JPH06201758A - トランス結合ｌ−ｃ同調型部分放電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力ケーブルに発生する部分放電を従来に比
してより一層確実に検出することができるトランス結合
Ｌ−Ｃ同調型部分放電センサを提供する。 【構成】 本発明に係るトランス結合Ｌ−Ｃ同調型部分
放電センサは、電力ケーブル２１の周面に配設されこの
電力ケーブル２１の金属遮蔽層及びプラスチックシース
と共に結合容量を構成する電極１と、その１次側コイル
が電極１に接続されて前記結合容量と共に共振回路を構
成し、その２次側コイルから信号が出力されるトランス
２とにより構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力ケーブルの絶縁体
内部及び絶縁体−導体界面で発生する部分放電（Partia
l Discharge ；ＰＤ）を検出するトランス結合Ｌ−Ｃ同
調型部分放電センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電力ケーブル内に発生する部分放
電を検出する部分放電検出装置として、例えば同調式検
出法及びＡＥ（アコースティック・エミッション）セン
サを使用する方法によるものが提案されている。

【０００３】前記同調式検出法を用いた同調式検出装置
は、図３に示すように、電力ケーブル２１の終端部２２
ａ又は２２ｂの内部導体と金属遮蔽層との間に、結合コ
ンテンサ２３及び検出インピーダンス２４を直列に接続
し、検出インピーダンス２４の両端に生じた電位差を数
百ｋＨｚの同調周波数を持つ同調増幅器２５によって取
り出すようにしたものである。

【０００４】しかしながら、この同調式検出装置は、電
力ケーブルの内部導体から信号を取り出す必要があるた
め、活線下での検出は困難であり、専用の結合コンデン
サも必要であるという問題点がある。また、この装置に
おける同調周波数は、数百ｋＨｚであるため、周囲のノ
イズの影響を受け易く、シールドルーム内の実験では良
好な検出精度が得られるものの、布設後のケーブルへの
適用は難しい。

【０００５】一方、ＡＥセンサを使用する検出装置は、
部分放電によって絶縁体内部を伝搬する弾性波をＡＥセ
ンサで検出するものであるが、この装置では、電気的な
ノイズによる影響を受けない反面、超音波が直進性を有
しているために強い指向性を有し、検出位置によっては
検出感度が極端に低下するという欠点がある。

【０００６】これらの欠点を解消した部分放電検出方法
として、電力ケーブルの接続部において、金属遮蔽層を
絶縁し、部分放電発生時に絶縁部を挟む両金属遮蔽層間
に発生する電位差を、前記両金属遮蔽層間に接続された
検出インピーダンスによって検出する検出法も提案され
ている（「南池上線 275ｋＶ ＣＶケーブル線路の部分
放電試験結果」；勝田他、電気学会絶縁材料研究会資料
ＥＩＭ−９０−２０）。

【０００７】しかしながら、この方法は、金属遮蔽層が
絶縁された接続部のみに適用を限定され、また金属遮蔽
層を非接地状態とするために、短絡事故発生時の安全性
に欠けるという問題点がある。また、装置が大型とな
り、測定に熟練を要するという欠点もある。

【０００８】そこで、本願発明者等は、電力ケーブルの
絶縁被覆層上に配設した電極と、この電極に接続された
インダクタンスとにより構成されたセンサを有する共振
型部分放電検出装置を提案した（特願平2-310197号）。

【０００９】図４は、この共振型部分放電検出装置のセ
ンサ部を示す断面図である。

【００１０】電力ケーブル２１の外周には、導電性塗料
又は金属テープ等で形成された電極３１が全周に亘って
設けられている。この電極３１は、電力ケーブル２１に
装着された絶縁筒３３ａ、この絶縁筒３３ａの外周に配
置された真鍮筒３３ｂ及びその外周を覆う鉛テープ３４
によって形成されたシールド容器内に収容されている。
真鍮筒３３ｂには、例えばＢＮＣコネクタ等の同軸コネ
クタ３５が取り付けられており、この同軸コネクタ３５
の内部導体と電極３１との間にはインダクタンス要素と
してのコイル３２が接続されている。前記シールド容器
は電力ケーブル２１の金属遮蔽層が接続される接地線と
接続される。

【００１１】検出対象である電力ケーブル２１は、例え
ば 275ｋＶのＣＶケーブルで、中心から順次、内部導体
３６、内部半導電層３７、ケーブル絶縁体（ＸＬＰＥ：
cross-linked polyethylene ，架橋ポリエチレン）３
８、外側金属層としての金属遮蔽層３９及び被覆層とし
てのプラスチックシース４０を同軸配置して形成されて
いる。

【００１２】図５は、この部分放電センサを使用した部
分放電検出装置の構成を示すブロック図である。この装
置は、上述した構造を有するセンサ３０と、このセンサ
３０の出力を増幅する広帯域増幅器４１と、この広帯域
増幅器４１の出力に対してアベレージング等の信号処理
を施すデジタイジングオシロスコープ４２とにより構成
されている。

