JP3308197B2

JP3308197B2 - ケーブルの劣化診断方法

Info

Publication number: JP3308197B2
Application number: JP33335197A
Authority: JP
Inventors: 一寿望月; 孝一横須賀; 中坂本
Original assignee: 東京電力株式会社; 三菱電線工業株式会社
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 2002-07-29
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: JPH11166955A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーブルの絶縁劣
化、特に、水トリー劣化の診断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル（Ｃ
Ｖケーブル）などのゴム・プラスチック絶縁ケーブルの
耐電圧寿命特性を決定する主要な絶縁劣化現象の一つと
して、水トリー劣化がある。この水トリー劣化を診断す
る絶縁測定技術については、従来から多くの方法が提案
されてきている。

【０００３】これらの水トリー劣化診断法を列挙する
と、古くは絶縁体に流れる交流充電電流の誘電正接を測
定するｔａｎδ法や直流高電圧印加時の直流伝導電流を
測定する直流もれ電流法があり、また近年では、６．６
ｋＶ級のＣＶケーブルに対して対地使用電圧３．８ｋＶ
ｒｍｓ課電下の絶縁体に流れる電流中から直流電流成分
を検出する直流分法や、同じく６．６ｋＶ級のＣＶケー
ブルに対して交流対地使用電圧３．８ｋＶｒｍｓ課電状
態下で５０Ｖの直流低電圧を重畳して印加した場合の直
流電流成分を検出する直流重畳法等が提案されている。
しかし、これら従来の方法では、６．６ｋＶ級以下のＣ
Ｖケーブルの劣化診断には有効であっても２２ｋＶ級以
上のＣＶケーブルに対しては信頼性の高い劣化診断は困
難であった。即ち、一般に電圧階級が高くなるほどＣＶ
ケーブルの使用電界が高くなるので、２２ｋＶ級以上の
ＣＶケーブルの絶縁破壊事故を未然に防止するためには
６．６ｋＶ級のＣＶケーブルに比較してより軽微な劣化
状態の微少な信号を検出する必要があり、これが２２ｋ
Ｖ級以上のＣＶケーブルの劣化診断を難しくする原因に
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の直流重畳法にお
いては、交流電圧に重畳して印加する直流電圧を大きく
すると劣化ケーブルの直流電流成分は増加する。しか
し、直流印加電圧を増大させると、劣化とは無関係な要
因による疑似劣化信号も増大するので、単純な直流印加
電圧の増大は必ずしも劣化診断の信頼性改善には結びつ
かない。つまり、水トリー劣化絶縁体には交流電圧の重
畳によって直流伝導電流が増大する非線形な特徴があ
り、直流重畳法はこの現象を利用することによって劣化
診断の信頼性を確保している。単純に直流印加電圧のみ
を増大させることは、結局のところ従来手法の直流高電
圧を印加する直流もれ電流測定手法と同じことになり、
直流もれ電流測定においても２２ｋＶ級のＣＶケーブル
の劣化診断が不十分であることを考慮すると、単純な直
流印加電圧の増大のみでは直流重畳法による劣化診断の
信頼性改善は不可能といえる。

【０００５】ところで、特公平６−１９４１６号公報に
記載の絶縁劣化診断方法においては、水トリー劣化ケー
ブルの場合には、交流単独課電状態下で観測された直流
電流成分の極性と同方向の電流を流すように極性を選択
した直流電圧を交流電圧に重畳すると大きな直流電流成
分が得られることが報告されており、その極性選択方法
を採用した直流重畳時の直流電流成分の大きさと交流単
独課電時の直流電流成分の大きさを用いると２２ｋＶ級
以上のＣＶケーブルの劣化診断が可能になるとしてい
る。しかし、本発明者らが実施した６．６ｋＶ級から２
２ｋＶ級の水トリー劣化ＣＶケーブル試料の試験結果に
おいては、交流短時間破壊電界が６〜７ｋＶ／ｍｍ程度
まで低下した極度に劣化した試料においても２２ｋＶ級
のＣＶケーブルの対地使用電界に相当する交流電圧の単
独印加では直流電流成分が観測されない場合があり
（０．０５ｎＡ以下）、交流単独課電下での直流成分測
定による直流重畳電圧の極性決定が難しい可能性が示唆
された。また、これら試料に２２ｋＶ級のＣＶケーブル
の対地使用電界に相当する交流電圧に直流電圧１ｋＶを
重畳して印加した場合の直流電流成分の大きさは、直流
電圧の極性によっても著しく大きな差は認められなかっ
た。

