JPH0376694B2 - - Google Patents

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JPH0376694B2
JPH0376694B2 JP8926084A JP8926084A JPH0376694B2 JP H0376694 B2 JPH0376694 B2 JP H0376694B2 JP 8926084 A JP8926084 A JP 8926084A JP 8926084 A JP8926084 A JP 8926084A JP H0376694 B2 JPH0376694 B2 JP H0376694B2
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JP
Japan
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heat
temperature
cable
conductor
insulator
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JP8926084A
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English (en)
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JPS60233521A (ja
Inventor
Tadahiro Hozumi
Hiroshi Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Research Institute of Electric Power Industry
Original Assignee
Central Research Institute of Electric Power Industry
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は電力ケーブルの内部温度測定方法の精
度向上に関するものである。
(従来技術) 電力ケーブルの送電容量は導体近傍の絶縁体の
許容温度から決定され、熱による絶縁体の劣化は
最高温部である導体近傍において最も著しいもの
と予想される。従つて布設時における導体近傍の
温度を求めることは送電容量の決定や、絶縁体の
熱劣化の様相の推定などケーブルの管理運用上不
可欠である。しかし布設ケーブルの導体には高電
圧が印加されていることから、ケーブル内部の温
度を直接測定することは容易ではない。そこで従
来からその測定法について研究が行われ、例えば
ケーブル製造時導体部分に予め熱電対などの温度
センサを埋込んでおき、温度センサの出力を超音
波に変換して伝送したり、光電変換したのち、光
フアイバやレーザ光などにより伝送することによ
り、ケーブルと測定部分とを絶縁して測定する方
法が考えられている。しかしケーブルに上記のよ
うな加工を施こすことはその価額を著しく上昇さ
せる結果となるばかりでなく、温度センサの埋込
みによりケーブル内に新たな欠陥を生じさせる懸
念があり、その実施には大きな問題がある。
そこで現状においては以下に述べる推定方法が
広く採用されている。この方法は被推定ケーブル
が例えば第1図に示す断面図のように、導体1、
これを包囲する絶縁体1a、更にこの上を包囲す
る金属シース1b、および最外層の防蝕層1cか
らなるものに対して、第2図に示すような近似的
な熱等価回路を考え、構成材料の熱定数から与え
られる導体1の通電による発生熱量G2、熱抵抗
R2、熱容量C2、および絶縁体1aの誘電損によ
る発生熱量G1、熱抵抗R1、熱容量C1と、ケーブ
ルの最外層表面温度の実測結果T0とから計算に
よつて導体温度を求めるものである。
即ち各部の発生熱量G1,G2および最外層表面
温度T0が一定不変であると同時に、通電後充分
な時間が経過して、熱容量C1,C2による温度変
化の追随遅れが完全になくなつたときの最外層表
面温度T0を実測し、(1)式により導体温度T2をT0
から逆算して求めるものである。
T2=T0+R1G1+(R1+R2)G2 ……(1) また各部の発生熱量G1、G2、または最外層表
