JP3092772B2 - 電力ケーブルの絶縁劣化診断方法 - Google Patents
電力ケーブルの絶縁劣化診断方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＶケーブルなどの水
トリー劣化などを検出する電力ケーブルの絶縁劣化診断
方法に関するものである。
トリー劣化などを検出する電力ケーブルの絶縁劣化診断
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＣＶケーブルなどの高分子絶縁
体を用いた電力ケーブルでは、布設後の使用期間中に経
年劣化により絶縁体の電気絶縁性能が低下する。特に、
水分が存在する環境下でＣＶケーブルなどのゴム・プラ
スチックケーブルを長期間使用していると、絶縁体内部
の局部的な電界集中部に水分が集中して微小の水ボイド
集団が形成され、これが電界の方向に成長・進展する所
謂水トリー劣化が発生し、この水トリーが絶縁体の絶縁
強度を著しく低下させて、絶縁破壊事故の原因となるこ
とが知られている。従って、このような劣化を事故発生
以前に発見し、劣化の程度を的確に診断することが極め
て重要な課題になっている。
体を用いた電力ケーブルでは、布設後の使用期間中に経
年劣化により絶縁体の電気絶縁性能が低下する。特に、
水分が存在する環境下でＣＶケーブルなどのゴム・プラ
スチックケーブルを長期間使用していると、絶縁体内部
の局部的な電界集中部に水分が集中して微小の水ボイド
集団が形成され、これが電界の方向に成長・進展する所
謂水トリー劣化が発生し、この水トリーが絶縁体の絶縁
強度を著しく低下させて、絶縁破壊事故の原因となるこ
とが知られている。従って、このような劣化を事故発生
以前に発見し、劣化の程度を的確に診断することが極め
て重要な課題になっている。
【０００３】このような水トリー劣化診断方法として
は、従来から絶縁体の誘電・絶縁特性を利用した種々の
方法が検討されており、誘電正接を測定する tanδ測定
法等があるが、微小電流検出の難しさ、或いは実線路へ
の適用性の問題、更には劣化とは無関係な要因による類
似信号との区別の難しさなどの問題もあり、十分な信頼
性を有する診断技術とはなっていない。
は、従来から絶縁体の誘電・絶縁特性を利用した種々の
方法が検討されており、誘電正接を測定する tanδ測定
法等があるが、微小電流検出の難しさ、或いは実線路へ
の適用性の問題、更には劣化とは無関係な要因による類
似信号との区別の難しさなどの問題もあり、十分な信頼
性を有する診断技術とはなっていない。
【０００４】ところで、水トリー劣化絶縁体に交流電圧
を印加した場合に流れる交流電流中の印加電圧と同相の
損失電流は、劣化の進行と共に増大し、かつ電圧に対し
て非線形な応答を示すことが知られており、この非線形
な応答によって損失電流波形には奇数次の高調波歪が発
生する。そこで、損失電流の第３高調波成分などを検出
して、この大きさを劣化信号とすれば、劣化とは無関係
な要因による非線形特性を有しない損失電流との区別が
可能となり、信頼性の高い劣化診断が可能となる。
を印加した場合に流れる交流電流中の印加電圧と同相の
損失電流は、劣化の進行と共に増大し、かつ電圧に対し
て非線形な応答を示すことが知られており、この非線形
な応答によって損失電流波形には奇数次の高調波歪が発
生する。そこで、損失電流の第３高調波成分などを検出
して、この大きさを劣化信号とすれば、劣化とは無関係
な要因による非線形特性を有しない損失電流との区別が
可能となり、信頼性の高い劣化診断が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
損失電流の第３高調波成分の検出による絶縁劣化診断を
試みると、確かに従来の tanδ測定法等に比べて絶縁劣
化診断の信頼性は飛躍的に向上するが、例えば絶縁劣化
としては殆ど悪影響のない軽度な絶縁劣化が多数存在し
ている場合と、絶縁劣化として深刻な影響を持つ重度な
絶縁劣化が少数存在している場合とでは、同等の電流値
が検出されるため、両者の区別ができないという問題点
がある。
損失電流の第３高調波成分の検出による絶縁劣化診断を
試みると、確かに従来の tanδ測定法等に比べて絶縁劣
化診断の信頼性は飛躍的に向上するが、例えば絶縁劣化
としては殆ど悪影響のない軽度な絶縁劣化が多数存在し
ている場合と、絶縁劣化として深刻な影響を持つ重度な
絶縁劣化が少数存在している場合とでは、同等の電流値
が検出されるため、両者の区別ができないという問題点
がある。
【０００６】つまり、従来の交流電圧を印加した電力ケ
ーブルの絶縁体に流れる損失電流の第３高調波成分の検
出による絶縁劣化診断においては、多数の軽度劣化が存
在する場合と重度劣化が散在する場合の区別ができず、
この区別は従来例のように損失電流の第３高調波成分の
大きさのみを劣化診断に用いている限り不可能である。
ーブルの絶縁体に流れる損失電流の第３高調波成分の検
出による絶縁劣化診断においては、多数の軽度劣化が存
在する場合と重度劣化が散在する場合の区別ができず、
この区別は従来例のように損失電流の第３高調波成分の
大きさのみを劣化診断に用いている限り不可能である。
【０００７】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
交流電圧を印加した電力ケーブルの絶縁体に流れる交流
