JP2011185890A

JP2011185890A - 電力ケーブル絶縁抵抗記録装置及び評価方法

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Publication number: JP2011185890A
Application number: JP2010054057A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Nimi; 英一荷見; Teruyoshi Kamata; 照由鎌田
Original assignee: KANTO ELECTRICAL SAFETY INSPECTION ASS; KANTO ELECTRICAL SAFETY INSPECTION ASSOCIATION
Current assignee: KANTO ELECTRICAL SAFETY INSPECTION ASS; KANTO ELECTRICAL SAFETY INSPECTION ASSOCIATION
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-09-22

Abstract

【課題】高圧受電設備を停止することなく、電力ケーブルの外被の絶縁劣化を診断可能とすることである。
【解決手段】高圧受電設備１８における電力ケーブル１７の金属シースと大地との間に超低周波電圧を印加する重畳電圧発生装置を設け、超低周波電流を測定し絶縁抵抗に換算する超低周波交流絶縁抵抗計３３を設け、直接接地用接点３２は重畳電圧発生装置に並列接続され、通常時には閉じられて超低周波交流絶縁抵抗計をバイパスし電力ケーブル１７の金属シースを接地する。測定タイミング回路３５は電力ケーブル１７の金属シースと大地間に流れる電流が所定値以下のときに予め定めた一定周期で直接接地用接点３２を開き、超低周波交流絶縁抵抗計３３を測定動作させ、超低周波交流絶縁抵抗計３３で測定された絶縁抵抗の値を時系列的に記憶装置３６に記憶する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧受電設備における電力ケーブルの金属シースと大地との間の絶縁抵抗を記録し評価する電力ケーブル絶縁抵抗記録装置及び評価方法に関する。

送受配電設備である高圧受電設備は、絶縁体の経年劣化や塵埃が湿気を含むことで絶縁劣化を起こすことが知られている。例えば、電力ケーブルは導体が絶縁層及び絶縁材の外被（シース）で覆われて構成されているが、外被に損傷部が生じた場合には水トリー現象に移行するケースが多く見られる。

図５は架橋ポリエチレン絶縁ケーブル（ＣＶケーブル）の概略断面図である。導体１１の外周部に架橋ポリエチレンの絶縁層１２が形成され、絶縁層１２の外周には、充電電流や事故電流の通電路となる金属シース１３が設けられ、さらに、その外周に絶縁材の外被シース１４が形成されている。このような電力ケーブルの外被シース１４に損傷部が生じると、その損傷部に水が浸水し、絶縁劣化を生じる水トリー現象に移行するケースがある。

ＣＶケーブルの絶縁劣化診断を行うものとして、ＣＶケーブルを構成するケーブル導体と遮蔽層との間（絶縁層）に、直流電源により直流電圧を印加し、その後にケーブル導体を接地して、水トリー内に蓄積されている残留電荷を取り出すとともに、さらに、交流電圧を印加して水トリー内の残留電荷を取り出すようにした残留電荷法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３２４６７９号公報

しかし、特許文献１のものは、ケーブル導体と遮蔽層との間（絶縁層）の水トリーを検出するものであり、金属シース１３と外被シース１４との間の絶縁劣化を診断するものではない。また、特許文献１のものは、常時において、ＣＶケーブルの絶縁劣化を診断するものではなく、ＣＶケーブルの絶縁劣化の診断の際には、高圧受電設備を停止しなければならない。

本発明の目的は、高圧受電設備を停止することなく、高頻度で電力ケーブルの外被の絶縁劣化を診断し、水トリー現象の兆候を把握可能な電力ケーブル絶縁抵抗記録装置及び評価方法を提供するものである。

