(57)【要約】本発明は、電気ケーブルのケーブル状態監視のための方法に関する。本方法は、電気ケーブル内に試験電流を誘起する工程と、電気ケーブルの近接磁界を測定することによって、電気ケーブルの測定点において結果として生じた電流を測定する工程と、ケーブルの近接電界を測定することによって、電気ケーブルの測定点において結果として生じた電圧を測定する工程と、線路共振解析システムによって、結果として生じた電流および結果として生じた電圧に基づいて電気ケーブルのインピーダンスを算出する工程と、インピーダンスを線路共振解析システムによって解析して、電気ケーブルの状態を確認する工程とを含む。ケーブルへの非ガルバニック接続を提供する結合器構成も開示される。2020514697.tif 000004
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ケーブル内に試験電流を誘起する工程;
前記電気ケーブルの近接磁界を測定することによって、前記電気ケーブルの測定点において結果として生じた電流を測定する工程;および
前記ケーブルの近接電界を測定することによって、前記電気ケーブルの前記測定点において結果として生じた電圧を測定する工程;
線路共振解析システムによって、前記結果として生じた電流および前記結果として生じた電圧に基づいて前記電気ケーブルのインピーダンスを算出する工程;および
前記インピーダンスを前記線路共振解析システムによって解析して、前記電気ケーブルの状態を確認する工程
を含む、電気ケーブルのケーブル状態監視のための方法。
【請求項２】
容量センサによって前記近接電界を測定する工程を更に含む、請求項1記載の方法。
【請求項３】
誘導センサによって前記近接磁界を測定する工程を更に含む、請求項1または請求項2記載の方法。
【請求項４】
前記誘導センサを、前記電気ケーブルの前記近接電界から遮蔽する工程を更に含む、請求項3記載の方法。
【請求項５】
前記誘導センサからの出力と前記容量センサからの出力とを同期検出する工程を更に含む、請求項2〜4のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
増幅および同期検出を実行する前に、前記誘導センサからの前記出力および前記容量センサからの前記出力を、前記電気ケーブルの電力線周波数に対してフィルタリングする工程を更に含む、請求項5記載の方法。
【請求項７】
同期検出を実行する前に、前記誘導センサからの前記出力および前記容量センサからの前記出力を増幅する工程を更に含む、請求項5または請求項6記載の方法。
【請求項８】
試験電流を前記電気ケーブル内に誘起するための誘導結合器を使用する工程を更に含む、請求項1〜7のいずれか一項記載の方法。
【請求項９】
試験電流を前記電気ケーブル内に誘起するための容量結合器を使用する工程を更に含む、請求項1〜7のいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
前記誘導センサおよび前記容量センサを前記電気ケーブルにクランプする工程を更に含む、請求項2〜7のいずれか一項記載の方法。
【請求項１１】
固体センサによって前記近接磁界を測定する工程を更に含む、請求項1または請求項2記載の方法。
【請求項１２】
遠隔に配置されたセンサを使用することによって前記近接磁界を測定する工程を更に含む、請求項1〜11のいずれか一項記載の方法。
【請求項１３】
測定された前記結果として生じた電流と測定された前記結果として生じた電圧とに基づいて前記電気ケーブルの複素インピーダンスを算出する工程を更に含む、請求項1〜12のいずれか一項記載の方法。
【請求項１４】
前記電気ケーブルは、電力が供給されている（通電中の）電気ケーブルであるか、または電力が供給されていない電気ケーブルである、請求項1〜13のいずれか一項記載の方法。
【請求項１５】
電気ケーブルの状態監視のための結合器構成（20、50）であって、前記結合器構成は、電気ケーブル状態監視システムを監視対象の電気ケーブル（1）に接続するように適合されており、前記電気ケーブル状態監視システムは、前記電気ケーブル（1）のインピーダンス測定値に基づく線路共振解析システムであり、
前記結合器構成は、
前記電気ケーブルの近接磁界を測定することによって前記電気ケーブル（1）の測定点における電流を測定するための第1のセンサ（23、52）と、
前記電気ケーブルの近接電界を測定することによって前記電気ケーブル（1）の前記測定点における電圧を測定するための第2のセンサ（24、54）と
を備える、結合器構成（20、50）。
【請求項１６】
前記第1のセンサ（23、52）は誘導センサである、請求項15記載の結合器構成。
【請求項１７】
