(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ケーブルに所定の電圧を印加した後に接地し、その後交流電圧を印加することで、前記所定の電圧の印加によって蓄積された電荷を放出させ、測定された残留電荷量に基づいて前記電力ケーブルの劣化を診断する方法であって、
前記所定の電圧を、波形の立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上、パルス幅が１００μｓ以下のパルス波形としたことを特徴とする電力ケーブルの劣化診断方法。
【請求項２】
電力ケーブルに所定の電圧を印加する第１電圧印加手段と、その第１電圧印加手段による電圧印加後に前記電力ケーブルを接地する接地手段と、その接地手段による接地後に前記電力ケーブルに交流電圧を印加する第２電圧印加手段と、その第２電圧印加手段による電圧印加後に前記電力ケーブルから放出される残留電荷量を測定する測定手段とを備えた電力ケーブルの劣化診断装置であって、
前記第１電圧印加手段は、前記所定の電圧として、波形の立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上、パルス幅が１００μｓ以下となるパルス電圧を印加することを特徴とする電力ケーブルの劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力ケーブルにおいて、水トリー劣化等に起因する劣化を診断するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用ケーブルとして、架橋ポリエチレン絶縁ケーブル（以下「ＣＶケーブル」という。）が実用化されている。このＣＶケーブルでは、湿潤下における長期使用により水トリーという劣化現象が絶縁体内に発生して、絶縁性能の低下を引き起こす。
この水トリー劣化を検出する方法として、残留電荷法がよく知られている。図３は、残留電荷法の測定回路を示すもので、１は電力系統から切り離されたＣＶケーブル、２は接地線、３はケーブルヘッドで、一方のケーブルヘッド３には、切替スイッチ４によって、直流電源５、接地用抵抗６を備えた接地側、交流電源７が夫々切替接続可能となっている。
【０００３】
この測定回路においては、切替スイッチ４を直流電源５側に切り替えてＣＶケーブル１に最初に直流電圧を印加する。これにより、ＣＶケーブル１の絶縁体内には電荷が蓄積される。その後、切替スイッチ４を接地側に切り替えてＣＶケーブル１を接地させる。この接地により、ＣＶケーブル１の絶縁体の内、健全部に蓄積されていた電荷は全て放出されるが、絶縁体内の水トリー劣化部に蓄積されていた電荷の一部は、水トリー内に残留する。
そして、ＣＶケーブル１の接地を開放した後に、今度は切替スイッチ４を交流電源７側に切り替えて商用周波電圧を印加する。仮に直流電圧が負極性だった場合は、商用周波電圧の正極性の時間領域で水トリー内部に残留している電荷には逆極性の電圧がかかることになり、その結果、残留電荷は水トリー内部から直流電流成分として放出される。この商用周波電圧印加時の直流成分電流をローパスフィルタ８を通して残留電荷測定装置９で検出することにより、ＣＶケーブル１の水トリー劣化の程度を評価することができる。従って、残留電荷法は、その原理上、最初に直流電圧をケーブルに印加する必要がある。
その他にも、残留電荷法としては特許文献１，２に開示の方法も知られているが、何れも電荷の蓄積に直流電圧を印加している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８１２０８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５３９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、変電設備においては、狭隘な土地や地下に設置する必要性から、ガス絶縁開閉装置（Gas Insulated Switchgear、以下「ＧＩＳ」と略称する。）を採用する場合が多くなってきている。特に、都市中心部においては、ＧＩＳに直接接続されたＣＶケーブルで電力を供給する場合が多い。ＧＩＳは内部に母線切り離しのためのスイッチを持っているが、一番ケーブル寄りのスイッチで切り離した場合でも、母線の一部はケーブルと接続されたままの場合が多い。従って、ＣＶケーブルの水トリー劣化診断のために、ＧＩＳに接続されたＣＶケーブルに直流電圧を印加しようとすると、少なくとも一番ケーブル寄りのスイッチの片端まではＧＩＳ母線に対しても直流電圧が印加されることになる。