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特表2024-519789絶縁された電力ケーブルシステムのための機能的信頼性評価
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-21
(54)【発明の名称】絶縁された電力ケーブルシステムのための機能的信頼性評価
(51)【国際特許分類】
G01R 31/58 20200101AFI20240514BHJP
H02H 9/04 20060101ALI20240514BHJP
【ＦＩ】
G01R31/58
H02H9/04 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023570362
(86)(22)【出願日】2022-05-13
(85)【翻訳文提出日】2024-01-12
(86)【国際出願番号】 US2022029174
(87)【国際公開番号】W WO2022241208
(87)【国際公開日】2022-11-17
(31)【優先権主張番号】17/320,860
(32)【優先日】2021-05-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523429070
【氏名又は名称】アンダーグラウンド・システムズ・インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ロバート・エフ・スミス
(72)【発明者】
【氏名】チャールズ・ジェイ・ウィルス
(72)【発明者】
【氏名】ダンカン・キャンベル・ブリーズ
(72)【発明者】
【氏名】ポール・アラン・アレックス
【テーマコード（参考）】
2G014
5G013
【Ｆターム（参考）】
2G014AA17
2G014AA23
2G014AA33
2G014AB33
2G014AB52
5G013AA01
5G013AA11
5G013BA02
5G013CB01
5G013DA12
(57)【要約】
高電圧ケーブル回路のためのケーブルシールドシステムの機能的信頼性は、回路の長さ方向に沿って導電性シールドの区間をグラウンドから電気的に絶縁し、徐々に振幅が増大する試験電圧を絶縁されたシールド区間に供給することによって決定される。供給された試験電圧に応答して、電流がシールド区間および接続されたシールド電圧リミッター（ＳＶＬ）に流れる。ＳＶＬを流れる電流が監視され、シールドシステムの動作の完全性が、ＳＶＬにかかる電圧およびＳＶＬを流れる監視された電流に応じて決定される。電流は、シールド区間が接続されるリンクボックスに含まれるＳＶＬによって放散される熱を検知することによって監視される。ＳＶＬにかかる電圧およびＳＶＬを流れる監視された電流を表す情報は離れた位置に送信され、そこでＳＶＬの動作の完全性が決定される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケーブル経路に沿った少なくとも１つの区間からなる高電圧ケーブル回路のためのケーブルシールドシステムの機能的信頼性を試験するための方法であって、前記ケーブルシールドシステムが、前記高電圧ケーブルの対応する区間の位相を同心的に囲む導電性シールドの少なくとも１つの区間を含み、前記導電性シールドが回路の長さ方向に沿って延び、少なくとも、前記回路の長さ方向に沿った１つの点において、正常動作の間は電気的なグラウンドに物理的に接続され、前記導電性シールドが、シールド電圧リミッター（ＳＶＬ）を通じて、覆われた構造物内のコネクタリンクを介して、少なくとも、１つの接地されていない点においてグラウンドに接続され、前記導電性シールドの区間を前記回路の長さ方向に沿ってグラウンドから電気的に絶縁するステップと、
徐々に増大する振幅の試験電圧を前記ＳＶＬに供給するステップと、
前記供給された試験電圧に応答して、前記ＳＶＬにかかる電圧および前記ＳＶＬを流れる電流を監視するステップと、
前記ＳＶＬにかかる前記監視された電圧および前記ＳＶＬに流れる前記監視された電流に応じて、前記ケーブルシールドシステムの前記機能的信頼性を決定するステップとを備える、方法。
【請求項2】
前記ＳＶＬにかかる前記電圧および前記ＳＶＬに流れる前記電流が、前記構造物の中のセンサによって監視される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記構造物が、前記ＳＶＬによって放散される熱を検知するために配設される熱センサを含み、前記ＳＶＬを流れる電流が、前記放散された熱を検出することによって表される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記ケーブルシールドシステムの前記機能的信頼性が、前記ＳＶＬにかかる前記電圧および前記ＳＶＬを流れる前記電流を表す情報を、前記構造物から離れた位置に送信することによって、前記離れた位置において決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記ＳＶＬを流れる前記電流を表す前記情報が、前記ＳＶＬによって放散される検知された熱を表す熱情報を備える、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記覆われた構造物が、前記高電圧ケーブルのそれぞれの位相の前記導電性シールドを異なる位相の前記導電性シールドおよびそれぞれのＳＶＬに物理的に接続するためのコネクタリンクを格納するリンクボックスハウジングであり、前記導電性シールドの区間をグラウンドから電気的に絶縁する前記ステップが、試験されているケーブルシールド区切りの前記区間のすべての点において前記導電性シールドをグラウンドから切断するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記ケーブルシールドシステムが、前記高電圧ケーブルの第１の位相の前記導電性シールドが前記高電圧ケーブルの第２の位相の前記導電性シールドに電気的に接続される第１のリンクボックスと、前記高電圧ケーブルの前記第２の位相の前記導電性シールドが前記高電圧ケーブルの第３の位相の前記導電性シールドに電気的に接続される第２のリンクボックスとを含み、前記第１のリンクボックスから遠い前記高電圧ケーブルの前記第１の位相の前記導電性シールドの点が、正常動作の間は電気的なグラウンドに物理的に接続され、前記第２のリンクボックスから遠い前記高電圧ケーブルの前記第３の位相の前記導電性シールドの点が、正常動作の間は電気的なグラウンドに物理的に接続され、前記導電性シールドの区間をグラウンドから電気的に絶縁する前記ステップが、前記高電圧ケーブルの前記第１の位相および前記第３の位相の前記導電性シールドの前記遠い点をグラウンドから切断するステップを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
グラウンドから絶縁された前記シールド区間の端部に試験電圧を供給する前記ステップが、グラウンドから絶縁されている前記シールド区間の前記端部に徐々に増大するＤＣ電圧を供給するステップを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
グラウンドから絶縁されている前記シールド区間の端部に試験電圧を供給する前記ステップが、グラウンドから絶縁されている前記シールド区間の前記端部に徐々に増大するＡＣ電圧を供給するステップを備える、請求項７に記載の方法。
【請求項10】
前記ＳＶＬを流れる前記電流が、前記ＳＶＬにかかる前記電圧に対する相対的な位相シフトを示し、前記ＳＶＬを流れる前記電流を監視する前記ステップが、前記ＳＶＬにかかる前記電圧に対する相対的な前記電流の前記位相シフトを監視するステップを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記ＳＶＬにかかる前記電圧に対する相対的な前記ＳＶＬに流れる前記電流の前記位相シフトが、前記ＳＶＬが示す力率に関連し、前記監視された位相シフトが、前記ＳＶＬの前記機能的信頼性を示すものである、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
ワイヤレス送信が、電圧および電流の情報を前記構造物から前記離れた位置に送信するために使用される、請求項４に記載の方法。
【請求項13】
前記ワイヤレス送信が、低電力ワイドエリアネットワーク（ＬＰ－ＷＡＮ）を備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
光ファイバケーブルが、電圧および電流の情報を前記構造物から前記離れた位置に送信するために使用される、請求項４に記載の方法。
【請求項15】
前記構造物の中に、または近くに配設されるストアに、前記ＳＶＬにかかる前記電圧を表す情報および前記ＳＶＬによって放散される前記検知された熱を表す熱情報を記憶するステップと、前記離れた位置から受け取られた命令に応答して、前記ＬＰ－ＷＡＮを介して前記記憶されている電圧および熱の情報を送信するステップとをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記ケーブルシールドシステムの前記機能的信頼性が、前記ＳＶＬにかかる前記電圧における前記ＳＶＬを流れる前記電流が前記ＳＶＬの所定の特徴的な特性と合致するとき、機能する状態であると決定される、請求項４に記載の方法。
【請求項17】
前記ケーブルシールドシステムの前記機能的信頼性が、前記ＳＶＬにかかる前記電圧における前記ＳＶＬからの前記熱情報が前記ＳＶＬの所定の特性と合致するとき、機能する状態であると決定される、請求項５に記載の方法。
【請求項18】
ケーブル経路に沿った少なくとも１つの区間からなる高電圧ケーブル回路のためのケーブルシールドシステムの機能的信頼性を試験するための評価システムであって、前記ケーブルシールドシステムが、前記高電圧ケーブルの対応する区間の位相を同心的に囲む導電性シールドの少なくとも１つの区間を含み、前記導電性シールドが回路の長さ方向に沿って延び、少なくとも、前記回路の長さ方向に沿った１つの点において、正常動作の間は電気的なグラウンドに物理的に接続され、前記導電性シールドが、シールド電圧リミッター（ＳＶＬ）を通じて、前記高電圧ケーブルの１つの位相の前記シールドをグラウンドに電気的に接続するためのコネクタリンクを含むリンクボックスに接続され、前記評価システムが、試験の間に、徐々にまたはステップ状に振幅が増大する試験電圧を提供するための電圧源と、
前記リンクボックスから遠くグラウンドから絶縁されている前記シールド区間の端部に前記電圧源からの前記試験電圧を供給し、それにより前記ＳＶＬにかかる電圧を供給するためのコネクタと、
前記試験電圧に応答して前記ＳＶＬにかかる前記電圧および前記ＳＶＬを流れる電流を表す情報を提供するための、前記リンクボックス内に配設される少なくとも１つのセンサと、
前記リンクボックスから離れた位置にセンサ情報を送信するための送信機と、
前記電圧情報および前記電流情報に応じて前記ケーブルシールドシステムの前記機能的信頼性を決定するための前記試験の間に取得される、前記リンクボックスからのセンサ情報を供給されるプロセッサとを備える、評価システム。
【請求項19】
前記ＳＶＬにかかる前記電圧が導通電圧閾値を超えるとき、前記ＳＶＬを流れる電流が不釣り合いに増大する、請求項１８に記載の評価システム。
【請求項20】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ＳＶＬによって放散される熱を検知するために配設される熱センサを含み、前記電流情報が、前記検知された熱によって表される、請求項１８に記載の評価システム。
【請求項21】
前記電圧源が、徐々に増大するＤＣ電圧を前記絶縁されたシールド区間に提供する、請求項１８に記載の評価システム。
【請求項22】
前記電圧源が、徐々に増大するＡＣ電圧を前記絶縁されたシールド区間に提供する、請求項１８に記載の評価システム。
【請求項23】
前記ＳＶＬを流れる前記電流が、前記ＳＶＬにかかる前記電圧に対する相対的な位相シフトを示し、前記センサが、前記ＳＶＬの前記機能的信頼性を示すものとして、前記ＳＶＬにかかる前記電圧に対する相対的な前記電流の前記位相シフトを検知するための回路を含む、請求項２２に記載の評価システム。
【請求項24】
前記送信機がワイヤレス送信機を備える、請求項１８に記載の評価システム。
【請求項25】
前記ワイヤレス送信機が、低電力ワイドエリアネットワーク（ＬＰ－ＷＡＮ）を備える、請求項２４に記載の評価システム。
【請求項26】
前記送信機が光ファイバ送信機を備える、請求項１８に記載の評価システム。
【請求項27】
前記センサ情報および前記電圧情報を記憶するための、前記リンクボックスの中または近くに配設されるストアをさらに備え、前記送信機が前記センサ情報および前記電圧情報をワイヤレスに送信する、請求項２４に記載の評価システム。
【請求項28】
前記プロセッサが、前記ＳＶＬにかかる前記電圧における前記センサ情報が前記ＳＶＬの所定の特徴的な特性と合致するとき、前記シールドシステムが機能する状態であると決定する、請求項１８に記載の評価システム。
【請求項29】
前記プロセッサが、前記ＳＶＬにかかる前記電圧が前記導通電圧閾値を超えるときに前記センサ情報が所定の量未満であるとき、前記シールドシステムが機能しない状態であると決定する、請求項１８に記載の評価システム。
【請求項30】
前記プロセッサが、前記ＳＶＬにかかる前記電圧が前記導通電圧閾値未満であるときに前記検知される熱が所定の量より多いとき、前記シールドシステムが不適合状態であると決定する、請求項２０に記載の評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高電圧電気ケーブル、ならびに、それらのケーブルの金属シールドのボンディングおよび接地構成の機能的信頼性を評価するための方法と装置に関する。
【背景技術】
【0002】
地下の用途向けの高電圧電力ケーブルは、絶縁体、金属シールド、および保護ジャケットの順序で覆われた、高電圧導体からなる。典型的なＡＣ高電圧回路は、共通のダクトバンクに収容された別々のコンジットの中に設置される３本の個々の位相のための高電圧ケーブルを含み、これは、変電所、架線、および海底ケーブルトランジションを相互接続するための、地下の三相ａｃケーブル回路を形成する。これらのケーブルの製造される長さは、包装、輸送、および設置の制約により制限されるので、得られるケーブル回路は、一般にマンホールによって分離されるケーブル経路に沿った複数の区間または区切りからなり、個々の位相（Ａ、ＢおよびＣ）の各々は、同じ位相の別の区間に接合される。各区間は、数メートル、たとえば数百メートル、または数キロメートルにわたり得る。
【0003】
最も簡単な構成では、ケーブル回路の各位相は、絶縁体によって囲まれた高電圧導体からなり、そして絶縁体は導電性シールドおよび非金属保護ジャケットによって囲まれる。すなわち、ある位相（たとえば、位相Ａ）の導体区間は、シールドの対応する区間（やはり位相Ａ）によって同心的に囲まれ、導体とシールドの両方が、高電圧ケーブル回路の長さ方向に延びる。シールドは、電気的なストレスをケーブル電気絶縁体に閉じ込め、システム故障電流のための適切な戻り経路を提供することを意図している。
