JP4841166B2 - 配線診断のための低電流ａｃ部分放電診断システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に、配線の欠陥を検出するシステム及び方法に関し、より詳細には、配線又はケーブルの部分放電又はアーク放電を検出するシステム及び方法に関する。

配線は、航空機、船舶、工業及び家庭での用途における重要なシステムである。航空機配線の完全性及び安全性に関する問題は、Ｓｗｉｓｓａｉｒ１１１及びＴＷＡ８００の事故後、重大であることが認知され、多大な関心を集めてきた。また、産業界での電気火災は、資産損失の大きな割合を占めており、家庭における電気火災は家庭内で発生する火災のかなりの部分を占めており、生命を脅かし財産を損なう。

航空機の配線の絶縁材は、軽量化のために建物の配線に見られるものよりもはるかに薄い。この薄い絶縁材は、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、湿気及びクリーニング用薬剤といった原因物質によって経年劣化する。また、該配線は、保守中に他の機械的応力に曝される。前述の影響は絶縁材を劣化させ、亀裂及び擦傷を発生させることになる。これらの絶縁欠陥は、各配線又は周囲の金属との間にアーク放電を引き起こす場合もある。塩分及び塵埃の堆積に加えて湿気は、アーク生成を更に起こり易くする可能性がある。

航空機配線欠陥の検出は、整備員による目視検査によって主として行われる。この人手による検査プロセスは時間がかかり、その信頼性は満足できるものではない。更に、擦傷を検査するためには配線を捩る必要があるので、この目視検査は識別できる問題よりも多くの問題を発生させることが多い。

時間領域反射率測定又は周波数領域反射率測定を用いる電気計測に基づく、ケーブル試験用の市販の試験装置が市場に存在している。時間領域反射測定法及び周波数領域反射率法の両方は、パルスからの反射によって形成された、試験用配線を通して伝達する所定の特性の信号を解析する。これらの方法の感度は、全ての絶縁損傷を検出するには十分ではない。

時間領域反射測定法は、伝送線路（金属及び光ファイバの両方）、ケーブル、ストリップ線路、コネクタ、及び他の広帯域システム及び構成要素の試験に際して有用性が高まっていると見られている試験及び計測技術である。時間領域反射測定法は、例えば電気パルスである伝送信号からの反射が観測され、不良の位置が特定され、電力伝送線路特性が決定される。伝送信号（好ましくは、超高速ステップパルス）がシステムに供給され、システム内の不連続性又はインピーダンス偏移により結果として生じる反射が解析される。入力パルスが、不連続又はインピーダンス不整合に遭遇したときに、給電点に現われる結果として生じた反射は、位相、時間及び振幅に関して原パルスと比較される。反射波形の振幅、偏移、及び形状を解析することによって、該伝送システムにおけるインピーダンス変動の特性を求めることができる。

ワシントン州レドモンドのＧｅｎｅｒａｌ Ｄｙｎａｍｉｃｓは、最近、特許文献１で開示されている、Ｍｉｒｏ−Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ（ＭＥＤ）ツールと呼ばれる新規の試験装置を導入した。この装置は、ＤＣ高電圧を用いて試験用ケーブル束内の絶縁欠陥部で放電又はアークを発生させる。該ケーブル内の試験用配線と該ケーブル内の他の何れかの接地配線との間に、印加される最大試験電圧よりも低い絶縁破壊電圧を有する不良部が存在する場合、該ケーブル内に蓄積された有効電荷の全放電（例えば部分放電ではない）が、該不良部で発生することになり、配線又はケーブルを更に損傷させる可能性がある。次いで、放電が発生する電磁（例えばＲＦ領域）及び音響信号を計測することによる幾つかの方法で放電の位置が求められる。最初にＭＥＤツールが、放電によって発生する高周波電圧パルスエッジをケーブルの一方端で計測して放電の位置を特定し、次に、電磁探査ツール（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｌｏｃａｔｉｎｇ Ｔｏｏｌ（ＥＭＬ））が放射された（例えば、ケーブルの外部に）電磁信号（電波）を適切なアンテナを有する受信器を用いて計測し、受信器での到達時間に基づいて放電の位置を算出し、最後に、超音波探査ツール（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｌｏｃａｔｉｎｇ Ｔｏｏｌ（ＵＬＴ））が、放電が発生する音響ノイズ（例えば音波）と電磁エッジとを計測し、２つの信号の到達時間の差を計時することによってアークまでの距離を特定する。
米国特許６，７７７，９５３号公報

