JPH0525308B2

JPH0525308B2 -

Info

Publication number: JPH0525308B2
Application number: JP62116324A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Iga; Shigeru Ooyama
Original assignee: Shikoku Instrumentation Co Ltd
Current assignee: Shikoku Instrumentation Co Ltd
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1987-05-13
Publication date: 1993-04-12
Also published as: JPS63281075A

Description

【発明の詳細な説明】

発明の目的（産業上の利用分野）この発明は、ケーブル、電気機器（たとえば、
変圧器）等の絶縁抵抗、誘電正接、ケーブルの絶
縁劣化に基づく水トリー電流等の絶縁劣化関係量
を、活線状態すなわちケーブルに電力を供給して
いる状態あるいは電気機器に電源電力を供給して
いる状態で、測定することのできる絶縁劣化関係
量測定装置の改良に関する。（従来の技術）従来から、ケーブル、電気機器等の測定対象回
路の絶縁抵抗、誘電正接等の絶縁劣化関係量を測
定する手段としては、ケーブル、電気機器を無課
電の状態として電力の供給を停止し、交流又は直
流の高電圧を測定対象回路に印加し、その絶縁抵
抗、誘電正接等の絶縁劣化関係量を測定するよう
にしたものが知られている。次に、活線状態で絶縁劣化関係量を測定する手
段としては、たとえば、CVケーブルの絶縁抵抗
を活線状態で測定するために、GPT中性点に直
流低電圧を重畳し、CVケーブルの遮蔽銅と大地
との間の接地線に流れる直流電流成分を測定し、
絶縁劣化関係量としての絶縁抵抗を測定するよう
にしたものがある。また、絶縁劣化関係量として
のCVケーブルの水トリー電流を測定する絶縁劣
化関係量測定装置としては、交流電圧を印加して
遮蔽銅と大地との間の接地線に流れる直流電流成
分を検出して測定するようにしたものがある。（発明が解決しようとする問題点）ところで、絶縁劣化関係量測定装置としては、
CVケーブル、電気機器等を活線状態で測定でき
るようにすることが望ましいのであるが、しかし
ながら、従来のCVケーブルの絶縁抵抗を活線状
態で測定するために、GPT中性点に直流低電圧
を重畳し、CVケーブルの遮蔽銅と大地との間の
接地線に流れる直流電流成分を測定し、絶縁劣化
関係量としての絶縁抵抗（シース抵抗）を測定す
るようにしたものでは、電池作用に基づく迷走電
流、絶縁劣化に基づく水トリー電流が生じている
と、GPT中性点に印加された直流低電圧に基づ
く直流測定電流にその電池作用に基づく迷走電
流、絶縁劣化に基づく水トリー電流が重畳される
ため、測定した絶縁抵抗値に電池作用による迷走
電流、水トリー電流に基づく誤差が含まれる不具
合がある。また、絶縁劣化関係量としてのCVケーブルの
水トリー電流を測定するために、交流電圧を印加
して遮蔽銅と大地との間の接地線に流れる直流電
流成分を検出するものでは、迷走電流があると以
下に説明する不具合がある。第１図、第２図に示すように、たとえば、CV
ケーブル１は、導体２を内部半導体層３で被覆
し、外部半導体層４と内部半導体層３との間に絶
縁体としての架橋ポリエチレン５を介在させ、外
部半導体層４を遮蔽銅テープ６により被覆してシ
ールドし、その遮蔽銅テープ６に押さえ布７を巻
