
【特許文献４】特開２００３−１９４８６２号公報（第３〜４頁、第１，２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の部分放電計測装置では、回転電機の内部に放射電磁波検出手段を設置し、回転電機の外部に部分放電信号処理手段を設置し、回転電機の部分放電を計測している。このような構成では、放射電磁波検出手段と部分放電信号処理手段が別々の装置であり、両者を高周波同軸ケーブルで接続する必要があるが、検出する信号がＧＨｚ帯の高周波であるために同軸ケーブルによって信号減衰が生じる欠点があった。また、放射電磁波検出手段と部分放電信号処理手段とが離れているため、装置が大きくなり、小型化が困難である問題点があった。さらに、ケーブル接続部やケーブルによってノイズが侵入してＳ／Ｎが悪くなるという問題点があった。
【０００８】
また、先行文献２〜４のように、電磁波を検出する方法として同一基板上にアンテナと電磁波検出器を設ける方法が記載されている。しかしながら、先行文献２に示されたものは、ビームガイド方式に応用するサブミリ波領域の電磁波検出器であり、受配電盤や高圧回転機などの電磁波ノイズが多い環境の中でノイズを抑制して部分放電を感度良く計測できない問題点があった。先行文献３に示されたものは、使用されるアンテナはループ長が３〜８ｍｍ程度の微小アンテナであり、受配電盤や高圧回転機などの電磁波ノイズが多い環境の中でノイズを抑制して部分放電を感度良く計測できず、さらに、30ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲を高速で走査し検出するため、この方法で部分放電を計測すると部分放電以外のノイズを多数検出してしまい、Ｓ/Ｎが悪いという問題点があった。先行文献４に示されたものは、０．９〜２．５ＧＨｚの広範囲の磁界と電波とを計測するため、部分放電以外のノイズを多く検出するのでＳ/Ｎが悪く、受配電盤や高圧回転機などの電磁波ノイズが多い環境の中でノイズを抑制して部分放電を感度良く計測できない問題点があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、部分放電に伴う電磁波の信号減衰が小さく耐ノイズ性に優れた小型で高感度な部分放電計測装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る部分放電計測装置は、電機機器の絶縁劣化によって発生する部分放電に伴い放射される電磁波を検出するアンテナと、アンテナからの検出信号に基づいて部分放電を計測する電磁波検出回路と、アンテナおよび電磁波検出回路が設置され、電磁波検出回路から絶縁された平面電極が形成された基板とを備え、電磁波検出回路は、平面電極が形成された領域に対応する領域に設置され、電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽体で覆われたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、電磁波検出回路およびアンテナを近接に配置し、電磁波検出回路を電磁波遮蔽筐体および平面電極で覆うので、部分放電に伴う電磁波の信号減衰および電磁波ノイズの影響が小さくなり、部分放電の検出感度を高くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１を示す部分放電計測装置の構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示す部分放電計測装置から誘電体筐体を外した状態をパッチアンテナ側から見た斜視図である。図３は、図１に示す部分放電計測装置を電磁波遮蔽筐体側から見た斜視図である。図１において、部分放電計測装置１は、複合多層基板１１に設けられたパッチアンテナ２と、複合多層基板１１に設けられた電磁波検出回路３と、電磁波を遮蔽し、電磁波検出回路３を覆う電磁波遮蔽体である電磁波遮蔽筐体１８と、パッチアンテナ２を覆う誘電体筐体１９と、複合ケーブル５と、電源６と、検出信号出力手段７とで構成されている。
【００１３】
パッチアンテナ２は、電機機器である高電圧機器の絶縁劣化によって発生する部分放電に伴い放射される電磁波を検出するアンテナである。電磁波検出回路３は、パッチアンテナ２からの検出信号に基づいて部分放電を計測する。パッチアンテナ２および電磁波検出回路３は同一の基板である複合多層基板１１に設置されている。本実施の形態では、電磁波検出回路３は、複合多層基板１１の一方の面に設置され、パッチアンテナ２は、複合多層基板１１の他方の面に向かい合うように設置されている。
【００１４】
