高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法および装置
【課題】損失電流の検出信号を歪みのない波形にすることのできる損失電流測定方法および装置を提供する。
【解決手段】課電トランス２の二次巻線２ｂに検出抵抗５を介して試料２０が接続され、低電位端Ｌにはバイパス抵抗４を介して課電トランス３の二次巻線３ｂが接続され、２チャンネル信号発信器１から電圧ｖ２（−ｃｏｓθ）が変位電流成分除去用信号として課電トランス３の一次巻線３ａに印加され、課電トランス２の一次巻線２ａにはsinθの電圧ｖ１が課電電圧として印加される。これにより、変位電流成分はバイパス抵抗４を通して流れるので、損失電流のみによる検出信号が検出抵抗５の両端に生成される。この検出信号を差動増幅器６で増幅の後、光信号に変換してモニタ１０に送り、モニタ１０により損失電流波形を観測する。
【解決手段】課電トランス２の二次巻線２ｂに検出抵抗５を介して試料２０が接続され、低電位端Ｌにはバイパス抵抗４を介して課電トランス３の二次巻線３ｂが接続され、２チャンネル信号発信器１から電圧ｖ２（−ｃｏｓθ）が変位電流成分除去用信号として課電トランス３の一次巻線３ａに印加され、課電トランス２の一次巻線２ａにはsinθの電圧ｖ１が課電電圧として印加される。これにより、変位電流成分はバイパス抵抗４を通して流れるので、損失電流のみによる検出信号が検出抵抗５の両端に生成される。この検出信号を差動増幅器６で増幅の後、光信号に変換してモニタ１０に送り、モニタ１０により損失電流波形を観測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力ケーブルの水トリー（water tree）劣化診断方法に適用できる損失電流測定方法に関し、特に、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）の絶縁体中を流れる損失電流成分を高精度に測定できる高電位（高電圧）側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法および装置に関するものである。
【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）のＣＶケーブル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）。
【特許文献１】特開２００４−３５４０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の損失電流測定方法によると、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】
本発明の目的は、損失電流の検出信号を歪みのない波形にすることのできる高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記目的を達成するため、測定対象物の高電位側に検出抵抗の一端を接続して、前記検出抵抗の他端と前記測定対象物の低電位側との間に課電電圧を印加する第１の工程と、変位電流成分除去用の信号を測定対象物の高電位側にバイパス抵抗を介して印加し、前記課電電圧によって測定対象物に流れる変位電流を前記バイパス抵抗にバイパスさせる第２の工程と、前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を損失電流として取り出す第３の工程とを備えることを特徴とする高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法を提供する。
【０００７】
第２の発明は、上記目的を達成するため、測定対象物の高電位側に検出抵抗の一端を接続して、前記検出抵抗の他端と測定対象物の低電位側との間に課電電圧を印加する第１の電圧印加手段と、変位電流成分除去用の信号を測定対象物の高電位側にバイパス抵抗を介して印加し、前記課電電圧によって測定対象物に流れる変位電流を前記バイパス抵抗にバイパスさせる第２の電圧印加手段と、前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を損失電流として取り出す損失電流検出手段とを備えたことを特徴とする高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法および装置によれば、検出抵抗には測定対象物の変位電流成分と損失電流成分の合成電流成分が流れ、バイパス抵抗には変位電流成分が流れることにより、結果として変位電流成分がキャンセルされ検出抵抗には損失電流成分のみが発生することになる。よって、測定対象物中を流れる損失電流成分について高精度な測定が行えるとともに、検出抵抗による検出によって共振現象の影響を受けることがなくなり、水トリー劣化に起因した劣化信号の波形解析および観察を簡便に行うことができる。
従って、本発明によれば、損失電流の検出信号を歪みのない波形にすることのできる高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法および装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第１の実施の形態］
