(57)【要約】【課題】診断対象となるＣＶケーブル１の終端部にガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）が接続されている場合でも、信頼性の高い絶縁劣化診断を低コストで行なえる方法を実現する。【解決手段】上記ＣＶケーブル１を構成するケーブル導体２と遮蔽層４との間（絶縁層３）に、直流電源７により直流電圧を、重畳交流電源１６により交流電圧を、互いに重畳して印加する。これにより、上記絶縁層３内の水トリー劣化部に印加される直流電圧の見掛けの大きさを増大させ、この水トリー内に蓄積される電荷の量を、単に上記直流電圧のみを印加した場合に比べて多くする。この結果、上記水トリーから接地側に回復してくる、測定対象且つ劣化診断の目安となる残留電荷の量が多くなる為、上記課題を解決できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブル導体の周囲を絶縁層により覆い、更にこの絶縁層の周囲を遮蔽層により覆って成る電力ケーブルの絶縁劣化診断を行なうべく、上記ケーブル導体と上記遮蔽層との間に直流電圧を印加し、次いで、この直流電圧の印加を停止すると共に上記ケーブル導体と上記遮蔽層とを接地し、次いで、これらケーブル導体と遮蔽層との間に交流電圧を印加すると共に、この交流電圧の印加開始時の前後に亙る時間中、上記電力ケーブルと接地とを含む回路内を流れる電荷を測定し、この測定結果に現れる跳躍成分の大きさから上記絶縁層の劣化の程度を診断する電力ケーブルの絶縁劣化診断方法に於いて、上記ケーブル導体と上記遮蔽層との間に直流電圧を印加する際に、これらケーブル導体と遮蔽層との間に当該直流電圧に重畳して交流電圧を印加する事を特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル（以下「ＣＶケーブル」とする。）の絶縁劣化状態を診断する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶケーブルが浸水状態或は多湿状態で使用される場合に発生する水トリーは、電気トリーに結び付いて絶縁破壊を起こし、送電事故の原因になる。従って、水トリー等によるＣＶケーブルの絶縁の劣化状態を予め知っておく事は、送電線の事故発生を防止する為に重要である。この様な目的でＣＶケーブルの絶縁劣化診断を行なう方法として、本発明の対象となる残留電荷法が、例えば非特許文献１等に記載されて、従来から知られている。
【０００３】
図２は、この残留電荷法による絶縁劣化診断を行なう場合の回路図を示している。診断対象となるＣＶケーブル１は、ケーブル導体２の周囲を絶縁層３により覆い、更にこの絶縁層３の周囲を遮蔽層４により覆って成る。このうちの遮蔽層４は、接地線５により接地している。そして、上記ケーブル導体２の端部と接地との間に診断装置１１を接続する事により、上記ＣＶケーブル１と接地とを含む診断回路を構成している。この状態で残留電荷法による絶縁劣化診断を行なう場合には、先ず、スイッチ６の接点をａ点に合わせて、直流電源７により、上記ケーブル導体２と上記遮蔽層４との間（上記絶縁層３）に直流電圧を印加する。これにより、これらケーブル導体２と遮蔽層４との間（上記絶縁層３）に電荷を蓄積させる。
【０００４】
次いで、上記スイッチ６の接点をｂ点に切り換える事で、上記直流電圧の印加を停止すると共に、接地回路８により上記ケーブル導体２を接地する。これにより、上述の様にケーブル導体２と遮蔽層４との間（上記絶縁層３）に蓄積させた電荷を、上記診断回路を通じて接地側に回復させる（流す）。但し、この際、上記絶縁層３に水トリーが発生している場合には、この水トリー内に蓄積されている電荷のみが、この水トリー内に長時間残留する。この様に水トリー内に蓄積されて残留する電荷（残留電荷）の量は、この水トリーの成長度合い（上記絶縁層３の劣化度合い）が著しい程、多くなる。又、この様な残留電荷は、上記絶縁層３に交流電圧を印加する事により、上記水トリーから容易に放出させる事ができる。
【０００５】