請求項１の発明に係る電力ケーブル絶縁抵抗記録装置は、高圧受電設備における電力ケーブルの金属シースと大地との間の絶縁抵抗を測定する超低周波交流絶縁抵抗計と、超低周波電圧を発生する重畳電圧発生装置と、前記重畳電圧発生装置に並列接続され通常時には閉じられて前記超低周波交流絶縁抵抗計と前記重畳電圧発生装置をバイパスし前記電力ケーブルの金属シースを接地する直接接地用接点と、前記電力ケーブルの金属シースと大地間に流れる電流が所定値以下のときに予め定めた一定周期で前記直接接地用接点を開き、前記超低周波交流絶縁抵抗計を測定動作させる測定タイミング回路と、前記超低周波交流絶縁抵抗計で測定された絶縁抵抗の値を時系列的に記憶する記憶装置とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る電力ケーブル絶縁抵抗評価方法は、請求項１に記載の電力ケーブル絶縁抵抗記録装置の前記記憶装置に記憶された時系列の絶縁抵抗値を取り出し、取り出した時系列の絶縁抵抗値を予め定めた期間毎に区切り、その期間における絶縁抵抗の最大値と最小値とを取り出し、電力ケーブルの新品状態からその平均絶縁寿命までを期間とした前記絶縁抵抗の最大値及び最小値のトレンドグラフを作成し、前記トレンドグラフに基づいて前記電力ケーブルの絶縁抵抗を評価することを特徴とする。

本発明によれば、電力ケーブルの金属シースと大地間に流れる電流が所定値以下のときに予め定めた一定周期で直接接地用接点を開き、超低周波交流絶縁抵抗計と重畳電圧発生装置を測定動作させるので、高圧受電設備を停止させることなく安全な状態で電力ケーブルの金属シースと大地との間の絶縁抵抗を測定できる。また、一定周期で絶縁抵抗値を測定するので、長期間の時系列の絶縁抵抗値を得ることができる。

また、時系列の絶縁抵抗値を予め定めた期間毎に区切り、その期間における絶縁抵抗の最大値と最小値とを取り出し、その期間の絶縁抵抗値のトレンドを作成するので、絶縁劣化の兆候を早期に把握できる。

本発明の実施の形態に係る電力ケーブル絶縁抵抗記録装置が適用された高圧受電設備の一例の構成図。本発明の実施の形態における電力ケーブル絶縁抵抗記録装置の詳細を示す構成図。本発明の実施の形態における記憶装置から予め定めた短期間毎における絶縁抵抗の最大値と最小値とを取り出しプロットしたトレンドグラフ。本発明の実施の形態における記憶装置から予め定めた長期間毎における絶縁抵抗の最大値と最小値とを取り出しプロットしたトレンドグラフ。架橋ポリエチレン絶縁ケーブル（ＣＶケーブル）の概略断面図。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電力ケーブル絶縁抵抗記録装置が適用された高圧受電設備の一例の構成図である。図１において、柱上開閉器１５を介して送配電設備の配電線１６から電力ケーブル１７にて高圧受電設備１８内に電力が供給される。高圧受電設備１８内では、電力ケーブル１７に接続された電力受給用計器用変成器１９、断路器２０、遮断器２１を介して受電母線２２に電力が供給される。

受電母線２２には、電力限流ヒューズ付高圧交流負荷開閉器２３を介して受電変圧器２４が接続され、受電変圧器２４の二次側に配電用遮断器２５を介して負荷２６にそれぞれ電力が供給される。また、受電母線２２には、電力限流ヒューズ付高圧交流負荷開閉器２３を介して直列リアクトル２７や進相コンデンサ２８が接続される。

このような高圧受電設備１８に対して、電力ケーブル絶縁抵抗記録装置２９を適用して、電力ケーブル１７の金属シース１３と大地との間の絶縁抵抗（外被シース１４の絶縁抵抗）を測定する。電力ケーブル１７の金属シースアース線３０は、ケーブルヘッド３１から引き出され、電力ケーブル絶縁抵抗記録装置２９の直接接地用開閉器３２を介して大地に接地されている。直接接地用開閉器３２は通常時には閉じており、超低周波交流絶縁抵抗計３３及び重畳電圧発生装置４４で電力ケーブル１７の金属シース１３と大地との間の絶縁抵抗の測定の際には開かれる。すなわち、直接接地用開閉器３２は重畳電圧発生装置４４に並列接続され、通常時には閉じられて超低周波交流絶縁抵抗計及び重畳電圧発生装置４４をバイパスしている。

