(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被診断ケーブルの絶縁層を課電して充電した後にケーブル導体を一旦接地し、検出段階において、所定の交番電圧非印加時間を経て残留電荷の放出を加速するために交番電圧を印加して検出器ににより残留電荷の時間的変化を測定することによりケーブルの絶縁劣化を診断する方法において、検出回路に無効信号打消電圧源Ｖｘとその電圧Ｖｘの放電時定数を調整する可変抵抗Ｒｘを設けておき、前記検出段階に切り換えるとほぼ同時に前記電圧源Ｖｘをスイッチオンし、その切り換え時から交番電圧印加時までの検出信号を打ち消すように前記の放電時定数を調整し、この調整状態のもとで前記交番電圧の印加を行うことを特徴とする電力ケーブルの絶縁劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力ケーブルの絶縁劣化診断方法に関し、特に、水トリー劣化に対する診断に有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム・プラスチック電力ケーブルの絶縁劣化原因の一つとして、電界と水分の相互作用により生じる水トリー劣化が知られている。
この水トリー劣化は、トリー状の劣化痕跡であり、絶縁体と半導電層の界面の不整部分または絶縁体中の異物やボイドから発生し、経時的に絶縁体の電界方向に伸展していき、放置すると、最終的には運転中に絶縁破壊が招来されるに至る。
従って、ケーブルの定期的な絶縁劣化診断時に、水トリーの進展状況を診断する必要があり、従来、水トリー劣化診断法として、図４の（イ）〜（ハ）に示す残留電荷法が公知である。
【０００３】
この残留電荷法においては、直流電圧やインパルス電圧等の課電によって図４の（イ）に示すようにケーブル絶縁体を充電し、ついで、図４の（ロ）に示すようにケーブル導体と外部遮蔽層間を短絡して（ケーブル導体を接地して）ケーブル中に残留電荷Ｑを蓄積させ、而るのち、図４の（ハ）に示すように交流電源ＶacとコンデンサＣを直列に接続した回路に切り替え接続し、交流電源Ｖacによる交流電圧の課電で残留電荷Ｑの放出を加速し、その加速放出により生じる残留電荷の時間的変化をコンデンサＣで検出し、その検出結果よりケーブルの絶縁劣化状態を診断している。
【０００４】
上記において、交流電圧Ｖacの課電がなくても、残留電荷Ｑによって発生する電気ストレスのもとで、分極や電気伝導によって定まる時定数により残留電荷の放出が進行していくが、その進行速度が極めて遅く、例えば、１分未満の直流課電で充電した場合、２４時間以上経過しても残留電荷が完全に放出されない。
而るに、上記のように交流電圧印加のもとでは、残留電荷が印加電気ストレスにより躍動されて強い拘束から解放される結果、放出速度が加速され、その結果残留電荷の変化量が増大され、感度が向上されるに至る。
【０００５】
上記の残留電荷法においては、交流電圧印加によって残留電荷の全部を強制放出させることが理想である。図５はこの理想的な残留電荷法を示している。
図５の（ロ）は、、この理想的残留電荷法での電荷の時間的変化、すなわち、電流状態を示し、交流電圧Ｖacを印加するまでの期間Ｔ1では、残留電荷が分極や電気伝導により制される固有の時定数でその残留電荷に基づく電界により緩やかに放出されるために低い電流値ＩEを呈し、Δｔ時間の交流電圧印加によって残りの電荷の全てが急速に強制放出され、従って、交流電圧印加停止後の期間Ｔ2では、電荷が実質的に全て放出されて０であるために、電流値が零となっている。
この電流状態に対応する残留電荷は、電流Ｉ（ｔ）を時間積分したものであり、電荷Ｑ（ｔ）の変化状態を図５の（ハ）に示してある。
