JP7610835B2 - Detection device and discharge detection system - Google Patents
Detection device and discharge detection system Download PDFInfo
- Publication number
- JP7610835B2 JP7610835B2 JP2021054996A JP2021054996A JP7610835B2 JP 7610835 B2 JP7610835 B2 JP 7610835B2 JP 2021054996 A JP2021054996 A JP 2021054996A JP 2021054996 A JP2021054996 A JP 2021054996A JP 7610835 B2 JP7610835 B2 JP 7610835B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrical
- detection device
- antenna
- signal
- discharge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Testing Relating To Insulation (AREA)
Description
本発明は、検出装置及び放電検出システムに関する。 The present invention relates to a detection device and a discharge detection system.
電気電子機器や電力機器は、異常や劣化などにより放電を生じることがある。この放電を検知し時間変化特性を把握するために、放電により生じる電磁波パルスを測定する方法が知られている。この電磁波パルスの持続時間は使用するアンテナの周波数帯域によっても異なって見えるが、例えば３０ｎｓや３００ｎｓなどと１μｓ以下と短い。この周波数は、ＵＨＦ帯と呼ばれる数百ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数帯に含まれる周波数であるため、この測定方法はＵＨＦ法と呼ばれる。 Electrical and electronic equipment and power equipment can discharge due to abnormalities or deterioration. A method is known for detecting this discharge and understanding its time-varying characteristics by measuring the electromagnetic wave pulse generated by the discharge. The duration of this electromagnetic wave pulse appears to differ depending on the frequency band of the antenna used, but it is short, for example 30 ns or 300 ns, less than 1 μs. This frequency is included in the frequency band known as the UHF band, which ranges from several hundred MHz to several GHz, and so this measurement method is called the UHF method.
この放電による電磁波は、ランダムに発生するだけでなく、瞬時に起こりうる、いわゆるパルスの波形であり、その持続時間は上述したように非常に短い。更に、上述したようにこの電磁波が発生する周波数帯域では、携帯電話やテレビ、無線などの各種通信や放送用の帯域としても使用されており、それら電磁波は常時放射されその強度は放電により放射される電磁波よりも高い。そのため、このような電波の影響等により放電による電磁波の測定は非常に難しい。
一方、上記内容を加味し、上記測定を行うために、一般的に、放電以外の電波を受信しないように周波数帯域により受信信号を選別することが必要であり、かつ常時信号を取得すると記録するデータの容量が膨大となるために、瞬時の電磁波波形だけを記録するようにトリガをかけた測定が行われる。例えば、トリガをかけることができ、ＵＨＦ帯に含まれる周波数を有する正負に振動する短時間パルス波形を検出して処理可能な時間分解能を有するオシロスコープを用いた測定が行われている。しかしながらこのようなオシロスコープは高価であり使用するには高い専門知識を要するため、電力設備や工場あるいは家庭で気軽に簡単に使用するのは難しい。
本発明の目的は、上述した課題を解決する検出装置及び放電検出システムを提供することにある。
The electromagnetic waves caused by this discharge are not only generated randomly but also instantaneously, and have a so-called pulse waveform, and as mentioned above, their duration is very short. Furthermore, as mentioned above, the frequency band in which these electromagnetic waves are generated is also used for various communications and broadcasting such as mobile phones, televisions, and radios, and these electromagnetic waves are constantly emitted and their intensity is higher than that of the electromagnetic waves emitted by discharge. Therefore, it is very difficult to measure the electromagnetic waves caused by discharge due to the influence of such radio waves.
On the other hand, in order to perform the above measurements, it is generally necessary to select the received signal by frequency band so as not to receive radio waves other than discharges, and since the amount of data to be recorded would be enormous if signals were constantly acquired, measurements are performed with a trigger to record only the instantaneous electromagnetic wave waveform. For example, measurements are performed using an oscilloscope that can be triggered and has a time resolution that can detect and process short-time pulse waveforms that oscillate positively and negatively and have a frequency included in the UHF band. However, such oscilloscopes are expensive and require high level of expertise to use, making them difficult to use casually and easily in power facilities, factories, or homes.
An object of the present invention is to provide a detection device and an electric discharge detection system that solves the above-mentioned problems.
本発明の第１の態様によれば、検出装置は、電気機器から発せられる信号を捕捉し、捕捉した信号を電気信号に変換する信号変換部と、電気信号の強さの減衰を遅延させる波形処理部とを備える。 According to a first aspect of the present invention, the detection device includes a signal conversion unit that captures a signal emitted from an electrical device and converts the captured signal into an electrical signal, and a waveform processing unit that delays the attenuation of the strength of the electrical signal.