ケーブル絶縁抵抗記録装置２９の直接設置用開閉器３２には、保護装置３４が並列接続されている。保護装置３４は、超低周波交流絶縁抵抗計３３及び重畳電圧発生装置４４で電力ケーブル１７の絶縁抵抗の測定の際に、直接接地用開閉器３２が開かれたときに、金属シースアース線３０に流れた電流を保護装置を通して大地に流すともに、過大な電圧が印加されたときに所定値以下の電圧に抑制するものである。

測定タイミング回路３５は、電力ケーブル１７の金属シース１３と大地間に流れる電流が所定値以下のときに、予め定めた一定周期で直接接地用開閉器３２を開き、超低周波交流絶縁抵抗計３３及び重畳電圧発生装置４４を測定動作させるものであり、超低周波交流絶縁抵抗計３３で測定された絶縁抵抗の値は、記憶装置３６に時系列的に記憶される。

図２は本発明の実施の形態における電力ケーブルシース絶縁抵抗記録装置２９の詳細を示す構成図である。図２に示すように、電力ケーブル絶縁抵抗記録装置２９の測定タイミング回路３５は、所定の一定周期で超低周波交流絶縁抵抗計３３及び重畳電圧発生装置４４を測定動作させるための測定動作指令信号を出力するインターバルタイマー３７を有し、インターバルタイマー３７からの測定動作指令信号はＡＮＤ回路３８に入力される。インターバルタイマー３７から出力される測定動作指令信号は、一定の周期で所定期間だけ論理値「１」となる信号である。

一方、金属シースアース線３０に流れる電流は変流器３９で検出され、漏れ電流検出手段４０に入力される。金属シースアース線３０に流れる電流は、電力ケーブル１７の絶縁層１２に流れる漏れ電流及び充電電流であり、この漏れ電流が大きいときは電力ケーブル１７の絶縁層１２が絶縁破壊している可能性がときであるので、直接接地用開閉器３２を開くことは安全性の観点から好ましくない。そこで、漏れ電流検出手段４０は、金属シースアース線３０に流れる電流が所定値以上の電流であるときは論理値「１」を否定回路４１に出力する。

否定回路４１は漏れ電流検出手段４０の出力を反転した論理値をＡＮＤ回路３８に出力するものであり、金属シースアース線３０に流れる電流が所定値以上の電流であるときは、論理値「０」をＡＮＤ回路３８に出力し、インターバルタイマー３７からの測定動作指令信号がＡＮＤ回路３８から出力されることを阻止する。また、金属シースアース線３０に流れる電流が所定値未満の電流であるときは、論理値「１」をＡＮＤ回路３８に出力し、インターバルタイマー３７からの測定動作指令信号の出力を許可する。

ＡＮＤ回路３８の出力信号は、補助リレー４２に出力されるとともに、測定タイマー４３に出力される。電力ケーブル１７の金属シース１３と大地間に流れる電流が所定値以下のときは、ＡＮＤ回路３８はインターバルタイマー３７からの測定動作指令信号の出力を許可するので、補助リレー４２は、予め定めた一定周期で直接接地用開閉器３２を開き、超低周波交流絶縁抵抗計３３及び重畳電圧発生装置４４を測定動作させる。

また、測定タイマー４３は、超低周波交流絶縁抵抗計３３が絶縁抵抗値を取り込むためのタイミングを設定するものであり、直接接地用開閉器３２が開いた状態から所定時間経過後に、絶縁抵抗値を取り込むための取り込み指令信号を超低周波交流絶縁抵抗計３３に出力する。

