(57)【要約】    【課題】      絶縁厚が大きなケーブルの絶縁劣化診断を行うことができるとともに、狭隘な現場でも容易に適用できるようにすること。    【解決手段】  絶縁劣化診断装置１００では、切換スイッチ１４０により測定対象ケーブル２０に対して、直流電圧の課電及び接地後の、交流電圧の課電において、交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電とし、短絡スイッチ１４５及び検出回路Ｃｄにより交流電圧課電時に電力ケーブルの絶縁体２２内に拘束された残留電荷を測定して、これら残留電荷を用いて前記電力ケーブルの劣化を診断えるものとした。交流電圧を課電する際の一定時間は、交流電圧課電下で測定される残留電荷値が残留電荷に含まれる誤差電荷を表す一定の時定数で減衰する関数を満たす時間に基づいて設定する。  【選択図】      図１
2007046908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ケーブルに直流電圧を課電後に接地し、その接地後に前記電力ケーブルに交流電圧を課電して、前記電力ケーブルの残留電荷を測定する電力ケーブルの絶縁劣化診断方法において、
前記接地後に、前記電力ケーブルに対し、前記交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電する交流電圧課電工程と、
前記交流電圧の課電下において前記直流電圧の課電によって生じた前記電力ケーブルの残留電荷を測定する残留電荷測定工程と、
前記交流電圧課電工程及び残留電荷測定工程を順に複数回繰り返して行った後、前記残留電荷測定工程において測定された残留電荷を用いて前記電力ケーブルの劣化を診断する劣化診断工程とを有し、
前記交流電圧課電工程における前記一定時間は、前記交流電圧課電下で測定される残留電荷値が前記残留電荷に含まれる誤差電荷を表す指数関数を満たす時間に基づいて設定されることを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化診断方法。
【請求項２】
前記一定時間は、複数回繰り返して行われる前記交流電圧課電工程の課電時間の合計が、前記残留電荷に含まれる誤差電荷を示す関数を前記残留電荷が満たす時間よりも小さくなるように設定することを特徴とする請求項１記載の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法。
【請求項３】
前記残留電荷測定工程にて測定される残留電荷をＱ（ｔ）とし、前記残留電荷に含まれる誤差電荷を示す指数関数を、一定の時定数τを伴って減衰する関数ｆ（ｔ）＝−Ａ・｛１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）｝（但し、Ａ＞０）とし、複数回行われる前記一定時間は、同一時間であるとともに、複数回繰り返して行われる前記交流電圧課電工程の課電時間の合計が、Ｑ（ｔ）＝ｆ（ｔ）が成立する時間よりも小さくなるように設定することを特徴とする請求項１記載の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法。
【請求項４】
電力ケーブルに直流電圧を課電後に接地し、その接地後に前記電力ケーブルに交流電圧を課電して、前記電力ケーブルの残留電荷を測定する電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、
前記接地後に、前記電力ケーブルに対し、前記交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電する交流電圧課電部と、
前記交流電圧の課電下において前記直流電圧の課電によって生じた前記電力ケーブルの残留電荷を測定する残留電荷測定部と、
前記交流電圧課電部及び残留電荷測定部を制御して、前記電力ケーブルに対して複数の前記交流課電を行い、この交流電圧課電下においてそれぞれ測定される残留電荷を用いて前記電力ケーブルの劣化を診断する制御部とを有し、
前記制御部は、前記交流電圧課電部における前記一定時間を、前記残留電荷が前記残留電荷に含まれる誤差電荷を示す指数関数を満たすまでの時間に基づいて設定することを特徴とする電力ケーブル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、電力ケーブルの絶縁劣化診断方法に関し、特に、水トリーによる電力ケーブルの絶縁劣化を診断する絶縁劣化診断方法及び絶縁劣化診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル（以下、ＣＶ（Cross-linked polyethylene insulated polyvinyl-chloride sheathed cable）ケーブルという）等のゴム・プラスチック電力ケーブルの耐電圧寿命特性を決定する主要な絶縁劣化現象の一つとして、水トリー劣化がある。
【０００３】
この水トリー劣化は、ゴム・プラスチック電力ケーブルに対して、水が存在する環境下で長期間に亘って交流電圧を課電していると、絶縁体中のボイド、異物、突起等の電界集中部に水分が蓄積され、微小な水ボイド集団が形成されて、これが電界方向に進展して発生する現象である。