（高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す。この損失電流測定装置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にそれぞれの一次巻線２ａ，３ａが接続された第１，第２の課電トランス２，３と、高電位側の第２の課電トランス３の二次巻線３ｂに接続され変位電流成分を迂回させるバイパス抵抗４と、高電位側の第１の課電トランス２の二次巻線２ｂに接続され変位電流成分と損失電流成分の合成電流成分が流れる検出抵抗５と、検出抵抗５の両端に一対の入力端が接続された差動増幅器６と、差動増幅器６の出力端に接続されたＥ／Ｏ変換器７と、光ファイバ等の光伝送媒体８を介してＥ／Ｏ変換器７の出力端に接続されたＯ／Ｅ変換器９と、Ｏ／Ｅ変換器９の出力端に接続されて、その出力信号を観測するモニタ１０と、差動増幅器６及びＥ／Ｏ変換器７に直流（ＤＣ）電源を供給するＤＣ電源部１１とを備える。
【００１０】
２チャンネル信号発信器１は、信号発信源であり、変位電流除去用の電圧ｖ２(−ｃｏｓθ）と、課電用の電圧ｖ１(sinθ）とを、同期をとりながら出力する２チャンネルの構成を有する。
【００１１】
第１，第２の課電トランス２，３は、共に一次巻線２ａ，３ａに印加された電圧を昇圧して出力する二次巻線２ｂ，３ｂを有し、それぞれの一端は接地されている。
【００１２】
バイパス抵抗４は、可変抵抗であり、その一端は第２の課電トランス３の二次巻線３ｂ
の高電位側に接続され、他端は低電位端Ｌに接続されている。このバイパス抵抗４により、低電位端Ｌに注入する変位電流除去用信号のレベルが調整される。
【００１３】
検出抵抗５は、損失電流波形検出用であり、一端が試料２０に接続され、他端が高電位側Ｈに接続され、試料２０に流れる変位電流成分と損失電流成分の合成電流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。
【００１４】
差動増幅器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構成を有する。差動増幅器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】
Ｅ／Ｏ変換器７は、差動増幅器６の出力信号を電気信号から光信号に変換し、この光信号を光伝送媒体８へ出力する回路構成を有する。
【００１６】
Ｏ／Ｅ変換器９は、Ｅ／Ｏ変換器７からの光信号を電気信号に変換してモニタ１０へ出力する。
【００１７】
モニタ１０は、観測波形を画面に表示するディスプレイのほか、入力信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）による処理回路を備えて構成され、観察場所に設置される。
【００１８】
ＤＣ電源部１１は、電源のための配線が不要で、移動性に優れ、外来ノイズの影響を受けないバッテリーが適している。
【００１９】
（高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法）
（全体の動作）
次に、図１の損失電流測定装置１００の全体の動作について説明する。図１において、ＣＶケーブルを試料２０にして損失電流を測定する場合、ＣＶケーブルの芯線を低電位端Ｌに接続し、遮蔽層等の外部導体を接地する。
【００２０】
次に、２チャンネル信号発信器１から第１の課電トランス２の一次巻線２ａにsinθの電圧ｖ１を課電用として印加するとともに、第２の課電トランス３の一次巻線３ａに変位電流除去用の電圧ｖ２（−cosθ）を印加し、それぞれの二次巻線２ｂ，３ｂに巻線比に応じた高電圧を発生させる。
【００２１】
第１の課電トランス２の二次巻線２ｂに発生した高圧交流電圧は、検出抵抗５の高電位端Ｈ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が検出抵抗５に流れ、検出抵抗５に電圧降下が生じる。
【００２２】
同時に、２チャンネル信号発信器１及び第２の課電トランス３により、変位電流成分除去用の電圧ｖ２がバイパス抵抗４に印加されることにより、試料２０の変位電流成分がバイパス抵抗４及び第２の課電トランス３の二次巻線３ｂを迂回して流れる。このとき、検出抵抗５の両端の電圧が最小になるように２チャンネル信号発信器１の出力電圧及びバイパス抵抗４を調整する。この調整により検出抵抗５の両端の電圧が最小になったとき、変位電流成分が完全にキャンセルされ、損失電流波形のみが検出抵抗５の両端に現れる。
【００２３】
図２は、モニタ１０による損失電流の観測波形を示す。図２は、課電電圧（ｖ１）を１〜８ｋＶ／ｍｍまで、１ｋＶづつ上昇させて８点の測定を行い、これを観測した結果である。ここで、波形３１は１ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３２は２ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３３は３ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３４は４ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３５は５ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３６は６ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３７は７ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３８は８ｋＶ／ｍｍ課電時のものである。図２を参照すると、課電電圧（ｖ１）の上昇により損失電流中の第３高調波成分が大きくなることがわかる。
