JPH04203979A - 絶縁診断方法及びケーブル支持装置 - Google Patents

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、電力ケーブル又はその付属品の絶縁体内部及
び絶縁体−導体界面で発生する部分放電（Ｐａｒｔｉａ
ｌ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　；　ＰＤ）を検出して電力ケ
ーブルの絶縁状態を診断する絶縁診断方法及びこの方法
の実施に直接使用するケーブル支持装置に関する。

［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部
分放電検出装置としては、同調式検出法及びＡＥ（アコ
ースティック・エミッション）センサを使用した方法に
よるものが提案されている。

前記同調検出法による同調式検出装置は、第１３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、内部導体から直
接的に信号を取り出す必要があるため、活線下での測定
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は易
く、シールドルーム内の試験等では良好な検出精度が得
られるものの、布設後のケーブルに適用することは難し
い。

また、ＡＥセンサを使用した装置は、部分放電によって
絶縁体内部を伝搬する弾性波をＡＥセンサで検出するよ
うにしたものであるが、この装置では、電気的なノイズ
を受けない反面、超音波が直進性を有しているために強
い指向性ををし、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、部分放電発生時に両金属遮蔽層間に発生する電
位差を、前記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（「肉池
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　Ｅ　ＩＭ−９
０−２０）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の方法は、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
、電力ケーブルの布設時に電力ケーブル及び接続部に容
易に適用することができ、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絶縁診断方法及びその方法の実施
に直接使用するケーブル支持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］ 本発明に係る絶縁診断方法は、部分放電により発生した
部分放電パルスによって電力ケーブルの内部に発生し外
側導電層を伝播する信号の高周波成分を前記電力ケーブ
ルの支持装置に内蔵された検出手段により前記電力ケー
ブルの被覆層を介して受信することにより前記部分放電
を検出し、且つこの検出信号を前記電力ケーブルの支持
装置に内蔵された処理手段により処理して、この処理さ
れた信号を観測することにより絶縁診断を行うことを特
徴とする。

また、本発明に係るケーブル支持装置は、前記絶縁診断
方法の実施に直接使用する装置であって、シールド容器
を形成する中空部を有し且つ前記電力ケーブルを支持す
る支持部と、前記中空部内の前記電力ケーブルの被覆層
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
の内部に発生し金属シース又は金属遮蔽層等の外側金属
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
信する検出手段と、前記中空部内に設けられ前記検出手
段の出力を処理する信号処理手段とを有することを特徴
とする。

［作用］ 一般に、電力ケーブルの金属遮蔽層の電位は、場所によ
らず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、金属遮蔽層を
非接地にする必要があり、また、金属遮蔽層を接地した
場合には、内部導体からカップリングコンデンサ（非接
地）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、外側金属層を
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。

この場合、上記被覆層は基本的に高周波フィルタの構成
要素として作用する。

本発明では、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、被覆層による容量性高周
波フィルタを介して検出する方式を利用し、このような
方式の検出部を内蔵する電力ケーブルのケーブル支持装
置により検出するため、電力ケーブルを前記ケーブル支
持装置により支持固定して付設するたけで、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ことが
できる。このため、電力ケーブル及び接続部に容易に設
置することができ、検出手段の装着も長期間にわたって
確実であり、活線状態下での測定も容易に行うことがで
きる。また、本発明は外側金属層を伝播する進行波を検
出する方式であるから、外側金属層を非接地状態にする
必要がなく、接続部等の形式によって適用を限定された
り、安全性が低下する等の問題も発生することはない。

なお、前記検出手段から取り出す周波数成分が５　Ｍ　
Ｈｚ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、６０ＭＨｚ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、５　Ｍ　Ｈｚ乃至６
０ＭＨｚに範囲に広く分布することが好ましい。

また、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支持に用いる
クリート等のケーブル支持装置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、この発明は、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等に本発明に
係る検出手段を内蔵するケーブル支持装置を所定の間隔
で複数個設置し、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評定
を容易に行うことができる。

［実施例］ 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の実施例に係るケーブル支持装
置を用いて構成した部分放電検出装置の構成を示すブロ
ック図である。

