JP2012220304A - 電力ケーブルの絶縁劣化診断方法及び絶縁劣化診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電し、この交流課電をゼロクロス点で終了させることにより、当該ゼロクロス点の直前の最終半波電圧で絶縁体内に電荷を蓄積させる(第1工程)。このとき、最終半波電圧の周波数を所定の周波数から0Hzまで低下させることにより、課電する交流電圧を滑らかに減衰させて0Vに収束させる。その後、交流電圧を課電することにより絶縁体内に蓄積された残留電荷を放出させ、このときに検出回路に現れる直流成分を絶縁体の劣化を示す劣化信号として検出する(第2工程)。
【選択図】図3
Description
水トリーは、その成長とともに電力ケーブルの絶縁性能を低下させ、最終的には運転中における絶縁破壊事故の原因となる。このため、電力ケーブルの絶縁劣化診断においては、水トリー劣化を非破壊で信頼性高く検出することが重要な課題になっている。
この水トリー劣化を非破壊で検出する有効な手法として、直流課電又は交流課電により電力ケーブルの絶縁体内に電荷を残留させ、この残留電荷を劣化信号として検出する残留電荷法が提案されている(例えば特許文献1〜3)。
残留電荷法では、図1(a)に示すように、まず電力ケーブルの絶縁体に直流電圧を課電する。絶縁体中に水トリーが発生している場合、水トリーの発生部(以下、水トリー劣化部)と健全部との界面に空間電荷が蓄積され、同時に導体と遮蔽層に電荷が現れる。
次に、図1(b)に示すように、導体と遮蔽層間を短絡して接地する。導体と遮蔽層の間を短絡して接地すると、導体及び遮蔽層上の電荷は直ちに消滅する。一方、絶縁体内(特に水トリー劣化部)に蓄積された電荷はすぐには消滅せず、長時間残留する。水トリー劣化の進行度合いが大きいほど、絶縁体内に残留する電荷の量が多くなる。
そして、図1(c)に示すように、電力ケーブルの絶縁体に交流電圧を課電し、このとき検出回路に現れる直流成分を検出器により検出する。電荷が残留している絶縁体に交流電圧を課電すると、拘束されていた電荷の移動・消滅が促進されるため、水トリー劣化に起因する残留電荷を短時間で検出することができる。水トリー劣化の進行度合いに応じて検出される直流成分(残留電荷)が変化するので、これに基づいて電力ケーブルの絶縁劣化診断を行うことができる。
また、特許文献3に記載の技術では、交流電圧を半波整流するための整流器が必要となる。また、電力ケーブルは容量性負荷であり、整流器によって半波整流された電圧波形をそのまま利用して課電すると平滑化されてしまうため、低負荷器を設けて調整しなければならない。したがって、絶縁劣化診断装置の構成が複雑化してしまう。
前記絶縁体に対して交流電圧を課電することにより前記絶縁体内に蓄積された残留電荷を放出させ、このときに検出回路に現れる直流成分を前記絶縁体の劣化を示す劣化信号として検出する第2工程と、を有する絶縁劣化診断方法であって、
前記第1工程における前記最終半波電圧の課電時に、当該最終半波電圧の周波数を所定の周波数から0Hzまで低下させることを特徴とする。
前記絶縁体に対して交流電圧を課電することにより前記絶縁体内に蓄積された残留電荷を放出させ、このときに検出回路に現れる直流成分を前記絶縁体の劣化を示す劣化信号として検出する第2工程と、を有する絶縁劣化診断方法に用いられる絶縁劣化診断装置であって、
前記第1工程及び前記第2工程で交流電圧を課電する際に、任意の電圧波形を生成する信号発生器と、
前記信号発生器から入力された交流電圧を増幅して出力する電力増幅器と、
前記電力増幅器から入力された交流電圧を増幅して電力ケーブルを課電するトランスと、
前記第2工程における交流電圧の課電により放出される電力ケーブルの残留電荷を測定する検出器と、を備え、
前記信号発生器が、前記第1工程における前記最終半波電圧の課電時に、当該最終半波電圧の周波数が所定の周波数から0Hzまで低下する電圧波形を生成することを特徴とする。
[第1の実施の形態]
図2は、電力ケーブルの絶縁劣化診断に用いられる絶縁劣化診断装置の一例を示す図である。図2に示す絶縁劣化診断装置1は、CVケーブル等の電力ケーブル20を測定対象として、残留電荷法により絶縁体の劣化を診断するものである。一般に、電力ケーブル20は、銅、アルミ等からなる導体を中心として、内部半導電層、絶縁体(CVケーブルの場合は架橋ポリエチレン)、外部半導電層、金属遮蔽層、ビニルシースが順に同心円上に形成された構造を有している。
そして、電力ケーブル20の絶縁体に対して交流電圧を課電することにより絶縁体内に蓄積された残留電荷を放出させ、このときに検出回路に現れる直流成分を絶縁体の劣化を示す劣化信号として検出する(第2工程)。この劣化信号に基づいて、絶縁体の劣化の程度(水トリー劣化の進行度合い)が診断される。
なお、最終半波電圧の周波数の初期値はf0以外の値であってもよい。ただし、周波数変更によるノイズの発生の懸念を抑えるため、最終半波電圧の周波数の初期値は直前までの周波数f0と一致させるのが望ましい。
