(57)【要約】  センサ(１２)は、電力システムにおける部分放電(ＰＤ)を検出し、対応するアナログ電気信号を発生する。データ取得コンポーネント(１４)は、センサ(１２)から信号を受信し、対象の周波数スペクトルにおいて一様に間隔を置いた一連の周波数に対するディジタル化されたゼロスパンデータ(２２)に、それを変換する。ディジタル信号処理コンポーネント(１６)は、ディジタル化されたゼロスパンデータを受信し、このようなデータを分析し、一様に間隔を置いた周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元のフォーマットにおける、対応する位相分解されたスペクトル信号を発生する。表示コンポーネント(１８)は、分析されたデータストリームを処理コンポーネントから受信し、１つ以上の表示を作動させる。この１つ以上の表示から、ＰＤの特性、例えば、異なる源からのＰＤの異なるタイプ、及びセンサに対するＰＤの位置についての情報を識別することができる。【選択図】    図１
2015503765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特有の電力周波数で電力を受け取る電気システムにおけるＰＤを分析する方法であって、
（１）前記ＰＤを表し、対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップと、
（２）前記対象の周波数範囲における前記幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける位相分解されたスペクトル信号を得るために、前記ディジタルゼロスパンデータを処理するステップと、
を備える、方法。
【請求項２】
（１ａ）測定される周波数範囲にわたって前記電気システムにおけるＰＤを感知するように構成及び配置されたセンサから、電気ＰＤ信号を受信するステップと、
（１ｂ）前記電気ＰＤ信号を、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号に変換するステップと、
によって、前記ディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（１）と（２）との間において、前記ディジタル化されたゼロスパンデータ信号の雑音を除去するステップ、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記位相分解されたスペクトル信号を使用して、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける表示を作動させるステップ、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（２）の後で、
（３）前記位相分解されたスペクトル信号において表されているＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、前記ＰＤの１つ以上のタイプの各々に対する周波数帯域幅を自動的に計算するステップ、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを源のクラスタに分けることによって、前記位相分解されたスペクトル信号において表されている前記ＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、次に、前記識別されたＰＤの１つ以上のタイプの各々に対するディジタルゼロスパンデータを自動的に源のグループに分けるステップ、を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記識別されたＰＤ放電の１つ以上のタイプに対する、振幅と、位相と、帯域幅との次元を含む三次元フォーマットにおける、位相分解された帯域幅の表示を自動的に生成するステップ、を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、対象の周波数範囲の全体にわたって一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、少なくとも１００ＭＨｚの対象の周波数範囲の全体にわたって５ＭＨｚよりも大きくない一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
特有の電力周波数で電力を受け取る電気システムにおける部分放電を分析する方法であって、
（１）測定される周波数範囲にわたって電気システムにおけるＰＤを感知するように構成及び配置されたセンサから、電気ＰＤ信号を受信するステップと、
（２）前記電気ＰＤ信号を、対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号に変換するステップと、ここで、前記周波数範囲は前記測定される周波数範囲内にある、
（３）前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける位相分解されたスペクトル信号を得るために、前記ディジタルゼロスパンデータをソートするステップと、
を備える、方法。
【請求項１１】
前記位相分解されたスペクトル信号を使用して、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける表示を作動させるステップ、を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
ステップ（１）と（２）との間において、前記ディジタル化されたゼロスパンデータ信号の雑音を除去するステップ、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（２）の後で、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを源のクラスタに分けることによって、前記位相分解されたスペクトル信号において表されているＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、前記ＰＤの１つ以上のタイプの各々に対する周波数帯域幅を自動的に計算し、次に、前記識別されたＰＤの１つ以上のタイプの各々に対するディジタルゼロスパンデータを自動的に源のグループに分けるステップ、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
