部分放電標定装置および部分放電標定方法
【課題】効率的に部分放電の探査が可能な部分放電標定装置および部分放電標定方法を提供する。
【解決手段】アンテナユニット１０は、部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、背面方向から第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備え、第１アンテナエレメントで受信した受信信号と第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および第１アンテナエレメントで受信した受信信号と第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出し、第１の位相差と第２の位相差から、部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出する標定部を備える。
【解決手段】アンテナユニット１０は、部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、背面方向から第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備え、第１アンテナエレメントで受信した受信信号と第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および第１アンテナエレメントで受信した受信信号と第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出し、第１の位相差と第２の位相差から、部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出する標定部を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送配電線、変電設備、受電設備等の電力設備の絶縁劣化箇所（ケーブル劣化箇所）から放射される部分放電パルスの到来方向を標定する部分放電標定装置および部分放電標定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力設備の機能維持、故障の未然の防止の観点から、電力設備の部分放電発生源（即ち、絶縁劣化箇所）を非接触で検出する部分放電標定装置および部分放電標定方法が求められている。
特許文献１では、第１および第２の２つのアンテナで部分放電発生源からの電磁波を受信し、位相差を求めて部分放電発生源を標定する部分放電位置標定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５０８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で開示された部分放電位置標定装置では、部分放電発生源とアンテナとの角度を算出するのみで、十分な標定は行えていなかった。また、アンテナは、無指向性で全方位から電磁パルスを受信する方式であるため、探査対象からの部分放電パルスだけでなく、探査対象とは反対の方向からの信号も受信してしまうため、環境により部分放電の探査が効率的に行なえない状態となることが多かった。
【０００５】
そこで本発明は、効率的に部分放電の探査が可能な部分放電標定装置および部分放電標定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明に係る部分放電標定方法は、電力設備から発生する部分放電による電磁波を受信アンテナで受信し、部分放電の位置を標定する部分放電標定装置において、前記受信アンテナは、前記部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、背面方向から前記第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備え、前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出する位相差算出手段と、前記第１の位相差と前記第２の位相差から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出する到来方向算出手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る部分放電標定方法は、部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、背面方向から前記第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備える受信アンテナで、電力設備から発生する部分放電による電磁波を受信し、部分放電の位置を標定する部分放電標定方法において、前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出するステップと、前記第１の位相差と前記第２の位相差から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出するステップと、を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る部分放電標定装置および部分放電標定方法によれば、効率的に部分放電の探査をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る部分放電標定装置の構成図である。
【図２】（ａ）はアンテナユニットの前面側から見た構成図であり、（ｂ）はアンテナユニットの背面側から見た構成図である。
【図３】アンテナの構成を説明する斜視図である。
【図４】アンテナの断面図である。
【図５】直線配置したアンテナエレメントとアース板との配置関係を示す図である。
【図６】円周配置したアンテナエレメントとアース板との配置関係を示す図である。
【図７】本実施形態に係る部分放電標定装置の制御ユニットの機能ブロック図である。
【図８】本実施形態に係る部分放電標定装置が備えるアナログ位相処理回路の信号処理ブロック図である。
【図９】部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
【図１０】正三角形の各頂点にアンテナを配置した場合の部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
【図１１】正三角形の各頂点にアンテナを配置した場合の部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
【図１２】本実施形態に係る部分放電標定装置の表示装置に表示される標定結果の例を示す画像図である。
【図１３】部分放電発生源の位置と表示画面に表示される矢印の関係を示す図である。
【図１４】部分放電発生源が視野外領域にある場合の表示装置に表示される標定結果の例を示す画像図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る部分放電標定装置の構成図である。
部分放電標定装置は、部分放電発生源からの電磁パルス信号を受信するアンテナユニット１０と、制御ユニット２０と、表示装置３０と、を備えている。なお、図１では、制御ユニット２０および表示装置３０を一体として設けているが、分離して設けてもよい。
本実施形態に係る部分放電標定装置を用いて定点探査を行う際には、図１に示すように、アンテナユニット１０を非金属材料（たとえば、木製）からなる三脚４０で固定する。これにより、外乱電波ノイズの影響を低減することができる。
【００１２】
≪アンテナユニット１０≫
次に、図２を用いて、本実施形態に係る部分放電標定装置のアンテナユニット１０について説明する。図２（ａ）はアンテナユニットの前面側から見た構成図であり、図２（ｂ）はアンテナユニットの背面側から見た構成図である。
アンテナユニット１０は、部分放電発生源で発生した電磁波（電磁パルス信号）を受信する３つのアンテナ１１（第１アンテナ１１Ａ，第２アンテナ１１Ｂ，第３アンテナ１１Ｃ）と、アンテナユニット１０の前面側から探査対象を撮像するカメラ１８と、それらを支持する支持部材１９と、を備えている。
３つのアンテナ１１（第１アンテナ１１Ａ，第２アンテナ１１Ｂ，第３アンテナ１１Ｃ）は、長さＤの正三角形の各頂点に配置されるように支持部材１９によりアンテナ１１の背面側から固定され、カメラ１８は３つのアンテナ１１で構成される正三角形の略中心から撮像されるように配置される。
なお、支持部材１９には三脚４０（図１参照）を固定する三脚取付部（図示せず）が設けられている。また、支持部材１９に把持部（図示せず）を設けてもよい。
【００１３】
＜アンテナ１１＞
３つのアンテナ１１（第１アンテナ１１Ａ，第２アンテナ１１Ｂ，第３アンテナ１１Ｃ）は同一の構成を有するため、図３および図４を用いて第１アンテナ１１Ａの構成につて説明し、第２アンテナ１１Ｂおよび第３アンテナ１１Ｃの構成については説明を省略する。
図３はアンテナの構成を説明する斜視図であり、図４はアンテナの断面図である。
第１アンテナ１１Ａは、アンテナエレメント１２Ａと、アース板１３Ａと、電波吸収材１４Ａと、を備えている。なお、図３では、電波吸収材１４Ａを省略して図示している。
【００１４】
アンテナエレメント１２Ａは、部分放電発生源で発生した電磁波（電磁パルス信号）を受信するアンテナであり、アンテナエレメント１２Ａの途中で９０°屈曲した逆Ｌ型アンテナである。アンテナエレメント１２Ａの長さは、λ／４とするのが好適である。ここで、λとは、後述するアナログ位相処理回路２００（図８参照）のＳＡＷフィルタ２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）の特定周波数（例えば、４００ＭＨｚ）の波長である。
また、アンテナエレメント１２Ａは、断面形状を円とし、電磁波の到来方向に対して同一の受感特性を持たせている。また、アンテナエレメント１２Ａの材料は、入手性、加工性を考慮して、電気抵抗の小さい銅線、アルミニウム線等を用いるのが好適である。
【００１５】
第１アンテナ１１Ａは、アンテナエレメント１２Ａの背面側に金属板からなるアース板１３Ａを備えている。図４に示すように、前面側からの到来電磁パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３はアンテナエレメント１２Ａで受信可能である。一方、背面側からの到来電磁パルスＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、アース板１３Ａにより遮蔽され、アンテナエレメント１２Ａは不感となる。
また、到来電磁パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３の到来方向の違いによる位相特性の偏りを少なくするために、アンテナエレメント１２Ａはアース板１３Ａの中央に配置され、アース板１３Ａの形状は楕円形状となることが望ましい。
【００１６】
アース板１３Ａの前面側には、電波吸収材１４Ａが設けられており、アンテナエレメント１２Ａが前面側からの到来電磁パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３を受信する際、アース板１３Ａでの多重反射を防止する。
また、アンテナエレメント１２Ａと電波吸収材１４Ａとの間には空隙１５Ａが設けられ、アンテナエレメント１２Ａの受信を妨げないようにする。
【００１７】
アンテナエレメント１２Ａは、アース板１３Ａの開口部１６Ａからアース板１３Ａの背面側に貫けて、給電点１７Ａから伝送ケーブル（図１参照）に接続される。伝送ケーブルの他端は後述する制御ユニット２０のアナログ位相処理回路２００（フロントエンド部２１０）に接続される。
【００１８】
このように、アンテナ１１は、前面方向からのみ受信する指向特性を有し、背面方向からの外来電波ノイズに対しては、不感特性となる。また、アンテナユニット１０の背面側の構造物、例えば、支持部材１９や給電点１７Ａに接続される伝送ケーブル（図１参照）による電波の多重反射の影響を少なくすることができる。
また、背面方向に対して不感特性を有することにより、アンテナユニット１０の背面側の支持部材１９に設けた把持部（図示せず）を操作者が把持した状態でも、背面側の操作者による電波の多重反射の影響を少なくすることができる。即ち、操作者がアンテナユニット１０を把持し、アンテナユニット１０を探査対象に向けて探査する場合においても、背面側の操作者による電波の多重反射の影響を少なくすることができる。