複合多層基板１１は、第１回路基板１４と、第２回路基板１５とで構成されている。複合多層基板１１の第２回路基板１５側には、平面電極である接地電極１２を介してアンテナ誘電体１３が設けられている。電磁波検出回路３と接地電極１２は絶縁されている。図１に示すように、電磁波検出回路３は、接地電極１２が形成された領域に対応する領域に向かい合うように設置されている。アンテナ誘電体１３には、表面に受信電極１６を設け、反対面である複合多層基板１１側に接地電極１２が設けられている。受信電極１６からの受信は、給電線１７を介して行う。受信電極１６に接続された給電線１７は、図２に示すようにスプリットライン状にアンテナ誘電体１３の表面にパターン形成されている。パッチアンテナ２は、接地電極１２、アンテナ誘電体１３、受信電極１６および給電線１７によって構成されている。
【００１５】
ここで、複合多層基板１１の部分断面図を図４に示す。複合多層基板１１には、スルーホール２３が形成されている。スルーホール２３は、電磁波検出回路３とパッチアンテナ２とを接続する給電線１７の一部を構成するものである。スルーホール２３を形成することによって、受信電極１６と電磁波検出回路３の給電回路パターン４５との間の配線距離が給電線１７を介して最短となるように構成されている。スルーホール２３は、接地電極１２および第２回路パターン４７から絶縁して形成されており、第１回路基板１４上に形成された電磁波検出回路３の給電回路パターン４５に接続されている。なお、第１回路基板１４上には検出回路パターン４６も形成されている。
【００１６】
複合多層基板１１の一方の面は、その外形寸法に合った嵌めあい形状を有する電磁遮蔽筐体１８によって覆われている。電磁遮蔽筐体１８を設けることによって外部から電磁波検出回路３への電磁波ノイズが遮蔽され、機械的に電磁波検出回路３が保護され、さらに湿度からも電磁波検出回路３が保護されている。複合多層基板１１上で電磁波検出回路３が設置された面の反対側の面は、接地電極１２で覆われている。つまり、電磁波検出回路３を電磁波遮蔽筐体１８および接地電極１２によって両面から覆う構成になっている。この構成によって電磁波検出回路３への電磁波ノイズの侵入を防ぐことができる。なお、電磁波遮蔽筐体１８が複合多層基板１１に対向する面積は、パッチアンテナ２を構成する接地電極１２の面積より広い。このような構成によって、電磁波検出回路３への電磁波ノイズの侵入をより確実に防止できる。電磁波遮蔽筐体１８には、気密端子２２を設けて、複合ケーブル５を電磁波遮蔽筐体１８の外部に導出する。電磁波遮蔽筐体１８は金属で構成される。
【００１７】
また、複合多層基板１１の他方の面側に設けられたパッチアンテナ２は、誘電体筐体１９で覆われている。誘電体筐体１９および電磁波遮蔽筐体１８は、電磁波遮蔽筐体１８のパッキン溝２６に設けられたパッキン２０によって気密構造を構成している。このため、パッチアンテナ２、電磁波検出回路３、および複合多層基板１１は、外気・湿度から保護される構造となっている。なお、誘電体筐体１９と電磁波遮蔽筐体１８は、電磁波遮蔽筐体１８のネジ穴２５にネジ２１を差し込むことによって固定される。
【００１８】
パッチアンテナ２は、１〜２ＧＨｚの範囲に検出中心周波数を有する。パッチアンテナ２は、その構造から狭帯域特性を持つが、受信電極１６の縦横寸法、接地電極１２の縦横寸法、およびアンテナ誘電体１３の厚さと誘電率との諸元から、受信する電磁波の中心周波数、帯域幅、および利得を設計することができる。このように、部分放電検出用のアンテナとして複合多層基板１１の片面にパッチアンテナ２を形成するので、部分放電検出に効果的な周波数帯域および帯域幅を構成することができる。なお、本実施の形態では、中心周波数を１．８ＧＨｚ、帯域幅を１００ＭＨｚに設定されている。
【００１９】
電磁波検出回路３は、複合多層基板１１の第１回路基板１４および第２回路基板１５に形成された回路パターンと第１回路基板１４に実装された電子部品とで構成されている。電磁波検出回路３は、パッチアンテナ２が検出した狭帯域信号を計測する。図５に電磁波検出回路３のブロック図を示す。電磁波検出回路３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６０、低ノイズアンプ（ＬＮＡ）６１、検波回路６２、ピークホールド回路（Ｐ／Ｈ回路）６３、アナログ・デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）６４、データ処理回路６５、データ入出力回路６６、およびコネクタ４で構成される。ここで、バンドパスフィルタ６０は、パッチアンテナ２で検出された検出信号ノイズを低減するノイズ除去手段であり、低ノイズアンプ６１および検波回路６２は、ノイズが低減された検出信号を増幅する信号増幅手段であり、ピークホールド回路６３は、増幅された検出信号のピーク値を所定の測定時間（計測時間ウインドウ）内で検出するピーク検出手段であり、アナログ・デジタル変換回路６４およびデータ処理回路６５は、ピーク値をデジタル化するデジタル信号処理手段である。