面温度T0が変化する場合、更にはG1,G2、T0
値が一定不変となつてから充分な時間経過しない
場合には熱容量によつて温度変化に時間遅れを生
ずる。このとき次の連立微分方程式 G1=C1dT1/dt+T1−T0/R1−T2−T1/R2 G2=C2dT2/dt+T2−T1/R1 (2) に導体温度T2および絶縁体平均温度T1の初期条
件を与えて、解析解を求める方法の他、数値計算
やアナログコンピユータによるシユミレーシヨン
を用いる方法により解いて、導体温度T2を求め
ることが行われている。
(従来技術の問題点) しかし上記のように各部の発生熱量G1,G2
たは最外層表面温度T0が変化する場合など、熱
容量によつて温度変化に時間遅れを生ずる場合に
おける、導体温度T2の精度の高い推定に当つて
は、初期条件が正確に与えられることが要件であ
り、そのためには初期状態においてケーブル各部
の温度、周囲温度が充分一定不変の値に達して安
定している状態で初期条件が把握されることが必
要である。しかし実布設ケーブルにおいては、負
荷電流が縁えず複雑に変化するため、正確な初期
条件の把握が甚だ困難であつて、充分な精度の推
定結果を与えることが難しい。
また、内部冷却型ケーブルのように導体内に冷
媒を通して冷却するケーブルでは通電による発生
熱の一部が冷媒を通じて放散するためG2に相当
する値を算出することが困難であり、導体温度推
定はさらに困難なものとなる。
本発明は以上の如き従来方法の欠点を除去し
て、導体温度を正確に推定しうる方法の提供を目
的としてなされたもので、次に図面を用いてその
詳細を説明する。
〔発明の構成〕
(問題点解決のための手段および作用) 本発明の特徴とするところは次の点にある。例
えば前記第2図に示した等価回路におけるケーブ
ルの最外層1cの表面温度T0と、これからの熱
放散量W1の時間的変化を実測する。そしてこれ
らT0,T1と既知であるケーブル各部の熱定数お
よび誘電損率tanδによつて与えられる絶縁体1a
の発生熱G1とから、導体温度T2の時間的変化を
求めうるようして、前記したように正確な測定が
困難である導体温度T2、絶縁体の平均温度T1
どの初期条件を用いることなく、導体温度の時間
的変化の推定を行えるようにしたことを特徴とす
るものである。
即ち本発明においては例えば第3図に示す実施
例のように、ケーブルの最外層1cの外表面に熱
抵抗が既知であり、かつケーブル本体の熱抵抗お
よび熱容量に比べて無視できる程度の熱抵抗およ
び熱容量をもつた熱媒体2を貼付け、その貼付面
と外表面の両面の温度差を熱電対3,4により検
出して、熱媒体2の両面の温度差△Tと最外層の
T0を実測する。すると熱媒体2の熱抵抗Rとし
たとき、第2図の熱抵抗R1を通る時々刻々の熱
流量W1は温度差△Tと熱抵抗Rとにより W1=△T/R ……(3) によつて求められる。従つてこれから時々刻々に
おける絶縁体1aの平均温度T1も最外層(防蝕
層)1cの実測された表面温度T0と既知の熱抵
抗R1および熱流量W1とから、 T1=T0+R1W1 ……(4) によつて求められる。一方時間をtとして(4)式の
1次微分を求めることにより、絶縁体1a、金属
シース1b、および最外層の防蝕層1cの熱容量
C1に吸収される時々刻々の熱流量W′1は W′1=C1dT1/dt=C1dT0/dt+C1R1dW1/dt ……(5) によつて与えられる。従つて導体1からの放散熱
量W2はW1,W′1と、既知である絶縁体の誘電損
率tanδと静電容量Cおよび角速度ωとから G1=ωCV2tanδ ……(6) によつて与えられる絶縁体1aの発生熱G1とか
ら W2=W1+W′1−G1 ……(7) によつて与えられ、これと既知の熱抵抗R2とか
ら導体1の時々刻々の温度T2は T2=T1+R2W2=T0+(R1+R2)W1+C1R2(dT0/d
t+R1dW1/dt)−R2G1……(8) として与えられる。なお(8)式には導体部分から外
部へ放散する熱量G2が含まれていないので、内
部冷却型ケーブルのようなケーブルでもその導体
表面の温度が推定できる。
そこで例えば第3図に示す回路図のように、熱
電対3,4の出力と導体1の印加電圧(対地電
圧)Vaをインターフエース回路5を介して、マ
イクロコンピユータまたはアナログ演算器などの
演算装置6に加え、記憶装置7に記憶されたケー
