JPH0735809A - 電力ケーブル故障点検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 故障以外の要因による誤検知をなくする電力
ケーブル故障点検出方法及びその装置を提供する。 【構成】 温度の変化量が所定量より大きい点を故障候
補点として抽出し、その候補点での温度の時間的変化及
び候補点の前後での温度分布を基に故障点を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力ケーブルの長手方
向の温度分布を測定して、その測定を基に電力ケーブル
の故障点を検知する方法及び装置に係り、特に、故障以
外の要因による誤検知をなくする電力ケーブル故障点検
出方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電力ケーブルにあっては、落雷による衝
撃電圧が印加されたり、電力ケーブルを構成する絶縁体
が劣化したり、或いは外傷を受けたりして電力ケーブル
が損傷すると、この損傷部分で絶縁破壊が生じて接地系
に大電流が流れ、ひいては電力ケーブルが大破するとい
ういわゆる地絡事故（故障）が起きることがある。例え
ば、図６に示すように送電を行うための地中ケーブル６
１は洞道６２内に布設されているが、地絡事故によって
接地系に大電流が流れて大破することがある。

【０００３】電気所６３では系統電流の監視により故障
発生を検知し、故障が発生したとき、継電器等を自動遮
断する。また、故障の発生場所を検出することも行われ
る。これを故障点の標定という。故障点の標定には、マ
レーループ法やパルスレーダ法が用いられている。マレ
ーループ法は、ブリッジの原理を用い、故障ケーブルの
心線をブリッジの一辺として故障点までの抵抗を測定す
ることによって標定するものである。パルスレーダ法
は、故障点からの電気的なパルスの反射を捕らえるもの
である。

【０００４】近年では、電力ケーブル内或いはその表面
に多数の光ファイバを配置し、地絡時に生じるアークエ
ネルギで断線した光ファイバ破断位置をＯＴＤＲの手法
で測定し、この破断点から故障点を標定する方法が考え
られている。

【０００５】また、電力ケーブルに沿わせて光ファイバ
を布設しておき、温度分布測定装置を用いて光ファイバ
の長手方向の温度分布を測定し、この温度分布の変化か
ら地絡時に生じる温度上昇を検知して故障点を標定する
方法が考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】マレーループ法やパル
スレーダ法では、故障が発生したことが分かってからで
ないと測定装置を設置できないため、故障発生後、故障
点を標定するまでに時間がかかる。さらに、故障点標定
の位置精度が悪く、標定を行った後に巡回点検を行って
故障点を見極める必要がある。従って、これらの方法を
用いたのでは、故障復旧が遅くなる。

【０００７】光ファイバの断線位置をＯＴＤＲ法で検出
する方式では、地絡エネルギが小さい場合、光ファイバ
が断線しないために標定ができないことがある。また、
地絡の起きた方向が光ファイバの配置されていない方向
である場合には、光ファイバの受ける地絡エネルギの影
響が少ない。この場合も光ファイバが断線しないため標
定ができない。地絡方向や地絡エネルギに左右されない
で故障点標定を行うには極力多数の光ファイバを電力ケ
ーブル内部に配置することが必要になるが、実用上これ
は困難である。

【０００８】長手方向の温度分布から故障点標定を行う
方法は上記の方法に比べて優れたものであるが、地絡時
に生じる温度上昇と、それ以外の温度変動、例えば洞道
内気温の変化、換気扇運転による温度変化等と区別がつ
きにくく、悪くすれば誤った箇所を故障点として標定し
てしまう場合もある。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、故障以外の要因による誤検知をなくする電力ケーブ
ル故障点検出方法及びその装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、電力ケーブル或いはその電力ケーブルの布
設されている洞道、管路等に沿わせて光ファイバを布設
し、この光ファイバの一端から光を入射してその後方散
乱光分布から光ファイバの長手方向の温度分布を測定
し、その温度分布から電力ケーブルの故障点を検出する
電力ケーブル故障点検出方法において、温度の変化量が
所定量より大きい点を故障候補点として抽出し、その候
補点での温度の時間的変化及び候補点の前後での温度分
布を基に故障点を検知するものである。

