JP2008191113A

JP2008191113A - ケーブル終端部の部分放電検出装置

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Publication number: JP2008191113A
Application number: JP2007028591A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Imai; 友章今井; Noriyuki Akiyama; 則行秋山
Original assignee: J Power Systems Corp
Current assignee: J Power Systems Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】閉ループを大きくすることなく、簡易及び高感度に部分放電電流の検出が行えるようにしたケーブル終端部の部分放電検出装置を提供する。
【解決手段】電力ケーブル線路の終端部のケーブル終端部３に設けられたアレスターバー７Ａに部分放電検出用ＣＴ４１を取り付け、この部分放電検出用ＣＴ４１によりアレスター６に流れる部分放電電流を検出する。部分放電検出用ＣＴ４１で検出されたパルス電流（部分放電電流）は、電流／電圧変換器４２で電圧に変換された後、予め定めた周波数域を有する同調増幅器４３で増幅され、その増幅出力がオシロスコープ４４でモニタされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力ケーブル線路の終端部からの部分放電(ＰＤ:Partial Discharge)を検出するケーブル終端部の部分放電検出装置に関するものである。

電力ケーブルおよびその接続部等のケーブル線路の健全性を確認する方法として、線路に所定の電圧を印加し、このときに発生する部分放電を電気的に測定して検出する方法がある。この確認方法は、ケーブル線路の絶縁破壊の前駆現象である部分放電を検出するものであるため、ケーブル線路を破壊することなくその欠陥の有無を検出できる利点がある。

部分放電の検出方法として、絶縁接続部の防食ビニルシースの表面に一対の金属箔電極を貼り、これら金属箔電極に検出インピーダンスを介して部分放電測定器を接続する部分放電測定装置が知られている（例えば、非特許文献１）。

また、金属箔電極を用いない部分放電検出装置として、三相交流ケーブルの接地線にＣＴ（変流器）を挿入し、ＣＴによって検出された電流信号に対して部分放電電流の周波数成分を抽出することにより部分放電を判定する部分放電検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。

更に、ケーブル遮蔽線にＣＴを挿入して部分放電電流を検出して増幅し、その出力信号を観測する活線化部分放電検出装置も知られている（例えば、非特許文献２参照）。
「日立電線」Ｎｏ．１６（１９９７−１）４２ｐ特開２００４−３４７４２４号公報「フジクラ技報」第１０６号、２００４年４月、３９〜４２ｐ

しかし、非特許文献１に記載される従来の部分放電検出装置によると、複雑な構成の金属箔電極を絶縁接続部に取り付ける必要があるため、多大な作業人員及び時間を要し、測定コストが高くなるという不都合がある。

また、特許文献１および非特許文献２に記載される従来の部分放電検出装置によると、部分放電に伴うパルス電流を接地線やケーブル遮蔽線に設けられたＣＴを介して検出する場合、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）等のケーブル接続機器の金属架台を介してケーブル接続機器の主絶縁による静電容量に流れる経路の閉ループが形成される。この閉ループは、非特許文献１に示される箔電極法に比べて桁違いに大きくなるため、箔電極法に比べて信号の減衰が大きくなると共に、外来ノイズも大きくなるため、高感度検出が期待できない。

通常、ケーブル終端部は変電所にあるが、変電所が屋外にある場合、気中終端部からの気中コロナが発生している場合が多い。このため、閉ループが大きくなると、気中コロナに伴うパルス性電磁波を検出し易くなり、その対策に多大な労力を要する。更に、部分放電の検出は、信号減衰を少なくするために検出周波数を低くする必要があるが、閉ループが大きいとノイズレベルが高くなり、十分な検出感度が得られない。

従って、本発明の目的は、閉ループを大きくすることなく、簡易及び高感度に部分放電電流の検出が行えるようにしたケーブル終端部の部分放電検出装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、電力ケーブル線路のケーブル終端部に設けられた異常電圧保護部に流れる部分放電電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部から出力される前記部分放電電流に基づいて部分放電を検出する部分放電検出部とを有する部分放電検出装置を提供する。

本発明によれば、閉ループを大きくすることなく、ケーブル終端部における部分放電を簡易及び高感度で検出することができる。

［実施の形態］
（部分放電検出システムの構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る部分放電検出システムを示す接続図である。