【0004】
ケーブルシールドは、回路の長さ方向に沿って１つより多くの点で接地するように接続され得る（多点接地配置）が、これにより、接地された点と点の間でケーブルシールドに電流が流れる。シールドに流れる電流の量は、ダクトバンク内の位相導体の配置、ケーブルシールドの導電性、および高電圧ケーブル導体に流れる負荷電流に依存する。この「誘導シールド電流」は、シールドにおいて望ましくない熱損失を生み出すのに十分大きいことがあり、ケーブル回路の許容電流（通電容量）を制限することがある。
【0005】
ある選択肢として、ケーブルシールドは、回路の長さ方向に沿って一点だけで電気的なグラウンドに物理的に接続されることがある（一点接地構成）。この構成では、ケーブルの許容電流を制限するような循環する電流はない。しかし、この一点接地構成では、誘導シールド電圧が接地点からの距離とともに増大する。このシールド電圧は、ケーブル位相間の物理的な分離および導体の負荷電流にも依存する。誘導シールド電圧は、普通の負荷のもとでもかなり大きいことがあり、故障および過渡的なサージ条件では損傷をもたらすレベルに達することがある。負荷の切り替えまたは落雷により時々起こり得るような、高いシールド電圧による損傷を最小にし、または避けるために、しばしばシールド電圧リミッター（ＳＶＬ）とも呼ばれるサージアレスタが、普通はシールドの接地されていないより簡単に立ち入りできる端点に設置される。ＳＶＬは、シールドとグラウンドとの間で発生する過渡的な電位差を、受け入れられるレベルに制限する。ＳＶＬは、ＳＶＬにかかる電圧がその導通閾値電圧を超えて増大するにつれて抵抗値が低下を示す非線形抵抗器として特徴付けられ得る、セラミック金属酸化物ブロックからなる。ＳＶＬの電圧クラスおよびエネルギー容量は様々である。ＳＶＬは、正常な電力動作の間には開放回路のように、かつ、ＳＶＬにかかる電位がその導通閾値電圧を超える過渡的なサージの間には短絡回路のように振る舞うものとして考えられ得る。知られているように、高電圧ケーブルの正常な電力動作とは、ケーブルを流れる典型的な６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの周波数（すなわち、電力周波数）の電流を指す。
【0006】
一点接地構成では、起こり得る過電圧をケーブルジャケットの絶縁耐力より十分低いレベルに保つために、接地されていないシールド区間の端部とグラウンドとの間にＳＶＬが設置される。したがって、ＳＶＬは、高電圧の過渡的なサージにより生じる故障からケーブルジャケットを保護する。連続する区間を接合するケーブルスプライスは、「シールドブレイク」と呼ばれるシールド中断ギャップを含み、これは、それぞれのシールド区間を互いに実質的に絶縁し、それらが異なる電位で動作することを可能にする。したがって、これらのギャップは過渡的なサージに耐えなければならない。
【0007】
ＳＶＬは、よく明らかにされ理解されている特徴的な電圧－電流の関係を有する非線形デバイスである。ＳＶＬの抵抗は、デバイスに印加される電圧に依存する。ＳＶＬの導通閾値電圧を超えると、電圧のあらゆる増大が、不釣り合いに増大する電流をもたらす。導通の間に加えられたエネルギーは、熱としてＳＶＬにより放散される。その導通閾値電圧未満では、ＳＶＬを流れる電流は容量性であり、ＳＶＬにかかる電圧に比例しておりそれと位相がずれている。この電流は、正常動作では、実質的にエネルギーが放散されず、ＳＶＬの表面での温度上昇が検出可能ではないほど小さいレベルである（１ミリアンペア未満）。しかし、ＳＶＬにかかる電圧が徐々に上昇して導通閾値電圧レベルを超えると、ＳＶＬは抵抗のように振る舞い、電流が指数関数的に増大して電圧と位相が揃うようになり、ＳＶＬの表面温度の上昇を引き起こす熱を発生させる。この表面温度の上昇は、ＳＶＬがその定格エネルギー容量より低い電圧レベルでの非常に短期間の過渡的なサージを受けるときですら観測され得る。これは正常であり、サージが拡散した後冷却が起きる。
【0008】
加えて、ＳＶＬを流れる電流は、ＳＶＬにかかる電圧と位相がずれている。
【0009】
クロスボンディング構成では、ケーブルシールドシステムの電流を最小にするために、各位相導体のシールド区間を接続（またはクロスボンディング）しながら、端から端までシールド接地の連続性が維持される。クロスボンディングは、好ましくは回路の長さ方向に沿った接地点と接地点の間の１／３の点と２／３の点に位置する、２つのマンホールにおいて行われる。このクロスボンディング構成では、三相の各々からシールドへと誘導される電圧のネットベクトル和は０であり、ケーブルシールドに電流は流れず、シールドのクロス接続された点とグラウンドとの間に測定可能な電圧はほとんど発生しない。
【0010】
しかしながら、故障状態または過渡電圧事象のもとでは、ケーブルシールド回路は位相間の均衡がとれておらず、生じる電圧と電流は、正常な電力周波数動作に基づく予想の通りにはならない。これらの事象は非常に短期間であり、定格の観点から見て重大なものではないが、損傷を引き起こす高いシールド電圧をもたらし得る。
【0011】
クロスボンディングシールド構成を容易にするために、各位相導体の周りでのケーブルシールドの連続性は、ある位相のシールドの異なる位相のシールドへの接続を可能にするために、クロスボンディング点において中断される（シールド中断ギャップ）。このシールドブレイクは、シールド区間が異なる電位で動作することを可能にし、過電圧の過渡事象に耐えるための十分な絶縁耐力を有していなければならない。ＳＶＬは、シールド電圧をケーブルジャケットとシールドブレイクの両方にとって安全な耐久レベルに保つために利用される。ケーブルシールド電圧は、正常動作の間は典型的には１００ボルト未満であるが、過渡的なサージのためにＳＶＬによって保護される部品の絶縁耐力は、２０ｋＶより高くなるように設計される。ＳＶＬは、設置されると、ケーブルシールドシステムの部品の耐力より十分低いレベルに電圧を保つ。
【0012】
回路に対して最大の許容電流を達成するために、一点接地およびクロスボンディング構成からなるケーブルシールド配置が同じ回路に対して一緒に適用され得る。例として、クロスボンディングされたシールド配置で構成される３つのケーブル区切りまたは区間は、一点接地シールド区間として構成される後続の区間も含んでもよく、これにより、これらの４つの区間におけるシールド電流は最小限になり、または実質的になくなる。
【0013】
リンクボックスは、ケーブルシールドのクロスボンディングおよび接地に関連するハードウェアと、ケーブルジャケットおよびシールドブレイクを故障から保護するために使用されるＳＶＬとを収容する、密閉された構造物である。リンクボックスはしばしば、シールドの再構成、ならびにケーブルジャケットおよびシールドブレイクギャップの稼働停止時の保守試験を容易にするために、取り除くことができる導体リンクを格納する。ジャケット、シールドブレイク、またはＳＶＬの絶縁が破壊されると、ケーブルの動作定格において考慮されないケーブルシールド電流およびそれに関連するシールドにおける熱損失が生じ、高いケーブル動作温度が予想されるよりも高くなり得る。ＳＶＬへの損傷は、持続的な過電圧（ＳＶＬ導通遷移領域での長期の動作）から、および、ＳＶＬが安全に扱うことができるレベルより高い過渡事象にさらされることから生じ得る。これらの条件は、ＳＶＬの内部加熱、ＳＶＬの劣化および場合によっては故障につながる。
【0014】
リンクボックスは一般に、ケーブルおよびシールド区間がスプライスハードウェアによって接合されるマンホールにおいて見出される。マンホールへの立ち入りには、高電圧ケーブル回路への電力供給を止め、マンホールの中に存在する水を取り除き、ガスについて試験し、重要な安全対策に従い、ケーブル回路とシールドを点検することを、すべて非常に狭い空間で行うことが必要である。したがって、特定の保守試験を含み得る、定期的な「稼働停止時」検査からなる動作検証は、時間がかかり高価であり、滅多に行われない。多くの事例では、リンクボックスの中の部品の故障は、障害後の調査の間に発見される。すべての内部の部品を実質的に短絡した、水で満たされたリンクボックスを定期検査および障害後検査において発見することは、まれではない。
【0015】
相互接続されたシールド区間を流れる電流、リンクボックスからグラウンドに流れる電流、リンク導体（またはケーブルシールド）とグラウンドとの間に現れる電圧、設置されたＳＶＬの表面温度、または密閉されたリンクボックス構造物内に存在する環境条件（気圧、温度、および湿度）のその位置での測定を実行するためのセンサが、よく知られており市販されている。しかしながら、これらのセンサを選択してリンクボックス構造物の境界内に入れ、典型的には地下であるそのような位置からのセンサ情報を、そのような情報が、ケーブルシールドシステム、特にそのシステムの中のＳＶＬの動作検証、または状態評価、および潜在的な異常の診断を実行するために処理されて使用される位置に、送信する必要がある。
【0016】
これまで、設置されているＳＶＬの状態評価は、保守のための稼働停止の間の視覚的な検査に限られていた。これは、リンクボックスが位置するマンホールに入り、リンクボックスを物理的に開けてリンクとＳＶＬの状態を観察し、そしてそれらの外観に基づいてＳＶＬの動作の「健康状態」（すなわち、動作の完全性）を推定することを必要とする。一部の事業者は、この手順の弱点を認識し、ＳＶＬを単に交換し、その後の実験室での試験で動作に適していることが示されたものを再利用する。現在実行されているような現場検査は、価値が非常に小さいものであり、労働集約的であり、安全上の問題をはらむ。結果として、検査はせいぜい長い間隔でしか実行されないので、特に設置されているＳＶＬの状態を評価することについてのその価値は限られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
マンホールに入ることを必要としない、リンクボックスに設置されているＳＶＬの動作の完全性を検証するための、現場試験と組み合わせられた、不良動作を特定するためのシールドシステムパラメータの遠隔監視は、ケーブルシールドシステム、特に設置されているＳＶＬの電気的な挙動を直接または間接的に特徴付けることができる安全で低コストの手段と方法を事業者に提供し、それにより、現在行われている従来の慣習と比べて顕著な改善を提供するであろう。
【課題を解決するための手段】
【0018】
ある利点として、本発明は、高電圧ケーブルシールドシステムと、ＳＶＬを含むその関連する部品との機能的信頼性を確かめ、必要な修理または交換を行い、そしてシステム動作が設計された通りであることを確認するための、「稼働停止時」保守試験を行うための、手段および方法を提供する。ケーブルシールドシステムにおける状態評価および異常の診断は、ケーブルシールドの区間が接続される構造物（たとえば、リンクボックス）内に好ましくは展開されたセンサからのセンサ入力（たとえば、電圧、電流、温度）の組合せから導かれる。
【0019】
ＳＶＬの機能的信頼性、または動作機能性は、その特徴的な電圧－電流関係から決定され得る。この電圧－電流関係は、ランプ試験電圧またはステップ状試験電圧をＳＶＬに印加しながら、それを流れる電流を監視することによって測定される。ＳＶＬの導通閾値電圧において、電流は指数関数的に増大し、金属酸化物ブロックの温度の上昇を引き起こす。したがって、ＳＶＬの電圧－電流特性は、直接測定され、またはその電圧－温度特性を通じて推測され得る。正常動作の間にＳＶＬの表面温度を測定し、したがって異常を検出するために設けられ得る温度センサが、ＳＶＬの表面温度を監視し、それにより、ＳＶＬを導通領域に至らせる試験プロトコル（すなわち、試験電圧）に対するＳＶＬの応答を監視するために、利用され得る。表面温度の上昇は、ＳＶＬ電流と直接相関し得るので、ＳＶＬの機能的信頼性、または動作の完全性を評価するための有効な手段である。
【0020】
地下の位置を含む離れた位置にあり得るリンクボックス構造物の境界内のセンサからの情報が送信され、正常動作の間にリンクボックス状態を監視するために使用される。稼働停止中の保守試験の間に収集される電圧、電流、および温度情報は、故障の前にＳＶＬの異常を特定することができる。
【0021】
先進的な異常状態の警告は、計画的な是正対策の機会を提供する。しかしながら、従来は、簡単な警告手段が利用可能ではなかった。本発明は、センサを使用して、設置されているＳＶＬの動作特性を検証するために、保守試験の間にリンクボックス内の動作条件および環境条件を測定して監視することを可能にする。
【0022】
増大する試験電圧レベルをケーブルシールドに印加し、ＳＶＬを通る電流を直接または間接的に測定することは、新しいユニットまたは参照ユニットとの比較のための特徴的な電圧－電流または電圧－温度曲線を生む。そのようなＳＶＬ特性は、正常動作の間にシールドシステムを監視するために使用されるのと同じセンサを用いて測定され得る。本発明は、設置されているＳＶＬをその特徴的な導通遷移領域を通じて追跡するのに十分に感度のある、その場での試験プロトコルを利用する。
【0023】
本発明の目的は、システム試験の間に、構造物を含むシールドシステムの状態を、それらの構造物の密閉されたカバーを開ける必要なく検知し、試験し、評価し、診断し、および／または報告するためのシステムと方法を提供することである。これは、関連する部品を含むケーブルシールドシステムの電気的な状態および環境条件についてのセンサ入力の集合体を、マンホールに立ち入ることなく、およびそれらの構造物の環境的な密閉を損ない得る密閉されたカバーの開放なしで、様々な通信の選択肢（ＬＰ－ＷＡＮを含む）を使用してほぼリアルタイムでシステム運用者に送信することによって達成される。
【0024】
本発明の別の目的は、ケーブルシールドシステム、および特に設置されているＳＶＬの、機能しているボンディングおよび接地配置の予想される挙動を示す測定可能な応答を模擬するための保守試験を提供することである。
【0025】
保守試験は、ケーブルシールド区間に供給される外部試験電圧に応答して、ＳＶＬにかかる電圧およびそれに流れる電流を監視する。一実施形態では、ＳＶＬ電流は、ＳＶＬによって放散され熱センサによって検知される熱により表される。
【0026】
本発明の一態様によれば、高電圧ケーブル回路の高電圧ケーブルシールドシステムの状態は、保守試験を受けるケーブルシールド区間のすべての動作上の接地点を電気的に切断し、それによりその区間をグラウンドから絶縁することによって、保守試験の間に決定される。徐々に振幅が増大する試験電圧が、接地されていないシールドがシールド電圧リミッター（ＳＶＬ）を介して接地電位にそれにより接続されるコネクタリンクを収容するカバーされた構造物から遠い、絶縁されたシールド区間の終わりに供給される。ＳＶＬにかかる電圧、および印加された試験電圧に応答して生じるＳＶＬの表面温度が、好ましくはリンクボックス内で監視され記録される。ＳＶＬの状態は、設置されているＳＶＬの電圧－温度特性を、同じもしくは似ている参照ＳＶＬの電圧－温度特性と、または、同じ試験電圧を受けない隣接するＳＶＬと比較することによって決定される。
