JP6095762B2 - 部分放電センサー評価方法 - Google Patents
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Description
G−TEMセル102は、信号源101から発生された高周波を受けると、その高周波を概ね平面波に変換して、その平面波を伝搬する。
これにより、部分放電センサー103が設置されている金属面に垂直な偏波で照射される。
デジタイザ104は、部分放電センサー103で受信された電波の強度と、信号源101から発生された高周波の強度とを比較することで、信号源101から部分放電センサー103に至るまでの伝達特性を測定する。
信号源101から部分放電センサー103に至るまでの伝達特性と、信号源101からリファレンスアンテナに至るまでの伝達特性とを比較することで、部分放電センサー103のアンテナ実効高を求めることが可能である。
また、信号源101の周波数を変えながら同様の測定を行うことで、アンテナ実効高の周波数特性を求めることが可能であり、それらの周波数特性を規定の周波数で平均した値が部分放電センサー103の指標として一般的に用いられる。
図1はこの発明の実施の形態1による部分放電センサー評価方法を示すフローチャートである。
図2は測定用アンテナ2とリファレンスアンテナ3が平板状のグランド1に設置されている状態を示す説明図である。
図2において、平板状のグランド1は測定用アンテナ2とリファレンスアンテナ3を設置するための金属板である。
モノポールアンテナは、長さが1/2波長以下であれば、モノポールアンテナの長手方向に直交する面内(側面方向)に高周波を放射する。後述する被測定用アンテナ9(図5を参照)は、モノポールアンテナである測定用アンテナ2の側面方向に設置されるため、モノポールアンテナの長さは、測定する最大周波数の1/2波長以下とする。
所定の距離(測定用アンテナ2とリファレンスアンテナ3との間の距離)は大きいほど、測定精度が高まる。
例えば、後述する被測定用アンテナ9の平板状グランド1への円形開口径5がDであるとすると、所定の距離が(D×D/波長)以上であれば、測定用アンテナ2とリファレンスアンテナ3を十分に離している場合と同等の測定精度が得られる。
演算装置4aは例えばパソコンなどから構成されており、ネットワークアナライザ4により測定されたリファレンスアンテナ3と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_ref(f)と、被測定用アンテナ9と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_dut(f)から、被測定用アンテナ9の実効高の周波数特性heff(f)を演算するとともに、実効高の周波数平均値heff_averageを演算する処理を実施する。なお、演算装置4aは実効高周波数特性演算手段を構成している。
また、図5は被測定用アンテナ9が平板状のグランド1に設置されている状態を示す説明図である。
図3から図5において、円形開口5はリファレンスアンテナ3が設置されていた位置に施されている円形の開口部である。
円筒グランド6は円形開口5に埋設されている円筒状の金属部材であり、下部にはフランジ7が接続されている。また、フランジ7はアンテナグランド8と接続されている。
被測定用アンテナ9は円筒グランド6内でアンテナグランド8上に設置されている。
最初に、ステップST1〜ST3までの第1の周波数特性測定工程について説明する。
まず、リファレンスアンテナ3と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_ref(f)を測定するために、図2に示すように、モノポールアンテナである測定用アンテナ2を平板状のグランド1に設置する(図1のステップST1)。
次に、アンテナ実効高heff_ref(f)の周波数特性が既知であるリファレンスアンテナ3を測定用アンテナ2と所定の距離だけ離して平板状のグランド1に設置する(ステップST2)。
ここで、所定の距離は、上述したように、円形開口径5がDであるとすれば、(D×D/波長)以上になるような距離である。
まず、平板状のグランド1からリファレンスアンテナ3を撤去してから、図3に示すように、そのリファレンスアンテナ3が設置されていて位置に円形開口5を施し、下部にフランジ7が接続されている円筒グランド6を円形開口5に埋設する(ステップST4)。
次に、円筒グランド6のフランジ7をアンテナグランド8と接続し、図5に示すように、被測定用アンテナ9を円筒グランド6内でアンテナグランド8上に設置する(ステップST5)。
ネットワークアナライザ4は、被測定用アンテナ9が円筒グランド6内に設置されると、被測定用アンテナ9と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_dut(f)を測定する(ステップST6)。
