JP3970199B2

JP3970199B2 - ケーブルの絶縁劣化寿命診断方法

Info

Publication number: JP3970199B2
Application number: JP2003102361A
Authority: JP
Inventors: 正樹畑中; 雅彦中出; 敬史廣瀬; 修杉本; 幸彦並木
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Tokyo Densetsu Service Co Ltd
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Tokyo Densetsu Service Co Ltd
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP2004309277A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリオレフィン絶縁ケーブル、特にポリオレフィン絶縁電力ケーブル（例えばＣＶケーブル）の絶縁劣化寿命診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電線ケーブルにおける絶縁体材料には、ポリエチレン、架橋ポリエチレン等のポリオレフィンが多用されている。近年は、高電圧送電線や超高圧地中送電線に、架橋ポリエチレン等の耐熱性ポリオレフィンが使用されている。図１に、ＣＶケーブルの構成例を示す。導体１の上に内部半導電層２、架橋ポリエチレン絶縁体３、外部半導電層４、遮蔽軟鋼線５、半導電性テープ６及びシース７が順次に形成されている。特に、高負荷のＣＶケーブルでは、ポリオレフィンの熱劣化（酸化劣化）が問題となっている。
【０００３】
しかし、ＣＶケーブルの熱劣化による寿命は、その絶縁材料の電気特性等の低下として評価することができるが、その電気特性は熱劣化が進展しても殆ど変わらず、寿命を迎えると急激に低下する。そのため、寿命診断手法としては確立されていないが、絶縁材料の熱劣化診断が一般に行われている。
【０００４】
特開平６−２７３３３４号公報には、ポリオレフィン被覆が施された電線・ケーブルの経年劣化を、ポリオレフィンのラマンスペクトルを測定することにより劣化診断する方法が開示されている（特許文献１参照）。この方法では、ラマンスペクトル中のメチレン対称伸縮振動とメチレン逆対称伸縮振動に基づくピーク比を、予め求めておいた標準試料のそれと比較して劣化の程度を診断している。
【０００５】
また、特開２０００−３４６８３６号公報には、ケーブルがゴム、プラスチックによって絶縁された電力ケーブル線路の接続部を解体して絶縁補強層を回収し、回収した絶縁補強層の酸化度合をフーリエ変換赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ）で吸光度を測定して、（カルボニル基の吸光度）／（メチレン基の吸光度）が０．０３以上で、（二重結合の吸光度）／（メチレン基の吸光度）が０．２以上のときを寿命とする、ケーブル接続部の診断方法が開示されている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２７３３３４号公報（請求項１、段落番号００１３等）
【特許文献２】
特開２０００−３４６８３６号公報（請求項１、請求項２、段落番号００１５〜００１８等）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２７３３３４号公報に記載された劣化診断方法は、非破壊劣化診断と言いながら、被覆樹脂が電線・ケーブルの表面以外にある場合は事実上解体の必要がある。また、該方法では、９０℃で８日ないし４１日加熱して熱老化させた試料について、ダンベル片試料で伸びを、シート試料でラマン分光測定装置を用いてラマンピーク比を求め、老化日数と伸び及びラマンピーク比とは相関関係があることを開示しているにすぎない。従って、当該方法では、熱劣化温度の影響が不明であり、しかも劣化寿命とラマンピーク比との関係、つまり寿命終点が確認されていないため、経年劣化を診断することは出来ても、寿命診断ができない課題がある。さらに、ラマン分光測定装置は装置の普及率が低い。
【０００８】
一方、特開２０００−３４６８３６号公報では、布設現場で絶縁破壊が発生したケーブル接続部を解体し、接続部から切り離した絶縁補強層の酸化度合をＦＴ−ＩＲによる赤外吸光度で判定して耐用寿命としているが、接続部の絶縁補強層を対象とした寿命判定であり、ケーブル本体の絶縁体を対象としたものではない。