JP5243323B2 - 電力ケーブル遮へい層の接地装置及び接地方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧又は特別高圧で使用される電力ケーブルの遮へい層の接地装置及び接地方法に関する。

高圧又は特別高圧で使用する電力ケーブルにあっては、静電誘導によって遮へい層に高電圧が発生する。このような高電圧から付近の設備を保護したり感電を防止したりするために、通常、電力ケーブルの遮へい層は接地される。

図５は、一般的な電力ケーブルの断面構造を示す斜視図である。
まず、図５を参照して、一般的な電力ケーブルの構造について説明する。電力ケーブルは、管状の遮へい層の中心に円形の心線を配置し、遮へい層と心線との間を絶縁層で絶縁し、さらに遮へい層をシースで絶縁して成る。

図６は、従来の電力ケーブルの遮へい層の接地方法を示す図である。
図６に示す例では、電力ケーブルの電気的に絶縁された遮へい層の両端を接地している。このように、各遮へい層の両端が接地されている場合には、遮へい層から接地線に流れる電流の一部は隣接の遮へい層を経由して電源に帰還することが期待されるが、残りの電流が大地に流出することは避けられない。

図７は、従来の電力ケーブルの遮へい層の別の接地方法を示す図である。
図７に示す例では、電力ケーブルの電気的に絶縁された遮へい層の電源側の片端を接地している。このように、各遮へい層の電源側の片端が接地されている場合には、遮へい層から引き出された接地線へ流出した電流のすべてが大地に流出する。また、同様に、電力ケーブルの電気的に絶縁された遮へい層の負荷側の片端が接地されている場合にも、遮へい層から引き出された接地線へ流出した電流のすべてが大地に流出する。

財団法人研友社 平成２０年１１月１日発行 鉄道総研報告第２２巻第１１号 「浮上式鉄道のき電回路における零相高周波共振の基礎検討」 図３

しかしながら、上記のような従来の電力ケーブル遮へい層の接地方法では、ケーブル心線と遮へい層との間の静電容量を介して心線から遮へい層に漏れ出た交流電流が接地線から大地に流出し、地中の通信線に対するノイズの要因となるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電力ケーブルの遮へい層から大地に向けて流れる電流を、その遮へい層よりも電源に近い側の遮へい層に帰還させることで、当該電流が大地へ流出するのを抑制することができる電力ケーブル遮へい層の接地装置及び接地方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る電力ケーブル遮へい層の接地装置は、二端子対回路として形成される磁気的に結合された一次導体と二次導体とを有し、前記一次導体の出力端子と前記二次導体の入力端子とが共有接地され、前記一次導体の入力端子に入力される電流が変流されて前記二次導体の出力端子から出力されるようにした。

例えば、前記一次導体と前記二次導体とを、同じ環状鉄心にそれぞれ巻き付けて、前記一次導体と前記二次導体とを磁気的に結合したり、前記二次導体を環状鉄心に巻き付け、前記一次導体を前記環状鉄心の中空に貫通させて、前記一次導体と前記二次導体とを磁気的に結合したりする。

好ましくは、前記一次導体と前記二次導体のうち少なくとも一方又は両方の導体と並列にサージ防護デバイスを接続し、前記遮へい層と大地との間に異常な高電圧が生じた場合に、当該接地装置を保護する。

また、好ましくは、前記一次導体と前記二次導体との磁気的な結合によって、前記一次導体に所定以上の電流が流れた場合に、前記二次導体に一定以上の電流を誘導しないように作用させる。

また、好ましくは、前記二次導体の出力端子にインピーダンスを接続し、接地点から前記二次導体側に直接流入する迷走電流を抑制する。

上記課題を解決するための本発明に係る電力ケーブル遮へい層の接地方法は、二端子対回路として形成される磁気的に結合された一次導体と二次導体とを有する電力ケーブル用接地装置を用いた電力ケーブルの接地方法であって、前記一次導体の入力端子を電力ケーブルの第１の遮へい層に接続し、前記二次導体の出力端子を電力ケーブルの前記第１の遮へい層と絶縁された第２の遮へい層に接続し、前記一次導体の出力端子と前記二次導体の入力端子とを共有接地し、前記第１の遮へい層から前記一次導体の入力端子に入力される電流が変流され、前記二次導体の出力端子から出力され、前記第２の遮へい層に帰還されるようにした。