【００２４】
（検出部の詳細動作）
次に、バイパス抵抗４及び検出抵抗５から構成される検出部の動作の詳細について説明する。図３は、図１の損失電流測定装置１００の検出部の等価回路を示す。また、図４は、図３の各部に流れる電流のベクトル図を示す。
【００２５】
図３において、検出抵抗５をｒｄ、バイパス抵抗４をｒｓとすると、低電位端Ｌと接地間に挿入された試料２０は、コンダクタンスＧと静電容量Ｃで表される。また、ｖ１は第１の課電トランス２により高電位端Ｈに印加される課電電圧、ｖ２は第２の課電トランスによりバイパス抵抗４に印加される変位電流成分除去用の電圧、ｖ０は試料２０の芯線〜外部導体間の印加電圧、（ｖ１−ｖ０）は検出抵抗５の両端に加わる電圧である。
【００２６】
試料２０に印加されている電圧ｖ０が検出信号に重畳されるため、抵抗ｒｄに変位電流成分を通さないように、図４に示すように、正弦波による変位電流除去用の電圧ｖ２に対して、ｖ１＝ｖ２ｃｏｓθの電圧を高電位端Ｈに印加し、変位電流成分をバイパス抵抗４にバイパスさせる。例えば、θ＝π／３である場合、印加電圧ｖ１を、ｖ１（ｔ）＝ｖ１ｓｉｎωｔとすれば、変位電流除去用の電圧ｖ２は、次のようになる。
ｖ２（ｔ）＝２ｖ１ｓｉｎ（ωｔ−π／３）
【００２７】
図４は、図３における電圧ｖ０，ｖ１，ｖ２と、試料２０に流れる電流ｉ、バイパス抵抗ｒｓに流れる電流ｉｃ’、静電容量Ｃに流れる電流ｉｃ、検出抵抗ｒｄに流れる電流ｉｘ’、コンダクタンスＧに流れる電流ｉｘの関係をベクトルで表したものである。
【００２８】
低電位端Ｌに印加される電圧ｖ２が適正でないために不平衡であるときには、図４の（ａ）に示すように、検出抵抗５を流れる電流ｉｘ’とコンダクタンスＧを流れる電流ｉｘとは同相にならず、変位電流成分を含んだ検出信号が検出抵抗５の両端に生じて、正しい損失電流を検出することができない。
【００２９】
しかし、図４の（ｂ）に示すように、低電位端Ｌに印加する電圧ｖ２を最適にすると、平衡条件を満たした状態でｉｃ≒ｉｃ’になり、劣化診断に不必要な変位電流の大部分を除去することができる。このとき、（ｖ１−ｖ０）／ｒｄ＝ｉｘ’が、印加電圧とｖ１と同相な損失電流（ｉｘ）成分に対応した信号となる。従って、図４の（ｂ）のような平衡条件を満たすバイパス抵抗４の値ｒｓを設定し、その後、ｖ１＝ｖ２ｃｏｓθが成り立つような高電圧を印加すれば、試料２０の高電位側から損失電流を検出することができ、最終的にモニタ１０により波形を観測することができる。
【００３０】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）検出抵抗５により損失電流を検出するため、試料２０の静電容量や浮遊容量の影響を受けないので、検出信号を歪みのない波形にすることができ、高精度に損失電流を測定することができる。
（ロ）検出抵抗５により電流を検出するため、共振現象の影響を受けることがなくなり、水トリー劣化に起因した劣化信号の波形解析および観察を簡便に行うことができる。
（ハ）検出部を検出抵抗５とバイパス抵抗４で構成できるため、損失電流測定装置１００の小型化及び軽量化を図ることができ、損失電流測定装置１００の運搬が簡単になる。
（ニ）試料２０の高電位側から損失電流を検出できるため、試料２０が、多数の接地箇所を有する稼動中のＣＶケーブルであっても、接地を考慮せずに済むため、従来の撤去ケーブルによる水トリー劣化診断の結果を生かして、運転中のＣＶケーブルの水トリー劣化診断を非破壊で簡単に行うことができる。
（ホ）差動増幅器６の出力信号を光信号に変換してモニタ１０側へ伝送しているため、高電圧側で検出した信号を安全に解析することができる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態において、課電トランスを１台（課電トランス２）にし、Ｅ／Ｏ変換器１２及びＯ／Ｅ変換器１３を用い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バイパス抵抗４を介して検出抵抗５の両端に印加する構成にしたものであり、その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。なお、Ｅ／Ｏ変換器１２及びＯ／Ｅ変換器１３への電源供給は、ＤＣ電源部１１から行っている。
【００３２】
本実施の形態では、２チャンネル信号発信器１から正弦波の電圧ｖ１を課電トランス２に印加し、Ｅ／Ｏ変換器１２には負極性の余弦波（−ｃｏｓθ）による電圧ｖ２を印加している。それは、課電電圧が正弦波（ｓｉｎ）であれば、変位電流成分が理論的に余弦波（ｃｏｓθ）であることが公知であり、よってｃｏｓθの変位電流成分をキャンセルするためには、−ｃｏｓθをＯ／Ｅ変換器１２から出力すればよい。
【００３３】
図５の損失電流測定装置１００において、第１の課電トランス２の二次巻線２ｂから試料２０に流れる電流により検出抵抗５に生じた検出信号に対して、変位電流成分除去用信号である電圧ｖ２が重畳される。これにより検出信号中の変位電流成分がキャンセルされ、検出信号には変位電流成分が流れないので、検出信号には損失電流のみが流れ、これが検出信号として差動増幅器６に入力される。
【００３４】