この図５の（ハ）において、ΔＱは交流電圧Ｖac印加のみによる電荷量変化を示し、立上り始点ａと飽和終了線ｂ−ｂを基準にしてΔＱを充分明確に把握できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ケーブル絶縁体中にはケーブル接続箱における異種絶縁体界面等のケーブル絶縁体劣化に無関係な要因で蓄積された残留電荷が存在する（以下、擬似残留電荷と称する）。この擬似残留電荷は、固有の時定数τEで放出されるが、水トリーで劣化されて拘束力が弱くなっている水トリー絶縁劣化部分に拘束されている残留電荷(以下、本残留電荷と称する）よりも、劣化を受けずに拘束力が保持されている健全絶縁部分に拘束されている擬似残留電荷の方が電界放出され難く、上記交流電圧印加にもかかわらず、擬似残留電荷が優先的に残存することになるから、ケーブル長が短くて水トリーに起因する本残留電荷量が少ない場合は、全電荷量に対し本残留電荷量が少なくなり、交流電圧印加に基づく電荷量変化ΔＱがそれだけ緩慢になる。
このようにΔＱが緩慢になると、図６の（ハ）に示されているように、前記した立上り基点ａが不明瞭になってΔＱの明瞭な把握が一層に困難になる。
【０００７】
本発明の目的は、既設電力ケーブルの水トリー絶縁劣化診断を残留竜荷法（被診断ケーブルの絶縁層を課電して充電した後、ケーブル導体を一旦接地し、この接地段階からケーブルの残留電荷の変化を検出する段階に切り替え、この検出段階で上記残留電荷の放出を加速するために交番電圧を印加し、上記検出段階での検出結果からケーブルの絶縁劣化を診断する方法）により行なう場合、交番電圧の印加による強制的な残留電荷変化を明瞭に表示させることにより、ケーブル絶縁劣化診断の作業性の向上を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法は、被診断ケーブルの絶縁層を課電して充電した後にケーブル導体を一旦接地し、検出段階において、所定の交番電圧非印加時間を経て残留電荷の放出を加速するために交番電圧を印加して検出器ににより残留電荷の時間的変化を測定することによりケーブルの絶縁劣化を診断する方法において、検出回路に無効信号打消電圧源Ｖｘとその電圧Ｖｘの放電時定数を調整する可変抵抗Ｒｘを設けておき、前記検出段階に切り換えるとほぼ同時に前記電圧源Ｖｘをスイッチオンし、その切り換え時から交番電圧印加時までの検出信号を打ち消すように前記の放電時定数を調整し、この調整状態のもとで前記交番電圧の印加を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る電力ケーブルの他の絶縁劣化診断方法は、請求項１の電力ケーブルの他の絶縁劣化診断方法において、上記交番電圧の非印加中での検出信号を打ち消す操作を打消電流または打消電圧を加えることにより行なうことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明において使用する電力ケーブルの絶縁劣化診断装置の一例を示している。
図1において、１は被診断ケーブルを示し、外部遮蔽層を接地してあり、通常、ゴム・プラスチック電力ケーブルが対象とされる。
Ｖdcはケーブル絶縁体ｄを充電するための直流電源であり、この直流電源に代えインパルス電源を使用することもできる。２１は充電用接点、２２はケーブル導体接地用接点、２３は交番電圧印加・検出用接点である。Ｒeは接地用抵抗である。１１は前記接点２１〜２３に対する可動接点であり、ケーブル導体１０に接続してある。
Ｖacはケーブル絶縁体ｄに交番電圧を印加するための電源であり、後述する通り、新たな残留電荷を蓄積することなく既蓄積の残留電荷を強制的躍動させて放出を迅速化させるために印加され、交流電圧または減衰振動電圧を使用できる。  Ｃdは交番電圧源Ｖaｃと大地との間に直列に接続した検出用コンデンサであり、この検出コンデンサＣｄ両端から検出端が構成されている。ＳＷ１はコンデンサＣdに並列に接続したスイッチである。
Ｖxは検出端に現われる無効検出信号を打ち消すための無効信号打消電圧源、ＳＷ２は打消電圧源用スイッチである。Ｒxは無効信号打消電圧に時定数τE≒ＣｄＲｘを与えるための可変抵抗である。
【００１１】
上記ケーブル１には、水トリー劣化が生じているものとし、本発明により、このケーブルを絶縁劣化診断するには、図１において、まず３点スイッチを充電用接点２１にオンさせてケーブル絶縁体ｄを直流電源Ｖdcで充電し、ついで、３点スイッチを接地用接点２２に切り替えてケーブル導体１０が接地電位に保持され、ケーブル導体とケーブル外部遮蔽層との間が実質上短絡状態とされる。
