JP4494693B2

JP4494693B2 - 変圧器用部分放電監視システム

Info

Publication number: JP4494693B2
Application number: JP2001522092A
Authority: JP
Inventors: アンズワースジョセフ
Original assignee: トランスグリッド; ユニバーシティオブテクノロジー，シドニー
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2020-08-30
Also published as: CN1372645A; DE60025927D1; US6774639B1; CN1205482C; WO2001018554A1; AUPQ260599A0; EP1222472A4; JP2003508791A; HK1048361A1; ATE317548T1; EP1222472B1; EP1222472A1; ZA200201612B; NZ517569A; DE60025927T2

Description

（技術分野）
本発明は主に高電圧変圧器などの電気機器の動作を監視するシステムに関する。特に、上記システムは、このような変圧器の全体的な絶縁にける不良の発生を検知することができるとともに、近く及び/又は遠隔の、上記不良を示す警報器を作動させる信号を供給することができる。
【０００１】
（背景技術）
高電圧発生装置及び送電用変圧器は、あらゆる発電、配電及び送電システムの不可欠な部分を構成する。整流変圧器などのその他の変圧器も、精錬電着プロセスなどの工業プロセスにおいて用いられている。また、配電システムの安全及び計測のため、変流器（ＣＴｓ
）が使用されている。
【０００２】
油入変圧器の絶縁において最も重要な部分には、銅巻線に巻かれた紙が含まれる。スペーサー、座金、シール、リード線貫通板、タップ、及びブッシングが設けらており、これらも上記変圧器内の絶縁系の一部である。絶縁性及び安定性を高めるため、上記紙には、一般的に変圧器に充填される鉱油又はシリコン油の誘電体が浸透している。この絶縁油は、対流又は強制流により熱を分散させる冷却剤としても機能するとともに、放電も抑える。その他の種類の変圧器としては、エポキシ熱硬化性物質などの固体の高分子誘電体を用いて、該誘電体を変圧器に真空で埋め戻した高周波通信用の変圧器や、ガス入変圧器がある。例えば、地下鉱山において使用されるガス入変圧器には、一般的には安全のためにアルゴン又は六フッ化硫黄が充填される。低電圧の、空気を入れた変圧器もいくつかある。
【０００３】
高電圧変圧器の動作寿命は３５年を越えることがある。この寿命は、仕事量、構成、製造の質や材料、及び定例的な整備により決まる。その寿命の間に変圧器の絶縁が劣化する可能性があるが、その劣化の割合は仕事量と、温度、含水率、ペーハーなどの変圧器の内部動作環境とにより決まる。誤った製造により入り込んだ気泡を囲む固体の絶縁物の電気及びイオンプラズマによる腐食など、あらゆる絶縁の劣化は、変圧器内の部分放電のレベルを上げる結果となる。部分放電の発生は、変圧器内において水素及びアセチレンなどのガスの発生も引き起こす。このような増大した部分放電はさらに絶縁を劣化させ、次には増大可能なレベルの部分放電を引き起こす。継続的な絶縁の劣化は、重大な放電、短絡不良、又は絶縁の過程で化学的副産物として生じた水素、アセチレン及びエチレンなどのガスの爆発による突発故障を招く可能性がある。このような不具合は、電力システムの供給の減少又は損失を引き起こし、変圧器の交換又は修理のための多大な支出を招くことに加え、近辺の作業者及び環境を重大な危険に陥れる可能性がある。
【０００４】
変圧器内の部分放電は、誤った製造及び/又は機械的あるいは電気的疲労により生じることもある。例えば、固定していない部品の移動や、留め具などの金属性部品の変形及び応力緩和又は変圧器内の金属性の異物は、絶縁の劣化が生じていない又は全く無い場合でも放電を発生させる状況をつくりだす。
【０００５】
変圧器内の部分放電は、変圧器内の巻線のゆるみに起因して生じることもある。タップ切換器内のタップコネクタによる消耗も、部分放電を引き起こす可能性がある。また、ブッシングの不良も部分放電を招くことがある。
【０００６】
部分放電により、不均衡により生じるニュートラルな状態の放電電流、ブッシングの容量性のタッピングを通る変化電流、放射高周波（ＲＦ）パルス又は高周波、及び放射超音波（ＵＳ）パルス又は超音波を含む大規模な変圧器内の異なる位置において信号が発生することが知られている。
【０００７】
変圧器内の部分放電の規模により、変圧器の絶縁が完全な状態であるかどうかを判断する１つの手段が付与される。例えば、検出された部分放電が５０ｐＣの規模のものであれば、通常の電圧による作業においては一般的に無視され、５００ｐＣの部分放電が読み取られたときはやや憂慮をされる一方、５０００ｐＣの部分放電が読み取られたときには潜在的に危険であると見なされる。
【０００８】
通例、電力の責任者は約１年に１回、変圧器内の鉱油を採取して変圧器の検査を行ない、分析（ＤＧＡ）及び誘電体損失角（ＤＬＡ）により上記油の油溶性ガスの濃度を判定する。高いガス濃度が読み取られた場合、上記採取の頻度は月１回又は週１回に増加される。しかしながら、上記採取と研究室での分析との間には常にある程度の遅延が生じる。絶縁の急速な劣化が検知されず、ＤＧＡのための採取が行なわれた後にも変圧器が壊滅的に故障してしまう可能性がある。大規模及び/又は高い繰り返し率の部分放電は大きな故障の直前に発生することが知られているため、電気機器の継続的な監視を行なう一方、該機器をオンラインに保ち早期に警告を発することが極めて望ましい。
【０００９】
高周波電気（ＲＦ）信号のみを検知するロビンソン（Robinson）社、ハエフリー（Haefly）社、又はテテックス（Tettex）社などの機器を使用し、変圧器のブッシング下部又はキャパシタによる分圧器及びトロイドシステムを用いた巻線につなげることにより、部分放電を計測することができる。通常、これらの機器は、新しい又は再び巻かれた変圧器のための高電圧を供給する検査の間、テストベイにおいて用いられる。しかしながら、こられの測定は、高レベルの電気的干渉のため、通常は変電所では行なわれない。これらの機器を用いて信頼性のある読み取りを行なうには、相当な技能も必要とされる。
【００１０】
変圧器内での単一の部分放電の発生を検知する装置が国際出願番号ＰＣＴ/ＡＵ９４/００２６３（ＷＯ９４/２８５６５）において説明されている。この装置は、変圧器の壁に取り付けられているとともに部分放電により生じた超音波及び高周波パルスを検知するようそれぞれ構成された超音波変換器及び高周波アンテナを備えている。超音波信号の検知の前に所定の期間の範囲内で高周波信号が検知された場合、部分放電が起きたと考えられる。そのような信号の検知が可能な反面、ＷＯ９４/２８５６５において説明されている装置は、変圧器内の電気的ノイズにより任意に生じる無線信号が発生し、その結果として部分放電の発生の際に誤った警報が誘発されるという問題を有している。誤った警報に基づく変圧器の停止は、明らかに望ましくないことであるとともに費用を要するものである。
【００１１】
（発明の開示）
本発明の第１の態様は、誘電体を含むオンライン高電圧電気機器において高周波パルス又は高周波と超音波パルス又は超音波とを生じる部分放電を検知する装置であって、