従って、目視検査以外の方法で行うことができ、試験用配線又はケーブルに更なる劣化を引き起こすことのない配線及びケーブルの欠陥を検出する技法に対する必要性が存在する。

本発明は、配線内の絶縁欠陥を検出するために部分放電を使用する。部分放電は、全放電よりも非常に低いエネルギを有し、従って、試験中の部分放電によって引き起こされる試験用配線の劣化を無視することができる。

部分放電（ＰＤ）試験は、絶縁材料の状態を特徴付けるための、高感度で広く用いられる方法である。種々の実施形態において、低電流のＡＣ電圧が、選択された試験用配線に放電を発生させるために使用される。ＡＣ電源の電圧は、限流直列抵抗器及び配線の内部キャパシタンスによって濾波され、部分放電診断のために好適な試験用配線内の平滑なＡＣ波形が生成される。高電圧リレーベースのマルチプレクサシステムが、複数の配線から試験用配線を選択するために使用される。ＰＤ信号は、高周波電流変圧器又は容量型センサを用いて検出される。次いで、同様に欠陥の位置が計測信号の特徴を用いて算出される。

本発明の１つの態様は、各配線が絶縁体によって囲まれた伝導体を含む、複数の配線内の低電流ＡＣ部分放電を検出し診断する診断システムを提供する。該診断システムは、高電圧低電流ＡＣ波形を発生させる高電圧ＡＣ電源と、該高電圧ＡＣ電源及び複数の配線と電気的に通信し該複数の配線の個々の配線を選択的にアドレス可能なように構成される少なくとも１つのマルチプレクサ又はスイッチと、高電圧低電流ＡＣ波形が個々の配線を通って伝送されるときに該波形によって生じる信号を処理する信号プロセッサと、該マルチプレクサ又はスイッチを作動させて個々の配線を選択的にアドレスするように構成され且つ高電圧ＡＣ電源を制御するように構成されるコントローラとを備える。

本発明の更なる態様は、複数の配線における低電流ＡＣ部分放電の検出及び診断の方法を提供する。該診断方法は、高電圧低電流ＡＣ波形を発生させ、複数の配線の個々の配線を選択的にアドレスし、選択された個々の配線に沿ってＡＣ波形を伝送することによって行われる。該方法は更に、高電圧低電流ＡＣ波形が個々の配線に伝送されるときに該波形によって生成される信号の処理と、個々の配線の選択的アドレス及び該ＡＣ波形発生の制御とを更に提供する。

ＰＤ信号は、例えば、試験用配線を電圧波形デジタイザに容量的に結合することによって電圧信号として検出することができ、又は高周波広帯域電流変圧器を用いて検出することができる。

本発明の別の態様によれば、部分放電検出及び時間領域反射測定法を選択的に用いて配線欠陥を検出するための診断システムが提供される。該診断システムは、低電流高電圧及び低電圧ＡＣ波形を発生させる高電圧ＡＣ電源を含む。また、配線内の部分放電を検出するための少なくとも１つの部分放電検出サブシステムと、及び配線欠陥によるＡＣ波形（例えばパルス）の反射によって生成される信号を検出する少なくとも１つの時間領域反射測定法サブシステムとが含まれる。該システムは、２つの診断サブシステムのうちの１つを選択的に作動させるためのセレクタスイッチを備える。サブシステムの選択は、スイッチを切換えることによって手動的に行うことができ、又は、コントローラユニット及びリレー又は他のこのような電気的制御可能なスイッチによって自動的に行うことができる。第２のセレクタスイッチは、複数の配線又は配線束のうちの個々の配線の選択的アドレスを可能にする。従って、ＡＣ波形又はパルスは、選択されたサブシステムを通り、及び選択された試験用配線を通って前方に伝送される。該波形又はパルスは欠陥に遭遇するまでは配線を通過して進み、欠陥ポイントで、リターン信号が生成される。信号プロセッサが該ＡＣ波形によって生成されたリターン信号を処理し、配線欠陥のタイプ及び程度を求める。コントローラ回路は、第１及び２のセレクタスイッチをサブシステム及び個々の配線を選択的にアドレスしＡＣ電源を制御するように構成される。