また、絶縁補強層の酸化度合をＦＴ−ＩＲ全反射法で測定し、メチレン基とカルボニル基と二重結合の吸光度に基づき、メチレン基を基準としたカルボニル基の比率と二重結合の比率を求めたものであるため、試料表面の劣化診断には有効であるが、試料全体の劣化診断を行うことができず、さらに、劣化の進展度合を評価できない課題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたものであり、ポリオレフィンが使用された絶縁ケーブルの劣化度合を寿命終点まで確認することが可能で、経時による劣化の進展度合を診断する劣化診断及び劣化寿命を予測した寿命診断ができ、しかも、高精度で簡便かつ容易に行うことができるケーブルの絶縁劣化寿命診断方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、ケーブルを構成するポリオレフィンの赤外線吸収スペクトルを経時で測定し、基準スペクトルの吸光度に対するカルボニル基の吸光度の比を求めることにより、絶縁ケーブルの劣化度合を寿命終点まで確認することが出来るとともに、その寿命終点が加熱温度とは無関係であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明のケーブルの絶縁劣化寿命診断方法は、ケーブルの絶縁体として使用されるポリオレフィンの赤外線吸収スペクトルを測定することによる、ケーブルの絶縁劣化寿命診断方法であって、前記ポリオレフィンを所定の温度で加熱して熱劣化させ、加熱後のポリオレフィンのカルボニル基吸光度と基準スペクトル吸光度との吸光度比を求め、吸光度比／加熱時間の傾きが変化する点を寿命終点とし、寿命終点の吸光度比とケーブルから切り出したポリオレフィンの吸光度比を比較して、劣化の程度を診断することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のケーブルの絶縁劣化寿命診断方法は、ケーブルの絶縁体として使用されるポリオレフィンの赤外線吸収スペクトルを測定することによる、ケーブルの絶縁劣化寿命診断方法であって、前記ポリオレフィンを所定の温度で加熱して熱劣化させ、加熱後のポリオレフィンのカルボニル基吸光度と基準スペクトル吸光度との吸光度比を求め、吸光度比／加熱時間の傾きが変化する点を寿命終点とし、予め求めておいた寿命終点からケーブルの残寿命を推定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるケーブルの絶縁劣化寿命診断方法を詳細に説明する。
【００１４】
本発明においては、ＣＶケーブル等のポリオレフィン絶縁ケーブルを構成するポリオレフィンを用いて、これの赤外線吸収スペクトルを測定する。図１には、ＣＶケーブルの一例を断面図で示した。測定に用いるポリオレフィンは、ケーブルに使用されていたものを剥離したものであっても、別に調製されたものであってもよい。また、ポリオレフィンの種類は特に限定されるものではなく、実用上は架橋ポリエチレンが主となるが、ポリエチレンや、架橋あるいは無架橋ポリエチレンとエチレン酢酸ビニル共重合体とのブレンド品でもよい。
【００１５】
ここで、架橋ポリエチレンは、耐熱性絶縁材料として公知の材料であれば特に制限はなく、例えば、放射線による照射架橋法、有機過酸化物による化学架橋法、活性シラン基グラフト化後に水処理架橋してなるシラン架橋法によるもの等を挙げることができる。
【００１６】
本発明においては、現場布設されたポリオレフィン絶縁ケーブルを構成するポリオレフィンが主たる診断対象となるが、現場布設前に予めケーブルの性能を評価するために、新品のポリオレフィンを診断対象とすることもできる。
【００１７】
次に、本発明によるケーブルの絶縁劣化寿命診断方法による劣化診断、寿命診断について説明する。
【００１８】
現場にて高負荷で長期間運用されたケーブルは、熱劣化が相当程度進行する。本発明の劣化診断方法では、かかる状態での熱履歴を想定して、先ず恒温槽内で長時間加熱したポリオレフィンについて、赤外線吸収スペクトルを測定する。この操作を、加熱時間を変えてケーブルの寿命終点に至るまで複数回実施する。加熱温度は、現場布設状況や、ポリオレフィンの種類等によって異なるため特に限定されるものではないが、通常、５０℃〜２００℃の範囲とすることが好ましい。加熱温度が５０℃未満では酸化劣化の進展は極めて遅く、２００℃を超えると酸化劣化が急速に進展するため寿命点評価が困難となるからである。
【００１９】
次に、測定した赤外吸収スペクトルより、カルボニル基（吸光帯１６６０ｃｍ^−１〜１８００ｃｍ^−１）の吸光度と基準スペクトルとの吸光度の比（＝吸光度比）を求める。基準スペクトルとしては、加熱劣化の開始から寿命に至るまでの吸光度が不変な吸収帯を選択することが必須である。
【００２０】
赤外線吸収スペクトルの測定装置としては、測定精度（得られる吸光度）が高い点より、フーリエ変換赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ）が望ましいが、通常の赤外分光光度計を用いてもよい。
【００２１】
上記の操作を実施することによって、加熱時間と吸光度比との関係を示すデータが得られる。一般に、所定の吸収帯における試料の吸光度は試料厚と比例するが、本発明の診断方法ではカルボニル基吸光度と基準スペクトル吸光度との比、すなわち吸光度比を採用しているため、試料の厚みの影響を消去することができる。
【００２２】
加熱していない新品のポリオレフィン絶縁ケーブルから切り出したフィルム状のポリオレフィンは、上記の吸光度比はゼロに近い。しかし、酸化劣化の進展（加熱時間の増加）に伴い、吸光度がほぼ直線的に増加する。一方、ケーブルの寿命自体は、例えば体積抵抗率ρが低下し始める点等として把握することができる。そして、寿命を越えて加熱されたポリオレフィンは、加熱時間に対する吸光度比の傾きが急激に増加する。従って、吸光度比／加熱時間の値を経時で捕らえ、その傾きが急変する吸光度比（或いは加熱時間）を求めることによって、ケーブルの寿命終点を確認することができる。