そこで、次に、上記スイッチ６の接点をｃ点に切り換えて、交流電源９により、上記ケーブル導体２と上記遮蔽層４との間（上記絶縁層３）に交流電圧を印加する。これにより、上記水トリー内の残留電荷をこの水トリーから放出させ、上記診断回路を通じて接地側に回復させる。そして、この際に接地側に回復してくる残留電荷を、直流信号（直流電流又は直流電圧）として、測定器１０により測定する。この際に測定される残留電荷の量は、測定結果の１例を表した図３に示す様に、跳躍成分ΔＱとして現れる。上述した様に、上記残留電荷の量は、上記絶縁層３の劣化度合いが大きい程多くなる。従って、上記跳躍成分ΔＱの大きさを観察すれば、上記絶縁層３の劣化度合（この跳躍成分△Ｑが大きい程劣化が進んでいる）を診断する事ができる。
【０００６】
次に、上述した様な残留電荷法による電力ケーブルの絶縁劣化診断方法の原理に就いて、図４に示す複合誘電体モデルを参照しつつ、より詳しく説明する。この図４は、前述の図２に示した診断回路を、前記ＣＶケーブル１部分を二層複合誘電体として、モデル化したものである。この図４中、コンデンサ１２は、上記ＣＶケーブル１に対応するもので、互いに平行な１対の極板１３ａ、１３ｂ同士の間に１対の誘電体１４ａ、１４ｂを、互いに直列に重ね合わせた状態で挟持して成る。この様なコンデンサ１２のうち、一方（図４の左方）の極板１３ａが前記ケーブル導体２に、他方（図４の右方）の極板１３ｂが前記遮蔽層４に、それぞれ対応する。又、上記１対の誘電体１４ａ、１４ｂは、上記絶縁層３に対応するものであるが、このうちの一方（図４の左方）の誘電体１４ａ（厚さｄ１　、誘電率ε１　、導電率σ１　）が水トリー劣化部に、他方（図４の右方）の誘電体１４ｂ（厚さｄ２　、誘電率ε２　、導電率σ２　）が健全部に、それぞれ対応する。そして、図４に示す様に、上記両極板１３ａ、１３ｂに診断装置１１を接続し、更に接地している。尚、この様な複合誘電体モデルに基づく以下の計算では、簡単の為に、電界に対する上記各導電率σ１　、σ２　の非線形性は無視する。
【０００７】
先ず、スイッチ６の接点をａ点に合わせる事により、直流電源７によって、上記両極板１３ａ、１３ｂ間に直流電圧（直流ステップ電圧）Ｖｄｃを印加する。この場合、この直流電圧Ｖｄｃを印加した時刻をｔ＝０とすると、上記両誘電体１４ａ、１４ｂ同士の境界面１５（ｘ＝ｄ１　）に現れる空間電荷ｑ（ｄ１　，ｔ）は、次の（１）式で表す事ができる。
【数１】
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この（１）式中、ｇ＝σ１　ｄ２　＋σ２　ｄ１　、τ＝ｆ／ｇ（但し、ｆ＝ε１　ｄ２　＋ε２　ｄ１　）である。
【０００８】
次に、上述の様に直流電圧Ｖｄｃを印加し始めてからｔｄｃ時間経過した時点で、上記スイッチ６の接点をｂ点に切り換える事により、上記直流電圧の印加を停止すると共に、上記両極板１３ａ、１３ｂ間を接地する。この場合、上記境界面１５に蓄積された空間電荷ｑ（ｄ１　，ｔ）は、直ちには消失せず、自身が形成する電界により、時定数τで（長い時間をかけて）減衰する。この際、接地回路には、上記空間電荷ｑ（ｄ１　，ｔ）の減衰に基づく電流が流れる。この電流を時間積分して得られる電荷Ｑｄ　（ｔ）は、上記スイッチ６の接点をｂ点に合わせた時刻を改めてｔ＝０とすると、次の（２）式で表す事ができる。
【数２】
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この（２）式中、ｑ（ｄ１　，ｔｄｃ）は、上記（１）式により表される空間電荷ｑ（ｄ１　，ｔ）に、上記直流電圧Ｖｄｃの印加時間ｔ＝ｔｄｃを代入したものである。
【０００９】
次に、上述の様に両極板１３ａ、１３ｂ間を接地し始めてからｔＳ　時間経過した時点で、上記スイッチ６の接点をｃ点に切り換える事により、交流電源９によって、上記両極板１３ａ、１３ｂ間に交流電圧Ｖａｃを印加した場合を考える。この場合、この交流電圧Ｖａｃの印加後に、回路内を流れる電流を時間積分して得られる電荷Ｑ（ｔ）は、上記交流電圧Ｖａｃを印加した時刻を改めてｔ＝０とすると、次の（３）式で表す事ができる。
【数３】
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【００１０】
