JP6974111B2 - Power cable insulation deterioration detection device and insulation deterioration detection method - Google Patents
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Description
本発明は、電力ケーブルの絶縁劣化検出装置および絶縁劣化検出方法に関する。 The present invention relates to an insulation deterioration detection device for a power cable and an insulation deterioration detection method.
従来、電力ケーブルの絶縁劣化を検出する装置や方法が提案されている。例えば、特許文献1には、活線下で測定対象とする電力ケーブルの遮へい層に交流電源によって商用周波数の整数倍±aHzの周波数の交流電圧を印加し、電力ケーブルから交流電源を介して接地に流れる電流を電流測定手段により測定し、該電流測定手段により測定した電流に基づいて診断手段により電力ケーブルの絶縁劣化の程度を活線状態で診断する活線電力ケーブルの絶縁劣化診断方法の技術が開示されている。
Conventionally, devices and methods for detecting insulation deterioration of power cables have been proposed. For example, in
特許文献1の技術によれば、重畳している電圧が交流電圧であり、直流電圧のようにシース絶縁抵抗を介して生じる迷走電流が増大せず、劣化信号だけが増幅されるとされている。
According to the technique of
ここで、電流の測定線路によっては、直流成分電流以外のノイズが散見されることがある。こうしたノイズが存在すると、ノイズの影響により劣化信号の検出が困難となる可能性がある。ノイズの影響を低減して絶縁劣化の検出精度を向上できることが望まれている。 Here, depending on the current measurement line, noise other than the DC component current may be scattered. The presence of such noise can make it difficult to detect degraded signals due to the effects of the noise. It is desired that the influence of noise can be reduced and the detection accuracy of insulation deterioration can be improved.
本発明の目的は、電力ケーブルの絶縁劣化を高精度に検出することができる電力ケーブルの絶縁劣化検出装置および絶縁劣化検出方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an insulation deterioration detecting device for a power cable and an insulation deterioration detecting method capable of detecting the insulation deterioration of the power cable with high accuracy.
本発明の電力ケーブルの絶縁劣化検出装置は、電力ケーブルの遮蔽層に対して電気的に接続され、かつ接地されており、活線下において前記遮蔽層に対して交流電圧を印加する交流電源と、前記交流電源が印加する出力周波数を前記電力ケーブルに供給される商用周波数の整数倍からずれた周波数領域で変化させる制御部と、前記電力ケーブルから前記交流電源を介して前記接地に流れる電流を測定する電流測定部と、前記電流測定部により測定された電流の周波数解析を行う信号解析部と、を備えることを特徴とする。 The power cable insulation deterioration detection device of the present invention is electrically connected to and grounded to the shielding layer of the power cable, and is connected to an AC power source that applies an AC voltage to the shielding layer under a live line. A control unit that changes the output frequency applied by the AC power supply in a frequency region deviated from an integral multiple of the commercial frequency supplied to the power cable, and a current flowing from the power cable to the ground via the AC power supply. It is characterized by including a current measuring unit for measuring and a signal analysis unit for frequency analysis of the current measured by the current measuring unit.
本発明の電力ケーブルの絶縁劣化検出方法は、電力ケーブルの遮蔽層に対して活線下において交流電源から交流電圧を印加し、前記交流電源の出力周波数を、商用周波数の整数倍からずれた周波数領域で変化させつつ、前記電力ケーブルから前記交流電源を介して接地に流れる電流を電流測定部によって測定し、前記電流測定部によって測定された電流値の周波数解析結果に基づいて前記電力ケーブルの絶縁劣化を検出することを特徴とする。 In the method for detecting insulation deterioration of a power cable of the present invention, an AC voltage is applied from an AC power supply to the shielding layer of the power cable under a live line, and the output frequency of the AC power supply deviates from an integral multiple of a commercial frequency. The current flowing from the power cable to the ground via the AC power supply is measured by the current measuring unit while changing in the region, and the insulation of the power cable is based on the frequency analysis result of the current value measured by the current measuring unit. It is characterized by detecting deterioration.
本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化検出装置は、電力ケーブルの遮蔽層に対して電気的に接続され、かつ接地されており、活線下において遮蔽層に対して交流電圧を印加する交流電源と、交流電源が印加する出力周波数を電力ケーブルに供給される商用周波数の整数倍からずれた周波数領域で変化させる制御部と、電力ケーブルから交流電源を介して接地に流れる電流を測定する電流測定部と、電流測定部により測定された電流の周波数解析を行う信号解析部と、を備える。本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化検出装置によれば、絶縁劣化を示す信号があらわれる周波数を変化させることで、絶縁劣化の検出精度を向上できるという効果を奏する。 The power cable insulation deterioration detection device according to the present invention is an AC power supply that is electrically connected to and grounded to the shielding layer of the power cable and applies an AC voltage to the shielding layer under a live line. , A control unit that changes the output frequency applied by the AC power supply in a frequency range deviating from an integral multiple of the commercial frequency supplied to the power cable, and a current measurement unit that measures the current flowing from the power cable to the ground via the AC power supply. And a signal analysis unit that analyzes the frequency of the current measured by the current measurement unit. According to the power cable insulation deterioration detecting device according to the present invention, there is an effect that the detection accuracy of the insulation deterioration can be improved by changing the frequency at which the signal indicating the insulation deterioration appears.
以下に、本発明の実施形態に係る電力ケーブルの絶縁劣化検出装置および絶縁劣化検出方法につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, the insulation deterioration detection device and the insulation deterioration detection method for the power cable according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. In addition, the components in the following embodiments include those easily conceivable by those skilled in the art or substantially the same.