また、逆Ｌ型のアンテナエレメント１２を平面的に配置し、カメラ１８としてＣＣＤ(Charge Coupled Device）カメラを用いることにより、アンテナユニット１０を小型化・軽量化することができ、操作性に優れる。
【００１９】
＜アンテナの変形例＞
到来電磁パルスの偏波に対して効率的に受信するために、図５および図６で示す２つのアンテナのアンテナエレメントの配置について説明する。
図５は直線配置したアンテナエレメントとアース板との配置関係を示す図である。
図５に示すアンテナは、１つのアース板１３に直線偏波に対して効率的に受信するようにアンテナエレメント１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを配置したアンテナである。
図６は円周配置したアンテナエレメントとアース板との配置関係を示す図である。
図６に示すアンテナは、アース板１３に偏波面を１２０°回転させアンテナエレメント１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを円周上に配置している。このような配置とすることによりアンテナサイズを小さくすることができる。
なお、アース板１３の中央には、カメラ１８を設置するための開口部１８ｈが設けられている。
【００２０】
≪制御ユニット２０≫
図７は、本実施形態に係る部分放電標定装置の制御ユニット２０の機能ブロック図である。
制御ユニット２０は、アンテナユニット１０の３つのアンテナ１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）で受信した電磁パルス信号と、アンテナユニット１０のカメラ１８で撮像されたカメラ画像が入力され、表示装置３０に部分放電標定した画像を表示する。
制御ユニット２０は、アナログ位相処理回路２００と、ＡＤ変換部３００と、標定部４００と、表示処理部５００と、を備える。以下、それぞれについて説明する。
【００２１】
＜アナログ位相処理回路２００＞
図８を用いて、アナログ位相処理回路２００について説明する。
図８は、本実施形態に係る部分放電標定装置が備えるアナログ位相処理回路の信号処理ブロック図である。
アナログ位相処理回路２００は、フロントエンド部２１０と、増幅部２２０と、第１分配回路２３０と、第１乗算器部２４０と、第１ＬＰＦ部２５０と、第２分配回路２６０と、第２乗算器部２７０と、第２ＬＰＦ部２８０と、を備えている。各部について、それぞれ説明する。
【００２２】
（フロントエンド部２１０）
フロントエンド部２１０は、入力部２１１（２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ）と、ＳＡＷフィルタ２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）と、出力部２１３（２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ）と、を備えている。
入力部２１１ａにはアンテナユニット１０の第１アンテナ１１Ａで受信した到来電磁パルスの電磁パルス信号が入力され、入力部２１１ｂにはアンテナユニット１０の第２アンテナ１１Ｂで受信した電磁パルス信号が入力され、入力部２１１ｃにはアンテナユニット１０の第３アンテナ１１Ｃで受信した電磁パルス信号が入力される。
ここで、アンテナユニット１０（第１アンテナ１１Ａ、第２アンテナ１１Ｂ、第３アンテナ１１Ｃ）で受信し、フロントエンド部２１０に入力される電磁パルス信号は、数十ＭＨｚから数ＧＨｚまでの周波数成分を含む非常に広帯域な信号である。
そこで、精度よく、各アンテナ（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）間の位相差を抽出するために、フロントエンド部２１０は、入力部２１１（２１１ａ，２１１ｂ、２１１ｃ）に入力された電磁パルス信号を狭帯域な通過特性を有するＳＡＷフィルタ（Surface Acoustic Wave Filter）２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）に通過させることにより所定の周波数成分の電磁パルス信号を抽出し、出力部２１３（２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ）に出力する。
なお、本実施形態では、ＳＡＷフィルタ２１２が抽出する周波数帯域を４００ＭＨｚとして説明する。
【００２３】
また、フロントエンド部２１０は、局部発信器２１４と、局部発信器２１４で生成された信号を透過させるＳＡＷフィルタ２１５と、出力部２１６と、を備えている。
局部発信器２１４で生成された局部発信周波数の信号は、ＳＡＷフィルタ２１５を通過し、参照波信号として出力部２１６に出力される。
なお、本実施形態では、局部発信器２１４で生成する局部発信周波数およびＳＡＷフィルタ２１５が抽出する周波数帯域を３００ＭＨｚとして説明する。
【００２４】
なお、フロントエンド部２１０は、アンテナユニット１０からの非常に微弱な信号（電磁パルス信号）を通過させる必要があるため、後述する第１乗算器部２４０、第２乗算器部２７０のミキサ（２４１，２４３，２４５，２７１，２７３）とは分離して配置することが望ましい。これにより、空間結合ノイズ（クロストーク）を排除する。
また、参照波信号を生成する回路（局部発信器２１４、ＳＡＷフィルタ２１５）も、同様の理由により、後述する第１乗算器部２４０、第２乗算器部２７０のミキサ（２４１，２４３，２４５，２７１，２７３）とは分離して配置することが望ましい。
このように、フロントエンド部２１０は、後段の回路とは分離して配置されることが望ましい。なお、フロントエンド部２１０の出力部２１３と増幅部２２０の入力部２２１とは、シールドされたケーブルで通信可能に接続される。同様に、フロントエンド部２１０の出力部２１６と増幅部２２０の入力部２２５とは、シールドされたケーブルで通信可能に接続される。
【００２５】
（増幅部２２０）
増幅部２２０は、入力部２２１（２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ）と、プリアンプ２２２（２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ）と、デジタルアッテネータ２２３（２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃ）と、メインアンプ２２４（２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃ）と、入力部２２５と、アッテネータ２２６と、メインアンプ２２７と、を備えている。
入力部２２１（２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ）に入力された４００ＭＨｚ帯の微弱な電磁パルス信号は、プリアンプ２２２（２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ）で４０ｄＢ程度増幅され、デジタルアッテネータ２２３（２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃ）で所定のレベルに調整され、メインアンプ２２４（２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃ）で増幅される。
なお、アンテナユニット１０の各アンテナ（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）で受信した電磁パルス信号の強度に応じて、デジタルアッテネータ２２３を調整するゲイン調整回路（図示せず）が設けられている。後述する第１乗算器部２４０のミキサ（２４１，２４３，２４５）に適した入力となるように、ゲイン調整回路は、デジタルアッテネータ２２３を調整する。
入力部２２５に入力された参照波信号は、アッテネータ２２６で所定のレベルに調整され、メインアンプ２２７で増幅される。
【００２６】
（第１分配回路２３０）
第１分配回路２３０は、スプリッタ２３１，２３３と、ハイブリッドカプラ２３２と、を備えている。
基準アンテナである第１アンテナ１１Ａからフロントエンド部２１０、増幅部２２０を通過した信号（即ち、メインアンプ２２４ａから出力された信号）は、スプリッタ２３１に入力され、等電力・同位相で２つに分配される。なお、後述するアナログ位相処理回路２００の後段に設けられるＡＤ変換部３００の同期信号として使用するために、スプリッタ２３１から、等電力・同位相で３つに分配し、１つをトリガ信号Tri1 として用いてもよい。
増幅部２２０で増幅された参照波信号（即ち、メインアンプ２２７から出力された信号）は、ハイブリッドカプラ２３２に入力され、等電力で、位相角が０°の参照波信号（図８では、０°として示す）と、位相角が９０°の参照波信号（図８では、π／２として示す）との２つに分配される。
さらに、ハイブリッドカプラ２３２で出力された位相角が０°の参照波信号は、スプリッタ２３３に入力され、等電力・同位相で３つに分配される。
なお、スプリッタ２３１，２３３およびハイブリッドカプラ２３２は、内部に増幅器（図示せず）を有するものとして説明する。これにより、ハイブリッドカプラ２３２から出力される位相角９０°の参照波信号と、スプリッタ２３３から出力される参照波信号とは、等電力となる。
【００２７】
（第１乗算器部２４０）
第１乗算器部２４０は、ミキサ２４１，２４３（２４３ｂ，２４３ｃ），２４５と、アンプ２４２，２４４（２４４ｂ，２４４ｃ），２４６と、を備えている。
ミキサ２４１は、スプリッタ２３１から出力された基準アンテナである第１アンテナ１１Ａに対応する電磁パルス信号と、スプリッタ２３３から出力された位相角が０°の参照波信号と、を乗算し、正確にかつひずみの小さい中間周波数信号を生成して出力する。ミキサ２４１で生成された信号は、アンプ２４２で増幅される。
ミキサ２４３ｂは、メインアンプ２２４ｂから出力された第２アンテナ１１Ｂに対応する電磁パルス信号と、スプリッタ２３３から出力された位相角が０°の参照波信号と、を乗算し、正確にかつひずみの小さい中間周波数信号を生成して出力する。ミキサ２４３ｂで生成された信号は、アンプ２４４ｂで増幅される。
ミキサ２４３ｃは、メインアンプ２２４ｃから出力された第３アンテナ１１Ｃに対応する電磁パルス信号と、スプリッタ２３３から出力された位相角が０°の参照波信号と、を乗算し、正確にかつひずみの小さい中間周波数信号を生成して出力する。ミキサ２４３ｃで生成された信号は、アンプ２４４ｃで増幅される。
ミキサ２４５は、スプリッタ２３１から出力された基準アンテナである第１アンテナ１１Ａに対応する電磁パルス信号と、ハイブリッドカプラ２３２から出力された位相角が９０°の参照波信号と、を乗算し、正確にかつひずみの小さい中間周波数信号を生成して出力する。ミキサ２４５で生成された信号は、アンプ２４６で増幅される。
【００２８】
（第１ＬＰＦ部２５０）
第１ＬＰＦ部２５０は、４つのローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ（Low-Pass Filter）」と称する。）２５１，２５２ｂ，２５２ｃ，２５３を備えている。
アンプ２４２で増幅された信号は、ＬＰＦ２５１を通過する。アンプ２４４ｂで増幅された信号は、ＬＰＦ２５２ｂを通過する。アンプ２４４ｃで増幅された信号は、ＬＰＦ２５２ｃを通過する。アンプ２４６で増幅された信号は、ＬＰＦ２５３を通過する。
第１乗算器部２４０から出力される中間周波数信号は、７００（４００＋３００）ＭＨｚ帯域成分と１００（４００−１００）ＭＨｚ帯域成分の２つの信号が出力される。このうち、位相情報を有している１００ＭＨｚ帯域の信号を抽出し、後段の第２乗算器部２７０に出力するため、１００ＭＨｚ帯域より高領域を遮断するＬＰＦを通過させる。
【００２９】
（第２分配回路２６０）
第２分配回路２６０は、４つのスプリッタ２６１，２６２ｂ，２６２ｃ，２６３を備えている。