上記（１）〜（３）式はそれぞれ、簡単の為に、電界に対する各導電率σ１　、σ２　の非線形性を無視して導かれた式である。ところが、実際には、水トリー劣化部に対応する、前記一方の誘電体１４ａの導電率σ１　は、印加電界の増加と共に増大する非線形性を有している。従って、上述の様に両極板１３ａ、１３ｂ間に交流電圧Ｖａｃを印加すると、実質的に導電率σ１　が増大すると共に、時定数τが減少し、各誘電体１４ａ、１４ｂ内部に蓄積された電荷の減衰が大幅に促進される。残留電荷法は、この際に接地側に回復してくる残留電荷を、劣化信号として測定器１０により測定し、この測定した残留電荷の量を観察する事に基づいて電力ケーブルの絶縁劣化診断を行なうものである。
【００１１】
【非特許文献１】
大高、富樫、坂本、「残留電荷法による２２ｋＶＣＶケーブルの劣化診断」、三菱電線工業時報、２００１年１０月、第９８号、ｐ．５５−６２
【非特許文献２】
「ガス絶縁開閉装置の直流絶縁」、電気学会技術報告、１９９１年１月、第３９７号、ｐ．９−１７
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な従来の残留電荷法による電力ケーブルの絶縁劣化診断方法の場合、診断対象となるＣＶケーブル１の終端部がガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）に接続されている場合には、測定対象となる残留電荷の量を多くする事が困難となり、信頼性の高い絶縁劣化診断を行なえなくなる場合がある。この理由に就いて、以下に説明する。
【００１３】
前記（３）式で表される、測定対象となる残留電荷Ｑ（ｔ）の量は、前記（１）式で表される、水トリー内に蓄積される電荷ｑ（ｄ１　，ｔ）（ｔ＝ｔｄｃ）の量に比例する。従って、この水トリー内に蓄積される電荷ｑ（ｄ１　，ｔ）の量を多くすれば、測定対象となる残留電荷Ｑ（ｔ）の量を多くする事ができる。この場合、上記水トリー内に蓄積される電荷ｑ（ｄ１　，ｔ）の量を多くするには、前記直流電源７により診断対象となるＣＶケーブル１に印加する直流電圧の値を大きくすれば良い。
【００１４】
ところが、診断対象となるＣＶケーブル１の終端部がＧＩＳに接続されている場合、このＣＶケーブル１に直流電圧を印加すると、この直流電圧が上記ＧＩＳにも印加される事になる為、この直流電圧の値を無闇に大きくする事ができない。この理由は、例えば非特許文献２に記載されている様に、ＧＩＳに直流高電圧を印加すると、このＧＩＳの内部に存在する針状の金属パーティクルの先端部で放電が起こり、結果として上記ＧＩＳの絶縁性能が低下する為である。尚、診断開始前にＧＩＳの蓋部を開栓し、ガス抜き及び内部の清掃（上記金属パーティクルの除去）を行なっておけば、印加する直流電圧の値を大きくしても、上述した様な不都合が発生する事を防止できる。但し、この様な作業を行なうと、絶縁劣化診断に要するコストが極端に嵩む原因となる為、採用しにくい。
【００１５】
従って、診断対象となるＣＶケーブル１の終端部がＧＩＳに接続されている場合には、コスト面から、このＣＶケーブル１に印加する直流電圧の値を小さくせざるを得ない。ところが、この様にＣＶケーブル１に印加する直流電圧の値を小さくすると、水トリー劣化部の導電率σ１　が（非線形特性に基づき）小さくなると共に、時定数τが大きくなる。この結果、上記水トリー内に電荷ｑ（ｄ１　，ｔ）を充電するのに長時間を要するだけでなく、時間をかけて充電しても期待される量の電荷ｑ（ｄ１　，ｔ）を蓄積する事ができず、測定対象となる残留電荷Ｑ（ｔ）の量を多くできない場合がある。
本発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、上述の様な事情に鑑み、診断対象となる電力ケーブルの終端部がＧＩＳに接続されている場合でも、信頼性の高い絶縁劣化診断を低コストで行なえる様にすべく発明したものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁劣化診断方法の対象となる電力ケーブルは、ケーブル導体の周囲を絶縁層により覆い、更にこの絶縁層の周囲を遮蔽層により覆って成る。
