JPH07113650B2 - 水トリー劣化診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、活線状態にあるCVケーブルの水トリーによる
絶縁劣化度合を診断するための装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 一般的に、電力ケーブルは布設後の経年変化により電気
絶縁体の絶縁性能が低下する。特に、CVケーブルでは架
橋ポリエチレン絶縁体に樹状の亀裂が生じ、この亀裂に
水分が侵入する所謂水トリーの発生が絶縁劣化の主な原
因であることが知られている。このような絶縁性能の低
下は、放置すると進展して早晩大きな絶縁破壊事故につ
ながる惧れがある。従って、ケーブルの絶縁抵抗の変化
を把握し、劣化を早期に発見することが極めて重要であ
る。

ケーブル絶縁体の水トリー劣化に起因する絶縁抵抗の変
化を常時監視する一つの方法として、本出願人の提案に
かかる脈流検出法がある。脈流検出法とは、交流課電中
のケーブルの接地線を流れる電流を検出した場合、ケー
ブル絶縁体中に水トリーが存在すると概ね数Hz以下の周
期で変動する脈流電流が発生し、しかも水トリー劣化が
激しい程この脈流電流成分は大きくなるという新知見に
基づいて案出されたものである。かかる脈流電流により
劣化診断を行う具体的手段としては、先ずローパスフィ
ルタによって接地線電流から交流充電電流成分を除去し
て脈流成分を取り出し、これを増幅して波形表示手段に
表示させ、該表示波形を時間解析する如き手段が本出願
人により提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら本発明者らが脈流法についてさらに研究を
重ねた結果、脈流成分を単に波形表示させたのみではそ
の時間解析が困難であることがわかった。すなわち、前
述の通り脈流成分は水トリー劣化程度に応じてその大き
さが変化するので、脈流の大きさを検知することが当該
劣化診断法においては重要となるのであるが、脈流波形
は極めて不定的な波形であり、該波形そのものから脈流
成分本来の大きさを評価するのは非常に困難であるとい
うことを知見した。

従って本発明は、脈流法において、接地線より検出した
脈流成分の時間解析を容易とし、水トリー劣化診断を正
確に行い得る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］ 本発明の水トリー劣化診断装置は、 活線状態にあるCVケーブル線路の接地線に結合される劣
化診断装置であって、 接地線電流から交流充電電流成分を除去するフィルター
回路と、 該フィルター回路の出力を特定周波数において選択的に
増幅する狭帯域増幅回路と、 該増幅回路出力を整流する検波回路、及び検波回路出力
を平滑化して直流電流出力を得るための積分回路とを具
備することを特徴とするものである。

［作用］ 接地線電流中には、ケーブルへの印加交流電圧の周波数
と同程度の周期で変動する交流充電電流成分と、何らか
の影響で発生する雑音電流成分と、さらに前述した通り
上記ケーブル絶縁体中に水トリー劣化部が存在する場合
は脈流電流成分とが含まれている。

そこで本発明装置では、先ずフィルター回路で上記交流
充電電流成分を除去し、狭帯域増幅することにより雑音
電流の影響を少なくし、水トリー劣化の有無及び劣化程
度に応じて発生する脈流電流成分を検出する。そして、
この脈流電流を整流し、さらに積分することにより、不
定的電流波形である脈流電流を準直流的波形に変換し脈
流電流本来の大きさを知見し易くしたものである。な
お、積分回路を通過させることにより突発的な雑音電流
の影響を除去することができ、より正確な水トリー劣化
診断を行うことができる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明にかかる水トリー劣化診断装置１のブロ
ック図を示し、第２図は単心CVケーブル２の絶縁劣化診
断に該診断装置１を使用する場合の使用例を示す図であ
る。図において、２は供試CVケーブルであり、21は導
体、22は架橋ポリエチレン絶縁体、23は遮蔽層をそれぞ
れ示している。５は交流電源で、一端を接地し、他端を
供試CVケーブル１の導体21に接続している。なお、供試
CVケーブル２が活線状態の場合において本発明を実施す
るときは、印加されている線路電圧をそのまま利用すれ
ば良く、この場合は交流電源５は不要となる。

Ｇは供試CVケーブル２の遮蔽層23と大地との間を接続す
る接地線であり、接地線Ｇには変流器３が結合されてい
る。接地線Ｇ中を流れる接地線電流ieは変流器３によっ
て検出され、該電流は本発明の劣化診断装置１に送出さ
れる。接地線電流ieの他の検出手段としては、接地線Ｇ
の中間部に抵抗を挿入し、該抵抗の両端に現れる端子電
圧を利用する方法等が挙げられる。

