水トリー劣化診断方法
【課題】商用運転中におけるケーブルの損失電流の測定が間便に行えると共に、外部ノイズの影響を低減して診断精度を向上させることが可能な水トリー劣化診断方法を提供する。
【解決手段】ＣＶケーブル等の試料２０に検出抵抗４１を直列接続して商用電源線３０から課電し、この課電により検出抵抗４１に流れる電流で検出抵抗４１の両端に電圧降下を生じさせ、この電圧を増幅器４３で増幅する。更に、商用電源線３０から計器用変圧器５０により課電圧位相情報を取得し、これを微分器６０により微分して変位電流成分除去用信号を生成し、この変位電流成分除去用信号をキャンセル抵抗７２によりレベル調整した電圧を増幅器４３からの検出信号と共に増幅器７３に入力する。増幅器７３は、変位電流成分除去用信号を検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流を出力する。
【解決手段】ＣＶケーブル等の試料２０に検出抵抗４１を直列接続して商用電源線３０から課電し、この課電により検出抵抗４１に流れる電流で検出抵抗４１の両端に電圧降下を生じさせ、この電圧を増幅器４３で増幅する。更に、商用電源線３０から計器用変圧器５０により課電圧位相情報を取得し、これを微分器６０により微分して変位電流成分除去用信号を生成し、この変位電流成分除去用信号をキャンセル抵抗７２によりレベル調整した電圧を増幅器４３からの検出信号と共に増幅器７３に入力する。増幅器７３は、変位電流成分除去用信号を検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶケーブル等の試料の水トリー劣化を電気的に診断する水トリー劣化診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な電力ケーブルである架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル（以下、ＣＶケーブルという）の主な劣化形態は、水トリー（ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅ）劣化である。この水トリー劣化は、ＣＶケーブル絶縁体中に存在する水分と電界の作用により発生する絶縁体中の変質であり、この変質が時間の経過と共に増大することにより、ＣＶケーブルの絶縁性能を低下させて絶縁破壊に至る場合がある。この水トリー劣化を診断するための劣化診断技術が検討されている。
【０００３】
例えば、高電圧を発生する変圧器と試料（測定対象）であるＣＶケーブルとの間に変流器を接続し、更に、標準コンデンサを変流器の変圧器側に接続し、変圧器からＣＶケーブルに高電圧の交流電圧を印加して、標準コンデンサに流れる電流と、ＣＶケーブルに接続された変流器により検出されたケーブル絶縁体中を流れる電流とを、損失電流測定ブリッジに入力して検出電流中の変位電流成分（容量性電流成分）を除去して損失電流成分のみを抽出し、更に、その損失電流中に含まれる第３高調波成分に基づいてＣＶケーブルの劣化を診断する劣化診断方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された従来の損失電流測定方法では、高電圧側に設けた変流器はリアクトルを応用しているため、ＣＶケーブル等の試料の静電容量やその他の浮遊容量との組み合わせにより、ＣＶケーブル、変流器を含む検出回路が共振現象を起こし、検出信号の周波数特性が変化して波形歪みを生じる。このため、劣化信号の波形解析に誤差が生じる。更に、静電容量がＣＶケーブルの試料毎に変化、すなわち試料毎に共振周波数が変化するため、測定条件が試料毎に変わるという問題もある。
【０００５】
このＣＶケーブル等の試料の静電容量やその他の浮遊容量に左右されない従来の劣化診断方法として、例えば、２チャンネル信号発信器を用い、この２チャンネル信号発信器の出力端に試料の芯線を接続すると共に遮蔽層等の外側導電部と接地間に検出抵抗を接続して試料に電流を流し、更に、２チャンネル信号発信器で作った変位電流と逆位相の信号を試料電流に加算（合成）処理して、試料に流れる電流から変位電流成分を打消すことにより損失電流を検出する損失電流測定装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３５４０９３号公報
【非特許文献１】平成１７年電気学会全国大会２−Ｓ１０（１７〜２０頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記非特許文献１に記載された従来の損失電流測定装置によると、損失電流の測定時に、測定対象のケーブルの商用運転を停止して試料に検出器を接続する必要があるため、商用運転中（活線中）における測定は行えなかった。このため、ケーブルの劣化が判定された場合、診断精度の高い耐電圧法等による測定を改めて実施する必要があり、ケーブルに対して２回の停電作業が必要であった。また、損失電流を測定しているときに侵入する外部ノイズに対して対策を行おうとすると、多大な労力を費やす必要があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、商用運転中におけるケーブルの損失電流の測定が簡便に行えると共に、外部ノイズの影響を低減して診断精度を向上させることが可能な水トリー劣化診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、前記商用電源から取得した課電圧位相情報を微分して変位電流成分除去用信号を生成し、前記変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定することを特徴とする水トリー劣化診断方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するため、測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、前記商用電源から取得した課電圧位相情報に基づいて生成（例えば微分処理）した変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定し、前記損失電流または前記高調波電流と前記測定対象物の静電容量の比が、設定値を超えたときに前記測定対象物に欠陥有りと判定することを特徴とする水トリー劣化診断方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するため、測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、前記商用電源から取得した課電圧位相情報に基づいて生成（例えば微分処理）した変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定し、前記損失電流または前記高調波電流と前記測定対象物の静電容量とを定期的に測定して経時変化を監視し、前記損失電流または前記高調波電流の増加傾向及び前記静電容量の増加傾向に基づいて水トリー劣化の状態を判定することを特徴とする水トリー劣化診断方法を提供することにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水トリー劣化診断方法によれば、商用運転中におけるケーブルの損失電流の測定が簡便に行えると共に、外部ノイズの影響を低減して診断精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を説明する前に、ケーブル線路のトレンド監視の有効性について説明する。