特有の電力周波数で電力を受け取る電力ケーブルにおける部分放電を分析する方法であって、
（１）測定される周波数範囲にわたって電力ケーブルにおけるＰＤを感知するように構成及び配置されたセンサから、電気ＰＤ信号を受信するステップと、
（２）前記電気ＰＤ信号を、対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号に変換するステップと、ここで、前記周波数範囲は前記測定される周波数範囲内にある、
（３）前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける位相分解されたスペクトル信号を得るために、前記ディジタルゼロスパンデータをソートするステップと、
を備える、方法。
【請求項１５】
ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、対象の周波数範囲の全体にわたって一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、少なくとも１００ＭＨｚの対象の周波数範囲の全体にわたって５ＭＨｚよりも大きくない一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（２）の後で、前記位相分解されたスペクトル信号において表されているＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、次に、前記ＰＤの１つ以上のタイプの各々に対する周波数帯域幅を自動的に計算するステップ、を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＰＤの１つ以上のタイプの少なくとも１つのＰＤの源から、前記センサの位置までの、前記電力ケーブルに沿った距離の推定値を自動的に計算し、前記計算された距離を人間が読み出すことができる形式で表示するステップ、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】
関連出願に対する相互参照
本出願は、２０１２年１月１１日に出願された米国仮出願第６１／５８５５７２号の利益に権利を主張している。これによって、米国仮出願第６１／５８５５７２号は、参照によりここに取り込まれる。
【背景技術】
【０００２】
電気システムが古くなるのに従って、例えば、絶縁材料の内部における空隙、モータ及び変圧器の巻線における絶縁体の薄厚化、絶縁表面にわたる汚れ、不正確な電圧対接地の空間、等のような欠陥（defect）により、放電し始める可能性がある。これらの放電の存在は、隠れた欠陥の指標である。隠れた欠陥は、処置されずに放置された場合に、システムの故障に結びつく可能性がある。事実、放電自体が、システムを支えている材料を時間の経過と共に劣化させ、同様にシステムの故障に結びつく。これらの放電が絶縁材料の内側で生じているかもしれない、及びこれらの放電の発生が絶対量（absolute magnitude）において非常に小さい可能性があるという理由で、これらの存在を人間の感覚で知覚できない可能性がある。
【０００３】
部分放電(partial discharge, PD)は、小さな体積の全絶縁システムの全体にわたって気体中で生じるイオンと電子の流れである。欠陥は、電気ストレスを集中させ、誘電体を劣化させる可能性がある。劣化は、誘電体の限られた部分内で始まり、一般に、直ちに深刻な故障に結びつくものではない。その代わりに、絶縁システムにおけるＰＤは、慢性的な徴候として働き、これが発展して、最終的に故障を引き起こす。ＰＤの特性は、電気装置における絶縁システムの性能を表す「健全性指標（health indicator）」である。ＰＤパルスによって放出された音響エネルギ、ＰＤパルスによって放出された光エネルギ、及び／又はＰＤパルスによって放出された電磁エネルギを、測定及び分析するように設計されたシステムを含めて、ＰＤを検出し、分析し、位置を特定する試みが、長い間行われてきた。電磁検出システムでは、ＰＤパルスを検出し、対応するＰＤ信号を分析機器に送るために、誘導結合(磁気)センサと容量結合(電気)センサが使用されてきた。
【０００４】
電磁気に関して、ＰＤパルスは、サブナノセカンド(サブｎｓ)の範囲における速い立ち上がり時間と、その起点におけるギガヘルツ(ＧＨｚ)の範囲までの信号帯域幅と、によって特徴付けられる。最初のｎｓ又はサブｎｓのスパイクの後に、「イオン部分」が続く。「イオン部分」は、より長い持続期間(約１００ｎｓ)を有し得る。遮蔽電力ケーブル（shielded power cable）では、ＰＤ信号は、その起点から電力ケーブルに沿って伝搬するが、信号の高周波成分は、より低い周波数成分よりも、大きく(即ち、より短い距離で)減衰する。
【０００５】
既知のシステムでは、時間領域においてＰＤを分析する(例えば、オシロスコープが、検出された振幅の出力を、時間の関数として提供する)ことによって、又は周波数領域においてＰＤを分析する(例えば、スペクトル分析器が、信号の大きさの出力を、スペクトルにおける周波数の関数として提供する)ことによって、ＰＤ源を特徴付けて、ＰＤ源の位置を特定することを試みた。このようなシステムの態様は、次のものに記載されている。即ち、
「Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐａｒｔｉａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｓ  ｉｎ  Ｃａｂｌｅｓ，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．２７，  Ｎｏ．１，  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  １９９２（「ケーブルにおける部分放電の位置の推定」、絶縁に関するＩＥＥＥ報告書、Ｖｏｌ．２７、Ｎｏ．１、１９９２年２月）」と、
