JPH0452566A

JPH0452566A - ケーブル絶縁体の空間電荷分布測定装置

Info

Publication number: JPH0452566A
Application number: JP16221090A
Authority: JP
Inventors: Ko Fukunaga; 香福永; Shigekazu Yokoyama; 横山　繁嘉寿; Shotaro Yoshida; 昭太郎吉田; Tatsuo Takada; 達雄高田; Masami Sugimori; 杉森　正巳
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1992-02-20
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPH0640116B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、直流電力送電用ケーブル等のケーブル絶縁体
に蓄積された空間電荷分布を測定するケーブル絶縁体の
空間電荷分布測定装置に関し、特にパルス静電応力法を
使用したケーブル絶縁体の空間電荷分布測定装置に関す
る。

［従来の技術］Ｃｖケーブル等を直流送電に使用した場合、ケーブル絶
縁体中に蓄積される空間電荷分布が、ケーブルの劣化等
を診断するうえで極めて重要な判断材料となる。このた
め、従来から、ケーブル絶縁体中の空間電荷分布を測定
するための各種の方法が提案されている。

絶縁体内部の空間電荷を測定する方法としては、熱刺激
電流法、マクスウェル応力法及び熱パルス法等が知られ
ているが、これらは空間電荷分布を直接求めることがで
きない。また、空間電荷分布を求める方法としては、電
子ビーム法が知られているが、これは破壊検査であり、
−旦測定すると蓄積電荷が喪失されてしまい、電荷分布
の経時変化を求めることができない。このため、これら
の方法はケーブル絶縁体の空間電荷分布測定には適して
いない。

一方、絶縁体中の空間電荷分布を定量的に測定する他の
方法として、パルス静電応力法が知られている。この方
法は、空間電荷が蓄積されている絶縁体試料に、高電圧
パルスを印加することにより絶縁体中の電荷に静電力を
作用させて試料に歪みを生じさせ、この歪みによって試
料から発生した弾性波を圧電素子で検出する方法である
。この圧電素子の出力信号レベルは、絶縁体内部の空間
電荷量に依存しており、また、高電圧パルスの印加から
弾性波が検出されるまでの時間が電荷蓄積位置からの距
離に依存している。このため、これらの信号レベル及び
到達時間から絶縁体内部の電荷分布を定量的に測定する
ことができる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した従来のパルス静電応力法による
測定方法は、シート状の試料については良好な測定結果
が得られているが、これをケーブル絶縁体の空間電荷測
定方法に応用した場合には、以下のような問題があった
。即ち、ケーブル絶縁体は円筒状であることから、弾性
波は放射状に拡がる。このため、平面的な圧電素子の入
射面では、位置によって弾性波の入力タイミングが異な
ってしまう。また、圧電素子の両面では、入力弾性波の
反射が生じる。従って、検出信号が実際の入力弾性波の
波形を忠実に再現したものとはならない。

このため、ケーブル絶縁体の空間電荷分布を正確に検出
するには、予め個々の圧電センサに生じる反射波の影響
を把握しておかなくてはならず、解析が非常に面倒であ
るという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
入力弾性波の反射の影響を抑制し、空間電荷分布を正確
に測定することができるケーブル絶縁体の空間電荷分布
測定装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係るケーブル絶縁体の空間電荷分布測定装置は
、内部導体がケーブル絶縁体で覆われてなる被測定ケー
ブルの前記内部導体に高電圧パルスを印加する手段と、
前記被測定ケーブルの外周に密着配置され前記高電圧パ
ルスの印加に伴って前記ケーブル絶縁体から発生される
弾性波を検出する音響センサと、この音響センサの出力
信号に基づいて前記ケーブル絶縁体に蓄積された空間電
荷分布を測定する手段とを有するケーブル絶縁体の空間
電荷分布測定装置において、前記音響センサは、前記被
測定ケーブルの外周に密着する入力電極と、この入力電
極を介して前記被測定ケーブルからの弾性波を電圧信号
に変換する圧電素子と、この圧電素子の前記入力電極と
反対側に装着され前記圧電素子と音響インピーダンスが
略等しい吸収体とを有し、前記被測定ケーブルと前記入
力電極との境界面、前記入力電極と圧電素子との境界面
及び前記圧電素子と前記吸収体との境界面が夫々前記被
測定ケーブルと同軸曲面に形成されていることを特徴と
する。