【０００４】
この水トリーは、その成長とともに絶縁破壊電圧を低下させ、最終的には運転中における電力ケーブルの絶縁破壊事故の原因となる。このため、ＣＶケーブル等の電力ケーブルの絶縁劣化診断においては、水トリー劣化を信頼性高く検出することが重要な課題になっている。
【０００５】
そこで、ＣＶケーブル等の電力ケーブルの水トリー劣化を検出する有効な手法として残留電荷法が開発されている。この残留電荷法の手順について、図５を参照して説明する。残留電荷法は、まず、図５（ａ）に示すようにケーブルの絶縁体に直流電圧を課電し、次いで、同図（ｂ）に示すように絶縁体の電極間を短絡・接地し、そして、同図（ｃ）に示すように絶縁体に交流電圧等を課電して、この時に現れる直流成分を水トリーによる劣化信号として検出する。
【０００６】
この残留電荷法では、電力ケーブルに直流電圧等の課電によって絶縁体中に空間電荷が蓄積される。次いで、絶縁体の電極間を短絡・接地することにより、直流課電電圧による導体及び遮蔽上電荷（図示省略）が取り除かれる。この間、劣化部の空間電荷、つまり、絶縁体内に拘束された電荷（水トリー中の空間電荷等）が完全に消滅することなく一部残留する。その後、交流電圧等の課電によって、絶縁体内に拘束された電荷（水トリー中の空間電荷等）の移動・減衰が速まって放出され、電荷、または電荷の移動に伴う直流電流が劣化信号として検出器により検出される。
【０００７】
この残留電荷法は、電力ケーブルなどの現地布設線路に適用されるに当たり、接続部界面などに蓄積される水トリー以外から発生する電荷は、誤差要因として信頼性低下の要因となることが知られている。
【０００８】
この対策として、例えば、特許文献１に記載されたケーブルの絶縁劣化診断方法がある。特許文献１の方法は、有害性の高い水トリー（長い水トリーまたは内部導電率の高い水トリー）が起源の残留電荷は、それ以外（微小な水トリー、接続部界面、等）の要因が起源の残留電荷に比べて、交流課電に対する応答速度が非常に速く、数秒程度で応答が完了するという性質を有するという知見に基づいている。
【０００９】
すなわち、劣化による電荷の応答は速く、誤差要因による電荷は遅く、応答の速い残留電荷成分（劣化信号）のみを抽出しようとするものである。
【００１０】
具体的には、図６に示すように、特許文献１の絶縁劣化診断方法は、まず、交流電圧を零から所定の値まで、劣化部分から発生する残留電荷の緩和時間と同等以上で、かつ劣化とは無関係な残留電荷の緩和時間よりも短い時間（約５秒）で昇圧した後、電圧を保持することなく零まで降下させて、この交流短時間課電による残留電荷の増加分ΔＱを測定する。なお交流電圧の昇圧から０までの降下時間は約１２〜１３秒程度である。
【００１１】
この操作を連続して３回繰り返して行い第１回目の交流課電による残留電荷の増加分をΔＱ１、第２回目の交流課電による残留電荷の増加分をΔＱ２、第３回目の交流課電による残留電荷の増加分をΔＱ３とする。そして、ΔＱ１からΔＱ２×（ΔＱ２／ΔＱ３）を差し引いた電荷Ｑ０＝ΔＱ１−ΔＱ２×（ΔＱ２／ΔＱ３）を劣化判定量に用いている。
【００１２】
この手法により、交流課電に対する応答の速い電荷のみを抽出でき、診断の信頼性が飛躍的に向上されている。
【特許文献１】特開平１１−１４８９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、交流課電に対する残留電荷の応答は、一定長の水トリーに対し、同一の電圧課電条件であれば、絶縁厚が大きいほど速度が遅くなる。例えば、２２ｋｖ級（絶縁厚６〜８ｍｍ）のケーブルにおいて、有害な水トリーから発生する残留電荷の、対地使用交流電圧に対する応答速度は数秒程度であるが、６６ｋｖ級（絶縁厚９〜１４ｍｍ）の場合、その１．５〜２倍程度と遅くなる。
【００１４】
特許文献１に示す従来の手法では、例えば、２２ｋｖ級ケーブル等の絶縁厚の小さいケーブルの絶縁劣化診断を行うことができるが、６６ｋｖ級ケーブル等の絶縁厚が大きなケーブルの絶縁劣化診断を行う場合、その検出感度が低下する恐れがある。
【００１５】
つまり、従来の手法を用いて絶縁厚が大きなケーブルの絶縁劣化診断を行った場合、２２ｋｖ級ケーブル等の絶縁厚の小さいケーブルの場合、図７に示す残留電荷のグラフにおけるＢ部分のように応答速度が速く、１回目の短時間課電で反応が完了する。一方、６６ｋｖ級ケーブル等の絶縁厚が大きなケーブルの場合、図７の残留電荷のグラフにおけるＡ部分に示すように、１回目の短時間課電で電荷の応答が完了せず、一部の電荷は２回目の短時間課電で検出される場合が生じる。
【００１６】
この結果を用いて、Ｑ０＝ΔＱ１−ΔＱ２×（ΔＱ２／ΔＱ３）で劣化信号を計算すると、算出された劣化信号Ｑ０は、実際の劣化信号Ｑｓよりも小さな値となってしまい、結果的に検出感度の低下を招いてしまう恐れがある。
【００１７】
これに対応するため、従来の手法において、測定の原因となる絶縁体内に拘束された電荷の放出を効果的に行うため交流課電電圧値を大きくすることが考えられる。
【００１８】