部分放電の発生により生じる超音波パルス又は超音波を検知し、この検知に対応する信号を出力する少なくとも１つの変換器手段と、
部分放電の発生により生じる高周波パルス又は高周波と上記機器の内部で生じる別の高周波パルス又は高周波とを検知し、この検知に対応する信号を出力する少なくとも１つの変換器手段と、
上記高周波パルス又は高周波と超音波パルス又は超音波との検知に対応する信号を受けるとともに、超音波パルス又は超音波の検知に対応する信号を受けると、
（ａ）上記超音波パルス又は超音波の検知時に先立つ所定期間の範囲内で、検知された全ての高周波パルス又は高周波の検知と上記超音波パルス又は超音波の検知時との間の時間遅延を求め、上記所定期間中の時間遅延値の分布を生成し、
（ｂ）上記時間遅延値の分布を別に検知された複数の超音波パルス又は超音波の時間遅延値の別の分布に対して重ね合わせ、
（ｃ）上記重ね合わせた時間遅延値の分布を分析し、上記所定期間中の時間遅延値の分布の範囲内で求められた時間遅延値の数をカウントし、これらのカウント数を、上記別に検知された複数の超音波パルス又は超音波の時間遅延値の別の分布のカウント数に対して重ね合わせるように構成され、上記検知された高周波パルス又は高周波の検知時後に、上記検知された超音波パルス又は超音波の一部が１つ以上の特定のカウント値で検知されているかどうかを判定するよう構成された信号処理及び分析手段とを備えている。
【００１２】
本発明の第２の態様は、誘電体を含むオンライン電気機器において高周波パルス又は高周波と超音波パルス又は超音波とを生じる部分放電を検知する方法であって、
（ｉ）上記機器内で生じる高周波パルス又は高周波を検知する工程と、
（ii）上記機器内で生じる超音波パルス又は超音波を検知する工程と、
（iii）超音波パルス又は超音波を検知すると、上記超音波パルス又は超音波の検知時に先立つ所定期間の範囲内で、検知された全ての高周波パルス又は高周波の検知と上記超音波パルス又は超音波の検知との間の時間遅延を求め、上記所定期間中の時間遅延値の分布を生成する工程と、
（iv）上記時間遅延値の分布を別に検知された複数の超音波パルス又は超音波の時間遅延値の別の分布に対して重ね合わせる工程と、
（ｖ）上記重ね合わせた時間遅延値の分布を分析し、上記所定期間中の時間遅延値の分布の範囲内で求められた時間遅延値の数をカウントし、これらのカウント数を、上記別に検知された複数の超音波パルス又は超音波の時間遅延値の別の分布のカウント数に対して重ね合わせるように構成され、上記検知された超音波パルス又は超音波の一部が上記検知された高周波パルス又は高周波の検知時後に、１つ以上の特定のカウント値で検知されているかどうかを判定する工程とを備えている。
【００１３】
上記態様において、検知された複数の超音波パルスの時間遅延値の分布を重ね合わせることにより、上記所定期間中の時間遅延値のカウント数のヒストグラムにおける上記各分布からの同様の時間遅延値の何れもが構成的に付加される。この１つ以上の特定の時間遅延値での構成的な付加により、この特定の時間遅延値は、単に上記電気機器内及びその周囲の非同期の電気的ノイズの結果である判定された時間遅延値から容易に区別される。
【００１４】
上記態様において上記装置及び方法により監視される電気機器は、電力、器具、電流、及び高周波を用い、誘電体を含む変圧器であり、上記誘電体は鉱油又はシリコン油、シリコンエポキシあるいはシリコンガスであることが好ましい。以下、明瞭化のため、高電圧変圧器での部分放電の監視への適用と関連付けて本発明による動作を説明する。本発明では、オンラインにより上記変圧器の動作時又は使用時に上記変圧器を監視できることを理解されたい。これには、上記変圧器が通常の動作条件下で動作している場合が含まれることがあるが、例えば、過度の電圧又は衝撃が印加される承認検査の間、又は上記変圧器が一部を構成するシステムの検査の間など検査の目的のために上記変圧器が通常ではない条件で動作している状況も含むことができる。
【００１５】
各態様の好適な実施形態において、上記変圧器内で生じた高周波パルスは何れも継続的に監視することが可能である。同様に、上記変圧器内で生じた何れの超音波パルスも継続的に監視することが可能である。従って、通常の動作において、超音波及び高周波パルスの監視は共に行なわれる。さらに、好適な実施形態において、超音波及び高周波パルスの監視は、上記分析手段が受け取った信号を分析しているときも継続する。
【００１６】
好適な実施形態において、上記超音波の検知時に先立つ上記所定期間は、検知された高周波パルスと検知された超音波パルスとの間に存在可能な最大限の時間遅延よりも長く設定される。ある実施形態では、上記期間は上記装置を上記変圧器内に設置する際に設定することができる。別の実施形態において、上記期間は上記装置の設置後に調整可能である。典型的な変圧器において、上記所定期間は、１ｍｓないし１０ｍｓの間、より好ましくは２ｍｓないし６ｍｓの間、さらに好ましくは４ｍｓ又は約４ｍｓに設定されても良い。この所定期間は、上記装置のデータ保存能力により決まるため、上記変圧器の最大の内部寸法（通常は角から角までの対角線上の距離）や、上記誘電体、薄板状の鉄心、銅巻線などの上記変圧器の内部を構成する材料中の超音波パルスの速度を考慮すべきである。
【００１７】
上記超音波パルスに先立つ上記所定期間が４ミリセコンドに設定され、上記装置が６０マイクロセコンドごとに標本化を行なう場合、上記ヒストグラムにおいて組み合わされた時間遅延値の分布を構成可能な時間遅延期間のサンプルが最大限で６６個存在することを認識されたい。
【００１８】
複数の時間遅延値の分布の重ね合わせにおいて、上記信号処理ソフトウェア及び分析手段は、特定の期間の範囲内で生成された全ての分布を重ね合わせることが可能である。上記期間は、数ミリセコンドから必要であれば数分や数時間にも及んでも良い。ある実施形態において、上記分析手段は、上記分布を重ね合わせる工程の直前の特定の期間内で生じた全ての分布を重ね合わせることが可能である。上記期間は、０．１ないし１０秒の間、より好ましくは１ないし８秒の間、さらに好ましくは約２秒にすることが可能である。上記分析手段は、生成された時間遅延値の分布の重ね合わせを継続的に更新し、上記特定の期間よりも前に生成された分布を無視するよう構成することができる。例えば、どの特定の期間での重ね合わせにも、この時間に先立つ上記特定の期間内で生成された時間遅延値の分布のみが含まれる。ある実施形態において、上記特定の期間は、上記装置を変圧器に設置する際に予め設定することが可能である。別の実施形態では、上記期間は上記装置の設置後に調整することができる。
【００１９】
好適な実施形態において、上記分析手段は、適切なソフトウェアによる命令の制御下にあるマイクロプロセッサー手段を備えている。上記マイクロプロセッサー手段は、上記変圧器に対して物理的に近い位置又は離れた位置に置くことができる。
【００２０】
