JP4092645B2 - 電力ケーブルの劣化診断方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力ケーブルの劣化診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、最も普及している電力ケーブルである架橋ポリエチレン絶縁ケーブル（以下ケーブルと称する）の主たる劣化形態は水トリー劣化である。水トリーとはケーブル絶縁体中に存在する水分と電界の作用により発生する絶縁体中の変質部分であり、これが時間の経過と共に増大していき、ケーブルの絶縁性能を低下させる。この水トリー劣化の状態を効率よく診断することを目標として、種々の劣化診断技術が検討されている。
【０００３】
従来技術の一つとして、ケーブルに交流電圧（試験電圧）を印加し、絶縁体を流れる電流中より前記交流電圧と同位相の損失電流を抽出し、その損失電流中に含まれる高調波成分を用いてケーブルの劣化を診断する方法がある。この方法で劣化信号として用いられる損失電流中の高調波成分は、水トリーの非線形電気伝導特性の影響により現れるもので、その高調波成分の発生状況を評価することでケーブルの水トリー劣化の状態を診断することができる。具体的には、ケーブル及びそれと並列に接続された無損失の標準コンデンサに交流電圧を印加し、標準コンデンサに流れる電流を用いて、ケーブルに流れる電流中から印加電圧に対して９０°進み位相の成分（容量性電流）を除去して損失電流を抽出し、その中の第３高調波成分の発生状況を決定づける値である高調波成分の振幅（大きさ）や重畳位相（基本波成分に対する位相差）の値をデータと比較することでケーブルの劣化程度を評価するというものである（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１５１８１５号公報（発明の詳細な説明の段落０００３、段落００３０乃至段落００３５及び図２）
【特許文献２】
特開２００２−１９６０３０号公報（発明の詳細な説明の段落０００３、段落０００５及び図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の劣化診断技術では、劣化信号として用いる損失電流中の第３高調波成分と同じ周波数のノイズが存在すると、そのノイズ信号と水トリー劣化の状態を反映した真の劣化信号とを分別できないため、精度の高い劣化診断を行うことができない。
【０００６】
このノイズの主たる発生源はケーブルに印加する交流電圧中に含まれる第３高調波電圧である。その交流電圧として、仮に第３高調波電圧を全く含まないものを用いることができれば、損失電流中に含まれる第３高調波成分をそのまま水トリー劣化信号として評価することができ、正確な劣化診断を行うことが可能である。
【０００７】
しかしながら、交流電圧にはその基本波電圧以外に基本波成分の整数倍の周波数の高調波電圧がレベルの差こそあれ含まれていることが常であり、全く高調波電圧を含まない交流電圧というものを実現することは事実上不可能である。
【０００８】
交流電圧を発生させる装置は大別して変圧器、可変リアクトル、及び、それらに電力を供給する電源からなる。診断現場において使用する電源としては、現場に常設されている配電盤設備がある場合は、そこから商用電源を、また、その様な設備がない場合は、移動式発動発電機を現場に持ち込んで、そこからの電源を用いることになるが、このような電源には、元々高調波成分が含まれている。変圧器や可変リアクトルはどちらも内部の鉄心中の磁気特性を利用した電力機器であり、鉄心中の磁気特性は一般的に非線形な特性を有しているため、その特性によっても交流電圧中に高調波電圧が発生する。
【０００９】
従来の劣化診断技術においては、交流電圧中の高調波電圧による測定結果への影響を軽減すべく、電源中の高調波成分を低減させるフィルタを利用したり、変圧器や可変リアクトルに用いる鉄心として非線形な特性が現れにくいような磁気特性に余裕のあるものを使用するといった対応で、交流電圧中に発生する高調波電圧を最大限抑制するよう注意が払われている。しかしながら、このような対応では、交流電圧中の高調波電圧の低減はなされても、完全になくすことはできないので、根本的な解決には至っていない。また、交流電圧中の高調波成分は変圧器出力に接続される負荷、即ち、診断対象となるケーブルの静電容量に応じて変化するものであり、ケーブルの静電容量によって診断精度が変化してしまうといった好ましくない状況をもたらすこととなる。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電力ケーブルに印加する交流電圧に元々含まれる第３高調波電圧の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分（劣化信号ではないノイズ）を定量的に評価して、その影響分を補正することにより、水トリーから発せられる真の第３高調波成分（劣化信号）を抽出し、精度の高い電力ケーブルの劣化診断を行えるようにした電力ケーブルの劣化診断方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、電力ケーブルに交流電圧を印加し、絶縁体を流れる電流中より前記交流電圧と同位相の損失電流を抽出し、その損失電流中に含まれる第３高調波成分を用いて電力ケーブルの劣化診断を行う電力ケーブルの劣化診断方法において、電力ケーブルに印加する交流電圧として、主の周波数ｆを持つ第１の電圧Ｖ１と、その第１の電圧Ｖ１にその周波数ｆの３倍の周波数３ｆを持つ第２の電圧Ｖ２を重畳した重畳電圧Ｖ３とに着目して、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出し、これにより前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正することにより電力ケーブルの劣化診断を行う方法である。
【００１２】
そして、前記第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧V3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出する具体的な手段としては、前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0及び第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nと、前記重畳電圧Ｖ３を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1及び重畳電圧Ｖ３中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1とを測定し、前記第３高調波電圧Ｖ3m1及び第３高調波電圧Ｖ3nにより、前記第１の電圧Ｖ１に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1を導出し、前記第３高調波成分Ｉ3m1及び第３高調波成分Ｉ3m0により、前記第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1を導出し、前記第３高調波電圧Ｖ3s1と第３高調波成分Ｉ3s1との対応関係を調べて、前記第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出する。
【００１３】
これにより、電力ケーブルに印加する第１の電圧Ｖ１（交流電圧）に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nにより発生する損失電流中の第３高調波成分Ｉ3n（劣化信号ではないノイズ）を定量的に評価することが可能になる。従って、前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正して、前記第３高調波成分Ｉ3nによる影響分を取り除き、電力ケーブルの絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3rを抽出することが可能になり、精度の高い電力ケーブルの劣化診断を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を実施するための測定回路の一例を示す図である。先ず、第１のステップとして、波形発生器３により主の周波数ｆ、例えば、商用周波数５０Hzの信号を発生させ、その信号を電力増幅器５及びリアクトル６を介して変圧器７の１次側へ入力することにより、その変圧器７から交流電圧（試験電圧）として、主の周波数５０Hzを持つ第１の電圧Ｖ１を出力する。