[第1実施形態]
図1から図5を参照して、第1実施形態について説明する。本実施形態は、電力ケーブルの絶縁劣化検出装置および絶縁劣化検出方法に関する。図1は、第1実施形態に係る電力ケーブルの絶縁劣化検出装置の概略構成図である。
[First Embodiment]
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. The present embodiment relates to an insulation deterioration detection device for a power cable and an insulation deterioration detection method. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an insulation deterioration detection device for a power cable according to the first embodiment.
図1に示すように、本実施形態に係る電力ケーブルの絶縁劣化検出装置1(以下、単に「ケーブル劣化検出装置1」と称する。)は、交流電源2、診断装置3、電流測定部4、および保安回路5を有する。劣化検出の測定対象である電力ケーブル10は、ケーブル端末11を介して高電圧母線12に接続されている。電力ケーブル10は、例えば、架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブル(CVケーブル)である。電力ケーブル10は、芯線10aおよび遮蔽層10bを有する。芯線10aと遮蔽層10bとの間には、図示しない絶縁層が設けられている。遮蔽層10bは、絶縁層を外側から覆う層であり、例えば、銅等の導電性を有する金属で構成されている。
As shown in FIG. 1, the power cable insulation deterioration detecting device 1 (hereinafter, simply referred to as “cable
交流電源2は、活線下において遮蔽層10bに対して交流電圧を印加する。交流電源2は、交流電圧発生回路21、変圧器22、および制御部25を有する。交流電圧発生回路21は、交流電圧を発生する回路である。交流電圧発生回路21は、指令された出力周波数f0の交流電圧を出力する。変圧器22は、交流電圧発生回路21が発生する交流電圧を昇圧する。変圧器22は、一次巻線23および二次巻線24を有する。一次巻線23は、交流電圧発生回路21の出力側に接続されている。二次巻線24の一端側は、接続線26を介して遮蔽層10bに対して電気的に接続されている。二次巻線24の他端側は、接続線27を介して接地されている。つまり、二次巻線24は、遮蔽層10bと接地部28との間に介在している。接続線26,27、および二次巻線24は、遮蔽層10bを接地する接地線として機能する。なお、接続線27はコンデンサ接地されてもよい。
The
制御部25は、後述する操作部34に対する操作入力に基づいて交流電圧発生回路21を制御する。より詳しくは、制御部25は、操作部34から送られる指令信号に基づき、交流電圧発生回路21に対して、発生すべき交流電圧の出力周波数f0を指令する。
The
電流測定部4は、接続線27に設けられている。電流測定部4は、接続線27を流れる電流、言い換えると二次巻線24と接地部28との間を流れる電流を測定する。つまり、電流測定部4は、電力ケーブル10から交流電源2を介して接地に流れる電流を測定する。保安回路5は、二次巻線24および電流測定部4に対してそれぞれ並列に接続されている。保安回路5は、二次巻線24および電流測定部4を過電流および過電圧から保護する。
The
診断装置3は、信号解析部31、同期回路32、ディスプレイ33、操作部34、データ記録媒体35、および判定部36を有する。信号解析部31は、電流測定部4により測定された電流の周波数解析を行う。信号解析部31は、電流測定部4と通信可能に接続されており、電流測定部4による測定結果を取得する。信号解析部31は、取得した測定結果の信号に対する信号解析を行う。本実施形態の信号解析部31は、取得した信号に対して高速フーリエ変換(以下、「FFT」とも称する。)による信号解析を実行する。FFTにより、周波数毎の電流成分が算出される。同期回路32は、交流電圧発生回路21の出力周波数f0と、信号解析部31が取得する検出信号とを同期させる回路である。
The
ディスプレイ33は、電流測定部4による測定結果の画像を表示する表示装置である。ディスプレイ33は、信号解析部31から取得した情報に基づいて、電流測定部4による測定結果に係る画像を画面に表示する。操作部34は、ユーザによって操作される操作入力部であり、例えば、スイッチ、ダイヤル、ボタン、タッチパネル等である。操作部34は、制御部25と通信可能に接続されている。操作部34に対する操作入力を示す信号は、制御部25に送信される。
The
データ記録媒体35は、コンピュータによる読み取りおよび書き込みが可能な記録媒体である。データ記録媒体35は、電流測定部4による測定結果に関するデータを記録するものであり、例えば、信号解析部31による解析結果のデータ等を記録する。データ記録媒体35には、信号解析部31によって実行されるプログラムが記録されていてもよい。データ記録媒体35は、診断装置3に対して着脱可能であってもよい。
The
判定部36は、信号解析部31による信号解析の結果に基づいて、電力ケーブル10の絶縁劣化判定を行う。判定部36による判定方法については、後述する。
The
本実施形態のケーブル劣化検出装置1の動作、およびケーブル劣化検出方法について詳細に説明する。ケーブル劣化検出装置1による劣化検出動作は、例えば、ユーザの指令によって開始される。ユーザは、操作部34に対して、劣化検出動作の開始を指示する操作入力を行う。また、ユーザは、操作部34に対して、交流電源2の出力周波数f0を変化させる掃引条件として、幅、分解能、速度等を指定する操作入力を行う。掃引条件の幅は、出力周波数f0を変化させる周波数領域の幅である。分解能は、出力周波数f0を変化させる際の変化幅である。速度は、出力周波数f0が一つの値に設定されてから次の値に変化するまでの時間である。
The operation of the cable
ユーザによって劣化検出動作の開始が指示されると、制御部25は、交流電圧発生回路21によって交流電圧を発生させる。交流電圧発生回路21が遮蔽層10bに対して印加する交流電圧の周波数である出力周波数f0は、制御部25によって指示される。制御部25は、出力周波数f0を、電力ケーブル10に供給される商用周波数f1の整数倍からずれた周波数、言い換えると商用周波数f1の整数倍の近傍の周波数とする。本明細書では、商用周波数f1の整数倍の周波数を「N倍周波数fn」と称する(N=0,±1,±2,…)。
When the user is instructed to start the deterioration detection operation, the
N倍周波数fnからずれた周波数の交流電圧が印加された場合、電力ケーブル10の絶縁層に加わる電圧Vは、下記式(1)で近似される。ただし、ω1=2πf1、ω2=2πΔa、f1は商用周波数、Δaは出力周波数f0とN倍周波数fnとの差分の周波数(以下、単に「差分周波数」と称する。)、V1は商用電源の電圧、V2は交流電圧発生回路21の出力電圧である。つまり、電力ケーブル10には、商用電源の電圧V1に加えて周波数が差分周波数Δaである交流の電圧V2が加わった状態となる。言い換えると、電力ケーブル10に対して差分周波数Δaの電圧V2を重畳させたのと同様の状態が実現される。従って、差分周波数Δaの電流成分に基づいて電力ケーブル10の劣化診断が可能である。
V=V1sinω1t−V2sinω2t…(1)
When an AC voltage having a frequency deviating from the N-fold frequency fn is applied, the voltage V applied to the insulating layer of the
V = V1sinω1t-V2sinω2t ... (1)
信号解析部31は、交流電圧発生回路21による交流電圧の発生開始と同期して、電流測定部4から取得する信号の解析を開始する。この同期は、同期回路32によってなされる。同期回路32は、例えば、交流電圧発生回路21の動作状態に関する情報を制御部25から取得する。同期回路32は、交流電圧発生回路21の動作状態が、交流電圧を発生している状態である場合、信号解析部31に対して、電流測定部4から取得する信号の解析を実行する指令を行う。解析実行の指令を受けた信号解析部31は、予め定められた所定期間が経過する間に電流測定部4から取得した信号を対象として信号解析を行う。本実施形態では、所定期間が、例えば20[秒]とされている。従って、信号解析部31は、解析実行の指令を受けてから例えば20秒の間に電流測定部4から取得した信号に対してFFT解析を実行する。
The
また、信号解析部31は、交流電源2が電力ケーブル10に対して印加する交流電圧を周波数解析する。交流電源2は、交流電圧発生回路21が生成する交流電圧を測定する図示しない電圧測定部を有している。信号解析部31は、電圧測定部から取得した測定電圧からFFT解析によって電圧の周波数特性を算出する。信号解析部31によって算出された電流の周波数特性データおよび電圧の周波数特性データは、交流電圧の周波数データと共にデータ記録媒体35に記録される。
Further, the
ディスプレイ33は、信号解析部31による信号解析の結果のグラフを画面に表示する。図2は、ディスプレイ33に表示されるグラフの一例を示す図である。図2の上段および下段において、横軸は周波数[Hz]を示す。上段の縦軸は電圧[V]、下段の縦軸は電流[A]を示す。図2の上段には、交流電圧発生回路21によって電力ケーブル10に印加した(重畳した)電圧の周波数特性が示されている。図2の下段には、電流測定部4によって測定された電流の周波数特性(FFTグラフ)が示されている。図2は、差分周波数Δaの値をΔ1とした場合に測定された電流の周波数特性である。
The
ユーザは、図2の下段の周波数特性に基づいて、電力ケーブル10の劣化を判断することができる。この周波数特性は、交流電圧発生回路21によって電力ケーブル10に対して交流電圧が重畳されたときの各周波数の電流成分を示すものである。差分周波数Δa(=Δ1)における電流成分の大きさには、電力ケーブル10における水トリー等の絶縁劣化の有無や絶縁劣化の度合いが反映されていると考えられる。すなわち、差分周波数Δaにおける電流成分の値が大きい場合、電力ケーブル10が劣化している可能性が高い。また、差分周波数Δaにおける電流成分の値が大きいほど電力ケーブル10の絶縁劣化の度合いが大きいと考えられる。ユーザは、例えば、差分周波数Δaにおける電流成分の値と判定値との比較に基づいて電力ケーブル10の絶縁劣化の有無を判定することができる。
The user can determine the deterioration of the
周辺の周波数における電流成分の値と差分周波数Δaにおける電流成分の値との差は、電力ケーブル10の劣化の有無や劣化の度合いを示している可能性が高い。このため、ユーザは、周辺の周波数における電流成分の値と差分周波数Δaにおける電流成分の値とを比較して電力ケーブル10の劣化判定を行ってもよい。
