JPH0666873A

JPH0666873A - 部分放電検出装置

Info

Publication number: JPH0666873A
Application number: JP21801592A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Takahashi; 康弘高橋; Shotaro Yoshida; 昭太郎吉田; Kazuo Watanabe; 和夫渡辺; Masayuki Tan; 正之丹; Akitoshi Watanabe; 明年渡辺
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1992-08-17
Filing date: 1992-08-17
Publication date: 1994-03-11

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
る部分放電検出装置を提供することを目的とする。【構成】電力ケーブル１のプラスチックシース２０の
周囲には、電極２が配置されている。この電極２とコネ
クタ５との間にはコイル６が接続されており、これらの
電極２及びコイル６はシールド容器３内に収納されてい
る。コネクタ５から出力された信号は、測定器８に与え
られる。測定器８は、この信号をスペクトル分析し、部
分放電による信号成分（Ｓ）とノイズ成分（Ｎ）とに分
類する。そして、Ｓ／Ｎ比を高くすべく所定の信号を生
成し、この信号を調節計７に出力する。調節計７は、こ
の信号に基づいてパルスモータ４を駆動制御し、コイル
６のインダクタンスを変化させる。

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上に設けられる
電極及びこの電極と前記電力ケーブルの外側導電層とに
より構成される結合容量に接続されて共振回路を構成す
るインダクタを備えたセンサと、このセンサの出力に基
づいて前記共振回路の共振周波数を変化させる共振周波
数調整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、前記被覆層の上に電極
を設けこの電極にコイル等のインダクタを接続し、この
インダクタ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
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（即ち、ＬＣ
フィルタ）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を装着するだけ
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】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検出装置のセンサを電力
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、電力ケーブルの品質保証及び保守点検が可能にな
る。

【００１４】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。

【００１５】ところで、結合コンデンサとインダクタと
により構成されるＬＣフィルタの性能（通過周波数帯及
び利得性能等）は、電極幅及びインダクタのインダクタ
ンスによって決定される。このＬＣフィルタの通過周波
数帯が一定であると、取り付け環境の変化等に対応でき
ない。例えば、電力ケーブルを伝搬するノイズ成分を調
べて、ノイズの主成分が２０ＭＨｚであることが判明
し、その結果、結合コンデンサ及びインダクタにより構
成されるＬＣフィルタの通過周波数帯（即ち、測定周波
数）を３０ＭＨｚ±５ＭＨｚに設定したとする。この場
合、部分放電による信号を選択的に検出することができ
てＳ／Ｎ比が高く、高感度で部分放電を検出することが
できる。しかし、電力ケーブルを伝搬するノイズの主成
分の周波数帯域が昼間と夜間とで異なることがあるた
め、昼間は高Ｓ／Ｎ比で高感度な測定が可能であったと
しても、夜間にはノイズと部分放電による信号との弁別
が難しくなり、センサ本来の測定感度が得られないこと
がある。また、ＬＣフィルタの通過周波数帯を変更する
場合には、センサを一度解体し、素子を取り替える必要
があるので、測定周波数の選択にあたっては事前にノイ
ズ成分の調査等を実施し、慎重に決定する必要がある。

【００１６】そこで、本発明においては、共振周波数調
整手段を設け、この共振周波数調整手段により共振回路
の共振周波数を適宜調整する。例えば、電極に接続する
インダクタとして可変インダクタ（インダクタンスが可
変のコイル等）を使用する。また、共振周波数調整手段
により、前記センサから出力された信号をスペクトル分
析し、部分放電による信号成分（Ｓ）とノイズ成分
（Ｎ）とに分類する。そして、Ｓ／Ｎ比が最も高くなる
ように、前記可変インダクタのインダクタンスを変化さ
せて、共振回路の共振周波数を調整する。これにより、
部分放電を常に高感度で検出することができる。

【００１７】

【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。

【００１８】図１は本発明の実施例に係る部分放電検出
装置を示すブロック図である。電力ケーブル１のプラス
チックシースの外周には、導電性塗料又は金属テープ等
で形成された電極２が全周に亘って設けられている。