前記誘導センサは変圧器（31、33）を備える、請求項16記載の結合器構成。
【請求項１８】
前記第1のセンサは、前記電気ケーブルの前記近接電界から電気的に遮蔽されている、請求項15〜17のいずれか一項記載の結合器構成。
【請求項１９】
前記誘導センサ（23、52）は、前記誘導センサを前記電気ケーブルの前記近接電界から電気的に遮蔽する静電スクリーン（53）を備える、請求項16または17記載の結合器構成。
【請求項２０】
前記第2のセンサ（24、54）は容量センサである、請求項15〜19のいずれか一項記載の結合器構成。
【請求項２１】
前記容量センサは、局所的な部分放電を回避するように設計された、絶縁された（42）キャパシタ電極（41）を備える、請求項20記載の結合器構成。
【請求項２２】
前記絶縁された（42）キャパシタ電極（41）は、前記電気ケーブルの円周の少なくとも一部において前記電気ケーブルの絶縁体（11）と接触するように適合されている、請求項21記載の結合器構成。
【請求項２３】
前記第1のセンサ（23、52）は前記電気ケーブルから一定距離離れたところに配置されている、請求項15〜22のいずれか一項記載の結合器構成。
【請求項２４】
試験電流を前記電気ケーブル内に誘起するための信号結合器（21、51）を更に備える、請求項10〜23のいずれか一項記載の結合器構成。
【請求項２５】
前記信号結合器は誘導結合器である、請求項24記載の結合器構成。
【請求項２６】
前記信号結合器は容量結合器である、請求項24記載の結合器構成。
【請求項２７】
前記電気ケーブルにクランプされるように適合された、請求項15〜26のいずれか一項記載の結合器構成。
【請求項２８】
前記結合器構成の内側が、ケーブル絶縁体、または前記ケーブル絶縁体上の半導電層と接触するように適合されている、請求項27記載の結合器構成。
【請求項２９】
電気ケーブルからのノイズを測定するための、請求項1〜14のいずれか一項記載の方法の使用、または請求項15〜28のいずれか一項記載の結合器構成の使用。
【請求項３０】
電気ケーブルへの非ガルバニック接続を使用することによって前記電気ケーブルの近接界を検出する工程;および
前記電気ケーブルからの前記検出された近接界に基づいて前記電気ケーブルのインピーダンスを算出する工程
を含む、電気ケーブルのインピーダンスを測定するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
導入
本発明は、電気ケーブルの非ガルバニック監視のための方法および結合器構成、ならびに本発明の使用に関する。測定は、接続を外したケーブル、ならびに通電中のケーブルに対して実施できる。
【背景技術】
【０００２】
背景
電力ケーブルおよび信号ケーブルの両方の電気ケーブルは、プロセス産業における、航空宇宙産業における、ならびに陸上、海上および海中の設備におけるケーブルとして、発電、配電および伝送において使用されている。
【０００３】
電気ケーブルのケーブル絶縁は時間の経過と共に老朽化する。ケーブル絶縁の劣化率は、高温、湿気、および放射線などの過酷な環境条件によって増加する。ケーブル絶縁材料はまた、機械的影響または局所的な異常な環境条件によって局所的に劣化する場合がある。このような全体的および局所的なケーブル絶縁の劣化、更には電力線の断線が、電力用途および信号用途の両方のための、全ての種類の電気ケーブルにおいて発生する。
【０００４】
電気ケーブルにおける絶縁劣化および断線を検出および監視するための、いくつかのケーブル故障検出技術が存在する。例として、線路上に最大電圧を伴うオンラインで使用する必要がある部分放電（Partial Discharge:PD）解析、時間領域反射率測定法（Time Domain Reflectometry:TDR）、スペクトル拡散TDR（Spread Spectrum TDR:SSTDR）、導体抵抗法（Conductor Resistance:CR）、および絶縁抵抗法（Insulation Resistance:IR）がある。いくつかの方法は、伝送線路理論に基づいており、ケーブル電圧を時間の関数として測定し、入射波から、エラー地点からの反射波までの時間遅延を評価することによって、局所的なケーブル故障（全体的な劣化のアセスメントは可能ではない）の場所を特定することを試みている。
【０００５】
伝送線路理論に基づく方法の例は、米国特許第4,307,267号（特許文献1）および米国特許第4,630,228号（特許文献2）、ならびに米国特許出願公開第2004/0039976号（特許文献3）および米国特許出願公開第2005/0057259号（特許文献4）に見られる。
【０００６】
