JPH04181177A

JPH04181177A - 部分放電検出装置

Info

Publication number: JPH04181177A
Application number: JP2310197A
Authority: JP
Inventors: Ko Fukunaga; 香福永; Susumu Takahashi; 享高橋; Masayuki Tan; 丹　正之; Hajime Takehana; 竹鼻　始
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1992-06-29
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JP3199726B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［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（ＰａｒｔｉａｌＤｉｓｃｈａ
ｒｇｅ　；　Ｐ　Ｄ　）を検出する部分放電検出装置（
以下、「ＰＤ検出装置」と称する）に関する。

［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Ｐ
Ｄ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。

前記同調式検出法を用いた同調式検出装置は、第１０図
に示すように、電力ケーブル１の終端部２ａ又は２ｂの
内部導体と金属遮蔽層との間に、結合コンデンサ５１及
び検出インピーダンス５２を直列に接続し、検出インピ
ーダンス５２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５３によって取出すようにした
ものである。

しかしながら、この同調式検出装置は、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ｋ
Ｈｚであるため、周囲のノイズの影響を受は易く、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。

また、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。

そこで、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（「南港上線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）。

［発明が解決しようとする課題］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、装置も大型となり、測定にも熟
練を要するという欠点がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって
、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、適用範囲が広く、安全性及び測定精度にも優
れ、しかも装置の簡略化及び測定の簡易化を図ることが
できるＰＤＭ出装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係るＰＤ検出装置は、電力ケーブルの防食層又
はプラスチックシース等のような絶縁性の被覆層上に装
着され、部分放電パルスによって前記電力ケーブルの内
部に発生し且つこの電力ケーブルの金属シース又は金属
遮蔽層等の外側導電層を伝播する信号の高周波成分を前
記被覆層を介して受信する検出手段、及びこの検出手段
の出力を処理する信号処理手段とを有するＰＤＭ出装置
において、前記検出手段は、前記電力ケーブルの被覆層
上に装着された電極と、この電極の前記外側導電層に対
する結合容量に直列に結合されて共振特性を呈するイン
ダクタンス要素とを含むことを特徴とする。

［作用］一般に、電力ケーブルの外側導電層である金属遮蔽層の
電位は、場所に依存することなく一定の接地電位にある
ことを前提としている。このため、従来の測定法は、内
部導体と金属遮蔽層との間の容量と外部検出インピーダ
ンスとを利用した測定法であり、金属遮蔽層から信号を
取り出すには、原則的には金属遮蔽層を非接地にする必
要がある。

また、金属遮蔽層を接地した場合には、内部導体から非
接地のカップリングコンデンサを介して直接信号を検出
する必要があった。

しかしながら、部分放電パルスは、広帯域信号であり、
分布定数回路である電力ケーブルを導体間及び対地を帰
路として伝播する進行波となる。

本願発明者等は、この点に着目し、部分放電パルスによ
って生じ、外側導電層を伝播する進行信号波の高周波成
分を被覆層上から検出するようにした。即ち、前記被覆
層の外側に電極を設けこの電極に更にコイル等のインダ
クタンス要素を接続し、このインダクタンス要素を介し
て信号を取り出す。

この場合、前記電極の前記被覆層を挟んで対峙する前記
外側導電層に対する結合容量（高域通過フィルりとして
のコンデンサ即ちバイパスコンデンサとして機能する）
と前記インダクタンス要素との直列回路が共振特性を呈
し、この直列共振回路は適宜なるＱ（クォリティファク
タ：共振の強さ）値にて、所要の周波数帯域の信号に共
振し、所要の周波数帯域の信号を選択的に増幅し得る高
周波共振回路を形成する。

本発明によれば、部分放電発生の際に外側金属層から接
地に向かう進行波の高周波成分を、被覆層を介して高周
波共振回路により検出する方式であるため、電力ケーブ
ル又は接続部の被覆層上に検出手段を装着させるだけで
セツティングが完了する。このため、布設後のケーブル
及び接続部に容易に設置することができ、活線状態下で
の測定も容易に行うことができる。

また、本発明では外側金属層を伝播する進行波を検出す
る方式を用いているから、外側金属層を非接地状態にす
る必要がない。このため本発明は、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
問題は発生しない。

なお、前記検出手段から取り出す周波数成分が５ＭＨｚ
以下であると、モータ及び発電機等の機械的要素による
外部ノイズの影響を受は易く、また、ＢＯＭＨｚ以上で
は、放送帯域の影響を受ける。