この部分放電検出装置は、部分放電を検出すべき電力ケ
ーブル１を支持し且つセンサ機能を内蔵するケーブル支
持装置としてのクリート６と、このクリート６のセンサ
部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
ＬＰＥ；架橋ポリエチレン）１３、外側導電層としての
金属遮蔽層１４及び被覆層としてのプラスチ、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２
　ａ　＋　　２　ｂ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１
４は、終端部２ａ’、２ｂ及び接続部４ａ。

４ｂ等において適宜接地されている。

クリート６は、電力ケーブル１を布設する際に電力ケー
ブル１を支持し且つ接続箱等を固定するために、プラス
チックシース１５の外周に装着される。このクリート６
内部のセンサ部の構成の一例を第３図に示す。即ち、導
電性金属製のクリート６の内部に形成された中空部２１
は、センサ部を収容するシールドケースとしとなる部分
であり、その電力ケーブル１に接する側に開口部が形成
されている。この開口部は、アルミナ等の絶縁板２２に
よって閉塞されている。中空部２１の内部には、一方に
電極２４が蒸着形成された圧電素子２３が収容されてい
る。圧電素子２３は、電極２４が形成された面と反対側
の面が上記絶縁板２２に密着固定されている。この圧電
素子２３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が
らなり、電カケ−プル１のプラスチックシース１５と合
わせて約５００ｐＦの容量及び１０ＭＨｚ以上の周波数
帯域の信号を通過させる高周波フィルタ特性を呈するよ
うに構成されている。この圧電素子２３の電極２４は、
リード線２５を介して中空部２１に取り付けられた同軸
コネクタ２６の内部導体に接続されている。クリート６
は接地されるので、前記中空部２１はシールドケースと
して機能する。

次に、このように構成された本実施例に係る部分放電検
出装置の動作について説明する。

いま、電力ケーブル１の等価回路は第４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の容量を介して結合されて
いる。また、検出部りは、クリート６のセンサ部とプラ
スチックシース１５とを合わせた結合容量と、測定器の
入力インピーダンスとから構成される。

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。

ｔｔ’、・・・＋　　１３１　１３’ｌ　・・・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
電流をクリート６のセンサ部が検出することになる。

第５図に示す特性Ａは、この実施例のセンサを内蔵した
クリート６を使用した測定系の周波数応答結果を示す。

但し、電力ケーブル１は２０ｍとし、放電発生点及び接
地点からクリート６までの距離を夫々２ｍ及び４ｍと仮
定した。また、比較のため、第５図には従来の同調式測
定法の周波数応答を特性Ｂとして示した。図から分かる
ように、高周波成分はプラスチックシース１５上からで
も検出可能であり、例えば真の放電電荷量１００ｐＣの
部分放電発生時には、５０ＭＨｚの成分のみで約２０ｍ
Ｖ得ることができた。本実施例のクリート６を使用した
場合の測定系の共振周波数は、電力ケーブル１や接地点
までの距離等によって若干変動するが、３０ＭＨｚ乃至
ｅＯＭＨｚの範囲に設定することができる。

一方、外部ノイズについて考察すると、第５図に示すよ
うに、ヒータ及びモータ等による気中伝播ノイズ領域Ｎ
１は、３　Ｍ　Ｈｚ以下に分布し、放送電波によるノイ
ズ領域Ｎ２は、８０ＭＨｚ及び２００ＭＨｚ付近に分布
している。従って、従来の同調法（特性Ｂ）では検出信
号が完全にノイズ領域Ｎｌに含まれてしまったが、本実
施例のクリート６による測定系の共振周波数である３０
乃至ｅＯＭＨｚは、最もノイズが少ない領域に存在し、
Ｓ／Ｎの良好な測定を行うことができる。

ちなみに、本願発明者等は、本実施例のクリート６を用
いた部分放電検出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、
第６図（ａ）に示すように、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同図（ｂ）に
示すような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、本実施例の装置によれば、破壊予知能力と
して十分な性能を有することが明らかである。

なお、この試験において、破壊点は、センサを内蔵した
クリート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がら、更に長距離にわたる監視が可
能であることが考えられる。

