JP2860002B2

JP2860002B2 - 高周波部分放電センサ

Info

Publication number: JP2860002B2
Application number: JP4172340A
Authority: JP
Inventors: 正之丹; 昭太郎吉田; 和夫渡辺; 康弘高橋; 明年渡辺
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH0618603A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力ケーブルの絶縁体
内部及び絶縁体−導体界面で発生する部分放電（Partia
l Discharge ；ＰＤ）を検出する高周波部分放電センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電力ケーブル内に発生する部分放
電を検出する部分放電検出装置として、例えば同調式検
出法及びＡＥ（アコースティック・エミッション）セン
サを使用する方法によるものが提案されている。

【０００３】前記同調式検出法を用いた同調式検出装置
は、図５に示すように、電力ケーブル３１の終端部３２
ａ又は３２ｂの内部導体と金属遮蔽層との間に、結合コ
ンテンサ３３及び検出インピーダンス３４を直列に接続
し、検出インピーダンス３４の両端に生じた電位差を数
百ｋＨｚの同調周波数を持つ同調増幅器３５によって取
り出すようにしたものである。

【０００４】しかしながら、この同調式検出装置は、電
力ケーブルの内部導体から信号を取り出す必要があるた
め、活線下での検出は困難であり、専用の結合コンデン
サも必要であるという問題点がある。また、この装置に
おける同調周波数は、数百ｋＨｚであるため、周囲のノ
イズの影響を受け易く、シールドルーム内の実験では良
好な検出精度が得られるものの、布設後のケーブルへの
適用は難しい。

【０００５】一方、ＡＥセンサを使用する検出装置は、
部分放電によって絶縁体内部を伝搬する弾性波をＡＥセ
ンサで検出するものであるが、この装置では、電気的な
ノイズによる影響を受けない反面、超音波が直進性を有
しているために強い指向性を有し、検出位置によっては
検出感度が極端に低下するという問題点がある。

【０００６】そこで、電力ケーブルの接続部において、
金属遮蔽層を絶縁し、部分放電発生時に絶縁部を挟む両
金属遮蔽層間に発生する電位差を、前記両金属遮蔽層間
に接続された検出インピーダンスによって検出する検出
法も提案されている（「南池上線 275ｋＶＣＶケーブ
ル線路の部分放電試験結果」；勝田他、電気学会絶縁材
料研究会資料ＥＩＭ−９０−２０）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、金属遮蔽層が絶縁された接続部のみに適用を限定
され、また金属遮蔽層を非接地状態とするために、短絡
事故発生時の安全性に欠けるという問題点がある。ま
た、装置が大型となり、測定に熟練を要するという欠点
もある。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、布設後の電力ケーブル及びその接続部に容
易に設置することができ、適用範囲が広く、安全性及び
測定精度にも優れ、しかも装置の簡略化及び測定の簡易
化を図ることができる高周波部分放電センサを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高周波部分
放電センサは、電力ケーブルの周面に配設された電極
と、この電極に接続されたインダクタンス要素と、前記
電極及び前記インダクタンス要素を収納するシールド容
器と、このシールド容器内に充填された充填材と、前記
シールド容器を被覆する熱収縮チューブとを有し、前記
シールド容器は前記充填材を注入するための注入口と、
内部の空気を排出するための排出口とを有することを特
徴とする。

【００１０】

【作用】部分放電パルスは、広帯域信号であり、分布定
数回路である電力ケーブルを導体間及び大地を帰路とし
て伝播する進行波となる。本願発明者等は、この点に着
目し、部分放電パルスによって生じ、電力ケーブルの外
側導電層を伝播する進行信号波の高周波成分を被覆層上
から検出するようにした。即ち、前記被覆層の外側に電
極を設けこの電極に更にコイル等のインダクタンス要素
を接続し、このインダクタンス要素を介して信号を取り
出す。この場合、前記電極の前記被覆層を挟んで対峙す
る前記外側導電層に対する結合容量（高域通過フィルタ
としてのコンデンサ即ちハイパスコンデンサとして機能
する）と前記インダクタンス要素との直列回路が共振特
性を呈し、この直列共振回路は適宜なるＱ（クォリティ
ファクタ：共振の強さ）値にて、所要の周波数帯域の信
号に共振し、所要の周波数帯域の信号を選択的に増幅し
得る高周波共振回路を形成する。

