JPH07191071A - 電力ケーブルの絶縁劣化診断法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 迷走電流の影響を極力小さくし、水トリーか
らの劣化信号（直流成分電流）を精度良く測定して電力
ケーブルの絶縁劣化状態を高精度に診断する。 【構成】 被測定電力ケーブルの接地線に流れる直流成
分電流を検出し、この直流成分電流を打ち消すように逆
起電力を印加し、この逆起電力を印加した状態で大きさ
は同じで極性の異なる電圧を接地用変圧器又は交流ブロ
ック用リアクトル等を通して高電圧母線に印加し、正極
性の電圧を印加したときに測定された直流成分電流と負
極性の電圧を印加したときに測定された直流成分電流と
の差を求め、この差の値の大小によって電力ケーブルの
絶縁劣化状態を診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電圧が印加されて
いる活線下の電力ケーブル、主として架橋ポリエチレン
絶縁電力ケーブル（ＣＶケーブル）の絶縁劣化診断法に
係り、特に、水トリーによる真の劣化信号（直流成分電
流）を検出し、精度の高い診断を行うことのできる電力
ケーブルの絶縁劣化診断法に関する。

【０００２】

【従来の技術】絶縁材料、特に高分子材料は、使用中に
種々の原因により、次第にその絶縁性能が低下する所
謂、絶縁劣化現象が生じる。絶縁材料の劣化は使用され
る絶縁材料の種類、使用される場所によって劣化の状態
が異なる。この絶縁材料の劣化状態を知ることは、電力
ケーブルの絶縁破壊事故を予防する上で極めて重要であ
る。 架橋ポリエチレンを絶縁材料とするＣＶケーブル
の絶縁劣化は主に、水トリーによることが知られてい
る。したがって、ＣＶケーブルの絶縁劣化による絶縁破
壊事故を未然に防ぐには、この水トリーの発生を知るこ
とが重要である。従来より、布設された電力ケーブルの
水トリーを活線下で直流電流成分を検出することによっ
て検知する方法の開発が行われている。

【０００３】従来の診断法には、次の３つの方法があ
る。第１に、例えば、特開昭５９−２０２０７５号公報
に示される如き診断方法である。すなわち、電力ケーブ
ルの接地線から直流電流成分を検出して、絶縁劣化診断
を行うものである。

【０００４】第２に、例えば、特開昭５４−１４０５７
２号公報に示される如き診断方法である。すなわち、接
地用変圧器（以下、ＧＴＰ）の中性点から単一極性の直
流電圧を印加し、電力ケーブルの絶縁抵抗値を求めて、
絶縁劣化診断を行うものである。

【０００５】第３に、例えば、特開昭５９−２０２０７
８号公報に示される如き診断方法である。すなわち、Ｇ
ＴＰの中性点等から正・負の直流電圧を印加して、被測
定ケーブルに流れる正・負電流を測定し、正・負電流の
差により絶縁劣化診断を行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらは、いずれも電
力ケーブルの接地線に流れる直流成分電流を検出する際
に、電力ケーブルのシース絶縁抵抗に依存した迷走電流
が大地から流入し、水トリーからの劣化信号（直流成分
電流）に重畳してしまう。このため、電力ケーブルのシ
ース絶縁抵抗が、例えば１ＭΩ程度に低下すると、この
シース絶縁抵抗に依存した迷走電流は数μＡ〜数１００
ｎＡ程度となる。このような状況下において水トリーか
らの劣化信号である数ｎＡ程度の直流成分電流を検出す
ることは特開昭５９−２０２０７８号公報に示される如
き診断方法でも困難である。したがって、従来の電力ケ
ーブルの絶縁劣化診断法にあっては、水トリーからの劣
化信号に重畳する迷走電流を完全に排除することができ
ず、電力ケーブルの絶縁劣化の状態を正確に診断するこ
とができないという問題点を有している。