上記マイクロプロセッサー手段のソフトウェアの命令により、時間遅延値の分布の範囲内で求められた時間遅延値の数が統計学的にカウントされ、これらの数が上記特定の所定期間の範囲内で別の超音波パルスが検知されたときに生成された複数の分布からのカウント数に重ね合わされるよう構成して、時間遅延値に対するカウント数のヒストグラムを形成することができる。特定の部分放電の位置の時間遅延値は変化しないため、上記部分放電により生じる高周波パルスと超音波パルスとの間の時間遅延値に対応するヒストグラムにおいて、ピークが現れる。上記変圧器内に部分放電の位置が２つある場合、該位置のそれぞれと上記変換器との間の距離が異なる限り、上記ヒストグラムには２つのピークが生じる。動作中、上記分析手段には複数の時間遅延値の分布を重ね合わせることが求められるため、上記分析手段は、少なくとも時間遅延値に対するカウント数のヒストグラムを形成するのに十分な時間で、そのような複数の分布を処理する手段を有していることを認識されたい。しかしながら、上記時間遅延が１つのヘッドに関して同様の場合、時間遅延は別のヘッドに関して異なる。通例、この問題への取り組みとして、上記変圧器の種類、寸法、構成、及び電力定格に応じて２つ、３つ又は４つのヘッドを設置することができる。
【００２１】
好適な実施形態において、上記超音波パルスを検知する超音波変換器手段は、上記検知された超音波パルスの振幅を表す信号も出力する。この実施形態では、上記分析手段はこの振幅信号を受けるよう構成されていることが好ましい。上記分析手段は、所定の振幅設定よりも小さい超音波パルスを表すスプリアス信号を無視するよう構成することができる。ある実施形態において、上記分析手段は、上記超音波信号の発生を引き起こす超音波パルスの振幅が所定の振幅設定を下回る場合、上記超音波信号のさらなる分析を行なわないよう構成することが可能である。上記所定の振幅設定は、上記装置を上記変圧器に設置する際に予め設定することができる。別の実施形態では、上記所定の振幅設定は上記装置の設置後に調整可能である。また、上記超音波変換器の検知しきい値を下回る超音波パルスが多少生じる場合があることも認識されたい。
【００２２】
別の実施形態において、上記高周波パルスを検知する高周波変換器手段は、上記検知された高周波パルスの振幅を表す信号も出力する。この実施形態では、上記分析手段はこの振幅信号を受けるよう構成されていることが好ましい。上記分析手段は、所定の振幅設定よりも小さい高周波パルスを表す信号を無視するよう構成することができる。上記高周波パルスの所定の振幅設定は、上記装置を上記変圧器に設置する際に予め設定することができる。別の実施形態では、上記所定の振幅設定は上記装置の設置後に調整可能である。また、上記高周波変換器の検知しきい値を下回る高周波パルスが上記変圧器内で多少生じる場合があることも認識されたい。
【００２３】
ある実施形態において、上記分析手段は、ある期間中に受け取った信号の分析結果が部分放電を示すと判断される規準を満たす場合、警報手段を作動させるよう構成することができる。上記部分放電を示すと判断される規準は、上記装置を上記変圧器に設置する際に予め設定することが可能である。別の実施形態では、上記規準は設置後に調整することができる。
【００２４】
ある実施形態において、上記分析手段は、上記検知された超音波パルスの性質に応じて異なる種類の警報手段を作動させるよう構成することが可能である。例えば、上記分析手段は、超音波信号を受け且つ上記高周波及び超音波パルスの検知の間の１つ以上の特定の時間遅延値のカウント数にピークが存在すると判定したとき、上記超音波パルスが上記所定の振幅設定よりも大きな振幅を有しているかどうかを判定することができる。上記振幅が上記所定の振幅設定よりも大きい場合及び/又は幾つかの所定の設定以上の超音波パルスの発生が著しく繰り返される場合、上記信号処理ソフトウェア分析手段は、特定の種類の警報手段を作動させることが可能である。例えば、この条件の組み合わせはクラス１の警報器を作動させるとも言える。時間遅延値のピークが判定されたが、上記振幅及び/又は上記超音波パルスの発生の繰り返しが上記所定の設定を下回る場合、この条件の組み合わせはクラス２の警報器を作動させるとも言える。
【００２５】
上記分析手段に上記所定の振幅及び/又は繰り返しの設定よりも大きな超音波パルスを表す信号が入力されているが、上記信号とこれらに先立つ高周波信号の何れかとの間の時間遅延値の何れかにピークが存在することが判定されない場合、これらの条件の組み合わせはクラス３の警報器を作動させるとも言える。そして、検知された超音波パルスが上記所定の振幅及び/又は繰り返しの設定よりも小さいが、やはり如何なる時間遅延値のピークも判定されない場合、これらの条件の組み合わせはクラス４の警報器を作動させるとも言える。さらなる実施形態では、上記分析手段における上記所定の振幅及び/又は繰り返しの設定は、如何なる時間遅延値のピークも判定されなかった場合と幾つかの時間遅延値のピークが判定された場合とで異ならせることができる。例えば、時間遅延値のカウント数のピークが判定された場合、上記所定の設定は、検知された超音波パルスと高周波パルスとの間の時間遅延値のピークが判定されなかった場合の設定よりも低く設定されることもある。
【００２６】
異なる種類の警報器を作動させることにより、上記分析手段は、変圧器の動作を監視する組織（例えば、発電又は配電の責任者）に対して上記変圧器内の不良の重大さを判定する能力を付与する。例えば、クラス４の警報器の作動は、深刻な憂慮の原因とは見なされないかもしれないが、この変圧器に対してより綿密な監視を行なうか、又は予定されていたよりも早い期日に定例的な検査及び整備を行なうべきであるということが正当化される場合もある。それに対し、クラス１の警報器の作動は、監視組織により上記変圧器を早急に又は比較的敏速に停止して現地での検査を行ない、必要があれば現地で又は修理工場で不良の修理を行なうべきであると判断される場合もある。分単位、時間単位、日単位、又は週単位の期間で、上記装置が先ずクラス４の警報器を作動させ、その後クラス３又はクラス２、そしてクラス１の警報器を作動させた場合、上記監視組織に対して上記変圧器内の不良の重大さが増していく度合が知らされるとともに上記変圧器がいつ検査を受けるべきかが示される。クラス４の警報器の作動からクラス３の警報器又はクラス２の警報器、そしてクラス１の警報器の作動への急速な変化は、例えば、非常に危険と見なされるため、通常は上記変圧器をオフラインにして停止する。
【００２７】
上記分析手段は、可視及び/又は可聴手段の両方を備えることが可能である。上記可視警報手段は、明色の閃光灯、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、又は同様の装置を備えることができるとともにＳＣＡＤＡ、ハーレー（Harley）、サイテクト(Citect)などの既に存在するソフトウェア監視システムに組み合わせても良い。警報器の状態は、明かりをつけること又は明かりの消滅により示されるようにしても良いことを認識されたい。ある場合においては、上記明かりの如何なる故障も即座に示され、直すことができるため、後者の方が好ましい。選択的な実施形態において、上記警報手段は、テレビジョンスクリーン又はコンピューターモニターディスプレイ上の適切なメッセージを備えていても良い。上記可聴警報手段は、ベル、ブザー、サイレン、又はその他の同様の装置を備えることが可能である。高音拡声器からの継続的な３ｋＨｚの音が特に有効であることが分かっている。上記警報手段は、上記監視される変圧器に対して物理的に近い位置又はある程度離れた位置に置くことができる。
【００２８】
別の実施形態において、上記分析手段は、上記各変換器手段から受け取った全ての信号及び/又は上記生成した時間遅延値の分布の重ね合わせを保存するよう構成されたデータ保存手段を備えることが可能である。上記データ保存手段は、所定の期間の範囲内で最近記録されたデータのみを保存するよう又は部分放電の発生を示すデータのみを保存するよう構成されていても良い。例えば、上記保存手段は、先の２４時間の間に記録された全てのデータのみを保存しても良い。