【００１１】上記故障候補点の抽出を行うために、まず
電力ケーブルのトリップ信号を受信し、このトリップ信
号の受信後直ちに温度分布を測定し、トリップ信号受信
前後での温度分布の変化量を求めるようにしてもよい。

【００１２】電力ケーブル故障点検出装置は、電力ケー
ブル或いはその電力ケーブルの布設されている洞道、管
路等に沿わせた光ファイバと、この光ファイバの一端か
ら入射した光の後方散乱光分布から光ファイバの長手方
向の温度分布を測定する温度分布測定装置とを有する電
力ケーブル故障点検出装置において、温度の変化量が大
きい順に故障候補点を抽出する抽出手段と、その抽出さ
れた候補点での温度の時間的変化を予め設定した経時デ
ータと比較し、かつ当該候補点の前後での温度分布を予
め設定した分布データと比較して当該候補点が故障点で
あるか否かを検知する故障点検知手段とを備えたもので
ある。

【００１３】

【作用】上記構成により、光ファイバの長手方向の温度
分布が検知される。温度分布が変化すれば、光ファイバ
に沿った温度の変化量が分かる。ある点において温度の
変化量が所定量より大きいとき、その点で故障が起きて
いる可能性があるので、これを故障候補点として抽出す
る。候補点においては、その点での温度の時間的変化及
び候補点の前後での温度分布を調べる。地絡時に生じる
温度上昇は他の要因による温度上昇に比べて立上がりが
速いので、候補点での温度上昇が速ければこの候補点が
故障点であるという標定ができる。また、地絡時に生じ
る温度上昇は他の要因による温度上昇に比べて局所的に
起きるので、候補点の前後の狭い範囲に温度上昇が現れ
ていれば、この候補点が故障点であるという標定ができ
る。それぞれの標定結果を複合的に用いれば信頼のおけ
る標定が得られる。例えば、温度変化による標定で候補
点を１点に絞り込み、温度分布による標定で確認を行
う。

【００１４】地絡時に電力ケーブルに生じるトリップ信
号を受信するようにしておけば、トリップ信号の受信を
もって電力ケーブルのどこかで地絡が発生したことが分
かる。この時点から温度分布の測定を行うと、地絡時前
後での温度変化を捕らえることができるので、上記候補
点の抽出、故障点の標定が迅速かつ精度よく行える。

【００１５】また、候補点の抽出は、変化量の大きい順
に行ってもよい。当該候補点での温度の時間的変化から
故障点の標定を行うには、予め地絡によって発生する温
度変化或いはその特徴量を経時データとして設定してお
き、実測値と経時データとを比較するとよい。当該候補
点の前後での温度分布から故障点の標定を行うには、予
め地絡によって発生する温度分布或いはその特徴量を分
布データとして設定しておき、実測値と分布データと比
較するとよい。それぞれの標定結果を複合的に用いれば
信頼のおける標定が得られる。例えば、温度変化による
標定と、温度分布による標定とが一致したときのみ、そ
の候補点を故障点とする。

【００１６】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００１７】図１に示されるように、電力ケーブル故障
点検出システムは、主に、電力ケーブル１や洞道、管路
等のケーブル布設設備に沿わせて布設され、温度分布を
検知するための光を伝送する光ファイバ２、光ファイバ
２からの検知光に基づきその長手方向の温度分布を測定
する温度分布測定装置３、地絡発生時に電力ケーブル１
に流れるトリップ信号を検出して標定開始用のトリガ信
号を発生するトリガ信号発生器４、測定された温度分布
を基に故障点を標定する故障点標定装置５から構成され
る。

