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技術 CVケーブルの残留電荷測定方法

出願人 古河電気工業株式会社株式会社フジクラ株式会社ビスキャス
発明者 今博之石井登
出願日 2005年6月3日 (14年1ヶ月経過) 出願番号 2005-163517
公開日 2006年12月14日 (12年7ヶ月経過) 公開番号 2006-337226
状態 特許登録済
技術分野 絶縁性に関する試験
主要キーワード 昇圧パターン 直流成分信号 昇圧領域 交流電圧出力端子 回路応答 課電装置 残留電荷測定 直流電流成分
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2006年12月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

残留電荷測定において回路応答に起因するノイズを低減化し、残留電荷測定の分解能が向上させること。

解決手段

直流高電圧発生装置1よりケーブル3の導体遮蔽間に直流高電圧課電する。ついで、ケーブル導体対地抵抗Rを介して接地した後に、直接接地をする。その後、試験用変圧器2により、ケーブル導体−遮蔽間に交流電圧を課電して残留電荷信号を測定する。交流電圧課電時、試験用変圧器2の出力電圧昇圧パターン発生器2aが出力する昇圧パターンで上昇する。昇圧パターンは、波形昇圧開始点の電圧から所定の電圧値までの領域、および昇圧終了点の前から昇圧終了点である一定の電圧値に移行するまでの領域において、その変化率が連続的に変化する様な波形であり、昇圧開始点、昇圧終了点近傍での変化が滑らかなため、回路応答に起因するノイズは低減化される。

概要

背景

水トリー劣化したCVケーブル絶縁劣化診断法として、残留電荷測定方法が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2等参照)。残留電荷測定方法は、直流電圧課電することによりCVケーブルの水トリー蓄積した電荷を測定し、ケーブル絶縁体残存性能非破壊的診断するものであり、CVケーブルの劣化診断方法として注目されている。
残留電荷測定においては、当該ケーブルに所定の直流電圧を課電し、一旦接地をした後に交流電圧を課電する。水トリーがケーブル絶縁体中に存在している場合には、直流電圧を課電することにより、水トリー部に電荷が蓄積する。
この種の電荷は、接地をしてケーブル導体遮蔽間を閉回路とした際にも容易に放出されるものではない。しかしながら、その後に交流電圧を課電することにより、これらの電荷は容易に放出される。これら放出された電荷を、ローパスフィルタを用いることにより、直流電流成分として検出する。
特開平5−307060号公報
特開平8−62280号公報

概要

残留電荷測定において回路応答に起因するノイズを低減化し、残留電荷測定の分解能が向上させること。直流高電圧発生装置1よりケーブル3の導体−遮蔽間に直流高電圧を課電する。ついで、ケーブル導体を対地抵抗Rを介して接地した後に、直接接地をする。その後、試験用変圧器2により、ケーブル導体−遮蔽間に交流電圧を課電して残留電荷信号を測定する。交流電圧課電時、試験用変圧器2の出力電圧昇圧パターン発生器2aが出力する昇圧パターンで上昇する。昇圧パターンは、波形昇圧開始点の電圧から所定の電圧値までの領域、および昇圧終了点の前から昇圧終了点である一定の電圧値に移行するまでの領域において、その変化率が連続的に変化する様な波形であり、昇圧開始点、昇圧終了点近傍での変化が滑らかなため、回路応答に起因するノイズは低減化される。

目的

一方、所定の電圧で放出される残留電荷は、所定の交流電圧を1回課電することにより放出されることから、1回目の交流電圧課電時に得られる信号は、回路応答に起因したノイズ性信号と残留電荷信号の和であり、2回目の交流電圧課電時に得られる信号は、回路応答に起因したノイズ性信号のみとなる。よって、原理的には、同じ課電パターンにて交流電圧を2回課電して、1回目の交流電圧課電時の信号から2回目の交流電圧課電時の信号を差し引くことにより、残留電荷信号のみを獲得することが可能である。
しかしなから、実際には、1回目の交流電圧課電時に生じるノイズ性信号と2回目の交流電圧課電時に生じるノイズ性信号は全く同一のものではなく、これらの差分には、残留成分が存在することになり、残留電荷測定における分解能に影響を及ぼす。よって、残留電荷測定において分解能を向上させるためには、回路応答に起因したノイズは極力低減させることが望ましい。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、残留電荷測定において回路応答に起因するノイズを低減化し、残留電荷測定の分解能が向上させることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

CVケーブル直流電圧あるいは直流電圧と同様な作用を有する電圧波形課電した後に、所定のパターンで昇圧する交流電圧を課電し、上記直流電圧課電時あるいは直流電圧と同様な作用を有する電圧波形課電時に、上記CVケーブルの水トリー蓄積した電荷を放出させ残留電荷を測定するCVケーブルの残留電荷測定方法であって、上記交流電圧を、交流電圧が電圧から所定の値になるまでの領域において、その変化率が徐々に大きくなるように連続的に上昇させ、また、昇圧終了前の所定の電圧から一定値に達するまでの領域において、その変化率が徐々に小さくなるように連続的に上昇させることを特徴とする残留電荷測定方法。

