JP3629425B2

JP3629425B2 - Ｃｖケーブルの絶縁診断方法

Info

Publication number: JP3629425B2
Application number: JP2000402650A
Authority: JP
Inventors: 博之今; 和夫渡辺; 克己内田; 和久宮島
Original assignee: Fujikura Ltd; Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Fujikura Ltd; Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP2002202342A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水トリーが発生したＣＶケーブルに対する劣化診断を行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶケーブルは、布設状況により、浸水して絶縁体内部に水トリーが発生する場合がある。水トリー発生は絶縁性能の低下を招くものであり、これを診断する技術として残留電荷測定が検討されている。
【０００３】
従来行われている残留電荷測定方法においては、直流電圧を課電し、その後に接地して直流課電を除去し、続いて交流電圧を課電し、これにより生じた直流成分電流を検出する。これにより得られた電流信号の積分量である残留電荷量を劣化診断の指標として用いている。この方法は水トリー劣化程度や破壊電圧との相関がよく、ＣＶケーブルの劣化診断方法として注目されている。
【０００４】
水トリー劣化した絶縁体の残留電荷発生機構は以下のように説明されている。
【０００５】
絶縁体中に水トリーが存在していると、直流課電によって水トリー部と健全絶縁体の界面に空間電荷が蓄積される。直流課電後に接地して直流課電を除去すると、絶縁体内部には空間電荷が残留しており、この空間電荷の電界によって移動を開始し、最終的には消滅する。
【０００６】
この空間電荷の移動・減衰は、接地（短絡）を保っている場合には、時間と共に指数関数的に減衰する直流電流（逆吸収電流）が接地回路に流れる。また、接地を開放した場合には、時間とともにある一定値に飽和するように直流電圧（残留電圧）が開放された電極間に回復してくる。この逆吸収電流と残留電圧の発生は、直流課電後の接地という急変に対する絶縁体内部の空間電荷の応答遅れに原因している。
【０００７】
この直流課電の接地後に回復してくる残留電荷は水トリーによる絶縁劣化信号の判定量に利用できる。しかし、空間電荷の移動・減衰に要する時間が著しく長いので、測定回路に観測される残留電荷の回復時間が著しく遅くなり、測定時間が短いと大きな信号量が得られない。
【０００８】
ところが、交流電圧を課電すると、水トリー劣化部に存在していた空間電荷の移動速度が速められて、水トリー劣化に原因する残留電荷を短時間で顕在化できる。これが交流課電を用いて残留電荷測定をする所以である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記残留電荷測定法は水トリー劣化程度や破壊電圧との相関がよく、絶縁劣化診断法として注目されているが、一般に残留電荷測定により得られる残留電荷量は、ケーブル全体から生じる平均的な情報であるために、ケーブルが極度に劣化しているのか、一様に軽微な劣化がしているのかを判定することはできない。よって、長尺ケーブル、あるいは長さの異なる試料間で劣化を評価することは困難である。
【００１０】
また、電圧階級の異なるＣＶケーブルを評価した場合に、それぞれで異なる傾向を示す場合がある。このために、劣化診断に用いる基準が各電圧階級に必要となる。
【００１１】
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、長尺ケーブルあるいは長さの異なるケーブル間また、電圧階級の異なるケーブル間における水トリー劣化程度を評価し得る方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＶケーブルの絶縁診断方法は、供試ケーブルに直流電圧を課電した後に接地し、その後に交流電圧を課電して残留電荷を測定することにより供試ケーブルの水トリー劣化を診断する方法であって、前記交流電圧課電として、所定の昇圧時間及び一定電圧課電時間の課電後零に降圧する課電パターンを低電圧側から高電圧側の順に複数回行い、残留電荷が測定される最高交流課電電界強度（Ｅｒ）と供試ケーブルの絶縁体厚さ（Ｔ）との比（Ｅｒ／Ｔ）を指標として水トリー劣化の程度を診断することを特徴とする。
【００１３】
上記の課電法により残留電荷測定を行った場合、高い交流課電電圧にて放出される残留電荷は、長い水トリーを反映している。よって、残留電荷が放出される最高の交流課電電圧を水トリー劣化の指標として用いることにより、絶縁破壊現象に最も影響を及ぼす長い水トリーに関する情報を得ることが可能となる（図５参照）。
【００１４】
上記本発明の手法は、残留電荷測定により得られるケーブル長に依存した残留電荷量を対象とするものではなく、残留電荷が放出される最高交流課電電圧値を対象として評価しているために、ケーブルの長さによる評価結果への影響も受けずに水トリー劣化診断が可能である。
【００１５】
しかしながら、図２に示すように、２２および２３ｋＶ級ＣＶケーブルと６６ｋＶＣＶケーブルにおける評価結果では、ケーブルの電圧階級により残留電荷が放出される最高の交流課電電界強度と絶縁破壊電界強度との関係は異なってしまう。
【００１６】
この電圧階級による違いが生じる原因は以下の様に考えられる。
【００１７】
ある水トリーがＣＶケーブル絶縁体中に存在する場合、その絶縁性能への影響は、ケーブル絶縁体の厚さに依存する。つまり、ある長さの水トリーがケーブル絶縁体中に存在している場合、ケーブル絶縁体の厚さが２倍になればその影響は小さくなる。