本発明の更なる態様によれば、配線欠陥を検出する診断方法は、部分放電検出及び時間領域反射測定法を選択的に使用する。該診断方法は、低電流高電圧及び低電圧のＡＣ波形を発生させる段階と、前記低電流高電圧ＡＣ波形によって生成される部分放電を検出するための少なくとも１つの部分放電検出手段を準備する段階と、配線欠陥による前記低電圧ＡＣ波形の反射によって生成される信号を検出するための少なくとも１つの時間領域反射測定法検出手段を準備する段階と、前記部分放電検出手段と前記時間領域反射測定法検出手段とから選択する段階と、前記配線の個々の配線を選択的にアドレスする段階と、前記ＡＣ波形が個々の配線を通って伝送され前記配線欠陥によって反射されたときに、前記波形によって生成される信号を処理する段階とを含む。

該方法が配線束に適用されるときには、配線束のうちの個々の配線が、選択される配線に沿ってＡＣ波形を伝送させる前に最初に選択される。該ＡＣ波形が該個々の配線を通って伝送され欠陥に遭遇するときに該波形によって生じる信号が処理される。サブシステムの選択、個々の配線の選択的アドレス、及びＡＣ波形の発生は、好ましくは自動的に制御される。

本発明の上述及び他の態様、特徴、並びに利点は、以下の詳細な説明に照らして添付図面と共に参照すると更に明らかになるであろう。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して以下に説明される。以下の説明において、不必要な細部で本発明を曖昧にしないために、よく知られた機能又は構造は、詳細には説明しない。

配線、ケーブル、又はケーブル束の絶縁状態は、部分放電（ＰＤ）診断法を用いて試験することができる。互いに近接した２つの電極又は導体が完全にはブリッジしていない放電を部分放電と呼ぶ。このような放電の大きさは通常は極めて小さく、伝送される電荷量は、１０から数百ピコクーロン（ｐＣ）の範囲である。４つのタイプの部分放電に区分できる。
１．誘電材料のガス充填キャビティ内での内部放電
２．沿面放電
３．コロナ放電
４．電気トリーでの放電
検出される部分放電のタイプは、存在する絶縁欠陥の正確な性質に依存する。異なるタイプの放電は異なるタイプの信号波形を生じることができる。該信号波形に基づいて、欠陥のタイプを識別することができる。本発明のシステムは、上述の全ての放電のタイプを検出することができる。

部分放電を発生させるために適切な電場が誘電材料に印加され、これは誘電体から構成される電極間に適切な電位差を接続することによって実現される。ケーブルの実際のＰＤ試験では、電位差は、例えば絶縁体によって囲まれる導体である試験用配線、及びこれを囲み又は近接した配線又は他の導体に印加することができる。１つより多い配線を含むケーブル束では、電位差は、試験用配線（又は複数の配線）と隣接する配線との間に印加される。導電性シールドを有するケーブル束又は配線の場合には、電位差は、１つ又は複数の試験用配線と導電性シールドとの間に印加することができる。非シールドのケーブル束又は配線に対して、配線とその外側環境との間の絶縁を試験するためには、配線と、例えば航空機の導電材料又は航空機本体に電気的に接続された導電ケーブルホルダーの導電材料との間に電位差を印加することができる。以下、用語「ケーブル束」は、ケーブル束内の単一の絶縁配線又は複数の配線を意味するのに使用されることになる（内部の構成に関係なく）。両方の場合とも、導電性材料でシールドすることができ、又はシールドされなくてもよい。

ＰＤ診断では、印加される電位差はＤＣ又はＡＣとすることができる。電位差がＤＣの場合は、部分放電の発生は時間的にランダムな性質を有し、所与の時間期間中の部分放電の数及びこれらの強度は、印加される電位差、電位差の極性、及び試験用のケーブル束並びに環境によって決定されることになる。電位差が時間的に交互する場合（ＡＣ）、部分放電の発生は、これを誘起するＡＣ電位に対して位相関係を有することになる。ＡＣ電位差を用いる部分放電試験は、絶縁欠陥の性質に関するより多くの情報を含むので、部分放電を誘起するのにＡＣを使用することが好ましい。