伝送線路理論に基づく他の例は、米国特許第7,966,137B2号（特許文献5）および国際公開公報第2014/065674A1号（特許文献6）に見られ、これは、電気ケーブルの状態監視およびリアルタイム診断を提供する線路共振解析（line resonance analysis:LIRA）に基づいている。
【０００７】
電気ケーブルの状態を監視するために、これらのシステムは、ケーブルの中に信号を送り、反射された信号を測定するために、電気ケーブルの自由端に接続される。LIRA法は、電気ケーブルの電圧V(d)および電気ケーブルの中に流れ込む対応する電流I(d)を測定する。ケーブル終端部から距離dで測定されたケーブルの線路インピーダンスZd（これは複素変数である）は、
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である。このインピーダンスは周波数に強く依存し、観測された共振周波数に基づいて、ケーブルの状態が解析される。
【０００８】
従来、監視は、接続を外したケーブルに対して、ケーブル終端部を介してケーブルに直接ガルバニック接続することによってのみ行われてきた。ケーブルの接続を外すことは、接続を外すことおよび接続を行うことを含む追加の作業を伴い、電力システム全体をシャットダウンすることを含み得るため望ましくない。これらの手順は費用が掛かり、かつ時間を要する。原子力発電所や配電線などの重要な用途では、システムをシャットダウンすることは望ましくないリスクを伴う場合もある。これはまた、そのような重要な電気ケーブルが、望ましいほど頻繁には状態を監視されないという影響をもたらしている。従って、多くのシステムが、ケーブルの欠陥と潜在的な重大なケーブル故障を継続的に監視する可能性により利益を得るであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第4,307,267号
【特許文献２】米国特許第4,630,228号
【特許文献３】米国特許出願公開第2004/0039976号
【特許文献４】米国特許出願公開第2005/0057259号
【特許文献５】米国特許第7,966,137B2号
【特許文献６】国際公開公報第2014/065674A1号
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、電気ケーブルの非ガルバニック監視のための方法および結合器構成を提供する。
【００１１】
本発明は、電気ケーブルのケーブル状態監視のための方法を提供し、本方法は、電気ケーブル内に試験電流を誘起する工程と、電気ケーブルの近接磁界を測定することによって、電気ケーブルの測定点において結果として生じた電流を測定する工程と、ケーブルの近接電界を測定することによって、電気ケーブルの測定点において結果として生じた電圧を測定する工程とを含む。線路共振解析システムによって、結果として生じた電流および結果として生じた電圧に基づいて電気ケーブルのインピーダンスを算出することができる。インピーダンスを線路共振解析システムによって解析して、電気ケーブルの状態を確認することができる。
【００１２】
近接電界は、容量センサによって測定されてもよい。近接磁界は、誘導センサによって測定されてもよい。誘導センサは、電気ケーブルの近接電界から遮蔽されていてもよい。遮蔽は測定の感度を増加させる。代替として、近接磁界は、固体センサを使用することによって測定されてもよい。近接磁界を測定するためのセンサは、遠隔に配置されたセンサであり得る。
【００１３】
方法は更に、誘導センサからの出力と容量センサからの出力とを同期検出する工程を含んでもよい。増幅および同期検出を実行する前に、誘導センサからの出力および容量センサからの出力を、電気ケーブルの電力線周波数に対してフィルタリングしてもよい。方法は更に、同期検出を実行する前に、誘導センサからの出力および容量センサからの出力を増幅する工程を含んでもよい。
【００１４】
方法は更に、試験電流を電気ケーブル内に誘起するための誘導結合器または容量結合器を使用する工程を含んでもよい。
【００１５】
誘導センサおよび容量センサは電気ケーブルにクランプされていてもよい。
【００１６】
電気ケーブルの状態は、結果として生じた測定された電流および結果として生じた測定された電圧に基づいて確認されてもよい。電気ケーブルの複素インピーダンスは、結果として生じた測定された電流および結果として生じた測定された電圧に基づいて算出されてもよい。
【００１７】
電気ケーブルは、電力が供給されている（通電中の）電気ケーブルであってもよく、または電力が供給されていない電気ケーブルであってもよい。
【００１８】
