(57)【要約】【課題】単発地絡とノイズとを区別して、単発地絡電流のみを検出し、単発地絡発生の段階で、劣化箇所やサージ侵入箇所を見つけて、ケーブル故障を起こす蓋然性の高い箇所を予知して表示・警報する単発地絡検出装置を、提供する。【解決手段】単発地絡検出装置１は、高圧電力ケーブル線路２０毎のシース２３の接地線２４に流れる電流を測定する変流器１１と、その電流を積分し電荷量に変換するための積分回路１２と、前記電荷量の所定量以上のみを判別する判別回路１３と、その結果の表示器１４及び／又は警報器とを有する単発地絡検出装置であって、前記高圧電力ケーブル２１中のパルス状放電を有する単発地絡とその他のノイズである開閉サージ又は雷サージとを弁別し前記単発地絡のみを検出して表示及び／又は警報することにより、完全地絡電流によるケーブル故障に至る前に前記ケーブル故障を予知するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧電力ケーブル線路毎のシースの接地線に流れる電流を測定する変流器と、その電流を積分し電荷量に変換するための積分回路と、前記電荷量の所定量以上のみを判別する判別回路と、その結果の表示器及び／又は警報器とを有する単発地絡検出装置であって、
前記高圧電力ケーブル中のパルス状放電を有する単発地絡とその他のノイズである開閉サージ又は雷サージとを弁別し前記単発地絡のみを検出して表示及び／又は警報することにより、完全地絡電流によるケーブル故障に至る前に前記ケーブル故障を予知するものであることを特徴とする単発地絡検出装置。
【請求項２】
前記変流器からの電流波形をすべてデジタル変換し、それぞれの波形の特徴から、単発地絡波形を弁別し、上記表示及び／又は警報を発生する、前記単発地絡の電流を検出することを特徴とする請求項１に記載の単発地絡検出装置。
【請求項３】
高圧電力ケーブル線路毎のシースから繋がる接地線に流れる電流を測定しつつ、パルス状放電を有する単発地絡電流とノイズ電流である開閉サージ電流又は雷サージ電流とを、捉える工程、
それらの電流を積分回路で積分し、電荷量に変換する工程、
前記積分した電荷量に応じてノイズと単発地絡とを、識別する工程、
それによって前記単発地絡を識別したときにその結果を表示器に表示させ及び／又は警報器を駆動させる工程、
を有することにより、
完全地絡電流によるケーブル故障に至る前に前記ケーブル故障を予知することを特徴とする単発地絡検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場等で使用されている高圧電力ケーブルでは、自然劣化等による絶縁破壊で故障が発生しても、一度に完全地絡故障にならず、単発性の商用周波数の４分の１程度の波形の地絡にとどまることが、一部に知られており、この地絡（以下、単発地絡）を検出し、当該ケーブルが本格的な電気故障に発展する前に、それを事前に予知して表示する単発地絡検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧電力ケーブルが使用されている電力系統は、その多くが非接地系、又は高抵抗接地系で配電されており、高圧電力ケーブルの劣化等により絶縁破壊が起きても、直ちに商用周波数の地絡電流が継続する故障には発展せず、商用周波数の４分の１程度の波形の単発地絡電流が流れる程度で、一時的に絶縁を回復し、その後、単発地絡を繰り返したあとで本格的な地絡故障に至ることが一部に知られている。
【０００３】
この現象が起こるのは、非接地系等の場合、地絡電流と電圧の間に位相差があり、地絡が継続し難いこと、また高圧電力ケーブルの主な材質が架橋ポリエチレンケーブル（ＣＶ又はＣＶＴケーブル）で構成されており、すぐには炭化し難いこと、破壊孔の径が小さい場合は絶縁耐力が高いこと、水分などの異物が吹き飛ばされると絶縁が回復することなどが、理由である。
【０００４】
高圧電力ケーブル故障でも、絶縁物の切断などの機械的な応力による絶縁破壊では、一度に完全地絡に発展する。
【０００５】
このため、この現象は、ケーブル故障でも絶縁劣化による破壊のような場合に主として起きる現象であって、ケーブル切断のような故障を含む故障全般に通用するものではない。
【０００６】
一方、これまでに、高圧電力ケーブル（主として６．６ｋＶや３．３ｋＶクラスのＣＶ、ＣＶＴケーブル）では、その高圧電力ケーブルの劣化を事前に予知しようとする試みとして、部分放電の検出、絶縁抵抗測定等の高圧電力ケーブル劣化予知の各種の方法が、試みられてきた。しかしながら、微弱な信号を現場で検出することが困難であり、また多少の劣化では高圧電力ケーブルを取り替える判断とはならず、使用し続けることが通常であった。
【０００７】