【００１５】
次に、その第１の電圧Ｖ１を診断対象の電力ケーブル１とこれに並列に接続された無損失の標準コンデンサ９に印加し、電力ケーブル１と変圧器７間に挿入された変流器１１により検出される電力ケーブル１の絶縁体を流れる電流と標準コンデンサ９を流れる電流を損失電流測定ブリッジ１３に入力し、損失電流測定ブリッジ１３で、電力ケーブル１の絶縁体を流れる電流中より、印加される第１の電圧Ｖ１に対して９０°進み位相の成分（容量性電流）を除去して、第１の電圧Ｖ１と同位相の損失電流を抽出する。
【００１６】
次に、損失電流測定ブリッジ１３から出力される損失電流の波形をデジタルオシロスコープ１５で離散数値データとして取り込み、これを波形解析コンピュータ１７にてＦＦＴ解析することにより、前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の振幅（大きさ）及び重畳位相（基本波成分に対する位相差）を測定する。また、同時に、電圧波形を前記オシロスコープ１５にて離散数値データとして取り込み、波形解析コンピュータ１７により、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの振幅及び重畳位相を測定する。第３高調波電圧Ｖ3nのベクトル図を図２（ａ）に、また、第３高調波成分Ｉ3m0のベクトル図を図２（ｂ）に示す。ここで抽出された第３高調波成分Ｉ3m0は、図２（ｂ）から明らかなように、電力ケーブル１の絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3rに加え、前記第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nも含まれている。
【００１７】
次に、第２のステップとして、波形発生器３により周波数ｆ、即ち、商用周波数５０Hzの信号に、その３倍の周波数３ｆ、即ち、周波数１５０Hzの信号を加えた信号を発生させ、変圧器７により、前記第１の電圧Ｖ１に周波数１５０Hzを持つ第２の電圧Ｖ２を意図的に重畳した重畳電圧Ｖ３を出力し、その重畳電圧Ｖ３を電力ケーブル１とこれに並列に接続された無損失の標準コンデンサ９に印加し、前記と同様にして抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1の振幅及び重畳位相と重畳電圧Ｖ３中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1の振幅及び重畳位相を波形解析コンピュータ１７により測定する。
【００１８】
第３高調波電圧Ｖ3m1のベクトル図を図３（ａ）に、また、第３高調波成分Ｉ3m1のベクトル図を図３（ｂ）に示す。ここで抽出された第３高調波成分I3m1は、図３（ｂ）から明らかなように、電力ケーブル１の絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3r、前記第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3n、更に、前記第１の電圧Ｖ１に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1も含まれる。
【００１９】
第１のステップで得られた第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nと第２のステップで得られた重畳電圧Ｖ３中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1とを用いれば、第１の電圧Ｖ１に意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1がどのようなものであるかを特定することができる。具体的に説明すると、前記第３高調波電圧Ｖ3m1から第３高調波電圧Ｖ3nを、それぞれ振幅及び重畳位相を加味した上で、波形解析コンピュータ１７によりベクトル減算することにより、意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1を導出することができる（図３（ａ）参照）。
【００２０】
一方、第１のステップで得られた前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0と第２のステップで得られた重畳電圧Ｖ３を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1とを用いれば、前記第１の電圧Ｖ１に意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1がどのようなものであるかを特定することができる。この場合も、前記第３高調波成分Ｉ3m1から第３高調波成分Ｉ3m0を、それぞれ振幅及び重畳位相を加味した上で、波形解析コンピュータ１７によりベクトル減算することにより、意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1を導出することができる（図３（ｂ）参照）。
【００２１】
このようにして、第１の電圧Ｖ１に意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1と第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1とを導出して、これら第３高調波電圧Ｖ3s1と第３高調波成分Ｉ3s1との対応関係を調べて評価することにより、前記第１の電圧Ｖ１中に元々含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを波形解析コンピュータ１７による解析により導出することができる。
【００２２】
そうすると、図２（ｂ）から明らかなように、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0（水トリーによる劣化信号と電源等によるノイズの合成）から第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを、それぞれ振幅及び重畳位相を加味した上で、波形解析コンピュータ１７によりベクトル減算することにより、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正して、前記第３高調波成分Ｉ3nによる影響分を取り除き、電力ケーブル１の絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3rだけを確実に抽出することが可能になり、精度の高い電力ケーブルの劣化診断を行うことができる。
【００２３】
更に、前記第１の電圧Ｖ１に重畳される第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1）の重畳位相を２種類以上とすることにより、それぞれの重畳位相について、前記したような重畳される第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1）とこれの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1との対応関係を調べて評価することができる。これら複数の対応関係を評価することにより、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出するばらつきが低減されて、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正する確度を向上させることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、電力ケーブル１に交流電圧を印加する場合、先に第１の電圧Ｖ１を損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0等を測定し、次いで第１の電圧Ｖ１に第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1を重畳した重畳電圧Ｖ３を印加し、損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1等を測定したが、第１の電圧Ｖ１を印加した場合の測定と重畳電圧Ｖ３を印加した場合の測定は互いに独立した測定行為であり、一方の測定行為が他方の測定行為に影響を及ぼすことがない。従って、交流電圧の印加順序を逆にして、先に重畳電圧Ｖ３を印加して測定をした後、第１の電圧Ｖ１を印加して測定を行うようにしてもよい。