本発明は更に、電気ケーブルの状態監視のための結合器構成を提供し、結合器構成は、電気ケーブルの近接磁界を測定することによって電気ケーブルの測定点における電流を測定するための第1のセンサと、電気ケーブルの近接電界を測定することによって電気ケーブルの測定点における電圧を測定するための第2のセンサとを備える。
【００１９】
結合器構成は、電気ケーブル状態監視システムを監視対象の電気ケーブルに接続するように適合されており、電気ケーブル状態監視システムは、電気ケーブルのインピーダンス測定値に基づく線路共振解析システムである。
【００２０】
第1のセンサは誘導センサであってもよい。誘導センサは変圧器を備えてもよい。第1のセンサは、電気ケーブルの近接電界から電気的に遮蔽されていてもよい。誘導センサは、誘導センサを電気ケーブルの近接電界から電気的に遮蔽する静電スクリーンを備えてもよい。第2のセンサは容量センサであってもよい。容量センサは、絶縁されたキャパシタ電極を含んでいてもよい。キャパシタ電極は局所的な部分放電を回避するように設計されていてもよい。絶縁されたキャパシタ電極は、電気ケーブルの円周の少なくとも一部において電気ケーブル絶縁体と接触するように適合させてもよい。第1のセンサは、電気ケーブルから一定距離離れたところに配置されていてもよい。
【００２１】
結合器は更に、試験電流を電気ケーブル内に誘起するための信号結合器を備えてもよい。信号結合器は、誘導結合器または容量結合器であってもよい。
【００２２】
結合器構成は更に、電気ケーブルにクランプされるように適合されていてもよい。結合器構成の内側は、ケーブル絶縁体またはケーブル絶縁体上の半導電層と接触するように適合されていてもよい。
【００２３】
結合器構成は、ケーブル状態監視装置を電気ケーブルに接続するために使用してもよい。ケーブル監視装置はケーブル故障解析装置であってもよい。ケーブル監視装置は、電気ケーブルのインピーダンス測定値に基づく線路共振解析システムであってもよい。
【００２４】
上記の方法または上記の結合器構成は、電気ケーブルからのノイズを測定するために使用してもよい。
【００２５】
本発明は更に、電気ケーブルのインピーダンスを測定するための方法を提供し、本方法は、電気ケーブルへの非ガルバニック接続を使用することによって電気ケーブルの近接界を検出する工程を含む。電気ケーブルのインピーダンスは、検出された電気ケーブルの近接界に基づいて算出される。
【００２６】
本発明は、電気ケーブルの状態を監視するための方法および結合器構成を提供する。電気ケーブルのエラーおよび老朽化は、ケーブル内に誘起された試験電流によって引き起こされる近接電磁界を測定することによって監視することができる。本発明はまた、ケーブルへの非ガルバニック接続を使用して電気ケーブルの近接電磁界を検出することによって電気ケーブルのインピーダンスを測定するための方法を提供する。本方法および結合器構成により、電気ケーブル上の自由に選択された点における複素線路インピーダンスの非ガルバニック測定が可能になる。
【００２７】
上記の方法は、電流を測定するために近接磁界を使用し、線路電圧を測定するために近接電界を使用して、電気ケーブルの近接電磁界を検出することに基づいている。電界および磁界はケーブル絶縁体を通って自由に伝播するので、この方法は本質的に非ガルバニックである。測定は、接続を外した（電力が供給されていない）ケーブル、ならびに通電中のケーブルに対して実施し得る。電気ケーブルへの直接のガルバニック接続を何ら必要とすることなくケーブル状態を解析するために、結合器構成を使用してケーブル監視システムを通電中の電気ケーブルに接続することができる。結合器構成は、最大線路電力下にある電気ケーブルに設置されるように設計され得る。高電圧電力システムの場合、これは典型的には数kVおよび数百アンペアであり得る。本発明は、電力システムを停止することなく電気ケーブルを状態監視することを可能にし、最大の動作電圧および電流下にある電気ケーブルの費用効率の高い故障解析を可能にする。本発明は、LIRA（線路共振解析）方法およびシステムのより広範な使用にも適用される。
【００２８】
本方法および結合器構成は、最大電力条件下にあるケーブル上の電流ノイズおよび電圧ノイズのフルスペクトル解析を可能にするので、本発明は、通電中の電気ケーブル上での部分放電（PD）測定にも適用される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明の例示的な態様を、以下の図面を参照して説明する。
【００３０】
【図１】電気ケーブル監視用の結合器構成を示す。
【図２】誘導結合器の一態様の断面の概略図である。
【図３】容量結合器の一態様の断面の概略図である。
【図４】図4aは電気ケーブルの周りにクランプされた結合器構成の例示的な態様である。図4bは図4aの結合器構成の縦断面図である。