【００１３】電力ケーブル２１は、所定の長さになるよ
うに、接続部４３ａ，４３ｂを介して複数接続され、そ
の終端部４４ａ，４４ｂの内部導体３６が、高圧電源線
４５に接続される。また、この電力ケーブル２１の金属
遮蔽層３９は、終端部４４ａ，４４ｂ及び接続部４３
ａ，４３ｂ等において適宜接地されている。

【００１４】次に、このように構成された共振型部分放
電検出装置の動作について説明する。

【００１５】電力ケーブル２１の等価回路は図６に示す
ような回路と考えるのが一般的である。即ち、内部導体
３６、金属遮蔽層３９並びに終端部４４ａ，４４ｂ及び
接続部４３ａ，４３ｂの接地線は、ＲＬ直列回路とな
る。内部導体３６と金属遮蔽層３９とは、両者の間に介
在するケーブル絶縁体３８を介して容量結合されてい
る。また、検出部Ｄは、センサ３０の電極３１と電力ケ
ーブル２１のプラスチックシース４０とにより決定され
る結合容量と、この容量に直列に設けられたコイル３２
のインダクタンスと、測定器の入力インピーダンスとか
ら構成される。電極３１による結合容量は例えば電極３
１のケーブル長手方向の長さにより調節することができ
る。

【００１６】ケーブル絶縁体３８中で部分放電が発生す
ると、それによって生じたパルス的な電流は、図中ｉ2
，ｉ2 ′，…で示す同軸モードと、同図中ｉ1 ，ｉ1
′，…，ｉ3 ，ｉ3 ′，…で示す大地帰路モードとに
別れて伝播する。これにより、検出部Ｄには、ｉ1 ＋ｉ
1 ′に示す電流が流れるので、この電流をセンサ３０が
検出することになる。

【００１７】このように構成された共振型部分放電検出
装置においては、電極３１と電力ケーブル２１の金属遮
蔽層３９とにより構成される結合容量と、コイル３２と
により構成される高周波共振回路（同調回路）とによ
り、部分放電により発生する広帯域の進行波の所定の帯
域の信号を検出する。

【００１８】この共振型部分放電検出装置は、電力ケー
ブルへの設置が容易であると共に安全性が高く、活線状
態において部分放電を検出できるという長所を有してい
る。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た共振型部分放電検出装置においては、センサに接続さ
れる同軸ケーブル等の影響を受けやすいという問題点が
ある。即ち、図７に示すように、通常センサ３０とオシ
ロスコープ等の測定器５２との間は同軸ケーブル５１に
より接続される。この同軸ケーブル５１の等価回路は、
図８に示すように、抵抗成分５７（Ｒ）、インダクタン
ス成分５８（Ｌ）及びキャパシタンス成分５９（Ｃ）に
より構成されるが、このインダクタンス成分５８及びキ
ャパシタンス成分５９がセンサ３０の共振回路（同調回
路）に影響を与える。このため、センサ３０の共振周波
数が所望の帯域からずれたり、共振特性Ｑ（クォリティ
ファクター）が低下してしまう。

【００２０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、センサに接続されるケーブル等によるセン
サの共振周波数のずれ及び共振特性の劣化を抑制できて
部分放電による信号を確実に検出することができるトラ
ンス結合Ｌ−Ｃ同調型部分放電センサを提供することを
目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るトランス結
合Ｌ−Ｃ同調型部分放電センサは、電力ケーブルの周面
に配設されて前記電力ケーブルの金属遮蔽層と共に結合
容量を構成する電極と、その１次側コイルが前記電極に
接続されたトランスとを有し、部分放電により発生した
信号のうち特定の周波数成分の信号を前記結合容量及び
前記１次側コイルにより構成される共振回路で検出し、
前記トランスの２次側コイルから出力することを特徴と
する。

【００２２】

【作用】本発明においては、電力ケーブルの周面に配設
される電極と前記電力ケーブルの金属遮蔽層とにより構
成される結合容量にトランスの１次側コイルを接続し、
この１次側コイルと前記結合容量とで構成される共振回
路（同調回路）を用いて、部分放電により発生し電力ケ
ーブルの金属遮蔽層を伝播する広帯域信号のうち特性の
周波数成分の信号を検出する。この共振回路の共振特性
Ｑは前記トランスの１次側コイル及び２次側コイルの巻
数Ｎ1 ，Ｎ2 及び巻数比ｎ（Ｎ1 ／Ｎ2 ）により決定さ
れ、巻数比ｎを大きくすることによりＱ値を大きくする
ことができる。また、共振回路の共振周波数への影響を
回避しつつ、２次側コイルと接続ケーブルとのインピー
ダンスのマッチングをとることができる。これにより、
図４に示すセンサに比してＳ／Ｎ比が向上すると共に、
センサに接続するケーブル等の影響を受けにくくなっ
て、共振周波数が安定する。