【００２５】
【実施例】
診断対象の電力ケーブル１として、電圧階級が２２ｋＶ、導体サイズが１００ｍｍ２、絶縁体の厚さが６ｍｍ、長さが５０ｍの水トリー劣化ケーブルを用いた。また、印加すべき交流電圧の第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの状況を種々変化させてその影響を確認するために、９００ｎＦのコンデンサ１９を変圧器７の負荷として、変圧器７と標準コンデンサ９間に標準コンデンサ９と並列に接続した場合（図１参照）と、そうでない場合について、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nが異なる状況を実現し、電力ケーブル１の損失電流測定を行った。なお、交流電圧の基本周波数ｆを５０Hzとした。
【００２６】
図１に示す測定回路は、波形発生器３の信号を電力増幅器５及びリアクトル６を介して変圧器７の１次側へ入力することにより交流電圧（試験電圧）の発生及び制御を行うことができるように構成されている。波形発生器３で周波数ｆに相当する５０Hzの信号を発生させた場合には、主成分が５０Hzの電圧中に僅かに１５０Hzの第３高調波電圧Ｖ3nを含む第１の電圧Ｖ１を得ることができ、５０Hzに対し、その３倍の周波数３ｆである１５０Hzを加えた信号を発生させた場合には、第１の電圧V１に１５０Hzの第２の電圧Ｖ２を重畳した重畳電圧Ｖ３を得ることができる。波形発生器３では５０Hzの信号と１５０Hzの信号の重畳位相を任意に設定することができるので、交流電圧として第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の重畳位相を任意に設定することができる。本実施例の試験条件としては、第１の電圧Ｖ１の５０Ｈz成分として実効値１８ｋＶ、第２の電圧Ｖ２として実効値２００Ｖ（１５０Hz）程度、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の重畳位相として６通りの値を設定した。
【００２７】
また、前記９００ｎＦのコンデンサ１９を変圧器７の負荷として接続しない場合（条件▲１▼）と、接続した場合（条件▲２▼）において、交流電圧（第１の電圧Ｖ１）中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの測定結果と、従来技術における第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の測定結果（ノイズ補正無）と、本発明における第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3n（ノイズ）の影響を補正して取り除いた第３高調波成分（劣化信号）Ｉ3rの導出結果（ノイズ補正有）を図４に示す。なお、ここで示した第３高調波成分Ｉ3m0、Ｉ3rの振幅及び重畳位相の値は、交流電圧（第１の電圧Ｖ１）の基本波を、Ｖ＝Ｖｎｓｉｎ｛ｎ（ωｔ＋θｖｎ）｝、ｎ＝１，２，３，・・・、ただし、θｖ１＝０と表記した場合、損失電流をＩ＝Ｉｎｓｉｎ｛ｎ（ωｔ＋θｎ）、ｎ＝１，２，３，・・・と表記することを定義した結果得られたｎ＝３に対する振幅及び重畳位相である。
【００２８】
図５（ａ）は前記条件▲１▼における測定において、交流電圧中に含まれる第３高調波電圧を、（ｂ）は交流電圧を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分を示すベクトル図であり、図６（ａ）は前記条件▲２▼における測定において、交流電圧中に含まれる第３高調波電圧を、（ｂ）は交流電圧を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分を示すベクトル図である。
【００２９】
第１の電圧Ｖ１にその周波数ｆ（５０Hz）の３倍の周波数３ｆ（１５０Hz）を持つ第２の電圧Ｖ２を重畳した重畳電圧Ｖ３中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1乃至Ｖ3m ６の測定値（図５（ａ）、図６（ａ）の○印）は、第２の電圧Ｖ２が重畳される前における第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの測定値（図５（ａ）、図６（ａ）の●印）を中心として平面上に円を描くようにして得られている。これは第１の電圧Ｖ１に重畳された第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）の振幅（大きさ）を一定とし、重畳位相のみを変化させたためである。なお、Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６は第３高調波電圧Ｖ3m1乃至Ｖ3m ６から第３高調波電圧Ｖ3nをベクトル減算することにより導出された第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）のベクトルである。
【００３０】
一方、損失電流中に含まれる第３高調波成分についても、前記重畳電圧Ｖ３を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1乃至Ｉ3m ６の測定値（図５（ｂ）、図６（ｂ）の◇印）は、第２の電圧Ｖ２が重畳される前における第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の測定値（図５（ｂ）、図６（ｂ）の◆印）を中心として平面上に円を描くようにして得られている。なお、Ｉ3s1乃至Ｉ3s ６は第３高調波成分Ｉ3m1乃至Ｉ3m ６から第３高調波成分Ｉ3m0をベクトル減算することにより導出された第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1乃至Ｉ3s ６のベクトルである。
【００３１】
図５（ａ）（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）に示されたものから明確なように、第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）とこれの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1乃至Ｉ3s ６は独立して１対１の対応関係にある。従って、両者の対応関係を評価することによって、第１の電圧Ｖ１中に元々含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3n（ノイズ）がどのようなものであるかを導出することが可能になり、その結果を用いて、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正してノイズの影響を排除することにより、水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3r（図５（ｂ）、図６（ｂ）の×印）だけを得ることができる。
【００３２】