電流中の損失電流において、その第３高調波成分の位相
を使用した信頼性の高い電力ケーブルの絶縁劣化診断方
法を提供することにある。
交流電圧を印加した電力ケーブルの絶縁体に流れる交流
電流中の損失電流において、その第３高調波成分の位相
を使用した信頼性の高い電力ケーブルの絶縁劣化診断方
法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、
交流電圧が印加された電力ケーブルの絶縁体に流れる電
流を検出して、検出した前記電流から交流印加電圧の基
本波成分に対してπ／２進み位相の電流成分を取り除い
た残りの損失電流成分を抽出し、該検出電流成分中から
印加基本波成分の３倍の周波数を有する第３高調波成分
を抽出して行う電力ケーブルの絶縁劣化診断法におい
て、前記交流印加電圧の基本波成分の瞬時値の極性が負
から正に変化する時刻を第３高調波成分の位相原点とし
て、該第３高調波成分の前記位相原点を基準とする位相
から絶縁劣化状態を診断することを特徴とする。
めの本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、
交流電圧が印加された電力ケーブルの絶縁体に流れる電
流を検出して、検出した前記電流から交流印加電圧の基
本波成分に対してπ／２進み位相の電流成分を取り除い
た残りの損失電流成分を抽出し、該検出電流成分中から
印加基本波成分の３倍の周波数を有する第３高調波成分
を抽出して行う電力ケーブルの絶縁劣化診断法におい
て、前記交流印加電圧の基本波成分の瞬時値の極性が負
から正に変化する時刻を第３高調波成分の位相原点とし
て、該第３高調波成分の前記位相原点を基準とする位相
から絶縁劣化状態を診断することを特徴とする。
【０００９】
【作用】上述の構成を有する電力ケーブルの絶縁劣化診
断方法は、交流電圧が印加された電力ケーブルの絶縁体
に流れる損失電流の第３高調波成分を抽出し、この第３
高調波成分の位相から絶縁劣化診断を行う。
断方法は、交流電圧が印加された電力ケーブルの絶縁体
に流れる損失電流の第３高調波成分を抽出し、この第３
高調波成分の位相から絶縁劣化診断を行う。
【００１０】
【実施例】本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明
する。絶縁劣化ケーブルの損失電流の実測波形を損失電
流の瞬時値の電流−電圧特性として整理すると、大きな
ヒステリシスが発生しているものとそうでないもの、或
いは損失電流波高値の現れる時刻が印加電圧波高値の現
れる時刻よりも早くなるものと遅くなるもの等、絶縁劣
化の進展状態によって損失電流の歪波形が微妙に変化し
ていることが認められる。
する。絶縁劣化ケーブルの損失電流の実測波形を損失電
流の瞬時値の電流−電圧特性として整理すると、大きな
ヒステリシスが発生しているものとそうでないもの、或
いは損失電流波高値の現れる時刻が印加電圧波高値の現
れる時刻よりも早くなるものと遅くなるもの等、絶縁劣
化の進展状態によって損失電流の歪波形が微妙に変化し
ていることが認められる。
【００１１】このような損失電流の歪波形の差異が本質
的に劣化の進展に伴うもので、かつその変化に一定の法
則性があれば、これらの歪波形情報を絶縁劣化診断に利
用できることになり、更に同一の大きさの信号電流が検
出された場合でも、この歪波形情報の比較によってそれ
ら電流の発生起源の違いを推定できることになる。
的に劣化の進展に伴うもので、かつその変化に一定の法
則性があれば、これらの歪波形情報を絶縁劣化診断に利
用できることになり、更に同一の大きさの信号電流が検
出された場合でも、この歪波形情報の比較によってそれ
ら電流の発生起源の違いを推定できることになる。
【００１２】絶縁劣化ケーブルの絶縁体中の損失電流に
歪波形が発生する現象について、図１の絶縁体の等価回
路の回路構成図に従って以下に説明する。絶縁劣化ケー
ブルの絶縁体は、抵抗Ｒを持つ抵抗要素１と静電容量Ｃ
を持つ静電容量要素２を直列に接続した等価回路に置き
換えることができる。この場合の誘電正接はtanδ1≡ω
1 ＣＲとなる。
歪波形が発生する現象について、図１の絶縁体の等価回
路の回路構成図に従って以下に説明する。絶縁劣化ケー
ブルの絶縁体は、抵抗Ｒを持つ抵抗要素１と静電容量Ｃ
を持つ静電容量要素２を直列に接続した等価回路に置き
換えることができる。この場合の誘電正接はtanδ1≡ω
1 ＣＲとなる。
【００１３】ここで、交流電圧源３から絶縁劣化ケーブ
ルに、正弦波交流電圧v(t)＝｜V1｜sin（ω1 ｔ）が印
加されると、絶縁体に流れる交流電流中には印加電圧v
(t)と同相成分の損失電流が含まれることになる。即
ち、図１の等価回路において、仮に抵抗要素１が存在し
ない場合には、この等価回路に流れる電流ix(t) は印加
電圧v(t)に対してπ／２だけ位相の進んだ容量電流ICの
みとなるが、抵抗要素１が存在すると緩和時定数τ＝Ｃ
Ｒによって電圧変化に対する電流の応答遅れが生じ、次
の(1) 式に示す電流ix(t) ≡Ixが流れる。
ルに、正弦波交流電圧v(t)＝｜V1｜sin（ω1 ｔ）が印
加されると、絶縁体に流れる交流電流中には印加電圧v
(t)と同相成分の損失電流が含まれることになる。即
ち、図１の等価回路において、仮に抵抗要素１が存在し
ない場合には、この等価回路に流れる電流ix(t) は印加
電圧v(t)に対してπ／２だけ位相の進んだ容量電流ICの