【００２９】
上記保存されたデータは、操作者の要求時に又は自動的に、近くの又は遠隔の制御手段にダウンロードすることが可能である。ある実施形態において、上記制御手段又は上記分析手段は、特定の期日又は特定の時間に上記分析手段からのデータ転送を定例的に開始するようにすることもできる。例えば、保存手段が２４時間の間、データを保存するよう構成されている場合、上記制御手段又は上記分析手段は、上記分析手段からのデータ転送をおよそ２４時間毎に開始するようにしても良い。データ転送ための別の期間を設定することも容易に考えられる。
【００３０】
上記マイクロプロセッサーが警報手段を作動させたことが上記制御手段により認められた場合、上記制御手段は、上記変圧器の動作を監視する作業者に対して適切な指示を付与することができる。そのような適切な指示には、コンピューターモニター上の可視及び/又は可聴の指示が含まれていても良い。上記制御手段は、適切なデータ保存手段を備えることにより、上記分析手段から転送される全てのデータの保存を可能にすることもできる。このシステムにより、何ヶ月又は何年にも渡る警報器及びデータの達成が可能になる。このデータ保存により、上記監視組織の担当作業者は、監視している変圧器の動作と幾らか前に監視した変圧器の動作とを比較し、動作に変化があったかどうかを判定すること、即ちトレンド分析を行なうことができる。さらなる実施形態において、上記制御手段は、多数の異なる変圧器を監視する複数の分析手段から転送されるデータを受け取るよう構成されていることが好ましい。例えば、発電又は配電の責任者に属する上記制御手段は、本発明に係る装置が設置されたネットワーク内の変圧器の全て又は一部にネットワーク接続することが可能である。これにより、上記配電の責任者は、各変圧器の位置に整備作業者を物理的に配備する必要もなく、ネットワーク内の変圧器の動作を監視することができる。
【００３１】
ある実施形態において、上記各変換器手段は、共通の囲い内に収容することが可能である。上記囲いを上記変圧器の壁内に配置し、各変換器手段の１つの面を上記壁の内面と一致させることができる。
【００３２】
上記超音波パルスを検知する変換器手段は圧電要素を備えていることが好ましい。上記圧電要素は、好ましくは、第1の面及び第２の面を有している。上記圧電要素は、好ましくは約５０ないし約３００ｋＨｚ、より好ましくは６０ないし２５０ｋＨｚ、最も好ましくは約１９０ｋＨｚの厚みによる共鳴周波数を有している。上記圧電要素は、好ましくは少なくとも１００℃、より好ましくは少なくとも１２０℃の最大限の動作温度を有している。また、上記圧電要素は少なくとも５ｇまでの機械的振動に耐えられることが好ましい。
【００３３】
上記圧電要素は、セラミック/ポリマー複合材であることがさらに好ましい。上記圧電要素は、好ましくは、１−３のジオメトリを有している。上記セラミックは、多結晶のチタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸鉛又はチタン酸バリウムの中から選択することができる。上記ポリマーは熱硬化性ポリマーであることが好ましい。上記熱硬化性ポリマーは、エポキシ樹脂、ポリウレタン、シリコン又はベークライトの中から選択することが可能である。
【００３４】
上記圧電要素のセラミックは、バリウムの酸化物又は炭酸塩、チタン酸塩、ジルコン酸塩及び/又は鉛を焼結及び燃焼してセラミックのディスクを形成することにより製造できる。好ましくは、上記セラミックのディスクの対向する平行な面に対して適切な導電性材料を塗布することにより電極を形成する。そして、上記セラミックのディスクは、約９０℃の温度に保たれつつ、高温の油に浸されてＤＣ電界が印加されることにより分極されることが好ましい。その後、上記油は、上記電界が上記ディスク中に保たれる間に室温にまで冷却可能であることが好ましい。
【００３５】
分極の後、エポキシ接着剤を用いて上記ディスクの１つの面をアルミニウム又はエポキシのブロックに接着させることにより、上記ディスクが上記ブロックに取り付けられる。その後、上記ブロックは、ダイヤモンド鋸の切断機のチャックで慎重に把持され、上記セラミックのディスクに対する損傷が回避されることが好ましい。そして、上記セラミックのディスクがダイヤモンドの刃の鋸で薄く切られることにより、一連の間隔を置いた平行な切り口が形成されることが好ましい。その後、上記ディスクは、好ましくは、上記セラミックをメタノールで洗浄して如何なる屑も除去された後、エポキシなどの熱硬化性ポリマーによって真空で埋め戻しされる。上記ディスクは好ましくは上記切断機により再び薄く切られ、最初の組の切り口に対して直角な一連の間隔を置いた平行な切り口がさらに形成される前に、過剰なエポキシは何れもラップ仕上げにより除去されることが好ましい。その後、上記ディスクはメタノールで洗浄され、該ディスクよりも僅かに大きな寸法及び高さの外部ケーシングが好ましくは上記ディスクの周りに配置され、上記ディスク及びそれを囲むケーシングはエポキシによって真空で埋め戻しされる。その結果、上記熱硬化性ポリマーで支持された一組の平行なセラミックのコラム又はぺグが得られる。
【００３６】
上記外部ケーシングにより、特に、上記複合材がその後上記支持ブロックから切り取られる場合に、上記複合材の外側のぺグがさらに支持され、これらの不慮の破損の防止が促進される。また、上記外部ケーシングは、エポキシなどの熱硬化性ポリマーから構成されていることが好ましい。上記外部ケーシングは、部分放電に起因する超音波と関係の無い、上記変圧器の壁でのせん断波及び横方向の高周波の振動に対する上記変換器の側面の感度をさらに低減する上で有用である。上記支持ブロックから取り去られると、上記複合材の第１及び第２の面は、好ましくは、１２０、４００及び６００の粒度のエメリーペーパーでそれぞれラップ仕上げが施され、上記セラミックのコラムが露出する。
【００３７】
好適な実施形態において、上記第１及び第２の面は、銀が付加されたエポキシなどの導電性接着剤が塗布される。塗布後、上記銀が付加されたエポキシの硬化の前に、導電性の網による電極を上記銀が付加されたエポキシに圧入して接着させることにより、上記複合材の変換器のための電極を形成する。上記導電性の網は、好ましくは金属網であり、より好ましくは真鍮網でも良い。接着時、上記金属網の直径は、上記複合材の第１及び第２の面の直径よりも大きいことが好ましい。接着後、上記網は上記第１及び第２の面の直径にまでそれぞれ削ることができる。どの場合においても、網の小さなタグ部が好ましくは保持され、上記電極に対する強固で信頼性のあるオーム性の電気的接続が即座に可能となる。上記タグ部に対する電気的接続は、各タグ部にはんだ付けされているともに絶縁された銅線により形成されていることが好ましい。
【００３８】
上記複合材の変換器は、好ましくは短い減衰時間を有しているため、超音波パルスの検知から敏速に回復して、即座に次の超音波パルスを検知する。上記変換器のダンピングを増すため、上記変換器の第２の面に受け板をセメントで結合することができる。上記受け板は、タングステンが付加されたエポキシから構成されていることが好ましい。
【００３９】
