JP2007232477A - プレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法およびループアンテナ型センサ - Google Patents

Abstract

【課題】一つのセンサで、ケーブル接続部の部分放電検出信号と内部温度の両方を測定出来る様にして、診断手法の低コスト化、スキルレス化を可能とするプレハブ型ケーブル接続部の中間接続部又は終端部の欠陥検出方法および当該センサを提供する。
【解決手段】異なる種類の金属導体とその異なる種類の金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位１ｂからなるループ部１ａを形成したループアンテナ型センサ１のループ部１ａをプレハブ型電力ケーブル終端部１０に設置し、金属導体の他端である開放端１ｄに部分放電検出用検出インピーダンス２１（及び／又は熱電温度計２４）を接続して、プレハブ型電力ケーブル終端部１０の部分放電信号（及び／又は温度）を検出することにより、その終端部１０の欠陥を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プレハブ型ケーブル接続部の中間接続部又は終端接続部（終端部）の欠陥検出方法およびループアンテナ型センサに関し、特に、ケーブル終端接続部（以下、ケーブル終端部ということがある）の部分放電検出信号と内部温度の両方を測定出来るプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法およびループアンテナ型センサに関するものである。

従来のケーブル接続部の中間接続部および終端接続部（終端部）の劣化状態を検出する方法として部分放電検出方法があり、大きく分けて以下の２つに分類される。

１つは、ケーブルの防食シース上に絶縁筒の両側に金属箔電極を取付けて、これら電極間に部分放電検出インピーダンスを接続する方法である（例えば、特許文献１参照）。

もう一つは、ワイヤーシールドケーブルの防食シースの外周に検出コイルを取付けて、このコイルの両端に部分放電検出インピーダンスを接続する方法である（例えば、特許文献２参照）。

また、ケーブル終端部の近傍に同軸ケーブルからなるループアンテナを取り付け、電磁波信号を検出することで終端部の欠陥を検出する方法もある（特許文献３参照）。

そして、ケーブル中間接続部又は終端部に欠陥が存在しないことを確認する従来の健全性確認試験は、金属箔電極を用いた部分放電試験、若しくは耐圧試験などの電気試験により実施していた。
特開平１０−１６０７８１号公報 特開平５−１１９１０５号公報 特開平１０−１８５９８６号公報

しかしながら、プレハブ型ケーブル接続部（特に終端部）の劣化形態には、ボイド放電に代表される部分放電劣化の他に、ケーブル中心導体の接触不良により異常過熱して熱劣化を起こす場合があり、従来の欠陥検出方法では、この熱劣化をも考慮した総合的な絶縁性能判定をしていなかった。

従って、本発明の目的は、一つのセンサで、ケーブル接続部の部分放電検出信号と内部温度の両方を測定出来る様にして、診断手法の低コスト化、スキルレス化を可能とするプレハブ型ケーブル接続部の中間接続部又は終端部の欠陥検出方法および当該センサを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、異なる種類の金属導体とその金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位からなるループ部を形成したループアンテナ型センサの前記ループ部をプレハブ型ケーブル接続部に設置し、前記異なる種類の金属導体の他端である開放端に部分放電検出用検出インピーダンスを接続し、前記プレハブ型ケーブル接続部の部分放電信号を検出することにより欠陥を検出するプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、異なる種類の金属導体とその金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位からなるループ部を形成したループアンテナ型センサの前記ループ部をプレハブ型ケーブル接続部に設置し、前記異なる種類の金属導体の他端である開放端に熱電測定器を接続し、前記接続部の温度を前記接触部位で生じた熱起電力として検出することにより欠陥を検出するプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、異なる種類の金属導体とその金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位からなるループ部を形成したループアンテナ型センサの前記ループ部をプレハブ型ケーブル接続部に設置し、前記異なる種類の金属導体の他端である開放端に部分放電検出用検出インピーダンスおよび熱電測定器を接続し、前記プレハブ型ケーブル接続部の部分放電信号および温度を前記接触部位で生じた熱起電力として検出することにより欠陥を検出するプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、プレハブ型ケーブル接続部の部分放電信号および温度を検出して前記接続部又は終端部の欠陥を検出するために、前記プレハブ型ケーブル接続部に設置される、異なる種類の金属導体とその金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位からなるループ部を形成したループアンテナ型センサを提供する。