The difference between the value of the current component at the peripheral frequency and the value of the current component at the difference frequency Δa is likely to indicate the presence or absence of deterioration and the degree of deterioration of the
本実施形態のケーブル劣化検出装置1では、制御部25は、交流電圧発生回路21の出力周波数f0を複数の値に切り替える。より具体的には、制御部25は、出力周波数f0をN倍周波数fnからずれた周波数領域で変化させる。この周波数領域は、N倍周波数fnの近傍であって、かつN倍周波数fnを含まない領域、すなわち、N倍周波数fnに隣接する周波数領域である。ここで、近傍とは、例えば、N倍周波数fnから所定周波数b[Hz]以内に定められた領域である。所定周波数bは、例えば、10[Hz]、5[Hz]、2[Hz]等であってもよい。また、近傍の周波数領域の幅である所定幅c[Hz]の大きさは、例えば、1[Hz]以内や2[Hz]以内で適宜定められる。出力周波数f0を変化させる周波数領域は、N倍周波数fnから1[Hz]ずれた周波数を含む領域とされてもよい。また、この周波数領域は、N倍周波数fnから1[Hz]ずれた周波数を中心とする領域とされてもよい。
In the cable
本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、出力周波数f0を複数の値に順次変化させ、各出力周波数f0の交流電圧のもとで電流を測定する。ケーブル劣化検出装置1は、それぞれの出力周波数f0において、電流測定部4によって、交流電源2を介して接地に流れる電流を測定する。ケーブル劣化検出装置1は、出力周波数f0の各値について、電流測定部4による測定結果から求めた周波数特性をユーザに提供する。ユーザは、出力周波数f0の各値についての電流値の周波数特性に基づいて、電力ケーブル10の劣化を判定する。図3には、差分周波数Δaの値をΔ2とした場合に測定された電流の周波数特性が示されている。周波数Δ2は、図2の周波数Δ1よりも高い周波数である。図4には、差分周波数Δaの値をΔ3とした場合に測定された電流の周波数特性が示されている。周波数Δ3は、図3の周波数Δ2よりも高い周波数である。つまり、各周波数Δ1,Δ2,Δ3は、下記式(2)の関係を有する。
Δ1<Δ2<Δ3…(2)
The cable
Δ1 <Δ2 <Δ3 ... (2)
図2乃至図4から分かるように、交流電圧発生回路21の出力周波数f0の変化に応じて、電流の周波数特性におけるピークが遷移している。より詳しくは、図2乃至図4に示されているように、差分周波数Δaの値Δ1,Δ2,Δ3にそれぞれ周波数特性の極大値の山PK1,PK2,PK3がある。このように差分周波数Δaの値の変化に追随して周波数特性の山PK1,PK2,PK3の位置が変化していく場合、高い信頼性で電力ケーブル10の絶縁劣化ありと判定することができる。また、差分周波数ΔaをΔ1とした場合(図2)に存在した山PK1が、差分周波数ΔaをΔ2(図3)およびΔ3(図4)とした場合に現れていない。この場合、印加される交流電圧の差分周波数Δaが周波数Δ1であることと、山PK1が現れたこととの相関度が高く、山PK1は電力ケーブル10の劣化を示している可能性が高い。従って、本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、電力ケーブル10の絶縁劣化判定を高精度で行うことを可能とする判定材料を提供することができる。
As can be seen from FIGS. 2 to 4, the peak in the frequency characteristic of the current changes according to the change in the output frequency f0 of the AC
本実施形態のケーブル劣化検出装置1によるケーブル劣化の検出例について、より詳細に説明する。本実施形態の制御部25は、差分周波数Δaを、例えば±1.2[Hz]、±1.1[Hz]、±1.0[Hz]、±0.9[Hz]、±0.8[Hz]に変化させる。つまり、制御部25は、出力周波数f0を、例えば0.1[Hz]刻みで異なる五つの周波数に変化させる。図5には、以下の条件で取得された周波数特性のグラフが示されている。なお、下記のFFT解析時間は、FFT解析の対象とする電流の測定期間である。つまり、本実施形態では、差分周波数Δaの一つの値について電流測定部4によって電流がT1秒間測定され、このT1秒間の測定データに対してFFT解析がなされる。FFT解析時間のT1は、例えば、数十秒とされる。
商用周波数f1:60[Hz]
整数N:2 (N倍周波数fn=120[Hz])
FFT解析時間:T1[秒]
An example of detecting cable deterioration by the cable
Commercial frequency f1: 60 [Hz]
Integer N: 2 (N times frequency fn = 120 [Hz])
FFT analysis time: T1 [seconds]
ケーブル劣化検出装置1は、T1秒ごとに差分周波数Δaを±1.2[Hz]から±0.8[Hz]へと0.1[Hz]刻みで変化させていく。ケーブル劣化検出装置1は、それぞれの差分周波数Δaにおいて電流測定部4によって電流を測定し、各測定結果からFFT解析によって周波数特性を算出する。ケーブル劣化検出装置1は、電流の測定およびFFT解析が完了する毎に、FFTグラフを順次ディスプレイ33に表示する。これにより、ディスプレイ33には、図5(a)から(e)へとFFTグラフが順次追加的に表示される。本実施形態では、FFT解析時間がT1[秒]であるため、T1秒毎にディスプレイ33上にFFTグラフが追加されていく。
The cable
図5の(a)乃至(e)において、横軸は周波数[Hz]を示し、縦軸は電流[A]を示す。横軸における差分周波数Δaの位置には、目印として破線が示されている。図5(a)に示すように、差分周波数Δaを±1.2[Hz]とした場合の周波数特性には、差分周波数Δaに山PKaが認められる。この周波数特性に基づいて電力ケーブル10に絶縁劣化が生じていると判定することが可能である。ただし、この山PKaは、ノイズ等の他の原因により発生している可能性もある。図5(b)に示すように、差分周波数Δaが±1.1[Hz]に切り替えられると、1.1[Hz]の位置に山PKbが認められる。従って、図5(b)の周波数特性も電力ケーブル10に絶縁劣化が発生していることを示唆しているといえる。図5(c)に示すように、差分周波数Δaが±1.0[Hz]とされた場合の周波数特性は、1.0[Hz]の位置に山PKcを有する。この山PKcは、山PKa,PKbよりも突出度合いが大きい。従って、山PKcは、電力ケーブル10における絶縁劣化の存在を明瞭に示していると考えられる。
In FIGS. 5A to 5E, the horizontal axis represents the frequency [Hz] and the vertical axis represents the current [A]. A broken line is shown as a mark at the position of the difference frequency Δa on the horizontal axis. As shown in FIG. 5A, in the frequency characteristics when the difference frequency Δa is ± 1.2 [Hz], a peak PKa is recognized in the difference frequency Δa. Based on this frequency characteristic, it is possible to determine that the
更に、図5(d)および(e)に示すように、差分周波数Δaを±0.9[Hz]、±0.8[Hz]とした場合にも周波数特性にはそれぞれ明瞭な山PKd,PKeが存在している。ユーザは、これらのデータに基づいて、検出対象の電力ケーブル10に水トリー等の絶縁劣化が発生していると判定することが可能である。
Further, as shown in FIGS. 5 (d) and 5 (e), even when the difference frequency Δa is set to ± 0.9 [Hz] and ± 0.8 [Hz], the peak PKd, which has clear frequency characteristics, respectively. PKe exists. Based on these data, the user can determine that the
本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、測定電流の周波数解析結果を提供することに加えて、判定部36によって電力ケーブル10の絶縁劣化を判定することができる。判定部36は、電流測定部4によって測定された電流値の周波数解析結果に基づいて電力ケーブル10の絶縁劣化を検出する。例えば、判定部36は、データ記録媒体35から差分周波数Δaの値と、この差分周波数Δaに対応する周波数特性のデータを読み出す。判定部36は、読み出した周波数特性のデータから、差分周波数Δaにおける電流成分の大きさを取得する。本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、複数の差分周波数Δaにおいて電流の周波数特性を算出および記録している。従って、検出対象の電力ケーブル10に対して、差分周波数Δaの値と差分周波数Δaにおける電流成分の大きさとの組み合わせが複数存在している。
The cable
電力ケーブル10が絶縁劣化しているか否かの基本的な判定方法は、電流成分の大きさと判定値との比較結果による。判定部36は、例えば、少なくとも一つの差分周波数Δaの値について電流成分の大きさが判定値以上である場合に電力ケーブル10が絶縁劣化していると判定してもよい。このようにすれば、絶縁劣化を見落としてしまう誤判定を未然に防ぐことが可能である。また、判定部36は、所定数以上の差分周波数Δaの値において電流成分の大きさが判定値以上である場合に電力ケーブル10が絶縁劣化していると判定してもよい。この所定数は、差分周波数Δaを変化させた総数のうち過半数となる個数とされてもよい。判定部36は、変化させた全ての差分周波数Δaの値において電流成分の大きさが判定値以上である場合に電力ケーブル10が絶縁劣化していると判定してもよい。
The basic method for determining whether or not the
判定部36は、差分周波数Δaにおける山PKx(x=1,2,3,a,b,c,d,e)の突出量に基づいて絶縁劣化の有無を判定してもよい。突出量は、差分周波数Δaの近傍の周波数における電流成分の大きさの平均値と、山PKxのピーク値との差分とされてもよい。この突出量が突出量に関する判定値以上である場合に、電力ケーブル10が絶縁劣化していると判定される。この判定においても、少なくとも一つの差分周波数Δaにおいて突出量が判定値以上である場合に絶縁劣化していると判定されてもよい。あるいは、所定数以上の差分周波数Δaの値において突出量が判定値以上である場合に電力ケーブル10が絶縁劣化していると判定されてもよい。
The