更に、３点スイッチを交番電圧印加・検出用接点２３に切り替える。この切り替え後でも、スイッチＳＷ１がオンであれば接地状態が持続される。
ついで、スイッチＳＷ１をオフにしてケーブルの残留電荷の変化を検出する段階に切り換える。
【００１２】
図２の（イ）は、検出段階での交番電圧Ｖacの印加状態を示し、点ｔ0は前記スイッチＳＷ１をオフにした時点である。この時点ｔ0において、ケーブル絶縁体の水トリー劣化部分に蓄積された残留電荷（本残留電荷〉及び接続箱の異種絶縁体界面等の劣化に無関係な要因で蓄積された残留電荷（擬似残留電荷）がケーブル絶縁体内に残存されている。
図２の（イ）において、時点ｔOから交番電圧印加開始時ｔlまでの期間において、これらの残留電荷の一部ＱEが前記固有の時定数に基づき放出され（以下、自己放出と称する）、交番電圧の印加により残存電荷量のかなりの部分Ｑｓが強制的に加速放出されるが、一部が残され、交番電圧印加停止以後、その残された一部電荷Ｑ′Eが前記固有の時定数τＥに基づき自己放出されていく。
【００１３】
従来の残留電荷法では、残留電荷の一部ＱEが前記固有の時定数に基づき自己放出されることにより生じる電流、交番電圧の印加により残存電荷の相当部分Ｑsが強制放出されることにより生じる電流、一部の電荷Ｑ′Eが前記固有の時定数に基づき自己放出されることにより生じるる電流を、全て検出コンデンサＣdで検出し、電圧出力して表示させている。
その結果、図５で示したように、強制放出後に残った電荷（前記Ｑ′E）の時定数に基づく自己放出のために、交番電圧の印加により残存電荷の飽和終了線ｂ−ｂを認識し難くなり、また、本残留電荷が相対的に少なく交番電圧の印加により電荷量変化ΔＱが微弱なときは、更に、立上り始点ａも不明瞭になって、交番電圧Ｖacの印加にもかかわらず電荷量変化を明確に把握し難いことは、既述した通りである。
【００１４】
しかるに、本発明に係る電力ケーブルの劣化診断法では、強制放出前の残留電荷（前記ＱE）が固有の時定数に基づき自己放出されることにより生じる電流及び強制放出後の残った電荷（前記Ｑ′E）が固有の時定数に基づき自己放出されることにより生じる電流を無効検出信号として取り扱い、無効信号打消電圧源Ｖxにより打ち消している．
すなわち、図１に示す装置のスイッチＳＷ１をオフにしてケーブルの残留電荷の変化を検出する段階に切り換えるとほぼ同時にスイッチＳＷ２をオンにして、さらに抵抗Ｒｘを調整することにより無効信号打消電圧Ｖxに時定数τE≒ＣｄＲｘを与えることにより作成された打消電圧源により無効検出信号を打消し、この打消し状態のもとで交番電圧源Ｖacを作動させてケーブル絶縁体ｄに交番電圧を印加している。
【００１５】
この交番電圧の印加により、上記の残留電荷Ｑs（本残留電荷及び擬似残留電荷）が強制的に躍動されて放出が迅速化されて残留電荷の急激な変化、すなわち、大きな電流が流れるので、検出端に残留電荷の急激な変化、すなわち、その大きな電流信号が現れ、検出コンデンサＣdの出力端に交番電圧印加による残留電荷の時間的変動が出力される。
しかるに、電荷検出端には、交番電圧非印加中の固有の時定数τEに基づく残留電荷の変動が出力されないから、交番電圧印加による残留電荷の時間的変動のみを的確にかつ容易に把握できる。
【００１６】
図２の（ロ）は、本発明において検出部に表示出力される残留電荷量変化曲線Ｑs（ｔ）と、無効検出信号の打ち消しを行なわない従来法において検出部に表示出力される残留電荷量変化曲線Ｑ（ｔ）とを示しており、交番電圧非印加中の自己放出に基づく残留電荷量変化曲線、すなわち無効検出信号に基づく残留電荷量変化曲線をＱE（ｔ）とすると、
〔数１〕
Ｑ（ｔ）＝Ｑs（ｔ）＋ＱE（ｔ）
の関係にあり、交番電圧印加による強制放出に基づく電荷量変化ΔＱを、従来法の表示曲線Ｑ（ｔ）では把握し難いのに対し、本発明での表示曲線Ｑs（ｔ）によれば、明確に把握できることが理解できる。
【００１７】
上記交番電圧源Ｖacによる交番電圧の印加は、新たに残留電荷を発生させることなく、直流電圧課電により蓄積させた既存の残留電荷を強制的に躍動放出させるために行なわれ、短時間で急激に行なうことが有効であり、通常、昇降時間を２０秒以下とすることが好ましい。
