(57)【要約】【課題】  高圧機器に停電を取ることなく設置が可能であり、接地線と検出装置を直接結線せずに保安上安全であり、直流成分を検出して外来高周波ノイズの影響が小さい高圧機器活線下絶縁劣化診断装置を提供する。【解決手段】  接地線１０を設けた高圧機器１２の絶縁劣化を活線下で診断する絶縁劣化診断装置において、貫通孔１４ａを有し、かつ、この貫通孔に前記高圧機器１２の接地線１０を通してこの接地線１０を流れる接地電流を検出する接地電流検出手段１４Ａと、接地電流検出手段１４Ａによって検出する接地電流の直流成分電流を抽出するための直流成分電流抽出手段１４Ｂと、直流成分電流抽出手段１４Ｂによって抽出された直流成分電流に基き、高圧機器の絶縁劣化を診断する絶縁劣化診断手段１６とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地線を設けた高圧機器の絶縁劣化を活線下で診断する絶縁劣化診断装置において、
貫通孔を有し、かつ、この貫通孔に前記高圧機器の接地線を通してこの接地線を流れる接地電流を検出する接地電流検出手段と、
接地電流検出手段によって検出する接地電流の直流成分電流を抽出するための直流成分電流抽出手段と、
直流成分電流抽出手段によって抽出された直流成分電流に基き、高圧機器の絶縁劣化を診断する絶縁劣化診断手段とを備えていることを特徴とする絶縁劣化診断装置。
【請求項２】
接地電流検出手段は、貫通孔に沿う分割面を介して分割かつ一体化可能な分割型の変流器であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁劣化診断装置。
【請求項３】
直流成分電流抽出手段は、接地線に流れる交流成分電流を抑制し、接地電流検出手段によって検出する接地電流を直流成分電流とする交流成分電流抑制手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁劣化診断装置。
【請求項４】
絶縁劣化診断手段は、直流成分電流抽出部によって抽出された直流成分電流が所定の閾値を所定の極性側に超えるものを判定基準として絶縁劣化を診断することを特徴とする請求項１に記載の絶縁劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば３．３（ｋｖ：キロボルト））や６．６（ｋｖ）など数千ボルト以上のいわゆる高電圧下で使用される高圧電力ケーブルを含めた高圧機器の活線下における絶縁劣化診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高電圧の電力の電送、エネルギー変換に用いる、高電圧電力ケーブル（「高圧電力ケーブル」とも称する）を含めた高圧電気機器（「高圧機器」と称する）に対しては、多くの絶縁劣化診断法の検討がなされている。
【０００３】
従来の絶縁劣化診断法の多くは、接地線に流れる電流信号に含まれる高調波成分や直流成分を検出してその大きさなどにより劣化診断を行うものである。また、これらの電流検出に際しては、接地線の中間（途中）に装置を挿入して実施されている。
【０００４】
なお、高圧機器の絶縁劣化診断技術には、高圧電力ケーブル自体に流れる高圧電流を変流器（ＣＴ：current transformer）によって検出し、その高周波電流信号を波形パターンと周波数スペクトルから部分放電を調べて高圧機器の絶縁劣化度合いを診断する方法（部分放電法）に関する技術（特許文献１）がある。
【０００５】
また、他の高圧機器の絶縁劣化診断技術には、高圧電力ケーブルの絶縁層の被測定面からの反射光を受光する光電変換素子と表色演算部を有する測色システムを設け、予め定めておいた色の変化と絶縁層劣化度との関係に基き、前記測色システム出力から絶縁層の劣化度を演算する活線絶縁診断装置がある（特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−２７３４号（特許請求の範囲、発明の実施の形態）
【特許文献２】特開平１−８４１６２号（特許請求の範囲、発明の実施の形態）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記の接地線の電流を検出してその直流成分から絶縁劣化を検討する場合には、図６に示すように、高圧電力ケーブルを含む高圧機器ａと大地ｂとの間の接地線ｃを中間で切り離し（切り離し部ｃ１）、この切り離した箇所に検出装置ｄを挿入して組み込む必要があった。
つまり、接地線ｃを一旦切り離す必要があるため、活線下において装置を設置することが困難である。したがって、検出装置を設置するには一旦、高圧機器を活線系統から切り離して停電を取る必要があり、需要家の事業所において、高圧機器使用中には検出装置を設置できないので絶縁劣化診断を操業終了後に行う必要があるなど作業計画が限定される問題がある。
