JP4383393B2 - Ｃｖケーブルの残留電荷測定方法 - Google Patents

Description

本発明は水トリー劣化したＣＶケーブルの絶縁性能を診断するための残留電荷測定方法に関する。

ケーブル絶縁体の残存性能を非破壊的に診断し得る方法として、残留電荷測定方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
残留電荷測定においては、図８に示すように、ケーブルに所定の直流電圧を課電し、一旦接地をした後に交流電圧を課電する。
水トリーがケーブル絶縁体中に存在している場合には、直流電圧を課電することにより、水トリー部に電荷が蓄積する。この種の電荷は、接地をしてケーブル導体・遮蔽間を閉回路とした際にも容易に放出されるものではない。しかしながら、その後に交流電圧を課電することにより、これらの電荷は容易に放出される。これら放出された電荷をローパスフィルタを用いることにより、直流電流成分として検出する方法が残留電荷法である。
また、交流電圧により水トリー部に蓄積した電荷を放出させる手法とは異なるが、例えば特許文献２に記載されるように交流半波波形による水トリー劣化診断法が考案されている。
特開２００１−３４９９２２号公報 特開２００１−１１６７８９号公報

残留電荷法においては、水トリーに電荷を蓄積させるために、直流電圧を課電する必要がある。現場において長距離線路を測定する際には、直流電圧を昇圧および降圧する際に数十分程度のかなりの時間を要し、測定時間の大半を費やしていた。
更に、交流信号を検出する劣化診断測定においては、平均化処理によりノイズを低減する処理が可能であるが、残留電荷法においては、測定時間が長いことから、実運用上、平均化処理を行うことはできないため、特に小さい信号の判別は困難である。
一方、特許文献２に記載される手法においては、単極性波形としてインパルス波形、方形波、三角波および正弦波半波を用いるとされているが、インパルス波形においては、ケーブル絶縁体への影響が懸念される上、方形波や三角波などは、実際上、長距離線路を測定する際には発生が困難である。また、正弦波半波においても、過渡的な現象を含むために、発生させるためには逆に大きな電源容量が必要となり実際の現場では適用が困難な場合がある。

さらに、従来の残留電荷法では直流電圧課電と交流電圧課電が必要なため２種類の電圧課電の切り替えが必要である。直流電圧課電と交流電圧課電は同一の課電設備では実施ができないため、接地を取り付けた状態とは言え、高圧部に接触する機会が多くあり、作業に危険が伴うといった問題がある。
本発明は上記問題点を考慮してなされたものであって、その目的は、従来用いられていた直流電圧発生装置を必要とせず、また測定時間を削減することができ、さらに、複数回の測定を連続的に実施することが可能で、ノイズ環境下の測定においても平均化処理によりノイズの影響を低減化することできる残留電荷測定方法を提供することである。

本発明においては、水トリーに電荷を蓄積する手法として、直流成分を含む、直流電圧以外の代替波形を適用して、水トリー部へ電荷を蓄積させ、更に残留電荷の放出、つまり残留電荷測定を連続的に実施することにより、測定信号の平均化処理を可能とし、かつ測定時間の低減を図るものである。
水トリー部の電荷蓄積においては、単極性の波形など、その波形の周波数成分として正または負の直流成分を有していれば十分である。そこで、本発明においては、直流電圧の代替波形として、例えば図３に示す様に、所定の電圧まで交流電圧を昇圧していき、零クロス近傍の時間にて遮断し、遮断直前付近の交流半波波形を用いる。
具体的には、以下の方法を用いることができる。
（１）ＣＶケーブルに交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断し、遮断より半波長前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形（この（１）において、以下、半波波形Ａという）により、ＣＶケーブルの水トリー部に電荷を蓄積させ、この半波波形Ａとは逆極性である遮断直前の負または正のいずれかの半波波形により、ＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を放出させ残留電荷を測定する。
（２）ＣＶケーブルに交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断し、遮断直前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形により、ＣＶケーブルの水トリー部に電荷を蓄積させたのち、ＣＶケーブルに交流電圧を課電する。そしてこの２回目に交流電圧を課電した際に、ＣＶケーブルの水トリー部から放出される残留電荷を測定する。（３）ＣＶケーブルに所定のパターンで昇圧する交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断する操作を繰り返し、遮断直前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積された電荷を、２回目以降に徐々に上昇する交流電圧を課電した際に放出させ、残留電荷を繰り返し測定する。
（４）ＣＶケーブルに交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断し、遮断より半波長前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形（この（４）において、以下、半波波形Ａという）によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を、この半波波形Ａとは逆極性である遮断直前の負または正のいずれかの半波波形により放出させるとともに、遮断直前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を、交流電圧を課電して放出させ、残留電荷を測定する。
（５）ＣＶケーブルに所定のパターンで昇圧する交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断する操作を繰り返し、遮断より半波長前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形（この（５）において、以下、半波波形Ａという）によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を、この半波波形Ａとは逆極性である遮断直前の負または正のいずれかの半波波形により放出させるとともに、遮断直前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を、２回目以降に徐々に上昇する交流電圧を課電した際に放出させ、残留電荷を繰り返し測定する。
なお、「零クロス付近での遮断」とは電圧が０になるタイミングを狙って遮断するという意味である。可能な範囲で電圧０のタイミングを狙って遮断するように測定機器を設定しても現実には、使用機器の構成上、厳密に瞬時に電圧が０になることはなく、図２中「Ｘ」で示すような波形となる。しかし、このような場合でも、本発明の残留電荷測定法の測定上は問題とはならない。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）従来に比べ、１回に要していた残留電荷信号の測定時間を大幅に削減することができる。これにより、総合的な測定時間を大幅に削減が可能となった。
（２）複数回の測定が連続的に実施でき、ノイズ環境下の測定においても容易に平均化処理を行うことができる。このためノイズの影響を低減することができる。
（３）高電圧発生機器として従来用いていた直流電圧発生装置は必要なくなり、試験設備を簡単化することができる。
（４）電圧課電の切り替えが必要でなく、高電圧発生部への接触機会が少なくなる。このため直流電圧課電を用いた測定に比較して安全な作業が実施できる。

