JPH08503297A - ケーブル内の部分放電を測定するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 発明は、螺旋状の構造をした接地スクリーン（screen）を有するケーブルの内部で起こっている部分放電を検出するための方法に関し、以下のステップを有する：ケーブルに沿って伝わる電磁パルスを検出するために、ケーブルのまわりに、検出コイルを少なくとも１つ配置する；ケーブルの心線と接地シールド（shield）との間に電位差を与える；パルスを引き起こしている部分放電の位置と特性とを確定するために、少なくとも１つの検出コイルにおいて、起こりうる部分放電によって引き起こされるパルスを解析する。そこで、検出コイルは、１００ＭＨｚより高い周波数の信号の処理に適応している。ほんの限られた巻き数のコイルを用いて、コイルに検出される信号が、ケーブルに沿って伝わる電磁パルスの形をはるかに忠実に表現することが見出だされた。

Description

【発明の詳細な説明】 ケーブル内の部分放電を測定するための方法及び装置 この発明は、ケーブル内部での部分放電を測定するための方法に関する。 部分放電とは、高電圧ケーブルの内部の導線と接地シールド（shield）との間 におかれた誘電材内で生じる放電であり、そこでは、完全な絶縁破壊に至らない 。 このような部分放電の発生は、ケーブルの品質劣化の原因となる。部分放電は 又、しばしば、完全な放電（絶縁破壊）の引き金にもなる。 ＪＰ−４０８４７７９号とＪＰ−３１７０７７号とより、螺旋状の構造をした 接地スクリーン（screen）を有するケーブルの内部で生じる部分放電を検知する ための、以下の手順を有する方法が知られている：ケーブルに沿って伝わる電磁 パルスを検出する為に、検出コイルをケーブルのまわりに、少なくとも１つ配置 し：ケーブルの心線と接地シールドとの間に電位差を与える；そして、電磁パル スを引き起こした部分放電の位置と特性とを確定するために、少なくとも１つの 検出コイル内で、起こりうる部分放電により生じるパルスを解析する。 既に知られているこの方法は、ある部分放電により引き起こされる電磁パルス が、両方向にケーブル内を伝わる、という事象を用いている。ソリッド（solid ）な接地スクリーンを備えたケーブルの場合、この方法では、局部的な破壊がな ければ、ケーブルの外部のそうしたパルスを検出することはできない。 別々の導線から成り螺旋状の構造をした接地シールドを備えたケーブルにおい て、伝わるパルスは、接地シールドの導線の軸方向と接線方向の両方へ流れる電 流を引き起こす。ここで注意すべき事柄であるが、こうして誘発された電流は、 上記された現象の高周波についての結果としてもまた、はじめの導線を流れ続け 、後続する導線に移り入ることはない。 導線の接線方向に流れるこうした電流は、ケーブルの外側に検知しうる軸方向 の電磁パルスを引き起こす。 上記した現象の理論基礎に関しては、１９８４年１月、アインホーべン（Ｅｉ − ndhoven）のイー．ジェー．ブレザー （Ｅ．Ｊ．Bresser）による卒業論文”Ｘ ＰＬＥケーブルに関する部分放電機構の検出の研究”と、１９８３年１２月、ア インホーべン（Ｅindhoven）のジー．ジー．ボルザック（Ｇ．Ｇ．Wolzak）によ る博士論文”高電圧測定技術の開発”とにおいて言及されている。 軸に沿って伝わるこの磁場は、広い周波数領域、すなわち、数ＧＨｚにわたっ て成分を有している。ここで注目されることは、高周波数成分は短い距離で減衰 され、また、低周波数成分はより遠距離に伝わることが可能なことである。 ＪＰ−４０８４７７９号とＪＰ−３１７０７７号とより知られている方法およ び装置は、ケーブルの伝達の検査に関する。部分放電がその中で起こりうるケー ブルは、測定コイルに関連して動く。テストのために、ある大きさの電圧がケー ブルに加えられる。いかなる部分放電も、繰り返して、かつ、常に同じ位置に生 じるであろう。部分放電が一般に起こる位置が、繰り返し、コイルの範囲を越え て動くにつれて、そのコイルで検出される電圧は、ある最大値をとるであろう。 位置の測定は、ケーブルに関連した測定コイルの相対的に異なる位置で、繰り返 し測定することによって行われる。 この手法は、インシチュ測定（in situ measurements）には用いることができ ず、研究状況下での測定にはあまり適切でない。 この公知の方法において、検出コイルは、そうでなければ、変形した信号を与 え、その結果、信号はケーブルに沿って伝わるパルスの継続時間を通じて分散さ れた表示である。これにより、部分放電中に起こる物理現象の研究は困難になり 、また部分放電の正確な位置測定が出来なくなる。こうした不具合は、測定が行 なわれる位置での、比較的低周波の成分によって引き起こされる。 この発明の目的は、位置測定におけるより高い精度と、外部の雑音に対するよ り低い感受性と、元の信号の形のより忠実な表示とを与えることより、できるだ け多様な状況において適用しうる方法及び装置を提供することである。 