JP2011075547A - 部分放電検出のための監視システム及び変流器 - Google Patents

部分放電検出のための監視システム及び変流器 Download PDF

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Abstract

【課題】構成要素によって発生した部分放電を検出するための高周波変流器(HFCT)センサを提供する。
【解決手段】HFCTセンサは、基板14上に形成された少なくとも1つの導電性パターン12を含み、基板は、複数セグメント領域27を含み、複数セグメント領域は、該セグメント領域間の複数折畳み線16に沿って折畳まれるように中間領域28によって連結されて、HFCTセンサを形成する。また、航空機配線系統の少なくとも1つの構成要素を監視するためのシステムを開示する。本監視システムは、航空機配線系統構成要素によって発生した部分放電を検出するようになったHFCTセンサの少なくとも1つを含む。本監視システムはさらに、1つ又は複数のHFCTセンサからの信号を監視するように構成されたデータ収集システムを含む。
【選択図】図1

Description

本開示は、総括的には航空機配線における欠陥を検出するためのシステム及び方法に関し、より具体的には、配線又はケーブルにおける部分放電又はアーク発生を検出するためのシステム及び方法に関する。
配線は、航空機、船舶、産業及び家庭用装置における極めて重要なシステムである。特に、航空機配線の完全性及び安全性関連問題は、多大の関心を集めてきた。航空機配線の絶縁体は一般的に、重量を低減するために、建物配線において見られるよりも遙かに薄い。この薄い絶縁体は、化学組成の変化、飛行中の振動、大きな温度変化、並びに塵埃、塩分、水分及び洗浄剤のような物質への暴露により、時の経過と共に劣化する可能性がある。加えて、航空機の配線はまた、保守整備時に機械的応力に曝される可能性もある。上記の影響は、絶縁体を劣化させて割れ及び摩耗を引き起こす可能性がある。それらの絶縁不良は次に、ワイヤ間又は周囲の金属との間にアーク発生を引き起こすおそれがある。塩分及び塵埃と共に水分の付着は、アーク発生を一層起り易くするおそれがある。
現在では、航空機配線における欠陥の検出は、主として保守要員による目視検査によって行われている。このような人による検査は、遅速な検査方法であり、またその信頼性は常に満足できるものとは限らない。さらに、この目視検査は、摩耗を点検するために配線を捻じることを必要とするので、この目視検査により、問題が生じる可能性がある。従って、航空機配線のための欠陥検出方法の改善に対する必要性が存在する。
例えば、参考文献として本明細書に組入れている「配線系統のための監視システム及び方法」の名称のG.Gao他による、本出願と同一出願人の米国特許第6,930,610号に記述されているように、部分放電信号の検出を使用して、配線の状態を特徴付けることができる。部分放電が発生した場合には、放電は、ケーブルに沿って伝わる高周波電気信号を発生することになる。この高周波電気信号は、高周波変流器(HFCT)で検出することができる。しかしながら、市場で入手可能な変流器は一般的に、大型かつ重量があるものであり、従って恒久的に据付けたセンサとして航空機配線監視に使用するのには適していない。
米国特許第7,145,345号公報
従って、航空機配線の部分放電監視において使用するのに適した比較的軽量な高帯域幅センサを提供することが望ましいと言える。
簡潔に言えば、本発明の1つの態様は、構成要素によって発生した部分放電を検出するための高周波変流器(HFCT)センサにある。本HFCTセンサは、基板上に形成された少なくとも1つの導電性パターンを含み、基板は、複数のセグメント領域を含み、セグメント領域は、該セグメント領域間の複数の折畳み線に沿って折畳まれるように中間領域によって連結されて、HFCTセンサを形成する。
本発明の別の態様は、航空機配線系統の少なくとも1つの構成要素を監視するためのシステムにある。本監視システムは、航空機配線系統構成要素によって発生した部分放電を検出するようになった少なくとも1つの高周波変流器(HFCT)センサを含む。HFCTセンサは、中間領域によって連結された複数セグメント領域を備えた基板上に形成された少なくとも1つの導電性パターンを含む。基板は、セグメント領域間の複数折畳み線に沿って折畳まれて、HFCTセンサが複数折畳み襞を有するように該HFCTセンサを形成する。本監視システムはさらに、1つ又は複数のHFCTセンサからの監視信号を受けるように構成されたデータ収集システムを含む。
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様な部品を表している添付図面を参照しながら以下の詳細な記述を読むことにより、一層良好に理解されるようになるであろう。