【００２０】
電磁波検出回路３へは、複合ケーブル５を介して電源６からＤＣ電源が供給される。データ処理回路６５はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）６７とメモリ６８とＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６９とで構成されている。なお、メモリは、図示しないＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）とＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）とで構成されている。
【００２１】
図６は、部分放電計測装置１を組み込んで部分放電の監視を行う高電圧機器の構成図である。上述のようにして構成された部分放電計測装置１は、図６に示すように配置して部分放電の計測あるいは監視を行う。図６において、受配電機器３１は、受配電盤フレーム３２の内部に設置された遮断器３３、変圧器３４、配電機器３５、受電高圧母線３６、および負荷側配電母線３７などで構成される。部分放電計測装置１は、遮断器３３、変圧器３４、配電機器３５などの高電圧機器の近傍の受配電盤フレーム３２の内壁に、パッチアンテナ２の面を高電圧機器側に向けて設置されている。そして、複合ケーブル５を介して受配電盤フレーム３２の外部から電源６によって部分放電計測装置１へＤＣ電源を供給する。電源６は、商用電源１００Ｖから図示しない変圧回路と図示しないＡ／Ｄコンバータを用いてＤＣ電源を供給する構成である。部分放電計測装置１によって検出された信号は、データ入出力回路６６、コネクタ４を経由して検出信号出力手段７へ出力される。なお、検出信号出力手段７は、測定対象となる高電圧機器に設置されている。
【００２２】
検出信号出力手段７は、デジタル表示器３８とＩ／Ｆコネクタ３９とで構成されている。検出信号出力手段７は、電磁波検出回路３から導出された複合ケーブル５によって電磁波検出回路３に接続され、電磁波検出回路３によって計測された部分放電の計測結果をデジタル表示する。Ｉ／Ｆコネクタ３９は、通信回線４０を経由して監視センタ４１に設置された監視端末４２と接続されている。
【００２３】
次に、部分放電計測装置１による、部分放電検出の動作について説明する。図６において、受配電機器３１を構成する遮断器３３、変圧器３４、配電機器３５などの高電圧機器には、図示しない絶縁物が設けられており、受電高圧母線３６、負荷側配電母線３７は、図示しない支持絶縁物によって支持されている。これら絶縁物、支持絶縁物などは、受配電機器３１の長期稼動によって絶縁劣化が発生し、進展する。この絶縁劣化が進展すると、受配電機器３１の運転電圧によって絶縁物から部分放電が発生し、その部分放電発生に伴って電磁波が放射される。この電磁波を計測・監視して受配電機器３１の部分放電発生状態を監視する。
【００２４】
受配電盤フレーム３２内で発生した部分放電に伴う電磁波は、部分放電発生箇所から放射されるが、受配電盤フレーム３２は金属製なので受配電盤フレーム３２内で乱反射しながら伝播する。伝播する電磁波は、受配電盤フレーム３２の内壁に設置した部分放電計測装置１の誘電体筐体１９を透過してパッチアンテナ２の受信電極１６に達して受信される。ここで、パッチアンテナ２は指向性を有するアンテナであるが、前述した乱反射の効果によってパッチアンテナ２の設置方向が必ずしも部分放電発生箇所に向いていなくても、高感度で部分放電に伴う電磁波が受信される。パッチアンテナ２では、中心周波数１．８ＧＨｚ、帯域幅１００ＭＨｚの電磁波が受信される。受信された電磁波は、給電線１７を介して給電回路パターン４５へ伝送される。給電回路パターン４５は、電磁波検出回路３に接続されている。
【００２５】