図１は、トレンド監視の有効性の検証に用いた損失電流測定システムの構成を示す。この損失電流測定システム１００は、２種類の電圧ｖ１，ｖ２を発生する２チャンネル信号発信器１と、２チャンネル信号発信器１に一次巻線２ａが接続された課電トランス２と、課電トランス２の二次巻線２ｂの高電位端に接続された第１の測定電極３と、ＣＶケーブル等の測定対象物としての試料２０を挟んで第１の測定電極３に対向配置された第２の測定電極４と、第２の測定電極４と接地間に接続された検出抵抗（ｒｄ）５と、検出抵抗５の両端に一対の入力端が接続された増幅器６と、増幅器６の出力端と接地間に接続された抵抗７と、２チャンネル信号発信器１から出力される電圧ｖ２を増幅する増幅器８と、増幅器８の出力端子と増幅器６の出力端子との間に接続されたキャンセル抵抗（可変抵抗）９と、抵抗７の出力端の波形を観測するオシロスコープ１０と、抵抗７の端子電圧を電子データにして記録するデータレコーダ１１と、抵抗７の端子電圧を高速フーリエ変換するＦＦＴ処理装置１２とを備えて構成されている。
【００１３】
２チャンネル信号発信器１は、信号源であり、変位電流除去用の電圧ｖ２（−ｃｏｓθ）と、課電トランス２に印加する課電用の電圧ｖ１（ｓｉｎθ）との２チャンネルの信号を、同期をとりながら出力する構成を有する。
【００１４】
増幅器６は、検出抵抗５の両端に生じた電圧を入力信号とし、この入力信号を所定のレベルに差動増幅して出力する差動増幅器である。なお、増幅器６は、外部ノイズの侵入を防止するため、検出抵抗５とともに、できるだけ試料２０に近い場所に設置するのが好ましい。
【００１５】
（トレンド監視の有効性の検証）
図１の損失電流測定システム１００において、試料２０の損失電流を測定する場合、試料２０を第２の測定電極４の上面に設置し、二次巻線２ｂに接続済みの第１の測定電極３を試料２０の上面に設置する。
【００１６】
次に、２チャンネル信号発信器１から課電トランス２の一次巻線２ａにｓｉｎθの電圧ｖ１を課電用として印加し、二次巻線２ｂに巻線比に応じた高電圧を発生させる。同時に、増幅器８に変位電流除去用の電圧ｖ２（−ｃｏｓθ）を印加する。
【００１７】
課電トランス２の二次巻線２ｂに発生した高圧交流電圧は、第１の測定電極３と接地間に印加される。この印加電圧により、試料２０の劣化状態に応じた電流ｉが、第１の測定電極３、試料２０、第２の測定電極４及び検出抵抗５を経由して流れ、検出抵抗５に電圧降下が生じる。検出抵抗５に流れる電流ｉは、試料２０の静電容量に流れる変位電流と、試料２０の抵抗に流れる損失電流とが合成されたものである。ここで、損失電流は、課電電圧と同位相の基本周波数電流波形である。従って、損失電流を測定するためには、この検出抵抗５を流れる電流ｉから変位電流を差し引けばよい。
【００１８】
そこで、２チャンネル信号発信器１により、変位電流成分除去用の電圧ｖ２を、キャンセル抵抗９を介して抵抗７に印加し、増幅器６から出力される試料２０の変位電流成分を変位電流成分除去用の電圧ｖ２をキャンセル抵抗９で調整した電圧によりキャンセルする。
【００１９】
課電トランス２による課電圧を正弦波と見たとき、試料２０の静電容量に流れる変位電流は、余弦波（単に電圧波形の９０°進み位相＝ｃｏｓθ）で表現される。このため、余弦波に相当するキャンセル信号Ｓｃのレベルを変えて、検出抵抗５の電流から差し引けばよい。このとき、抵抗７に印加するキャンセル信号Ｓｃのレベル調整は、「検出抵抗電流−変位電流」波形の位相が課電圧波形に一致するようにする。この調整により得られた差分波形が、損失電流波形になる。
【００２０】
試料２０の静電容量を流れる変位電流のレベルは、キャンセル信号Ｓｃのレベルに一致する。このため、静電容量は、キャンセル抵抗９の値に反比例して変化する。即ち、キャンセル抵抗９が大きくなると、キャンセル信号Ｓｃが小さくなる。換言すれば、静電容量が小さくなると変位電流も小さくなる。従って、キャンセル抵抗９の値を把握すれば、試料２０の静電容量も把握できることになる。
【００２１】
抵抗７に生じた損失電流の波形は、オシロスコープ１０によって測定者により観測され、また、データレコーダ１１によりデータが保存される。更に、ＦＦＴ処理装置１２によりトレンド監視（管理）に必要な解析処理が実施される。
【００２２】
（課電試験の検証）
図２は、課電周波数を５００Ｈｚとした加速劣化試験における損失電流の経時変化を示す。また、図３は、キャンセル抵抗の値から求めた静電容量の経時変化を示す。図２から明らかなように、損失電流は２４日目頃から急増しており、劣化の進行している様子が分かる。これに対して、静電容量は、図３から明らかなように、課電開始３日目までは急激に変化しているものの、その後の増加量は、小さくなっていることが分かる。
【００２３】
図４は、損失電流の経時変化を３５日目から４９日目まで４時間毎に記録した結果である。図４から明らかなように、劣化信号レベルには日間変化が見られる。また、図２においても、測定日によって、前後日のデータと大きく変化している場合が見受けられる。以上から、１回の測定結果から劣化を判定するよりも、トレンド管理をした方が、より正確な劣化診断（劣化判定）が可能になることがわかる。
【００２４】
（水トリー劣化の評価）
図５は、試料内部の水トリー発生状況を試料の静電容量及び損失電流に対応させて示したものである。例えば、未劣化若しくは軽劣化試料の場合、損失電流、静電容量共に小さい値である。これに対して、長大な水トリーが存在した場合や水トリーが数多く存在した場合には、損失電流の増加が見られる。しかし、損失電流のレベルだけでは、水トリーが大きいのか多いのかを判断できない。そこで、静電容量の情報を付加する。
【００２５】
なお、静電容量（Ｃ）は、下記式（１）により求めることができる。
変位電流（＝変位電流除去信号）は、［変位電流＝２π×課電周波数×静電容量×課電電圧］で表される。従って、静電容量（Ｃ）は、
Ｃ＝変位電流／（２π×課電周波数×課電電圧）・・・式（１）となる。
【００２６】
静電容量は、理論上、試料２０の電極面積が同じ場合、誘電率と絶縁厚さに依存する。例えば、短い水トリーが数多く発生すれば、見掛けの絶縁厚さが薄くなったと見なされ、静電容量が増大することになる。一方、長い水トリーが少数発生した場合、絶縁体の厚みの薄い部分の電極面積が小さいため、静電容量の増加量は前者に比べて小さくなる。このような考えをもとに、同じ損失電流であれば、静電容量の増加量が小さいほど危険な水トリーと判断できる。また、同じ静電容量であれば、損失電流が大きいほど危険な水トリーと判断できる。
【００２７】
例えば、図５において、Ａは試料２０が未（軽）劣化の特性域、Ｂは長大な水トリーが局部的に発生したときの特性域、Ｃは長めの水トリーが少数発生したときの特性域、Ｄは短小の水トリーが多数発生したときの特性域、Ｅは長めの水トリーが多数発生したときの特性域、Ｆは長めの水トリーが多数発生し且つ長大な水トリーが局部的に発生したときの特性域である。
【００２８】
また、静電容量と損失電流の関係で言えば、Ａの特性域（判定域）は静電容量及び損失電流が共に小さい場合であり、Ｂの特性域は損失電流が大きく静電容量が小さい場合であり、Ｃの特性域はＢの特性域に比べて損失電流が小さく静電容量が大きい場合であり、Ｄの特性域はＣの特性域に比べて損失電流が小さく静電容量が大きい場合であり、Ｅの特性域は損失電流がＢの特性域とＣの特性域との間にあり且つ静電容量がＤの特性域より大きい場合であり、Ｆの特性域は静電容量がＤの特性域より大きく且つ損失電流がＢの特性域より大きい場合である。