また、上記課題を解決するための本発明に係る電力ケーブル遮へい層の接地方法は、二端子対回路として形成される磁気的に結合された一次導体と二次導体とを有する電力ケーブル用接地装置を用いた電力ケーブル遮へい層の接地方法であって、前記一次導体の入力端子を電力ケーブルの遮へい層に接続し、前記二次導体の出力端子を外部の金属導体に接続し、前記一次導体の出力端子と前記二次導体の入力端子とを共有接地し、前記遮へい層から前記一次導体の入力端子に入力される電流が変流され、前記二次導体の出力端子から出力され、前記外部の金属導体に帰還されるようにした。

本発明によれば、電力ケーブルの遮へい層から大地に向けて流れる電流を、その遮へい層よりも電源に近い側の遮へい層に帰還させることで、当該電流が大地へ流出するのを抑制することができる。

第１の実施の形態に係る電力ケーブル用接地装置１０の斜視図である。 第２の実施の形態に係る電力ケーブル用接地装置２０の斜視図である。 本実施形態に係る電力ケーブル用接地装置１０の第１の使用例を示す図である。 本実施形態に係る電力ケーブル用接地装置１０の第２の使用例を示す図である。 一般的な電力ケーブルの断面構造を示す斜視図である。 従来の電力ケーブルの遮へい層の接地方法を示す図である。 従来の電力ケーブルの遮へい層の別の接地方法を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１の実施の形態に係る電力ケーブル用接地装置１０の斜視図である。
まず、図１を参照して、第１の実施の形態に係る電力ケーブル用接地装置１０の構造について説明する。電力ケーブル用接地装置１０は、二端子対回路として形成される磁気的に結合された一次導体１１と二次導体１２とを有する。一次導体１１と二次導体１２は、同じ環状鉄心１３にそれぞれ巻き付けられており、両者が磁気的に結合している。また、一次導体１１の出力端子と二次導体１２の入力端子とは、共有接地される。

このような構成によって、電力ケーブル用接地装置１０においては、一次導体１１の入力端子に電流が入力されると、一次導体１１と磁気的に結合された二次導体１２とで形成される二端子対回路で変流され、二次導体１２の出力端子から出力される。この場合には、一次導体１１の入力端子に入力される電流の電流値と、二次導体１２の出力端子から出力する電流の電流値とが同じくらいになるように、環状鉄心１３に巻き付ける一次導体１１と二次導体１２の巻数を調整する。

図２は、第２の実施の形態に係る電力ケーブル用接地装置２０の斜視図である。
次に、図２を参照して、第２の実施形態に係る電力ケーブル用接地装置２０の構造について説明する。電力ケーブル用接地装置２０は、二端子対回路として形成される磁気的に結合された一次導体２１と二次導体２２とを有する。一次導体２１は、環状鉄心２３の中空を貫通しており、更に環状鉄心２３に二次導体２２が巻き付けられ、一次導体２１と二次導体２２の両者が磁気的に結合している。また、一次導体２１の出力端子と二次導体２２の入力端子とは、共有接地される。

このような構成によって、電力ケーブル用接地装置２０においては、一次導体２１の入力端子に電流が入力されると、一次導体２１と磁気的に結合された二次導体２２とで形成される二端子対回路で変流され、二次導体２２の出力端子から出力される。この場合には、一次導体２１の入力端子に入力される電流の電流値と、二次導体２２の出力端子から出力する電流の電流値とが同じくらいになるように、環状鉄心２３に巻き付ける二次導体１２の巻数を調整する。

図３は、本実施形態に係る接地装置１０の第１の使用例を示す。
次に、図３を参照して、接地装置１０を用いて電力ケーブルの遮へい層を接地する実施形態について説明する。各接地装置１０は、図１に示す接地装置１０と同じものであるため、その詳細な説明は省略する。また、接地装置２０を用いて電力ケーブルの遮へい層を接地する実施例は、接地装置１０を用いる場合と同様であるため、その詳細な説明は省略する。本実施形態にあっては、交流電源５０に接続される電力ケーブル６０の電気的に絶縁された遮へい層６１〜６３を接地している。