また、判定部36は、ノイズレベルが低い周波数領域に基づいて絶縁劣化の判定を行うようにしてもよい。例えば、図5に示す周波数特性では、差分周波数Δaを変化させる0.8[Hz]から1.2[Hz]の周波数領域において、低周波側の電流成分の大きさは、高周波側の電流成分の大きさよりも小さい。つまり、この周波数領域では、低周波のノイズレベルが高周波のノイズレベルよりも小さい。こうした周波数特性である場合、判定部36は、差分周波数Δaが低周波側の値であるときに得られた周波数特性に基づいて絶縁劣化の判定を行うようにしてもよい。その一例として、図5のような周波数特性を示す電力ケーブル10に対しては、差分周波数Δaを中心周波数である1.0[Hz]よりも低周波側の値とした場合の周波数特性に基づいて絶縁劣化を判定するようにしてもよい。
Further, the
また、判定部36は、絶縁劣化の判定に関して、ノイズレベルに応じた重み付けを行うようにしてもよい。例えば、複数の差分周波数Δaにおいて電流成分の大きさが判定値以上である場合に、ノイズレベルが低い領域の差分周波数Δaに対する重み付けを大きくし、ノイズレベルが高い領域の差分周波数Δaに対する重み付けを小さくして絶縁劣化の判定を行うようにしてもよい。一例として、ノイズレベルが低い領域の差分周波数Δaにおいて電流成分が判定値以上である場合、当該箇所に対してそれぞれ1ポイントが与えられ、ノイズレベルが高い領域の差分周波数Δaにおいて電流成分が判定値以上である場合、当該箇所に対してそれぞれ0.5ポイントが加算される。電流成分が判定値未満である場合、当該箇所に対してそれぞれ0ポイントが与えられる。合計ポイントや平均ポイントに基づいて電力ケーブル10の絶縁劣化の有無や絶縁劣化の度合いが判定される。
Further, the
判定部36は、交流電源2が交流電圧を印加している場合の周波数特性と、交流電源2が交流電圧を印加していない場合の周波数特性との比較に基づいて絶縁劣化の判定を行ってもよい。このようにすれば、定常的なノイズの影響を低減して絶縁劣化の判定精度を向上させることができる。
The
以上説明したように、本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、電力ケーブル10の遮蔽層10bに対して電気的に接続され、かつ接地されており、活線下において遮蔽層10bに対して交流電圧を印加する交流電源2と、交流電源2が印加する出力周波数f0を電力ケーブル10に供給される商用周波数f1の整数倍からずれた周波数領域で変化させる制御部25と、電力ケーブル10から交流電源2を介して接地に流れる電流を測定する電流測定部4と、電流測定部4により測定された電流の周波数解析を行う信号解析部31と、を有している。本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、商用周波数f1の整数倍であるN倍周波数fnと出力周波数f0との差分である差分周波数Δaを変化させる。差分周波数Δaの変化に応じて、測定電流の周波数特性において、電力ケーブル10の絶縁劣化を示す信号が現れる周波数も変化する。従って、ケーブル劣化検出装置1は、ノイズの影響を低減し、電力ケーブル10の絶縁劣化の検出精度を向上させることができる。
As described above, the cable
また、商用周波数f1の整数倍が、偶数倍とされている。これにより、差分周波数Δaの電圧V2を重畳させたのと同様の状態が実現される。その結果、測定電流の周波数特性において、絶縁劣化の信号を差分周波数Δaに出現させることができる。 Further, an integral multiple of the commercial frequency f1 is an even multiple. As a result, the same state as when the voltage V2 having the difference frequency Δa is superimposed is realized. As a result, in the frequency characteristic of the measured current, the signal of insulation deterioration can appear at the difference frequency Δa.
本実施形態のケーブル劣化検出方法は、電力ケーブル10の遮蔽層10bに対して活線下において交流電源2から交流電圧を印加し、交流電源2の出力周波数f0を、商用周波数f1の整数倍からずれた周波数領域で変化させつつ、電力ケーブル10から交流電源2を介して接地に流れる電流を電流測定部4によって測定し、電流測定部4によって測定された電流値の周波数解析結果に基づいて電力ケーブル10の絶縁劣化を検出する。
In the cable deterioration detection method of the present embodiment, an AC voltage is applied from the
本実施形態のケーブル劣化検出方法において、交流電源2は、出力周波数f0を離散的に変化させる。離散的に変化する出力周波数f0のそれぞれにおいて、電流値の測定および周波数解析がなされる。こうして得られた複数の周波数解析結果に基づいて、電力ケーブル10の絶縁劣化が検出される。交流電源2の出力周波数f0を様々に変化させることで、測定電流の周波数解析結果に含まれるノイズの影響を低減することができる。よって、本実施形態のケーブル劣化検出方法は、電力ケーブル10の絶縁劣化の検出精度を向上させることができる。
In the cable deterioration detection method of the present embodiment, the
なお、本実施形態では、N倍周波数fnの整数N=2であったが、これに限定されず、整数Nは他の偶数であってもよい。 In the present embodiment, the integer N = 2 of the N times frequency fn is not limited to this, and the integer N may be another even number.
[第1実施形態の変形例]
第1実施形態の変形例について説明する。整数Nは奇数とされてもよい。整数Nが奇数である場合、電力ケーブル10の絶縁層に加わる電圧Vは、下記式(3)で近似される。なお、αは係数、ω1=2πf1、ω2=2πΔaである。
V=(V1+α・ω2)sinω1t…(3)
[Modified example of the first embodiment]
A modified example of the first embodiment will be described. The integer N may be an odd number. When the integer N is an odd number, the voltage V applied to the insulating layer of the
V = (V1 + α ・ ω2) sinω1t ... (3)
つまり、整数Nが奇数である場合、電力ケーブル10に加わる電圧の振幅が差分周波数Δaに応じて変化する。従って、交流電源2による交流電圧を印加する前後の電流の測定結果に基づいて電力ケーブル10の絶縁劣化を検出することが可能である。例えば、交流電源2による交流電圧の印加前および印加時において、それぞれ電流測定部4により電流が測定される。印加前後の測定結果は、それぞれ信号解析部31によって信号解析がなされ、周波数特性が算出される。印加前の周波数特性と印加時の周波数特性との比較結果に基づいて、電力ケーブル10の絶縁劣化が検出される。二つの周波数特性の比較では、例えば、商用周波数f1やN倍周波数fnにおける電流成分の大きさ同士が比較される。
That is, when the integer N is an odd number, the amplitude of the voltage applied to the
交流電源2の出力周波数f0は、商用周波数f1の整数分の1倍からずれた周波数領域で変化してもよい。出力周波数f0は、例えば、下記式(4)で示される。なお、式(4)において、Mは2以上の整数である。
f0=(f1/M)±Δa…(4)
The output frequency f0 of the
f0 = (f1 / M) ± Δa ... (4)
このような出力周波数f0の交流電圧が電力ケーブル10に印加された場合に得られる劣化信号の周波数f2は、下記式(5)のようになる。つまり、測定電流を周波数解析して得られる周波数特性から、周波数f2の電流成分に基づいて電力ケーブル10の絶縁劣化を検出することができる。
f2=|M・f0−f1|…(5)
The frequency f2 of the deterioration signal obtained when such an AC voltage having an output frequency f0 is applied to the
f2 = | M · f0-f1 | ... (5)
交流電源2において、交流電圧発生回路21が発生する交流電圧を昇圧する構成は、変圧器22には限定されない。交流電源2は、例えば、変圧器22に代えて差動アンプによって交流電圧を昇圧させてもよい。交流電源2の出力周波数f0を変化させる掃引条件(幅、分解能、速度)は、ユーザによって入力される代わりに、ケーブル劣化検出装置1によって指定されてもよい。
In the
[第2実施形態]
図6から図10を参照して、第2実施形態について説明する。第2実施形態については、上記第1実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図6は、第2実施形態に係る電力ケーブルの絶縁劣化検出装置の概略構成図、図7は、第2実施形態の電力ケーブルの絶縁劣化検出方法に係るフローチャート、図8は、第2実施形態の電力ケーブルの絶縁劣化検出方法に係る他のフローチャート、図9は、帯域シフトの一例を説明する図、図10は、帯域シフトの他の例を説明する図である。
[Second Embodiment]
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 10. Regarding the second embodiment, the same reference numerals are given to the components having the same functions as those described in the first embodiment, and duplicate description will be omitted. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the power cable insulation deterioration detection device according to the second embodiment, FIG. 7 is a flowchart relating to the power cable insulation deterioration detection method according to the second embodiment, and FIG. 8 is a second embodiment. Another flowchart relating to the insulation deterioration detection method of the power cable, FIG. 9 is a diagram illustrating an example of band shift, and FIG. 10 is a diagram illustrating another example of band shift.
