JP4676255B2 - Ｃｖケーブルの残留電荷測定方法 - Google Patents

Description

本発明は水トリー劣化したＣＶケーブルの絶縁性能を診断するための残留電荷測定方法に関する。

水トリー劣化したＣＶケーブルの絶縁劣化診断法として、残留電荷測定方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。残留電荷測定方法は、直流電圧を課電することによりＣＶケーブルの水トリーに蓄積した電荷を測定し、ケーブル絶縁体の残存性能を非破壊的に診断するものであり、ＣＶケーブルの劣化診断方法として注目されている。
残留電荷測定においては、当該ケーブルに所定の直流電圧を課電し、一旦接地をした後に交流電圧を課電する。水トリーがケーブル絶縁体中に存在している場合には、直流電圧を課電することにより、水トリー部に電荷が蓄積する。
この種の電荷は、接地をしてケーブル導体・遮蔽間を閉回路とした際にも容易に放出されるものではない。しかしながら、その後に交流電圧を課電することにより、これらの電荷は容易に放出される。これら放出された電荷を、ローパスフィルタを用いることにより、直流電流成分として検出する。
特開平５−３０７０６０号公報 特開平８−６２２８０号公報

残留電荷法においては、直流電圧課電により水トリー部に蓄積した電荷に対して、交流電圧を用いて放出させる。
交流電圧の昇圧方法に関しては特にこれまで規定されてはいない。しかしながら、交流電圧を零電圧から急激に変化させ、一定の昇圧レートにより所定の交流電圧値まで、直線状に昇圧する方法の場合、残留電荷測定における測定系においては、電圧の立ち上がり部分および電圧が昇圧中から一定値へ移行する領域におい直流成分が発生し、これがノイズ成分となってしまう。
これらのノイズ性信号は、交流電圧を課電の際の回路応答に起因し、残留電荷信号はこれらのノイズに重畳して存在している。

一方、所定の電圧で放出される残留電荷は、所定の交流電圧を１回課電することにより放出されることから、１回目の交流電圧課電時に得られる信号は、回路応答に起因したノイズ性信号と残留電荷信号の和であり、２回目の交流電圧課電時に得られる信号は、回路応答に起因したノイズ性信号のみとなる。よって、原理的には、同じ課電パターンにて交流電圧を２回課電して、１回目の交流電圧課電時の信号から２回目の交流電圧課電時の信号を差し引くことにより、残留電荷信号のみを獲得することが可能である。
しかしなから、実際には、１回目の交流電圧課電時に生じるノイズ性信号と２回目の交流電圧課電時に生じるノイズ性信号は全く同一のものではなく、これらの差分には、残留成分が存在することになり、残留電荷測定における分解能に影響を及ぼす。よって、残留電荷測定において分解能を向上させるためには、回路応答に起因したノイズは極力低減させることが望ましい。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、残留電荷測定において回路応答に起因するノイズを低減化し、残留電荷測定の分解能が向上させることを目的とする。

交流電圧を直線状に昇圧する場合には、交流電圧が零電圧から昇圧に移行する点、および昇圧から一定値に移行する点においては、その両者が特異点となる。
交流電圧課電に伴う直流成分のノイズ性信号が発生する原因は、これらの特異点の存在にあると考えられる。従って、両点付近で電圧を連続的に変化させ、これらの特異点を解消することにより、上記課題を解決することができる。すなわち、交流電圧を零電圧から徐々に昇圧していき、昇圧領域から一定値への移行も徐々に行うことにより、当該ノイズ性信号を除去することができる。
上記に基づき本発明においては、残留電荷測定において、交流電圧を、交流電圧が零電圧から所定の値になるまでの領域において、その変化率が徐々に大きくなるように連続的に上昇させ、また、昇圧終了前の所定の電圧から一定値に達するまでの領域において、その変化率が徐々に小さくなるように連続的に上昇させ、残留電荷を放出させる。

本発明においては、残留電荷測定において、交流電圧を課電する際の昇圧パターンを直線状ではなく、特異点を有しない波形で昇圧するようにしたので、交流電圧課電時に発生する回路応答に起因したノイズ性信号を低減せることができ、残留電荷測定の分解能を向上させることができる。

本発明の実施例の残留電荷測定装置の構成を図１に示す。
図１に示すように、課電装置は、水トリーに電荷を蓄積させるための直流高電圧発生装置１、測定時に交流電圧を課電する試験用変圧器２と、切換えスイッチＳＷから構成される。直流高電圧発生装置１は、直流電圧もしくは直流電圧に相当した代替波形の電圧を出力する。
試験用変圧器２の低圧側には、電力増幅器２ｂの出力が接続され電力増幅器２ｂには昇圧パターン発生器２ａの出力が接続される。交流電圧課電時、電力増幅器２ｂは昇圧パターン発生器２ａの出力を増幅して、試験用変圧器２の低圧側に与え、試験用変圧器２の出力電圧は昇圧パターン発生器２ａが出力する昇圧パターンで上昇する。

昇圧パターン発生器２ａの出力は直線状ではなく、例えば交流電圧が零電圧から所定の値になるまでの領域において、その変化率が徐々に大きくなるように連続的に上昇し、また、昇圧終了前の所定の電圧から一定値に達するまでの領域において、その変化率が徐々に小さくなるように連続的に上昇するパターンである。昇圧パターンとしては特異点を有しない波形であればどのような波形でもよく、例えば正弦波のｎ乗的に変化するパターン等を用いることができる。
切換えスイッチＳＷの端子（ａ）は測定対象のＣＶケーブル３のケーブル導体に接続され、また、端子（ｂ）は上記直流高電圧発生装置１の電圧出力端子に接続され、端子（ｃ）は上記試験用変圧器２の交流電圧出力端子に接続され、端子（ｄ）は接地され、端子（ｅ）は抵抗Ｒを介して接地されている。

