JP4469763B2

JP4469763B2 - 高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置

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Publication number: JP4469763B2
Application number: JP2005220291A
Authority: JP
Inventors: 直也山田
Original assignee: Mitsubishi Electric Building Techno-Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Building Techno-Service Co Ltd
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007033365A

Description

本発明は、高圧電力ケーブルの絶縁劣化状態を高い信頼度で把握するようにした高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置に関する。

従来、高圧電力ケーブルの絶縁劣化が生じると、ケーブル内部で発生するトリー劣化に起因した直流微小電流がケーブルシースを介して大地に流出するので、高圧電力ケーブルの活線絶縁診断監視装置では、この直流電流成分を測定し、その大きさによってケーブル絶縁の良否判定を行っていた。以下、この従来の活線絶縁診断監視の技術について、具体的に説明する。

図４から図７は、測定対象たる高圧電力ケーブルの活線絶縁診断を行う従来の活線絶縁診断監視装置における直流電流成分の測定回路、及びケーブル内部で発生した水トリーによって直流電流成分が発生する状態などを説明するための図である。

図４において、符号１は診断・監視対象の高圧電力ケーブル、符号２は当該高圧電力ケーブルにおける高圧電源側端末、符号３は高圧負荷側端末をそれぞれ示している。高圧電源側端末２は、実際にはその各相が三相高圧配電線４に結合され、また高圧負荷側端末３は、三相高圧負荷５に結合されている。これにより、高圧電源設備変圧器６からの高圧電力が高圧電力ケーブルを介して三相高圧負荷５に給電されている。また、通常、電源側には地絡故障時に発生する零相電圧を検出するための接地用電圧変成器（ＧＰＴ）７が設けられており、その高圧スター側中性点は、符号８に示すように接地されている。

測定対象となる高圧電力ケーブル１には、三相が一括された構成の、いわゆる三芯一括型のケーブルと、三相がそれぞれ分離されたトリプレックス型のケーブルとがあるが、いずれのタイプのケーブルでも、その端末部分において、各相の遮蔽銅テープは三相一括されて接地される。図４の場合には、高圧電源側端末２の方の接地線が開閉装置１１を介して接地され、また高圧負荷側端末３の方の接地線１０が活線診断装置１２の入力側のフィルタ用コンデンサによって交流的に接地される。かかる構成において、測定端における活線診断装置１２に内蔵されている直流微小電流検出器で直流電流成分を測定している間は、他端の開閉装置１１を開放するように動作する。

そして、上記のような構成と動作により、ケーブル内部で発生するトリー劣化に起因し、ケーブルシースを介して大地に流出した直流電流成分を測定し、その直流電流成分の大きさによってケーブル絶縁の良否判定を行っていた。

なお、上記のような構成によれば、被測定ケーブル（高圧電力ケーブル）１が多数本ある場合でも、開閉装置１１をそれぞれのケーブルに設けておき、開閉装置１１を順次切替えることで、それぞれの被測定ケーブル（高圧電力ケーブル）１における直流成分を、１台の活線診断装置１２によって測定することができ、すなわち、経済的な測定システムを構築することができる。

ここで、トリー劣化（水トリー現象）に起因した直流電流成分の測定について、さらに詳細に説明する。図５は、被測定ケーブル１の経年的な絶縁劣化によって、ケーブル内部の高圧導体２１近傍でいわゆる水トリーと呼ばれる現象が発生している状況を模式的に示した図である。ケーブル内部の高圧導体２１近傍に水分が浸入すると、図５（ａ）のような高圧導体２１側が負極性（導体電位が負）の場合と図５（ｂ）のような正極性（導体電位が正）の場合とで、ケーブル内部の絶縁体への電荷（図中○印）の供給に差が生じ、その結果として等価的に整流作用が現れ、ケーブル遮蔽銅テープ２２から接地に流出する直流電流成分が生起する。

ここで、図４の構成において、上記のように生起した直流電流成分の流出経路は、被測定ケーブル１の内導体からケーブル絶縁体、ケーブル遮蔽層、接地線１０、活線診断装置（電流計）１２、大地、ＧＰＴ中性点、高圧母線４を経てケーブル内導体へと至る閉ループとなる。