［作用］本発明によれば、被測定ケーブルの外周に密着する音響
センサが、ケーブル側から入力電極、圧電素子及び吸収
体の順に積層された構造を有し、且つ、被測定ケーブル
と入力電極との境界面、入力電極と圧電素子との境界面
及び圧電素子と吸収体との境界面を夫々ケーブルと同軸
曲面にて形成しているので、ケーブル絶縁体から放射状
に出射された弾性波は同一の音響的条件の経路を通って
圧電素子に至る。また、圧電素子と吸収体とは音響的マ
ツチングがとれているので、圧電素子を伝播した弾性波
は、圧電素子と吸収体との境界面で反射されることなく
吸収体に至り、ここで減衰する。

このため、本発明によれば、圧電素子からの検出信号は
、反射波の影響がなく、静電応力によって発生した入力
弾性波の波形を忠実に反映したパルス的な信号となるか
ら、アベレージングによる効果、即ち入力弾性波の推定
が容易で、しかもノイズが多い環境下でも複雑な波形解
析を行なうことなしに、入力弾性波による信号を他のノ
イズと識別することができる効果が得られる。この結果
、ケーブル絶縁体の空間電荷分布を定量的に精度良く測
定することができる。

［実施例コ以下、添付の図面に基づいて本発明の実施例について説
明する。

第１図は、本発明の実施例に係るケーブル絶縁体の空間
電荷分布測定装置の構成を示す図で、同図（ａ）は同図
（ｂ）のＡ−Ａ線による断面図、同図（ｂ）は側面図で
ある。

被測定対象である試料ケーブル１は、内部導体２、内部
半導電層３、ケーブル絶縁体４及び外部半導Ｎ層５を中
心から順に同軸配置してなるものである。この試料ケー
ブル１の内部導体２には、抵抗６及びスイッチ７を直列
に介して直流電圧電源８から直流電圧又は接地電位が選
択的に印加できるようになっている。また、この内部導
体２には、スイッチ９及びカップリングコンデンサ１０
を介して、高電圧パルス発生器１１からの高電圧パルス
が選択的に印加できるようになっている。

一方、板状の支持台１２及び上部電極１３とが、それら
の四隅において、柱１４を介して締結されている。支持
台１２の上には、音響センサ１５が設置されている。そ
して、この音響センサ１５の上面と上部電極１３の下面
とで試料ケーブル１が挟持されている。

音響センサ１５は、真鍮型のシールド容器２０の内部に
、入力電極２１、圧電素子２２、吸収体２３、取出し電
極２４及び絶縁体２５からなる積層構造体を収容して構
成されている。入力電極２１は、その上端面が試料ケー
ブル１の外周に密着するように試料ケーブル１の外径と
同一曲率半径の曲面からなり、その下端面がそれよりも
大きな曲率半径で試料ケーブル１と同軸的な曲面からな
り、その側面が上方から下方にかけて幅が広がるように
傾斜したものである。また、この入力電極２１の側面下
端部には、水平に延びるフランジ２６が形成されており
、このフランジ２６でシールド容器２０の上部開口を閉
塞するようになっている。圧電素子２２は、ポリフッ化
ビニリデン（ＰＶｄＦ）からなるフィルムの上下面に夫
々アルミニウム製の電極を蒸着してなるものであり、入
力電極２１の下面に密着したものとなっている。吸収体
２３は、圧電素子２２と音響インピーダンスが略等しい
もので、圧電素子２２としてＰＶｄＦを使用した場合、
例えばポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）等が使
用される。この吸収体２３は、その上面がフィルム状の
圧電素子２２を介して入力電極２工の下面と密着し得る
ように、試料ケーブル１と同軸曲面にて形成されている
。取出し電極２４は、吸収体２３の下面と絶縁体２５と
の間に装着されている。そして、圧電素子２２の下面電
極と取出し電極２４とは、例えば両端がこれら電極と吸
収体２３との間に夫々挟着された、すす箔２７を介して
電気的に接続されている。更に、取出し電極２４からシ
ールド容器２０の外部へは、容器２０の取出し部２８を
介してリード線２９が引き出されており、このリード線
２９から検出信号が取り出されるようになっている。