演算装置4aは、リファレンスアンテナ3と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_ref(f)と、被測定用アンテナ9と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_dut(f)とを測定すると、その周波数特性E_ref(f)と周波数特性E_dut(f)を下記の式(1)に代入することで、被測定用アンテナ9の実効高の周波数特性heff(f)を演算する(ステップST7)。
式(1)において、heff_ref(f)はリファレンスアンテナ3のアンテナ実効高である。
ここでは、ネットワークアナライザ4が測定用アンテナ2に供給される電波の周波数(規定の周波数)を変えながら同様の測定を実施し、実効高の周波数特性heff(f)を規定の周波数で平均化しているが、規定の周波数としては、例えば、500MHz〜1500MHzが用いられる。
その結果、ステップST1〜ST8に示す手順によって、G−TEMセルを用いている場合の評価と同等な評価が可能になる。
このため、最大でも平板状のグランド1の長さは1m程度で収まるため、G−TEMセルと比べて、設置エリアが小さい評価設備の構築可能である。
また、G−TEMセルを平板状のグランド1枚で代用することが可能となるため、設備自体の低コスト化も可能になる。
図6はこの発明の実施の形態2による部分放電センサー評価方法を示すフローチャートである。
図7は複数の測定用アンテナ2とリファレンスアンテナ3が平板状のグランド1に設置されている状態を示す説明図であり、図8は複数の測定用アンテナ2と被測定用アンテナ9が平板状のグランド1に設置されている状態を示す説明図である。
上記実施の形態1では、測定用アンテナ2とリファレンスアンテナ3(被測定用アンテナ9)が所定の距離だけ離されて、平板状のグランド1に設置されているものを示したが、この実施の形態2では、N個の測定用アンテナ2がリファレンスアンテナ3(被測定用アンテナ9)の周囲に配置(閉曲線に沿って設置)されている点で相違している。Nは2以上の整数である。
演算装置10aは例えばパソコンなどから構成されており、ネットワークアナライザ10により測定されたリファレンスアンテナ3とN個の測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E’_ref_i(f)から、リファレンスアンテナ3から所定距離以上離れている地点の電界E_ref(f)を演算するとともに、被測定用アンテナ9とN個の測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E’_dut_i(f)から、被測定用アンテナ9から所定距離以上離れている地点の電界E_dut(f)を演算する処理を実施する。
また、演算装置10aは双方の地点の電界E_ref(f),E_dut(f)から被測定用アンテナ9の実効高の周波数特性heff(f)を演算するとともに、実効高の周波数平均値heff_averageを演算する処理を実施する。なお、演算装置10aは実効高周波数特性演算手段を構成している。
最初に、ステップST11〜ST13までの第1の周波数特性測定工程について説明する。
まず、リファレンスアンテナ3と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_ref(f)を測定するために、図7に示すように、平板状のグランド1において、モノポールアンテナである測定用アンテナ2を閉曲線に沿ってN個設置する(図6のステップST11)。
次に、アンテナ実効高heff_ref(f)の周波数特性が既知であるリファレンスアンテナ3を閉曲線内の任意の位置に設置する(ステップST12)。
これにより、N個の測定用アンテナ2がリファレンスアンテナ3の周囲に配置されていることになる。
上記実施の形態1と同様に、平板状のグランド1からリファレンスアンテナ3を撤去してから、そのリファレンスアンテナ3が設置されていて位置に円形開口5を施し、下部にフランジ7が接続されている円筒グランド6を円形開口5に埋設する(ステップST14)。
次に、円筒グランド6のフランジ7をアンテナグランド8と接続し、被測定用アンテナ9を円筒グランド6内でアンテナグランド8上に設置する(ステップST15)。
ネットワークアナライザ10は、被測定用アンテナ9が円筒グランド6内に設置されると、N個の測定用アンテナ2の中から、測定対象の測定用アンテナ2をスイッチによって切り換えながら、被測定用アンテナ9とN個の測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E’_dut(f)_iを測定する(ステップST16)。i=1,2,・・・,Nである。