図１を参照すると、複数の配線における部分放電を検出するシステム１００が示されている。システム１００は、例えば、振幅、周波数などである所定の特性を有するＡＣ波形を発生させる高電圧ＡＣ電源／波形発生器１０１を含む。ＡＣ波形は、大きな値の（例えば高抵抗値の）限流抵抗器１０２を通って伝搬する。限流抵抗器１０２は、試験される配線に接続することができる配線、電子機器、及び電気器具への高ＡＣ電流による損傷の保護を提供する。限流抵抗器１０２は、本発明の１つの実施形態ではＧΩ領域のものである。導体間にアーク放電を生じる可能性のある、高過ぎる電圧が偶発的に印加されてケーブル絶縁の永久損傷の発生を防止するために最大電流を小さくすることもまた重要である。１つの例証として、２０００Ｖの電位差及び１ＧΩの抵抗器の場合を考察する。従って、ケーブルキャパシタンスの放電後、アーク内の最大連続電流は最大で２μＡである。アーク内に放散されるこの低エネルギは、ケーブル性能に悪影響を与えることになるケーブルの絶縁に対して損傷を生じないであろう。加えて、限流抵抗器１０２は、試験されているケーブルの内部キャパシタンスと共にＡＣ波形を更に平滑化し、ＰＤ診断に適したＡＣ波形を生成する。

限流抵抗器１０２からのＡＣ波形は、波形デジタイザ１０３に接続された、電圧分割器の一部とすることができるフィードバックセンサ１０７を介して伝搬すると同時に、更にマルチプレクサ１０４にまで続く。波形デジタイザ１０３は、ＡＣ波形の周波数、振幅などの監視を可能にし、高電圧ＡＣ電源／波形発生器１０１へフィードバック制御する。

制御ユニット１０５によって制御されるマルチプレクサ１０４は、複数の配線のうちの１つの配線１０６にＡＣ電圧を選択的に接続し、ケーブルハーネス又はケーブル束内の他の配線を接地する。マルチプレクサ１０４は、一連の機械的スイッチとすることができ、好ましくはマルチプレクサは、リードリレーベースとすることができる。選択された試験配線１０６から生じるリターン信号は、例えば容量結合センサ、高周波広帯域電流変圧器などである部分放電センサ１０８によって検出され、第２の高速波形デジタイザ１１０に中継される。もしくは、波形デジタイザ１０３及び１１０は、単一のユニットとすることができる。第２の波形デジタイザ１１０は、リターン信号を解析し、該リターン信号を格納され特徴付けられた信号パラメータセットに対して比較して、どのタイプの部分放電が発生したかを判定することによって、選択された試験配線１０６の状態を求める。信号はｃ（すなわち光速）の約９０％でケーブルを伝搬するので、第２の波形デジタイザ１１０は、１ギガサンプル／秒の検出範囲を有することになる。加えて、任意選択的なコンデンサ１１１を部分放電センサ１０８とマルチプレクサ１０４との間に含めて、システムのＲＣ時定数を大きくすることができる。

長いケーブル束はまた、周囲環境からの高周波ノイズを集める可能性もある。ＰＤ信号からのノイズの識別は、信号の波形に基づいて常に可能とは限らない。従って、第２の配線は、配線束内に存在する可能性のあるノイズを検出するための基準として機能するように、マルチプレクサ１０４が同時に選択することができる。ノイズ信号は、例えば、第２の容量結合センサ、電流変圧器などであるノイズ検出器１０９によって検出され、第２の波形デジタイザ１１０に中継され、そこで該ノイズ信号を用いて、選択された試験配線１０６からのリターン信号内に存在するノイズが除去される。試験用配線と同じケーブル束又は同じノイズ環境内のケーブル束からの配線に対してノイズ検出器１０９を用いてノイズを計測する場合には、該ノイズは試験用配線上で計測されるノイズと同じか又は非常に類似したものとなろう。計測されたノイズ信号を用いて、ノイズのある計測されたＰＤ信号からノイズを取り去ることができ、又は、ノイズが所定限界を超えている場合には該ＰＤ信号計測をゲーティングするのに使用することができる。

波形デジタイザ１０３、１１０に存在する専用のデータ処理アルゴリズムが、ＰＤ信号解析用に開発（例えば、ファジー論理、ウェーブレット解析など）されており、該ＰＤ信号からノイズ信号を分離して欠陥のタイプに関するより多くの情報を与えるようＰＤ信号を類別する。