【００２３】
更に、本発明の診断方法によれば、同一ポリオレフィンで同一種類の試料を用いた場合は、加熱温度を変えて試験しても寿命終点（寿命における吸光度比）が変化しない。また、異なるポリオレフィンやメーカー、添加剤等の種類の異なる試料を用いた場合に、寿命終点における吸光度比は試料毎に異なる値を示すケースもあるが、加熱温度を変えて試験しても寿命終点（寿命における吸光度比）は変化しない。従って、予め、劣化診断を望むポリオレフィンを用いて加熱劣化試験を実施して吸光度比を求め、加熱時間と吸光度比との関係を示すグラフ、図、データ等を作成し、寿命終点を吸光度比或いは加熱時間として求めておくことにより、加熱劣化ケーブルの残寿命を推定したり、該ケーブルの劣化度合を診断することが可能となる。
【００２４】
このように、本発明の劣化診断方法によれば、劣化時の温度とは無関係に寿命終点を求めることができるので、熱劣化程度を知りたいＣＶケーブル等からポリオレフィンを切り出し、その吸光度比を測定することにより、如何なる温度で劣化されたかに関わらず、その熱劣化進展度合を評価することができる。また、そのＣＶケーブル等が実際に使用されていた期間が判っていれば、同じ条件で継続使用された場合の残寿命を推定することもできる。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
ＣＶケーブルの絶縁体であるＡ社の架橋ポリエチレンから、厚さ約０．５ｍｍのシート状の試験片を複数枚切り出した。これを、架橋分解残渣除去のため、真空恒温槽内で１０^−２ｔｏｒｒ、９０℃の条件下で２４時間熱処理した。次に、１４０℃に設定された恒温槽内で、各試験片を所定時間加熱処理して熱劣化させた。
【００２７】
熱劣化後の試験片の赤外線吸収スペクトルを、下記に示すフーリエ変換赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ）を用いて測定し、カルボニル基の吸光度と、基準スペクトル（１８９７ｃｍ^−１）の吸光度の比（＝吸光度比）を求めた。カルボニル基の吸収帯の例としては、１７１２ｃｍ^−１、１７３２ｃｍ^−１、１７６９ｃｍ^−１を採用した。
【００２８】
（フーリエ変換赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ））
装置；Ｎｉｃｏｌｅｔ社製、フーリエ変換赤外分光装置、ＮＥＸＵＳ６７０
分解能；０．０９ｃｍ^−１
Ｓ／Ｎ比；３５０００：１
【００２９】
別に、熱劣化後の試験片について、体積抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）を求めた。体積抵抗率の測定は、デジタル超高抵抗／微小電流計を用いて行った。
【００３０】
加熱時間毎の各波数での吸光度比及び体積抵抗率ρを表１に、また、加熱時間と吸光度比及び体積抵抗率ρとの関係を図２に示した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
図２から明らかなように、架橋ポリエチレンの吸光度比は寿命に至るまで直線的に上昇したが、寿命終点以降は吸光度比／加熱時間の傾きが変化した。図中、体積抵抗率ρが低下し始め、吸光度比／加熱時間の傾きが変化する点を寿命終点とした。寿命終点に至った状態での吸光度比は、採用したカルボニル基の吸収帯に拠って異なっており、１７１２ｃｍ^−１では０．７、１７３２ｃｍ^−１では１．１、１７６９ｃｍ^−１では０．２であった。但し、寿命終点（加熱時間）は吸収帯に拠らずに一定であり、１４０℃加熱試験による寿命終点は８４０時間であった。
【００３３】
（実施例２）
ＣＶケーブルの絶縁体であるＢ社の架橋ポリエチレンから、厚さ約０．５ｍｍのシート状の試験片を複数枚切り出した。これを、架橋分解残渣除去のため、真空恒温槽内で１０^−２ｔｏｒｒ、９０℃の条件下で２４時間熱処理した。次に、それぞれ１４０℃、１６０℃、１８０℃に設定された恒温槽内で、各試験片を所定時間加熱処理して熱劣化させた。
【００３４】
熱劣化後の試験片の赤外線吸収スペクトルを、実施例１と同様にして、フーリエ変換赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ）を用いて測定し、カルボニル基（１７３２ｃｍ^−１）の吸光度と、基準スペクトル（１８９７ｃｍ^−１）の吸光度の比（＝吸光度比）を求めた。更に、実施例１と同様にして、熱劣化後の試験片について、体積抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）を求めた。
【００３５】
加熱時間毎の各加熱温度での吸光度比及び体積抵抗率ρを表２〜表４に、また、加熱時間と吸光度比及び体積抵抗率ρとの関係を図３（加熱温度：１４０℃、１６０℃）及び図４（加熱温度：１８０℃）に示した。
【００３６】
【表２】
（加熱温度：１４０℃）