このため、検出手段から取り出す周波数成分としては、
５ＭＨｚ乃至６０ＭＨ２が好ましい。ただし、部分放電
は広帯域の信号であり、あまり狭い帯域の信号のみを高
い増幅度で検出しても充分な感度は得られず、前記周波
数範囲内の広い帯域の信号を適切な増幅度で検出するこ
とが望ましい。この点で、本発明の容量（コンデンサ）
とインダクタンスとの直列共振回路は、可変インダクタ
ンスを使用したり、可変抵抗を直列に接続することによ
り、共振周波数及びＱ値を任意に変えることができる。

例えば、試料のサイズ等によって部分放電パルスに含ま
れる周波数成分に若干の変動があってもそれに対応でき
る。

また、ケーブル事故は、その殆どが接続部又は終端部で
生ずる事故であることが知られている。

このため、前記検出手段を電力ケーブルの接続部又は終
端部の付属品に装着することにより、それらの品質保証
及び保守点検が可能になる。

更に、本発明は、外側金属層上を伝播する進行波を検出
する方式を用いているため、数ｍにわたる監視が可能で
ある。このため、電力ケーブルの接続部など、複数の検
出手段を所定の間隔で設置し、これらの検出手段からの
出力を集中監視するように構成すると、部分放電の発生
箇所を検知することができ、事故発生の未然防止及び故
障箇所の特定を容易に行うことができる。

［実施例コ以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例について
説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係るＰＤ検出装置の
構成を示すブロック図である。

この装置は、部分放電を検出すべき電力ケーブル１に取
り付けられたセンサ６と、このセンサ６の出力を増幅す
る広帯域増幅器７と、この広帯域増幅器７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８とにより構成されている。

検出対象である電力ケーブル１は、例えば２７５ｋＶの
ＣＶケーブルで、第２図に示すように、中心から順次、
内部導体１１、内部半導電層１２、ケーブル絶縁体（Ｘ
　Ｌ　Ｐ　Ｅ　：　ｃｒｏｓｓ−１ｉｎｋｅｄｐｏｌｙ
ｅｔｈｙｌｅｎｅ　〜架橋ポリエチレン）１３、外側金
属層としての金属遮蔽層１４及び被覆層としてのプラス
チックシース１５を同軸配置して形成されている。この
電力ケーブル１は、第１図に示すように、所定の長さに
なるように、接続部４ａ。

４ｂを、介して複数接続され、その終端部２ａ、２ｂの
内部導体１１が、高圧電源線３に接続される。

また、この電力ケーブル１の金属遮蔽層１４は、終端部
２　ａ　＋　２　ｂ及び接続部４ａ、４ｂ等において適
宜接地されている。

センサ６は、電力ケーブル１のプラスチックシース１５
の外周に装着されている。

第３図及び第４図は、センサ６の一例が電力ケーブル１
に装着された部分を示す夫々断面図及び斜視図である。

即ち、電力ケーブル１のプラスチックシース１５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２
１が全周にわたって設けられている。この電極２１は、
電力ケーブル１に装着された絶縁筒２２、真鍮筒２３及
びその外周を覆う鉛テープ２４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２３には、例えば
ＢＮＣコネクタ等の同軸コネクタ２５が取り付けられて
おり、この同軸コネクタ２５の内部導体と電極２１との
間にインダクタンス要素としてのコイル２６が接続され
ている。このコイル２６も前記シールド容器内に収容さ
れている。前記シールド容器は電力ケーブル１の金属遮
蔽層１４が接続される接地線と接続される。

次に、このように構成された本実施例に係るＰＤ検出装
置の動作について説明する。

電力ケーブル１の等価回路は第５図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１１、金属遮
蔽層１４及び終端部２ａ、２ｂ及び接続部４ａ、４ｂの
接地線は、ＲＬ直列回路となる。内部導体１１と金属遮
蔽層１４とは、両者の間に介在するケーブル絶縁体１３
を介して容量結合されている。また、検出部りは、セン
サ６の電極２１と電力ケーブル１のプラスチ・７クシー
ス１５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２６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２１による結合容量は例えば電極２１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。

ケーブル絶縁体１３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１２゜１２′、・
・・で示す同軸モードと、同図中ｉｌ。

ｉｔ　’　、・・・＋　　ｉ３，１３’＋　・・・で示
す対地帰路モードとに別れて伝播する。これにより、検
出部りには、ｉｌ＋ｉｌ’に示す電流が流れるので、こ
の電流をセンサ６が検出することになる。