第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５１を通過した信号は、スプリッタ２６１に入力され、等電力・同位相で２つに分配される。第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５２ｂを通過した信号は、スプリッタ２６２ｂに入力され、等電力・同位相で２つに分配される。第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５２ｃを通過した信号は、スプリッタ２６２ｃに入力され、等電力・同位相で２つに分配される。第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５３を通過した信号は、スプリッタ２６３に入力され、等電力・同位相で２つに分配される。なお、後述するアナログ位相処理回路２００の後段に設けられるＡＤ変換部３００の同期信号として使用するために、スプリッタ２６３から、等電力・同位相で３つに分配し、１つをトリガ信号Tri2 として用いてもよい。
【００３０】
（第２乗算器部２７０）
第２乗算器部２７０は、４つのミキサ２７１ｂ，２７１ｃ，２７３ｂ，２７３ｃを備えている。
ミキサ２７１ｂは、スプリッタ２６１から出力された信号と、スプリッタ２６２ｂから出力された信号とを乗算する。ミキサ２７１ｃは、スプリッタ２６１から出力された信号と、スプリッタ２６２ｃから出力された信号とを乗算する。ミキサ２７３ｂは、スプリッタ２６３から出力された信号と、スプリッタ２６２ｂから出力された信号とを乗算する。ミキサ２７３ｃは、スプリッタ２６３から出力された信号と、スプリッタ２６２ｃから出力された信号とを乗算する。
【００３１】
（第２ＬＰＦ部２８０）
第２ＬＰＦ部２８０は、４つのＬＰＦ２８１ｂ，２８１ｃ，２８３ｂ，２８３ｃを備えている。
ミキサ２７１ｂで乗算されて生成された信号は、ＬＰＦ２８１ｂを通過する。ミキサ２７１ｃで乗算されて生成された信号は、ＬＰＦ２８１ｃを通過する。ミキサ２７３ｂで乗算されて生成された信号は、ＬＰＦ２８３ｂを通過する。ミキサ２７３ｃで乗算されて生成された信号は、ＬＰＦ２８３ｃを通過する。
第２乗算器部２７０から出力される信号は、２００（１００＋１００）ＭＨｚ帯域成分と直流（即ち１００−１００＝０）成分の２つの信号が出力される。このうち、位相情報を有している直流成分の信号を抽出するため、１０ＭＨｚ帯域より高領域を遮断するＬＰＦを通過させ、所望の信号を得る。
ＬＰＦ２８１ｂを通過して得られた信号をＶ1bとし、ＬＰＦ２８１ｃを通過して得られた信号をＶ1cとし、ＬＰＦ２８３ｂを通過して得られた信号をＶ3bとし、ＬＰＦ２８３ｃを通過して得られた信号をＶ3cとする。
【００３２】
＜ＡＤ変換部３００＞
図７に戻り、ＡＤ変換部３００について説明する。
ＡＤ変換部３００は、アナログ位相処理回路２００（図８参照）のスプリッタ２３１から出力されたトリガ信号Tri1 または／およびスプリッタ２６３から出力されたトリガ信号Tri2 を入力する。入力されたトリガ信号は、ＡＤ変換部３００のパワーディテクタ（図示せず）に入力され、基準トリガ信号以上のトリガ信号入力時にデジタルパルス信号を出力する。ＡＤ変換部３００は、パワーディテクタから出力されたデジタルパルス信号に同期して、アナログ位相処理回路２００のアナログ出力信号Ｖ1b，Ｖ1c，Ｖ3b，Ｖ3cをサンプリングホールドする。
そして、ＡＤ変換部３００は、サンプリングホールドされたアナログ出力信号Ｖ1b，Ｖ1c，Ｖ3b，Ｖ3cをＡＤ変換部３００のＡＤ変換器（図示せず）でデジタル信号に変換して、標定部４００に出力する。
【００３３】
＜標定部４００＞
標定部４００は、ＡＤ変換部３００でサンプリングホールドされた出力値Ｖ1b，Ｖ1c，Ｖ3b，Ｖ3cのデジタル信号を入力し、部分放電発生源からの電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxを算出し、表示処理部５００に出力する。
【００３４】
（アナログ位相処理回路の動作）
ここで、図８で示すアナログ位相処理回路２００の動作について説明しつつ、出力値Ｖ1b，Ｖ1c，Ｖ3b，Ｖ3cと到達時間差Δｔ2，Δｔ3との関係について説明する。なお、アンプ２４２，２４４ｂ，２４４ｃ，２４６での増幅については説明を省略する。
【００３５】
部分放電による単発パルス信号が第１アンテナ１１Ａ、第２アンテナ１１Ｂ、および、第３アンテナ１１Ｃで受信され、フロントエンド部２１０、増幅部２２０、第１分配回路２３０を通過した信号をそれぞれ、Ｓ1(ｔ)、Ｓ2(ｔ)、および、Ｓ3(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｓ1(ｔ)＝Ｅ1(ｔ)×sin(２πｆｔ) …（１）
Ｓ2(ｔ)＝Ｅ2(ｔ)×sin(２πｆｔ−Δｔ2) …（２）
Ｓ3(ｔ)＝Ｅ3(ｔ)×sin(２πｆｔ−Δｔ3) …（３）
ここで、Ｅ1(t)、Ｅ2(t)、Ｅ3(t)は、エンベローブ関数、ｆはＳＡＷフィルタ２１２の特定周波数（４００ＭＨｚ）、Δｔ2は第１アンテナ１１Ａに対する第２アンテナ１１Ｂの電磁パルス信号の到達時間差、Δｔ3は第１アンテナ１１Ａに対する第３アンテナ１１Ｃの電磁パルス信号の到達時間差である。
【００３６】
フロントエンド部２１０の局部発信器２１４から出力され、増幅部２２０および第１分配回路２３０でを通過し、スプリッタ２３３から出力された位相角が０°の参照波信号およびハイブリッドカプラ２３２から出力された位相角が９０°の参照波信号を、それぞれ、Ｖ1(ｔ)、Ｖ3(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ1(ｔ)＝Ｖ0×sin(２πｆ0ｔ＋φ) …（４）
Ｖ3(ｔ)＝Ｖ0×sin(２πｆ0ｔ＋φ＋π／２) …（５）
ここで、Ｖ0は参照波信号の振幅、ｆ0は局部発信器２１４で生成する局部発信周波数（３００ＭＨｚ）、φは局部発信器２１４の位相角である。
【００３７】
第１乗算器部２４０のミキサ２４１，２４３ｂ，２４３ｃ，２４５の出力をそれぞれ、Ｖ241(ｔ)，Ｖ243b(ｔ)，Ｖ243c(ｔ)，Ｖ245(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ241(ｔ)＝Ｓ1(ｔ)×Ｖ1(ｔ)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ＋φ) …（６）
Ｖ243b(ｔ)＝Ｓ2(ｔ)×Ｖ1(ｔ)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ2(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2−φ)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ2(ｔ)×cos(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2＋φ) …（７）
Ｖ243c(ｔ)＝Ｓ3(ｔ)×Ｖ1(ｔ)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ3(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3−φ)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ3(ｔ)×cos(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3＋φ) …（８）
Ｖ245(ｔ)＝Ｓ1(ｔ)×Ｖ3(ｔ)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ−π／２)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ＋φ＋π／２)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×sin(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×sin(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ＋φ) …（９）
【００３８】
第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５１，２５２ｂ，２５２ｃ，２５３の出力をそれぞれ、Ｖ251(ｔ)，Ｖ252b(ｔ)，Ｖ252c(ｔ)，Ｖ253(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ251(ｔ)＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ) …（10）
Ｖ252b(ｔ)＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ2(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2−φ) …（11）
Ｖ252c(ｔ)＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ3(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3−φ) …（12）
Ｖ253(ｔ)＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×sin(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ) …（13）
【００３９】
第２乗算器部２４０のミキサ２７１ｂ，２７１ｃ，２７３ｂ，２７３ｃの出力をそれぞれ、Ｖ271b(ｔ)，Ｖ271c(ｔ)，Ｖ273b(ｔ)，Ｖ273c(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ271b(ｔ)＝Ｖ251(ｔ)×Ｖ252b(ｔ)
＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×cos(４π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2−２φ)
＋(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×cos(２πｆΔｔ2) …（14）
Ｖ271c(ｔ)＝Ｖ251(ｔ)×Ｖ252c(ｔ)
＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×cos(４π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3−２φ)
＋(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×cos(２πｆΔｔ3) …（15）
Ｖ273b(ｔ)＝Ｖ253(ｔ)×Ｖ252b(ｔ)
＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×sin(４π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2−２φ)
＋(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×sin(２πｆΔｔ2) …（16）
Ｖ273c(ｔ)＝Ｖ253(ｔ)×Ｖ252c(ｔ)
＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×sin(４π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3−２φ)
＋(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×sin(２πｆΔｔ3) …（17）
【００４０】
第２ＬＰＦ部２８０のＬＰＦ２８１ｂ，２８１ｃ，２８３ｂ，２８３ｃの出力をそれぞれ、Ｖ1b(ｔ)，Ｖ1c(ｔ)，Ｖ3b(ｔ)，Ｖ3c(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ1b(ｔ)＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×cos(２πｆΔｔ2) …（18）
Ｖ1c(ｔ)＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×cos(２πｆΔｔ3) …（19）
Ｖ3b(ｔ)＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×sin(２πｆΔｔ2) …（20）