【０００６】しかし、これら破壊電界が著しく低下した
試料の中には直流電圧１ｋＶ重畳時に僅かではあるが
０．１〜１ｎＡ未満程度の直流電流成分が検出されるも
のがあり、従来の直流重畳法の高感度化による２２ｋＶ
級のＣＶケーブルの劣化診断の可能性が示唆された。と
ころで、直流重畳法において実質的な直流電流成分の測
定感度を０．１ｎＡとするには多くの困難が伴う。

【０００７】まず第１の問題として、測定装置本体とし
ては十分な電流検出感度を有していても実際の現場適用
においては測定回路へ侵入する誤差電流を回避しにくい
問題がある。図１は現在一般的に採用されている直流重
畳法における測定回路の原理図を示したものであり、１
１は交流課電装置、１２は直流課電装置、１３は電流検
出部、１４は測定対象のケーブル絶縁体である。図１
（Ａ）は、６．６ｋＶ級のＣＶケーブルの活線診断とし
て用いられている直流重畳法に対応するものであり、交
流課電装置１１は実際の線路電圧に相当する。直流課電
装置１２は交流課電装置１１の低圧側と接地との間に挿
入されており、交流課電装置１１の高圧側は試料ケーブ
ルの導体（高圧電極）１４ａに接続され、電流検出部１
３は試料ケーブルの遮蔽電極（低圧電極）１４ｂと接地
との間に接続されている。通常、ケーブル遮蔽層と接地
（大地）との間には測定誤差原因になる直流起電力１６
が存在しており、ケーブルシースの絶縁抵抗１５を介し
て誤差電流Ｉ_e1が電流検出部１３に流入する。いま仮
に、この誤差起電力を１０ｍＶ程度に見積もった場合に
は、誤差電流Ｉ_e1を０．１ｎＡ程度以下に抑えるために
はケーブルのシース絶縁抵抗１５の大きさとして１００
ＭΩ以上が必要になる。通常、実布設ケーブルのシース
絶縁抵抗はこの値よりも低く、このような測定回路構成
において誤差電流の影響なく０．１ｎＡオーダの直流成
分を測定することは極めて難しい。図１（Ｂ）は、特公
平６−１９４１６号公報にて提案されている測定回路構
成である。この場合には、交流課電装置１１の低圧側と
接地との間に直流課電装置１２と電流検出部１３が直列
に挿入されており、交流課電装置１１の高圧側は試料ケ
ーブルの導体１４ａに接続され、試料ケーブルの遮蔽電
極１４ｂは接地されている。従って、図１（Ａ）の場合
に問題となるケーブル遮蔽層１４ｂと接地との間の誤差
起電力１６による誤差電流Ｉ_e1は電流検出回路１３に流
入せず、この誤差が完全に防止されている。しかし、こ
の回路構成においては、交流課電装置１１の低圧側と大
地（接地）との間の絶縁が不十分であると、その絶縁抵
抗１７を介して直流課電装置１２による直流印加電圧を
源とする誤差電流Ｉ_e2が流れる。いま、直流課電装置１
２の直流発生電圧を１ｋＶに設定した場合には、誤差電
流を０．１ｎＡ以下に抑えるためには交流課電装置１と
大地との間の絶縁抵抗１７を１０¹³Ω以上に保持する必
要がある。実際に交流課電装置１１と接地との間に直流
課電装置１２や電流検出部１３を挿入するためには、試
験用変圧器を絶縁支持架台などを用いて大地から浮かす
必要があるが、これら支持架台の表面漏洩抵抗や試験用
変圧器の一次巻線と二次巻線との間の絶縁抵抗と端子間
の表面漏洩抵抗、ならびに直流課電装置１２や電流検出
部１３の付帯部品類の漏洩抵抗などを考慮すると、絶縁
抵抗１７を１０¹³Ω以上に保持することはかなり難し
い。