超低周波交流絶縁抵抗計３３による絶縁抵抗測定は、重畳電圧発生装置４４で超低周波電圧を金属シースと対地間に印加し、そこで流れる超低周波電流を変流器39で測定することで、電流値を絶縁抵抗値に換算し測定する。測定される電流は、きわめて周波数が小さいため、リアクタンスの影響もきわめて小さくなり、絶縁抵抗値と同等の値とすることができる。

また、保護装置３４は交流接地素子４５と過電圧吸収素子４６とが並列接続されて構成されている。電圧制限素子４５は、例えばコンデンサで構成され、直接接地用開閉器３２を開路した際に交流的に接地するものである。一方、過電圧吸収素子４６は、例えばアレスタで構成され、例えば、直接接地用開閉器３２を開いた状態で、過大な電圧が発生したとしても、過電圧吸収素子４６で吸収し安全性を確保するものである。

このように、電力ケーブル絶縁抵抗記録装置２９は、金属シースアース線３０に流れる電流が所定値未満の電流であるときに、一定周期で超低周波交流絶縁抵抗計３３と重畳電圧発生装置４４を測定動作させ、超低周波交流絶縁抵抗計３３と重畳電圧発生装置４４が測定動作中であるときは保護装置３４により、高圧受電設備１８の安全性を確保しつつ超低周波交流絶縁抵抗計３３で電力ケーブル１７の外被シース１４の絶縁抵抗を測定する。そして、超低周波交流絶縁抵抗計３３で測定した絶縁抵抗値は時系列的に記憶装置３６に記憶する。

ここで、インターバルタイマー３７からの測定動作指令信号は、例えば、１日に数回、出力するように設定し、月単位、年単位で絶縁抵抗値を記憶装置３６に時系列的に記憶していく。そして、電力ケーブル１７のシース絶縁抵抗を評価するにあたっては、記憶装置３６に記憶された時系列の絶縁抵抗値を取り出し評価する。例えば、記憶装置３６から取り出した時系列の絶縁抵抗値を予め定めた短期間毎に区切り、その短期間における絶縁抵抗の最大値と最小値とを取り出す。

図３は、予め定めた期間として短期間毎における絶縁抵抗の最大値と最小値とをプロットしたトレンドグラフの一例である。予め定めた短期間は、１日、１週間、１ヶ月などである。例えば、ａ１は１日目における絶縁抵抗の最大値と最小値、ａ２は２日目における絶縁抵抗の最大値と最小値、以下同様に、３日目〜１２日目までの絶縁抵抗の最大値と最小値のトレンド曲線を示している。最大値トレンド曲線Ｓ１と最小値トレンド曲線Ｓ２とは同様な変化特性を有する。

絶縁抵抗の最大値と最小値とが日によって異なったり、同じ日であっても最大値と最小値とが生じるのは、電力ケーブル１７の周囲の環境、例えば、温度、湿度、雨、晴れ、などによって、電力ケーブル１７の絶縁抵抗の測定環境が変化するためである。すなわち、電力ケーブルの周囲環境が雨水等で湿潤し外被シース１４の絶縁が低下しても、晴れ等で乾燥し外被シース１４の絶縁が早期に回復すれば外被劣化による絶縁低下ではないと判断できる。図３では同じ短期間における絶縁抵抗の最大値と最小値との差分は、ほぼ同じ値である場合を示している。

次に、図４は、図３を長期間現したトレンドグラフの一例である。最大値トレンド曲線Ｓ１と最小値トレンド曲線Ｓ２とは同様な変化特性を有するが、絶縁抵抗の最大値と最小値との差分が徐々に小さくなっている場合を示している。周囲の環境による影響に左右されずにこの差分が小さくなると、電力ケーブル１７の外被シース１４の絶縁が劣化傾向にあることが分かる。