第２の実施の形態によれば、変位電流成分除去信号用の電圧ｖ２を低くできるため、課電トランスを１台にして損失電流測定装置１００を構成することができる。その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す。本実施の形態は、第２の実施の形態において、差動増幅器６、Ｅ／Ｏ変換器７、光伝送媒体８、及びＯ／Ｅ変換器９を除去したほか、検出抵抗５の高電位端Ｈに高圧プローブ１４を接続するとともに低電位端Ｌに高圧プローブ１５を接続し、これら高圧プローブ１４，１５の出力にモニタ１０を接続したものであり、その他の構成は、第２の実施の形態と同様である。
【００３６】
第３の実施の形態によれば、高圧プローブ１４，１５により差動検出を行う構成にしたことにより、高電位下での微小電位差の測定が可能になる。この結果、他の実施の形態で必要とした差動増幅器６からＯ／Ｅ変換器９に至る構成、及びＤＣ電源部１１を不要にすることができ、損失電流測定装置１００の構成を簡略化することができる。その他の効果は、第２の実施の形態と同様である。
【００３７】
［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。例えば、図１の第１の実施の形態において、差動増幅器６からＯ／Ｅ変換器９までの構成を除去し、図６に示した第３の実施の形態の高圧プローブ１４，１５を検出抵抗５の両端に接続する構成が可能である。
【００３８】
また、上記各実施の形態において、試料２０に流れる変位電流をキャンセルした後に高周波信号成分を増幅することにより、部分放電パルス信号を検出する装置を構成することができる。また、この回路により変位電流を測定し、課電電圧位相の関係から課電正接を測定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す接続図である。
【図２】図１のモニタによる損失電流の観測波形を示す波形図である。
【図３】損失電流測定装置の検出部の等価回路を示す回路図である。
【図４】図３の各部に流れる電流のベクトル図であり、（ａ）は不平衡時のベクトル図、（ｂ）は平衡時のベクトル図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す接続図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す接続図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ チャンネル信号発信器
２ 課電トランス
２ａ，３ａ 一次巻線
２ｂ，３ｂ 二次巻線
３ 課電トランス
４ バイパス抵抗（ｒｓ）
５ 検出抵抗（ｒｄ）
６ 差動増幅器
７ Ｅ／Ｏ変換器
８ 光伝送媒体
９ Ｏ／Ｅ変換器
１０ モニタ
１１ ＤＣ電源部
１２ Ｅ／Ｏ変換器
１３ Ｏ／Ｅ変換器
１４，１５ 高圧プローブ
２０ 試料
１００ 損失電流測定装置
Ｈ 高電位端
Ｌ 低電位端
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力ケーブルの水トリー（water tree）劣化診断方法に適用できる損失電流測定方法に関し、特に、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）の絶縁体中を流れる損失電流成分を高精度に測定できる高電位（高電圧）側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法および装置に関するものである。
【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）のＣＶケーブル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）。
【特許文献１】特開２００４−３５４０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の損失電流測定方法によると、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】
本発明の目的は、損失電流の検出信号を歪みのない波形にすることのできる高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記目的を達成するため、測定対象物の高電位側に検出抵抗の一端を接続して、前記検出抵抗の他端と前記測定対象物の低電位側との間に課電電圧を印加する第１の工程と、変位電流成分除去用の信号を測定対象物の高電位側にバイパス抵抗を介して印加し、前記課電電圧によって測定対象物に流れる変位電流を前記バイパス抵抗にバイパスさせる第２の工程と、前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を損失電流として取り出す第３の工程とを備えることを特徴とする高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法を提供する。
【０００７】