【０００８】高感度測定を妨げる第２の問題としては、
直流電流成分測定における測定回路の応答遅れにある。
図２は試料に交流電圧と直流電圧とを重畳して印加した
場合の直流電流成分測定として一般的に採用されている
測定回路の原理図を示すものである。図において２１は
交流課電装置、２２は直流課電装置、２３は直流成分検
出回路、２４は試料である。ここでは直流信号の検出の
みを考えるので交流課電装置２１のインピーダンスを無
視（零）し、また、直流課電装置２２の直流印加電圧を
Ｖ_DC、試料２４の静電容量をＣ_X、試料２４に直流電流
成分が流れる場合の等価絶縁抵抗をＲ_X、さらに、電流
検出回路２３の直流電流検出抵抗をＲ_S、交流印加電圧
から測定回路を保護するためのコンデンサの静電容量を
Ｃ_Sとする。この測定回路において抵抗Ｒ_Sによる直流検
出電圧をＶ_Sとすると、従来の一般的な方法では、ｉ_S＝
Ｖ_S／Ｒ_Sから直流電流成分Ｉ_DCを求める。しかし、この
電流検出回路２３には交流課電時の交流分担電圧を数１
までに低減するための著しく大きな静電容量Ｃ_Sが存在
しており、測定の応答時定数τ＝Ｃ_SＲ_Sが著しく大きく
なる問題がある。

【０００９】

【数１】

【００１０】ここで、簡単化のために図２における試料
２４の静電容量Ｃ_Xを無視して試料２４の漏洩抵抗Ｒ_Xの
みが存在する場合を例に挙げると、抵抗Ｒ_Sによって検
出される直流電流成分ｉ_S＝Ｖ_S／Ｒ_Sは数２の通りにな
り、電流検出回路２３の挿入によって電流の時間特性が
変歪し、測定回路の応答時定数τ_Sに比して測定時間ｔ
が十分に大きくないと真の電流値Ｖ_DC／Ｒ_Xを正確に検
出できないことがわかる。

【００１１】

【数２】

【００１２】また、同じく図２において、試料２４には
静電容量Ｃ_Xのみが存在して直流電流成分が全く流れな
い場合（試料２４の漏洩抵抗Ｒ_Xを無限大とした場合）
を例にあげると、直流電圧Ｖ_DCが印加された後の抵抗Ｒ
_Sに検出される電流は数３の通りになり、時定数τ_S＝Ｃ
_SＲ_Sが大きいと短時間の測定では静電容量Ｃ_Sに充電さ
れた電荷の放電が十分に行われず、静電容量を放電する
電流が直流電流成分として間違えて測定される可能性が
ある。

【００１３】

【数３】

【００１４】たとえば、試料ケーブル２４の静電容量Ｃ
_Xが１μＦで、交流バイパス用コンデンサの静電容量Ｃ_S
を５００μＦに選定していた場合に、最高検出感度が１
μＶの電圧計を用いて１０ｐＡオーダの電流検出を行お
うとして検出抵抗Ｒ_Sを１００ｋΩに選択したとする
と、測定の時定数τ_Sは５０秒にもなり、これを数２に
代入すると、測定開始から約３分以上待たないと検出電
流ｉ_Sは真の直流電流成分Ｖ_DC／Ｒ_Xに到達しない。ま
た、直流印加電圧Ｖ_DCを１ｋＶとして上記のＣ_X、Ｒ_S、
τ_Sの値を数３に代入すると、ｉ_Sとしては測定時間ｔを
１０分としても真の電流とは無関係な０．１ｎＡ程度の
電流を検出してしまう。

【００１５】第３の問題としては、上述までに示した直
流電流成分測定回路上の問題を完全に解決した場合にお
いても、試料ケーブル自身から劣化とは別の要因による
疑似劣化信号が発生すると、真の劣化信号との区別が困
難になる問題がある。この疑似劣化信号の代表的な例と
しては、ケーブル終端接続部の表面漏洩電流がある。２
２ｋＶ級のＣＶケーブルの碍管型気中終端接続部を例に
挙げると、碍管Ｂ２０１の表面漏洩抵抗は、湿度が高い
と１０¹¹Ω程度の値まで容易に低下する。直流重畳電圧
を１ｋＶとすると、交流電圧が印加されていない場合で
も１０ｎＡオーダの直流電流が流れてしまい、真の劣化
信号が０．１ｎＡ〜１ｎＡ程度であればこの疑似劣化信
号中に埋没してしまう。この他にも、長尺ケーブルの場
合には、軽微な絶縁劣化状態が多数存在していると１ｋ
Ｖ程度の直流課電によっても微少な直流もれ電流が流れ
るので、この電流も劣化診断に対する誤差原因になる。
このような疑似劣化信号は、交流電圧に直流を重畳した
状態下でのみ直流電流成分を検出している現在の直流重
畳法では区別が困難であり、劣化の判定基準値を甘く設
定する原因になる。