技術分野

0001

本発明は水トリー劣化したCVケーブル絶縁性能診断するための残留電荷測定方法に関する。

背景技術

0002

水トリー劣化したCVケーブルの絶縁劣化診断法として、残留電荷測定方法が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2等参照)。残留電荷測定方法は、直流電圧課電することによりCVケーブルの水トリー蓄積した電荷を測定し、ケーブル絶縁体残存性能非破壊的に診断するものであり、CVケーブルの劣化診断方法として注目されている。
残留電荷測定においては、当該ケーブルに所定の直流電圧を課電し、一旦接地をした後に交流電圧を課電する。水トリーがケーブル絶縁体中に存在している場合には、直流電圧を課電することにより、水トリー部に電荷が蓄積する。
この種の電荷は、接地をしてケーブル導体遮蔽間を閉回路とした際にも容易に放出されるものではない。しかしながら、その後に交流電圧を課電することにより、これらの電荷は容易に放出される。これら放出された電荷を、ローパスフィルタを用いることにより、直流電流成分として検出する。
特開平5−307060号公報
特開平8−62280号公報

発明が解決しようとする課題

0003

残留電荷法においては、直流電圧課電により水トリー部に蓄積した電荷に対して、交流電圧を用いて放出させる。
交流電圧の昇圧方法に関しては特にこれまで規定されてはいない。しかしながら、交流電圧を電圧から急激に変化させ、一定の昇圧レートにより所定の交流電圧値まで、直線状に昇圧する方法の場合、残留電荷測定における測定系においては、電圧の立ち上がり部分および電圧が昇圧中から一定値移行する領域におい直流成分が発生し、これがノイズ成分となってしまう。
これらのノイズ性信号は、交流電圧を課電の際の回路応答に起因し、残留電荷信号はこれらのノイズ重畳して存在している。

0004

一方、所定の電圧で放出される残留電荷は、所定の交流電圧を1回課電することにより放出されることから、1回目交流電圧課電時に得られる信号は、回路応答に起因したノイズ性信号と残留電荷信号の和であり、2回目の交流電圧課電時に得られる信号は、回路応答に起因したノイズ性信号のみとなる。よって、原理的には、同じ課電パターンにて交流電圧を2回課電して、1回目の交流電圧課電時の信号から2回目の交流電圧課電時の信号を差し引くことにより、残留電荷信号のみを獲得することが可能である。
しかしなから、実際には、1回目の交流電圧課電時に生じるノイズ性信号と2回目の交流電圧課電時に生じるノイズ性信号は全く同一のものではなく、これらの差分には、残留成分が存在することになり、残留電荷測定における分解能に影響を及ぼす。よって、残留電荷測定において分解能を向上させるためには、回路応答に起因したノイズは極力低減させることが望ましい。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、残留電荷測定において回路応答に起因するノイズを低減化し、残留電荷測定の分解能が向上させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

交流電圧を直線状に昇圧する場合には、交流電圧が零電圧から昇圧に移行する点、および昇圧から一定値に移行する点においては、その両者が特異点となる。
交流電圧課電に伴う直流成分のノイズ性信号が発生する原因は、これらの特異点の存在にあると考えられる。従って、両点付近で電圧を連続的に変化させ、これらの特異点を解消することにより、上記課題を解決することができる。すなわち、交流電圧を零電圧から徐々に昇圧していき、昇圧領域から一定値への移行も徐々に行うことにより、当該ノイズ性信号を除去することができる。
上記に基づき本発明においては、残留電荷測定において、交流電圧を、交流電圧が零電圧から所定の値になるまでの領域において、その変化率が徐々に大きくなるように連続的に上昇させ、また、昇圧終了前の所定の電圧から一定値に達するまでの領域において、その変化率が徐々に小さくなるように連続的に上昇させ、残留電荷を放出させる。

発明の効果

0006

本発明においては、残留電荷測定において、交流電圧を課電する際の昇圧パターンを直線状ではなく、特異点を有しない波形で昇圧するようにしたので、交流電圧課電時に発生する回路応答に起因したノイズ性信号を低減せることができ、残留電荷測定の分解能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

0007

本発明の実施例の残留電荷測定装置の構成を図1に示す。
図1に示すように、課電装置は、水トリーに電荷を蓄積させるための直流高電圧発生装置1、測定時に交流電圧を課電する試験用変圧器2と、切換えスイッチSWから構成される。直流高電圧発生装置1は、直流電圧もしくは直流電圧に相当した代替波形の電圧を出力する。
試験用変圧器2の低圧側には、電力増幅器2bの出力が接続され電力増幅器2bには昇圧パターン発生器2aの出力が接続される。交流電圧課電時、電力増幅器2bは昇圧パターン発生器2aの出力を増幅して、試験用変圧器2の低圧側に与え、試験用変圧器2の出力電圧は昇圧パターン発生器2aが出力する昇圧パターンで上昇する。