【0027】
本発明のさらなる特徴によれば、連続するシールド区間をクロスボンディングする構造物またはリンクボックスは、ケーブル回路上の複数の設置されているＳＶＬへの電気的な接続を提供する。
【0028】
一実施形態では、少なくとも１つの他のリンクボックスは、異なる位相のシールドをさらに別の位相のシールドに接続するためのコネクタリンクを収容する。したがって、第１の位相のシールドは、第１のリンクボックスの中のコネクタリンクを通じて第２の位相のシールドに電気的に接続され、第２の位相のシールドは、他のリンクボックスの中のコネクタリンクを通じて第３の位相のシールドに接続される。この構成では、リンクボックスの中のセンサが試験電圧へのそれぞれのＳＶＬの局所的な応答を監視する間、複数のリンクボックスの中のＳＶＬはその試験電圧を同時に受けてもよい。
【0029】
本発明の別の特徴として、ケーブルシールドシステムの状態は、日常的な「稼働中の」動作の間に、および「稼働停止中の」保守試験の間に、ＳＶＬの電圧、電流、および温度を表す情報がケーブルシールドシステムの状態の処理と評価のために送信される、離れた位置において決定される。たとえば、電圧、電流、および温度情報は、低電力ワイドエリアネットワーク（ＬＰ－ＷＡＮ）もしくは他のワイヤレスシステムを介して、または光ファイバケーブルによって、離れた位置に送信される。この情報は、ケーブル回路のシールドボンディングおよび接地システムの動作の完全性を確立するために分析される、ケーブル回路上に展開される他のセンサからの同様のデータと組み合わせられ得る。
【0030】
本発明の様々な他の目的および利点が、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。新規の特徴は、添付の特許請求の範囲において具体的に指摘される。
【0031】
本発明は、添付の図面とともに以下の詳細な説明によって最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】シールド連続性の途切れおよびＳＶＬを伴う高電圧ケーブル回路の典型的な接続またはスプライスを示す図である。
【図2】本発明が手近な用途を見出す一点シールド接地構成のためのＳＶＬを伴う三相リンクボックスの構造を示す図である。
【図3】本発明が手近な用途を見出すクロスボンディングシールド構成のためのＳＶＬを伴う三相リンクボックスを示す図である。
【図4A】ケーブルシールドシステムの稼働中の動作データおよび稼働停止中の保守試験データを提供するための、三相クロスボンディングリンクボックスの中のそれぞれのシールド区間に設置されるパラメータセンサのＡＣ等価回路概略図である。
【図4B】ケーブルシールドシステムの稼働停止中の保守データを提供するための、三相クロスボンディングリンクボックスの中のそれぞれのシールド区間に設置されるパラメータセンサのＤＣ等価回路概略図である。
【図4C】ホール効果電流センサを使用してケーブルシールドシステムの稼働停止中の保守試験データを提供するための、三相クロスボンディングリンクボックスの中のそれぞれのシールド区間に設置されるパラメータセンサの等価ＤＣ回路概略図である。
【図6】ＳＶＬを通るいくつかの大きさの動作電流についてのＳＶＬの電圧－電流特性を記述するグラフィカルな表現の図である。
【図7A】典型的なＳＶＬの電圧－電流特性をグラフィカルに表し、特に導通遷移領域を示す図である。
【図7B】典型的なＳＶＬの電圧－温度（表面温度）特性をグラフィカルに表し、特に導通遷移領域を示す図である。
【図7C】典型的なＳＶＬの電圧－力率特性をグラフィカルに表し、特に導通遷移領域を示す図である。
【図8】接地点間に３つのシールド区間があるクロスボンディングシールド配置の接地とボンディングの構成を示す図である。
【図9】接地点間に３つのシールド区間があるクロスボンディングシールド配置での保守試験構成を概略的に示す図である。
【図10】接地点間に３つのシールド区間があるクロスボンディングシールド配置での代替的な保守試験構成を概略的に示す図である。
【図11】本発明によるクロスボンディングされたシールドを試験するための実施形態の簡略化された概略的な図である。
【図12】本発明による、その状態が評価される２つの一点接地ケーブル区間からなるケーブルシールドシステムの正常動作構成の簡略化された概略的な図である。
【図13】本発明による、その状態が評価される２つの一点接地ケーブル区間からなるケーブルシールドシステムの正常動作構成のさらに別の構成の簡略化された概略的な図である。
【図14】本発明による、その状態が評価される２つの一点接地ケーブル区間からなるケーブルシールドシステムの正常動作構成のさらなる構成の簡略化された概略的な図である。
【図15】３つより多くのクロスボンディングされたケーブル区間を格納するケーブルシールドシステムの簡略化された概略的な図である。
【図16】３つより多くのクロスボンディングされたケーブル区間を格納するケーブルシールドシステムの稼働停止中の保守試験構成の簡略化された概略的な図である。
【図17】ケーブルシールドシステムの機能的信頼性が離れた位置で評価される、本発明の実施形態の概略的な図である。
【図18】３つの小さい区切りを含む１つの大きな区切りがあるケーブルシールドシステムのための別の稼働停止中の保守試験構成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
ここで、全体で同様の参照番号が使用されている図面を見ると、図１は、示されるスプライスハードウェアに含まれる導体スプライス１０３によって電気的に接続された高電圧導体１０４および１０４’から形成される２つの区間または区切りを含む、高電圧ケーブル回路１０２を示す。理解されるように、高電圧ａｃ伝送のために、導体１０４および１０４’は、典型的な三相伝送システムにおいて同位相、たとえば位相Ａである。絶縁体１０６がケーブル回路１０２の示される区間の導体１０４を囲み、そして、絶縁体１０６はケーブルシールド１０８によって同心的に囲まれる。同様に、絶縁体１０６’が接合された区間の導体１０４’を囲み、絶縁体１０６’はケーブルシールド１０８’によって同心的に囲まれる。ケーブルジャケット１１２、１１２’は、ケーブル回路の各々のそれぞれの区間を囲む。
【0034】
シールドブレイク（またはシールド中断ギャップ）１１８は、シールド区間１０８をシールド区間１０８’から電気的に絶縁し、シールド区間１０８からシールド区間１０８’への電気的な連続性を途絶えさせて、ケーブルシールド区間とケーブルシールド区間の間で電流が流れるのを防ぐ。シールドブレイクは、そうされなければシールド区間の中を流れてケーブルの許容電流を減らすであろう、循環するシールド電流をなくす。シールドブレイクは、誘電性の絶縁材料で満たされており、シールド区間１０８と１０８’が異なる電位で動作することを可能にする。これらの電位差、ならびに、それぞれのシールド区間とグラウンドとの間に存在する電位差は、一般にケーブル回路の正常動作の間は小さいが、電力系統の障害、またはスイッチングおよび雷サージにより引き起こされる過渡的な過電圧が起こると、シールドブレイクの絶縁またはケーブルジャケットの絶縁故障を引き起こすのに十分大きくなり得る。シールドブレイクまたはケーブルジャケットの絶縁故障（たとえば、グラウンドへの短絡）は、ケーブルの定格を決めるときに考慮されないケーブルシールド区間への意図されない電流につながることがあり、よりケーブル動作温度が高くなるとともに、シールドブレイクにおけるシールド区間とシールド区間の間のトラッキングとしても知られている、アーキングおよびアーキングにより引き起こされる表面炭素の生成により開始されることがあるケーブル故障が発生する可能性がある。知られているように、リンクボックスは、シールドブレイクおよびケーブルジャケットへの損傷なしで維持され得るレベルに過電圧を制限することによって絶縁故障を防ぐために設置されるＳＶＬを含む、ケーブルシールド区間の接地およびボンディングを構成するのに必要なハードウェアを格納する。
【0035】
図１は、電気的なグラウンド１２４に物理的に接続されている、シールド区間１０８として示されている１つの区間のボンディング線１１６と、シールド電圧リミッター（ＳＶＬ）１１０を通じて電気的なグラウンド１２４に接続されている、他の接合された区間、すなわちシールド区間１０８’のボンディング線１１６’とを示す。簡略化のために、図は高電圧ケーブル回路の三相のうちの１つだけを示す。一点シールド接地配置では、このケーブルシールド接続が各位相に対して典型的である。ＳＶＬ１１０は、以下で説明される構造物、好ましくはリンクボックス１１４に収容される。以下で説明されるように、他のリンクボックス構成では、接合された区間のケーブルシールド１０８、１０８’のボンディング線１１６、１１６’は、コネクタリンクを通じて相互接続され得る。
【0036】
図１に示されるケーブルシールドシステムは、ケーブルシールド１０８がリンクボックス１１４の位置で接地され、その離れた端部、すなわちリンボックスから離れた端部では接地されていない（グラウンドへの直接接続から絶縁されている）ような、一点ケーブルシールド接地構成を表す。同様に、ケーブルシールド１０８’は、リンクボックス１１４において接地されておらず（グラウンドに直接されておらず）、リンクボックス１１４から離れた点（図示されない）でグラウンドに接続される。リンクボックス１１４の中で、シールド１０８’とグラウンド１２４との間の電圧が臨界値を超えた場合に放電電流のためのグラウンドへの低抵抗の電流経路を提供し、それによりシールドとグラウンドとの間の過渡的な電圧を制限し、それによりそのような過渡事象がケーブルジャケット１１２’またはシールドブレイク１１８の絶縁耐力を超えないことを確実にするために、ＳＶＬ１１０がシールド１０８’の接地されていない点へとボンディング線１１６’によって接続される。
【0037】
図２は、図１に示されるシールドボンディングおよび接地配置をサポートするように構成される三相リンクボックスの図解である。示されるように、ＳＶＬ１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃは、ボンディング線１１６’ａ、１１６’ｂ、および１１６’ｃによってそれぞれ（図示されない）ケーブルシールド１０８’ａ、１０８’ｂ、および１０８’ｃに電気的かつ物理的に接続される。図２はまた、接地線１２４を介した外部グラウンドへの共通のＳＶＬグラウンド導体１２２の接続を示す。示されるように、図２は、内部接続１２２を介したグラウンド１２４へのボンディング線１１６ａ、１１６ｂ、および１１６ｃの接地を示す。
【0038】
図３を見ると、クロスボンディングリンクボックス３１４の例が示されている。リンクボックスは、外部ボンディング線コネクタ３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃを伴う構造物として形成され、これらのコネクタは適切な封止を通じて構造物の内部から外側に突出し（図３の下部に見られるように）、位相Ａ、Ｂ、およびＣのシールド（図示されない１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃ）からの絶縁されたボンディング線１１６ａ、１１６ｂ、および１１６ｃがそれぞれ、それらのコネクタに機械的かつ電気的に接続される。そして、ボンディング線コネクタは、それぞれコネクタリンク３１８ａ、３１８ｂ、および３１８ｃに接続される。代替的に、ボンディング線コネクタ３２０ａ、３２０ｂ、および３２０ｃはハウジング内に配置されてもよく、絶縁されたボンディング線１１６ａ、１１６ｂ、および１１６ｃは、リンクボックスの中の封止可能な貫通物を通って経路を定められ、それぞれコネクタリンク３１８ａ、３１８ｂ、および３１８ｃに接続され得る。ボンディング線コネクタ（図示されない）は、適切な封止を通じて構造物の内部から外側に突出し、位相Ａ’、Ｂ’、およびＣ’のシールド（図示されない１０８’ａ、１０８’ｂ、および１０８’ｃ）からのボンディング線１１６’ａ、１１６’ｂ、および１１６’ｃ（図３の上側に見られるような）がそれぞれ、それらのコネクタに機械的かつ電気的に接続される。コネクタリンク３１８ａ、３１８ｂ、および３１８ｃは、ボンディング線１１６ａをボンディング線１１６’ｂに、ボンディング線１１６ｂをボンディング線１１６’ｃに、およびボンディング線１１６ｃをボンディング線１１６’ａにそれぞれ接続するための、クロスボンディングリンクとしての役割を果たす。したがって、位相Ａのシールドは、位相Ｂ’のシールドに電気的に接続され（すなわち、クロスリンクされ）、位相Ｂのシールドは位相Ｃ’のシールドに電気的に接続され、位相Ｃのシールドは位相Ａ’のシールドに電気的に接続される。したがって、位相Ａ、Ｂ、およびＣのケーブル導体区間のシールドは、それぞれ、位相Ｂ’、Ｃ’、およびＡ’のケーブル導体区間のシールドにクロスボンディングされる。位相Ｂ’、Ｃ’、およびＡ’のシールドは、位相Ｃ’’、Ａ’’、およびＢ’’へと回路の長さ方向に沿って次のリンクボックスの中で同じようにクロスボンディングされ、同様の長さの３つの区間をそれぞれ形成する（図示されない）。３つのケーブルシールド区間のケーブルシールドの離れた端部（図示されない）が接地される。この配置では、接地された離れた端部とシールドとの間のネット誘導シールド電流が最小になる。
【0039】
図３はまた、集合的にＳＶＬ３１０と呼ばれる、シールド電圧リミッター（ＳＶＬ）の接続を示す。ＳＶＬ３１０ａは、リンク３１８ａを介してボンディング線１１６ａおよび１１６’ｂに、したがってケーブルシールド区間１０８ａおよび１０８’ｂに接続される。ＳＶＬが導通するとき、ＳＶＬは、すべてのＳＶＬに共通のグラウンド接続３２２を介して、グラウンド３２４へのこれらのケーブルシールド区間のための低抵抗の電流経路を提供する。同様に、ＳＶＬ３１０ｂは、これらのケーブルシールド区間からグラウンドへの低抵抗の電流経路を提供するために、ケーブルシールド１０８ｂおよび１０８’ｃに接続される。そして、ＳＶＬ３１０ｃは、これらのケーブルシールド区間からグラウンドへの低抵抗の電流経路を提供するために、ケーブルシールド１０８ｃおよび１０８’ａに接続される。上で言及されたように、ＳＶＬは、主にスイッチングおよび雷サージの結果として過渡的な過電圧がそれぞれのシールド区間上で発生するときに、それを制限するために設置される。
【0040】
ある代替の実施形態では、示される配置におけるように、コネクタリンク３１８ａが位相Ａのシールドを位相Ｂ’のシールドに依然として接続するように、ボンディング線１１６’ｂはボンディング線コネクタ３２０’ａに接続され得る。同様に、コネクタリンク３１８ｂが位相Ｂのシールドを位相Ｃ’のシールドに依然として接続するように、ボンディング線１１６’ｃはボンディング線コネクタ３２０’ｂに接続されてもよく、コネクタリンク３１８ｃが位相Ｃのシールドを位相Ａ’のシールドに依然として接続するように、ボンディング線１１６’ａはボンディング線コネクタ３２０’ｃに接続されてもよい。