【図５】結合器構成の信号発生器および電流センサおよび電圧センサの電子部品の簡略化された電子ブロック図である。
【図６ａ】図6a〜6dは市販の高電圧ケーブルコネクタに接続された結合器構成の例示的な態様を示す。高電圧ケーブルコネクタの断面の概略図を示す。
【図６ｂ】図6a〜6dは市販の高電圧ケーブルコネクタに接続された結合器構成の例示的な態様を示す。センサアセンブリおよび容量注入器を有する結合器構成の態様を備えた、図6aの高電圧ケーブルコネクタの断面の概略図を示す。
【図６ｃ】図6a〜6dは市販の高電圧ケーブルコネクタに接続された結合器構成の例示的な態様を示す。図6bおよび図6dの結合器構成のセンサアセンブリを示す。
【図６ｄ】図6a〜6dは市販の高電圧ケーブルコネクタに接続された結合器構成の例示的な態様を示す。センサアセンブリおよび誘導注入器を有する結合器構成の態様を備えた、図6aの高電圧ケーブルコネクタの断面の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
詳細な説明
ここで、図面を参照して本発明を説明する。
【００３２】
図1は、電気ケーブル1（電力線または信号ケーブル）に接続された、電気ケーブル監視用の結合構成20を示す。図1の試験中の電力線1は絶縁層（図示せず）を有する。絶縁体は、半導電性の外層36（図2）を含んでもよい。ケーブル1の、存在し得る外側シースおよびケーブルスクリーン12は、結合構成20の測定領域においてケーブル絶縁体11を露出させるために取り除かれる。測定領域はケーブル上の自由に選択された点である。ケーブルスクリーン12は、電子監視システム（22、27、25）と共通のアースに接続されている。電気ケーブル1は、電力が供給されている（通電中の）電気ケーブルであってもよく、または電力が供給されていない電気ケーブルであってもよい。図1の結合構成は、信号結合器21、電流センサ23、およびケーブル電圧センサ24を備える。信号結合器21は、電気ケーブル内に試験信号を誘起するための誘導結合器または容量結合器であってもよい。試験信号は、ケーブル状態の影響下で電気ケーブルを通過する。ケーブル状態は、ケーブル上の測定点で、誘起された試験信号に起因するケーブル内の電流および電圧を測定することにより監視される。電流および電圧は、電気ケーブルの周りに近接電磁界を発生させる。電圧は近接電界を検知することにより測定され、電流は電気ケーブルの近接磁界を検知することにより測定される。ケーブル周囲の近接電磁界を測定することにより、電気ケーブルへの非ガルバニック接続が可能になる。
【００３３】
信号結合器21は電流センサ23および電圧センサ24とは別個に配置されてもよく、試験信号はケーブル上の異なる位置に誘起されてもよい。従って、信号結合器21は別個の構成要素であって、結合器構成20の一部でなくてもよい。電流センサ23は、電気ケーブルの測定点において結果として生じる電流を、ケーブルの近接磁界を測定することによって測定する誘導センサであってもよい。電気ケーブルの近接磁界はまた、固体センサによって測定されてもよい。固体センサは、典型的にはホール素子であり得る。近接磁界を測定するためのセンサは、電気ケーブルから一定距離離れたところに配置されていてもよい。測定が行われうる距離は近接磁界強度に依存する。電圧センサ24は、測定点において中心導体とスクリーンとの間の電圧を測定する容量センサであってもよい。電気ケーブル1のケーブルスクリーン12は共通接地14に接続されている。電子機器は共通接地14に接続されている。
【００３４】
特定の測定点における電気ケーブルのインピーダンスは、上述したように、電気ケーブル内に試験電流を誘起し、結果として生じた電流および結果として生じた電圧を測定点において測定することによって測定することができる。これに関連して、測定点は、ケーブル寸法およびケーブル内の送電電圧に応じて、ケーブル長に沿ってある程度の広がりを有する。結果として生じる電流および結果として生じる電圧を、それぞれ測定するためのセンサ23、24は、互いに近くに位置決めされるべきであり、それらの位置が共にケーブル上の測定点を画定する。測定点のサイズは、非常に長い高電圧ケーブルの場合の数メートルから、短い低電圧信号ケーブル用途の場合の数ミリメートルまで変化し得る。
【００３５】
電流センサ23および電圧センサ24からの信号は電子検出システムに供給される。電子検出システムは同期検出器25を含む。同期検出器25は、電流センサ信号と電圧センサ信号のそれぞれについて、信号を同相部分と直交部分に分離する。同期検出器は、信号結合器21を駆動する信号源22から、測定値に対するその周波数および位相の基準を受信する。同期検出器からの出力は更なる解析のためにコンピュータ26に送信される。コンピュータは、測定された電流信号および電圧信号に基づいて複素ケーブルインピーダンスを算出してもよい。複素ケーブルインピーダンスは、電気ケーブル1の状態を解析するために使用され得る。