第２の発明は、上記目的を達成するため、測定対象物の高電位側に検出抵抗の一端を接続して、前記検出抵抗の他端と測定対象物の低電位側との間に課電電圧を印加する第１の電圧印加手段と、変位電流成分除去用の信号を測定対象物の高電位側にバイパス抵抗を介して印加し、前記課電電圧によって測定対象物に流れる変位電流を前記バイパス抵抗にバイパスさせる第２の電圧印加手段と、前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を損失電流として取り出す損失電流検出手段とを備えたことを特徴とする高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法および装置によれば、検出抵抗には測定対象物の変位電流成分と損失電流成分の合成電流成分が流れ、バイパス抵抗には変位電流成分が流れることにより、結果として変位電流成分がキャンセルされ検出抵抗には損失電流成分のみが発生することになる。よって、測定対象物中を流れる損失電流成分について高精度な測定が行えるとともに、検出抵抗による検出によって共振現象の影響を受けることがなくなり、水トリー劣化に起因した劣化信号の波形解析および観察を簡便に行うことができる。
従って、本発明によれば、損失電流の検出信号を歪みのない波形にすることのできる高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法および装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第１の実施の形態］
（高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す。この損失電流測定装置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にそれぞれの一次巻線２ａ，３ａが接続された第１，第２の課電トランス２，３と、高電位側の第２の課電トランス３の二次巻線３ｂに接続され変位電流成分を迂回させるバイパス抵抗４と、高電位側の第１の課電トランス２の二次巻線２ｂに接続され変位電流成分と損失電流成分の合成電流成分が流れる検出抵抗５と、検出抵抗５の両端に一対の入力端が接続された差動増幅器６と、差動増幅器６の出力端に接続されたＥ／Ｏ変換器７と、光ファイバ等の光伝送媒体８を介してＥ／Ｏ変換器７の出力端に接続されたＯ／Ｅ変換器９と、Ｏ／Ｅ変換器９の出力端に接続されて、その出力信号を観測するモニタ１０と、差動増幅器６及びＥ／Ｏ変換器７に直流（ＤＣ）電源を供給するＤＣ電源部１１とを備える。
【００１０】
２チャンネル信号発信器１は、信号発信源であり、変位電流除去用の電圧ｖ２(−ｃｏｓθ）と、課電用の電圧ｖ１(sinθ）とを、同期をとりながら出力する２チャンネルの構成を有する。
【００１１】
第１，第２の課電トランス２，３は、共に一次巻線２ａ，３ａに印加された電圧を昇圧して出力する二次巻線２ｂ，３ｂを有し、それぞれの一端は接地されている。
【００１２】
バイパス抵抗４は、可変抵抗であり、その一端は第２の課電トランス３の二次巻線３ｂ
の高電位側に接続され、他端は低電位端Ｌに接続されている。このバイパス抵抗４により、低電位端Ｌに注入する変位電流除去用信号のレベルが調整される。
【００１３】
検出抵抗５は、損失電流波形検出用であり、一端が試料２０に接続され、他端が高電位側Ｈに接続され、試料２０に流れる変位電流成分と損失電流成分の合成電流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。
【００１４】
差動増幅器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構成を有する。差動増幅器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】
Ｅ／Ｏ変換器７は、差動増幅器６の出力信号を電気信号から光信号に変換し、この光信号を光伝送媒体８へ出力する回路構成を有する。
【００１６】
Ｏ／Ｅ変換器９は、Ｅ／Ｏ変換器７からの光信号を電気信号に変換してモニタ１０へ出力する。
【００１７】
モニタ１０は、観測波形を画面に表示するディスプレイのほか、入力信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）による処理回路を備えて構成され、観察場所に設置される。
【００１８】
ＤＣ電源部１１は、電源のための配線が不要で、移動性に優れ、外来ノイズの影響を受けないバッテリーが適している。
【００１９】
（高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法）
（全体の動作）
次に、図１の損失電流測定装置１００の全体の動作について説明する。図１において、ＣＶケーブルを試料２０にして損失電流を測定する場合、ＣＶケーブルの芯線を低電位端Ｌに接続し、遮蔽層等の外部導体を接地する。
【００２０】
次に、２チャンネル信号発信器１から第１の課電トランス２の一次巻線２ａにsinθの電圧ｖ１を課電用として印加するとともに、第２の課電トランス３の一次巻線３ａに変位電流除去用の電圧ｖ２（−cosθ）を印加し、それぞれの二次巻線２ｂ，３ｂに巻線比に応じた高電圧を発生させる。
【００２１】
第１の課電トランス２の二次巻線２ｂに発生した高圧交流電圧は、検出抵抗５の高電位端Ｈ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が検出抵抗５に流れ、検出抵抗５に電圧降下が生じる。
【００２２】
同時に、２チャンネル信号発信器１及び第２の課電トランス３により、変位電流成分除去用の電圧ｖ２がバイパス抵抗４に印加されることにより、試料２０の変位電流成分がバイパス抵抗４及び第２の課電トランス３の二次巻線３ｂを迂回して流れる。このとき、検出抵抗５の両端の電圧が最小になるように２チャンネル信号発信器１の出力電圧及びバイパス抵抗４を調整する。この調整により検出抵抗５の両端の電圧が最小になったとき、変位電流成分が完全にキャンセルされ、損失電流波形のみが検出抵抗５の両端に現れる。
