JP2579479B2

JP2579479B2 - 誘電体損の測定方法

Info

Publication number: JP2579479B2
Application number: JP62101195A
Authority: JP
Inventors: 敏夫笠原; 貢相原
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1987-04-24
Filing date: 1987-04-24
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPS63266366A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、課電中の電気機器、例えば、既に布設され
た活線状態のケーブル等についての誘電体損の測定方法
に関する。

（発明の技術的背景とその問題点）誘電体損は、電気機器の電力損失に大きな影響を及ぼ
す。例えば、電力ケーブルについても、その絶縁体の誘
電体損は、ケーブルの性能を定める重要な要素のひとつ
である。一般にケーブルの誘電体損はtanδを用いて評
価される。未だ布設されていない出荷前のケーブルにつ
いてはtanδの測定は、次にようにして行われる。

第３図にその測定方法の説明図を示す。

図に示したケーブル１は、その導体２の一端2aが電源
３に接続され、他端2bが負荷４に接続されている。そし
て、その一端2aは、直列接続された２つの抵抗器６、７
を介して接地されている。一方、このケーブル１のケー
ブルシース８は、片端が接地線９を介して直接接地され
ている。通常、ケーブルシース８の両端を直接接地する
と、ケーブルシース８に大きな誘電電流が流れるため、
このような接地方法を採用する場合が多い。この接地線
にはカレントトランス10が装着されている。

このカレントトランス10は、例えば第４図に示すよう
に、２つ割りのトロイダルコア11にコイル12を巻回した
もので、接地線９に装着し易い構造となっている。

上記２つの抵抗器６、７の接続点５には、端子電圧測
定用端子14を設ける。また、上記カレントトランス10の
コイル12の端子は充電電流測定用端子15とする。

このように、ケーブルシース８が片端接地のため、接
地線９には、ケーブル１の静電容量に基づく充電電流の
みが流れる。従って、端子電圧測定用端子14の出力電圧
は、ケーブル１の課電圧Ｅに比例しており、充電電流用
端子15の出力電圧は、充電電流Icに比例している。tan
δは、課電圧Ｅと充電電流Icの位相角から求めることが
できる。一般には・をＥ・Ｉで除算してtanδを求
めるようにしている。

ところが、実際に課電圧Ｅや充電電流Icを測定器を用
いて測定すると、そのままでは波形歪の影響を受け、算
出されるtanδの測定精度を上げる事が困難になるとい
う欠点があった。

（発明の目的）本発明の目的は、高精度に電気機器のtanδを求める
ことができる誘電体損の測定方法を提供することにあ
る。

（発明の概要）本発明の誘電体損の測定方法は、課電中の電気機器の
端子電圧を測定し、さらに、その遮蔽体の接地線を流れ
る充電電流を測定し、その端子電圧波形及び充電電流波
形からそれぞれの基本波を取り出し、各基本波の少なく
とも立ち上がりを検知してその立ち上がり点の位相差を
測定し、この位相差に基づいてその電気機器の絶縁体の
誘電体損を求めることを特徴とする。

（発明の実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図に本発明の実施に適する誘電体損の測定方法を
用いた測定回路のブロック図を示す。

この測定回路は、第３図において説明した端子電圧測
定用端子14と充電電流測定用端子15の出力を受け入れて
所定の処理を行い、最終的にtanδを求めるための回路
である。

この回路は、端子電圧測定用端子14に順に電圧測定器
21と、フィルタ22と、増幅器（AMP）23と、位相調整回
路24と、増幅器（AMP）25と、波形成形器26と、微分回
路27とを接続している。また、充電電流測定用端子15に
は、電流測定器31と、フィルタ32と、増幅器（APM）33
と、波形成形器36と、微分回路37とを接続している。

２つの微分回路27、37の出力は、共にカウンタ41に接
続され、充電電流測定側の微分回路37の出力は、カウン
タ41の出力と共に、マイクロプロセッサ（CPU）44に接
続されている。また、カウンタ41には、パルス化回路43
を介して発振回路42が接続されている。

ここで、電圧測定器21は、端子電圧測定用端子14の出
力を電圧波形として取り出す回路である。また、電流測
定器31は、充電電流測定用端子15の出力を電圧波形とし
て取り出す回路である。フィルタ22は、電圧測定器21の
出力電圧を濾波し、その基本波のみを抽出する回路であ
る。また、フィルタ32は、電流測定器31の出力電圧を濾
波し、その基本波のみを抽出する回路である。通常、ケ
ーブルに印加される商用電源の周波数は、50Hz又は60Hz
であるから、これらのフィルタ22、32はいずれも、その
周波数のみを通過させる特性の回路とすればよい。

AMP23、33、25は、いずれも、入力信号をそのまま増
幅するリニアアンプである。位相差調整回路24は、信号
処理過程で発生する位相のずれを補正するための回路
で、例えば、図示しないコンデンサとコイル等を組み合
わせた既知の可変型の遅延回路等で構成する。波形成形
回路26、36は正弦波状の入力電圧波形を矩形波状の電圧
波形にする回路で、例えば飽和増幅器等から構成され
る。微分回路27、37は波形成形回路26、27の出力する矩
形波状の電圧波形の立ち上がり点と立ち下がり点をとら
えてタイミングパルスを生成する回路である。