【００１９】この電極２は、例えば真鍮等の金属からな
るシールド容器３内に収容されている。このシールド容
器３には、ＢＮＣコネクタ等の同軸コネクタ５が取り付
けられており、この同軸コネクタ５の内部導体と電極２
との間にはコイル６が接続されている。このコイル６の
インダクタンスは、シールド容器３の外部に配設されそ
の駆動シャフトが容器３内に延出するパルスモータ４に
より変化させることができる。つまり、パルスモータ４
により駆動されてコイル６の内側に鉄心が挿入され、コ
イル６のインダクタンスが変化する。

【００２０】コネクタ５を介して出力された信号は、測
定器８に与えられる。この測定器８は、例えばスペクト
ルアナライザー及びコンピュータを備えており、与えら
れた信号をスペクトル分析し、部分放電による信号成分
とノイズ成分とに分類する。そして、信号成分とノイズ
成分との比（Ｓ／Ｎ比）を高くすべく所定の信号を生成
し、この信号を調節計７に出力する。調節計７は、この
信号に基づいてパルスモータ４を駆動制御する。

【００２１】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２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３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。電極２及びコイル６等により構成され
たセンサ１０は、例えば接続部１３ｂの近傍に配設され
る。

【００２２】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。

【００２３】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及び終端部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の電極２と電力ケーブル１
のプラスチックシース２０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６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２による結合容量は例えば電極２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。

【００２５】この部分放電検出装置においては、共振特
性を得るために特殊な素子を用いるのではなく、センサ
１０の内部に可変インダクタとしてコイル６を設け、こ
のコイル６をプラスチックシース２０の外周に被着した
電極２と同軸コネクタ５の内部導体との間に接続するこ
とにより、電極２による結合容量とコイル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。

【００２６】また、本発明においては、測定器８がセン
サの出力をスペクトル分析し部分放電による信号成分と
ノイズ成分とに分類する。そして、調節計７は、その結
果に基づいてパルスモータ４を駆動制御し、コイル６の
インダクタンスＬを調整する。このため、センサの測定
周波数帯が、ノイズ成分が少ない周波数帯域に自動的に
調整される。更に、前記抵抗成分の抵抗値を適宜選定す
れば、測定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、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、常に良
好なＳ／Ｎ比を得ることができて、部分放電検出の無人
化が容易である。

【００２７】なお、上述の実施例においては可変インダ
クタのインダクタンスを変化させることにより共振回路
の共振周波数を調整する場合について説明したが、共振
回路のキャパシタンス成分を変化させるようにしてもよ
い。この場合も、上述の実施例と同様の効果を得ること
ができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
力ケーブルの外側導電層とにより結合容量を構成する電
極及び前記結合容量に接続されて共振性を呈するインダ
クタにより構成されるセンサから出力された信号に基づ
いて前記センサの共振周波数を調整する共振周波数調整
手段が設けられているから、架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
分を常に良好なＳ／Ｎ比で検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る部分放電検出装置を示す
ブロック図である。

【図２】電力ケーブルの構成を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例に係る部分放電検出装置の部分
放電検出時の態様を示すブロック図である。

【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。

【符号の説明】

１，３１；電力ケーブル２；電極３；シールド容器４；パルスモータ５；コネクタ６；コイル７；調節計８；測定器１０；センサ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号藤倉電線株式会社内 (72)発明者渡辺明年東京都江東区木場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上に設けら
れる電極及びこの電極と前記電力ケーブルの外側導電層
とにより構成される結合容量に接続されて共振回路を構
成するインダクタを備えたセンサと、このセンサの出力
に基づいて前記共振回路の共振周波数を変化させる共振
周波数調整手段とを有することを特徴とする部分放電検
出装置。
【請求項２】前記共振周波数調整手段は、前記センサ
の出力をスペクトル分析し信号成分とノイズ成分とに分
類して、信号成分とノイズ成分との比（Ｓ／Ｎ比）を高
くすべく前記共振回路の共振周波数を変化させることを
特徴とする請求項１に記載の部分放電検出装置。