「Ｔｈｅ  Ｃａｓｅ  ｆｏｒ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｏｍａｉｎ  ＰＤ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｔｅｘｔ  ｏｆ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｃａｂｌｅ，  ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，  Ｖｏｌ．１９，  Ｎｏ．４，  Ｊｕｌｙ／Ａｕｇｕｓｔ  ２００３（「配電ケーブルとの関連における周波数領域のＰＤ試験の事例」、ＩＥＥＥの絶縁マガジン、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．４、２００３年７、８月）」と、
その中で引用されている文献。
【発明の概要】
【０００６】
この概要は、概念から選択されたものを単純化した形式で紹介するために提供されており、後述で詳細な説明において更に説明される。この概要は、権利を主張している内容の重要な特徴を特定することを意図したものでも、権利を主張している内容の範囲を決定する際に補助として使用されることを意図したものでもない。
【０００７】
本発明のシステムの１つの態様では、センサは、特有の電力周波数で電力を受け取る電気システムにおける部分放電(ＰＤ)を検出し、検出されたＰＤを、対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータ（digital zero span data）に変換する。１つの実施形態では、対象の範囲は、少なくとも１００ＭＨｚである可能性があり、対象の周波数は、５ＭＨｚを超えない（no more than）間隔を置くことができる。雑音を除去した後で、ディジタルゼロスパンデータがソートされ（sort）、位相分解されたスペクトル信号を得る。これを使用して、対象の範囲における幾つかの周波数の各々に対する、三次元（振幅と、位相と、周波数）でフォーマットされた表示を作動させる（actuate）ことができる。ソートされたデータを使用して、例えば、電力サイクル（power cycle）毎に繰り返される（recur）放電の異なるタイプと、センサから異なる距離で発生する放電とを識別すること、等によって、センサによって検出された放電の異なる特性を識別することができる。長い電力ケーブル中のＰＤ源の位置を特定するために、距離情報は特に重要である可能性がある。
【０００８】
添付の図面と併せて、以下の詳細な説明を参照することによって、本発明の上述の態様と、付随する特長の多くとが、より良く理解されるので、これらがより容易に分かるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に従って部分放電を分析して位置を特定するシステムのコンポーネントのブロック図である。
【図２】スペクトル分析器のフルスキャン出力を表わすグラフであり、このスペクトル分析器のフロントエンド入力は、本発明が用いられる一般的なタイプのＰＤ信号である。
【図３】スペクトル分析器の変更された形式のゼロスパン出力を表わすグラフであり、このスペクトル分析器のフロントエンド入力は、本発明が用いられる一般的なタイプのＰＤ信号である。
【図４】本発明に従って得ることができる処理されたＰＤ信号データの表示(「位相分解されたスペクトル」)をグラフで表したものである。
【図５】本発明に従って得ることができる処理されたＰＤ信号データの別の表示(「位相分解された帯域幅」)をグラフで表したものである。
【図６】本発明に従って得ることができる処理されたＰＤ信号データの別の表示(「位相分解されたマッピング」)をグラフで表したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明による部分放電(ＰＤ)分析システムを使用して、例えば、電力変圧器、モータ／発電機、スイッチギヤ、電力ケーブル、等のような電力設備における絶縁状態を評価することができる。これらの各々は、特有の電力周波数で電力を受け取る。特に電力ケーブルの場合に、本発明によるシステムの重要な特長は、ケーブルに沿ってＰＤ源の起点の位置を特定し、これに加えて、ＰＤの他の特性についての情報を提供するために使用されることである。
【００１１】
図１を参照すると、このようなシステム１０は、４つの主要なコンポーネントを使用している。センサコンポーネント１２は、ＰＤを検出し、対応する信号(通常、アナログ電気信号)を発生する。「データ取得」コンポーネント１４は、センサ１２から信号を受信し、それを特別なディジタルフォーマットに変換する。ディジタル信号処理コンポーネント１６は、ディジタル形式のフォーマットされたデータを収集コンポーネントから受信し、このようなデータを分析し、本発明によって対象であると認識されたＰＤの状況についての対応する分析されたディジタルデータ信号を発生する。表示コンポーネント１８は、分析されたデータストリームを処理コンポーネントから受信し、１つ以上の表示を作動させる。この１つ以上の表示から、ＰＤの特性を識別することができる
ＰＤ源におけるＰＤの帯域幅が、（ＧＨｚの範囲まで）広く、且つ測定位置におけるＰＤ信号の帯域幅が、ＰＤの起点から測定位置までの距離を決定する際における重要な要素であるので、本発明で使用されるセンサ１２は、広帯域ＰＤセンサであることが好ましい。一例は、２０１２年１１月２日に出願された共有の米国特許出願第１３／６６７，９５２号に記載されているタイプの容量結合センサである。このようなセンサの特長は、下端の５ＫＨｚ乃至４００ＫＨｚから上端の少なくとも数百ＭＨｚまでの周波数範囲における信号を検出して送る能力である。しかしながら、試験されている電気機器のＰＤパルスを良く表したものに変換可能な信号を提供する他のセンサを使用することができる。例えば、