本発明の第２の態様によれば、放電検出システムが、上記態様に係る検出装置と、前記検出装置により変換される電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、前記デジタル信号を処理し、電気機器の放電の有無を判定するする処理装置と、前記処理されたデジタル信号に基づいて放電発生源を制御する制御装置と、を備える。前記アナログデジタル変換器のサンプリング周期は、前記電気機器の放電が生じたときに前記検出装置が出力する前記電気信号のパルスの持続時間は、前記アナログデジタル変換器のサンプリング周期よりも長い。 According to a second aspect of the present invention, a discharge detection system includes a detection device according to the above aspect, an analog-digital converter that converts an electrical signal converted by the detection device into a digital signal, a processing device that processes the digital signal and determines whether or not an electrical discharge occurs in the electrical device, and a control device that controls a discharge source based on the processed digital signal. The sampling period of the analog-digital converter is such that the duration of the pulse of the electrical signal output by the detection device when a discharge occurs in the electrical device is longer than the sampling period of the analog-digital converter.
本発明によれば、低いサンプリング周波数、すなわち長いサンプリング周期で放電を検知することができる。 According to the present invention, discharges can be detected at a low sampling frequency, i.e., a long sampling period.
〈第１の実施形態〉
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る検出装置２０を示す図である。第１の実施形態に係る検出装置２０は、電気機器１０の障害によって、あるいは正常な動作によることも含めて電気機器１０から放射される電磁波を検出する。電気機器１０は、例えば家庭の電化製品や工場や変電所の電力機器であってよい。電気機器１０は、絶縁異常、絶縁劣化、トラッキング、断線などの障害によって、高周波の電磁波を放射する。障害によって電気機器１０が放電する電磁波は、通常、持続時間が１μｓ以下であり、ＵＨＦ帯と呼ばれる数百ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数帯に含まれる周波数で振動する。電気機器１０は、空気清浄機や高輝度ランプのように正常動作時に放電現象を伴う機器もあり、そのような機器からもＵＨＦ帯を含む周波数成分を含む電磁波が放射される。このような正常な機器に障害が起こると、逆に放電が起こりにくくなることがある。
First Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a
検出装置２０は、ＵＨＦ帯に含まれる周波数のうち、電気機器１０の障害によってあるいは正常な放電を利用する動作でも生じる特定の周波数の電磁波を受信し、電気機器１０の通常運転時に生じる周波数の電磁波を受信しないように設計される。電気機器１０の通常運転時に生じるあるいは使用する周波数の例としては、ＩＳＭバンドに係る周波数（９１５ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯）や、移動体通信に用いられる周波数（７００ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯）などが挙げられる。したがって第１の実施形態に係る検出装置２０は、例えば、１ＧＨｚ帯の電磁波を受信するように設計される。１ＧＨｚ帯の電磁波は、放電により発生する電磁波パルスの周波数帯域には含まれるが、ＩＳＭバンドには含まれない。そのため、検出装置２０は、無線ＬＡＮや携帯電話、あるいはＴＶ放送などによる電磁波を受信せず、障害によってあるいは正常な放電を利用する動作でも放射される電磁波を選択的に受信することができる。なお、検出装置２０が受信する周波数帯は、必ずしも１ＧＨｚ帯でなくてもよい。例えば、ＩＳＭバンドに係る周波数帯であっても電気機器１０の使用環境において通信波などの恒常的な強い電磁波が存在しない周波数帯であれば、検出装置２０は、当該周波数帯の電磁波を検出してもよい。つまり、検出装置２０は、ＩＳＭバンドに係る周波数帯域や、移動体通信に用いられる周波数帯域等を避けた特定の周波数帯域に設定することが可能であり、放電による電磁波を受信することができる。
The
《検出装置２０の構成》
図２は、検出装置２０の構成を示す図である。検出装置２０は、アンテナ部２０１と波形処理部２０２とを備える。検出装置２０は、アナログ回路によって構成される。
アンテナ部２０１は受信した電磁波を電気信号に変換する。アンテナ部２０１は、例えば、ダイポールアンテナやパッチアンテナによって構成される。またアンテナ部２０１は、ダイポールアンテナやパッチアンテナだけでなくホーンアンテナやバイログアンテナなどの市販のアンテナによって構成されてもよい。アンテナ部２０１は、電気機器から発せられる信号を捕捉し、捕捉した前記信号を電気信号に変換する信号変換部の一例である。
Configuration of the
2 is a diagram showing the configuration of the
The
波形処理部２０２は、アンテナ部２０１により変換される正負に振動する電気信号を整流することで単極性のパルスの電気信号の波形に処理し、さらにその電気信号の減衰を遅延させる。すなわち、波形処理部２０２は、アンテナ部２０１が生成した電気信号の持続時間を長くし、例えば、一定の強度以上の電気信号が一定時間保たれるようにする。一定の強度及び一定時間は、波形処理部２０２に接続されるアナログデジタル変換器により電気信号がデジタル信号可能な強度及び時間である。つまり、波形処理部２０２は、アナログデジタル変換器のサンプリングレートに係る時間より長く、放電に係る電磁波と判別可能な強度の電気信号が保たれるように設計される。波形処理部２０２は、例えば、整流回路と積分器によって構成され、ダイオードや抵抗、キャパシタンスあるいはオペアンプなどの電気素子を用いて作成される。電気素子を変化させることで、電気信号が減衰する際の時定数も変化する。
また、波形処理部２０２には後述するように、整流時の帰還回路に、周波数が高くなる程インピーダンスが高くなる、インピーダンス非線形型の電気素子を用いて構成される。なお、本実施の形態については、一例としてインダクタンスを用いて説明する。
The
As described later, the
《検出装置２０の回路》
図３Ａは、検出装置２０を構成する回路の一例を示す図である。検出装置２０の回路に関して、図３Ａに示すように、アンテナ素子１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）とダイオード１４０（１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ）、インダクタ１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）及び抵抗１３０で構成され、４つのダイオードのうち２つを各々並列に配置し、その回路を抵抗１３０でつなぐブリッジ回路を有する。また、このブリッジ回路と共に２つのアンテナ素子１１０を配置しブリッジ回路と接続され、更に、２つのアンテナ素子１１０の間に２つのインダクタ１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）を設け２つのアンテナ素子１１０を接続し、ブリッジ回路、アンテナ素子１１０及びインダクタ１２０で正と負のそれぞれの整流回路に対応する閉回路が形成される。第１の実施形態に係る検出装置２０は、全波整流を行う回路構成を有するが、他の実施形態に係る検出装置は、半波整流を行う回路構成を有していてもよい。また、第１の実施形態に係る検出装置２０は、２つのアンテナ素子１１０を備えるが、他の実施形態に係る検出装置２０は、アンテナ素子１１０を１つだけ備えるものであってもよい。
<Circuit of the
3A is a diagram showing an example of a circuit constituting the
検出装置２０のアンテナ部２０１は、例えば、図３Ａに示すように２つのアンテナ素子１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）によって実現される。検出装置２０は、アンテナ素子１１０を２つ備えることで、電磁波の検出効率を向上することができる。また検出装置２０の波形処理部２０２は、図３Ａに示すようにインダクタ１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）、抵抗１３０、ダイオード１４０（１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ）、キャパシタンス１５０によって構成される。
The
各々の素子の具体的な接続形態に関して説明する。
ダイオード１４０Ａのアノードは、アンテナ素子１１０Ａの第１端子Ｔ１に接続される。ダイオード１４０Ａのカソードは、抵抗１３０に接続される。
ダイオード１４０Ｂのアノードは、アンテナ素子１１０Ａの第２端子Ｔ２に接続される。ダイオード１４０Ｂのカソードは、抵抗１３０に接続される。つまり、ダイオード１４０Ａとダイオード１４０Ｂとは、抵抗１３０に並列に接続される。
ダイオード１４０Ｃのアノードは、抵抗１３０に接続される。ダイオード１４０Ｃのカソードは、アンテナ素子１１０Ｂの第３端子Ｔ３に接続される。
ダイオード１４０Ｄのアノードは、抵抗１３０に接続される。ダイオード１４０Ｄのカソードは、アンテナ素子１１０Ｂの第４端子Ｔ４に接続される。つまり、ダイオード１４０Ｃとダイオード１４０Ｄとは、抵抗１３０に並列に接続される。
なお、ダイオード１４０は、逆電圧がかかったときに静電容量が現れるため、キャパシタンスとしても振る舞う。
A specific connection form of each element will be described below.
The anode of the
The anode of the
The anode of the
The anode of the
It should be noted that the
インダクタ１２０の具体的な配置に関し、インダクタ１２０Ａの第１端は、アンテナ素子１１０Ａの第１端子Ｔ１に接続される。インダクタ１２０Ａの第２端は、アンテナ素子１１０Ｂの第３端子Ｔ３に接続される。つまり、アンテナ素子１１０Ａの第１端子Ｔ１とアンテナ素子１１０Ｂの第３端子Ｔ３とはインダクタ１２０Ａを介して接続される。