【００２３】
図２は、モニタ１０による損失電流の観測波形を示す。図２は、課電電圧（ｖ１）を１〜８ｋＶ／ｍｍまで、１ｋＶづつ上昇させて８点の測定を行い、これを観測した結果である。ここで、波形３１は１ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３２は２ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３３は３ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３４は４ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３５は５ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３６は６ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３７は７ｋＶ／ｍｍ課電時、波形３８は８ｋＶ／ｍｍ課電時のものである。図２を参照すると、課電電圧（ｖ１）の上昇により損失電流中の第３高調波成分が大きくなることがわかる。
【００２４】
（検出部の詳細動作）
次に、バイパス抵抗４及び検出抵抗５から構成される検出部の動作の詳細について説明する。図３は、図１の損失電流測定装置１００の検出部の等価回路を示す。また、図４は、図３の各部に流れる電流のベクトル図を示す。
【００２５】
図３において、検出抵抗５をｒｄ、バイパス抵抗４をｒｓとすると、低電位端Ｌと接地間に挿入された試料２０は、コンダクタンスＧと静電容量Ｃで表される。また、ｖ１は第１の課電トランス２により高電位端Ｈに印加される課電電圧、ｖ２は第２の課電トランスによりバイパス抵抗４に印加される変位電流成分除去用の電圧、ｖ０は試料２０の芯線〜外部導体間の印加電圧、（ｖ１−ｖ０）は検出抵抗５の両端に加わる電圧である。
【００２６】
試料２０に印加されている電圧ｖ０が検出信号に重畳されるため、抵抗ｒｄに変位電流成分を通さないように、図４に示すように、正弦波による変位電流除去用の電圧ｖ２に対して、ｖ１＝ｖ２ｃｏｓθの電圧を高電位端Ｈに印加し、変位電流成分をバイパス抵抗４にバイパスさせる。例えば、θ＝π／３である場合、印加電圧ｖ１を、ｖ１（ｔ）＝ｖ１ｓｉｎωｔとすれば、変位電流除去用の電圧ｖ２は、次のようになる。
ｖ２（ｔ）＝２ｖ１ｓｉｎ（ωｔ−π／３）
【００２７】
図４は、図３における電圧ｖ０，ｖ１，ｖ２と、試料２０に流れる電流ｉ、バイパス抵抗ｒｓに流れる電流ｉｃ’、静電容量Ｃに流れる電流ｉｃ、検出抵抗ｒｄに流れる電流ｉｘ’、コンダクタンスＧに流れる電流ｉｘの関係をベクトルで表したものである。
【００２８】
低電位端Ｌに印加される電圧ｖ２が適正でないために不平衡であるときには、図４の（ａ）に示すように、検出抵抗５を流れる電流ｉｘ’とコンダクタンスＧを流れる電流ｉｘとは同相にならず、変位電流成分を含んだ検出信号が検出抵抗５の両端に生じて、正しい損失電流を検出することができない。
【００２９】
しかし、図４の（ｂ）に示すように、低電位端Ｌに印加する電圧ｖ２を最適にすると、平衡条件を満たした状態でｉｃ≒ｉｃ’になり、劣化診断に不必要な変位電流の大部分を除去することができる。このとき、（ｖ１−ｖ０）／ｒｄ＝ｉｘ’が、印加電圧とｖ１と同相な損失電流（ｉｘ）成分に対応した信号となる。従って、図４の（ｂ）のような平衡条件を満たすバイパス抵抗４の値ｒｓを設定し、その後、ｖ１＝ｖ２ｃｏｓθが成り立つような高電圧を印加すれば、試料２０の高電位側から損失電流を検出することができ、最終的にモニタ１０により波形を観測することができる。
【００３０】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）検出抵抗５により損失電流を検出するため、試料２０の静電容量や浮遊容量の影響を受けないので、検出信号を歪みのない波形にすることができ、高精度に損失電流を測定することができる。
（ロ）検出抵抗５により電流を検出するため、共振現象の影響を受けることがなくなり、水トリー劣化に起因した劣化信号の波形解析および観察を簡便に行うことができる。
（ハ）検出部を検出抵抗５とバイパス抵抗４で構成できるため、損失電流測定装置１００の小型化及び軽量化を図ることができ、損失電流測定装置１００の運搬が簡単になる。
（ニ）試料２０の高電位側から損失電流を検出できるため、試料２０が、多数の接地箇所を有する稼動中のＣＶケーブルであっても、接地を考慮せずに済むため、従来の撤去ケーブルによる水トリー劣化診断の結果を生かして、運転中のＣＶケーブルの水トリー劣化診断を非破壊で簡単に行うことができる。
（ホ）差動増幅器６の出力信号を光信号に変換してモニタ１０側へ伝送しているため、高電圧側で検出した信号を安全に解析することができる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態において、課電トランスを１台（課電トランス２）にし、Ｅ／Ｏ変換器１２及びＯ／Ｅ変換器１３を用い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バイパス抵抗４を介して検出抵抗５の両端に印加する構成にしたものであり、その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。なお、Ｅ／Ｏ変換器１２及びＯ／Ｅ変換器１３への電源供給は、ＤＣ電源部１１から行っている。
