JPH06273473A - 送電用ケーブル接続装置の部分放電測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部分放電が、接続装置内部で発生しているか
否かの判別を正確に行なうことができる部分放電測定装
置を提供することを目的とする。 【構成】 所定抵抗値の入力インピーダンスを有し検出
電極４ａ、４ｂにより検出される部分放電電流を電圧信
号に変換する電流電圧変換増幅器１２ａおよび１２ｂ
と、電流電圧増幅器１２ａ、１２ｂの入力インピーダン
スの他端とケーブル遮断層との間に接続されるブロック
インピーダンスとを備え、部分放電電流が検出電極間の
浮遊抵抗、ケーブル遮断層とケーブルコア間の浮遊容量
によりバイパスされるのを防止することにより、入力イ
ンピーダンスにのみ部分放電電流を流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は送電用ケーブル接続装
置における部分放電を測定するための装置に関し、特に
ＣＶケーブル（架橋ポリエチレン絶縁ケーブル）接続用
のプレモールド絶縁体圧縮式プレハブ型付属品における
内部部分放電を測定／検出するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧を送電する電力ケーブルの相互接続
ならびに異種ケーブル間の相互接続などの中間接続およ
び電源側ケーブルから受電側ケーブルへの終端接続など
においては、作業効率の改善および接続部における絶縁
特性の安定化のために図６に示すような接続装置が一般
に用いられる。

【０００３】図６はＣＶケーブル接続用のプレモールド
絶縁体圧縮式プレハブ型付属品の構成を概略的に示す図
である。図６を参照して、プレハブ型接続装置は、プレ
モールド絶縁体２、エポキシ座１７およびスプリング１
０を用いた圧縮装置９０、絶縁コンパウンド２０および
保護ケース１６を含む。

【０００４】プレモールド絶縁体２は、たとえばＥＰ
（エチレン・プロピレン）を用いて形成されており、テ
ーパ状の断面構造を有している。このプレモールド絶縁
体２の中心部にＣＶケーブル１が嵌合される。

【０００５】プレモールド絶縁体２は、絶縁層２１と半
導電層２２からなり、一般に内部に半導電性のベルマウ
スを有しており、この部分で一般的なストレスコーンの
機能すなわち発生する高電界を緩和する機能を与える。

【０００６】圧縮装置９０は、たとえば金属を用いて構
成される押付け部２３を含む。この押付け部２３は、ス
プリング１０がナット１８の絞め具合に応じて伝達する
圧力をプレモールド絶縁体２へ伝達する。この押付け部
２３を介したスプリング１０の圧力がプレモールド絶縁
体２を介してエポキシ座１７のテーパ面およびケーブル
１との界面に伝達されることにより、この部分における
耐圧特性を改善している。

【０００７】このプレモールド絶縁体２、圧縮装置９０
およびエポキシ座１７は、工場成形品であり、実際にＣ
Ｖケーブル１の接続を行なう現場においては、これらの
部品を組合わせることにより接続装置を作成してＣＶケ
ーブル１の接続を行なっている。したがって、一般にこ
の構成はプレハブ絶縁方式と呼ばれている。

【０００８】このプレハブ絶縁方式においては、ＣＶケ
ーブルと接続装置との間の耐圧特性を決定するプレモー
ルド絶縁体２とＣＶケーブル１との接触およびプレモー
ルド絶縁体２とエポキシ座１７との接触は一定とするこ
とができるため、作業者によらず確実に一定の耐圧特性
を接続装置に与えることができる。

【０００９】一般に、上述のＣＶケーブルのような高圧
送電用ケーブルなどを接続するために用いられる高圧機
器においては、安全対策上十分な耐圧構成がとられてい
る。しかしながら、絶縁体（エポキシ座１７またはＣＶ
ケーブル１の絶縁体とプレモールド絶縁体２の界面）に
異物または傷などに起因するボイド（空隙）などが存在
すると、このボイドに高電界が印加され、ボイド中の気
体が部分的に電離して部分放電が発生する。このような
部分放電は微弱な繰返し放電であるものの、長時間にわ
たり持続されると、絶縁部を浸食させかつ劣化させて電
気破壊へ至る原因となる。