供試CVケーブル２に交流電源が印加されると、導体21と
遮蔽層23との静電結合により印加交流電源に応じた電荷
が誘起され、この時間変化のため印加交流電圧の周波数
と同程度の周期で変動する電流（交流充電電流）が通常
発生し、接地線Ｇ中を流れることとなる。これに加え、
絶縁体22に水トリー劣化が存在する場合には前述の脈流
電流が重畳されることとなる。脈流電流とは、交流電圧
課電状態において絶縁体中の水トリ−劣化部の静電容量
が変化することにより発生する印加交流電圧の周波数以
下の周波数の電流である。従って水トリー劣化ケーブル
の接地線電流ie中には、交流充電電流成分、脈流電流成
分、及び何らかの影響で発生する雑音電流成分が存在し
ていることになる。

劣化診断装置１の入力端ａは接地線電流ieを検出する変
流器３に、出力端ｂはペンレコーダやシンクロスコープ
等の表示装置４にそれぞれ接続される。劣化診断装置１
は、例えば変流器３が検出した接地線電流ieから上記交
流充電電流成分を除去して脈流成分を取り出すフィルタ
ー回路としてのローパスフィルター（以下LPF）11及び
この信号を増幅する増幅器15、検出された全脈流成分の
中から特定周波数成分のみを選択出力するバンドパスフ
ィルター（以下BPF）12及びこの信号を増幅する増幅器1
6（狭帯域増幅器）、そしてこの出力信号を整流する検
波回路13、及び検波回路13の出力を平滑な直流信号出力
とするための積分回路14等からなっている。

上述の積分回路14としては例えばCR積分回路を使用する
ことができるが、脈流成分をより直流的に変換して評価
を容易とするために時定数は長くすることが好ましく、
少なくともCR＝５以上、好ましくはCR＝20程度であれば
良い。また、LPF11としては例えばLC型の所謂定Ｋ型フ
ィルタを使用することができ、BPF12及び増幅器16の働
きをするものとして例えば並列Ｔ型CR回路（Twin−Ｔ型
狭帯域増幅回路）を使用することができる。

劣化診断装置１の出力は表示装置４にて波形表示させて
も良いが、該出力は直流信号であるのでディジタル変換
が容易であり、この出力をA/D変換しコンピュータで出
力処理することもできる。

次いで、上述の水トリー劣化診断装置１の動作を第３図
を参照しながら説明する。

第３図（ａ）は、変流器３が検出した接地線電流ieの電
流波形を示しており、交流充電電流（図中実線で記載）
をベースとし、水トリー劣化の存在によって発生する脈
流成分（図中点線の包絡線で記載）及び雑音電流成分が
重畳された形の波形となっている。なお、水トリ−劣化
が存在しない場合は交流充電電流波形の振幅は一定とな
る。

このような接地線電流ieはLPF11に入力され、交流充電
電流成分が除去される。供試CVケーブルが活線状態の場
合、交流充電電流の周波数は50Hz（又は60Hz）であり、
一方脈流成分は概ね数Hz以下の周波数であるので、LPF1
1としては例えば10Hz程度以下の電流成分を通過させる
如き回路を用いれば良い。LPF11の出力（脈流成分）は
非常に微弱な信号であるので、増幅器15により増幅し、
しかる後BPF12に入力される。BPF12では脈流成分の中か
ら単一周波数信号を取り出し、次段の増幅器16でこの信
号を増幅する。すなわち、脈流成分のある単一周波数に
おいて狭帯域増幅を行う。

狭帯域増幅を行う周波数は10Hz以下であることが望まし
い。これは狭帯域増幅回路の前段で交流除去フィルタ
（LPF11）を使用している関係で、10Hzを越える周波数
成分の減衰度合が大きくなり脈流の検出効率が低下する
からである。また、脈流成分は交流課電状態において水
トリー劣化部の静電容量の変化により発生することは前
述したが、この静電容量の変化速度が遅いため脈流成分
は主に数Hz以下の極めて低い周波数成分で構成されてい
る。これらの理由で、脈流成分を狭帯域増幅する周波数
は低い方が良く、好ましくは10Hz以下、より好ましくは
1Hz程度が微小な脈動電流成分の検知を可能とし測定精
度を向上させるという点で好適である。

第３図（ｂ）の電流波形（時間軸のスケールを同図
（ａ）よりも縮小している）は前記増幅器16の出力波形
を示すものであり、この波形は脈流成分の中の単一周波
数信号成分を表している。BPF12を使用するのは、全脈
流成分を増幅すると雑音電流成分も同時に増幅してしま
い測定に悪影響を及ぼす可能性があるためで、BPF12及
び増幅器16で脈流成分を狭帯域増幅することにより雑音
成分の影響を小さくするためである。従って本発明を実
施するに際しては、上述のような脈流成分の狭帯域増幅
回路を使用することが望ましい。