【００３２】
本実施の形態では、２チャンネル信号発信器１から正弦波の電圧ｖ１を課電トランス２に印加し、Ｅ／Ｏ変換器１２には負極性の余弦波（−ｃｏｓθ）による電圧ｖ２を印加している。それは、課電電圧が正弦波（ｓｉｎ）であれば、変位電流成分が理論的に余弦波（ｃｏｓθ）であることが公知であり、よってｃｏｓθの変位電流成分をキャンセルするためには、−ｃｏｓθをＯ／Ｅ変換器１２から出力すればよい。
【００３３】
図５の損失電流測定装置１００において、第１の課電トランス２の二次巻線２ｂから試料２０に流れる電流により検出抵抗５に生じた検出信号に対して、変位電流成分除去用信号である電圧ｖ２が重畳される。これにより検出信号中の変位電流成分がキャンセルされ、検出信号には変位電流成分が流れないので、検出信号には損失電流のみが流れ、これが検出信号として差動増幅器６に入力される。
【００３４】
第２の実施の形態によれば、変位電流成分除去信号用の電圧ｖ２を低くできるため、課電トランスを１台にして損失電流測定装置１００を構成することができる。その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す。本実施の形態は、第２の実施の形態において、差動増幅器６、Ｅ／Ｏ変換器７、光伝送媒体８、及びＯ／Ｅ変換器９を除去したほか、検出抵抗５の高電位端Ｈに高圧プローブ１４を接続するとともに低電位端Ｌに高圧プローブ１５を接続し、これら高圧プローブ１４，１５の出力にモニタ１０を接続したものであり、その他の構成は、第２の実施の形態と同様である。
【００３６】
第３の実施の形態によれば、高圧プローブ１４，１５により差動検出を行う構成にしたことにより、高電位下での微小電位差の測定が可能になる。この結果、他の実施の形態で必要とした差動増幅器６からＯ／Ｅ変換器９に至る構成、及びＤＣ電源部１１を不要にすることができ、損失電流測定装置１００の構成を簡略化することができる。その他の効果は、第２の実施の形態と同様である。
【００３７】
［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。例えば、図１の第１の実施の形態において、差動増幅器６からＯ／Ｅ変換器９までの構成を除去し、図６に示した第３の実施の形態の高圧プローブ１４，１５を検出抵抗５の両端に接続する構成が可能である。
【００３８】
また、上記各実施の形態において、試料２０に流れる変位電流をキャンセルした後に高周波信号成分を増幅することにより、部分放電パルス信号を検出する装置を構成することができる。また、この回路により変位電流を測定し、課電電圧位相の関係から課電正接を測定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す接続図である。
【図２】図１のモニタによる損失電流の観測波形を示す波形図である。
【図３】損失電流測定装置の検出部の等価回路を示す回路図である。
【図４】図３の各部に流れる電流のベクトル図であり、（ａ）は不平衡時のベクトル図、（ｂ）は平衡時のベクトル図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す接続図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置を示す接続図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ チャンネル信号発信器
２ 課電トランス
２ａ，３ａ 一次巻線
２ｂ，３ｂ 二次巻線
３ 課電トランス
４ バイパス抵抗（ｒｓ）
５ 検出抵抗（ｒｄ）
６ 差動増幅器
７ Ｅ／Ｏ変換器
８ 光伝送媒体
９ Ｏ／Ｅ変換器
１０ モニタ
１１ ＤＣ電源部
１２ Ｅ／Ｏ変換器
１３ Ｏ／Ｅ変換器
１４，１５ 高圧プローブ
２０ 試料
１００ 損失電流測定装置
Ｈ 高電位端
Ｌ 低電位端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の高電位側に検出抵抗の一端を接続して、前記検出抵抗の他端と前記測定対象物の低電位側との間に課電電圧を印加する第１の工程と、
変位電流成分除去用の信号を測定対象物の高電位側にバイパス抵抗を介して印加し、前記課電電圧によって測定対象物に流れる変位電流を前記バイパス抵抗にバイパスさせる第２の工程と、
前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を損失電流として取り出す第３の工程とを備えることを特徴とする高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項２】
前記第３の工程は、前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を光信号にして観察場所まで伝送することを特徴とする請求項１に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項３】
前記第３の工程は、前記検出抵抗の両端に第１，第２の高圧プローブを接続して検出信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項４】
前記第１の工程は、前記課電電圧を第１の課電トランスにより前記検出抵抗に印加し、
前記第２の工程は、前記変位電流成分除去用の信号を第２の課電トランスにより前記バイパス抵抗に印加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項５】