接地装置１０は、各遮へい層６１〜６３のうち隣接する遮へい層同士を跨ぐように接続される。具体的には、接地装置１０の一次導体１１の入力端子が交流電源５０から遠い側の遮へい層に接続され、接地装置１０の二次導体１２の出力端子が交流電源５０に近い側の遮へい層に接続される。つまり、遮へい層６２と遮へい層６３を接続する接地装置１０は、接地装置１０の一次導体１１の入力端子が交流電源５０から遠い遮へい層６３に接続され、接地装置１０の二次導体１２の出力端子が交流電源５０に近い側の遮へい層６２に接続される。

同様に、遮へい層６１と遮へい層６２間では、接地装置１０の一次導体１１の入力端子が交流電源５０から遠い遮へい層６２に接続され、接地装置１０の二次導体１２の出力端子が交流電源５０に近い側の遮へい層６１に接続される。但し、遮へい層６１の交流電源５０に近い端部に接続される接地装置１０は、二次導体１２の出力端子を接続すべき電力ケーブル６０の遮へい層が存在しないため、当該出力端子を交流電源５０の接地点に接続している。

このような構成によって、各接地装置１０を電力ケーブル６０の電気的に絶縁された複数の遮へい層６１〜６３と接続する。このように接地装置１０が接続された状態では、各接地装置１０の一次導体１１の入力端子に１次電流が流れ込む。各接地装置１０は、一次導体１１と二次導体１２とで磁気回路を形成しており、一次導体１１の入力端子に１次電流が流れ込むと、当該磁気回路の作用で二次導体１２の出力端子に逆方向の２次電流が誘起される。その結果、各遮へい層から大地に向けて流れる電流を強制的に隣接する遮へい層に誘導し、大地に流出する電流を抑制することができる。

また、本実施形態においては、各接地装置１０の二次導体１２に対して並列にサージ防護デバイス１４を接続している。サージ防護デバイス１４は、雷等によって遮へい層と大地との間に異常な高電圧が生じた場合に、接地装置１０を保護する。また、サージ防護デバイス１４は、接地装置１０の一次導体１１に対して並列に接続するようにしてもよいし、接地装置１０の一次導体１１及び二次導体１２の両方に対してそれぞれ並列に接続するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、各接地装置１０の二次導体１２側の金属線と交流電源５０に近い遮へい層との接続にあたり、コンデンサ等のインピーダンス１５を介して接続している。インピーダンス１５は、接地点から二次導体１２側に直接流入する迷走電流を抑制する。

図４は、本実施形態に係る接地装置１０の第２の使用例を示す。
次に、図４を参照して、接地装置１０を用いて電力ケーブルの遮へい層を接地する別の実施形態について説明する。各接地装置１０は、図１に示す接地装置１０と同じものであるため、その詳細な説明は省略する。また、接地装置２０を用いて電力ケーブルの遮へい層を接地する実施例は、接地装置１０を用いる場合と同様であるため、その詳細な説明は省略する。本実施形態にあっては、交流電源７０に接続される電力ケーブル８０の電気的に絶縁された遮へい層８１〜８３をそれぞれ接地する。また、本実施形態においては、交流電源７０の接地点に接続された金属導体９０が電力ケーブル８０に沿って設置される。

接地装置１０は、各遮へい層８１〜８３と金属導体９０を跨ぐように接続される。具体的には、接地装置１０の一次導体１１の入力端子が遮へい層に接続され、接地装置１０の二次導体１２の出力端子が金属導体９０に接続される。つまり、遮へい層８３に接続する接地装置１０は、接地装置１０の一次導体１１の入力端子が遮へい層８３に接続され、接地装置１０の二次導体１２の出力端子が金属導体９０に接続される。

同様に、遮へい層８２では、接地装置１０の一次導体１１側の金属線が遮へい層８２に接続され、接地装置１０の二次導体１２側の金属線が金属導体９０に接続される。また同様に、遮へい層８１では、接地装置１０の一次導体１１側の金属線が遮へい層８１に接続され、接地装置１０の二次導体１２側の金属線が金属導体９０に接続される。

このような構成によって、各接地装置１０を電力ケーブル８０の電気的に絶縁された複数の遮へい層８１〜８３と接続する。このように接地装置１０が接続された状態では、各接地装置１０の一次導体１１側の金属線に１次電流が流れ込む。各接地装置１０は、一次導体１１と二次導体１２とで磁気回路を形成しており、一次導体１１側の金属線に１次電流が流れ込むと、当該磁気回路の作用で二次導体１２側の金属線に逆方向の２次電流が誘起される。その結果、各遮へい層から大地に向けて流れる電流を強制的に金属導体９０に誘導し、大地に流出する電流を抑制することができる。