しかし、課電する交流電圧を大きくするに伴い、測定に用いられる交流トランスが大きくなり診断設備が大きくなるため、狭隘な現場への適用が困難になるという問題がある。
【００１９】
よって、絶縁厚が大きなＣＶケーブル等の電力ケーブルであっても絶縁劣化診断を精度良く行うことができ、且つ、狭隘な現場でも適用可能な方法が望まれている。
【００２０】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、絶縁厚が大きなケーブルの絶縁劣化診断を行うことができるとともに、狭隘な現場でも容易に適用できる電力ケーブルの絶縁劣化診断方法及び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】
【００２１】
本発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、電力ケーブルに直流電圧を課電後に接地し、その接地後に前記電力ケーブルに交流電圧を課電して、前記電力ケーブルの残留電荷を測定する電力ケーブルの絶縁劣化診断方法において、前記接地後に、前記電力ケーブルに対し、前記交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電する交流電圧課電工程と、前記交流電圧の課電下において前記直流電圧の課電によって生じた前記電力ケーブルの残留電荷を測定する残留電荷測定工程と、前記交流電圧課電工程及び残留電荷測定工程を順に複数回繰り返して行った後、前記残留電荷測定工程において測定された残留電荷を用いて前記電力ケーブルの劣化を診断する劣化診断工程とを有し、前記交流電圧課電工程における前記一定時間は、前記交流電圧課電下で測定される残留電荷値が前記残留電荷に含まれる誤差電荷を表す指数関数を満たす時間に基づいて設定されるようにした。
【００２２】
この方法によれば、電力ケーブルに対して直流課電後に、交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電し、この交流電圧の課電下において直流電圧の課電によって生じた前記電力ケーブルの残留電荷を測定する工程を複数繰り返して行う。このときの一定時間は、交流電圧課電下で測定される残留電荷値が残留電荷に含まれる誤差電荷を表す指数関数を満たす時間に基づいて設定されるため、交流電圧課電下において測定される残留電荷が飽和することがない。このため、交流電圧の課電下において測定される残留電荷に、測定の際に応答の速い電力ケーブルの劣化電荷に加えて、応答の遅い誤差電荷も確実に含ませることができる。よって、複数の測定された残留電荷を用いて劣化診断によって正確に絶縁劣化を診断することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、絶縁厚が大きなケーブルであっても、絶縁部分に対して、交流電圧を十分に課電することにより、絶縁劣化診断を行うことができるとともに、交流電圧課電を行う際に、交流電圧を上げて行う必要がないため、大きな交流電圧を課電するための設備を必要とせず、狭隘な現場でも容易に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の骨子は、電力ケーブルに対して直流電圧を課電した後、接地し、その後、残留電荷測定のために、複数回行う交流課電において、交流電圧を昇圧した後、規定の電圧で一定時間保持して降圧する交流短時間課電を行い、このときに検出される検出信号を用いて、劣化信号を算出する。
【００２５】
以下、本発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法を適用した実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る一実施の形態の絶縁劣化診断装置１００と、測定対象ケーブル２０の構成を示す図である。図１において、絶縁劣化診断装置１００は、直流電源１１０と、接地抵抗１２０と、交流課電電圧器（トランス等）１３０と、可変式電圧調整器１３２と、交流課電用スイッチ１３４と、切換スイッチ１４０と、短絡スイッチ１４５と、検出回路（検出コンデンサ）Ｃｄと、制御部１６０とを備える。
【００２７】
測定対象ケーブル２０は、導体２１と、導体２１の周囲を覆う絶縁体２２と、絶縁体２２の周囲を覆う金属遮蔽層２３等とを備える。なお、図１に示す測定対象ケーブル２０では、導体２１と金属遮蔽層２３の間に、静電容量が形成される。また、測定対象ケーブル２０の終端部２４には、切換スイッチ１４０からのリード線が接続されている。
【００２８】
直流電源１１０は、正極側が接地され、負極側が切換スイッチ１４０の接点１４０ａに接続されており、直流電圧Ｖｄｃを出力する。この場合、直流電源１１０の直流電圧Ｖｄｃは負極性としたが、正極性であっても何等問題ない。
【００２９】
接地抵抗（ＲＧ）１２０は、一端部が接地され、他端部が切換スイッチ１４０の接点１４０ｂに接続されている。
【００３０】
交流課電電圧器１３０は、低圧部が接地され、高圧部が切換スイッチ１４０の接点１４０ｃに接続され、交流電圧Ｖａｃを出力する。
【００３１】
