(57)【要約】【課題】電力ケーブルの絶縁劣化診断のために高い交流電圧の課電と大型化の抑制を可能にする。【解決手段】電力ケーブル１０１の絶縁劣化診断方法は、電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電して、上記絶縁体内に電荷を蓄積させる電荷蓄積工程と、上記絶縁体内に蓄積された電荷を放出させる際に流れる電流の直流成分を検出する蓄積電荷検出行程とを有し、電力ケーブル１０１の絶縁体に課電される交流電圧が、第１の周波数の交流電圧と、上記第１の周波数よりも低い第２の周波数の交流電圧とが重畳されて生成される。【選択図】図１
2016217948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電して、上記絶縁体内に電荷を蓄積させる電荷蓄積工程と、
上記絶縁体内に蓄積された電荷を放出させる際に流れる電流の直流成分を検出する蓄積電荷検出行程と、
を有する電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記電力ケーブルの絶縁体に課電される交流電圧が、第１の周波数の交流電圧と、上記第１の周波数よりも低い第２の周波数の交流電圧とが重畳されて生成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】
請求項１の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数の交流電圧の重畳が、上記第２の周波数の交流電圧がピークの時に停止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３】
請求項１または請求項２の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数の交流電圧の重畳が、上記第２の周波数の交流電圧がピークの時で、かつ、第１の周波数の交流電圧が第２の周波数の交流電圧と同極性からゼロクロスとなる時に停止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４】
請求項３の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数の交流電圧の重畳が停止される時、またはその後上記第２の周波数の交流電圧がゼロクロスとなる時に、上記第２の周波数の交流電圧の課電が停止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５】
請求項２から請求項４のうち何れか１項の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数の交流電圧の重畳停止、および上記第２の周波数の交流電圧の課電停止の少なくとも一方が、減衰的に行わ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６】
請求項１から請求項５のうち何れか１項の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数は、商用電源周波数であり、上記第２の周波数は、０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下であ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７】
電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電して、上記絶縁体内に電荷を蓄積させた後、上記絶縁体内に蓄積された電荷を放出させる際に流れる電流の直流成分を検出することにより、電力ケーブルの絶縁劣化を診断する電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、
第１の周波数の交流電圧を発生させる第１の交流電圧発生部と、
上記第１の周波数よりも低い第２の周波数の交流電圧を発生させる第２の交流電圧発生部と、
上記第１の周波数の交流電圧に上記第２の周波数の交流電圧を重畳させて、電力ケーブルに課電する交流電圧重畳部と、
を備えたことを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化診断装置。
【請求項８】
請求項７の電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、
上記第１の交流電圧発生部は、上記絶縁体内に電荷を蓄積する際、および上記絶縁体内に蓄積された電荷を放出させる際に、上記絶縁体に交流電圧を課電するように構成されていることを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化診断装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８の第１の電力ケーブルの絶縁劣化診断装置が搭載されたことを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化診断車両。
【請求項１０】
請求項７または請求項８の第１の交流電圧発生部に接続されて、電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電する交流電圧重畳装置であって、
上記第２の交流電圧発生部と、
上記交流電圧重畳部と、
を備えたことを特徴とする交流電圧重畳装置。