本発明によれば、一つのセンサで、ケーブル接続部の部分放電検出信号と内部温度の両方を測定出来る様にして、診断手法の低コスト化、スキルレス化を可能とするプレハブ型ケーブル接続部（中間接続部又は終端部）の欠陥検出方法および当該センサを提供できる。

〔本発明の第１の実施の形態〕
図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るループアンテナ型センサが設置されたプレハブ型電力ケーブル終端部の構成概略図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部の欠陥検出方法（部分放電測定）の回路図である。

本実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部１０の欠陥検出方法は、異なる種類の金属導体とその異なる種類の金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位１ｂからなるループ部１ａを形成したループアンテナ型センサ１のループ部１ａをプレハブ型電力ケーブル終端部１０に設置し、異なる種類の金属導体の他端である開放端１ｄに部分放電検出用検出インピーダンス２１を接続して、プレハブ型電力ケーブル終端部１０の部分放電信号を検出することによりその終端部１０の欠陥を検出することを特徴とする。異なる種類の金属導体の材質は、例えば、熱電対用補償導線とすることが望ましい。例えば、銅とコンスタンタンの組合せ等が挙げられる。

この異なる種類の金属導体の一端を接触させて成形した接触部位（温度センサ部）１ｂは、プレハブ型電力ケーブル終端部１０を構成する碍管４の内表面のようにケーブル中心導体２aの発熱を伝導しやすい場所に固定することが望ましい。碍管４は、プレハブ型電力ケーブル終端部１０の金属のケース５に、例えばベース金物８により固定されている。

更に、ループアンテナ型センサ１のループ部１ａのループの大きさ（面積）を変えることにより、共振周波数が変化する。このため、ノイズレベルの低い周波数に共振周波数がマッチするように、ループアンテナ型センサ１のループ部１ａの形状及び固定位置を調整することにより、最適条件下での部分放電検出が実現できる。

そして、このループアンテナ型センサ１の引出し部１ｃをケース５の外部に引き出し、その開放端１ｄに部分放電検出用検出インピーダンス２１を接続することにより、プレハブ型電力ケーブル終端部１０内部で部分放電信号が発生すると、それに伴うパルス電流が図示しないケーブル外部導体に流れる。このパルス電流に伴う電磁波がプレハブ型電力ケーブル終端部１０の金属ケース５内に発生する。この電磁波を上記ループアンテナ型センサ１で検出することにより、部分放電の検出が可能になる。さらに、このループアンテナ型センサ１は、金属ケース５内に配置されているから、このケース５がシールド効果を持つため、外来ノイズ（主に気中コロナ）が侵入しにくい。このため、従来の外付けの部分放電センサよりも高感度な信号検出が可能になる。

＜実施例＞
図２に示すように、部分放電検出用検出インピーダンス２１の出力にスペクトラムアナライザ２２を接続して同調増幅し、その同調検波出力波形をオシロスコープ２３でモニタした。

図３は、第１の実施の形態において、実際に部分放電を測定した時の検出波形例である。図３（ａ）は、部分放電未発生状態での検出信号スペクトルであり、図３（ｂ）は、部分放電発生状態での検出信号スペクトルである。これらの波形を見ると、丸で囲った周波数帯域（Ａ，Ｂ）でその差が明確に見られることがわかる。

また、図４は、スペクトラムアナライザの同調周波数を１３０ＭＨｚとしたときの同調検波出力波形（ＰＤ波形）である。この図から部分放電パルスが課電圧の第１・第３象限に発生していることが確かめられた。