図１において、残留電荷の測定は次のように行われる。、
初めに、切換えスイッチＳＷの端子（ａ）と（ｂ）を接続して直流高電圧発生装置１よりケーブル３の導体−遮蔽間に直流高電圧を課電する。
ついで、端子（ａ）を端子（ｅ）へ接続して課電終了後、ケーブル導体を対地へ抵抗Ｒを介して接地した後に、端子（ａ）を端子（ｄ）に接続して直接接地をする。
その後、端子（ａ）を端子（ｃ）に接続して試験用変圧器２により、ケーブル導体−遮蔽間に上記昇圧パターンで上昇する交流電圧を課電して残留電荷信号を測定する。

試験用変圧器２の低圧側より測定信号が取り出され、この測定信号は直流成分信号を検出するためのローパスフィルタ４に入力される。
上記ローパスフィルタ４の出力は、増幅器５へと入力され、増幅器５の出力から測定結果である残留電荷信号が得られる。
上記のように残留電荷を測定し、残留電荷の時間的変化などからケーブルの絶縁劣化の診断を行なうことができる。なお、残留電荷による劣化診断については、例えば前記特許文献１、２などに記載されるように従来から種々の方法が提案されており、これら周知な方法を用いることにより、実現することができる。

上記交流電圧の昇圧パターンの例としては、例えば図２に示すように、直線状昇圧に代えて電圧を正弦波のｎ乗的に昇圧させることが挙げられる。
上記ｎ値を大きくすればするほど、昇圧開始点における零電圧からの変化、あるいは昇圧中から昇圧終了点における変化は滑らかになるために、回路応答に起因するノイズ性信号は小さくなる。このｎの値は使用する機器の性能により選択することになる。
なお、波形の昇圧開始点の零電圧から所定の電圧値までの領域、および昇圧終了点の前から昇圧終了点である一定の電圧値に移行するまでの領域において、その変化率が連続的に変化する様な波形であれば、任意の昇圧波形が選択できる。

図３に示す模擬残留電荷信号（残留電荷量４．５ｎＣ）を想定し、模擬残留電荷信号が重畳している場合と重畳していない場合の、装置における検出信号のシミュレーション結果を図４〜図６に示す。シミュレーションに際し図５、図６に示すものでは交流電圧値を一定に保つ保持時間については無視している。
図４は直線状昇圧の場合の検出波形を示している。また、図５、図６は課電する最終電圧を同一とし、更に、昇圧開始から昇圧完了までの時間を正弦波の２．４乗および３．０乗の１／４波長が同一となる様に昇圧した際に放出される波形を示している。なお同時の太線で示した波形は交流電圧の変化パターンを示している。
図４に示す様に、直線状昇圧した場合には、残留電荷信号に比較して極めて大きな回路応答に起因したノイズ性信号が発生する。
残留電荷信号が重畳している波形と当該信号が重畳していない波形において、両者の差分をとることにより、重畳した模擬残留電荷信号が獲得できるものの、差分を取らなければ区別ができないほどである。図４では縦軸を１×１０^-3のスケールで示しているため、残留電荷信号が重畳している波形と、重畳していない波形はほとんど重なっている。

一方、直線状の昇圧でなく、正弦波の２．４乗とした場合には、図５に示すように、交流電圧の課電に伴うノイズ性の信号の大きさは、直線状の昇圧の場合に発生するものに比較して、１／１００００程度にまで小さくなる。すなわち、同図に示すように、残留電荷信号が重畳した波形と当該信号が重畳していない波形には明確な差が生じており、前者の差分をとらなくとも重畳した模擬残留電荷信号を判別することができる。
この状況はｎを更に大きくすることにより顕著になる。一例として、ｎ＝３．０とした場合を図６に示す。図６ではノイズ性の信号の大きさは更に小さくなっており、模擬残留電荷信号をさらに明確に判別することができる。

本発明の実施例の残留電荷測定装置の構成例を示す図である。 直線状の昇圧パターンと、非直線状の昇圧パターン（ｓｉｎⁿ 波形）を示す図である。 シミュレーションにおいて重畳した模擬残留電荷信号を示す図である。 交流電圧を直線状に昇圧させた場合のシミュレーション結果を示す図である。 交流電圧をｓｉｎⁿ （ｎ＝２．３）で昇圧させた場合のシミュレーション結果を示す図である。 交流電圧をｓｉｎⁿ （ｎ＝３．０）で昇圧させた場合のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１ 直流高電圧発生装置
２ 試験用変圧器
２ａ 昇圧パターン発生器
２ｂ 電力増幅器
３ ＣＶケーブル
４ ローパスフィルタ
５ 増幅器
ＳＷ 切換えスイッチ

Claims (1)

1. ＣＶケーブルに直流電圧あるいは直流電圧と同様な作用を有する電圧波形を課電した後に、上記直流電圧課電時あるいは直流電圧と同様な作用を有する電圧波形課電時に上記ＣＶケーブルの水トリーに蓄積した電荷を、所定のパターンで昇圧する交流電圧を課電して放出させ残留電荷を測定するＣＶケーブルの残留電荷測定方法であって、
   上記交流電圧を、交流電圧が零電圧から所定の値になるまでの領域において、その変化率が徐々に大きくなるように連続的に上昇させ、また、昇圧終了前の所定の電圧から一定値に達するまでの領域において、その変化率が徐々に小さくなるように連続的に上昇させる
   ことを特徴とする残留電荷測定方法。

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