これまで、単発地絡現象が一般的に知られていなかったのは、使用中にＣＶケーブルが絶縁劣化により、また侵入サージなどをきっかけに、絶縁破壊しても、ピチッとした小さな音がする程度で、開閉器、遮断機も動作せず故障に至らなかったためである。それに対し、ケーブルの元の開閉器、遮断機が故障を検知し動作するには、一定時間の地絡電流が継続した場合か、又は短絡故障に移行した場合である。
【０００８】
高圧電力ケーブル（６．６ｋＶや３．３ｋＶクラスのＣＶ、ＣＶＴケーブル）で、このような単発地絡故障が発生すると、一時的に絶縁が回復し使用できるが、その後、地絡箇所の拡大や、侵入サージなどをきっかけに、完全な地絡故障を引き起こす。この場合、送電停止、火災事故等を引き起こすことになる。また単発地絡が継続すると、非接地系統の特性上、健全相の電圧が跳ね上がり、短絡故障や他回線短絡故障等重大な故障に発展する恐れもある。
【０００９】
一部で単発地絡現象が知られているのは、重大な故障を起こしたケーブルを解体した結果、単発地絡の痕跡がケーブル絶縁体に数多く残っていたことや、また故障前にケーブルから、ピチッとした小さな音が聞こえていた等の観察結果によるものである。
【００１０】
特許文献１に、この単発地絡現象の理論的な解明結果に基づく、ケーブルの故障前の発見装置の発明がなされている。
【００１１】
この特許文献１の発明は、多岐な複数回線の高圧電力ケーブル線路について、前記各高圧電力ケーブル線路毎に、本線の変流器の出力を使って、流れる電流からパルス状の電流を検出し、多相や他回線とその極性を比較し、その結果でもって、単発地絡の発生したケーブルを遮断し他の回線に切り替えるものである。特許文献１には、このような高圧電力ケーブルの地絡予知方法が、記載されている。
【００１２】
このような高圧電力ケーブルの地絡予知方法では、各高圧電力ケーブル線路毎にケーブル本体の変流器からの出力と、各回線のパルスの極性を比較するという、大掛かりな装置が、随所に必要となるばかりか、その設置やメンテナンスに相当の費用を要してしまい一般的な実用に至らなかった。
【００１３】
それに代わる装置として、高圧電力ケーブルの接地線で、このパルス状の電流を検出できないかということが考えられていた。しかしながら、高圧電力ケーブルの接地線は片端接地で、大きなアンテナ状態であるため、絶えずノイズを拾ってしまう。ノイズの中でも、電源を開閉するときに発生する開閉サージや外部からの雷サージは、単発地絡の波高値よりも高くなることが想定されることから、パルス状の単発地絡電流を弁別できず実用困難と考えられ、それ以上検討されていなかった。
【００１４】
他方、高圧電力ケーブルに架橋ポリエチレンをケーブル材質とするＣＶやＣＶＴケーブルが一般に広く使用されてから、数十年の相当の時間が経過しており、劣化による故障も数多く発生している。従来はＣＶケーブルの劣化診断という形で行われていたが、そのためには設備の停止が必要であり、運転状態では、通常の空中電波のノイズよりも、小さな部分放電等の劣化検出は実用的でなく、また絶縁抵抗が低下した程度の劣化では、ケーブルの取り替え判断にはならなかった。本発明のようなケーブルがすでに使用不可の状態にあることを判定する装置である本格的な故障を予知する装置が望まれている。
【００１５】
図４に、ここでいう単発地絡波形と完全地絡波形の実測波形を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平５−３４３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、高圧電力ケーブル線路の本線の変流器から単発地絡を検出するのではなく、それぞれの高圧電力ケーブルのシースの接地線に単独のセンサである変流器を取り付け、単発地絡電流を検出できれば、前期特許文献１のような大掛かりな設備がなくとも予知できる装置や方法を提供することである。
【００１８】
しかしながら、従来技術では、高圧電力ケーブルシースに繋がる接地線には単発地絡電流よりも大きなノイズがあるため、単発地絡とノイズとの識別が困難であった。そのノイズとは、遮断器等の開閉に伴う開閉サージであり、またいろいろな経路で流れ込む雷サージであり、波高値はいずれも単発地絡電流の波高値よりも高くなるため、弁別できないと考えられていた。そこで、この課題を解決することが必要であった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
これまで、接地線で検出する単発地絡とノイズは波高値ではノイズと弁別できず、特開平５−３４３９７号のように極性でしか弁別できないものと考えられていたが、前記課題を解決するための手段として、単発地絡やノイズの電流値の波高値ではなく、その電流のもつエネルギーである電荷量に着目して、弁別することとし、本発明を完成させた。