【００１６】

【発明の目的】本発明はこのような問題点を解決するた
めになされたものであり、現在提案されている直流重畳
法における電流測定上の誤差問題を軽減するとともに、
劣化信号と類似の疑似信号との区別を容易にして、高感
度かつ信頼性の高いケーブルの絶縁劣化診断手法を提供
することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１のケーブルの絶
縁劣化診断方法は、まずケーブル絶縁体に直流電圧を単
独で印加した後に交流電圧を重畳して印加してこの時の
直流電流成分を測定し、次に交流重畳電圧を取り除いて
直流単独印加状態での直流もれ電流を測定して、これら
交流電圧重畳時と直流単独印加時の直流電流成分の大き
さの差を劣化判定信号としてケーブルの絶縁劣化状況を
診断する方法である。

【００１８】請求項２のケーブルの絶縁劣化診断方法
は、交流電圧重畳時の直流電流成分の測定、及び直流単
独課電時の直流もれ電流の測定は、直流信号検出インピ
ーダンスとしてコンデンサを用い、その電極間の直流電
圧を高入力インピーダンス直流電圧計を用いて測定し、
コンデンサの静電容量と直流測定電圧との積から直流電
荷を求め、その直流電荷の時間変化割合から直流電流成
分、或いは直流もれ電流を算出する方法である。

【００１９】

【作用】水トリー劣化絶縁体試料に直流電圧を印加する
と、試料を充電する瞬時充電電流が減衰した後にも時間
と共に減衰する吸収電流が流れ、電極間の伝導が可能な
状態下においては定常状態下において直流伝導電流が流
れる。この直流単独課電後に交流電圧を重畳して印加す
ると直流単独課電時と類似の現象が観測され、交流電圧
重畳時には吸収電流と類似の電流を与える直流電荷（吸
収電荷）が急増して飽和し、また、電極間の伝導が可能
な状態下においては元の直流単独課電時の直流伝導電流
（直流もれ電流）が増大する。このような直流に交流電
圧を重畳した下での現象は、直流単独電界のみでは移動
できない水トリー中の電荷が交流重畳電界によってトラ
ップから開放されて交流重畳電界１周期の平均として直
流電界成分の方向にドリフトすることに原因し、その結
果、測定回路に直流電荷ないし直流電流成分の変化が現
れる。

【００２０】電極間橋絡水トリーや橋絡直前の水トリー
劣化状態などの場合には、電極間全体に亘って電荷が伝
導可能な状態にあり、従って、交流電圧重畳後の定常的
な直流電流成分が増大する。未橋絡水トリー劣化状態の
場合には、電極間全体に亘る電荷の伝導は極めて僅かで
あり、交流電界重畳によってトラップから開放された水
トリー中の電荷は平均的に直流電界方向に走行した後に
健全部絶縁体との界面で再びトラップされて移動を停止
し、その結果、定常的な直流電流成分の増加には寄与で
きないが、交流重畳時の吸収電荷を発生させる。

【００２１】一方、前述の碍管表面漏洩などの水トリー
劣化とは無関係な要因による直流伝導現象においては、
直流単独課電時の直流もれ電流に比して、直流に交流電
圧を重畳した場合の直流電流成分の増加が小さい特徴が
あり、また、交流電圧重畳時の吸収電荷の発生はほとん
ど認められない。本発明のケーブルの絶縁劣化診断方法
はこの点に着目してなされたものであり、交流電圧重畳
時の吸収電荷とその後の定常状態下での直流電流成分、
ならびに直流単独課電時の直流もれ電流を連続して測定
して、これら電荷と電流とを相互に比較して疑似劣化信
号に基づく誤差電流の影響を低減しつつ劣化診断を行
う。