第2実施形態において、上記第1実施形態と異なる点は、例えば、ケーブル劣化検出装置1が判定不能の原因を推測する機能や、対処方法のアドバイスを行う機能を有する点である。また、第2実施形態のケーブル劣化検出装置1は、遮蔽層10bに印加させる交流電圧の周波数帯域をシフトさせることにより判定精度の向上を図る機能を有する。
The second embodiment differs from the first embodiment in that, for example, the cable
図6に示すように、第2実施形態に係るケーブル劣化検出装置1は、交流電源2、診断装置3、電流測定部4、保安回路5、切替回路6、および直流電源7を有する。交流電源2、電流測定部4、および保安回路5は、上記第1実施形態の交流電源2、電流測定部4、および保安回路5と同様である。
As shown in FIG. 6, the cable
切替回路6は、遮蔽層10bに印加する電圧を交流電圧または直流電圧に切り替える回路である。より詳しくは、切替回路6は、遮蔽層10bを交流電源2または直流電源7の何れかに電気的に接続することができる。また、切替回路6は、遮蔽層10bを交流電源2および直流電源7の何れからも遮断することができる。切替回路6は、第一リレー61および第二リレー62を有する。第一リレー61は、交流電源2の二次巻き線24の一端側と接続線26との間に介在している。第一リレー61は、二次巻き線24と接続線26とを接続または遮断する。
The
直流電源7は、直流電圧を出力する電源であり、例えばバッテリである。直流電源7の負極は、接続線27を介して接地されている。第二リレー62は、直流電源7の正極と接続線26との間に介在している。第二リレー62は、直流電源7と接続線26とを接続または遮断する。第一リレー61および第二リレー62は、例えば、制御部25によって開閉される。
The DC power source 7 is a power source that outputs a DC voltage, and is, for example, a battery. The negative electrode of the DC power supply 7 is grounded via the connection line 27. The
第2実施形態の診断装置3は、信号解析部31、ディスプレイ33、操作部34、判定部36、およびデジタルフィルタ37を有する。第2実施形態に係る信号解析部31、ディスプレイ33、および操作部34は、上記第1実施形態の信号解析部31、ディスプレイ33、および操作部34と同様である。なお、診断装置3は、上記第1実施形態の診断装置3と同様に、同期回路32およびデータ記録媒体35を含んでいてもよい。
The
本実施形態の判定部36は、以下に説明するように、判定不能の原因推測、ユーザに対する対処方法のアドバイス、および帯域シフトによる判定精度の向上、の各ステップを実行する。判定部36は、予め記憶されているプログラムに基づいて上記のステップを実行する。判定部36は、交流電源2の制御部25と接続されており、制御部25の動作を制御することができる。
As described below, the
また、判定部36は、ディスプレイ33と接続されており、ディスプレイ33に各種の情報を表示させる。例えば、ディスプレイ33には、ユーザに対する質問やユーザに対するアドバイスが表示される。第2実施形態のディスプレイ33は、タッチパネルを有している。ユーザは、ディスプレイ33に表示された質問に対する回答をタッチパネルに入力する。判定部36は、タッチパネルに入力された回答に基づいて各種の判断やアドバイス等を行う。
Further, the
デジタルフィルタ37は、電流測定部4によって測定された信号に対するフィルタ処理を行う。デジタルフィルタ37は、例えば、位相検波、ロックインアンプ等のデジタルフィルタ処理により、ノイズに埋もれた劣化信号を検出する。デジタルフィルタ37によって処理がなされた後の情報は、例えば、ディスプレイ33に表示される。デジタルフィルタ37によって処理がなされた後の情報に対して、更に信号解析部31による解析がなされ、その解析結果がディスプレイ33に表示されてもよい。判定部36は、デジタルフィルタ37と接続されている。判定部36は、電流測定部4によって検出された信号をデジタルフィルタ37に処理させるか否かを切り替える。
The
図7から図10を参照して、第2実施形態に係る絶縁劣化検出方法について説明する。図7に示すフローチャートは、判定対象の電力ケーブル10に対するケーブル劣化検出装置1の取り付けが完了した状態で実行される。図7のフローチャートは、例えば、ユーザによる測定開始の指令に応じて開始される。
The insulation deterioration detection method according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 10. The flowchart shown in FIG. 7 is executed in a state where the cable
ステップS1において、判定部36は、遮蔽層10bのシース絶縁抵抗Rsを測定する。シース絶縁抵抗Rsは、第一リレー61を開放し、かつ第二リレー62を閉じた状態で測定される。以下の説明では、第一リレー61が開き、かつ第二リレー62が閉じた状態、すなわち遮蔽層10bに対して直流電源7が直流電圧を印加している状態を「第一の状態」と称する。また、第一リレー61が閉じ、かつ第二リレー62が開いた状態、すなわち遮蔽層10bに対して交流電源2が交流電圧を印加している状態を「第二の状態」と称する。
In step S1, the
判定部36は、制御部25によって第一リレー61および第二リレー62を第一の状態とさせる。判定部36は、第一の状態において電流測定部4によって検出された電流値に基づいて、シース絶縁抵抗Rsを算出する。シース絶縁抵抗Rsの測定が完了すると、ステップS2へ進む。
The
ステップS2において、判定部36は、シース絶縁抵抗Rsが250[kΩ]未満であるか否かを判定する。ステップS2では、ステップS1で測定されたシース絶縁抵抗Rsの値と、判定値である250[kΩ]との比較がなされる。ステップS2の判定の結果、シース絶縁抵抗Rsが250[kΩ]未満であると肯定判定された場合(ステップS2−Y)にはステップS3に進み、否定判定された場合にはステップS11に進む。
In step S2, the
ステップS3において、判定部36は、劣化判定が不能であると判断し、ステップS4に進む。
In step S3, the
ステップS4において、判定部36は、ユーザに対して端末を清掃済みであるかを質問する。シース絶縁抵抗Rsが低下している場合、その原因の一つとして、遮蔽層10bの端末の汚損が考えられる。判定部36は、ディスプレイ33に「端末を清掃済みであるか?」との質問を表示する。判定部36は、ユーザから「端末を清掃済みである」との回答が入力された場合、ステップS5に進む。一方、判定部36は、ユーザから「端末の清掃が済んでいない」との回答が入力された場合、ステップS6に進み、端末の清掃をしてから再測定を開始した方がよいとのアドバイスをディスプレイ33に表示する。ステップS6が実行されると、本フローは終了する。
In step S4, the
ステップS5において、判定部36は、ユーザに対して接地線の金属接触を離したかを質問する。シース絶縁抵抗Rsが低下している場合、その原因の一つとして、接続線26の金属接触が考えられる。判定部36は、ディスプレイ33に「接続線26を金属から離すよう処置したか?」との質問を表示する。判定部36は、ユーザから「接続線26を金属から離してある」との回答が入力された場合、ステップS7に進む。一方、判定部36は、ユーザから「接続線26を金属から離す処置をしていない」との回答が入力された場合、ステップS8に進み、再測定の開始前に接続線26を金属から離すようにとのアドバイスをディスプレイ33に表示する。ステップS8が実行されると、本フローは終了する。
In step S5, the
ステップS7において、判定部36は、ユーザに対して天候が雨であるかを質問する。シース絶縁抵抗Rsが低下している場合、その原因の一つとして、降雨が考えられる。判定部36は、ディスプレイ33に「天候が雨であるか?」との質問を表示する。判定部36は、ユーザから「雨である」との回答が入力された場合、ステップS10に進み、日を変えて測定するようにとのアドバイスをディスプレイ33に表示する。端末の清掃がなされており(ステップS4−Y)、かつ接地線が金属から離されている(ステップS5−Y)場合、シース絶縁抵抗Rsの低下原因が降雨である可能性が高い。判定部36は、天候が降雨以外であるときに再測定を実行するように、とのアドバイスをディスプレイ33に表示する。ステップS10が実行されると、本フローは終了する。
In step S7, the
判定部36は、ユーザから「雨ではない」との回答が入力された場合、ステップS9に進む。ステップS9において、判定部36は、判定不能であると判断する。判定部36は、現在の状態では電力ケーブル10の絶縁劣化を判定することが困難である旨をディスプレイ33に表示する。ステップS9が実行されると、本フローは終了する。
When the user inputs the answer "it is not rain", the
ステップS11において、判定部36は、交流重畳電流Isaが10[nA]未満であるか否かを判定する。判定部36は、第一リレー61および第二リレー62を第二の状態として、交流重畳電流Isa[A]を測定する。判定部36は、第二の状態で交流電源2の交流電圧を遮蔽層10bに対して印加させる。交流重畳電流Isaは、電流測定部4によって測定された電流値の周波数解析結果であって、差分周波数Δaに対応する電流成分の値である。判定部36は、例えば、差分周波数Δaを1.0[Hz]としたときの交流重畳電流Isaの値に基づいてステップS11の判定を行う。
In step S11, the
なお、判定部36は、図5に示すように、予め定められた周波数領域(例えば、0.8[Hz]−1.2[Hz])で差分周波数Δaの値を変化させ、差分周波数Δaの各値における電流成分の値PKa,PKb,PKc,PKd,Pkeからから交流重畳電流Isaを算出してもよい。この場合、交流重畳電流Isaは、例えば、電流成分の各値PKa,PKb,PKc,PKd,Pkeの平均値や最大値とされてもよい。
As shown in FIG. 5, the
判定部36は、交流重畳電流Isaの値と、判定値である10[nA]との比較を行う。ステップS11の判定の結果、交流重畳電流Isaが10[nA]未満であると肯定判定された場合(ステップS11−Y)にはステップS12に進み、否定判定された場合にはステップS13に進む。
The
ステップS12において、判定部36は良判定を行う。判定部36は、電力ケーブル10の絶縁状態が良好であるとの判定結果をディスプレイ33に表示する。ステップS12が実行されると、本フローは終了する。
In step S12, the
ステップS13において、判定部36は、仮劣化判定を行い、ステップS14に進む。
In step S13, the
ステップS14において、判定部36は、シース絶縁抵抗Rsが1[MΩ]未満であるか否かを判定する。ステップS14におけるシース絶縁抵抗Rsの判定値は、ステップS2におけるシース絶縁抵抗Rsの判定値よりも大きな値である。ステップS14の判定の結果、シース絶縁抵抗Rsが1[MΩ]未満であると肯定判定された場合(ステップS14−Y)にはステップS4に進み、否定判定された場合にはステップS15に進む。
