TWI451099B - 氣體絕緣開關局部放電感測天線及其裝置 - Google Patents

Description

氣體絕緣開關局部放電感測天線及其裝置

　　本發明係有關於一種氣體絕緣開關局部放電感測天線及其裝置，尤其是指一種能應用於氣體絕緣開關內部局部放電之量測，且具有相當良好的雜訊過濾效果、能減少雜訊的干擾，使得在分析過程中不會因為雜訊干擾而產生判斷錯誤，更有利於進一步的局部放電分析與辨識研究，而在其整體施行使用上更增實用功效特性之氣體絕緣開關局部放電感測天線及其裝置創新設計者。

　　按，根據氣體絕緣開關的放電特性，該氣體絕緣開關內部故障檢測方法一般可分為聲測法、化學法、光學法等非電氣測試法和電氣測試法，而目前可採用的局部放電的量測法主要有傳統局部放電脈衝電流法和超高頻法［ＵＨＦ］。超高頻法［ＵＨＦ］測量的頻率範圍３００ＭＨｚ～３ＧＨｚ，其採用測量氣體絕緣開關內絕緣瑕疵在運轉電壓下輻射的電磁波來判斷是否發生局部放電，該方法可以非接觸測量及在線監測。超高頻法檢測基礎是高壓六氟化硫［ＳＦ_６ ］氣體中局部放電總是在很小的範圍內發生，具有極快擊穿時間的特性，這種局部放電脈衝含有從直流到超過１ＧＨｚ的頻率成分，電力系統中的電暈放電等主要電磁干擾信號的頻率一般在１５０ＭＨｚ以下，而且在空氣中傳播時衰減很快；另外，超高頻段內相對干擾較少。因此，選擇超高頻段的電磁信號作為檢測信號，可以避開常規電氣測試方法難以避開的電力系統中的干擾，從而提高局部放電檢測的信噪比。

　　而超高頻段信號雖抗干擾性能好，但該信號較弱，故需要較精密的儀器來測量和顯示，該段檢測方法既可使用只有幾ＭＨｚ帶寬的窄頻法，也可使用達幾ＧＨｚ帶寬的寬頻法。窄頻法一般需要頻譜分析儀和低噪音／高增益的放大器來收集局部放電信號，在有特高頻干擾的情況下比較適用，且要求儀器較精密。寬頻法在一般的場合使用更廣泛，它需要可達ｎｓ級取樣率的示波器和截止頻率為２５０～３００ＭＨｚ的高通濾波器。超高頻法的靈敏度依賴於感測器等測量裝置的可靠性，局部放電信號的強弱及特性與產生的放電的缺陷類型和嚴重程度有關。

　　緣是，發明人秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，致力於分析氣體絕緣開關局部放電激發的電磁波的激勵、傳輸、衰減與洩漏特性，因超高頻段的局部放電信號能夠在氣體絕緣開關中傳播，而且會發生反射和折射，而這種電磁波的反射和折射，有利於外部天線接收，使得發明人即提供一種氣體絕緣開關局部放電感測天線及其裝置，以期達到氣體絕緣開關故障預防診斷之目的者。

　　本發明之主要目的在於提供一種氣體絕緣開關局部放電感測天線及其裝置，其主要係能應用於氣體絕緣開關內部局部放電之量測，且具有相當良好的雜訊過濾效果、能減少雜訊的干擾，使得在分析過程中不會因為雜訊干擾而產生判斷錯誤，更有利於進一步的局部放電分析與辨識研究，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

　　其主要係設有偶極天線，該偶極天線分別包含有呈矩形之第一天線部、呈矩形之第二天線部及呈等腰三角形之第三天線部，該第三天線部設置於第一天線部與第二天線部兩者之間，該第三天線部之底邊與該第一天線部寬邊相連接，而該第三天線部之頂角則與該第二天線部相連接，於該第二天線部對應該第三天線部頂角之一側往另一側延伸設有線路，該線路上分別形成有第一Ｕ形段及第二Ｕ形段。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線的較佳實施例，其中，該偶極天線整體之長度為２７０ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ、厚度為１﹒６ｍｍ，其相對介電常數為４﹒３，中心頻率為８５０ＭＨｚ。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線的較佳實施例，其中，該偶極天線之第一天線部長度為１３５﹒５６ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ，第二天線部之長度為１０４﹒６２ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ，而該第三天線部之底邊寬度為１４９﹒８１ｍｍ，該第二天線部之線路線寬為３﹒５３ｍｍ，該線路之第一Ｕ形段長度為４７﹒２６ｍｍ，該線路之第二Ｕ形段長度為３７﹒２６ｍｍ，且該該線路之第一Ｕ形段及該第二Ｕ形段凹處寬度為３４﹒８ｍｍ。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線之裝置之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

