JPH06201759A

JPH06201759A - 部分放電センサ

Info

Publication number: JPH06201759A
Application number: JP31193A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Takahashi; 康弘高橋; Masao Shiseki; 誠男志関; Kazuo Watanabe; 和夫渡辺; Masayuki Tan; 正之丹; Akitoshi Watanabe; 明年渡辺; Shoji Hata; 庄司秦
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1993-01-05
Filing date: 1993-01-05
Publication date: 1994-07-22

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、測定精度が優れてい
る部分放電センサを提供することを目的とする。【構成】本発明に係る部分放電センサは、部分放電に
伴って電力ケーブル１の外側に漏出する電磁波を受信す
るアンテナ２と、コンデンサ３及びトランス４の１次側
コイルにより構成された共振回路とにより構成されてい
る。この共振回路により検出された部分放電に基づく信
号は、トランス４の２次側コイルから同軸ケーブル７を
介して測定器８に与えられる。【効果】部分放電を電力ケーブルに接触することなく
検出することができる。安全性が高く、測定精度が高
い。小型化が容易であり、可搬型部分放電測定用センサ
として使用することができる。

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センサに関す
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
易に適用することができて、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
できる部分放電センサ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セ
ンサは、電力ケーブルに発生する部分放電を検出する部
分放電センサにおいて、電力ケーブルから漏出する電磁
波を受信するアンテナと、その一端が前記アンテナに接
続されたコンデンサと、その１次側コイルが前記コンデ
ンサの他端に接続されたトランスとを有し、前記電磁波
のうち特定の周波数成分の信号を前記コンデンサ及び前
記１次側コイルにより構成される共振回路で選択的に検
出し、前記トランスの２次側コイルから出力することを
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、本発明に係る部分放電
センサは、コンデンサ及びトランスの１次側コイルによ
り共振回路を構成し、この共振回路をアンテナに接続し
て、電力ケーブルから漏出する電磁波のうち特定の周波
数成分を検出する。

【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に伴ってケーブルの外側
に漏出する電磁波を共振回路により選択的に検出する方
式であるため、電力ケーブル又は接続部の被覆層の近傍
にアンテナを配置す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適用す
ることができ、活線状態下での測定も可能である。ま
た、測定箇所を容易に変更することもできる。

【００１２】更に、本発明では外側金属層を伝播する進
行波に伴ってケーブルの外側に漏出する電磁波を検出す
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。また、トランスの２次側コイル
を介して信号を取り出すため、センサと測定器との間を
接続する接続ケーブル（通常、同軸ケーブル）により共
振周波数帯域が変動することを回避できると共に、セン
サと接続ケーブル等とのインピーダンスのマッチングを
とることができる。即ち、センサと測定器とを接続する
同軸ケーブルの等価回路は、図６に示すように、抵抗成
分Ｒ、インダクタンス成分Ｌ及びキャパシタンス成分Ｃ
により構成される。コンデンサに接続されたコイルから
信号を直接取り出すようにすると、この同軸ケーブルの
インダクタンス成分Ｌ及びキャパシタンス成分Ｃが共振
回路に影響し、共振周波数が所望の帯域からずれたり、
共振特性Ｑが（クォリティファクター）が低下してしま
う。しかし、本発明においては、アンテナに接続された
コンデンサ及びこのコンデンサに接続されたトランスの
１次側コイルにより共振回路を構成し、この共振回路に
より検出した部分放電に基づく信号を前記トランスの２
次側コイルから取り出すため、センサと測定器との間を
接続するケーブルの影響を回避することができる。

【００１３】なお、前記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、６０
ＭＨｚ以上では、放送帯域の影響を受ける。このため、
前記共振回路から取り出す周波数成分としては、５ＭＨ
ｚ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るので、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。

【００１４】また、本発明においては、例えば容量及び
トランスの１次側コイルにより共振回路を構成するが、
例えばこの共振回路に可変抵抗を直列に接続する等の方
法により、共振周波数及びＱ値を任意に変えることがで
きる。これにより、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。

【００１５】更に、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、本発明に係る部分放電センサを電力ケーブルの
接続部又は終端部の付属品の近傍に適宜配置して部分放
電による信号の有無等を調べることにより、電力ケーブ
ルの品質保証及び保守点検が可能になる。

【００１６】

【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。

【００１７】図１は本発明の実施例に係る部分放電セン
サを示す模式図である。

【００１８】このセンサは、ペンシル状ケース６の先端
に配設されたアンテナ２と、このケース６内に収納され
たコンデンサ３及びトランス４により構成されている。
コンデンサ３及びトランス４の１次側コイルは直列接続
されて共振回路を構成しており、この共振回路はアンテ
ナ２で受信した電磁波のうち特定の周波数成分の信号を
選択的に検出する。そして、この共振回路により検出し
た信号はトランス４の２次側コイルから出力され、同軸
ケーブル７を介して測定器８に与えられるようになって
いる。なお、前記共振回路の共振周波数は、予め測定す
べき広帯域信号に応じて設定されている。つまり、前記
共振回路は、部分放電に基づく信号を選択的に検出す
る。