インダクタ１２０Ｂの第１端は、アンテナ素子１１０Ａの第２端子Ｔ２に接続される。インダクタ１２０Ｂの第２端は、アンテナ素子１１０Ｂの第４端子Ｔ４に接続される。つまり、アンテナ素子１１０Ａの第２端子Ｔ２とアンテナ素子１１０Ｂの第４端子Ｔ４とはインダクタ１２０Ｂを介して接続される。
インダクタ１２０は、高周波成分に対してハイインピーダンスとなるようにふるまう。そのため、インダクタ１２０を介して２つのアンテナ素子１１０を接続する回路は、整流時の帰還回路として機能する。
出力端子は、抵抗１３０の両端に設けられる。キャパシタンス１５０は、抵抗１３０に対して並列に存在する。このキャパシタンスは抵抗１３０に並列に挿入した素子により実現してもよいし、ダイオード１４０の逆方向動作時に発生するものと出力端子間の静電容量の合計と捉えてもよい。これ以外に、基板の誘電率や基板の配線間隔、基板の配線と基板裏面に接地がある場合に形成されるマイクロストリップ線路としての静電容量などを変更することでも調整可能である。
Regarding a specific arrangement of the
A first end of the
The
The output terminals are provided at both ends of the
各素子が上記のように接続されることにより、検出装置２０を構成する閉回路は、４つの閉ループを有する。第１の閉ループは、アンテナ素子１１０Ａからダイオード１４０Ａ、抵抗１３０、ダイオード１４０Ｄ、及びインダクタ１２０Ｂを介してアンテナ素子１１０Ａに接続される回路である。第２の閉ループは、アンテナ素子１１０Ｂからインダクタ１２０Ａ、ダイオード１４０Ａ、抵抗１３０、ダイオード１４０Ｄを介してアンテナ素子１１０Ｂに接続される回路である。第３の閉ループは、アンテナ素子１１０Ａからダイオード１４０Ｂ、抵抗１３０、ダイオード１４０Ｃ、及びインダクタ１２０Ａを介してアンテナ素子１１０Ａに接続される回路である。第４の閉ループは、アンテナ素子１１０Ｂからインダクタ１２０Ｂ、ダイオード１４０Ｂ、抵抗１３０、ダイオード１４０Ｃを介してアンテナ素子１１０Ｂに接続される回路である。
By connecting each element as described above, the closed circuit constituting the
第１及び第２の閉ループと第３及び第４の閉ループとは、互いに反対の極性の電圧の場合に動作する。電磁波は、交流波形であり正負の値を伴って振動するため、波形処理部２０２は、上記の４つの閉ループを有することで、交流波形における正電圧及び負電圧の両方を同一方向の電流に変換して測定することが可能となる、いわゆる、全波整流回路として動作する。全波整流に関しては後述で詳細に説明する。なお、本発明では、４つのダイオード１４０を設け４つの閉ループで構成したが、例えば、１つのダイオード１４０と１つのアンテナ素子１１０を用いた１つの閉ループで構成してもよい。この場合、波形処理部２０２は、いわゆる半波整流回路として動作する。また、更にダイオード１４０とアンテナ素子１１０を設け、例えば、２つのダイオード１４０と２つのアンテナ素子１１０を用いた２つの閉ループで構成することも可能である。全波整流回路については、上記の整流回路では２つのアンテナ素子１１０を用いているが、１つのアンテナ素子１１０を用いて各電圧極性毎に１つの閉ループを構成することも可能である。これにより、１つのアンテナ素子１１０で検出装置２０を構成することができるため、回路構造がシンプルとなり、装置自体のコンパクト化を図ることが可能である。
The first and second closed loops and the third and fourth closed loops operate when the voltages are of opposite polarity. Since electromagnetic waves are AC waveforms and oscillate with positive and negative values, the
波形処理部２０２は、上記の閉ループが形成されることにより、アンテナ素子１１０Ａ、１１０Ｂが生成する電気信号を整流し、かつ時定数を長くすることができる。具体的には、アンテナ素子１１０Ａ及び１１０Ｂにおいて、アンテナ素子１１０Ａの第１端子Ｔ１の電圧が第２端子Ｔ２の電圧より高い場合、即ち、アンテナ素子１１０Ｂの第３端子Ｔ３の電圧が第４端子Ｔ４の電圧より高い場合、電流は、アンテナ素子１１０Ａでは、上記の第１の閉ループに沿ってアンテナ素子１１０Ａの第１端子、ダイオード１４０Ａ、抵抗１３０、ダイオード１４０Ｄ、インダクタ１２０Ｂ、アンテナ素子１１０Ａの第２端子の順に流れ、他方、アンテナ素子１１０Ｂでは上記の第２の閉ループに沿ってアンテナ素子１１０Ｂの第３端子Ｔ３、インダクタ１２０Ａ、ダイオード１４０Ａ、抵抗１３０、ダイオード１４０Ｄ、アンテナ素子１１０Ｂの第４端子Ｔ４、の順に流れる。他方、アンテナ素子１１０Ａ及び１１０Ｂにおいて、アンテナ素子１１０Ａの第１端子Ｔ１の電圧が第２端子Ｔ２の電圧より低い場合、即ち、アンテナ素子１１０Ｂの第３端子Ｔ３の電圧が第４端子Ｔ４の電圧より低い場合、電流は、アンテナ素子１１０Ａでは、上記の第３の閉ループに沿ってアンテナ素子１１０Ａの第２端子Ｔ２、ダイオード１４０Ｂ、抵抗１３０、ダイオード１４０Ｃ、インダクタ１２０Ａ、アンテナ素子１１０Ａの第１端子Ｔ１の順に流れ、アンテナ素子１１０Ｂでは、上記の第４の閉ループに沿ってアンテナ素子１１０Ｂの第４端子Ｔ４、インダクタ１２０Ｂ、ダイオード１４０Ｂ、抵抗１３０、ダイオード１４０Ｃ、アンテナ素子１１０Ｂの第３端子Ｔ３の順に流れる。このように正負を有する交流波形に係る電流が、並列配置した各ダイオード１４０を介して流れるようにすることにより、電気信号が整流され、単極性を有する直流成分が生成される。
The
また上記において、各々ダイオード１４０Ｂ及びダイオード１４０Ｃまたはダイオード１４０Ａ及びダイオード１４０Ｄは、逆電圧がかかる場合に、キャパシタンスとして振る舞う。更に、逆電圧のかかっているダイオード１４０の端子間や検出抵抗の端子間、あるいは検出抵抗と並列にキャパシタンスを挿入した場合の当該キャパシタンス素子による静電容量と抵抗の積が時定数ＣＲとなり、波形処理部２０２とアンテナ素子１１０で構成させる回路の電気信号の波形形状を調整することができる。このようなキャパシタンスは、個々の素子間の距離、配線間あるいは配線と基板裏側の接地面との間もキャパシタンスとして機能する。これより、この時定数をある所定の値に定め、放電による電磁波に係る単極性のパルスの持続時間が、後述するアナログデジタル変換器２５のサンプリング周期より長くなるように設定することができる。
In addition, in the above, the
また、波形処理部２０２では、連続して発生する放電による電磁波を処理する際に、連続して処理された単極性のパルスが重ならないようにＣＲ回路の時定数が設定される。放電による電磁波が連続して発生する場合、処理された単極性のパルスの持続時間が長くなると、次に発生した電磁波によるパルスと重畳した波形が形成される可能性がでてくる。連続といっても図４に示すようにミリ秒オーダの差が存在するため、この時間まで引き延ばすと、１発の単極性パルスでも多数の点がサンプリングされ、処理にも時間を要するようになり、データ容量も大きくなる。また重畳された波形では電波強度も重畳された分だけ大きくなることから、例えば、後述するように、発生頻度や電波強度の大きさ等に基づく、障害の度合いや電気機器１０の制御を行うことが困難となるおそれがある。そこで、波形処理部２０２では、ＣＲ回路に基づく時定数に基づき、パルスとして検出し、アナログデジタル変換器２５のサンプリング周期より長くなるように設定しながら、連続する単極性のパルスが重ならないように処理される。
前述の図４は、検出抵抗１３０を１０ｋΩとし、オシロスコープを用いて５００ミリ秒間電磁波を測定した結果を示す図である。図４のグラフＡ及びＢは、市販のアンテナによる電磁波の測定結果を示す。図４のグラフＣは、第１の実施形態に係る検出装置２０による電磁波の測定結果を示す。検出抵抗１３０を変えると後述の図５のように波形処理部２０２で形成される単極性パルスの持続時間が変化する。一方で図４のグラフＣに示すように、第１の実施形態に係る検出装置２０によれば、市販のセンサＡやＢでの測定結果と同様に、同じ数のパルスが測定できていることがわかる。このように検出抵抗を調整して波形形成することで、パルスが重ならないようにして放電による電磁波を単極性のパルスに変換できる。
In addition, in the
FIG. 4, described above, shows the results of measuring electromagnetic waves for 500 milliseconds using an oscilloscope with a
図３Ｂは、ダイポールアンテナを用いた検出装置２０の構成例を示す図である。図３Ｂに示す例では、アンテナ素子１１０Ａ、１１０Ｂは、いずれもダイポールアンテナである。図３Ｂに示す例においては、アンテナ素子１１０Ａは、二分の一波長の長さの１本の直線状のエレメントＥａと２本のＬ字線路（第１Ｌ字線路Ｌ１ａ及び第２Ｌ字線路Ｌ２ａ）で構成される。第１Ｌ字線路Ｌ１ａは、エレメントＥａの一端から四分の一の長さの点から伸びる。第２Ｌ字線路Ｌ２ａは、エレメントＥａの他端から四分の一の長さの点から伸びる。同様に、アンテナ素子１１０Ｂは、二分の一波長の長さの１本の直線状のエレメントＥｂと２本のＬ字線路（第１Ｌ字線路Ｌ１ｂ及び第２Ｌ字線路Ｌ２ｂ）で構成される。第１Ｌ字線路Ｌ１ｂは、エレメントＥｂの一端から四分の一の長さの点から伸びる。第２Ｌ字線路Ｌ２ｂは、エレメントＥｂの他端から四分の一の長さの点から伸びる。
これにより、エレメントＥａ、Ｅｂの中心が常にゼロ電位になるため、アンテナ素子１１０Ａ、１１０Ｂは、仮想的に２つのエレメントを有するダイポールアンテナとして振る舞う。なお、他の実施形態においては、四分の一波長の長さの２つのエレメントを有するダイポールアンテナを用いてもよい。
FIG. 3B is a diagram showing a configuration example of the
As a result, the centers of the elements Ea and Eb are always at zero potential, so that the