上記複合材の変換器の第１の面には、マッチング層を付着させることも可能である。上記マッチング層は、上記複合材に用いられる１つ以上の熱硬化性ポリマーの層が含まれていても良い。このマッチング層の厚さは、上記変換器の厚みによる共鳴周波数の４分の１の波長であることが好ましい。上記マッチング層は、上記ぺグの高い音響インピーダンスと上記油の音響インピーダンスとの間の音響インピーダンスコンバータとして機能するため、上記複合材の全体的な音響インピーダンスのマッチングが向上する。上記変換器の音響インピーダンスは上記油の音響インピーダンスに可能な限り近く、上記変換器の第１の面での長手方向の超音波の反射が最小限に抑えられることが好ましい。最大限の伝達のため、上記マッチング層は、上記複合材及び上記油の相乗平均であることが好ましい。上記マッチング層が磨耗板としても作用することにより、使用中の上記複合材が保護される。
【００４０】
上記複合材の変換器は、感度をさらに向上させるため、上記第１及び第２の面の電極に連結された銅線の間に電気的に接続された同調コイルを有することが可能である。上記同調コイルは遮断されており、上記変圧器の環境での上記コイルによる磁気ピックアップが防がれることが好ましい。
【００４１】
製造後、インピーダンス分析器を用いて複合材の変換器をそれぞれ検査することにより、上記超音波に起因する機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する際の上記変換器の効率の測定値である上記変換器の電気機械的結合を計測することが好ましい。
【００４２】
ガス入変圧器のための別の実施形態において、上記超音波変換器は圧電高分子材料から製造することが可能である。好適な実施形態において、上記圧電高分子材料はポリフッ化ビリニデン（ＰＶＤＦ）でも良い。
【００４３】
上記高周波パルスを検知する変換器手段は、フェライト磁心のアンテナ、同調回路、又は容量性金属板の中から選択されたアンテナを備えていても良い。上記容量性金属板が好ましく、該板は２０ｐＦないし２５０ｐＦの対地静電容量を有していることが好ましい。上記板は、環状ジオメトリを有し、真鍮から製造できることが好ましい。上記環状の板の面積、上記変圧器の絶縁体の誘電率、そして上記環状の板と上記変圧器の壁（接地されており且つ上記キャパシタの別の板を形成している）からの支持用の調整可能なスペーサーとの間隔により、静電容量の値が決まる。
【００４４】
上記共通の囲い内において、上記圧電要素は上記容量性の環状板の内側に共軸状に配置されており、上記誘電体が上記容量性の板と上記圧電変換器の外部ケーシングの１つの面を除く全ての面とを囲むよう構成されていることが好ましい。上記誘電体内の全ての気泡は、上記変換器の設置前後に行なう脱ガスにより除去されることが好ましい。上記変換器の周りの空間が完全に鉱油で満たされるように、ブリードホールを設けることが可能である。
【００４５】
上記超音波及び高周波変換器は両方とも、太い銅線及び１つ以上のボルトを用いて、リード線貫通板に電気的及び機械的につなげることができる。上記環状の真鍮板を支持するボルトの周りの調整可能なスペーサーは、上記板と上記変換器の壁との間の距離を所望の間隔に設定することを可能にするため、上記高周波変換器の静電容量を調整することができる。
【００４６】
上記リード線貫通板は、真鍮の挿入用ねじコネクタを有するエポキシ成形板から成っていることが好ましい。上記板の一方の面に銅線がつながっており且つ上記エポキシ板の他方の面に銅線がつながっている場合、上記エポキシ板を通して上記一方の面から上記他方の面への電気的連続性が得られる。通例、上記リード線貫通板は、真鍮の挿入用コネクタを幾つか有している。これらの真鍮の挿入用コネクタの１つは、上記超音波変換器に入れられたボルトを用いて上記変換器を支持するために使用することができ、上記挿入用コネクタの２つは、上記超音波変換器からの太い銅線を連結するために使用することが可能であり、上記挿入用コネクタの３つ又は３つ以上は、上記高周波アンテナとして利用されている上記真鍮の環状の板を支持するために使用することができる。
【００４７】
上記リード線が貫通したエポキシ板は上記変換器に繋がっているとともに、上記変圧器の壁の穴の中又はインスペクションカバーの中に位置しているため、上記変換器は上記変圧器の内側にある。そして、上記リード線貫通板は、ネオプレンＯリング又はゴム引きしたコルクガスケットで封止され、金属のフランジにより所定位置に保たれる。上記変圧器の外側では、上記フランジに対して金属の囲いが取り付けられている。
【００４８】
上記リード線が貫通したエポキシ板内の上記真鍮の挿入用コネクタを介し、上記変換器から超音波変換器の回路部及び高周波変換器の回路部への遮蔽された共軸ケーブルによる電気的接続が形成されていることが好ましい。この回路部は、好ましくは小さな金属の箱の中に収容されている。この小さな箱は、上記フランジに取り付けられたより大きな金属の囲いに嵌め込まれていることが好ましい。そして、遮蔽されたツイストペアケーブルは、上記金属の箱内の上記超音波変換器の回路部及び高周波変換器の回路部の出力から上記金属の囲いの側の絶縁されており、リード線が貫通したコネクタへと接続されていることが好ましい。好ましくはゴム引きしたコルクシール上に位置する上記囲いの蓋は所定位置に固定されており、全体的に防水及び耐白蟻及び耐害虫性の構成となっていることが好ましい。
【００４９】
上記変換器と上記分析手段との間で信号を伝送する上記超音波変換器プロセッサーは、増幅器と、高精度の整流器と、１２５ｋＨｚの高域フィルタと、１ｋＨｚの低域フィルタと、増幅器及びアナログ出力を有するバッファとを順に備えていることが好ましい。上記高周波変換器と上記分析手段との間で信号を伝送する上記高周波変換器プロセッサーは、１ないし７０ＭＨｚの前置増幅器と、高精度の整流器と、１ＭＨｚの低域フィルタと、高速比較器と、光学的に絶縁されたデジタル出力を有するモノショット（monoshot）とを順に備えていることが好ましい。上記電子的なプロセッサー内の全ての電子部品は、上記変圧器の上側にあるヘッドの囲いで生じ得る温度のため、高い温度、即ち軍用規格の１２０℃に耐えられることが好ましい。
【００５０】
以下、必要に応じて、上記変換器、リード線が貫通したエポキシ板、コネクタ、遮蔽ケーブル、シール、スペーサー、金属の囲い、超音波変換器の回路部、高周波回路部、及び蓋を集合的に「ヘッド」と呼ぶ。
【００５１】
上記超音波及び高周波変換器の回路部の出力から、遮蔽されたツイストペアケーブルを介して電気出力信号が上記分析手段のマイクロプロセッサーに供給される。上記マイクロプロセッサーの出力は、光ファイバーケーブルにより、連結されたモデムを有するコンピュータにつなげることができる。上記コンピュータは、コンピュータモニター上に警報器の状態を表示するように、又は上記モデムや電話機あるいはその他の通信ネットワークを介して上記警報器の状態を上記遠隔の制御手段に伝達するよう構成することが可能である。
【００５２】
通常の場合、たいていの設置において、このシステムは−２５℃ないし＋１２０℃の範囲の環境温度に耐えることができなければならない。しかしながら、特別な部品により、この範囲は−３５℃ないし＋１２０℃にまで広げることが可能である。＋１１０℃に設定された特別なカットアウト装置を組み込むことにより、上記システムを停止させること及び保護することができる。従って、動作が可能な範囲は、たいていの設置に適切な−３５℃ないし＋１１０℃である。
【００５３】
