JPH0519008A

JPH0519008A - 部分放電検出装置

Info

Publication number: JPH0519008A
Application number: JP19882491A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Watanabe; 明年渡辺; Shotaro Yoshida; 昭太郎吉田; Kazuo Watanabe; 和夫渡辺; Masayuki Tan; 正之丹
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1991-07-11
Filing date: 1991-07-11
Publication date: 1993-01-26

Abstract

(57)【要約】【目的】電力ケーブルに発生する部分放電を、活線状
態で検出することができると共に、Ｓ／Ｎ比が高く測定
精度が優れている部分放電検出装置を得ることを目的と
する。【構成】部分放電センサ１，２はいずれも電力ケーブ
ル３の周囲に配設された電極及びこの電極に接続された
コイルにより構成されている。即ち、電極はケーブル３
の外側導電層と共に結合容量を構成し、この結合容量と
コイルとにより共振回路が構成される。この共振回路に
より、部分放電に基づいて発生する進行波の高周波成分
を選択的に検出する。差動アンプ５は、これらのセンサ
１，２の出力の差信号を出力する。

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装置に関
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、図５に示すように、電力ケーブル３１の終端部３２
ａ又は３２ｂの内部導体と金属遮蔽層との間に、結合コ
ンテンサ３３及び検出インピーダンス３４を直列に接続
し、検出インピーダンス３４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３５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】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】

【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、装置が大型となり、測定に熟練を要するという欠点
もある。

【０００８】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その接続部に容
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部分放電検出装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る部分放電検
出装置は、電力ケーブルの絶縁性被覆層の表面上に設け
られた電極及びこの電極に接続されたインダクタンスに
より構成された複数個の部分放電センサと、これらの部
分放電センサからの出力信号を相互に比較して各部分放
電センサに共通に与えられる雑音を判別しこれを除去す
る雑音除去手段とを有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】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大地を帰路とし
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、電力ケーブルの外
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（高域通過フィルタ
としてのコンデンサ即ちハ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。

【００１１】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
を介して前記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前記高周波
共振回路を構成する電極及びインダクタンスを装着させ
るだけでセッ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
状態下での測定も可能である。

【００１２】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
たりする等の不都合を回避できる。

【００１３】なお、前記高周波共振回路から取り出す周
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け易く、ま
た、60ＭＨｚ以上では、放送帯域の影響を受ける。この
ため、高周波共振回路から取り出す周波数成分として
は、５ＭＨｚ乃至60ＭＨｚが好ましい。但し、部分放電
により発生する進行波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。本発明において
は、共振回路を構成するインダクタンスとして可変イン
ダクタンスを使用したり、又は共振回路に可変抵抗を直
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
っても容易に対応することができる。

【００１４】しかし、前記高周波共振回路を構成する電
極及びインダクタンスからなる部分放電センサの周波数
特性はＬＣのＱ値によってある程度の幅を有し、共振周
波数以外の外部雑音も検出してしまう。また、実際の状
態においては、５ＭＨｚ乃至60ＭＨｚの周波数帯におい
ても、部分放電によるもの以外の雑音もある。そこで、
本発明においては、複数個の部分放電センサを使用し、
これらのセンサからの出力信号を相互に比較して各部分
放電センサに共通に与えられる雑音を判別し、これを除
去する。即ち、部分放電による信号は高周波の信号であ
るため、伝播距離による減衰が大きい。このため、複数
の部分放電センサの出力信号の振幅が同じになることは
殆どない。一方、外部雑音は、電力ケーブルを伝播する
際の減衰が比較的小さいため、複数の部分放電センサの
出力信号の振幅は略同一になる。従って、雑音除去手段
により、例えば複数の部分放電センサの出力信号を減算
することにより各部分放電センサに共通に与えられる雑
音を除去することができる。これにより、Ｓ／Ｎ比を向
上させることができる。

【００１５】

【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。

【００１６】図１は本発明の第１の実施例に係る部分放
電検出装置を示す模式図である。部分放電センサ１，２
は部分放電を検出すべき電力ケーブル３に適長間隔をお
いて配設されている。これらの部分放電センサ１，２か
らの出力は、リード線１ａ，２ａを介して差動アンプ５
に与えられるようになっている。この差動アンプ５は、
２つのセンサ１，２の出力の差に基づく信号を出力す
る。この信号は、オシロスコープ及び記録装置を備えた
測定装置６に与えられる。

