JPH06273472A

JPH06273472A - 部分放電検出センサ

Info

Publication number: JPH06273472A
Application number: JP6408593A
Authority: JP
Inventors: Isao Mizunuma; 勲水沼; Toru Wada; 亨和田; Akihito Toukairimu; アキヒトトウカイリム
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】電力ケーブルに発生する部分放電を検出する
部分放電検出センサにおいて、設置現場の状況等に影響
されず、周囲のノイズの混入を回避でき、常に良好なＳ
／Ｎ比を確保できて部分放電の検出感度及び検出精度が
高い部分放電検出センサを提供する。【構成】検出コイル１は、部分放電に伴って電力ケー
ブル１５から放出される電磁波を検出し、誘起電気信号
を発生する。センサ内回路１０はコイル２，４及びコン
デンサ３，５からなる定Ｋフィルタと、マッチングトラ
ンス６とにより構成されている。そして、定Ｋフィルタ
のインピーダンスは、検出コイル１のインピーダンスと
略等しく設定されている。

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）を検出する部分放電検出センサに
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、電力ケーブルの終端部の内部導体と金属遮蔽層との
間に、結合コンデンサ及び検出インピーダンスを直列に
接続し、検出インピーダンスの両端に生じた電位差を数
百ｋＨｚの同調周波数をもつ同調増幅器によって取り出
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問題点がある。

【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 275ｋＶＣＶ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（シース）上に電極を取り付け、この電極と
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
により部分放電を検出するセンサ（部分放電検出セン
サ）を提案した（特願平2-310197号等）。

【０００９】図７は、上述の部分放電検出センサの一例
を示す回路図である。

【００１０】電力ケーブル３０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４１が設けられてい
る。コイル４３及びコンデンサ４４は端子４２を介して
電極４１に直列接続されており、コイル４５及びコンデ
ンサ４６はコンデンサ４４と端子Ｅとの間に並列接続さ
れている。これらのコイル４３，４５及びコンデンサ４
４，４６は定Ｋフィルタ４０を構成している。この定Ｋ
フィルタ４０は、特定周波数帯域の信号を選択的に通す
バンドパスフィルタとして作用する。この定Ｋフィルタ
４０の出力は、インピーダンスマッチング部５０内のマ
ッチングトランス４７を介して出力端子から出力され、
例えばシールドケーブルを介して信号処理装置に伝達さ
れる。インピーダンスマッチング部５０は、定Ｋフィル
タ４０の出力インピーダンスと信号処理装置の入力イン
ピーダンスＺ0 とのマッチングをとるために設けられる
ものであり、信号処理装置の入力インピーダンスＺ0 の
影響による定Ｋフィルタ４０の周波数帯域の変動を回避
するものである。

【００１１】検出対象である電力ケーブル３０は、例え
ば 275ｋＶのＣＶケーブルで、中心から順次、内部導体
３１、内部半導電層（図示せず）、ケーブル絶縁体（Ｘ
ＬＰＥ：cross-linked polyethylene ，架橋ポリエチレ
ン）３２、外側金属層としての金属遮蔽層３３及び被覆
層としてのプラスチックシース３４を同軸配置して形成
されている。金属遮蔽層３３は、架設ケーブルの終端部
及び接続部等において適宜接地されている。

【００１２】このように構成された部分放電検出センサ
において、電極４１はシース３４を挟んで金属遮蔽層３
３と対峙しており、これらの電極４１、シース３４及び
金属遮蔽層３３により結合容量（コンデンサ）が構成さ
れる。例えば、ケーブル絶縁体３２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、金属遮
蔽層３３を伝播し、前記結合容量により検出される。定
Ｋフィルタ４０は、電極４１で検出した信号のうち、ノ
イズ成分が少ない帯域の信号を選択的に通す。この定Ｋ
フィルタ４０を通過した信号は、マッチングトランス４
７を介して、信号処理装置に出力される。

