JPH03170077A - ワイヤシールドケーブルの部分放電測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高電圧が諜電されるワイヤシールド電力ケーブ
ルの絶縁体の劣化を診断するための部分放電測定方法に
関する。

〔従来の技術〕

従来多く用いられた部分放電測定方法は、第１１図（Ａ
）に示すように、電力ケーブル１の終端接続部２と高電
圧課電端子３を接続する導体に結合コンデンサ４を接続
し、これを検出インピーダンス５を介して接地するか、
第１１図（Ｂ）に示すように結合コンデンサ４を直接接
地し、電力ケーブル１の外側シース６と大地の間に検出
インピーダンス５を挿入して、検出インピーダンス５の
両端から高周波成分を取り出してパルス電圧測定器７で
検出する方法であった． 第１１図（Ａ）または（Ｂ）の構成において、高電圧課
電端子３に交流高電圧を課電し、電力ケーブル１により
構威される送電線路を活線状態にした状態で、電力ケー
ブルｌの絶縁体に部分放電が生じると、電力ケーブル１
の導体と外側シース６間に高周波パルスが誘起される。

この高周波パルスは検出インピーダンス５を流れ、その
両端に電位差が発生する。この電位差をパルス電圧測定
器７で測定して部分放電の診断を行う．〔発明が解決し
ようとする課題〕 しかし上記の方法によると、供試線路全体の静電容量が
関与するため線路が長いと検出感度が低くなる．また検
出インピーダンスの接続された位置が部分放電の発生点
から遠いと、信号が減衰するばかりでなく、ノイズが重
畳するのでＳ／Ｎ比は低下し、検出感度が低い．更に、
検出インピーダンスを結合コンデンサを介して導体に接
続する方法は、停電時であっても高圧導体に接触するの
で、安全上問題がある。

従って本発明の目的は、ワイヤシールドケーブルの部分
放電を所定のＳ／Ｎ比および高い感度で測定することが
できる、ワイヤシールドケーブルの部分放電測定方法を
提供することである．本発明の他の目的は、検出位置を
簡単に移動することができるワイヤシールドケーブルの
部分放電測定方法を提供することである。

また本発明の他の目的は、安全に実施できるワイヤシー
ルドケーブルの部分放電測定方法を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達戒するため本発明では、ワイヤシールドケ
ーブルの長さ方向の任意の位置で、ケーブルの外側にコ
イルを設け、１０ｋＨｚ以上の周波数でパルスを測定す
るようにした。パルスの強度だけでなく、パルスの極性
から部分放電の発生方向を知ることができる。

ワイヤシールドケーブルは通常、内部高圧導体の周りに
内部半導電層を設け、その外側を絶縁層で囲み、絶縁層
の外側を外部半導電層で被覆した上でワイヤシールドを
長さ方向にロングピッチで巻きつけ、さらに防食シース
で被覆した構造をもつ．内部半導電層または外部半導電
層は省略されてもよいが、本発明は外部半導電層を有す
る場合にも有効である。本発明はさらにワイヤシールド
の外に金属被覆、例えばアルミニウム被覆、ステンレス
！ｌ（例えばＳＵＳ３０４）被覆のコルゲート層がある
場合にも適用可能である。

ケーブルの外側に設けるコイルは、巻き数１ないし数十
回とする。巻き数はケーブルの形戒するパルス伝送回路
の特性インピーダンスと整合することが好ましい場合が
多い。特性インピーダンスは通常２５ないし１００オー
ムである。コイルのりアクタンスは周波数に比例して変
化するから、コイルの巻き数は測定に用いる周波数によ
って選択する。例えばＩＭＨｚでは１巻きでリアクタン
スは１５Ω、１０ｋＨｚでは１００巻きで１５０Ωとな
る。

コイルはケーブルに巻きつける形で設けることが好まし
いが、ワイヤシールドケーブルに接近して設けた高周波
鉄心に巻きつけてもよい。高周波鉄心は、ワイヤシール
ドケーブルに平行に設けるのが好ましいが、斜めあるい
は直角に設けることもできる。円環状の二つ割りにした
高周波鉄心でケーブルを抱かせ、これにコイルを巻きつ
けてもよい。巻きつけ方向はケーブルの軸方向の磁界と
鎖交するような方向とする。円環状の高周波鉄心を円周
に沿って３つ以上に分割したものを用いてもよい。

