JP2013257150A - 電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定装置および絶縁欠陥位置標定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力ケーブルの出荷試験の場合等、２箇所の電流パルスの測定位置が近く、検出部に到達した電流パルスが他方の検出部にカップリングしてノイズとなり欠陥位置標定精度が低下することを改善する。
【解決手段】電力ケーブルに高電圧を印加する高電圧電源と、電力ケーブルの両端に接続される静電容量が対称な一対のコンデンサと、電力ケーブルの両端にそれぞれ設けられた電流センサと、電流センサの出力に基づき、電流パルスの立上り時間を計側する計測装置と、事前に測定した電力ケーブルの伝播後の電流パルスの特性を読み出し、この特性に基づき、計測装置において検出した立上り時間から電力ケーブルの欠陥位置を標定する解析装置を備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、製品出荷前に電力ケーブルを試験し、その絶縁欠陥位置を求める電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定装置およびその絶縁欠陥位置標定方法に関するものである。

高圧用の電力ケーブルの主な絶縁欠陥は、絶縁材料中への異物の混入、外傷、終端部の加工不良などがある。このような絶縁欠陥が存在すると、部分放電が発生し、絶縁材料の劣化が促進され、最終的には絶縁破壊に至ることから、製品出荷時にこのような絶縁欠陥を検出する必要がある。この電力ケーブルの絶縁欠陥を検出するには、絶縁欠陥部で発生してケーブル内を伝播する部分放電パルスを検出する方法がある。
従来の絶縁欠陥検出方法としては、敷設された電力ケーブルの２箇所の接続部で部分放電パルスを検出し、電流パルスの到達時間差から欠陥位置を求める方法が知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−８３９８９号公報

しかしながら、敷設された電力ケーブルの２箇所の接続部において電流パルスを測定する場合、接続部間の距離は数100ｍ離れているため、検出部に到達した電流パルスがもう
一方の検出部にカップリング(結合)してノイズとなり位置標定精度を低下させることはないが、電力ケーブルを加工した後の出荷試験の場合、２箇所の電流パルスの測定位置が近く、一方の検出部に到達した電流パルスがもう一方の検出部にカップリング(結合)してノイズとなり欠陥位置標定精度が低下することになる。

この発明は、上記のような問題を解決するためなされたもので、出荷試験時などにおいてカップリングの影響を低減して絶縁欠陥の位置標定精度を向上させることを目的とするものである。

この発明に係る電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定装置は、電力ケーブルに高電圧パルスを印加する高電圧電源と、電力ケーブルの両端に接続される静電容量が対称な一対のコンデンサと、電力ケーブルの両端にそれぞれ設けられた電流センサと、電流センサの出力に基づき、電流パルスの立上り時間を計側する計測装置と、事前に測定した電力ケーブルの伝播後の電流パルスの特性を読み出し、この特性に基づき、計測装置において検出した立上り時間から電力ケーブルの欠陥位置を標定する解析装置を備えて構成されている。

また、この発明に係る電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定方法は、電力ケーブルに高電圧パルスを印加して、電力ケーブルの両端のコンデンサに流れる電流パルスを測定するとともに、測定した電流パルスの立上り時間と事前に測定したケーブル伝播後の電流パルスの立上り時間に基づいて、電力ケーブルの欠陥位置を標定するようにしたものである。

この発明によれば、出荷試験時など工場内において電力ケーブルの絶縁欠陥で発生した部分放電の電流パルスをカップリングの影響を受けずに測定でき、電力ケーブルの絶縁欠
陥の位置標定を効率的に行なわせることができる。

この発明の実施の形態１に係る高圧電力ケーブルの欠陥位置標定装置の概要構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電流パルス測定例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る欠陥位置標定方法を説明するための特性図である。 この発明の実施の形態１に係る欠陥位置標定方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る欠陥位置標定方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電流パルス測定例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る欠陥位置標定方法を説明するための特性図である。 この発明の実施の形態３に係る電流パルス測定結果を示す波形図である。 この発明の実施の形態３に係る欠陥位置標定方法を説明するための特性図である。

実施の形態１．
以下、本発明を実施の形態１である図面を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力ケーブルの欠陥位置標定装置の概要構成を示す図である。
図１において、欠陥位置標定装置は、被測定物である電力ケーブル１に制御された高電圧パルスを印加する高電圧電源２と、電力ケーブル１の両端において中心導体とシールド線との間に接続される一対のコンデンサ３と、このコンデンサ３に接続され、部分放電電流パルスを検出する一対の電流センサ４と、電流センサ４からの電流パルスを計測する計測装置５と、この計測装置５の出力に基づき、電流パルスを解析する解析装置６とを備えて構成されている。