多くのＧＩＳは、新品時は直流印加が許容されているが、経年品については、可動部等から発生した微小な金属物が直流印加時に帯電し、ＳＦ６ガス中において起立、浮上、クロッシング、絶縁スペーサへの付着等を生じて、絶縁性能の低下が危惧される。このため、直流が印加される箇所については直流印加前にＧＩＳ内部の清掃が必要とされている。よって、ＧＩＳが接続されたＣＶケーブル線路に残留電荷法を適用する場合、清掃が必要となってしまい、劣化診断に係るコストや時間が増大する（例えばＧＩＳの清掃費は一台当たり２００〜５００万円程度となっている。）問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、ＧＩＳに接続された電力ケーブル線路に対して残留電荷法を実施する場合でも、ＧＩＳ内部の清掃を不要として劣化診断に係るコストや時間を大幅に低減可能となる電力ケーブルの劣化診断方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電力ケーブルに所定の電圧を印加した後に接地し、その後交流電圧を印加することで、前記所定の電圧の印加によって蓄積された電荷を放出させ、測定された残留電荷量に基づいて前記電力ケーブルの劣化を診断する方法であって、前記所定の電圧を、波形の立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上、パルス幅が１００μｓ以下のパルス波形としたことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、電力ケーブルに所定の電圧を印加する第１電圧印加手段と、その第１電圧印加手段による電圧印加後に前記電力ケーブルを接地する接地手段と、その接地手段による接地後に前記電力ケーブルに交流電圧を印加する第２電圧印加手段と、その第２電圧印加手段による電圧印加後に前記電力ケーブルから放出される残留電荷量を測定する測定手段とを備えた電力ケーブルの劣化診断装置であって、前記第１電圧印加手段は、前記所定の電圧として、波形の立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上、パルス幅が１００μｓ以下となるパルス電圧を印加することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電荷蓄積用にパルス電圧を利用するので、ＧＩＳに接続された電力ケーブル線路に対して残留電荷法を実施する場合でも、ＧＩＳ内部の清掃が不要となって劣化診断に係るコストや時間を大幅に低減可能となる。特に、パルス電圧の立ち上がり周波数を２００ｋＨｚ以上、パルス幅を１００μｓ以下としたことで、商用周波数よりも高い電圧を電力ケーブルに印加することが可能となる上、パルス発生器を用いる等して繰り返しの電圧印加も容易となるため、残留電荷量が増加して信号が検出されやすくなり、診断精度の向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の劣化診断方法を実施する劣化診断装置の一例を示すもので、図３と同じ構成部には同じ符号を付している。
この劣化診断装置においては、図３の直流電源に代えてパルス発生器１０を利用し、残留電荷法の印加電圧波形として直流の代わりに、波形の立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上、パルス幅１００μｓ以下のパルス波形を出力するようにしている。この波形は、標準雷インパルス波形（１．２／５０μｓ）に匹敵するため、直流印加時のようにＧＩＳ内部に発生する微小金属物の帯電による絶縁性能の低下を危惧する必要がない。この切替スイッチ４及びパルス発生器１０が第１電圧印加手段、切替スイッチ４及び接地側が接地手段、切替スイッチ４及び交流電源７側が第２電圧印加手段、ローパスフィルタ８及び残留電荷測定装置９が測定手段となる。
【００１０】
このように構成された劣化診断装置においては、まず切替スイッチ４をパルス発生器１０側に切り替えて、図２に示すように、ＣＶケーブル１の心線側に、立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上で、パルス幅が１００μｓ以下の波形となるパルス電圧１１を印加する。この時、ケーブル絶縁体への蓄積電荷量の増加を促すために、繰り返しのパルス電圧印加も可能である。
次に、切替スイッチ４を接地側に切り替えてＣＶケーブル１に接地（短絡）を行う。これにより、絶縁体健全部に蓄積された電荷は放出される。この時、水トリー内部に蓄積された電荷も放出されるが、その内の一部は水トリー内部に残留する。