ノイズの影響を防ぐため、コイルの外側を高周波鉄心で
覆うか、金属製のシールドを施してもよい。コイルの外
側に高周波鉄心と金属シールドの両方を設けてもよい。

コイルから検出回路への接続には同軸ケーブルを用いて
もよい。

コイルはケーブルの長さ方向の任意の位置に設けること
ができる。しかし、高い検出感度を得るためには、部分
放電が起きると推定される個所またはその近傍に、例え
ば接続部に近接して、コイルを設けることが望ましい．
コイルは位置を固定せず、移動して用いることもできる
。直埋式ケーブル等、布設後は容易に手を加えることが
困難なケーブル線路の場合には、布設前あるいは布設時
にコイルを設け、測定に必要な結線を布設後にも接続が
可能な場所に引き出しておくことにより、布設後必要に
応じ、あるいは常時、部分放電測定を行うことができる
． 測定周波数は１０ｋｌ｛ｚ以上とする。ｌ０ｋＨｚ以下
の周波数では、検出できるＳ／Ｎ比が得られない。上限
は特にないが、通常ｌＯＯＭＨｚ程度である。この範囲
から実際に部分放電測定に利用する周波数を選択するに
あたっては、後述する方法により適当な周波数範囲にわ
たってノイズ性信号を測定し、ノイズ性信号ができるだ
け少ない、かつ信号レベルが高い周波数を選択すること
が好ましい。

本発明の目的をより効果的に達或するため、特に高いＳ
／Ｎ比で部分放電を検出するためには、検出感度の較正
のため較正パルスを、適当な手段、例えばコイル、一対
の電極板等によりケーブルに注入し、前記の検出コイル
の出力（較正パルス信号）を測定し、一方でノイズ性信
号のみの周波数スペクトルを求め、較正パルス信号（Ｓ
十Ｎに相当）とノイズスペクトル（Ｎに相当）の比較か
ら、なるべ←高いＳ／Ｎ比の得られる周波数を見出し、
この周波数で部分放電測定を行う。較正パルス信号およ
びノイズ性信号の周波数スペクトルはスペクトルアナラ
イザを用いて求めることができる．ノイズ性信号の周波
数スペクトル測定は、較正パルス信号の周波数スペクト
ル測定の前でも後でもよい。

較正パルスの注入は、電力ケーブルの導体、金属シース
間に直接注入してもよいが、検出のためのコイルと同様
、ケーブルに１ないし数十回巻いたコイル、ケーブルに
接触して設けた高周波鉄心に巻いたコイル、あるいはケ
ーブル上で長さ方向に適当な距離を隔てて設けた一対の
箔状（または帯状）の電極等により、注入することもで
きる。

ケーブルに巻きつけたコイルまたは箔状電極を用いる場
合は、ケーブル上の任意の位置で較正パルスの注入を行
うことができ、活線状態でも較正パルスの注入が可能で
ある。この場合には、パルス検出の周波数特性の測定に
従来の結合コンデンサを利用した回路を用いてもよい。

この場合、ケーブル上の任意の位置で部分放電パルスを
検出することはできないが、較正パルスの注入をケーブ
ル上の任意の位置、特に部分放電の可能性の大きい場所
で、かつ活線状態で行うことができる利点があり、安全
性、検出精度のいずれの点でも従来の方法にまさる。こ
の検出方法も本発明に含まれる。

上記の較正パルスによる検出感度の検定で選択した周波
数に対して最適巻き数になるよう、検出コイルの巻き数
を調節することが好ましく、そのために検出コイルの巻
き数を可変にすると更に便利である。

〔作用〕

本発明の部分放電測定方法では、部分放電がケーブルの
内部導体と外側シースの間の絶縁層等で発生し、内部導
体を往路、外部半電導層およびワイヤシールドを帰路と
するパルス電流が流れると、ワイヤシールドを流れるパ
ルス電流によりケーブルの長さ方向に微弱な磁束が生じ
て、ワイヤシールドケーブルの外側に設けたコイルに誘
導電流を生ずる．高周波の部分放電パルスは、リアクク
ンスの大きいワイヤシールドより、外部半電導層を主に
流れると考えられ、またワイヤシールドは長いピッチの
螺旋状であるからワイヤシールドにより生ずる磁束は極
めて弱いと考えられるが、意外なことにケーブルの外側
に設けたコイルには十分検出できる誘導電流を生ずる。