図３Ｂに示す例では、アンテナ素子１１０Ａの第１端子Ｔ１は、第１Ｌ字線路Ｌ１ａの先端に設けられる。アンテナ素子１１０Ａの第２端子Ｔ２は、第２Ｌ字線路Ｌ２ａの先端に設けられる。アンテナ素子１１０Ｂの第３端子Ｔ３は、第１Ｌ字線路Ｌ１ｂの先端に設けられる。アンテナ素子１１０Ｂの第４端子Ｔ４は、第２Ｌ字線路Ｌ２ｂの先端に設けられる。図３Ｂに示す例では、検出装置２０は誘導体基板上に形成され、素子同士は、幅を持った導体箔で形成された線路によって接続される。これにより、作動時に逆電圧がかかるダイオード１４０と互いに向き合う各素子の線路間にキャパシタンスが生じる。これにより、例えば、図３Ａに示すように、回路上の、ダイオード１４０Ａ、Ｂとダイオード１４０Ｃ、Ｄとの間に抵抗１３０と並列にキャパシタンス１５０を設けたように、抵抗１３０と並列にキャパシタを有する回路として動作する。すなわち、第１の実施形態に係る検出装置２０は、物理的なキャパシタ素子を設けなくても、キャパシタンス１５０を有する。
In the example shown in FIG. 3B, the first terminal T1 of the
図３Ｂに示すように、検出装置２０をダイポールアンテナを用いた構成とすることで、平板上のコンパクトな基板に検出装置２０を構成することができる。また、本実施の形態では、リジッドプリント基板を用いた例を示したが、他の実施形態では検出装置２０は例えば、リジッド基板に代えてフレキシブル基板上に構成されてもよい。この場合、このような基板の上にパタンを形成すれば、ラウンドした平面上に形成した回路を構成でき、例えば、小型化等、装置の設計の自由度を高めることができる。
As shown in FIG. 3B, by configuring the
なお、第１の実施形態では、ダイポールアンテナ１１０による電磁波の受信範囲を確保するため、検出装置２０はマイクロストリップラインではなく、裏面にグラウンドプレーンを有しない基板で形成されるが、他の実施形態においては、アンテナ部以外をマイクロストリップラインやストリップラインで構成してもよい。また、アンテナ部をパッチアンテナで構成する場合には、検出装置２０全体をマイクロストリップラインで構成してもよい。
また、本実施の形態では、上記のように図３Ｂに仮想的にキャパシタンス１５０が設けられる例を示したが、図３Ａのように抵抗１３０と並列に物理的なキャパシタ素子を配置する等、抵抗１３０と積分回路を構成するように、回路上に物理的なキャパシタ素子を設けてもよい。
In the first embodiment, in order to ensure the reception range of electromagnetic waves by the dipole antenna 110, the
In addition, in this embodiment, an example in which capacitance 150 is virtually provided in FIG. 3B as described above has been shown, but a physical capacitor element may be provided on the circuit to form an integrating circuit with
ダイポールアンテナ１１０の長さ、使用するダイオード１４０（１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ）の種類、インダクタ１２０のインダクタンス及び抵抗１３０の抵抗値、およびこれら素子の配置を調整することにより、検出装置２０が検出することができる周波数及び電気信号が減衰する際の時定数を変化させることができる。時定数は、連続して生じる放電による電磁波を処理した単極性のパルスが重ならないようにしながら、検出装置２０に接続されるアナログデジタル変換器のサンプリング周期より長くなるように設定される。第１の実施形態ではダイオード１４０として、高周波用のショットキーバリアダイオードを用いる。第１の実施形態に係るダイポールアンテナ１１０のエレメントＥの長さは、放電によって生じる電磁波の波長の２分の１の長さ（例えば９０ｍｍ）に設定される。ダイポールアンテナ１１０のエレメントの長さを長くすることで、検出装置２０が検出可能な電磁波の周波数は低くなる。図５は、抵抗１３０の抵抗値別の波形を示す図である。図５に示すように、抵抗１３０の抵抗値を大きくすることで、電気信号が減衰する際の時定数は長くなる。なお、減衰の時定数は抵抗値と静電容量の積で決定されるため、ダイオード１４０のキャパシタンス成分や、回路配線の伝送線路の幅や厚みあるいは線間距離を調整し、容量を大きくすることが好ましい。なお、検出装置２０の少なくとも一部をマイクロストリップラインで構成することで、キャパシタンスを増加させることができる。図３Ｂに示す基板は、長辺がダイポールアンテナ１１０の長さである９０ｍｍ（１ＧＨｚの電磁波を受信するように設定された長さ）ほどである。抵抗１３０の抵抗値は１０ｋΩ、インダクタ１２０のインダクタンスは２２０ｎＨである。
By adjusting the length of the dipole antenna 110, the type of diode 140 (140A, 140B, 140C, 140D) used, the inductance of the
《実験結果》
図６は、障害によって生じる電磁波を捉えた検出装置２０の出力波形を示す図である。グラフＡ及びグラフＢは、１ＧＨｚ周辺の周波数を含む電磁波を受信できる一般的なアンテナにより、１ＧＨｚ周辺の周波数を含む電磁波を受信したときのアンテナの出力電圧の時間変化を示す図である。グラフＣは、第１の実施形態に係る検出装置２０が１ＧＨｚ周辺の周波数を含む電磁波を受信したときの出力電圧の時間変化を示す図である。グラフＡ、グラフＢ及びグラフＣは、いずれもオシロスコープによる計測結果を示す。
<Experimental Results>
6 is a diagram showing an output waveform of the
グラフＡ及びグラフＢに示される電圧は正負に振動して持続時間が短く、減衰が早く、いずれにおいても電圧がピーク値をとったときからグラフＡでは３０ｎｓ後に、グラフＢでは３００ｎｓ後には電磁波由来の電圧が検出されていない。これに対して、グラフＣにおける電圧は、単極性であり、減衰が遅く、電圧がピーク値をとったときから１５μｓ後であっても電磁波由来の電圧が検出されている。例えば、サンプリング間隔が１０μｓのアナログデジタル変換器を用いてデジタル信号の変換を試みる場合、グラフＡ及びグラフＢに示す電圧は減衰が早いためアナログデジタル変換器の出力信号に電磁波由来の電圧が含まれない可能性がある。例えば、電圧のピーク部分がサンプリング間隔の間に生じる場合、及びサンプリングタイミングが電磁波パルス発生時と仮に一致している場合でも信号が負の値である場合に、適切にデジタル信号に変換することができない。これに対し、第１の実施形態に係る検出装置２０によれば、グラフＣに示すように出力電圧が単極性の正の値を示すパルスであり減衰が遅いため、サンプリング間隔が１０μｓのアナログデジタル変換器を用いても電磁波由来の電圧を含むデジタル信号に変換することができる。
The voltages shown in graphs A and B oscillate positively and negatively, have a short duration, and decay quickly. In both cases, the voltage originating from electromagnetic waves is not detected 30 ns after the voltage peaks in graph A, and 300 ns after the voltage peaks in graph B. In contrast, the voltage in graph C is unipolar, decays slowly, and the voltage originating from electromagnetic waves is detected even 15 μs after the voltage peaks. For example, when attempting to convert a digital signal using an analog-digital converter with a sampling interval of 10 μs, the voltages shown in graphs A and B decay quickly, so that the output signal of the analog-digital converter may not contain the voltage originating from electromagnetic waves. For example, if the peak portion of the voltage occurs during the sampling interval, or if the signal is a negative value even if the sampling timing coincides with the generation of the electromagnetic wave pulse, it cannot be properly converted into a digital signal. In contrast, according to the
図７は、処理装置３０によりアナログデジタル変換器２５から受信されるデジタル信号の実験結果を示す図である。図７に示すグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は信号強度である。この実験においては電気機器１０としてボイド放電を発生させるサンプルと電気トリー放電を発生させるサンプルを使用した。期間１では電気機器１０を使用せず、期間２では電気機器１０としてボイド放電を発生させるサンプルを使用し、期間３では電気トリー放電を発生させるサンプルを使用した。期間１における信号強度は放電による電磁波が発生していない条件での環境ノイズ（ＢＧＮ：Background Noise）であることから、これらの信号は放電の検出においてはノイズである。期間１において検出される信号の強度は最大約２０ｍＶであることから、本実験においてノイズは最大約２０ｍＶであると考えられる。
期間２及び期間３において処理装置３０が受信する信号の中には、信号強度がノイズよりも大きいものが含まれる。これらの信号は放電による電磁波が発生したことによる信号と考えられる。
7 is a diagram showing the experimental results of the digital signal received from the analog-
Among the signals received by the