受信された電磁波は、電磁波検出回路３のバンドパスフィルタ６０によって帯域幅を２０ＭＨｚに制限され、低ノイズアンプ６１、検波回路６２、ピークホールド回路６３、アナログ・デジタル変換回路６４、データ処理回路６５へと順次伝送され、信号処理される。そして、低ノイズアンプ６１とログ検波回路である検波回路６２を用いることで−９０ｄＢｍ〜−３０ｄＢｍの広範囲の強度の部分放電を検出できる。受信された電磁波を信号処理することによって、発生した部分放電を部分放電パルスとして検出することができる。絶縁物、支持絶縁物などの絶縁劣化が進んだ段階では、部分放電パルスの発生数は、毎秒数千個から数万個におよび、放電強度は−９０ｄＢｍ〜−３０ｄＢｍの範囲にランダムにばらつく。これら多数の部分放電パルスが発生する中で、絶縁劣化と部分放電強度との間には相関関係があり、絶縁劣化が進展した箇所が起因となる部分放電は、放電強度が大きいことが判明している。
【００２６】
データ処理回路６５では、設定した検出ウインドウである計測時間ウインドウごとに検出信号の最大パルスを計測し、この最大パルスから部分放電パルスの部分放電発生時刻と最大放電強度とが算出され、記録される。本実施の形態における計測時間ウインドウは３０μ秒である。この計測時間ウインドウ３０μ秒間に、部分放電に伴う複数の部分放電パルスが発生した時は、３０μ秒の間の部分放電パルスの最大放電強度が記録される。本実施の形態では、計測時間ウインドウは３０μ秒としたが、計測時間ウインドウの範囲を５μ秒〜２５０μ秒に設定しても、部分放電パルスの部分放電発生時刻と最大放電強度を算出することができる。
【００２７】
なお、データ処理回路６５では、絶縁物の絶縁劣化の進展が把握できるように効果的に計測結果が出力できるように設計されている。すなわち、データ処理回路６５では、計測者が設定した通りに計測時間を制御する。本実施の形態における計測時間は１秒から３０秒まで任意に設定できる。本実施の形態では計測時間ウインドウを３０μ秒とし、計測時間を１秒から３０秒までとしたが、計測時間ウインドウおよび計測時間は任意に設計でき、遠隔監視する時のデータ転送時間を考慮して設計するとよい。データ処理回路６５で処理される計測データは、各パルスの放電発生時間、放電強度、最大放電強度、部分放電発生累積頻度分布、部分放電発生位相−強度−頻度特性である。放電発生時間は受配電機器３１に課電された電圧に対する位相である。最大放電強度は印加電圧の毎サイクルに部分放電が発生する強度レベルである。データ処理回路６５で処理される多数の計測データは、データ処理回路６５内のメモリ６８に格納される。このように、計測時間ウインドウを設けて計測時間ウインドウでの最大値のみを計測することで、絶縁劣化の判定に有用なパルスを選択的に検出できる。そして、計測時間ウインドウで選択的に検出することで部分放電監視のためのデータ量を減少させることができ、データ転送時間を短くすることができる。このため、多数台の高電圧機器の監視に向けた有効な遠隔監視ができる。
【００２８】
データ処理回路６５で処理した計測データは、データ入出力回路６６を介して検出信号出力手段７に出力される。検出信号出力手段７ではデジタル表示器３８に最大放電強度を表示すると共に、Ｉ／Ｆコネクタ３９および通信回線４０を経由して計測データを監視端末４２に伝送する。監視端末４２では計測結果を表示するとともに、データを格納・蓄積して経年変化を管理する。
【００２９】
図７、図８は、監視端末４２に表示した受配電機器３１の部分放電の計測結果の一例である。図７は放電発生位相特性、図８は発生頻度分布および最大放電強度である。図７および図８は、同一計測データの結果であり、計測条件は計測時間ウインドウが３０μ秒、計測時間が３秒である。図７に示すように、−９０ｄＢｍまで高感度で部分放電を計測できる。このように、監視センタ４１では、監視端末４２によって詳細データを解析できる。一方、受配電機器３１の表面にデジタル表示器３８を設置し最大放電強度を常に表示することによって、受配電機器３１が設置された現場で監視状況が把握できるので、監視専門員でない巡回点検員や機器運転者が絶縁物の劣化状況を把握できる。
【００３０】
以上のように、電磁波検出回路３を電磁波遮蔽筐体１８および接地電極１２によって両面から覆うことによって電磁波検出回路３への電磁波ノイズの侵入を防止できるので、部分放電の検出感度を高くできる。また、パッチアンテナ２から電磁波検出回路３までの伝送距離を最短にしているので、部分放電に伴う電磁波の信号減衰を最少にすることができ、高感度の部分放電検出を行うことができる。さらに、パッチアンテナ２と電磁波検出回路３とを同一の複合多層基板１１の表裏に設けることで、小型で安価な部分放電計測装置１を製作することができる。また、パッチアンテナ２と電磁波検出回路３とを、誘電体筐体１９および電磁波遮蔽筐体１８をパッキン２０によって覆うことによって防湿、防塵特性が向上するので、部分放電計測装置１の長期信頼性が高くなる。さらに、受配電機器３１の外部表面に、運転中に部分放電強度値を常時表示できるので、監視専門員でない巡回点検員や機器運転者が絶縁物の劣化状況を把握できる。