【００１８】
図３（ロ）は、図３（イ）に示すよう、交番電圧Ｖacを印加したときの残留電荷の時間的変化曲線Ｑ(ｔ)の一例を示している。
この曲線Ｑ(ｔ)は、交番電圧印加による検出信号と交番電圧印加によらない検出信号（無効検出信号）とが重畳されたものであり、交番電圧印加によらない検出信号に基づく曲線をＱE（ｔ）とすると、交番電圧印加による残留電荷量の変化は、Ｑ（ｔ）−ＱE（ｔ）から算出できる。
而して、交番電圧印加によらない検出信号に基づく曲線ＱE（ｔ）は、例えば、その函数を二次函数ａｔ２＋ｂｔ＋ｃまたは〔１／（ａ′ｔ２＋ｂ′ｔ＋ｃ′）〕−１／ｃ′、或いは指数函数ａ″〔１−ｅｘｐ（−ｂ″ｔ）〕と仮定し、上記曲線Ｑ（ｔ）の３点または２点を満たすように、ａ，ｂまたはａ′，ｂ′，ｃ′、或いはａ″、ｂ″を定めることにより、または、曲線Ｑ（ｔ）の交番電圧非印加時の曲線部分を連鎖結合することにより近似的に求めることができる。
この近似函数をＱ′E（ｔ）とすれば、Ｑ（ｔ）−Ｑ′E（ｔ）を算出することにより、図３の（ロ）に示すように、交番電圧印加による残留電荷の変化Ｑ’s（ｔ）を明瞭に表示させることができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜２に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法では、強制放出され易い本残留電荷量が比較的少ないために残留電荷変化ΔＱが緩慢であったり、または、交番電圧が比較的低くその印加による強制放出に基づく残留電荷量変化ΔＱが緩慢であったりするために、図２の（ロ）に示すように、交番電圧印加前の自己放出に基づく残留電荷量変化ＱEとの境界の立上り始点が不明瞭になったり、強制放出後の自己放出に基づく残留電荷量変化Ｑ′Eのために終了飽和線が不明瞭になったりして、従来法では強制放出に基づく残留電荷量変化ΔＱを残留電荷変化曲線Ｑ（ｔ）から把握し難い場合でも、本発明では、交番電圧印加前の自己放出に基づく残留電荷量変化ＱEと強制放出後の自己放出に基づく残留電荷量変化Ｑ′Eとから成る電荷量変化曲線ＱE（ｔ）を無効電荷量変化として取り扱い、この無効電荷量変化を打ち消す操作のもとで残留電荷量変化ＱS（ｔ）を表示させているから、強制放出に基づく残留電荷量変化ΔＱを明確に把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力ケーブルの絶縁劣化診断方法に使用する診断装置の一例を示す図面である。
【図２】図１の装置を使用した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ために使用した図面である。
【図３】  電力ケーブルの絶縁劣化診断方法における残留電荷の一例を示す図面である。
【図４】残留電荷法の原理を示す図面である。
【図５】残留電荷法の理想の態様を説明するために使用した図面である。
【図６】残留電荷法の別の態様を説明するために使用した図面である。
【符合の説明】
１                      被診断ケーブル
１１，２１，２２，２３  スイッチ接点
Ｖdc                    直流電源
Ｒe                     接地抵抗
Ｃd                     コンデンサ
Ｒx                     可変抵抗
Ｖaｃ                   交番電圧源
Ｖx                     打消電圧源
Ｓ                      検出部
【図１】
0003756084.tif 000002
【図２】
0003756084.tif 000003
【図３】
0003756084.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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