条件▲１▼は第１の電圧Ｖ１中に振幅が３４．０Ｖで基本電圧（５０Hz）に対して０．１３％の第３高調波電圧Ｖ3nが含まれている条件であり、条件▲２▼は第１の電圧Ｖ１中に振幅が１４２．４Ｖで基本電圧（５０Hz）に対して０．５６％の第３高調波電圧Ｖ3nが含まれている条件である。第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nが損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の測定に影響を及ぼすとすれば、条件▲２▼の方が条件▲１▼よりも損失電流中の第３高調波成分Ｉ3m0の測定において、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響による誤差が大きく現れることになる。
【００３３】
図４に示した通り、条件▲１▼では、従来技術（ノイズ補正無）と本発明（ノイズ補正有）において、損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0、Ｉ3rの振幅と重畳位相の相違は小さいが、条件▲２▼では、従来技術（ノイズ補正無）と本発明（ノイズ補正有）における相違の大きいことが確認できる。損失電流中の第３高調波成分を用いた電力ケーブル１の劣化診断技術では、前記振幅が大きいほど、また、重畳位相の絶対値が小さいほど、ケーブル劣化が進んでいるものと判断する。本実施例の結果をこの観点から見ると、条件▲１▼と条件▲２▼で同一の電力ケーブル１を測定しているにも拘わらず、従来技術では条件▲１▼、▲２▼間で振幅と重畳位相の値の大きく異なるものが得られており、また、条件▲２▼では振幅が小さく、重畳位相の絶対値が大きくなる方向に、交流電圧（第１の電圧Ｖ１）中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nが影響を及ぼしており、劣化を過小評価してしまう危険性がある。これに対して、本発明では条件▲１▼、▲２▼間で振幅と重畳位相の値がほぼ同値であり、ノイズ補正が正しく行われて真の劣化信号のみを導出していることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力ケーブルの劣化診断方法によると、電力ケーブルに印加する交流電圧として、主の周波数ｆを持つ第１の電圧Ｖ１と、その第１の電圧Ｖ１にその周波数ｆの３倍の周波数３ｆを持つ第２の電圧Ｖ２を重畳した重畳電圧Ｖ３とに着目して、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出し、これにより前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正することにより電力ケーブルの劣化診断を行うので、電力ケーブルに印加する第１の電圧Ｖ１に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nにより発生する損失電流中の第３高調波成分Ｉ3n（劣化信号ではないノイズ）を定量的に評価することが可能になる。従って、前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正して、前記第３高調波成分Ｉ3nによる影響分を取り除き、電力ケーブルの絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3rを抽出することが可能になり、精度の高い電力ケーブルの劣化診断を行うことができる。
【００３５】
また、本発明を実施するために第１の電圧Ｖ１に重畳される第2の電圧（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）は、第１の電圧Ｖ１の１％程度の小容量のものでよく、交流電圧（試験電圧）を発生させる装置を構成する変圧器等の機器の容量変更を必要とするものではないので、従来より使用している機器をそのまま転用することができる。更に、本発明による方法は試験装置が発生する高調波電圧のレベルに拘わらず、その影響を補正することが可能であるため、試験装置を構成する機器に対する特別な対策、即ち、高調波低減フィルタの付加や変圧器等に用いる鉄心として磁気特性に余裕のあるものを使用するといった対応が必要でなくなり、試験装置の費用を低減させることができる。
【００３６】
更に、前記第１の電圧Ｖ１に重畳される第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）の重畳位相を２種類以上とすることにより、それぞれの重畳位相について、第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）とこれの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1乃至Ｉ3s ６との対応関係を調べて評価することが可能になり、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出するばらつきが低減されて、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正する確度を向上させることができるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための測定回路の一例を示す図である。
【図２】（ａ）は電力ケーブルに印加される第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nを、（ｂ）は第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を示すベクトル図である。
【図３】（ａ）は電力ケーブルに印加される重畳電圧Ｖ３に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1を、（ｂ）は重畳電圧Ｖ３を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1を示すベクトル図である。
【図４】条件▲１▼及び条件▲２▼において、交流電圧（第１の電圧Ｖ１）中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの測定結果、従来技術における損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の測定結果及び本発明における損失電流中に含まれる第３高調波成分（劣化信号）Ｉ3rの導出結果を示す図である。
【図５】（ａ）は条件▲１▼における測定において、交流電圧中に含まれる第３高調波電圧を、（ｂ）は交流電圧を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分を示すベクトル図である。
【図６】（ａ）は条件▲２▼における測定において、交流電圧中に含まれる第３高調波電圧を、（ｂ）は交流電圧を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分を示すベクトル図である。
【符号の説明】
１ 電力ケーブル
３ 波形発生器
５ 電力増幅器
６ リアクトル
７ 変圧器
９ 標準コンデンサ
１１ 変流器
１３ 損失電流測定ブリッジ
１５ デジタルオシロスコープ
１７ 波形解析コンピュータ
１９ コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は電力ケーブルの劣化診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、最も普及している電力ケーブルである架橋ポリエチレン絶縁ケーブル（以下ケーブルと称する）の主たる劣化形態は水トリー劣化である。水トリーとはケーブル絶縁体中に存在する水分と電界の作用により発生する絶縁体中の変質部分であり、これが時間の経過と共に増大していき、ケーブルの絶縁性能を低下させる。この水トリー劣化の状態を効率よく診断することを目標として、種々の劣化診断技術が検討されている。
【０００３】