この直流電流成分の測定回路を等価回路で分かり易く表現したものが図６である。同図において、活線診断装置の内部は、ケーブルの交流充電電流分に対しては十分に低いインピーダンスであるが直流的には高いインピーダンスで動作する直流阻止コンデンサ１２１と、直流電流計１２２との並列回路で表されている。

図６の矢印に示されるように、ケーブル遮蔽層１３に接続された直流電流計１２２によって、上記絶縁劣化によって発生した水トリーに起因した直流の微小電流が、活線下にある高圧電力ケーブル１から大地に流出する。その後、この直流電流成分は、大地側から高圧電源側ＧＰＴ８の中性点に戻り、同図の矢印で示す経路によって示されるような直流電流成分Ｉｄｃとして、閉回路的に直流電流計１２２によって検出できることとなる。以上のようにして、直流電流成分の測定が行われる。

また、上記従来の直流電流成分Ｉｄｃを測定する装置においては、通常、直流電流成分の測定に続いて、図７の等価回路に示されるように、高圧電力ケーブルのケーブル遮蔽層（シース導体ともいう）１３と大地との間のシース絶縁抵抗Ｒｓｈを測定することが実施される。

この測定は、直流電流計１２２と直列に数ボルトの直流電圧Ｅを印加し、この電圧印加によってケーブル遮蔽層１３の全長に亘る大地との間のシース絶縁抵抗Ｒｓｈを介して同図７における矢印のような経路で流れる電流Ｉｓｈを計測することで実施される。具体的には、シース絶縁抵抗Ｒｓｈ＝Ｅ／Ｉｓｈなる演算を行って求められる。

そして、上記従来技術の動作によって測定された直流電流成分Ｉｄｃ及びシース絶縁抵抗Ｒｓｈに対する従来の評価判定において、例えば電線工業会などでは、以下のような一定のレベルを慣用して評価判定を行っている。例えば、直流電流成分Ｉｄｃについては、０．５ｎＡ以下で良好、０．５〜３０ｎＡで要注意、３０ｎＡ以上で不良と評価判定し、シース絶縁抵抗Ｒｓｈについては、１ＭΩ以上で良好、１ＭΩ未満で不良と評価判定している。

特開２００１−３０７５６２号公報特開平０７−２５３４４４号公報特開平０６−３３１６６５号公報

ところで、実際の現場においては、シース絶縁抵抗Ｒｓｈが１ＭΩ未満となるようなデータは滅多に見られない。しかしながら、直流電流成分Ｉｄｃのレベルについては、ケーブルの敷設年数がそれほど経過していないにもかかわらず、特に夏季において数ｎＡレベルに至ることがあり、これによって要注意ゾーンに入っていると判定されることが頻繁に起こっていた。つまり、実際には敷設年数がそれほど経過しておらず、劣化が生じていないにもかかわらず、要注意ゾーンに入っていると判定されることが多かった。

このように、上記のような従来技術における高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置においては、特に直流電流成分Ｉｄｃの測定データに対する信頼性に欠けるといった側面があった。

本発明の目的は、絶縁診断対象の高圧電力ケーブルが敷設された現場にて測定される直流電流成分と共に、同じ装置で通常測定されるケーブルシースの絶縁抵抗を有効活用し、より確度の高いケーブル絶縁の良否判定を実施可能な高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、接地線を設けた高圧電力ケーブルの絶縁劣化を活線下で診断する高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置において、接地線を流れる電流の直流電流成分の電流値を測定する直流電流成分測定手段と、高圧電力ケーブルのケーブル遮蔽層と大地との間のシース絶縁抵抗を測定するシース絶縁抵抗測定手段と、診断対象の高圧電力ケーブルが敷設される敷設現場と同一の敷設現場に敷設された複数の高圧電力ケーブルから測定した直流電流成分とシース絶縁抵抗のうち、良好と判定された直流電流成分とシース絶縁抵抗との相関関係から反比例定数を算出し、当該反比例定数を地電圧と定め、当該地電圧と、シース絶縁抵抗測定手段によって測定されたシース絶縁抵抗とに基づいて、直流電流成分測定手段によって測定された直流電流成分の電流値の補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする。