【００１０】したがって、上述のような部分放電が発生
すると、この接続部における絶縁破壊が生じ、大事故に
至る原因となるため、速やかに部分放電の発生を検知し
この部分放電に対処する必要がある。

【００１１】このような高圧機器における部分放電を検
知する装置としては、たとえば特開平３−２２６２２０
号がある。

【００１２】図７は、上記公報に開示された部分放電測
定装置の概略構成を示す図である。図７においては、部
分放電測定に必要な構成のみが代表的に示される。

【００１３】図７を参照して、部分放電測定装置は、プ
レモールド絶縁体２と圧縮装置９０との界面に形成され
た検出電極４ａおよび４ｂを含む。この検出電極４ａ、
４ｂは部分放電検出素子として機能する。検出電極層４
ａおよび４ｂは、たとえば、シルバペイント、カーボン
ペイント、およびカーボンブラックなどの導電性塗料を
プレモールド絶縁体２に接する圧縮装置９０の内面に塗
布することにより得られる。この検出電極４ａおよび４
ｂは互いに電気的に独立な２分割構造とされており、そ
れぞれ独立に部分放電に応じた電流を導出する。

【００１４】検出電極４ａは検出インピーダンス５ａを
介して接地電位に接続されるとともにノイズ弁別器６の
一方入力へ接続される。検出電極４ｂは検出インピーダ
ンス５ｂを介して接地電位に接続されるとともに、ノイ
ズ弁別器６の他方入力に接続される。検出インピーダン
ス５ａおよび５ｂはそれぞれ、部分放電発生時に検出電
流を電圧信号に変換する。

【００１５】ノイズ弁別器６は、検出インピーダンス５
ａおよび５ｂにより電圧信号に変換された部分放電電流
極性が同相であるか異相であるかを判別し、この極性判
別結果に従って、部分放電が接続装置内部で発生してい
るのかまたは接続装置外部の外部放電もしくは外部ノイ
ズに起因するかの判別を行なう。

【００１６】ノイズ弁別器６はさらに、検出インピーダ
ンス５ａおよび５ｂにより導出された部分放電電圧信号
が異相であった場合にのみこの部分放電電圧信号を部分
放電測定器７へ与える。

【００１７】なお、３は埋込電極であり、ストレスコー
ンと碍子１９（図６）との間に設けられる。

【００１８】図８は、図７に示した部分放電測定装置の
Ａ−Ａ線断面図である。図８を参照して、検出電極４ａ
とケーブルコア１１との間および検出電極４ｂとケーブ
ルコア１１との間には、それぞれ静電容量８ａ、８ｂが
存在する。また、ケーブルコア１１と絶縁層１１との間
には静電容量９が存在する。さらに、検出電極４ａと検
出電極４ｂとの間に浮遊抵抗１０が存在する。上記静電
容量８ａおよび８ｂの容量値をＣｓとし、静電容量９の
容量値をＣｃとし、検出インピーダンス５ａおよび５ｂ
の抵抗値をＲｓとして図７の破線で囲まれた部分の等価
回路を図９に示す。

【００１９】次に、前述したノイズ弁別器６の弁別動作
を図９の等価回路を用いてさらに詳細に説明する。

【００２０】今、検出電極４ｂとケーブルコア１１との
間の経路で部分放電が発生したと仮定すると、発生した
部分放電電流は、図７の検出電極４ｂ→検出インピーダ
ンス５ｂ→検出インピーダンス５ａ→検出電極４ａ→ケ
ーブルコア１１→検出電極４ｂと流れる。これは、図９
では図９の実線で示すように静電容量８ｂ→検出インピ
ーダンス５ｂ→検出インピーダンス５ａ→静電容量８ａ
→静電容量８ｂと流れることになる。したがって、装置
内部で部分放電が発生した場合には、検出インピーダン
ス６ａに流れる電流と検出インピーダンス５ｂに流れる
電流の方向が異なるので、これを弁別することにより、
装置内部で部分放電が発生したことを検出することがで
きる。