【００１７】電力ケーブル３は接続部を介して複数接続
され、その終端部３ａ，３ｂの内部導体が高圧電源線４
に接続される。また、この電力ケーブル１の金属遮蔽層
は終端部３ａ，３ｂ及び接続部等において適宜接地され
ている。

【００１８】図２は本実施例に係る部分放電検出装置の
センサ１，２を示す断面図である。

【００１９】電力ケーブル３のプラスチックシース１４
の外周には、シース１４を取り囲むようにして金属製の
電極１５が配設されている。

【００２０】この電極１５は、電力ケーブル３に装着さ
れた絶縁筒１８、この絶縁筒１８の外周に配置された真
鍮筒１７及びその外周を覆う鉛テープ１９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１７に
は、例えばＢＮＣコネクタ等の同軸コネクタ２０が取り
付けられており、この同軸コネクタ２０の内部導体と電
極１５との間にインダクタンス要素としてのコイル１６
が接続されている。このコイル１６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
３の金属遮蔽層が接続される接地線と接続される。

【００２１】検出対象である電力ケーブル３は、例えば
275ｋＶのＣＶケーブルで、中心から順次、内部導体１
０、内部半導電層１１、ケーブル絶縁体（ＸＬＰＥ：cr
oss-linked polyethylene ，架橋ポリエチレン）１２、
外側金属層としての金属遮蔽層１３及び被覆層としての
プラスチックシース１４を同軸配置して形成されてい
る。

【００２２】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。

【００２３】電力ケーブル３の等価回路は図３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１
０、金属遮蔽層１３、終端部３ａ，３ｂ及び接続部の接
地線は、ＲＬ直列回路となる。内部導体１０と金属遮蔽
層１３とは、両者の間に介在するケーブル絶縁体１２を
介して容量結合されている。また、検出部Ｄは、センサ
１（又は、センサ２）の電極１５と電力ケーブル３のプ
ラスチックシース１４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１６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１５による結合容量は例えば電極１５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。

【００２４】ケーブル絶縁体１２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ｉ2
，ｉ2 ′，…で示す同軸モードと、同図中ｉ1 ，ｉ1
′，…，ｉ3 ，ｉ3 ′，…で示す大地帰路モードとに
別れて伝播する。これにより、検出部Ｄには、ｉ1 ＋ｉ
1 ′に示す電流が流れるので、この電流をセンサ１（又
は、センサ２）が検出することになる。

【００２５】通常、部分放電は電力ケーブルの弱点部、
即ち接続部等の各種付属品で発生しやすい。例えば、図
１においてＡで示す位置が電力ケーブルの接続部である
とする。また、センサ１は接続部Ａから５ｍ以内の位置
に取り付けられており、センサ２は接続部Ａから２０ｍ
以上離れた位置に取り付けられているとする。そして、
接続部Ａにおいて部分放電が発生したとする。そうする
と、センサ１は部分放電発生地点に近い位置に配設され
ているため、このセンサ１からは大きな振幅の信号が出
力される。一方、センサ２は部分放電発生地点から離れ
ているため、このセンサ２からは小さい振幅の信号が出
力される。センサ１から出力された信号をＶ_PD1 とし、
センサ２から出力信号をＶ_PD2とすると、差動アンプ５
は、この２つの信号の差信号Ｖ_PD1 −Ｖ_PD2 を出力す
る。測定装置６は、この差信号により部分放電を検出す
ることができる。

【００２６】一方、ケーブル終端部３ａ，３ｂに発生す
る気中コロナ並びに、電動機及び放送波等による外部雑
音は、センサ１，２において略同様に検出され、センサ
１，２の出力信号の振幅は略同一になる。従って、これ
らの信号は相殺され、差動アンプ５からは信号が出力さ
れない。前述の如く、部分放電発生地点と部分放電セン
サ１との距離が５ｍ以下であり、部分放電発生地点と部
分放電センサ２との距離が２０ｍ以上あるとすると、差
動アンプ５の出力はセンサ２の影響を受けず、センサ１
の出力と同一になる。このようにして、本実施例におい
ては、部分放電による信号を高Ｓ／Ｎ比で検出すること
ができる。