【0041】
ケーブルシールドの電流を防ぎ、または最小にするための、ケーブルシールドの一点接地構成のための、およびクロスボンディングシールド構成のための高電圧ケーブル回路の適切な動作は、少なくとも一部、過電圧がケーブルジャケットおよびシールドブレイクを損傷するのを防ぐために、ＳＶＬが適切に機能することに依存する。従来は、リンクボックス部品の機能的信頼性の決定は、定期的な稼働停止中のハードウェアの視覚および触覚による検査、ならびにシールドボンディング部品の絶縁耐久試験に基づいていた。この検査プロセスは、リンクボックスが通常位置するマンホールへと物理的に入るためだけに、回路の稼働停止、交通規制対策、および狭い空間に入る手順を必要とし、このすべてを行った後に、検査およびその後の復元のためにリンクボックスを物理的に開けることができる。その結果、これらの現在の検査方法は労働集約的であり、せいぜい稀にしか実行されない。結果として、システム故障を機会とする後の調査で発見されるまで、部品の劣化、損傷、または故障が気付かれないままになる。以下で論じられるように、本発明はこれらの問題をなくし、ケーブルシールドシステムの機能的信頼性の評価と決定の、したがって、高電圧ケーブル回路の全体的な信頼性の改善をもたらす。
【0042】
図４Ａは、図３に示されるクロスボンディングリンクボックスに存在する３つのボンディングリンクの各々に設置されるパラメータセンサの概略的な表現である。簡略化のために、コネクタリンク３１８ａおよびＳＶＬ３１０ａに設置されるセンサが示される。同一のセンサが、コネクタリンク３１８ｂおよびＳＶＬ３１０ｂに、ならびにコネクタリンク３１８ｃおよびＳＶＬ３１０ｃに設置されることが認識されるだろう。
【0043】
高電圧ケーブル（通常５０～６０Ｈｚで動作する）の正常で連続的な回路電力周波数動作の間、ボンディング線１１６ａを１１６’ｂに接続する導体リンク３１８ａを流れるあらゆる電流は、電流センサ４４０ａによって検出され、導体リンク３１８ａとグラウンド３２４との間に電気的に結合されるＳＶＬ３１０ａにわたって現れる電圧は、電圧センサ４４２ａによって検出される。電流センサ４４０ａは、従来の変流器、Ｒｏｇｏｗｓｋｉコイル、または導体リンクを流れる電流の大きさを定量化するための任意の適切な手段であり得る。電圧センサ４４２ａは、抵抗性もしくは容量性の分圧器、または、ＳＶＬ３１０ａにかかる電圧の大きさを定量化するための他の電圧検知手段であり得る。好ましくは、正常な回路動作の間にセンサ４４２ａによって検知されるＳＶＬ電圧は、ＳＶＬ３１０ａの導通閾値電圧未満にとどまる。この動作状態では、ＳＶＬ３１０ａの外見上の抵抗は高く、ＳＶＬを流れる電流およびその関連する導通損失は軽微である。ＳＶＬ表面温度は周辺温度にとどまる。ＳＶＬと電圧センサの接合部からグラウンドに接続される電流センサ４４４ａによって検出されるグラウンドへの電流は、正常動作電圧では電圧センサ４４２ａを流れる軽微な電流だけである。ミリ秒のオーダーの長さの電力系統障害の間に、電圧センサ４４２ａによって測定されるようなＳＶＬ３１０ａにかかる電圧がＳＶＬ導通閾値電圧に達することがあり、ＳＶＬ３１０ａを流れる電流の増大とＳＶＬ３１０ａの加熱を引き起こす。この状況は、その反対側が接地されている長いケーブルシールド区間の接地されていない端部にＳＶＬが配置されるような、図２に示される一点接地シールド配置において起こる可能性がより高い。そのようなことが起こる場合、生じるシールド電圧は電圧センサ４４２ａによって検出され、ＳＶＬの導通の結果としてグラウンドに流れる電流は電流センサ４４４ａによって検出される。この事象の間にＳＶＬに加えられるエネルギーは、ＳＶＬの表面温度を上昇させ、これは、非接触式赤外線温度センサ４４６ａ、または場合によっては熱電対によって検出される。論じられるように、電圧、電流、および温度上昇は、設置されているＳＶＬの既知の電圧－電流および電圧－温度特性と比較されてもよく、それによりＳＶＬの動作可能性を示す。
【0044】
ＳＶＬの導通閾値電圧を超える、スイッチング動作または落雷によって引き起こされる過渡的な電気サージ（マイクロ秒単位で測定される）では、過渡的な電流の増大が予想され、生じた熱により、ＳＶＬの表面温度が上昇し、その後冷却する。電圧センサ４４２ａおよび電流センサ４４４ａは、この電圧および電流を捕捉して測定してもよく、温度センサ４４６ａは、表面温度の上昇とその後の低下を捕捉する。
【0045】
特定の回路に割り当てられた各リンクボックスの各位相からの、リンク電流センサ４４０ａ、グラウンド電流センサ４４４ａ、電圧センサ４４２ａ、および温度センサ４４６ａから得られた稼働中データは、稼働中のケーブルシールドシステム動作を継続的にほぼリアルタイムで検証でき、さらなる調査および場合によっては修復を正当化し得る異常を検出できることが、ケーブルシールドボンディングおよび接地システムの設計、設置、ならびに保守の当業者により理解されるだろう。
【0046】
前述の議論において、センサは、リンクボックスおよび設置されているＳＶＬが、動作中の事象の間に正しく反応したかどうかを、確認または検証するだけである。これは、現在の慣習と比較すれば明確に価値があるが、ここでの状態評価は、異常を検出するための過去の動作中の事象、すなわち、事実が起きた後のセンサ情報に依存する。しかしながら、説明されるように、保守試験の間にケーブルシールド回路に印加された外部試験電圧への正しいセンサ応答を検証することによって、過渡的なサージなどの過去の事象の発生による異常を検出するために使用されたのと同じこれらのセンサを、設置されているＳＶＬの機能的信頼性を評価するために使用することができる。
【0047】
図４Ｂは、外部から印加されるＤＣ電圧を使用した稼働停止中の現場での保守試験を受けるときにケーブルシールド区間に現れるであろう、ＤＣ電圧のＤＣ等価概略図である。ＤＣ条件のもとでは、変流器４４０ａおよび４４４ａは存在するが機能しないので、図面を簡単にするために、図４Ｂの等価回路では示されていない。この場合、外部から印加されたＤＣ電圧の結果としての、ケーブルシールド上の、およびＳＶＬにかかるＤＣ電圧は、電圧センサ４４２ａによって検出される。ＳＶＬ導通閾値電圧未満の電圧では、ＳＶＬを流れる電流は軽微であり、温度センサ４４６ａによって検出される検出可能なＳＶＬ表面温度の上昇はない。導通閾値電圧を超える電圧では、ＳＶＬ電流が増大し、ＳＶＬ３１０ａによって放散される熱が、センサ４４６ａにより検出される表面温度の上昇をもたらす。
【0048】
図４Ｃは、ＳＶＬを流れるＤＣ電流を直接測定するための実施形態の概略図である。この図は、ＳＶＬ３１０ａと直列のホール効果デバイス４５０ａを示す。代替として、ホール効果デバイスは、４５２ａとして、グラウンドと、ＳＶＬおよび電圧センサ４４２ａの接合部との間に配置されてもよく、これは、図４Ａにおける電流センサ４４４ａと同じ位置であり、すなわち、外に向かうグラウンド接続４５２ａでは、電圧検知回路に関連する電流が小さいことを考慮すると、正確さの低下はわずかしかない。ホール効果デバイスはよく知られており、磁場の強さを測定してそれに比例する電圧出力を生み出す。したがって、ホール効果デバイスは、数ミリアンペア程度の小さいＤＣおよびＡＣ電流の測定のために使用され得る。一実施形態では、この磁場を集中させるために強磁性のコアが使用され、非常に低いレベルの電流を検出することを可能にする。これらのデバイスは普通は数アンペア以上のオーダーの電流レベルを測定するために使用されるが、一桁ミリアンペアまで測定し、出力が４～２０ミリアンペアであるトランスデューサを較正してトラブルシューティングするために使用できる器具が市販されている。ホール効果デバイスは、リンクボックスから外部のグラウンド接続への電流を測定するための、図４Ａに関連して上で論じられた変流器の代替的な選択肢である。ホール効果デバイスの使用は、試験電圧を印加するためにＤＣ電圧源を使用する保守試験において特に有利である。ホール効果デバイスによって生み出された電流情報は、ＳＶＬを通る電流を直接測定し、表面温度センサの必要性をなくす。電圧センサ４４２ａによって検出される線区間１１６ａの試験電圧が増大するにつれて、ホール効果デバイス４５０ａによって、または代替としてホール効果デバイス４５２ａによって検出されるようなＳＶＬを通る電流も、設置されているＳＶＬの特性に従って同様に増大する。この電流情報は、ＳＶＬにかかる試験電圧の大きさを表す電圧情報とともに得られ、それにより、設置されているＳＶＬの電圧－電流特性を確立し、これは新しいまたは参照ＳＶＬの電圧－電流特性と比較され得る。この比較の結果として、ＳＶＬの機能的信頼性が決定され得る。
【0049】
図５は図３のリンクボックスの実施形態を示し、これは、リンク電流を測定するための、図４Ａの電流センサ４４０と同様の電流センサ５４０、グラウンドへの電流を測定するための、図４Ａの電流センサ４４４と同様の電流センサ５４４、ＳＶＬにかかる電圧を測定するための、図４Ａの電圧センサ４４２と同様の電圧センサ５４２、およびＳＶＬの表面温度を測定するための、図４Ａのセンサ４４６と同様の温度センサ５４６などの、図４Ａに概略的に示されるセンサを含む。リンクボックスハウジング内の温度、気圧、および湿度などの大気条件が、プリント回路基板５４８に搭載される１つまたは複数の環境センサ（図示されない）によって測定される。一例として、センサデータの取得と記憶を制御するために、マイクロプロセッサまたは他の処理回路がプリント回路基板に搭載される。この例では、センサを動作させるための電力は、密閉された分離可能なハウジング５６０に格納された電池によって提供される。図５の実施形態は、周辺コントローラなどの遠隔処理回路と動作命令およびデータを交換するための、コネクタ５５２に結合された光ファイバ通信および制御インターフェース５５０も含む。センサによって取得されるデータは、個別に、または同じリンクボックス内の他のセンサからのデータと組み合わせて、処理回路によって分析され得る。このデータは、同じケーブル回路に関連する他のリンクボックスの中のセンサから取得された類似するデータとともに処理されて、連続的な正常動作のもとで、また、スイッチングおよび落雷の過渡事象などの間の時々起こる障害条件のもとで、稼働中の性能指標（電圧、電流、および温度）を電力施設管理者に提供することができる。
【0050】
図５において、導体リンクを流れる電流は、変流器５４０ａ、５４０ｂ、および５４０ｃのカスケード配置を用いて測定され、それらの二次導線が、図示されない変流器の一次導線を形成する。変流器のこのカスケード配置は、起こり得る障害条件を分析するために、２５０アンペア以上にのぼり得る実効リンク電流を、たとえばマイクロプロセッサによる処理のために送信されることになるミリアンペアのオーダーの管理可能な信号レベルへと減らす。変流器のカスケード配置は、電流測定回路の過渡電圧耐久能力も改善する。
【0051】
図５に示される実施形態では、電圧センサの各々は、測定された電圧を受け取り処理するマイクロプロセッサに通常提供される入力レベルと合致するレベルへとＳＶＬにかかる実際の電圧を下げるための高電圧分圧回路を形成するために、低電圧抵抗器と直列に接続された高電圧抵抗器で形成される。
【0052】
示される実施形態では、温度センサ５４６は、ＳＶＬの表面温度を表す出力信号を生み出すための、それぞれのＳＶＬ３１０の近くに配置された非接触型赤外線（ＩＲ）センサである。温度センサによって生み出される出力信号は、リンクボックス内に配設されるプリント回路基板（ＰＣＢ）５４８上のプロセッサなどのコントローラに結合される。代替として、出力信号は、リンクボックスの外側に配設され、リンクボックスが位置するマンホールの中に位置する、プロセッサに結合され得る。温度センサは、表面温度の上昇を引き起こすＳＶＬ導通閾値電圧を超える動作から生じる、ＳＶＬ表面温度の上昇を検出する。
【0053】
ＳＶＬの典型的な電圧－電流関係が図６に示されている。図からわかるように、ＳＶＬ電圧が正常動作範囲（導通閾値電圧未満）で増大するにつれて、ＳＶＬを流れる電流はそれに比例して増大する。導通閾値電圧において、ＳＶＬの抵抗は、増大する電圧とともに指数関数的に低下および減少し、より大きい電流、より大きい電気エネルギーの損失、およびＳＶＬを形成する金属酸化物ブロックの温度の関連する上昇をもたらす。この点を超える動作電圧は、ＳＶＬにより生成される熱が安全に放散され得ることを確実にしてＳＶＬの故障を防ぐために、ＳＶＬの定格によりますます短い期間へと制限される。図６に示されるように、ＳＶＬを通る正常で連続的な動作電流は１ミリアンペアであるが、１０ｋＡ以上の落雷放電レベルにおけるシールドブレイクおよびケーブルジャケットへの損傷を防ぐために、マイクロ秒の長さのスイッチングおよび雷サージがクランプされ得る。この電圧－電流関係は、実質的にすべてのＳＶＬを表すものであり、大半のＳＶＬでは約１ミリアンペアである、ＳＶＬがその導通遷移領域に入る電圧にのみ違いがある。
【0054】
図７Ａは、定格３ｋＶのＳＶＬの導通遷移領域における電圧－電流（Ｖ－Ｉ）特性を示し、図７Ｂは、このＳＶＬ電流の結果として生じる電圧－表面温度特性を示す。示されるように、電気エネルギー曲線と熱エネルギー曲線との関係は非常に似ている。適切に機能するｋＶ定格のＳＶＬは、これらの曲線に従うことが予想され、ＳＶＬの動作可能性は、生じた電流またはＳＶＬ表面温度を監視しながら、ＳＶＬにその導通閾値領域を通らせるその場での試験を用いて確認され得る。予想される導通遷移曲線を示さないＳＶＬは、動作の完全性が低いものと考えられ得る。
【0055】
図４に示されるように、ホール効果デバイスは、ＳＶＬを通るＤＣ電流の測定を行うためのセンサとして使用され得る。構造物の内部で外に向かうグラウンド接続（図４Ｃ）に置かれる単一のホール効果デバイス４５２ａは、許容可能なＤＣ電流の測定結果を提供する。それぞれのＳＶＬを流れる電流を表す情報を提供するために、他の既知の電流検知デバイスが使用され得る。しかしながら、ＳＶＬの電圧－温度関係は、実装がよりロバストで、簡単で、安価であることがわかっている。図７Ａおよび図７Ｂにおいて表される定格３ｋＶのＳＶＬでは、４．５ｋＶ未満のＳＶＬにかかるＤＣ電圧は顕著な表面温度の上昇を生むとは予想されないが、４．５ｋＶを超えて５ｋＶに近づくＤＣ電圧はそうではない。
【0056】
従来は、稼働停止中のリンクボックスの現場での保守検査試験は、リンクボックスが位置するマンホールに入り、技術者による視覚的な検査のためにリンクボックスを開けることを必要とする。本発明は、現在行われている従来の慣習と比べて顕著な改善をもたらし、マンホールに入ることを必要としないので、設置されているＳＶＬの電気的な挙動を、およびしたがって、設置されているＳＶＬを含むリンクボックスの機能的信頼性を特徴付けるための、安全で低コストの代替手段を事業者に提供する。
【0057】