図８は、処理装置３０によりアナログデジタル変換器２５から受信されるデジタル信号の実験結果を示す図である。図８に示す実験においては、図７に示す実験とは異なり、処理装置３０は、信号強度が５０ｍＶ以上の信号のみをカウントするように設定されている。期間１から期間３までの期間において使用される電気機器１０は、それぞれ図８に示す実験で使用されたものと同じである。
期間１において信号は１つもカウントされていないが、期間２及び期間３において閾値である５０ｍＶ以上の信号がいくつかカウントされている。このようにして、適切な閾値を設定し閾値以上の信号強度を持つ信号のみをカウントすることによって、放電により発生する電磁波パルスを検出することができる。
Fig. 8 is a diagram showing the experimental results of the digital signal received by the
While no signals were counted in
《作用・効果》
このように、本実施形態によれば、検出装置２０は、アンテナ部２０１により電気機器１０の障害に伴って生じる電磁波を受信し、当該電磁波を正の単極性の電流パルスに変換し、かつ電流が減衰するのを遅らせる。これにより、検出装置２０は、波形処理部２０２の時定数をアナログデジタル変換器のサンプリング周期より長くすることで、放電による電磁波パルス由来の電流を処理するアナログデジタル変換器が比較的長いサンプリング周期を有していても、適切に検出、処理することができる。また、第１の実施形態に係る検出装置２０は、平板上の小さな回路として構成されることができる。これにより、家庭内など大きな装置を置くことができない環境にも検出装置２０を設置することができる。
<Action and Effects>
Thus, according to this embodiment, the
〈第２の実施形態〉
《放電検出システムの構成》
第２の実施形態では、第１の実施形態に係る検出装置２０を用いて電気機器１０の放電を検出する放電検出システムについて説明する。図９は、放電検出システム１の構成を示す図である。
放電検出システム１は、検出装置２０、アナログデジタル変換器２５、処理装置３０、制御装置４０を備える。第２の実施形態に係る処理装置３０は、例えば、消費電力の小さい小型のシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）で構成される。このようなコンピュータの処理能力は、一般的にオシロスコープなどの分析装置と組み合わせた専用の処理装置と比較して低いが、本発明では上記で述べた検出装置２０を用いることにより、専用の処理装置と同様の処理を行うことが可能となる。つまり、放電検出システム１では、アナログデジタル変換器２５で処理装置３０が処理可能な程度の伝送速度で信号を伝送する必要があるため、検出装置２０により、受信した電波の波形を調整し、低いサンプリング周波数でも標本を得ることができるように処理されたものがアナログデジタル変換器２５に入力されるように構成される。また、放電検出システム１では、短時間パルスの電磁波の検知ができることに限らず、その電磁波は放電によるものであるかの識別を行い、放電である場合はその強度も把握することできるため、必要最小限の構成で安価かつ、省スペースで各種、機能を有することが可能である。第２の実施形態に係る放電検出システム１は、制御対象の電気機器１０ごとに設けられる。なお、他の実施形態においては、放電検出システム１は部屋や測定領域に置かれ、一つあるいは複数の検出装置を用いることで放電が発生した方向を特定して、その方向にある電気機器１０と関連付けが行われるように設定されてもよい。検出装置２０は、制御対象の電気機器１０の近傍に設けられることが望ましいが、上記のように電気機器から離れた場所に設置してもよく、例えば、電気機器１０から伝搬してくる電磁波をアンテナが有する指向性の方向により特定することも可能である。以下にこのシステムについて詳細に説明する。
Second Embodiment
<Configuration of Discharge Detection System>
In the second embodiment, a discharge detection system that detects discharge from an
The
検出装置２０は、障害によって生じる電磁波に係る単極性パルスの持続時間が、アナログデジタル変換器２５のサンプリング周期より長くなるように設定される。なお、検出装置２０は、１つだけでなく複数設けることが可能である。
アナログデジタル変換器２５は、検出装置２０から送信された正の単極性の電流パルスをデジタル信号に変換する。アナログデジタル変換器２５は、変換により生じたデジタル信号を処理装置３０に送信する。処理装置３０は、アナログデジタル変換器２５より受信したデジタル信号を処理し電気機器１０の放電による電磁波を評価する。
The
The analog-to-
ここで処理装置３０に関して具体的に説明する。処理装置３０は電気機器１０の放電に関するさまざまな評価を行う機能を持たせたものとすることができる。例えば、第１の機能として、処理装置３０は、このデジタル信号が入力されることにより放電による電磁波の存在を認識されるため、いわゆる、放電による電磁波の有無を評価するものである。この機能については、放電が起こりうる事象が、動作への影響等、対象とする電気機器１０に対するものや、その電気機器１０が用いられる電波環境に対して影響が大きい場合に非常に有効である。第２の機能としては、電波強度も取得可能であることから、例えば、ある値以上の時に放電が発生したことを判定したり、または、デジタル信号の強度をいくつかの段階に分け、放電の危険度の判定等により、状況の監視、状況表示や通報、警告等により評価するものである。この機能は例えば、故障等の異常発生の高い電気機器１０や、危険度の監視が必要な設備や環境等への適用が有効である。更に、第３の機能として、電波強度の定量的大きさも把握できることから、上記のような、異常や危険度等の機器の作動への影響を配慮したものだけでなく、例えば、対象とする電気機器１０が放電を常時、機能の一つとして利用する場合等、正常に作動しているかどうか、状況を監視しながら、検出される電磁波の大きさに基づいて対象とする電気機器１０の作動を制御し安定した作動を維持、確保することで、放電の評価を行うものである。処理装置３０は、上記の機能を１つまたは２つ、または全て有するものとして構成することができる。また放電の評価は、他の放電検知システムにより記録されたデータ、または自身の記録装置に過去に記録されたデータと比較して、放電の危険度や状態を評価することが含まれる。処理装置３０は処理した結果に基づいて所定のアクションを実行する。具体的には、処理装置３０は、処理結果に応じて、障害の度合い（放電無し、注意不要、軽度障害、重度障害）を示す表示をディスプレイやインジケータに表示させる。また処理装置３０は、障害の度合いが重度である場合に、制御装置４０に電気機器１０へ供給する電力を制限させる指示を出力する。また処理装置３０は、処理結果に応じて電子メールなどによってを制御装置４０に送信してもよい。
Here, the
制御装置４０は、上記の機能を有する処理装置３０から受信した処理結果に基づいて電気機器１０を制御する。制御装置４０は、例えば、電気機器１０と接続されたスイッチや、電気機器１０に電力を供給する回路に設けられたブレーカであってよい。制御装置４０は、例えば、処理結果が放電の危険度が高いことを示す場合に、電気機器１０への電気の供給を停止する。また制御装置４０は、例えば、処理結果が放電の危険度が高いことを示す場合に、電気機器１０へ供給される電力を制限してもよい。
The
アナログデジタル変換器２５及び処理装置３０は、波形処理部２０２が単極性の電流パルスの減衰を遅延化させていることから、アンテナ部２０１が受信する短時間電磁波パルスを検出し処理するための時間分解能を有する必要はない。例えば、検出装置２０が検出する電圧がグラフＣで示される電圧である場合、アナログデジタル変換器２５のサンプリング周期は１０μｓでよい。
The analog-to-
《放電検出システム１の動作》
図１０は、前述した機能を全て組み合わせた例として、放電検出システム１の動作を示すフローチャートである。
検出装置２０のアンテナ部２０１は、電磁波を受信し、電磁波を電気信号に変換する（ステップＳ１０１）。生成された電気信号は、波形処理部２０２を通ることで、単極性の遅延時間の長いパルス状の電気信号に変換される（ステップＳ１０２）。アナログデジタル変換器２５は、検出装置２０の出力端子から電気信号を取得し、所定のサンプリング周期によって電圧の大きさとサンプリング時刻を有するデジタル信号に変換する（ステップＳ１０３）。アナログデジタル変換器２５が生成したデジタル信号は、処理装置３０に入力される。処理装置３０は、入力されたがデジタル信号が表す電圧値に基づいて電気機器１０の放電の有無を判定する（ステップＳ１０４）。例えば、処理装置３０は、デジタル信号が所定の閾値を超える電圧値を示す場合に、電気機器１０に障害による放電が生じていると判定する。
<<Operation of
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the electric
The
処理装置３０は、電気機器１０が放電していると判定した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、放電の状態を評価する（ステップＳ１０５）。例えば、処理装置３０は、放電を示す電圧値の発生頻度が多いほど、電圧値が大きいほど、電圧値の変化の傾きが大きいほど、電気機器１０の障害の度合いが重度であると判定する。処理装置３０は、電気機器１０の状態が重度の障害であると判定した場合（ステップＳ１０５：重）、制御装置４０に電気機器１０への電力の供給を制限させる指示を出力する（ステップＳ１０６）。制御装置４０は、指示に従って電気機器１０に供給する電力を制限する（ステップＳ１０７）。このとき、処理装置３０は、ディスプレイやインジケータに電気機器１０が重度の障害であることを表示させてもよい。例えば、処理装置３０は、インジケータを赤色に点灯させる。また処理装置３０は、ユーザが所持するスマートホンなどに電気機器１０の障害を通知する信号や電子メールを送信してもよい。
When the
他方、処理装置３０は、電気機器１０の状態が軽度の障害であると判定した場合（ステップＳ１０５：軽）、処理装置３０のディスプレイやインジケータに電気機器１０が軽度の障害であることを表示させる（ステップＳ１０８）。例えば、処理装置３０は、インジケータを黄色に点灯させる。処理装置３０は、ユーザが所持するスマートホンなどに電気機器１０の障害を通知する信号を送信してもよい。