【００２２】以上に示した一連の測定を実施するために
は、個々の電圧条件下における劣化信号を時間に対して
変歪させない応答の速い測定回路が必要になる。通常の
検出抵抗を用いる電流測定の場合には交流バイパス用コ
ンデンサの存在による応答遅れの問題が避けられないの
で、本発明では直流信号検出回路から検出抵抗を除去し
て、高入力インピーダンス直流電圧計を用いて交流バイ
パス用コンデンサに充電される直流電荷を測定して応答
の速い高感度測定を実現し、電荷の時間変化から直流電
流成分を算出する。また、直流電圧印加時の誤差電流対
策として、直流電圧印加装置（例えば、直流電源）を交
流発生装置（例えば、交流課電用変圧器の二次側）の高
圧側に配置し、直流信号検出回路（例えば、電荷検出回
路）への誤差電流の流入を防止する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面によってこの発明
の実施の態様を詳細に説明する。図３は本発明を実施す
るための測定回路の一実施態様のブロック図である。図
において、１は交流発生装置としての交流課電用の試験
用変圧器であり、零からケーブルの対地使用電圧までの
電圧を発生する。試験用変圧器１の一次巻線の低圧入力
端子ｖは接地に接続される。６は直流課電時に試験用変
圧器１の二次巻線側に電圧が印加されないようにする目
的の短絡用スイッチである。試験用変圧器１の金属ケー
ス１ａは変圧器二次側巻線の低圧端子Ｖに接続され、こ
の低圧端子Ｖと接地との間に直流信号検出回路としての
電流測定回路２が接続される。電流測定回路２は、交流
電圧をバイパスするための大容量のコンデンサ２ａ（そ
の静電容量がＣ_S）とインダクタンス２ｂ（そのインダ
クタンスがＬ_S）、並びに高入力インピーダンス直流電
圧計２ｃから構成されており、７は電流測定回路２の入
力を短絡するためのスイッチである。３は直流電圧印加
装置としての直流課電装置であり、交流電圧をバイパス
するための大容量コンデンサ３ａ（その静電容量が
Ｃ_D）とインダクタンス３ｂ（そのインダクタンスが
Ｌ_D）、ならびに電池によって駆動する約１ｋＶ程度の
直流電源３ｃ（その電圧がＶ_DC）から構成されている。
直流課電装置３の金属ケース３ｄは直流電源３ｃの低圧
側に接続され、この直流電源３ｃの低圧側は試験用変圧
器１の二次巻線の高圧出力端子Ｕに接続される。直流課
電装置３の高圧側は切り換えスイッチ５の接点５ａに接
続される。５は試料ケーブル４を接地と測定状態のいず
れかに切り換えるスイッチであり、その接点５ｂは接地
に、また接点５ｃは試料ケーブル４の導体（高圧電極）
４ａに接続される。ケーブル４の遮蔽電極（低圧電極）
４ｂは接地に接続され、これらによって測定回路が形成
される。なお、試料ケーブル４の静電容量をＣ_X、ま
た、その等価絶縁抵抗をＲ_Xとする。また、電流測定回
路２のコンデンサ２ａと直流課電装置３のコンデンサ３
ａとは試料ケーブル４の静電容量Ｃ_Xに比して著しく大
きな値を選定しておく。

【００２４】図３にて、まず、試験用変圧器１の交流印
加電圧を零にした状態で、スイッチ６，７を短絡状態に
しておき、切り換えスイッチ５を接点５ａ側に切り換え
て、試料ケーブル４に直流電圧Ｖ_DCのみを印加する。こ
の後にスイッチ６を開放して交流課電が可能な状態にし
て、さらに交流電圧重畳開始の２〜３分前にスイッチ７
を開放し、電流検出部２の高入力インピーダンス直流電
圧計２ｃを用いて直流電圧Ｖ_S（ｔ）の測定を開始す
る。検出電圧Ｖ_S（ｔ）の極性を図示の方向にしておく
と、スイッチ７の開放後には、検出電圧Ｖ_S（ｔ）とし
て直流印加電圧Ｖ_DCと逆極性の電圧が時間経過とともに
徐々に増大してくる。詳細説明は後述するが、Ｃ_S＞＞
Ｃ_Xの場合には、検出電圧Ｖ_S（ｔ）と交流バイパス用コ
ンデンサ２ａの静電容量Ｃ_Sとの積で表される電荷Ｑ
_S（ｔ）＝Ｃ_SＶ_S（ｔ）の時間変化割合が試料ケーブル
４の直流電流成分に一致する。つまり、コンデンサ２ａ
は試料ケーブル４の絶縁体から流入してくる直流電荷数
４を蓄積しており、高入力インピーダンス直流電圧計２
ｃは電荷の漏洩を抑えつつこの電荷を直流電圧Ｖ
_S（ｔ）＝Ｑ_S（ｔ）／Ｃ_Sとして検出している。従って
直流電圧Ｖ_S（ｔ）の時間変化割合から直流電流成分数
５が求まる。以後、スイッチ７は全ての測定が完了する
まで開放の状態｛Ｖ_S（ｔ）の測定状態｝としておく。