リード線２９から取り出された検出信号は、広帯域アン
プ３１に入力されている。広帯域アンプ３１の出力は、
アベレージング処理等を行なう信号処理回路３２に入力
されている。この信号処理回路３２の出力は、コンピュ
ータ３３に入力され、ここで空間電荷分布が算出される
ようになっている。なお、これらの検出系は、２重シー
ルドをした同軸ケーブルで接続され、アンプの入力抵抗
がＩＭΩのみで、他は全て５０Ωのマツチングをとって
いる。

次に、このように構成された本実施例に係るケーブル絶
縁体の空間電荷分布測定装置による空間電荷分布の測定
方法について説明する。

先ず、入力電極２１及びシールド容器２０を接地した状
態で、スイッチ７を直流電圧電源８側に接続し、内部導
体２に、例えば２０ｋＶの高電圧を印加すると、内部導
体２に電荷が蓄積される。この状態で、スイッチ９を閉
じ、高電圧パルス発生回路１１から第３図に示すような
例えば−１ｋＶ、　９０ｎｓの高電圧パルスを内部導体
２に印加すると、第２図に示すように、ケーブル絶縁体
４の両生導電層３．５の界面に夫々誘起されていた誘導
電荷に静電力が生じ、ケーブル絶縁体４の内部に歪みが
生じる。これにより、弾性波４１が放射状に発生する。

この弾性波４１は、第３図に示すように、高電圧パルス
の印加直後の負極性パルス４１ａと、それよりもやや遅
れて到達する正極性パルス４１ｂからなる。前者のパル
ス４１ａは、ケーブル絶縁体４の外周側に分布するマイ
ナス電荷によって生じた弾性波、後者のパルス４１ｂは
、ケーブル絶縁体の内周側に分布するプラス電荷によっ
て生じた弾性波であり、両者の到達時間は電荷の存在位
置を示している。この弾性波４１は、入力電極２１にお
いて同一の音響インピーダンスを同距離だけ通って圧電
素子２２に到達する。

圧電素子２２に入力された弾性波４１は、ここで電圧信
号に変換され、その下面の電極、すず箔２７、取出し電
極２４及びリード線２９を介して検出信号として外部に
取り出される。また、圧電素子２２と吸収体２３との界
面に達した弾性波４１は、反射されることなしに音響的
整合がとれた吸収体２３に入力され、この吸収体２３で
減衰される。このセンサ１５においては、弾性波４１が
反射されずに吸収体２３に吸収されるので、検出される
検出信号は、反射波の影響がなく、第３図に示すように
、入力弾性波４１０波形を忠実に反映したパルス状の信
号となる。

一方、第３図に示すように、音響センサ１５の検出信号
には、多少の電気的ノイズが含まれているが、弾性波に
よる信号４２はパルス状の信号であり、また、電気的ノ
イズ４３・は振動波形であるため、両者を波形上ではっ
きりと区別することができる。この音響センサ１５の出
力信号は、広帯域アンプ３１で増幅され、信号処理回路
３２に入力される。信号処理回路３２では、例えば高電
圧パルスをトリガとして、検出信号を繰り返し重ね合わ
せるアベレージング処理を行なうことにより、ランダム
ノイズが除去された検出信号が得られる。