部分放電検出システム１００は、ケーブルに接続される機器１と、母線等の電力ケーブル２と、ケーブルに接続される機器１と電力ケーブル２とを接続するケーブル終端部３と、ケーブル終端部３に接続された部分放電検出部４とを備えて構成されている。

本実施の形態において、ケーブルに接続される機器１はＧＩＳであり、金属架台５に設置されており、ブッシング１１、コロナシールドリング１２、高圧導体１３等を備えている。

電力ケーブル２は、例えば、ＣＶケーブル（架橋ポリエチレン絶縁・ポリ塩化ビニルシースケーブル）である。

ケーブル終端部３は、保護銅管３１Ａ，３１Ｂと、保護銅管３１Ａ，３１Ｂを仕切るように配設されたシース絶縁筒３２を備えて構成されている。また、保護銅管３１Ｂとグランド間には、接地線３３が接続されている。

保護銅管３１Ａと保護銅管３１Ｂの間には、異常電圧保護部としてのアレスター６がアレスターバー７Ａ，７Ｂを介して接続されている。なお、アレスターバー７Ａ，７Ｂは、これらに代えて、リード線を用いることもできる。また、電力ケーブル線路によってはアレスター６を用いずに、シース絶縁筒３２の両端を短絡バーで接続する場合もある。

アレスター６は、許容範囲の電圧が印加されているときは絶縁体として、許容範囲を超えた電圧が印加されているときは導電体になる異常電圧保護部であり、例えば、酸化亜鉛素子を用いることができる。

（部分放電検出部の構成）
部分放電検出部４は、電流検出部として設けられてアレスターバー７Ａ、若しくは短絡バーに挿入された部分放電検出用ＣＴ４１で検出した電流を電圧に変換する電流／電圧変換器４２と、電流／電圧変換器４２から出力される信号を増幅する同調増幅器４３と、同調増幅器４３に接続されて波形観測を行うオシロスコープ４４と、ケーブル終端部３に注入する校正パルスを発振する校正パルス発振器４５とを備えて構成されている。

同調増幅器４３は、アレスター６の静電容量、ケーブルに接続される機器１及び電力ケーブル２の静電容量、アレスターバー７Ａ，７Ｂ等のインダクタンスを含む要素により決定される共振周波数と同じ周波数帯域を有する回路構成となっている。

また、同調増幅器４３は、同調周波数を可変できる構成を有する場合、シース絶縁筒３２の両端に校正パルス発振器４５から校正パルスを注入した時のスペクトル（Ｓ）と、校正パルス未注入時のノイズスペクトル（Ｎ）の比Ｓ／Ｎが最大になるように同調周波数を設定する。

（部分放電検出システムの動作）
次に、図１を参照して、部分放電検出システムの動作を説明する。ケーブル終端部３が介在する系統に部分放電が発生しているとき、部分放電に伴うパルス電圧は、シース絶縁筒３２の両端に発生し、アレスターバー７Ａ，７Ｂを介してアレスター６にパルス電流が流れる。このパルス電流は、部分放電検出用ＣＴ４１で検出される。

部分放電検出用ＣＴ４１で検出したパルス電流は、電流／電圧変換器４２で電圧に変換された後、同調増幅器４３に印加される。同調増幅器４３は、電流／電圧変換器４２から出力される信号に対し、予め設定した周波数帯域の信号を増幅する。

また、放電電荷量の校正を行う場合には、シース絶縁筒３２の両端に校正パルス発振器４５を接続する。この時、アレスターバー７Ａ，７Ｂを介してアレスター６に校正パルス電荷量相当のパルス電流が流れ、部分放電検出用ＣＴ４１で検出される。このようにして放電電荷量と検出パルス電流値の関係を予め求めることにより、試料に電圧が印加されたときに発生する部分放電の電荷量を求めることができる。

同調増幅器４３で増幅された信号は、オペレータによってオシロスコープ４４でモニタされ、その観測波形等から部分放電であるか否かの判断がなされる。また、必要に応じて、図示しないデータレコーダ等により部分放電の検出結果が記録される。

