(57)【要約】【課題】残留電荷測定法を用いて的確に絶縁診断を行うことができるＣＶケーブルの劣化診断方法及び劣化診断装置を提供する。【解決手段】ＣＶケーブルに直流電圧を課電した後に接地し、その後にステップ状に変化する交流電圧を課電することにより直流電圧の課電によって蓄積された電荷を放出させて複数の残留電荷量を表す信号を出力する残留電荷測定装置２〜７と、残留電荷測定装置から出力される複数の残留電荷量を表す信号に基づいて複数の残留電荷量の分布の重心を算出し、該算出された重心に対応する交流電圧を劣化指標を表す信号として出力する処理装置８とを備えている。【選択図】　　　図１
2004138491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＶケーブルに直流電圧を課電した後に接地し、その後に交流電圧を課電することにより前記直流電圧の課電によって蓄積された電荷を放出させて残留電荷量を測定する残留電荷測定方法において、
前記交流電圧をステップ状に変化させながら課電して複数の残留電荷量を測定し、
得られた複数の残留電荷量の分布の重心を算出し、
算出された重心に対応する交流電圧を劣化指標として用いることを特徴とするＣＶケーブルの劣化診断方法。
【請求項２】
前記重心は前記複数の残留電荷量の加重平均である請求項１記載のＣＶケーブルの劣化診断方法。
【請求項３】
ＣＶケーブルに直流電圧を課電した後に接地し、その後にステップ状に変化する交流電圧を課電することにより前記直流電圧の課電によって蓄積された電荷を放出させて複数の残留電荷量を表す信号を出力する残留電荷測定装置と、
前記残留電荷測定装置から出力される複数の残留電荷量を表す信号に基づいて前記複数の残留電荷量の分布の重心を算出し、該算出された重心に対応する交流電圧を劣化指標を表す信号として出力する処理装置と、
とを備えることを特徴とするＣＶケーブルの劣化診断装置。
【請求項４】
前記処理装置は、前記複数の残留電荷量の加重平均を求めることにより前記重心を算出することを特徴とする請求項３記載のＣＶケーブルの劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＶケーブルの劣化診断法及び劣化診断装置に関し、特に残留電荷量を測定することにより水トリー劣化したＣＶケーブルの絶縁体の残存性能を非破壊的に診断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中送電用ケーブルとして、優れた電気的特性、作業の容易性を有するＣＶケーブル（Ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ　ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎ　ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ−ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｓｈｅａｔｈｅｄ　ｃａｂｌｅ）が用いられている。このＣＶケーブルには、水が存在する環境で使用されることに起因して、その絶縁体中に水トリーという現象が発生して絶縁劣化が生じる。
【０００３】
そこで、水トリー発生の有無を診断する技術として残留電荷測定法が検討されている。この残留電荷測定法は、ＣＶケーブルに直流電圧を課電し、その後に接地して直流課電を除去し、続いて交流電圧を印加し、これにより生じた直流電流成分を検出する。この検出により得られた電流信号を積分することにより残留電荷量を計算する。この残留電荷測定法は、水トリー劣化程度や破壊電圧との相関がよく、ＣＶケーブルの劣化診断方法として注目されている。
【０００４】
水トリー劣化した絶縁体の残留電荷発生のメカニズムは、例えば特開２００１−３４９９２２に開示されている。即ち、絶縁体中に水トリーが存在していると、直流課電によって水トリー部と健全な絶縁体との界面に空間電荷が蓄積される。直流課電後に接地して直流課電を除去すると、絶縁体内部には空間電荷が残留しており、この空間電荷の電界によって移動を開始し、最終的には消滅する。
【０００５】
この空間電荷の移動・減衰は、接地（短絡）を保っている場合には、時間と共に指数関数的に減衰する直流電流（逆吸収電流）が接地回路に流れる。また、接地を開放した場合には、時間とともにある一定値に飽和するように直流電圧（残留電圧）が開放された電極間に回復してくる。この逆吸収電流と残留電圧の発生は、直流課電後の接地という急変に対する絶縁体内部の空間電荷の応答遅れに原因している。