この交流課電電圧器１３０では、一次コイルの一端部が可変式電圧調整器１３２に接続され、一次コイルの他端部は接地されている。一次コイルには、可変式電圧調整器１３２を介して交流電源からの電圧が入力される。
【００３２】
また、交流課電電圧器１３０では、二次コイルの一端部は、切替スイッチ１４０の接点１４０ｃに接続され、この切替スイッチ１４０を介して測定対象ケーブル２０に接続される。また、二次コイルの他端部は接地部に接続され、この接地部との間に直列に検出回路Ｃｄが接続されている。
【００３３】
このように接続される交流課電電圧器１３０によって、可変式電圧調整器１３２を介して入力される交流電圧を昇圧し、交流電圧Ｖａｃを生成して測定対象ケーブル２０に出力する。つまり、測定対象ケーブル２０に交流電圧Ｖａｃが課電される。
【００３４】
可変式電圧調整器１３２は、交流課電用スイッチＯＮ時に交流電源から入力される電圧を可変させて交流課電電圧器１３０に出力する。つまり、可変式電圧調整器１３２によって、測定対象ケーブル２０に課電する交流電圧Ｖａｃの高低が調整される。
【００３５】
この可変式電圧調整器１３２は、ここでは、制御部１６０により制御される。つまり、制御部１６０からの制御信号により、測定対象ケーブル２０に課電される交流電圧Ｖａｃは、その高低を調整される。
【００３６】
交流課電用スイッチ１３４は、その接点を閉じることにより、上流側の交流電源から下流側で接続される可変式電圧調整器１３２に電圧が供給される。交流課電用スイッチ１３４は、制御部１６０により、その開閉を制御される。
【００３７】
切換スイッチ１４０は、３つの接点１４０ａ〜１４０ｃと、下流側で測定対象ケーブル２０の終端部２４に接続されている可動切片１４０ｄとを備える。
【００３８】
この切換スイッチ１４０は、測定対象ケーブル２０に直流電圧Ｖｄｃを課電する際は可動切片１４０ｄを接点１４０ａに接続し、測定対象ケーブル２０を接地する際は可動切片１４０ｄを接点１４０ｂに接続する。さらに、切換スイッチ１４０は、測定対象ケーブル２０に交流電圧Ｖａｃを課電する際は可動切片１４０ｄを接点１４０ｃに接続する。
【００３９】
このように切換スイッチ１４０の可動切片１４０ｄが切り換えられることにより、絶縁劣化診断装置１００では、測定対象ケーブル２０の終端部２４に対して、直流電圧Ｖｄｃの課電、接地及び交流電圧Ｖａｃの課電を行うことが可能である。
【００４０】
検出回路Ｃｄは、測定対象ケーブル２０の絶縁体２２の残留電荷を検出するために用いられ、この検出回路Ｃｄには、並列に、検出回路Ｃｄの端子間直流電圧成分Ｖｄ（ｔ）を検出する直流電圧計１５３と短絡スイッチ１４５とが接続されている。なお、短絡スイッチ１４５は、その接点を閉じることにより検出回路Ｃｄを短絡する。
【００４１】
この検出回路Ｃｄの端子間直流電圧成分Ｖｄ（ｔ）は、測定対象ケーブル２０の残留電荷情報として直流電圧計１５３により検出される。この残留電荷情報Ｑ（ｔ）はＣｄ×Ｖｄ（ｔ）により表される。
【００４２】
直流電圧計１５３は、検出した検出回路Ｃｄの端子間直流電圧成分に基づく残留電荷情報を制御部１６０に出力する。
【００４３】
制御部１６０は、可変式電圧調整器１３２、交流課電用スイッチ１３４等を制御して、測定対象ケーブル２０に交流電圧を課電する際の交流課電時間、交流電圧保持時間、課電圧値、交流課電を行うタイミングなどを制御する。
【００４４】
また、制御部１６０は、直流電圧計１５３から入力される検出信号を用いて、測定対象ケーブル２０の残留電荷のうち劣化信号のみを抽出する。
【００４５】
なお、測定対象ケーブル２０の仕様に応じて、測定対象ケーブル２０に直流電圧を課電して接地した後に、規定電圧で交流電圧を所定時間課電する交流課電を交流短時間課電といい、ここでは、制御部１６０は、規定の交流電圧を一定時間保持して課電する交流短時間課電を所定間隔で複数回行う。なお、可変式電圧調整器１３２及び交流課電用スイッチ１３４の動作制御は、制御部１６０以外のものによって行われるようにしてもよい。また、絶縁劣化診断装置１００において、制御部１６０が切換スイッチ１４０、短絡スイッチ１４５等の動作制御を行う構成としてもよい。
【００４６】
この制御部１６０によって制御される交流短時間課電は、交流電圧を課電した際に応答する測定対象ケーブル２０の残留電荷の応答時間が、その発生源によって異なる点に基づいて行われる。
【００４７】
具体的には、劣化による電荷の応答（劣化信号として検出）は速く、誤差要因による電荷の応答（誤差信号として検出）は遅い。
【００４８】
この劣化による電荷と誤差要因による電荷の応答時間の関係に基づいて、制御部１６０は、直流電圧を課電した後に接地した後の測定対象ケーブル２０（詳細には、測定対象ケーブル２０の絶縁体２２）に対し、本絶縁劣化診断方法の特徴である交流電圧の短時間課電を複数回、ここでは３回、行い、それぞれにおいて、検出される残留電荷を用いて絶縁劣化診断を行う。
【００４９】
次に、図１の絶縁劣化診断装置１００における測定対象ケーブル２０の測定手順について説明する。
【００５０】