さらに驚くべきことには、ワイヤシールドの外側に金属
被覆（シース）が設けられている場合でも、検出コイル
に検出可能な誘導電流を生ずる場合がある．従来の測定
方法と異なり、ケーブルの任意の位置に検出コイルを取
り付けることができる．すなわち放電が起きると稚定さ
れる個所に比較的近い場所に検出コイルを設けることが
できるから、ケーブル上を伝播することによる部分放電
パルスの減衰が少ない。

また本発明の方法においては従来の測定方法と異なり、
測定回路の中にアース電位点を設ける必要がないから、
大地電位の浮動による外部ノイズの侵入が少なく、Ｓ／
Ｎ比を高くできる。

１０ｋＨｚ以上の周波数でパルスを測定するので、コイ
ルに生ずる誘導電流を大きくでき、また商用交流電力ケ
ーブルの送電電流に含まれる高調波、サイリスタから生
ずるパルス成分等の介入を避けることができるから、Ｓ
／Ｎ比を高くできる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

〔実施例１〕 本発明に係わる部分放電検出方法に用いた回路を第１図
に示す．第１図で供試ケーブル！に巻きつけた検出コイ
ル８の両端は検出インピーダンス５に接続され、検出イ
ンピーダンス５の両端にパルス測定器７が接続されてい
る。検出コイル８は供試ケーブル１に２０回巻きつけた
。供試ケーブル１は長さ１０ｍの６６ｋＶワイヤシール
ドケーブルで、第２図に示す断面をもち、断面積１００
一一である．供試ケーブルｌは第２図に示すように、内
部高圧導体２ｌの周りに内部半導電層２２を設け、その
外側を絶縁層２３で囲み、絶縁層２３の外側を外部半導
電層２４で被覆した上でワイヤシールド２５を巻きつけ
、さらに防食シース２７で被覆したものである． 第３図に示す回路を用い、供試ケーブルの内部導体とシ
ース間にパルス発生器３ｌを接続した。

ケーブルｌには課電せずかつパルス発生器３ｌからのパ
ルスを注入しない状態、すなわちノイズのみの状態、お
よびパルス発生器３ｌから２０ｐＣ（ビコクーロン）の
較正パルスを注入した状態で、それぞれ検出コイル８に
よって検出される出力の周波数依存性を求めた． その結果を第４図（Ａ）および（Ｂ）に示す。

第４図（Ａ）はノイズのみの状態での周波数スペクト゛
ル、第４図（Ｂ）は較正パルスを注入した状態での周波
数スペクトルを示す．第４図（Ａ）と（Ｂ）の比較によ
り明らかなように、約１１ＭＨｚで最も検出感度が良く
、約７ＭＨｚ以下では注入パルスの効果がほとんど認め
られない。１１ＭＨｚでノイズレベルは−７　５　ｄ　
Ｂ，　信号レベルは約−５５ｄＢであり、従ってＳ／Ｎ
比は２０ｄＢであった。１１ＭＨ２での検出感度は約３
ｐＣであった．ＩＭＨｚではノイズレベル、信号Ｌ／　
ヘ）Ｌｔとも約−８０ｄＢで、Ｓ／Ｎ比はＯｄＢとなり
、従ってパルスは検出不能である。

検出されるノイズは主に、空気中の電磁波お−よびワイ
ヤシールドを流れるノイズ性電流が測定系に誘起するも
の、および大地を流れるノイズ性電流による大地電位の
浮動に起因するものから或ると見られる。

７ＭＨｚ以下での検出感度の低下は、検出コイルに誘起
する電圧が周波数に比例することと、検出コイルのケー
ブルとの磁気的結合が疎であるため、低周波になるとケ
ーブルのインピーダンスと不整合になることにより、パ
ルス信号強度が低下するためである。１４ＭＨｚ以上で
の検出感度の低下は、パルス自体の減衰のほか、やはり
検出コイルでのインピーダンス整合が悪くなるためであ
る。