【００３６】
図1に示す結合構成を使用することによって、いくつかのケーブル監視システムを通電中の電力ケーブルに接続することができる。一例は、米国特許第7,966,137B2号、および国際公開公報第2014/065674A1号に詳細に記載されているような、線路共振解析システム（LIRA）である。図1に示すように、信号源（発生器）、電流センサおよびケーブル電圧センサからの信号が同期検出器に供給され、デジタル化された後に、更なる解析のためにコンピュータに供給される。コンピュータは、米国特許第7,966,137B2号、および国際公開公報第2014/065674A1号に詳細に記載されているLIRAシステムであってもよい。本方法および結合器構成はまた、部分放電（PD）測定に基づいてケーブル状態を解析する監視システムと共に使用してもよい。
【００３７】
変圧器を備えた誘導結合器30の一態様を図2に示す。誘導結合器は、コア材料31を備えたトロイド変圧器に基づいている。コア材料31は、強磁性コア材料または空気であってもよい。トロイド変圧器は2つに分割されており、これら2つの部分は両半分であってもよい。2つの部分の間には、非磁性隔離材料で充填されたエアギャップ34が設けられている。コイル33は、2つのトロイド半体のうちの一方の周りに少なくとも部分的に巻かれている。図2では、コイルは3ターンを有するが、更なるターンまたはより少ないターンを備えてもよい。コアの材料と巻数は、結合器の設計と用途によって変化し得る。保護絶縁体32が、強磁性コア31の外側と内側の両方に設けられている。保護絶縁体32はコイル33も覆っている。誘導結合器は、電気ケーブル内に試験信号を誘起するために使用されてもよい。図2の電気ケーブル導体10は、半導電層36を更に備えたケーブル絶縁体11を備えている。
【００３８】
図2の誘導結合器はまた、電気ケーブルの周りの近接磁界を測定するためのセンサとして、従って電気ケーブル内の電流を測定するためのセンサとして使用することができる。しかし、電流を測定するためのセンサとして使用される場合、コイル33は、電気ケーブル10の近接電界から電気的に遮蔽されうる35。図2の遮蔽は静電スクリーン35によって提供されている。静電スクリーン35は、強磁性コア31の内側の保護絶縁体32の内側に設けられている。静電スクリーン35は、コイル33によって覆われる扇形領域よりも大きい扇形領域を覆っている。電気ケーブルの近接電界から誘導センサを遮蔽することによって、ケーブルの近接磁界を測定する誘導センサの感度が向上する。
【００３９】
図3は、電気ケーブル絶縁体11の近くの近接電界から線路電圧を測定するための、容量結合器40の形態の電圧センサの態様を示す。図3の態様では、容量結合器は絶縁された42キャパシタ電極43を備える。容量結合器は、電力線の円周の少なくとも一部において電気ケーブルと接触するように適合されている。キャパシタ結合器は、絶縁された半円筒形の金属板43を備える。図3の態様では、この絶縁された半円筒形の金属板は電気ケーブル絶縁体11に向かって押し付けられ、導体10に向いた容量性ピックアップを形成する。図3では、キャパシタ電極は丸みを帯びた端部を備えている。鋭いエッジを避けるこの設計は、局所的な部分放電を引き起こし得る局所的な電界集中の可能性を減らす。このような局所的な電界集中を回避するために、キャパシタ電極はまた、半導電性部品を備えてもよい。局所的な電界集中を回避することは、高電圧用途において、およびケーブルスクリーンの下側に半導電層が設けられたケーブルにとって、特に重要である。キャパシタ結合器40は絶縁部41を備え、電子機器ボックス57も含む絶縁ハウジング内に配置されている。可撓性導体44が、半円筒形金属板を電子機器ボックス57内の電子検出システムの入力フィルタに接続している。
【００４０】
結合器構成の一態様を図4a〜図4bに示す。図4aに示すように、結合器構成50はケーブル絶縁体11の外側で電気ケーブル1の周りにクランプされている。電気ケーブル1は、ケーブルスクリーン12および外側シース13を備えたケーブル絶縁体11を有し、ケーブルスクリーンおよび外側シースは、結合器構成を電気ケーブルの周りにクランプする前に取り除かれる。図4bでは、説明のために、取り除かれたケーブルスクリーン部分を、曲がって離れた状態で示している。図4aの結合器構成50の誘導センサ52、容量センサ54および誘導注入器51の主要構成要素のみを示す断面図を図4bに示す。図4bから分かるように、誘導結合器51（誘導注入器）は、ケーブルを流れる電流を測定するための誘導性ピックアップ（センサ）52、および電気ケーブル絶縁体の近くの磁界から線路電圧を測定するための容量性ピックアップ（センサ）54から、一定距離離れたところに配置されている。試験信号をケーブルの中に注入するための誘導結合器51は、上で説明したように、ケーブル上の測定点以外の位置で試験信号をケーブルの中に注入してもよく、結合器構成とは別個の構成要素であってもよい。