従来技術の一つとして、ケーブルに交流電圧（試験電圧）を印加し、絶縁体を流れる電流中より前記交流電圧と同位相の損失電流を抽出し、その損失電流中に含まれる高調波成分を用いてケーブルの劣化を診断する方法がある。この方法で劣化信号として用いられる損失電流中の高調波成分は、水トリーの非線形電気伝導特性の影響により現れるもので、その高調波成分の発生状況を評価することでケーブルの水トリー劣化の状態を診断することができる。具体的には、ケーブル及びそれと並列に接続された無損失の標準コンデンサに交流電圧を印加し、標準コンデンサに流れる電流を用いて、ケーブルに流れる電流中から印加電圧に対して９０°進み位相の成分（容量性電流）を除去して損失電流を抽出し、その中の第３高調波成分の発生状況を決定づける値である高調波成分の振幅（大きさ）や重畳位相（基本波成分に対する位相差）の値をデータと比較することでケーブルの劣化程度を評価するというものである（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１５１８１５号公報（発明の詳細な説明の段落０００３、段落００３０乃至段落００３５及び図２）
【特許文献２】
特開２００２−１９６０３０号公報（発明の詳細な説明の段落０００３、段落０００５及び図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の劣化診断技術では、劣化信号として用いる損失電流中の第３高調波成分と同じ周波数のノイズが存在すると、そのノイズ信号と水トリー劣化の状態を反映した真の劣化信号とを分別できないため、精度の高い劣化診断を行うことができない。
【０００６】
このノイズの主たる発生源はケーブルに印加する交流電圧中に含まれる第３高調波電圧である。その交流電圧として、仮に第３高調波電圧を全く含まないものを用いることができれば、損失電流中に含まれる第３高調波成分をそのまま水トリー劣化信号として評価することができ、正確な劣化診断を行うことが可能である。
【０００７】
しかしながら、交流電圧にはその基本波電圧以外に基本波成分の整数倍の周波数の高調波電圧がレベルの差こそあれ含まれていることが常であり、全く高調波電圧を含まない交流電圧というものを実現することは事実上不可能である。
【０００８】
交流電圧を発生させる装置は大別して変圧器、可変リアクトル、及び、それらに電力を供給する電源からなる。診断現場において使用する電源としては、現場に常設されている配電盤設備がある場合は、そこから商用電源を、また、その様な設備がない場合は、移動式発動発電機を現場に持ち込んで、そこからの電源を用いることになるが、このような電源には、元々高調波成分が含まれている。変圧器や可変リアクトルはどちらも内部の鉄心中の磁気特性を利用した電力機器であり、鉄心中の磁気特性は一般的に非線形な特性を有しているため、その特性によっても交流電圧中に高調波電圧が発生する。
【０００９】
従来の劣化診断技術においては、交流電圧中の高調波電圧による測定結果への影響を軽減すべく、電源中の高調波成分を低減させるフィルタを利用したり、変圧器や可変リアクトルに用いる鉄心として非線形な特性が現れにくいような磁気特性に余裕のあるものを使用するといった対応で、交流電圧中に発生する高調波電圧を最大限抑制するよう注意が払われている。しかしながら、このような対応では、交流電圧中の高調波電圧の低減はなされても、完全になくすことはできないので、根本的な解決には至っていない。また、交流電圧中の高調波成分は変圧器出力に接続される負荷、即ち、診断対象となるケーブルの静電容量に応じて変化するものであり、ケーブルの静電容量によって診断精度が変化してしまうといった好ましくない状況をもたらすこととなる。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電力ケーブルに印加する交流電圧に元々含まれる第３高調波電圧の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分（劣化信号ではないノイズ）を定量的に評価して、その影響分を補正することにより、水トリーから発せられる真の第３高調波成分（劣化信号）を抽出し、精度の高い電力ケーブルの劣化診断を行えるようにした電力ケーブルの劣化診断方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、電力ケーブルに交流電圧を印加し、絶縁体を流れる電流中より前記交流電圧と同位相の損失電流を抽出し、その損失電流中に含まれる第３高調波成分を用いて電力ケーブルの劣化診断を行う電力ケーブルの劣化診断方法において、電力ケーブルに印加する交流電圧として、主の周波数ｆを持つ第１の電圧Ｖ１と、その第１の電圧Ｖ１にその周波数ｆの３倍の周波数３ｆを持つ第２の電圧Ｖ２を重畳した重畳電圧Ｖ３とに着目して、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出し、これにより前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正することにより電力ケーブルの劣化診断を行う方法である。
【００１２】
そして、前記第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧V3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出する具体的な手段としては、前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0及び第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nと、前記重畳電圧Ｖ３を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1及び重畳電圧Ｖ３中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1とを測定し、前記第３高調波電圧Ｖ3m1及び第３高調波電圧Ｖ3nにより、前記第１の電圧Ｖ１に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1を導出し、前記第３高調波成分Ｉ3m1及び第３高調波成分Ｉ3m0により、前記第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1を導出し、前記第３高調波電圧Ｖ3s1と第３高調波成分Ｉ3s1との対応関係を調べて、前記第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出する。
【００１３】
これにより、電力ケーブルに印加する第１の電圧Ｖ１（交流電圧）に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nにより発生する損失電流中の第３高調波成分Ｉ3n（劣化信号ではないノイズ）を定量的に評価することが可能になる。従って、前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正して、前記第３高調波成分Ｉ3nによる影響分を取り除き、電力ケーブルの絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3rを抽出することが可能になり、精度の高い電力ケーブルの劣化診断を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を実施するための測定回路の一例を示す図である。先ず、第１のステップとして、波形発生器３により主の周波数ｆ、例えば、商用周波数５０Hzの信号を発生させ、その信号を電力増幅器５及びリアクトル６を介して変圧器７の１次側へ入力することにより、その変圧器７から交流電圧（試験電圧）として、主の周波数５０Hzを持つ第１の電圧Ｖ１を出力する。
【００１５】
次に、その第１の電圧Ｖ１を診断対象の電力ケーブル１とこれに並列に接続された無損失の標準コンデンサ９に印加し、電力ケーブル１と変圧器７間に挿入された変流器１１により検出される電力ケーブル１の絶縁体を流れる電流と標準コンデンサ９を流れる電流を損失電流測定ブリッジ１３に入力し、損失電流測定ブリッジ１３で、電力ケーブル１の絶縁体を流れる電流中より、印加される第１の電圧Ｖ１に対して９０°進み位相の成分（容量性電流）を除去して、第１の電圧Ｖ１と同位相の損失電流を抽出する。
【００１６】