【００１１】本発明によれば、部分放電発生の際に外側
金属層から接地に向かう進行波の高周波成分を、被覆層
を介して前記高周波共振回路により検出する方式である
ため、電力ケーブル又は接続部の被覆層上に前記高周波
共振回路を構成する電極及びインダクタンスを装着させ
るだけでセッティングが完了する。このため、布設後の
ケーブル及び接続部に容易に設置することができ、活線
状態下での測定も可能である。

【００１２】また、本発明では外側金属層を伝播する進
行波を検出する方式を用いているから、外側金属層を非
接地状態にする必要がない。このため本発明は、接続部
等の形式によって適用を限定されたり、安全性が低下し
たりする等の不都合を回避できる。

【００１３】なお、前記高周波共振回路から取り出す周
波数成分が５ＭＨｚ以下であると、モータ及び発電機等
の機械的要素による外部ノイズの影響を受け易く、ま
た、60ＭＨｚ以上では、放送帯域の影響を受ける。この
ため、高周波共振回路から取り出す周波数成分として
は、５ＭＨｚ乃至60ＭＨｚが好ましい。但し、部分放電
により発生する進行波は広帯域の信号であり、あまり狭
い帯域の信号のみを高い増幅度で検出しても充分な感度
は得られず、前記周波数範囲内の広い帯域の信号を適切
な増幅度で検出することが望ましい。本発明において
は、共振回路を構成するインダクタンスとして可変イン
ダクタンスを使用したり、又は共振回路に可変抵抗を直
列に接続することにより、共振周波数及びＱ値を任意に
変えることができる。例えば、試料のサイズ等によって
部分放電パルスに含まれる周波数成分に若干の変動があ
っても容易に対応することができる。

【００１４】また、ケーブル事故は、その殆どが接続部
又は終端部で生ずる事故であることが知られている。こ
のため、本発明に係る部分放電センサを電力ケーブルの
接続部又は終端部の付属品に装着することにより、電力
ケーブルの品質保証及び保守点検が可能になる。

【００１５】ところで、図６に示すように、電力ケーブ
ル４１のプラスチックシース４０の周面に電極４２を配
置し、この電極４２を収納するシールド容器４４（例え
ば、真鍮製）に取り付けられた同軸コネクタ４５の内部
導体と電極４２との間にインダクタンス要素としてのコ
イル４６を接続するだけでも、部分放電を検出すること
ができる。しかし、このままではシールド容器内に水分
が侵入し、センサの出力が変化してしまうことが考えら
れる。また、コイル４６はそのリード線が電極４２及び
コネクタ４５に接続されて支持されているだけであるの
で、長期間使用することを考えると、コイル４６が変形
してインダクタンスが変化してしまう可能性があり、信
頼性が十分でない。

【００１６】このため、本発明においては、シールド容
器内に充填材を充填する。この充填材によりシールド容
器内に水分が侵入することを回避できると共に、コイル
（インダクタンス要素）の変形を防止できて、センサの
信頼性を確保することができる。しかも、本発明におい
ては、シールド容器に設けた排出口を介してシールド容
器内の空気を排出しつつ、シールド容器に設けた注入口
を介して充填材を充填する。このように、シールド容器
を電力ケーブルに装着した後、充填材をシールド容器内
に充填するので、そのシールド性が極めて優れており、
シールド容器内に水分が侵入することを確実に防止し、
コイルの変形を確実に防止することができる。また、本
発明においては、このシールド容器を被覆する熱収縮チ
ューブを設けたので、更にシールド性を向上することが
できる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【００１８】図１は本発明の実施例に係る高周波部分放
電センサを示す断面図である。

【００１９】電極２は電力ケーブル１の外周面を取り囲
むようにして配設されている。この電極２は、例えば金
属製の円筒状部材を半割りにした形状の１対の電極板に
より構成されており、両者がボルト及びナットにより相
互に固定されて電力ケーブル１に取り付けられる。ま
た、電力ケーブル１の外周には、電極２を取り囲むよう
にして、導電性材料からなるシールドカバー１０が配設
されている。このシールドカバー１０は、電力ケーブル
１の金属遮蔽層が接続される接地線と接続される。