図２は、本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法の実施態様の一例を示す図であり、測定対象ケーブルへの交流課電手順と測定される直流電圧を示すタイミングチャートである。なお、図２では、グラフＧ１は、課電する交流電圧Ｖａｃを示し、グラフＧ３は劣化信号、グラフＧ６は誤差信号、グラフＧ７は交流課電の際に検出する検出信号（劣化信号と誤差信号の加算）を残留電荷（Ｑ（ｔ））として示すグラフである。また、図２において、ｔ１、ｔ２、ｔ３はそれぞれ交流課電時間、Ｑｓは劣化信号、ΔＱＥ１〜ΔＱＥ３は劣化信号に比べて反応が遅い誤差信号、ΔＱ１〜ΔＱ３は検出信号（残留電荷）、Δｔは電圧保持時間を示す。
【００５１】
本実施の形態の絶縁劣化診断方法では、測定対象ケーブル２０に直流電圧を課電後に接地し、その接地後に、交流短時間課電を所定タイミングで複数回、ここでは、３回行い、この時に検出信号として検出される電荷（ΔＱ１〜ΔＱ３）を用いて、測定対象ケーブル２０の残留電荷、つまり、劣化信号Ｑｓを算出する方法において、交流電圧を規定の値に昇圧した後、一定時間電圧を保持することに特徴がある。
【００５２】
この絶縁劣化診断方法では、交流に対する応答の若干遅い電荷に対して、１回目の短時間課電で全ての応答を完了させるために、各短時間課電において、規定電圧まで昇圧後、電圧を一定の時間保持し、昇圧と同等の速度で降圧させる。
【００５３】
すなわち、測定対象ケーブル２０に対して、直流電圧を課電し、接地した後に、交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電する交流電圧課電工程と、交流電圧の課電下において、先の直流電圧の課電によって生じた測定対象ケーブル２０の残留電荷を測定する残留電荷測定工程と、交流電圧課電工程及び残留電荷測定工程を順に複数回繰り返して行った後、残留電荷測定工程において測定された残留電荷を用いて測定対象ケーブル２０の劣化を診断する劣化診断工程とを有する。そして、交流電圧課電工程における一定時間は、交流電圧課電下で測定される残留電荷値が残留電荷に含まれる誤差電荷を表す指数関数、ここでは、前記残留電荷に含まれる誤差電荷を示す一定の時定数τを伴って減衰する関数を満たす時間に基づいて設定されるようにしている。そして、劣化診断工程では、複数回行われる交流電圧課電工程に伴う残留電荷測定工程において、劣化信号として検出される電荷を用い、１回目の検出電荷からそれ以降、繰り返して検出される検出電荷を差し引くことによって測定対象ケーブル２０の劣化信号、つまり、劣化電荷を絶縁劣化診断に用いる。
【００５４】
図３は、本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法を説明する概念図である。図３におけるグラフＧ１、Ｇ２は、課電する交流電圧の実効値を示グラフであり、グラフＧ１は、交流課電の昇圧後一定時間保持し降圧する本絶縁劣化診断装置１００における交流電圧課電の実効値を示している。また、グラフＧ２は、従来方法における交流課電の昇圧後直ちに降圧した場合の交流電圧課電の実効値を示している。
【００５５】
さらに、図３において、グラフＧ３、Ｇ４は、グラフＧ１、Ｇ２に示す交流電圧課電により検出される劣化信号を示すグラフである。図３では、グラフＧ３は、交流課電の昇圧後一定時間保持し降圧した場合、水トリー内の電荷が完全に反応している状態を示している。グラフＧ４は、交流課電の昇圧後直ちに降圧した場合、水トリー内の電荷が反応しきれていない状態を示している。なお、図３は、従来の絶縁劣化診断方法における処理と比較して、本実施の形態の絶縁劣化診断装置による一回目の交流短時間課電処理における劣化信号の応答の優位性が示されている。
【００５６】
図３に示すように、本実施の形態の絶縁劣化診断装置１００において、交流短時間課電下における電圧の保持時間は、交流短時間課電の昇圧から降圧までの合計時間が水トリーから発生する電荷の応答時間に対して長く、かつ水トリー以外からの誤差要因から発生する電荷の応答時間に対して十分に短くなるよう設定する。この課電方法を適用することにより、昇圧後直ちに降圧させる手法では反応し切れなかった電荷を、１回目の交流課電で完全に反応させることができる。
【００５７】
絶縁劣化診断装置１００を用いて絶縁劣化診断方法を行う場合、図３の概念図に基づいて、制御部１６０は、交流短時間課電における短時間課電時間ｔ、交流電圧保持時間Δｔ、規定電圧値Ｖｈ及び交流短時間課電のタイミングを設定する。
【００５８】
先ず、交流課電を行うまでの手順について図１を用いて説明する。短絡スイッチ１４５を短絡して接地状態とし、切換スイッチ１４０の可動切片１４０ｄを接点１４０ａに接続して、直流電源１１０の直流電圧Ｖｄｃを測定対象ケーブル２０の終端部２４に課電する。次いで、短絡スイッチ１４５の短絡状態を維持し、切換スイッチ１４０の可動切片１４０ｄを接点１４０ａから接点１４０ｂに切り換え、測定対象ケーブル２０の終端部２４を接地して、測定対象ケーブル２０に課電した直流課電電圧を取り除く。
【００５９】
次いで、図２のグラフＧ１に示すように、絶縁劣化診断装置１００は、所定タイミングで、規定値で交流電圧を一定時間（Δｔ）保持して課電する複数の交流短時間課電を、短時間課電時間ｔ１、ｔ２、ｔ３の間でそれぞれ行う。