【００２９】
以上から、測定結果が、ＥやＦの特性域になった場合を「重大欠陥有り」として判定することができる。このような判定は、予め損失電流及び静電容量の各値に対して段階的に設定値（損失電流と前記測定対象物の静電容量の比）を設けておき、それぞれの設定値を損失電流及び静電容量の測定値の比が超えたときに、図５及び表１の分類に従って実施する。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１は、図５に基づいて水トリー劣化を評価した結果を示す。破壊電圧若しくは水トリー長の関係を記録及び蓄積し、この結果を表１及び図５に照らし合わせることにより、残存破壊電圧や残存絶縁厚さの推定が可能になる。
【００３２】
なお、図５では、損失電流及び静電容量を絶対値としているが、これを初期値からの変化量（率）としてデータ整理して、残存破壊電圧や残存絶縁厚さを推定する方法、或いは、図６に示すように、損失電流と静電容量の変化の推移から水トリー劣化を判定することも可能である。
【００３３】
図６は、ケーブルにおける損失電流と静電容量の関係を示す。図６は、試料１，２，３の３つの試料における損失電流−静電容量特性を示しており、それぞれの試料は、共に、損失電流が静電容量に比例することがわかる。例えば、試料３は静電容量２．０を超えるレベルから急激に損失電流が増えている。この特性変化から、水トリー劣化を判定することができる。
【００３４】
なお、図１に示した構成は、２チャンネル信号発信器１を信号源に用いているため、商用運転で活線状態にある試料２０の損失電流を測定することができない。そこで、商用運転で測定が可能な実施の形態について、以下に説明する。
【００３５】
［実施の形態］
（損失電流測定装置の構成）
図７は、本発明の実施の形態に係る損失電流測定装置の構成を示す。この損失電流測定装置２００は、商用電源線３０及び上記試料（ＣＶケーブル）２０に接続されて損失電流を測定する信号検出部４０と、計器用変圧器５０に接続された微分器６０と、微分器６０及び信号検出部４０に接続されて変位電流をキャンセルする容量性電流キャンセル部７０とを備えて構成されている。信号検出部４０の出力端と容量性電流キャンセル部７０の入力端とは、光ファイバ９０によって接続されている。また、損失電流測定装置２００には、モニタ８０が接続されている。
【００３６】
微分器６０は、商用電源線３０による線路に設置された計器用変圧器（ＰＴ）５０から課電圧の電圧位相情報を取り込み、微分処理して変位電流成分キャンセル用信号を生成する回路構成を有する。
【００３７】
モニタ８０は、例えば、観測波形を画面に表示するＬＣＤ（液晶表示器）等のディスプレイを備えて構成され、更に、損失電流測定装置２００からの信号を観測及び処理する手段、例えば、データ蓄積手段、損失電流をＦＦＴにより処理する手段等を備えている。
【００３８】
（信号検出部の構成）
信号検出部４０は、商用電源線３０に接続された高電位端Ｈと試料２０の芯線に接続された低電位端Ｌの間に直列接続された検出抵抗４１と、この検出抵抗４１に並列接続された開閉器４２と、高電位端Ｈ及び低電位端Ｌに一対の入力端が接続された増幅器４３と、増幅器４３の出力端に接続されたＥ／Ｏ変換器４４と、増幅器４３及びＥ／Ｏ変換器４４の電子回路部に電源を供給するバッテリー等からなるＤＣ電源部４５とを備える。
【００３９】
検出抵抗４１は、検出抵抗４１及び試料２０に流れる電流ｉによって所定の電圧降下が得られる抵抗値に設定される。
【００４０】
開閉器４２は、検出抵抗４１に大きな負荷電流（検出電流）が流れたときに検出抵抗４１が発熱するのを防止できるように、また、非測定時に検出抵抗４１が線路にとって負荷とならないように、自動的に或いは手動により検出抵抗４１を短絡できるように構成されている。
【００４１】
増幅器４３は、検出抵抗４１の両端に生じた電圧を入力信号とし、この入力信号を所定のレベルに増幅して検出信号として出力する差動増幅器の構成を有する。
【００４２】
Ｅ／Ｏ変換器４４は、増幅器４３の出力信号（検出信号）を電気信号から光信号に変換し、この光信号を光ファイバ９０へ出力する回路構成を有する。
【００４３】
（容量性電流キャンセル部の構成）
容量性電流キャンセル部７０は、Ｅ／Ｏ変換器４４からの光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器７１と、微分器６０の出力信号を調整して出力するキャンセル抵抗（可変抵抗）７２と、Ｏ／Ｅ変換器７１の出力端に一方の入力端が接続され、キャンセル抵抗７２の出力端に他方の入力端が接続された増幅器７３と、増幅器７３の他方の入力端と接地間に接続された抵抗７４とを備えて構成されている。容量性電流キャンセル部７０は、光ファイバ９０を介して信号検出部４０から信号を受信しているため、電気ノイズの影響を受けにくくなっている。
【００４４】
（損失電流測定方法）
次に、図７の損失電流測定装置の動作について説明する。図７において、損失電流測定を行うときには、測定者等により開閉器４２を“開”にし、商用電源線３０から、交流電圧ｖ１を検出抵抗４１に印加する。交流電圧ｖ１の印加により、試料２０の劣化状態に応じた電流ｉが、商用電源線３０〜検出抵抗４１〜試料２０の芯線〜試料２０の遮蔽層等の外側導電部〜商用電源線３０を経由する通電ループＬで流れ、検出抵抗４１に電圧降下が生じる。検出抵抗４１の両端に生じた電圧は、増幅器４３によって増幅されて検出信号として出力された後、その増幅出力（検出信号）がＥ／Ｏ変換器４４によって光信号に変換され、光ファイバ９０へ出力される。
【００４５】
容量性電流キャンセル部７０では、信号検出部４０のＥ／Ｏ変換器４４からの光信号を光ファイバ９０を介してＯ／Ｅ変換器７１により受信して電気信号に変換し、これを検出信号Ｓｄとして抵抗７４に印加する。同時に、容量性電流キャンセル部７０は、キャンセル抵抗７２を介して微分器６０からの交流電圧ｖ２を取り込み、抵抗７４に印加する。
【００４６】
微分器６０により計器用変圧器５０の出力電圧（課電圧位相情報）を微分する理由は、仮に課電圧波形に高調波成分や気中コロナパルスなどが重畳している場合、変位電流成分も高調波成分やパルス信号を含むことになるため、課電圧波形を微分すれば、実際に則した変位電流のキャンセル信号が得られることにある。従って、微分器６０による出力信号を用いることにより、変位電流のキャンセルと同時に、これらノイズの除去も同時に行うことができる。
【００４７】
計器用変圧器５０から出力される交流電圧ｖ２は、静電容量の変位電流成分を除去するための負極性余弦波（−ｃｏｓθ）であり、この交流電圧ｖ２はキャンセル抵抗７２により出力調整された後、増幅器７３の他方の入力端に印加される。増幅器７３は、Ｏ／Ｅ変換器７１からの検出信号Ｓｄをキャンセル信号Ｓｃ（−ｃｏｓθ）に重畳して変位電流成分（ｃｏｓθ）をキャンセルし、損失電流成分のみを出力する。この損失電流成分の信号は、モニタ８０及び図示を省略しているデータレコーダへ出力され、表示及び記録が行われる。なお、キャンセル抵抗７２による出力調整は、容量性電流キャンセル部７０の出力をモニタ８０で観測しながら、変位電流波形のピーク位相（正弦波のゼロクロス位置）が０になるようにすればよい。
【００４８】
