JP2978597B2

JP2978597B2 - 部分放電センサ

Info

Publication number: JP2978597B2
Application number: JP3159984A
Authority: JP
Inventors: 明年渡辺; 昭太郎 ▲吉▼田; 和夫渡辺; 正之丹; 一夫天野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: JPH04357476A

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４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】本願の第１発明に係る部
分放電センサは、電力ケーブルに取付けられてその部分
放電を検出する部分放電センサにおいて、電力ケーブル
の絶縁性被覆層上に設けられた電極と、この電極と前記
電力ケーブルの外側導電層とにより構成される結合容量
に接続されて共振性を呈するインダクタンスとを有し、
前記電極は導電性又は半導電性塗料を前記電力ケーブル
の周面に塗布した後加熱することにより前記絶縁性被覆
層に焼き付けられて形成されたものであることを特徴と
する。

【００１０】本願の第２発明に係る部分放電センサは、
電力ケーブルに取付けられてその部分放電を検出する部
分放電センサにおいて、電力ケーブルの絶縁性被覆層上
に設けられた電極と、この電極と前記電力ケーブルの外
側導電層とにより構成される結合容量に接続されて共振
性を呈するインダクタンスとを有し、前記電極は導電性
又は半導電性テープを前記電力ケーブルの周面に巻き付
けた後前記ケーブルの中心軸方向に押圧しつつ加熱する
ことにより前記絶縁性被覆層に焼き付けられて形成され
たものであることを特徴とする。

【００１１】

【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。

【００１２】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した
後シールド容器を配置す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。

【００１３】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。

【００１４】電極としては、例えば電力ケーブルの周面
に導電性の塗料を塗布したり、導電性のテープを巻き付
けたものが考えられる。このような電極は製造が容易で
あると共に短期的（半年以下）な期間においては十分に
良好な特性を示す。しかし、実使用においてケーブル及
びその接続部等の部分放電の測定又は監視を行なう場合
は、例えば30年間という長期に亘ってメンテナンスフリ
ーであることが必要である。このため、単に電力ケーブ
ルの周面に導電性塗料を塗布しただけ、又は導電性テー
プを巻き付けただけの電極では経年変化等により電力ケ
ーブルの周面から剥離する虞れがあり、信頼性が十分で
ない。電極が電力ケーブルの周面から剥離すると、電極
と電力ケーブルの外側導電層との間で構成される容量が
変化するため、インダクタンスとにより構成される共振
回路の共振特性が変化し、所望の帯域の信号を得ること
ができなくなってしまう。

【００１５】そこで、本発明においては、電極として、
導電性若しくは半導電性の塗料を電力ケーブルの周面に
塗布した後加熱して前記塗料を電力ケーブルの絶縁性被
覆層に焼き付けたもの、又は導電性若しくは半導電性の
テープを電力ケーブルの周面に巻き付けた後前記ケーブ
ルの中心軸方向に加圧しつつ加熱することにより前記テ
ープを電力ケーブルの絶縁性被覆層に焼き付けたものを
使用する。これにより、長期間に亘って電極の剥離を回
避でき、信頼性が高い部分放電センサを得ることができ
る。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】

【実施例】以下、添付の図面を参照して、本発明の実施
例について説明する。

【００１９】図１は本発明の実施例に係る部分放電セン
サを示す断面図である。

【００２０】電力ケーブル１のプラスチックシース２０
の外周には、導電性塗料又は金属テープを焼き付けるこ
とにより形成された電極２が全周に亘って設けられてい
る。

【００２１】この電極２は、電力ケーブル１に装着され
た絶縁筒７、この絶縁筒７の外周に配置された真鍮筒３
及びその外周を覆う鉛テープ４によって形成されたシー
ルド容器内に収容されている。真鍮筒３には、例えばＢ
ＮＣコネクタ等の同軸コネクタ５が取り付けられてお
り、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。コイル６も前記シールド容器内に収容されている。
前記シールド容器は電力ケーブル１の金属遮蔽層が接続
される接地線と接続される。

【００２２】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、中心から順次、内部導体１
６、内部半導電層１７、ケーブル絶縁体（ＸＬＰＥ：cr
oss-linked polyethylene ，架橋ポリエチレン）１８、
外側金属層としての金属遮蔽層１９及び被覆層としての
プラスチックシース２０を同軸配置して形成されてい
る。