図８は、３つの「小さい」シールド区切り１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃがどのようにリンクボックス３１４および８１５において接続され、１つの完全な「大きい」クロスボンディングされたシールド区切りを形成するかを示す、簡略化された図である。図８は、リンクボックス３１４の中のコネクタリンク３１８ａによる高電圧導体１０４Ｂの位相Ｂのシールド区間１０８ｂへの高電圧導体１０４Ａの位相Ａのシールド区間１０８ａのつながれた接続、およびリンクボックス８１５の中のコネクタリンク８１８ｂによる高電圧導体１０４Ｃの位相Ｃのシールド区間１０８ｃへのシールド区間１０８ｂの接続を示す。この概略的な図解では、リンクボックスの各々は図３に示されるタイプであってもよく、コネクタリンク３１８ａおよび８１８ｂは図３においてコネクタリンク３１８として示されるタイプであってもよい。図８はまた、ＳＶＬ３１０ａにかかる電圧がその導通閾値電圧を超えるとき、グラウンドへのシールドボンディングリンク３１８ａのための低抵抗の電流経路を提供するために、リンクボックス３１４に含まれるＳＶＬ３１０ａを概略的に示す。リンクボックス８１５に含まれるＳＶＬ８１０ｂは、グラウンドへのシールドボンディングリンク８１８ｂのための同様の低抵抗の電流経路を提供する。従来のように、正常動作の間、シールド区間１０８ａは、シールドの長さ方向に沿った１つの点、好ましくは、リンクボックス３１４から離れており遠い点にある電気的なグラウンドに接続される。同様に、正常動作の間、シールド区間１０８ｃは、シールドの長さ方向に沿った１つの点、好ましくは、リンクボックス８１５から離れており遠い点にある電気的なグラウンドに接続される。図を簡単にするために、リンクボックス３１４およびリンクボックス８１５の中にある３つのクロス接続のうちの１つだけが（他は図３に示されるように存在するので）、図８に示されていることに留意されたい。
【0058】
図９は、従来使用されている、稼働停止中の保守検査試験手順の一種の概略的な図解である。この試験において、通常はグラウンドに接続されるシールドの区間、たとえばシールド区間１０８ａは、グラウンドから電気的に切断される。加えて、通常は接地されているシールド区間１０８ｃの点はグラウンドから切断され、区間１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃをグラウンドから実質的に絶縁する。この試験において、電圧源９２４はシールド区間１０８ｃに接続される。この試験手順によれば、リンクボックス３１４および８１５が開けられ、ＳＶＬ３１０ａおよび８１０ｂがコネクタリンク３１８ａおよび８１８ｂから切断され、それにより、そうされなければ電圧源９２４からケーブルシールドシステムに供給される試験電圧が望ましい試験電圧レベルに達するのを妨げる可能性があり得る、接続されたＳＶＬを介したシールド区間１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃのためのグラウンドへの電流経路を取り除く。ＳＶＬがコネクタリンクから切断されている限り、ＳＶＬは電圧源９２４からの試験電圧を受けず、ケーブルジャケットおよび中断ギャップのみが試験される。ＳＶＬは電気的に試験されないので、視覚的に精査され、保守試験の後に使用が再開されるか新しいＳＶＬと交換されるかのいずれかである。いくつかの場合、取り除かれたＳＶＬは、実験室でのベンチテストを受け、機能するものと判明した場合には再利用される。
【0059】
前述の保守試験手順において、好ましくはＤＣ電圧である試験電圧が、たとえば、所望の試験レベルへとステップ状に上げられて、指定された期間、典型的には数分間、その試験レベルに維持される。これは、シールド区間１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃに関連するケーブルジャケットと中断ギャップにおける電圧を試験電圧にする。試験が完了した後、シールド区間は区間１０８ａおよび１０８ｃの端部においてグラウンドに再接続され、別の３つの区間（図示されない）がグラウンドから絶縁されて同様に試験される。
【0060】
この稼働停止中の保守試験は基本的に、ケーブルジャケットおよび中断ギャップの絶縁耐久試験であり、これらは、ＳＶＬの定格電圧を上回りジャケットおよび中断ギャップの設計耐久レベルを下回る電圧試験レベルで導通する。上で言及されたように、この試験手順は、各リンクボックスが開けられて各ＳＶＬが切断または除去されることとともに、ＳＶＬならびに接続ハードウェア、すなわちコネクタリンク、ボンディング線、およびリンクボックスのボンディング線コネクタの視覚的な精査を必要とする。リンクボックスの中のＳＶＬは、それらが適切に機能していることを評価するために、別々に個別に試験され得る。これは、特別な器具を必要とし、検査プロセスを非常に長くする。その上、リンクボックスを開けて再び密閉する必要があることで、それらのリンクボックス内に収容されている部品を最終的に腐食させ別様に損傷させるような不適切な密閉が生じる可能性がある。
【0061】
図３に示されるタイプの、外部ボンディング線接続を有するリンクボックスに接続されるケーブルシールドシステムを試験するためにこれまで使用されてきた代替的な試験配置が図１０に示されており、このとき、リンクボックス３１４および８１５が試験のために開けられる必要はなく、（図９の場合にそうであったように）ＳＶＬが試験電圧の印加のためにコネクタリンクから切断される必要はない。図１０では、シールド区間のそれぞれの位相からの図３に示されるボンディング線１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃは、ボンディング線コネクタ３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃから切断され、ボンディング線１１６’ａ、１１６’ｂ、１１６’ｃは、ボンディング線コネクタ３２０’ａ、３２０’ｂ、３２０’ｃから切断される。示されるように、一時的なジャンパ１０１４ａおよび１０１５ｂがシールド区間１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃを接続し、それにより、リンクボックス３１４、８１５を迂回する。結果として、３つのシールド区間のケーブルジャケットおよび中断ギャップが一緒に試験される。
【0062】
図９においてそうであったように、シールド１０８ａは、普通はグラウンドに接続されるこのシールド区間の点を切断することによって、グラウンドから電気的に絶縁される。また、リンクボックス８１５から離れており普通は接地されているシールド区間１０８ｃの点はグラウンドから切断され、電圧源９２４はシールド区間１０８ｃに結合される。図１０に示される電圧源９２４は、図９に示されるものと同じ、典型的にはＤＣ電圧源であるが、どちらの事例でもａｃ電圧源であってもよい。
【0063】
図１０に概略的に示されるケーブルシールドシステムは、図９の試験手順について前に説明されたのと同じ方式で試験される。この試験は、電圧源９２４によってケーブルシールドシステムに供給される試験電圧を徐々に上げることによって実行される。この試験構成は、リンクボックス３１４および８１５のカバーを開けることに関連する欠点を回避するが、それでも、リンクボックスが位置するマンホールに技術者が入り、外部ボンディング線を切断し、一時的なジャンパを適用し、場合によっては、リンクボックスが透明なカバーを伴う場合には、ＳＶＬを含む囲まれたハードウェアの略式の視覚的な検査を実行しなければならない。試験が実行された後、試験のために必要とされる一時的なジャンパは取り除かれ、ボンディング線が再接続されて再び密閉される。この手順も時間がかかり、ボンディング線を再接続して密閉材料をリンクボックスに再び適用するときに過誤が生じやすい。
【0064】
従来技術の上述の欠点および問題は、本発明により回避される。ケーブルシールドシステムの機能的信頼性を試験するための本発明の一実施形態は、図１１に概略的に示される試験構成を有する。この図では、図８に示されるものと同じ参照番号は同じ構成要素を特定する。示されるように、位相Ａシールド１０８ａは、位相Ｂシールド１０８ｂにリンクボックス１１１４の中のコネクタリンク３１８ａによって接続され、位相Ｂシールド１０８ｂは、位相Ｃシールド１０８ｃにリンクボックス１１１５の中のコネクタリンク８１８ｂによって接続される。リンクボックス１１１４は、ＳＶＬ３１０ａ、ＳＶＬ３１０ａの表面温度を測定するように適合される温度センサ１１２８ａ、およびＳＶＬ３１０ａにかかる電圧を測定するように適合される電圧センサ１１３０ａを含む。同様に、リンクボックス１１１５は、ＳＶＬ８１０ｂ、温度センサ１１２８ｂ、および電圧センサ１１３０ｂを含む。好ましくは、温度センサは、ＳＶＬと併置されＳＶＬによって放散された熱を検知するように適合される熱センサを備える。前に言及されたように、ＳＶＬにかかる電圧が増大するにつれて、ＳＶＬ導通閾値電圧に達するまで、ＳＶＬを通る電流は線形に増大する。その点において、電圧の増大は、ＳＶＬを通る電流の不釣り合いな増大をもたらし、そしてこれは、内部加熱および検出可能なＳＶＬ表面温度の上昇をもたらす。
【0065】
一実施形態では、熱センサ１１２８ａ、１１２８ｂは、ＳＶＬ３１０ａおよび８１０ｂによって放散される熱に関連する赤外線放射を検出する赤外線（ＩＲ）センサを備える。適切なＩＲセンサの一例は、Ｍｅｌｅｘｉｓモデル９０６１４などの非接触型赤外線センサであり、これはＳＶＬ表面から放射された熱に基づく信号を生み出す。通常のように、そして図７に表されるように、このＳＶＬ加熱の検出は、印加された電圧がＳＶＬの導通閾値に達してそれを超えるとより急激に生じる表面温度の変化として測定される。周辺温度を超える表面温度の上昇を検出することは、ＳＶＬがその導通閾値を超えて動作していることを示すものであり、これは、ＳＶＬの定格を超えた異常な稼働中の動作の間に、または、より高い電圧の過渡的なサージの間に起こり得る。論じられるように、稼働停止中の保守検査試験の間に意図的に印加される試験電圧は、表面温度の上昇を引き起こすように設計される。温度および電圧センサによって検知される、ＳＶＬのそのような電圧および温度の特性は、ケーブルシールドシステムおよびＳＶＬの機能を確認するために使用される。
【0066】
電圧センサ１１３０ａは、リンクボックス１１１４の中のコネクタリンク３１８ａとグラウンドとの間に現れる電圧を測定し、電圧センサ１１３０ｂは、リンクボックス１１１５の中のコネクタリンク８１８ｂとグラウンドとの間に現れる電圧を測定する。監視される電圧は、ＳＶＬ３１０ａおよび８１０ｂにわたって検知される電圧であることがわかる。
【0067】
図１１に示される本発明の実施形態に従ってケーブルシールドシステムの機能的信頼性を評価するための技法が、ここで説明される。グラウンドへの位相Ａシールド区間１０８ａの接続はグラウンドから切断され、位相Ｃシールド区間１０８ｃの接続は同様にグラウンドから切断され、それにより、シールド区間１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃをグラウンドから絶縁する。電圧源９２４と似た電圧源１１２４が、任意の地点、しかし好ましくは立ち入り可能な地上の位置にある、絶縁されたシールド区間に接続される。図１１において、電圧源１１２４はシールド区間１０８ｃに接続される。
【0068】
前に説明されたように、電圧源は、たとえば３つの大きな区切りの各々に別々に印加され、他の２つの区切りはシールドブレイクを含むように試験を拡張するために接地され、電圧源は大きな区切りのすべてに逐次別々に印加されることになる。
【0069】
電圧源１１２４がＤＣ電圧源である実施形態では、この電圧源によって供給されるＤＣ試験電圧が徐々に、たとえばステップ状に上げられる。一実施形態では、示されるケーブルシールドシステムに供給されるＤＣ電圧レベルが各ステップにおいて知られているように、またはあらかじめ決められているように、電圧源が制御される。代替として、電圧源１１２４は、そのプロセッサによって指示される徐々に増大するＤＣ電圧レベルを供給するように、プロセッサによって制御され得る。たとえば、電圧源１１２４は、数分以内でケーブルシールド回路の電圧を上げ、導通遷移領域へと同時に至り得るＳＶＬからの電流需要を支えるのに十分な電力を有する、多くの市販のユニットの１つであり得る。ある代替例では、電圧源は、ケーブルシールドシステムにＡＣ試験電圧を供給するように適合されるＡＣ電圧源であり得る。上で言及されたように、ＡＣ試験電圧が供給される場合、ＳＶＬを流れる電流およびそれにかかる電圧は、位相が揃っていないことがある。ＳＶＬ電流とＳＶＬ電圧との間の位相角は、インピーダンス、およびより具体的には、ＳＶＬが導通遷移領域に至る際のインピーダンスの変化を示すものである。この位相角が測定されてもよく、位相角の測定結果は、ケーブルシールドシステムの機能的信頼性を決定するための、処理回路に供給される電圧および電流の情報を提供する。
【0070】
ＳＶＬ電流とＳＶＬ電圧との間の位相角を測定するための１つの技法では、ＳＶＬを流れる電流のゼロクロスが検出され、ＳＶＬにかかる電圧のゼロクロスが検出される。そのようなゼロクロス間の時間差は、電流と電圧との間の位相角、または位相シフトφを表す。この位相シフトは力率ｐｆ＝ｃｏｓ（φ）に比例し、これはＳＶＬが導通領域に入るにつれて増大する。したがって、電流のゼロクロスと電圧のゼロクロスとの間の時間差を検出することによって、力率が測定または検知され得る。図７Ｃは、容量性の挙動から抵抗性への挙動へのＳＶＬの遷移に関連する力率の増大を示す。図７からわかるように、ＳＶＬの電圧－力率特性は、ＳＶＬの電圧－電流特性および電圧－温度特性の良い近似である。
【0071】
試験電圧が増大するにつれて、電流は、ケーブルシールド区間および接続されたＳＶＬにおける電圧を徐々に増大させるような方式で、電圧源１１２４から区間１０８ｃを通り、導体リンク８１８ｂ、区間１０８ｂ、導体リンク３１８ａ、区間１０８ａへと順番に流れる。リンク３１８ａの電圧は、電圧センサ１１３０ａによってリンクボックス１１１４の中でローカルに測定されてもよく、リンク８１８ｂの電圧は、リンクボックス１１１５の中で電圧センサ１１３０ｂによって測定されてもよい。ＳＶＬの電圧－電流特性は非線形であり、試験電圧がＳＶＬ導通閾値に向かって増大するにつれて、より大きい電流が流れ始める。ＳＶＬにかかる電圧が導通領域に入るにつれて、ＳＶＬの外見上の抵抗は低下し、ＳＶＬを流れる電流はマイクロアンペアからミリアンペアに増大する。ＳＶＬ電流のこの増大は、ＳＶＬの表面温度の増大をもたらす。したがって、それぞれ、センサ１１２８ａおよび１１２８ｂによってリンクボックス１１１４および１１１５の中のＳＶＬ３１０ａおよび８１０ｂによって放散される熱を監視または測定することは、ＳＶＬの機能的信頼性を決定するための手段をもたらす。
【0072】