高電圧ＡＣ電源１０１は調整可能であり、これにより出力信号の周波数及び振幅を変化させることができる。この場合、試験システム１００は、部分放電センサ１０８によって部分放電が検出されるか、又は最大設定値に到達するかの何れかまで周波数及び振幅の値が増大するように構成することができる。該最大設定値は、選択された試験配線１０６の配線製造業者によって提供される仕様によって決定され、このようにしてどのような欠陥の重大度を判定することができる。

本発明では、ＡＣ電圧は正弦波である必要はない。好ましい波形は、図６に示されるように、正の半周期で漸次的に上昇した後急峻に下降し、負の半周期では漸次的に下降した後急峻に上昇すべきである。また、他のより複雑な波形を使用してもよい。ＡＣ電圧の周波数は、約０．１Ｈｚから約１ＫＨｚまでであるが、この範囲外にある他の周波数を使用してもよい。ＡＣ電圧の周波数は、試験中に変化することができる。

ＤＣバイアス電圧を重畳したＡＣ電圧を使用することも可能である。ＰＤシグネチュアの生成及び分析は、ＰＤ発生を発生させるのに使用される実際の電圧波形に依存する。

ケーブル束及びその状態に応じて、部分放電を誘起させるのに必要な電圧、すなわち開始電圧は数ＫＶ程度とすることができる。部分放電の開始電圧は、絶縁のタイプ、欠陥特性、及び、例えばガス圧及びガス組成である周囲条件に影響される。

ケーブル束内での試験用配線と他の配線との間の漏洩抵抗及びキャパシタンスは、試験用配線上のＡＣ電圧波形から計算することができる。該試験は、ＰＤ発生がないか又は無視できる電圧レベルで実施されなければならない。試験用配線の計測された漏洩抵抗及びキャパシタンスから任意選択的なコンデンサ１１１のキャパシタンスを決定することができ、限流抵抗器１０２の値から最適なＡＣ電圧スイッチング周波数を決定することができる。

図２を参照すると、複数の配線の欠陥を検出するシステム２００の代替的な実施形態が示されている。システム２００は、例えば振幅、周波数、持続時間などである所定特性を有するＡＣ波形又はパルスを発生させる高電圧ＡＣ電源／波形発生器２０１を含む。該ＡＣ波形は、種々の電気的又は機械的制御の高電圧リレー及びスイッチの何れかとすることができる、セレクタスイッチ２２０を介して伝搬する。セレクタスイッチ２２０は、トグルスイッチなどの手動の位置決め又はコントローラユニット２０５による電子工学的位置決めを介して、部分放電検出構成要素２１８又は時間領域反射測定法（ＴＤＲ）構成要素２２２の何れかの選択的使用を可能にする。コントローラユニット２０５は、更にＡＣ波形又はパルスの特性を制御する。ＡＣ波形は、部分放電検出構成要素２１８又は時間領域反射測定法構成要素２２２の何れかから、例えば、同様にコントローラユニット２０５によって制御される第２のスイッチ（例えばマルチプレクサ２０４）を通って伝搬する。マルチプレクサ２０４は、配線束内の特定の試験用配線２０６へのＡＣ波形又はパルスの選択的ルーティングを可能にする。

選択された試験配線２０６から生じるリターン信号は、先に選択された検出構成要素２１８及び２２２によって検出され、波形デジタイザ２１０に中継される。波形デジタイザ２１０は、リターン信号を解析し、選択された試験配線２０６の状態を求める。

ＰＤ解析及びＴＤＲ解析の両方のために単一の波形デジタイザ２１０を使用することができるが、各解析方法は、使用される波形デジタイザ２１０が満足すべき独自の要件を有している。ＰＤ解析では、波形デジタイザ２１０は、１ギガサンプル／秒の検出範囲を有し、約０．１Ｈｚから約１ＫＨｚの範囲の低周波数の高電圧ＡＣを処理可能であろう。一方ＴＤＲ解析では、波形デジタイザ２１０の検出速度を遅くすることができるが、また、ＴＤＲ解析に伴う、より低い電圧（１Ｖから１０Ｖ）を処理するのに十分な感度でもある。