【００４１】
図4a〜図4bの結合器構成における誘導性ピックアップ装置は、図2について上述したような誘導結合器の原理に基づいており、容量性ピックアップ装置は図3の容量結合器の原理に基づいている。図4bの誘導性ピックアップ装置は、接地された静電スクリーン53を用いてケーブルから電気的に遮蔽されている。誘導センサはケーブルの近接磁界を測定し、接地された静電スクリーン53の使用は近接電界に関連するエラー信号を減少させる。信号フィルタリングおよび/または信号調整のための電子検出システムは電子機器ボックス57の内部に設けられている。誘導センサ52および容量センサ54は、センサハウジングの内部に配置されている。誘導注入器51は、注入器ハウジングの内部に配置されている。図4bの結合器構成は絶縁され、高電圧システムに適合されており、誘導信号注入器、誘導センサおよび容量センサは全て、ケーブル上に最大電力があっても動作し得る。
【００４２】
図4bの結合器構成50は、ケーブル絶縁体と密接に接触して電気ケーブル絶縁体の周りにクランプされている。結合器構成がケーブル絶縁体の周りに強固にクランプされているので、それによって、ケーブルの幾何学的形状の観点で、誘導センサと容量センサの両方に対して安定した幾何学的形状が実現される。安定した形状が、測定安定性を改善し、測定感度を向上させた。保護絶縁体（58）が結合器構成の内部に設けられている。近接界からの適切な信号強度を実現するためにセンサが電気ケーブルに十分に近いことを保証するため、ケーブル寸法ならびに測定される近接電界および近接磁界の大きさに応じて、絶縁体の厚さを調整してもよい。安定した幾何学的形状はまた、電流センサおよび電圧センサがケーブルから一定距離離れたところに配置される用途においても実現され得る。
【００４３】
結合器構成の電子検出システムのブロック図の一態様を図5に示す。電力増幅器63を有する発振器62が信号結合器21を駆動して、試験信号を電気ケーブル内に誘起する。発振器周波数、よって試験信号の周波数を広範囲にわたって変化させてもよい。試験信号の周波数または周波数範囲は、監視目的および長さなどのケーブル特性に適合されている。発振器周波数は、外部コンピュータ、アナライザまたはコントローラによって制御され、信号周波数コマンド72を介して発振器62に入力されてもよい。電流センサからの信号は、電力線周波数に対してフィルタリングされ64、増幅され27、同期検出器25に供給される。それに対応して、電圧センサからの信号もまた、得られた信号が同期検出される前に、フィルタリングされ64、増幅される27。電力線周波数は通常、50または60Hzである。電流センサおよび電圧センサからの信号を検出するための基準周波数65は、90°のオフセットを有する正弦波または方形波の形の同相（I）および直交（Q）信号として発振器62から来る。センサ23、24からの信号66、67と、同相（I）および直交（Q）基準信号65とは、対応する乗算器（X）68で乗算される。センサからの信号66、67と同相（I）および直交（Q）基準信号との乗算積（X）は、試験信号の全信号周期に等しい積分時間Tを用いて、対応する積分器（Int）70で積分される。上述した同期検出は、アナログ構成要素によって、または信号プロセッサ内でデジタル的に実行することができる。最後に、積分器70からの同相および直交測定信号出力71は、更なる解析のためにコンピュータ26に送信される73。コンピュータはまた、例えば、アナライザ、ケーブル監視システム（例えばLIRAシステム、または部分放電（PD）信号アナライザであってもよい。
【００４４】
監視システムがLIRAシステムである場合、同期検出器25から出力された同相および直交信号は、米国特許第7,966,137B2号、および国際公開公報第2014/065674A1号で論じられているように、線路インピーダンスの算出およびエラー解析のためにコンピュータ26に送られる。
【００４５】
電気ケーブルのケーブル状態監視のための方法は、市販の高電圧ケーブルコネクタに接続された結合器構成によっても実現され得る。図6a〜図6dは市販の高電圧ケーブルコネクタに接続された結合器構成の例示的な態様を示す。