みとなるが、抵抗要素１が存在すると緩和時定数τ＝Ｃ
Ｒによって電圧変化に対する電流の応答遅れが生じ、次
の(1) 式に示す電流ix(t) ≡Ixが流れる。
【００１４】 Ix＝{tan2 δ1 ／（１＋ tan2 δ1)} ・（V1／Ｒ） ＋ｊ{tanδ1 ／（１＋ tan2 δ1)} ・（V1／Ｒ） …(1)
【００１５】ここで、(1) 式の右辺第１項が損失電流
IR、第２項が容量電流ICとなる。また、V1は周波数ω1
の交流電圧を表しており、 tanδ1 は図１の等価回路に
流れる電流の誘電正接、Ｒは抵抗要素１の抵抗値、Ｃは
静電容量要素２の静電容量を表している。
IR、第２項が容量電流ICとなる。また、V1は周波数ω1
の交流電圧を表しており、 tanδ1 は図１の等価回路に
流れる電流の誘電正接、Ｒは抵抗要素１の抵抗値、Ｃは
静電容量要素２の静電容量を表している。
【００１６】図１の等価回路の誘電正接tanδ1 ≡ω1
ＣＲは、絶縁体の交流特性を決定する重要な指針とな
る。しかしながら、図１の等価回路では抵抗要素１と静
電容量要素２の直列回路と並列に存在する瞬時分極など
による等価静電容量Cｏの存在を無視しており、実際に
はこの等価静電容量Cｏに流れる容量電流が存在するた
めに、 tanδ1 を直接的に検出することはできない。ま
た、多くの場合にケーブル絶縁体の劣化はケーブルの長
さ方向に対して不均一に発生するので、健全部絶縁体の
大きな容量電流の影響によって、測定される誘電正接は
tanδ1 とは遥かに異なった値となって検出される。
ＣＲは、絶縁体の交流特性を決定する重要な指針とな
る。しかしながら、図１の等価回路では抵抗要素１と静
電容量要素２の直列回路と並列に存在する瞬時分極など
による等価静電容量Cｏの存在を無視しており、実際に
はこの等価静電容量Cｏに流れる容量電流が存在するた
めに、 tanδ1 を直接的に検出することはできない。ま
た、多くの場合にケーブル絶縁体の劣化はケーブルの長
さ方向に対して不均一に発生するので、健全部絶縁体の
大きな容量電流の影響によって、測定される誘電正接は
tanδ1 とは遥かに異なった値となって検出される。
【００１７】更に、(1) 式は図１の絶縁体の等価回路で
抵抗値Ｒと静電容量Ｃが印加電圧v(t)に対して一定であ
ると仮定したものであるが、このような仮定では、劣化
したケーブル絶縁体の誘電正接 tanδが印加電圧v(t)と
共に増大する現象、或いは印加電圧v(t)と異なる周波数
成分の電流の発生、即ち正弦波形である印加電圧からの
波形歪の発生などを説明することができない。
抵抗値Ｒと静電容量Ｃが印加電圧v(t)に対して一定であ
ると仮定したものであるが、このような仮定では、劣化
したケーブル絶縁体の誘電正接 tanδが印加電圧v(t)と
共に増大する現象、或いは印加電圧v(t)と異なる周波数
成分の電流の発生、即ち正弦波形である印加電圧からの
波形歪の発生などを説明することができない。
【００１８】ところが、図１の絶縁体の等価回路で印加
電圧v(t)の瞬時値に対して緩和時定数τが変化すると仮
定すると、上記の現象を問題なく説明することができ
る。この仮定は必ずしも非現実的なものではなく、実際
の水トリー劣化ケーブル絶縁体には、導電率が電圧と共
に増大する非線形特性が認められるので、図１の絶縁体
の等価回路の抵抗要素１がその部分の分担電圧VR(t) に
対して非線形特性を有すると考えると、緩和時定数τは
印加電圧v(t)の瞬時値に対して変化することになる。
電圧v(t)の瞬時値に対して緩和時定数τが変化すると仮
定すると、上記の現象を問題なく説明することができ
る。この仮定は必ずしも非現実的なものではなく、実際
の水トリー劣化ケーブル絶縁体には、導電率が電圧と共
に増大する非線形特性が認められるので、図１の絶縁体
の等価回路の抵抗要素１がその部分の分担電圧VR(t) に
対して非線形特性を有すると考えると、緩和時定数τは
印加電圧v(t)の瞬時値に対して変化することになる。
【００１９】ここで、抵抗要素１に電圧依存性がある場
合には、図１の絶縁体の等価回路に流れる電流ix(t) を
簡単な方程式で表すことはできない。しかしながら、抵
抗要素１の電圧依存性を簡単な近似関数で与えれば、次
の(2) 式、(3) 式に示す回路条件から数値計算によって
電流ix(t) を算出することができる。更に、実際の損失
電流測定と同様にして、算出されたix(t) 中から、印加
電圧v(t)と同じ周波数成分でπ／２進み位相の電流、即
ち基本波成分の容量電流を除去すれば損失電流iR(t) を
求めることができる。
合には、図１の絶縁体の等価回路に流れる電流ix(t) を
簡単な方程式で表すことはできない。しかしながら、抵
抗要素１の電圧依存性を簡単な近似関数で与えれば、次
の(2) 式、(3) 式に示す回路条件から数値計算によって
電流ix(t) を算出することができる。更に、実際の損失
電流測定と同様にして、算出されたix(t) 中から、印加
電圧v(t)と同じ周波数成分でπ／２進み位相の電流、即
ち基本波成分の容量電流を除去すれば損失電流iR(t) を
求めることができる。
【００２０】v(t)＝VR(t) ＋VC(t) …(2) ix(t) ＝VR(t) ／｛Ｒ(VR(t))}＝Ｃ｛ｄVC(t) ／ｄｔ｝ …(3)
【００２１】ここで、v(t)は印加電圧瞬時値を表してお
り、VR(t) は抵抗要素１の分担電圧、VC(t) は静電容量