【００２０】
実際の単発地絡電流の観測結果などからは、図５に示すように単発地絡は単極性で、商用周波数の４分の１程度の波形の電流が流れるため、その継続時間はミリセカンド単位であるのに対し、開閉サージや雷サージはマイクロセカンド単位と継続時間が短い上、開閉サージは繰り返し波形であるため電荷量は相殺され小さくなる。
【００２１】
また単発地絡電流の理論的な計算結果、単発地洛した相の静電容量による電流が流れ込むだけでなく、他の地絡していない相の静電容量を介して、交流電源分の電流が流れ込むため、さらに継続して電流が流れ込み、結果として単発地絡電流の電荷量はノイズの電荷量に比べ、格段に大きなものとなることが判った。
【００２２】
本発明は、単発地絡とノイズとを区別して、単発地絡電流のみを検出し、単発地絡発生の段階で、劣化箇所やサージ侵入箇所を見つけて、ケーブル故障を起こす蓋然性の高い箇所を予知して表示・警報する単発地絡検出装置を、提供することを目的とする。
【００２３】
前記の目的を達成するためになされた本発明の単発地絡検出装置は、高圧電力ケーブル線路毎のシースの接地線に流れる電流を測定する変流器と、その電流を積分し電荷量に変換するための積分回路と、前記電荷量の所定量以上のみを判別する判別回路と、その結果の表示器及び／又は警報器とを有する単発地絡検出装置であって、前記高圧電力ケーブル中のパルス状放電を有する単発地絡とその他のノイズである開閉サージ又は雷サージとを弁別し前記単発地絡のみを検出して表示及び／又は警報することにより、完全地絡電流によるケーブル故障に至る前に前記ケーブル故障を予知するものであることを特徴とするものである。
【００２４】
この単発地絡検出装置は、電力ケーブル線路毎のシースの接地線に変流器を取り付け、それら電流を積分する積分回路を通して電荷量に変換することにより、他のノイズと大きな差をつけ弁別でき、単発地絡のみを検出し、判別した結果を表示する表示器あるいは警報器などにより、地絡によるケーブル故障を予知して表示するというものである。
【００２５】
この単発地絡検出装置は、前記積分回路は数字的にいえば、商用周波数の４分の１程度の波形（約５ミリ秒）の前記単発地絡を積分すれば良い。これにより、前記単発地絡電流と、前記ノイズ電流とを完全に識別することができ、接地線に取り付けた変流器と積分回路と判別回路で検出でき、その結果を表示する表示回路や警報回路で表示できるというものである。
【００２６】
この単発地絡検出装置は、高圧電力ケーブル線路毎のシースを接地している接地線に流れる電流を測定するための、周波数特性の低い変流器（通常のフェライトコアでは高周波成分しか測定できない）と、この測定した電流波形を積分して、電荷に換算するための積分器とその電荷の大きさを比較判別する回路とそのレベルが一定レベルを超えた時に表示または警報する表示器からなる。
【００２７】
この単発地絡検出装置は、前記変流器からの電流波形をすべてデジタル変換し、それぞれの波形の特徴から、単発地絡波形を弁別し、上記表示及び／又は警報を発生する、前記単発地絡の電流を検出することを特徴とするものであってもよい。
【００２８】
この単発地絡検出装置は、前記単発地絡の識別回数をカウントするサージカウンター及び／又はそれの表示器を有していてもよい。
【００２９】
この単発地絡検出装置は、前記単発地絡の識別結果を警報する警報器に接続されていてもよい。
【００３０】
前記の目的を達成するためになされた本発明の単発地絡検出方法は、高圧電力ケーブル線路毎のシースから繋がる接地線に流れる電流を測定しつつ、パルス状放電を有する単発地絡電流とノイズ電流である開閉サージ電流又は雷サージ電流とを、捉える工程、それらの電流を積分回路で積分し、電荷量に変換する工程、前記積分した電荷量に応じてノイズと単発地絡とを、識別する工程、それによって前記単発地絡を識別したときにその結果を表示器に表示させ及び／又は警報器を駆動させる工程、を有することにより、完全地絡電流によるケーブル故障に至る前に前記ケーブル故障を予知することを特徴とするものである。
【００３１】
この単発地絡検出方法は、具体的には、電力ケーブル線路毎のシースに繋がる接地線に流れる電流を測定し、ケーブルシースに流れ込む電流を捉える工程、それら電流を積分し、電荷量として捉える工程、又このレベルの大きさを比較し、前記パルス状の単発地絡波形のみを識別する工程、それによって前記単発地絡を識別判別したときにその結果を表示器に表示させ及び／又は警報器を駆動させる工程、を有することにより、前記完全地絡電流によるケーブル故障を予知して表示及び／又は警告するというものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の単発地絡検出装置によれば、高圧電力ケーブルの初期の絶縁破壊といえる単発地絡の段階で、その現象を検知することができ、その段階でケーブル取り替え等の対策を実施すれば、火災などを伴う大きな故障に発展するのを防ぐことができる。