ここで、一対のコンデンサ３の容量は、印加電圧に対して中心導体とシールド線が短絡しない状態であり、かつ、電流パルスに対しては短絡状態となるものを選択する。これは、印加電圧の周波数と電流パルスの周波数から、コンデンサのインピーダンスを計算することにより、適切なコンデンサの値を決めることができる。

図２は、電力ケーブル１に高電圧パルスを印加して部分放電を発生させたとき、電流センサ４において検出される部分放電電流パルスの波形を示しており、図では絶縁欠陥が電力ケーブル１の中心よりも終端Ａに近い場合の例を示している。ここで、高電圧電源２によって電力ケーブル１に印加された電流パルスは、絶縁欠陥がある場合、その絶縁欠陥からケーブル両端へ向かってそれぞれ伝播する。そのため、電流パルス（ａ）は、先に終端Ａに到達し、次に終端Ｂに到達している。また、電流パルスは、終端で反射するため、欠陥部から直接伝播してきた電流パルス（ａ）と終端Ｂで反射した電流パルス（ｂ）とが観測される。

さらに、電力ケーブル１を加工した後の出荷試験の場合、両端の電流パルスの測定位置が近いため、終端Ａに電流パルス（ａ）が到達したとき、少しの時間遅れの後、終端Ｂにカップリング信号（ｃ）が観測される。このカップリング信号（ｃ）は、両終端の電流パルスの計測部分の位置が近いことや終端の高電圧印加回路にループが存在して、両終端間にキャパシタンスやインダクタンス成分が表れることで発生する。なお、先行文献１のよ
うな敷設されたケーブルでは、両終端が離れており、このようなカップリング信号（ｃ）は発生しないが、工場でのケーブル加工後の出荷試験時では、製品の構造上、または出荷試験場所の制約で両終端が近く、さらに終端のループは高電圧を印加するため、小さくすることは困難であり、このようなカップリング信号（ｃ）の影響を小さくして、欠陥位置を標定することが必要となる。

ところで、電力ケーブル１の両終端で最も先に到達する信号は、図２に示すように、電流パルス（ａ）である。なお、この電流パルス（ａ）が他方の終端にカップリングするまでには、両終端の空間距離に応じて時間差が出るため、両終端の最も先に到達するパルスは、電流パルス（ａ）であると判断でき、またカップリング信号が重畳しないものとなる。また、通常、高圧の電力ケーブル１では、ケーブルの外装などに半導電層が設けられるため、部分放電の電流パルスなどの高周波信号の減衰が大きい。
したがって、両終端のどちらか先に到達した電流パルス（ａ）の立上り時間を計測すれば、カップリング信号の影響を受けずに欠陥位置の標定が可能となる。

図３は、欠陥位置の標定方法を説明する図で、まず、被測定物である電力ケーブル１と同等の欠陥のない電力ケーブルを用い、その複数の地点において模擬放電電流パルスを注入して電流パルスの伝播距離と立上り時間を記録し、破線で示すような特性を入手しておく。あるいは、電力ケーブル１の回路定数からこの特性を計算しておいても良い。この特性を取得した上で、電力ケーブル１の部分放電試験を実施し、先に到達したパルスの立上り時間を読み取り、この特性上にプロットすることにより、電力ケーブル１の欠陥位置を標定することができる。

本発明においては、図４のフローチャートに示す手順にしたがって電力ケーブル１の欠陥位置を標定する。
まず、高電圧電源２により被測定物である電力ケーブル１に高電圧を印加し（ステップＳ１）、電流センサ４により電流パルスを測定する（ステップＳ２）。次に、解析装置６により、両終端のうち、先に到達した電流パルスの立上り時間を読み取る（ステップＳ３）。最後に、図３に示すように事前取得した電流パルスの伝播特性と、今回測定した電流パルスの立上り時間を比較して、欠陥位置を標定することになる(ステップＳ４)。

実施の形態２．
実施の形態１では、電流パルスの立上り時間により欠陥位置を標定するように構成したが、実施の形態２では電流パルスの立上り時間に加えて、２つの電流パルスの時間差、２つの電流パルスのピーク比を検出して位置標定を行うものである。なお、欠陥位置標定装置の構成は、実施の形態１と同様であるため、省略する。