“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｒｏｎａ  ａｎｄ  Ｐａｒｔｉａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，  Ｖｏｌ．ＥＩ−１７，  Ｎｏ．２  Ａｐｒｉｌ  １９８２（「コロナ及び部分放電の測定における基本的限界」、絶縁に関するＩＥＥＥ報告書、Ｖｏｌ．ＥＩ−１７、Ｎｏ．２、１９８２年４月）と、
“Ｐａｒｔｉａｌ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃａｂｌｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ＶＨＦ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｒｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，  Ｖｏｌ．１０，  Ｎｏ．２  Ａｐｒｉｌ  ２００３（「ＶＨＦ容量結合器を使用したケーブルにおける部分放電の検出」、誘電体及び絶縁体に関するＩＥＥＥ報告書、Ｖｏｌ．１０、Ｎｏ．２、２００３年４月）と、
その中で引用されている文献。
【００１２】
センサ１２からの信号は、ＰＤパルス情報を含んでおり、データ取得コンポーネント１４に供給される。図１には、センサ１２からの信号に対して２つの代替経路が示されている。左側の経路は、既知の設計のスペクトル分析器２０に通じている。一般に、スペクトル分析器は、入力信号の周波数スペクトルを測定し、表示は、ユーザによって選択された周波数帯域における信号の大きさを示している(スペクトル分析器の「フルスキャン（full scan）」又は「周波数スキャン」動作モードとして特定される)。幾つかのスペクトル分析器を、代わりの「ゼロスパン」モードで動作するように設定することもできる。「ゼロスパン」モードの場合に、出力は、かなり異なるものであって、即ち特定の中心周波数の大きさである。「フルスキャン」は、周波数領域の測定であるが、「ゼロスパン」の出力は、実際は時間領域の表現である。実際には、周波数範囲における一連のゼロスパンを得るために、ゼロスパン機能を備えた多くの既知のスペクトル分析器を設定することができる。本発明で使用するために、ディジタル化されたゼロスパンデータは、ボックス２２に表わされているように、データ取得部の出力として選択される。周波数範囲は、センサの有効帯域幅に近いものにすることができる。代表的な実施において、その範囲は、１乃至２００ＭＨｚであり、３乃至５ＭＨｚのステップを有する。カリフォルニアのサンタクララ（Santa Clara）に本部を置くアジレントテクノロジーズ（Agilent Technologies）から入手可能な様々な分析器を含めて、多くのこのような分析器が、技術的に知られている。
【００１３】
更に図１を参照すると、ボックス２２で表わされている同等のディジタル化されたゼロスパンデータは、オシロスコープに似た時間領域広帯域データ取得ユニットによっても得ることができる。その場合に、その時間領域デバイスは、広帯域のデータを集めることができなければならず、対象の周波数スペクトルの全体を通して希望のステップに中心周波数を有するディジタル帯域通過フィルタによって、又は高速フーリエ変換によって、ゼロスパンを生成することができる。図１において、時間領域デバイスは２４で表わされており、変換/フィルタ部分は２６で表わされている。使用されるデータ取得システムに関わらず、本発明にとって重要な成果は、２２で表わされているディジタル化されたゼロスパンデータを使用することである。
【００１４】
例(データ取得)
一方のマンホールから他方のマンホールまで配置された、７５０ｋｃｍｉｌの銅導体を有する４２５フィート長の２８ＫｖのＸＬＰＥの電力ケーブルに対して実行されたＰＤ測定において、広帯域容量センサが使用された。ケーブルの各端部は、Ｔ型ボディコネクタ（T-body connector）で終端している。広帯域容量センサは、一方のマンホールにおけるＴ型ボディコネクタから３フィート離れたケーブルジャケットの上に配置された。容量センサとアジレント４４０３スペクトル分析器（Agilent 4403 spectrum analyzer）との間に、２４ｄＢの利得を有する低雑音前置増幅器が置かれた。図２は、周波数モードにおける分析器からのフルスキャン出力を表したものであり、高速掃引（図面中の太線２８、掃引時間５ミリ秒）と、累積的な低速掃引（図面中の細線３０、掃引時間２秒、５掃引ずつ蓄積される)とを含む。フルスキャンモードにおける高速掃引（太字）は、測定システムの基線（baseline）及び定常雑音のみを示している。定常雑音は、ＦＭラジオ局からの周囲の信号に起因するおよそ９８ＭＨｚにおけるスパイクと、およそ１８７メガヘルツ（ビデオ搬送波）及び１９２メガヘルツ（オーディオ搬送波）におけるディジタルＴＶ信号に起因する別のスパイクとを含む。低速掃引（細線）は、センサに与えられる全ての信号を含み、測定される信号のタイプを区別することはできない。約９８メガヘルツにおける突き出たスパイクにおいて、細線は、太線で表したものの中に消滅している。図３は、分析器のゼロスパンモードの使用から得られるプロットを表したものである。垂直軸は大きさを示しているが、水平軸は時間から位相に変わり、データの６０電力サイクルを蓄積する。基線３２は電力サイクルを表わし、点はゼロスパンデータを示している。ＰＤのアクティビティの強度を検出するために、このタイプのプロットが使用された。
【００１５】
図１に戻ると、ディジタル化されたゼロスパンデータは、ディジタル信号処理ユニット１６に供給される。ディジタル信号処理ユニット１６は、一般に、適切なプログラミングを用いる汎用コンピュータ(デスクトップ、ラップトップ、等)であり、この適切なプログラミングは、好ましい実施形態において、数値処理と、データ分析及び視覚化と、プログラミング及びアルゴリズム展開能力とを含む。マサチューセッツのナティック(Natick)に本部を置くマスワークス、インク（MathWorks, Inc.）から入手できるマトラブ（MATLAB（登録商標））ソフトウェアは、適切なツールを提供する。更に、ディジタル処理ユニットは、ここに記載されている特定の機能のためにプログラムされた専用のコンピューティングデバイスであってもよい。データ処理における最初のステップは、無関係のデータと非ＰＤ信号とを取り除くために、雑音を除去することである(ボックス３４)。ゼロスパンは、実際には時間領域データであるので、統計的閾値法（statistical threshold method）、高さ分布分析（height distribution analysis）、変換法（transformation methods）、等のような、雑音を取り除くために利用可能な多くの周知の雑音除去方法がある。雑音を除去される信号は、ＰＤ信号のみと考えらえる。