き、その押さえ布７を絶縁ビニールシース８によ
り被覆して形成されている。なお、CVケーブル
１には第３図に示すように遮蔽銅テープ６まで構
成した構成体を３個設け、その遮蔽銅テープ６を
互いに接触させてその３個の構成体に押さえ布７
を巻いて、その押さえ布７を絶縁ビニールシース
８により被覆したCVケーブルである。また、い
わゆるトリプレツクス形のCVケーブル（CVT）
もある。符号９は介在物である。このCVケーブル１はそれが絶縁劣化すると、
第４図に示すように水トリー電流I_iが発生する。
この第４図に示す例は、遮蔽銅テープ６の側が＋
電位、導体２の側が−電位である。また、逆の電
位の場合もある。この水トリー電流I_iを測定する
ために、第５図に示すように、高圧配電線１０に
一側が接続されかつ他側が負荷に接続されたCV
ケーブル１の他側の遮蔽銅テープ６から接地線１
１を引き出し、その接地線１１の途中に絶縁劣化
関係量としての水トリー電流I_iを測定するための
測定器１２を接続する。この測定器１２は検出抵
抗１３とフイルタを有する増幅器１４および記録
装置１５とから概略構成される。ところが、絶縁ブニールシース８と大地との間
には電池作用超電力E_S、GPT１６の接地線１７
と大地との間には系統負荷のアンバランスによる
商用周波起電力E_ACがあり、GPT１６の接地部分
には電池作用起電力E_Eがある。この状態を等価
回路で示したのが第６図である。この第６図にお
いて、R_iはCVケーブル１の架橋ポリエチレン５
を含む絶縁抵抗、R_Sは絶縁ビニールシース８の
部分のシース抵抗であり、超電力E_i、絶縁抵抗R_i
と並列にコンデンサC_iがあると考えられ、電池作
用起電力E_S、シース抵抗R_Sと並列にコンデンサ
C_Sがあると考えられる。これらの起電力E_S，E_E，
E_ACがあると、迷走電流I_S，I_E、交流電流I_ACが発
生し、迷走電流I_S，I_Eが直流電流成分Ｉとして水
トリー電流I_iと共に測定器１２に流れることにな
る。その第６図に示す等価回路を直流電流成分Ｉ
のみに着目して、書き換えて表現した等価回路が
第７図である。その第７図には、直流電流成分としての迷走電
流I_S，I_Eが水トリー電流I_iと共に流れている状態
が示されている。この迷走電流I_S，I_Eは抵抗R_S，
R_Eと電池作用起電力E_S，E_Eによつて定まるもの
であるが、迷走電流I_Eは測定器１２と大地との間
の接地線１１ａをGPT１６の接地線１７と共用
化することにより除去できる。そこで、迷走電流
I_Sについて考えると、水トリー電流I_iの起電力E_i
は通常数10ボルト程度以下、電池作用起電力E_S、
E_Eは0.5ボルト程度以下である。また、絶縁抵抗
R_iは数十万MΩ以下、シース抵抗R_Sは通常絶縁抵
抗より小さく、シース抵抗R_Sが200MΩ以上であ
ると迷走電流I_Sは2.5ナノアンペア以下であり、こ
れに対して劣化したケーブルでは水トリー電流I_i
は数ナノアンペア程度以上あるので、通常の条件
下では迷走電流I_Sを考慮しなくともよいが、シー
ス抵抗R_Sな環境条件その他によつて大きく変動
し、シース抵抗R_Sが200MΩ以下になると相対的
に迷走電流I_Sを寄与する割合が大きくなつて迷走
電流I_Sを測定しているのか水トリー電流I_iを測定
しているのか識別できなくなる。このような場
合、直流成分電流に影響を受けることなくシース
抵抗R_Sを測定することができれば、正確に水ト
リー電流I_iを測定できるので、この観点からも測
定対象回路に流れる直流成分電流に影響を受ける
ことなく絶縁劣化関係量としての絶縁抵抗（シー
ス抵抗も絶縁抵抗という意味で用いる）を測定で