（部分放電検出システムの等価回路）
図２は、図１の部分放電検出システム１００の等価回路である。
図２に示すように、等価回路は、保護銅管３１Ａと保護銅管３１Ｂの間にアレスター６の静電容量Ｃｃとアレスターバー７Ａ，７ＢのインダクタンスＬ_０が直列接続され、電力ケーブル２の導体（図示せず）、高圧導体１３及びケーブル終端部３内の導体（図示せず）を総称した導体８と保護銅管３１Ａの間に機器主絶縁の静電容量Ｃｋが接続され、導体８と保護銅管３１Ｂとの間に電力ケーブル２の絶縁部の静電容量Ｃａが接続された構成になっている。

静電容量Ｃａは、電力ケーブル２における正常部（水トリー等の欠陥が生じていない部分）の静電容量Ｃｂと、部分放電が生じている欠陥部の静電容量Ｃｇとを直列接続して表されるケーブル絶縁部の容量である。

アレスター６は、コンデンサの作用をし、また、アレスターバー７Ａ，７ＢはインダクタンスＬ_０の作用をするため、ある周波数において直列共振し、部分放電測定回路のインピーダンスが最小になり、アレスター６に流れる電流は最大になり、検出感度が上がる。そこで、本実施の形態では、アレスター６に流れる電流を部分放電検出用ＣＴ４１で検出している。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）アレスター６に流れる部分放電電流を部分放電検出用ＣＴ４１で検出することにより、部分放電信号の通る閉ループが小さくなってＳ／Ｎ比が向上し、部分放電信号の信号レベルの低下を最小限にすることができる。

部分放電信号の検出感度を高めるには、Ｓ／Ｎ比を大きくする必要があるが、通常、部分放電信号（Ｓ）は、検出回路中の静電容量やインダクタンスを通過する際の損失や分圧、分流により低下する。しかし、本実施の形態によれば、金属架台５及び接地線３３を測定経路としないので、部分放電信号が通る閉ループを小さくでき、その結果、Ｓ／Ｎ比が向上する。

（２）金属箔電極を用いないため、そのための取り付け作業を省略化でき、従来の金属箔電極を用いた検出法に比べて作業人員及び作業時間の縮小が可能になる。

（３）ケーブル終端部３における静電容量と、アレスター６及びアレスターバー７Ａ，７Ｂにおけるインダクタンスとの共振現象を利用しているため、閉ループ中の静電容量及びインダクタンスによるインピーダンスが相殺されることにより、部分放電信号の低下を防止することができる。

（４）部分放電検出用ＣＴ４１で検出した部分放電信号を同調増幅器４３で増幅する構成としたため、アレスター６及びアレスターバー７Ａ，７Ｂによって生じる部分放電電流のロスを低減することができる。

［比較例］
図３は、比較例による部分放電検出システムを示す接続図である。この比較例では、図１に示した本発明の実施の形態の構成からアレスター６及びアレスターバー７Ａ，７Ｂを除去し、保護銅管３１Ｂと接地間に接続された接地線３３に部分放電検出用ＣＴ４１を挿入している。

部分放電検出用ＣＴ４１には増幅器９が接続され、この増幅器９にオシロスコープ４４が接続されている。

比較例の部分放電検出システムにおいて、ケーブル終端部３が介在する系統に部分放電が発生しているとき、接地線３３には部分放電に伴うパルス電流が流れる。このパルス電流は、部分放電検出用ＣＴ４１で検出される。

部分放電検出用ＣＴ４１で検出したパルス電流は、増幅器９で増幅された後、オシロスコープ４４でモニタされ、その観測波形等から部分放電であるか否かの判断がオペレータによって行われる。

（部分放電検出システムの等価回路）
図４は、比較例の等価回路である。
図４に示すように、等価回路は、保護銅管３１Ａと保護銅管３１Ｂの間に金属架台５のインダクタンスＬ_１、部分放電検出用ＣＴ４１及び接地線３３のインダクタンスＬ_２が直列接続され、電力ケーブル２の導体（図示せず）と高圧導体１３を接続しているケーブル終端部３内の導体８と保護銅管３１Ａの間に機器主絶縁の静電容量Ｃｋが接続され、導体８と保護銅管３１Ｂとの間に電力ケーブル２の絶縁部の静電容量Ｃａが接続された構成になっている。

図４の等価回路は、図２の等価回路と比べて明らかなように、保護銅管３１Ａ，３１Ｂから部分放電検出用ＣＴ４１側の経路には、金属架台５のインダクタンスＬ_１と接地線３３のインダクタンスＬ_２が存在するが、静電容量は含んでいない。