〔本発明の第２の実施の形態〕
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部の欠陥検出方法（温度検出）の回路図である。以下に第２の実施の形態について第１の実施の形態と相違する部分を中心に説明する。

本実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部１０の欠陥検出方法は、異なる種類の金属導体とその異なる種類の金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位１ｂからなるループ部１ａを形成したループアンテナ型センサ１のループ部１ａをプレハブ型電力ケーブル終端部１０に設置し、異なる種類の金属導体の他端である開放端１ｄに熱電測定器の熱電温度計２４を接続し、そのプレハブ型電力ケーブル終端部１０の温度を接触部位１ｂで生じた熱起電力として検出することによりその終端部１０の欠陥を検出することを特徴とする。

つまり、異なる種類の金属導体の一端を互いに接触させた接触部位（温度センサ部）１ｂに発生する熱起電力によって生じる電流値に基づいて検出した温度からプレハブ型電力ケーブル終端部１０のケーブル中心導体２ａの温度を推定して、ケーブル中心導体２ａの導体接触不良による異常過熱を検出することにより欠陥を検出することができる。

異なる種類の金属導体を一般的な熱電対用補償導線（例えば、銅とコンスタンタンの組合せや鉄とコンスタンタンの組合せ）を用いて構成することにより、ループアンテナ型センサ１の開放端１ｄに市販の熱電温度計２４を接続するだけで、起電力から決まる温度センサ部１ｂ（測温接点）における温度が容易に求まる。

ループアンテナ型センサ１の温度センサ部１ｂ（測温接点）を図１に示した導体コネクタ６と導体スリーブ７の導体接続部同士に出来るだけ近い位置（例えば、ゴムストレスコーン３直近のエポキシ碍管４の内表面）に取付けることにより、ケーブル中心導体２ａから効率良く熱が伝導し、かつ外気温や輻射熱等の外乱が外部構造体（図１におけるケース５、絶縁筒９、下部銅管１３等の外気や日光などに晒される部分）から熱伝導するのに対しては、熱伝導距離が長くなるため、外乱の影響を受けにくくなる。したがって、温度センサ部１ｂ（測温接点）の固定位置の最適条件は、１）ケーブル中心導体２ａから見て近く、かつ熱伝導率の良い材料上に設置されること、２）外部構造体から見て出来るだけ遠く、かつ熱伝導路に出来るだけ伝導度の悪いもの（例えば気体）が含まれること、を挙げることができる。

＜実施例＞
ループアンテナ型センサ１の温度センサ部１ｂ（測温接点）は、プレハブ型電力ケーブル終端部１０のエポキシ碍管４の内表面に固定し、ここの温度を測定した。ケーブル中心導体２ａの接触不良による過熱を模擬した実験として、導体コネクタ６（図１参照）を過熱した。この時の「導体コネクタの温度」と「エポキシ碍管の内表面温度」の関係を図６に示す。この図を見ると、これらの温度には相関関係が見られるため、今回の測温位置の温度を測定すれば、「導体コネクタの温度」が推定できることがわかる。また、通常、ケーブル導体の接触不良による過熱時には３００℃若しくはそれ以上に導体温度が上昇するため、実際に欠陥を設けたサンプル実験ではこれよりも明確な温度上昇が期待できる。

〔本発明の第３の実施の形態〕
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部の欠陥検出方法（部分放電測定と温度検出）の回路図である。以下に第３の実施の形態について第１，２の実施の形態と相違する部分を中心に説明する。

本実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部１０の欠陥検出方法は、異なる種類の金属導体とその異なる種類の金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位１ｂからなるループ部１ａを形成したループアンテナ型センサ１のループ部１ａをプレハブ型電力ケーブル終端部１０に設置し、異なる種類の金属導体の他端である開放端１ｄに部分放電検出用検出インピーダンス２１および熱電測定器の熱電温度計２４を接続し、そのプレハブ型電力ケーブル終端部１０の部分放電信号を検出すること、および温度を接触部位１ｂで生じた熱起電力として検出することによりその終端部１０の欠陥を検出することを特徴とする。