折畳む前における、本発明の例示的な高周波変流器(HFCT)センサの実施形態を示す図。 図1のHFCTセンサを部分断面図として示す図。 例示的なトロイダルHFCTセンサの概略断面図。 航空機配線系統内の例示的なワイヤを示す概略図。 ワイヤの束(つまり、「ハーネス」)の周りで延びるHFCTセンサを示す概略図。 HFCTセンサへの交流電流の印加に対する該HFCTセンサの感度を高めるために磁性材料を備えた、図1のHFCTセンサを示す図。 HFCTセンサへの交流電流の印加に対する該HFCTセンサの感度を高めるための該HFCTセンサの折畳み襞内への磁性材料の挿入を示す図。 分割コア設計になったHFCTセンサを示す図。 本発明のHFCTセンサを採用している航空機配線系統のための監視システムを示す図。 図8の分割コア設計のための巻線及び逆方向巻線を示す図。 図8及び図10の分割コア設計を電気回路図の形態で示す図。 HFCTセンサのパッキング配置を示す図。
図1〜図3を参照して、構成要素20によって発生した部分放電を検出するようになった高周波変流器(HFCT)センサ10の本発明の実施形態を説明する。例えば図1に示すように、HFCTセンサ10は、基板14上に形成された少なくとも1つの導電性パターン12を含む。例えば図1に示すように、基板14は、複数のセグメント領域27を含み、これらセグメント領域27は、該セグメント領域27間の複数折畳み線16に沿って折畳まれるように中間領域28によって連結されて、HFCTセンサ10を形成する。図1におけるセグメント領域27は丸み付き端縁部を有する矩形として図示しているが、セグメント領域は、その他の形状もまた有することができる。同様に、中間領域28は、図に示すような矩形である必要はない。より特定の実施形態によると、中間領域28は、折畳みを可能にするためにセグメント領域27よりも幅が狭い。例えば、5milの基板は、可撓性ではあるが、折畳むのが困難である可能性がある。しかしながら、折畳みは、より幅が狭い中間領域28において一層容易に達成することができる。
非限定的な実施例では、導電性パターン12は、例えば銅又は金のような導電性材料を公知の蒸着技術を使用して基板上に蒸着することによって形成することができる。特定の実施例によると、基板14は、可撓性の電気絶縁材料を含み、この電気絶縁材料の非限定的な実施例には、Upilex(登録商標)及びKapton(登録商標)という商品名で市販されている材料が含まれる。Upilex(登録商標)の商品は、UBE Industries, Ltd.,から購入可能であり、またKapton(登録商標)の商品は、E.I.du Pont de Nemours and Companyから購入可能である。その他の可撓性の電気絶縁材料には、一般的なポリイミド及びポリエチレンテレフタレート(PET)材料が含まれる。これらの材料は、例示的な実施例であって、本発明は、それらの特定の材料に限定されるものではない。一般的に、Upilex(登録商標)及び液晶ポリマー(LCP)基板材料のような低吸湿性材料は、そのような材料を用いた場合には長期信頼性が高いので望ましい。一部の別の構成では、基板には、複数材料が含まれる。例えば、中間領域28は、より薄くかつより可撓性の材料を含むことができ、一方、セグメント領域27は、より厚くかつより剛性の材料を含む。同様に、可撓性の基板を使用して、セグメント領域及び中間領域27、28を形成することができ、かつセグメント領域27に対して剛性の材料を積層するか又はその他の方法で付着させることができる。
図2は、図1のHFCTセンサを部分断面図として示している。図2に示す実施例構成では、HFCTセンサ10はさらに、少なくとも1つの導電性パターン12及び基板14を覆うカプセル化層18を含む。カプセル化層18のための材料の非限定的な実施例には、ポリイミドのような可撓性の有機ポリマーが含まれ、このような有機ポリマーの実施例には、Kapton(登録商標)及びUpilex(登録商標)という商品名で市販されている材料が含まれる。その他の例示的な可撓性の有機ポリマーには、BASF製のポリエーテルスルホン(PES)、E.I.du Pont de Nemours and Company製のポリエチレンテレフタレート(PET又はポリエステル)、E.I.du Pont de Nemours and Company製のポリエチレンナフタレート(PEN)、及びGeneral Electric製のポリエーテルイミド(PEI)が含まれる。PEIは、Ultem(登録商標)の名でGeneral Electricから購入可能である。