【００２７】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１，２の内部に簡単
で且つ小さな（体積が１cm³ 程度）コイル１６を設け、
このコイル１６をプラスチックシース１４の外周に配置
した電極１５と同軸コネクタ２０の内部導体との間に接
続することにより、電極１５による結合容量とコイル１
６のインダクタンスとの直列共振回路を形成している。
このような直列共振の場合、検出部Ｄ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
のうちノイズが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、ノイズが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。

【００２８】また、本実施例に係る共振型部分放電検出
装置は、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
る。更に、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。

【００２９】図４は本発明の第２の実施例に係る部分放
電検出装置を示す模式図である。

【００３０】本実施例においては、複数の部分放電セン
サ２２ａ，２２ｂ，…，２２ｃが電力ケーブル２１に相
互に適長間隔をおいて設けられている。これらのセンサ
２２ａ，２２ｂ，…，２２ｃはいずれも図２に示す構造
を有している。これらのセンサ２２ａ，２２ｂ，…，２
２ｃの出力は夫々アンプ２３ａ，２３ｂ，…，２３ｃを
介してＥ／Ｏ変換（電気−光変換）器２４ａ，２４ｂ，
…，２４ｃに与えられ、光信号に変換される。これらの
光信号は、光ファイバー２５ａ，２５ｂ，…，２５ｃを
介してＯ／Ｅ変換（光−電気変換）器２６ａ，２６ｂ，
…，２６ｃに与えられ、電気信号に変換される。集中監
視装置２７には電算機等が備えられている。この集中監
視装置２７は、Ｏ／Ｅ変換器２６ａ，２６ｂ，…，２６
ｃから与えられた信号をディジタル処理し、記憶装置に
記憶する。その後、これらの信号の差を演算して、部分
放電センサ２２ａ，２２ｂ，…，２２ｃに共通に入力さ
れた信号を雑音として除去する。

【００３１】部分放電センサを電力ケーブルに多数配設
した場合は、第１の実施例のように差動アンプ等のハー
ドウエアによる信号処理は困難である。しかし、本実施
例のように、各部分放電センサの出力信号をディジタル
化して記憶装置に入力し、その後電算機によってこれら
の信号を処理することにより、部分放電による信号を高
Ｓ／Ｎ比で検出することができる。

【００３２】一般的に、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、各接続部及び
終端部近傍に夫々センサを設置することにより、ケーブ
ル全体に亘る品質保証及び保守点検が容易になる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る部分放
電検出装置は、電力ケーブルの絶縁性被覆層の表面上に
配設された電極及びインダクタンスにより構成された複
数の部分放電センサと、これらのセンサからの出力信号
を相互に比較して雑音を判別しこれを除去する雑音除去
手段とを備えているから、部分放電発生時に外側導電層
を伝播する信号の高周波成分を高Ｓ／Ｎ比で検出でき
る。また、本発明に係る部分放電検出装置は、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、適用範囲が広く、安全性に優れていている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る部分放電検出装置
を示す模式図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る部分放電検出装置
のセンサを示す断面図である。

【図３】電力ケーブル及び検出系の等価回路図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る部分放電検出装置
を示す模式図である。

【図５】従来の同調式部分放電検出装置を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１，２，２２ａ〜２２ｃ；センサ３，２１；電力ケーブル３ａ，３ｂ；終端部４；高圧電源線５；差動アンプ６；測定装置１０；内部導体１１；内部半導電層１２；ケーブル絶縁体１３；金属遮蔽層１４；プラスチックシース１５；電極１６；コイル１７；真鍮筒１８；絶縁筒１９；鉛テープ２０；同軸コネクタ２３ａ〜２３ｃ；アンプ２４ａ〜２４ｃ；Ｅ／Ｏ変換器２５；光ファイバー２６ａ〜２６ｃ；Ｏ／Ｅ変換器２７；集中監視装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丹正之東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】電力ケーブルの絶縁性被覆層の表面上に
設けられた電極及びこの電極に接続されたインダクタン
スにより構成された複数個の部分放電センサと、これら
の部分放電センサからの出力信号を相互に比較して各部
分放電センサに共通に与えられる雑音を判別しこれを除
去する雑音除去手段とを有することを特徴とする部分放
電検出装置。