次に、損失電流測定ブリッジ１３から出力される損失電流の波形をデジタルオシロスコープ１５で離散数値データとして取り込み、これを波形解析コンピュータ１７にてＦＦＴ解析することにより、前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の振幅（大きさ）及び重畳位相（基本波成分に対する位相差）を測定する。また、同時に、電圧波形を前記オシロスコープ１５にて離散数値データとして取り込み、波形解析コンピュータ１７により、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの振幅及び重畳位相を測定する。第３高調波電圧Ｖ3nのベクトル図を図２（ａ）に、また、第３高調波成分Ｉ3m0のベクトル図を図２（ｂ）に示す。ここで抽出された第３高調波成分Ｉ3m0は、図２（ｂ）から明らかなように、電力ケーブル１の絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3rに加え、前記第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nも含まれている。
【００１７】
次に、第２のステップとして、波形発生器３により周波数ｆ、即ち、商用周波数５０Hzの信号に、その３倍の周波数３ｆ、即ち、周波数１５０Hzの信号を加えた信号を発生させ、変圧器７により、前記第１の電圧Ｖ１に周波数１５０Hzを持つ第２の電圧Ｖ２を意図的に重畳した重畳電圧Ｖ３を出力し、その重畳電圧Ｖ３を電力ケーブル１とこれに並列に接続された無損失の標準コンデンサ９に印加し、前記と同様にして抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1の振幅及び重畳位相と重畳電圧Ｖ３中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1の振幅及び重畳位相を波形解析コンピュータ１７により測定する。
【００１８】
第３高調波電圧Ｖ3m1のベクトル図を図３（ａ）に、また、第３高調波成分Ｉ3m1のベクトル図を図３（ｂ）に示す。ここで抽出された第３高調波成分I3m1は、図３（ｂ）から明らかなように、電力ケーブル１の絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3r、前記第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3n、更に、前記第１の電圧Ｖ１に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1も含まれる。
【００１９】
第１のステップで得られた第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nと第２のステップで得られた重畳電圧Ｖ３中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1とを用いれば、第１の電圧Ｖ１に意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1がどのようなものであるかを特定することができる。具体的に説明すると、前記第３高調波電圧Ｖ3m1から第３高調波電圧Ｖ3nを、それぞれ振幅及び重畳位相を加味した上で、波形解析コンピュータ１７によりベクトル減算することにより、意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1を導出することができる（図３（ａ）参照）。
【００２０】
一方、第１のステップで得られた前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0と第２のステップで得られた重畳電圧Ｖ３を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1とを用いれば、前記第１の電圧Ｖ１に意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1がどのようなものであるかを特定することができる。この場合も、前記第３高調波成分Ｉ3m1から第３高調波成分Ｉ3m0を、それぞれ振幅及び重畳位相を加味した上で、波形解析コンピュータ１７によりベクトル減算することにより、意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1を導出することができる（図３（ｂ）参照）。
【００２１】
このようにして、第１の電圧Ｖ１に意図的に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1と第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1とを導出して、これら第３高調波電圧Ｖ3s1と第３高調波成分Ｉ3s1との対応関係を調べて評価することにより、前記第１の電圧Ｖ１中に元々含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを波形解析コンピュータ１７による解析により導出することができる。
【００２２】
そうすると、図２（ｂ）から明らかなように、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0（水トリーによる劣化信号と電源等によるノイズの合成）から第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを、それぞれ振幅及び重畳位相を加味した上で、波形解析コンピュータ１７によりベクトル減算することにより、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正して、前記第３高調波成分Ｉ3nによる影響分を取り除き、電力ケーブル１の絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3rだけを確実に抽出することが可能になり、精度の高い電力ケーブルの劣化診断を行うことができる。
【００２３】
更に、前記第１の電圧Ｖ１に重畳される第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1）の重畳位相を２種類以上とすることにより、それぞれの重畳位相について、前記したような重畳される第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1）とこれの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1との対応関係を調べて評価することができる。これら複数の対応関係を評価することにより、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出するばらつきが低減されて、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正する確度を向上させることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、電力ケーブル１に交流電圧を印加する場合、先に第１の電圧Ｖ１を損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0等を測定し、次いで第１の電圧Ｖ１に第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1を重畳した重畳電圧Ｖ３を印加し、損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1等を測定したが、第１の電圧Ｖ１を印加した場合の測定と重畳電圧Ｖ３を印加した場合の測定は互いに独立した測定行為であり、一方の測定行為が他方の測定行為に影響を及ぼすことがない。従って、交流電圧の印加順序を逆にして、先に重畳電圧Ｖ３を印加して測定をした後、第１の電圧Ｖ１を印加して測定を行うようにしてもよい。
【００２５】
【実施例】