【０００６】
この直流課電の接地後に回復してくる残留電荷は、水トリーによる絶縁劣化の判定に利用できる。しかし、空間電荷の移動・消滅に要する時間が著しく長いので、測定回路に観測される残留電荷の回復時間が著しく遅くなり、測定時間が短いと大きな信号が得られない。ところが、交流電圧を課電すると、水トリー劣化部に存在していた空間電荷の移動速度が速められて、水トリー劣化に原因する残留電荷を短時間で顕在化できる。これが交流課電を用いて残留電荷測定をする所以である。
【０００７】
この残留電荷測定法では、一般に残留電荷測定により得られる残留電荷量は、ケーブル全体から生じる平均的な情報であるために、ケーブルの一部が極度に劣化しているのか、軽微な劣化が一様に発生しているのかを判定することはできない。よって、長尺ケーブル、あるいは長さの異なる試料間で劣化診断をすることは困難である。
【０００８】
このような問題点を解決するために、例えば特許文献１は、上述した残留電荷測定法において、所定の課電パターンからなる交流電圧をステップ状に複数回課電し、残留電荷が測定される最高の交流電圧値からケーブルの交流破壊電圧レベルを推定することにより絶縁劣化の程度を診断し、長尺ケーブルあるいは長さの異なるケーブル間における水トリー劣化程度を評価し得るＣＶケーブルの劣化診断方法を開示している。
【０００９】
この劣化診断方法によれば、ステップ昇圧により、低い電圧から最高電圧を運転電圧程度として昇圧及び降圧を複数回繰り返して課電しながら残留電荷を測定することにより残留電荷量分布が得られる。より高い交流電圧で放出される残留電荷成分は、絶縁性能に最も影響を及ぼす長い水トリーを反映している。従って、残留電荷量分布を調べ、どの程度の交流課電電圧まで残留電荷が検出されたかを劣化指標として用いることにより、絶縁体中にどの程度の長さの水トリーが発生しているかを推定でき、ひいては残存性能を評価することが可能になる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−３４９９２２
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の劣化診断方法においては、残留電荷が放出された最高の交流課電電圧を劣化指標としているので、例えば図４のタイプ１〜３に示すように、残留電荷量の分布形状が異なる場合であっても、残留電荷が放出される最高の交流課電電圧が同じ（図４中のＶ５）であれば劣化指標は同じになり、残存性能などの判定結果は同じになる。
【００１２】
一方、図４のタイプ３のように低い交流課電電圧にて多くの残留電荷が放出さる分布を有するものと、タイプ１のように比較的高い交流課電電圧で残留電荷が放出される分布を有するものとでは、より長い水トリーが発生している可能性は後者の方が高く、結果的に後者の方が絶縁性能は低い可能性がある。よって、残留電荷が放出される最高の交流課電電圧を劣化指標として用いる場合には、劣化診断としては不十分である。
【００１３】
図５は、上記方法により求められた最高の交流課電電圧に基づく残留電荷の放出電界強度に対する破壊試験の結果得られた破壊電界強度を示している。この図５から、放出電界強度が同じでも、破壊電界強度には大きなばらつきが生じていることがわかる。
【００１４】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、残留電荷測定法を用いて的確に絶縁診断を行うことができるＣＶケーブルの劣化診断方法及び劣化診断装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、残留電荷量分布の形状を考慮した劣化指標を用いて絶縁診断を行うように構成したものである。
【００１６】
即ち、本発明のＣＶケーブルの劣化診断方法は、前記課題を達成するために、ＣＶケーブルに直流電圧を課電した後に接地し、その後に交流電圧を課電することにより直流電圧の課電によって蓄積された電荷を放出させて残留電荷量を測定する残留電荷測定方法において、交流電圧をステップ状に変化させながら課電して複数の残留電荷量を測定し、得られた複数の残留電荷量の分布の重心を算出し、算出された重心に対応する交流電圧を劣化指標として用いることを特徴とする。この場合、重心は複数の残留電荷量の加重平均とすることができる。
【００１７】
このＣＶケーブルの劣化診断方法によれば、低い交流課電電圧で大きな残留電荷量が得られる分布では、その重心は低い交流電圧側になる。従って、この劣化診断方法を用いることにより残留電荷が放出された最高の交流課電電圧が同じであっても、その重心が高い交流電圧側のものの方が劣化程度は高いと判断されることになり、劣化の状態を的確に反映した診断結果を得ることができる。