要素２の分担電圧、Ｒ(VR(t)) は抵抗要素１の抵抗値、
Ｃは静電容量要素２の静電容量を表している。
り、VR(t) は抵抗要素１の分担電圧、VC(t) は静電容量
要素２の分担電圧、Ｒ(VR(t)) は抵抗要素１の抵抗値、
Ｃは静電容量要素２の静電容量を表している。
【００２２】そこで、抵抗要素１の電圧依存性を与える
近似関数として、交流コンダクタンスＧが電圧と共に増
大する次の(4) 式を仮定して損失電流iR(t) を算出し、
更にiR(t) を周波数分解して高調波歪波形の解析を行
う。また、その場合の tanδ1は次の(5) 式のように表
される。
近似関数として、交流コンダクタンスＧが電圧と共に増
大する次の(4) 式を仮定して損失電流iR(t) を算出し、
更にiR(t) を周波数分解して高調波歪波形の解析を行
う。また、その場合の tanδ1は次の(5) 式のように表
される。
【００２３】 Ｇ（VR(t))≡１／｛Ｒ（VR(t))｝＝Ａ｜VR(t) ｜k …(4) tan δ1 ＝ω1 ＣＲ＝（ω1 Ｃ／Ａ）・｜VR(t) ｜-k …(5)
【００２４】ここで、Ａは定数を表しており、ｋは定数
（ｋ≧１の実数）、｜VR(t) ｜は抵抗要素１の分担電圧
の絶対値を表している。
（ｋ≧１の実数）、｜VR(t) ｜は抵抗要素１の分担電圧
の絶対値を表している。
【００２５】以上に示した電流波形計算において、(4)
式の交流コンダクタンスＧの非線形特性を与える定数ｋ
と交流コンダクタンスＧの基本的な大きさを与える定数
Ａ、及び抵抗要素１と直列に存在する静電容量要素２の
静電容量Ｃを適当な値に選択すると、従来得られていた
誘電正接 tanδの電圧依存性の測定結果、或いは損失電
流の実測波形の特長などを良好に再現する結果が得ら
れ、図１の絶縁体の等価回路に抵抗要素１の非線形性を
与えたモデルが、絶縁体の損失電流波形解析に有効であ
ることが確認された。
式の交流コンダクタンスＧの非線形特性を与える定数ｋ
と交流コンダクタンスＧの基本的な大きさを与える定数
Ａ、及び抵抗要素１と直列に存在する静電容量要素２の
静電容量Ｃを適当な値に選択すると、従来得られていた
誘電正接 tanδの電圧依存性の測定結果、或いは損失電
流の実測波形の特長などを良好に再現する結果が得ら
れ、図１の絶縁体の等価回路に抵抗要素１の非線形性を
与えたモデルが、絶縁体の損失電流波形解析に有効であ
ることが確認された。
【００２６】このモデルによって計算された損失電流波
形iR(t) は、抵抗要素１の非線形特性を与える定数ｋの
みならず、ω1 Ｃ／Ａによっても大きく変化する。そこ
で、(4) 式の定数ｋを固定した条件下で、ω1 Ｃ／Ａを
種々に変化させた場合の損失電流波形iR(t) を算出した
ところ、損失電流波形iR(t) 及び損失電流の第３高調波
成分の位相θ3 について、以下の結果が得られた。ここ
で、ω1 Ｃ／Ａは絶縁体のＣ−Ｒ直列回路モデルにおけ
る誘電正接の大きさを表しており、劣化の進展と共にω
1 Ｃ／Ａが増加すると考えることができる。
形iR(t) は、抵抗要素１の非線形特性を与える定数ｋの
みならず、ω1 Ｃ／Ａによっても大きく変化する。そこ
で、(4) 式の定数ｋを固定した条件下で、ω1 Ｃ／Ａを
種々に変化させた場合の損失電流波形iR(t) を算出した
ところ、損失電流波形iR(t) 及び損失電流の第３高調波
成分の位相θ3 について、以下の結果が得られた。ここ
で、ω1 Ｃ／Ａは絶縁体のＣ−Ｒ直列回路モデルにおけ
る誘電正接の大きさを表しており、劣化の進展と共にω
1 Ｃ／Ａが増加すると考えることができる。
【００２７】先ず、損失電流波形iR(t) については、交
流印加電圧波高値の現れる時刻をtV、つまり印加電圧波
形のπ／２点とし、また損失電流の最大値が現れる時刻
をtiとすると、ω1 Ｃ／Ａが小さい場合には時刻tV付近
で損失電流が急増するが、時刻tiは時刻tVよりも僅かに
遅れる（tV−ti＝＋０）。また、ω1 Ｃ／Ａの増大と共
にtVに対するtiの遅れ時間が増加してゆき、電圧の瞬時
値の極性が反転する時刻、つまり印加電圧波形のπ点ま
でtiが遅れると、損失電流波形iR(t) には時刻tVよりも
早い時刻と遅い時刻に値の等しい２つの波高値が発生す
る。更に、ω1Ｃ／Ａが増大してゆくと、電流波形の時
刻tVよりも早い側のピークが最大値となり、電流の最大
値の現れる時刻tiは時刻tVに徐々に漸近してゆく。
流印加電圧波高値の現れる時刻をtV、つまり印加電圧波
形のπ／２点とし、また損失電流の最大値が現れる時刻
をtiとすると、ω1 Ｃ／Ａが小さい場合には時刻tV付近
で損失電流が急増するが、時刻tiは時刻tVよりも僅かに
遅れる（tV−ti＝＋０）。また、ω1 Ｃ／Ａの増大と共
にtVに対するtiの遅れ時間が増加してゆき、電圧の瞬時
値の極性が反転する時刻、つまり印加電圧波形のπ点ま
でtiが遅れると、損失電流波形iR(t) には時刻tVよりも
早い時刻と遅い時刻に値の等しい２つの波高値が発生す
る。更に、ω1Ｃ／Ａが増大してゆくと、電流波形の時
刻tVよりも早い側のピークが最大値となり、電流の最大
値の現れる時刻tiは時刻tVに徐々に漸近してゆく。
【００２８】次に、損失電流の第３高調波成分の位相θ
3 については、交流印加電圧の基本波成分の位相零点を
原点にとると、位相θ3 はω1 Ｃ／Ａが小さい場合には
θ3＝＋（π−０）となり、＋πよりも稍々小さい値と