上記（１）式で示したように、静電容量Ｃは、Ｃ＝変位電流／（２π×課電周波数×課電電圧）により算出することができる。変位電流の大きさはバランスが取れた時のキャンセル信号Ｓｃと同じであるから、課電周波数及び試料２０への印加電圧（課電電圧）、及びキャンセル信号の大きさから容易に静電容量Ｃを算出することができる。
【００４９】
モニタ８０及びデータレコーダでは、図２〜図４に示したように各種の経時変化を観測及び記録することにより損失電流及び静電容量のデータとして蓄積し、このデータに基づいて、図５及び表１に示したようにしてトレンド監視を実行する。なお、各回の測定においては、測定終了後、開閉器４２を“閉”にし、負荷への課電が行えるようする。
【００５０】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、次の効果を奏する。
（イ）検出抵抗４１を試料２０と商用電源線３０の間に接続し、試料２０の外側導電部を接地できる構成にし、かつ、損失電流の測定時には検出抵抗４１を開閉器４２で試料２０の芯線に接続できるようにしたため、活線状態において頻繁に損失電流の測定が行えるようになり、トレンド（傾向）監視が可能になる。
これに対して、従来の測定方法は、頻繁な測定や、定期的に同じ条件（気象条件や気温など）で測定することが困難なため、測定値の単純比較だけでは水トリー劣化以外の要因による誤差を把握できず、測定値の変化が明確に表れなければ劣化診断を行うことができない。
【００５１】
（ロ）計器用変圧器５０からの課電圧位相情報を微分した信号により変位電流成分をキャンセルさせるため、高調波成分、気中コロナパルス等が商用電源に混入していて電圧波形に歪みが生じた場合でも、それに則した変位電流キャンセル信号を得ることができる。この結果、変位電流のキャンセルと同時に、高調波成分や気中コロナパルス等のノイズを除去することができる。
【００５２】
（ハ）損失電流値と試料の静電容量値が把握できるため、これら２値若しくはこれら２値の増加傾向から試料内部の水トリーの状況を、図５及び表１のように推定することができる。これにより、試料２０の余寿命を推定する基礎データを得ることができる。
【００５３】
（ニ）本実施の形態を１次スクリーニングとして活用すれば、活線状態で随時線路の状態監視ができ、更に、劣化の兆候のある線路にのみ信頼性の高い耐電圧法による２次スクリーニングを行えば、１度の停止作業で信頼度の高い劣化診断（劣化判定）を行うことができる。
【００５４】
［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、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。
【００５５】
例えば、測定対象を損失電流に代えて、或いは、損失電流と共に高調波電流を測定するようにしてもよい。これにより、損失電流（＝課電電圧と同位相の基本周波数電流）値からマクロ的な劣化状況を把握でき、また、高調波電流（試料２０に流れる全電流に含まれる高調波電流成分）から局部劣化状況を把握することができる。このとき、課電電圧上の高調波電流は、増幅器７３において、微分器６０及びキャンセル抵抗７２からのキャンセル信号Ｓｃによりキャンセルされるが、試料２０で発生した高調波成分は、損失電流成分と共にＯ／Ｅ変換器７１及び増幅器７３を介してモニタ８０に出力され、これにより局部的な劣化状況を把握することができる。
【００５６】
また、高調波やパルス信号をキャンセルし、変位電流についてはキャンセルしない構成も可能であり、この場合には、微分器６０からは高調波やパルス信号をキャンセルに対応したキャンセル信号Ｓｃのみを出力すればよい。したがって、例えば、キャンセル信号Ｓｃとして予想される高調波やパルス信号の周波数域をバンドパスフィルタ等で抽出し、その逆位相の波形をキャンセル信号Ｓｃとして用いることも可能である。
【００５７】
また、耐電圧試験法の際に、本発明の実施の形態に係る損失電流測定を組合せれば、商用運転電界よりも高電界下での劣化信号の有無が判断できるため、通常の耐電圧法よりも更に信頼性の高い診断が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】トレンド監視の有効性の検証に用いた損失電流測定システムの構成を示す回路図である。
【図２】課電周波数を５００Ｈｚとした加速劣化試験における損失電流の経時変化を示す特性図である。
【図３】キャンセル抵抗の値から求めた静電容量の経時変化を示す特性図である。
【図４】損失電流の経時変化を所定時間毎に記録した結果を示す特性図である。
【図５】試料内部の水トリー発生状況を試料静電容量及び損失電流に対応させて示した説明図である。
【図６】ケーブルにおける損失電流と静電容量の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る損失電流測定装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ ２チャンネル信号発信器
２ 課電トランス
２ａ 一次巻線
２ｂ 二次巻線
３ 第１の測定電極
４ 第２の測定電極
５ 検出抵抗
６ 増幅器
７ 抵抗
８ 増幅器
９ キャンセル抵抗
１０ オシロスコープ
１１ データレコーダ
１２ ＦＦＴ処理装置
２０ 試料
３０ 商用電源線
４０ 信号検出部
４１ 検出抵抗
４２ 開閉器
４３ 増幅器
４４ Ｅ／Ｏ変換器
４５ ＤＣ電源部
５０ 計器用変圧器（ＰＴ）
６０ 微分器
７０ 容量性電流キャンセル部
７１ Ｏ／Ｅ変換器
７２ キャンセル抵抗
７３ 増幅器
７４ 抵抗
８０ モニタ
９０ 光ファイバ
１００ 損失電流測定システム
２００ 損失電流測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶケーブル等の試料の水トリー劣化を電気的に診断する水トリー劣化診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な電力ケーブルである架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブル（以下、ＣＶケーブルという）の主な劣化形態は、水トリー（ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅ）劣化である。この水トリー劣化は、ＣＶケーブル絶縁体中に存在する水分と電界の作用により発生する絶縁体中の変質であり、この変質が時間の経過と共に増大することにより、ＣＶケーブルの絶縁性能を低下させて絶縁破壊に至る場合がある。この水トリー劣化を診断するための劣化診断技術が検討されている。
【０００３】
例えば、高電圧を発生する変圧器と試料（測定対象）であるＣＶケーブルとの間に変流器を接続し、更に、標準コンデンサを変流器の変圧器側に接続し、変圧器からＣＶケーブルに高電圧の交流電圧を印加して、標準コンデンサに流れる電流と、ＣＶケーブルに接続された変流器により検出されたケーブル絶縁体中を流れる電流とを、損失電流測定ブリッジに入力して検出電流中の変位電流成分（容量性電流成分）を除去して損失電流成分のみを抽出し、更に、その損失電流中に含まれる第３高調波成分に基づいてＣＶケーブルの劣化を診断する劣化診断方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された従来の損失電流測定方法では、高電圧側に設けた変流器はリアクトルを応用しているため、ＣＶケーブル等の試料の静電容量やその他の浮遊容量との組み合わせにより、ＣＶケーブル、変流器を含む検出回路が共振現象を起こし、検出信号の周波数特性が変化して波形歪みを生じる。このため、劣化信号の波形解析に誤差が生じる。更に、静電容量がＣＶケーブルの試料毎に変化、すなわち試料毎に共振周波数が変化するため、測定条件が試料毎に変わるという問題もある。