【００１１】
その後、切替スイッチ４を交流電源７側に切り替えて、ＣＶケーブル１に商用周波電圧１２を印加する。すると、パルス電圧と逆極性の時間領域で水トリー内部に蓄積された電荷は、直流成分電流として水トリー内部から放出される。放出された電荷は交流電流に重畳した直流成分電流として観測されるため、ローパスフィルタ８を通して商用周波数を遮断した後に、残留電荷測定装置９において直流成分電流のみを測定する。この得られた信号は水トリーの数や大きさの情報を持っているため、劣化判定に用いることができる。
【実施例】
【００１２】
２５年間使用されている全長１．５ｋｍの３３ｋＶ電力用ＣＶケーブル線路を電力系統から切り離して上記劣化診断装置にセットし、残留電荷法による劣化診断を実施した。ここではＣＶケーブルに、波高値−４０ｋＶ、立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ、パルス幅１００μｓのパルス電圧を印加した。この時、パルス電圧は１０秒周期で１０回の印加を行った。
その後、接地を取った後に、実効値１５ｋＶ、６０Ｈｚの交流電圧を印加して、残留電荷測定装置において残留電荷による直流成分電流を測定した。この時、直流成分電流は波高値１００ｎＡで約２０秒間継続した。この結果より、このＣＶケーブルには水トリー劣化が進展していることを確認できた。
【００１３】
このように、上記劣化診断方法及びその装置によれば、電荷蓄積用の所定の電圧を、波形の立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上、パルス幅が１００μｓ以下のパルス波形としたことで、ＧＩＳに接続されたＣＶケーブル線路に対して残留電荷法を実施する場合でも、ＧＩＳ内部の清掃が不要となる。よって、劣化診断に係るコストや時間を大幅に低減可能となる。
特に、パルス電圧の立ち上がり周波数を２００ｋＨｚ以上、パルス幅を１００μｓ以下としたことで、以下の利点が得られる。
１．経年ＣＶケーブルの絶縁破壊電界は、商用周波数電圧よりも標準雷インパルス電圧の方が高い。例えば、経年１０〜２０年の２２ｋＶ級ＣＶケーブルの平均破壊電界は、商用周波数では６〜６０ｋＶ／ｍｍなのに対して、標準雷インパルスでは１５〜１５０ｋＶ／ｍｍ程度となる。従って、標準雷インパルス波形と同程度の立ち上がり周波数、パルス幅のものとして、立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上でパルス幅が１００μｓ以下の波形を用いることにより、商用周波数よりも高い電圧をＣＶケーブルに印加することが可能となる。今までの知見より、直流電圧値が高くなるほど水トリー内部に残留する電荷量は増加することが分かっているため、立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上、パルス幅１００μｓ以下のパルス波形を印加した方がより信号が検出されやすくなり、結果として診断精度の向上が期待できる。
２．パルス発生器を用いることにより、繰り返しの電圧印加が容易となる。繰り返してパルス電圧を印加することにより、水トリー内部の残留電荷量を増加させることができるため、結果として信号が検出されやすくなり、診断精度の向上が期待できる。
【００１４】
なお、電荷蓄積用のパルス電圧は、立ち上がり周波数が２００ｋＨｚ以上、パルス幅が１００μｓ以下であれば上記形態の数値に限定されず、適宜変更可能である。また、上記実施例では、電荷蓄積時のパルス電圧を複数回印加して残留電荷量の増加を図っているが、この数の増減は勿論可能であるし、パルス電圧を一回だけ印加する場合も本発明は含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】劣化診断装置の説明図である。
【図２】パルス電圧の印加形態を示す説明図である。
【図３】従来の残留電荷法の測定回路を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１６】
１・・ＣＶケーブル、２・・接地端、３・・ケーブルヘッド、４・・切替スイッチ、５・・直流電源、６・・接地用抵抗、７・・交流電源、８・・ローパスフィルタ、９・・残留電荷測定装置、１０・・パルス発生器、１１・・パルス電圧、１２・・商用周波電圧。
【図１】
0005038175.tif 000002
【図２】
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【図３】
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