前に論じられ、図７Ａおよび図７Ｂにおいてグラフィカルに示されるように、ＳＶＬの特徴的な電圧－温度（Ｖ－Ｔ）曲線は、その特徴的な電圧－電流（Ｖ－Ｉ）曲線に酷似している。したがって、センサ１１２８ａおよび１１２８ｂによって生み出される熱情報は、ＳＶＬを流れる電流を良く表す。同様に、図７Ｃに示される電圧－力率曲線は、ＳＶＬ電流ならびにＳＶＬによって放散される熱を良く表す。したがって、別の実施形態では、温度センサ１１２８は、前に説明された力率センサで置き換えられ得る。
【0073】
上で言及されたように、典型的なＳＶＬの電圧－電流（Ｖ－Ｉ）関係または特性は、一般にＳＶＬ製造業者の技術文献において見出され得る。様々な製造業者のＳＶＬのＶ－Ｉ特性およびそれらのＳＶＬのモデル番号を参照するデータベースは、文献から、またはＳＶＬの導通遷移領域の単純な実験室での試験を通じて、容易に作成され得る。特定のＳＶＬに対応するＶ－ＩおよびＶ－Ｔ特性が、そのデータベースに記憶され得る。図１１に概略的に示されるケーブルシールドシステムが試験されるとき、ＳＶＬ３１０ａおよび８１０ｂのＶ－Ｉ特性は、データベースに記憶されているＶ－Ｉ特性と比較され得る。試験対象のＳＶＬのＶ－Ｉ特性がデータベースに記憶されている既知のＶ－Ｉ特性に対応する（すなわち、それと非常に似ている）場合、ＳＶＬは機能するように動作可能であり、「良好」であるものとして認識される。しかしながら、試験対象のＳＶＬのＶ－Ｉ特性がデータベースに記憶されているＶ－Ｉ特性と異なる場合、これはシステム部品の劣化または故障を明確に示すものであり、さらなる診断が正当化され得る。ＳＶＬの故障、スプライスハードウェア内での中断ギャップの短絡、またはケーブルジャケットの損傷である可能性のある異常の原因は、リンクボックス、回路上の他のリンクボックスの中のコンパニオンセンサ、およびシールドシステムに接続される試験機器、たとえば電圧源１１２４によって供給される電圧と電流から収集されたデータを使用することによって、決定され得る。さらに、シールドブレイクの絶縁試験を迂回し、それにより、欠陥のあるまたは故障したシールドブレイクへと異常の原因を切り分けるために、電圧源を大きい区切りの他の位置に接続することができる。したがって、マンホールに入りその中でリンクボックスを開ける必要なく、ケーブルシールドシステムの機能的信頼性が簡単にかつ効果的に決定され得る。
【0074】
したがって、供給された試験電圧においてＳＶＬを通る電流が、ＳＶＬの所定のＶ－Ｉ特性の性質と合致する、すなわち、電流と試験電圧が所定の基準の関係に適合する関係を示すとき、シールドシステムの状態は機能する状態にあると決定される。同様に、温度センサによって監視されるような、供給される試験電圧におけるＳＶＬからの熱がＳＶＬの所定の特性と合致するとき、シールドシステムの状態は機能する状態にあると決定される。言い換えると、シールドシステムの状態は、センサによって監視されるようなＳＶＬからの熱が予想される挙動と矛盾するとき、故障状態または不適合状態にあると決定され得る。
【0075】
本発明を利用する実施形態は、図１２～図１４の概略的な図解に関連して説明されるシールドボンディングおよび接地構成を含み得る。図１２～図１４は、ケーブルシールドの一方の端部が接地され、離れた接地されていない端部がＳＶＬに接続されるような、１つのケーブル区間からなるケーブルシールドシステムを示す。図１２は、スプライスハードウェア１２０３において接合される三相高電圧ケーブルの単相（たとえば、位相Ａ）の導体ケーブル区間１２０４および１２０４’を示す。スプライスハードウェアは図１のスプライス１０３と似ていてもよい。図１のシールド１０８および１０８’と同様に、ケーブル区間１２０４および１２０４’は、シールド１２０８および１２０８’によって囲まれる。図２と同様にシールド１２０８の一方の端部または点はグラウンドに直接接続され、他方は、リンクボックス、グラウンドボックスなどであり得るハウジング１２１４に含まれるＳＶＬ１２１０によってグラウンドに結合される。この実施形態では、リンクボックス１２１４は、シールド区間１２０８をシールド区間１２０８’にクロスリンクまたはクロスボンディングしない。むしろ、この実施形態では、ハウジング１２１４は、シールド区間１２０８’をグラウンド１２１３に接続する導体を含む。シールド区間１２０８’は、その離れた端部において、ハウジング１２１４’に含まれる１２１０’によってグラウンドに接続される。ハウジング１２１４’は、ハウジング１２１４に似ていてもよく、図２に示されるように、別のシールド区間（図示されない）をグラウンドに接続する別の導体を含んでもよい。加えて、図１２に示されるように、故障電流が存在する場合にそのための経路を提供するために、接地連続性導体１２２５が設置される。すべての位相（すなわち、位相Ａ、ＢおよびＣ）に対して単一の接地連続性導体が設置され得る。ケーブル位相間の物理的離隔が比較的近いこと、および接地連続性導体のさらなる離隔により、接地連続性導体に誘導される電流は最小限であり、したがって、高電圧ケーブルの定格において考慮すべき追加の熱損失はなく、または最小限である。
【0076】
設置されたＳＶＬを含むシールドボンディングおよび接地システムの機能的信頼性または動作の完全性を評価するために、本発明に従って、図１２に示されるケーブルシールドシステムが試験される。この保守試験を実行するために、高電圧導体１２０４、１２０４’は電力供給を止められ、シールド区間１２０８はハウジング１２１４から離れたシールド区間１２０８の点をグラウンドから切断することによってグラウンドから絶縁される。前に説明されたＤＣまたはＡＣ電圧源などの、破線の中に示されている電圧源１２２４が、その点に接続される。この電圧源によって供給される試験電圧の大きさがＳＶＬ１２１０の導通閾値電圧以上に増大すると、ＳＶＬを流れる電流の大きさは図７Ａに示される方式で増大し、この電流は図７Ｂに示されるようにＳＶＬの表面温度を上昇させることが理解される。したがって、ＳＶＬを通る電流の増大は、表面温度の上昇と良く相関する。ＳＶＬの状態評価は、ＳＶＬ電圧が増大するにつれて適切な電流センサを使用してＳＶＬを流れる電流を監視することによって、または好ましくは、ＳＶＬ電圧が増大するにつれてＳＶＬの表面温度の上昇を監視するために温度センサ１２２８を使用することによって行われ得る。後者は、特にＳＶＬ１２１０において、ケーブルシールドシステムの故障状態または異常のよりロバストで効果的な指標である。電圧センサ１２３０、電流センサ（図示されない）、および温度センサ１２２８によって保守試験の間に得られる電圧、電流、および温度情報が、ケーブルシールドボンディングおよび接地システムの状態、特に設置されたＳＶＬの機能的信頼性を評価するために利用される。
【0077】
同様に、シールド区間１２０８’およびＳＶＬ１２１０’が、それらの状態を評価するために試験される。電力供給を止められた高電圧導体のシールド区間１２０８’は、ハウジング１２１４の中のグラウンド１２１３からそれを切断することによってグラウンドから絶縁される。次いで、上で論じられたＤＣまたはＡＣ電圧源などの破線の中に示されている電圧源１２２４’は、あらゆる立ち入り可能な位置にある絶縁されたシールド区間に接続される。これはハウジング１２１４の外側で行うことができ、シールドなどの電力供給されている導電性部品と電力供給を止められた導電性部品または表面との間でのフラッシオーバを防ぐのに十分なクリアランスが設けられるので、区間１２０８’からグラウンド電位を取り除く目的でハウジング１２１４に入る必要はないことが理解される。この場合、金属の支持構造などの、ハウジング１２１４の中のシールド区間１２０８’に接続されるあらゆるハードウェアが、試験の間に電力供給される。
【0078】
電圧源１２２４’から区間１２０８’に供給される試験電圧が増大するにつれて、ＳＶＬ１２１０’からのＳＶＬ表面温度情報は、温度センサ１２２８’によって取得される。試験対象のＳＶＬの得られる電圧－温度特性は、ＳＶＬ１２１０’の動作の完全性を決定するために、データベースの中のファイル上の類似する機能しているＳＶＬの電圧－温度特性と比較される。したがって、ケーブルシールドシステムにおける故障状態または異常は単に、設置されたＳＶＬ（たとえば、ＳＶＬ１２１０、１２１０’）の電圧－温度特性を新しいＳＶＬのそれらと比較することによって検出され得る。
【0079】
図１３および図１４は、接地連続性導体１３２５、１４２５を伴う一点接地ケーブルシールドのための代替的なシールド接地およびボンディング方式である。これらの代替的な方式の動作は、図１２のケーブルシールドシステムの動作と実質的に同じであり、グラウンドとＳＶＬ接続の位置が異なる。それでも、試験の間に、上で論じられたのと同じ手順、すなわち、高電圧ケーブル回路の電力供給を止め、ＳＶＬを含む試験対象のシールド区間をグラウンドから絶縁し、増大する試験電圧を印加し、ＳＶＬ表面温度を監視することが実施される。
【0080】
図１３は、図１のスプライス１０３と同様に、三相高電圧ケーブルの単相の区間１３０４および１３０４’がスプライスハードウェア１３０３において接合されるような構成を示す。ケーブル区間１３０４および１３０４’のシールド区間１３０８および１３０８’は、図１２のシールド区間１２０８および１２０８’と実質的に同じである。図１３に示される構成は、シールド区間１３０８’がハウジング１３１４の中のＳＶＬ１３１０’によってグラウンド電位に結合されるという点で、図１２に示される構成と異なる。ハウジング１３１４から離れた区間１３０８’の他方の端部がグラウンドに接続される。
【0081】
図１３に示されるケーブルシールドシステムは、高電圧導体の電力供給を止め、区間１３０８および１３０８’をグラウンドから絶縁（すなわち、切断）することによって試験される。破線の中に示されている電圧源１３２４がグラウンドの代わりに絶縁された区間１３０８に接続され、試験が実行される。別個の電圧源１３２４’または代替として試験電圧源１３２４が区間１３０８’に移され、絶縁された区間１３０８’に接続される。シールド区間１３０８および１３０８’ならびにそれらに接続されるＳＶＬ１３１０、１３１０’は、上で説明された手順に従って試験される。試験の間に得られた電圧および温度情報は、シールドボンディングおよび接地システムの機能的信頼性を決定するために使用される。
【0082】
図１４は、三相高電圧ケーブルの単相の区間１４０４および１４０４’がスプライスハードウェア１４０３において接合されるような、さらに別の一点接地構成を示す。ケーブル区間１４０４および１４０４’のシールド区間１４０８および１４０８’は、たとえばスプライスハードウェアの位置において、またはその近くで、グラウンド１４１３に共通に結合される。共通のグラウンド接続から離れたシールド区間の点は、それぞれ、ハウジング１４１４および１４１４’の中のＳＶＬ１４１０および１４１０’を介してグラウンドに結合される。図１４はまた、適切な故障電流のための経路を提供するための、グラウンド連続性１４２５を示す。
【0083】
図１４のケーブルシールドシステムは、シールド区間をグラウンドから切断することによって、高電圧導体の電力供給を止めてシールド区間１４０８および１４０８’を絶縁することにより試験される。破線の中に示されている前に説明されたＤＣまたはＡＣ電圧源と同様の電圧源１４２４は、グラウンド１４１３の代わりに区間１４０８および１４０８’の共通の接続に接続される。代替として、リンクボックス１４１４または１４１４’を含むあらゆる立ち入り地点において、電圧源を絶縁されたシールド区切りに接続することができ、言及されたように、試験のためにシールド区間を絶縁するために、グラウンド１４１３はシールド区間から切断される。シールド区間およびそれに接続されるＳＶＬは、上で説明された手順に従って試験される。試験の間に得られるＳＶＬ表面温度および電圧情報は、ケーブルシールドシステムにおける故障状態または異常を検出するために利用される。
【0084】
図１４は、区間１４０８と１４０８’の両方、ならびにＳＶＬ１４１０と１４１０’の両方を同時に試験するための試験手順を説明するが、望まれる場合、区切り１４０８および１４０８’を独立に試験できることが理解されるだろう。
【0085】
上述の議論は、クロスボンディングおよび一点接地されたケーブルシールドに関連するリンクボックスの適用例に当てはまる。実際には、現実的な長さの最大値により回路が３つより多くのケーブルの区切りからなるときのように、いくつかのクロスボンディングおよび一点接地構成が回路の経路上で見つかり得る。長さ４マイルの高電圧ケーブル回路が見つかることは珍しくない。現実的なケーブルの長さは通常は２０００フィートのオーダーであるが、そのような回路は、上で説明されたように、および図１５に概略的に示されるように、共通の接地点間の３つの小さい区切りから各々構成される複数の大きいクロスボンディングされた区切りを含み得る。上で論じられた試験配置は、ここで説明されるような任意の数の区切りに適用され得る。
【0086】
図１５に示される構成は図１１に示されるものと似ているが、図１５は、２つの追加のクロスリンクボックス１５１４および１５１５ならびに１つの中央接地ボックス１５３６を利用する、ケーブルの６つの区切りを示す。この構成は、１つのクロスボンディング回路配置を別のものに結合することによって、図１１の構成の２倍の回路長を収容する。ここで、シールド区間１０８ｃが電気的なグラウンドに接続される点は、マンホールの中に配置され得る接地ボックス１５３６を通る。示されるように、接地ボックス内のコネクタリンク１５３７は、区間１０８ｃをグラウンドに物理的に接続する。代替として、接地ボックス１５３６は省略されてもよく、それぞれのシールドボンディング線はグラウンドに直接接続されてもよい。
【0087】
接地ボックス１５３６は、高電圧ケーブル１０４ｃのシールド区間１５０８ｃを電気的なグラウンドに物理的に接続する別のコネクタリンク１５３８も含む。区間１５０８ｃは、区間１０８ｃに似ており、たとえば、高電圧導体１０４ｃの位相Ｃシールドである。図１５において、区間１５０８ｃは、リンクボックス１５１５に含まれるコネクタリンク１５１８ｂを介して、導体１０４ｂの位相Ｂ区間１５０８ｂに結合される。リンクボックス１５１５は、リンクボックス１１１５に似ており、ＳＶＬ８１０ｂと似たＳＶＬ１５１０ｂ、リンクボックス１１１５の中のセンサ１１２８ｂと似たセンサ１５２８ｂを含む。リンクボックス１５１５はまた、ＳＶＬ１５１０ｂにかかる電圧を検知するように適合された、図１１の電圧センサ１１３０ｂと似た電圧センサ１５３０ｂを含む。同様に、リンクボックス１５１４は、高電圧導体１０４ｂの位相Ｂ区間１５０８ｂを高電圧導体１０４ａの位相Ａ区間１５０８ａに電気的に接続するコネクタリンク１５１８ａを含む。リンクボックス１５１４は、リンクボックス１１１４に似ており、ＳＶＬ３１０ａと似たＳＶＬ１５１０ａ、およびリンクボックス１１１４の中のセンサ１１２８ａと似たセンサ１５２８ａを含む。リンクボックス１５１４はまた、ＳＶＬ１５１０ａにかかる電圧を検知するように適合された、図１１の電圧センサ１１３０ａと似た電圧センサ１５３０ａを含む。それぞれ、リンクボックス１１１４および１５１４から離れた位相Ａシールド区間１０８ａおよび１５０８ａの外側の端部が、正常動作の間は電気的なグラウンドに接続される。