【０００７】
また、前記特許文献１に記載されたような部分放電法では、高周波電流信号の波形分析において、検出高周波信号から環境ノイズ（外来ノイズ）を除去するために多くの処理、および、処理に付随した回路が必要となるが、検出装置が複雑かつ高価で検出作業自体も作業負荷になるという問題点がある。
【０００８】
また、前記特許文献２に記載されたような測色システムを用いた診断装置では、色の微妙な変化に基づく検出になり絶縁劣化を高精度に検出しにくい問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点に着目してなされたもので、接地線を切り離すことなく、つまり活線下において検出装置を設置可能にして、高圧機器に停電を取ることなく設置が可能であり、接地線と検出装置を直接結線することがないので保安上安全であり、直流成分を検出して外来高周波ノイズの影響を小さくして精度よく高圧機器の絶縁劣化を診断できる絶縁劣化診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために、次の構成を有する。
本発明は、接地線を設けた高圧機器の絶縁劣化を活線下で診断する絶縁劣化診断装置において、貫通孔を有し、かつ、この貫通孔に前記高圧機器の接地線を通してこの接地線を流れる接地電流を検出する接地電流検出手段と、接地電流検出手段によって検出する接地電流の直流成分電流を抽出するための直流成分電流抽出手段と、直流成分電流抽出部によって抽出された直流成分電流に基き、高圧機器の絶縁劣化を診断する絶縁劣化診断手段とを備えていることを特徴とする絶縁劣化診断装置である。
【００１１】
本発明においては、接地電流検出手段が、貫通孔に沿う分割面を介して分割かつ一体化可能な分割型の変流器であることが好適である。
【００１２】
本発明においては、直流成分電流抽出手段が、接地線に流れる交流成分電流を抑制して接地電流検出手段によって検出する接地電流を直流成分電流とする交流成分電流抑制手段であることが好適である。
【００１３】
本発明においては、絶縁劣化診断手段が、直流成分電流抽出部によって抽出された直流成分電流が所定の閾値を所定の極性側に超えるものを判定基準として絶縁劣化を診断することが好適である。
【００１４】
本発明によれば、高圧機器の接地線を鉄心窓等の貫通孔に通し、接地電流検出手段によってこの接地線を流れる接地電流を検出し、直流成分電流抽出手段が接地電流のうちの直流成分電流を抽出し、直流成分電流抽出手段よって抽出された直流成分電流に基き、絶縁劣化診断手段が高圧機器の絶縁劣化を診断する。
従って、本発明では、接地線を切り離すことなく、つまり活線下において装置を設置可能とするべく、貫通型の変流器（ＣＴ）等の接地電流検出手段を用いて直流成分電流を検出する手法を用いたものである。これに対して、従来法にある部分放電法では、外来ノイズを除去するために多くの処理と、これに付随した回路が必要となるが、本発明において、直流成分を検出する際には、これらの特殊な回路は必要ではなく構成、手順が簡単な絶縁劣化診断ができる。
【００１５】
なお、本発明においては、接地電流検出手段が、貫通孔に沿う分割面を介して分割かつ一体化可能な分割型の変流器であることが好適である。このように分割型の変流器を用いれば、分割した変流器を接地線に取り付けて一体化すればよいため、変流器の取り付け作業が容易になる。
【００１６】
本発明においては、直流成分電流抽出手段が、接地線に流れる交流成分電流を抑制して接地電流検出手段によって検出する接地電流を直流成分電流とする交流成分電流抑制手段であることができる。
【００１７】
本発明においては、絶縁劣化診断手段が、直流成分電流抽出部によって抽出された直流成分電流が所定の閾値を所定の極性側に超えるものを判定基準として絶縁劣化を診断することができる。
【００１８】
そして、直流成分電流抽出手段は、接地電流による直流磁界の大きさに比例して発生する２次高調波成分の電圧を検出して、この第２次高調波成分電圧に基づくものとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したとおり、この発明によれば、高圧機器に停電を取ることなくすなわち活腺下において検出機器の設置が可能である。
【００２０】