【００１３】この部分放電検出センサは、電力ケーブル
へのセンサ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。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た部分放電検出センサにおいては、実際の現場で使用す
る場合に、以下に示す問題点がある。即ち、実際のセン
サ設置現場においては、図８に示すように、端子Ｅと接
地との間の接続線（以下、接地配線という）の長さＬm
が長くなり、この接地配線のもつ自己インダクタンスに
よるインピーダンス成分Ｚ1 が大きくなって、定Ｋフィ
ルタ４０のもつインピーダンスとの整合がずれてしま
い、バンドパスフィルタの周波数帯域が大きく外れるこ
とがある。即ち、設計時には検出部のインピーダンスＺ
0 と定Ｋフィルタとの入力インピーダンスＲとが同一に
なるように設定しても、実際のセンサ設置現場において
は接地配線のインピーダンス成分が検出部のインピーダ
ンスに付加されるため、（Ｚ0＋Ｚ1 ）》Ｒとなり、イ
ンピーダンスの不整合となる。そうすると、センサ出力
に外部ノイズが混入し、部分放電の検出感度及び検出精
度が著しく劣化する。また、前記接地配線がアンテナと
なって周囲のノイズを拾うため、Ｓ／Ｎ比が劣化する。

【００１５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、接地配線によるインピーダンスの変動を回
避できて、Ｓ／Ｎ比が高い部分放電検出センサを提供す
ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る部分放電検
出センサは、電力ケーブルに発生する部分放電を検出す
る部分放電検出センサにおいて、部分放電に伴って前記
電力ケーブルから放出される電磁波により誘起電気信号
を発生する検出コイルと、この検出コイルに接続され前
記誘起電気信号のうちの特定周波数成分を選択的に通す
定Ｋ型フィルタと、を有し、前記定Ｋ型フィルタのイン
ピーダンスは前記コイルのインピーダンスに応じて設定
されていることを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明においては、部分放電に伴って発生し電
力ケーブルから放出される電磁波をコイル（検出コイ
ル）により検出し、このコイルに発生した誘起電気信号
のうちの特定周波数成分を定Ｋフィルタを介して取り出
す。即ち、電力ケーブルに部分放電が発生すると、この
部分放電に伴って電磁波が発生する。この電磁波が検出
コイル内を通過することにより、検出コイルの両端には
誘起電圧が発生する。定Ｋフィルタは、この検出コイル
の両端に発生した誘起電圧（即ち、誘起電気信号）のう
ち、ノイズ成分が少ない帯域の信号成分を選択的に通
す。

【００１８】本発明においては、上述の如く、検出コイ
ルの両端に発生する誘起電気信号により部分放電を検出
する方式であるため、検出回路に接地配線が含まれな
い。従って、本発明に係る部分放電検出センサは、セン
サ設置現場の状況等に影響されず、常に良好なＳ／Ｎ比
を確保することができる。

【００１９】

【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。

【００２０】図１は本発明の実施例に係る部分放電検出
センサを示す回路図である。

【００２１】部分放電の検出対象である電力ケーブル１
５は、例えばＣＶケーブルで、中心から順次、内部導体
１６、内部半導電層（図示せず）、ケーブル絶縁体１
７、外部半導電層（図示せず）、遮蔽層１８及び被覆層
（図示せず）を同軸配置して形成されている。

【００２２】部分放電検出センサは、検出コイル１と、
この検出コイル１と出力端子（同軸コネクタ）との間に
設けられたセンサ内回路１０とにより構成されており、
電力ケーブル１５の周面上に取り付けられる。

【００２３】センサ内回路１０は、定Ｋフィルタとマッ
チングトランス６とにより構成されている。定Ｋフィル
タは、検出コイル１の一端と接続点Ｓ1 との間に直列接
続されたコイル２及びコンデンサ３と、接続点Ｓ1 ，Ｓ
2 間に並列接続されたコイル４及びコンデンサ５とによ
り構成されている。なお、接続点Ｓ2 は検出コイル１の
他端に接続されている。また、この定Ｋフィルタのイン
ピーダンスは、検出コイル１のインピーダンスと略等し
くなるように設定されている。この定Ｋフィルタは、特
定の周波数帯域の信号を選択的に通すバンドパスフィル
タとして作用する。

【００２４】マッチングトランス６は、その一次側コイ
ル（巻線数Ｎ2 ）が接続点Ｓ1 ，Ｓ2 間に接続され、二
次側コイル（巻線数Ｎ1 ）が出力端子の中心導体及び外
側導体間に接続されている。このマッチングトランス６
は、定Ｋフィルタのインピーダンスと後段に接続される
信号処理装置の入力インピーダンスとの整合をとるため
に設けられている。

【００２５】信号処理装置は、例えば、減衰器（ＡＴ
Ｔ）１１、プリアンプ（ＡＭＰ）１２及びデジタルオシ
ロスコープ（ＯＳＣ）１３により構成されており、セン
サから与えられた信号に対して所定の処理を施す。