Ｖ3c(ｔ)＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×sin(２πｆΔｔ3) …（21）
【００４１】
ここで、式(18)と式(20)から式(22)が成立し、式(19)と式(21)から式(23)が成立する。
tan(２πｆΔｔ2)＝Ｖ3b(ｔ)／Ｖ1b(ｔ) …(22)
tan(２πｆΔｔ3)＝Ｖ3c(ｔ)／Ｖ1c(ｔ) …(23)
これにより、到達時間差Δｔ2，Δｔ3は、
Δｔ2＝(２πｆ)-1×arctan(Ｖ3b(ｔ)／Ｖ1b(ｔ)) …(24)
Δｔ3＝(２πｆ)-1×arctan(Ｖ3c(ｔ)／Ｖ1c(ｔ)) …(25)
として、求めることができる。
【００４２】
このように、標定部４００は、基準アンテナである第１アンテナ１１Ａに対する第２アンテナ１１Ｂの電磁パルス信号の到達時間差Δｔ2を、出力値Ｖ1b，Ｖ3bおよび(24)を用いて算出することができる。同様に、基準アンテナである第１アンテナ１１Ａに対する第３アンテナ１１Ｃの電磁パルス信号の到達時間差Δｔ3を、出力値Ｖ1c，Ｖ3cおよび(25)を用いて算出することができる。なお、到達時間差Δｔと位相差Θとは（Θ＝２πｆΔｔ）の関係が成立するため、標定部４００が到達時間差Δｔを算出することは、位相差Θを算出していることと同義である。
【００４３】
（電磁パルス信号の到来方向推定方法）
次に、到達時間差Δｔ2，Δｔ3と電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxとの関係について説明する。
【００４４】
図９は、部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
部分放電発生源は、アンテナ（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）から十分遠方にあるため、アンテナに到来する電磁波は平面波と仮定することができる。
アンテナの間隔をＤ、アナログ位相処理回路２００（図８参照）のＳＡＷフィルタ２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）の特定周波数（４００ＭＨｚ）の波長をλ、アンテナと部分放電発生源との角度をθ、とすると、位相差Θ（＝２πｆΔｔ）は、次のように表すことができる。
Θ＝(Ｄ／λ)×sin(θ) …(26)
【００４５】
本実施形態に係る部分放電標定装置は、後述する図１２に示すように、アンテナユニット１０のカメラ１８で撮像した画像に部分放電発生源の位置をマーキングするものである。そのため、前面側からの到来波（電磁パルス信号）を標定することができればよいため、アンテナの背面側にはアース板が設けられており（図３，図４参照）、背面側からの電磁波の到来を遮断する。
３次元中に配置された部分放電発生源からの電磁波の到来方向を一意的に求めるためには、少なくとも４本のアンテナが必要である。しかし、本実施形態に係る部分放電標定装置によれば、カメラの視野角（カメラの視線方向である前面側だけ）で制限している。
このため、例えば、３本のアンテナの第１アンテナを直交軸の原点、第２アンテナをＹ軸上、第３アンテナをＺ軸上に配置し、背面側をアース板で遮断することにより、第１アンテナと第２の位相差から水平角を、第１アンテナと第３アンテナとの位相差から仰角を算出することができる。
【００４６】
到来方向の水平角と仰角とを算出する方法について、図１０および図１１を用いて具体的に説明する。なお、３つのアンテナ１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）は、Ｙ−Ｚ平面上の正三角形の各頂点に配置され、アンテナの間隔（正三角形の一辺の長さ）Ｄをλ／４として以下に説明する。ここで、λとは、アナログ位相処理回路２００（図８参照）のＳＡＷフィルタ２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）の特定周波数ｆ（４００ＭＨｚ）の波長である。
図１０および図１１は、正三角形の各頂点にアンテナを配置した場合の部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
第１アンテナ１１Ａ、第２アンテナ１１Ｂ、第３アンテナ１１Ｃの位置ベクトルｒ1，ｒ2，ｒ3は次のように表すことができる。
ｒ1＝（０，０，０） …（27）
ｒ2＝（０，+(λ/4)×sin(π/6)，-(λ/4)×cos(π/6)） …（28）
ｒ3＝（０，-(λ/4)×sin(π/6)，-(λ/4)×cos(π/6)） …（29）
【００４７】
部分放電発生源からの電磁パルス信号の到来方向ベクトル（単位ベクトル）をｖとする。第１アンテナ１１Ａに対する第２アンテナ１１Ｂの位置ベクトルｒ2と到来方向ベクトルｖとのなす角をδ21とし、第１アンテナ１１Ａに対する第３アンテナ１１Ｃの位置ベクトルｒ3と到来方向ベクトルｖとのなす角をδ31とすると、次のように表すことができる。
cos(δ21)＝<ｖ，ｒ2>／｜ｒ2｜＝４<ｖ，ｒ2>／λ …(30)
cos(δ31)＝<ｖ，ｒ3>／｜ｒ3｜＝４<ｖ，ｒ3>／λ …(31)
ここで、<ｖ，ｒ>は、到来方向ベクトルｖと位置ベクトルｒの内積である。
【００４８】
ここで、位置ベクトルの和ｒ2＋ｒ3は、Ｚ軸上のベクトルであり、位置ベクトルの差ｒ2−ｒ3は、Ｙ軸上のベクトルである。Ｚ軸上のベクトルである位置ベクトルの和ｒ2＋ｒ3と到来方向ベクトルｖとのなす角をθzとし、Ｙ軸上のベクトルである位置ベクトルの差ｒ2−ｒ3と到来方向ベクトルｖとのなす角をθyとすると、次のように表すことができる。
cos(θz)＝<ｖ，ｒ2＋ｒ3>／｜ｒ2＋ｒ3｜
＝４・３-0.5(<ｖ，ｒ2>＋<ｖ，ｒ3>)／λ …(32)
cos(θy)＝<ｖ，ｒ2−ｒ3>／｜ｒ2−ｒ3｜
＝４(<ｖ，ｒ2>−<ｖ，ｒ3>)／λ …(33)
また、到来方向ベクトルｖの水平角φxは、次のように表すことができる。
sin(φx)＝cos(θy)／sin(θz) …(34)
【００４９】
以上より、到来方向ベクトルｖの水平角φxおよび仰角θzは、次のように表すことができる。
θz＝arccos(４・３-0.5(<ｖ，ｒ2>＋<ｖ，ｒ3>)／λ)
＝arccos(３-0.5(cos(δ21)＋cos(δ31))) …(35)
φx＝arcsin(cos(θy)／sin(θz))
＝arcsin(cos(θy)／(1-cos2(θz))0.5)
＝arcsin(４(<ｖ，ｒ2>−<ｖ，ｒ3>)／λ(1-cos2(θz))0.5)
＝arcsin((cos(δ21)−cos(δ31))／(1-cos2(θz))0.5) …(36)
【００５０】
ここで、図９に戻り、位置ベクトルｒと到来方向ベクトルｖとのなす角をδを用いて式(26)を変形すると、次のように表すことができる。
Θ＝(Ｄ／λ)×sin(θ)＝(Ｄ／λ)×sin(δ−π/2)＝−(Ｄ／λ)×cos(δ) …(37)
すなわち、仰角θzは位相差の和から、水平角φxは位相差の差と仰角θzから算出することができる。
【００５１】
このように、標定部４００は、出力値Ｖ1b，Ｖ3b，Ｖ1c，Ｖ3cから電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxを算出することができる。
【００５２】
＜表示処理部５００＞
図７に戻り、表示処理部５００について説明する。
表示処理部５００は、標定部４００で算出された電磁パルス信号の到来方向の仰角θz、水平角φxおよびアンテナユニット１０のカメラ１８で撮像された探査対象のカメラ画像を入力して画像表示処理を行い、表示装置３０に出力する。
図１２は、本実施形態に係る部分放電標定装置の表示装置に表示される標定結果の例を示す画像図である。
表示装置３０（図１参照）の表示画面３１には、カメラ１８で撮像された画像３２に、水平方向／垂直方向の直線および複数の同心円で構成されたメモリ３３が重ね合わせて表示されている。さらに、表示画面３１には、電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxで特定された位置に部分放電の標定位置を示すマーク３４が重ね合わせて表示される。これにより、部分放電発生源の特定が容易となる。
【００５３】
次に、部分放電発生源がカメラ１８の視野外である場合について、図１３および図１４を用いて説明する。
図１３は、部分放電発生源の位置と表示画面に表示される矢印の関係を示す図である。
電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxで特定された部分放電発生源の位置がカメラ１８の視野内である場合には、図１２に示すように、部分放電の標定位置を示すマーク３４が表示される。
一方、部分放電発生源の位置が視野外の領域３５ａにある場合には、対応する矢印３６ａが表示画面３１の端部に表示される。部分放電発生源の位置が視野外の領域３５ｂ〜３５ｈに対応する矢印３６ｂ〜３６ｈが表示画面３１の端部に表示される。
図１４は、部分放電発生源が視野外領域３５ｄにある場合の表示装置３０に表示される標定結果の例を示す画像図である。
図１４に示すように、表示画面３１の左端にはカメラ１８の視野外に部分放電発生源があることを示すマーク３６ｄが表示される。これにより、操作者は、矢印３６ｄの向きにしたがって、アンテナユニット１０ごとカメラ１８を矢印３６ｄで示された方向に向ける。
【符号の説明】
【００５４】
１０ アンテナユニット（受信アンテナ）
１１ アンテナ
１１Ａ 第１アンテナ
１１Ｂ 第２アンテナ
１１Ｃ 第３アンテナ
１２ アンテナエレメント
１３ アース板
１４ 電波吸収材
１５ 空隙
１６ 開口部
１７ 給電点
１８ カメラ（撮像手段）
１８ｈ カメラ穴
１９ 支持部材
２０ 制御ユニット
３０ 表示装置
３１ 表示画面
３２ 画像
３３ メモリ
３４ マーク
３５ 領域
３６ 矢印
２００ アナログ位相処理回路
３００ ＡＤ変換部
４００ 標定部（位相差算出手段）（到来方向算出手段）
５００ 表示処理部（表示処理手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送配電線、変電設備、受電設備等の電力設備の絶縁劣化箇所（ケーブル劣化箇所）から放射される部分放電パルスの到来方向を標定する部分放電標定装置および部分放電標定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力設備の機能維持、故障の未然の防止の観点から、電力設備の部分放電発生源（即ち、絶縁劣化箇所）を非接触で検出する部分放電標定装置および部分放電標定方法が求められている。
特許文献１では、第１および第２の２つのアンテナで部分放電発生源からの電磁波を受信し、位相差を求めて部分放電発生源を標定する部分放電位置標定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５０８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で開示された部分放電位置標定装置では、部分放電発生源とアンテナとの角度を算出するのみで、十分な標定は行えていなかった。また、アンテナは、無指向性で全方位から電磁パルスを受信する方式であるため、探査対象からの部分放電パルスだけでなく、探査対象とは反対の方向からの信号も受信してしまうため、環境により部分放電の探査が効率的に行なえない状態となることが多かった。
【０００５】