図７に示す様に、ループアンテナ型センサ１の開放端１ｄに低周波カットコンデンサ２５を介して部分放電検出用検出インピーダンス２１（スペクトラムアナライザ２２，オシロスコープ２３）を設置し、ループアンテナ型センサ１の開放端１ｄ近くの引出し部１ｃに高周波カット用コイル２６を介して熱電温度計２４を設置することにより、部分放電信号と温度信号をＬＣ回路で周波数分離して、同時に測定することができる。これにより、部分放電の有無および異常過熱の有無からプレハブ型電力ケーブル終端部の欠陥を総合的に判断することができる。

〔本発明のその他の実施の形態〕
（１）ループアンテナ型センサ１の温度センサ部１ｂ（測温接点）の固定位置をケーブルシース表面にすれば、ケーブル絶縁体を伝導する熱（温度）を測定できる。

（２）図８に示すように、ループアンテナ型センサ３１のループ部３１ａが温度センサ部３１ｂ（測温接点）を有するソレノイドコイル形状であり、電力ケーブル２がワイヤーシールドタイプの電力ケーブルであって、当該電力ケーブル２のビニールシース上にループ部３１ａを設置することにより、電力ケーブル２端部の部分放電および熱（温度）を測定できる。

（３）ループ形状のアンテナ型センサ１を、直線状に配置（２本の線を密着して配置）する事により、ロッドアンテナとしての作用や電力ケーブル外部導体との間に静電結合・若しくは静電結合する事が期待できるため、このセンサと接地の間に部分放電検出器を接続すれば、部分放電信号検出が可能になる。

〔実施の形態の効果〕
上記の本発明の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）異なる種類の金属導体とその異なる種類の金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位からなるループ部のセンサ形状をループアンテナ状とすることで、センサの開放端に部分放電検出用検出インピーダンスを接続すれば、部分放電信号を検出できる。
（２）また、異なる種類の金属導体の一端を互いに接触させた接触部位のセンサ構造にすることにより、金属導体接触部分の温度により起電力が生じるため、同一センサでプレハブ型電力ケーブル接続部の中間接続部又は終端接続部（終端部）の温度測定ができる。

（３）従来法の部分放電検出用電極〔特許文献１参照〕を長期間据付けるためには防水や腐食に対する対策が必要になるため、非常に高価なものであった。これに対して本実施の形態によれば、センサが補償導線を材料とした金属線のみであるので、安価である。

（４）従来法の部分放電検出用電極〔特許文献１参照〕は、寸法が大きいため取付位置に制約が有り、かつ取付の手間がかかるため膨大な人件費が発生する。これに対して本実施の形態によれば、センサが細いワイヤー形状であるため、狭隘箇所での取付が容易であり、かつ取付時間が短いため人件費が節約できる利点がある。

（５）従来法の部分放電検出用電極は、開閉サージ等侵入時に両電極間と電極と接地間に大きなサージ電圧が発生し、かつ既設絶縁筒の両端に位置する箔電極を短絡することが出来ない場合があるため厳重な絶縁対策が必要であった。これに対して本実施の形態によれば、サージ電圧はセンサと大地間にしか発生しないため、サージ対策は「センサの両方の開放端を接地」すれば良いだけなので、対策が容易である。