図3は、例示的なトロイダルHFCTセンサの断面を概略的に示している。例えば図3に示すように、基板14は、折畳み線16(図1に示す)に沿って折畳まれてHFCTセンサ10を形成して、該HFCTセンサが幾つかの折畳み襞17を有するようになる。より具体的には、図3に示す実施例構成では、基板14は、折畳み線(図1に概略的に示す)に沿って折畳まれてトロイダルHFCTセンサ10を形成する。この図示した実施例では、センサ10をデータ収集システム(図9の要素40)に接続するために、リード線29が設けられる。それに代えて、パッケージ型センサは、リード線ではなくてコネクタ(例えばSMA、図示せず)を有して、センサをデータ収集システムに接続するための同軸ケーブルの使用を可能にすることになる。
図4及び図5に示すように、HFCTセンサ10は、用途に応じて、単線のワイヤ/ケーブル又はワイヤ/ケーブルの束を監視するために使用することができる。図4の構成では、センサ10は、航空機配線系統内の例示的なワイヤ(構成要素)20を監視するために使用される。この実施例では、構成要素20は、電気絶縁層24によって囲まれた導電性コア22を含み、この場合では、HFCTセンサ10は、電気絶縁層の周りで延びる。この構成要素はさらに、シース32を含むことができ、この場合では、センサ10は、シースの周りにもまた延びる。図4に示す単線ワイヤ/ケーブル構成は、特定のワイヤ/ケーブル20における部分放電表示の迅速な隔離を可能にする利点がある。
図5に示す構成では、構成要素20は、複数ワイヤ26を含む。図4を参照して上述したのと同様に、各ワイヤは、電気絶縁層24(これは、任意選択的にシースにより囲まれる)によって囲まれた導電性コア22を含む。図5に示すように、HFCTセンサ10は、ワイヤ26の束の周りで延びる。ワイヤの束は、しばしば「ハーネス」と呼ばれる。有利なことに、図5に示す束の構成は、多数のワイヤを監視するのを可能にする。
図6は、感度を高めるために磁性材料を備えた、図1のHFCTセンサを示している。図6に示す構成では、HFCTセンサ10はさらに、少なくとも1つの導電性パターン12への交流電流の印加に対するHFCTセンサの感度を高めるように構成された磁性材料19を含む。より具体的には、磁性材料19は、高周波に適した高い透磁性を有する。特定の実施例によると、磁性材料19は、好ましくは200MHzまでの周波数に対して使用可能である比較的可撓性の薄くかつ高い透磁性の材料である。コバルトベースの非晶質金属及びフェライトポリマー複合材(FPC)フィルムのような材料は、適当な磁性材料の非限定的な実施例である。その他の実施例構成では、それが折畳み襞の折畳み線の形態で使用されないので材料自体が可撓性である必要がない場合には、非可撓性材料が使用される。そのような材料の実施例には、ドイツ国のVacuumshmelze,Gmbh製の非晶質金属族のVitrovac(例えば、VC6030F、VC6125F)がある。適当な磁性材料のその他の実施例には、ナノ結晶質Vitroperm材料族が含まれ、これもまたVacuumshmelze,Gmbhから購入可能である。
磁性材料19は、多様な構成を用いて導入することができる。例えば、図7は、HFCTセンサの折畳み襞間への磁性材料の挿入を示している。すなわち、磁性材料19は、セグメント領域27内の隣り合うギャップ間に挿入される。この構成では、磁性材料19は、折畳み襞17の各々内に挿入される必要はなく、また一部の実施形態では、磁性材料19は、基板14の折畳み襞17のサブセット内にのみ挿入されることに注目されたい。その他の構成では、磁性材料19は、基板14の折畳み襞17の各々内に挿入される。
別の構成(図示せず)では、磁性材料19は、基板14上に配置される。例えば、磁性材料19は、可撓性の基板14に対して蒸着、積層、又はその他の方法で付着させることができる。より具体的には、磁性材料19は、基板14と少なくとも1つの導電性パターン12との間に配置される。1つの非限定的な実施例構成では、磁性材料19は、セグメント領域27上に蒸着されるが、中間領域28上には蒸着されない。
さらに別の構成では、磁性材料19は、基板14の少なくとも一部分内に分散された磁性粒子を含む。適当な磁性粒子の非限定的な実施例には、鉄、ニッケル及びコバルトが含まれる。より特定の構成によれると、磁性粒子は、基板のセグメント領域27内には分散されるが、中間領域28内には分散されない。