きるようにすることが望ましい。なお、第５図に
おいて、１８は電源、１９はCVケーブル１の他
方側の遮蔽銅テープ６から引き出された接地線、
２０は測定時に開放するスイツチである。この発明は、上記の事情を考慮して為されたも
ので、その目的とするところは、測定対象回路に
直流電流成分が流れている場合にも絶縁劣化に関
係する絶縁劣化関係量を測定することのできる絶
縁劣化関係量測定装置を提供することにある。発明の構成（問題点を解決するための手段）この発明に係る絶縁劣化関係量測定装置は、上
記の目的を達成するために、絶縁劣化関係量が測
定される測定対象回路に低周波電圧を印加する低
周波電圧印加部と、該低周波電圧に基づいて前記
測定対象回路を経由して流れる低周波電流を検出
する低周波電流検出部と、前記低周波電圧印加部
に同期して前記低周波電流と同位相でかつ絶縁抵
抗に寄与しない低周波無効電流を発生する低周波
無効電流発生部と、前記低周波電流と前記無効電
流とが入力され、該低周波電流と前記無効電流と
を重畳して差分を検出し、絶縁抵抗に寄与する有
効分電流を取り出すために前記低周波電流が最小
となるように前記低周波無効電流発生部を制御す
ると共に、前記有効電流を絶縁抵抗演算部に向か
つて出力する差動回路部と、前記絶縁抵抗演算部
の出力に基づいて絶縁抵抗を記録する記録部と、
前記測定対象回路に流れる直流成分電流を検出す
る直流成分電流検出部と、該直流成分電流を記録
する記録部とを有する構成としたのである。（実施例）以下、この発明に係る絶縁劣化関係量測定装置
の第１実施例を第８図〜第１１図を参照しつつ説
明する。第８図、第９図において、３０は絶縁劣化関係
量が測定される測定対象回路である。この測定対
象回路３０は、ここではCVケーブル１であるが、
変圧器その他の電気機器でも構わない。３１はこ
の測定対象回路３０の絶縁劣化関係量を測定する
絶縁劣化関係量測定装置である。絶縁劣化関係量
測定装置３１は、測定対象回路３０が活線状態で
ある場合にあつても測定できるもので、絶縁劣化
関係量測定装置３１は低周波電圧印加部３２、低
周波電流検出部３３、低周波無効電流発生部３
４、差動回路部３５、絶縁抵抗演算部３６、絶縁
抵抗記録部３７、誘電正接演算部３８、誘電正接
記録部３９、直流電流成分検出部４０、直流成分
記録部４１を有する。低周波電圧印加部３２は低周波電圧としての正
弦波電圧を測定対象回路３０に印加する機能を有
する。測定対象回路３０に正弦波電圧V_Fが印加
されるとその測定対象回路３０を経由して低周波
電流としての正弦波電流I_Fが流れる。この正弦波
電流I_Fは第１０図、第１１図に示すように絶縁抵
抗R_S，R_iに寄与する有効分電流Iuと絶縁抵抗に寄
与しない無効分電流Imとからなる。低周波電流
検出部３３は検出抵抗R_Pとアンプ４２とフイル
ター４３とから概略構成され、正弦波電流I_Fを検
出する機能を有する。アンプ４２には正弦波電流I_Fに基づいて、正弦
波電流I_Fに対応する電圧V_r′＝R_P×I_Fが入力され、
アンプ４２はその電圧V_T′をβ倍に増幅してフイ
ルター４３にβV_T′の電圧を出力し、フイルター
４３は直流分電圧βV_rを後述する差動増幅器に向
かつて出力する。低周波無効電流発生部３４は低
周波電圧印加部３２に同期して正弦波電流I_Fの打
ち消し無効電流Im′を発生する機能を有する。そ
の低周波無効電流発生部３４は抵抗ｒとコンデン
サｃとアンプ４４と利得制御回路４５とから概略
構成されている。アンプ４４は、無効分電流Im
に基づいて検出電圧V_c′が印加され、そのアンプ
４４はその検出電圧をα倍してαV_c′の電圧を利
得制御回路４５に出力する機能を有する。差動回