そこで本発明は、効率的に部分放電の探査が可能な部分放電標定装置および部分放電標定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明に係る部分放電標定方法は、電力設備から発生する部分放電による電磁波を受信アンテナで受信し、部分放電の位置を標定する部分放電標定装置において、前記受信アンテナは、前記部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、背面方向から前記第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備え、前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出する位相差算出手段と、前記第１の位相差と前記第２の位相差から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出する到来方向算出手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る部分放電標定方法は、部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、背面方向から前記第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備える受信アンテナで、電力設備から発生する部分放電による電磁波を受信し、部分放電の位置を標定する部分放電標定方法において、前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出するステップと、前記第１の位相差と前記第２の位相差から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出するステップと、を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る部分放電標定装置および部分放電標定方法によれば、効率的に部分放電の探査をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る部分放電標定装置の構成図である。
【図２】（ａ）はアンテナユニットの前面側から見た構成図であり、（ｂ）はアンテナユニットの背面側から見た構成図である。
【図３】アンテナの構成を説明する斜視図である。
【図４】アンテナの断面図である。
【図５】直線配置したアンテナエレメントとアース板との配置関係を示す図である。
【図６】円周配置したアンテナエレメントとアース板との配置関係を示す図である。
【図７】本実施形態に係る部分放電標定装置の制御ユニットの機能ブロック図である。
【図８】本実施形態に係る部分放電標定装置が備えるアナログ位相処理回路の信号処理ブロック図である。
【図９】部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
【図１０】正三角形の各頂点にアンテナを配置した場合の部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
【図１１】正三角形の各頂点にアンテナを配置した場合の部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
【図１２】本実施形態に係る部分放電標定装置の表示装置に表示される標定結果の例を示す画像図である。
【図１３】部分放電発生源の位置と表示画面に表示される矢印の関係を示す図である。
【図１４】部分放電発生源が視野外領域にある場合の表示装置に表示される標定結果の例を示す画像図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る部分放電標定装置の構成図である。
部分放電標定装置は、部分放電発生源からの電磁パルス信号を受信するアンテナユニット１０と、制御ユニット２０と、表示装置３０と、を備えている。なお、図１では、制御ユニット２０および表示装置３０を一体として設けているが、分離して設けてもよい。
本実施形態に係る部分放電標定装置を用いて定点探査を行う際には、図１に示すように、アンテナユニット１０を非金属材料（たとえば、木製）からなる三脚４０で固定する。これにより、外乱電波ノイズの影響を低減することができる。
【００１２】
≪アンテナユニット１０≫
次に、図２を用いて、本実施形態に係る部分放電標定装置のアンテナユニット１０について説明する。図２（ａ）はアンテナユニットの前面側から見た構成図であり、図２（ｂ）はアンテナユニットの背面側から見た構成図である。
アンテナユニット１０は、部分放電発生源で発生した電磁波（電磁パルス信号）を受信する３つのアンテナ１１（第１アンテナ１１Ａ，第２アンテナ１１Ｂ，第３アンテナ１１Ｃ）と、アンテナユニット１０の前面側から探査対象を撮像するカメラ１８と、それらを支持する支持部材１９と、を備えている。
３つのアンテナ１１（第１アンテナ１１Ａ，第２アンテナ１１Ｂ，第３アンテナ１１Ｃ）は、長さＤの正三角形の各頂点に配置されるように支持部材１９によりアンテナ１１の背面側から固定され、カメラ１８は３つのアンテナ１１で構成される正三角形の略中心から撮像されるように配置される。
なお、支持部材１９には三脚４０（図１参照）を固定する三脚取付部（図示せず）が設けられている。また、支持部材１９に把持部（図示せず）を設けてもよい。
【００１３】
＜アンテナ１１＞
３つのアンテナ１１（第１アンテナ１１Ａ，第２アンテナ１１Ｂ，第３アンテナ１１Ｃ）は同一の構成を有するため、図３および図４を用いて第１アンテナ１１Ａの構成につて説明し、第２アンテナ１１Ｂおよび第３アンテナ１１Ｃの構成については説明を省略する。
図３はアンテナの構成を説明する斜視図であり、図４はアンテナの断面図である。
第１アンテナ１１Ａは、アンテナエレメント１２Ａと、アース板１３Ａと、電波吸収材１４Ａと、を備えている。なお、図３では、電波吸収材１４Ａを省略して図示している。
【００１４】
アンテナエレメント１２Ａは、部分放電発生源で発生した電磁波（電磁パルス信号）を受信するアンテナであり、アンテナエレメント１２Ａの途中で９０°屈曲した逆Ｌ型アンテナである。アンテナエレメント１２Ａの長さは、λ／４とするのが好適である。ここで、λとは、後述するアナログ位相処理回路２００（図８参照）のＳＡＷフィルタ２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）の特定周波数（例えば、４００ＭＨｚ）の波長である。
また、アンテナエレメント１２Ａは、断面形状を円とし、電磁波の到来方向に対して同一の受感特性を持たせている。また、アンテナエレメント１２Ａの材料は、入手性、加工性を考慮して、電気抵抗の小さい銅線、アルミニウム線等を用いるのが好適である。
【００１５】
第１アンテナ１１Ａは、アンテナエレメント１２Ａの背面側に金属板からなるアース板１３Ａを備えている。図４に示すように、前面側からの到来電磁パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３はアンテナエレメント１２Ａで受信可能である。一方、背面側からの到来電磁パルスＰ４，Ｐ５，Ｐ６は、アース板１３Ａにより遮蔽され、アンテナエレメント１２Ａは不感となる。
また、到来電磁パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３の到来方向の違いによる位相特性の偏りを少なくするために、アンテナエレメント１２Ａはアース板１３Ａの中央に配置され、アース板１３Ａの形状は楕円形状となることが望ましい。
【００１６】
アース板１３Ａの前面側には、電波吸収材１４Ａが設けられており、アンテナエレメント１２Ａが前面側からの到来電磁パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３を受信する際、アース板１３Ａでの多重反射を防止する。
また、アンテナエレメント１２Ａと電波吸収材１４Ａとの間には空隙１５Ａが設けられ、アンテナエレメント１２Ａの受信を妨げないようにする。
【００１７】
アンテナエレメント１２Ａは、アース板１３Ａの開口部１６Ａからアース板１３Ａの背面側に貫けて、給電点１７Ａから伝送ケーブル（図１参照）に接続される。伝送ケーブルの他端は後述する制御ユニット２０のアナログ位相処理回路２００（フロントエンド部２１０）に接続される。
【００１８】
このように、アンテナ１１は、前面方向からのみ受信する指向特性を有し、背面方向からの外来電波ノイズに対しては、不感特性となる。また、アンテナユニット１０の背面側の構造物、例えば、支持部材１９や給電点１７Ａに接続される伝送ケーブル（図１参照）による電波の多重反射の影響を少なくすることができる。
また、背面方向に対して不感特性を有することにより、アンテナユニット１０の背面側の支持部材１９に設けた把持部（図示せず）を操作者が把持した状態でも、背面側の操作者による電波の多重反射の影響を少なくすることができる。即ち、操作者がアンテナユニット１０を把持し、アンテナユニット１０を探査対象に向けて探査する場合においても、背面側の操作者による電波の多重反射の影響を少なくすることができる。
また、逆Ｌ型のアンテナエレメント１２を平面的に配置し、カメラ１８としてＣＣＤ(Charge Coupled Device）カメラを用いることにより、アンテナユニット１０を小型化・軽量化することができ、操作性に優れる。
【００１９】
＜アンテナの変形例＞
到来電磁パルスの偏波に対して効率的に受信するために、図５および図６で示す２つのアンテナのアンテナエレメントの配置について説明する。
図５は直線配置したアンテナエレメントとアース板との配置関係を示す図である。
図５に示すアンテナは、１つのアース板１３に直線偏波に対して効率的に受信するようにアンテナエレメント１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを配置したアンテナである。
図６は円周配置したアンテナエレメントとアース板との配置関係を示す図である。
図６に示すアンテナは、アース板１３に偏波面を１２０°回転させアンテナエレメント１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを円周上に配置している。このような配置とすることによりアンテナサイズを小さくすることができる。
なお、アース板１３の中央には、カメラ１８を設置するための開口部１８ｈが設けられている。
【００２０】
≪制御ユニット２０≫
図７は、本実施形態に係る部分放電標定装置の制御ユニット２０の機能ブロック図である。
制御ユニット２０は、アンテナユニット１０の３つのアンテナ１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）で受信した電磁パルス信号と、アンテナユニット１０のカメラ１８で撮像されたカメラ画像が入力され、表示装置３０に部分放電標定した画像を表示する。
制御ユニット２０は、アナログ位相処理回路２００と、ＡＤ変換部３００と、標定部４００と、表示処理部５００と、を備える。以下、それぞれについて説明する。
【００２１】
＜アナログ位相処理回路２００＞
図８を用いて、アナログ位相処理回路２００について説明する。
図８は、本実施形態に係る部分放電標定装置が備えるアナログ位相処理回路の信号処理ブロック図である。
アナログ位相処理回路２００は、フロントエンド部２１０と、増幅部２２０と、第１分配回路２３０と、第１乗算器部２４０と、第１ＬＰＦ部２５０と、第２分配回路２６０と、第２乗算器部２７０と、第２ＬＰＦ部２８０と、を備えている。各部について、それぞれ説明する。
【００２２】
（フロントエンド部２１０）
フロントエンド部２１０は、入力部２１１（２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ）と、ＳＡＷフィルタ２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）と、出力部２１３（２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ）と、を備えている。
入力部２１１ａにはアンテナユニット１０の第１アンテナ１１Ａで受信した到来電磁パルスの電磁パルス信号が入力され、入力部２１１ｂにはアンテナユニット１０の第２アンテナ１１Ｂで受信した電磁パルス信号が入力され、入力部２１１ｃにはアンテナユニット１０の第３アンテナ１１Ｃで受信した電磁パルス信号が入力される。
ここで、アンテナユニット１０（第１アンテナ１１Ａ、第２アンテナ１１Ｂ、第３アンテナ１１Ｃ）で受信し、フロントエンド部２１０に入力される電磁パルス信号は、数十ＭＨｚから数ＧＨｚまでの周波数成分を含む非常に広帯域な信号である。
そこで、精度よく、各アンテナ（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）間の位相差を抽出するために、フロントエンド部２１０は、入力部２１１（２１１ａ，２１１ｂ、２１１ｃ）に入力された電磁パルス信号を狭帯域な通過特性を有するＳＡＷフィルタ（Surface Acoustic Wave Filter）２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）に通過させることにより所定の周波数成分の電磁パルス信号を抽出し、出力部２１３（２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ）に出力する。