【０００５】
このＣＶケーブル等の試料の静電容量やその他の浮遊容量に左右されない従来の劣化診断方法として、例えば、２チャンネル信号発信器を用い、この２チャンネル信号発信器の出力端に試料の芯線を接続すると共に遮蔽層等の外側導電部と接地間に検出抵抗を接続して試料に電流を流し、更に、２チャンネル信号発信器で作った変位電流と逆位相の信号を試料電流に加算（合成）処理して、試料に流れる電流から変位電流成分を打消すことにより損失電流を検出する損失電流測定装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３５４０９３号公報
【非特許文献１】平成１７年電気学会全国大会２−Ｓ１０（１７〜２０頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記非特許文献１に記載された従来の損失電流測定装置によると、損失電流の測定時に、測定対象のケーブルの商用運転を停止して試料に検出器を接続する必要があるため、商用運転中（活線中）における測定は行えなかった。このため、ケーブルの劣化が判定された場合、診断精度の高い耐電圧法等による測定を改めて実施する必要があり、ケーブルに対して２回の停電作業が必要であった。また、損失電流を測定しているときに侵入する外部ノイズに対して対策を行おうとすると、多大な労力を費やす必要があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、商用運転中におけるケーブルの損失電流の測定が簡便に行えると共に、外部ノイズの影響を低減して診断精度を向上させることが可能な水トリー劣化診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、前記商用電源から取得した課電圧位相情報を微分して変位電流成分除去用信号を生成し、前記変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定することを特徴とする水トリー劣化診断方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するため、測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、前記商用電源から取得した課電圧位相情報に基づいて生成（例えば微分処理）した変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定し、前記損失電流または前記高調波電流と前記測定対象物の静電容量の比が、設定値を超えたときに前記測定対象物に欠陥有りと判定することを特徴とする水トリー劣化診断方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するため、測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、前記商用電源から取得した課電圧位相情報に基づいて生成（例えば微分処理）した変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定し、前記損失電流または前記高調波電流と前記測定対象物の静電容量とを定期的に測定して経時変化を監視し、前記損失電流または前記高調波電流の増加傾向及び前記静電容量の増加傾向に基づいて水トリー劣化の状態を判定することを特徴とする水トリー劣化診断方法を提供することにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水トリー劣化診断方法によれば、商用運転中におけるケーブルの損失電流の測定が簡便に行えると共に、外部ノイズの影響を低減して診断精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を説明する前に、ケーブル線路のトレンド監視の有効性について説明する。図１は、トレンド監視の有効性の検証に用いた損失電流測定システムの構成を示す。この損失電流測定システム１００は、２種類の電圧ｖ１，ｖ２を発生する２チャンネル信号発信器１と、２チャンネル信号発信器１に一次巻線２ａが接続された課電トランス２と、課電トランス２の二次巻線２ｂの高電位端に接続された第１の測定電極３と、ＣＶケーブル等の測定対象物としての試料２０を挟んで第１の測定電極３に対向配置された第２の測定電極４と、第２の測定電極４と接地間に接続された検出抵抗（ｒｄ）５と、検出抵抗５の両端に一対の入力端が接続された増幅器６と、増幅器６の出力端と接地間に接続された抵抗７と、２チャンネル信号発信器１から出力される電圧ｖ２を増幅する増幅器８と、増幅器８の出力端子と増幅器６の出力端子との間に接続されたキャンセル抵抗（可変抵抗）９と、抵抗７の出力端の波形を観測するオシロスコープ１０と、抵抗７の端子電圧を電子データにして記録するデータレコーダ１１と、抵抗７の端子電圧を高速フーリエ変換するＦＦＴ処理装置１２とを備えて構成されている。
【００１３】
２チャンネル信号発信器１は、信号源であり、変位電流除去用の電圧ｖ２（−ｃｏｓθ）と、課電トランス２に印加する課電用の電圧ｖ１（ｓｉｎθ）との２チャンネルの信号を、同期をとりながら出力する構成を有する。
【００１４】
増幅器６は、検出抵抗５の両端に生じた電圧を入力信号とし、この入力信号を所定のレベルに差動増幅して出力する差動増幅器である。なお、増幅器６は、外部ノイズの侵入を防止するため、検出抵抗５とともに、できるだけ試料２０に近い場所に設置するのが好ましい。
【００１５】
（トレンド監視の有効性の検証）
図１の損失電流測定システム１００において、試料２０の損失電流を測定する場合、試料２０を第２の測定電極４の上面に設置し、二次巻線２ｂに接続済みの第１の測定電極３を試料２０の上面に設置する。
【００１６】
次に、２チャンネル信号発信器１から課電トランス２の一次巻線２ａにｓｉｎθの電圧ｖ１を課電用として印加し、二次巻線２ｂに巻線比に応じた高電圧を発生させる。同時に、増幅器８に変位電流除去用の電圧ｖ２（−ｃｏｓθ）を印加する。
【００１７】
課電トランス２の二次巻線２ｂに発生した高圧交流電圧は、第１の測定電極３と接地間に印加される。この印加電圧により、試料２０の劣化状態に応じた電流ｉが、第１の測定電極３、試料２０、第２の測定電極４及び検出抵抗５を経由して流れ、検出抵抗５に電圧降下が生じる。検出抵抗５に流れる電流ｉは、試料２０の静電容量に流れる変位電流と、試料２０の抵抗に流れる損失電流とが合成されたものである。ここで、損失電流は、課電電圧と同位相の基本周波数電流波形である。従って、損失電流を測定するためには、この検出抵抗５を流れる電流ｉから変位電流を差し引けばよい。
【００１８】
そこで、２チャンネル信号発信器１により、変位電流成分除去用の電圧ｖ２を、キャンセル抵抗９を介して抵抗７に印加し、増幅器６から出力される試料２０の変位電流成分を変位電流成分除去用の電圧ｖ２をキャンセル抵抗９で調整した電圧によりキャンセルする。
【００１９】