【００１６】
次のステップは、ボックス３６で表わされている位相分解されたソーティングである。本発明によると、位相分解されたゼロスパンは、測定周波数範囲にわたって周波数によってソートされる。(各位相における周波数領域表現と同等である)この情報は、３Ｄフォーマットで提示する表示部１８（図１ではボックス３８で表されている）に伝達される。この一例は図４に示されている。
【００１７】
例（位相分解されたスペクトル）
図４において、垂直軸は、図１及び図２のグラフによって特徴付けられている信号の振幅を表わしている。一方の水平軸は位相を表わし、他方の水平軸は周波数を表わす。この例において、雑音を除去することは、ＦＭラジオ局の強い雑音を回避するために、８８ＭＨｚから１１６ＭＨｚまでの情報を取り除くことを含む。このプロットは、かなり異なるスペクトルと大きく異なる帯域幅とを備えたＰＤ信号の２つのタイプを明確に示している。本出願の目的のために、これらを、「タイプＡ」及び「タイプＢ」と呼ぶことができる。０°乃至９０°間の信号は、１８０°乃至２７０°間で繰り返される。より大きな振幅スパイク４０(タイプＡ)は、だいたい４５ＭＨｚの帯域幅を有し、より小さな振幅スパイク４２(タイプＢ)は、だいたい１５６ＭＨｚの帯域幅を有する。
【００１８】
パルスはケーブルに沿って進みながら減衰するために、測定されるＰＤの周波数帯域幅は、信号伝搬距離によって決定されるので、ＰＤの診断において、スペクトルは、特に電力ケーブルの場合に重要である。例えば、以下を参照されたい。
【００１９】
“Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐａｒｔｉａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｐｕｌｓｅｓ  ｉｎ  Ｓｈｉｅｌｄｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃａｂｌｅ,”  １９９２  Ａｎｎｕａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｈｅｎｏｍｉｎａ，  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，  ＤＣ．，  ｐｐ．２７５−２８０（「遮蔽電力ケーブルにおける部分放電パルスの伝搬」、絶縁及び誘電現象に関する会議の１９９２年の年次報告書、国立科学アカデミー、ワシントンＤＣ、２７５−２８０頁）”と、
“Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｔａｐｅ  Ｓｈｉｅｌｄｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃａｂｌｅｓ，”  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，  Ｖｏｌ．２６  （３），  Ｊｕｌｙ  ２０１１，  ｐｐ．１７９３−１８０２（「固体誘電体テープの遮蔽電力ケーブルにおける高周波信号の伝搬」、電力供給に関するＩＥＥＥ報告書、Ｖｏｌ．２６（３）、２０１１年７月、１７９３−１８０２頁）と、
“Ｐａｒｔｉａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｐｕｌｓｅ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｈｉｅｌｄｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，”  ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，  Ｖｏｌ．２３（６），  Ｎｏｖ．／Ｄｅｃ．  １９９３，  ｐｐ．５−１０（「遮蔽電力ケーブルにおける部分放電のパルス伝搬及び検出感度に対する影響」、ＩＥＥＥの絶縁マガジン、Ｖｏｌ．２３（６）、１９９３年１１／１２月、５−１０頁）と、
その中で引用されている文献。
【００２０】
２つ以上のＰＤ源と様々な雑音源とがある実地試験では、フルスキャンから得られる周波数スペクトルは、提示信号を全て混合したものである。その中の各個々のＰＤタイプの帯域幅を認識することはできない。本発明では、異なるタイプの信号は容易に識別可能であり、それぞれの帯域幅を測定することができる。
【００２１】
位相分解されたソーティング(図１のボックス３６)からのデータを使用して、ＰＤのタイプを認識し、各ゼロスパンにおける各放電タイプによってＰＤのデータをクラスタに分けることができる(ボックス４４)。代表的な実施では、減算クラスタ化方法(Subtractive Clustering Method, SCM)を用いたファジークラスタ化を使用して、各ゼロスパンにおける放電のクラスタの中心を見付けることができる。例えば、以下を参照されたい。
【００２２】
Ｍａｔｌａｂ  Ｈｅｌｐ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ，  “Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ  Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ，”  Ｍａｔｌａｂ  Ｒ２０１１ｂ（７．１３．０．５６４）（マトラブヘルプドキュメント、「減算クラスタ化」、マトラブ  Ｒ２０１１ｂ（７．１３．０．５６４）と、