診断対象の電力ケーブル１として、電圧階級が２２ｋＶ、導体サイズが１００ｍｍ２、絶縁体の厚さが６ｍｍ、長さが５０ｍの水トリー劣化ケーブルを用いた。また、印加すべき交流電圧の第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの状況を種々変化させてその影響を確認するために、９００ｎＦのコンデンサ１９を変圧器７の負荷として、変圧器７と標準コンデンサ９間に標準コンデンサ９と並列に接続した場合（図１参照）と、そうでない場合について、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nが異なる状況を実現し、電力ケーブル１の損失電流測定を行った。なお、交流電圧の基本周波数ｆを５０Hzとした。
【００２６】
図１に示す測定回路は、波形発生器３の信号を電力増幅器５及びリアクトル６を介して変圧器７の１次側へ入力することにより交流電圧（試験電圧）の発生及び制御を行うことができるように構成されている。波形発生器３で周波数ｆに相当する５０Hzの信号を発生させた場合には、主成分が５０Hzの電圧中に僅かに１５０Hzの第３高調波電圧Ｖ3nを含む第１の電圧Ｖ１を得ることができ、５０Hzに対し、その３倍の周波数３ｆである１５０Hzを加えた信号を発生させた場合には、第１の電圧V１に１５０Hzの第２の電圧Ｖ２を重畳した重畳電圧Ｖ３を得ることができる。波形発生器３では５０Hzの信号と１５０Hzの信号の重畳位相を任意に設定することができるので、交流電圧として第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の重畳位相を任意に設定することができる。本実施例の試験条件としては、第１の電圧Ｖ１の５０Ｈz成分として実効値１８ｋＶ、第２の電圧Ｖ２として実効値２００Ｖ（１５０Hz）程度、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の重畳位相として６通りの値を設定した。
【００２７】
また、前記９００ｎＦのコンデンサ１９を変圧器７の負荷として接続しない場合（条件▲１▼）と、接続した場合（条件▲２▼）において、交流電圧（第１の電圧Ｖ１）中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの測定結果と、従来技術における第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の測定結果（ノイズ補正無）と、本発明における第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3n（ノイズ）の影響を補正して取り除いた第３高調波成分（劣化信号）Ｉ3rの導出結果（ノイズ補正有）を図４に示す。なお、ここで示した第３高調波成分Ｉ3m0、Ｉ3rの振幅及び重畳位相の値は、交流電圧（第１の電圧Ｖ１）の基本波を、Ｖ＝Ｖｎｓｉｎ｛ｎ（ωｔ＋θｖｎ）｝、ｎ＝１，２，３，・・・、ただし、θｖ１＝０と表記した場合、損失電流をＩ＝Ｉｎｓｉｎ｛ｎ（ωｔ＋θｎ）、ｎ＝１，２，３，・・・と表記することを定義した結果得られたｎ＝３に対する振幅及び重畳位相である。
【００２８】
図５（ａ）は前記条件▲１▼における測定において、交流電圧中に含まれる第３高調波電圧を、（ｂ）は交流電圧を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分を示すベクトル図であり、図６（ａ）は前記条件▲２▼における測定において、交流電圧中に含まれる第３高調波電圧を、（ｂ）は交流電圧を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分を示すベクトル図である。
【００２９】
第１の電圧Ｖ１にその周波数ｆ（５０Hz）の３倍の周波数３ｆ（１５０Hz）を持つ第２の電圧Ｖ２を重畳した重畳電圧Ｖ３中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1乃至Ｖ3m ６の測定値（図５（ａ）、図６（ａ）の○印）は、第２の電圧Ｖ２が重畳される前における第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの測定値（図５（ａ）、図６（ａ）の●印）を中心として平面上に円を描くようにして得られている。これは第１の電圧Ｖ１に重畳された第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）の振幅（大きさ）を一定とし、重畳位相のみを変化させたためである。なお、Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６は第３高調波電圧Ｖ3m1乃至Ｖ3m ６から第３高調波電圧Ｖ3nをベクトル減算することにより導出された第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）のベクトルである。
【００３０】
一方、損失電流中に含まれる第３高調波成分についても、前記重畳電圧Ｖ３を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1乃至Ｉ3m ６の測定値（図５（ｂ）、図６（ｂ）の◇印）は、第２の電圧Ｖ２が重畳される前における第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の測定値（図５（ｂ）、図６（ｂ）の◆印）を中心として平面上に円を描くようにして得られている。なお、Ｉ3s1乃至Ｉ3s ６は第３高調波成分Ｉ3m1乃至Ｉ3m ６から第３高調波成分Ｉ3m0をベクトル減算することにより導出された第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1乃至Ｉ3s ６のベクトルである。
【００３１】
図５（ａ）（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）に示されたものから明確なように、第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）とこれの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1乃至Ｉ3s ６は独立して１対１の対応関係にある。従って、両者の対応関係を評価することによって、第１の電圧Ｖ１中に元々含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3n（ノイズ）がどのようなものであるかを導出することが可能になり、その結果を用いて、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正してノイズの影響を排除することにより、水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3r（図５（ｂ）、図６（ｂ）の×印）だけを得ることができる。
【００３２】
条件▲１▼は第１の電圧Ｖ１中に振幅が３４．０Ｖで基本電圧（５０Hz）に対して０．１３％の第３高調波電圧Ｖ3nが含まれている条件であり、条件▲２▼は第１の電圧Ｖ１中に振幅が１４２．４Ｖで基本電圧（５０Hz）に対して０．５６％の第３高調波電圧Ｖ3nが含まれている条件である。第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nが損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の測定に影響を及ぼすとすれば、条件▲２▼の方が条件▲１▼よりも損失電流中の第３高調波成分Ｉ3m0の測定において、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響による誤差が大きく現れることになる。
【００３３】