【０００７】本発明は、迷走電流の影響を極力小さく
し、水トリーからの劣化信号（直流成分電流）を精度良
く測定して電力ケーブルの絶縁劣化状態を高精度に診断
することのできる電力ケーブルの絶縁劣化診断法を提供
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断法は、被測定
電力ケーブルの接地線に流れる直流成分電流を検出し、
この直流成分電流を打ち消すように逆起電力を印加し、
この逆起電力を印加した状態で大きさは同じで極性の異
なる電圧を接地用変圧器又は交流ブロック用リアクトル
等を通して高電圧母線に印加し、正極性の電圧を印加し
たときに測定された直流成分電流と負極性の電圧を印加
したときに測定された直流成分電流との差を求め、この
差の値の大小によって上記ケーブルの絶縁劣化状態を診
断するようにしたものである。

【０００９】また、相対的に水トリーからの劣化信号
（直流成分電流）が大きい場合、被測定電力ケーブルの
接地線に流れる直流成分電流を検出し、この電流を打ち
消すように逆起電力を印加し、この逆起電力を印加した
状態で正極性又は負極性の電圧を接地用変圧器の中性点
又は交流ブロック用リアクトル等を通して高電圧母線に
印加し、該電圧印加前後に測定される直流成分電流の前
後の測定値の差を求め、この差の値の大小によって上記
ケーブルの絶縁劣化状態を診断することもできる。

【００１０】

【作用】直流電圧重畳装置のスイッチをＯＮし、接地用
変圧器の中性点を直接接地した状態（初期状態）で、被
測定電力ケーブルの接地線に流れる直流成分電流を測定
する。このとき、測定された直流成分電流が、迷走電流
か水トリーからの劣化信号であるかは問題でない。その
後、測定装置は、この直流成分電流を打ち消すように逆
起電力を発生させて所定の直流電流成分（数ｎＡ程度）
以下にする。

【００１１】この状態で、直流電圧重畳装置の正極性の
電圧を印加する直流電源のスイッチをＯＮし、正極性の
電圧を接地用変圧器を通して高電圧母線に印加する。そ
して、この正極性の電圧を印加したときに接地線に流れ
る直流成分電流を測定する。

【００１２】次に、直流電圧重畳装置の負極性の電圧を
印加する直流電源のスイッチをＯＮし、正極性の電圧と
同じ大きさの負極性の電圧を接地用変圧器を通して高電
圧母線に印加する。このような直流電圧の重畳により、
水トリーからの劣化信号（直流成分電流）は大きくな
る。そして、正極性の電圧を印加したときに測定された
直流成分電流と負極性の電圧を印加したときに測定され
た直流成分電流との差を求め、正極性及び負極性の電圧
を印加する前に接地線に流れていた所定直流成分電流
（数ｎＡ以下）を消去する。このようにすることによっ
て、迷走電流の影響が排除され正極性又は負極性の電圧
を印加したときにＣＶケーブルに生じる水トリーからの
劣化信号の２倍以上の直流成分電流が検出される。

【００１３】以上の説明は、正極性と負極性の電圧を印
加したときに測定された直流成分電流の差を求める方法
に関するものであるが、一方の極性の電圧を印加し、こ
の電圧印加前後に測定された直流成分電流の差を求め、
この値の大小によって上記ケーブル絶縁劣化状態を診断
することもできる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１〜図３には、本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診
断法の一実施例が示されている。

【００１５】図において、１は電源変圧器、２は高電圧
母線である。３は接地用変圧器で、高電圧母線２に接続
されている。４は大地に接続する接地用変圧器３の中性
点接地線であり、この中性点接地線４の途中には直流電
圧重畳装置５が接続されている。この直流電圧重畳装置
５は、図２に示す如き構成を有している。すなわち、中
性点接地線４には、中性点接地線４を短絡するスイッチ
５１が挿入されており、このスイッチ５１の他端は接地
されている。また、中性点接地線４には、このスイッチ
５１に並列してスイッチ５２、５３が接続されており、
スイッチ５２の他端には、直流電源５４の（−）端子
が、スイッチ５３の他端には、直流電源５５の（＋）端
子がそれぞれ接続されている。この直流電源５４の
（＋）端子と直流電源５５の（−）端子は、共に接地さ
れている。また、中性点接地線４には、このスイッチ５
１に並列してコンデンサ５６の一端が接続されており、
このコンデンサ５６の他端は接地されている。