“Ｆｕｚｚｙ  Ｍｏｄｅｌ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｃｌｕｓｔｅｒ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，”  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  ａｎｄ  Ｆｕｚｚｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｖｏｌ．２（３），  Ｓｅｐｔ．  １９９４，  ｐｐ．３６７−３７８（「クラスタ推定に基づくファジーモデル識別」、ジャーナル オブ インテリジェント アンド ファジーシステムズ、Ｖｏｌ．２（３）、１９９４年９月、３６７−３７８頁）。
【００２３】
全てのゼロスパンに対して、同じ放電タイプがグループに分けられる(ボックス４６)。各ゼロスパンは、同じ位相基準を有する。放電の各タイプは、全てのゼロスパンにおいて同じ又は同様のクラスタ化の中心を有する。全ゼロスパンにおけるクラスタ化の中心に対して、ＳＣＭと最近傍アルゴリズムとを再び使用することは、同じ放電タイプをカテゴライズする（categorize）ことになる。各放電タイプに対する帯域幅が計算され(ボックス４８)、図５に示されている（且つ、ボックス５０に表わされている）ような、位相分解された帯域幅の表示を生成することができる。
【００２４】
例(クラスタ化、帯域幅の表示)
上述のプロセスを用いて、周波数領域から測定されたゼロスパンが、放電タイプによってグループに分類された。各グループは、様々な周波数における幾つかのゼロスパンを有する。これらから、周波数の関数として最大ＰＤの大きさを比較することによって、ある特定の放電タイプの帯域幅を観察することができる。次に、分類されたゼロスパンから成る各グループが一緒に併合され、その帯域幅において位相基準を用いてプロットされた。その結果は、図５に示されている。図５は、図４に表わされているデータから識別される放電の２つの異なるタイプに対する帯域幅を示している。一方のタイプが約３５メガヘルツの帯域幅を有している一方で、他方のタイプは約１５６メガヘルツの帯域幅を有している。
【００２５】
電力ケーブルの診断のために、ＰＤのアクティビティを欠陥の位置の関数として示すことによって、図５に示されているＰＤの位相分解されたスペクトルの帯域幅のプロットを、ＰＤマッピング（PD mapping）に変換することができる。主に、信号伝搬距離とケーブル接地構造とによって、ＰＤパルスの測定された帯域幅が決定される。最初のＰＤパルスが、遮蔽電力ケーブルの固体誘電体において一般に数ｎｓ又はサブｎｓである２．３６σの帯域幅（半値幅、full width at its half maximum, FWHM）を有するガウス（Gaussian）であると仮定すると、その発端（inception）におけるそのＰＤパルスの−６ｄＢの帯域幅は、数百ＭＨｚである。遮蔽電力ケーブルにおける距離Ｌの伝搬後に、ＰＤパルスは減衰し、伝搬後のパルスの帯域幅は次の式で導き出される。
【数１】
2015503765.tif 000003
【００２６】
ここで、αは、遮蔽電力ケーブルに対する減衰定数である。この式は、遮蔽電力ケーブルにおける高周波減衰（ｄＢ）が周波数のほぼ線形関数であるという仮定に基づく。これは、固体金属のシース又は中性線を備えたケーブル構造の殆どに当てはまる。幾つかの環境、即ちテープで遮蔽されたケーブルでは、銅テープが腐食し、その結果、シース電流が銅テープをらせん状に降下し（spiral down）、ケーブル絶縁体においてかなりの軸方向磁場を発生させる。このような環境では、高周波減衰は最早周波数の線形関数ではないが、周波数における別の項の二次方程式を加えることによって、これを変更する必要がある。測定されたＰＤの帯域幅を用いて、センサの位置から離れた欠陥の場所を、次の式で推定することができる。
【数２】
2015503765.tif 000004
【００２７】
例（位相分解されたマッピング）
図５における帯域幅は、式２を用いて、図６に示されているように、ＰＤの発端からセンサまでの距離に変換される。（センサにより近い）より大きい帯域幅を有するＰＤパルスの場合に、起点がセンサの位置から５ｍ未満にあることを、データは示している。このより大きい帯域幅の放電の起点は、近くのＴ型ボディコネクタまでたどられた。このＰＤ源がケーブル内にある場合に、より小さな帯域幅(約３５ＭＨｚ)を有する放電を追跡すると、センサの位置から約４０ｍ離れていることが示されている。より低い帯域幅の追跡放電は、近くの電柱上のコンポーネントからの外部の追跡信号までたどられた。
【００２８】
例示的な実施形態が示され記載されたが、本発明の意図及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行なうことができることが分かるであろう。
【００２９】
排他的な所有権又は特権を請求する本発明の実施形態が、特許請求の範囲におけるように定義されている。
【図１】
2015503765.tif 000005
【図２】
2015503765.tif 000006
【図３】
2015503765.tif 000007
【図４】
2015503765.tif 000008
【図５】
2015503765.tif 000009
【図６】
2015503765.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月12日(2014.9.12)
【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】
特有の電力周波数で電力を受け取る、電気システム、電気装置、又は電力ケーブルにおけるＰＤを分析する方法であって、
（１）前記ＰＤを表し、対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップと、
（２）前記対象の周波数範囲における前記幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける位相分解されたスペクトル信号を得るために、前記ディジタルゼロスパンデータを処理又はソートするステップと、