なる。また、ω1 Ｃ／Ａの増大と共にθ3は減少してゆ
き、−π側に漸近してゆく。
3 については、交流印加電圧の基本波成分の位相零点を
原点にとると、位相θ3 はω1 Ｃ／Ａが小さい場合には
θ3＝＋（π−０）となり、＋πよりも稍々小さい値と
なる。また、ω1 Ｃ／Ａの増大と共にθ3は減少してゆ
き、−π側に漸近してゆく。
【００２９】従って、上記のω1 Ｃ／Ａの増加に伴う損
失電流の波形iR(t) の波高値発生時刻の変化特性、或い
は損失電流の第３高調波成分の位相θ3 の変化特性は劣
化の進展に伴う現象と解釈することができ、これらを劣
化診断に利用できることになる。
失電流の波形iR(t) の波高値発生時刻の変化特性、或い
は損失電流の第３高調波成分の位相θ3 の変化特性は劣
化の進展に伴う現象と解釈することができ、これらを劣
化診断に利用できることになる。
【００３０】図２は本発明の方法を実施するためのブロ
ック回路構成図である。絶縁体試料１１と無損失の標準
コンデンサ１２を交流電圧源１３に並列に接続し、交流
電圧Ｖを印加する。絶縁体試料１１に流れる電流は電流
／電圧変換器１４によって検出し、また標準コンデンサ
１２に流れる電流は電流／電圧変換器１５によって検出
する。更に、電流／電圧変換器１４の出力は差動増幅器
１６に接続し、電流／電圧変換器１５の出力は増幅器１
７を介して差動増幅器１６に接続すると共に、位相調整
器１８に接続する。差動増幅器１６の出力はＡ／Ｄ変換
器１９を介して波形観測装置２０及び波形解析装置２１
に接続する。また、位相調整器１８の出力はＡ／Ｄ変換
器２２を介して波形観測装置２０及び波形解析装置２１
に接続する。
ック回路構成図である。絶縁体試料１１と無損失の標準
コンデンサ１２を交流電圧源１３に並列に接続し、交流
電圧Ｖを印加する。絶縁体試料１１に流れる電流は電流
／電圧変換器１４によって検出し、また標準コンデンサ
１２に流れる電流は電流／電圧変換器１５によって検出
する。更に、電流／電圧変換器１４の出力は差動増幅器
１６に接続し、電流／電圧変換器１５の出力は増幅器１
７を介して差動増幅器１６に接続すると共に、位相調整
器１８に接続する。差動増幅器１６の出力はＡ／Ｄ変換
器１９を介して波形観測装置２０及び波形解析装置２１
に接続する。また、位相調整器１８の出力はＡ／Ｄ変換
器２２を介して波形観測装置２０及び波形解析装置２１
に接続する。
【００３１】絶縁体試料１１と標準コンデンサ１２に交
流電圧源１３から交流電圧Ｖを印加すると、絶縁体試料
１１には印加電圧と同相の損失電流成分IRと印加電圧よ
りもπ／２だけ位相の進んだ容量電流成分ICが合成され
た交流電流IX＝IR＋ICが流れ、また標準コンデンサ１２
には印加電圧よりもπ／２だけ位相の進んだ容量電流成
分のみの交流電流ISが流れる。これらの電流を電流／電
圧変換器１４、１５によって、電流IXを検出電圧VXに変
換し、また電流ISを検出電圧VSに変換する。ここで、電
流／電圧変換器１４、１５の挿入による電流位相の変化
が無視できるようにするために、電流／電圧変換器１
４、１５としては入力抵抗が零に近いものを採用する。
流電圧源１３から交流電圧Ｖを印加すると、絶縁体試料
１１には印加電圧と同相の損失電流成分IRと印加電圧よ
りもπ／２だけ位相の進んだ容量電流成分ICが合成され
た交流電流IX＝IR＋ICが流れ、また標準コンデンサ１２
には印加電圧よりもπ／２だけ位相の進んだ容量電流成
分のみの交流電流ISが流れる。これらの電流を電流／電
圧変換器１４、１５によって、電流IXを検出電圧VXに変
換し、また電流ISを検出電圧VSに変換する。ここで、電
流／電圧変換器１４、１５の挿入による電流位相の変化
が無視できるようにするために、電流／電圧変換器１
４、１５としては入力抵抗が零に近いものを採用する。
【００３２】増幅率ｋが可変の増幅器１７では検出電圧
VSをｋ倍に増幅し、ｋ・VSとして差動増幅器１６に出力
する。差動増幅器１６では検出電圧VXとｋ・VSの差分を
検出し、VX−ｋ・VSとしてＡ／Ｄ変換器１９に出力す
る。Ａ／Ｄ変換器１９では信号をデジタル信号に変換し
た後に、波形観測装置２０及び波形解析装置２１に出力
する。
VSをｋ倍に増幅し、ｋ・VSとして差動増幅器１６に出力
する。差動増幅器１６では検出電圧VXとｋ・VSの差分を
検出し、VX−ｋ・VSとしてＡ／Ｄ変換器１９に出力す
る。Ａ／Ｄ変換器１９では信号をデジタル信号に変換し
た後に、波形観測装置２０及び波形解析装置２１に出力
する。
【００３３】位相調整器１８は入力信号の位相をπ／２
だけ遅らすものであり、印加電圧に対してπ／２だけ位
相の進んだ検出電圧VSを印加電圧Ｖに対して位相差のな
い電圧VDに変換して出力する。電圧VDはＡ／Ｄ変換器２
２を経てデジタル信号に変換された後に、波形観測装置
２０及び波形解析装置２１に出力される。
だけ遅らすものであり、印加電圧に対してπ／２だけ位
相の進んだ検出電圧VSを印加電圧Ｖに対して位相差のな
い電圧VDに変換して出力する。電圧VDはＡ／Ｄ変換器２
２を経てデジタル信号に変換された後に、波形観測装置
２０及び波形解析装置２１に出力される。
【００３４】次に、波形観測装置２０によって印加電圧
波形に相当する電圧VDと差動増幅器１６の出力信号VX−
ｋ・VSの波形を観測し、VX−ｋ・VSが電圧VDと同相にな
るように増幅器１７の増幅率ｋを変化させる。この平衡