【００６０】
詳細には、短絡スイッチ１４５を開放状態とし、切換スイッチ１４０の可動切片１４０ｄを接点１４０ｂから接点１４０ｃに切り換えて、交流課電電圧器１３０の交流電圧Ｖａｃを測定対象ケーブル２０の終端部２４に課電することにより１回目の交流短時間課電を行う。
【００６１】
具体的には、測定対象ケーブル２０に対して直流電圧課電、接地を行った後、制御部１６０は、可変式電圧調整器１３２及び交流課電用スイッチ１３４を制御して、交流電圧を規定電圧まで昇圧後、電圧を一定の時間Δｔ保持し、昇圧と同等の速度で降圧させて一回目の短時間電圧課電を行う。
【００６２】
この時に、測定対象ケーブル２０の絶縁体２２から放電される電荷は検出回路Ｃｄの端子間に蓄えられる。このように測定対象ケーブル２０の絶縁体２２から放電される電荷は、検出回路Ｃｄの端子間直流電圧成分として直流電圧計１５３により検出され、測定対象ケーブル２０の絶縁体２２内に拘束された残留電荷ΔＱ１として測定される。詳細には、検出回路Ｃｄの端子間に蓄えられた電荷は、直流電圧計１５３によりΔＱ１として検出され、制御部１６０に出力される。
【００６３】
この１回目の短時間処理の終了後、所定間隔を空けて、制御部１６０は、２回目の交流短時間課電を、１回目と同様に行う。このとき検出回路Ｃｄに蓄えられる電荷を、直流電圧計１５３によりΔＱ２として検出され、制御部１６０に出力される。この２回目の短時間処理の終了後、制御部１６０は、所定間隔を空けて、３回目の交流短時間課電を、１回目や２回目と同様に行う。このとき検出回路Ｃｄに蓄えられる電荷は、直流電圧計１５３によりΔＱ３として検出され、制御部１６０に出力される。
【００６４】
このように検出された電荷ΔＱ１、ΔＱ２、ΔＱ３は、それぞれ劣化信号と誤差信号とが加算された検出信号、言い換えれば、応答の速い劣化電荷を示す劣化信号と応答の遅い誤差電荷を示す誤差信号とが含まれる検出信号に基づいているため、劣化信号を正確に算出すためには、誤差信号を除去する必要がある。
【００６５】
制御部１６０では、これら電荷ΔＱ１〜ΔＱ３を、Ｑs≒Ｑ０＝ΔＱ１−ΔＱ２×(ΔＱ２／Ｑ３)の式に代入して劣化信号（応答の速い電荷成分）Ｑ０≒Ｑｓを算出する。
【００６６】
なお、直流電圧計１５３を介して検出される電荷ΔＱ１、ΔＱ２、ΔＱ３を含む残留電荷（Ｑ（ｔ））は、一概には、図４に示すような誤差電荷を示す一定の時定数τを伴って減衰する関数、例えば、指数関数
ｆ（ｔ）＝−Ａ・｛１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）｝（但し、ただしＡ＞０）
に近似できる性質を有する。なお、図４は、交流短時間課電における交流課電の電圧保持時間を規定するための誤差信号を表す指数関数を示す。なお、ｆ（ｔ）は、誤差電荷を示す一定の時定数τを伴って減衰する関数であれば、上述の指数関数に限らず、どのような関数としてもよい。
【００６７】
ここでは、交流短時間課電時における電圧保持時間Δｔを、１回目〜３回目の短時間課電において全て同一とすることにより、ΔＱＥ１／ΔＱＥ２≒ΔＱＥ２／ΔＱＥ３の関係が成立する。その結果、残留電荷Ｑ（ｔ）として、近似式Ｑｓ≒Ｑ０＝ΔＱ１−ΔＱ２×（ΔＱ２／ΔＱ３）をそのまま適用して、誤差電荷の影響を除去することができる。
【００６８】
また、電荷が有限である関係上、Ｑ（ｔ）は飽和する。そのため、ｔ＞ｔＱｆの範囲では、Ｑ（ｔ）とｆ（ｔ）が一致しなくなる。よって、本実施の形態における交流短時間課電時間の合計（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）が、図４において、Ｑ（ｔ）＝ｆ（ｔ）が成立する時間ｔＱｆよりも小さくなるようにΔｔが設定される。
【００６９】
すなわち、絶縁劣化診断装置１００を用いて、上記絶縁劣化診断方法を行う場合、制御部１６０は、交流短時間課電時間ｔ１、ｔ２、ｔ３のそれぞれを等しく（ｔ１＝ｔ２＝ｔ３）し、且つ、交流短時間課電時間の合計ｔ１＋ｔ２＋ｔ３が、ｆ（ｔ）におけるｔＱｆ、つまり、Ｑ（ｔ）＝ｆ（ｔ）が成立する時間よりも小さい時間となるようにして、測定対象ケーブル２０に対し、交流短時間課電を行っている。
【００７０】
本実施の形態によれば、直流課電、接地を行った後の測定対象ケーブル２０に対して、３回の短時間課電を行う。そして、１回目の交流短時間課電を行う際に、交流に対する応答が劣化電荷よりも若干遅い誤差電荷に対して、１回目の短時間課電で全ての応答を完了させるために、各短時間課電において、規定電圧まで昇圧後、電圧を一定の時間保持し、昇圧と同等の速度で降圧させる。
【００７１】
これら短時間課電における電圧の保持時間Δｔは、短時間課電の昇圧から降圧までの合計時間ｔ、つまり、短時間課電時間が水トリーから発生する電荷の応答時間に対して長く、かつ水トリー以外からの誤差要因から発生する電荷の応答時間に対して十分に短くなるように設定する。保持時間Δｔは、短時間課電時間の合計ｔ１＋ｔ２＋ｔ３がＱ（ｔ）＝ｆ（ｔ）が成立する時間ｔＱｆよりも小さい時間に設定することによって導き出せる。なお、保持時間Δｔは、５秒から１０秒程度が考えられる。
【００７２】