【００１９】本実施例に係る部分放電センサは、検出対
象である電力ケーブルの近傍に配置する。電力ケーブル
に部分放電が発生すると、この電力ケーブルの外側導電
層に広帯域の信号が伝播する。そして、この信号の一部
が電磁波として電力ケーブルから漏出する。本実施例に
係る部分放電センサは、電力ケーブルから漏出した信号
のうち、共振回路の共振周波数に相当する周波数の信号
をアンテナ２で受信し、この信号を測定器８に出力す
る。

【００２０】図２は、本実施例に係る部分放電センサを
使用した部分放電検出装置の構成を示すブロック図であ
る。

【００２１】この装置は、上述した構造を有するセンサ
１０と、このセンサ１０の出力を増幅する広帯域増幅器
１１と、この広帯域増幅器１１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１２とにより構成されている。

【００２２】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、図３に示すように、中心か
ら順次、内部導体１６、内部半導電層１７、ケーブル絶
縁体（ＸＬＰＥ：cross-linked polyethylene ，架橋ポ
リエチレン）１８、外側金属層としての金属遮蔽層１９
及び被覆層としてのプラスチックシース２０を同軸配置
して形成されている。この電力ケーブル１は、図２に示
すように、所定の長さになるように、接続部１３ａ，１
３ｂを介して複数接続され、その終端部１４ａ，１４ｂ
の内部導体１６が、高圧電源線１５に接続される。ま
た、この電力ケーブル１の金属遮蔽層１９は、終端部１
４ａ，１４ｂ及び接続部１３ａ，１３ｂ等において適宜
接地されている。

【００２３】次に、このように構成された部分放電検出
装置の動作について説明する。

【００２４】電力ケーブル１の等価回路は図４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
６、金属遮蔽層１９並びに終端部１４ａ，１４ｂ及び接
続部１３ａ，１３ｂの接地線は、ＲＬ直列回路となる。
内部導体１６と金属遮蔽層１９とは、両者の間に介在す
るケーブル絶縁体１８を介して容量結合されている。ま
た、検出部Ｄは、センサ１０内に設けられたコンデンサ
３の容量と、コンデンサ３に直列に設けられたトランス
４の１次側コイル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。

【００２５】ケーブル絶縁体１８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１０が
検出することになる。

【００２６】この部分放電センサにおいては、共振特性
を得るために特殊な素子を用いるのではなく、アンテナ
２と、このアンテナ２に接続されたコンデンサ３及びト
ランス４の１次側コイルからなる共振回路とにより構成
されている。このような直列共振回路の場合、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。

【００２７】また、本実施例に係る部分放電センサは、
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、電力ケーブル又は接続部の近傍にセンサを配置する
だけで部分放電を検出することができるので、直接電力
ケーブル及び接続部に接触することなく、迅速且つ安全
に部分放電を測定することができる。更にまた、本実施
例に係るセンサは簡単な構成であるため、可搬型部分放
電測定器用センサとして小型化することが可能であると
共に、測定箇所の変更等が極めて容易である。

【００２８】更にまた、アンテナ２、コンデンサ３及び
トランス４の１次側コイルにより一種の閉回路が構成さ
れており、信号はトランス４の２次側コイルから出力さ
れるため、トランス４の２次側コイルに接続される同軸
ケーブル７によりこの共振回路の共振周波数は直接影響
を受けない。従って、所望の帯域の信号を確実に検出す
ることができて、良好なＳ／Ｎ比で部分放電を検出する
ことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る部分放
電センサは、アンテナとこのアンテナに接続されたコン
デンサ及びトランスの１次側コイルにより構成された共
振回路とを備えており、前記トランスの２次側コイルか
ら信号を取り出すから、電力ケーブルの近傍に前記アン
テナを配置するだけで前記電力ケーブルから漏出する電
磁波のうち特定の周波数成分の信号を選択的に検出して
測定器に出力する。このため、本発明に係る部分放電セ
ンサは、布設後の電力ケーブルに容易に適用することが
できると共に、部分放電発生時に前記電力ケーブルの外
側導電層を伝播する信号の高周波成分を良好なＳ／Ｎ比
で検出できる。また、本発明に係る部分放電センサは簡
単な構成であるため、可搬型部分放電測定器用センサと
して小型化できるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る部分放電センサを示す模
式図である。

【図２】同じくその部分放電センサを使用した部分放電
検出装置の構成を示すブロック図である。

【図３】電力ケーブルの構成を示す断面図である。

【図４】電力ケーブル及び検出系の等価回路図である。

【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。

【図６】同軸ケーブルの等価回路図である。

【符号の説明】

１，３１；電力ケーブル２；アンテナ３；コンデンサ４；トランス６；ケース７；同軸ケーブル８；測定器１０；センサ１１；広帯域増幅器１２；ディジタイジングオシロスコープ１６；内部導体１７；内部半導電層１８；ケーブル絶縁体１９；金属遮蔽層２０；プラスチックシース

───────────────────────────────────────────────────── 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号株式会社フジクラ内 (72)発明者渡辺明年東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者秦庄司東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力ケーブルに発生する部分放電を検出
する部分放電センサにおいて、電力ケーブルから漏出す
る電磁波を受信するアンテナと、その一端が前記アンテ
ナに接続されたコンデンサと、その１次側コイルが前記
コンデンサの他端に接続されたトランスとを有し、前記
電磁波のうち特定の周波数成分の信号を前記コンデンサ
及び前記１次側コイルにより構成される共振回路で選択
的に検出し、前記トランスの２次側コイルから出力する
ことを特徴とする部分放電センサ。