また、上記構成の高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置において、補正手段は、上記相関関係から求めた地電圧とシース絶縁抵抗測定手段によって測定されたシース絶縁抵抗とを用いて得られた迷走電流成分を、直流電流成分測定手段によって測定された直流電流成分から引くことにより、診断対象の高圧電力ケーブル内部の劣化で真に発生した直流電流成分を算出することを特徴とする。

本発明によれば、従来の活線絶縁診断監視装置によって測定される見かけの直流電流成分Ｉｄｃの値から、当該現場における高圧電力ケーブルの直流地電圧によってもたらされた迷走電流の分を差し引き、この差し引きによる直流電流成分値の補正を行う。この補正により、より真値に近い直流電流成分Ｉｄｃ’を得ることができ、確度の高い絶縁評価を実施することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１から図３は、本発明の一実施形態における高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置について説明するための図である。

図１における符号１〜１２は、従来技術と同様のものである。したがって、これらに関する説明は省略する。図１における符号２０は、従来技術の活線診断装置１２によって測定される直流電流成分Ｉｄｃ（単位：ｎＡ）を、以下の式１に従って補正し、より正確な直流電流成分Ｉｄｃ’（単位：ｎＡ）を得るための補正装置である。なお、式１における右辺２項目の分子Ｅｇは、ケーブルシースの電池作用によって生ずる直流地電圧（大地電位、単位：ｍＶ）であり、ケーブルの敷設現場によって変化する。本実施形態では、大地電位Ｅｇを１００〜３００ｍＶに設定することとする。Ｒｓｈは、図７に示されるシース絶縁抵抗（単位：ＭΩ）である。

ここで、上記の補正について説明する。図２は、実際の現場において数年間に亘って測定した直流電流成分Ｉｄｃ、及びシース絶縁抵抗Ｒｓｈの数年間に亘る経年的なトレンドカーブを実測したものである。この図においては、第一ケーブルと第二ケーブルの２種類の幹線ケーブルについて、上段に直流電流成分Ｉｄｃの毎月のデータを、下段にシース絶縁抵抗Ｒｓｈのデータがプロットされている。

このトレンドカーブから、直流電流成分Ｉｄｃの電流レベル及びシース絶縁抵抗Ｒｓｈは、ともに季節的に大きく変動していることが分かる。すなわち、直流電流成分Ｉｄｃは夏季に大きく冬季に低くなる傾向があり、一方、シース絶縁抵抗Ｒｓｈは夏季に小さく冬季に高くなる傾向がある。また、これら２つのパラメータＩｄｃとＲｓｈの積は電圧の単位を持つこととなるが、この積（電圧）は１００ｍＶオーダのほぼ一定値を示している。そして、この電圧は、ケーブルシースの電池作用による大地に対する直流地電圧（大地電位）であると考えられる。

また図３は、年次点検において良好と判定されている同一現場の多くの敷設ケーブル（２０幹線）について、ある年度の夏季における直流電流成分Ｉｄｃとシース絶縁抵抗Ｒｓｈの相関関係を示したものである。全データとも不良レベルの閾値３０ｎＡ以下ではあるものの、多くの幹線データが０．５ｎＡ以上の要注意レベルにあることが分かる。しかしながら、これらプロット群は、反比例のラインＬ上に分布していることから、これらのプロット群における電流は、当該現場におけるシースの直流地電圧によってもたらされた迷走電流であることが判明した。なお、この現場においては、上記ラインＬの反比例定数の値から、直流地電圧は約２００ｍＶであると判断される。

このように、年次点検において良好と判定されている敷設ケーブルであっても、特に夏季において、直流電流成分Ｉｄｃが数ｎＡレベルに至るほど大きくなることがあり、これによって要注意ゾーンに入っていると判定されることが頻繁に起こっていた。そして、この要注意ゾーンに至るほど直流電流成分Ｉｄｃが大きくなるのは、直流地電圧（大地電位）によってもたらされた迷走電流に起因することを見出した。すなわち、もしケーブル内部において水トリーによる真の直流電流成分Ｉｄｃ’が発生した場合には、上述の式１に示すように、測定される直流電流成分Ｉｄｃ（右辺１項目）は、真の直流電流成分Ｉｄｃ’に右辺２項目の迷走電流成分が付加されたレベルまで増加する。