【００１８】
そこで、水トリーの絶縁体への影響の程度を表す指標として、絶縁体厚さに対する水トリー長の比を導入する。前述の様に残留電荷が放出される最高の交流課電電界強度（Ｅｒ）は、水トリーの長さを反映している。実際には、この最高交流課電電界強度（Ｅｒ）を絶縁体厚さ（Ｔ）で除することにより、水トリーの長さの絶縁体厚さに対する比として用いる。
【００１９】
上記本発明の手法により、どの電圧階級によっても水トリー劣化診断の指標を共有化することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図３は本発明に係る残留電荷測定回路のブロック図である。図３において、まず最初に切り替えスイッチ５を接点５ａ側に接続して供試ケーブル１に直流高電圧発生器２からの直流電圧Ｖ_ＤＣを所定時間課電する。この後に切り替えスイッチ５を接点５ｂに切り替えて、供試ケーブル１を保護抵抗Ｒを介して接地する。次に、切り替えスイッチ５を接点５ｃに切り替えて、交流課電用の交流高電圧発生器３に接続され、残留電荷測定が可能な回路状態にする。交流高電圧発生器３の二次側低圧端子Ｖと接地Ｅとの間には残留電荷検出回路４が接続される。この残留電荷検出回路４は、入力部を短絡するためのスイッチＳＷと交流バイパス用のコンデンサＣｄと検出抵抗Ｒｄとが並列に接続され構成されている。この残留電荷検出回路４の出力はローパスフィルタ６を介して出力される。
【００２２】
次に、本発明の残留電荷測定は、図４に示すように、直流電圧課電後、接地時間ｔ_１で接地し、続いて課電する交流電圧を所定の大きさの電圧（Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４，Ｖ_５）でステップ状に複数回課電し、各ステップの電圧（Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４，Ｖ_５）課電ごとに残留電荷測定を行うものである。図４において、残留電荷信号の波形は交流課電電圧Ｖ_４まで測定され、交流課電電圧Ｖ_５では測定されない。この場合は、残留電荷が測定される最高交流課電電圧値はＶ_４である。
【００２３】
上記の直流電圧に続いて課電する交流電圧をステップ状に複数回課電することにより得られる残留電荷信号は、水トリー長に関連した情報を含む。つまり、残留電荷が放出される最高交流電圧値自体は水トリー長に対応している。
【００２４】
よって、残留電荷が放出される最高の交流課電電圧を水トリー劣化の指標として用いることにより、図５に示す様に、絶縁破壊現象に最も影響を及ぼす長い水トリーに関する情報を得ることが可能となる。
【００２５】
図５は、残留電荷信号が検出された最高交流課電電界強度と交流破壊電界強度の関係についての実験結果を示している。この相関図から、供試ケーブルの現時点交流破壊電界強度（残存交流破壊電界強度）を求めることができる。
【００２６】
しかしながら、図２に示す様に、２２および３３ｋＶ級ＣＶケーブルと６６ｋＶＣＶケーブルにおける評価結果では、ケーブルの電圧階級により残留電荷が放出される最高の交流課電電界強度と破壊電界強度との関係は異なってしまう。
【００２７】
このケーブル電圧階級による違いが生じる原因は、ある水トリーがＣＶケーブル絶縁体中に存在する場合、その絶縁性能への影響はケーブル絶縁体の厚さに依存することからと考えられる。
【００２８】
そこで、本発明においては、水トリーの絶縁体への影響の程度を表す指標として、絶縁体厚さに対する水トリー長の比を導入している。実際には、残留電荷が放出される最高の交流課電電界強度（Ｅｒ）を絶縁体厚さ（Ｔ）で除す（補正残留電荷放出最高交流電界強度）ことにより、水トリーの長さの絶縁体厚さに対する比として用いる。
【００２９】
上記指標を新たに導入した結果を図１に示す。図１では、新たに導入した指標（補正残留電荷放出最高交流電界強度）に対する商用周波破壊電界強度は良い相関を示している。
【００３０】
これにより、どの電圧階級によっても水トリー劣化診断の指標を共有化することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＣＶケーブルの絶縁診断方法によれば、ケーブル長に関わらずに水トリー劣化したＣＶケーブルの正確な劣化診断が可能となる。
【００３２】
さらに、ケーブルの電圧階級によらず、劣化診断のための基準を共有化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る新たに導入した指標を用いた診断結果例を示す残留電荷放出最高交流課電電界強度と破壊電界強度との相関図である。
【図２】図１の新たに導入した指標を用いない場合の診断結果例を示す残留電荷放出最高交流課電電界強度と破壊電界強度との相関図である。
【図３】本発明を実施するための回路図である。
【図４】本発明に係る残留電荷測定の課電方法の説明図である。
【図５】本発明に係る残留電荷測定における残留電荷放出の最高交流電界強度と交流破壊電界強度との関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
１供試ケーブル
２直流高電圧発生器
３交流高電圧発生器
４残留電荷検出回路
５切り替えスイッチ
６ローパスフィルタ

Claims

供試ケーブルに直流電圧を課電した後に接地し、その後に交流電圧を課電して残留電荷を測定することにより供試ケーブルの水トリー劣化を診断する方法であって、
前記交流電圧課電として、所定の昇圧時間及び一定電圧課電時間の課電後、零に降圧する課電パターンを低電圧側から高電圧側の順に複数回行い、残留電荷が測定される最高交流課電電界強度（Ｅｒ）と供試ケーブルの絶縁体厚さ（Ｔ）との比（Ｅｒ／Ｔ）を指標として水トリー劣化の程度を診断することを特徴とするＣＶケーブルの絶縁診断方法。