On the other hand, if the
ステップＳ１０５において電気機器１０に注意を要する程度の障害が生じていないと判定した場合（ステップＳ１０５：無）、処理装置３０のディスプレイやインジケータに電気機器１０に注意を要する程度の障害が生じていないことを表示させる（ステップＳ１０９）。例えば、処理装置３０は、インジケータを青色に点灯させる。
また、ステップＳ１０４にて電気機器１０が放電していないと判定した場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、処理装置３０のディスプレイやインジケータに電気機器１０に障害による放電が生じていないことを表示させる（ステップＳ１１０）。例えば、処理装置３０は、インジケータを緑色に点灯させる。
When it is determined in step S105 that no fault requiring attention has occurred in the electrical device 10 (step S105: NO), the
Furthermore, when it is determined in step S104 that the
処理装置３０は、ステップＳ１０４及びＳ１０５の判定結果をログデータとして内部の記録装置に記録する（ステップＳ１１１）。ログデータは、検出した電圧値、障害の程度、及び時刻を含む。上記の処理が、アナログデジタル変換器２５のサンプリング周期ごとに、または処理装置３０の計算周期ごとに実行される。なお、ログデータは放電が検出された場合にのみ記録されてもよい。これにより、ログデータの増大を防ぐことができる。
The
《作用・効果》
このように、第２の実施形態に係る放電検出システム１によれば、検出装置２０が捕捉した放電パルスに相当するパルス信号の持続時間が、アナログデジタル変換器２５のサンプリング周期より長く構成される。このように構成することで、放電検出システム１は、シングルボードコンピュータのような簡易かつ安価な機器を用いて、電気機器１０の放電を検出することができる。これにより、工場等に限らず、家庭内などにおいても電気機器１０の障害を検出することができる。また、工場に配置する場合にも、放電検出システム１のコストを抑えることができる。
また、第２の実施形態に係る放電検出システム１によれば、検出装置２０を図３Ｂに示すような回路で構成することで、検出装置２０のサイズを小さくし、またパルス信号の持続時間を長くすることでシングルボードコンピュータのような小型の機器で電気機器１０の放電を検出することができる。これにより、例えば、検出装置２０とアナログデジタル変換器２５、処理装置３０、及び制御装置４０をコンパクトに一体化する等により、家庭内など、十分なスペースを確保することが困難な場所でも、放電検出システム１を設置することができる。別の実施形態として、検出装置２０に用いる基板をフレキシブル基板とすることで、曲面を有する本体に合わせてアンテナや検出回路を構成することもできる等、装置の設計に対する自由度を高めることができる。
<Action and Effects>
Thus, according to the
According to the
また、第２の実施形態に係る放電検出システム１によれば、処理装置３０は、ステップＳ１０４において電気機器１０が放電していると判定した場合に、ステップＳ１０５で受電強度や頻度に基づいて放電の状態を評価する。これにより、処理装置３０は、放電が発生した場合に電気機器１０の故障の進行度合いに応じた処理を行うことができる。なお、他の実施形態においては、放電検出システム１は、必ずしも放電の状態の評価を行わず、放電の有無の検出により故障の有無を判定するものであってもよい。
Furthermore, according to the
また、第２の実施形態に係る放電検出システム１によれば、処理装置３０は、電気機器１０を制御する制御装置４０と連携し、電気機器１０の状態に応じて電気機器１０を制御することができる。例えば、電気機器１０が電子レンジであって、誤って金属を内包したまま動作した場合に、放電検出システム１はマイクロ波が金属に当たって生じる放電を検出し、放電の大きさから危険度が高いと判断し、電子レンジを停止させることができる。これにより、電子レンジの故障や事故等を未然に防ぐことができる。なお、他の実施形態においては、放電検出システム１が必ずしも電気機器１０の制御を行わず、故障の状態を光や音で報知するものであってもよい。
Furthermore, according to the
〈第３の実施形態〉
《動作判定システムの構成》
第３の実施形態では、第１の実施形態に係る検出装置２０を用いて電磁波を発する電気機器１０が正常に動作しているか否かを判定する動作判定システムについて説明する。図１１は、動作判定システム２の構成を示す図である。第３の実施形態に係る電気機器１０は、例えば空気清浄機や高輝度ランプのように、常時動作時に放電を生じる機器である。
動作判定システム２は、第２の実施形態に係る放電検出システム１と同様に、検出装置２０、アナログデジタル変換器２５、処理装置３０、制御装置４０を備える。第３の実施形態に係る動作判定システム２は、第２の実施形態と検出装置２０が検出する電磁波の周波数帯と、処理装置３０及び制御装置４０の動作が異なる。
Third embodiment
Configuration of the Action Determination System
In the third embodiment, an operation determination system that determines whether or not an
Similar to the
第３の実施形態に係る検出装置２０は、電気機器１０の正常動作時に生じる放電の電磁波を捕捉するように構成される。例えば、検出装置２０は、ＩＳＭバンドの電磁波を検出する。
処理装置３０は、アナログデジタル変換器２５より受信したデジタル信号の強度に基づいて電気機器１０が正常に動作しているか否かを評価する。例えば、処理装置３０は、電気機器１０の動作中に所定の周波数帯の電磁波が発生している場合に、電気機器１０が正常に動作していると判定する。また処理装置３０は、電気機器１０の動作中に生じている電磁波の強度が正常範囲を上回る場合もしくは下回る場合、または電磁波の発生頻度が正常範囲を上回る場合もしくは下回る場合に、電気機器１０が異常であると判定する。また処理装置３０は、電気機器１０が動作中であるにもかかわらず電磁波が生じていない場合に、電気機器１０が異常であると判定する。
The
The
制御装置４０は、処理装置３０から受信した処理結果に基づいて電気機器１０を制御する。制御装置４０は、例えば、電気機器１０と接続されたスイッチや、電気機器１０に電力を供給する回路に設けられたブレーカと有線、または無線で接続され、電気機器１０に電気が供給されているか否かを検出し、電気機器１０が動作しているか否かを処理装置３０に通知する。また、スイッチに関するその他の例として、例えば、電気機器１０が接続されるコンセントに、ブレーカと有線、または無線で接続されるスイッチを設け、制御装置４０と通信することにより、電気機器１０の作動状況を検知することも有用である。このようにすることで、例えば、家庭やオフィス、個人事務所等、小規模の設備への適用する場合、有用である。
The
《動作判定システム２の動作》
図１２は、動作判定システム２の動作を示すフローチャートである。
検出装置２０のアンテナ部２０１は、電磁波を受信し、電磁波を電気信号に変換する（ステップＳ２０１）。生成された電気信号は、波形処理部２０２を通ることで、単極性のパルス状の電気信号に変換される（ステップＳ２０２）。アナログデジタル変換器２５は、検出装置２０の出力端子から電気信号を取得し、所定のサンプリング周期によって電圧の大きさを示すデジタル信号に変換する（ステップＳ２０３）。アナログデジタル変換器２５が生成したデジタル信号は、処理装置３０に入力される。処理装置３０は、入力されたがデジタル信号が表す電圧値に基づいて電気機器１０の放電の有無を判定する（ステップＳ２０４）。
<<Operation of the
FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the
The
処理装置３０は、電気機器１０が放電していると判定した場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、放電に係る電磁波に基づいて正常な動作状態であるか否かを評価する（ステップＳ２０５）。例えば、処理装置３０は、電磁波の強度及び発生頻度が、機器ごとに予め定められた正常範囲内にある場合に、電気機器１０が正常に動作していると判定する。他方、強度及び発生頻度の正常範囲からの乖離の度合いが大きいほど、電気機器１０の正常の動作範囲でないと判定する。処理装置３０は、正常の動作範囲でないと判定された電気機器１０の状態が重度であると判定した場合（ステップＳ２０５：重）、制御装置４０に電気機器１０への電力の供給を制限させる指示を出力する（ステップＳ２０６）。制御装置４０は、指示に従って電気機器１０に供給する電力を制限する（ステップＳ２０７）。このとき、処理装置３０は、ディスプレイやインジケータに電気機器１０が重度の状況であることを表示させてもよい。また処理装置３０は、ユーザが所持するスマートホンなどに電気機器１０の状況を通知する信号を送信してもよい。
When the
他方、処理装置３０は、正常の動作範囲でないが電気機器１０の状態が軽度であると判定した場合（ステップＳ２０５：軽）、処理装置３０のディスプレイやインジケータに電気機器１０が軽度であることを表示させる（ステップＳ２０８）。処理装置３０は、ユーザが所持するスマートホンなどに電気機器１０の状況を通知する信号を送信してもよい。
On the other hand, if the
ステップＳ２０５において電気機器１０が正常な動作範囲内であると判定した場合（ステップＳ２０５：無）、処理装置３０のディスプレイやインジケータに電気機器１０に正常であることを表示させる（ステップＳ２０９）。
If it is determined in step S205 that the
ステップＳ２０４において、処理装置３０によって電気機器１０が放電していないと判定された場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、処理装置３０は、電気機器１０が稼働しているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。具体的には、処理装置３０は、制御装置４０に電気機器１０の稼働状態の問い合わせを送信し、その回答に基づいて判定を行う。制御装置４０は、処理装置３０からの問い合わせに対し、電気機器１０に所定レベル以上の電力を供給している場合に稼働している旨の応答を、供給されている電力が所定レベル未満（例えば、待機電力相当）である場合に稼働していない旨の応答を送信する。