この目的は、１００ＭＨｚよりも高周波数の信号の処理に適応する検出コイル を以て実現している。 装置が高周波に適しているので、部分放電の位置測定のはるかに優れた分析が 可能となる。その上、そのような高周波領域では、装置は雑音に対して、より鈍 感である。 好ましくは、こうした方法では、最大でも、たった３巻きの検出コイルを使用 する。 このような、ほんのわずかな限られた巻き数を有するコイルを用いれば、コイ ルによって検出される信号が、ケーブルに沿って伝わる電磁パルスの形をはるか に忠実に表現することが見出だされた。この結果は、より巻き数の多いコイルは より大きな自己誘導を伴うので、検出される信号の勾配は少なからず小さくなる 、という事実に原因づけられる。最も優れた結果は、たった１巻きのコイルの場 合に得られることが見出だされた。 広帯域増幅器も任意的に使用できる。 最初の実施例によれば、信号は高周波の装置で処理できる。この処理法は、高 周波の測定信号をディジタル形式へ変換することにより、あるいは、低周波の装 置の処理が更に可能なように、電子装置を用いて信号を処理することにより構成 しうる。 この方法で用いられた検出コイルについての、別の好ましい実施例によれば、 検出コイルは帯形である。この手段はまた、検出コイルの自己誘導を減少させる ことにもなる。 更に好ましい実施例によれば、巻きの両端は相互的に、コンデンサを用いて連 結されている。この手段は、急な現象が、より低周波数の干渉信号と、より簡単 に区別されるように、２度微分するコイルとなっている。微分する動作は、結果 的に波形の変形をもたらす。 また別の実施例によれば、検出コイルは、並列に連結した２巻きを有する。こ の手段は、同様に、自己誘導を低減させることになる。 この発明を、添付した図面を参照しながら、続けて明らかにしてゆく： 図１は、この発明による方法での使用に際しての測定装置の部分的に切り欠い た、部分的な模式図を表している； 図２は、この発明による方法における使用に関しての、検出コイルの第１の実 施例の斜視図である； 図３は、図２に描写された検出コイルの第２の実施例を示している； 図４は、図２に描写された検出コイルの第３の実施例を示している。 前置き部分で既に述べたように、この発明による方法は、高電圧ケーブル１、 あるいは、それに連結された他の構成要素、特にケーブルの付属品、更には変圧 器等を、テストするために利用される。高電圧ケーブル１は、内部の導線２で形 成され、そのまわりに誘電体３が配置され、その外側に接地シールド４が位置す る。外装５は、スクリーン４のまわりに配置されている。誘電体３の内側と外側 には、電圧の制御のために使用される、半導電の層が備えられている。これは、 この発明とは一切関係ないので、図中には示されていない。 ここで、接地シールド４は螺旋構造をしている、つまり、接地シールドは、誘 電体のまわりに螺旋状にまかれた別々の導線を寄せ集めたものであることが注目 されるべきである。 この発明による測定を行うに際して、測定コイル６は、外装５のまわりに配置 され、測定ケーブル７と、それにつながったコネクタ８とによって接続されてい る。測定ケーブルは、随意的には増幅器のあと、高速ディジタイザ（high-speed digitizer）１０につながり、信号はその後、計算機１１に記憶される。２つの 測定コイル間のパルスの遅延の差が、比較的簡単な手段を以て決定されるように 、測定ケーブル７内の信号が、随意的には増幅器のあと、高速電子装置（弁別器 （discriminator）と時間振幅変換器（time amplitude converter））に送られ る、という実施例もまた可能である。ＨＶ付属品のモニターにおける適用のため には、レベルの識別のみが必要である。 例として、図１に示されるように、ケーブルは高圧電源１２につながっている 。この電源は、（実験室内のように）調節できる振幅と、又、（電力供給幹線内 のように）一定の振幅を有することができる。 先の測定の結果に従って、センサーの位置は選べて、かつ、自由に変えること ができる。 研究所では、発電機１２により生じる電圧を上げることによって、高電圧ケー ブルの、内部の導線２と接地シールド４との間の電圧は上がる。この過程は、部 分放電が検出の臨界値を越えるまで続けられる。 研究所では、継電器１４によって高圧電源１２のスイッチを切る為に、放電の 発生を検出する独立した検出装置１３で、測定方法を補うことができる。これは 、使用している電圧が維持されている場合、あるいは、それ以上に上昇した場合 に起こる、ケーブルを破壊してしまう完全破壊が起こらないようにするために行 なわれる。 コイル６が１巻き、あるいは、数巻きのみを有する事実のために、コイル６が 得る信号は、増幅器９で随意的に修正されて小さい振幅を有するが、高精度の分 解能（high time resolution）のために、部分放電によって引き起こされ、高電 圧ケーブル１に沿って移動する電磁パルスを、忠実に表示している。 