課電トランス２による課電圧を正弦波と見たとき、試料２０の静電容量に流れる変位電流は、余弦波（単に電圧波形の９０°進み位相＝ｃｏｓθ）で表現される。このため、余弦波に相当するキャンセル信号Ｓｃのレベルを変えて、検出抵抗５の電流から差し引けばよい。このとき、抵抗７に印加するキャンセル信号Ｓｃのレベル調整は、「検出抵抗電流−変位電流」波形の位相が課電圧波形に一致するようにする。この調整により得られた差分波形が、損失電流波形になる。
【００２０】
試料２０の静電容量を流れる変位電流のレベルは、キャンセル信号Ｓｃのレベルに一致する。このため、静電容量は、キャンセル抵抗９の値に反比例して変化する。即ち、キャンセル抵抗９が大きくなると、キャンセル信号Ｓｃが小さくなる。換言すれば、静電容量が小さくなると変位電流も小さくなる。従って、キャンセル抵抗９の値を把握すれば、試料２０の静電容量も把握できることになる。
【００２１】
抵抗７に生じた損失電流の波形は、オシロスコープ１０によって測定者により観測され、また、データレコーダ１１によりデータが保存される。更に、ＦＦＴ処理装置１２によりトレンド監視（管理）に必要な解析処理が実施される。
【００２２】
（課電試験の検証）
図２は、課電周波数を５００Ｈｚとした加速劣化試験における損失電流の経時変化を示す。また、図３は、キャンセル抵抗の値から求めた静電容量の経時変化を示す。図２から明らかなように、損失電流は２４日目頃から急増しており、劣化の進行している様子が分かる。これに対して、静電容量は、図３から明らかなように、課電開始３日目までは急激に変化しているものの、その後の増加量は、小さくなっていることが分かる。
【００２３】
図４は、損失電流の経時変化を３５日目から４９日目まで４時間毎に記録した結果である。図４から明らかなように、劣化信号レベルには日間変化が見られる。また、図２においても、測定日によって、前後日のデータと大きく変化している場合が見受けられる。以上から、１回の測定結果から劣化を判定するよりも、トレンド管理をした方が、より正確な劣化診断（劣化判定）が可能になることがわかる。
【００２４】
（水トリー劣化の評価）
図５は、試料内部の水トリー発生状況を試料の静電容量及び損失電流に対応させて示したものである。例えば、未劣化若しくは軽劣化試料の場合、損失電流、静電容量共に小さい値である。これに対して、長大な水トリーが存在した場合や水トリーが数多く存在した場合には、損失電流の増加が見られる。しかし、損失電流のレベルだけでは、水トリーが大きいのか多いのかを判断できない。そこで、静電容量の情報を付加する。
【００２５】
なお、静電容量（Ｃ）は、下記式（１）により求めることができる。
変位電流（＝変位電流除去信号）は、［変位電流＝２π×課電周波数×静電容量×課電電圧］で表される。従って、静電容量（Ｃ）は、
Ｃ＝変位電流／（２π×課電周波数×課電電圧）・・・式（１）となる。
【００２６】
静電容量は、理論上、試料２０の電極面積が同じ場合、誘電率と絶縁厚さに依存する。例えば、短い水トリーが数多く発生すれば、見掛けの絶縁厚さが薄くなったと見なされ、静電容量が増大することになる。一方、長い水トリーが少数発生した場合、絶縁体の厚みの薄い部分の電極面積が小さいため、静電容量の増加量は前者に比べて小さくなる。このような考えをもとに、同じ損失電流であれば、静電容量の増加量が小さいほど危険な水トリーと判断できる。また、同じ静電容量であれば、損失電流が大きいほど危険な水トリーと判断できる。
【００２７】
例えば、図５において、Ａは試料２０が未（軽）劣化の特性域、Ｂは長大な水トリーが局部的に発生したときの特性域、Ｃは長めの水トリーが少数発生したときの特性域、Ｄは短小の水トリーが多数発生したときの特性域、Ｅは長めの水トリーが多数発生したときの特性域、Ｆは長めの水トリーが多数発生し且つ長大な水トリーが局部的に発生したときの特性域である。
【００２８】
また、静電容量と損失電流の関係で言えば、Ａの特性域（判定域）は静電容量及び損失電流が共に小さい場合であり、Ｂの特性域は損失電流が大きく静電容量が小さい場合であり、Ｃの特性域はＢの特性域に比べて損失電流が小さく静電容量が大きい場合であり、Ｄの特性域はＣの特性域に比べて損失電流が小さく静電容量が大きい場合であり、Ｅの特性域は損失電流がＢの特性域とＣの特性域との間にあり且つ静電容量がＤの特性域より大きい場合であり、Ｆの特性域は静電容量がＤの特性域より大きく且つ損失電流がＢの特性域より大きい場合である。
【００２９】
以上から、測定結果が、ＥやＦの特性域になった場合を「重大欠陥有り」として判定することができる。このような判定は、予め損失電流及び静電容量の各値に対して段階的に設定値（損失電流と前記測定対象物の静電容量の比）を設けておき、それぞれの設定値を損失電流及び静電容量の測定値の比が超えたときに、図５及び表１の分類に従って実施する。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１は、図５に基づいて水トリー劣化を評価した結果を示す。破壊電圧若しくは水トリー長の関係を記録及び蓄積し、この結果を表１及び図５に照らし合わせることにより、残存破壊電圧や残存絶縁厚さの推定が可能になる。
【００３２】
なお、図５では、損失電流及び静電容量を絶対値としているが、これを初期値からの変化量（率）としてデータ整理して、残存破壊電圧や残存絶縁厚さを推定する方法、或いは、図６に示すように、損失電流と静電容量の変化の推移から水トリー劣化を判定することも可能である。
【００３３】
図６は、ケーブルにおける損失電流と静電容量の関係を示す。図６は、試料１，２，３の３つの試料における損失電流−静電容量特性を示しており、それぞれの試料は、共に、損失電流が静電容量に比例することがわかる。例えば、試料３は静電容量２．０を超えるレベルから急激に損失電流が増えている。この特性変化から、水トリー劣化を判定することができる。
【００３４】
なお、図１に示した構成は、２チャンネル信号発信器１を信号源に用いているため、商用運転で活線状態にある試料２０の損失電流を測定することができない。そこで、商用運転で測定が可能な実施の形態について、以下に説明する。
【００３５】
［実施の形態］
（損失電流測定装置の構成）
図７は、本発明の実施の形態に係る損失電流測定装置の構成を示す。この損失電流測定装置２００は、商用電源線３０及び上記試料（ＣＶケーブル）２０に接続されて損失電流を測定する信号検出部４０と、計器用変圧器５０に接続された微分器６０と、微分器６０及び信号検出部４０に接続されて変位電流をキャンセルする容量性電流キャンセル部７０とを備えて構成されている。信号検出部４０の出力端と容量性電流キャンセル部７０の入力端とは、光ファイバ９０によって接続されている。また、損失電流測定装置２００には、モニタ８０が接続されている。
【００３６】
微分器６０は、商用電源線３０による線路に設置された計器用変圧器（ＰＴ）５０から課電圧の電圧位相情報を取り込み、微分処理して変位電流成分キャンセル用信号を生成する回路構成を有する。
【００３７】
モニタ８０は、例えば、観測波形を画面に表示するＬＣＤ（液晶表示器）等のディスプレイを備えて構成され、更に、損失電流測定装置２００からの信号を観測及び処理する手段、例えば、データ蓄積手段、損失電流をＦＦＴにより処理する手段等を備えている。
【００３８】
（信号検出部の構成）
信号検出部４０は、商用電源線３０に接続された高電位端Ｈと試料２０の芯線に接続された低電位端Ｌの間に直列接続された検出抵抗４１と、この検出抵抗４１に並列接続された開閉器４２と、高電位端Ｈ及び低電位端Ｌに一対の入力端が接続された増幅器４３と、増幅器４３の出力端に接続されたＥ／Ｏ変換器４４と、増幅器４３及びＥ／Ｏ変換器４４の電子回路部に電源を供給するバッテリー等からなるＤＣ電源部４５とを備える。