Ｓ／Ｎ比が周波数により複雑に変わる原因としては、次
のようなことが考えられる。

＜１）電力ケーブルの回路構或は複雑で、多くのし、Ｃ
威分等があり、これらによる種々の周波数での共振、反
共振が生じ、信号周波数によりその振幅が複雑に変化す
る。

（２）パルスが、複雑な電力ケーブル線路上をごスマッ
チングの状態で往復反射されながら伝播するため、検出
地点が電圧の谷に当たると低い検出感度を与え、電圧の
腹に当たると高い検出感度を与える。

〔実施例２〕 第５図に示す断面をもつ２７５ｋＶＳＵＳ被ＣＶケーブ
ル（２　５　０　０ｍｍ”　）を供試ケーブルとした。

第５図に示すように供試ケーブルは、内部高圧導体２ｌ
の周りに内部半導電層２２を設け、その外側を絶縁１２
３で囲み、絶縁層２３の外側を外部半導電層２４で被覆
した上でワイヤシールド２５を巻きつけ、さらにステン
レス鋼シース２６と防食シース２７で被覆したものであ
る。供試ケーブルの外側に接して５回巻きの検出コイル
を設け、長さ５ｍのケーブルの遠端を短絡し、近端から
２５００ｐＣ　（立ち上がり３０ｎｓ）の較正パルスを
内部導体とシース間に注入し、第１図に示したのと同じ
回路を用いて、検出コイルに生じたパルス信号を周波数
スペクトルアナライザで測定した。

測定結果を第６図（Ａ）に示す。周波数２０Ｍ｝ｒｚで
の出力は−１３ｄＢ、周波数１００ＭＨｚでの出力は−
３１ｄＢであった。周波数１２０ＭＨｚ以上では信号出
力は増幅器のノイズレベル以下であった。

〔実施例３〕 実施例２で用いたケーブルのステンレス鋼シース２６を
長さ方向に１００ｍｍにわたって取り除き、その中央に
検出コイルを５回巻きつけて、実施例２と同様の測定を
行った。

結果を第６図（Ｂ）に示す。周波数２０ＭＨｚでの出力
は−１１ｄＢ，周波数ＬＯＯＭＨｚでの出力は−２２ｄ
Ｂであった。周波数１１０ＭＨｚ以上では信号出力が増
幅器のノイズレベル以下になった。この結果を第６図（
Ａ）の実施例２の結果と比較すると、ステンレス鋼シー
スによる出力の低下は、周波数２０ＭＨｚで約２ｄＢ、
周波数１００ＭＨｚでは９ｄＢであることが分かる。

ステンレス鋼シースがあると感度低下はあるものの、部
分放電測定は充分可能であり、本発明は金属被覆を除去
することを特に必要としないことを示している。

〔実施例４〕 実施例１において用いた検出コイル８を、第７図に示す
ように、高周波鉄心７１およびアルミニウム製シールド
７２で囲み、シールド７２を貫通する同軸ケーブル７３
で検出コイル８をパルス検出器７に接続した．それ以外
は実施例ｌと同様にした．検出コイル８がピックアップ
するノイズをなくすことができる。

〔実施例５〕 第８図（Ａ）に示すように、検出コイル８を電力ケーブ
ル１の普通中間接続部８１に近接した場所に設け、検出
インピーダンス５およびパルス測定器７に接続した。そ
の他は実施例１と同様とした。普通中間接続部からの部
分放電パルスを、線路伝播による減衰なしに、高感度で
検出できる。

〔実施例６） 第８図（Ｂ）に示すように、二つに割れた円筒状の高周
波鉄心８２に図示のようにコイル８３を巻きつけ、第８
図（Ｃ）に示すようにこれを二つ向かい合わせて、その
間にケーブルを通し、二つのコイル８３を順方向に直列
に接続して検出コイル８とし、その他は実施例５と同様
にした。実施例５よりさらに高い感度が得られた。