演算装置10aは、リファレンスアンテナ3とN個の測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E’_ref_i(f)と、被測定用アンテナ9とN個の測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E’_dut_i(f)とを測定すると、リファレンスアンテナ3とN個の測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E’_ref_i(f)から、下記の式(3)に示すように、リファレンスアンテナ3から所定距離以上離れている地点の電界E_ref(f)(式(3)の左辺に相当)を演算する(ステップST17)。
なお、距離Rは、各測定用アンテナ2の座標と、リファレンスアンテナ3からD2/λに比べて十分に大きい距離に設定された観測点の座標との間の距離である。Dは測定用アンテナ2の大きさ、λは波長である。ベクトルnは平板状のグランド1の面内にあり、かつ、上記閉曲線に対して外側を向いた法線ベクトルである。
なお、距離Rは、各測定用アンテナ2の座標と、被測定アンテナ9からD2/λに比べて十分に大きい距離に設定された観測点の座標との間の距離である。Dは測定用アンテナ2の大きさ、λは波長である。ベクトルnは平板状のグランド1の面内にあり、かつ、上記閉曲線に対して外側を向いた法線ベクトルである。
演算装置10aは、被測定用アンテナの実効高の周波数特性heff(f)を演算すると、上記の式(2)に示すように、実効高の周波数平均値heff_averageを演算する(ステップST20)。
ここでは、ネットワークアナライザ10及び演算装置10aにより測定用アンテナ2に供給される電波の周波数(規定の周波数)を変えながら同様の測定を実施し、実効高の周波数特性heff(f)を規定の周波数で平均化しているが、規定の周波数としては、例えば、500MHz〜1500MHzが用いられる。
この実施の形態2では、被測定用アンテナ9の周囲に配置されているN個の測定用アンテナ2を用いて、等価的な遠方界を算出することで、被測定用アンテナ素子9と測定用アンテナ2が十分に離れた場合に相当する伝達特性を算出しており、被測定用アンテナ素子9と測定用アンテナ2の距離を近接させることが可能である。その結果、上記実施の形態1よりも更に装置の小型化が可能である。
図9はこの発明の実施の形態3による部分放電センサー評価方法を示すフローチャートである。
図10(a)は測定用アンテナ2が設置されている側の状態を示し、図10(b)は図10(a)を裏から見ている図面であり、被測定アンテナ16が設置されている側の状態を示している。
被測定用アンテナ16が設置される前の状態、つまりリファレンスアンテナ3を測定する状態は、上記実施の形態1と同様であり、図2が該当する。
図10において、スリット状開口11はリファレンスアンテナ3が設置されていた位置に施されているスリット状の開口部である。
導体板13,14は後述する図11のフランジ24,25に相当する部材であり、導体板13,14は誘電体板12を挟むように配置されて、一端がグランドと電気的に接続されている。
ボルト15は後述する図11のボルト26に相当する部材である。
被測定用アンテナ16は後述する図11の被測定用アンテナ27に相当し、誘電体板12の上に設置されている。
図11において、外導体22は高圧電線21を覆っている円筒状の部材であり、内部には絶縁性の高いガスが封入されている。
絶縁スペーサ23は高圧電線21を保持するために、所定の間隔で設けられており、2つのフランジ24,25に挟まれて、複数のボルト26によって保持されている。
被測定用アンテナ27は絶縁スペーサ23から外部に伝搬された高周波を検知するために設置されている。
図10は、図11における絶縁スペーサ23及びフランジ24,25を矩形で切り出した部分に相当している。
この実施の形態3の部分放電センサー評価装置は、GISに設置される図11の高圧電線路の絶縁スペーサ23から外部に伝搬された高周波の検知を模擬するものである。
最初に、ステップST21〜ST23までの第1の周波数特性測定工程について説明する。
まず、上記実施の形態1と同様に、リファレンスアンテナ3と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_ref(f)を測定するために、図2に示すように、モノポールアンテナである測定用アンテナ2を平板状のグランド1に設置する(図9のステップST21)。
次に、上記実施の形態1と同様に、アンテナ実効高heff_ref(f)の周波数特性が既知であるリファレンスアンテナ3を測定用アンテナ2と所定の距離だけ離して平板状のグランド1に設置する(ステップST22)。
ネットワークアナライザ4は、リファレンスアンテナ3と測定用アンテナ2が平板状のグランド1に設置されると、上記実施の形態1と同様に、リファレンスアンテナ3と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_ref(f)を測定する(ステップST23)。