さらなる実施形態において、高電圧変圧器内の部分放電源の３次元的な位置は、上記変圧器の壁内に収容された少なくとも３つの変換器ヘッドからの信号出力の分析により判定することができる。部分放電が検知された場合、上記分析手段が各変換器ヘッドでの時間遅延値を判定し、その後三角測量により部分放電源の位置を判断することが好ましい。上記位置の判断は、上記変圧器の異なる材料における超音波の速度の変化や界面での屈折を考慮すること、そして上記部分放電源から上記３つのヘッドのそれぞれへの最も可能性のある超音波パルスの音響経路を繰り返し見つけ出すことにより向上させることができる。
【００５４】
なおさらなる実施形態において、本発明に係る装置を変圧器内に設置した後、上記装置を検査及び較正することができる。このような検査及び較正は、上記変圧器内に部分放電発生器を配置し、上記変圧器の絶縁の不良をシミュレートすることにより行なうことが可能である。上記変圧器に流れる部分放電のレベルを可変にすることにより、上記装置の感度のレベルを設定することができる。検査及び較正が完了すると、上記部分放電発生器は取り除くことが可能である。
【００５５】
本発明のさらなる態様は変換器ユニットであって、
導電性接着剤に圧入された導電性の金属網材料により構成されているとともに第１の面及び第２の面上に形成された電極を有する圧電要素を備えており、超音波パルス又は超音波を検知し、その後この検知に対応する信号を出力する圧電性複合材のディスクと、
高周波パルス又は高周波を検知し、その後この検知に対応する電気信号を出力する環状の容量性板とを備えている。
【００５６】
このさらなる態様の好適な実施形態において、上記導電性接着剤は、上記第１及び第２の面に塗布される、銀が付加されたエポキシである。上記導電性の網は真鍮又は銅の網であることが好ましい。上記金属網の直径は、好ましくは、上記複合材の第１及び第２の面の直径よりも大きい。接着後、上記網は上記第1及び第２の面の直径にまでそれぞれ削ることができる。どの場合においても、網のタグ部が好ましくは保持されることにより、上記電極に対する電気的接続が即座に可能となる。上記タグ部に対する電気的接続は、各タグ部にはんだ付けされているともに絶縁又はエナメル加工された銅線により形成されていることが好ましい。
【００５７】
別の実施形態において、上記変換器ユニットは、本発明の第１の態様に関する上述の特徴を有していても良い。
【００５８】
（発明を実施するための最良の形態）
添付の図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を例示としてのみ説明する。
【００５９】
オンライン高電圧変圧器内の部分放電の監視装置の変換器ヘッドは、図面において概して１０で示されている。
【００６０】
図１に示すように、変換器ヘッド１０は、鉱油１３を含む変圧器１２の壁１１内に取り付けられている。変換器ヘッド１０は金属蓋１４ａを有する金属の囲い１４を備えており、その内側には高周波パルスを検知する環状の容量性真鍮板１５と、超音波パルスの検知器として機能する超音波変換器１６がある。板１５及び変換器１６は、変圧器１２の壁１１の内面と合うよう配置されているが、これは重大でない。
【００６１】
図２においてさらに明確に示されているように、超音波変換器１６は１−３のジオメトリ、即ちセラミックが１方向に位置合わせされている一方、ポリマーは３方向を有するセラミック/ポリマー複合材である。変換器１６内のセラミックは、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）であるが、別の適切な圧電セラミック材料を利用することも可能である。上記複合材内のポリマーは熱硬化性のエポキシ樹脂である。製造中、超音波変換器１６はエポキシケーシング２９内に包まれる。変換器ヘッド１０内に設置後、ケーシング２９は取り付けボルト３１によりリード線貫通板３２に取り付けられている。ケーシング２９は第１の面３３及び第２の面３４を有している。
【００６２】
ケーシング２９内で第１の面３３から外方に伸びているのはエポキシのマッチング層３５である。マッチング層３５は鉱油１３を通さないとともに超音波パルスのための鉱油内で低い音響インピーダンスを有しているため、部分放電からの超音波パルスの反射が無くても検知が可能となっている。マッチング層３５の厚さは、上記変換器の厚みによる共鳴周波数での波長の４分の１である。第２の面３４から外方に伸びているのは、タングステンの粒子が加えられ、実質的に超音波パルスを通さないエポキシ樹脂から構成された受け板３６である。受け板３６のエポキシへのタングステンの付加は、リード線貫通板３２からの超音波信号の反射が超音波変換器１６により検知されないようにすること、そして変圧器１２の壁１１内で伝播する超音波パルスが超音波変換器１６に伝達されることを防ぐ上で有用である。
【００６３】
超音波変換器１６の各面は電荷蓄積用の電極を有している。各電極３７は銀が加えられたエポキシ接着剤の層を備えており、そこに薄い真鍮網のシートが圧入されている。
【００６４】
各電極３７からの電気的接続は錫めっきが施された銅線３８及びエナメル銅線３９を経由している。図示していないが、同調指示器を銅線の間に電気的に接続することが可能である。
【００６５】
超音波変換器１６は環状の板１５の内側に共軸状に配置されているため、鉱油１３が板１５とケーシング２９の１つの面を除く全ての面とを囲んでいる。環状の板１５は、２０ないし２５０ｐＦの対地静電容量を有することが可能であるとともに真鍮により構成されている。
【００６６】
フランジ９により所定位置に保たれているリード線貫通板３２は、真鍮の挿入用ねじコネクタを有するエポキシ成形板から成っている。リード線貫通板３２内の真鍮の挿入用コネクタの２つは、超音波変換器１６から伸びた銅線３９と超音波変換器の回路部４０に伸びた同軸ケーブルとの板３２を介した電気的接続として利用できる。２つ又は３つの調整可能な、真鍮の挿入用ねじコネクタ１５ａを用いることにより環状の板１５が支持されるとともに、板１５が受けた電気信号のための電気的接続が形成され、上記信号が板３２を介して高周波信号プロセッサー２１に伝わる（図３を参照）。
【００６７】
超音波電子回路信号プロセッサー４０及び高周波信号プロセッサー２１は、変圧器１２の外壁に取り付けられた囲い１４内の小さな金属の箱１７に収容されている。電磁雑音遮蔽体１８も板３２を囲んでいる。プロセッサー２１、４０の電力は、囲い１４内に入れられるケーブル１９を介して電力を供給する電源（図示せず）により供給される。
【００６８】
図４に示すように、超音波変換器１６から信号を受けて該信号を分析手段５０に送る超音波検知器信号プロセッサー４０は、前置増幅器４１と、高精度の整流器４２と、１２５ｋＨｚの高域フィルタ４３と、１ｋＨｚの低域フィルタ４４と、増幅器及びアナログ出力４６を有するバッファ４５とを順に備えている。
【００６９】
高周波信号プロセッサー２１は、１ないし７０ＭＨｚの前置増幅器２２と、高精度の整流器２３と、１ＭＨｚの低域フィルタ２４と、高速比較器２５と、デジタル出力２７を有するモノショット（monoshot）とを順に備えている。
【００７０】
変換器ヘッド１０の高周波出力２７及び超音波出力４６からの増幅された電気信号は、共軸の遮蔽されたケーブルを介して分析手段５０に伝送される。
【００７１】
分析手段５０は、適切なソフトウェアによる命令の制御下で入力される信号を処理するマイクロプロセッサー手段５１を備えている。
【００７２】
設置時又は設置後に、マイクロプロセッサー手段５１のソフトウェアは較正される。この較正には、超音波パルスの検知時に先立つ所定期間となる値の設定が含まれる。この所定期間は、上記装置が設置される変圧器１２の寸法を考慮し、通常は、検知された高周波パルスと検知された超音波パルスとの間に存在可能な最大限の時間遅延よりも長く設定される。通常の場合、説明したマイクロプロセッサー手段５１での上記所定期間は約４ｍｓに設定される。