0008

昇圧パターン発生器2aの出力は直線状ではなく、例えば交流電圧が零電圧から所定の値になるまでの領域において、その変化率が徐々に大きくなるように連続的に上昇し、また、昇圧終了前の所定の電圧から一定値に達するまでの領域において、その変化率が徐々に小さくなるように連続的に上昇するパターンである。昇圧パターンとしては特異点を有しない波形であればどのような波形でもよく、例えば正弦波のn乗的に変化するパターン等を用いることができる。
切換えスイッチSWの端子(a)は測定対象のCVケーブル3のケーブル導体に接続され、また、端子(b)は上記直流高電圧発生装置1の電圧出力端子に接続され、端子(c)は上記試験用変圧器2の交流電圧出力端子に接続され、端子(d)は接地され、端子(e)は抵抗Rを介して接地されている。

0009

図1において、残留電荷の測定は次のように行われる。、
初めに、切換えスイッチSWの端子(a)と(b)を接続して直流高電圧発生装置1よりケーブル3の導体−遮蔽間に直流高電圧を課電する。
ついで、端子(a)を端子(e)へ接続して課電終了後、ケーブル導体を対地へ抵抗Rを介して接地した後に、端子(a)を端子(d)に接続して直接接地をする。
その後、端子(a)を端子(c)に接続して試験用変圧器2により、ケーブル導体−遮蔽間に上記昇圧パターンで上昇する交流電圧を課電して残留電荷信号を測定する。

0010

試験用変圧器2の低圧側より測定信号が取り出され、この測定信号は直流成分信号を検出するためのローパスフィルタ4に入力される。
上記ローパスフィルタ4の出力は、増幅器5へと入力され、増幅器5の出力から測定結果である残留電荷信号が得られる。
上記のように残留電荷を測定し、残留電荷の時間的変化などからケーブルの絶縁劣化の診断を行なうことができる。なお、残留電荷による劣化診断については、例えば前記特許文献2、3などに記載されるように従来から種々の方法が提案されており、これら周知な方法を用いることにより、実現することができる。

0011

上記交流電圧の昇圧パターンの例としては、例えば図2に示すように、直線状昇圧に代えて電圧を正弦波のn乗的に昇圧させることが挙げられる。
上記n値を大きくすればするほど、昇圧開始点における零電圧からの変化、あるいは昇圧中から昇圧終了点における変化は滑らかになるために、回路応答に起因するノイズ性信号は小さくなる。このnの値は使用する機器の性能により選択することになる。
なお、波形の昇圧開始点の零電圧から所定の電圧値までの領域、および昇圧終了点の前から昇圧終了点である一定の電圧値に移行するまでの領域において、その変化率が連続的に変化する様な波形であれば、任意の昇圧波形が選択できる。

0012

図3に示す模擬残留電荷信号(残留電荷量4.5nC)を想定し、模擬残留電荷信号が重畳している場合と重畳していない場合の、装置における検出信号シミュレーション結果を図4図6に示す。シミュレーションに際し図5図6に示すものでは交流電圧値を一定に保つ保持時間については無視している。
図4は直線状昇圧の場合の検出波形を示している。また、図5図6は課電する最終電圧を同一とし、更に、昇圧開始から昇圧完了までの時間を正弦波の2.4乗および3.0乗の1/4波長が同一となる様に昇圧した際に放出される波形を示している。なお同時の太線で示した波形は交流電圧の変化パターンを示している。
図4に示す様に、直線状昇圧した場合には、残留電荷信号に比較して極めて大きな回路応答に起因したノイズ性信号が発生する。
残留電荷信号が重畳している波形と当該信号が重畳していない波形において、両者の差分をとることにより、重畳した模擬残留電荷信号が獲得できるものの、差分を取らなければ区別ができないほどである。図4では縦軸を1×10-3のスケールで示しているため、残留電荷信号が重畳している波形と、重畳していない波形はほとんど重なっている。

0013

一方、直線状の昇圧でなく、正弦波の2.4乗とした場合には、図5に示すように、交流電圧の課電に伴うノイズ性の信号の大きさは、直線状の昇圧の場合に発生するものに比較して、1/10000程度にまで小さくなる。すなわち、同図に示すように、残留電荷信号が重畳した波形と当該信号が重畳していない波形には明確な差が生じており、前者の差分をとらなくとも重畳した模擬残留電荷信号を判別することができる。
この状況はnを更に大きくすることにより顕著になる。一例として、n=3.0とした場合を図6に示す。図6ではノイズ性の信号の大きさは更に小さくなっており、模擬残留電荷信号をさらに明確に判別することができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施例の残留電荷測定装置の構成例を示す図である。
直線状の昇圧パターンと、非直線状の昇圧パターン(sinn波形)を示す図である。
シミュレーションにおいて重畳した模擬残留電荷信号を示す図である。
交流電圧を直線状に昇圧させた場合のシミュレーション結果を示す図である。
交流電圧をsinn (n=2.3)で昇圧させた場合のシミュレーション結果を示す図である。
交流電圧をsinn (n=3.0)で昇圧させた場合のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

0015

1直流高電圧発生装置
2試験用変圧器
2a昇圧パターン発生器
2b電力増幅器
3CVケーブル
4ローパスフィルタ
5増幅器
SW切換えスイッチ

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