If the
電気機器１０が稼働していない場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、処理装置３０のディスプレイやインジケータに電気機器１０に、停止中等、正常であることを表示させる（ステップＳ２１１）。他方、電気機器１０が稼働している場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、処理装置３０は電気機器１０が正常な動作範囲でなく動作していないと判定し、処理装置３０のディスプレイやインジケータに電気機器１０が動作していないことを表示させる（ステップＳ２１２）。このとき、処理装置３０は、制御装置４０に電気機器１０への電力の供給を制限させる指示を出力してもよい。
If the
処理装置３０は、ステップＳ２０４、Ｓ２０５及びＳ２１０の判定結果をログデータとして内部の記録装置に記録する（ステップＳ２１３）。上記の処理が、アナログデジタル変換器２５のサンプリング周期ごとに、または処理装置３０の計算周期ごとに実行される。
The
《作用・効果》
このように、第３の実施形態に係る動作判定システム２によれば、処理装置３０は、ステップＳ２０４において電気機器１０が放電していると判定した場合に、ステップＳ２０５で受電強度や頻度に基づいて電気機器１０の動作状態を評価する。これにより、処理装置３０は、放電が発生した場合に電気機器１０が正常に動作しているか否かに応じた処理を行うことができる。なお、他の実施形態においては、放電検出システム１は、必ずしも放電の状態の評価を行わず、放電の有無の検出により故障の有無を判定するものであってもよい。
<Action and Effects>
Thus, according to the
また、第３の実施形態に係る動作判定システム２によれば、処理装置３０は、ステップＳ２０４において電気機器１０が放電していないと判定した場合に、ステップＳ２１０で電気機器１０が稼働中か否かを判定することで、電気機器１０の動作状態を評価する。すなわち、電気機器１０に電力が供給されているにも関わらず、電気機器１０から放電が発生していないということは、電気機器１０が正常に動作していないことを示す。これにより、空気清浄機や高輝度ランプのように、家庭や公共設備等、一般的に使用されているが動作状況が目に見えない電気機器１０においても、動作判定システム２を用いることで、利用者は電気機器１０が正常に動作しているか否かを確認することができる。
Furthermore, according to the
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
Other Embodiments
Although one embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes, etc. are possible within the scope that does not deviate from the gist of the present invention.
第２の実施形態に係る放電検出システム１は、検出対象の電気機器１０ごとに設けられるが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、１つの放電検出システム１が複数の電気機器１０が設けられた部屋や測定領域に置かれ、放電が発生した方向にある電気機器１０を特定することで、複数の電気機器１０の障害を判定してもよい。例えば、放電検出システム１は、異なる方向に指向性を向けた２つ以上の検出装置２０を備えてもよい。検出装置２０はそれぞれ異なる方向から発生した電磁波を受信するように配置される。例えば、検出装置２０のアンテナ素子１１０がダイポールアンテナによって構成される場合、アンテナ素子１１０のアンテナ長さ方向の検出感度が低いことを利用することができる。また、例えば、アンテナ素子１１０の一部を金属で遮蔽し、遮蔽していない方向からの電磁波のみを受信するようにしてもよい。このとき、処理装置３０は、アンテナ部２０１が電磁波を受信した方向に基づいて、複数の電気機器１０のうちいずれで放電が発生したかを判定する。例えば、処理装置３０は、検出装置２０の設置位置及び指向性の向く方向とから、電磁波の到来方向を推定し、予め記憶している電気機器１０の設置位置に基づいて到来方向に存在する電気機器１０を、放電が生じた機器と推定することができる。また、他の実施形態に係る放電検出システム１は、アンテナ素子１１０でアレイアンテナを構成することで、電磁波の到来方向を走査することができる。
The
また、他の実施形態に係る検出装置２０は、受信する電磁波の周波数が異なる２つ以上のアンテナ部２０１を含んでいてもよい。このとき、処理装置３０は、アンテナ部２０１が受信した電磁波の周波数に基づいて、２以上ある電気機器１０のうちいずれで放電が発生したかを判定してもよい。つまり、処理装置３０は、予め電気機器１０ごとに、障害時に発生する電磁波の周波数を記憶しておくことで、放電の発生した電気機器１０を特定することができる。処理装置３０は、アンテナ部２０１が受信した電磁波の周波数に基づいて、電気機器１０により発生させられる放電が機器の異常を示すものであるのか否かを判定してもよい。また他の実施形態に係る検出装置２０は、アンテナ部２０１と波形処理部２０２との間にフィルタリング周波数を変更可能なバンドパスフィルタを設けることで、異なる周波数の電磁波を検出するように構成してもよい。
The
アンテナ部２０１は、一般的なアンテナ及び検波器のようなフィルタからなる構成でもよい。例えば、一般的なアンテナがＵＨＦ帯の電磁波を受信するアンテナであり、フィルタがアンテナにより受信される電磁波のうち１ＧＨｚ帯の電磁波以外をカットし、且つ正負に振動する波形を単極のパルスに形成するフィルタであるとき、アンテナ部２０１は、１ＧＨｚ帯の電磁波を受信することができる。なお、一般的なアンテナを用いる場合にも、図３Ａに示すような回路構成を組み込むことで、ＳＢＣのような小型で簡素な構成のコンピュータを用いて簡便に放電の検出を行うことができる。
The
上述した実施形態では処理装置３０はアナログデジタル変換器２５から受信する信号の強度のみを基準として放電が発生したか否かを判定しているが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る処理装置３０は、放電により発生する光、音または電流を検出する素子を有し、放電により発生する光、音または電流を検出し、検出した光、音または電流にも基づいて放電が発生したか否かを判定してもよい。例えば、処理装置３０は、所定の強度の電磁波を検出し、検出時刻を中心とする所定の時間帯において、光、音、電流の何れか１つが検出された場合に、放電が発生したと判定する。なお、光、音、電流を検出する素子も、アナログデジタル変換器２５のサンプリング周期に応じてピークを検出することができるように、波形処理部２０２を備えていてよい。
In the above-described embodiment, the
また、電気機器１０が電源電圧として交流電圧を使用する場合、処理装置３０は電源電圧の位相にも基づいて放電が発生したか否かを判定してもよい。放電の発生原因により、放電の発生する周期が電源電圧の周期と相関性を有することがあるためである。例えば、処理装置３０は、電気機器１０と同じ電源電圧によって駆動し、電源電圧のゼロクロスタイミングを中心とする所定の時間帯において所定の強度の電磁波が検出された場合に、放電が発生したと判定する。
In addition, when the
上述した実施形態では処理装置３０は電気機器１０に電力を供給する制御装置に指示を出力するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る処理装置３０は、電気機器１０に動作を制限させる制御信号を送信してもよい。また、処理装置３０は、制御装置４０や電気機器１０に信号を出力せず、処理装置３０自身が警告音を発する、ランプを光らせるなど人間が知覚可能な信号を出力することで、放電が生じていることを示してもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した検出装置２０や放電検出システム１に関しては、受信可能な周波数帯を対象とする電気機器や、またはユーザのニーズに応じて受信可能な周波数を柔軟に適宜設定可能であることから汎用性が高く、更に制御機能、通信機能等を有し簡易かつコンパクトな構造とすることができ、例えば、機器の作動を自動で運用される、スマートホームやスマートファクトリへの適用が有効である。
The
１ 放電検出システム
２ 動作判定システム
１０ 電気機器
２０ 検出装置
２０１ アンテナ部
２０２ 波形処理部
２５ アナログデジタル変換器
３０ 処理装置
４０ 制御装置
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記電気信号の強さの減衰を遅延させる波形処理部と、
を備える検出装置であって、
前記信号変換部はアンテナで構成され、
前記波形処理部は、前記アンテナに接続された第一の整流部と、前記第一の整流部に接続された積分回路と、前記積分回路に接続された第二の整流部で構成される、
検出装置。 A signal conversion unit that captures a signal emitted from an electrical device and converts the captured signal into an electrical signal;
A waveform processing section that delays attenuation of the intensity of the electrical signal;
A detection device comprising:
The signal conversion unit is composed of an antenna,
The waveform processing unit is composed of a first rectification unit connected to the antenna, an integration circuit connected to the first rectification unit, and a second rectification unit connected to the integration circuit.