【００２０】このシールドカバー１０は、ケーブル長手
方向の両端に鍔部１０ａが設けられており、この鍔部１
０ａと電力ケーブル１との間にはテープ１１ａが介装さ
れている。また、この鍔部１０ａ上から電力ケーブル１
の周面上にかけてテープ１１ｂが巻回されている。この
ようにして、シールドカバー１０の鍔部１０ａと電力ケ
ーブル１との間の密封性を確保している。

【００２１】このシールドカバー１０には、防滴型のＢ
ＮＣ同軸コネクタ５（受け部）が取り付けられている。
この同軸コネクタ５の内部導体と電極２との間には、イ
ンダクタンス要素としてのコイル６が接続されている。
このコイル６はリード線４により電極２及び同軸コネク
タ５に接続されている。また、このコイル６は、樹脂３
により封止されている。

【００２２】シールドカバー１０内には防水コンパウン
ド（樹脂）７が充填されている。この防水コンパウンド
７は、シールドカバー１０を電力ケーブル１上に配設し
た後、樹脂注入口８からシールドカバー１０内に注入さ
れたものであり、シールドカバー１０には、防水コンパ
ウンド注入時に内部の空気を排出するための空気穴９が
設けられている。

【００２３】また、シールドカバー１０は、熱収縮チュ
ーブ１２により被覆されている。この熱収縮チューブ１
２は、シールドカバー１０内に防水コンパウンド７を充
填し樹脂注入口８及び空気穴９を塞いだ後、電力ケーブ
ル１にシールドカバー１０の径よりも大きい熱収縮チュ
ーブ１２を挿入し、熱によりこの熱収縮チューブ１２を
熱収縮させることにより、シールドカバー１０を被覆し
たものである。なお、この熱収縮チューブ１２は、コネ
クタ５に対応する部分に開口部が設けられている。

【００２４】このように構成されたセンサは、同軸ケー
ブル１４により測定器（図示せず）に接続される。この
同軸ケーブル１４の端部にはコネクタプラグ１３が取り
付けられており、このコネクタプラグ１３をコネクタ５
に係合することにより、センサと同軸ケーブル１４とを
電気的に接続する。このコネクタ接続部はキャップ１５
に覆われている。このキャップ１５のシールド容器側端
部と熱収縮チューブ１２との間はコーキング材１７によ
り封止されており、同軸ケーブル側端部と同軸ケーブル
１４との間はテープ１８により封止されている。そし
て、このキャップ１５内にはコーキング材１６が充填さ
れている。このようにして、コネクタ部の防水性を確保
している。

【００２５】図２は、上述のセンサを使用した部分放電
検出装置の構成を示すブロック図である。

【００２６】この装置は、部分放電を検出すべき電力ケ
ーブル１に取り付けられたセンサ２０と、このセンサ２
０の出力を増幅する広帯域増幅器２１と、この広帯域増
幅器２１の出力に対してアベレージング等の信号処理を
施すデジタイジングオシロスコープ２２とにより構成さ
れている。

【００２７】検出対象である電力ケーブル１は、例えば
275ｋＶのＣＶケーブルで、図３に示すように、中心か
ら順次、内部導体２６、内部半導電層２７、ケーブル絶
縁体（ＸＬＰＥ：cross-linked polyethylene ，架橋ポ
リエチレン）２８、外側金属層としての金属遮蔽層２９
及び被覆層としてのプラスチックシース３０を同軸配置
して形成されている。この電力ケーブル１は、図２に示
すように、所定の長さになるように、接続部２３ａ，２
３ｂを介して複数接続され、その終端部２４ａ，２４ｂ
の内部導体２６が、高圧電源線２５に接続される。ま
た、この電力ケーブル１の金属遮蔽層２９は、終端部２
４ａ，２４ｂ及び接続部２３ａ，２３ｂ等において適宜
接地されている。

【００２８】次に、このように構成された本実施例に係
る部分放電検出装置の動作について説明する。

【００２９】電力ケーブル１の等価回路は図４に示すよ
うな回路と考えるのが一般的である。即ち、内部導体２
６、金属遮蔽層２９並びに終端部２４ａ，２４ｂ及び接
続部２３ａ，２３ｂの接地線は、ＲＬ直列回路となる。
内部導体２６と金属遮蔽層２９とは、両者の間に介在す
るケーブル絶縁体２８を介して容量結合されている。ま
た、検出部Ｄは、センサ２０の電極２と電力ケーブル１
のプラスチックシース３０とにより決定される結合容量
と、この容量に直列に設けられたコイル６のインダクタ
ンスと、測定器の入力インピーダンスとから構成され
る。電極２による結合容量は例えば電極２のケーブル長
手方向の長さにより調節することができる。