発振回路42とパルス化回路43は、カウンタ41のカウン
ト動作のためのクロックパルスを出力する回路である。
そのクロックパルスの周波数は、例えは10MHとする。

マイクロプロセッサ（CPU）44は、その内部に図示し
ないアイオーインターフェイスやその動作用プログラム
を格納したメモリ等を内蔵した既知の制御用回路であ
る。この回路には、先に説明したカウンタ41及び微分回
路37の出力のほか、測定スタート信号45とプリント信号
46とサンプリングレート設定信号47とサンプリング時間
設定信号48とが入力する。またこのCPU44からは、位相
調整回路24の制御用の信号が出力される。このCPU44は
カウンタ41の出力を所定のタイミングで所定回数読み取
り、その値をもとにして演算を行い、tanδを求める回
路である。測定スタート信号45は、tanδの測定動作の
開始を支持する信号である。また、プリント信号46は、
その結果を図示しない記録装置等に出力するための支持
信号である。さらに、サンプリングレート設定信号47
は、tanδの測定を複数回繰りして行う場合その時間的
周期を指示する信号で、サンプリング時間設定信号48
は、tanδの測定を繰り返す総時間を指定する信号であ
る。

以下、このような回路でtanδの測定を行った場合の
各回路ブロックの出力電圧波形を例示しながら、tanδ
の算出方法を説明する。

まず、電圧測定器21と電流測定器31からは、いずれも
およそ第２図ａに示したような歪み波51が出力される。
これが、フィルタ22、32を通過すると、基本波52のみが
抽出される（第２図ｂ）。その後、各フィルタ22、32の
出力は、AMP23、33により適当なレベルまで増幅され
る。ここで、電圧測定側では、第３図に示した端子電圧
測定用端子14の周辺回路で生じた電圧位相のずれが、位
相調整回路24において補正される。また、電圧測定側で
も電流測定側でも、AMP23、33、25等で入力信号間の位
相のずれを生じることがあるが、このような場合、あら
かじめ、両方の回路に同一の信号を入力し、両者の位相
のずれを補正するよう、位相調整回路24の動作条件を設
定しておく。そして、この位相調整回路で減衰した信号
は再びAMP25によって増幅される。

次に、電圧測定側の信号も電流測定側の信号もそれぞ
れ、波形成形回路26、36に入力し、正弦波が矩形波53に
成形される（第２図ｃ）。その矩形波が微分回路27、37
に入力すると、その立ち上がり点と立ち下がり点をとら
えて、ダイミングパルス54、54′が成形される（第２図
ｄ、ｅ）。

このパルス列は、測定している波形の零点を通る時間
を表示している。電圧測定側の出力パルス列54と、電流
測定側の出力パルス列54′とが時間的に重なりあえば、
両者は同位相であるといえる。また、180°ずれていれ
ば、純インダクティブあるいは純キャパシティブな負荷
であるといえる。そして、誘電体損があれば、その位相
がその損失に応じてずれてくる。カウンタ41は、その位
相のずれを測定する。

すなわち、例えば、電圧測定側から得られたタイミン
グパルス第２図ｄに示したものとし、電流測定側から得
られたタイミングパルスを第２図ｅに示したものとすれ
ば、前者がカウンタ41のリセットパルス及びカウントス
タートパルスとして、カウンタ41に入力し、後者がカウ
ンタ41のカウントストップパルスとして、カウンタ41に
入力するように設定しておく。また、後者は、CPU44の
データ読み取り信号としても利用される。カウンタ41の
クロックパルスの周波数を10MHzとし、360°/10MHzを計
算すれば、0.0036°の精度でその位相のずれが測定でき
ることが判る。クロックパルス55を第２図ｆに示した。

さて、第２図ｄと同図ｅに示したように、Δｔの間、
カウンタ41により、周波数fsのクロックパルスをカウン
トさせ、そのカウント値がＮであったとすると、このΔ
ｔは次の式で求めることができる。

Δｔ＝N/fs（秒）商用周波数をｆとし、Δｔを用いてδを求めると次式
のようになる。

δ＝２πｆΔｔ（ラジアン）この位相角から誘電体損を求め、それをパーセント単
位で表わせば、次式のようになる。

Ｌ＝tanδ×100％尚、サンプリングレートをTs、サンプリング時間をTr
とすれば、サンプリング回数ｎはTs/Trから求められ
る。ｎ回のサンプリングにより、tanδの平均値を求め
ると、次式のようになる。

このように、多数回サンプリングにより、tanδの平
均値を求めると、その測定精度を一層向上させることが
できる。

本発明は以上の実施例に限定されない。

端子電圧測定用の回路は、抵抗器による分圧回路とし
たが、トランス型の計器用変成器、コンデンサ分圧型の
計器用変成器等を使用してもよい。コンデンサを使用す
る場合は、測定誤差を少なくするため、無損失コンデン
サを使用することはいうまでもない。

また、実施例では、ケーブルの誘電体損の測定方法を
示したが、本発明は、電力用コンデンサその他の電気機
器についても適用が可能である。

（発明の効果）以上説明した本発明の誘電体損の測定方法によれば、
波形歪に影響されず、電圧と電流の位相差を高い精度で
測定してtanδを求めることができる。またその測定を
多数回繰り返すことにより、さらにその測定値の信頼性
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誘電体損の測定方法の実施に適する測
定回路のブロック図、第２図はその各回路ブロックの電
圧波形を示す動作説明図、第３図は一般的なケーブルの
誘電体損の測定方法を示す結線図、第４図はその充電電
流測定用のカレントトランスの平面図である。１……電気機器、８……遮蔽体、９……接地線、52……
基本波。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】課電中の電気機器の端子電圧を測定すると
共に該電気機器の遮蔽体の接地線に流れる充電電流を測
定し、前記端子電圧の波形及び前記充電電流の波形から
それぞれの基本波を取り出し、該各基本波の少なくとも
立ち上がりを検知して該立ち上がり点の位相差を測定
し、該位相差に基づいて前記電気機器の絶縁体の誘電体
損を求めることを特徴とする誘電体損の測定方法。