【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を診断する絶縁劣化診断方法、絶縁劣化診断装置、絶縁劣化診断車両、および交流電圧重畳装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブル（以下「ＣＶケーブル」という。）などのゴム・プラスチック絶縁ケーブル等（以下「電力ケーブル」という。）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。水トリー劣化とは、水が存在する環境下で長期間にわたって電力ケーブルを使用したときに、絶縁体中の異物やボイド、半導電層の突起等の電界集中部に微少な水ボイドの集合体が樹枝状に形成されて、これが電界方向に進展する現象である。
【０００３】
水トリーは、その成長とともに電力ケーブルの絶縁性能を低下させ、最終的には運転中における絶縁破壊事故の原因となる。このため、電力ケーブルの絶縁劣化診断においては、水トリー劣化を非破壊で信頼性高く検出することが重要な課題になっている。
【０００４】
この水トリー劣化を非破壊で検出する有効な手法として、交流課電により電力ケーブルの絶縁体内に電荷を残留させ、この残留電荷を劣化信号として検出する残留電荷法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４０８６１号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２０３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような残留電荷方による診断では、課電される交流電圧が高いほど、検出感度も高くなる。ところが、上記電圧を高くするためには、交流発生装置を大容量化する必要があり、診断装置も大型化することになる。その場合、例えば装置が車載された診断車両も大型化するなど、現場への適用性が低下しがちであるという問題点を有していた。上記のような問題点は、診断対象の電力ケーブルが例えば６６ｋＶの回路用など高圧化するほど、より顕著となる。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力ケーブルの絶縁劣化診断のために高い交流電圧の課電を可能にしつつ、装置の大型化なども抑制できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
また、第１の発明の発明は、
電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電して、上記絶縁体内に電荷を蓄積させる電荷蓄積工程と、
上記絶縁体内に蓄積された電荷を放出させる際に流れる電流の直流成分を検出する蓄積電荷検出行程と、
を有する電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記電力ケーブルの絶縁体に課電される交流電圧が、第１の周波数の交流電圧と、上記第１の周波数よりも低い第２の周波数の交流電圧とが重畳されて生成されることを特徴とする。
【０００９】
これにより、第１、第２の周波数の交流電圧の重畳によって高い電圧を容易に得られるので、装置の大型化を抑制しつつ絶縁劣化診断の検出感度を高めることなどが容易にできる。また、電力ケーブルに交流電圧が印加されるので、ＧＩＳ（ガス絶縁方式開閉器）が用いられる場合などでも容易に適用することができる。
【００１０】
また、第２の発明の発明は、
第１の発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数の交流電圧の重畳が、上記第２の周波数の交流電圧がピークの時に停止されることを特徴とする。
【００１１】
これにより、蓄積させる電荷を増大させることが容易にできる。
【００１２】
また、第３の発明の発明は、
第１の発明または第２の発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数の交流電圧の重畳が、上記第２の周波数の交流電圧がピークの時で、かつ、第１の周波数の交流電圧が第２の周波数の交流電圧と同極性からゼロクロスとなる時に停止されることを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明の発明は、
第３の発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数の交流電圧の重畳が停止される時、またはその後上記第２の周波数の交流電圧がゼロクロスとなる時に、上記第２の周波数の交流電圧の課電が停止されることを特徴とする。
【００１４】
また、第５の発明の発明は、
第２の発明から第４の発明のうち何れか１つの電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数の交流電圧の重畳停止、および上記第２の周波数の交流電圧の課電停止の少なくとも一方が、減衰的に行われることを特徴とする。
【００１５】
これらにより、電圧の振動を抑制して検出精度を向上させることが容易にできる。
【００１６】
また、第６の発明の発明は、
第１の発明から第５の発明のうち何れか１つの電力ケーブルの絶縁劣化診断方法であって、
上記第１の周波数は、商用電源周波数であり、上記第２の周波数は、０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下であることを特徴とする。
【００１７】
これにより、電力ケーブルへの電荷の蓄積や、蓄積電荷の検出を効率よく行うことができる。
【００１８】
また、第７の発明の発明は、
電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電して、上記絶縁体内に電荷を蓄積させた後、上記絶縁体内に蓄積された電荷を放出させる際に流れる電流の直流成分を検出することにより、電力ケーブルの絶縁劣化を診断する電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、
第１の周波数の交流電圧を発生させる第１の交流電圧発生部と、
上記第１の周波数よりも低い第２の周波数の交流電圧を発生させる第２の交流電圧発生部と、
上記第１の周波数の交流電圧に上記第２の周波数の交流電圧を重畳させて、電力ケーブルに課電する交流電圧重畳部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
これにより、やはり、第１、第２の周波数の交流電圧の重畳によって高い電圧を容易に得られるので、装置の大型化を抑制しつつ絶縁劣化診断の検出感度を高めることなどが容易にできる。
【００２０】
また、第８の発明の発明は、
第７の発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、
上記第１の交流電圧発生部は、上記絶縁体内に電荷を蓄積する際、および上記絶縁体内に蓄積された電荷を放出させる際に、上記絶縁体に交流電圧を課電するように構成されていることを特徴とする。
【００２１】
これにより、電力ケーブルへの電荷の蓄積や、蓄積電荷の検出を第１の交流電圧発生部に兼用させることができ、装置の小型化や製造コストの低減を図ることが容易にできる。
【００２２】
また、第９の発明の発明は、
電力ケーブルの絶縁劣化診断車両であって、
第７の発明または第８の発明の第１の電力ケーブルの絶縁劣化診断装置が搭載されたことを特徴とする。
【００２３】
これにより、診断現場への適用性を向上させることが容易にできる。
【００２４】
また、第１０の発明の発明は、
第７の発明または第８の発明の第１の交流電圧発生部に接続されて、電力ケーブルの絶縁体に対して交流電圧を課電する交流電圧重畳装置であって、
上記第２の交流電圧発生部と、
上記交流電圧重畳部と、
を備えたことを特徴とする。
【００２５】
これにより、上記のような高電圧の課電による劣化診断を既存の診断車両と組み合わせて容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、電力ケーブルの絶縁劣化診断のために高い交流電圧の課電を可能にしつつ、装置の大型化なども抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】絶縁劣化診断装置の構成を示す回路図である。
【図２】診断車両が用いられた絶縁劣化診断装置の例を示す説明図である。
【図３】動作例１の印可電圧波形の例を示すグラフである。
【図４】動作例２の印可電圧波形の他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
（診断装置１００の構成）
電力ケーブルの診断装置１００は、図１に示すように、商用周波高電圧発生／蓄積電荷検出装置１１０と、低周波電圧重畳装置１２０（交流電圧重畳装置）とを備え、例えば商用電源１０２から商用交流電圧が供給されて例えば２２ｋＶの回路用の電力ケーブル１０１の絶縁劣化を検出するようになっている。
【００３０】
上記商用周波高電圧発生／蓄積電荷検出装置１１０は、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで１２．７ｋＶｒｍｓの商用周波高電圧Ｖａｃ（第１の周波数の交流電圧）を発生するとともに、電力ケーブル１０１の絶縁体に蓄積された電荷を検出するもので、以下の各部を備えて構成されている。すなわち、商用周波高電圧発生部１１１（第１の交流電圧発生部）は、例えば容量が８０ｋＶＡの昇圧トランスを備え、商用電源１０２から供給される商用交流電圧を昇圧して上記商用周波高電圧Ｖａｃを発生するようになっている。接地抵抗１１２は、電力ケーブル１０１に蓄積された電荷を放電させる例えば１ＭΩの抵抗器である。課電制御スイッチ１１３は、電力ケーブル１０１に対して課電状態と放電状態とに切り替える切替スイッチである。直流成分検出用コンデンサ１１４は、電力ケーブル１０１への蓄積電荷を検出する際に交流電流をバイパスさせるものである。課電／検出切替スイッチ１１５は、電力ケーブル１０１への電荷蓄積時に直流成分検出用コンデンサ１１４の両端を短絡させるものである。検出器１１６は、電力ケーブル１０１に蓄積された電荷に応じて直流成分検出用コンデンサ１１４の両端に生じる電圧を検出するものである。
【００３１】
一方、低周波電圧重畳装置１２０は、低周波電圧発生部１２１（第２の交流電圧発生部）と、低周波電圧重畳部１２２（交流電圧重畳部）と、重畳制御スイッチ１２３とを備えて構成されている。低周波電圧発生部１２１は、例えば１Ｈｚの交流電圧を発生するようになっている。低周波電圧重畳部１２２は、例えば電力ケーブル１０１の負荷最大静電容量が１．５μＦと想定した場合、２次側の容量が１．４ｋＶＡのトランスを備え、低周波電圧発生部１２１が発生した交流電圧を例えば１２ｋＶｐｅａｋの低周波電圧Ｖｌｆ（第２の周波数の交流電圧）に昇圧して、商用周波高電圧発生部１１１から出力される商用周波高電圧Ｖａｃと重畳させるようになっている。重畳制御スイッチ１２３は、電力ケーブル１０１への電荷の蓄積時に開いて商用周波高電圧Ｖａｃと低周波電圧Ｖｌｆとの重畳を行わせる一方、電力ケーブル１０１に蓄積された電荷の検出時には閉じて、商用周波高電圧発生部１１１から出力される商用周波高電圧Ｖａｃを直接、電力ケーブル１０１に課電するようになっている。
【００３２】
上記のような診断装置１００は、具体的には、例えば図２に示すように、商用周波高電圧発生／蓄積電荷検出装置１１０が診断車両に搭載され、診断現場において、課電リード１３１から低周波電圧重畳装置１２０を介して電力ケーブル１０１に接続されて用いられる。ここで、同図の例では、低周波電圧発生部１２１は、発電機１２１ａと低周波発振器１２１ｂとから構成される例を示しているが、商用周波高電圧発生／蓄積電荷検出装置１１０と接地電位が確実に分離されれば、発電機１２１ａに代えて商用電源が用いられるようにしてもよい。また、同図の例では、例えば電力ケーブル１０１と組になる３相交流の他の相のケーブルをノイズ測定電力ケーブル２０１として用い、ノイズ測定リード２３１を介して得られるノイズ信号によって、検出器１１６により検出される信号に含まれるノイズをキャンセルし得るようになっている。
【００３３】
（診断装置１００の動作例１）
上記のように構成された診断装置１００による電力ケーブル１０１の絶縁劣化診断は、例えば次のように行われる。
【００３４】
（１）まず、課電制御スイッチ１１３が商用周波高電圧発生部１１１側に切り替わり、課電／検出切替スイッチ１１５が閉じ、重畳制御スイッチ１２３が開く。そこで、商用周波高電圧発生部１１１から商用周波高電圧Ｖａｃを発生させるとともに、低周波電圧重畳部１２２から低周波電圧Ｖｌｆを発生させると、これらの商用周波高電圧Ｖａｃと低周波電圧Ｖｌｆとが重畳されて、図３に示すように、最高で３０ｋＶｐｅａｋの交流電圧が電力ケーブル１０１に印加され、その絶縁体に電荷が蓄積される。
【００３５】
（２）次に、低周波電圧Ｖｌｆがピークとなり、かつ、商用周波高電圧Ｖａｃが低周波電圧Ｖｌｆと同極性からゼロクロスとなるタイミングで、商用周波高電圧発生部１１１の発生電圧が０Ｖとなり、商用周波高電圧Ｖａｃの重畳が停止される。また、その後、低周波電圧Ｖｌｆがゼロクロスとなるタイミングで、重畳制御スイッチ１２３が閉じ、低周波電圧Ｖｌｆの印加が停止される。
【００３６】
（３）その後、課電制御スイッチ１１３が商用周波高電圧発生部１１１側から接地抵抗１１２側に切り替わり、電力ケーブル１０１の絶縁体に蓄積された電荷が放電される。このとき、電力ケーブル１０１の絶縁体が水トリー劣化していれば、水トリー内に蓄積された電荷は引き続き残留する。そこで、課電制御スイッチ１１３が再度、商用周波高電圧発生部１１１側に切り替わり、課電／検出切替スイッチ１１５が開くとともに、商用周波高電圧発生部１１１から商用周波高電圧Ｖａｃが発生されると、水トリー内の残留電荷が放出され、その直流成分が直流成分検出用コンデンサ１１４に蓄積される。この直流成分検出用コンデンサ１１４の両端に生じる電圧が検出器１１６によって検出されることにより、電力ケーブル１０１の絶縁劣化の程度が判定される。
【００３７】
（診断装置１００の動作例２）
低周波電圧Ｖｌｆの印加の停止は、上記動作例１の（２）のように低周波電圧Ｖｌｆがゼロクロスとなるタイミングで行われるのに限らず、図４に示すように、商用周波高電圧Ｖａｃの重畳停止と同時に行われるようにしてもよい。なお、これらに限らず、個別具体的な診断対象や検出精度などに応じて、さらに種々の最適なタイミングで低周波電圧Ｖｌｆの印加停止が行われるように設定されてもよい。
【００３８】
（その他の事項）
上記の例では、低周波電圧の周波数が１Ｈｚの例を示したが、これに限らず、例えば０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下など、半サイクルの期間に商用周波数（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）のサイクルが数サイクル以上（例えば、１サイクル以上、３００サイクル以下など）含まれるような周波数であれば、電力ケーブル１０１への電荷の蓄積等を容易に行うことができる。
【００３９】
また、上記のように商用周波高電圧発生／蓄積電荷検出装置１１０が診断車両に搭載され、低周波電圧重畳装置１２０が車外に設けられる場合には、既存の診断車両を用い得る点で適用しやすい場合があるが、これに限らず、商用周波高電圧発生／蓄積電荷検出装置１１０と低周波電圧重畳装置１２０とがともに診断車両に搭載されるようにしてもよい。
【００４０】
また、商用周波高電圧Ｖａｃの重畳停止や、低周波電圧Ｖｌｆの印加停止は、上記のように各電圧のゼロクロスのタイミングで行われることによりノイズの発生を抑えて精度を向上させやすくなるが、必ずしも上記のような各タイミングで行われなくても、原理的に電荷の蓄積、劣化検出を行うことはできる。
【００４１】
また、上記商用周波高電圧Ｖａｃの重畳停止や、低周波電圧Ｖｌｆの印加停止は、各電圧のゼロクロスのタイミングで直ちに行われるのに限らず、電圧が減衰的に、徐々に低下するようにして停止されるようにして、ノイズの発生をより容易に抑制できるようにしてもよい。
【００４２】
また、上記各電圧等は一例であり、例えば、６６ｋＶの回路用の電力ケーブル１０１の絶縁劣化を検出する場合には、例えば低周波電圧重畳部１２２の２次側のトランスの容量を１３ｋＶＡとし、低周波電圧Ｖｌｆを３６ｋＶｐｅａｋとすることによって最高で３０ｋＶｐｅａｋの交流電圧を電力ケーブル１０１に印加することなどができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００      診断装置
１０１      電力ケーブル
１０２      商用電源
１１０      商用周波高電圧発生／蓄積電荷検出装置
１１１      商用周波高電圧発生部
１１２      接地抵抗
１１３      課電制御スイッチ
１１４      直流成分検出用コンデンサ
１１５      課電／検出切替スイッチ
１１６      検出器
１２０      低周波電圧重畳装置
１２１      低周波電圧発生部
１２１ａ    発電機
１２１ｂ    低周波発振器
１２２      低周波電圧重畳部
１２３      重畳制御スイッチ
１３１      課電リード
２０１      ノイズ測定電力ケーブル
２３１      ノイズ測定リード
【図１】
2016217948.tif 000003
【図２】
2016217948.tif 000004
【図３】
2016217948.tif 000005
【図４】
2016217948.tif 000006