【0088】
図１５に示されるケーブルシールドシステムが本発明に従って試験される方式が、図１６に概略的に示される。図１５のケーブルシールドシステムが試験されるとき、リンクボックス１５１４から離れた区間１５０８ａの回路の長さ方向に沿った点のように、リンクボックス１１１４から離れた区間１０８ａの回路の長さ方向に沿った点における電気的なグラウンドへの物理的な接続がグラウンドから切断され、それにより、区間１０８ａおよび１５０８ａをグラウンドから絶縁する。加えて、正常動作の間に区間１０８ｃおよび１５０８ｃをグラウンドに接続する接地ボックス１５３６もグラウンドから切断され、１６２６において示されるように、リンクボックス１１１４、１１１５、１５１４、および１５１５において電気的に接続されるシールド区間をグラウンドから実質的に絶縁する。これはハウジングの外部で行うことができるので、コネクタリンク１５３７および１５３８からグラウンドを取り除く目的でハウジング１５３６を開ける必要はないことがある。この実施形態では、コネクタリンク１５３７および１５３８は、ハウジング１５３６の外部で接地され得る他のシールド区間に共通に接続されない。
【0089】
したがって、区間１０８ｃおよび１５０８ｃはグラウンドから電気的に絶縁される。図１１に関連して上で説明された試験構成と同様に、図１６のケーブルシールドシステムは、任意の便利な点から試験することができる。試験電圧は電圧源１６２４によって供給され、これは、ここでは区間１０８ａの端部に接続されるものとして示されている、図１１の電圧源１１２４に似たＤＣ電圧源またはＡＣ電圧源であり得る。徐々に増大する試験電圧が、区間１０８ａの電気的に絶縁された端部に供給される。試験電圧の大きさは、所定のステップで徐々に上げられてもよく、または代替として、線形に増大する電圧であってもよい。
【0090】
図１１の試験構成と同様に、電圧源１６２４によって供給される試験電圧が増大するにつれて、区間１０８ａ、導体リンク３１８ａ、ＳＶＬ３１０ａ、区間１０８ｂ、導体リンク８１８ｂ、区間１０８ｃ、導体リンク１５３７および１５３８、区間１５０８ｃ、導体リンク１５１８ｂ、区間１５０８ｂ、導体リンク１５１８ａ、そして最終的に区間１５０８ａの電圧が、同様に増大する。ＳＶＬの導通閾値を超えて試験電圧が増大するにつれて、ＳＶＬが導通閾値領域より上で動作するとき、増大する電流がＳＶＬを流れる。図７ＡのＳＶＬ Ｖ－Ｉ特性によって表されるように、ＳＶＬの所定の導通閾値電圧を供給された試験電圧が超えるとき、そのＳＶＬを流れる電流は不釣り合いに増大する。各ＳＶＬによって放散される熱はそれを流れる電流に関連し、この熱を検知することはＳＶＬ電流の良好な近似である。ＩＲセンサであり得る熱センサ１１２８ａおよび１１２８ｂは、ＳＶＬ３１０ａおよび８１０ｂによって放散される熱を検出し、センサ１５２８ａおよび１５２８ｂは、ＳＶＬ１５１０ａおよび１５１０ｂによって放散される熱を検出する。したがって、熱センサによって生み出される信号は、ＳＶＬを流れる電流を表す情報を構成する。ＳＶＬにかかる電圧は、ＳＶＬにかかる電圧を表す情報を生み出すために、電圧センサ１１３０ａ、１１３０ｂ、１５３０ａ、１５３０ｂによって検知される。この電圧および熱（電流を表す）の情報は、ケーブルシールドシステムの機能的信頼性を評価するために取得される。電圧源１６２４は、他の区切りが接地されている間に、各々の絶縁された区切りに別々に逐次印加され得る。
【0091】
図１７は、図５に示されるクロスボンディング構成を使用し、たとえば図１１のセンサおよび環境センサを含むリンクボックスセンサのパッケージを含む、上で論じられたタイプのケーブルシールドシステムの機能的信頼性を評価するための遠隔監視システムの概略ブロック図である。電圧ＶＡ、ＶＢ、およびＶＣは、それぞれ、電圧センサ１７３０ａ、１７３０ｂ、および１７３０ｃによって検知されるＳＶＬ１７１０ａ、１７１０ｂ、および１７１０ｃにかかる電圧を表す。これらの電圧センサは、図１１の電圧センサ１１３０ａおよび１１３０ｂと似ていていもよい。図１７はまた、それぞれの電流センサ１７３２ａ、１７３２ｂ、および１７３２ｃによって検知されるような、コネクタリンクを流れる電流ＩＡ、ＩＢ、およびＩＣを示す。電流センサは、図４Ａの電流センサ４４０ａと似ていてもよい。図１７はまた、それぞれ温度センサ１７２８ａ、１７２８ｂ、および１７２８ｃによって検知されるような、ＳＶＬ１７１０ａ、１７１０ｂ、および１７１０ｃの表面温度Ｔａ、Ｔｂ、およびＴｃを示す。ブロック１７３４は、ハウジング内の周辺温度、気圧、および湿度などの、リンクボックス構造物内の周辺条件を監視するための内部環境センサを表す。当業者により知られているような、他の周辺条件も監視され得る。
【0092】
電圧ＶＡ、ＶＢ、およびＶＣは、ＳＶＬにわたって検知または監視される電圧を表す。これらの電圧は、正常な稼働中動作の間に定期的に監視され得る。本発明と合致して、ＳＶＬにかかる電圧は、ケーブルシールドシステムの稼働停止中の保守試験の間に継続的に監視され得る。図１１に関連して上で論じられたように、電圧センサ１７３０は、保守試験の間に意図的に導入されるより高い電圧、ならびに故障およびサージの結果として稼働中に起こり得る高電圧を下げるための、抵抗性分圧器を備え得る。抵抗性分圧器は、マイクロプロセッサなどの処理回路に適したレベルにそのようなＳＶＬ電圧を下げる。これらの過電圧事象が、センサを含む監視回路を故障させることがあってはならない。電流ＩＡ、ＩＢ、およびＩＣは、図１１に示されるクロスボンディングシールド構成において各導体リンクに流れる電流を表す。
【0093】
ＳＶＬ表面温度Ｔａ、Ｔｂ、およびＴｃは、温度センサ１７２８ａ、１７２８ｂ、および１７２８ｃによって検知され、高電圧ケーブルの正常な稼働中動作の間に定期的に監視され得る。本発明と合致して、ＳＶＬ表面温度は、稼働停止中の保守試験の間に検知される。一実施形態では、温度センサは、データに対する要求などの処理回路からのコマンドに応答して、休止状態からオンまたはアクティブ化され得る。代替として、温度センサは、そのような検知された電圧および／または電流が所定のレベルを超える過渡事象の間に起こるＳＶＬ表面温度の変化を検出して記録するために、電圧センサおよび電流センサによって生成される信号に応答して、または電圧センサおよび電流センサに応答してアクティブ化され得る。
【0094】
構造物ハウジング内に存在する、周辺温度、気圧、および湿度などの環境条件も、密閉の欠陥および緩んだ内部接続を示すものであり得る、水の流入および高いハウジング温度を検知して監視するために、センサによって監視される。ハウジング内の周辺温度は、ＳＶＬ表面温度の上昇が比較され得る基準も提供する。
【0095】
一実施形態では、センサによって生み出される信号、たとえば、電流、電圧、温度、気圧、および湿度の信号は、マイクロプロセッサまたは他の処理回路などの、リンクボックスコントローラ１７３５と呼ばれるコントローラに、ハードワイヤによって送信される。リンクボックスコントローラは、たとえば、予定された時間にセンサからセンサ情報を取得するための命令を記憶し得る。センサデータを記憶するために、コントローラの中に、またはその近くにストアも設けられ得る。センサデータは、センサから受け取られたような元の形式で記憶され、または記憶空間を節約するために縮小され得る（たとえば、統計的に圧縮されるなど、圧縮され得る）。リンクボックスハウジングはまた、電力をリンクボックスコントローラおよびセンサに与える電池を収容し得る。センサデータのデータ圧縮は、電池持続時間を延ばすのに役立つ。好ましい実施形態では、リンクボックスコントローラからのセンサデータは、たとえば低電力ワイドエリアネットワーク（ＬＰ－ＷＡＮ）通信プロトコルを介して、遠隔の中心位置にワイヤレスに送信される。別の実施形態では、センサデータは、遠隔の位置に光ファイバケーブルを介して送信される。
【0096】
別の実施形態では、遠隔監視デバイスコントローラ１７３６は、リンクボックスと中央サーバとの間の制御および通信インターフェースとして使用され得る。一実施形態では、遠隔監視デバイスコントローラは、センサ情報を遠隔処理回路１７３８にワイヤレスに送信するための低電力ワイドエリアネットワーク（ＬＰ－ＷＡＮ）送信機を含む。適切な低電力ワイドエリアネットワークの一例は、米国特許第１０，６０７，４７５号において説明されている。リンクボックスコントローラ１７３５および遠隔監視デバイスコントローラ１７３６は、同じマンホールの中に配置され得る。代替として、遠隔監視デバイスコントローラ１７３６は、センサ情報がリンクボックスコントローラ１７３５からそれへと供給される、別の地下の位置などにあるリンクボックスの位置とは離隔する位置に配設され得る。
【0097】
好ましくは、リンクボックスコントローラ１７３５は、リンクボックスコントローラに記憶されている、電圧、電流、およびＳＶＬ温度情報、ならびに環境情報などのセンサ情報を、定期的にまたは時々測定し、計算し、比較し、記憶し、送信するための、遠隔処理回路１７３８から受信され得る命令に応答する。受信される命令は、ケーブルシールドシステムの状態を評価する（すなわち、必要なときにデータを送信する）ために使用されるデータに対する競合する需要と、特にデータ送信間隔の間の電池消費とのバランスをとろうとすることが理解される。
【0098】
さらに別の実施形態では、リンクボックスコントローラ１７３５に含まれる処理回路は、通知を触発する重大な異常についての定例のオンボードチェックとして最近取得されたデータと比較するための過去データの基礎を提供するために、電圧、電流、および温度を含む取得されたセンサデータのローカルでの処理と記憶を行う。
【0099】
センサデータは、ローカルで特定するのが難しい動作上の異常がそれから決定され得る、同じケーブル回路上の他のリンクボックスからのデータを集めるように動作可能な中央サーバにアップロードされてもよく、それにより、回路のシールドボンディングおよび接地システムの完全性の評価を可能にする。たとえば、正常動作の間、クロスボンディングされたシステムのリンクされたケーブルシールド区間の各々を流れる電流は同じである。しかし、あらゆる逸脱が、意図されない電流経路または回路の故障を示唆する。
【0100】
上で論じられた試験手順は、ＳＶＬの各々に対して検出される表面温度の変化を考慮するように電圧の上昇または低下の速さを制御する処理回路にフィードバックされる、ＳＶＬ電圧および表面温度を用いて自動化され得る。上で論じられた電圧源によって供給される試験電圧の上昇の後で、ＳＶＬが時間とともに冷却するように電圧が低下すべきであることが理解されるだろう。自動化のフィードバック制御は、ＳＶＬ導通閾値に試験電圧が近づくと遅くすることができる電圧上昇の速さを初期により大きくするのを可能にすることによって試験期間を短くし、それにより、オーバーシュートを防ぎ、導通遷移領域における電圧－温度特性のより高い測定再現性を促進する。有利なことに、処理回路に送信されるセンサからの温度測定結果は、コンピュータ接続または携帯電話通信を通じて、ほぼリアルタイムで現場の試験技術者に送信され得る。
【0101】
ＳＶＬ温度を検知し、試験電圧を知ることによって、ＳＶＬ、ケーブルジャケット、接地システム、およびスプライスハードウェアの中の中断ギャップの状態が容易に検出され、潜在的な問題に事前に備える。たとえば、（変電所における）ケーブル端部からケーブルシールドシステムに可変ＤＣ試験電圧を供給することにより、ＳＶＬの動作可能性は、ＳＶＬ電流が導通閾値領域に入るにつれて、試験電圧に応じたＳＶＬ温度上昇を検知することによって決定される。したがって、マンホールに入り、ケーブルボーディング線を切断し、またはリンクボックスもしくは他の構造物を開けて試験と保守のためにリンクを取り除くことを必要としない、ケーブルシールドシステムの保守試験が得られる。
【0102】
いくつかの現実的な診断が本発明から導かれる。たとえば、ＳＶＬに供給される試験電圧が導通閾値未満であり、ＳＶＬによって放散される熱がほとんどまたはまったくないが、試験電圧がＳＶＬ導通閾値を超えるとＳＶＬが測定可能な熱を放散するとき、ギャップ、ジャケット、ＳＶＬ、およびグラウンド接続は、受け入れられる動作状態にあると決定され、保守は必要ではない。
【0103】
一方、試験電圧がＳＶＬ導通閾値電圧を超えるときに熱がＳＶＬから検出されない場合、中断ギャップおよびジャケットは適切に機能しているが、ＳＶＬまたは関連するグラウンド接続に問題がある可能性が高いと決定され得る。しかしながら、試験電圧がＳＶＬ導通閾値電圧未満であるときにＳＶＬによって放散される大量の熱が検出される場合、中断ギャップおよびジャケットの状態は適切である可能性が高いが、ＳＶＬが損傷または短絡している可能性があり、または不適切なＳＶＬが存在する。
【0104】
別の例として、試験電圧源によって供給される電流がその最大値にあるが、それでもＳＶＬにかかる電圧がＳＶＬ導通電圧に達しない、またはそれを超えず、ＳＶＬの表面において熱が検出されない場合、中断ギャップまたはケーブルジャケットが試験経路の予想されない負荷を引き起こしている可能性が高く、回路短絡が疑われる。
【0105】
これらの例は、図１８に関連して以下でより詳しく説明されるように、これは、高電圧ケーブルの大きい区切りについて実行される試験の概略的な図解である。
【0106】
図１７の実施形態では、リンクボックスコントローラ１７３５は、センサ信号を記録する（たとえば、単に記憶する）ことができるが、所定のレベルを超えるセンサ入力、たとえば、あらかじめ設定されたレベルを超える電圧データによって触発されない限り、センサデータを送信することができない。そのような事象は、正常動作とは異なり、予定されないデータ送信事象として認識される。
【0107】
電圧、電流、温度、および環境情報の最近の履歴（たとえば、数週間）は、リンクボックスコントローラにオンボードで記憶されてもよいが、長期の履歴は、高電圧電力ケーブル回路の挙動を表すために、遠隔処理回路１７３８のように遠隔で記憶されてもよく、長期的な挙動と合致する制御、通知、および警告の点を設定するために使用され得る。そのような情報のデータベースは、製造履歴および定格などの、監視されているＳＶＬの具体的な詳細を含む多くのパラメータを含み得る。
【0108】
したがって、本発明は、高電圧電力ケーブル回路のシールドボンディングおよび接地システムの機能的信頼性を評価するための手段および方法をシステム運用者に提供することがわかる。本発明は、遠隔の位置、すなわちマンホールの中のデータを収集するためにセンサのセットを利用し、この情報をほぼリアルタイムで中央サーバに送信し、そこで、ケーブルシールドシステムの電気的なおよび環境的な動作状態を評価するためにその情報にアクセスすることができる。この情報は、ケーブル回路が稼働停止中であり、本明細書で説明される試験プロトコルを受けるときに取得され得る。
【0109】