【００１６】６はケーブル端末接続部で、被測定ケーブ
ルであるＣＶケーブル７を高電圧母線２に接続するもの
である。ＣＶケーブル７は３心のケーブルを例にとった
ものである。８はＣＶケーブル７の遮蔽層（具体的に
は、銅遮蔽テープ）と大地とを接続する接地線である。
この接地線８の途中には測定装置９が接続されている。
この測定装置９は、図３に示す如き構成を有している。
すなわち、接地線８には、逆起電力印加回路９１を介し
て直流成分電流測定器９２が接続されている。逆起電力
印加回路９１は、接地線８に正極性又は負極性の電圧を
０（零）から可変して印加できるものである。そして、
この逆起電力印加回路９１は、接地線８に流れる直流成
分電流を測定する直流成分電流測定器９２によって制御
される。すなわち、直流成分電流測定器９２は、逆起電
力印加回路９１の出力がゼロの状態で接地線８に流れる
直流成分電流を測定し、この測定値が所定値以下になる
まで逆起電力印加回路９１の出力を制御する。

【００１７】直流成分電流測定器９２は、図示されてい
ないが、接地線８を短絡するスイッチが挿入されてお
り、このスイッチは、直流成分電流測定時のみＯＦＦと
し、常時はＯＮ状態となっている。また、直流成分電流
測定器９２は、接地線８に流れる直流成分電流を測定す
る計測部（具体的には、フィルタと増幅器）と、計測部
で測定した直流成分電流を演算して表示する表示演算部
とを有している。また、接地線８には、逆起電力印加回
路９１と直流成分電流測定器９２の直列回路に並列にコ
ンデンサ９３が接続されている。このコンデンサ９３
は、直流成分電流測定時にＣＶケーブル７の遮蔽層の交
流電位を低くするために挿入されている。そして、この
コンデンサ９３の両端には、図示されていないが地絡時
安全装置が接続されている。

【００１８】次に、本実施例の作用について説明する。
初期において、直流電圧重畳装置５のスイッチ５１は、
ＯＮ状態である。まず、この状態で接地線８に流れる直
流成分電流Ｉｄｃ１を測定装置９の直流成分電流測定器
９２によって測定する。測定装置９の直流成分電流測定
器９２によって直流成分電流が測定されると、測定装置
９は逆起電力印加回路９１を駆動して、直流成分電流測
定器９２によって測定された直流成分電流を打ち消すよ
うに逆起電力を接地線８に印加して所定直流電流（数ｎ
Ａ）以下にする（Ｉｄｃ０）。

【００１９】そこで、スイッチ５１をＯＦＦし、直流電
圧重畳装置５の正極性の電圧を印加する直流電源５５の
スイッチ５３をＯＮにして、正極性の電圧（数十Ｖ程
度）を接地用変圧器３を通して高電圧母線２に印加す
る。そして、この正極性の電圧を印加したときに接地線
８に流れる直流成分電流を測定装置９の直流成分電流測
定器９２によって測定する（Ｉｄｃ１）。正極性の電圧
を印加する前は、接地線８には所定の電流（数ｎＡ）以
下しか流れていない状態となっているため、直流成分電
流測定器９２によって測定された直流成分電流は、正極
性の電圧印加によってＣＶケーブル７の絶縁体層中に生
じた水トリーからの劣化信号（水トリーによる直流成分
電流）が重畳された値となっている。

【００２０】次に、スイッチ５３をＯＦＦし、直流電圧
重畳装置５の負極性の電圧を印加する直流電源５４のス
イッチ５２をＯＮにして、正極性の電圧と同じ大きさの
負極性の電圧（数十Ｖ程度）を接地用変圧器３を通して
高電圧母線２に印加する。そして、この負極性の電圧を
印加したときに接地線８に流れる直流成分電流を測定装
置９の直流成分電流測定器９２によって測定する（Ｉｄ
ｃ２）。正極性と同様に直流成分電流測定器９２によっ
て測定された直流成分電流は、所定の電流（数ｎＡ）以
下の直流電流に負極性の電圧によってＣＶケーブル７の
絶縁体層中に生じた水トリーからの劣化信号（水トリー
による直流成分電流）が重畳された値となっている。