また、接地線と診断装置を直接結線しないので保安上安全である。また、接地電流の直流成分を検出してその直流成分に基き高圧機器の絶縁劣化を診断するものであるので、外来の高周波ノイズの影響が小さいなどの優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図に基づき本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施形態に係る絶縁劣化診断装置の説明図である。
【００２３】
実施形態では、３．３（ｋｖ：キロボルト）や６．６（ｋｖ）以上の高電圧の活線下において、高圧電力ケーブルを含む高圧機器の絶縁劣化検出を対象とするのが好ましい。
【００２４】
図１に示すように、実施形態は、大地８との間に接地線１０を設けた高圧電力ケーブルを含む高圧機器１２を、活線下で絶縁劣化の診断する絶縁劣化検出装置である。
この絶縁劣化診断装置は、接地線１０に空所（貫通孔）１４ａを有し、かつ、この空所１４ａに前記高圧機器１２の接地線１０を通してこの接地線１０を流れる接地電流を検出する貫通型変流器（接地電流検出手段）１４Ａと、貫通型変流器１４Ａによって検出する接地電流の直流成分電流を抽出するための交流成分電流抑制用変流器（直流成分電流抽出部）１４Ｂと、交流成分電流抑制用変流器１４Ｂによって抽出された直流成分電流に基き、高圧機器の絶縁劣化を診断する絶縁劣化診断部１６とを備えている。
【００２５】
貫通型変流器（貫通型ＣＴ）１４Ａの設置は、図２（ａ）に示すように、中央部の空所（鉄心窓）１４ａに接地線１０を通すことにより行うものであり、貫通型変流器１４Ａを接地線１０から電気的に絶縁した状態に設置している。
貫通型変流器１４Ａは、空所（貫通孔）１４ａに沿う分割面を介して分割かつ一体化可能な分割コアタイプ（分割型）のものであり、コア１４ｂ，１４ｂを分割状態にして接地線１２に組みつけた後、分割されたコア１４ｂ，１４ｂ同士を一体化することにより貫通型変流器１４Ａを接地線１０に取り付けて設置することができる。このようにして、容易に貫通型変流器１４Ａを接地線１０に取り付けることができる。図２において、符号１４ｃは検出コイル、１４ｄはコア１４ｂ，１４ｂ同士の分割面である。
また、貫通型変流器１４Ａの一部に接地線１２を外部から空所１４ａまで通過させる切り欠きを設けて、接地線１０をこの切り欠きに通して鉄心窓である空所１４ａに接地線１０が貫通した状態になるように組み付けるようにしても良い。
【００２６】
そして、前記貫通型変流器１４Ａにより、接地線１０に流れる接地電流を検出し、絶縁劣化診断部１６により、接地電流のうちの直流成分電流を抽出する。そして、絶縁劣化診断部１６によって、抽出された直流成分電流に基き、高圧機器の絶縁劣化を診断する。
【００２７】
前記直流成分電流の検出のため、接地線１０には、図２の（ｂ）に示すように、直流電流検出用の貫通型変流器１４Ａと貫通型の交流成分電流抑制用変流器１４Ｂを設ける構成にする。この貫通型の交流電流成分抑制用変流器１４Ｂは、交流電流成分と逆位相の交流電流を接地線に誘導して接地線１０を流れる交流成分電流を抑制する。
直流成分電流検出用の貫通型変流器１４Ａの出力においては、後述するように直流磁界の大きさに比例して発生する第２次高調波成分の電圧を検出することにより、この第２次高調波成分の大きさにより直流成分電流を求める。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）に対応する前記貫通型変流器１４Ａで直流成分電流を検出する原理説明図である。
図３（ａ）に示すように、貫通型変流器１４Ａの中の空所１４ａを貫通した接地線１０の導体に直流の電流（検出対象の接地電流）Ｉ０が流れた場合、検出コイル１４ｃの出力Ｅ２を見ると直流電流の電流値の変化がないためにそのままでは貫通型変流器１４Ａに磁束Φｓの変化が起こらない（（ｂ）のグラフ１参照）。
【００２９】
そのため、貫通型変流器１４Ａと直交させる方向に励磁用コア１８ａを配置して、その励磁用コア１８ａの巻き線１８ｂに励磁電源１８ｃから励磁電源電圧Ｅ１を印加する。励磁電源１８ｃよって、その励磁用コア１８ａの巻き線１８ｂに交流励磁電流Ｉ１（励磁電源電圧Ｅ１で供給）を流すと（グラフ２）、直流の電流によって生じた貫通型変流器コアの周方向への磁束Φｓが徐々に直角方向へ回転する。完全に直角となったときに、貫通型変流器１４Ａに生じた磁束はほぼ０となる。
【００３０】
その結果、検出用の貫通型変流器１４Ａに生じる磁束Φｓは、励磁電流の２倍の周波数（第２次高調波；第二調波とも称する）で変化し、貫通型変流器１４Ａの検出コイル１４ｃの誘起電圧Ｅ２（直流電流に比例）として出力される（グラフ３）。
【００３１】
この誘起電圧Ｅ２に第二調波のフィルタをかけて直流成分のみを取り出して接地電流の検出に用いる。検出コイルに誘起される電圧と直流電流は比例関係にあるので直流成分を検出できる。