操作によって、検出電圧VX中の容量電流成分に相当する
電圧が検出電圧VSによって消去され、VX−ｋ・VSが損失
電流IRに比例した電圧となり、損失電流IRが検出され
る。
波形に相当する電圧VDと差動増幅器１６の出力信号VX−
ｋ・VSの波形を観測し、VX−ｋ・VSが電圧VDと同相にな
るように増幅器１７の増幅率ｋを変化させる。この平衡
操作によって、検出電圧VX中の容量電流成分に相当する
電圧が検出電圧VSによって消去され、VX−ｋ・VSが損失
電流IRに比例した電圧となり、損失電流IRが検出され
る。
【００３５】この平衡が達成された状態で、波形解析装
置２１によってVX−ｋ・VSと電圧VDの高調波解析を行
い、それぞれの基本波及び第３高調波の大きさと位相を
抽出し、抽出されたVX−ｋ・VS中の電圧VDの基本波成分
の位相零点を原点とした第３高調波成分の位相θ3 を検
出し、位相θ3 による劣化診断を行う。また、波形観測
装置２０によって電圧VD及びVX−ｋ・VSの瞬時値波形の
最大波高値の発生時刻tV、tiをそれぞれ読み取り、それ
ぞれの最大波高値の発生時刻の時間差による劣化診断を
行うこともできる。
置２１によってVX−ｋ・VSと電圧VDの高調波解析を行
い、それぞれの基本波及び第３高調波の大きさと位相を
抽出し、抽出されたVX−ｋ・VS中の電圧VDの基本波成分
の位相零点を原点とした第３高調波成分の位相θ3 を検
出し、位相θ3 による劣化診断を行う。また、波形観測
装置２０によって電圧VD及びVX−ｋ・VSの瞬時値波形の
最大波高値の発生時刻tV、tiをそれぞれ読み取り、それ
ぞれの最大波高値の発生時刻の時間差による劣化診断を
行うこともできる。
【００３６】図３〜図６は、図２に示すブロック回路構
成図によって検出したケーブル試料Ａ〜Ｄの損失電流実
測波形iR(t) を示すものである。また、表１は図３〜図
６の損失電流波形iR(t) から抽出した損失電流の第３高
調波成分iR3 (t) の大きさ｜IR3 ｜とその位相θ3 を示
すものである。なお、位相θ3 は印加電圧の基本波成分
の零点を位相原点としている。なお、試料ケーブルとし
ては６．６ｋＶのＣＶケーブルを使用し、印加電圧とし
ては５０Ｈｚの交流電圧を印加している。
成図によって検出したケーブル試料Ａ〜Ｄの損失電流実
測波形iR(t) を示すものである。また、表１は図３〜図
６の損失電流波形iR(t) から抽出した損失電流の第３高
調波成分iR3 (t) の大きさ｜IR3 ｜とその位相θ3 を示
すものである。なお、位相θ3 は印加電圧の基本波成分
の零点を位相原点としている。なお、試料ケーブルとし
ては６．６ｋＶのＣＶケーブルを使用し、印加電圧とし
ては５０Ｈｚの交流電圧を印加している。
【００３７】 表１ 試料 絶縁厚 印加電圧 印加電圧の最大値が 損失電流の第３高調波成 ［mm] [KV]rms 現れる時刻tvと損失 分 電流最大値が現れる 大きさ 位相 時刻tiとの差tv−ti ｜IR3 ｜ φ3 ［μA/m] ［deg.] Ａ ３．５ ４ 約０ｍｓ ０．０１０ 約＋１８０ （ti≒tv） Ｂ ４．５ ４ 約−２ｍｓ ０．４０ −１２ （ti＜tv） Ｃ ４．０ ４ 約−１．６ｍｓ ３．３ −８８ （ti＜tv） Ｄ ２．５ ２ 約−０．２ｍｓ １２．８ −１４１ （ti≦tv）
【００３８】試料Ａは加熱老化による損失電流の特徴を
調べる目的で、新品ケーブルに１３０℃で２０日の加熱
老化を施したものであり、電圧性能は殆ど低下していな
い。試料Ｂと試料Ｃは長期間実使用後に撤去されたケー
ブルであり、両試料共に顕著な水トリー劣化が発生して
いるが、試料Ｂに比較すると試料Ｃの劣化がより進展し
ている。試料Ｄは試料Ｃと同一の撤去ケーブルから採取
した試料であるが、内導水トリー部と直列に存在する健
全絶縁体部分を削除して、水トリーが電極間で橋絡状態
になるように処理したものであり、水トリー劣化の中で
最も劣化が進展した状態を模擬している。
調べる目的で、新品ケーブルに１３０℃で２０日の加熱
老化を施したものであり、電圧性能は殆ど低下していな
い。試料Ｂと試料Ｃは長期間実使用後に撤去されたケー
ブルであり、両試料共に顕著な水トリー劣化が発生して
いるが、試料Ｂに比較すると試料Ｃの劣化がより進展し
ている。試料Ｄは試料Ｃと同一の撤去ケーブルから採取
した試料であるが、内導水トリー部と直列に存在する健
全絶縁体部分を削除して、水トリーが電極間で橋絡状態
になるように処理したものであり、水トリー劣化の中で
最も劣化が進展した状態を模擬している。
【００３９】図３に示す加熱老化を施した試料Ａの損失
電流波形iR(t) には、水トリー劣化が発生していないに
も拘わらず、印加電圧の波高値付近で電流が急増する高
調波歪が現れて、僅かではあるが第３高調波も発生して
いる。従って、損失電流の第３高調波の大きさのみから
の劣化診断では、軽微な劣化が多数個存在した結果によ
るものか、或いは少数の重度劣化によるものかの判断が
できない。しかし、損失電流の最大値が現れる時刻tiと
印加電圧波形の最大値が現れる時刻tVはほぼ一致してお
り、表１に示す損失電流第３高調波成分の位相θ3 もほ
ぼ＋１８０°（＋π）となっていることなどから、この
第３高調波成分は重度の劣化が伴うものではないことが
分かる。
電流波形iR(t) には、水トリー劣化が発生していないに
も拘わらず、印加電圧の波高値付近で電流が急増する高