図４に示した通り、条件▲１▼では、従来技術（ノイズ補正無）と本発明（ノイズ補正有）において、損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0、Ｉ3rの振幅と重畳位相の相違は小さいが、条件▲２▼では、従来技術（ノイズ補正無）と本発明（ノイズ補正有）における相違の大きいことが確認できる。損失電流中の第３高調波成分を用いた電力ケーブル１の劣化診断技術では、前記振幅が大きいほど、また、重畳位相の絶対値が小さいほど、ケーブル劣化が進んでいるものと判断する。本実施例の結果をこの観点から見ると、条件▲１▼と条件▲２▼で同一の電力ケーブル１を測定しているにも拘わらず、従来技術では条件▲１▼、▲２▼間で振幅と重畳位相の値の大きく異なるものが得られており、また、条件▲２▼では振幅が小さく、重畳位相の絶対値が大きくなる方向に、交流電圧（第１の電圧Ｖ１）中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nが影響を及ぼしており、劣化を過小評価してしまう危険性がある。これに対して、本発明では条件▲１▼、▲２▼間で振幅と重畳位相の値がほぼ同値であり、ノイズ補正が正しく行われて真の劣化信号のみを導出していることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力ケーブルの劣化診断方法によると、電力ケーブルに印加する交流電圧として、主の周波数ｆを持つ第１の電圧Ｖ１と、その第１の電圧Ｖ１にその周波数ｆの３倍の周波数３ｆを持つ第２の電圧Ｖ２を重畳した重畳電圧Ｖ３とに着目して、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出し、これにより前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正することにより電力ケーブルの劣化診断を行うので、電力ケーブルに印加する第１の電圧Ｖ１に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nにより発生する損失電流中の第３高調波成分Ｉ3n（劣化信号ではないノイズ）を定量的に評価することが可能になる。従って、前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正して、前記第３高調波成分Ｉ3nによる影響分を取り除き、電力ケーブルの絶縁体中に生じた水トリーから発せられる真の劣化信号である第３高調波成分Ｉ3rを抽出することが可能になり、精度の高い電力ケーブルの劣化診断を行うことができる。
【００３５】
また、本発明を実施するために第１の電圧Ｖ１に重畳される第2の電圧（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）は、第１の電圧Ｖ１の１％程度の小容量のものでよく、交流電圧（試験電圧）を発生させる装置を構成する変圧器等の機器の容量変更を必要とするものではないので、従来より使用している機器をそのまま転用することができる。更に、本発明による方法は試験装置が発生する高調波電圧のレベルに拘わらず、その影響を補正することが可能であるため、試験装置を構成する機器に対する特別な対策、即ち、高調波低減フィルタの付加や変圧器等に用いる鉄心として磁気特性に余裕のあるものを使用するといった対応が必要でなくなり、試験装置の費用を低減させることができる。
【００３６】
更に、前記第１の電圧Ｖ１に重畳される第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）の重畳位相を２種類以上とすることにより、それぞれの重畳位相について、第２の電圧Ｖ２（第３高調波電圧Ｖ3s1乃至Ｖ3s ６）とこれの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1乃至Ｉ3s ６との対応関係を調べて評価することが可能になり、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出するばらつきが低減されて、第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正する確度を向上させることができるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための測定回路の一例を示す図である。
【図２】（ａ）は電力ケーブルに印加される第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nを、（ｂ）は第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を示すベクトル図である。
【図３】（ａ）は電力ケーブルに印加される重畳電圧Ｖ３に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1を、（ｂ）は重畳電圧Ｖ３を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1を示すベクトル図である。
【図４】条件▲１▼及び条件▲２▼において、交流電圧（第１の電圧Ｖ１）中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの測定結果、従来技術における損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0の測定結果及び本発明における損失電流中に含まれる第３高調波成分（劣化信号）Ｉ3rの導出結果を示す図である。
【図５】（ａ）は条件▲１▼における測定において、交流電圧中に含まれる第３高調波電圧を、（ｂ）は交流電圧を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分を示すベクトル図である。
【図６】（ａ）は条件▲２▼における測定において、交流電圧中に含まれる第３高調波電圧を、（ｂ）は交流電圧を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分を示すベクトル図である。
【符号の説明】
１ 電力ケーブル
３ 波形発生器
５ 電力増幅器
６ リアクトル
７ 変圧器
９ 標準コンデンサ
１１ 変流器
１３ 損失電流測定ブリッジ
１５ デジタルオシロスコープ
１７ 波形解析コンピュータ
１９ コンデンサ
Claims (3)
- 電力ケーブルに交流電圧を印加し、絶縁体を流れる電流中より前記交流電圧と同位相の損失電流を抽出し、その損失電流中に含まれる第３高調波成分を用いて電力ケーブルの劣化診断を行う電力ケーブルの劣化診断方法において、電力ケーブルに印加する交流電圧として、主の周波数ｆを持つ第１の電圧Ｖ１と、その第１の電圧Ｖ１にその周波数ｆの３倍の周波数３ｆを持つ第２の電圧Ｖ２を重畳した重畳電圧Ｖ３とに着目して、第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出し、これにより前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0を補正することにより電力ケーブルの劣化診断を行うことを特徴とする電力ケーブルの劣化診断方法。
- 前記第１の電圧Ｖ１を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m0及び第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nと、前記重畳電圧Ｖ３を印加したときに抽出される損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3m1及び重畳電圧Ｖ３中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3m1とを測定し、前記第３高調波電圧Ｖ3m1及び第３高調波電圧Ｖ3nにより、前記第１の電圧Ｖ１に重畳された第２の電圧Ｖ２である第３高調波電圧Ｖ3s1を導出し、前記第３高調波成分Ｉ3m1及び第３高調波成分Ｉ3m0により、前記第３高調波電圧Ｖ3s1の影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3s1を導出し、前記第３高調波電圧Ｖ3s1と第３高調波成分Ｉ3s1との対応関係を調べて、前記第１の電圧Ｖ１中に含まれる第３高調波電圧Ｖ3nの影響により現れる損失電流中に含まれる第３高調波成分Ｉ3nを導出することを特徴とする請求項１記載の電力ケーブルの劣化診断方法。
- 前記第１の電圧Ｖ１に重畳される第２の電圧Ｖ２の重畳位相が２種類以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の電力ケーブルの劣化診断方法。
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