【００７３】
較正時、通例は、マイクロプロセッサー手段５１が検知した高周波パルスと超音波パルスとの間で測定される時間遅延値の分布の全てを選択するとともに重ね合わせる特定の期間も設定される。通常の場合、また以下の説明の目的のため、上記特定の期間は先行する２秒として設定される。
【００７４】
較正時、通常は上記装置の感度も設定される。例えば、マイクロプロセッサー手段５１は、上記超音波変換器１６及び/又は高周波検知器１５から伝送された、特定の振幅及び/又は繰り返し率を下回る信号を無視するよう設定しても良い。較正の間、マイクロプロセッサー手段５１により作動させる警報器の種類を確定するための所定の振幅の設定を予め行なうことが可能である。
【００７５】
動作中、マイクロプロセッサー手段５１は、回路部４０からの超音波パルスに対応する信号を受けると、所定期間の４ｍｓの範囲内で、検知された何れかの高周波パルスの検知と超音波パルスの検知との間の時間遅延を求め、４ｍｓの期間中の時間遅延値のカウント数の分布を生成する。この時間遅延値の分布は次にマイクロプロセッサー手段５１により、先行する２秒で生成された、別の求められた時間遅延値の分布に重ね合わせられる。上記複数の分布の重ね合わせを用いて、図６に示すようなヒストグラムが形成される。図５に示すように、特定の部分放電の位置の時間遅延値は変化しないため、この時間遅延値が上記変圧器内の非同期の電気的ノイズの産物である別の計測された時間遅延値から区別されるヒストグラムにおいて、ピークが現れる。図示していないが、上記変圧器内で部分放電の場所が２つあった場合、これらの場所のそれぞれと上記変換器ヘッドとの間の距離が異なる限り、上記ヒストグラムには２つのピークが現れることが予想される。
【００７６】
マイクロプロセッサー手段５１により、上記変圧器内に検知された高周波及び超音波パルスの間の時間遅延が存在すると判定されると、上記検知した超音波パルスの特性を所定の設定に対して比較することができる。図７に示すように、上記超音波パルスの振幅及び/又は繰り返しが、高い超音波のレベルを示していると見なされる所定の設定よりも大きい場合、上記マイクロプロセッサー手段はクラス１型の警報器を作動させることができる。上記超音波の振幅及び/又は繰り返しが高いレベルのものではない場合、マイクロプロセッサー手段５１はクラス２型の警報器を作動させることができる。
【００７７】
図６にも示すように、マイクロプロセッサー手段５１は、時間遅延値のピークが判定されなかった場合でも、警報器を作動させるよう構成することができる。例えば、単に高い又は中間のレベルの超音波パルスが検知された際に異なる型の警報器を作動させることが可能である。
【００７８】
異なる種類の警報器を作動可能にすることにより、マイクロプロセッサー手段５１を単に上記変圧器の絶縁における不良の存在を示す指示器としてだけではなく、上記変圧器の不良の重大さ及び絶縁の割合を示す指示器としても用いることができる。例えば、クラス４型の警報器の作動は深い憂慮の原因とは見なされないかもしれないが、少なくとも今後この変圧器をより綿密に監視する根拠としても良い。また、上記変圧器に対して予想していたよりも早期に定例的な整備を行なうべきということを意味する場合もある。それに対し、クラス１型の警報器の作動は深い憂慮の原因と見なされることがあり、適切な現地での検査を行なうための上記変圧器の即座の又は比較的敏速な停止が正当化される場合がある。
【００７９】
変圧器の絶縁において不良が徐々に生じている場合、少なくともクラス２型の警報器と、場合によってはクラス３型又はクラス４型の警報器とをクラス１型の警報器の作動の前に作動させることが予想される。従って、クラス４型ないしクラス１型の警報器の作動の割合を監視することにより、上記変圧器の絶縁における不良の重大さがどのような速さで進行しているかということも示される。
【００８０】
上述の実施形態において、マイクロプロセッサー手段５１により作動させられる警報器は、マイクロプロセッサー手段５１により作動させられる警報器の種類を示すコンピューターモニター５２上のメッセージを含む。対応する可聴警報器を作動させることも可能である。
【００８１】
分析手段５０は、ＰＣモニターディスプレイ及びデータロガーなどの中央制御器６０にネットワーク接続することができる。上記ＰＣモニターディスプレイ及びデータロガーは、監視される変圧器１２に近い位置又は変圧器１２から相当離れた位置に置くことができる。例えば、分析手段５０と上記ＰＣモニターディスプレイ及びデータロガー６０とは、電話機ネットワークなどの電気通信ネットワークによりネットワーク接続することが可能である。あるシステムにおいては、分析手段５０とＰＣモニターディスプレイ及びデータロガー６０とは継続的に通信できる状態にあると考えられる。別の実施形態では、分析手段５０に接続されたモデムにより、ＰＣモニターディスプレイ及びデータロガー６０のモデムをダイアルするよう構成すること、或いはその逆に構成することが可能であるため、必要に応じてデータを転送することができる。上記モデムのダイアリングは、上記監視組織により必要と見なされた場合に周期的に行なうことができる。分析手段５０により、ＰＣモニターディスプレイ及びデータロガー６０にデータがダウンロードされる一方、ＰＣモニターディスプレイ及びデータロガー６０は分析手段５０に対して命令を付与することが可能であることを認識されたい。このような命令を用いることにより、マイクロプロセッサー手段５１上のソフトウェアによる命令の設定をオンラインにより調整できる。
【００８２】
ＰＣモニターディスプレイ及びデータロガー６０が１つの分析手段５０のみにネットワーク接続されている場合を説明したが、多数の異なる位置にある様々な変圧器に設けられた複数の分析手段５０にネットワーク接続できることも認識されたい。これにより、例えば、配電の責任者はそれぞれの変圧器の位置に整備作業員を配備する必要なく、そのネットワーク内の変圧器の動作を監視することができる。これは地方の遠隔の場所では魅力的なことである。
【００８３】
具体的な実施形態で示したように、広範囲に亘って説明した本発明の意図又は範囲から逸脱することなく、本発明に多数の変更及び/又は変形を加えることができることは当業者により認識されよう。従って、本実施形態はあらゆる点において限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】変圧器の壁内に配置された本発明に係る装置の変換器ヘッドを示す部分断面図。
【図２】上記変換器ヘッド内の超音波パルス検知器の断面図。
【図３】本発明に係る装置の概略図。
【図４】図３に示す装置内の超音波信号及び高周波信号プロセッサーの概略図。
【図５】高周波信号及び超音波信号検知後の本発明に係る装置内のマイクロプロセッサー手段の一例における時間に対するプロセッサー出力を示すグラフ。
【図６】本発明のマイクロプロセッサー手段により生成された複数の時間遅延値の分布からのカウント数のヒストグラム。
【図７】本発明に係るマイクロプロセッサー手段による異なる種類の警報の発生を示すフローチャート。

Claims

誘電体を含むオンライン高電圧電気機器において高周波パルス又は高周波と超音波パルス又は超音波とを生じる部分放電を検知する装置であって、
部分放電の発生により生じる超音波パルス又は超音波を検知し、この検知に対応する信号を出力する少なくとも１つの変換器手段と、