【００２６】次に、本実施例に係る部分放電検出センサ
の動作について説明する。例えば、電力ケーブル１５の
ケーブル絶縁体１７中で部分放電が発生すると、それに
伴って電磁波が発生する。この電磁波が検出コイル１を
通過すると、コイル１に前記電磁波に対応する広帯域の
電気信号（誘起電気信号）が発生する。定Ｋフィルタ
は、この広帯域電気信号のうち、回路定数により決定さ
れる周波数帯域の信号成分を選択的に通す。定Ｋフィル
タを通過した信号は、マッチングトランス６を介して出
力され、信号処理装置に与えられる。

【００２７】本実施例においては、検出コイル１により
部分放電に伴う電磁波を検出し、定Ｋフィルタは検出コ
イル１に発生した広帯域の電気信号のうちノイズ成分が
少ない帯域の信号成分を選択的に出力する。従って、本
実施例に係る部分放電検出センサは、ノイズ成分が少な
く、良好なＳ／Ｎ比で部分放電を検出することができ
る。また、本実施例に係る部分放電検出センサは、検出
回路に接地配線が含まれないため、実際のセンサ設置現
場においても、バンドパスフィルタ（定Ｋフィルタ）の
通過周波数帯域の変動を回避できると共に、周囲のノイ
ズの混入を回避できる。更に、本実施例に係る部分放電
検出センサは、構造が簡単であり、電力ケーブルの被覆
層上に取り付けるだけであるので、布設後の電力ケーブ
ル及び接続部に容易に設置することができると共に、活
線状態での測定も可能である。更にまた、本実施例にお
いては、金属遮蔽層を非接地状態にする必要がない。こ
のため、本実施例に係る部分放電検出センサは、接続部
等の形式によって適用を限定されたり、安全性が低下し
たりする等の不都合を回避できる。

【００２８】次に、本発明の実施例に係る部分放電検出
センサの周波数特性及び感度特性を調べた結果について
説明する。

【００２９】図２は、部分放電検出センサの特性試験方
法を示すブロック図である。

【００３０】高周波発振器２１に模擬導体（電力ケーブ
ル）２２及び抵抗２３（抵抗値７５Ω）を直列接続し、
抵抗２３に並列に電圧計２４を接続した。また、模擬導
体２２に検出コイル及び定Ｋフィルタにより構成される
部分放電検出センサ２５を取り付け、このセンサ２５の
出力をシンクロスコープ２６で観察できるようにした。

【００３１】そして、高周波発振器２１から下記表１に
示す周波数の信号を模擬導体２２に加え、シンクロスコ
ープ２６でセンサ２５から出力される電圧（誘起電圧）
を測定した。その結果を下記表１に併せて示す。なお、
模擬導体２２に流れる試料電流は、抵抗２３の両端の電
圧を測定し、Ｉ（電流）＝Ｖ（電圧）／Ｒ（抵抗値）の
関係から求めた。また、図３は、横軸に周波数をとり、
縦軸にセンサ誘起電圧をとって、表１に示す結果をグラ
フにしたものである。但し、図３において、０ｄＢは
１．０ｍＶである。

【００３２】

【表１】

【００３３】次に、注入電荷量（ｐｃ）とセンサ出力と
の関係を調べた。即ち、図２に示す装置において、模擬
ケーブル２１に下記表２に示す電荷量で信号を与えた。
そして、そのときのセンサ２５の出力電圧を調べた。そ
の結果を表２に併せて示す。また、図４は、横軸に放電
電荷量をとり、縦軸にセンサ出力をとって、表２に示す
結果をグラフにしたものである。

【００３４】

【表２】

【００３５】これらの表１，２及び図３，４から明らか
なように、本実施例に係る部分放電検出センサは、周波
数帯域幅が極めて広い。部分放電に伴って発生する信号
はその発生状況等により周波数が異なるが、本実施例に
係る部分放電検出センサは、これらの信号を高感度で検
出することができる。また、本実施例に係る部分放電検
出センサは、検出感度特性が良好は直線性を示した。

【００３６】次に、部分放電が発生しているケーブルに
本実施例に係る部分放電検出センサと、図７に示す従来
の部分放電検出センサ（比較例）とを取り付け、各セン
サの出力波形を２現象オシロスコープで観察した。この
とき、各センサの近傍にモータブラシノイズ源を配置し
た。