そして、本発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、この様な電力ケーブルの絶縁劣化診断を行なうべく、上記ケーブル導体と上記遮蔽層との間（上記絶縁層）に直流電圧を印加する。次いで、この直流電圧の印加を停止すると共に、上記ケーブル導体と上記遮蔽層とを接地する。次いで、これらケーブル導体と遮蔽層との間（上記絶縁層）に交流電圧を印加すると共に、この交流電圧の印加開始時の前後に亙る時間中（印加開始の瞬間を含む所定時間中）、上記電力ケーブルと接地とを含む回路内を流れる電荷を測定する。そして、この測定結果に現れる跳躍成分の大きさから、上記絶縁層の劣化の程度を診断する（跳躍成分が大きい程劣化が進んでいると判定する）。
特に、本発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法に於いては、上記ケーブル導体と上記遮蔽層との間（上記絶縁層）に直流電圧を印加する際、これらケーブル導体と遮蔽層との間（上記絶縁層）に、当該直流電圧に重畳して交流電圧を印加する。
【００１７】
【作用】
上述した様に、本発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法の場合には、診断対象となる電力ケーブルを構成するケーブル導体と遮蔽層との間（絶縁層）に、直流電圧に重畳して交流電圧を印加する。この結果、この交流電圧の印加に伴って上記絶縁層中の水トリー劣化部の導電率が上昇する。言い換えれば　この水トリー劣化部に印加される直流電圧の見掛けの大きさが増大する。具体的には、上記直流電圧を印加するのみでは移動する事ができない水トリー内の電荷が、上記交流電圧の印加によってトラップから開放され、更にこの交流電圧の電界１周期の平均として上記直流電圧の電界成分の方向にドリフトする。そして、この様な作用に基づき、上記水トリー劣化部に印加される直流電圧の見掛けの大きさが増大する。
【００１８】
この結果、上記水トリー内に蓄積される電荷の量が、単に上記直流電圧のみを印加した場合に比べて増大する。従って、診断対象となる電力ケーブルの端部がＧＩＳに接続されている等の理由で、この電力ケーブルを構成するケーブル導体と遮蔽層との間（絶縁層）に小さい直流電圧しか印加できない場合でも、上記水トリー内に蓄積される電荷の量を多くできる。この為、この水トリーから接地側に回復してくる、測定対象となる残留電荷の量を多くする事ができ、信頼性の高い絶縁劣化診断を行なえる。又、本発明の場合には、上記直流電圧の印加に先立って上記ＧＩＳのガス抜き及び内部の清掃を行なう必要がないので、絶縁劣化診断を低コストで行なえる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の場合、診断対象となるＣＶケーブル１を構成するケーブル導体２及び遮蔽層４と接地との間に接続する診断装置１１ａは、前述の図２に示した従来の診断装置１１と同様、それぞれが第一のスイッチ６ａの切り換えに基づいて選択される、直流電源７と、接地回路８と、交流電源９及び測定器１０とを備える。更に、本例の診断装置１１ａの場合には、上記直流電源７に対して直列に重畳交流電源１６を、上記測定器１０に対し、且つ互いに並列に、静電容量１７と第二のスイッチ６ｂとを、それぞれ設けている。
【００２０】
図１に示す様な診断回路により、上記ＣＶケーブル１の絶縁劣化診断を行なう場合には、先ず、図１（Ａ）に示す様に、上記第一のスイッチ６ａの接点をａ点に合わせる。そして、この状態で、上記ＣＶケーブル１を構成するケーブル導体２と遮蔽層４との間（絶縁層３）に、上記直流電源７により直流電圧を、上記重畳交流電源１６により交流電圧を、それぞれ重畳して印加する。これにより、上記ケーブル導体２と上記遮蔽層４との間（上記絶縁層３）に電荷を蓄積させる。尚、この際には上記測定器１０による直流信号（直流電圧）の測定を行なわない為、図１（Ａ）に示す様に、上記第二のスイッチ６ｂを閉じて上記静電容量１７の両側を短絡しておく。
【００２１】