図１は本発明の実施例の課電および測定装置の構成図を示す図である。
同図に示すように課電装置は、交流電圧を課電する試験用変圧器１と昇圧パターン発生器２からなる。試験用変圧器１にはスイッチＳＷを介して測定対象ケーブル３が接続される。
試験用変圧器２の一次側には昇圧パターン発生器２の出力が接続され、交流電圧課電時、試験用変圧器２の出力電圧は昇圧パターン発生器２の出力に応じたパターンで上昇する。また、昇圧パターン発生器２に遮断信号を与えることにより、測定対象ケーブル３に課電される交流電圧は零クロス付近で遮断される。
残留電荷測定を行うには、スイッチＳＷの端子（ａ）と端子（ｂ）を接続して、試験用変圧器１より、例えば図３に示すパターンにて測定対象ケーブル３のケーブル導体−遮蔽間に交流電圧を課電し、零クロス付近で遮断する。この操作を、必要に応じて測定実施の回数分繰り返し、測定終了後は端子（ａ）を端子（ｃ）に接続して、ケーブル導体を接地する。

上記のように交流電圧を課電して零クロス付近で遮断し、以下のようにして残留電荷信号を取り出す。
（Ａ）遮断直前の交流半波波形の更に半波長前の交流半波により蓄積した電荷を遮断直前の交流半波波形にて放出させる。
（Ｂ）１回目の課電の後、２回目の交流電圧の昇圧過程にて、１回目の交流電圧遮断前の半波波形により水トリーに蓄積した電荷を放出させ、遮断直前の交流半波波形にてさらに電荷を蓄積させ、３回目以降、同様に電荷の検出と蓄積を繰り返す。
測定信号線１ａは試験用変圧器１の低圧側から取り出され、ローパスフィルタ４を介して対地へ接地されている。上記（Ａ）および／または（Ｂ）のようにして取り出された残留電荷測定電流信号は、測定信号線１ａから商用周波数をカットするためのローパスフィルタ４に入力され、電圧信号として増幅器５へ入力され、増幅器５の出力から測定信号結果が得られる。
上記のように残留電荷を測定し、残留電荷の時間的変化などからケーブルの絶縁劣化の診断を行なうことができる。なお、残留電荷による劣化診断については、例えば前記特許文献１などに記載されるように従来から種々の方法が提案されており、これら周知な方法を用いることにより、実現することができる。

次に上記（Ａ）（Ｂ）の手法について、更に説明する。
図４は交流電圧を課電して零クロス付近で遮断した後に現れる残留電荷信号を説明する図である。
上記（Ａ）の手法においては、以下のようにして残留電荷信号が測定される。
図４に示すパターンで、交流電圧を課電する。交流電圧が昇圧している間は、交流の各半波波形により水トリー部への電荷の蓄積および放出が繰り返される。
この結果、交流電圧を零クロス付近で遮断すると、遮断の１つ前の交流半波ａにて蓄積した電荷が、遮断直前の交流半波ｂの課電により放出され、遮断と同時にこれらの電荷が検出される
この残留電荷信号は、同図に示すように交流電圧を遮断した直後に現れ、同図に示すような極性で交流電圧を遮断した場合、同図Ａに示すように正極性の信号となる。なお、同図中の（ｃ）は、交流電圧を遮断することにより生ずるノイズである。