【００１８】
また、本発明のＣＶケーブルの劣化診断装置は、前記課題を達成するために、ＣＶケーブルに直流電圧を課電した後に接地し、その後にステップ状に変化する交流電圧を課電することにより直流電圧の課電によって蓄積された電荷を放出させて複数の残留電荷量を表す信号を出力する残留電荷測定装置と、残留電荷測定装置から出力される複数の残留電荷量を表す信号に基づいて複数の残留電荷量の分布の重心を算出し、該算出された重心に対応する交流電圧を劣化指標を表す信号として出力する処理装置、とを備えたことを特徴とする。この場合、処理装置は、複数の残留電荷量の加重平均を求めることにより重心を算出することができる。
【００１９】
このＣＶケーブルの劣化診断装置によれば、上述したＣＶケーブルの劣化診断方法と同様の作用及び効果を奏する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係るＣＶケーブルの劣化診断装置の構成を示すブロック図である。このＣＶケーブルの劣化診断装置は、大きく分けると残留電荷測定装置と処理装置とから構成されている。残留電荷測定装置は、切り替えスイッチ２、直流課電装置３、交流課電変圧器４、電圧調整装置５、残留電荷検出装置６及びローパスフィルタ７から構成されている。また、処理装置は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）８から構成されている。
【００２２】
切り替えスイッチ２は、共通端子Ｔの接続を３つの接点２ａ、２ｂ及び２ｃに切り替えることができるスイッチである。この切り替えスイッチ２の共通端子Ｔには供試ケーブル１が接続される。切り替えスイッチ２の接点２ａは、直流課電装置３に接続されている。直流課電装置３は、直流電圧ＶＤＣを発生する。切り替えスイッチ２の接点２ｂは、保護抵抗Ｒを介して接地されている。切り替えスイッチ２の接点２ｃは、交流課電変圧器４の二次巻線の一方の端子Ｕに接続されている。
【００２３】
交流課電変圧器４は、電圧調整装置５から供給される交流電圧を変圧して二次巻線から出力する。この交流課電変圧器４の二次巻線の一方の端子Ｕは、上述したように切り替えスイッチ２の接点２ｃに接続され、他方の端子Ｖは電圧調整装置５の入力端子に接続されている。また、交流課電変圧器４の一次巻線は、電圧調整装置５に接続されている。
【００２４】
電圧調整装置５の入力端子は交流電源に接続され、出力端子は交流課電変圧器４の一次巻線に接続されている。この電圧調整装置５は、交流電源からの交流電圧を変化させて交流課電変圧器４に供給する。これにより、交流課電変圧器４の二次側の出力電圧をゼロから所定電圧ＶＡＣまで変化させることができる。
【００２５】
残留電荷検出装置６は、交流課電変圧器４と接地との間に設けられている。即ち、残留電荷検出装置６の一方の端子は、交流課電変圧器４の端子Ｖに接続され、他方の端子は接地されている。この残留電荷検出装置６は、前記２つの端子間に並列に接続された、２つの端子間を短絡するためのスイッチＳＷ、交流バイパス用のコンデンサＣｄ及び検出抵抗Ｒｄから構成されている。残留電荷検出装置６は、前記２つの端子間に生じた信号をローパスフィルタ７に送る。
【００２６】
ローパスフィルタ７は、残留電荷検出装置６から入力された信号の直流成分を通過させ、図示しない増幅回路で増幅し、残留電荷量を表す信号としてパーソナルコンピュータ８に送る。
【００２７】
パーソナルコンピュータ８は、本発明の処理装置に対応する。このパーソナルコンピュータ８は、受け取った残留電荷量を表す信号に基づいて、後述する残留電荷量分布の重心を算出し、劣化指標を生成する。
【００２８】
次に、このように構成された実施の形態に係るＣＶケーブルの劣化診断装置の動作を説明する。まず、ＣＶケーブルの劣化診断装置の残留電荷測定装置において、残留電荷量を測定する動作を、図２に示した課電パターンを参照しながら説明する。
【００２９】
まず、切り替えスイッチ２の共通端子Ｔが接点２ａに接続されて供試ケーブル１に直流課電装置３からの直流電圧ＶＤＣが所定時間だけ印加される。次に、切り替えスイッチ２の共通端子Ｔの接続が接点２ｂに切り替えられる。これにより、供試ケーブル１が保護抵抗Ｒを介して時間ｔ１（接地時間ｔ１）だけ接地される。次に、切り替えスイッチ２の共通端子Ｔの接続が接点２ｃに切り替えられる。これにより、供試ケーブル１が交流課電変圧器４に接続され、残留電荷測定が可能な状態にされる。