　　其主要係包括有偶極天線及功率放大器；其中：

　　該偶極天線分別包含有呈矩形之第一天線部、呈矩形之第二天線部及呈等腰三角形之第三天線部，該第三天線部設置於第一天線部與第二天線部兩者之間，該第三天線部之底邊與該第一天線部寬邊相連接，而該第三天線部之頂角則與該第二天線部相連接，於該第二天線部對應該第三天線部頂角之一側往另一側延伸設有線路，該線路上分別形成有第一Ｕ形段及第二Ｕ形段；

　　該功率放大器於輸入端與偶極天線相連接，其主要設有放大器，該放大器於輸入端及輸出端分別設有電容，以用來隔絕直流，防止偏壓流到源端或負載端，且於放大器輸出端與電容間連接設有電感，以做為高頻抗流圈［ＲＦ　Ｃｈｏｋｅ］，防止射頻訊號走入直流偏壓電路，再於電感並聯有數旁路電容及限流電阻。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線之裝置的較佳實施例，其中，該偶極天線整體之長度為２７０ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ、厚度為１﹒６ｍｍ，其相對介電常數為４﹒３，中心頻率為８５０ＭＨｚ。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線之裝置的較佳實施例，其中，該偶極天線之第一天線部長度為１３５﹒５６ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ，第二天線部之長度為１０４﹒６２ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ，而該第三天線部之底邊寬度為１４９﹒８１ｍｍ，該第二天線部之線路線寬為３﹒５３ｍｍ，該線路之第一Ｕ形段長度為４７﹒２６ｍｍ，該線路之第二Ｕ形段長度為３７﹒２６ｍｍ，且該該線路之第一Ｕ形段及該第二Ｕ形段凹處寬度為３４﹒８ｍｍ。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線之裝置的較佳實施例，其中，該偶極天線設置於一感測裝置主體內，且感測裝置主體內部係呈中空狀，以令偶極天線設置於該感測裝置主體內部，於感測裝置主體兩側壁螺設組接有數相對應之固定件，以可將待量測物置於感測裝置主體內，並利用各固定件將待量測物夾掣定位。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線之裝置的較佳實施例，其中，該感測裝置主體係為導磁材質製作。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線之裝置的較佳實施例，其中，該固定件為螺桿。

　　本發明氣體絕緣開關放電感測天線之裝置的較佳實施例，其中，各固定件內端相對應處皆設有夾持塊。

（１）‧‧‧偶極天線
（１１）‧‧‧第一天線部

（１２）‧‧‧第二天線部
（１２１）‧‧‧線路

（１２２）‧‧‧第一Ｕ形段
（１２３）‧‧‧第二Ｕ形段

（１３）‧‧‧第三天線部
（２）‧‧‧功率放大器

（２１）‧‧‧放大器
（２２）‧‧‧電容

（２３）‧‧‧電容
（２４）‧‧‧電感

（２５）‧‧‧旁路電容
（２６）‧‧‧旁路電容

（２７）‧‧‧旁路電容
（２８）‧‧‧限流電阻

（３）‧‧‧感測裝置主體
（３１）‧‧‧固定件

（３１１）‧‧‧夾持塊
（４）‧‧‧示波儀器

第一圖：本發明之偶極天線架構示意圖

第二圖：本發明之頻率響應圖

第三圖：本發明之功率放大器電路示意圖

第四圖：本發明之使用狀態立體結構外觀示意圖

第五圖：本發明之使用狀態仰視結構示意圖

第六圖：本發明之使用狀態側視剖視結構示意圖

第七圖：本發明之使用實施態樣示意圖

　　為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

　　首先，請參閱第一圖本發明之偶極天線架構示意圖所示，本發明主要係設有偶極天線（１），該偶極天線（１）整體之長度為２７０ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ、厚度為１﹒６ｍｍ，其相對介電常數為４﹒３，中心頻率為８５０ＭＨｚ，於該偶極天線（１）分別包含有呈矩形之第一天線部（１１）、呈矩形之第二天線部（１２）及呈等腰三角形之第三天線部（１３），該第一天線部（１１）之長度［Ｌ１］為１３５﹒５６ｍｍ、寬度［Ｗ１］為１４９﹒８１ｍｍ，第二天線部（１２）之長度［Ｌ２］為１０４﹒６２ｍｍ、寬度［Ｗ１］為１４９﹒８１ｍｍ，而該第三天線部（１３）設置於第一天線部（１１）與第二天線部（１２）兩者之間，該第三天線部（１３）之底邊寬度［Ｗ１］為１４９﹒８１ｍｍ、且與該第一天線部（１１）寬邊相連接，而該第三天線部（１３）之頂角則與該第二天線部（１２）相連接，於該第二天線部（１２）對應該第三天線部（１３）頂角之一側往另一側延伸設有線寬［Ｗ２］為３﹒５３ｍｍ之線路（１２１），該線路（１２１）上分別形成有第一Ｕ形段（１２２）及第二Ｕ形段（１２３），該第一Ｕ形段（１２２）之長度［Ｌ３］為４７﹒２６ｍｍ，該第二Ｕ形段（１２３）之長度［Ｌ４］為３７﹒２６ｍｍ，且該第一Ｕ形段（１２２）及該第二Ｕ形段（１２３）之凹處寬度［Ｗ３］為３４﹒８ｍｍ。