まず、平板状のグランド1からリファレンスアンテナ3を撤去してから、図10に示すように、そのリファレンスアンテナ3が設置されていた位置にスリット状開口11を施し、誘電体板12の両端部分がスリット状開口11の両端の位置になるように、誘電体板12の中央部分をスリット状開口11に埋設する(ステップST24)。
このとき、誘電体板12を挟むように、一端がグランドと電気的に接続されている導体板13,14を配置する。
そして、被測定用アンテナ16を誘電体板12の上に設置する(ステップST25)。
ネットワークアナライザ4は、被測定用アンテナ16が誘電体板12の上に設置されると、上記実施の形態1と同様に、被測定用アンテナ16と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_dut(f)を測定する(ステップST26)。
演算装置4aは、リファレンスアンテナ3と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_ref(f)と、被測定用アンテナ16と測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E_dut(f)とを測定すると、上記実施の形態1と同様に、周波数特性E_ref(f)と周波数特性E_dut(f)を上記の式(1)に代入することで、被測定用アンテナ16の実効高の周波数特性heff(f)を演算する(ステップST27)。
ここでは、ネットワークアナライザ4及び演算装置4aが測定用アンテナ2に供給される電波の周波数(規定の周波数)を変えながら同様の測定を実施し、実効高の周波数特性heff(f)を規定の周波数で平均化しているが、規定の周波数としては、例えば、500MHz〜1500MHzが用いられる。
その結果、ステップST21〜ST28に示す手順によって、G−TEMセルを用いている場合の評価と同等な評価が可能になる。
この場合、上記実施の形態2と同様に、リファレンスアンテナ3とN個の測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E’_ref_i(f)を測定するとともに、被測定用アンテナ16とN個の測定用アンテナ2間の伝達特性の周波数特性E’_dut_i(f)を測定することで、被測定用アンテナ16の実効高の周波数特性heff(f)や、被測定用アンテナ実効高の周波数平均値heff_averageを演算する。
図12はこの発明の実施の形態4による部分放電センサー評価装置を示す斜視図であり、図において、図5と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
電波吸収体31は平板状のグランド1の周囲に設置されている角錐型の電波吸収体である。
図12では、上記実施の形態1で示す部分放電センサー評価装置に対して、電波吸収体31が設置されている例を示しているが、上記実施の形態2,3で示す部分放電センサー評価装置に対して、電波吸収体31が設置されていてもよい。
この実施の形態4では、平板状のグランド1のエッジ部分からの散乱波を低減するために、エッジ部分に沿って電波吸収体31を配置している。
その結果、エッジ部分からの散乱波による誤差要因を低減することができ、アンテナ実効高の測定精度を高めることが可能になる。
エッジ部分に切り込み33が設けられることで、散乱波が様々な方向に分散されるため、エッジからの散乱波による誤差要因を低減することができ、アンテナ実効高の測定精度を高めることが可能になる。
平板状のグランド1上を伝搬していく波は、湾曲面34に沿って伝搬する性質があるため、被測定用アンテナ9や測定用アンテナ2から見通し外のところで電波を散乱させることが可能になる。その結果、散乱波が被測定用アンテナ9や測定用アンテナ2に到達する量が低減され、測定精度を高めることが可能になる。
Claims (8)
- 実効高の周波数特性が既知であるリファレンスアンテナと、測定用アンテナとが所定の距離だけ離されて平板状のグランドに設置されている状態で、伝達特性測定器が上記リファレンスアンテナと上記測定用アンテナ間の伝達特性の周波数特性を測定する第1の周波数特性測定工程と、
上記リファレンスアンテナが撤去された後、上記リファレンスアンテナが設置されていた位置に形成された円形開口に埋設されている円筒グランドの内部に、被測定用アンテナが設置された状態で、上記伝達特性測定器が上記被測定用アンテナと上記測定用アンテナ間の伝達特性の周波数特性を測定する第2の周波数特性測定工程と、
上記第1の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性と上記第2の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性から、演算装置が上記被測定用アンテナの実効高の周波数特性を演算する演算工程と