【００３９】
検出抵抗４１は、検出抵抗４１及び試料２０に流れる電流ｉによって所定の電圧降下が得られる抵抗値に設定される。
【００４０】
開閉器４２は、検出抵抗４１に大きな負荷電流（検出電流）が流れたときに検出抵抗４１が発熱するのを防止できるように、また、非測定時に検出抵抗４１が線路にとって負荷とならないように、自動的に或いは手動により検出抵抗４１を短絡できるように構成されている。
【００４１】
増幅器４３は、検出抵抗４１の両端に生じた電圧を入力信号とし、この入力信号を所定のレベルに増幅して検出信号として出力する差動増幅器の構成を有する。
【００４２】
Ｅ／Ｏ変換器４４は、増幅器４３の出力信号（検出信号）を電気信号から光信号に変換し、この光信号を光ファイバ９０へ出力する回路構成を有する。
【００４３】
（容量性電流キャンセル部の構成）
容量性電流キャンセル部７０は、Ｅ／Ｏ変換器４４からの光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器７１と、微分器６０の出力信号を調整して出力するキャンセル抵抗（可変抵抗）７２と、Ｏ／Ｅ変換器７１の出力端に一方の入力端が接続され、キャンセル抵抗７２の出力端に他方の入力端が接続された増幅器７３と、増幅器７３の他方の入力端と接地間に接続された抵抗７４とを備えて構成されている。容量性電流キャンセル部７０は、光ファイバ９０を介して信号検出部４０から信号を受信しているため、電気ノイズの影響を受けにくくなっている。
【００４４】
（損失電流測定方法）
次に、図７の損失電流測定装置の動作について説明する。図７において、損失電流測定を行うときには、測定者等により開閉器４２を“開”にし、商用電源線３０から、交流電圧ｖ１を検出抵抗４１に印加する。交流電圧ｖ１の印加により、試料２０の劣化状態に応じた電流ｉが、商用電源線３０〜検出抵抗４１〜試料２０の芯線〜試料２０の遮蔽層等の外側導電部〜商用電源線３０を経由する通電ループＬで流れ、検出抵抗４１に電圧降下が生じる。検出抵抗４１の両端に生じた電圧は、増幅器４３によって増幅されて検出信号として出力された後、その増幅出力（検出信号）がＥ／Ｏ変換器４４によって光信号に変換され、光ファイバ９０へ出力される。
【００４５】
容量性電流キャンセル部７０では、信号検出部４０のＥ／Ｏ変換器４４からの光信号を光ファイバ９０を介してＯ／Ｅ変換器７１により受信して電気信号に変換し、これを検出信号Ｓｄとして抵抗７４に印加する。同時に、容量性電流キャンセル部７０は、キャンセル抵抗７２を介して微分器６０からの交流電圧ｖ２を取り込み、抵抗７４に印加する。
【００４６】
微分器６０により計器用変圧器５０の出力電圧（課電圧位相情報）を微分する理由は、仮に課電圧波形に高調波成分や気中コロナパルスなどが重畳している場合、変位電流成分も高調波成分やパルス信号を含むことになるため、課電圧波形を微分すれば、実際に則した変位電流のキャンセル信号が得られることにある。従って、微分器６０による出力信号を用いることにより、変位電流のキャンセルと同時に、これらノイズの除去も同時に行うことができる。
【００４７】
計器用変圧器５０から出力される交流電圧ｖ２は、静電容量の変位電流成分を除去するための負極性余弦波（−ｃｏｓθ）であり、この交流電圧ｖ２はキャンセル抵抗７２により出力調整された後、増幅器７３の他方の入力端に印加される。増幅器７３は、Ｏ／Ｅ変換器７１からの検出信号Ｓｄをキャンセル信号Ｓｃ（−ｃｏｓθ）に重畳して変位電流成分（ｃｏｓθ）をキャンセルし、損失電流成分のみを出力する。この損失電流成分の信号は、モニタ８０及び図示を省略しているデータレコーダへ出力され、表示及び記録が行われる。なお、キャンセル抵抗７２による出力調整は、容量性電流キャンセル部７０の出力をモニタ８０で観測しながら、変位電流波形のピーク位相（正弦波のゼロクロス位置）が０になるようにすればよい。
【００４８】
上記（１）式で示したように、静電容量Ｃは、Ｃ＝変位電流／（２π×課電周波数×課電電圧）により算出することができる。変位電流の大きさはバランスが取れた時のキャンセル信号Ｓｃと同じであるから、課電周波数及び試料２０への印加電圧（課電電圧）、及びキャンセル信号の大きさから容易に静電容量Ｃを算出することができる。
【００４９】
モニタ８０及びデータレコーダでは、図２〜図４に示したように各種の経時変化を観測及び記録することにより損失電流及び静電容量のデータとして蓄積し、このデータに基づいて、図５及び表１に示したようにしてトレンド監視を実行する。なお、各回の測定においては、測定終了後、開閉器４２を“閉”にし、負荷への課電が行えるようする。
【００５０】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、次の効果を奏する。
（イ）検出抵抗４１を試料２０と商用電源線３０の間に接続し、試料２０の外側導電部を接地できる構成にし、かつ、損失電流の測定時には検出抵抗４１を開閉器４２で試料２０の芯線に接続できるようにしたため、活線状態において頻繁に損失電流の測定が行えるようになり、トレンド（傾向）監視が可能になる。
これに対して、従来の測定方法は、頻繁な測定や、定期的に同じ条件（気象条件や気温など）で測定することが困難なため、測定値の単純比較だけでは水トリー劣化以外の要因による誤差を把握できず、測定値の変化が明確に表れなければ劣化診断を行うことができない。
【００５１】
（ロ）計器用変圧器５０からの課電圧位相情報を微分した信号により変位電流成分をキャンセルさせるため、高調波成分、気中コロナパルス等が商用電源に混入していて電圧波形に歪みが生じた場合でも、それに則した変位電流キャンセル信号を得ることができる。この結果、変位電流のキャンセルと同時に、高調波成分や気中コロナパルス等のノイズを除去することができる。
【００５２】
（ハ）損失電流値と試料の静電容量値が把握できるため、これら２値若しくはこれら２値の増加傾向から試料内部の水トリーの状況を、図５及び表１のように推定することができる。これにより、試料２０の余寿命を推定する基礎データを得ることができる。
【００５３】
（ニ）本実施の形態を１次スクリーニングとして活用すれば、活線状態で随時線路の状態監視ができ、更に、劣化の兆候のある線路にのみ信頼性の高い耐電圧法による２次スクリーニングを行えば、１度の停止作業で信頼度の高い劣化診断（劣化判定）を行うことができる。
【００５４】
［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、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。
【００５５】
例えば、測定対象を損失電流に代えて、或いは、損失電流と共に高調波電流を測定するようにしてもよい。これにより、損失電流（＝課電電圧と同位相の基本周波数電流）値からマクロ的な劣化状況を把握でき、また、高調波電流（試料２０に流れる全電流に含まれる高調波電流成分）から局部劣化状況を把握することができる。このとき、課電電圧上の高調波電流は、増幅器７３において、微分器６０及びキャンセル抵抗７２からのキャンセル信号Ｓｃによりキャンセルされるが、試料２０で発生した高調波成分は、損失電流成分と共にＯ／Ｅ変換器７１及び増幅器７３を介してモニタ８０に出力され、これにより局部的な劣化状況を把握することができる。