なお、本実施形態では、ＳＡＷフィルタ２１２が抽出する周波数帯域を４００ＭＨｚとして説明する。
【００２３】
また、フロントエンド部２１０は、局部発信器２１４と、局部発信器２１４で生成された信号を透過させるＳＡＷフィルタ２１５と、出力部２１６と、を備えている。
局部発信器２１４で生成された局部発信周波数の信号は、ＳＡＷフィルタ２１５を通過し、参照波信号として出力部２１６に出力される。
なお、本実施形態では、局部発信器２１４で生成する局部発信周波数およびＳＡＷフィルタ２１５が抽出する周波数帯域を３００ＭＨｚとして説明する。
【００２４】
なお、フロントエンド部２１０は、アンテナユニット１０からの非常に微弱な信号（電磁パルス信号）を通過させる必要があるため、後述する第１乗算器部２４０、第２乗算器部２７０のミキサ（２４１，２４３，２４５，２７１，２７３）とは分離して配置することが望ましい。これにより、空間結合ノイズ（クロストーク）を排除する。
また、参照波信号を生成する回路（局部発信器２１４、ＳＡＷフィルタ２１５）も、同様の理由により、後述する第１乗算器部２４０、第２乗算器部２７０のミキサ（２４１，２４３，２４５，２７１，２７３）とは分離して配置することが望ましい。
このように、フロントエンド部２１０は、後段の回路とは分離して配置されることが望ましい。なお、フロントエンド部２１０の出力部２１３と増幅部２２０の入力部２２１とは、シールドされたケーブルで通信可能に接続される。同様に、フロントエンド部２１０の出力部２１６と増幅部２２０の入力部２２５とは、シールドされたケーブルで通信可能に接続される。
【００２５】
（増幅部２２０）
増幅部２２０は、入力部２２１（２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ）と、プリアンプ２２２（２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ）と、デジタルアッテネータ２２３（２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃ）と、メインアンプ２２４（２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃ）と、入力部２２５と、アッテネータ２２６と、メインアンプ２２７と、を備えている。
入力部２２１（２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ）に入力された４００ＭＨｚ帯の微弱な電磁パルス信号は、プリアンプ２２２（２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ）で４０ｄＢ程度増幅され、デジタルアッテネータ２２３（２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃ）で所定のレベルに調整され、メインアンプ２２４（２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃ）で増幅される。
なお、アンテナユニット１０の各アンテナ（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）で受信した電磁パルス信号の強度に応じて、デジタルアッテネータ２２３を調整するゲイン調整回路（図示せず）が設けられている。後述する第１乗算器部２４０のミキサ（２４１，２４３，２４５）に適した入力となるように、ゲイン調整回路は、デジタルアッテネータ２２３を調整する。
入力部２２５に入力された参照波信号は、アッテネータ２２６で所定のレベルに調整され、メインアンプ２２７で増幅される。
【００２６】
（第１分配回路２３０）
第１分配回路２３０は、スプリッタ２３１，２３３と、ハイブリッドカプラ２３２と、を備えている。
基準アンテナである第１アンテナ１１Ａからフロントエンド部２１０、増幅部２２０を通過した信号（即ち、メインアンプ２２４ａから出力された信号）は、スプリッタ２３１に入力され、等電力・同位相で２つに分配される。なお、後述するアナログ位相処理回路２００の後段に設けられるＡＤ変換部３００の同期信号として使用するために、スプリッタ２３１から、等電力・同位相で３つに分配し、１つをトリガ信号Tri1 として用いてもよい。
増幅部２２０で増幅された参照波信号（即ち、メインアンプ２２７から出力された信号）は、ハイブリッドカプラ２３２に入力され、等電力で、位相角が０°の参照波信号（図８では、０°として示す）と、位相角が９０°の参照波信号（図８では、π／２として示す）との２つに分配される。
さらに、ハイブリッドカプラ２３２で出力された位相角が０°の参照波信号は、スプリッタ２３３に入力され、等電力・同位相で３つに分配される。
なお、スプリッタ２３１，２３３およびハイブリッドカプラ２３２は、内部に増幅器（図示せず）を有するものとして説明する。これにより、ハイブリッドカプラ２３２から出力される位相角９０°の参照波信号と、スプリッタ２３３から出力される参照波信号とは、等電力となる。
【００２７】
（第１乗算器部２４０）
第１乗算器部２４０は、ミキサ２４１，２４３（２４３ｂ，２４３ｃ），２４５と、アンプ２４２，２４４（２４４ｂ，２４４ｃ），２４６と、を備えている。
ミキサ２４１は、スプリッタ２３１から出力された基準アンテナである第１アンテナ１１Ａに対応する電磁パルス信号と、スプリッタ２３３から出力された位相角が０°の参照波信号と、を乗算し、正確にかつひずみの小さい中間周波数信号を生成して出力する。ミキサ２４１で生成された信号は、アンプ２４２で増幅される。
ミキサ２４３ｂは、メインアンプ２２４ｂから出力された第２アンテナ１１Ｂに対応する電磁パルス信号と、スプリッタ２３３から出力された位相角が０°の参照波信号と、を乗算し、正確にかつひずみの小さい中間周波数信号を生成して出力する。ミキサ２４３ｂで生成された信号は、アンプ２４４ｂで増幅される。
ミキサ２４３ｃは、メインアンプ２２４ｃから出力された第３アンテナ１１Ｃに対応する電磁パルス信号と、スプリッタ２３３から出力された位相角が０°の参照波信号と、を乗算し、正確にかつひずみの小さい中間周波数信号を生成して出力する。ミキサ２４３ｃで生成された信号は、アンプ２４４ｃで増幅される。
ミキサ２４５は、スプリッタ２３１から出力された基準アンテナである第１アンテナ１１Ａに対応する電磁パルス信号と、ハイブリッドカプラ２３２から出力された位相角が９０°の参照波信号と、を乗算し、正確にかつひずみの小さい中間周波数信号を生成して出力する。ミキサ２４５で生成された信号は、アンプ２４６で増幅される。
【００２８】
（第１ＬＰＦ部２５０）
第１ＬＰＦ部２５０は、４つのローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ（Low-Pass Filter）」と称する。）２５１，２５２ｂ，２５２ｃ，２５３を備えている。
アンプ２４２で増幅された信号は、ＬＰＦ２５１を通過する。アンプ２４４ｂで増幅された信号は、ＬＰＦ２５２ｂを通過する。アンプ２４４ｃで増幅された信号は、ＬＰＦ２５２ｃを通過する。アンプ２４６で増幅された信号は、ＬＰＦ２５３を通過する。
第１乗算器部２４０から出力される中間周波数信号は、７００（４００＋３００）ＭＨｚ帯域成分と１００（４００−１００）ＭＨｚ帯域成分の２つの信号が出力される。このうち、位相情報を有している１００ＭＨｚ帯域の信号を抽出し、後段の第２乗算器部２７０に出力するため、１００ＭＨｚ帯域より高領域を遮断するＬＰＦを通過させる。
【００２９】
（第２分配回路２６０）
第２分配回路２６０は、４つのスプリッタ２６１，２６２ｂ，２６２ｃ，２６３を備えている。
第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５１を通過した信号は、スプリッタ２６１に入力され、等電力・同位相で２つに分配される。第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５２ｂを通過した信号は、スプリッタ２６２ｂに入力され、等電力・同位相で２つに分配される。第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５２ｃを通過した信号は、スプリッタ２６２ｃに入力され、等電力・同位相で２つに分配される。第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５３を通過した信号は、スプリッタ２６３に入力され、等電力・同位相で２つに分配される。なお、後述するアナログ位相処理回路２００の後段に設けられるＡＤ変換部３００の同期信号として使用するために、スプリッタ２６３から、等電力・同位相で３つに分配し、１つをトリガ信号Tri2 として用いてもよい。
【００３０】
（第２乗算器部２７０）
第２乗算器部２７０は、４つのミキサ２７１ｂ，２７１ｃ，２７３ｂ，２７３ｃを備えている。
ミキサ２７１ｂは、スプリッタ２６１から出力された信号と、スプリッタ２６２ｂから出力された信号とを乗算する。ミキサ２７１ｃは、スプリッタ２６１から出力された信号と、スプリッタ２６２ｃから出力された信号とを乗算する。ミキサ２７３ｂは、スプリッタ２６３から出力された信号と、スプリッタ２６２ｂから出力された信号とを乗算する。ミキサ２７３ｃは、スプリッタ２６３から出力された信号と、スプリッタ２６２ｃから出力された信号とを乗算する。
【００３１】
（第２ＬＰＦ部２８０）
第２ＬＰＦ部２８０は、４つのＬＰＦ２８１ｂ，２８１ｃ，２８３ｂ，２８３ｃを備えている。
ミキサ２７１ｂで乗算されて生成された信号は、ＬＰＦ２８１ｂを通過する。ミキサ２７１ｃで乗算されて生成された信号は、ＬＰＦ２８１ｃを通過する。ミキサ２７３ｂで乗算されて生成された信号は、ＬＰＦ２８３ｂを通過する。ミキサ２７３ｃで乗算されて生成された信号は、ＬＰＦ２８３ｃを通過する。
第２乗算器部２７０から出力される信号は、２００（１００＋１００）ＭＨｚ帯域成分と直流（即ち１００−１００＝０）成分の２つの信号が出力される。このうち、位相情報を有している直流成分の信号を抽出するため、１０ＭＨｚ帯域より高領域を遮断するＬＰＦを通過させ、所望の信号を得る。
ＬＰＦ２８１ｂを通過して得られた信号をＶ1bとし、ＬＰＦ２８１ｃを通過して得られた信号をＶ1cとし、ＬＰＦ２８３ｂを通過して得られた信号をＶ3bとし、ＬＰＦ２８３ｃを通過して得られた信号をＶ3cとする。
【００３２】
＜ＡＤ変換部３００＞
図７に戻り、ＡＤ変換部３００について説明する。
ＡＤ変換部３００は、アナログ位相処理回路２００（図８参照）のスプリッタ２３１から出力されたトリガ信号Tri1 または／およびスプリッタ２６３から出力されたトリガ信号Tri2 を入力する。入力されたトリガ信号は、ＡＤ変換部３００のパワーディテクタ（図示せず）に入力され、基準トリガ信号以上のトリガ信号入力時にデジタルパルス信号を出力する。ＡＤ変換部３００は、パワーディテクタから出力されたデジタルパルス信号に同期して、アナログ位相処理回路２００のアナログ出力信号Ｖ1b，Ｖ1c，Ｖ3b，Ｖ3cをサンプリングホールドする。
そして、ＡＤ変換部３００は、サンプリングホールドされたアナログ出力信号Ｖ1b，Ｖ1c，Ｖ3b，Ｖ3cをＡＤ変換部３００のＡＤ変換器（図示せず）でデジタル信号に変換して、標定部４００に出力する。
【００３３】
＜標定部４００＞
標定部４００は、ＡＤ変換部３００でサンプリングホールドされた出力値Ｖ1b，Ｖ1c，Ｖ3b，Ｖ3cのデジタル信号を入力し、部分放電発生源からの電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxを算出し、表示処理部５００に出力する。
【００３４】
（アナログ位相処理回路の動作）
ここで、図８で示すアナログ位相処理回路２００の動作について説明しつつ、出力値Ｖ1b，Ｖ1c，Ｖ3b，Ｖ3cと到達時間差Δｔ2，Δｔ3との関係について説明する。なお、アンプ２４２，２４４ｂ，２４４ｃ，２４６での増幅については説明を省略する。
【００３５】
部分放電による単発パルス信号が第１アンテナ１１Ａ、第２アンテナ１１Ｂ、および、第３アンテナ１１Ｃで受信され、フロントエンド部２１０、増幅部２２０、第１分配回路２３０を通過した信号をそれぞれ、Ｓ1(ｔ)、Ｓ2(ｔ)、および、Ｓ3(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｓ1(ｔ)＝Ｅ1(ｔ)×sin(２πｆｔ) …（１）