【００２１】そして、正極性の電圧を印加したときに測
定された直流成分電流Ｉｄｃ１と負極性の電圧を印加し
たときに測定された直流成分電流Ｉｄｃ２との差の直流
成分電流Ｉｄｃを Ｉｄｃ＝Ｉｄｃ１−Ｉｄｃ２ と求め、正極性及び負極性の電圧を印加する前に接地線
に流れていた所定の電流（数ｎＡ）以下の直流成分電流
Ｉｄｃ０を消去する。このようにすることによって、正
極性又は負極性の電圧を印加したときにＣＶケーブル７
の絶縁体層中に生じる水トリーからの劣化信号の２倍以
上の水トリーによる直流成分電流が検出され、この値の
大小によってＣＶケーブル７の絶縁劣化状態を正確に診
断することができる。

【００２２】水トリー劣化の著しいＣＶケーブルの場合
でも、このような直流電圧を重畳しないと、水トリーに
よる直流成分電流が１ｎＡ未満のことがあり測定し難い
が、直流電圧の重畳によって大きな直流成分電流として
検出される。そして、それぞれの極性で測定された直流
成分電流の差（Ｉｄｃ）を求めることによって、Ｉｄｃ
１、Ｉｄｃ２に含まれるＩｄｃ０は消去され、劣化信号
である直流成分電流は２倍以上となる。これにより絶縁
劣化診断の精度は、大幅に向上される。

【００２３】本発明の実施例の効果を確認するため、水
トリーによって劣化した劣化ケーブルを用いて、迷走電
流のない状態で直流電圧を重畳したときの直流成分電流
の値を測定した結果が表１に示されている。

【００２４】

【表 １】 この表１から解るように直流電圧を重畳すると、測定さ
れる直流成分電流の値が大きくなる。

【００２５】また、新品ケーブルと、劣化ケーブルとを
用いて、迷走電流のある状態で従来の方法（特開昭５９
−２０２０７５号公報に示される如き診断方法）で測定
した直流成分電流の値と、本発明の方法で測定した直流
成分電流の値とが表２に比較して示されている。

【００２６】

【表 ２】 この表２から判るように従来の方法（特開昭５９−２０
２０７５号公報に示される如き診断方法）では、新品ケ
ーブルの直流成分電流と絶縁劣化ケーブルの直流成分電
流との差が小さく、絶縁劣化状態を正確に判断すること
が難しい。これに対し、本発明の方法によると、迷走電
流の影響が全くなく、水トリーによる直流成分電流Ｉｄ
ｃを正確に求めることができる。

【００２７】さらに、迷走電流が大きい場合、従来の方
法（特開昭５９−２０２０７８号公報に示される如き診
断方法）と本発明の方法で測定した流成分電流の値との
比較が表３に示されている。

【００２８】

【表 ３】 この表３から判るように従来方法では迷走電流が大きく
なると、正しい測定ができなくなる。

【００２９】次に、本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣
化診断法の他の実施例について説明する。本実施例が前
記実施例と異なる点は、前記実施例が正極性と負極性の
電圧を印加したときに測定された直流成分電流の差を求
める方法であるのに対し、本実施例は、直流電圧の重畳
を正極性、負極性の一方の極性の電圧を印加し、この電
圧印加前後に測定された直流成分電流の差を求め、この
値の大小によって電力ケーブルの絶縁劣化状態を診断を
行う点である。

【００３０】正極性又は負極性の電圧を印加したときに
測定された直流成分電流Ｉｄｃ１と正極性又は負極性の
電圧を印加する前に測定された直流成分電流Ｉｄｃ０と
の差の直流成分電流Ｉｄｃを Ｉｄｃ＝Ｉｄｃ１−Ｉｄｃ０ と求め、正極性及び負極性の電圧を印加する前に接地線
に流れていた所定直流電流（数ｎＡ）以下の直流成分電
流Ｉｄｃ０を消去する。これにより迷走電流の影響を排
除し、水トリーからの劣化信号（直流成分電流）を検出
できる。