図3に示す構成では、HFCTセンサ10はさらに、少なくとも1つの導電性パターン12を該センサの作動環境から保護するようになったパッケージ30を含む。パッケージ材料の非限定的な実施例には、剛性が過大になることなしに構造的支持及び保護を与えるテフロン(商標)が含まれる。別の例示的なパッケージ材料には、ナイロン6/6があり、このナイロン6/6は、摩耗及び反復衝撃に対する抵抗性を有する。ナイロン6/6はまた、航空機内で一般的に見られる汚染物質であるジェット燃料及び油圧流体に対する抵抗性をも有する。図12は、HFCTセンサのための例示的なパッキング構成を示している。この例示的な構成では、パッケージ30は、幾つかのポスト42を含む。図12に示すように、導電性パターン12は、ポスト42の周りに巻かれて、HFCTセンサ10を組立てる。1つの非限定的な実施例では、パッケージ型センサは、以下のように二部品型ハウジング30を用いて組立てることができる。ポスト42は、ハウジングの一方の部品に固定することができる。可撓性のセンサ10がポスト42の周りを縫うように通り抜けるようにし、次にハウジング30の2つの部分をスナップ接合又はその他の方法で互いに取付けて、完成したセンサ組立体を形成する。
図3に示す構成では、HFCTセンサ10はさらに、該センサ10を開放及び閉鎖するようになった少なくとも1つのヒンジ15を含む。ヒンジ15は、監視しようとする構成要素20(単線ワイヤ26又はワイヤハーネス)の周りでのHFCTセンサ10の配置並びに該構成要素20からのHFCTセンサ10の取外しを可能にする。
HFCTセンサ10は、単一コア設計又は分割コア設計の形態を取ることができるのが有利である。図1及び図6に示す例示的な構成では、基板14は、折畳み線16に沿って折畳んで単一コア設計を形成するようになった列として配置された幾つかのセクション11を含む。
図8、図10及び図11は、分割コア設計になったHFCTセンサを示している。例えば図10に示すように、分割コア設計は、回転巻線36及び逆方向回転巻線37を含む。この図示した構成では、例えば図10及び図11に示すように、1つの端子は、接地されて接地基準信号を提供する。加えて、回転巻線及び逆方向回転巻線36、37の各々のそれぞれの端部は、パッケージシールド(図示せず)に接続することができる。1つの非限定的な実施例では、パッケージシールドは、パッケージの周りに配置された金属箔(これもまた図10には図示せず)を含む。パッケージシールドは、検査されているケーブル(これもまた図10には図示せず)の外側導体に対する接続によって接地することができる。
分割コア設計のHFCTセンサ10は、図8に示す例示的な構成を使用して形成することができる。図8に示すように、基板14は、第1の列31及び第2の列33として配置された複数セクション11を含む。この図示した構成では、第1及び第2の列31、33は、ヒンジ区域35によって連結され、また折畳み線16に沿って折畳まれて分割コア設計を形成するように構成される。この図示した構成では、信号は、ポイント52において捕捉され、また参照符号54は、接地を示している。
図10及び図11を参照して上述したように、分割コア設計のHFCTセンサ10は、回転コイル36及び逆方向回転コイル37を含む。図8に示す構成では、1つの導電性パターン12の一部分は、基板セクション11の第1の列31上に形成されて、回転コイル(巻線)36を形成する。同様に、導電性パターン12の別の部分は、基板セクション11の第2の列33上に形成されて、逆方向回転コイル(巻線)37を形成する。加えて、積層磁性材料(図示せず)は、図7を参照して上述した構成と同様に、折畳み線16間の「半」巻線間に挿入することができる。
図9を参照して、本発明のシステム100の実施形態を説明する。図9に示すように、本システム100は、航空機配線系統130の少なくとも1つの構成要素20を監視する。図4及び図5を参照して上述したように、構成要素20は、用途に応じて、単線のワイヤ/ケーブル又はワイヤ/ケーブルの束の形態を取ることができる。図9に示すように、本監視システム100は、航空機配線系統の構成要素20によって発生した部分放電を検出するようになった少なくとも1つの高周波変流器(HFCT)センサ10を含む。HFCTセンサ10は、上に詳細に説明している。本システム100はさらに、1つ又は複数のHFCTセンサ10からの監視信号を受けるように構成されたデータ収集システム40をさらに含む。一部の実施形態では、1つ又は複数のHFCTセンサ10は、(それぞれの)航空機配線系統構成要素20の周りで延びる。特定の実施形態では、HFCTセンサ10の感度を高めることが望ましい。従って、これらの実施形態では、HFCTセンサ10はさらに、該HFCTセンサ10内の導電性パターン12への交流電流の印加に対する該HFCTセンサ10の感度を高めるように構成された磁性材料19を含む。
本明細書では、本発明の一部の特徴のみを図示かつ説明してきたが、当業者には多くの修正及び変更が想起されるであろう。従って、提出した特許請求の範囲は、全てのそのような修正及び変更を本発明の技術思想の範囲内に属するものとして保護しようとするものであることを理解されたい。
10 高周波変流器(HFCT)センサ