　　如此一來，使得本發明之偶極天線（１）於進行電路實作時，請再一併參閱第二圖本發明之頻率響應圖所示，在實際量測中，中心頻率８５０ＭＨｚ的頻率響應約為－１１﹒４ｄＢ，而頻寬約為４８０ＭＨｚ［３７０ＭＨｚ－１﹒３ＧＨｚ］，令該偶極天線（１）能有效應用於頻率範圍４００ＭＨｚ－１ＧＨｚ系統中。

　　而本發明之偶極天線（１）則可應用連接於功率放大器（２）上，令功率放大器（２）於輸入端與偶極天線（１）相連接，該功率放大器（２）主要設有放大器（２１），於本發明中以ＰＨＩＬＩＰＳ公司ＢＧＡ６４８９放大器做為實施例進行說明，請再一併參閱第三圖本發明之功率放大器電路示意圖所示，該放大器（２１）於輸入端及輸出端分別設有電容（２２）、（２３），該電容（２２）、（２３）之電容值為２２０ｐＦ，其用來隔絕直流，防止偏壓流到源端或負載端，且於放大器（２１）輸出端與電容（２３）間連接設有電感（２４），該電感（２４）之電感量為６８ｎＨ，其做為高頻抗流圈［ＲＦ　Ｃｈｏｋｅ］，防止射頻訊號走入直流偏壓電路，再於電感（２４）並聯有數旁路電容（２５）、（２６）、（２７）及限流電阻（２８），該旁路電容（２５）之電容值為１ｎＦ、旁路電容（２６）之電容值為１００ｐＦ、旁路電容（２７）之電容值為１ｕＦ，該限流電阻（２８）之阻抗值則為１２Ω。

　　另，請再一併參閱第四圖本發明之使用狀態立體結構外觀示意圖、第五圖本發明之使用狀態仰視結構示意圖及第六圖本發明之使用狀態側視剖視結構示意圖所示，本發明在操作使用上則可令偶極天線（１）設置於一感測裝置主體（３）內，該感測裝置主體（３）係為導磁材質製作，且感測裝置主體（３）內部係呈中空狀，以令偶極天線（１）設置於該感測裝置主體（３）內部，於感測裝置主體（３）兩側壁螺設組接有數相對應之固定件（３１），該固定件（３１）可為螺桿，且於各固定件（３１）內端相對應處皆設有夾持塊（３１１），使得即可如第七圖本發明之使用實施態樣示意圖所示，即可將該感測裝置主體（３）設置於待量測物上，並利用各固定件（３１）將待量測物夾掣定位，讓待量測物夾掣固定在各固定件（３１）內端之夾持塊（３１１）間，且令該感測裝置主體（３）內之偶極天線（１）於連接功率放大器（２）後再予以連接示波儀器（４），而即能進行量測作業，將待量測物之放電狀況由示波儀器（４）上顯示供觀測人員得知。

　　由實驗可知，將該功率放大器（２）搭配偶極天線（１）使用，能有效量測到局部放電信號，證明該偶極天線（１）加上功率放大器（２）的有效性及準確性；將該偶極天線（１）加上功率放大器（２）對四種瑕疵氣體絕緣開關之局部放電信號進行量測，量測瑕疵類別分別為：氣體絕緣開關絕緣子與導體存有間隙、氣體絕緣開關內存有金屬屑、氣體絕緣開關內存有尖端凸起物、氣體絕緣開關內部絕緣表面磨損；當氣體絕緣開關內部局部放電發生時，電磁波訊號會經由外殼與絕緣礙子間的絕緣橡膠漏出，偶極天線（１）會感應空氣中電磁波變化轉換電流信號，經由功率放大器（２）濾除大量背景雜訊凸顯局部放電信號。該偶極天線（１）量測結果可分析得知不同瑕疵的局部放電具有不同的特徵，且具有相當良好的雜訊過濾效果、能減少雜訊的干擾，使得在分析過程中不會因為雜訊干擾而產生判斷錯誤，更有利於進一步的局部放電分析與辨識研究。