図５は、実施の形態２にかかる欠陥位置を標定するフローチャートを示すもので、図において、まず、高電圧電源２により被測定物である電力ケーブル１に高電圧を印加し（ステップＳ１）、電流センサ４により電流パルスを測定する（ステップＳ２）。
次に、両終端のうち、終端Ａにおいて先に観測された電流パルス（ａ）の立上り時間を解析装置６により読み取り(ステップＳ３)、図６に示すように、最初に到達したパルス（ａ）の立上り部分と、他方の終端Ｂで観測された電流パルス（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の立上り部分の時間差（ｔ１，ｔ２，ｔ３）を読み取る(ステップＳ４)。

一方、予め被測定物である電力ケーブル１と同等の欠陥のない電力ケーブルを用い、その複数の位置に放電電流パルスを模擬した電流パルスを注入して両方の終端で観測される立上り時間と電流パルスの時間差のデータを入手しておく。この特性は、電力ケーブル１の回路定数から計算しておいても良い。

次に、事前に入手した特性と、ステップ４で読み取った値を特性図である図７にプロットする(ステップＳ５)。このプロットした値は、点線で囲んだ部分で表わされる。図６から電流パルスの時間差を３つ読み取ったため、図７では欠陥位置の候補となる３箇所が示される。ここで、最初の電流パルス（ａ）の立ち上がりは、カップリング信号の影響を受けていないため、正しい値を示している。
したがって、立上り時間と電流パルスの時間差の重なるところが欠陥位置と判断する（ステップＳ６）。このように電流パルスの立上り時間だけでなく、電流パルスの時間差も使用することによって、欠陥位置標定の精度を向上させることができる。

なお、ここでは、電流パルスの時間差を利用して欠陥位置を標定するように構成したが、図５に括弧書きしたように、最初に到達した電流パルスのピーク値と、他方の終端に到達した電流パルスのピーク値を比較して欠陥位置を標定することも可能である。

実施の形態３．
実施の形態３の電力ケーブル１欠陥位置の標定方法は、実施の形態１〜２と同様であるが、カップリング信号の低減を行うものである。
まず、一方の終端に種々の形状の電流パルスを印加し、他方の終端に発生するカップリング信号を測定する。このようにすれば、図８のように注入パルスとカップリング信号のデータを得ることができる。

次に、図２において、終端Ｂに先に到達したパルスによって発生したカップリング信号（ｃ）に着目し、図８に示す記録しておいた電流パルスの形状とカップリング信号の関係を読み出し、他方の終端Ｂで測定された波形から最初に到来したカップリング信号（ｃ）を差し引くことで、図９に示すように測定誤差を招くカップリング信号そのものを低減することができ、欠陥位置標定の高精度化を図ることができる。

以上のように、この発明によれば、電力ケーブルの欠陥位置を標定することができ、絶縁欠陥に対する対策を講じることができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：電力ケーブル ２：高電圧電源 ３：コンデンサ
４：電流センサ ５：計測装置 ６：解析装置

Claims (6)

1. 電力ケーブルに高電圧パルスを印加する高電圧電源と、前記電力ケーブルの両端に接続される静電容量が対称な一対のコンデンサと、前記電力ケーブルの両端にそれぞれ設けられた電流センサと、前記電流センサの出力に基づき、電流パルスの立上り時間を計側する計測装置と、事前に測定した電力ケーブルの伝播後の電流パルスの特性を読み出し、この特性に基づき、前記計測装置において検出した立上り時間から電力ケーブルの欠陥位置を標定する解析装置を備えたことを特徴とする電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定装置。
2. 前記解析装置は、前記計測装置により検出された電流パルスの立上り時間と、電流パルスの時間差あるいは電流パルスのピーク比を比較して欠陥位置を標定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定装置。
3. 前記解析装置は、事前に測定した電流パルスとカップリング信号の特性を記録しておき、この電流パルスとカップリング信号を用いて絶縁試験時のカップリング信号を低減するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定装置。
4. 電力ケーブルに高電圧パルスを印加して、電力ケーブルの両端のコンデンサに流れる電流パルスを測定するとともに、測定した電流パルスの立上り時間と事前に測定したケーブル伝播後の電流パルスの立上り時間に基づいて、電力ケーブルの欠陥位置を標定することを特徴とする電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定方法。
5. 電流パルスの立上り時間と、電流パルスの時間差あるいは電流パルスのピーク比を比較して欠陥位置を標定することを特徴とした請求項４に記載の電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定方法。
6. 事前に測定した電流パルスとカップリング信号の特性を記録しておき、この特性に基づいて、絶縁試験時のカップリング信号を低減するようにしたことを特徴とする請求項４または５に記載の電力ケーブルの絶縁欠陥位置標定方法。

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