【００１８】本実施例では、電力ケーブルは３つの導体
を有し、電源部より３相の電力を供給されている。光フ
ァイバ２、温度分布測定装置３は公知のものでよい。ト
リガ信号発生器４は、各相の導体に取付けたＣＴ（電流
変換コイル）６から電力ケーブル１のトリップ信号を受
信する受信手段として構成され、トリップ信号を受信す
ると即座に、測定途中であっても温度分布測定装置３を
リセットして測定を再開させるべくトリガ信号を発生す
ることができる。

【００１９】本システムの具体的な動作について説明す
る。

【００２０】本システムの動作は大きく２つに分かれ
る。まず、第１は故障が発生する以前の動作であり、第
２は故障が発生した後の動作である。

【００２１】故障が発生する以前の第１の動作におい
て、本システムは電力ケーブル設備の運転状況の監視を
行うことができる。すなわち、電力ケーブル表面及び各
種電力設備の温度を測定することにより送電線路運転時
の異常温度監視、並びに洞道内の火災発見等の常時監視
を行える。具体的には、温度分布測定装置３により送電
線路の温度分布を測定し、測定された線路の各点の温度
データを故障点標定装置５に転送する。故障点標定装置
５では予め各点についての異常温度を設定しておき、こ
れを越えた点を異常点として表示・警報を発生する。な
お、異常をいちはやく検出するためには、温度分布測定
装置３の測定時間ができるだけ短いほうが望ましく、本
システムの場合は測定時間を数十秒とした。また、故障
点標定装置５では送られた温度データをもとにして、各
点の平均温度値を求めておき、この平均温度値と１回の
測定値とを比較して異常温度の検出を行う。平均温度値
を用いたのは測定温度値の測定誤差の影響を小さくし異
常温度検出を精度良く行うためである。本システムで
は、平均を行う時間幅を電力設備温度の日変動時間より
かなり小さくするため、数十分とした。

【００２２】故障が発生した場合の第２の動作におい
て、トリップ信号がトリガ信号発生器４で検出される。
この場合、トリガ信号発生器４としては、簡単な部品で
構成できるＣＴ６を用いることが好ましい。さて、トリ
ガ信号発生器４は、トリガ信号を温度分布測定装置３に
入力し、これより故障点の標定が開始される。温度分布
測定装置３は、トリガ信号により即座にそれまでの測定
途中の温度分布測定データをリセットし測定を再開す
る。地絡発生時刻と温度分布測定装置３の測定開始時刻
が同時になるので、地絡時の温度上昇をより正確にかつ
効率良く測定することができる。

【００２３】次に、故障点標定装置５の動作を説明す
る。

【００２４】故障点標定装置５ではトリガ信号を受けた
後、まず、（１）光ファイバが断線したかどうかをチェ
ックし、次に（２）地絡点の候補点を抽出し、（３）候
補点の中から温度上昇立上がり時間及び（４）候補点近
傍の温度上昇の拡がりをもとに、地絡点を標定する。こ
れで標定できなかったときには、候補点の再抽出を行
い、（３）（４）と同様の処理により地絡点を標定す
る。

【００２５】以下に、各項目について説明する。

【００２６】（１）光ファイバの断線点の検出 光ファイバ２が断線した場合、温度分布測定装置３に
は、図３（ａ）に示すように、断線点以降の点で温度が
大きく変動しているような測定結果が得られる。この変
動を検出するために予め温度差を設定（Ｔａとする：例
として数十〜数百度）しておく。即ち、トリップ信号発
生前後で光ファイバ２上の各点の温度差（過去の平均温
度と現在の温度との差）を求め、この温度差の絶対値が
設定値Ｔａ以上になった場合、地絡により光ファイバ２
が断線したものと判断して、温度分布測定装置３側の近
端を地絡点として標定する。