【００２３】次に、本発明の実施例における電極２の製
造方法について説明する。

【００２４】先ず、電力ケーブルの絶縁性被覆層（防食
層）の周面に導電性（又は、半導電性）塗料を所定の幅
で塗布する。この幅により、金属遮蔽層１９との間で構
成される容量の容量値が決定される。次いで、この塗料
を塗布した部分を加熱して、塗料を絶縁性被覆層に焼き
付ける。これにより、プラスチックシース２０に焼き付
けられた電極２を得ることができる。

【００２５】また、以下のようにして電極２を形成する
こともできる。先ず、電力ケーブルの絶縁性被覆層の周
面に導電性（又は、半導電性）のテープを巻き付ける。
次いで、このテープをケーブルの中心方向に押圧しつつ
加熱して、テープを絶縁被覆層に焼き付ける。このよう
にしても、プラスチックシース２０に焼き付けられた電
極２を得ることができる。

【００２６】図２は、本実施例の部分放電センサを使用
した部分放電検出装置の構成を示すブロック図である。
この装置は、上述した構造を有するセンサ１０と、この
センサ１０の出力を増幅する広帯域増幅器１１と、この
広帯域増幅器１１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１２とによ
り構成されている。

【００２７】この電力ケーブル１は、所定の長さになる
ように、接続部１３ａ，１３ｂを介して複数接続され、
その終端部１４ａ，１４ｂの内部導体１６が、高圧電源
線１５に接続される。また、この電力ケーブル１の金属
遮蔽層１９は、終端部１４ａ，１４ｂ及び接続部１３
ａ，１３ｂ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３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１
６、金属遮蔽層１９及び終端部１４ａ，１４ｂ及び接続
部１３ａ，１３ｂの接地線は、ＲＬ直列回路となる。内
部導体１６と金属遮蔽層１９とは、両者の間に介在する
ケーブル絶縁体１８を介して容量結合されている。ま
た、検出部Ｄは、センサ１０の電極２と電力ケーブル１
のプラスチックシース２０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１８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１０が
検出することになる。

【００３１】この部分放電検出装置においては、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
１０の内部に簡単で且つ小さな（体積；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２０
の外周面に焼き付けた電極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の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、本実施例に係る部分放電センサは、
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、電極が電力ケーブルの周面に
焼き付けられているため、長期間に亘る連続使用におい
ても、機械的振動及び衝撃による電極２の剥離を回避で
きて、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焼き付けられて形成され前記ケーブ
ルの外側導電層とにより結合容量を構成する電極及びこ
の結合容量に接続されて共振性を呈するインダクタンス
が設けられているから、部分放電発生時に前記電力ケー
ブルの外側導電層を伝播する信号の高周波成分を検出で
きる。また、本発明に係る部分放電センサは、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、活線下において長期間に亘り高精度で部分放電
を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る部分放電センサを示す斜
視図である。

【図２】同じくその部分放電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】電力ケーブル及び検出系の等価回路図である。

【図４】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。

【符号の説明】

１，３１；電力ケーブル２；電極３；真鍮筒４；鉛テープ５；コネクタ６；コイル７；絶縁筒１０；センサ１１；広帯域増幅器１２；ディジタイジングオシロスコープ１６；内部導体１７；内部半導電層１８；ケーブル絶縁体１９；金属遮蔽層２０；プラスチックシース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丹正之東京都江東区木場一丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者天野一夫東京都江東区木場一丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (56)参考文献特開昭62−61209（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−131079（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 31/12 - 31/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電力ケーブルに取付けられてその部分放
電を検出する部分放電センサにおいて、電力ケーブルの
絶縁性被覆層上に設けられた電極と、この電極と前記電
力ケーブルの外側導電層とにより構成される結合容量に
接続されて共振性を呈するインダクタンスとを有し、前
記電極は導電性又は半導電性塗料を前記電力ケーブルの
周面に塗布した後加熱することにより前記絶縁性被覆層
に焼き付けられて形成されたものであることを特徴とす
る部分放電センサ。
【請求項２】電力ケーブルに取付けられてその部分放
電を検出する部分放電センサにおいて、電力ケーブルの
絶縁性被覆層上に設けられた電極と、この電極と前記電
力ケーブルの外側導電層とにより構成される結合容量に
接続されて共振性を呈するインダクタンスとを有し、前
記電極は導電性又は半導電性テープを前記電力ケーブル
の周面に巻き付けた後前記ケーブルの中心軸方向に押圧
しつつ加熱することにより前記絶縁性被覆層に焼き付け
られて形成されたものであることを特徴とする部分放電
センサ。