【００３３】
前記のように６．６ｋＶや３．３ｋＶクラスのＣＶ、ＣＶＴ高圧電力ケーブルは、一般的に非接地系統で使用されている。非接地系統では、３相のうち、１相が地絡すると健全相の電圧が跳ね上がる特性があり、この単発地絡故障を引き金に短絡故障や線路をまたぐ他回線との短絡故障など重大な故障を引き起こす可能性がある。これらの大きな電気故障を発生する前に、この本発明により事前に予知でき、対策を立てることができる。
【００３４】
高圧電力ケーブルの絶縁破壊に至る劣化を予知する方法として、これまでは高圧電力ケーブルの部分放電を検知する方法や絶縁抵抗の測定など劣化診断法が行われているが、いずれも高圧電力ケーブルを停電して行うことが必要であり、また劣化の進行状況を判定することは困難であった。
【００３５】
高圧電力ケーブルの劣化をケーブルの使用中に検出する方法として、ケーブルシースの接地線で部分放電等を検出する試みも行われているが、電力ケーブルのシースは片端接地で数百ｍのアンテナとなっており、大きなノイズの中で遙かに微少な部分放電の電流を検出することは不可能に近い。また部分放電を検出したとしても、高圧電力ケーブルがこの先いつまで使えるのかの目安にはなれない。
【００３６】
しかし、この単発地絡検出装置及びそれを用いた故障予知方法は、電流の極性およびその大きさを他の高圧電力ケーブル線路との間で比較する面倒な操作や回路が必要でなく、検出しているケーブル線路の検出のみで対応できる。
【００３７】
しかも、この単発地絡検出装置及びそれを用いた故障予知方法によれば、高圧電力ケーブル線路毎のケーブルのシースからの接地線に取り付けるだけで済み、電力ケーブルの本格的な故障の予知ができる。表示器の代わりに警報器などで、知らせることもできる。従って、既存設備を大幅に変更する必要がなく、また設置にあたっては、停電などの必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用する単発地絡検出装置が取り付けられる非接地系高電圧システムの一態様を示す概要図である。
【図２】本発明を適用する単発地絡検出装置の積分回路の例を示す図である。
【図３】本発明の実施例である単発地絡検出装置が取り付けられた非接地系高電圧システムの一態様を示す概要図、及び単発地絡検出装置の一態様を示す模式斜視図である。
【図４】単発地絡と完全地絡との実測波形の違いを示す概要図である。
【図５】単発地絡と開閉サージとの違いを示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００４０】
本発明の単発地絡検出装置及びそれを用いた単発地絡検出方法の実施の一態様について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
単発地絡検出装置１は、概要図として図１に示す通り、高圧電力ケーブル線路２０に接続された電力ケーブル２１のシース２３に設けられたそれの接地線２４に、設置されたものである。接地線２４は、繋がって接地されている。
【００４２】
この単発地絡検出装置１は、基本構成として、図１に示す通り、変流器（ＣＴ）１１、積分回路１２、判別回路１３、及び表示器１４を有している。
【００４３】
本発明は接地線に取り付けた接地線に流れ込む電流波形を取り込む変流器（ＣＴ）１１と、その電流波形を積分して、電荷量に変換する積分回路１２と、変換後、他のノイズと大きなレベル差を有した単発地絡電流を識別し、判別する判別回路１３と、その結果を表示する表示部２１とを有することにより、単発地絡を検出するものである。
【００４４】
積分回路１２は、別電源を必要としないタイプの積分回路（図２(a)参照）を使用した形態でもよく、別電源が得られれば、たとえば別なタイプの積分回路（図２(b)参照）を使用した形態でもよい。
【００４５】
変流器（ＣＴ）１１のコアは、本発明ではクランプ式の後付け可能な型のコアを図３（ｂ）に示しているが、リング式であってもよい。ただし通常のフェライトコアのような高周波専用のコアは使用できない。本発明では低周波領域まで検出できるコアを用いている。
【００４６】
工場等で高圧電力ケーブル線路２０の配電電圧階級が、６．６ｋＶ、３．３ｋＶ、２．２ｋＶ等のクラスの非接地系統で使用されているＣＶケーブルでは、ケーブルの絶縁劣化により絶縁破壊してもその多くは、当初は図４に示す単発地絡となり、その後単発地絡を繰り返すなかで、完全地絡波形に移行することが、一部の技術者に知られている。