このため、部分放電に伴うパルス電流（部分放電電流）は、接地線３３から金属架台５を介してケーブル接続機器の主絶縁による静電容量Ｃｋに流れ、本発明の実施の形態及び箔電極法に比べてインダクタンスＬ_１，Ｌ_２に起因する信号減衰が大きくなると共に、金属架台５及び接地線３３を経由するループをとるために外来ノイズが大きくなる。

次に、実施例について説明する。
図５は、図２の等価回路が成立するようにした模擬欠陥入りプレハブ型ケーブル終端部からの部分放電の測定結果を示す特性図である。グラフの縦軸は検出パルス電流値を、「放電電荷量の校正曲線」を元に、放電電荷量に換算した値を示す。

グラフの横軸は時間軸である。ここでは、課電圧位相に同期させて表示しているため、横軸はそのまま課電圧位相情報として読むことができる。

グラフ上のプロットは、部分放電に伴いパルス波形のピーク値を示している。このため、このグラフの記録期間中に発生したパルス数は、このプロット数と同じとなる。

ここで、同調増幅器４３は、Ｓ／Ｎ比が最も高くなる３０ＭＨｚを同調周波数とした。また、下記の条件により実施した。
測定時間：１分
測定周波数：３０．０ＭＨｚ

その結果、パルス数３９６（発）、発生頻度６．６１（発／秒）、最大値２７．０（ｐＣ）、平均値４．６（ｐＣ）、最大平均値９．３（ｐＣ）となり、模擬欠陥から部分放電が発生していることが確かめられた。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、各実施の形態間の構成要素の組み合わせは任意に行うことができる。

例えば、部分放電検出に際し、同調増幅器４３の同調周波数を、シース絶縁筒３２による静電容量と、その両端を短絡する短絡バーのインダクタンスによって定まる並列共振周波数にする構成も可能である。このような構成により、部分放電の検出感度を上げることができる。

また、上記実施の形態において、シース絶縁筒３２（またはアレスター６）の静電容量と短絡バー（またはアレスターバー７Ａ，７Ｂ）のインダクタンスによる共振周波数に同調増幅器４３の同調周波数を合わせることにより、非共振周波数の信号レベルを低減できることから、その後段にある同調増幅器４３を省略することもでき、測定システムを安価にすることができる。あるいは、同調増幅器４３をＲＦ（高周波）増幅器に変更することによっても、安価な測定システムを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る部分放電検出システムを示す接続図である。図１の部分放電検出システムの等価回路である。比較例による部分放電検出システムを示す接続図である。比較例の等価回路である。図２の等価回路が成立するようにした模擬欠陥入りプレハブ型ケーブル終端部からの部分放電の測定結果を示す特性図である。

符号の説明

１機器
２電力ケーブル
３ケーブル終端部
４部分放電検出部
５金属架台
６アレスター
７Ａ，７Ｂアレスターバー
８導体
９増幅器
１１ブッシング
１２コロナシールドリング
１３高圧導体
３１Ａ，３１Ｂ保護銅管
３２シース絶縁筒
３３接地線
４１部分放電検出用ＣＴ
４２電流／電圧変換器
４３同調増幅器
４４オシロスコープ
４５校正パルス発振器
１００部分放電検出システム
Ｃａ，Ｃｃ，Ｃｋ，Ｃｇ静電容量
Ｌ_０，Ｌ_１，Ｌ_２インダクタンス

Claims

電力ケーブル線路のケーブル終端部に設けられた異常電圧保護部に流れる部分放電電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部から出力される前記部分放電電流に基づいて部分放電を検出する部分放電検出部とを有することを特徴とするケーブル終端部の部分放電検出装置。
前記電流検出部は、アレスターバー、短絡バーまたは前記アレスターを接続するリード線に取り付けられている変流器であることを特徴とする請求項１に記載のケーブル終端部の部分放電検出装置。
前記部分放電検出部は、前記異常電圧保護部としてのアレスターの静電容量及び前記アレスターの接続部材のインダクタンスを含む要素により決定される共振周波数と同じ周波数帯域を有する増幅器を通して前記電流検出部で検出した部分放電電流を増幅することを特徴とする請求項１に記載のケーブル終端部の部分放電検出装置。