【００２１】一方、接続装置外部で発生した部分放電電
流は、図９の一点鎖線で示すように、２つの方向に分流
され、２つの電流の極性は同じ方向である。したがっ
て、検出インピーダンス５ａに流れる電流と検出インピ
ーダンス５ｂに流れる電流の極性が同じであれば、接続
装置の外部で部分放電が発生したと判別できる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９に示した
等価回路は、理想的な回路であり、実際には図８に示す
ような抵抗値Ｒｐ（数１０Ω）の浮遊抵抗１０が存在す
る。

【００２３】この浮遊抵抗１０を考慮した等価回路を図
１０に示す。図１０に示した等価回路に従えば、前述し
た弁別動作には、次のような欠点がある。

【００２４】（１） 接続装置内部で発生した部分放電
電流は、実際には図１０の実線矢印で示すように、ケー
ブルコア１１と遮蔽層との間に存在する静電容量９を通
してバイパスされるものがあるため、上記検出インピー
ダンス５ａおよび５ｂに発生する電圧が異なる。たとえ
ば、図１０のＡ点で部分放電があった場合には、検出イ
ンピーダンス５ｂに発生する電圧は、検出インピーダン
ス５ｂに発生する電圧よりも大きくなる。したがって、
測定のダイナミックレンジが損なわれることになる。

【００２５】（２） 検出電極４ａと検出電極４ｂとの
間には、実際には抵抗値Ｒｐの浮遊抵抗１０があるた
め、Ｒｓ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｃｃの値によって部分放電電流
が図１０の点線矢印のように流れ、接続装置内部の部分
放電であると判別できない場合がある。

【００２６】（３） また、一般のストレスコーンは、
その浮遊抵抗値Ｒｐが数１０Ωであり、検出インピーダ
ンスの抵抗値Ｒｓに比べて小さくなる場合が多い。この
とき、図１０の一点鎖線で示すように部分放電電流が浮
遊抵抗１０をバイパスするため、検出インピーダンスに
流れる電流は減り感度が下がるという問題がある。

【００２７】それゆえに、この発明の目的は上述の従来
の部分放電測定装置の有する欠点を除去し、部分放電電
流がバイパスするのを防止し、内部放電であるのか外部
放電であるのかの判別を正確に行なうことのできる部分
放電測定装置を提供することである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る部分放電
測定装置は、少なくとも２つの検出電極手段、少なくと
も２つの検出インピーダンス、判別手段、測定手段およ
びブロックインピーダンスを含む。少なくとも２つの検
出電極手段は、接続装置内部にケーブル遮蔽層と独立的
に設けられる。検出インピーダンスは、少なくとも２つ
の検出電極手段に発生する各々の電流を電圧信号に変換
する。判別手段は、変換された電圧信号の極性により部
分放電が装置内部で発生したか否かを判別する。測定手
段は、変換された電圧信号に従って接続装置における部
分放電量を測定する。ブロックインピーダンスは、検出
インピーダンスの各々とケーブル遮蔽層との間に接続さ
れ、検出電極の発生した電流が少なくとも２つの検出イ
ンピーダンスからケーブル遮蔽層にバイパスするのを防
止する。

【００２９】

【作用】プレハブ型接続品すなわち接続装置の内部部分
放電は主に現地施工による欠陥が生じやすいプレモール
ド絶縁体とケーブルとの界面およびこのプレモールド絶
縁体とエポキシ座との界面で発生する傾向にある。プレ
モールド絶縁体と圧縮装置との界面に形成された独立の
検出電極は、この最も部分放電の発生しやすい部位近傍
に設けられており、確実にこの部分放電に応じた電流を
導出する。

【００３０】このようにして導出された電流がケーブル
遮蔽層とケーブルコア間に存在する浮遊容量および検出
電極間に存在する浮遊抵抗によりケーブルコアにバイパ
スささる。しかし、ケーブル遮蔽層と検出インピーダン
スとの間に設けられたブロックインピーダンスにより、
浮遊抵抗および浮遊容量を介してケーブルコアにバイパ
スされる電流をブロックすることにより、検出電流を検
出インピーダンスにのみ流すことができる。それによ
り、測定のダイナミックレンジを損なうのを防止し、か
つ放電電流が内部放電に起因するのか外部放電に起因す
るのかの判別を正確に行なうことができる。