部分放電の発生により生じる高周波パルス又は高周波と上記機器の内部又は外部で生じる別の高周波パルス又は高周波とを検知し、この検知に対応する信号を出力する少なくとも１つの変換器手段と、
上記高周波パルス又は高周波と超音波パルス又は超音波との検知にそれぞれ対応する信号を受けるとともに、超音波パルス又は超音波の検知に対応する信号を受けると、
（ａ）上記超音波パルス又は超音波の検知時に先立つ所定期間の範囲内で、検知された全ての高周波パルス又は高周波の検知時と上記超音波パルス又は超音波の検知時との間の時間遅延を求め、上記所定期間中の時間遅延値の分布を生成し、
（ｂ）上記時間遅延値の分布を別に検知された複数の超音波パルス又は超音波の時間遅延値の別の分布に対して重ね合わせ、
（ｃ）上記重ね合わせた時間遅延値の分布を分析し、上記所定期間中の時間遅延値の分布の範囲内で求められた時間遅延値の数をカウントし、これらのカウント数を、上記別に検知された複数の超音波パルス又は超音波の時間遅延値の別の分布のカウント数に対して重ね合わせるように構成され、上記検知された高周波パルス又は高周波の検知時後に、上記検知された超音波パルス又は超音波の一部が１つ以上の特定のカウント値で検知されているかどうかを判定する
よう構成された信号処理及び分析手段とを備えた装置。
上記各変換器手段は、上記電気機器を継続的に監視するようになっている請求項１記載の装置。
上記超音波パルスの検知時に先立つ上記所定期間は、上記電気機器内においてそれぞれ検知された高周波パルスと超音波パルスとの間に存在可能な最大限の時間遅延よりも長く設定されている請求項１又は請求項２に記載の装置。
上記所定期間は、１ｍｓないし１０ｍｓの間、より好ましくは２ｍｓないし６ｍｓの間、さらに好ましくは４ｍｓ又は約４ｍｓに設定されている上記請求項１〜３のうちの何れか１つに記載の装置。
上記信号処理及び分析手段は、特定の期間の範囲内で生成された全ての分布を重ね合わせるようになっている上記請求項１〜４のうちの何れか１つに記載の装置。
上記分析手段は、上記分布を重ね合わせる工程の直前の特定の期間内で生成された全ての分布を重ね合わせるようになっている請求項５記載の装置。
上記期間は、０．１ないし１０秒の間、より好ましくは１ないし８秒の間、さらに好ましくは約２秒にすることが可能である請求項６記載の装置。
上記分析手段は、適切なソフトウェアによる命令の制御下にあるマイクロプロセッサー手段を備えている上記請求項１〜７のうちの何れか１つに記載の装置。
上記マイクロプロセッサーのソフトウェアは、時間遅延値の分布の範囲内で求められた時間遅延値の数を統計学的にカウントし、これらの数を上記特定の所定期間の範囲内で別の超音波パルスが検知されたときに生成された複数の分布からのカウント数に対して重ね合わせることにより時間遅延値に対するカウント数のヒストグラムを形成するよう構成されている請求項８記載の装置。
上記超音波変換器手段は、超音波パルスの検知時に、上記検知した超音波パルスの振幅を表す信号も出力するようになっている上記請求項１〜９のうちの何れか１つに記載の装置。
上記分析手段は、上記超音波信号を発生させる超音波パルスの振幅が所定の振幅設定を下回る場合、上記超音波信号のさらなる分析を行なわないよう構成されている請求項１０記載の装置。
上記高周波変換器手段は、高周波パルスの検知時に、上記検知した高周波パルスの振幅を表す信号も出力するよう構成されている上記請求項１〜１１のうちの何れか１つに記載の装置。
上記分析手段は、所定の振幅設定よりも小さい高周波パルスを表す信号を無視するよう構成されている請求項１２記載の装置。
上記分析手段は、上記検知された超音波パルスの性質に応じて異なる種類の警報手段を作動させるよう構成されている上記請求項１〜１３のうちの何れか１つに記載の装置。
上記警報手段は、可視及び/又は可聴手段を備えている請求項１４記載の装置。
上記警報手段は、上記監視されている変圧器に対して物理的に近い位置又は幾分離れた位置にある請求項１４又は請求項１５に記載の装置。
上記分析手段は、上記各変換器手段から受けた全ての信号及び/又は上記生成した時間遅延値の分布の重ね合わせを保存するよう構成されたデータ保存手段を備えている請求項１４ないし請求項１６の何れか１つに記載の装置。
上記データ保存手段に保存されたデータは、操作者の要求時に又は自動的に、近くの又は遠隔の制御手段へダウンロードすることが可能になっている請求項１７記載の装置。
上記制御手段は、警報手段の作動を示す信号を受けた場合、上記変圧器の動作の監視を担当する作業者に対して適切な指示を付与することが可能になっている請求項１８記載の装置。
上記制御手段は、複数の異なる分析手段から転送されるデータを受けるよう構成されている請求項１８又は請求項１９に記載の装置。
上記各変換器手段は、上記電気機器の壁内に配置可能な共通の囲いに収容されており、上記各変換器手段の１つの面が上記壁の内面と一致している上記請求項１〜２０のうちの何れか１つに記載の装置。
上記超音波パルスを検知する変換器手段は、第１の面及び第２の面を有するとともに約５０ないし約３００ｋＨｚの間、より好ましくは６０ないし２５０ｋＨｚの間、最も好ましくは約１９０ｋＨｚの厚みによる共鳴周波数を有する圧電要素を備えている上記請求項１〜２１のうちの何れか１つに記載の装置。
上記圧電要素は１−３のジオメトリを有するセラミック/ポリマー複合材であり、上記セラミックは、多結晶のチタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸鉛又はチタン酸バリウムの中から選択される請求項２２記載の装置。
上記高周波パルスを検知する変換器手段は、フェライト磁心のアンテナ、同調回路、又は容量性金属板の中から選択されたアンテナである上記請求項１〜２３のうちの何れか１つに記載の装置。
上記アンテナは、環状ジオメトリを有する容量性金属板である請求項２４記載の装置。
上記圧電要素は、上記容量性の環状板の内側に同軸状に配置されている請求項２２記載の装置。
高電圧電気機器内の部分放電源の位置は、上記電気機器の壁内に収容された少なくとも３つの変換器ヘッドからの信号出力の分析により求められる上記請求項１〜２６のうちの何れか１つに記載の装置。
誘電体を含むオンライン電気機器において高周波パルス又は高周波と超音波パルス又は超音波とを生じる部分放電を検知する方法であって、
（ｉ）上記機器内で生じる高周波パルス又は高周波を検知する工程と、
（ii）上記機器内で生じる超音波パルス又は超音波を検知する工程と、
（iii）超音波パルス又は超音波を検知すると、上記超音波パルス又は超音波の検知時に先立つ所定期間の範囲内で、検知された全ての高周波パルス又は高周波の検知時と上記超音波パルス又は超音波の検知時との間の時間遅延を求め、上記所定期間中の時間遅延値の分布を生成する工程と、
（iv）上記時間遅延値の分布を別に検知された複数の超音波パルス又は超音波の時間遅延値の別の分布に対して重ね合わせる工程と、
（ｖ）上記重ね合わせた時間遅延値の分布を分析し、上記所定期間中の時間遅延値の分布の範囲内で求められた時間遅延値の数をカウントし、これらのカウント数を、上記別に検知された複数の超音波パルス又は超音波の時間遅延値の別の分布のカウント数に対して重ね合わせるように構成され、上記検知された超音波パルス又は超音波の一部が上記検知された高周波パルス又は高周波の検知時後に１つ以上の特定のカウント値で検知されているかどうかを判定する工程とを備えた方法。