【００３１】
本実施の形態では、パッチアンテナ２が受信する電磁波の中心周波数、帯域幅、および利得の設計について、受信電極が矩形の場合について説明したが、受信電極が円形でも同様に設計できることは言うまでも無い。また、パッチアンテナ２の給電線１７は、スルーホール２３を介して電磁波検出回路３と接続することを示したが、給電線１７と電磁波検出回路３とが最短距離で接続される構成であれば、スルーホールに限定するものでは無く、ピンや回路パターンなどでも良い。
【００３２】
実施の形態２．
図９は、この発明を実施するための実施の形態２を示す部分放電計測装置の斜視図である。図９において、パッチアンテナ２と電磁波検出回路３との接続を、給電線ではなく、パッチアンテナの受信電極を貫通するスルーホールで行う点が実施の形態１の構成と異なる。図９において、図２と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の態様は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００３３】
図１０に、複合多層基板１１の部分断面図を示す。複合多層基板１１には、スルーホール８０が形成されている。実施の形態１では、スルーホールはパッチアンテナ２の受信電極１６が形成されていない領域に形成されていたが、本実施の形態では、受信電極１６にスルーホール８０が形成されている。スルーホール８０は、受信電極１６から電磁波検出回路３の給電回路パターン４５まで貫通するように形成されている。スルーホール８０を形成することによって、受信電極１６と電磁波検出回路３の給電回路パターン４５との間の配線距離が最短となるように構成されている。
【００３４】
このように、受信電極１６を貫通させてスルーホール８０を形成することによって、パッチアンテナ２と電磁波検出回路３との間の配線を短くできるので、部分放電に伴う電磁波の信号減衰を小さくすることができ、部分放電の検出感度を高くできる。
【００３５】
実施の形態３．
図１１は、この発明を実施するための実施の形態３を示す部分放電計測装置の構成を示す断面図である。図１１において、部分放電計測装置７１の構成は、パッチアンテナ２および電磁波検出回路３が基板５２の同じ面に設置されている点が、実施の形態１の構成と異なる。
【００３６】
本実施の形態において、基板５２に平面電極５５が形成されている。電磁波検出回路３と平面電極５５は絶縁されており、電磁波検出回路３は、平面電極５５が形成された領域に対応する領域に設置されている。平面電極５５は、本実施の形態のように電磁波検出回路３が設置された面とは反対側の面に形成されてもよいし、複合多層基板のいずれかの層に形成されてもよい。電磁波検出回路３は、電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽筐体５４で覆われている。パッチアンテナ２は、誘電体筐体５３によって保護されている。また、電磁波検出回路３およびパッチアンテナ２を同一基板上に設置されているので、電磁波検出回路３の入出力端子とパッチアンテナ２の入出力端子とを近傍に配置し、短い給電線を配線すればよい。
【００３７】
このような構成によって、電磁波検出回路３は、電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽筐体５４および平面電極５５によって両面から覆われるので、電磁波検出回路３への電磁波ノイズの侵入を防止できるので、部分放電の検出感度を高くできる。また、装置全体が少し大きくなるものの、基板にスルーホールを設ける必要もなく、容易にパッチアンテナ２から電磁波検出回路３までの伝送距離を最短にできる。このため、部分放電に伴う電磁波の信号減衰を小さくすることができる。
【００３８】
実施の形態４．
図１２は、この発明を実施するための実施の形態４を示す部分放電計測装置の構成を示す断面図である。また、図１３は、図１２に示す部分放電計測装置を電磁波遮蔽筐体側から見た斜視図である。図１２において、部分放電計測装置７２の構成は、電磁波遮蔽筐体１８の背面に磁石５１を接着によって固定した点が、実施の形態１の構成と異なる。
【００３９】
磁石５１は、電磁波遮蔽筐体１８の背面の４隅に設置されている。電磁波遮蔽筐体１８の背面に磁石５１を設置したことによって磁石５１を用いて受配電機器３１などの監視対象機器の金属内壁面に容易に固定することができる。電磁波遮蔽筐体１８の背面に設置される磁石５１の個数は４個に限定されるものではなく、何個でもよい。なお、磁石を接着によって固定した場合について説明したが、接着による固定に限定されるものではない。