例えば、電力ケーブル１７の金属シースアース線３０の外部露出部が汚損、湿潤している場合には、絶縁抵抗が小さくなるが、乾燥すると絶縁抵抗は健全な値に回復する。一方、電力ケーブル１７の外被シース１４が損傷等で絶縁低下している場合には、電力ケーブル１７内への浸水により乾燥し難くなり、外被シース１４の損傷が汚損、湿潤しているので、電力ケーブル１７の外被シース１４の絶縁抵抗は健全な値に回復しないことになる。

従って、絶縁抵抗の最大値と最小値との差分が所定値未満となったときや、絶縁抵抗の最小値が予め定めた閾値Ｓ０未満となったときは、電力ケーブル１７の外被シース１４の絶縁抵抗の劣化と評価できる。特に、電力ケーブル１７の新品状態からその平均絶縁寿命までを期間とした絶縁抵抗の最大値及び最小値のトレンドグラフを作成すると、絶縁劣化の評価を適正に行うことができる。

本発明の実施の形態によれば、電力ケーブル１７の金属シース１３と大地間に流れる電流が所定値以下のときに予め定めた一定周期で直接接地用開閉器３２を開き、超低周波交流絶縁抵抗計３３及び重畳電圧発生装置４４を測定動作させるので、高圧受電設備１８を停止させることなく安全な状態で電力ケーブル１７の金属シース１３と大地との間の絶縁抵抗（外被シース１４の絶縁抵抗）を測定できる。また、一定周期で絶縁抵抗値を測定するので、長期間の時系列の絶縁抵抗値を得ることができる。

１１…導体、１２…絶縁層、１３…金属シース、１４…外被シース、１５…柱上開閉器、１６…配電線、１７…電力ケーブル、１８…高圧受電設備、１９…電力受給用計器用変成器、２０…断路器、２１…遮断器、２２…母線、２３…電力限流ヒューズ付高圧交流負荷開閉器、２４…受電変圧器、２５…配電用遮断器、２６…負荷、２７…直列リアクトル、２８…進相コンデンサ、２９…電力ケーブル絶縁抵抗記録装置、３０…金属シースアース線、３１…ケーブルヘッド、３２…直接接地用開閉器、３３…超低周波交流絶縁抵抗計、３４…保護装置、３５…測定タイミング回路、３６…記憶装置、３７…インターバルタイマー、３８…ＡＮＤ回路、３９…変流器、４０…漏れ電流検出手段、４１…否定回路、４２…補助リレー、４３…測定タイマー、４４…重畳電圧発生装置、４５…電圧制限素子、４６…過電流吸収素子

Claims

高圧受電設備における電力ケーブルの金属シースと大地との間の絶縁抵抗を測定する超低周波交流絶縁抵抗計と、
超低周波交流絶縁抵抗計で測定する、超低周波電圧を金属シースと大地との間に重畳する重畳電圧発生装置と、
前記重畳電圧発生装置に並列接続され通常時には閉じられて前記超低周波交流絶縁抵抗計と前記重畳電圧発生装置をバイパスし前記電力ケーブルの金属シースを接地する直接接地用接点と、
前記電力ケーブルの金属シースと大地間に流れる電流が所定値以下のときに予め定めた一定周期で前記直接接地用接点を開き、前記超低周波交流絶縁抵抗計を測定動作させる測定タイミング回路と、
前記超低周波交流絶縁抵抗計で測定された絶縁抵抗の値を時系列的に記憶する記憶装置と、
を備えたことを特徴とする電力ケーブル絶縁抵抗記録装置。
請求項１に記載の電力ケーブル絶縁抵抗記録装置の前記記憶装置に記憶された時系列の絶縁抵抗値を取り出し、
取り出した時系列の絶縁抵抗値を予め定めた期間毎に区切り、
その期間における絶縁抵抗の最大値と最小値とを取り出し、
電力ケーブルの新品状態からその平均絶縁寿命までを期間とした前記絶縁抵抗の最大値及び最小値のトレンドグラフを作成し、
前記トレンドグラフに基づいて前記電力ケーブルの絶縁抵抗を評価することを特徴とする電力ケーブル絶縁抵抗評価方法。