従って、本実施例のセンサを内蔵するクリートを用いた
部分放電検出装置では、電力ケーブルの布設時に、例え
ばマンホール等の内部で電力ケーブルをクリートで支持
固定させるだけで電力ケーブルにセンサを装着すること
ができ、活線で、外部ノイズの少ない周波数領域で、部
分放電を検出することができる。このため、部分放電検
出装置の設置が容易で、センサの装着も確実であり長期
の使用にも耐え得る。

第７図は、本発明の第２の実施例に係る部分放電検出装
置の模式的なブロック図である。

この部分数Ｎ＠出装置は、電力ケーブル１の各接続部４
ａ、４ｂ、・・・＋４ｃに夫々第１図のクリ−トロと同
様のセンサを内蔵するクリート６ａ。

６ｂ、・・・＋６ｃを設け、各クリート６ａ〜６Ｃのセ
ンサ部からの出力を、集中監視することにより、長距離
型カケープルにおける故障区間の検出を可能にしたもの
である。

また、第８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
を構成する付属品に装着されている。他の接続部４ｂ〜
４ｃについても同様の構成となっている。

さて、第７図において各クリート６ａ〜６ｃのセンサの
出力は、広帯域増幅器３１ａ１３１ｂ。

・・・、３１ｃで増幅され、Ｅｌｏ（電気−光）変換器
３２ａ、３２ｂ、　・・、３２ｃで電気−光変換された
のち、光フアイバケーブル３３　ａ、　　３３　ｂ。

・・・、３３ｃにて伝送される。伝送された信号は、０
／Ｅ　（光−電気）変換器３４ａ、３４ｂ、・・・。

３４ｃで光−電気変換され、集中監視装置３５に供給さ
れている。

本実施例では、電力ケーブル１の布設時に電力ケーブル
１を支持固定するクリート６ａ〜６Ｃにセンサ部を内蔵
させているので、センサの取り付けが極めて容易でしか
も確実であることから、この装置のように、各接続部４
ａ〜４Ｃに夫々センサを内蔵するクリ−）６ａ〜６Ｃを
設置することも極めて容易に行うことができる。

本実施例において、広帯域増幅器３１ａ、３１１）、−
、３１ｃ及びＥ１０変換器３２　ａ　＋　３２　ｂ　＋
・・・、３２ｃをクリート６ａ〜６Ｃの近傍に設け、光
フアイバケーブル３３ａ＋　　３３ｂ＋−，３３ｃにて
主たる信号伝送を行うようにすれば、更にリード線への
ノイズの影響が少ない。

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
評定することができる。

なお、以上では、部分放電の検出手段としてチタン酸ジ
ルコン酸鉛等の圧電素子を用いた共振センサを使用した
例について説明したが、検出手段は特に共振センサに限
定されるものではない。

第９図〜第１１図は、検出手段にケーブルの外部導体に
容量結合する電極を使用した例を示す。

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、金属テープ等で形成された電極４０がプラスチッ
クシース１５の外周全体にわたって環状即ち筒状に付設
されている。この電極４０は、電力ケーブル１を支持す
るクリートを形成する導電性金属からなる支持部材４１
に形成された中空部４２ａ及び４２ｂ内に位置する。中
空部４２ａ及び４２ｂは、電極４０が配置される部分を
囲む環状部分４２ａと、この環状部分４２ａの円周上の
１個所に形成された凹部４２ｂとで構成される。支持部
材４１と電力ケーブル１のプラスチックシース１５の外
周面との間隙には半導電シート又はアルミニウムメツシ
ュ等の導電部材４５が介挿されている。プラスチックシ
ース１５の外周に設けられる電極４０は、支持部材４１
と導電部材４５とによって覆われて中空部４２ａ及び４
２ｂ内に配置されており、支持部材４１によって形成さ
れるクリートは接地されて使用される。即ち、電極４０
は支持部材４１と導電部材４５とによってシールドされ
ている。支持部材４１の凹部４２ｂには、同軸コネクタ
４３が取り付けられており、この同軸コネクタ４３の内
部導体と電極４０とがリード線４４を介して接続されて
いる。クリートを構成する支持部材４１は、図示上半部
と下半部との２つの部分により構成されており、プラス
チックシース１５との間に導電部材４５を介挿して、前
記２つの一部分により電力ケーブル１を挟み込んで電力
ケーブル１を支持固定する。