【００３７】
【表３】
（加熱温度：１６０℃）

【００３８】
【表４】
（加熱温度：１８０℃）

【００３９】
図３及び図４から明らかなように、架橋ポリエチレンの吸光度比は寿命に至るまで直線的に上昇したが、寿命終点を越えると吸光度比／加熱時間の傾きが変化した。図中、体積抵抗率ρが低下し始め、吸光度比／加熱時間の傾きが変化する点（図３及び図４では、吸光度比＝２．２）を寿命終点とした。寿命終点に至った状態の吸光度比は、加熱温度に拠らずに一定であった。
【００４０】
以上説明した通り、本発明によれば、予め寿命終点の吸光度比を求めておき、熱劣化程度を知りたいポリオレフィン絶縁ケーブルからポリオレフィンを切り出し、その吸光度比を求めることにより、如何なる温度で劣化されたかに関わらず、その熱劣化進展度合を評価することができる。また、そのケーブルが実際に使用されていた期間が判っていれば、同一条件で継続使用された場合の残寿命を推定することもできる。
【００４１】
また、本発明によれば、高精度、良操作性で汎用性、普及率の高い赤外分光計を用いており、比較的容易に劣化診断が可能であるとともに、透過法で吸光度を測定するため、試料全体の平均的な劣化程度を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＶケーブルの構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例における加熱時間と吸光度比、体積抵抗率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例における加熱時間と吸光度比、体積抵抗率との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例における加熱時間と吸光度比、体積抵抗率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１導体
２内部半導電層
３架橋ポリエチレン
４外部半導電層
５遮蔽軟鋼線
６半導電性テープ
７シース

Claims

ケーブルの絶縁体として使用されるポリオレフィンの赤外線吸収スペクトルを測定することによる、ケーブルの絶縁劣化寿命診断方法であって、前記ポリオレフィンを所定の温度で加熱して熱劣化させ、加熱後のポリオレフィンのカルボニル基吸光度と基準スペクトル吸光度との吸光度比を求め、吸光度比／加熱時間の傾きが変化する点を寿命終点とし、寿命終点の吸光度比とケーブルから切り出したポリオレフィンの吸光度比を比較して、劣化の程度を診断することを特徴とする絶縁劣化寿命診断方法。
ケーブルの絶縁体として使用されるポリオレフィンの赤外線吸収スペクトルを測定することによる、ケーブルの絶縁劣化寿命診断方法であって、前記ポリオレフィンを所定の温度で加熱して熱劣化させ、加熱後のポリオレフィンのカルボニル基吸光度と基準スペクトル吸光度との吸光度比を求め、吸光度比／加熱時間の傾きが変化する点を寿命終点とし、予め求めておいた寿命終点からケーブルの残寿命を推定することを特徴とする絶縁劣化寿命診断方法。
ポリオレフィンが、ポリエチレン又は架橋ポリエチレンである、請求項１又は２に記載の絶縁劣化寿命診断方法。
加熱温度が５０〜２００℃の範囲である、請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁劣化寿命診断方法。
吸光度比が、カルボニル基吸光度と加熱劣化の開始から寿命に至るまでの吸光度が不変である吸収帯の吸光度との比である、請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁劣化寿命診断方法。
ケーブルがＣＶケーブルである、請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁劣化寿命診断方法。