ディジタイザ１０を使用すれば、電磁パルスによって引き起こされた信号を、 ディジタル形式へ変換することが可能であり、そのために、容易に（計算機の） 記憶装置１１に記憶され、あるいは、ディジタル形式で分析されることが可能に なる。 ここで、パルスによって引き起こされた信号は非常に高い周波数を有し、その ために、ディジタイザ１０は、非常に高いサンプリング周波数をもたなければな らないことが注目されるべきである；ここでは、１ＧＨｚの大きさの度合に対処 する必要がある。コイルは構造的に簡単であるので、異なる測定コイルから同一 の信号を得ることが、まったく可能である。 高精度の分解能（high time resolution）を伴ったこの長所は、±１cmまでの 非常に高精度な部分放電の位置測定を可能にする。 ２つの異なるコイルの信号が実質的に同一であることの、さらなる利点は、そ れによって、部分放電のパルスがやって来る方向を、簡単な方法で決定すること が可能である、という事実にある。この目的のために、２つのコイルの信号は合 成され、（遅延線による）遅延後、それらのうちの１つの信号は、２つのコイル の間の遅延に等しい。一方から来れば、信号は互いに打ち消し合い、他方から来 れば、それらは次々に到達して検出される。これにより、全体の信号は、方向に 依 存することになっている。 １巻きのコイルの付加すべき特徴は、ケーブルのまわりに取り付け易いことで ある。 この点まで述べた方法で、起こっている部分放電を調べることが、このように 可能になる。これによって、部分放電の位置測定のために、この発明が利用でき る。 第１の例では、１つの信号コイルが使用される測定によって、部分放電の位置 を評価することが可能である；その時利用されるものは、部分放電によって生じ るパルスが、ケーブルの両端で行っている反射であり、そこでは、位置は遅延の 差から評価されうる。同様に、２つのコイルを用いた測定を行い、このようにし て、位置を決めることが可能である。 コイルはその時、部分放電が起こっている場所−以前の測定からの予測による −に配置することができる；そのとき、それは、部分放電が起こっているコイル の側での信号の極性から推論することが出来る。 発明を用いたコイルの、いくつかの実施例は、これから議論されるだろう；適 用しだいで、測定コイルの特定の実施例は、測定技術の有用性を高める。 図２では、１つのコイルの第１の実施例が示されている；これは、大体におい て環状に、そして、２つの端が互いに平行にのび広がったプレート１６、１７の 形に曲げられた金属、例えば真鍮、から成る帯１５で構成されている。帯形はま た、自己誘導を減少させることにもなる。プレート１６、１７は、もちろん、絶 縁材から製造されたねじ１８と、その上、ねじで締められたナット（図中に示さ れていない）で互いに連結されており、そこで、両プレート１６、１７は、絶縁 性のスリーブ１９により相互の間隔に保たれている。 コネクタ２０は、プレート１６につながっていて、上側のプレート１６上に配 置されている。中央の導体２１は下側のプレート１７につながっている。 図３に示されたコイルは、コンデンサーが下部のプレート１７上に配置されて いる、という点において、図２に示されたコイルとは異なっている。 この実施例において、その上に固定された中間プレート２３がある誘電体２２ は、下側のプレート１７上に配置されている。導電材である中間のプレート２３ は、絶縁性のスリーブ２４によって、プレート１６との間隔を保たれており、下 側のプレート１７と共に、コンデンサを構成している。 この位置で、コネクタの中央の導体２１は、プレート２３につながっている。 既に上で述べたように、このコイルは、低周波数の干渉（及び５０Ｈｚの信号も ）を抑制（６ｄＢ／octの代わりに１２ｄＢ／oct）する必要があるような、また 、信号の形があまり問題とされないような測定において、適用を見出だす。 最後に、図４に描かれた実施例は、２巻きのコイルが並列につながっているこ とを示している。このコイルの主要部分は、更に図２で示されたようなコイルと 一致している。 上記したコイルの実施例は、例として便宜を与えるにとどまることは明らかだ ろう；例えば、端の真っ直ぐ立ったもの（Ｕの輪郭）のような、他のコイルを使 用することも可能であるが、それは、発明から離れることがなければ、自己誘電 はより小さくなるからである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１１月１５日 【補正内容】 請求の範囲 １．