本実施例では、共振特性を得るために特殊な素子を用い
るのではなく、センサ６の内部に簡単で且つ小さな（１
ｃｍ３程度）コイル２６を設け、このコイル２６をプラ
スチックンース１５の外周に被着した電極２１と同軸コ
ネクタ２５の内部導体と電極２１との間に接続すること
により、電極２１による結合容量とコイル２６のインダ
クタンスとの直列共振回路を形成している。このように
直列共振の場合、検出部りの抵抗成分の変化による共振
点の変化は生じないので、容量Ｃ及びインダクタンスＬ
の選定により、Ｑ値のみを適切に調整することができる
。また、前記抵抗成分の抵抗値を適宜選定すれば、検出
周波数帯域にある程度の幅をもたせることができ、広帯
域の部分放電信号成分の分布する周波数領域のうちノイ
ズの少ない全領域をカバーできるようにすることができ
る。

即ち、ノイズの少ない広い周波数領域に対する共振特性
を利用して部分放電信号を高感度に検出することができ
る。従って、簡単な構成で、容易に良好なＳ／Ｎ比を得
ることができる。

本実施例によるセンサ６の特性を更に詳細に調べるため
、コイル２６のインダクタンスし及び電極２１の結合容
量Ｃの値を種々選定した場合の共振周波数及びＱ値を概
算したところ、インダクタンスＬが１μＨで容量Ｃが２
．８ｐＦの場合は共振周波数が９５．１μＨ２でＱ値が
１１．９、インダクタンスＬが１μＨで容量Ｃが１２．
５ｐＦの場合は共振周波数が４５．０μＨ２でＱ値が５
．６５、インダクタンスＬが１μＨで容量Ｃが２０ｐＦ
の場合は共振周波数が３５．ＥｉＭＨ２でＱ値が４，４
７、インダクタンスＬが１μＨで容量Ｃが５０ｐＦの場
合は共振周波数が２２．５μＨ２でＱ値が２．８２、及
びインダクタンスＬが２０μＨで容量Ｃが５０ｐｌ’ｉ
”の場合は共振周波数が５．０ＭＨｚでＱ値カ月２．６
なる値が得られた。また、部分放電パルスの信号成分の
周波数特性を確認するために一発パルスをディジタルオ
シロスコープで時間軸を拡大し、減衰振動波形の周波数
を求めたところ、共振周波数とほぼ一致することが確か
められた。従って部分放電パルスは本実施例の共振作用
によって効果的に測定されることは明かである。

また、上述のインダクタンスＬ及び結合容量　Ｃの値の
組み合わせについて、印加電圧４ｋＶでの観測パルス数
を実験により計測し、平衡ブリッジ法（先に述べた同調
式と同様に活線に対しては使用できないが現存する部分
放電の検出方法において最も高感度のもの）との比較換
算による検出限界を求めたところ、インダクタンスＬが
１μＨで容量Ｃが２．８１）Ｆの場合（共振周波数９５
．１μＨ２）は１０サイクル（４Ｓｉ出限界８．’７ｏ
ｐ　Ｃ）　、インダクタンスＬが１μＨで容量Ｃカ月２
．５ｐＦの場合（共振周波数４５．０μＨｚ　）は２６
サイクル（検出限界１．５０ｐｃ）、インダクタンスＬ
が１μＨで容量Ｃが２０ｐＦの場合（共振周波数３５．
６μＨ２）は２８サイクル（検出限界１．９８ｐＣ）　
、インダクタンスＬが１μＨで容量Ｃが５０ｐＦの場合
（共振周波数２２．５ＭＨｚ）はＩ５サイクル（検出限
界３．３０１）　Ｃ）　、及びインダクタンスＬが２０
μＨで容量Ｃが５０ｐＦの場合（共振周波数５．０μＨ
ｚ）は８サイクル（検出限界１５．０１）Ｃ）なる値が
得られた。

上述した同一印加電圧のときの出力特性から測定感度を
比較すると、インダクタンスＬが１μＨ１容量Ｃ力月２
．５１）Ｆの組み合わせ（４５ＭＨｚ）の場合が最も良
いようであるが、インダクタンスＬが１μＨ１容量Ｃが
２０ｐ　Ｆ　（３５，６μＨｚ　）もほとんど差はなか
った。共振のＱ値はＬ１２に比例し、Ｃ１″に反比例す
ることから、インダクタンスＬが同一ならば容量ＣがＣ
の小さい方が狭帯域になる。厳密にはこの点も考慮して
電力ケーブルに合わせて最適な値を算出しリード線のイ
ンダクタンスＬ等の影響も考慮することが望ましい。し
かしながら、３０〜５０μＨ２近傍ではほとんど差がな
く良好な測定が行えることと、部分放電そのものの大き
さ等がばらつくことから、厳密に最適値を算出する必要
性は高くない。