〔実施例７〕 本発明の部分放電検出方法の他の実施例に用いた回路を
第９図に示す。すなわち、電力ケーブルｌの終端接続部
２と高電圧課電端子３の間に結合コンデンサ４を接続し
、結合コンデンサ４の他端を接地し、電力ケーブル１の
外側シースと大地の間に検出インピーダンス５を挿入し
て、検出インピーダンス５の両端にパルス電圧測定器７
を接続した。一方、パルス発生器３１を接続した注入コ
イル８を、部分放電の発生する可能性の大きい場所、例
えば普通中間接続部で、電力ケーブル１の外側に１０回
巻きつけた。

ケーブルｌには課電せずにこの回路で、パルス発生器３
ｌからパルスを注入しない状態すなわちノイズのみの状
態、およびパルス発生器３ｌから２０ｐＣの較正パルス
を注入した状態で、それぞれ信号強度の周波数依存性を
求めた。

その結果を第１０図（Ａ）および（Ｂ）に示す。

第１０図（Ａ）はノイズのみの状態での周波数スペクト
ル、第１０図（Ｂ）は較正パルスを注入した状態での周
波数スペクトルを示す。第１Ｏ図（Ａ）と（Ｂ）に示さ
れるように、例えば５ＭＨｚではノイズレベルは約−１
１０ｄＢ，信号レベルは−５３ｄＢ、従ってＳ／Ｎ比は
５７ｄＢであり、６．４ＭＨｚではノイズレベルは約−
１０６ｄＢ，信号レベルは−８３ｄＢで、Ｓ／Ｎ比は２
３ｄＢであった。すなわち６．４ＭＨｚよりも５ＭＨｚ
での検出感度の方が高いことを示している。

〔発明の効果〕

本発明の部分放電測定方法によると、ワイヤシールドケ
ーブルの部分放電を、高いＳ／Ｎ比および高い感度で測
定することができる。また、検出コイルの電流の方向は
部分放電の発生位置によって変化するので、パルスの強
度だけでなく、部分放電の発生方向をパルスの極性から
知ることができる。

また本発明によると、部分放電測定が安全に実施できる
． 本発明の一実施態様では、検出感度の較正のための較正
パルスを、適当な手段、例えばコイル、一対の電極板等
によりケーブルに注入し、前記の検出コイルの出力を測
定し、一方でノイズのみの周波数スペクトルを求め、ケ
ーブルに注入した較正パルスの検出出力の周波数スペク
トルとノイズスペクトルの比較から、なるべく高いＳ／
Ｎ比の得られる周波数を見出し、この周波数で部分放電
測定を行うので、さらに高い検出感度を得ることができ
る。

またこの周波数でのケーブル伝送回路の特性インピーダ
ンスに整合するりアクタンスあるいは可変リアクタンス
をもつ検出コイルにより、検出感度を向上することがで
きる。

従来の測定方法と異なり、ケーブルの終端接続部以外の
場所でもケーブルに検出コイルを取り付けることができ
るから、放電が起きると推定される個所に比較的近い場
所に検出コイルを設けることによって、部分放電パルス
の減衰が少なくなり、高いＳ／Ｎ比が得られる。ケーブ
ルの長さ方向に検出コイルを移動して、ケーブル上の任
意の場所で部分放電の検出を行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発ワの部分放電検出方法の一実施例に用いた
回路を示す説明図、第２図は供試ケーブルの断面図、第
３図は較正パルスをケーブルに注入するに用いた回路の
説明図、第４図（Ａ）は検出コイルに生じたノイズのみ
の周波数スペクトルを示すグラフ、第４図（Ｂ）は較正
パルスを注入したとき検出コイルに生じたパルス信号の
周波数スペクトルを示すグラフ、第５図は本発明の他の
実施例に用いた供試ケーブルの断面図、第６図（Ａ）は
本発明の他の実施例において検出コイルに生じたパルス
信号の周波数スペクトルを示すグラフ、第６図（Ｂ）は
本発明の他の実施例においてケーブルのステンレス鋼シ
ースを取り除いて同様の測定を行った場合のパルス信号
の周波数スペクトルを示すグラフ、第７図は本発明の実
施例の一つにおいて用いた検出コイル付近を示す説明図
、第８図（Ａ）は本発明の別の実施例を示す説明図、第
８図（Ｂ）および（Ｃ）は本発明の実施例の他の一つを
示す説明図、第９図は本発明の実施例のさらに他の一つ
に用いた回路を示す説明図、第１０図（Ａ）は第９図の
回路において検出コイルに生じたノイズ性信号のみの周
波数スペクトル、第１０図（Ｂ）は較正パルスを注入し
た状態で検８′．．コイルに生じた信号の周波数スペク
トルを示すグラフ、第１１図（Ａ）および（Ｂ）は従来
の部分放電測定方法を示す説明図である。 符号の説明 １−・・−・一電カケーブル、供試ケーブル２−−−−
−−・−・終端接続部　　３−・一・・・・一高電圧課
電端子４−・・−・一結合コンデンサ ５−・一・−・検出インピーダンス ６−・・−・−・−ケープルシース ７−・・・・−・・−・パルス電圧測定器　８・一・−
・一検出コイル２１・一・・一内部高圧導体　　２２・
−・−・一内部半導電層２３・・−・−・一絶縁層　　
　　　２４−・−・・・外部半導電層２５−・−・−ワ
イヤシールド ２　６−−−−−ステンレス鋼シース ２７−・・−・・一防食シース　　　３１−・−・一・
パルス発生器７１−・・一・・・高周波鉄心