【００３１】また、検出インピーダンスの抵抗値を、実
効的に少なくとも２つの検出電極間の浮遊抵抗の抵抗値
よりも小さくすることができるので、浮遊抵抗によるバ
イパスを抑制することができるとともに、従来例よりも
抵抗率の低いストレスコーンを使用することができる。

【００３２】

【実施例】図１は、この発明の部分放電測定装置の一実
施例を示す概略図である。図１に示す部分放電測定装置
と図７に示す部分放電測定装置とが異なるところは、抵
抗値が固定された検出インピーダンスに代えて、電圧電
流変換増幅器１２ａおよび１２ｂが設けられ、検出イン
ピーダンス１２ａおよび１２ｂとケーブル遮断層との間
に部分放電電流がバイパスするのを防止するブロックイ
ンピーダンス１３が結合されていることである。

【００３３】電流電圧変換増幅器１２ａおよび１２ｂ
は、部分放電電流の測定周波数帯域（３〜３０ＭＨｚ）
において、抵抗値Ｒｐよりも実効的に小さくなるような
抵抗値Ｒｓにされた入力インピーダンスを有し、この入
力インピーダンスを検出インピーダンス５ａ′，５ｂ′
として用いている。この検出インピーダンスの抵抗値Ｒ
ｓは、測定周波数帯域において、数Ω〜数１０Ωとな
る。

【００３４】ブロックインピーダンス１３は、検出イン
ピーダンス５ａ′および５ｂ′の抵抗値Ｒｓ、浮遊抵抗
Ｒｂ、静電容量ＣｓおよびＣｃとの関係において、静電
容量Ｃｃを介してケーブルコア１１にバイパスする電流
を導出しかつ接続装置内で発生した部分放電電流が検出
インピーダンス５ａ′と５ｂ′とで逆方向となるように
定められたインピーダンス（Ｒｂ＋ｊＸｂ）を有する。

【００３５】上記抵抗値ＲｐおよびＲｓ、静電容量Ｃｃ
およびＣｓ、ブロックインピーダンスのインピーダンス
Ｒｂ＋ｊＸｂを考慮した等価回路を図２に示す。なお、
図２の等価回路図は、図１に示した部分放電測定装置の
破線で囲んだ部分の等価回路図である。

【００３６】次に、検出インピーダンス５ａ′と５ｂ′
とで逆方向の電流を流すための条件を、図３および図４
に示したグラフを用いて説明する。

【００３７】なお、検出インピーダンス５ａ′と５ｂ′
とで逆方向の電流を流すことは、両検出インピーダンス
を流れる電流の位相差が１８０度±３０度以内であるこ
とと定義する。

【００３８】図３は、検出インピーダンスＲｓをパラメ
ータとし、測定周波数帯域とブロックインピーダンスの
抵抗値Ｒｂとの関係を示したグラフである。

【００３９】図４は、検出インピーダンスＲｓをパラメ
ータとし、測定周波数帯域とブロックインピーダンスの
インダクタンスＸｂの関係を示している。

【００４０】（Ａ） ブロックインピーダンス１３を用
いない場合（Ｒｂ＝０，Ｘｂ＝０）において、装置内部
で部分放電を発生し、放電電流が流れたと仮定する。こ
のとき、検出インピーダンス５ａ′および５ｂ′に流れ
る電流が逆位相であるための条件を、図２に示した等価
回路に対してキルヒホッフの法則を用いて解くと、
（１）式となる。

【００４１】 Ｒｓ＜Ｒｐ・Ｃｓ／Ｃｃ …（１） 長尺ケーブルを使った場合Ｃｃは大きくなり、近年一般
に用いられている測定周波数（３〜３０ＭＨｚ）におい
て、Ｃｓ／Ｃｃ＝１／２００〜１／２０００程度とな
る。今、浮遊抵抗Ｒｐは、数１０Ωであるため、検出イ
ンピーダンスの抵抗値Ｒｓは、０．１Ω以下程度が必要
となる。検出インピーダンスの抵抗値Ｒｓは、電流電圧
変化増幅器の入力インピーダンスであり、対象としてい
る測定周波数において、数Ω以上の値となるため上記
（１）式を満たすことができない。