これにより、交流課電をゼロクロス点で終了させた直後に生じやすいオーバーシュートが効果的に抑制され、最終半波電圧によって絶縁体内に電荷が蓄積される。したがって、オーバーシュートによる電荷の放出が抑制され、残留電荷の検出感度が良好となるので、再現性の高い絶縁劣化診断が可能となる。また、絶縁劣化診断装置1に、半波整流器や低負荷器等の特別な装置を設ける必要はないので、装置構成が複雑になる虞もない。
最終半波電圧の波形が、交流課電をゼロクロス付近で遮断するような微分不可能な波形(不連続な波形)である場合にはオーバーシュートが発生しやすいが、上述したような滑らかな曲線形状であれば、オーバーシュートの発生を効果的に防止できる。
したがって、1回目の残留電荷の増加分ΔQ1を、2回目及び3回目の残留電荷の増加分ΔQ2、ΔQ3(誤差成分のみ)で補正することにより、真の残留電荷が選択的に抽出される。つまり、上述した方法では、誤差成分を含まない真の劣化信号を検出することができるので、信頼性の高い絶縁劣化診断が実現される。
第1の実施の形態では、最終半波電圧の周波数だけを制御することにより電荷蓄積時の交流電圧を減衰させているが、第2の実施の形態では、最終半波電圧の周波数と交流電圧値の両方を制御することにより電荷蓄積時の交流電圧を減衰させる。
第2の実施の形態では、最終半波電圧の交流電圧値Vの初期値をタイミングt0までの交流電圧値V0とし、V0から0Vまで徐々に低下させるため、タイミングt1における最終半波電圧のピーク値(絶対値)Vpが初期の交流電圧値V0よりも小さくなる(図5参照)。つまり、第1の実施の形態と比較して、蓄積される電荷量が減少する虞がある。
そこで、蓄積させる電荷量を増やし、残留電荷の検出感度を向上させる場合には、本変形例のように最終半波電圧の交流電圧値及び周波数を制御する。
なお、変形例では、最終半波電圧のピーク値VpがV0と一致するように、最終半波電圧の交流電圧値の初期値を設定しているが、交流電圧値の初期値は、残留電荷の十分な検出感度が得られる範囲で適宜に設定可能である。
最終半波電圧の波形が、交流課電をゼロクロス付近で遮断するような微分不可能な波形(不連続な波形)である場合にはオーバーシュートが発生しやすいが、上述したような滑らかな曲線形状であれば、オーバーシュートの発生を効果的に防止できる。
例えば、上記実施の形態では、負極性の最終半波電圧の交流課電により絶縁体への電荷蓄積を行うが、正極性の最終半波電圧の交流課電により絶縁体への電荷蓄積を行うようにしてもよい。また例えば、絶縁劣化診断装置1の装置構成は、本発明を実現できる範囲で適宜変更可能である。
11 信号発生器
12 電力増幅器
13 トランス
14 検出器
15 スイッチ
20 電力ケーブル
Claims (4)
- 電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電し、この交流課電をゼロクロス点で終了させることにより、当該ゼロクロス点の直前の最終半波電圧で前記絶縁体内に電荷を蓄積させる第1工程と、
前記絶縁体に対して交流電圧を課電することにより前記絶縁体内に蓄積された残留電荷を放出させ、このときに検出回路に現れる直流成分を前記絶縁体の劣化を示す劣化信号として検出する第2工程と、を有する絶縁劣化診断方法であって、
前記第1工程における前記最終半波電圧の課電時に、当該最終半波電圧の周波数を所定の周波数から0Hzまで低下させることを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化診断方法。 - 前記最終半波電圧の課電時に、当該最終半波電圧の周波数を所定の周波数から0Hzまで低下させるとともに、当該最終半波電圧の交流電圧値を所定の電圧値から0Vまで低下させることを特徴とする請求項1に記載の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法。
- 前記所定の電圧値を、前記最終半波電圧以前の交流電圧値より高く設定することを特徴とする請求項2に記載の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法。
- 電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電し、この交流課電をゼロクロス点で終了させることにより、当該ゼロクロス点の直前の最終半波電圧で前記絶縁体内に電荷を蓄積させる第1工程と、
前記絶縁体に対して交流電圧を課電することにより前記絶縁体内に蓄積された残留電荷を放出させ、このときに検出回路に現れる直流成分を前記絶縁体の劣化を示す劣化信号として検出する第2工程と、を有する絶縁劣化診断方法に用いられる絶縁劣化診断装置であって、
前記第1工程及び前記第2工程で交流電圧を課電する際に、任意の電圧波形を生成する信号発生器と、
前記信号発生器から入力された交流電圧を増幅して出力する電力増幅器と、
前記電力増幅器から入力された交流電圧を増幅して電力ケーブルを課電するトランスと、
前記第2工程における交流電圧の課電により放出される電力ケーブルの残留電荷を測定する検出器と、を備え、
前記信号発生器が、前記第1工程における前記最終半波電圧の課電時に、当該最終半波電圧の周波数が所定の周波数から0Hzまで低下する電圧波形を生成することを特徴とする絶縁劣化診断装置。
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