ここで、図１および図１１において使用される参照番号が同様の構成要素を特定するために使用される図１８を見ると、試験電圧源１１２４はケーブルシールド区間１０８ａに結合され、シールド区間１０８’ｂおよび１０８’ｃが、それらの回路端部などにおいて接地される。示されていないが、前に説明された電流センサ４４０と似た従来の電流計が、電圧源によってケーブルシールド区間に供給される電流の尺度を提供するために、電圧源の出力に結合される。リンクボックス１１１４の中のコネクタリンク３１８ａは、位相Ｂのシールド区間１０８ｂに位相Ａのシールド区間１０８ａをクロス接続し、リンクボックス１１１５の中のコネクタリンク８１８ｂは、位相Ｃのシールド区間１０８ｃにシールド区間１０８ｂをクロス接続する。試験電圧を受ける複数のシールド区間がある。リンクボックス１１１４は、図３（または図５）のリンクボックス３１４に示されるタイプであり得る。やはりリンクボックス１１１４の中で、コネクタリンク３１８ｂは、位相Ｃのシールド区間１０８’’ｃに位相Ｂのシールド区間１０８’ｂをクロス接続し、やはりリンクボックス１１１４の中で、コネクタリンク３１８ｃは、位相Ａのシールド区間１０８’ａに位相Ｃのシールド区間１０８’ｃをクロス接続する。図１８はまた、位相Ａのシールド区間１０８’ａからシールド区間１０８ａを電気的に絶縁するスプライスハードウェアの中に存在するシールド中断ギャップ１１８ａ、位相Ｂのシールド区間１０８’ｂからシールド区間１０８ｂを絶縁するスプライスハードウェアの中に存在するシールド中断ギャップ１１８ｂ、および位相Ｃのシールド区間１０８’ｃからシールド区間１０８ｃを絶縁するスプライスハードウェアの中に存在するシールド中断ギャップブレイク１１８ｃを示す。
【0110】
電圧源１１２４がシールド区間１０８ａに接続され、シールド区間１０８’ｃが接地されるので、異常がないときに中断ギャップ１１８ａにかかる電圧Ｖｇａｐは、電圧源によって供給される試験電圧Ｖｔｅｓｔと等しくなければならない。同様に、リンクボックス１１１４の中のコネクタリンク３１８ａは、シールド区間１０８ａにおける電圧Ｖｔｅｓｔをシールド区間１０８ｂに結合するが、区間１０８’ｂは接地され、異常がないとき、電圧源によって供給される試験電圧Ｖｔｅｓｔに等しい電圧Ｖｇａｐが中断ギャップ１１８ｂにわたって生じる。リンクボックス１１１４の中のコネクタリンク３１８ｂは、シールド区間１０８’’ｃにグラウンド電位を結合し、言及されたように、シールド区間１０８’ｃが接地され、Ｖｇａｐ＝０という電圧Ｖｇａｐが中断ギャップ１１８ｃにわたって生じる。リンクボックス１１１５の中のコネクタリンクが、接地電位にあるシールド区間１０８’’ｃをシールド区間１０８’’ａに結合した結果として、シールド区間１０８’ａをシールド区間１０８’’ａから絶縁する中断ギャップにおいて生じる電位Ｖｇａｐは０になることが理解される。さらに、異常がないとき、シールド区間１０８ｂをシールド区間１０８’ｂから絶縁する中断ギャップ１１８ｂに現れる電位、また、シールド区間１０８’ｃをシールド区間１０８’’ｃから絶縁する中断ギャップ１１８ｃに現れる電位も、Ｖｔｅｓｔになる。
【0111】
図１８に示されるように、３つのシールド区間の１つの接続されたグループが絶縁されるような試験、たとえば、シールド区間１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが、残りの３区間グループであるシールド区間１０８’ｂ、１０８’’ｃ、１０８’’ａおよびシールド区間１０８’ｃ、１０８’ａ、１０８’’ｂが接地された状態で試験されるような試験は、その絶縁された区間に関連するケーブルジャケット、シールドブレイク、およびＳＶＬの機能試験となる。グラウンドに接続される絶縁されていないシールド区間と、シールド区間１０８’ｂ、１０８’’ｃ、１０８’’ａを絶縁し、シールド区間１０８’ｃ、１０８’ａ、１０８’’ｂを絶縁するために、試験手順がさらに２回繰り返される。
【0112】
上で説明されたように、各リンクボックス内に、ＳＶＬ、温度センサ、および電圧センサが含まれる。リンクボックス１１１４が代表的であり、示されるように、リンクボックス１１１４は、ＳＶＬ３１０ａ（可変抵抗器として示されている）、温度センサ１１２８ａ、および電圧センサ１１３０ａを格納する。実質的に、リンクボックス１１１４およびリンクボックス１１１５などの他のリンクボックスの中の他のクロスリンクされたシールド区間と、同じ部品が関連付けられる。ここで、あり得る試験結果の６つの例が説明される。しかしながら、本発明はこれらの例だけに限定されず、本明細書で説明される試験手順は他の機能性の例について使用されてもよいことを理解されたい。
【0113】
例１：シールド区間１０８’ｂおよび１０８’ｃが接地され、試験電圧が電圧源１１２４によってシールド区間１０８ａに供給される。ＳＶＬ３１０ａにわたって現れる電圧が、電圧センサ１１３０ａによってリンクボックスにおいて測定される。試験電圧レベルが、ＳＶＬ３１０ａの導通閾値電圧のすぐ下のレベルＶｔｈｒｅｓｈ－に上げられる。この電圧は、ケーブルジャケット（ケーブルジャケットのインピーダンスは抵抗Ｒｊとして図１８において特定される）、中断ギャップ（Ｖｇａｐ）、ならびにシールド区間１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃに関連する（すなわち、結合される）ＳＶＬにわたって現れる。したがって、ケーブルジャケット、中断ギャップ、およびＳＶＬは、指定された期間、この試験電圧レベルＶｔｈｒｅｓｈ－において絶縁耐久電圧試験を受ける。この電圧レベルでは、ＳＶＬは導通せず、各ＳＶＬの外見上の抵抗は非常に高い。結果としてＳＶＬに流れる電流は非常に小さく、ＳＶＬの加熱を引き起こすとは予想されない。ここで、温度センサは顕著な温度を検出せず、すなわち、温度センサ１１２８ａは周辺温度を検出する。検知されたＳＶＬ電圧ＶＳＶＬが試験電圧Ｖｔｈｒｅｓｈ－に実質的に等しく、ＳＶＬの表面において温度上昇が検出されないと仮定すると、この第１の試験の例の結果は、ケーブルジャケットおよび中断ギャップが機能するように動作しており、ＳＶＬが短絡しておらず、その導通遷移領域に時期尚早に入っていないことを示唆する。ＳＶＬの機能性の確認は、例２において以下で説明される追加の試験によって取得され得る。
【0114】
例２：例１の試験手順に従うが、ＳＶＬをその導通遷移領域に至らせるためにより高い試験電圧を用い、ＳＶＬが機能していることを実証する。例２では、電圧源１１２４によって供給される試験電圧は、ＳＶＬ３１０ａのＳＶＬ導通閾値電圧のすぐ上のレベルＶｔｈｒｅｓｈ＋に上げられる。例１のように、シールド区間１０８’ｂおよび１０８’ｃが接地される。この電圧Ｖｔｈｒｅｓｈ＋において、適切に機能しているＳＶＬの外見上の抵抗は低下し、それにより、ＳＶＬの加熱を引き起こす十分な電流が試験電圧源１１２４から引き出され、温度センサ１１２８によって検出される表面温度の上昇をもたらす。導通閾値電圧を超える試験電圧を供給する試験電圧源からより大きい電流が引き出され、ＳＶＬ表面温度が周辺より高いので、ＳＶＬは適切に動作しており、中断ギャップ１１８ａまたはケーブルジャケットに故障または欠陥はないと結論付けられ得る。
【0115】
例３：シールド区間１０８’ｂおよび１０８’ｃが接地され、電圧源１１２４によってシールド区間１０８ａに供給される試験電圧は、例１のように、ＳＶＬ３１０ａの導通閾値電圧のすぐ下のレベルＶｔｈｒｅｓｈ－に上げられる。電圧源からの出力電流（示されていない電流計によって測定される）が、導通閾値電圧Ｖｔｈｒｅｓｈ未満で動作するＳＶＬにより予想されるものよりはるかに大きく、リンクボックスの中の電圧センサが、ＳＶＬにかかる電圧が試験電圧Ｖｔｈｒｅｓｈレベルに実質的に等しいことを検知し、検知されるＳＶＬ表面温度が周辺温度でありそれを超えない場合、これは、ＳＶＬの外部のグラウンドへの低抵抗の経路を示すものである。これは、電圧源からの大きい電流が、ジャケットまたは中断ギャップの欠陥によって引き起こされていることを強く示唆する。
【0116】
例４：シールド区間１０８ａ、１０８’ｂ、および１０８’ｃがすべて、グラウンドから絶縁されて共通に接続され、電圧源１１２４からの試験電圧、この場合はＶｔｈｒｅｓｈ－が、共通に接続された区間に供給される。すべてのシールド区間が同じ電圧にある結果として、すべての中断ギャップ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃにかかる電圧Ｖｇａｐ、また、中断ギャップ１１８’ａ、１１８’ｂ、１１８’ｃにわたって現れる電圧も０である。中断ギャップを流れる電流はないので、例３と同様に、ＳＶＬの表面温度の上昇を示すものが検知されない場合、しかし、過剰な電流が電圧源１１２４から引き出されている場合、ジャケットの欠陥がある可能性が高い。代替として、電圧源１１２４から引き出される電流が、機能しているシールドシステムについて予想されるものと合致する、たとえば、ＳＶＬが導通するレベル（Ｉｔｈｒｅｓｈ－）より小さい場合、欠陥は中断ギャップの１つに関連する可能性が高い。
【0117】
例５：例１に従って試験を実行する過程において、試験電圧をＶｔｈｒｅｓｈ－に上げる間、電流Ｉが、リンクボックスの中のＳＶＬにわたって現れる電圧について予想される電流より大きく、すなわち、ＳＶＬにかかる電圧はＶｔｈｒｅｓｈ－－（導通閾値電圧よりはるかに低い）であり、電流がＩｔｈｒｅｓｈ以上であり、リンクボックスの周辺温度より高いＳＶＬの表面温度が検知される。これは、ＳＶＬの損傷を示すＳＶＬの未熟な導通、または場合によっては、小さすぎるＳＶＬが設置されていることを示唆する。
【0118】
例６：例２の試験を実行する過程において、試験電圧を、ＳＶＬの導通閾値電圧を大きく上回るＶｔｈｒｅｓｈ＋＋に上げる間、電流Ｉがリンクボックスの中のＳＶＬにわたって現れる電圧について予想される電流よりはるかに小さく（たとえば、Ｉ≦Ｉｔｈｒｅｓｈ－－）、ＳＶＬの表面温度がリンクボックスの中の周辺温度と実質的に等しい。これは、損傷したまたは不適切な大きさのＳＶＬが設置されていることを示唆する。
【0119】
したがって、設置されたセンサ、試験手順、および診断は、ケーブルシールドシステムの全体的な機能を評価するためだけではなく、欠陥のあるまたは損傷した部品を切り分けて特定するためにも使用され得ることが理解される。
【0120】
【表1】
【0121】
本発明は、好ましい実施形態に関して示され説明されたが、本発明はそれらの厳密な実施形態に限定されないと理解されるべきである。形態および詳細の他の修正と変形が、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者により行われ得る。
【符号の説明】
【0122】
１０２ 高電圧ケーブル回路
１０４ 高電圧導体
１０６ 絶縁体
１０８ シールド区間
１１０ 電圧センサ
１１２ ケーブルジャケット
１１４ リンクボックス
１１６ ボンディング線
１１８ シールド中断ギャップ
１２４ グラウンド
３１０ ＳＶＬ
３１４ リンクボックス
３１８ コネクタリンク
３２０ ボンディング線コネクタ
３２２ グラウンド接続
３２４ グラウンド
４４０ 電流センサ
４４２ 電圧センサ
４４４ 電流センサ
４４６ 温度センサ
４５０ ホール効果デバイス
４５２ ホール効果デバイス
５４０ 電流センサ
５４２ 電圧センサ
５４４ 電流センサ
５４６ 温度センサ
５４８ プリント回路基板
５５０ 光ファイバ通信および制御インターフェース
５５２ コネクタ
５６０ ハウジング
８１０ ＳＶＬ
８１５ リンクボックス
８１８ コネクタリンク
９２４ 電圧源
１０１４ ジャンパ
１０１５ ジャンパ
１１１４ リンクボックス
１１１５ リンクボックス
１１２４ 電圧源
１１２８ 温度センサ
１１３０ 電圧センサ
１２０３ スプライスハードウェア
１２０４ ケーブル区間
１２０８ シールド
１２１０ ＳＶＬ
１２１３ グラウンド
１２１４ ハウジング
１２２４ 電圧源
１２２５ 接地連続性導体
１２２８ 温度センサ
１２３０ 電圧センサ
１３０３ スプライスハードウェア
１３０４ ケーブル区間
１３０８ シールド区間
１３１０ ＳＶＬ
１３１４ ハウジング
１３２４ 電圧源
１３２５ 接地連続性導体
１４０３ スプライスハードウェア
１４０４ ケーブル区間
１４０８ シールド区間
１４１０ ＳＶＬ
１４１３ グラウンド
１４１４ ハウジング
１４２５ 接地連続性導体
１５０８ シールド区間
１５１０ ＳＶＬ
１５１４ リンクボックス
１５１５ リンクボックス
１５１８ コネクタリンク
１５２８ センサ
１５３０ 電圧センサ
１５３６ 中央接地ボックス
１５３７ コネクタリンク
１５３８ コネクタリンク
１６２４ 電圧源
１７１０ ＳＶＬ
１７２８ 温度センサ
１７３０ 電圧センサ
１７３２ 電流センサ
１７３５ リンクボックスコントローラ
１７３６ 遠隔監視デバイスコントローラ
１７３８ 遠隔処理回路
１０４ 高電圧導体
１０６ 絶縁体
１０８ シールド区間
１１０ 電圧センサ
１１２ ケーブルジャケット
１１４ リンクボックス
１１６ ボンディング線
１１８ シールド中断ギャップ
１２４ グラウンド
３１０ ＳＶＬ
３１４ リンクボックス
３１８ コネクタリンク
３２０ ボンディング線コネクタ
３２２ グラウンド接続
３２４ グラウンド
４４０ 電流センサ
４４２ 電圧センサ
４４４ 電流センサ
４４６ 温度センサ
４５０ ホール効果デバイス
４５２ ホール効果デバイス
５４０ 電流センサ
５４２ 電圧センサ
５４４ 電流センサ
５４６ 温度センサ
５４８ プリント回路基板
５５０ 光ファイバ通信および制御インターフェース
５５２ コネクタ
５６０ ハウジング
８１０ ＳＶＬ
８１５ リンクボックス
８１８ コネクタリンク
９２４ 電圧源
１０１４ ジャンパ
１０１５ ジャンパ
１１１４ リンクボックス
１１１５ リンクボックス
１１２４ 電圧源
１１２８ 温度センサ
１１３０ 電圧センサ
１２０３ スプライスハードウェア
１２０４ ケーブル区間
１２０８ シールド
１２１０ ＳＶＬ
１２１３ グラウンド
１２１４ ハウジング
１２２４ 電圧源
１２２５ 接地連続性導体
１２２８ 温度センサ
１２３０ 電圧センサ
１３０３ スプライスハードウェア
１３０４ ケーブル区間
１３０８ シールド区間
１３１０ ＳＶＬ
１３１４ ハウジング
１３２４ 電圧源
１３２５ 接地連続性導体
１４０３ スプライスハードウェア
１４０４ ケーブル区間
１４０８ シールド区間
１４１０ ＳＶＬ
１４１３ グラウンド
１４１４ ハウジング
１４２５ 接地連続性導体
１５０８ シールド区間
１５１０ ＳＶＬ
１５１４ リンクボックス
１５１５ リンクボックス
１５１８ コネクタリンク
１５２８ センサ
１５３０ 電圧センサ
１５３６ 中央接地ボックス
１５３７ コネクタリンク
１５３８ コネクタリンク
１６２４ 電圧源
１７１０ ＳＶＬ
１７２８ 温度センサ
１７３０ 電圧センサ
１７３２ 電流センサ
１７３５ リンクボックスコントローラ
１７３６ 遠隔監視デバイスコントローラ
１７３８ 遠隔処理回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【国際調査報告】