前記第１の工程は、前記第１の課電トランスを正弦波電圧ｖ１（sinθ）で駆動し、
前記第２の工程は、前記第２の課電トランスをｖ１に同期した−cosθ電圧ｖ２で駆動することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項６】
前記第１の工程は、前記課電電圧を課電トランスにより前記検出抵抗に印加し、
前記第２の工程は、前記変位電流成分除去用の信号を、信号発信源から前記バイパス抵抗の直近まで光信号で伝送した後、前記光信号を電気信号に変換して前記バイパス抵抗に注入することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項７】
測定対象物の高電位側に検出抵抗の一端を接続して、前記検出抵抗の他端と前記測定対象物の低電位側との間に課電電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
変位電流成分除去用の信号を測定対象物の高電位側にバイパス抵抗を介して印加し、前記課電電圧によって測定対象物に流れる変位電流を前記バイパス抵抗にバイパスさせる第２の電圧印加手段と、
前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を損失電流として取り出す損失電流検出手段とを備えたことを特徴とする高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置。
【請求項１】
測定対象物の高電位側に検出抵抗の一端を接続して、前記検出抵抗の他端と前記測定対象物の低電位側との間に課電電圧を印加する第１の工程と、
変位電流成分除去用の信号を測定対象物の高電位側にバイパス抵抗を介して印加し、前記課電電圧によって測定対象物に流れる変位電流を前記バイパス抵抗にバイパスさせる第２の工程と、
前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を損失電流として取り出す第３の工程とを備えることを特徴とする高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項２】
前記第３の工程は、前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を光信号にして観察場所まで伝送することを特徴とする請求項１に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項３】
前記第３の工程は、前記検出抵抗の両端に第１，第２の高圧プローブを接続して検出信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項４】
前記第１の工程は、前記課電電圧を第１の課電トランスにより前記検出抵抗に印加し、
前記第２の工程は、前記変位電流成分除去用の信号を第２の課電トランスにより前記バイパス抵抗に印加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項５】
前記第１の工程は、前記第１の課電トランスを正弦波電圧ｖ１（sinθ）で駆動し、
前記第２の工程は、前記第２の課電トランスをｖ１に同期した−cosθ電圧ｖ２で駆動することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項６】
前記第１の工程は、前記課電電圧を課電トランスにより前記検出抵抗に印加し、
前記第２の工程は、前記変位電流成分除去用の信号を、信号発信源から前記バイパス抵抗の直近まで光信号で伝送した後、前記光信号を電気信号に変換して前記バイパス抵抗に注入することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定方法。
【請求項７】
測定対象物の高電位側に検出抵抗の一端を接続して、前記検出抵抗の他端と前記測定対象物の低電位側との間に課電電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
変位電流成分除去用の信号を測定対象物の高電位側にバイパス抵抗を介して印加し、前記課電電圧によって測定対象物に流れる変位電流を前記バイパス抵抗にバイパスさせる第２の電圧印加手段と、
前記検出抵抗の両端に生じた検出信号を損失電流として取り出す損失電流検出手段とを備えたことを特徴とする高電位側検出型・変位電流バイパス法による損失電流測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２５６０２２（Ｐ２００７−２５６０２２Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７９６２４（Ｐ２００６−７９６２４）
【出願日】平成１８年３月２２日（２００６．３．２２）
【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１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２２日（２００６．３．２２）
【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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