を備える、方法。
【請求項２】
（１ａ）測定される周波数範囲にわたって前記電気システムにおけるＰＤを感知するように構成及び配置されたセンサから、電気ＰＤ信号を受信するステップと、
（１ｂ）前記電気ＰＤ信号を、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号に変換するステップと、
によって、前記ディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位相分解されたスペクトル信号を使用して、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける表示を作動させるステップ、を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（２）の後で、
（３）前記位相分解されたスペクトル信号において表されているＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、前記ＰＤの１つ以上のタイプの各々に対する周波数帯域幅を自動的に計算するステップ、を含む、請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを源のクラスタに分けることによって、前記位相分解されたスペクトル信号において表されている前記ＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、次に、前記識別されたＰＤの１つ以上のタイプの各々に対するディジタルゼロスパンデータを自動的に源のグループに分けるステップ、を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記識別されたＰＤ放電の１つ以上のタイプに対する、振幅と、位相と、帯域幅との次元を含む三次元フォーマットにおける、位相分解された帯域幅の表示を自動的に生成するステップ、を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、対象の周波数範囲の全体にわたって一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、少なくとも１００ＭＨｚの対象の周波数範囲の全体にわたって５ＭＨｚよりも大きくない一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、請求項７に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明のシステムの１つの態様では、センサは、特有の電力周波数で電力を受け取る、電気システム、電気装置、又は電力ケーブルにおける部分放電(ＰＤ)を検出し、検出されたＰＤを、対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータ（digital zero span data）に変換する。１つの実施形態では、対象の範囲は、少なくとも１００ＭＨｚである可能性があり、対象の周波数は、５ＭＨｚを超えない（no more than）間隔を置くことができる。ディジタルゼロスパンデータが処理又はソートされ（sort）、位相分解されたスペクトル信号を得る。これを使用して、対象の範囲における幾つかの周波数の各々に対する、三次元（振幅と、位相と、周波数）でフォーマットされた表示を作動させる（actuate）ことができる。ディジタルゼロスパンデータを使用して、例えば、電力サイクル（power cycle）毎に繰り返される（recur）放電の異なるタイプと、センサから異なる距離で発生する放電とを識別すること、等によって、センサによって検出された放電の異なる特性を識別することができる。長い電力ケーブル中のＰＤ源の位置を特定するために、距離情報は特に重要である可能性がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明による部分放電(ＰＤ)分析システムを使用して、例えば、電力変圧器、モータ／発電機及びスイッチギヤ、並びに／或いは電力ケーブル、等のような、電力システム、又は装置、又は設備における絶縁状態を評価することができる。これらの各々は、特有の電力周波数で電力を受け取る。特に電力ケーブルの場合に、本発明によるシステムの重要な特長は、ケーブルに沿ってＰＤ源の起点の位置を特定し、これに加えて、ＰＤの他の特性についての情報を提供するために使用されることである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
排他的な所有権又は特権を請求する本発明の実施形態が、特許請求の範囲におけるように定義されている。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]特有の電力周波数で電力を受け取る電気システムにおけるＰＤを分析する方法であって、
（１）前記ＰＤを表し、対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップと、
（２）前記対象の周波数範囲における前記幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける位相分解されたスペクトル信号を得るために、前記ディジタルゼロスパンデータを処理するステップと、
を備える、方法。
[２]（１ａ）測定される周波数範囲にわたって前記電気システムにおけるＰＤを感知するように構成及び配置されたセンサから、電気ＰＤ信号を受信するステップと、
（１ｂ）前記電気ＰＤ信号を、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号に変換するステップと、
によって、前記ディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、前記[１]に記載の方法。
[３]ステップ（１）と（２）との間において、前記ディジタル化されたゼロスパンデータ信号の雑音を除去するステップ、を含む、前記[１]に記載の方法。