検出構成要素２１８及び２２２は、共通のサブ構成要素を共有することができる。しかしながら、幾つかの特性は、２つの検出構成要素２１８と２２２間で有意に異なる。部分放電検出構成要素２１８は、図１に関して上述されたように、限流抵抗器１０２及び部分放電検出器１０８を含む。他方、ＴＤＲ構成要素２２２は、当該技術分野で公知のＴＤＲセンサを含む。加えて、２つの検出構成要素２１８及び２２２は、部分放電検出及び時間領域反射測定検出の両方を実行できる単一のユニットとすることができる。

ＴＤＲ試験では、例えば１Ｖである低電圧のパルスが、試験用配線内に送出される。ＰＤ試験では、ＡＣ高電圧が試験用配線に接続される。パルス又は高電圧ＡＣ電源の選択は、コントローラ２０５によって行うことができ、その後セレクタ２０２が適切に位置付けられる。ＴＤＲ試験用のパルスとＰＤ試験用のＡＣ高電圧とを、２つのタイプの試験用の２つの異なる制御装置を備えた高速高電圧スイッチをベースとするハードウェアを用いて生成することが可能である。ＰＤ試験では、高速高電圧スイッチを用いて、制御可能な高電圧ＤＣ電源からＡＣ高電圧を生成することができる。この場合、ケーブルのキャパシタンスが、高抵抗値の抵抗器を介して充電されて、滑らかなＡＣ波形が試験用配線上に生成される。ＴＤＲ試験では、高抵抗値の抵抗器は、例えば高電圧リードリレーを用いてバイパスされ、高速高電圧スイッチのうちの１つがＴＤＲ計測に必要なパルスを生成することができる。

更にまた、システム２００は、システム１００に関して上述されたものと実質的に同様に機能するノイズ検出器２０９を含む。

図３を参照して、配線内の部分放電を検出する方法が開示される。ステップ３０１で、検出方法が開始し、次いでステップ３０２で試験配線選択に続き、ステップ３０３でＡＣ波形特性の選択を行う。ステップ３０４で、高電圧ＡＣ電源／波形発生器１０１をステップ３０３で決定した値に調整し、ＡＣ波形を発生させる。ステップ３０５では、ステップ３０４で発生したＡＣ波形が、システム及び装置を大電流による損傷から保護する限流抵抗器１０２を通って伝搬する。ステップ３０６で、ＡＣ波形は、ステップ３０２で選択された試験配線を通って伝搬する。リターン信号が試験配線によって生成され、該信号はステップ３０７で部分放電センサ１０８によって受け取られる。任意選択的に、ステップ３０８で、ノイズ信号を他の近接した配線から受け取る。リターン信号と該ノイズ信号の両方は、波形デジタイザ１１０に送られ、ここで、ステップ３０９において、該ノイズ信号を用いて、リターン信号内に存在するノイズを相殺する。結果として得られたクリーンな信号を解析して、部分放電のタイプ及び絶縁劣化の重大度を求める。ＡＣ電源１０１が周波数及び振幅を調節可能である場合には、ステップ３０３で選択された新たな波形特性値を用いて、該プロセスを継続することができ、前述のようにそこから次に移る。

絶縁劣化の存在を検出すること以外に、ケーブル束に沿った部分放電パルスの位置を部分放電信号から求めることができる。この技法は、ケーブルに沿ったＰＤ信号（及びケーブル端部での同じＰＤ信号の反射）の有限伝搬時間に基づくものである。部分放電が試験用ケーブル内で発生すると、２つの異なる信号がケーブルに沿ってケーブルの２つの端部に向かって伝搬する。２つの信号がケーブルの終端に達すると、これらは全反射される。２つの異なる信号のケーブルの一方端又は両端での到達時間を計測することによって、ＰＤ信号の発生源の位置を求めることができる。

部分放電パルスの位置は、図５に示されるように計算することができ、ここでｘは欠陥までの距離、Ｌは配線の長さ、ｔｎはケーブル束の端部におけるパルスの到達時間である。この技法は、図１のＰＤシステム及び図２のＰＤ構成要素２１８によって使用され、ケーブルに沿ったＰＤ信号（及びケーブル端部での同じＰＤ信号の反射）の有限伝搬時間に基づく。