【００５６】
また、高調波やパルス信号をキャンセルし、変位電流についてはキャンセルしない構成も可能であり、この場合には、微分器６０からは高調波やパルス信号をキャンセルに対応したキャンセル信号Ｓｃのみを出力すればよい。したがって、例えば、キャンセル信号Ｓｃとして予想される高調波やパルス信号の周波数域をバンドパスフィルタ等で抽出し、その逆位相の波形をキャンセル信号Ｓｃとして用いることも可能である。
【００５７】
また、耐電圧試験法の際に、本発明の実施の形態に係る損失電流測定を組合せれば、商用運転電界よりも高電界下での劣化信号の有無が判断できるため、通常の耐電圧法よりも更に信頼性の高い診断が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】トレンド監視の有効性の検証に用いた損失電流測定システムの構成を示す回路図である。
【図２】課電周波数を５００Ｈｚとした加速劣化試験における損失電流の経時変化を示す特性図である。
【図３】キャンセル抵抗の値から求めた静電容量の経時変化を示す特性図である。
【図４】損失電流の経時変化を所定時間毎に記録した結果を示す特性図である。
【図５】試料内部の水トリー発生状況を試料静電容量及び損失電流に対応させて示した説明図である。
【図６】ケーブルにおける損失電流と静電容量の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る損失電流測定装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ ２チャンネル信号発信器
２ 課電トランス
２ａ 一次巻線
２ｂ 二次巻線
３ 第１の測定電極
４ 第２の測定電極
５ 検出抵抗
６ 増幅器
７ 抵抗
８ 増幅器
９ キャンセル抵抗
１０ オシロスコープ
１１ データレコーダ
１２ ＦＦＴ処理装置
２０ 試料
３０ 商用電源線
４０ 信号検出部
４１ 検出抵抗
４２ 開閉器
４３ 増幅器
４４ Ｅ／Ｏ変換器
４５ ＤＣ電源部
５０ 計器用変圧器（ＰＴ）
６０ 微分器
７０ 容量性電流キャンセル部
７１ Ｏ／Ｅ変換器
７２ キャンセル抵抗
７３ 増幅器
７４ 抵抗
８０ モニタ
９０ 光ファイバ
１００ 損失電流測定システム
２００ 損失電流測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、
前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、
前記商用電源から取得した課電圧位相情報を微分して変位電流成分除去用信号を生成し、
前記変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定することを特徴とする水トリー劣化診断方法。
【請求項２】
測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、
前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、
前記商用電源から取得した課電圧位相情報に基づいて生成した変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定し、
前記損失電流または前記高調波電流と前記測定対象物の静電容量の比が、設定値を超えたときに前記測定対象物に欠陥有りと判定することを特徴とする水トリー劣化診断方法。
【請求項３】
測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、
前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、
前記商用電源から取得した課電圧位相情報に基づいて生成した変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定し、
前記損失電流または前記高調波電流と前記測定対象物の静電容量とを定期的に測定して経時変化を監視し、前記損失電流または前記高調波電流の増加傾向及び前記静電容量の増加傾向に基づいて水トリー劣化の状態を判定することを特徴とする水トリー劣化診断方法。
【請求項４】
前記静電容量は、前記変位電流成分除去用信号と前記商用電源からの課電電圧とに基づいて算出することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の水トリー劣化診断方法。
【請求項１】
測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、
前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、
前記商用電源から取得した課電圧位相情報を微分して変位電流成分除去用信号を生成し、
前記変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定することを特徴とする水トリー劣化診断方法。
【請求項２】
測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、
前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、
前記商用電源から取得した課電圧位相情報に基づいて生成した変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定し、
前記損失電流または前記高調波電流と前記測定対象物の静電容量の比が、設定値を超えたときに前記測定対象物に欠陥有りと判定することを特徴とする水トリー劣化診断方法。
【請求項３】
測定対象物に検出抵抗を直列接続して商用電源から課電し、
前記検出抵抗に流れる電流が前記検出抵抗の両端に生じさせた電圧を検出信号とし、
前記商用電源から取得した課電圧位相情報に基づいて生成した変位電流成分除去用信号をレベル調整した信号を前記検出信号に重畳して前記検出信号中の変位電流成分を除去し、損失電流及び前記測定対象物に流れる高調波電流を測定し、
前記損失電流または前記高調波電流と前記測定対象物の静電容量とを定期的に測定して経時変化を監視し、前記損失電流または前記高調波電流の増加傾向及び前記静電容量の増加傾向に基づいて水トリー劣化の状態を判定することを特徴とする水トリー劣化診断方法。
【請求項４】
前記静電容量は、前記変位電流成分除去用信号と前記商用電源からの課電電圧とに基づいて算出することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の水トリー劣化診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１６８６３８（Ｐ２００９−１６８６３８Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７４６０（Ｐ２００８−７４６０）
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（５０１３０４８０３）株式会社ジェイ・パワーシステムズ (89)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（５０１３０４８０３）株式会社ジェイ・パワーシステムズ (89)
【Ｆターム（参考）】
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