【００４２】（Ｂ） ブロックインピーダンス１３とし
て、抵抗Ｒｂを用いた場合において、検出インピーダン
ス５ａ′および５ｂ′に流れる電流が逆位相であるため
には、（２）式を満たさなければならない。

【００４３】 （Ｒｓ／Ｒｐ−Ｃｓ／Ｃｃ）（１＋Ｒｓ／Ｒｐ＋Ｃｓ／Ｃｃ）＜ω² Ｃｓ² Ｒ ｂ（Ｒｓ＋Ｒｃ） ｜√３ω｛ＲｂＣｓ（１＋Ｒｓ／Ｒｐ＋Ｃｓ／Ｃｃ）＋Ｃｓ（Ｒｓ＋Ｒｂ）（ Ｒｓ／Ｒｐ−Ｃｓ／Ｃｃ｝｜＜（Ｒｓ／Ｒｐ−Ｃｓ／Ｃｃ）（１＋Ｒｓ／Ｒｐ＋ Ｃｓ／Ｃｃ）−ω² Ｃｓ² Ｒｂ（Ｒｓ＋Ｒｃ）｜ …（２） ただし、ωは測定周波数ｆの２π倍の値である。この条
件を満たす領域が図３に示される。

【００４４】（Ｃ） ブロックインピーダンス１３とし
て、インダクタンスＸｂを用いた場合（Ｒｂ＝０，Ｘｂ
≠０）において、検出インピーダンス５ａ′および５
ｂ′に流れる電流が逆位相であるためには、（３）式を
満たさなけれはいけない。

【００４５】 ω² ×ｂＣｓ＞１＋Ｒｓ／Ｒｐ＋Ｃｃ／Ｃｃ＋√３ωＣｓＲｓ …（３） 上記（３）式を満たす領域を図４に示す。

【００４６】図３および図４に示したグラフから、ブロ
ックインピーダンス１３の抵抗値Ｒｂまたはインダクタ
ンスＸｂを適当な値に選び、検出インピーダンスを抵抗
値Ｒｓを小さくすれば、測定しようとしている周波数
（３〜３０ＭＨｚ）であっても、検出インピーダンスに
流れる電流を逆向きになるようにすることができる。ま
た、ここでは詳細は省くが、前述の（２）式および
（３）式の条件を満たしているとき、検出インピーダン
ス５ａ′および５ｂ′に流れる電流の比は、１から１．
２の範囲であり、測定のダイナミックレンジを損なうこ
ともない。

【００４７】次に、図１に示した部分放電測定装置の動
作を説明する。接続装置内部で発生した部分放電電流
は、検出電極４ａおよび４ｂにより検出され、電流電圧
変換増幅器１２ｂおよび１２ａに供給される。電圧電流
変換増幅器１２ａおよび１２ｂは、供給された部分放電
電流を電圧信号に変換しかつ増幅して、ノイズ弁別器６
に供給する。

【００４８】ブロックインピーダンス１３は、測定周波
数帯域３〜３０ＭＨｚにおいて、高い抵抗値を有するた
め、部分放電電流が浮遊抵抗１０にバイパスされるのを
防止するとともに、静電容量Ｃｃを介してケーブルコア
１１にバイパスされるのを防止する。

【００４９】また、電圧変換増幅器１２ａおよび１２ｂ
の入力インピーダンスは、測定周波数帯域において、数
Ωとなり、数１０Ωの浮遊抵抗１０よりも実効的に小さ
いので、部分放電電流が浮遊抵抗１０にバイパスされる
のを防止する。

【００５０】ノイズ弁別器６は、電流電圧変換増幅器１
２ａおよび１ｂからの電圧信号を受けて、電圧信号の極
性が同じか否かを判別し、電圧信号の極性が同じであれ
ば、外部放電に起因すると判断し、電圧信号の極性が異
なっていれば、内部放電に起因していると判別する。ノ
イズ弁別器６は、内部放電であると判別した場合にのみ
部分放電電圧信号を部分放電測定器７に供給する。