ケーブル（１）の内部に生じている部分放電を検出するための方法であっ て、上記ケーブル（１）は螺旋状の構造をもった接地スクリーン（screen）（４ ） を有しており、以下のステップ： −ケーブル（１）に沿って伝わる電磁パルスを検出するために、少なくとも１ つ検出コイルをケーブル（１）のまわりに配置するステップと； −ケーブル（１）の心線（２）と接地シールド（shield）（４）との間に電位 差を与えるステップと；そして −パルスを引き起きおこしている部分放電の位置と特性とを確定するために、 起こりうる部分放電によって生じるパルスを、少なくとも１つの検出コイル（６ ） 内で分析するステップとを含み、 上記検出コイル（６）が１００ＭＨｚより高い周波数をもった信号を処理する に適していて、上記検出コイル（６）は１巻き（１５）を有し、また、帯状の金 属（１５）から成る ことを特徴とする。 ２．相互にある間隔をとって配置された２つの検出コイル（６）が使用され、 部分放電の位置は、両検出コイル（６）で検出されたパルス間の遅延から得られ ることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．最初の部分放電の検出後、少なくとも１つの検出コイル（６）が、予測に より、放電が起こる位置に置き換えられるとともに、測定は続けて繰り返され、 位置は信号の極性から得られることを特徴とする請求項１または２記載の方法。 ４．検出コイル（６）からの信号は、ディジタイザ（digitizer）（１０）に 記憶され、その後、分析されるか、あるいは、高速電子装置（ＴＡＣ弁別器（Ｔ ＡＣ−discriminator））を用いて、振幅及び遅延に関して解析されることを特 徴とする請求項１，２あるいは３のいずれか一に記載の方法。 ５．請求項１記載の方法によって、部分放電を検出する装置であって： −ケーブル（１）のまわりに配置するための、少なくとも１つの検出コイル（ ６） と； −電気処理回路（９，１０，１１）と を有し、 上記検出コイルと処理回路とが、１００ＭＨｚより高い周波数の信号を処理する に適していて、上記検出コイル（６）は１巻きを有し、また、帯状の金属（１５ ）から成ること を特徴とする。 ６．２つのコイル（６）が並列に連結されていることを特徴とする請求項５記 載の装置。 ７．コンデンサ（２２，２３）が、コイル（６）の巻き（１５）に直列に連結 されていることを特徴とする請求項５または６記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ケーブルの内部に生じている部分放電を検出するための方法であって、上 記ケーブルは螺旋状の構造をもった接地スクリーン（screen）を有しており、以 下のステップ： −ケーブルに沿って伝わる電磁パルスを検出するために、少なくとも１つの検 出コイルをケーブルのまわりに配置するステップと； −ケーブルの心線と接地シールド（shield）との間に電位差を与えるステップ と；そして −パルスを引き起こしている部分放電の位置と特性とを確定するために、起こ りうる部分放電によって生じるパルスを、少なくとも１つの検出コイル内で分析 するステップとを含み、 上記検出コイルが、１００ＭＨｚよりも高い周波数の信号を処理するに適して いることを特徴とする。 ２．上記検出コイルが、最大でも、たった３巻きのみ有することを特徴とする 請求項１記載の方法。 ３．上記検出コイルが、たった１巻きのみ有することを特徴とする請求項２記 載の方法。 ４．相互にある間隔をとって配置された２つの検出コイルが使用され、部分放 電の位置は、両検出コイルで検出されたパルス間の遅延から得られることを特徴 とする請求項１，２あるいは３のいずれか一に記載の方法。 ５．最初の部分放電の検出後、少なくとも１つの検出コイルが、予測により、 放電が起こる位置に置き換えられるとともに、測定は続けて繰り返され、位置は 信号の極性から得られることを特徴とする請求項１，２，３あるいは４いずれか 一に記載の方法。 ６．検出コイルからの信号は、ディジタイザ（digitizer）に記録され、その 後、分析されるか、あるいは、高速電子装置（ＴＡＣ弁別器（ＴＡＣ−discrimi nato−r））を用いて、振幅及び遅延に関して解析されることを特徴とする請求 項１，２， ３，４あるいは５いずれか一に記載の方法。 ７．螺旋状の構造をした接地スクリーンをもったケーブル内で生じている部分 放電を検出する装置であって、 −ケーブルのまわりに配置するための、少なくとも１つの検出コイルと； −電気処理回路と を有し、 上記検出コイルと処理回路とが、１００ＭＨｚよりも高い周波数の信号を処理 するに適していることを特徴とする。 ８．上記検出コイルが、最大で、３巻きを有することを特徴とする請求項７記 載の装置のための検出コイル。 ９．検出コイルが、１巻きを有することを特徴とする請求項８記載の検出コイ ル。 １０．検出コイルが、帯形の金属から成ることを特徴とする請求項８または９ 記載の検出コイル。 １１．請求項８，９あるいは１０のいずれか一に記載の並列に連結された２つ のコイルによって特徴づけられた検出コイル。 １２．コンデンサが直列に連結されていることを特徴とする請求項８−１１の いずれか一に記載の検出コイル。