上記（Ｂ）の手法においては、以下のようにして残留電荷が測定される。
図４に示すパターンにて交流電圧を課電する（一回目）。交流電圧が昇圧している間は、交流の各半波波形により水トリー部への電荷の蓄積および放出が繰り返される。
前述の様に、遮断の１つ前の交流半波波形ａにて蓄積した電荷が、遮断直前の交流半波ｂの課電により放出されるが、同時に逆極性の電荷が遮断時の交流半波波形ｂにて水トリー部に蓄積されることになる。
続いて、同じパターンにて交流電圧を課電する（二回目）。このとき、昇圧中においては、先の交流電圧の遮断時の交流半波ｂにより蓄積した電荷が放出されることになり、残留電荷信号が検出される。
この残留電荷信号は、同図に示すように２回目に昇圧する交流電圧を課電しているときに現れ、同図に示すような極性で交流電圧を遮断した場合、同図Ｂに示すように負極性の信号となる。
そして、二回目に課電された交流電圧の昇圧が完了して交流電圧が零クロスにて遮断されることにより、上記と同様に遮断直前の交流半波において再び水トリー部に電荷が蓄積され、以下、同様に連続的に水トリー部への電荷蓄積と放出が繰り返して残留電荷測定が検出される。

なお、課電する交流電圧としては、周波数は問わないが、残留電荷信号が基本的に直流成分であることから、低周波は不向きである。また、課電設備を考慮した場合、通常用いられている商用周波数（５０あるいは６０Ｈｚ）が適当である。
なお、一回目の課電の際には、前回の課電の際にケーブルに蓄積された電荷を放出させる必要はないので、必ずしも図４に示すように昇圧する交流電圧を課電する必要はなく、例えば、一定の電圧を課電してもよい。

図５、図６に、図３に示した課電パターンにて交流電圧を２回連続で課電した際に検出された残留電荷信号を示す。
図５は通常の直流電圧課電を用いた残留電荷測定において残留電荷信号が検出された水トリー劣化をしている試料（水トリー劣化試料）について、上述した方法で残留電荷を測定した結果を示し、図６は通常の直流電圧課電を用いた残留電荷測定において残留電荷信号が検出されなかった試料（水トリー未劣化試料）について、上述した方法で残留電荷を測定した結果を示している。なお、交流電圧の遮断前の極性は負極性であり、残留電荷信号が負側（下方向）に出るように描画してある。
図５、図６に示す様に、水トリー劣化をしている試料においては、残留電荷信号が検出され、水トリー劣化をしていない試料においては、遮断時のノイズが存在しているだけで残留電荷信号は検出されていない。また、検出される信号の極性は通常の負極性の直流電圧課電の際に検出される残留電荷信号の極性と同じである。
図５、図６の結果より、本発明の方法により直流電圧課電を用いた残留電荷測定と同様に水トリー劣化した試料について、残留電荷信号が検出されることが確認された。

図７は、図４に示した交流電圧課電パターンを繰り返し実施した際の測定波形を示す。 同図において、１回目の交流電圧課電の際に検出される信号には下方向に膨らみを有する波形は観測されないが、２回目以降の交流電圧課電の際には下方向に膨らみを有する波形が観測されている。これが前記（Ｂ）で説明した残留電荷信号Ｂに対応している。
また、交流電圧遮断直前の正極***流半波により蓄積した電荷が負極***流半波により放出され、上方向に膨らみを有する波形が観測されている。これが前記（Ａ）で説明した残留電荷信号Ａに対応している。
この結果は、本発明の課電方法により連続的な残留電荷測定が可能であることを示している。また同図から分かる様に、約１００秒の間に２回の測定が実施できており、従来、一回の測定に要していた数十分に比較して極めて短い時間で残留電荷測定の実施が可能であることが分かる。
なお、電荷の蓄積は正または負のいずれでも良く、交流電圧を遮断する時間を変更することにより、蓄積する電荷の極性を変えることができる。

以上のことから以下のようにして残留電荷信号を検出することができる。
（１）上述した方法を、水トリー部に電荷を蓄積させる手法として用い、１回交流電圧を課電した後に従来の残留電荷法（例えば、特許文献１に記載の方法）により残留電荷測定を実施する。
（２）前記（Ａ）で説明したように、遮断の１つ前の交流半波にて蓄積した電荷を、遮断直前の交流半波の課電により放出させ、これを残留電荷信号として検出する。
この場合には、遮断に伴うノイズが残留電荷信号とともに検出されるが、遮断に伴うノイズを取り除くことにより、当該信号により残留電荷測定が可能である。
（３）前記（Ｂ）で説明したように、交流電圧を課電し、遮断直前の交流半波の課電により蓄積された電荷を、昇圧する交流電圧を課電することにより放出させ、これを残留電荷信号として検出する。