【００５１】図５は、この発明のもう１つの実施例を示
すブロック図である。図５に示す部分放電測定装置は、
電流電圧変換増幅器としてオペアンプ１４ａおよび１４
ｂを用い、オペアンプ１４ａおよび１４ｂの出力端子と
ノイズ弁別器６との間にそれぞれ同調増幅器１５ａ、１
５ｂを結合し、オペアンプ１４ａおよび１４ｂの＋端子
とケーブル遮断層−ケーブルコア間静電容量９との間に
１０μＨのブロックインピーダンス１３を接続してい
る。

【００５２】オペアンプ１４ａおよび１４ｂの＋端子と
−端子との間のインピーダンスを、検出インピーダンス
としている。

【００５３】動作において、オペアンプ１４ａおよび１
４ｂは、静電容量８ａおよび８ｂを通して供給される放
電電流を電圧信号に変換して、同調増幅器１５ａおよび
１５ｂに供給し、同調増幅器１５ａおよび１５ｂは、１
０ＭＨｚ付近の電圧信号を検出し、ノイズ弁別器６に供
給する。それにより、検出周波数帯域を制限し、部分放
電測定におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。

【００５４】

【発明の効果】以上の本発明では、部分放電電流がケー
ブル遮蔽層とケーブルコア間の浮遊容量、検出電極間の
浮遊抵抗などによりバイパスされるのをブロックインピ
ーダンスにより防止することができるので、部分放電が
接続装置内部で発生したのか否かの判別を正確に行なう
ことができる。

【００５５】したがって、長尺のＣＶケーブルや導電率
の低いストレスホーンであっても部分放電の測定を正確
に行なうことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る部分放電測定装置の構成を示し
た図である。

【図２】図１に示した部分放電測定装置の破線で囲んだ
部分の等価回路図である。

【図３】検出インピーダンスをパラメータとし測定周波
数帯域とブロックインピーダンスの抵抗値との関係を示
したグラフである。

【図４】検出インピーダンスをパラメータとし測定周波
数帯域とブロックインピーダンスのインダクタンスとの
関係を示すグラフである。

【図５】この発明に係る部分放電測定装置のもう１つの
実施例を示す図である。

【図６】この発明の背景を示す図であり、ＣＶケーブル
接続用のプレモールド絶縁体圧縮式プレハブ型付属品の
構成を概略的に示す図である。

【図７】従来の部分放電測定装置の概略構成を示した図
である。

【図８】図７に示した部分放電測定装置のＡ−Ａ線断面
図である。

【図９】図７に示した部分放電測定装置の理想的等価回
路図である。

【図１０】図７に示した部分放電測定装置の実際の等価
回路図である。

【符号の説明】

１ ケーブル ２ ストレスコーン ４ａ，４ｂ 検出電極 ６ ノイズ弁別器 ７ 部分放電測定器 １２ｂ，１２ａ 電流電圧変換増幅器 １３ ブロックインピーダンス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送電用ケーブル接続装置における部分放
   電を測定するための装置であって、 前記接続装置内部にケーブル遮蔽層と独立的に設けられ
   る少なくとも２つの検出電極手段、 前記少なくとも２つの検出電極手段に発生する各々の電
   流を電圧信号に変換するための少なくとも２つの検出イ
   ンピーダンス、 前記変換された電圧信号の極性により部分放電が装置内
   部で発生したか否かを判別する判別手段、 前記変換された電圧信号に従って前記接続装置における
   部分放電量を測定する測定手段、および前記検出インピ
   ーダンスの各々と前記ケーブル遮蔽層との間に接続さ
   れ、前記検出電極手段に発生した電流が前記少なくとも
   ２つの検出インピーダンスから前記ケーブル遮蔽層にバ
   イパスするのを防止するブロックインピーダンスを備え
   たことを特徴とする送電用ケーブル接続装置の部分放電
   測定装置。