【００２５】

【数４】

【００２６】

【数５】

【００２７】直流単独課電が数分経過した後に、試験用
変圧器１の二次側出力を零から試料ケーブル４の対地使
用電圧程度の値Ｖ_ACまで短時間で昇圧する。この時、試
料ケーブル４には直流電圧に交流電圧が重畳して印加さ
れた状態になる。この直流に交流が重畳された状態下で
直流電荷Ｑ_S（ｔ）＝Ｃ_SＶ_S（ｔ）を数分間程度測定し
た後に、交流電圧をＶ_ACから零まで降下させて、再び直
流単独課電状態下でＱ _S（ｔ）を２分間程度測定した後
に測定を完了する。

【００２８】上記一連の電荷Ｑ_S（ｔ）の測定におい
て、最初の直流単独課電下には劣化とは無関係な類似現
象によって発生する直流吸収電荷成分が含まれている。
従って、この期間中の電荷測定結果は絶縁劣化診断に利
用しない。絶縁劣化診断には、直流に重畳して交流電圧
を零から所定の値Ｖ_ACまで昇圧を完了するまでの期間中
の直流電荷の増加分（交流重畳時の直流吸収電荷）と、
その後の直流に交流一定電圧Ｖ_ACを重畳している期間中
の電荷の時間変化割合（直流電流成分）、ならびに交流
重畳履歴後の直流単独課電時の電荷の時間変化割合（直
流もれ電流）を用いる。

【００２９】図４は上記の本発明方法による直流電荷測
定結果の典型的な例を模式的に示した説明図である。測
定結果ａは水トリー絶縁劣化が軽微かまたは全く劣化し
ていない試料ケーブルの場合であり、観測される直流電
荷Ｑ_S（ｔ）＝Ｃ_SＶ_S（ｔ）の時間特性は直流単独課電
時とこれに交流電圧を重畳した場合とでほとんど変化が
なく、交流重畳の影響は認められない。一方、測定結果
ｂは試料ケーブルが著しく水トリー劣化している場合の
例であり、直流単独課電時に比して直流に交流電圧を重
畳した時点以後の電荷Ｑ_S（ｔ）の時間特性に変化が現
れる。

【００３０】図４の測定結果ｂは電極間橋絡かあるいは
それに近い水トリー劣化状態が存在する試料ケーブルの
直流電荷測定結果例であり、交流重畳電圧昇圧完了後の
定常状態における直流電流成分ΔＱ₁／Δｔ₁は直流単独
課電時の直流もれ電流ΔＱ₂／Δｔ₂に比して明らかに増
大している。これら直流電流の中で水トリー劣化診断と
して利用できる信号は、直流に交流電圧を重畳したこと
によって増加した電流成分であるので、これら電流の差
ΔＱ₁／Δｔ₁−ΔＱ₂／Δｔ₂を劣化信号とする。基本的
にはこの差電流が観測されれば試料ケーブルは対地使用
電圧において絶縁破壊直前の極度劣化状況にあり、この
差電流が間違いなく観測されたと判断された場合にはケ
ーブルを不良として判断する。図示の測定結果ｂの例に
おいては、上記直流電流成分の増大のみならず、交流重
畳電圧昇圧時の吸収電荷ΔＱ_aも観測されており、この
ような場合には誤差電流を測定した可能性は殆ど無いと
判断される。

【００３１】以上にて本発明に関わるケーブルの絶縁劣
化診断の基本事項を説明した。次に、本発明が用いる直
流電流測定手法を図３の測定実施の説明図を参照しつつ
詳細に説明する。なお、簡単化のために、以下において
は検出される信号中の直流成分検出に関わる現象のみに
限定して説明し、試験用変圧器１の直流インピーダンス
と、電流測定回路２のインダクタンス２ｂ、直流課電装
置３のコンデンサ３ａとインダクタンス３ｂの存在を無
視する。また、試料ケーブル４の静電容量Ｃ_Xに比して
電流測定回路２の交流バイパスコンデンサ２ａの静電容
量Ｃ_Sは著しく大きいものとする。さらに、直流単独課
電の場合の直流もれ電流測定と直流電圧に交流電圧を重
畳した場合の吸収電荷と直流電流成分測定には本質的に
全く差がないのでこれらの区別は不要であり、直流課電
時のもれ電流測定状態にて測定原理を説明する。