ＰＤ信号解析では、誘起ＡＣ高電圧の少なくとも１サイクル、又はＤＣ高電圧の場合では数ミリ秒にわたる部分放電を収集することが必要である。ファジー論理又はウェーブレット解析のような最新のデータ解析ツールの使用を可能にするためには、ＰＤパルスの全波形を記録することが必要である。ＰＤパルス波形の記録はまた、ＰＤ信号の発生源の位置を求めるためにも必要とされる。従って、適切な精度でＰＤ信号源を求めるためには、データ収集のサンプリングレートは、１Ｇｓ／ｓ以上の範囲となる。

時間領域反射測定法においては、短パルスが１つの端部で試験用ケーブルに送出される。該パルスは、ケーブルの他端部に向けて進み、そこで反射されて戻り、ケーブルのソース側端部で検出される。ケーブルのインピーダンスに変化がある場合には、ケーブルに沿った反射も生成される。ケーブルインピーダンスの大きな変化、すなわち短絡又は開放の結果として大きな反射が生じ、一方、小さな変化、すなわち接合部、軽微な絶縁摩損、及び亀裂の結果として小さな反射が生じる。

図４を参照して、時間領域反射測定法を用いる配線欠陥の診断方法が提供される。ステップ４０１で、プロセスは、ＴＤＲ構成要素の選択及び起動で始まる。ステップ４０２で、試験用に配線を選択する。ステップ４０３で、ＡＣ波形／パルス発生器２０１を、低電圧試験パルスを生成するように構成する。ステップ４０４に進み、パルスを配線内に伝送する。パルスは矩形波であるのが好ましいが、他の波形のパルスもまた使用できる。パルス幅は可能な限り小さくすべきであり、試験装置、試験用配線の反射の距離及び減衰によって決定される。パルス幅は、数ｎｓから数μｓまで手動的又はコントローラユニット２０５によって自動的に選択可能である。

ステップ４０５で、試験パルスが伝送される時点で開始されるデータ記録により、反射パルス波形を記録する。ステップ４０６で、格納された特徴波形特性に対して比較することによって記録波形を解析し、これによって配線の状態を求める。更に、任意選択的なステップ４０７で、試験用配線の長さに沿った位置が図５に示されるように求められる。反射位置の検出精度は、ＰＤ信号源の位置計測と同様に、データ収集システムのサンプリングレートによって基本的に決定され、従って、高サンプリングレートが好ましい。

本発明を典型的な実施形態において図示し説明してきたが、本発明の精神からどのようにも逸脱することなく種々の修正及び置き換えを行うことが可能であるので、図示された詳細に限定されることは意図されない。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

配線の欠陥を監視するシステムの１つの実施形態を示す図。 部分放電検出サブシステム及び時間領域反射測定法サブシステムを用いる配線欠陥の診断システムのブロックダイアグラム。 部分放電検出サブシステムを用いて行われる段階のフローチャート。 時間領域反射測定法サブシステムを用いて行われる段階のフローチャート。 部分放電の位置を求める幾つかの方法を示す図。 部分放電検出での使用のための望ましい波形を示す図。

符号の説明

１０１ 波形発生器
１０３ 波形デジタイザ
１０４ マルチプレクサ
１０５ コントローラ
１０７ フィードバックセンサ
１０８ ＰＤセンサ
１０９ ノイズ検出器
１１０ 波形デジタイザ

Claims (11)