よって、昇圧後直ちに降圧させる手法では反応し切れなかった電荷を、１回目の交流課電で完全に反応させ、この一回目の交流課電により得られる検出信号ΔＱ１が、ΔＱ２、ΔＱ３とともにＱｓ≒Ｑ０＝ΔＱ１−ΔＱ２×（ΔＱ２／ΔＱ３）の式に用いられることにより、測定対象ケーブル２０の劣化信号Ｑｓを検出し、劣化状態を診断することができる。
【００７３】
この絶縁劣化診断方法によれば、交流課電時に応答する残留電荷の応答が遅い場合、例えば、２２ｋｖ級等の絶縁厚の小さいケーブルに比較して、６６ｋｖ級ケーブル等の絶縁厚が大きなケーブルの絶縁劣化診断を行う場合でも、課電する交流電圧を上げることなく、測定の原因となる絶縁体内に拘束された電荷の放出を効果的に行うことができる。
【００７４】
したがって、絶縁厚が大きな電力ケーブルの絶縁劣化診断を正確に行うことができる。
また、測定に用いる交流課電電圧器（例えば、交流トランス等）を大きくすることなく、診断設備をコンパクトにしたまま狭隘な現場への適用を容易に行うことができる。
【００７５】
なお、上記絶縁劣化診断装置１００を用いた絶縁劣化診断方法において、１回目の交流短時間電荷により得られる残留電荷（検出信号）ΔＱ１が、好適に検出されない場合、制御部１６０は、交流短時間課電における電圧の保持時間Δｔ、交流電圧課電時間ｔ１、ｔ２、ｔ３をｔ１＋ｔ２＋ｔ３がｔＱｆより小さくなる範囲で可変できるようにしてもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、検出回路の端子間直流電圧として検出することにより、測定対象ケーブル２０の絶縁体内に拘束された残留電荷を測定する場合を示したが、この検出回路の構成に限るものではなく、その他の構成の検出手段を用いて残留電荷を測定するようにしてもよい。
【００７７】
本発明の第１の態様に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、電力ケーブルに直流電圧を課電後に接地し、その接地後に前記電力ケーブルに交流電圧を課電して、前記電力ケーブルの残留電荷を測定する電力ケーブルの絶縁劣化診断方法において、前記接地後に、前記電力ケーブルに対し、前記交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電する交流電圧課電工程と、前記交流電圧の課電下において前記直流電圧の課電によって生じた前記電力ケーブルの残留電荷を測定する残留電荷測定工程と、前記交流電圧課電工程及び残留電荷測定工程を順に複数回繰り返して行った後、前記残留電荷測定工程において測定された残留電荷を用いて前記電力ケーブルの劣化を診断する劣化診断工程とを有し、前記交流電圧課電工程における前記一定時間は、前記交流電圧課電下で測定される残留電荷値が前記残留電荷に含まれる誤差電荷を表す指数関数を満たす時間に基づいて設定されるようにした。
【００７８】
この方法によれば、電力ケーブルに対して直流課電後に、交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電し、この交流電圧の課電下において直流電圧の課電によって生じた前記電力ケーブルの残留電荷を測定する工程を複数繰り返して行う。このときの一定時間は、交流電圧課電下で測定される残留電荷値が残留電荷に含まれる誤差電荷を表す指数関数を満たす時間に基づいて設定されるため、交流電圧課電下において測定される残留電荷が飽和することがない。このため、交流電圧の課電下において測定される残留電荷に、測定の際に応答の速い電力ケーブルの劣化電荷に加えて、応答の遅い誤差電荷も確実に含ませることができる。よって、複数の測定された残留電荷を用いて劣化診断に用いて正確に絶縁劣化を診断することができる。
【００７９】
したがって、絶縁厚が大きなケーブルであっても、絶縁部分に対して、交流電圧を十分に課電することにより、絶縁劣化診断を行うことができるとともに、交流電圧課電を行う際に、交流電圧を上げて行う必要がないため、大きな交流電圧を課電するための設備を必要とせず、狭隘な現場でも容易に適用できる。
【００８０】
本発明の第２の態様に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、上記方法において、前記一定時間は、複数回繰り返して行われる前記交流電圧課電工程の課電時間の合計が、前記残留電荷に含まれる誤差電荷を示す関数を前記残留電荷が満たす時間よりも小さくなるように設定するようにした。
【００８１】
この方法によれば、電力ケーブルに対し、交流電圧を課電状態で保持する一定時間は、複数回繰り返して行われる交流電圧課電の課電時間の合計が、交流電圧課電下において測定される残留電荷に含まれる誤差電荷を示す関数を残留電荷が満たす時間よりも小さいため、交流電圧課電下において測定される残留電荷は飽和することなく正確に測定されることとなる。
【００８２】