【００２７】（２）候補点の抽出 光ファイバ２が断線していない場合、図３（ｂ）に示す
ように、地絡点としての候補点を抽出する。これには予
め地絡時に発生する上昇温度値を設定（Ｔｂとする：例
として数十度）しておく。上記（１）で求めたトリップ
信号発生以前の平均温度分布と発生後の温度差が設定温
度値Ｔｂを越えた点を候補点としてピックアップする。
ここで設定温度値Ｔｂについては、地絡以外の種々の要
因による温度上昇と区別するために、初めは数十度に設
定する。この設定を越える点がなければ、設定値を徐々
に下げていき、候補点を抽出するまでこれを繰り返す。
なお、最終的に候補点が見付からない場合には、候補点
なしという標定を下す。

【００２８】（３）候補点の温度の時間特性の評価 候補点について、温度上昇の経時変化を求め、その立上
がり時間を求める。図３（ｃ）に示されるように、地絡
による温度上昇の立上がり時間は、他の要因による温度
上昇（洞道内気温変化や換気扇運転による温度変動等）
に比べて短くなるため、これを判断基準として候補点を
絞り込む。

【００２９】（４）候補点近傍の温度上昇の拡がり（距
離特性と呼ぶ）の評価 絞り込んだ候補点について、候補点近傍の温度上昇の拡
がりを評価し、地絡点としての確認を行う。図３（ｄ）
に示されるように、地絡点における温度上昇の拡がり
は、他の要因によるものに比べて狭いことを利用する。

【００３０】次に本発明の他の実施例を説明する。

【００３１】図２に示したように、故障点検出装置２０
は、図１と同様の光ファイバ２及び温度分布測定装置３
を用いるシステムであり、温度分布測定装置３で測定さ
れた温度分布情報を保持する温度保持回路２１、保持さ
れた温度分布情報の所定時間での差を求め、差が現れて
いる点の温度差と位置情報とを検出する温度差検出回路
２２、温度差の大きい順に位置情報を並べ換える並べ換
え回路２３、地絡条件をチェックする地絡条件チェック
回路２４、及び標定結果を表示する標定結果表示装置２
５から構成される。

【００３２】温度保持回路２１と温度差検出回路２２と
並べ換え回路２３は、温度の変化量が大きい順に故障候
補点を抽出する抽出手段７である。地絡条件チェック回
路２４は、抽出された候補点での温度の時間的変化を予
め設定した経時データと比較し、かつ当該候補点の前後
での温度分布を予め設定した分布データと比較して当該
候補点が故障点であるか否かを検知する故障点検知手段
８である。

【００３３】図２において、光ファイバ２を１ｍ単位で
区切った点での温度分布データが１分毎に入力される。
温度保持回路２１では各点での温度変化を検知するため
にこれらのデータを保持する。温度差検出回路２２では
各点での１分毎の温度変化量を算出する。温度差の大き
い点は故障点である可能性が高いので、並べ換え回路２
３で温度差の大きい順に位置情報を並べ換える。このよ
うに候補点が１箇所とは限らないから、標定を行う順序
を決めなければならないが、変化量の大きい順に行うの
がよい。

【００３４】地絡条件チェック回路２４では、並べ換え
回路２３で並べた順に、当該候補点の前後での温度分布
を予め設定した分布データと比較する。即ち、温度上昇
の拡がりが地絡時の特徴を有しているかどうかをチェッ
クする。地絡時の特徴がある場合には、当該候補点での
温度の時間的変化を予め設定した経時データと比較す
る。即ち、温度保持回路２１の保持している温度分布情
報の中から当該候補点のデータを時間順に並べる。そし
て、温度変化の様子が地絡時の特徴を有しているかどう
かをチェックする。温度分布の特徴と時間的変化の特徴
とがいずれも地絡時の特徴を有しているとき、標定結果
表示装置２５に故障点の標定結果を表示する。

【００３５】上記実施例では、故障点の標定を常時行う
ようにしたが、トリップ信号によって地絡の発生を検知
した後、故障点の標定を行ってもよい。また、並べ換え
回路２３においてケーブル全長に亘って点を並べ換える
のではなく、温度差の大きい方から必要な個数だけ並べ
換えるようにしてもよい。