【００３０】
この状態で、電圧調整装置５が調整され、交流課電変圧器４の二次側から交流課電電圧がＶ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→・・・（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜・・・）とステップ状に出力される。同時に、各ステップの交流課電電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、・・・毎に残留電荷検出装置６で残留電荷量が検出され、残留電荷量を表す信号としてパーソナルコンピュータ８に送られる。
【００３１】
パーソナルコンピュータ８は、残留電荷測定装置から送られてくる残留電荷量を表す信号から、残留電荷量分布の形状を表すパラメータとして分布の重心を算出する。今、交流課電電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、・・・を印加することにより得られる残留電荷量をＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、・・・とすると、残留電荷量分布における重心電圧Ｖａは以下の加重平均を算出する式で与えられる。
【００３２】
Ｖａ＝（Ｖ１・Ｑ１＋Ｖ２・Ｑ２＋Ｖ３・Ｑ３＋Ｖ４・Ｑ４＋・・・）／（Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４＋・・・）
低い交流課電電圧で大きな残留電荷量が得られる分布では、その重心は低い交流電圧側になる。この方法を用いることにより残留電荷が放出された最高の交流課電電圧が同じであっても、その重心が高い交流電圧側のものの方が劣化程度は高いと判断されることになる。例えば、図４に示す例においては、タイプ１、タイプ２、タイプ３の順番に劣化程度が高いと判断される。
【００３３】
図３は、図５において、同一の残留電荷放出電界強度を示した試料において、低い交流電圧から高い交流電圧まで、昇圧及び降圧を複数回繰り返し課電することにより得られた残留電荷量分布から重心の交流課電電圧に対応する重心の電界強度を求め、それらと破壊電界強度との関係を示したものである。重心の電界強度が大きくなることは残留電荷分布が高い交流電圧よりの分布であることを示している。
【００３４】
このように、破壊電界強度が異なり、放出電界強度が同一であった試料においても、重心の電界強度で分類することにより、より的確に劣化診断を行って残存性能算出することが可能であり、劣化指標として重心の電界強度が有効であることを確認できる。
【００３５】
以上説明したように、従来の劣化診断方法では、残留電荷が放出される最高の交流課電電圧が同じ場合には、劣化程度の判定結果は同じになるが、この実施の形態に係る劣化診断方法を用いれば、残留電荷量の分布形状により劣化程度を分類することが可能になるために、的確な劣化診断を行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、残留電荷分布の形状の特徴を劣化の診断指標としているので、残留電荷測定法を用いて的確に絶縁診断を行うことができるＣＶケーブルの劣化診断方法及び劣化診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るＣＶケーブルの劣化診断装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＣＶケーブルの劣化診断装置の動作を説明するための課電パターンを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＣＶケーブルの劣化診断装置によって求められた重心電界強度と破壊電界強度との関係を示す図である。
【図４】従来の劣化診断方法を説明するための図である。
【図５】従来の劣化診断方法によって求められた残留電荷の放出電界強度と破壊電界強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　供試ケーブル
２　切り替えスイッチ
３　直流課電装置
４　交流課電変圧器
５　電圧調整装置
６　残留電荷検出装置
７　ローパスフィルタ
８　パーソナルコンピュータ
【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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