そして増幅器16の出力は検波回路13へ入力されて整流さ
れ、次いで積分回路14を通過させることにより第３図
（ｃ）の如き電流波形を得ることができる。

第３図（ｂ）の波形において、振幅に若干の大小はある
ものの比較的安定した微動部a₁と、振幅が突出的に大と
なる変動部b₁とが存在しているが、前記微動部a₁を水ト
リー劣化度合に応じて生ずる脈流電流として、変動部b₁
を突発的雑音電流としてとらえることできる。従来は本
波形をもって脈流成分の大きさを評価していたが、微動
部a₁の波形は安定していないため正確な脈流成分の大き
さを特定することが困難であった。そこで本発明の如く
当該脈流成分を整流及び積分することにより、第３図
（ｃ）に示すように、同図（ｂ）における変動部b₁は波
形の突出する部分b₂として残存するものの、劣化診断に
必要である微動部a₁は連続的に低いレベルの平滑な安定
部a₂に変換されることになる。劣化診断を行うに際して
は、突出部b₂は雑音として無視し、安定部a₂を脈流成分
の大きさに応じた直流出力としてとらえれば良く、第３
図（ｂ）の波形に比べ脈流成分本来の大きさを評価する
には非常に都合が良くなるものである。

なお、供試CVケーブル２の絶縁体22に水トリー劣化が存
在しない場合、増幅器16の出力信号は第４図に示す通り
となる。このような健全ケーブルの場合、突発的雑音電
流による変動部b₁′は存在するものの、それ以外の電流
成分は検出されない。

第５図はCVケーブル２を三本使用した三相一括遮蔽構造
の三相ケーブル線路20に、本発明の劣化診断装置１を適
用する場合の具体例を示しており、各ケーブル２の遮蔽
層を一括して接地する接地線Ｇに変流器３を結合し、本
発明装置１及び表示装置４を接続して測定が行われる。
この場合、各ケーブル２の遮蔽層に発生する交流充電電
流は一括遮蔽構造とされることにより打消あってほぼ零
となるが、脈流電流は各ケーブルまちまちに発生するの
で全て打ち消しあうことはなく、従って三相一括遮蔽構
造のCVケーブル線路20にも本発明装置１は適用し得る。
なお、前述した突発的雑音電流は、主に電源電圧に含ま
れるパルス的な変動に劣化診断装置１の増幅器が応答し
たものと考えられるが、三相一括遮蔽の場合は電源電圧
が零相化されるので雑音電流の影響が小さくなり測定が
容易となる。

［発明の効果］ 以上説明した通りの本発明の水トリー劣化診断装置によ
れば、接地線より脈流成分を検出し、さらに整流して積
分することにより、不定的な微動電流である脈流成分を
直流に変換するので、脈流成分本来の大きさを評価し易
くなる。すなわち脈流成分の微妙な大小を直流信号であ
るがため判断し易くなるため、従って正確な水トリー劣
化度合を知見できるものである。また脈流成分を積分す
ることにより、雑音電流の影響も小さくすることができ
る。

また脈流成分の大きさを直流成分に変換するのでA/D変
換が容易となり、パソコン等で劣化診断を行うのに有利
になるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる水トリー劣化診断装置の一例を
示すブロック図、第２図は本発明装置の使用状態を示す
回路構成図、第３図（ａ）〜（ｃ）は第２図の回路にお
ける各部の電流波形を表すグラフ図、第４図は健全ケー
ブルを測定した場合の電流波形を示すグラフ図、第５図
は三相ケーブル線路に本発明装置を使用した状態を示す
回路構成図である。 １……劣化診断装置、１……ローパスフィルター、12…
…バンドパスフィルター、13……検波回路、14……積分
回路、15,16……増幅器、２……供試CVケーブル、22…
…絶縁層、23……遮蔽層、３……変流器、４……表示装
置、５……交流電源、Ｇ……接地線、ie……接地線電流

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活線状態にあるCVケーブル線路の接地線に
   結合される劣化診断装置であって、 接地線電流から交流充電電流成分を除去するフィルター
   回路と、 該フィルター回路の出力を特定周波数において選択的に
   増幅する狭帯域増幅回路と、 該増幅回路出力を整流する検波回路、及び検波回路出力
   を平滑化して直流電流出力を得るための積分回路とを具
   備することを特徴とする水トリー劣化診断装置。
2. 【請求項２】上記狭帯域増幅回路において増幅される周
   波数が、10Hz以下の特定周波数であることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載の水トリー劣化診断装
   置。