【００４７】
一方、このパルス状の単発地絡電流を、接地線２４で検出しようとしても、高圧電力ケーブル線路では図５の開閉サージや他にも雷サージなどのノイズが電力ケーブルの静電容量を介してシース２３に流れ込み、その波高値は単発地絡電流よりも大きいことがあるため、図５(a)の単発地絡電流のみを検出することは困難であると考えられていた。
【００４８】
電源のオンオフ切替え時に発生する開閉サージのようなノイズ電流は、波高値では単発地絡電流をこえる値であるが、これを積分して電荷量に変えると、図５（ｂ−２）のように振動波形であること、高周波であることの理由のため、積分して電荷量に変えると極端に小さな値となる。
【００４９】
他方、単発地絡波形の特徴は、実測波形として図５（ａ）に見られる商用周波成分が含まれる。その理論的な計算においては、地洛相の静電容量分を放電した尖頭波形のあと、交流電源と他の健全相の静電容量を直列回路として商用周波成分が流れる。この電流を積分して電荷に置き換えると、開閉サージ等の積分波形電荷量と大きな優位差ができる。
【００５０】
他の雷サージ波形等も元々高周波成分であるだけでなく、本線２２とケーブルシース２３間の静電容量を介してシース側に流れ込むため、さらに高周波成分になりやすい。
【００５１】
本発明はこの特徴を使い、シースに流れる電流を積分し電荷量に変換しることで、これまで考えられなかったノイズの大きいシースで単発地絡電流を検出することを、可能にしたものである。
【００５２】
図１（又は図３）に示す実施例の故障予知表示器１４は、無電源で長時間放置しても、使用可能な点検時に故障発見するための装置である。
【００５３】
しかしながら高圧電力ケーブルのシース取り付け口は通常、分電盤(キュービクル)近くにあり、変流器１１と積分回路１２判別回路１３や表示部２１は分離することがあってもよい。
【００５４】
高圧電力ケーブルのシース取り付け口は通常、分電盤(キュービクル)近くにあり、電源が近くにある場合、装置は無理なく制作でき、また全体をまとめて警報して、ここの単発地絡の発生したケーブルの表示と別にしてもよい。
【００５５】
この単発地絡検出装置１は、単発地絡を識別したときにその識別結果及び識別回数を表示器１４に表示または、警報器１５で警報することにより、非接地系電圧システムの高圧電力ケーブル線路２０の管理者は、ケーブル故障を起こす蓋然性の高い箇所であることを予知して表示する警告、及び／又は警報として、認識することができる。そのため近い将来、停電を伴う故障を発生するであろう高圧電力ケーブル線路２０のＣＶケーブルを特定して、早々に交換したり修理したりすることにより、完全な地絡故障や短絡故障のような本格的なケーブル故障を回避することができる。
【００５６】
このように、この単発地絡検出装置１及びそれを用いた単発地絡検出方法は、高圧電力ケーブル線路２０に、開閉サージのようなノイズ電流と、単発地絡電流のような微地絡と、侵入サージ電流とを、それらの電荷量と積算電流とだけで、識別でき、他のケーブルでの極性との比較など面倒な操作を必要としない。
【００５７】
このようにして、この単発地絡検出装置１及びそれを用いた単発地絡検出方法によれば、完全な地絡故障や短絡故障にまで至って、ケーブル故障を引き起こす蓋然性の高い危険な箇所であるかを表示して、それらの重大なケーブル故障が起こる前に管理者に認識させ、高圧電力ケーブル線路２０を有する非接地系高電圧システムの保守管理に役立てることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この単発地絡検出装置及び、それを用いた単発地絡検出方法は、工場等への送電や配電で使用されている６ｋＶや３ｋＶクラスの非接地系の高電圧ケーブルや高電圧機器に、単発性の微地絡（単発地絡）が発生したことを検知して、完全な地絡故障や短絡故障の重大なケーブル故障を事前に予知して表示でき、非接地系高電圧システムの安全確保のために、用いることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１は単発地絡検出装置、１１は変流器、１２は積分回路、１３は判別回路、１４は表示器、１５は警報器、２０は非接地系高電圧システムの高圧電力ケーブル線路、２１は高圧電力ケーブル（ＣＶケーブル）、２２は本線、２３はシース、２４は接地線である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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