次いで、図１（Ｂ）に示す様に、上記第一のスイッチ６ａの接点をｂ点に切り換える事で、上記直流電圧及び交流電圧の印加を停止すると共に、上記接地回路８により上記ケーブル導体２と遮蔽層４とを接地する。これにより、上述の様にケーブル導体２と遮蔽層４との間（上記絶縁層３）に蓄積させた電荷を、上記診断回路を通じて接地側に回復させる。但し、この状態で、上記絶縁層３に生じた水トリー内には、依然として電荷が残留している。尚、この際にも上記測定器１０による直流信号（直流電圧）の測定を行なわない為、図１（Ｂ）に示す様に、上記第二のスイッチ６ｂを閉じて上記静電容量１７の両側を短絡しておく。
【００２２】
次いで、図１（Ｃ）に示す様に、上記第一のスイッチ６ａの接点をｃ点に切り換えると共に、上記第二のスイッチ６ｂを開いて上記測定器１０による直流信号（直流電圧）の測定を可能な状態とする。その後、前記交流電源９により、上記ケーブル導体２と上記遮蔽層４との間（上記絶縁層３）に交流電圧を印加する。これにより、上記水トリー内の残留電荷をこの水トリーから放出させ、上記診断回路を通じて接地側（前記静電容量１７部分）に回復させる。そして、この際に接地側（前記静電容量１７部分）に回復してくる残留電荷を、直流信号（直流電圧）として、上記測定器１０により測定する。そして、前述した従来方法の場合と同様、測定結果に現れる跳躍成分ΔＱ（図３参照）の大きさを観察する事により、上記絶縁層３の絶縁劣化度合いを診断（上記跳躍成分ΔＱが大きい程この絶縁層３の劣化が進んでいると判定）する。尚、上述の説明から明らかな様に、上記第二のスイッチ６ｂを設けた線路は、この第二のスイッチ６ｂと共に省略しても良い。
【００２３】
上述した様に、本例の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法の場合には、診断対象となるＣＶケーブル１を構成するケーブル導体２と遮蔽層４との間（絶縁層３）に、直流電圧に重畳して交流電圧を印加する。この結果、この交流電圧の印加に伴って上記絶縁層３中の水トリー劣化部の導電率が上昇する。言い換えれば、この水トリー劣化部に印加される直流電圧の見掛けの大きさが増大する。この為、この水トリー内に蓄積される電荷の量が、単に上記直流電圧のみを印加した場合に比べて増大する。従って、診断対象となるＣＶケーブル１の端部がＧＩＳに接続されている等の理由で、このＣＶケーブル１を構成するケーブル導体２と遮蔽層４との間（上記絶縁層３）に小さい直流電圧しか印加できない場合でも、上記水トリー内に蓄積される電荷の量を多くできる。この為、この水トリーから接地側に回復してくる、測定対象となる残留電荷の量を多くする事ができ、信頼性の高い絶縁劣化診断を行なえる。又、本例の場合には、上記直流電圧の印加に先立って上記ＧＩＳのガス抜き及び内部の清掃を行なう必要がないので、絶縁劣化診断を低コストで行なえる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に述べた様に、本発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法によれば、測定対象となる電力ケーブルの終端部がＧＩＳに接続されている場合でも、信頼性の高い絶縁劣化診断を低コストで行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す診断回路図。
【図２】従来の残留電荷法を実施する場合の診断回路図。
【図３】直流信号の測定結果を示す線図。
【図４】図２に示した診断回路図を、複合誘電体を用いてモデル化した図。
【符号の説明】
１　　ＣＶケーブル
２　　ケーブル導体
３　　絶縁層
４　　遮蔽層
５　　接地線
６、６ａ、６ｂ　スイッチ
７　　直流電源
８　　接地回路
９　　交流電源
１０　　測定器
１１　　診断装置
１２　　コンデンサ
１３ａ、１３ｂ　極板
１４ａ、１４ｂ　誘電体
１５　　境界面
１６　　重畳交流電源
１７　　静電容量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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