Ｓ2(ｔ)＝Ｅ2(ｔ)×sin(２πｆｔ−Δｔ2) …（２）
Ｓ3(ｔ)＝Ｅ3(ｔ)×sin(２πｆｔ−Δｔ3) …（３）
ここで、Ｅ1(t)、Ｅ2(t)、Ｅ3(t)は、エンベローブ関数、ｆはＳＡＷフィルタ２１２の特定周波数（４００ＭＨｚ）、Δｔ2は第１アンテナ１１Ａに対する第２アンテナ１１Ｂの電磁パルス信号の到達時間差、Δｔ3は第１アンテナ１１Ａに対する第３アンテナ１１Ｃの電磁パルス信号の到達時間差である。
【００３６】
フロントエンド部２１０の局部発信器２１４から出力され、増幅部２２０および第１分配回路２３０でを通過し、スプリッタ２３３から出力された位相角が０°の参照波信号およびハイブリッドカプラ２３２から出力された位相角が９０°の参照波信号を、それぞれ、Ｖ1(ｔ)、Ｖ3(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ1(ｔ)＝Ｖ0×sin(２πｆ0ｔ＋φ) …（４）
Ｖ3(ｔ)＝Ｖ0×sin(２πｆ0ｔ＋φ＋π／２) …（５）
ここで、Ｖ0は参照波信号の振幅、ｆ0は局部発信器２１４で生成する局部発信周波数（３００ＭＨｚ）、φは局部発信器２１４の位相角である。
【００３７】
第１乗算器部２４０のミキサ２４１，２４３ｂ，２４３ｃ，２４５の出力をそれぞれ、Ｖ241(ｔ)，Ｖ243b(ｔ)，Ｖ243c(ｔ)，Ｖ245(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ241(ｔ)＝Ｓ1(ｔ)×Ｖ1(ｔ)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ＋φ) …（６）
Ｖ243b(ｔ)＝Ｓ2(ｔ)×Ｖ1(ｔ)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ2(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2−φ)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ2(ｔ)×cos(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2＋φ) …（７）
Ｖ243c(ｔ)＝Ｓ3(ｔ)×Ｖ1(ｔ)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ3(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3−φ)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ3(ｔ)×cos(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3＋φ) …（８）
Ｖ245(ｔ)＝Ｓ1(ｔ)×Ｖ3(ｔ)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ−π／２)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ＋φ＋π／２)
＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×sin(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ)
−(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×sin(２π(ｆ＋ｆ0)ｔ＋φ) …（９）
【００３８】
第１ＬＰＦ部２５０のＬＰＦ２５１，２５２ｂ，２５２ｃ，２５３の出力をそれぞれ、Ｖ251(ｔ)，Ｖ252b(ｔ)，Ｖ252c(ｔ)，Ｖ253(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ251(ｔ)＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ) …（10）
Ｖ252b(ｔ)＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ2(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2−φ) …（11）
Ｖ252c(ｔ)＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ3(ｔ)×cos(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3−φ) …（12）
Ｖ253(ｔ)＝(1/2)×Ｖ0×Ｅ1(ｔ)×sin(２π(ｆ−ｆ0)ｔ−φ) …（13）
【００３９】
第２乗算器部２４０のミキサ２７１ｂ，２７１ｃ，２７３ｂ，２７３ｃの出力をそれぞれ、Ｖ271b(ｔ)，Ｖ271c(ｔ)，Ｖ273b(ｔ)，Ｖ273c(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ271b(ｔ)＝Ｖ251(ｔ)×Ｖ252b(ｔ)
＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×cos(４π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2−２φ)
＋(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×cos(２πｆΔｔ2) …（14）
Ｖ271c(ｔ)＝Ｖ251(ｔ)×Ｖ252c(ｔ)
＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×cos(４π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3−２φ)
＋(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×cos(２πｆΔｔ3) …（15）
Ｖ273b(ｔ)＝Ｖ253(ｔ)×Ｖ252b(ｔ)
＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×sin(４π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ2−２φ)
＋(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×sin(２πｆΔｔ2) …（16）
Ｖ273c(ｔ)＝Ｖ253(ｔ)×Ｖ252c(ｔ)
＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×sin(４π(ｆ−ｆ0)ｔ−２πｆΔｔ3−２φ)
＋(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×sin(２πｆΔｔ3) …（17）
【００４０】
第２ＬＰＦ部２８０のＬＰＦ２８１ｂ，２８１ｃ，２８３ｂ，２８３ｃの出力をそれぞれ、Ｖ1b(ｔ)，Ｖ1c(ｔ)，Ｖ3b(ｔ)，Ｖ3c(ｔ)とすると、次のように表すことができる。
Ｖ1b(ｔ)＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×cos(２πｆΔｔ2) …（18）
Ｖ1c(ｔ)＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×cos(２πｆΔｔ3) …（19）
Ｖ3b(ｔ)＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ2(ｔ)×sin(２πｆΔｔ2) …（20）
Ｖ3c(ｔ)＝(1/8)×Ｖ02×Ｅ1(ｔ)×Ｅ3(ｔ)×sin(２πｆΔｔ3) …（21）
【００４１】
ここで、式(18)と式(20)から式(22)が成立し、式(19)と式(21)から式(23)が成立する。
tan(２πｆΔｔ2)＝Ｖ3b(ｔ)／Ｖ1b(ｔ) …(22)
tan(２πｆΔｔ3)＝Ｖ3c(ｔ)／Ｖ1c(ｔ) …(23)
これにより、到達時間差Δｔ2，Δｔ3は、
Δｔ2＝(２πｆ)-1×arctan(Ｖ3b(ｔ)／Ｖ1b(ｔ)) …(24)
Δｔ3＝(２πｆ)-1×arctan(Ｖ3c(ｔ)／Ｖ1c(ｔ)) …(25)
として、求めることができる。
【００４２】
このように、標定部４００は、基準アンテナである第１アンテナ１１Ａに対する第２アンテナ１１Ｂの電磁パルス信号の到達時間差Δｔ2を、出力値Ｖ1b，Ｖ3bおよび(24)を用いて算出することができる。同様に、基準アンテナである第１アンテナ１１Ａに対する第３アンテナ１１Ｃの電磁パルス信号の到達時間差Δｔ3を、出力値Ｖ1c，Ｖ3cおよび(25)を用いて算出することができる。なお、到達時間差Δｔと位相差Θとは（Θ＝２πｆΔｔ）の関係が成立するため、標定部４００が到達時間差Δｔを算出することは、位相差Θを算出していることと同義である。
【００４３】
（電磁パルス信号の到来方向推定方法）
次に、到達時間差Δｔ2，Δｔ3と電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxとの関係について説明する。
【００４４】
図９は、部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
部分放電発生源は、アンテナ（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）から十分遠方にあるため、アンテナに到来する電磁波は平面波と仮定することができる。
アンテナの間隔をＤ、アナログ位相処理回路２００（図８参照）のＳＡＷフィルタ２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）の特定周波数（４００ＭＨｚ）の波長をλ、アンテナと部分放電発生源との角度をθ、とすると、位相差Θ（＝２πｆΔｔ）は、次のように表すことができる。
Θ＝(Ｄ／λ)×sin(θ) …(26)
【００４５】
本実施形態に係る部分放電標定装置は、後述する図１２に示すように、アンテナユニット１０のカメラ１８で撮像した画像に部分放電発生源の位置をマーキングするものである。そのため、前面側からの到来波（電磁パルス信号）を標定することができればよいため、アンテナの背面側にはアース板が設けられており（図３，図４参照）、背面側からの電磁波の到来を遮断する。
３次元中に配置された部分放電発生源からの電磁波の到来方向を一意的に求めるためには、少なくとも４本のアンテナが必要である。しかし、本実施形態に係る部分放電標定装置によれば、カメラの視野角（カメラの視線方向である前面側だけ）で制限している。
このため、例えば、３本のアンテナの第１アンテナを直交軸の原点、第２アンテナをＹ軸上、第３アンテナをＺ軸上に配置し、背面側をアース板で遮断することにより、第１アンテナと第２の位相差から水平角を、第１アンテナと第３アンテナとの位相差から仰角を算出することができる。
【００４６】
到来方向の水平角と仰角とを算出する方法について、図１０および図１１を用いて具体的に説明する。なお、３つのアンテナ１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）は、Ｙ−Ｚ平面上の正三角形の各頂点に配置され、アンテナの間隔（正三角形の一辺の長さ）Ｄをλ／４として以下に説明する。ここで、λとは、アナログ位相処理回路２００（図８参照）のＳＡＷフィルタ２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）の特定周波数ｆ（４００ＭＨｚ）の波長である。
図１０および図１１は、正三角形の各頂点にアンテナを配置した場合の部分放電発生源で発生した電磁波の到来方向推定方法を説明する概念図である。
第１アンテナ１１Ａ、第２アンテナ１１Ｂ、第３アンテナ１１Ｃの位置ベクトルｒ1，ｒ2，ｒ3は次のように表すことができる。
ｒ1＝（０，０，０） …（27）
ｒ2＝（０，+(λ/4)×sin(π/6)，-(λ/4)×cos(π/6)） …（28）
ｒ3＝（０，-(λ/4)×sin(π/6)，-(λ/4)×cos(π/6)） …（29）
【００４７】
部分放電発生源からの電磁パルス信号の到来方向ベクトル（単位ベクトル）をｖとする。第１アンテナ１１Ａに対する第２アンテナ１１Ｂの位置ベクトルｒ2と到来方向ベクトルｖとのなす角をδ21とし、第１アンテナ１１Ａに対する第３アンテナ１１Ｃの位置ベクトルｒ3と到来方向ベクトルｖとのなす角をδ31とすると、次のように表すことができる。