を備えた部分放電センサー評価方法。 - 上記演算工程では、上記第1の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性と上記第2の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性から上記被測定用アンテナの実効高の周波数特性を演算するとともに、当該実効高の周波数平均値を演算することを特徴とする請求項1記載の部分放電センサー評価方法。
- 上記第1の周波数特性測定工程では、複数の上記測定用アンテナが上記リファレンスアンテナの周囲に配置されている状態で、上記伝達特性測定器が上記リファレンスアンテナと複数の上記測定用アンテナ間の伝達特性の周波数特性を測定し、
上記第2の周波数特性測定工程では、上記伝達特性測定器が上記被測定用アンテナと複数の上記測定用アンテナ間の伝達特性の周波数特性を測定し、
上記演算工程では、上記第1の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性から、上記リファレンスアンテナから上記所定の距離以上離れている地点の電界を演算するとともに、上記第2の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性から、上記被測定用アンテナから上記所定の距離以上離れている地点の電界を演算し、双方の地点の電界から上記被測定用アンテナの実効高の周波数特性を演算することを特徴とする請求項1記載の部分放電センサー評価方法。 - 上記演算工程では、双方の地点の電界から上記被測定用アンテナの実効高の周波数特性を演算するとともに、当該実効高の周波数平均値を演算することを特徴とする請求項3記載の部分放電センサー評価方法。
- 実効高の周波数特性が既知であるリファレンスアンテナと、測定用アンテナとが所定の距離だけ離されて平板状のグランドに設置されている状態で、伝達特性測定器が上記リファレンスアンテナと上記測定用アンテナ間の伝達特性の周波数特性を測定する第1の周波数特性測定工程と、
上記リファレンスアンテナが撤去されて、上記リファレンスアンテナが設置されていた位置にスリット状開口が形成された後、両端部分が上記スリット状開口の両端の位置になるように、中央部分が上記スリット状開口に埋設されている誘電体板と、上記誘電体板を挟むように配置されて、一端がグランドと電気的に接続されている2枚の導体板とが設けられ、被測定用アンテナが上記誘電体板の上に設置されている状態で、上記伝達特性測定器が上記被測定用アンテナと上記測定用アンテナ間の伝達特性の周波数特性を測定する第2の周波数特性測定工程と、
上記第1の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性と上記第2の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性から、演算装置が上記被測定用アンテナの実効高の周波数特性を演算する演算工程と
を備えた部分放電センサー評価方法。 - 上記演算工程では、上記第1の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性と上記第2の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性から上記被測定用アンテナの実効高の周波数特性を演算するとともに、当該実効高の周波数平均値を演算することを特徴とする請求項5記載の部分放電センサー評価方法。
- 上記第1の周波数特性測定工程では、複数の上記測定用アンテナが上記リファレンスアンテナの周囲に配置されている状態で、上記伝達特性測定器が上記リファレンスアンテナと複数の上記測定用アンテナ間の伝達特性の周波数特性を測定し、
上記第2の周波数特性測定工程では、上記伝達特性測定器が上記被測定用アンテナと複数の上記測定用アンテナ間の伝達特性の周波数特性を測定し、
上記演算工程では、上記第1の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性から、上記リファレンスアンテナから上記所定の距離以上離れている地点の電界を演算するとともに、上記第2の周波数特性測定工程で測定された伝達特性の周波数特性から、上記被測定用アンテナから上記所定の距離以上離れている地点の電界を演算し、双方の地点の電界から上記被測定用アンテナの実効高の周波数特性を演算する
ことを特徴とする請求項5記載の部分放電センサー評価方法。 - 上記演算工程では、双方の地点の電界から上記被測定用アンテナの実効高の周波数特性を演算するとともに、当該実効高の周波数平均値を演算することを特徴とする請求項7記載の部分放電センサー評価方法。
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