　　藉由以上所述，本發明結構之組成與使用實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，本發明主要係能應用於氣體絕緣開關內部局部放電之量測，且具有相當良好的雜訊過濾效果、能減少雜訊的干擾，使得在分析過程中不會因為雜訊干擾而產生判斷錯誤，更有利於進一步的局部放電分析與辨識研究，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

　　然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

　　綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

 

(1)‧‧‧偶極天線

(11)‧‧‧第一天線部

(12)‧‧‧第二天線部

(121)‧‧‧線路

(122)‧‧‧第一U形段

(123)‧‧‧第二U形段

(13)‧‧‧第三天線部

Claims (10)

1. 一種氣體絕緣開關局部放電感測天線，其主要係設有偶極天線，該偶極天線分別包含有呈矩形之第一天線部、呈矩形之第二天線部及呈等腰三角形之第三天線部，該第三天線部設置於第一天線部與第二天線部兩者之間，該第三天線部之底邊與該第一天線部寬邊相連接，而該第三天線部之頂角則與該第二天線部相連接，於該第二天線部對應該第三天線部頂角之一側往另一側延伸設有線路，該線路上分別形成有第一Ｕ形段及第二Ｕ形段。
2. 如申請專利範圍第１項所述氣體絕緣開關局部放電感測天線，其中，該偶極天線整體之長度為２７０ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ、厚度為１﹒６ｍｍ，其相對介電常數為４﹒３，中心頻率為８５０ＭＨｚ。
3. 如申請專利範圍第１項所述氣體絕緣開關局部放電感測天線，其中，該偶極天線之第一天線部長度為１３５﹒５６ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ，第二天線部之長度為１０４﹒６２ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ，而該第三天線部之底邊寬度為１４９﹒８１ｍｍ，該第二天線部之線路線寬為３﹒５３ｍｍ，該線路之第一Ｕ形段長度為４７﹒２６ｍｍ，該線路之第二Ｕ形段長度為３７﹒２６ｍｍ，且該該線路之第一Ｕ形段及該第二Ｕ形段凹處寬度為３４﹒８ｍｍ。
4. 一種氣體絕緣開關局部放電感測天線之裝置，其主要係包括有偶極天線及功率放大器；其中：
   　　 該偶極天線分別包含有呈矩形之第一天線部、呈矩形之第二天線部及呈等腰三角形之第三天線部，該第三天線部設置於第一天線部與第二天線部兩者之間，該第三天線部之底邊與該第一天線部寬邊相連接，而該第三天線部之頂角則與該第二天線部相連接，於該第二天線部對應該第三天線部頂角之一側往另一側延伸設有線路，該線路上分別形成有第一Ｕ形段及第二Ｕ形段；
   　　 該功率放大器於輸入端與偶極天線相連接，其主要設有放大器，該放大器於輸入端及輸出端分別設有電容，以用來隔絕直流，防止偏壓流到源端或負載端，且於放大器輸出端與電容間連接設有電感，以做為高頻抗流圈［ＲＦ　Ｃｈｏｋｅ］，防止射頻訊號走入直流偏壓電路，再於電感並聯有數旁路電容及限流電阻。
5. 如申請專利範圍第４項所述氣體絕緣開關局部放電感測天線之裝置，其中，該偶極天線整體之長度為２７０ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ、厚度為１﹒６ｍｍ，其相對介電常數為４﹒３，中心頻率為８５０ＭＨｚ。
6. 如申請專利範圍第４項所述氣體絕緣開關局部放電感測天線之裝置，其中，該偶極天線之第一天線部長度為１３５﹒５６ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ，第二天線部之長度為１０４﹒６２ｍｍ、寬度為１４９﹒８１ｍｍ，而該第三天線部之底邊寬度為１４９﹒８１ｍｍ，該第二天線部之線路線寬為３﹒５３ｍｍ，該線路之第一Ｕ形段長度為４７﹒２６ｍｍ，該線路之第二Ｕ形段長度為３７﹒２６ｍｍ，且該該線路之第一Ｕ形段及該第二Ｕ形段凹處寬度為３４﹒８ｍｍ。
7. 如申請專利範圍第４項所述氣體絕緣開關局部放電感測天線之裝置，其中，該偶極天線設置於一感測裝置主體內，且感測裝置主體內部係呈中空狀，以令偶極天線設置於該感測裝置主體內部，於感測裝置主體兩側壁螺設組接有數相對應之固定件，以可將待量測物置於感測裝置主體內，並利用各固定件將待量測物夾掣定位。
8. 如申請專利範圍第７項所述氣體絕緣開關局部放電感測天線之裝置，其中，該感測裝置主體係為導磁材質製作。
9. 如申請專利範圍第７項所述氣體絕緣開關局部放電感測天線之裝置，其中，該固定件為螺桿。
10. 如申請專利範圍第７項所述氣體絕緣開關局部放電感測天線之裝置，其中，各固定件內端相對應處皆設有夾持塊。