本実施例のセンサ６の特性を更に詳細に検討するため、
部分放電の印加電圧特性を上述した平衡ブリッジ法及び
本実施例によるセンサ６を用いて測定した。第６図（ａ
）は平衡ブリッジ法におけるパルス−発あたりの放電電
荷量Δｑ（１サイクル中の平均値）及び１サイクルあた
りの発生頻度ｎの印加電圧に対する特性、第６図（ｂ）
は本実施例によるセンサ６におけるパルス−発あたりの
出力信号電圧Δｖ（１サイクル中の平均値）及び１サイ
クルあたりの発生頻度ｎの印加電圧に対する特性、第７
図（ａ）は平衡ブリッジ法における１サイクルあたりの
総数電電荷量Σｑの印加電圧に対する特性、そして第７
図（ｂ）は本実施例によるセンサ６における１サイクル
あたりの出力信号の総和電圧ΣＶ及び１サイクルあたり
の発生頻度ｎの印加電圧に対する特性を夫々示す。これ
らの測定結果より、印加電圧の上昇に比例して、１サイ
クルあたりの総数電電荷量Σｑ又は出力信号の総和電圧
ΣＶが増大（パルス−発あたりの放電電荷量Δｑ又は出
力信号電圧ΔＶは若干減少、１サイクルあたりの発生頻
度ｎは増大）するという、内部部分放電特有の傾向が両
者ともほぼ対応してあられれることが確認された。

もちろん、本実施例の装置では、電極２１がシールド容
器によってシールドされているので、周囲のノイズの影
響を受けずに、広帯域の部分放電パルスを検出すること
ができる。

なお、本願発明者等は、本実施例の装置を使用して電力
ケーブル１のＡＣ破壊試験を行った。その結果、破壊電
圧へ至るまでは、何らのパルスも観測されなかったが、
破壊電圧まで昇圧した直後から部分放電パルス波形が観
測され、約２分後に破壊した。このように、本実施例の
装置は、充分な破壊予知性能を有している。なお、この
試験において、破壊点は、センサ６から３ｍ離れており
、今回得られた出力電圧が十分に大きいことから、更に
長距離にわたる監視が可能であると考えられる。

上述のように、本実施例に係る共振型ＰＤ検出装置の検
出部は、実験結果からみても非常に優れた検出部であり
、（１）共振特性を持っているため部分放電パルスの任意
の周波数の高周波成分を効果的に増幅することができ、（２）Ｑ値が比較的低いため、観測周波数帯域を広くと
ることができるという特徴を有している。

第８図は、本発明の第２の実施例に係るＰＤ検出装置の
ブロック図である。

この装置は、電力ケーブル１の各接続部４ａ。

４ｂ、・・・＋４ｃに夫々上述の第１の実施例と同様の
センサ６　ａ　ｔ（３ｂ　＋・・・、６ｃを設け、各セ
ンサ６ａ〜６ｃからの出力を、集中監視することにより
、長距離電力ケーブルにおける故障区間の検出を行うよ
うにしたものである。

また、第９図は、この装置の接続部４ａの詳細を示す断
面図である。内部導体１１は、導体接続管３６によって
結合されている。そして、この結合部のケーブル絶縁体
１３が剥離された部分に絶縁テープ３７が巻かれており
、更に、その上に金属遮蔽層１４及びプラスチックシー
ス１５が覆われている。センサ６ａは、この接続部４ａ
を構成する付属品（図示していない）に装着されている
。

他の接続部４ｂ〜４ｃも第９図と同様の構成である。

さて、第８図において各センサ６ａ〜６ｃの出力は、広
帯域増幅器３１ａ、３１ｂ、　・＋　　３１ｃで増幅さ
れ、Ｅ１０変換（電気−光変換）器３２ａｌ　３２ｂｙ
・・・、３２ｃで電気−光変換されたのち、光フアイバ
ケーブル３３ａ、３３ｂ、・・・、３３ｃにて伝送され
る。伝送された信号は、０／Ｅ変換（光−電気変換）器
３４ａ、３４ｂ、　・−・＋　　３４０で光−電気変換
され、集中監視装置３５に供給される。