【００３６】次に、他の実施例について述べる。

【００３７】地絡時に発生するエネルギにおいては、単
に地絡のアークエネルギによる発熱即ち温度上昇だけで
なく、電力ケーブルに布設した光ファイバに何らかのテ
ンション（例えばケーブル接続部の膨脹による）がかか
ることもある。テンションによって、光ファイバにマイ
クロベンドが発生し、結果的に光ファイバの伝送損失が
地絡発生箇所で変化することが考えられる。

【００３８】この結果、マイクロベンド発生箇所以降で
の伝送損失には変化が生じる。図４に示される伝送損失
測定結果を見ると、温度を求めるための散乱光ＡとＳの
２種類において共に変化している。これを温度に換算し
た場合には図５のように地絡点以降の点の温度が地絡点
までに比べ変化することになる。図５のように温度が低
くなる場合もあれば逆に高くなる場合もある。そこで標
定の手順の中で光ファイバの断線チェック時に温度値
の絶対値を基準とする方法と、光ファイバの伝送損失
を毎回チェックする方法等が挙げられる。この方法は温
度上昇値が小さい地絡条件時の検出に有効である。

【００３９】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００４０】（１）地絡以外の温度変動は地絡の温度変
動と区別され、地絡点のみが正確に標定される。

【００４１】（２）故障点の標定が正確かつ瞬時にでき
るので、故障復旧が迅速にできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電力ケーブル故障点検
出システムのブロック図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す故障点検出装置のブ
ロック図である。

【図３】故障点標定装置の動作を説明するためのグラフ
である。

【図４】マイクロベンド発生による伝送損失変化を示す
グラフである。

【図５】マイクロベンド発生時の温度分布測定結果を示
すグラフである。

【図６】電力ケーブルの説明図である。

【符号の説明】

１ 電力ケーブル ２ 光ファイバ ３ 温度分布測定装置 ４ トリガ信号発生器 ５ 故障点標定装置 ７ 抽出手段 ８ 故障点検知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 俊一 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 横山 万暢 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 宮田 康弘 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 伊地知 良雄 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力ケーブル或いはその電力ケーブルの
   布設されている洞道、管路等に沿わせて光ファイバを布
   設し、この光ファイバの一端から光を入射してその後方
   散乱光分布から光ファイバの長手方向の温度分布を測定
   し、その温度分布から電力ケーブルの故障点を検出する
   電力ケーブル故障点検出方法において、温度の変化量が
   所定量より大きい点を故障候補点として抽出し、その候
   補点での温度の時間的変化及び候補点の前後での温度分
   布を基に故障点を検知することを特徴とする電力ケーブ
   ル故障点検出方法。
2. 【請求項２】 上記故障候補点の抽出を行うために、ま
   ず電力ケーブルのトリップ信号を受信し、このトリップ
   信号の受信後直ちに温度分布を測定し、トリップ信号受
   信前後での温度分布の変化量を求めるようにしたことを
   特徴とする請求項１記載の電力ケーブル故障点検出方
   法。
3. 【請求項３】 電力ケーブル或いはその電力ケーブルの
   布設されている洞道、管路等に沿わせた光ファイバと、
   この光ファイバの一端から入射した光の後方散乱光分布
   から光ファイバの長手方向の温度分布を測定する温度分
   布測定装置とを有する電力ケーブル故障点検出装置にお
   いて、温度の変化量が大きい順に故障候補点を抽出する
   抽出手段と、その抽出された候補点での温度の時間的変
   化を予め設定した経時データと比較し、かつ当該候補点
   の前後での温度分布を予め設定した分布データと比較し
   て当該候補点が故障点であるか否かを検知する故障点検
   知手段とを備えたことを特徴とする電力ケーブル故障点
   検出装置。