【００４６】
図6aは、電気ケーブル1に接続された高電圧ケーブルコネクタ80の断面の概略図を示す。高電圧ケーブルコネクタは、電気ケーブル終端部上に配置されるように適合された雄型部分を有する接続構造91を有する。高電圧ケーブルコネクタは、接続領域81と、接続された該構造の雄型部分を電気ケーブル終端部上の所定位置に保持するボルト82とを有する。結合器構成の注入キャパシタを接続するのに適した高電圧ケーブルコネクタ80上の領域は、パッカー87および固定蓋86で封止されている。接続構造91は、電気ケーブル導体端部に適用される圧着端子88を備える。電気ケーブル隔離体11は、圧着コネクタ88の直後から始まる。追加の絶縁体スリーブ89が電気ケーブル隔離体11の外側に設けられている。高電圧ケーブルコネクタ80は、接続構造91の外側にあって、更に追加の絶縁体スリーブ89の外側にわたって延びるコネクタハウジング92を有する。コネクタハウジング92は、内側半導電層83と、それに続く絶縁層84および外側半導電層85とを有する。内側半導電層83は、電気ケーブル終端部上に配置されたときに、追加の絶縁体スリーブ89を部分的に覆う。従って、絶縁層84もまた、図6aに示すように、追加の絶縁体スリーブ89の一部に対して露出している。外側半導電層85はケーブル90でシステム接地69に接続されている。ケーブル遮蔽93は折り返されシステム接地69に接続されている。高電圧ケーブルコネクタ80は電気ケーブル終端部に強固に接続されて、ボルト82と電気ケーブル導体との間の良好な電気的接触、およびコネクタハウジング92と、追加のケーブル絶縁体スリーブ89と、内側ケーブルスクリーン12との間の密接な嵌合を確実にしている。
【００４７】
センサアセンブリと、高電圧ケーブルコネクタ80に接続された容量注入器101とを有する結合器構成の態様を図6bに示す。固定蓋86およびパッカー87が取り外され、注入キャパシタが挿入されボルト82と密着している。注入キャパシタは高電圧キャパシタを備え、安全装置および周波数整形回路を含んでいてもよい。センサアセンブリ100は、コネクタハウジング92の周りに密着して、またはその周りに部分的に密着して嵌合している。図6cは、センサアセンブリ100を断面図で示す。センサアセンブリ100は容量センサプレート102およびピックアップコイル105を備え、これらは両方とも電子機器103に接続されている。ピックアップコイル105は、図6cの態様ではロゴスキーコイルであるが、他のピックアップコイルも使用することができる。電子機器103は、上述した通りであり、図5に示す通りであり得る。容量センサプレート102は円筒形であり、追加の絶縁体スリーブ89の上方のコネクタハウジング92の周囲の少なくとも一部を覆っている。容量センサプレート102は、外側半導電層85と電気的に接触している。センサアセンブリ100の上部および底部の隔離リング106は、接地されたセンサアセンブリハウジング104を外側半導電層85から隔離する。
【００４８】
センサアセンブリ100と、高電圧ケーブルコネクタ80に接続された誘導注入器とを有する結合器構成の態様を図6dに示す。センサアセンブリ100は、図6bおよび図6cに関して上述した通りである。基準信号を電気ケーブルの中に注入するための注入器は、図6dの態様では注入コイル108である。注入器は、コネクタハウジング92の周りに少なくとも部分的に配置されている。図6dでは、注入器は圧着端子88を備えた領域の一部にわたって配置されているが、試験信号が電気ケーブルの中に注入され得る限り他の位置も可能である。
【００４９】
結合器構成は、ケーブルを介して外部から電力供給してもよく、または代替として内蔵電池を用いて電力供給してもよい。システムが測定を行っていない期間に、信号結合器21を使用して内蔵電池をケーブルの磁界から充電することができる。コンピュータとの通信は、電気ケーブル、光ファイバケーブルを使用して、またはデジタル無線通信として行うことができる。光ファイバケーブルまたはデジタル無線通信の使用により、コンピュータおよび信号電子機器の安全性が向上し、電力線ノイズが減少する。
【００５０】
本発明の好ましい態様を説明してきたが、この概念を組み込んだ他の態様を使用してもよいことが当業者には明らかであろう。上述の本発明のこれらおよび他の例は、例としてのみ意図しており、本発明の実際の範囲は、添付の特許請求の範囲から決定されるべきである。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【国際調査報告】
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