cos(δ21)＝<ｖ，ｒ2>／｜ｒ2｜＝４<ｖ，ｒ2>／λ …(30)
cos(δ31)＝<ｖ，ｒ3>／｜ｒ3｜＝４<ｖ，ｒ3>／λ …(31)
ここで、<ｖ，ｒ>は、到来方向ベクトルｖと位置ベクトルｒの内積である。
【００４８】
ここで、位置ベクトルの和ｒ2＋ｒ3は、Ｚ軸上のベクトルであり、位置ベクトルの差ｒ2−ｒ3は、Ｙ軸上のベクトルである。Ｚ軸上のベクトルである位置ベクトルの和ｒ2＋ｒ3と到来方向ベクトルｖとのなす角をθzとし、Ｙ軸上のベクトルである位置ベクトルの差ｒ2−ｒ3と到来方向ベクトルｖとのなす角をθyとすると、次のように表すことができる。
cos(θz)＝<ｖ，ｒ2＋ｒ3>／｜ｒ2＋ｒ3｜
＝４・３-0.5(<ｖ，ｒ2>＋<ｖ，ｒ3>)／λ …(32)
cos(θy)＝<ｖ，ｒ2−ｒ3>／｜ｒ2−ｒ3｜
＝４(<ｖ，ｒ2>−<ｖ，ｒ3>)／λ …(33)
また、到来方向ベクトルｖの水平角φxは、次のように表すことができる。
sin(φx)＝cos(θy)／sin(θz) …(34)
【００４９】
以上より、到来方向ベクトルｖの水平角φxおよび仰角θzは、次のように表すことができる。
θz＝arccos(４・３-0.5(<ｖ，ｒ2>＋<ｖ，ｒ3>)／λ)
＝arccos(３-0.5(cos(δ21)＋cos(δ31))) …(35)
φx＝arcsin(cos(θy)／sin(θz))
＝arcsin(cos(θy)／(1-cos2(θz))0.5)
＝arcsin(４(<ｖ，ｒ2>−<ｖ，ｒ3>)／λ(1-cos2(θz))0.5)
＝arcsin((cos(δ21)−cos(δ31))／(1-cos2(θz))0.5) …(36)
【００５０】
ここで、図９に戻り、位置ベクトルｒと到来方向ベクトルｖとのなす角をδを用いて式(26)を変形すると、次のように表すことができる。
Θ＝(Ｄ／λ)×sin(θ)＝(Ｄ／λ)×sin(δ−π/2)＝−(Ｄ／λ)×cos(δ) …(37)
すなわち、仰角θzは位相差の和から、水平角φxは位相差の差と仰角θzから算出することができる。
【００５１】
このように、標定部４００は、出力値Ｖ1b，Ｖ3b，Ｖ1c，Ｖ3cから電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxを算出することができる。
【００５２】
＜表示処理部５００＞
図７に戻り、表示処理部５００について説明する。
表示処理部５００は、標定部４００で算出された電磁パルス信号の到来方向の仰角θz、水平角φxおよびアンテナユニット１０のカメラ１８で撮像された探査対象のカメラ画像を入力して画像表示処理を行い、表示装置３０に出力する。
図１２は、本実施形態に係る部分放電標定装置の表示装置に表示される標定結果の例を示す画像図である。
表示装置３０（図１参照）の表示画面３１には、カメラ１８で撮像された画像３２に、水平方向／垂直方向の直線および複数の同心円で構成されたメモリ３３が重ね合わせて表示されている。さらに、表示画面３１には、電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxで特定された位置に部分放電の標定位置を示すマーク３４が重ね合わせて表示される。これにより、部分放電発生源の特定が容易となる。
【００５３】
次に、部分放電発生源がカメラ１８の視野外である場合について、図１３および図１４を用いて説明する。
図１３は、部分放電発生源の位置と表示画面に表示される矢印の関係を示す図である。
電磁パルス信号の到来方向の仰角θzおよび水平角φxで特定された部分放電発生源の位置がカメラ１８の視野内である場合には、図１２に示すように、部分放電の標定位置を示すマーク３４が表示される。
一方、部分放電発生源の位置が視野外の領域３５ａにある場合には、対応する矢印３６ａが表示画面３１の端部に表示される。部分放電発生源の位置が視野外の領域３５ｂ〜３５ｈに対応する矢印３６ｂ〜３６ｈが表示画面３１の端部に表示される。
図１４は、部分放電発生源が視野外領域３５ｄにある場合の表示装置３０に表示される標定結果の例を示す画像図である。
図１４に示すように、表示画面３１の左端にはカメラ１８の視野外に部分放電発生源があることを示すマーク３６ｄが表示される。これにより、操作者は、矢印３６ｄの向きにしたがって、アンテナユニット１０ごとカメラ１８を矢印３６ｄで示された方向に向ける。
【符号の説明】
【００５４】
１０ アンテナユニット（受信アンテナ）
１１ アンテナ
１１Ａ 第１アンテナ
１１Ｂ 第２アンテナ
１１Ｃ 第３アンテナ
１２ アンテナエレメント
１３ アース板
１４ 電波吸収材
１５ 空隙
１６ 開口部
１７ 給電点
１８ カメラ（撮像手段）
１８ｈ カメラ穴
１９ 支持部材
２０ 制御ユニット
３０ 表示装置
３１ 表示画面
３２ 画像
３３ メモリ
３４ マーク
３５ 領域
３６ 矢印
２００ アナログ位相処理回路
３００ ＡＤ変換部
４００ 標定部（位相差算出手段）（到来方向算出手段）
５００ 表示処理部（表示処理手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力設備から発生する部分放電による電磁波を受信アンテナで受信し、部分放電の位置を標定する部分放電標定装置において、
前記受信アンテナは、
前記部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、
背面方向から前記第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備え、
前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記第１の位相差と前記第２の位相差から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出する到来方向算出手段を備える
ことを特徴とする部分放電標定装置。
【請求項２】
前記到来方向算出手段は、
前記第１の位相差と前記第２の位相差の和から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角を算出し、
前記第１の位相差と前記第２の位相差の差および算出した前記仰角から、前記部分放電による電磁波の到来方向の水平角を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の部分放電標定装置。
【請求項３】
前記部分放電標定装置は、
前記受信アンテナと一体に設けられ、前記第１、第２および第３アンテナエレメントの受信方向を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像を表示する表示手段と、
表示処理手段と、をさらに備え、
前記表示処理手段は、
前記表示手段に表示された画像に、
前記到来方向算出手段で算出された仰角および水平角にもとづいて、前記部分放電の位置を重ねて表示させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の部分放電標定装置。
【請求項４】
部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、背面方向から前記第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備える受信アンテナで、
電力設備から発生する部分放電による電磁波を受信し、部分放電の位置を標定する部分放電標定方法において、
前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出するステップと、
前記第１の位相差と前記第２の位相差から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出するステップと、を実行する
ことを特徴とする部分放電標定方法。
【請求項５】
前記到来方向の仰角および水平角を算出するステップは、
前記第１の位相差と前記第２の位相差の和から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角を算出するステップと、
前記第１の位相差と前記第２の位相差の差および算出した前記仰角から、前記部分放電による電磁波の到来方向の水平角を算出ステップと、を実行する
ことを特徴とする請求項４に記載の部分放電標定方法。
【請求項１】
電力設備から発生する部分放電による電磁波を受信アンテナで受信し、部分放電の位置を標定する部分放電標定装置において、
前記受信アンテナは、
前記部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、
背面方向から前記第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備え、
前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出する位相差算出手段と、
前記第１の位相差と前記第２の位相差から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出する到来方向算出手段を備える
ことを特徴とする部分放電標定装置。
【請求項２】
前記到来方向算出手段は、
前記第１の位相差と前記第２の位相差の和から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角を算出し、
前記第１の位相差と前記第２の位相差の差および算出した前記仰角から、前記部分放電による電磁波の到来方向の水平角を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の部分放電標定装置。
【請求項３】
前記部分放電標定装置は、
前記受信アンテナと一体に設けられ、前記第１、第２および第３アンテナエレメントの受信方向を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像を表示する表示手段と、
表示処理手段と、をさらに備え、
前記表示処理手段は、
前記表示手段に表示された画像に、
前記到来方向算出手段で算出された仰角および水平角にもとづいて、前記部分放電の位置を重ねて表示させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の部分放電標定装置。
【請求項４】
部分放電による電磁波を受信する第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび第３アンテナエレメントと、背面方向から前記第１、第２および第３アンテナエレメントに到来する電磁波を遮断するアース板と、を備える受信アンテナで、
電力設備から発生する部分放電による電磁波を受信し、部分放電の位置を標定する部分放電標定方法において、
前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第２アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第１の位相差および前記第１アンテナエレメントで受信した受信信号と前記第３アンテナエレメントで受信した受信信号との位相差である第２の位相差を算出するステップと、
前記第１の位相差と前記第２の位相差から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角および水平角を算出するステップと、を実行する
ことを特徴とする部分放電標定方法。
【請求項５】
前記到来方向の仰角および水平角を算出するステップは、
前記第１の位相差と前記第２の位相差の和から、前記部分放電による電磁波の到来方向の仰角を算出するステップと、
前記第１の位相差と前記第２の位相差の差および算出した前記仰角から、前記部分放電による電磁波の到来方向の水平角を算出ステップと、を実行する
ことを特徴とする請求項４に記載の部分放電標定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２４２２４４（Ｐ２０１１−２４２２４４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４２４１（Ｐ２０１０−１１４２４１）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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