In step S14, the
ステップS15において、判定部36は、不平衡充電電流Iacが例えば100[mA]以上であるか否かを判定する。不平衡充電電流Iacは、電力ケーブル10における三相不平衡による電流値である。判定部36は、不平衡充電電流Iacを取得する。不平衡充電電流Iacの値が大きい場合、交流重畳電流Isaが影響を受けてしまい、劣化判定が困難となる。ステップS15において不平衡充電電流Iacが100[mA]以上であると肯定判定された場合(ステップS15−Y)にはステップS16に進み、否定判定された場合にはステップS19に進む。
In step S15, the
ステップS16において、判定部36は、ユーザに対してケーブル条長が例えば1[km]以上であるか否かを質問する。判定部36は、ディスプレイ33に「電力ケーブル10の条長が1[km]以上であるか?」との質問を表示する。判定部36は、ユーザから「条長が1[km]以上である」との回答が入力された場合はステップS17に進み、「条長が1[km]以上ではない」との回答が入力された場合はステップS18に進む。
In step S16, the
ステップS17において、判定部36は、不平衡充電電流Iacの原因が各相の長さ違いによる静電容量のアンバランスである可能性があることをディスプレイ33に表示する。判定部36は、ディスプレイ33の表示により、停電診断などで電力ケーブル10における静電容量のアンバランスを調査するようにユーザにアドバイスする。ステップS17が実行されると、本フローは終了する。
In step S17, the
ステップS18において、判定部36は、不平衡充電電流Iacの原因が遮蔽銅テープの破断等の要因による静電容量のアンバランスである可能性があることをディスプレイ33に表示する。判定部36は、ディスプレイ33の表示により、停電診断などで電力ケーブル10における静電容量のアンバランスの要因を調査するようにユーザにアドバイスする。ステップS18が実行されると、本フローは終了する。
In step S18, the
ステップS19において、判定部36は、帯域シフトを行う。本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、不平衡充電電流Iacが判定値未満である(ステップS15−N)場合に、帯域シフトを実行する。判定部36は、帯域シフトによって、遮蔽層10bに印加する交流電圧の周波数帯域をシフトさせる。帯域シフトによって、ノイズの影響を低減して絶縁劣化の判定精度を向上させることができる。図8を参照して、帯域シフトについて説明する。
In step S19, the
ステップS21において、判定部36は、帯域毎のスペクトル値の大きさを比較する。ステップS21で比較されるスペクトル値は、[数1]に示す中間帯域のスペクトル値TSP1と、[数2]に示す低周波数帯域のスペクトル値TSP0である。
図9には、中間帯域B1および低周波数帯域B0の一例が示されている。中間帯域B1は、差分周波数Δaを変化させる周波数領域として現在設定されている帯域である。中間帯域B1は、例えば、0.8[Hz]−1.2[Hz]の帯域である。低周波数帯域B0は、中間帯域B1よりも低周波側の帯域である。本実施形態の低周波数帯域B0は、中間帯域B1と連続した帯域である。本実施形態の低周波数帯域B0は、例えば0.4[Hz]−0.8[Hz]の帯域である。 FIG. 9 shows an example of the intermediate band B1 and the low frequency band B0. The intermediate band B1 is a band currently set as a frequency domain for changing the difference frequency Δa. The intermediate band B1 is, for example, a band of 0.8 [Hz] −1.2 [Hz]. The low frequency band B0 is a band on the lower frequency side than the intermediate band B1. The low frequency band B0 of the present embodiment is a band continuous with the intermediate band B1. The low frequency band B0 of the present embodiment is, for example, a band of 0.4 [Hz] −0.8 [Hz].
中間帯域のスペクトル値TSP1は、中間帯域B1のスペクトル値の総和である。言い換えると、中間帯域のスペクトル値TSP1は、図9の領域C1の面積である。低周波数帯域のスペクトル値TSP0は、低周波数帯域B0のスペクトル値の総和である。言い換えると、低周波数帯域のスペクトル値TSP0は、図9の領域C0の面積である。 The spectral value TSP1 in the intermediate band is the sum of the spectral values of the intermediate band B1. In other words, the spectral value TSP1 in the intermediate band is the area of the region C1 in FIG. The spectral value TSP0 in the low frequency band is the sum of the spectral values of the low frequency band B0. In other words, the spectral value TSP0 in the low frequency band is the area of the region C0 in FIG.
ステップS21では、低周波数帯域のスペクトル値TSP0が中間帯域のスペクトル値TSP1の半分未満の値であるか否かが判定される。ステップS21の判定の結果、低周波数帯域のスペクトル値TSP0が中間帯域のスペクトル値TSP1の半分未満の値であると肯定判定された場合(ステップS21−Y)にはステップS22に進み、否定判定された場合にはステップS23に進む。 In step S21, it is determined whether or not the spectral value TSP0 in the low frequency band is less than half the spectral value TSP1 in the intermediate band. As a result of the determination in step S21, if it is affirmed that the spectrum value TSP0 in the low frequency band is less than half of the spectrum value TSP1 in the intermediate band (step S21-Y), the process proceeds to step S22 and a negative determination is made. If so, the process proceeds to step S23.
ステップS22において、判定部36は、低周波数帯域B0への帯域シフトを実行する。判定部36は、遮蔽層10bに印加する交流電圧の差分周波数Δaを低周波数帯域B0の周波数値に変更する。帯域シフトがなされると、変更後の差分周波数Δaにおける交流重畳電流Isaが計測される。新たに計測される交流重畳電流Isaは、例えば、低周波数帯域B0の中心値を差分周波数Δaとして設定したときの電流成分の値であってもよい。あるいは、差分周波数Δaを低周波数帯域B0における複数の値に変化させ、それぞれの電流成分の値から交流重畳電流Isaが算出されてもよい。
In step S22, the
低周波数帯域のスペクトル値TSP0が中間帯域のスペクトル値TSP1の半分未満であることから、低周波数帯域B0のノイズレベルは中間帯域B1のノイズレベルよりも低いと考えられる。従って、低周波数帯域B0への帯域シフトによって、絶縁劣化の判定精度の向上を図ることができる。ステップS22が実行されると、ステップS26に進む。 Since the spectral value TSP0 in the low frequency band is less than half the spectral value TSP1 in the intermediate band, it is considered that the noise level in the low frequency band B0 is lower than the noise level in the intermediate band B1. Therefore, by shifting the band to the low frequency band B0, it is possible to improve the determination accuracy of insulation deterioration. When step S22 is executed, the process proceeds to step S26.
ステップS23において、判定部36は、帯域毎のスペクトル値の大きさを比較する。ステップS23で比較されるスペクトル値は、中間帯域のスペクトル値TSP1と、[数3]に示す高周波数帯域のスペクトル値TSP2である。
図10には、中間帯域B1および高周波数帯域B2の一例が示されている。高周波数帯域B2は、中間帯域B1よりも高周波側の帯域である。本実施形態の高周波数帯域B2は、中間帯域B1と連続した帯域である。本実施形態の高周波数帯域B2は、例えば1.2[Hz]−1.6[Hz]の帯域である。 FIG. 10 shows an example of the intermediate band B1 and the high frequency band B2. The high frequency band B2 is a band on the high frequency side of the intermediate band B1. The high frequency band B2 of the present embodiment is a band continuous with the intermediate band B1. The high frequency band B2 of the present embodiment is, for example, a band of 1.2 [Hz] -1.6 [Hz].
高周波数帯域のスペクトル値TSP2は、高周波数帯域B2のスペクトル値の総和である。言い換えると、高周波数帯域のスペクトル値TSP2は、図10の領域C2の面積である。 The spectral value TSP2 in the high frequency band is the sum of the spectral values of the high frequency band B2. In other words, the spectral value TSP2 in the high frequency band is the area of the region C2 in FIG.