この実施例においても電力ケーブル１の金属遮蔽層１４
に容量結合して高域通過フィルタによるセンサを構成す
る電極４０が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。

更に第１２図は、ケーブルの外部導体と電極との結合容
量に直列にインダクタンス要素を設けて検出手段に共振
特性を持たせた例を示す。

即ち、第１２図の構成では、電極４０と同軸コネクタ４
３とを第９図のように単にリード線４４で接続する代わ
りに、電極４０と同軸コネクタ４３とをインダクタンス
要素としてのコイル４６で結合している。この場合、電
力ケーブル１の外部導体としての金属遮蔽層１４と電極
４０との結合容量に直列にインダクタンス要素としての
コイル４ｅが設けられており、前記結合容量とインダク
タンス要素とを含む回路による共振特性により、部分放
電を高感度で且つ確実に検出することができる。前記結
合容量とインダクタンス要素との直列回路は、共振のＱ
（クォリティファクタ）を適切な値に抑えた共振特性に
より、広い周波数帯域の信号を高感度で検出することが
できる。従って、このような構成のクリートを用いれば
、部分放電に基づく信号のうち、ノイズの影響のない周
波数範囲の信号を広い周波数帯域で検出することができ
る。

なお、監視対象の電力ケーブルも、上述した形態のもの
に限定されない。例えば、前記各実施例では、外側金属
層として金属遮蔽層１４、被覆層としてプラスチックシ
ース１５を設けたものを使用したが、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。勿論、上述したクリートに
限らず電力ケーブルを直接支持する他のケーブル支持装
置に本発明を適用して実施することもできる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、電力ケーブルを支
持するケーブル支持装置自体に、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検出
する検出手段を内蔵させるようにしたので、電力ケーブ
ルの付設に際して、電力ケーブルを本発明装置に係るケ
ーブル支持装置により支持固定するだけで、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、耐久性及び測定精度に優れた部分放電検
出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る部分放電検出装置
の構成を模式的に示子ブロック図、第２図は同装置にお
ける電力ケーブルの支持部分の構成を示す断面図、第３
図は同装置におけるセンサ部の構成を示す断面図、第４
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５図は同装置における検出系の周波数応答特性を
示すグラフ図、第６図は同装置を使用した破壊試験にお
ける部分放電パルスの検出例を示すグラフ図、第７図は
本発明の第２の実施例に係る部分放電検出装置の構成を
模式的に示すブロック図、第８図は同装置における接続
部の構成を示す断面図、第９図は本発明の第３の実施例
に係る部分放電検出装置における電力ケーブルの支持部
分の縦断面の構成を示す断面図、第１０図は同部分の横
断面の構成を示す断面図、第１１図は同部分の側面図、
第１２図は本発明の第４の実施例に係る部分放電検出装
置における電力ケーブルの支持部分の構成を示す断面図
、第１３図は従来の同調式部分放電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、６，６
ａ〜６ｃ；クリート、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、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、４
０；電極、４１；支持部材、４２ａ、４２ｂ；中空部、
４３；同軸コネクタ、４４；リード線、４５；導型部材
、４６；コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）部分放電により発生した部分放電パルスによって
   電力ケーブルの内部に発生し外側導電層を伝播する信号
   の高周波成分を前記電力ケーブルの支持装置に内蔵され
   た検出手段により前記電力ケーブルの被覆層を介して受
   信することにより前記部分放電を検出し、且つこの検出
   信号を前記電力ケーブルの支持装置に内蔵された処理手
   段により処理して、この処理された信号を観測すること
   により絶縁診断を行うことを特徴とする絶縁診断方法。
2. （２）電力ケーブルを支持するケーブル支持装置におい
   て、シールド容器を形成する中空部を有し且つ前記電力
   ケーブルを支持する支持部と、前記中空部内の前記電力
   ケーブル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金属シース又は金属遮
   蔽層等の外側金属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と、前記中空部内に設
   けられ前記検出手段の出力を処理する信号処理手段とを
   有することを特徴とするケーブル支持装置。