（４）図７に示したように、昇圧する交流電圧を繰り返し課電し、前回課電した際に遮断直前の交流半波の課電により蓄積された電荷を、次の交流電圧の課電により放出させる。これにより前記図７の信号Ｂが残留電荷信号として取り出される。この操作を繰り返し、上記信号Ｂを残留電荷信号として利用する。
（５）図７に示したように、昇圧する交流電圧を繰り返し課電し、前回課電した際に遮断の１つ前の交流半波にて蓄積した電荷を、遮断直前の交流半波の課電により放出させる。これにより、前記図７の信号Ａが残留電荷信号として取り出される。さらに、遮断直前の交流半波の課電により蓄積された電荷を、次の交流電圧の課電により放出させる。これにより前記図７の信号Ｂが残留電荷信号として取り出される。
上記操作を繰り返し、上記信号Ａ，Ｂを残留電荷信号として利用する。
上記（４）（５）の方法によれば、複数回の測定が連続的に実施でき、ノイズ環境下の測定においても容易に平均化処理を行うことができる。

本発明の実施例の課電および測定装置の構成図を示す図である。 零クロス付近での遮断を説明する図 課電パターンの一例を示す図である。 交流電圧を課電して零クロス付近で遮断した後に現れる残留電荷信号を説明する図である。 本発明の実施例で示した課電パターンで水トリー劣化試料に交流電圧を２回連続で課電した際に検出された残留電荷信号を示す図である。 本発明の実施例で示した課電パターンで水トリー未劣化試料に交流電圧を２回連続で課電した際に検出された残留電荷信号を示す図である。 本発明の実施例の交流電圧課電パターンを繰り返し実施した際の測定波形を示す図である。 従来の残留電荷測定の手順を説明する図である。

符号の説明

１ 試験用変圧器
２ 昇圧パターン発生器
３ 測定対象ケーブル
４ ローパスフィルタ
５ 増幅器５
ＳＷ スイッチ

Claims (5)

1. ＣＶケーブルの残留電荷を測定する方法であって、
   ＣＶケーブルに交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断し、遮断より半波長前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形（この請求項において、以下、半波波形Ａという）により、ＣＶケーブルの水トリー部に電荷を蓄積させ、この半波波形Ａとは逆極性である遮断直前の負または正のいずれかの半波波形により、ＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を放出させて残留電荷を測定する
   ことを特徴とするＣＶケーブルの残留電荷測定方法。
2. ＣＶケーブルの残留電荷を測定する方法であって、
   ＣＶケーブルに交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断し、遮断直前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形により、ＣＶケーブルの水トリー部に電荷を蓄積させたのち、
   ＣＶケーブルに交流電圧を課電し、ＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を放出させて残留電荷を測定する
   ことを特徴とする残留電荷の測定方法。
3. ＣＶケーブルの残留電荷を測定する方法であって、
   ＣＶケーブルに所定のパターンで昇圧する交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断する操作を繰り返し、
   遮断直前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積された電荷を、２回目以降に徐々に上昇する交流電圧を課電した際に放出させ、残留電荷を繰り返し測定する
   ことを特徴とする残留電荷の測定方法。
4. ＣＶケーブルの残留電荷を測定する方法であって、
   ＣＶケーブルに交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断し、
   遮断より半波長前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形（この請求項において、以下、半波波形Ａという）によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を、この半波波形Ａとは逆極性である遮断直前の負または正のいずれかの半波波形により放出させるとともに、
   遮断直前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を、交流電圧を課電して放出させ、残留電荷を測定することを特徴とする残留電荷の測定方法。
5. ＣＶケーブルの残留電荷を測定する方法であって、
   ＣＶケーブルに所定のパターンで昇圧する交流電圧を課電し、交流電圧の零クロス付近で交流電圧を遮断する操作を繰り返し、
   遮断より半波長前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形（この請求項において、以下、半波波形Ａという）によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を、この半波波形Ａとは逆極性である遮断直前の負または正のいずれかの半波波形により放出させるとともに、
   遮断直前の交流電圧の正または負のいずれかの半波波形によりＣＶケーブルの水トリー部に蓄積した電荷を、２回目以降に徐々に上昇する交流電圧を課電した際に放出させ、残留電荷を繰り返し測定する
   ことを特徴とする残留電荷の測定方法。

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