そこで、本実施形態における高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置の補正装置では、測定される見かけの直流電流成分Ｉｄｃ（右辺１項目）から迷走電流成分の分（右辺２項目）を差し引いて、測定される直流電流成分Ｉｄｃの補正を行うこととした。この補正により、水トリーにより真に発生した直流電流成分Ｉｄｃ’を得ることができるため、測定された直流電流成分Ｉｄｃのレベルに基づき、ケーブルの敷設年数がそれほど経過していないにもかかわらず要注意ゾーンに入っていると判定されていた従来のような事態も発生しなくなる。

以上のように、本実施形態における高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置によれば、従来技術をベースとした活線絶縁診断監視装置によって測定された見かけの直流電流成分Ｉｄｃの値から、当該現場における高圧電力ケーブルの直流地電圧によってもたらされた迷走電流の分を差し引いて、直流電流成分値を補正することで、より真値に近い直流電流成分Ｉｄｃ’を得ることができる。したがって、より確度の高い絶縁評価を実施することができるようになる。

なお、上記実施形態における高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置において、補正装置２０の補正アルゴリズムを支配するケーブルの地電圧（大地電位）の数値を、固定的なレベルとせず可変できるようにしておくのが好適である。具体的には、当該現場における直流電流成分Ｉｄｃ及びシース絶縁抵抗Ｒｓｈの乗算値の傾向から、最適な地電圧のレベルにチューニング可能にしておくのが好適である。これにより、当該現場の状況に対して最適で且つ正確な絶縁評価を実施できるようになる。

また、図１に示す高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置では、活線診断装置１２と補正装置２０とが別体となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁診断監視装置が、活線診断装置１２による測定機能や診断機能と、上記の補正機能とを共に実行し得るような構成であっても良い。

本発明の一実施形態における高圧電力ケーブルの絶縁監視装置の全体構成を示す図である。直流電流成分及びシース絶縁抵抗の経年的データを示す図である。直流電流成分とシース絶縁抵抗の相関関係を示す図である。従来の高圧電力ケーブルの絶縁監視装置の全体構成を示す図である。電力ケーブル内部で水トリー現象が発生している状況を示す図である。直流電流成分の測定回路についての等価回路図である。ケーブルのシース絶縁抵抗の測定回路についての等価回路図である。

符号の説明

１高圧電力ケーブル（被測定ケーブル）、２高圧電源側端末、３高圧負荷側端末、４三相高圧配電線、５三相高圧負荷、６高圧電源設備変圧器、７接地用電圧変成器（ＧＰＴ）、８ＧＰＴの高圧スター側中性点、９ケーブルの電源端末側の接地線、１０ケーブルの負荷側端末側の接地線、１１開閉装置、１２活線診断装置（電流計）、２０補正装置。

Claims

接地線を設けた高圧電力ケーブルの絶縁劣化を活線下で診断する高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置において、
接地線を流れる電流の直流電流成分の電流値を測定する直流電流成分測定手段と、
高圧電力ケーブルのケーブル遮蔽層と大地との間のシース絶縁抵抗を測定するシース絶縁抵抗測定手段と、
診断対象の高圧電力ケーブルが敷設される敷設現場と同一の敷設現場に敷設された複数の高圧電力ケーブルから測定した直流電流成分とシース絶縁抵抗のうち、良好と判定された直流電流成分とシース絶縁抵抗との相関関係から反比例定数を算出し、当該反比例定数を地電圧と定め、当該地電圧と、シース絶縁抵抗測定手段によって測定されたシース絶縁抵抗とに基づいて、直流電流成分測定手段によって測定された直流電流成分の電流値の補正を行う補正手段と、
を有することを特徴とする、高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置。
請求項１に記載の高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置において、
補正手段は、上記相関関係から求めた地電圧とシース絶縁抵抗測定手段によって測定されたシース絶縁抵抗とを用いて得られた迷走電流成分を、直流電流成分測定手段によって測定された直流電流成分から引くことにより、診断対象の高圧電力ケーブル内部の劣化で真に発生した直流電流成分を算出することを特徴とする、高圧電力ケーブルの絶縁診断監視装置。