11 セクション
12 導電性パターン
14 基板
15 ヒンジ
16 折畳み線
17 折畳み襞
18 カプセル化層
19 磁性材料
20 構成要素
22 導電性コア
24 電気絶縁層
26 ワイヤ
27 セグメント領域
28 中間領域
29 リード線(同軸ケーブル)
30 パッケージ
31 第1の列
32 シース
33 第2の列
35 ヒンジ区域
36 回転巻線(回転コイル)
37 逆方向回転巻線(逆方向回転コイル)
40 データ収集システム
42 ポスト
52 信号捕捉ポイント
54 接地
100 監視システム
112 回転コイル
130 航空機配線系統

Claims (10)

  1. 構成要素(20)によって発生した部分放電を検出するための高周波変流器(HFCT)センサ(10)であって、
    基板(14)上に形成された少なくとも1つの導電性パターン(12)を含み、
    前記基板が、複数のセグメント領域(27)を含み、
    前記セグメント領域が、該セグメント領域間の複数の折畳み線(16)に沿って折畳まれるように中間領域(28)によって連結されて、該HFCTセンサを形成する、
    HFCTセンサ(10)。
  2. 前記基板(14)が、可撓性の電気絶縁材料を含み、
    前記基板が、前記折畳み線に沿って折畳まれて、該HFCTセンサが前記セグメント領域間に複数の折畳み襞(17)を有するように該HFCTセンサを形成する、
    請求項1記載のHFCTセンサ(10)。
  3. 前記基板(14)が、前記折畳み線に沿って折畳まれてトロイダルHFCTセンサを形成する、請求項2記載のHFCTセンサ(10)。
  4. 前記少なくとも1つの導電性パターン(12)への交流電流の印加に対する該HFCTセンサの感度を高めるように構成された磁性材料(19)をさらに含み、
    前記磁性材料が、前記基板(14)のセグメント(27)の少なくともサブセット内に配置される、
    請求項2記載のHFCTセンサ(10)。
  5. 前記少なくとも1つの導電性パターン(12)への交流電流の印加に対する該HFCTセンサの感度を高めるように構成された磁性材料(19)をさらに含み、
    前記磁性材料が、前記基板(14)上に配置される、
    請求項2記載のHFCTセンサ(10)。
  6. 前記少なくとも1つの導電性パターン(12)を作動環境から保護するようになったパッケージ(30)と、
    監視しようとする前記構成要素(20)の周りに該HFCTセンサ(10)を配置しまた前記構成要素(20)から該HFCTセンサ(10)を取外すために該HFCTセンサを開放及び閉鎖するようになった少なくとも1つのヒンジ(15)と、
    をさらに含む、請求項2記載のHFCTセンサ(10)。
  7. 前記基板(14)が、前記折畳み線(16)に沿って折畳まれて単一コア設計を形成するようになった列として配置された複数のセクション(11)を含む、請求項2記載のHFCTセンサ(10)。
  8. 前記基板(14)が、第1の列(31)及び第2の列(33)として配置された複数のセクション(11)を含み、
    前記第1及び第2の列が、ヒンジ区域(35)によって連結され、かつ前記折畳み線(16)に沿って折畳まれて分割コア設計を形成するように構成される、
    請求項2記載のHFCTセンサ(10)。
  9. 前記少なくとも1つの導電性パターン(12)の一部分が、前記基板セクション(11)の第1の列(31)上に形成されて回転コイル(36)を形成し、
    前記少なくとも1つの導電性パターン(12)の別の部分が、前記基板セクション(11)の第2の列(33)上に形成されて逆方向回転コイル(37)を形成する、
    請求項8記載のHFCTセンサ(10)。
  10. 航空機配線系統(130)の少なくとも1つの構成要素(20)を監視するためのシステム(100)であって、
    前記航空機配線系統構成要素(20)によって発生した部分放電を検出するようになった少なくとも1つの高周波変流器(HFCT)センサ(10)と、
    前記少なくとも1つの高周波変流器(HFCT)センサ(10)からの複数の監視信号を受けるように構成されたデータ収集システム(40)と、を含み、
    前記HFCTセンサが、中間領域(28)によって連結された複数のセグメント領域(27)を備えた基板(14)上に形成された少なくとも1つの導電性パターン(12)を含み、
    前記基板が、前記セグメント領域間の複数の折畳み線(16)に沿って折畳まれて、前記HFCTセンサが複数の折畳み襞(17)を有するように該HFCTセンサを形成する、
    監視システム(100)。
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