ステップS23では、高周波数帯域のスペクトル値TSP2が中間帯域のスペクトル値TSP1の半分未満の値であるか否かが判定される。ステップS23の判定の結果、高周波数帯域のスペクトル値TSP2が中間帯域のスペクトル値TSP1の半分未満の値であると肯定判定された場合(ステップS23−Y)にはステップS24に進み、否定判定された場合にはステップS25に進む。 In step S23, it is determined whether or not the spectral value TSP2 in the high frequency band is less than half the spectral value TSP1 in the intermediate band. As a result of the determination in step S23, if it is affirmatively determined that the spectral value TSP2 in the high frequency band is less than half of the spectral value TSP1 in the intermediate band (step S23-Y), the process proceeds to step S24 and a negative determination is made. If so, the process proceeds to step S25.
ステップS24において、判定部36は、高周波数帯域B2への帯域シフトを実行する。判定部36は、遮蔽層10bに印加する交流電圧の差分周波数Δaを高周波数帯域B2の周波数値に変更する。帯域シフトがなされると、新たな差分周波数Δaにおける交流重畳電流Isaが計測される。新たに計測される交流重畳電流Isaは、例えば、高周波数帯域B2の中心値を差分周波数Δaとして設定したときの電流成分の値であってもよい。あるいは、差分周波数Δaを高周波数帯域B2における複数の値に変化させ、それぞれの電流成分の値から交流重畳電流Isaが算出されてもよい。
In step S24, the
高周波数帯域のスペクトル値TSP2が中間帯域のスペクトル値TSP1の半分未満であることから、高周波数帯域B2のノイズレベルは中間帯域B1のノイズレベルよりも低いと考えられる。従って、高周波数帯域B2への帯域シフトによって、絶縁劣化の判定精度の向上を図ることができる。ステップS24が実行されると、ステップS26に進む。 Since the spectral value TSP2 in the high frequency band is less than half the spectral value TSP1 in the intermediate band, it is considered that the noise level in the high frequency band B2 is lower than the noise level in the intermediate band B1. Therefore, by shifting the band to the high frequency band B2, it is possible to improve the determination accuracy of insulation deterioration. When step S24 is executed, the process proceeds to step S26.
ステップS25において、判定部36は、デジタルフィルタ処置を実行する。判定部36は、電流測定部4によって検出された信号をデジタルフィルタ37によって処理させ、処理後の信号を信号解析部31によって解析させる。判定部36は、信号解析部31の解析結果から交流重畳電流Isaを取得する。ステップS25が実行されると、ステップS26に進む。
In step S25, the
ステップS26において、判定部36は、交流重畳電流Isaが10[nA]未満であるか否かを判定する。ステップS26の判定の結果、交流重畳電流Isaが10[nA]未満であると肯定判定された場合(ステップS26−Y)にはステップS27に進み、否定判定された場合にはステップS28に進む。
In step S26, the
ステップS27において、判定部36は、良判定を行う。判定部36は、電力ケーブル10の絶縁状態が良好であるとの判定結果をディスプレイ33に表示する。ステップS27が実行されると、本フローは終了する。
In step S27, the
ステップS28において、判定部36は、劣化判定を行う。判定部36は、電力ケーブル10において絶縁劣化が発生していると判定する。判定部36は、ディスプレイ33に、電力ケーブル10において絶縁劣化が発生しているとの判定結果を表示する。ステップS28が実行されると、本フローは終了する。
In step S28, the
以上説明したように、本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、電流測定部4によって測定される電流のノイズを低減する手段をユーザに対してアドバイスする支援手段を有する。本実施形態においては、判定部36およびディスプレイ33が支援手段に相当する。判定部36は、シース絶縁抵抗Rsが判定の基準値よりも小さい(ステップS2−Y、ステップS14−Y)場合、ノイズ低減手段をユーザに対してアドバイスする。ノイズを低減する手段は、端末の清掃(ステップS6)、金属接触の解消(ステップS8)、測定日時の変更(ステップS10)等である。
As described above, the cable
また、判定部36は、不平衡充電電流Iacが判定の基準値以上である(ステップS15−Y)場合、ノイズ低減手段をユーザに対してアドバイスする。ノイズを低減する手段は、電力ケーブル10の静電容量のアンバランスの調査(ステップS17,S18)等である。
Further, when the unbalanced charging current Iac is equal to or higher than the determination reference value (step S15-Y), the
本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、電流のノイズを低減させることにより、電力ケーブル10の絶縁劣化を高精度に検出することができる。
The cable
また、本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、周波数解析によって得られたスペクトル分布に基づいて、交流電源2が遮蔽層10bに印加する交流電圧の周波数領域を変更させる判定部36を有する。スペクトル分布に基づいて交流電圧の周波数領域が変更されることで、電力ケーブル10の絶縁劣化を高精度に検出することが可能となる。本実施形態では、判定部36は、変更前の周波数領域(例えば、中間帯域B1)のスペクトルの総和と、近傍の周波数領域(例えば、低周波数帯域B0や高周波数帯域B2)のスペクトルの総和とを比較する。判定部36は、スペクトルの総和が小さい周波数領域が存在する場合、交流電圧の周波数領域をスペクトルの総和が小さい周波数領域へとシフトさせる。
Further, the cable
本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、交流電圧の周波数領域を変更させることにより、電力ケーブル10の絶縁劣化を高精度に検出することができる。
The cable
本実施形態に係る電力ケーブルの絶縁劣化検出方法は、電流測定部4によって測定される電流のノイズを低減する手段を実行するようユーザにアドバイスするアドバイスステップを含む。アドバイスステップは、例えば、ステップS6,S8,S10,S17,S18である。本実施形態に係る電力ケーブルの絶縁劣化検出方法は、電流のノイズを低減させることにより、電力ケーブル10の絶縁劣化を高精度に検出することができる。
The method for detecting insulation deterioration of a power cable according to the present embodiment includes an advice step for advising the user to implement a means for reducing the noise of the current measured by the
本実施形態の電力ケーブルの絶縁劣化検出方法は、アドバイスステップにおいて、電力ケーブル10に発生しているシース絶縁抵抗Rsの低下を解消するようにユーザにアドバイスする。例えば、アドバイスステップでは、端末の清掃(ステップS6)、金属接触の解消(ステップS8)、測定日時の変更(ステップS10)等のアドバイスがなされる。こうしたアドバイスによって電流のノイズを低減させることにより、電力ケーブル10の絶縁劣化を高精度に検出することができる。
The method for detecting insulation deterioration of the power cable of the present embodiment advises the user in the advice step to eliminate the decrease in the sheath insulation resistance Rs generated in the
また、本実施形態の電力ケーブルの絶縁劣化検出方法は、帯域変更ステップを含む。帯域変更ステップは、周波数解析結果のスペクトル分布に基づいて、交流電源2が遮蔽層10bに印加する交流電圧の周波数領域を変更させるステップ(ステップS22,S24)である。本実施形態の電力ケーブルの絶縁劣化検出方法によれば、交流電圧の周波数領域を変更させることにより、電力ケーブル10の絶縁劣化を高精度に検出することができる。
Further, the method for detecting insulation deterioration of the power cable of the present embodiment includes a band change step. The band change step is a step (steps S22, S24) of changing the frequency region of the AC voltage applied to the
上記のように、本実施形態に係るケーブル劣化検出装置1は、測定条件、測定結果、FFT解析結果からノイズの影響を低減する手段を判断・選択する診断支援ロジック(図7,図8)を有する。ディスプレイ33は、測定結果、ノイズ要因排除のアドバイス、FFT解析結果、デジタルフィルタ処理結果等を表示する。
As described above, the cable
よって、本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、測定条件、測定結果から、測定環境に起因するノイズ要因を排除する手段をアドバイスすることができる。また、本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、FFT解析結果に基づいて、よりノイズの影響が少ない周波数帯域に劣化信号をシフトする(図8)。従って、本実施形態のケーブル劣化検出装置1は、ユーザの熟練度にかかわらず測定環境やノイズの影響を低減することができ、高精度での電力ケーブル10の絶縁劣化判定を可能とする。
Therefore, the cable
なお、上記のフローチャートにおける判定値の数値は一例であり、異なる値とされてもよい。ケーブル劣化検出装置1は、帯域シフトを行うことなく絶縁劣化の有無を判定してもよい。例えば、中間帯域のスペクトル値TSP1が予め定められた値よりも小さい場合には、中間帯域のスペクトル値TSP1と他のスペクトル値TSP0,TSP2との比較が行われなくてもよい。この場合、中間帯域B1の交流重畳電流Isaの値に基づいて絶縁劣化の有無が判定される。
The numerical value of the determination value in the above flowchart is an example, and may be different values. The cable
帯域シフトの判定基準は、例示した基準には限定されない。上記の例では、中間帯域のスペクトル値TSP1に対して他のスペクトル値TSP0,TSP2が半分未満である場合に帯域シフトがなされた。しかしながら、中間帯域のスペクトル値TSP1に乗じられる係数は1/2には限定されない。 The criteria for determining the band shift are not limited to the illustrated criteria. In the above example, the band shift is performed when the other spectral values TSP0 and TSP2 are less than half of the spectral value TSP1 in the intermediate band. However, the coefficient multiplied by the spectral value TSP1 in the intermediate band is not limited to 1/2.