この信号は、検出データとしてコンピュータ３３に入力
される。コンピュータ３３では、入力されたデータを電
荷量に換算することにより、試料ケーブル１の空間電荷
分布を算出する。

このように、本実施例の装置によれば、圧電素子２２を
ＰＶｄＦＶｄ用ムにて形成し、入力電極２１、圧電素子
２２及び吸収体２３の各境界面を試料ケーブル１と同軸
曲面にすると共に、圧電素子２１の下面にこれと音響的
マツチングがとれた吸収体２３を配置したので、試料ケ
ーブル１から伝播される弾性波を反射波に影響されずに
観測することができる。このため、パルス静電応力法を
使用したケーブル絶縁体の空間電荷分布測定を精度良く
行なうことができる。したがって、この測定装置を使用
して、水トリーの発生原因の探求等の絶縁体の評価及び
撤去ケーブルの調査等を行なうことができる。

なお、この試験は、課電履歴がある試料ケーブル１に対
し、スイッチ７を開放状態にして測定しても、また、ス
イッチ７を閉じて直流電圧を印加したまま測定しても良
い。また、この試験は非破壊で行なわれるので、課電劣
化試験中の空間電荷分布の経時変化の測定のみならず、
活線劣化診断技術にも応用することが可能である。

［発明の効果コ以上述べたように、本発明によれば、圧電素子からの検
出信号は、反射波の影響がなく、静電応力によって発生
した入力弾性波の波形を忠実に反映したパルス的な信号
となるから、入力弾性波の推定が容易で、しかもノイズ
が多い環境下でも複雑な波形解析を行なうことなしに、
入力弾性波による信号を他のノイズと識別することが可
能になる。この結果、ケーブル絶縁体の空間電荷分布を
定量的に精度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るケーブル絶縁体の空間電
荷分布測定装置を示す図で、同図（ａ）は同図（ｂ）の
Ａ−Ａ線による断面図、同図（ｂ）は側面図、第２図は
同装置の動作を説明するための模式図、第３図は同じく
その波形図である。１；試料ケーブル、２；内部導体、３；内部半導電層、
４；ケーブル絶縁体、５；外部半導電層、６；抵抗、７
，９；スイッチ、８；直流電圧電源、１０；カップリン
グコンデンサ、１１；高電圧パルス発生器、１２；支持
台、１３；上部電極、１４；柱、１５；音響センサ、２
０；シールド容器、２１；入力電極、２２；圧電素子、
２３；吸収体、２４；取出し電極、２５；絶縁体、２６
；フランジ、２７；すず箔、２８；取出し部、２９；リ
ード線、３１；広帯域アンプ、３２；信号処理回路、３
３；コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部導体がケーブル絶縁体で覆われてなる被測定
ケーブルの前記内部導体に高電圧パルスを印加する手段
と、前記被測定ケーブルの外周に密着配置され前記高電
圧パルスの印加に伴って前記ケーブル絶縁体から発生さ
れる弾性波を検出する音響センサと、この音響センサの
出力信号に基づいて前記ケーブル絶縁体に蓄積された空
間電荷分布を測定する手段とを有するケーブル絶縁体の
空間電荷分布測定装置において、前記音響センサは、前
記被測定ケーブルの外周に密着する入力電極と、この入
力電極を介して前記被測定ケーブルからの弾性波を電圧
信号に変換する圧電素子と、この圧電素子の前記入力電
極と反対側に装着され前記圧電素子と音響インピーダン
スが略等しい吸収体とを有し、前記被測定ケーブルと前
記入力電極との境界面、前記入力電極と圧電素子との境
界面及び前記圧電素子と前記吸収体との境界面が夫々前
記被測定ケーブルと同軸曲面に形成されていることを特
徴とするケーブル絶縁体の空間電荷分布測定装置。
（２）前記圧電素子は、ポリフッ化ビニリデンからなる
フィルム状の素子であることを特徴とする請求項１に記
載のケーブル絶縁体の空間電荷分布測定装置。