本実施例では、センサ６ａ〜６ｃの取り付けが極めて容
易であることから、この装置のように、各接続部４ａ〜
４ｃに夫々センサ６ａ〜６Ｃを設置することも、少ない
労力で行える。

一般に、ケーブル事故は、その殆どが接続部又は終端部
での事故であることから、このように各接続部４ａ〜４
ｃ又は終端部２ａ、２ｂにセンサを設置すると、良好な
検出感度が得られると共に、品質保証及び保守点検が容
易になる。この場合、部分放電発生の位置によって、各
センサ６ａ〜６Ｃで検出される信号波のレベルが異なっ
てくるので、このレベル差に基づいて故障区間を容易に
検出することができる。

なお、上述のインダクタンス要素としてはコイル２６を
設ける代わりにリード線を巻回してコイル状にする等、
適切なインダクタンスを呈する構成であればどのような
構成を用いてもよい。また、監視対象の電力ケーブルも
、上述した形態のものに限定されることはない。例えば
、前記実施例では、外側金属層として金属遮蔽Ｊ凶１４
、被覆層としてプラスチックシース１５を設けた電力ケ
ーブル１について説明したが、外側金属層として金属シ
ース、被覆層としてプラスチック防食層を設けた電力ケ
ーブルの監視にも本発明を適用することが可能であるこ
とはいうまでもない。

［発明の効果コ以上述べたように１本発明によれば、部分放電発生時に
外側金属層を伝播する信号の高周波成分を、被覆層上か
ら電極による結合容量とコイル等によるインダクタンス
要素との直列共振回路により検出するようにしたので、
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、適用範囲が広く、安全性に優れて、しかも部分
放電パルスを任意の広い周波数帯域の高周波成分につい
て増幅して検出することを可能とするＰＤ検出装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係るＰＤ検出装置のブ
ロック図、第２図は同装置における電力ケーブルの断面
図、第３図は同装置（こおけるセンサ部分の断面図、第
４図は同装置におけるセンサ部分の斜視図、第５図は同
装置における電力ケーブル及び検出系の等価回路図、第
６図及び第７図は平衡ブリッジ法及び同装置による部分
放電の印加電圧特性を示すグラフ図、第８図は本発明の
第２の実施例に係るＰＤ検出装置のブロック図、第９図
は同装置における接続部の断面図、第１０図は従来の同
調式ＰＤ検出装置のブロック図である。１；電力ケーブル、２ａ、２ｂ；終端部、３；電圧電源
線、４　ａ、　　４　ｂ＋　　４　ｃ　：接続部、６，
６ａ〜６ｃ；センサ、７．３１ａ〜３１ｃ；広帯域増幅
器、８：ディジタイジングオシロスコープ、１１；内部
導体、１２；内部半導電層、１３；ケーブル絶縁体、１
４；金属遮蔽層、１５；プラスチックシース、２１；電
極、２２；絶縁筒、２３；真鍮筒、２４；鉛テープ、２
５；同軸コネクタ、２６；コイル、３２ａ〜３２ｃ；電
気−光変換器、３３ａ〜３３ｃ；光フアイバケーブル、
３４ａ〜３４ｃ；光−電気変換器、３５；集中監視装置
、３６；導体接続管、３７；絶縁テープ第１図第２図第３図第４図第５図第８図印加ｔＥＥ　（ＫＶ）（ａ）第　６印加電圧（ＫＶ）第印刀口１１毘　　（ＫＶ）（ｂ）図（ｂ）７　　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電力ケーブルの絶縁性の被覆層上に設けられ、部
分放電パルスによって前記電力ケーブルの内部に発生し
且つこの電力ケーブルの外側導電層を伝播する信号の高
周波成分を前記被覆層を介して受信する検出手段、及び
この検出手段の出力を処理する信号処理手段とを有する
部分放電検出装置において、前記検出手段は、前記電力
ケーブルの被覆層上に装着された電極と、この電極の前
記外側導電層に対する結合容量に直列に結合されて共振
特性を呈するインダクタンス要素とを含むことを特徴と
する部分放電検出装置。
（２）前記検出手段は、前記電力ケーブルに付設される
付設部品に装着されることを特徴とする請求項１に記載
の部分放電検出装置。
（３）前記検出手段は、前記電力ケーブルに対し所定間
隔で複数設けられており、且つ前記信号処理手段は、前
記複数の検出手段の出力に基づいて前記電力ケーブルの
部分放電発生箇所を集中監視する集中監視手段を含むこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の部分放電検出装
置。