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ワイヤシールドによりシールドされたケーブルの
   外側にコイルを設け、前記ワイヤシールドと前記コイル
   の電磁結合により部分放電パルスを測定することを特徴
   とするワイヤシールドケーブルの部分放電測定方法。 （２）前記コイルにより１０ｋＨｚ以上の周波数で部分
   放電を測定する請求項第１項のワイヤシールドケーブル
   の部分放電測定方法。 （３）前記コイルがその外側に設けられた高周波鉄心の
   内側に位置している、請求項第１項のワイヤシールドケ
   ーブルの部分放電測定方法。 （４）前記コイルがワイヤシールドケーブルに接近して
   設けた高周波鉄心に巻きつけられている請求項第１項の
   ワイヤシールドケーブルの部分放電測定方法。 （５）前記高周波鉄心が筒を二つに割った形状を有し、
   その各片に前記コイルが、ワイヤシールドの軸方向の磁
   界と鎖交するように巻きつけられている、請求項第４項
   のワイヤシールドケーブルの部分放電測定方法。 （６）前記ワイヤシールドケーブルに較正パルスを注入
   しないで前記コイルでノイズ性信号を検出し、一方前記
   ワイヤシールドケーブルに較正パルスを注入して前記コ
   イルで較正パルスとノイズを含んだ信号を検出し、前記
   ノイズ性信号と前記較正パルスとノイズを含んだ信号の
   それぞれの周波数スペクトルを求めることによりＳ／Ｎ
   比の周波数依存性を求め、Ｓ／Ｎ比の高い周波数で部分
   放電を測定する請求項第１項のワイヤシールドケーブル
   の部分放電測定方法。 （７）前記コイルが、前記測定に用いる周波数で前記ケ
   ーブルの形成する伝送回路の特性インピーダンスと整合
   するインピーダンスをもつように調整された巻き数を有
   する請求項第１項のワイヤシールドケーブルの部分放電
   測定方法。 （８）前記コイルを前記ワイヤシールドケーブルの長さ
   方向に沿って移動させる請求項第１項のワイヤシールド
   ケーブルの部分放電測定方法。 （９）前記コイルが、布設後は容易に手を加えることが
   困難なケーブル線路に布設以前に取り付けられ、測定に
   必要なリード線端末あるいは端子を布設後に接続可能な
   場所に引き出しておく、請求項第１項のワイヤシールド
   ケーブルの部分放電測定方法。 （１０）前記較正パルスを、前記ワイヤシールドケーブ
   ルの外側に設けた他のコイルによって注入する請求項第
   ４項のワイヤシールドケーブルの部分放電測定方法。 （１２）前記較正パルスを、前記電力ケーブルの外側に
   該ケーブルの長さ方向に離れて設けられた一対の箔状電
   極から注入する請求項第４項のワイヤシールドケーブル
   の部分放電測定方法。