ブルの熱定数、および絶縁体の発生熱G1を与え
る誘電損率tanδなどを用いて、前記の如き演算を
時刻をtとして行えば、時々刻々の導体1の温度
を表示装置或いは記録装置8,9に表示或いはプ
リントアウトでき、必要に応じて絶縁体平均温度
T1などのケーブル内部の温度を知ることができ
る。
従つて本発明によれば負荷電流や周囲温度の変
化により、導体温度や最外層表面温度が変化する
などの場合にも、従来方法のように正確な把握が
困難な導体温度や絶縁体平均温度などの初期条件
および、特に内部冷却型ケーブルにおいて推定困
難な導体表面から外側に向つての放散熱量を必要
とすることなく、ケーブル表面において簡単正確
に測定できる最外層表面温度や、測定板の温度差
の実測結果と、既知の熱定数や誘電損率などを用
いて得ることができる。その結果導体温度などケ
ーブル内部の温度の時間的推移を精度よくケーブ
ルの布設現場において簡単に推定でき、また熱電
対をケーブル内部に埋設するもののように、ケー
ブルに欠陥を生じさせたりケーブルを高価にする
おそれがなく測定できる。
以上本発明は第2図に示すようにケーブル構成
層が、C1,C2の二つの熱容量からなるものにつ
いて説明したが、n層に分けて計算する場合には
第2図の回路をR1〜Roの熱抵抗と、C1〜Coの熱
容量およびG1〜Goの熱源(熱を発生しないi番
目の層においてはGi=0)で構成して、導体を除
く各層の発生熱量G1〜Go、ケーブル最外層表面
温度T0、表面放散熱量W1と、T0、W1のn−1
次までの時間微分を求めれば、前記2層の考え方
を拡張して導体温度Toを計算できる。
すなわち、 To Go=1 Co d/dt Ro 1+CoRo d/dt To-1 Wo=1 Co d/dt1+Ro CoRo d/dt {1 Ro-1 Co-11+Co-1Ro-1 d/dt To-2 Wo-1|−|0 Go-1} =……=oi=1 1 Ri Ci d/dt 1+CiRi d/dt T0 W1o-1j=1 oi=j+1 1 Ri Ci d/dt CiRi d/dt 0 Gj として表わされる。導体温度Toの式には、Go
よびCoは含まれていないので、内部冷却型ケー
ブルのように、導体部分から外側に向つて放散さ
れる熱量を把握することができない場合でも導体
温度の推定が可能である。この場合はT0,W1
0次からn−1次までの時間微分、および第j層
の発生熱量Gjの0次からn−j−1次までの時
間微分を知ることが必要である。発生熱量Gj
しては、誘導体損、シース損などが考えられる。
(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば電力ケーブルの負荷電流や周囲温度が複雑に変
動する場合にも、その内部を精度よくしかも安全
簡単迅速に求めることができるもので、布設ケー
ブル運用管理においてその効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はケーブルの一例を示す断
面図およびその等価回路図、第3図は本発明の一
実施例図である。 1……ケーブルの導体、1a……絶縁体、1b
……金属シース層、1c……防蝕層、2……熱媒
体、3,4……熱電対、5……インターフエース
回路、6……演算装置、7……熱定数などの記憶
装置、8……表示装置、9……記録装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ケーブルを、それぞれ直列の熱抵抗を介して
    縦続接続されたn層の並列された熱源部と熱容量
    部とよりなる等価回路によつて表わすと共に、ケ
    ーブルの最外層表面温度と表面放散熱量を時々
    刻々実測し、この各時刻毎の実測値と既知のケー
    ブル熱定数による熱抵抗と熱容量および既知の誘
    電損率による熱源部の発生熱とから熱流量を求め
    て、負荷電流および周囲温度変化時の導体等の内
    部温度とその変化を求めることを特徴とする電力
    ケーブルの内部温度推定方法。
JP8926084A 1984-05-07 1984-05-07 電力ケ−ブルの内部温度推定方法 Granted JPS60233521A (ja)

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