調波歪が現れて、僅かではあるが第３高調波も発生して
いる。従って、損失電流の第３高調波の大きさのみから
の劣化診断では、軽微な劣化が多数個存在した結果によ
るものか、或いは少数の重度劣化によるものかの判断が
できない。しかし、損失電流の最大値が現れる時刻tiと
印加電圧波形の最大値が現れる時刻tVはほぼ一致してお
り、表１に示す損失電流第３高調波成分の位相θ3 もほ
ぼ＋１８０°（＋π）となっていることなどから、この
第３高調波成分は重度の劣化が伴うものではないことが
分かる。
【００４０】顕著な水トリー劣化が認められる試料Ｂの
図４に示す損失電流波形iR(t) には、印加電圧の波高値
の前後に２つのピークが認められ、早く現れるピークの
方が遅いピークよりも稍々大きな値となっている。この
試料Ｂの損失電流及び印加電圧の最大値が発生する時刻
ti及びtvを比較すると、損失電流の最大値が現れる時刻
tiの方が早いこと、又は表１に示すように損失電流の第
３高調波成分の位相θ3 が−１２°となり、明らかに位
相θ3 が＋πから−π側に減小していることから、試料
Ｂに観測される第３高調波成分は加熱老化等の類似現象
によるものではなく、水トリー劣化の進展によるもので
あると判断することができる。
図４に示す損失電流波形iR(t) には、印加電圧の波高値
の前後に２つのピークが認められ、早く現れるピークの
方が遅いピークよりも稍々大きな値となっている。この
試料Ｂの損失電流及び印加電圧の最大値が発生する時刻
ti及びtvを比較すると、損失電流の最大値が現れる時刻
tiの方が早いこと、又は表１に示すように損失電流の第
３高調波成分の位相θ3 が−１２°となり、明らかに位
相θ3 が＋πから−π側に減小していることから、試料
Ｂに観測される第３高調波成分は加熱老化等の類似現象
によるものではなく、水トリー劣化の進展によるもので
あると判断することができる。
【００４１】試料Ｂよりも劣化の著しい試料Ｃの図５に
示す損失電流波形iR(t) にも、印加電圧の波高値前後に
２つのピークが認められるが、早く現れるピークの方が
遅いピークよりも遥かに大きな値を示している。表１に
示す損失電流の第３高調波成分の位相θ3 は−８８°と
なり、この結果を試料Ｂと比較すると、試料の位相θ3
は試料Ｂよりも−π側に近付いており、試料Ｃは試料Ｂ
よりも更に劣化が進展していることが分かる。
示す損失電流波形iR(t) にも、印加電圧の波高値前後に
２つのピークが認められるが、早く現れるピークの方が
遅いピークよりも遥かに大きな値を示している。表１に
示す損失電流の第３高調波成分の位相θ3 は−８８°と
なり、この結果を試料Ｂと比較すると、試料の位相θ3
は試料Ｂよりも−π側に近付いており、試料Ｃは試料Ｂ
よりも更に劣化が進展していることが分かる。
【００４２】電極間橋絡水トリーを模擬した試料Ｄの図
６に示す損失電流波形iR(t) は、印加電圧瞬時値と共に
損失電流が急増し、一見して加熱老化のみを施した試料
Ａと似た特性を示している。しかしながら、損失電流波
形iR(t) の特徴としては、損失電流の最大値が現れる時
刻tiは印加電圧の最大値が現れる時刻tVよりも若干早
く、また表１に示す損失電流の第３高調波成分の位相θ
3 も−１４１°となり、θ3 が−πに最も近い値を示し
ている。更に、この場合に流れる損失電流は他の劣化状
況の試料Ａ〜試料Ｃに比べて著しく大きいことから、劣
化が極度に進行している状態であることが容易に推定さ
れる。
６に示す損失電流波形iR(t) は、印加電圧瞬時値と共に
損失電流が急増し、一見して加熱老化のみを施した試料
Ａと似た特性を示している。しかしながら、損失電流波
形iR(t) の特徴としては、損失電流の最大値が現れる時
刻tiは印加電圧の最大値が現れる時刻tVよりも若干早
く、また表１に示す損失電流の第３高調波成分の位相θ
3 も−１４１°となり、θ3 が−πに最も近い値を示し
ている。更に、この場合に流れる損失電流は他の劣化状
況の試料Ａ〜試料Ｃに比べて著しく大きいことから、劣
化が極度に進行している状態であることが容易に推定さ
れる。
【００４３】このように、図３〜図６に示した劣化状況
が異なるケーブルの損失電流の波形実測結果は、図１の
絶縁体の等価回路を用いた数値計算から推定した前述の
高調波歪波形と劣化状況との対応関係にほぼ一致してお
り、この高調波歪波形情報を利用した絶縁劣化診断が有
効であることを示している。
が異なるケーブルの損失電流の波形実測結果は、図１の
絶縁体の等価回路を用いた数値計算から推定した前述の
高調波歪波形と劣化状況との対応関係にほぼ一致してお
り、この高調波歪波形情報を利用した絶縁劣化診断が有
効であることを示している。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電力ケ
ーブルの絶縁劣化診断方法は、従来のtanδ測定法や損
失電流の第３高調波による検出では利用されていなかっ
た損失電流の第３高調波成分の位相を使用するので、別
個の装置を新たに用意することなく、従来の方法に比べ
てより的確な水トリー劣化検出が可能となる。また、従
来の劣化信号の大きさのみによる劣化診断方法では不可
能であった多数の微小劣化が存在する場合と少数の極度
劣化が存在する場合の区別を可能にすることができる。
更に、印加電圧として交流電源のみを使用するので、活
線絶縁劣化診断としても利用できる。