【００３２】以上の前提条件に基づき、図３の測定回路
において、試料ケーブル４に対して直流課電装置３から
直流電圧Ｖ_DCを印加した後にスイッチ７を開放して直流
電荷測定を開始した時刻をｔ＝０とすると、その後に高
入力インピーダンス直流電圧計２ｃによって検出される
直流電圧Ｖ_S（ｔ）は数６に示す通りになる。すなわ
ち、交流バイパスコンデンサ２ａの静電容量Ｃ_Sは直流
印加電圧Ｖ_DCによって試料ケーブル４の漏洩抵抗Ｒ_Xを
介して徐々に充電され、その電極間電圧に相当する検出
電圧Ｖ_S（ｔ）は数７なる時定数にて印加電圧Ｖ_DCまで
徐々に増大する。ここに、Ｃ_Sは１００μＦ以上の値で
あり、また、試料ケーブル４の漏洩抵抗Ｒ_Xはせいぜい
低く見積もっても１０００ＭΩ以上はあるので、時定数
τは著しく大きく、数１０分以内程度の測定においては
ほば直線的に上昇する。

【００３３】

【数６】

【００３４】

【数７】

【００３５】検出電圧Ｖ_S（ｔ）と交流バイパスコンデ
ンサの静電容量Ｃ_Sの積を検出電荷数８とすると、時刻
ｔ₁とｔ₁＋Δｔにおける検出電荷Ｑ_S（ｔ₁）とＱ_S（ｔ₁
＋Δｔ）の電荷の増加分ΔＱ_Sを時間差Δｔで割った値
Ｉ_Sは数９の通りになる。

【００３６】

【数８】

【００３７】

【数９】

【００３８】ここで測定時間に比して時定数τが著しく
大きい場合には、指数項は近似的に数１０になるので、
Ｉ_Sは結局数１１に示す通りになる。

【００３９】

【数１０】

【００４０】

【数１１】

【００４１】即ち、検出された直流電圧Ｖ_S（ｔ）に静
電容量Ｃ_Sを掛けて、その時間変化割合を求めると、直
流電圧Ｖ_DC印加による試料ケーブルの漏洩抵抗Ｒ_Xに流
れる直流電流を検出したことと全く等しくなり、測定の
応答遅れを完全に排除して直流電流成分を検出すること
ができる。上記測定方法を物理的に説明すれば、試料ケ
ーブル４から流出する直流電流をコンデンサ２ａに直流
電荷として蓄積し、その電荷によるコンデンサ２ａの直
流電圧上昇を電荷の漏洩なく検出している。この測定に
おいては数２、数３を用いて説明した従来の検出抵抗挿
入による電流測定手法のような測定回路の応答遅れを伴
わないので、直流単独課電時と交流重畳時の直流電流測
定を連続して短時間に実施できる。また、交流重畳時の
吸収電荷などの信号の急変や、外来ノイズによる測定値
の擾乱を的確に検出できる。さらに、本方法は電流測定
に比して電流の積分値である電荷を検出しているので検
出信号が大きく、微少な直流信号測定に適した方法とい
える。なお、本方法による測定においては、測定時間が
長くなるとコンデンサ２ａからの電荷漏洩による測定誤
差が無視できなくなる。従って、本方法は短時間での測
定が好ましく、また、電荷の漏洩のない検出回路を必要
とする。この電荷漏洩防止の必要から、直流電圧計とし
ては例えば入力インピーダンスが１０¹³Ω以上程度のエ
レクトロメータなどを使用する。