上記の各実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。 The contents disclosed in each of the above embodiments and modifications can be combined and executed as appropriate.
1 ケーブル劣化検出装置(電力ケーブルの絶縁劣化検出装置)
2 交流電源
3 診断装置
4 電流測定部
5 保安回路
6 切替回路
7 直流電源
10 電力ケーブル
10a 芯線
10b 遮蔽層
11 ケーブル端末
12 高電圧母線
21 交流電圧発生回路
22 変圧器
23 一次巻線
24 二次巻線
25 制御部
26,27 接続線
28 接地部
31 信号解析部
32 同期回路
33 ディスプレイ(支援手段)
34 操作部
35 データ記録媒体
36 判定部(支援手段)
37 デジタルフィルタ
61 第一リレー
62 第二リレー
Δa 差分周波数
B0 低周波数帯域
B1 中間帯域
B2 高周波数帯域
f0 出力周波数
f1 商用周波数
fn N倍周波数
Iac 不平衡充電電流
Isa 交流重畳電流
PK1,PK2,PK3 山
PKa,PKb,PKc,PKd,PKe 山
Rs シース絶縁抵抗
TSP0 低周波数帯域のスペクトル値
TSP1 中間帯域のスペクトル値
TSP2 高周波数帯域のスペクトル値
V1 商用電源の電圧
V2 出力電圧
1 Cable deterioration detector (power cable insulation deterioration detector)
2
34
37
Claims (12)
前記交流電源が印加する出力周波数を前記電力ケーブルに供給される商用周波数の整数倍からずれた周波数領域で変化させる制御部と、
前記電力ケーブルから前記交流電源を介して前記接地に流れる電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部により測定された電流の周波数解析を行う信号解析部と、
を備え、
前記整数倍が、偶数倍であることを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化検出装置。 An AC power supply that is electrically connected to and grounded to the shielding layer of the power cable and applies an AC voltage to the shielding layer under the live wire.
A control unit that changes the output frequency applied by the AC power supply in a frequency range deviated from an integral multiple of the commercial frequency supplied to the power cable.
A current measuring unit that measures the current flowing from the power cable to the ground via the AC power supply, and
A signal analysis unit that analyzes the frequency of the current measured by the current measurement unit, and
Equipped with
An insulation deterioration detecting device for a power cable , wherein the integer multiple is an even multiple.
前記交流電源が印加する出力周波数を前記電力ケーブルに供給される商用周波数の整数倍からずれた周波数領域で変化させる制御部と、A control unit that changes the output frequency applied by the AC power supply in a frequency range deviated from an integral multiple of the commercial frequency supplied to the power cable.
前記電力ケーブルから前記交流電源を介して前記接地に流れる電流を測定する電流測定部と、A current measuring unit that measures the current flowing from the power cable to the ground via the AC power supply, and
前記電流測定部により測定された電流の周波数解析を行う信号解析部と、A signal analysis unit that analyzes the frequency of the current measured by the current measurement unit, and
前記電流測定部によって測定される電流のノイズを低減する手段をユーザに対してアドバイスする支援手段と、Supporting means for advising the user on means for reducing noise of the current measured by the current measuring unit, and
を備えることを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化検出装置。A power cable insulation deterioration detector characterized by being equipped with.
請求項1に記載の電力ケーブルの絶縁劣化検出装置。 The power cable insulation deterioration detecting device according to claim 1, further comprising a support means for advising the user on means for reducing noise of the current measured by the current measuring unit.
請求項2または3に記載の電力ケーブルの絶縁劣化検出装置。 The power cable insulation deterioration detecting device according to claim 2 or 3, wherein the support means advises the user of means for eliminating the decrease in the sheath insulation resistance generated in the power cable.
請求項1から4の何れか1項に記載の電力ケーブルの絶縁劣化検出装置。 Further, according to any one of claims 1 to 4, the present invention has a determination unit for changing the frequency domain of the AC voltage applied to the shielding layer by the AC power supply based on the spectral distribution obtained by the frequency analysis. Power cable insulation deterioration detector.
前記交流電源が印加する出力周波数を前記電力ケーブルに供給される商用周波数の整数倍からずれた周波数領域で変化させる制御部と、A control unit that changes the output frequency applied by the AC power supply in a frequency range deviated from an integral multiple of the commercial frequency supplied to the power cable.
前記電力ケーブルから前記交流電源を介して前記接地に流れる電流を測定する電流測定部と、A current measuring unit that measures the current flowing from the power cable to the ground via the AC power supply, and
前記電流測定部により測定された電流の周波数解析を行う信号解析部と、A signal analysis unit that analyzes the frequency of the current measured by the current measurement unit, and
前記周波数解析によって得られたスペクトル分布に基づいて、前記交流電源が前記遮蔽層に印加する交流電圧の周波数領域を変更させる判定部と、Based on the spectral distribution obtained by the frequency analysis, a determination unit that changes the frequency region of the AC voltage applied to the shielding layer by the AC power supply, and a determination unit.
を備えることを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化検出装置。A power cable insulation deterioration detector characterized by being equipped with.
前記交流電源の出力周波数を、商用周波数の整数倍からずれた周波数領域で変化させつつ、前記電力ケーブルから前記交流電源を介して接地に流れる電流を電流測定部によって測定し、
前記電流測定部によって測定された電流値の周波数解析結果に基づいて前記電力ケーブルの絶縁劣化を検出し、
前記整数倍が、偶数倍である
ことを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化検出方法。 Apply AC voltage from the AC power supply under the live line to the shielding layer of the power cable.
While changing the output frequency of the AC power supply in a frequency region deviating from an integral multiple of the commercial frequency, the current flowing from the power cable to the ground via the AC power supply is measured by the current measuring unit.
Based on the frequency analysis result of the current value measured by the current measuring unit, the insulation deterioration of the power cable is detected .
A method for detecting insulation deterioration of a power cable , wherein the integral multiple is an even multiple.
前記交流電源の出力周波数を、商用周波数の整数倍からずれた周波数領域で変化させつつ、前記電力ケーブルから前記交流電源を介して接地に流れる電流を電流測定部によって測定し、While changing the output frequency of the AC power supply in a frequency region deviating from an integral multiple of the commercial frequency, the current flowing from the power cable to the ground via the AC power supply is measured by the current measuring unit.
前記電流測定部によって測定された電流値の周波数解析結果に基づいて前記電力ケーブルの絶縁劣化を検出し、Based on the frequency analysis result of the current value measured by the current measuring unit, the insulation deterioration of the power cable is detected.
前記電流測定部によって測定される電流のノイズを低減する手段を実行するようユーザにアドバイスするアドバイスステップを含むIncludes an advice step that advises the user to implement measures to reduce noise in the current measured by the current measuring unit.
ことを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化検出方法。A method for detecting insulation deterioration of a power cable.
請求項7に記載の電力ケーブルの絶縁劣化検出方法。 The method for detecting insulation deterioration of a power cable according to claim 7 , further comprising an advice step for advising the user to implement a means for reducing noise of the current measured by the current measuring unit.
請求項8または9に記載の電力ケーブルの絶縁劣化検出方法。 The method for detecting insulation deterioration of a power cable according to claim 8 or 9 , wherein in the advice step, the user is advised to eliminate the decrease in the sheath insulation resistance generated in the power cable.
請求項7から10の何れか1項に記載の電力ケーブルの絶縁劣化検出方法。 The power according to any one of claims 7 to 10 , further comprising a band changing step of changing the frequency domain of the AC voltage applied by the AC power supply to the shielding layer based on the spectral distribution of the frequency analysis result. Cable insulation deterioration detection method.
前記交流電源の出力周波数を、商用周波数の整数倍からずれた周波数領域で変化させつつ、前記電力ケーブルから前記交流電源を介して接地に流れる電流を電流測定部によって測定し、While changing the output frequency of the AC power supply in a frequency region deviating from an integral multiple of the commercial frequency, the current flowing from the power cable to the ground via the AC power supply is measured by the current measuring unit.
前記電流測定部によって測定された電流値の周波数解析結果に基づいて前記電力ケーブルの絶縁劣化を検出し、Based on the frequency analysis result of the current value measured by the current measuring unit, the insulation deterioration of the power cable is detected.
前記周波数解析結果のスペクトル分布に基づいて、前記交流電源が前記遮蔽層に印加する交流電圧の周波数領域を変更させる帯域変更ステップを含むIncludes a band change step that changes the frequency domain of the AC voltage applied by the AC power supply to the shielding layer based on the spectral distribution of the frequency analysis result.
ことを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化検出方法。A method for detecting insulation deterioration of a power cable.
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