1. 絶縁体によって囲まれる導体を有する複数の配線内でＡＣ部分放電を検出する診断システム（１００）であって、
   ＡＣ波形を発生するＡＣ電源（１０１）と
   を備え、
   前記ＡＣ波形が、正の半周期にわたる振幅における滑らかで緩やかな上昇及び該上昇に直ぐに続く急峻な下降と、負の半周期にわたる滑らかで緩やかな下降及び該下降に直ぐに続く急峻な上昇とによる特性を示し、
   前記診断システム（１００）は、さらに、
   前記ＡＣ電源（１０１）及び前記複数の配線と電気的に通信し、前記複数の配線の個々の配線（１０６）を選択的にアドレス可能なように構成される少なくとも１つのスイッチ（１０４）と、
   前記ＡＣ波形が前記複数の配線の個々の配線（１０６）を通って伝送されるときに、前記波形によって生じる信号を処理する信号プロセッサ（１１０）と、
   前記少なくとも１つのスイッチ（１０４）を作動させて前記個々の配線（１０６）を選択的にアドレスするように構成され、且つ前記ＡＣ電源を制御するように構成されるコントローラ（１０５）と、
   を備える診断システム。
2. 前記ＡＣ波形は、０．１Ｈｚから１ＫＨｚの周波数を有する、請求項１に記載の診断システム。
3. 前記信号プロセッサ（１１０）が、前記処理された信号を格納され特徴付けられた信号パラメータのセットに対して比較して、発生した部分放電のタイプを求める請求項１に記載の診断システム。
4. 前記部分放電のタイプが、誘電材料のガス充填キャビティ内での内部放電、沿面放電、コロナ放電、及び電気トリーでの放電からなる群から選択される請求項３に記載の診断システム。
5. 環境条件により発生するノイズを検出するように構成されたノイズ検出器（１０９）を更に備え、前記信号プロセッサ（１１０）が、前記ＡＣ波形によって生成される前記信号から前記ノイズを分離することを特徴とする請求項１に記載の診断システム。
6. 絶縁体によって囲まれる導体を有する複数の配線内の部分放電を診断する診断方法であって、
   前記複数の配線の個々の配線（１０６）を選択的にアドレスする段階（３０２）と、
   正の半周期にわたる振幅における滑らかで緩やかな上昇及び該上昇に直ぐに続く急峻な下降と、負の半周期にわたる滑らかで緩やかな下降及び該下降に直ぐに続く急峻な上昇とによる特性を示すＡＣ波形を発生する段階（３０３）と、
   前記選択された個々の配線に沿って前記ＡＣ波形を伝送する段階（３０６）と、
   前記複数の配線の個々の配線を通って前記ＡＣ波形が伝送されるときに前記波形によって生成される信号を処理する段階（３０７）と、
   前記処理された信号から前記選択された個々の配線内に部分放電が発生したか否かを判断する段階（３１０）と、
   を含む方法。
7. 前記処理された信号を格納され特徴付けられた信号パラメータのセットに対して比較して、発生した部分放電のタイプをもとめる段階を更に含む請求項６に記載の診断方法。
8. 環境条件により発生するノイズを検出する段階（３０８）と、
   前記ＡＣ波形によって生成される前記信号から前記ノイズを分離する段階（３０９）と、
   を更に含む請求項６に記載の診断方法。
9. 配線欠陥を検出する診断システム（２００）であって、
   正の半周期にわたる振幅における滑らかで緩やかな上昇及び該上昇に直ぐに続く急峻な下降と、負の半周期にわたる滑らかで緩やかな下降及び該下降に直ぐに続く急峻な上昇とによる特性を示すＡＣ波形を発生するＡＣ電源（２０１）と、
   前記ＡＣ波形によって生成される部分放電を検出する少なくとも１つの部分放電検出サブシステム（２１８）と、
   配線欠陥による前記ＡＣ波形の反射によって生成される信号を検出する少なくとも１つの時間領域反射測定法サブシステム（２２２）と、
   前記ＡＣ電源（２０１）と前記部分放電検出サブシステム（２１８）及び前記時間領域反射測定法サブシステム（２２２）とに電気的に通信し、前記サブシステム（２１８、２２０）のうちの少なくとも１つを選択可能とする第１の少なくとも１つのスイッチ（２２０）と、
   前記サブシステム（２１８、２２０）及び複数の配線と電気的に通信し、前記複数の配線の個々の配線（２０６）を選択的にアドレス可能とするように構成される第２の少なくとも１つのスイッチ（２０４）と、
   前記ＡＣ波形が前記複数の配線の個々の配線（２０６）を通って伝送され且つ前記配線欠陥によって反射されるときに、前記ＡＣ波形によって生成される信号を処理する信号プロセッサ（２１０）と、
   前記第１及び第２の少なくとも１つのスイッチ（２２０、２０４）を作動させて前記サブシステム（２１８、２２０）及び前記個々の配線（２０６）を選択的にアドレスするように構成され、且つ前記ＡＣ電源（２０１）を制御するように構成されるコントローラ（２０５）と、
   を備える診断システム。
10. 前記ＡＣ波形が、ナノ秒からマイクロ秒の範囲の持続時間を有する矩形波パルスである請求項９に記載の診断システム。
11. 前記配線（１０６）から生じたリターン信号を検出し前記信号プロセッサに中継する部分放電センサ（１０８）を更に備える、請求項１に記載の診断システム。