[４]前記位相分解されたスペクトル信号を使用して、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける表示を作動させるステップ、を含む、前記[１]に記載の方法。
[５]ステップ（２）の後で、
（３）前記位相分解されたスペクトル信号において表されているＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、前記ＰＤの１つ以上のタイプの各々に対する周波数帯域幅を自動的に計算するステップ、を含む、前記[１]に記載の方法。
[６]前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを源のクラスタに分けることによって、前記位相分解されたスペクトル信号において表されている前記ＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、次に、前記識別されたＰＤの１つ以上のタイプの各々に対するディジタルゼロスパンデータを自動的に源のグループに分けるステップ、を含む、前記[５]に記載の方法。
[７]前記識別されたＰＤ放電の１つ以上のタイプに対する、振幅と、位相と、帯域幅との次元を含む三次元フォーマットにおける、位相分解された帯域幅の表示を自動的に生成するステップ、を含む、前記[６]に記載の方法。
[８]ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、対象の周波数範囲の全体にわたって一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、前記[１]に記載の方法。
[９]ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、少なくとも１００ＭＨｚの対象の周波数範囲の全体にわたって５ＭＨｚよりも大きくない一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、前記[８]に記載の方法。
[１０]特有の電力周波数で電力を受け取る電気システムにおける部分放電を分析する方法であって、
（１）測定される周波数範囲にわたって電気システムにおけるＰＤを感知するように構成及び配置されたセンサから、電気ＰＤ信号を受信するステップと、
（２）前記電気ＰＤ信号を、対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号に変換するステップと、ここで、前記周波数範囲は前記測定される周波数範囲内にある、
（３）前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける位相分解されたスペクトル信号を得るために、前記ディジタルゼロスパンデータをソートするステップと、
を備える、方法。
[１１]前記位相分解されたスペクトル信号を使用して、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける表示を作動させるステップ、を含む、前記[８]に記載の方法。
[１２]ステップ（１）と（２）との間において、前記ディジタル化されたゼロスパンデータ信号の雑音を除去するステップ、を含む、前記[１０]に記載の方法。
[１３]ステップ（２）の後で、前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを源のクラスタに分けることによって、前記位相分解されたスペクトル信号において表されているＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、前記ＰＤの１つ以上のタイプの各々に対する周波数帯域幅を自動的に計算し、次に、前記識別されたＰＤの１つ以上のタイプの各々に対するディジタルゼロスパンデータを自動的に源のグループに分けるステップ、を含む、前記[１０]に記載の方法。
[１４]特有の電力周波数で電力を受け取る電力ケーブルにおける部分放電を分析する方法であって、
（１）測定される周波数範囲にわたって電力ケーブルにおけるＰＤを感知するように構成及び配置されたセンサから、電気ＰＤ信号を受信するステップと、
（２）前記電気ＰＤ信号を、対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号に変換するステップと、ここで、前記周波数範囲は前記測定される周波数範囲内にある、
（３）前記対象の周波数範囲における幾つかの周波数の各々に対する、振幅と、位相と、周波数との次元を含む三次元フォーマットにおける位相分解されたスペクトル信号を得るために、前記ディジタルゼロスパンデータをソートするステップと、
を備える、方法。
[１５]ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、対象の周波数範囲の全体にわたって一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、前記[１]に記載の方法。
[１６]ステップ（１）において、前記ＰＤを表し、少なくとも１００ＭＨｚの対象の周波数範囲の全体にわたって５ＭＨｚよりも大きくない一様な周波数量によって離されている隣り合う周波数を有する一連の周波数の各々に対するディジタルゼロスパンデータを有するディジタル化されたゼロスパンデータ信号を取得するステップ、を含む、前記[８]に記載の方法。
[１７]ステップ（２）の後で、前記位相分解されたスペクトル信号において表されているＰＤの１つ以上のタイプを自動的に識別し、次に、前記ＰＤの１つ以上のタイプの各々に対する周波数帯域幅を自動的に計算するステップ、を含む、前記[１４]に記載の方法。
[１８]前記ＰＤの１つ以上のタイプの少なくとも１つのＰＤの源から、前記センサの位置までの、前記電力ケーブルに沿った距離の推定値を自動的に計算し、前記計算された距離を人間が読み出すことができる形式で表示するステップ、を含む、前記[１７]に記載の方法。
【国際調査報告】
2015503765.tif 000011
2015503765.tif 000012