路３５は作動増幅器４６と絶縁抵抗演算部３６の
一部回路３６′とから構成されている。作動増幅
器４６にはフイルター４３の出力電圧βV_rと利得
制御回路４５の電圧αV_cとが入力され、の差分電
圧V_xを一部回路３６′を介して絶縁抵抗演算部３
６と誘電正接演算部３８とに出力する機能を有す
る。利得制御回路４５には、差分電圧V_xの一部が
帰還され、差動回路３５は低周波電流と無効電流
とが入力され、低周波電流と無効分電流Imとを
重畳して差分を検出し、有効分電流Iuを取り出す
ためにV_xが最小となるように低周波無効電流発
生部３４を制御すると共に、有効分電流Iuを少な
くとも絶縁抵抗演算部３６に向かつて出力する機
能を有する。ここで、差分電圧V_xが最小値にな
るようにすると、検出抵抗R_Pには無効分電流Im
を打ち消す打ち消し無効電流Im′が仮想的に流れ
ていると考えられる。そして、フイルター４３か
ら出力される電圧β_VTには打ち消し無効電流Im′と
検出抵抗R_Pとの積をβ倍した電圧βIm′×R_Pが含
まれており、この電圧βIm′×R_Pが無効分電流Im
を打ち消すための電圧αV_cと等しく、かつ、打ち
消し無効電流Im′は符号が逆で大きさは無効電流
Imと等しいので、βIm×R_P＝αV_cの式を得る。また、差分電圧V_xの最小値は、無効電流分Im
を除去した低周波電流I_F（すなわち有効分電流I_U）
に対応する交流の有効分の電圧βV_T（交流の電圧
βV_T′＝βR_P×I_Fから交流の無効分を除去したも
の）に相当するので、I_FをI_Uに形式的に置き換え
て、V_x＝βV_T＝βR_P×I_Uの式を得る。従つて、 Im＝αV_c／（β・R_P） I_U＝V_x／（β・R_P）測定回路の絶縁抵抗Ｒは低週波電圧V_Fを有効
分電流I_Uで割つたものであるから、Ｒ＝（β・R_P．V_F）／V_x の式から絶縁抵抗Ｒが求められる。なお、ここで、絶縁抵抗Ｒは、シース抵抗R_s
と絶縁抵抗R_iとの並列抵抗であり、下記の式で表
わされる。Ｒ＝R_S／｛（R_s／R_i）＋１｝ここで、R_iはR_Sよりも通常非常に大きいので、 R_s＝（β・R_P・V_F）／V_x 絶縁抵抗演算部３６は絶縁抵抗値を演算し、そ
の演算結果を絶縁抵抗記録部３７に出力する機能
を有し、誘電正接演算部３８は誘電正接値を演算
し、その演算結果を誘電正接演算部３９に出力す
る機能を有する。また、直流成分電流検出部４０
は直流成分電流Ｉを検出する機能を有し、記録部
４１はその直流成分電流Ｉを記録する機能を有す
る。なお、測定対象回路３０には低周波電圧を印加
する前にすでに低周波が流れていることも考えら
れるので、低周波電圧印加前に有効分電流をあら
かじめ測定し、その次に低周波電圧を印加して有
効分電流Iuを測定してその差分に基づいて絶縁抵
抗値を決定するようにすることが正確に絶縁抵抗
を測定するうえで好ましい。また、低周波の周波
数が低ければ交流インピーダンスが大きくなるた
めに、無効分電流Imが小さくなり、絶縁抵抗R_i
に基づく有効分電流Iu大きさとの差が小さくなる
ので、測定精度が向上するが、低周波の周波数と
しては１Hz〜10Hzが望ましい。更に、この実施例
では、低周波として正弦波を用いたが、三角波、
矩形波を用いることもできる。次に、この発明に係る絶縁劣化関係量測定装置
を用いてのCVケーブル１のシース抵抗の測定結
果と従来の絶縁抵抗測定器による測定結果とを以
下の表に示す。なお、CVケーブル１の全長は40、断面積は22
mm²であり、絶縁抵抗測定器には1000ボルト印加用
のものを用い、シース抵抗を人為的に変化させな
がら測定した。また、単位はメグオームである。