【００３１】図４は、単芯型のＣＶケーブルを用いた例
を示すもので、ＣＶケーブル７の絶縁劣化状態を診断す
る方法は、図１に示す電力ケーブルの絶縁劣化診断法と
異なるところはない。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３３】被測定電力ケーブルの接地線に流れる直流
成分電流を検出し、この直流成分電流を打ち消すように
逆起電力を印加し、この逆起電力を印加した状態で大き
さが同じで極性の異なる電圧を上記接地用変圧器又は交
流ブロック用リアクトル等を通して高電圧母線に印加
し、正極性の電圧を印加したときに測定された直流成分
電流と負極性の電圧を印加したときに測定された直流成
分電流との差を求め、この差の値の大小によって上記ケ
ーブルの絶縁劣化状態を診断するようにしてあるので、
水トリーからの劣化信号に重畳する迷走電流を排除し、
迷走電流の影響を受けずに２倍以上の水トリーによる直
流成分電流を得ることができるため水トリーによる直流
成分電流のみを精度良く測定することができ、電力ケー
ブルの絶縁劣化状態を高精度に診断することができる。

【００３４】また、同様にして、正極性又は負極性の電
圧を接地用変圧器の中性点又は交流ブロック用リアクト
ル等を通して高電圧母線に印加し、該電圧印加前後に測
定される直流成分電流の差を求め、この差の値の大小に
よって上記ケーブルの絶縁劣化状態を診断するようにし
てあるので、水トリーからの劣化信号に重畳する迷走電
流を排除し、迷走電流の影響を受けずに水トリーによる
直流成分電流を精度良く測定して電力ケーブルの絶縁劣
化状態を高精度に診断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断法の
３芯一括のＣＶケーブルを対象とする実施例を示す回路
構成図である。

【図２】図１に図示の直流電圧重畳装置の構成図であ
る。

【図３】図１に図示の測定装置の構成図である。

【図４】本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断法の
単芯型のＣＶケーブルを対象とする実施例を示す回路構
成図である。

【符号の説明】

１………………………………………………………………
電源変圧器 ２………………………………………………………………
高電圧母線 ３………………………………………………………………
接地用変圧器 ４………………………………………………………………
中性点接地線 ５………………………………………………………………
直流電圧重畳装置 ６………………………………………………………………
ケーブル端末接続部 ７………………………………………………………………
ＣＶケーブル ８………………………………………………………………
接地線 ９………………………………………………………………
測定装置 ５１，５２，５３，…………………………………………
スイッチ ５４，５５……………………………………………………
直流電源 ５６，９３……………………………………………………
コンデンサ ９１……………………………………………………………
逆起電力印加回路 ９２……………………………………………………………
直流成分電流測定器

フロントページの続き (72)発明者 平田 宜弘 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 橋詰 俊成 静岡県沼津市大岡2771 矢崎電線株式会社 内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 運転状態にある電力ケーブル系統の接地
   用変圧器の中性点又は交流ブロック用リアクトル等を通
   して直流電圧を印加して電力ケーブルの絶縁劣化状態を
   診断する方法において、上記接地用変圧器又は交流ブロ
   ック用リアクトル等に接続されている被測定電力ケーブ
   ルの接地線に流れる直流成分電流を検出し、この直流成
   分電流を打ち消すように逆起電力を印加し、この逆起電
   力を印加した状態で大きさは同じで極性の異なる電圧を
   上記接地用変圧器又は交流ブロック用リアクトル等を通
   して高電圧母線に交互に印加し、正極性の電圧を印加し
   たときに測定された直流成分電流と負極性の電圧を印加
   したときに測定された直流成分電流との差を求め、この
   差の値の大小によって上記ケーブルの絶縁劣化状態を診
   断することを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化診断
   法。
2. 【請求項２】 運転状態にある電力ケーブル系統の接地
   用変圧器の中性点又は交流ブロック用リアクトル等を通
   して直流電圧を印加して電力ケーブルの絶縁劣化状態を
   診断する方法において、上記接地用変圧器又は交流ブロ
   ック用リアクトル等に接続されている被測定電力ケーブ
   ルの接地線に流れる直流成分電流を検出し、この直流成
   分電流を打ち消すように逆起電力を印加し、この逆起電
   力を印加した状態で正極性又は負極性の電圧を接地用変
   圧器の中性点又は交流ブロック用リアクトル等を通して
   高電圧母線に印加し、該電圧印加前後に測定される直流
   成分電流の測定値の差を求め、この差の値の大小によっ
   て上記ケーブルの絶縁劣化状態を診断することを特徴と
   する電力ケーブルの絶縁劣化診断法。