本発明の第３の態様に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、上記方法において、前記残留電荷測定工程にて測定される残留電荷をＱ（ｔ）とし、前記残留電荷に含まれる誤差電荷を示す指数関数を一定の時定数τを伴って減衰する関数ｆ（ｔ）＝−Ａ・｛１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）｝（但し、Ａ＞０）とし、複数回行われる前記一定時間は、同一時間であるとともに、複数回繰り返して行われる前記交流電圧課電工程の課電時間の合計が、Ｑ（ｔ）＝ｆ（ｔ）が成立する時間よりも小さくなるように設定するようにした。
【００８３】
この方法によれば、交流電圧課電下において、残留電荷に含まれる誤差電荷の時間変化割合と、残留電荷の時間変化割合とが近似するため、残留電荷Ｑ（ｔ）を用いて、残留電荷に含まれる劣化電荷Ｑｓを抽出する際に、従来方法のＱs≒Ｑ０＝ΔＱ１−ΔＱ２×(ΔＱ２／Ｑ３)を用いることができる。
【００８４】
本発明の第４の態様に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断装置は、電力ケーブルに直流電圧を課電後に接地し、その接地後に前記電力ケーブルに交流電圧を課電して、前記電力ケーブルの残留電荷を測定する電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、前記接地後に、前記電力ケーブルに対し、前記交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電する交流電圧課電部と、前記交流電圧の課電下において前記直流電圧の課電によって生じた前記電力ケーブルの残留電荷を測定する残留電荷測定部と、前記交流電圧課電部及び残留電荷測定部を制御して、前記電力ケーブルに対して複数の前記交流課電を行い、この交流電圧課電下においてそれぞれ測定される残留電荷を用いて前記電力ケーブルの劣化を診断する制御部とを有し、前記制御部は、前記交流電圧課電部における前記一定時間を、前記残留電荷が前記残留電荷に含まれる誤差電荷を示す指数関数を満たすまでの時間に基づいて設定する構成を採る。
【００８５】
この構成によれば、電力ケーブルに対して直流課電後に、交流電圧を規定値に昇圧した後、一定時間保持して降圧して課電し、この交流電圧の課電下において直流電圧の課電によって生じた前記電力ケーブルの残留電荷の測定を複数繰り返して行う。このときの一定時間は、交流電圧課電下で測定される残留電荷値が残留電荷に含まれる誤差電荷を表す指数関数を満たす時間に基づいて設定されるため、交流電圧課電下において測定される残留電荷が飽和することがない。このため、交流電圧の課電下において測定される残留電荷に、測定の際に応答の速い電力ケーブルの劣化電荷に加えて、応答の遅い誤差電荷も確実に含ませることができる。よって、複数の測定された残留電荷を用いて劣化診断に用いて正確に絶縁劣化を診断することができる。
【００８６】
したがって、絶縁厚が大きなケーブルであっても、絶縁部分に対して、交流電圧を十分に課電することにより、絶縁劣化診断を行うことができるとともに、交流電圧課電を行う際に、交流電圧を上げて行う必要がないため、大きな交流電圧を課電するための設備を必要とせず、狭隘な現場でも容易に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、絶縁厚の大きい電力ケーブルに対しても正確に絶縁劣化診断を行うことができ、特に、狭隘な現地における線路の絶縁劣化診断に適用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る絶縁劣化診断装置と測定対象である電力ケーブルの構成を示す図
【図２】本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法の実施態様の一例を示す図
【図３】本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法を説明する概念図
【図４】交流短時間課電における交流課電の電圧保持時間を規定するための誤差信号を表す指数関数を示す図
【図５】従来の残留電荷法の手順として、（ａ）は直流電圧の課電状態を示す図、（ｂ）は接地状態を示す図、（ｃ）は交流電圧の課電状態を示す図
【図６】図５の残留電荷法を用いた従来のケーブルの絶縁劣化診断方法の一例を示す図
【図７】絶縁厚の大きい電力ケーブルに対して従来の残留電荷法を用いた際の残留電荷の応答を示す図
【符号の説明】
【００８９】
２０  測定対象ケーブル
２１  導体
２２  絶縁体
２３  金属遮蔽層
２４  終端部
１００  絶縁劣化診断装置
１１０  直流電源
１２０  接地抵抗
１３０  交流課電電圧器（トランス）
１３２  可変式電圧調整器
１３４  交流課電用スイッチ
１４０  切換スイッチ
１４５  短絡スイッチ
１５３  直流電圧計
１６０  制御部
Ｃｄ  検出回路
Ｖａｃ  交流課電電圧
Ｖｄｃ  直流課電電圧
Ｖｄ（ｔ）  検出電圧
【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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【図７】
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