また、本実施形態においても、各接地装置１０の二次導体１２に対して並列にサージ防護デバイス１４を接続している。サージ防護デバイス１４は、雷等によって遮へい層と大地との間に異常な高電圧が生じた場合に、接地装置１０を保護する。また、サージ防護デバイス１４は、接地装置１０の一次導体１１に対し並列に接続してもよいし、接地装置１０の一次導体１１及び二次導体１２の両方に対しそれぞれ並列に接続してもよい。また、本実施形態においては、各接地装置１０の二次導体１２側の金属線と金属導体９０との接続にあたり、コンデンサ等のインピーダンス１５を介して接続している。インピーダンス１５は、大地から流入する迷走電流を抑制するように機能する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ 接地装置
１１ 一次導体
１２ 二次導体
１３ 環状鉄心
１４ サージ防護デバイス
１５ インピーダンス
２０ 接地装置
２１ 一次導体
２２ 二次導体
２３ 環状鉄心
３０ 接地
４０ 接地
６０ 電力ケーブル
６１ 第１の遮へい層
６２ 第２の遮へい層
６３ 第３の遮へい層
７０ 交流電源
８０ 電力ケーブル
８１ 第１の遮へい層
８２ 第２の遮へい層
８３ 第３の遮へい層
９０ 金属導体

Claims (8)

1. 二端子対回路として形成される磁気的に結合された一次導体と二次導体とを有し、
   前記一次導体の出力端子と前記二次導体の入力端子とが共有接地され、
   前記一次導体の入力端子に入力される電流が変流されて前記二次導体の出力端子から出力されるようにしたことを特徴とする電力ケーブル遮へい層の接地装置。
2. 前記一次導体と前記二次導体とを、同じ環状鉄心にそれぞれ巻き付けて、前記一次導体と前記二次導体とを磁気的に結合することを特徴とする請求項１に記載の電力ケーブル遮へい層の接地装置。
3. 前記二次導体を環状鉄心に巻き付け、前記一次導体を前記環状鉄心の中空に貫通させて、前記一次導体と前記二次導体とを磁気的に結合することを特徴とする請求項１に記載の電力ケーブル遮へい層の接地装置。
4. 前記一次導体と前記二次導体のうち少なくとも一方又は両方の導体と並列にサージ防護デバイスを接続し、前記遮へい層と大地との間に異常な高電圧が生じた場合に、当該接地装置を保護することを特徴とする請求項１に記載の電力ケーブル遮へい層の接地装置。
5. 前記一次導体と前記二次導体との磁気的な結合によって、前記一次導体に所定以上の電流が流れた場合に、前記二次導体に一定以上の電流を誘導しないように作用させることを特徴とする請求項１に記載の電力ケーブル遮へい層の接地装置。
6. 前記二次導体の出力端子にインピーダンスを接続し、接地点から前記二次導体側に直接流入する迷走電流を抑制することを特徴とする請求項１に記載の電力ケーブル遮へい層の接地装置。
7. 二端子対回路として形成される磁気的に結合された一次導体と二次導体とを有する電力ケーブル用接地装置を用いた電力ケーブル遮へい層の接地方法であって、
   前記一次導体の入力端子を電力ケーブルの第１の遮へい層に接続し、
   前記二次導体の出力端子を電力ケーブルの前記第１の遮へい層と絶縁された第２の遮へい層に接続し、
   前記一次導体の出力端子と前記二次導体の入力端子とを共有接地し、
   前記第１の遮へい層から前記一次導体の入力端子に入力される電流が変流され、前記二次導体の出力端子から出力され、前記第２の遮へい層に帰還されるようにしたことを特徴とする電力ケーブル遮へい層の接地方法。
8. 二端子対回路として形成される磁気的に結合された一次導体と二次導体とを有する電力ケーブル用接地装置を用いた電力ケーブル遮へい層の接地方法であって、
   前記一次導体の入力端子を電力ケーブルの遮へい層に接続し、
   前記二次導体の出力端子を外部の金属導体に接続し、
   前記一次導体の出力端子と前記二次導体の入力端子とを共有接地し、
   前記遮へい層から前記一次導体の入力端子に入力される電流が変流され、前記二次導体の出力端子から出力され、前記外部の金属導体に帰還されるようにしたことを特徴とする電力ケーブル遮へい層の接地方法。

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