【００４２】最後に、本発明による電流測定回路におけ
る誤差電流の防止対策について図３の測定実施の説明図
を参照しつつ以下に説明する。図３において、電流測定
回路２は試験用変圧器１の二次側巻線の低圧端子Ｖと接
地との間に接続されている。すでに説明したように、こ
の接続構成においてはケーブル遮蔽電極４ｂと接地との
間の直流起電力に基づく誤差電流は電流測定回路２に流
入しない。試験用変圧器１の一次側巻線の低圧入力端子
ｖは接地に接続されている。これは、試験用変圧器１の
一次側と接地との間に何等かの直流起電力が発生した場
合に試験用変圧器１の一次側巻線と二次側巻線との間あ
るいは一次側巻線と金属ケース１ａとの間の絶縁抵抗を
経由して誤差電流が電流測定回路２に流入する問題を避
けるための処置であり、一次側巻線の低圧入力端子ｖを
接地に接続して誤差電流成分をバイパスさせる。試験用
変圧器１の金属ケース１ａは変圧器二次側巻線の低圧端
子Ｖに接続されている。これは、試験用変圧器１の二次
側巻線高圧出力端子Ｕ側における気中コロナ放電などに
よる直流誤差電流が電流測定回路２へ流入しないための
処置である。

【００４３】次に、直流課電装置３は接地から浮かされ
て、試験用変圧器１の二次側巻線の高圧出力端子Ｕと試
料ケーブルの導体４ａとの間に接続されている。これ
は、直流課電装置３の発生電圧に原因する誤差電流が電
流測定回路２へ流入する問題を避けるための処置であ
る。試験用変圧器１に比較して直流課電装置３は軽量か
つ小型であることから、これを良好な絶縁を保持しつつ
大地から浮かすことは容易であり、このことによって直
流発生電圧に起因する誤差電流を大幅に低減することが
できる。さらに、直流課電装置３の金属ケース３ａを試
験用変圧器１の二次側巻線の高圧出力端子Ｕに接続する
ことによって、大地から直流発生装置を支持する絶縁架
台に直流課電装置３の高圧発生電圧が印加されない構成
とし、直流誤差電流の電流測定回路２への流入を防止し
ている。

【００４４】

【発明の効果】請求項１の発明は、疑似劣化信号の影響
による劣化判定誤差を低減して、高感度かつ信頼性の高
い絶縁劣化診断を達成することができるという特有の効
果を奏する。請求項２の発明は、測定の応答遅れに関わ
る本質的な測定誤差を著しく低減するとともに、交流重
畳時の吸収電荷を正確かつ高感度に検出してこれを絶縁
劣化診断に利用することができ、ひいては一層高感度か
つ信頼性の高い絶縁劣化診断を達成することができると
いう特有の効果を奏する。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の直流重畳法の測定回路における誤差電流
発生の説明図である。

【図２】従来の直流電流成分測定に係わる測定回路の原
理図である。

【図３】本発明を実施するための測定回路のブロック図
である。

【図４】本発明の絶縁劣化診断方法による測定結果の説
明図であり、（ａ）は健全絶縁体、（ｂ）は橋絡に近い
極度劣化水トリー劣化絶縁体の例である。

【符号の説明】

１試験用変圧器２電流測定回路２ａコンデンサ２ｃ高入力インピーダンス直流
電圧計３直流課電装置４試料ケーブル４ａ導体

フロントページの続き (72)発明者坂本中埼玉県熊谷市大字新堀1008番地三菱電線工業株式会社熊谷製作所内 (56)参考文献特開昭59−202077（ＪＰ，Ａ) 特開平８−62280（ＪＰ，Ａ) 特開平10−48284（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−14072（ＪＰ，Ａ) 特公平６−19416（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーブル絶縁体に直流電圧を印加した後
に交流電圧を重畳して印加して、直流に交流電圧を重畳
した時に観測される直流電圧成分を測定し、つぎに交流
電圧を零にまで降下させた後の直流単独課電状態下での
直流もれ電流を測定し、これら交流電圧重畳時の直流電
流成分と直流単独課電下での直流もれ電流の大きさの差
を用いて前記ケーブル絶縁体の劣化状態を診断すること
を特徴とするケーブルの絶縁劣化診断方法。
【請求項２】交流電圧重畳時の直流電流成分の測定、
及び直流単独課電時の直流もれ電流の測定は、直流信号
検出インピーダンスとしてコンデンサ（２ａ）を用い、
その電極間の直流電圧を高入力インピーダンス直流電圧
計（２ｃ）を用いて測定し、コンデンサ（２ａ）の静電
容量と直流測定電圧との積から直流電荷を求め、その直
流電荷の時間変化割合から直流電流成分、或いは直流も
れ電流を算出することを特徴とする請求項１に記載のケ
ーブルの絶縁劣化診断方法。