【００２３】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【００２４】図１は本発明の実施例に係るトランス結合
Ｌ−Ｃ同調型部分放電センサを示す模式図である。

【００２５】電極１は電力ケーブル２１の周面の周方向
の全周に亘って設けられている。この電極１は電力ケー
ブル２１の金属遮蔽層及びプラスチックシースと共に結
合容量を形成する。この電極１にはトランス２が接続さ
れている。このトランス２は、１次側コイルの巻数Ｎ1
と２次側コイルの巻数Ｎ2 との巻数比ｎ（Ｎ1 ／Ｎ2）
が例えば１０：１に設定されている。これらの電極１及
びトランス２は金属製の遮蔽ケース３内に収納されてお
り、トランス２の１次側コイルと２次側コイルとの相互
接続点はこの遮蔽ケース３に電気的に接続されている。
なお、この遮蔽ケース３は接地電位に維持される。

【００２６】トランス２の２次側コイルは、遮蔽ケース
３に固定されたＢＮＣコネクタ４の中心電極に接続され
ている。そして、このコネクタ４と測定器６（オシロス
コープ等）との間は同軸ケーブル５により接続される。

【００２７】図２は本実施例に係る部分放電センサの等
価回路を示す回路図である。この図２に示すように、結
合容量１ａとトランス２の１次側コイルとにより構成さ
れる共振回路は信号源Ｐに接続されて一種の閉回路を構
成している。このため、トランス２の２次側コイルに接
続される同軸ケーブル５によりこの共振回路の共振周波
数は直接影響を受けない。

【００２８】次に、本実施例に係る部分放電センサの動
作について説明する。

【００２９】電力ケーブル２１に部分放電が発生する
と、この部分放電に伴ってパルス状の信号が電力ケーブ
ル２１内を伝搬する。部分放電センサは、このパルス状
信号の所定の帯域の信号を選択的に検出して、この信号
を同軸ケーブル５を介して測定器６に出力する。

【００３０】本実施例に係る部分放電センサの共振周波
数は、電極１と電力ケーブル２１の金属遮蔽層とにより
構成される結合容量と、トランス２の１次側コイルのイ
ンダクタンスとにより決定される。また、この共振周波
数への影響を回避しつつ、センサ出力とこのセンサに接
続される同軸ケーブル等とのインピーダンスのマッチン
グをとることができる。更に、トランス２の１次側コイ
ルの巻数及び２次側コイルの巻数を調整して、Ｑ値を大
きくすることができる。これにより、本実施例に係る部
分放電センサは、図４に示す部分放電センサに比して、
Ｓ／Ｎ比をより一層向上できると共に、接続ケーブル等
の影響を受けにくいため共振周波数が安定しているとい
う利点がある。また、Ｑ値が大きいので、測定範囲が広
くなるという効果もある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るトラン
ス結合Ｌ−Ｃ同調型部分放電センサは、電力ケーブルの
金属遮蔽層と共に結合容量を構成する電極とこの電極に
接続したトランスの１次側コイルとにより構成される共
振回路を用いて部分放電に基づく信号のうちの特定の周
波数成分の信号を検出し、この信号を前記トランスの２
次側コイルから出力するから、前記共振回路の共振周波
数が接続ケーブル等の影響を受けにくく、共振点が安定
しており、Ｓ／Ｎ比が良好である。また、ノイズが少な
い周波数帯域を選択できる。更に、同軸ケーブル等の影
響を受けにくいので、測定範囲が広くなるという効果も
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るトランス結合Ｌ−Ｃ同調
型部分放電センサを示す模式図である。

【図２】同じくその等価回路図である。

【図３】従来の同調式部分放電検出装置を示すブロック
図である。

【図４】共振型部分放電検出装置のセンサ部を示す断面
図である。

【図５】同じくその部分放電センサを使用した部分放電
検出装置の構成を示すブロック図である。

【図６】電力ケーブル及び検出系の等価回路図である。

【図７】従来の部分放電検出方法の問題点を示す模式図
である。

【図８】同軸ケーブルの等価回路図である。

【符号の説明】

１，３１；電極 ２；トランス ３；遮蔽ケース ４，３５；同軸コネクタ ５，５１；同軸ケーブル ６，５２；検出器 ２１；電力ケーブル ３０；センサ ３６；内部導体 ３７；内部半導電体 ３８；ケーブル絶縁体 ３９；金属遮蔽層 ４０；プラスチックシース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹 正之 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 篠崎 俊哉 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 渡辺 明年 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 秦 庄司 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力ケーブルの周面に配設されて前記電
   力ケーブルの金属遮蔽層と共に結合容量を構成する電極
   と、その１次側コイルが前記電極に接続されたトランス
   とを有し、部分放電により発生した信号のうち特定の周
   波数成分の信号を前記結合容量及び前記１次側コイルに
   より構成される共振回路で検出し、前記トランスの２次
   側コイルから出力することを特徴とするトランス結合Ｌ
   −Ｃ同調型部分放電センサ。