Detection device.
前記第一の整流部のアノード側は前記アンテナに接続され、前記第一の整流部のカソード側は積分回路に接続され、前記第二の整流部のアノード側は、前記積分回路に接続される、
請求項１に記載の検出装置。 the first rectification unit and the second rectification unit each include a pair of diodes,
an anode side of the first rectification unit is connected to the antenna, a cathode side of the first rectification unit is connected to an integration circuit, and an anode side of the second rectification unit is connected to the integration circuit;
The detection device according to claim 1 .
請求項１又は２に記載の検出装置。 The integrating circuit is composed of a parallel circuit of a capacitance and a resistance.
3. A detection device according to claim 1 or 2.
請求項１から３のいずれか一項に記載の検出装置。 an inductor is further connected to the first rectification unit and the second rectification unit;
4. A detection device according to claim 1.
前記電気信号の強さの減衰を遅延させる波形処理部と、
を備える検出装置であって、
前記信号変換部は第一のアンテナ及び第二のアンテナで構成され、
前記波形処理部は、前記第一のアンテナに接続された第一の整流部と、前記第一の整流部に接続された積分回路と、前記積分回路に接続されるとともに前記第二のアンテナに接続された第二の整流部で構成され、
第一の整流部と第二の整流部は、それぞれ一対のダイオードで構成され、前記第一の整流部のアノード側は前記第一のアンテナに接続され、前記第一の整流部のカソード側は前記積分回路に接続され、前記第二の整流部のアノード側は前記積分回路に接続され、前記第二の整流部のカソード側は前記第二のアンテナに接続される、
検出装置。 A signal conversion unit that captures a signal emitted from an electrical device and converts the captured signal into an electrical signal;
A waveform processing section that delays attenuation of the intensity of the electrical signal;
A detection device comprising:
the signal conversion unit is composed of a first antenna and a second antenna,
the waveform processing section includes a first rectification section connected to the first antenna, an integration circuit connected to the first rectification section, and a second rectification section connected to the integration circuit and to the second antenna;
the first rectification unit and the second rectification unit each include a pair of diodes, the anode side of the first rectification unit is connected to the first antenna, the cathode side of the first rectification unit is connected to the integrating circuit, the anode side of the second rectification unit is connected to the integrating circuit, and the cathode side of the second rectification unit is connected to the second antenna;
Detection device.
前記特定の周波数は、前記電気機器の障害によって生じる放電に係る電磁波が持つ周波数を含み、かつ、正常な機器が発する既知の周波数を含まない、
請求項１から５のいずれか一項に記載の検出装置。 The signal is an electromagnetic wave of a specific frequency emitted from the electrical device,
The specific frequency includes a frequency of an electromagnetic wave related to a discharge caused by a fault in the electrical equipment, and does not include a known frequency emitted by a normal equipment.
6. A detection device according to any one of claims 1 to 5.
前記信号変換部及び前記波形処理部は、前記基板上のアナログ回路により実現される、
請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。 Further comprising a flat substrate;
The signal conversion unit and the waveform processing unit are realized by analog circuits on the board.
7. A detection device according to any one of claims 1 to 6.
前記検出装置により変換される電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
前記デジタル信号を処理し、電気機器の放電の有無を判定する処理装置と、
を備え、
前記電気機器の放電が生じたときに前記検出装置が出力する前記電気信号のパルスの持続時間は、前記アナログデジタル変換器のサンプリング周期よりも長い、
放電検出システム。 A detection device according to any one of claims 1 to 7;
an analog-to-digital converter for converting the electrical signal converted by the detection device into a digital signal;
A processing device that processes the digital signal and determines whether or not the electrical device is discharging;
Equipped with
a duration of the pulse of the electrical signal output by the detection device when a discharge occurs in the electrical equipment is longer than a sampling period of the analog-to-digital converter;
Discharge detection system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021054996A JP7610835B2 (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Detection device and discharge detection system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021054996A JP7610835B2 (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Detection device and discharge detection system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022152284A JP2022152284A (en) | 2022-10-12 |
| JP7610835B2 true JP7610835B2 (en) | 2025-01-09 |
Family
ID=83556015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021054996A Active JP7610835B2 (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Detection device and discharge detection system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7610835B2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002022790A (en) | 2000-07-04 | 2002-01-23 | Hitachi Ltd | Partial discharge detector for gas insulated equipment |
| JP2008039606A (en) | 2006-08-07 | 2008-02-21 | Toshiba Corp | Partial discharge signal conversion device and display method in rotating electrical machine |
| JP2013076589A (en) | 2011-09-29 | 2013-04-25 | Toshiba Corp | Insulation diagnostic device |
| JP2013152245A (en) | 2005-09-06 | 2013-08-08 | Three M Innovative Properties Co | Electromagnetic radiation event detection and measuring device |
-
2021
- 2021-03-29 JP JP2021054996A patent/JP7610835B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002022790A (en) | 2000-07-04 | 2002-01-23 | Hitachi Ltd | Partial discharge detector for gas insulated equipment |
| JP2013152245A (en) | 2005-09-06 | 2013-08-08 | Three M Innovative Properties Co | Electromagnetic radiation event detection and measuring device |
| JP2008039606A (en) | 2006-08-07 | 2008-02-21 | Toshiba Corp | Partial discharge signal conversion device and display method in rotating electrical machine |
| JP2013076589A (en) | 2011-09-29 | 2013-04-25 | Toshiba Corp | Insulation diagnostic device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022152284A (en) | 2022-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107407708B (en) | Partial discharge detection system | |
| US8878563B2 (en) | System and apparatus for arc detection and location in solar arrays | |
| KR100378629B1 (en) | Method and apparatus for detecting arcing in ac power systems by monitoring high frequency noise | |
| US9435845B2 (en) | Method and apparatus for detecting an arc in a DC circuit | |
| CN104685366A (en) | Partial discharge detection system and method with synchronization | |
| US11843236B2 (en) | Arc detection system and method for an aircraft high voltage and direct current electrical circuit | |
| US11579181B2 (en) | Detection of a partial discharge | |
| CN111108400B (en) | Method and device for detecting partial discharges in an electrical operating mechanism | |
| US10101376B2 (en) | System and process | |
| CN109001600B (en) | Active full-frequency band online partial discharge detection method and system | |
| JP7610835B2 (en) | Detection device and discharge detection system | |
| KR20170014399A (en) | Monitoring system of electromagnetic wave and grounding resistance | |
| US20140042320A1 (en) | Emi filtering detector and method for same | |
| CN107192946A (en) | A kind of SF6 primary cut-outs arcing Characteristics Detection system | |
| US11018494B2 (en) | Electronic protection device | |
| CN215678615U (en) | Partial discharge monitoring system based on multiple sensors | |
| KR101808849B1 (en) | Apparatus for diagnosing deterioration of distributing board | |
| US10103536B2 (en) | Circuit for detecting arc due to contact inferiority | |
| KR102836447B1 (en) | Apparatus for detecting live wire and partial discharge and insulator including same | |
| CN115436765A (en) | Partial discharge detection instrument and equipment noise suppression capability detection system and application method thereof | |
| Keenan et al. | Arc detectors | |
| US20080129309A1 (en) | Method For Detecting and Locating a Ground Failure In an Electrical Line | |
| JP2020190510A (en) | Board life monitoring device and board life remote monitoring system | |
| JP4711389B2 (en) | Discharge type security device | |
| CN120344865A (en) | Apparatus and method for detecting arc faults |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231219 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240730 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240731 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240925 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241022 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241029 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241203 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241216 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7610835 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |