(57)【要約】【課題】電力ケーブルの絶縁劣化診断の検出感度を高める。【解決手段】電力ケーブル１０１の絶縁劣化を診断する絶縁劣化診断装置は、電力ケーブル１０１に正、負極性の単発信号電圧を印加する単発信号電圧発生部（インパルス発生装置１０２）と、電力ケーブル１０１を接地する接地回路１０５と、電力ケーブル１０１に電荷が蓄積されていない状態で第１の極性の単発信号電圧を印加したとき、および逆極性の単発信号電圧を印加した後接地して放電しさらに再度第１の極性の単発信号電圧を印加したときの移動電荷を検出する電荷検出部（検出器１０４ｃ）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ケーブルの絶縁体に蓄積される残留電荷を検出して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方法であって、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第１の電荷検出行程と、
電力ケーブルに上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加した後、電力ケーブルを接地して放電させる電圧印加放電行程と、
上記放電後に、電力ケーブルに再度第１の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第２の電荷検出行程と、
を有す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、
上記電圧印加放電行程と、第２の電荷検出行程とが複数回繰り返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】
電力ケーブルの絶縁体に蓄積される残留電荷を検出して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方法であって、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第１の電荷検出行程と、
電力ケーブルを接地して放電させた後、上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第２の電荷検出行程と、
を有す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２の電荷検出行程後に、さらに、電力ケーブルを接地して放電させた後、上記第１の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第３の電荷検出行程を有し、または上記第２および第３の電荷検出行程が複数回繰り返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１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、
上記単発信号電圧は、開閉インパルス電圧、矩形波電圧、三角波電圧、および正弦波形電圧のうちの何れか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６】
電力ケーブルの絶縁体に蓄積される残留電荷を検出して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、
電力ケーブルに、正極性の単発信号電圧、および負極性の単発信号電圧を印加する単発信号電圧発生部と、
電力ケーブルを接地する接地回路と、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加したときの移動電荷、および電力ケーブルに上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加した後、接地して放電し、さらに再度第１の極性の単発信号電圧を印加したときの移動電荷を検出する電荷検出部と、
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７】
請求項６の電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、さらに、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、単発信号電圧発生部に、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加させるとともに、電荷検出部に移動電荷を検出させ、
単発信号電圧発生部に、電力ケーブルに上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加させた後、接地回路に接地させて放電させ、
さらに、単発信号電圧発生部に、再度第１の極性の単発信号電圧を印加させるとともに、電荷検出部に移動電荷を検出させる制御部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】
電力ケーブルの絶縁体に蓄積される残留電荷を検出して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、
電力ケーブルに、正極性の単発信号電圧、および負極性の単発信号電圧を印加する単発信号電圧発生部と、
電力ケーブルを接地する接地回路と、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加したときの移動電荷、および電力ケーブルを接地して放電し、上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加したときの移動電荷を検出する電荷検出部と、
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９】
請求項８の電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、さらに、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、単発信号電圧発生部に、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加させるとともに、電荷検出部に移動電荷を検出させ、
接地回路に電力ケーブルを接地させて放電させた後、単発信号電圧発生部に、上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加させるとともに、電荷検出部に移動電荷を検出させる制御部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１０】
請求項６から請求項９のうち何れか１項の電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、
上記単発信号電圧は、開閉インパルス電圧、矩形波電圧、三角波電圧、および正弦波形電圧のうちの何れかであ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体に蓄積される残留電荷を検出して電力ケーブルの絶縁劣化を診断する絶縁劣化診断方法、および絶縁劣化診断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、装置の大型化を招くことなく、電力ケーブルの絶縁劣化診断の検出感度を高く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】
第１の発明は、
電力ケーブルの絶縁体に蓄積される残留電荷を検出して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方法であって、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第１の電荷検出行程と、
電力ケーブルに上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加した後、電力ケーブルを接地して放電させる電圧印加放電行程と、
上記放電後に、電力ケーブルに再度第１の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第２の電荷検出行程と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
第２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、
上記電圧印加放電行程と、第２の電荷検出行程とが複数回繰り返されることを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、
電力ケーブルの絶縁体に蓄積される残留電荷を検出して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方法であって、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第１の電荷検出行程と、
電力ケーブルを接地して放電させた後、上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第２の電荷検出行程と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
第４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２の電荷検出行程後に、さらに、電力ケーブルを接地して放電させた後、上記第１の極性の単発信号電圧を印加して、移動電荷を検出する第３の電荷検出行程を有し、または上記第２および第３の電荷検出行程が複数回繰り返されることを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、
第１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、
上記単発信号電圧は、開閉インパルス電圧、矩形波電圧、三角波電圧、および正弦波形電圧のうちの何れかであることを特徴とする。
【００１３】
これらにより、単発信号電圧を印加して移動電荷を検出し、水トリー等に電荷が蓄積されていないときの移動電荷と、水トリー等に電荷が蓄積されているときの移動電荷とに基づいて、水トリー等に蓄積される電荷を高い精度で検出することができ、電力ケーブルの絶縁劣化診断を容易に行うことができる。
【００１４】
第６の発明は、
電力ケーブルの絶縁体に蓄積される残留電荷を検出して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、
電力ケーブルに、正極性の単発信号電圧、および負極性の単発信号電圧を印加する単発信号電圧発生部と、
電力ケーブルを接地する接地回路と、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加したときの移動電荷、および電力ケーブルに上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加した後、接地して放電し、さらに再度第１の極性の単発信号電圧を印加したときの移動電荷を検出する電荷検出部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
第７の発明は、
第６の発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、さらに、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、単発信号電圧発生部に、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加させるとともに、電荷検出部に移動電荷を検出させ、
単発信号電圧発生部に、電力ケーブルに上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加させた後、接地回路に接地させて放電させ、
さらに、単発信号電圧発生部に、再度第１の極性の単発信号電圧を印加させるとともに、電荷検出部に移動電荷を検出させる制御部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
第８の発明は、
電力ケーブルの絶縁体に蓄積される残留電荷を検出して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、
電力ケーブルに、正極性の単発信号電圧、および負極性の単発信号電圧を印加する単発信号電圧発生部と、
電力ケーブルを接地する接地回路と、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加したときの移動電荷、および電力ケーブルを接地して放電し、上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加したときの移動電荷を検出する電荷検出部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
第９の発明は、
第８の発明の電力ケーブルの絶縁劣化診断装置であって、さらに、
電力ケーブルに電荷が蓄積されていない状態で、単発信号電圧発生部に、電力ケーブルに第１の極性の単発信号電圧を印加させるとともに、電荷検出部に移動電荷を検出させ、
接地回路に電力ケーブルを接地させて放電させた後、単発信号電圧発生部に、上記第１の極性とは逆極性の第２の極性の単発信号電圧を印加させるとともに、電荷検出部に移動電荷を検出させる制御部を備えたことを特徴とする。
【００１８】
第１０の発明は、
第６の発明から第９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装置であって、
上記単発信号電圧は、開閉インパルス電圧、矩形波電圧、三角波電圧、および正弦波形電圧のうちの何れかであることを特徴とする。
【００１９】
これらにより、やはり、単発信号電圧を印加して移動電荷を検出し、水トリー等に電荷が蓄積されていないときの移動電荷と、水トリー等に電荷が蓄積されているときの移動電荷とに基づいて、水トリー等に蓄積される電荷を高い精度で検出することができ、電力ケーブルの絶縁劣化診断を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、装置の大型化を招くことなく、電力ケーブルの絶縁劣化診断の検出感度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】絶縁劣化診断装置の構成を示す回路図である。
【図２】絶縁劣化診断装置の適用例を示すブロック図である。
【図３】劣化が進行したケーブルの場合の検出電荷の例を示すグラフである。
【図４】劣化が進行していないケーブルの場合の検出電荷の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（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、インパルス発生装置１０２と、インパルス制御装置１０３と、検出装置１０４と、接地回路１０５とを備え、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。
【００２４】
インパルス発生装置１０２（単発信号電圧発生部）は、例えば波頭長２５０μｓ、波尾長２５００μｓの正負の開閉インパルス電圧（単発信号電圧）を発生するものである。
【００２５】
インパルス制御装置１０３は、上記インパルス発生装置１０２による開閉インパルス電圧の発生タイミングや、極性、波形等を制御するものである。
【００２６】
検出装置１０４は、移動電荷検出コンデンサ１０４ａ、コンデンサ短絡スイッチ１０４ｂ、および検出器１０４ｃ（電荷検出部）を備えている。上記移動電荷検出コンデンサ１０４ａは、電力ケーブル１０１への電圧印加の際に移動する電荷を蓄積するものである。コンデンサ短絡スイッチ１０４ｂは、移動電荷検出コンデンサ１０４ａの両端を短絡させて放電させるものである。検出器１１６は、電力ケーブル１０１への電圧印加の際に移動する電荷に応じて移動電荷検出コンデンサ１０４ａの両端に生じる電圧を検出するものである。
【００２７】
接地回路１０５は、接地抵抗１０５ａ、および課電制御スイッチ１０５ｂを備えている。上記接地抵抗１０５ａ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１０５ｂ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。
【００２８】
上記のような診断装置１００は、必須ではないが、例えば図２に示すように、検出装置１０４にパーソナルコンピュータ１２１が接続されることによって、検出装置１０４による検出結果の処理、解析や蓄積などを行うことができる。このパーソナルコンピュータ１２１によって、後述するような一連の動作を制御するようにしてもよい。また、インパルス発生装置１０２と接地回路１０５との間に分圧器１２２を介してオシロスコープ１２３が接続されることによって、電力ケーブル１０１に印加される開閉インパルス電圧の波形（波頭長、波尾長等）や、電圧値などを確認することができる。
【００２９】
（診断装置１００の動作例）
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の絶縁劣化診断が行われる場合の動作例を図３、図４に基づいて説明する。ここで、図３は、劣化が進行した電力ケーブル１０１の場合の検出電荷の例を示すグラフである。図４は、劣化が進行していない電力ケーブル１０１の場合の検出電荷の例を示すグラフである。
【００３０】
（１）まず、コンデンサ短絡スイッチ１０４ｂを開き、課電制御スイッチ１０５ｂをインパルス発生装置１０２側に切り替える。そこで、インパルス発生装置１０２に負極性の開閉インパルス電圧を発生させて、電力ケーブル１０１に印加すると、電力ケーブル１０１では、導体から遮蔽層の間に電荷が蓄積されるため、その電荷の移動に伴った電圧が、移動電荷検出コンデンサ１０４ａの両端に発生し、検出器１０４ｃによって検出される。
【００３１】
その後、コンデンサ短絡スイッチ１０４ｂを閉じ、課電制御スイッチ１０５ｂを接地抵抗１０５ａ側に切り替えると、導体から遮蔽層の間の電荷が放電される。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（図３のΔＱ１＞０）。水トリー劣化が生じていなければ、そのような電荷の残留は生じない（図４のΔＱ１≒０）。ここで、インパルス発生装置１０２から出力される開閉インパルスの波頭長が２５０μｓ、波尾長が２５００μｓ程度であれば、これは、５０〜６０Ｈｚの交流の半波の時間である８．３〜１０ｍｓと同程度の数ｍｓのオーダーとなる。この程度の電圧印加時間であれば、電荷は、水トリー以外の箇所へは蓄積しにくく、専ら水トリーの箇所にだけ蓄積される。
【００３２】
（２）次に、課電制御スイッチ１０５ｂを再度、インパルス発生装置１０２側に切り替え、コンデンサ短絡スイッチ１０４ｂは閉じたままで、インパルス発生装置１０２に正極性の開閉インパルス電圧を発生させた後、課電制御スイッチ１０５ｂを接地抵抗１０５ａ側に切り替えると、導体から遮蔽層の間の電荷が放電される。そこで、上記（１）と同様に、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（図３のΔＱ２＞０）。水トリー劣化が生じていなければ、そのような電荷の残留は生じない（図４のΔＱ２≒０）。
【００３３】
なお、コンデンサ短絡スイッチ１０４ｂは、上記のように閉じたままにするのに限らず、以下の（３）が行われる前に一端閉じるようにしてもよい。
【００３４】
（３）コンデンサ短絡スイッチ１０４ｂを開き課電制御スイッチ１０５ｂをインパルス発生装置１０２側に切り替えて、インパルス発生装置１０２に負極性の開閉インパルス電圧を発生させる。この場合には、上記（２）で水トリーに蓄積された残留電荷Ｑ２が打ち消される分だけ多くの電荷が移動して、検出器１０４ｃにより検出される。その検出された移動電荷から、上記（１）で検出された移動電荷を差し引くことによって、水トリー劣化が生じていれば、その水トリーに蓄積された電荷ΔＱ（≒ΔＱ２＞０）が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。水トリー劣化が生じていなければ、上記のような電荷の残留は生じないので、移動電荷の差分は生じない（ΔＱ≒０）。
【００３５】
上記のように、開閉インパルス電圧のような単発信号電圧を印加して移動電荷を検出することにより、また、例えば水トリーに電荷が蓄積されていないときの移動電荷と、水トリーに電荷が蓄積されているときの移動電荷とに基づいて、例えば高々３０ｋＶピークの単発信号電圧でも、水トリーに蓄積される電荷を高い精度で検出することができ、これによって、電力ケーブルの絶縁劣化診断を容易に行うことができる。
【００３６】
また、直流を印加する必要がないので、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。
【００３７】
また、交流電圧を用いないので、また、比較的低い電圧を用いることも容易なので、装置の大幅な小型化が容易にでき、診断車両への搭載や、診断車両の小型化も容易になり、さらには、装置を可搬化できる程度に小型化することなども容易になる。
【００３８】
（その他の事項）
上記の例では、単発信号電圧として開閉インパルス電圧が印加される例を示したが、これに限らず、例えば、矩形波電圧や、三角波電圧、正弦波形電圧などの単発信号電圧が印加されるようにしてもよい。
【００３９】
また、上記（１）の動作が行われる前に水トリーに電荷が蓄積されていない状態にする方法は特に限定されず、例えば、予め所定の周期で上記（２）（３）の動作を繰り返すなど、正負の極性のインパルスを繰り返し印加したり、交流電圧を印加したりすればよい。
【００４０】
また、印加する電圧の極性は、上記の例に限らず、逆の極性の順序で印加してもよい。
【００４１】
また、上記（２）（３）の動作を繰り返して、ΔＱ２の検出を複数回行うようにしてもよい。さらに、水トリーに電荷が蓄積されていない状態にする動作と、（２）（３）の動作とを繰り返すなどしてもよい。
【００４２】
また、上記のような一連の動作が、例えばインパルス制御装置１０３の制御によって行われるようにしてもよい。
【００４３】
また、上記（３）で検出された移動電荷から（１）で検出された移動電荷を差し引くのに限らず、（２）で検出された移動電荷から、（１）で検出された移動電荷の絶対値を差し引くことによっても、すなわち、（２）でコンデンサ短絡スイッチ１０４ｂを開いて正極性の開閉インパルス電圧を印加したときに移動電荷検出コンデンサ１０４ａに蓄積される電荷から、（１）の蓄積電荷（絶対値）を差し引いてΔＱ１を求めることによっても、同様に水トリーに蓄積された電荷ΔＱ（≒ΔＱ１＞０）を検出することができる。この場合には、上記（１）（２）だけを行って１サイクルの検出に要する時間の短縮を図るようにしてもよいし、上記のように（１）〜（３）を行った上で（２）（３）の両方で電荷ΔＱを検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１００      診断装置
１０１      電力ケーブル
１０２      インパルス発生装置
１０３      インパルス制御装置
１０４      検出装置
１０４ａ    移動電荷検出コンデンサ
１０４ｂ    コンデンサ短絡スイッチ
１０４ｃ    検出器
１０５      接地回路
１０５ａ    接地抵抗
１０５ｂ    課電制御スイッチ
１１６      検出器
１２１      パーソナルコンピュータ
１２２      分圧器
１２３      オシロスコープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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