【表】次に、この発明に係る第２実施例を説明する。第１２図はこの発明に係る絶縁劣化関係量測定
装置を用いてCVケーブル１の接地線１１に流れ
る水トリー電流I_iと絶縁抵抗R_iとを連続的に測定
する場合の接続回路図を示すもので、低周波電圧
印加部３２のみをGPT１６の接地線１７に設け、
第８図に示す接続線５０を接地線１７に接続し、
残余の回路部３３，３４等を接地線１１にそのま
ま接続しておき、すなわち、CVケーブル１の遮
蔽銅テープ６に接続しておき、しかも商用周波を
バイパスさせかつ電池制御に基づく迷走流I_Sをカ
ツトするためのコンデンサC′を接地線１７に介装
する構成とし、このコンデンサC′を介装すること
によつて迷走電流I_Sをカツトして水トリー電流I_i
と絶縁抵抗R_iとを測定するようにしたものであ
る。なお、絶縁抵抗R_iのみの測定であれば、コン
デンサC′は不用である。また、第１３図はCVケーブル１の絶縁抵抗R_i
と静電容量C_iとを同時に連続的に測定する例を示
すもので、GPT１６の接地線１７にスイツチ５
１を設け、スイツチ５１の高電位側から接続線５
２を引き出すと共にスイツチ５１の低電位側から
接続線５３を引き出し、そのスイツチ５１と並列
にコンデンサC₄、可変抵抗器R₄、を設け、接続
線５２の途中には抵抗R₁低周波電圧印加部３２
を接続し、その抵抗R₁を接地線１１を介して遮
蔽銅テープ６に接続し、低周波電圧印加部３２と
抵抗R₁との接続線５２の途中と接続線５３のと
の間に可変抵抗器₂を接続し、低周波電流検出部
３３を接地線１１と接続線５３とに接続して、第
１４図に等価回路で示すブリツジ回路を構成し、
低周波電流検出部３３の正弦波電流I_Fがゼロとな
るように調整する構成としたもので、ブリツジの
平行条件により以下の式が成立する。 R₁／１／R₄＋jωC₄＝R₂／１／R₃＋jωC₃ この式において、実部と虚部とが等しいとおく
と、CVケーブル１の絶縁抵抗R_i、静電容量C_iは
それぞれ以下の式によつて求められる。 R_i＝R₁R₄／R₂ C₃＝R₂／R₁C₄ なお、可変抵抗器R₂、可変抵抗器R₄はたとえ
ば抵抗R₁を1MΩ、コンデンサC₄を500μFとし、
R₂の変更範囲を２〜1000Ω、R₄の変更範囲を
200Ω〜200MΩとすると、絶縁抵抗R_iは100MΩか
ら100000MΩ、静電容量C_iは0.001μF〜1μFの範囲
で測定できる。以上、実施例について説明したが、第５図、第
６図に示す測定器１２の代りにこの発明に係る絶
縁劣化関係量測定装置３１を用いれば、直流成分
電流Ｉとスース抵抗R_Sとを同時に測定でき、シ
ース抵抗R_Sを人為的に変化させれば、第１５図
に示すように直流成分電流Ｉとシース抵抗R_Sと
の関係曲線を得ることができるので、シース抵抗
R_Sの増大側の極限として水トリー電流I_iを推定に
より求めることもできる。発明の効果この発明に係る絶縁劣化関係量測定装置は、以
上説明したように低周波用いるものであるから、
測定対象回路に直流成分電流が流れている場合に
も絶縁劣化に関係する絶縁劣化関係量を精度良く
測定できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るCVケーブルの断面図、
第２図はその側面図、第３図はこの発明に係る
CVケーブルの断面図、第４図はこの発明に係る
水トリー電流の発生機構の説明図、第５図は従来
の測定器のCVケーブルへの接続図、第６図、第
７図はその第５図に示す接続図の等価回路、第８
図はこの発明に係る絶縁劣化関係量測定装置のブ
ロツク回路図、第９図はその絶縁劣化関係量測定
装置の要部回路図、第１０図はその絶縁劣化関係
量測定装置の出力波形図、第１１図はその絶縁劣
化関係量測定装置の有効分電流、無効分電流、打
ち消し無効分電流の関係を示すベクトル図、第１
２図はこの発明に係る絶縁劣化関係装置を用いて
絶縁抵抗と水トリー電流とを同時に測定する場合
の回路接続図、第１３図はこの発明に係る絶縁劣
化関係量測定装置を用いて絶縁抵抗と静電容量と
を同時に測定する場合の接続図、第１４図はその
第１３図に示す接続図の等価回路、第１５図はこ
の発明に係る絶縁劣化関係量測定装置を用いてシ
ース抵抗と直流成分電流とを測定し、水トリー電
流を推定して求めるための関係を示す関係曲線図
である。３２……低周波印加部、３３……低周波電流検
出部、３４……無効電流発生部、３５……差動回
路部、３６……絶縁抵抗演算部、３７……絶縁抵
抗記録部、４０……直流成分電流検出部。

Claims

【特許請求の範囲】

１絶縁劣化関係量が測定される測定対象回路に
低周波電圧を印加する低周波電圧印加部と、該低
周波電流圧に基づいて前記測定対象回路を経由し
て流れる低周波電流を検出する低周波電流検出部
と、前記低周波電圧印加部に同期して前記低周波
電流と同位相でかつ絶縁抵抗に寄与しない低周波
無効電流を発生する低周波無効電流発生部と、前
記低周波電流と前記無効電流とが入力され、該低
周波電流と前記無効電流とを重畳して差分を検出
し、絶縁抵抗に寄与する有効分電流を取り出すた
めにに前記低周波電流が最小となるように前記低
周波無効電流発生部を制御すると共に、前記有効
分電流を絶縁抵抗演算部に向かつて出力する差動
回路部と、前記絶縁抵抗演算部の出力に基づいて
絶縁抵抗を記録する記録部と、前記測定対象回路
に流れる直流成分電流を検出する直流成分電流検
出部と、該直流成分電流を記録する記録部とを有
することを特徴とする絶縁劣化関係量測定装置。