【００３７】図５は、実施例及び比較例の各部分放電検
出センサの出力波形を示す２現象オシロスコープの画面
を写真にとり、その写真をトレースした図である。な
お、図の上側は比較例のセンサの出力波形を示し、下側
は実施例のセンサの出力波形を示す。また、大きいパル
スはコロナ放電（部分放電）であり、小さいパルスはノ
イズである。この図５から明らかなように、本実施例に
係る部分放電検出センサは、比較例に比してノイズが極
めて少ない。比較例においては、最大コロナ出力Ｓは３
００ｍＶ、最大ノイズ出力は８０ｍＶ、Ｓ／Ｎ比は、
３．７５（即ち、１１．５ｄＢ）であった。一方、実施
例においては、最大コロナ出力が１００ｍＶ、最大ノイ
ズ出力が５ｍＶ、Ｓ／Ｎ比は２０（即ち、２６ｄＢ）で
ある。

【００３８】図６は他の部分放電が発生しているケーブ
ルに実施例及び比較例のセンサを取り付け、実施例及び
比較例の各部分放電検出センサの出力波形を示す２現象
オシロスコープの画面を写真にとり、その写真をトレー
スした図である。なお、図の上側は比較例のセンサの出
力波形を示し、下側は実施例のセンサの出力波形を示
す。この場合も、本実施例に係る部分放電検出センサ
は、比較例に比してノイズが極めて少なかった。比較例
においては、最大コロナ出力は４００ｍＶ、最大ノイズ
出力は９０ｍＶ、Ｓ／Ｎ比は４．４４（１３ｄＢ）であ
った。また、実施例においては、最大コロナ出力は１２
５ｍＶ、最大ノイズ出力は５ｍＶ、Ｓ／Ｎ比は２５（２
８ｄＢ）であった。

【００３９】本願発明者等は、上述のようにして種々実
験を繰り返した。その結果、図７に示す従来のセンサの
Ｓ／Ｎ比は１１．５〜１３ｄＢであり、本願発明の実施
例に係るセンサのＳ／Ｎ比は２０〜２８ｄＢであった。
即ち、本実施例に係る部分放電検出センサは、従来のセ
ンサに比して、Ｓ／Ｎ比が８．５〜１５ｄＢ向上した。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る部分放
電検出センサは、部分放電に伴って電力ケーブルから放
出される電磁波により誘起電気信号を発生する検出コイ
ルと前記誘起電気信号のうちの特定周波数成分を選択的
に通す定Ｋフィルタとを備え、前記定Ｋフィルタのイン
ピーダンスは前記検出コイルのインピーダンスに応じて
設定されているから、センサ設置現場の状況等に影響さ
れず、前記定Ｋフィルタの通過周波数帯域の変動を回避
できると共に、周囲のノイズの混入を抑制できる。この
ため、本発明に係る部分放電検出センサは、常に良好な
Ｓ／Ｎ比を確保することができて、部分放電の検出感度
及び検出精度が高い。また、本発明に係る部分放電検出
センサは、活線状態で部分放電の発生を検出することが
できると共に、布設後の電力ケーブルに容易に設置する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る部分放電検出センサを示
す回路図である。

【図２】部分放電検出センサの特性試験方法を示すブロ
ック図である。

【図３】本発明の実施例に係る部分放電検出センサの周
波数特性を示すグラフ図である。

【図４】本発明の実施例に係る部分放電検出センサの感
度特性を示すグラフ図である。

【図５】実施例及び比較例の各部分放電検出センサの出
力波形を示す２現象オシロスコープの画面を写真にと
り、その写真をトレースした図である。

【図６】実施例及び比較例の各部分放電検出センサの出
力波形を示す２現象オシロスコープの画面を写真にと
り、その写真をトレースした図である。

【図７】従来の部分放電検出センサの一例を示す回路図
である。

【図８】従来の問題点を示す模式図である。

【符号の説明】

１；検出コイル２，４，４３，４５；コイル３，５，４４，４６；コンデンサ６，４７；マッチングトランス１０；センサ内回路１５，３０；電力ケーブル１６，３１；内部導体１７，３２；ケーブル絶縁体１８，３３；遮蔽層４１；電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力ケーブルに発生する部分放電を検出
する部分放電検出センサにおいて、部分放電に伴って前
記電力ケーブルから放出される電磁波により誘起電気信
号を発生する検出コイルと、この検出コイルに接続され
前記誘起電気信号のうちの特定周波数成分を選択的に通
す定Ｋ型フィルタと、を有し、前記定Ｋ型フィルタのイ
ンピーダンスは前記コイルのインピーダンスに応じて設
定されていることを特徴とする部分放電検出センサ。