【００４０】
また、図１４に示す部分放電計測装置７３のように、電磁波遮蔽筐体１８ｂに凹部を設けて、凹部に嵌め合わせて磁石５１ｂを設置しても良い。このような構成によって、金属内壁に設置したときの金属内壁からの突起が少なくなり、高電圧部からの絶縁安全距離を確保できる。なお、磁石５１ｂは電磁波遮蔽筐体１８ｂに接着によって固定されているが、電磁波遮蔽筐体１８ｂに鉄などの磁性体材料を用いることによって、磁石５１ｂの磁力によって電磁波遮蔽筐体１８ｂに固定されてもよい。
【００４１】
通常、ビルや工場の受配電機器は常時運転しており、絶縁試験、絶縁監視装置設置のために停電することが出来ない。一方、絶縁試験、絶縁監視が必要な受配電盤は長期稼動して劣化が心配される機器である。このような機器は運転中であり非停電での絶縁試験や監視が求められる。本実施の形態のような構成によって、受配電機器の運転中においても停電の必要がなく、受配電機器の扉を開けて内壁に容易に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施の形態１を示す部分放電計測装置の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における部分放電計測装置の斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１における部分放電計測装置の斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１における複合多層基板の部分断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１における電磁波検出回路のブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態１における部分放電計測装置を組み込んで部分放電の監視を行う高電圧機器の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態１における部分放電の計測結果である。
【図８】この発明の実施の形態１における部分放電の計測結果である。
【図９】この発明の実施の形態２を示す部分放電計測装置の斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における複合多層基板の部分断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３を示す部分放電計測装置の構成を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態４を示す部分放電計測装置の構成を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態４における部分放電計測装置の斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態４を示す別の部分放電計測装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，７１，７２，７３  部分放電計測装置、２  パッチアンテナ、３  電磁波検出回路、４  コネクタ、５  複合ケーブル、６  電源、７  検出信号出力手段、１１  複合多層基板、１２  接地電極、１３  アンテナ誘電体、１４  第１回路基板、１５  第２回路基板、１６  受信電極、１７  給電線、１８，１８ｂ，５４  電磁波遮蔽筐体、１９，５３  誘電体筐体、２０  パッキン、２１  ネジ、２２  気密端子、２３，８０  スルーホール、２５  ネジ穴、２６  パッキン溝、３１  受配電機器、３２  受配電盤フレーム、３３  遮断器、３４  変圧器、３５  配電機器、３６  受電高圧母線、３７  負荷側配電母線、３８  デジタル表示器、３９  Ｉ／Ｆコネクタ、４０  通信回線、４１  監視センタ、４２  監視端末、４５  給電回路パターン、４６  検出回路パターン、４７  第２回路パターン、５１，５１ｂ  磁石、５２  基板、５５  平面電極、６０  バンドパスフィルタ、６１  低ノイズアンプ、６２  検波回路、６３  ピークホールド回路、６４  アナログ・デジタル変換回路、６５  データ処理回路、６６  データ入出力回路、６７  ＦＰＧＡ、６８  メモリ、６９  ＣＰＵ。
【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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