ーブルの絶縁劣化診断方法は、従来のtanδ測定法や損
失電流の第３高調波による検出では利用されていなかっ
た損失電流の第３高調波成分の位相を使用するので、別
個の装置を新たに用意することなく、従来の方法に比べ
てより的確な水トリー劣化検出が可能となる。また、従
来の劣化信号の大きさのみによる劣化診断方法では不可
能であった多数の微小劣化が存在する場合と少数の極度
劣化が存在する場合の区別を可能にすることができる。
更に、印加電圧として交流電源のみを使用するので、活
線絶縁劣化診断としても利用できる。
【図１】絶縁体の交流特性を示す等価回路図である。
【図２】実施例のブロック回路構成図である。
【図３】試料Ａの損失電流波形とその電流−電圧特性実
測結果である。
測結果である。
【図４】試料Ｂの損失電流波形とその電流−電圧特性実
測結果である。
測結果である。
【図５】試料Ｃの損失電流波形とその電流−電圧特性実
測結果である。
測結果である。
【図６】試料Ｄの損失電流波形とその電流−電圧特性実
測結果である。
測結果である。
１ 抵抗要素 ２ 静電容量要素 ３ 交流電源 １１ 絶縁体試料 １２ 標準コンデンサ １３ 交流電圧源 １４、１５ 電流／電圧変換器 １６ 差動増幅器 １７ 増幅器 １８ 位相調整器 １９、２２ Ａ／Ｄ変換器 ２０ 波形観測装置 ２１ 波形解析装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 中 埼玉県熊谷市新堀1008番地 三菱電線工 業株式会社 熊谷製作所内 (72)発明者 森 浩一 埼玉県熊谷市新堀1008番地 三菱電線工 業株式会社 熊谷製作所内 (56)参考文献 特開 平５−256894（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−172777（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−122284（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 31/12
Claims (1)
- 【請求項１】 交流電圧が印加された電力ケーブルの絶
縁体に流れる電流を検出して、検出した前記電流から交
流印加電圧の基本波成分に対してπ／２進み位相の電流
成分を取り除いた残りの損失電流成分を抽出し、該検出
電流成分中から印加基本波成分の３倍の周波数を有する
第３高調波成分を抽出して行う電力ケーブルの絶縁劣化
診断法において、前記交流印加電圧の基本波成分の瞬時
値の極性が負から正に変化する時刻を第３高調波成分の
位相原点として、該第３高調波成分の前記位相原点を基
準とする位相から絶縁劣化状態を診断することを特徴と
する電力ケーブルの絶縁劣化診断方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05330054A JP3092772B2 (ja) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | 電力ケーブルの絶縁劣化診断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05330054A JP3092772B2 (ja) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | 電力ケーブルの絶縁劣化診断方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07151815A JPH07151815A (ja) | 1995-06-16 |
| JP3092772B2 true JP3092772B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=18228269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05330054A Expired - Lifetime JP3092772B2 (ja) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | 電力ケーブルの絶縁劣化診断方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3092772B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1133701B1 (en) * | 1998-11-23 | 2005-06-22 | Harry E. Orton | Method for diagnosing insulation degradation in underground cable |
| JP2009206237A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | クエンチ検出装置 |
-
1993
- 1993-12-01 JP JP05330054A patent/JP3092772B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07151815A (ja) | 1995-06-16 |
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