【００３２】
ここで、針−電極放電系により沿面放電発生中の接地電流の直流成分電流を、電流計と本発明に係る絶縁劣化診断装置によって検出した結果例を説明する。
【００３３】
図４は針−電極放電系に対する検出回路図である。針−電極放電系（放電実験系）では、箱体２２の中にアルミニウム箔２４を電気的に結合して水平に設け、ポリエチレンシート２６で周面が覆われて箱体２２から絶縁した針電極２０を上方から下方に向けて箱体２２内に挿入して固定した。アルミニウム箔２４と針電極２０の尖端２０ａとの間に所定電圧以上の課電で放電可能な間隙２８を設けた。箱体２２は接地線３０を介して大地に接地した。
【００３４】
上記の構成の針−電極放電系に、針電極２０と箱体２２との間に各種の高電圧（０〜４．５（ｋｖ））を課電した。この場合の箱体２２は、幅３３（ｍｍ）、高さ６０（ｍｍ）で、針電極２０は、０．５（ｍｍ）径のステンレス線であり、間隙２８は５（ｍｍ）であった。
【００３５】
そして、上記の針−電極放電系において箱体２２と大地との間の接地線３０に直流電流計３２を設けた。また、同接地線３０には実施形態に係る貫通型変流器１４Ａおよび直流成分電流抽出による絶縁劣化診断部１６を設けた。
【００３６】
検出結果を図５に示す。図５から理解されるように、本発明を実施した絶縁劣化診断装置の検出結果は、直流電流計３２の検出結果と比較してほぼ同様の検出結果になった。
【００３７】
そして、前記高圧機器の絶縁劣化の診断は、抽出された直流成分電流の極性と設定した閾値を超える直流成分電流の発生頻度を判定基準として絶縁劣化を診断する。
【００３８】
例えば図５に示した、針−電極放電系に対する本発明装置で検出した例に対して、絶縁劣化の閾値を例えば−５（μＡ）と設定すれば、この閾値である−５（μＡ）をマイナス方向に超えた点から直流成分電流の発生頻度が増えており（ほぼ課電電圧が３．５（ｋｖ）付近から直流電流成分の発生頻度が増えている）、この発生頻度で絶縁が劣化していることが分かる。また、この閾値の設定で絶縁劣化の診断に基準を設けて正確な絶縁劣化診断が可能になる。
【００３９】
前記の設明から、例えば不平衡電極系（不平衡電圧系ともいう）のある三相電力機器においては、直流成分電流が実施形態の装置により検出できることが理解される。
【００４０】
このような不平衡電極系は、例えば電力ケーブルあるいは高圧機器の絶縁体中の突起、異物などの存在により、絶縁劣化したときに発生し得る系であり、本発明の適用範囲はこのような高電圧機器において絶縁劣化が問題となるもの全てにおいて実施可能である。
【００４１】
なお、高圧機器には、電力ケーブルの他、三相電力機器の変圧器などを含む他の電力機器の絶縁劣化検出にも採用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、３．３（ｋｖ）や６．６（ｋｖ）などの電気設備技術基準による高圧交流電圧または７（ｋｖ）を超える特別高圧高電圧の電気工作物、例えば架空配電線路、電力ケーブル線路、変圧器の活線下で絶縁劣化を検出するのに用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る絶縁劣化診断装置の概略回路説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は実施形態の絶縁劣化診断装置に係る貫通型変流器の設置状態の要部説明図である。
【図３】（ａ）は実施形態に係る絶縁劣化診断装置の構成説明図、（ｂ）は接地電流から直流成分を抽出する原理説明図である。
【図４】針−電極放電系に対する検出回路と本発明に係る絶縁劣化診断装置の絶縁劣化診断部とを並設した検出回路の説明図である。
【図５】図４の針−電極放電系と本発明に係る直流成分電流系のそれぞれで検出した接地線電流の直流成分電流の検出結果を比較して示す説明図である。
【図６】従来の接地線電流の検出装置の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  接地線
１２  高圧機器
１４Ａ  貫通型変流器（接地電流検出手段）
１４ａ  空所（接地線貫通用）
１４Ｂ  交流成分電流抑制用変流器（直流成分電流抽出手段）
１４ｂ  検出コア
１４ｃ  検出コイル
１６  絶縁劣化診断部（絶縁劣化診断手段）
【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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【図６】
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