（６）接続部内蔵型センサではあるが、センサ取付位置がゴムストレスコーンの接地側導電ゴムの外側になるため、既設線路でも容易にセンサの後付が可能である。

（７）恒久的で単純構造のセンサが接続部に内蔵できるため、いつでも容易にオンラインでの部分放電測定および温度測定が可能となる。

（８）本実施の形態に係るセンサは故障部分が極めて少ないため、センサのメンテナンスがほぼ不要であり、信頼性の高い接続部の定期診断が可能になる。

本発明の第１の実施の形態に係るループアンテナ型センサが設置されたプレハブ型電力ケーブル終端部の構成概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部の欠陥検出方法（部分放電測定）の回路図である。 第１の実施の形態において、実際に部分放電を測定した時の検出波形例である。（ａ）は、部分放電未発生状態での検出信号スペクトルであり、（ｂ）は、部分放電発生状態での検出信号スペクトルである。 第１の実施の形態において、スペクトラムアナライザの同調周波数を１３０ＭＨｚとしたときの同調検波出力波形である。 本発明の第２の実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部の欠陥検出方法（温度検出）の回路図である。 模擬した実験における「終端部導体コネクタ部温度」と「エポキシ碍管の内表面温度」の関係を示したグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部の欠陥検出方法（部分放電測定と温度検出）の回路図である。 本発明のその他の実施の形態に係るプレハブ型電力ケーブル終端部の構成概略図である。

符号の説明

１，３１：ループアンテナ型センサ
１ａ，３１ａ：ループ部
１ｂ，３１ｂ：温度センサ部（異種金属接触部）
１ｃ，３１ｃ：引出し部
１ｄ，３１ｄ：開放端
２：電力ケーブル
２ａ：ケーブル中心導体
３：ゴムストレスコーン
４：碍管
５：ケース
６：導体コネクタ
７：導体スリーブ
８：ベース金物
９：絶縁筒
１０：プレハブ型電力ケーブル終端部
１１：スプリング
１２：スプリング止めネジ
１３：下部銅管
１４：固定具
１５：スプリング固定ボルト
２１：部分放電検出用検出インピーダンス
２２：スペクトラムアナライザ
２３：オシロスコープ
２４：熱電温度計
２５：低周波カットコンデンサ
２６：高周波カット用コイル

Claims (7)

1. 異なる種類の金属導体とその金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位からなるループ部を形成したループアンテナ型センサの前記ループ部をプレハブ型ケーブル接続部に設置し、前記異なる種類の金属導体の他端である開放端に部分放電検出用検出インピーダンスを接続し、前記プレハブ型ケーブル接続部の部分放電信号を検出することにより欠陥を検出するプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法。
2. 異なる種類の金属導体とその金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位からなるループ部を形成したループアンテナ型センサの前記ループ部をプレハブ型ケーブル接続部に設置し、前記異なる種類の金属導体の他端である開放端に熱電測定器を接続し、前記接続部の温度を前記接触部位で生じた熱起電力として検出することにより欠陥を検出するプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法。
3. 異なる種類の金属導体とその金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位からなるループ部を形成したループアンテナ型センサの前記ループ部をプレハブ型ケーブル接続部に設置し、前記異なる種類の金属導体の他端である開放端に部分放電検出用検出インピーダンスおよび熱電測定器を接続し、前記プレハブ型ケーブル接続部の部分放電信号および温度を前記接触部位で生じた熱起電力として検出することにより欠陥を検出するプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法。
4. 前記異なる種類の金属導体の材質を熱電対用補償導線としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法。
5. 前記異なる種類の金属導体の一端を接触させて成形した接触部位を、前記プレハブ型ケーブル接続部を構成する碍管の内表面に固定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法。
6. 前記ループアンテナ型センサの前記ループ部がソレノイドコイル形状であり、ケーブル外周に前記ループ部を設置することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプレハブ型ケーブル接続部の欠陥検出方法。
7. プレハブ型ケーブル接続部の部分放電信号および温度を検出して前記接続部又は終端部の欠陥を検出するために、前記プレハブ型ケーブル接続部に設置される、異なる種類の金属導体とその金属導体の一端を互いに接触させて成形した接触部位からなるループ部を形成したループアンテナ型センサ。

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