【００３０】ケーブル絶縁体２８中で部分放電が発生す
ると、それによって生じたパルス的な電流は、図中ｉ2
，ｉ2 ′，…で示す同軸モードと、同図中ｉ1 ，ｉ1
′，…，ｉ3 ，ｉ3 ′，…で示す大地帰路モードとに
別れて伝播する。これにより、検出部Ｄには、ｉ1 ＋ｉ
1 ′に示す電流が流れるので、この電流をセンサ２０が
検出することになる。

【００３１】本実施例では、共振特性を得るために特殊
な素子を用いるのではなく、センサ２０の内部に簡単で
且つ小さな（１cm³ 程度）コイル６を設け、このコイル
６をプラスチックシース３０の外周に配置した電極２と
同軸コネクタ５の内部導体との間に接続することによ
り、電極２による結合容量とコイル６のインダクタンス
との直列共振回路を形成している。このような直列共振
の場合、検出部Ｄの抵抗成分の変化による共振点の変化
は生じないので、容量Ｃ及びインダクタンスＬの選定に
より、Ｑ値のみを適切に調整することができる。また、
前記抵抗成分の抵抗値を適宜選定すれば、検出周波数帯
域にある程度の幅をもたせることができ、広帯域の部分
放電信号成分の分布する周波数領域のうちノイズが少な
い全領域をカバーできるようにすることができる。即
ち、ノイズが少ない広い周波数領域に対する共振特性を
利用して部分放電信号を高感度に検出することができ
る。従って、簡単な構成で、容易に良好なＳ／Ｎ比を得
ることができる。

【００３２】また、本実施例に係る共振型部分放電検出
装置は、共振特性を持っているため部分放電パルスの任
意の周波数の高周波成分を効果的に増幅することができ
る。更に、Ｑ値が比較的低いため、観測周波数帯域を広
くとることができる。更にまた、本実施例においては、
シールドカバー内及び同軸コネクタを覆うキャップ内に
夫々防水コンパウンド及びコーキング材が充填されてい
るため、湿度の変化による特性の変化を回避することが
できる。更にまた、コイルが樹脂及び防水コンパウンド
により固定されるため、コイルのインダクタンスが変化
することを回避できて、センサの信頼性が高い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
力ケーブルの周面に配置された電極及びこの電極に接続
されたインダクタンス要素がシールド容器内に収納され
ており、このシールド容器内には充填材が充填されてい
るから、部分放電発生時に外側導電層を伝播する信号の
高周波成分を検出できると共に、湿度の影響を回避でき
て、長期間に亘って信頼性を維持することができる。ま
た、本発明に係る部分放電検出センサは、布設後の電力
ケーブル及び接続部に容易に設置することができると共
に、適用範囲が広く、安全性に優れていている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る高周波部分放電センサを
示す断面図である。

【図２】同じくそのセンサを使用した部分放電検出装置
の構成を示すブロック図である。

【図３】電力ケーブルを示す断面図である。

【図４】電力ケーブル及び検出系の等価回路図である。

【図５】従来の同調式部分放電検出装置を示すブロック
図である。

【図６】高周波部分放電センサの一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１，４１；電力ケーブル２，４２；電極５，４５；コネクタ６，４６；コイル７；防水コンパウンド１０；シールドカバー１２；熱収縮チューブ１３；コネクタプラグ１４；同軸ケーブル１５；キャップ１６；コーキング材２６；内部導体２７；内部半導体層２８；ケーブル絶縁体２９；金属遮蔽層３０，４０；シース

フロントページの続き (72)発明者高橋康弘東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者渡辺明年東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (56)参考文献特開平４−181177（ＪＰ，Ａ) 特開平３−107778（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−31219（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−13602（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電力ケーブルの周面に配設された電極
と、この電極に接続されたインダクタンス要素と、前記
電極及び前記インダクタンス要素を収納するシールド容
器と、このシールド容器内に充填された充填材と、前記
シールド容器を被覆する熱収縮チューブとを有し、前記
シールド容器は前記充填材を注入するための注入口と、
内部の空気を排出するための排出口とを有することを特
徴とする高周波部分放電センサ。