JP4160601B2 - ケーブル接続部の欠陥検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、ケーブル接続部の欠陥検出方法に関し、特に、弾性を有する高分子化合物が用いられた電力ケーブル接続部の欠陥の有無判定と位置標定が可能な欠陥検出方法に関するものである。

従来、電力ケーブル接続部の欠陥検出方法としては、部分放電試験やＸ線撮影が用いられていた（例えば、非特許文献１参照）。

一方、超音波のパルス注入・反射超音波の検出による欠陥検出方法が、配管（金属）などの振動波伝播特性の良い材料を用いた物に対するものとして知られているが（例えば、特許文献１参照）、電力ケーブル接続部の構成部材である大きなゴム材料に対するものとしては知られていない。
米本典裕、外６名、「新豊洲線５００ｋＶ長距離ＣＶケーブル線路部分放電試験」、日立電線、Ｎｏ．２０（２００１−１）、ｐ．７５−８０ 特開２００３−９０８２８号公報

しかしながら、部分放電検出による欠陥検出方法は、試験電圧の制限（高価な大型課電装置の準備、高電圧印加による測定試料の劣化など）があるため、高感度な欠陥検出を行なうためには、コストが非常に高くなるという問題がある。

また、一般にゴム材料は、Ｘ線の散乱が大きいために、欠陥検出感度が悪くなる恐れがある。

従って、本発明の目的は、低コストで、かつ高感度に欠陥を検出できるケーブル接続部の欠陥検出方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、ケーブル接続部の弾性材料からなる構成部材に振動波を注入し、前記振動波の注入時から前記振動波によって前記構成部材の欠陥部位において生じる前記反射振動波の検出時までの時間差を算出し、当該算出時間差に前記構成部材の固有の音響伝播速度を乗じることにより、前記欠陥の位置を標定するとき、前記ケーブル接続部をケーブル絶縁体に装着して異物を有する前記欠陥部位に外力を付加し、前記異物を含む前記欠陥部位に与えられる前記外力に基づいて前記構成部材の前記欠陥部位の見かけ寸法を大にすることを特徴とするケーブル接続部の欠陥検出方法を提供する。

本発明によれば、低コストで、かつ高感度に欠陥を検出できるケーブル接続部の欠陥検出方法を提供できる。

〔本発明の第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態に係るケーブル接続部の欠陥検出方法は、ケーブル接続部の弾性材料からなる構成部材に振動波を注入し、当該振動波によって欠陥部位にて生じる反射振動波を検出することにより、欠陥の有無を判定することを特徴とする。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るケーブル接続部の欠陥検出方法の欠陥検出原理の概略を示す図である。

ケーブル接続部の弾性材料の構成部材を構成する測定試料（例えばゴムブロック）１に装着する探触子３は、振動波の注入および反射振動波の検出を行なう注入・検出部品である。

測定試料１を構成する構成部材の音響インピーダンスと、欠陥（異物（例えば金属）やボイド等）２の音響インピーダンスとが大きく異なる場合に、この欠陥２の直上に装着された探触子３から振動波（例えば超音波）を注入すると、振動波は測定試料１中を伝播しながら欠陥２に到達して、この欠陥２の異種界面で、音響インピーダンスの比によって大きさが決まる「反射振動波」と「透過振動波」に分かれる。このうち、探触子３に向かって測定試料１中を伝播する反射振動波を探触子３で検出する。このように、反射振動波の有無を確認することにより、測定試料１中の欠陥２の有無が確認できる。

なお、当然ながら、測定試料１と接するものが、測定試料１の音響インピーダンスと異なる場合（例えば、空気中に測定試料１が存在する場合など）にも同じ原理で、測定試料１の端部１ａで反射振動波と透過振動波が見られる。

したがって、図１に示すように、検出信号表示部４にて、欠陥２による反射振動波に基づく検出信号Ａと、測定試料１端部（ゴムブロック端部）１ａによる反射振動波に基づく検出信号Ｂが表示される。

検出信号表示部４の横軸は、パルス注入からの時間に材料の固有の音響伝播速度を乗じる事により算出された伝播距離を示している（縦軸は信号強度）を示す。

次に、より高感度に欠陥を検出する方法について説明する。本実施の形態において、より高感度検出を可能にするために、振動波を注入する前、又は注入時に、欠陥の周囲にギャップを増加させる工程を施す。ギャップを増加させる工程は、例えば、ゴム材料からなる構成部材（測定試料）を伸ばすことにより行なう。ここでいうギャップとは、空間（例えば、空気層又は真空層）をいう。

図２は、引張り力が加えられて伸ばされた測定試料ブロック１１の欠陥（異物）周辺部を示す断面図である。

例えば、測定対象のゴムブロック型接続部（ＲＢＪ：Ｒｕｂｂｅｒ Ｂｌｏｃｋ Ｊｏｉｎｔ）をケーブルに装着する前に引張り力が加えられて拡径した状態（異物１２周辺にギャップ（空間）１３が生じた状態）にし、その後ケーブルに装着して振動波の注入・反射振動波の検出による欠陥検出を行なう場合、図２に示すように測定試料ブロック１１中に存在する欠陥（異物１２）の寸法が見かけ上、「実際の異物１２の寸法＋周辺のギャップ１３の寸法」と大きくなるため、異物１２周辺にギャップ（空間）１３を生じさせない状態で欠陥を検出する方法の欠陥検出感度の実力値よりも高い検出感度が可能となる。
従って、このケーブル接続部の欠陥検出方法を用いた測定装置は理論的欠陥検出感度より高感度で欠陥検出が可能になる。

また、図３は、引張り力が加えられて伸ばされたゴムとケーブルの界面に存在する欠陥（異物）周辺部を示す断面図である。

図３に示すようなゴム−ケーブル界面に存在する欠陥についても、弾性材料からなるゴム材料（例えば、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＲ）２１）からなる測定試料を、ケーブルの絶縁体（例えば、架橋ポリエチレン絶縁体（ＸＬＰＥ）２４）に装着することにより、引張り力が加えられて欠陥（異物２２）周辺にギャップ２３が生じて、欠陥（異物２２）単体よりも見かけの欠陥寸法（反射面積）が大きくなる。よって、図２に示したような測定試料ブロック１１中の欠陥を検出する方法と同じく、ケーブル接続部の欠陥検出方法を用いた測定装置は本来の欠陥検出感度の実力値よりも高い検出感度が可能になる。

ここで、測定対象の弾性材料からなる構成部材の伸び率の下限値は、材料の伸びによる異物周辺のギャップ寸法の拡大を期待したものであるので、実際には少しでも伸びが生じればその効果は現れるはずである。しかし、検出可能な欠陥寸法は注入振動波と検出反射振動波の波長に比例するため、微妙な寸法変化では、検出感度向上効果が殆ど見られない。このため、寸法拡大による検出感度向上は１０％程度以上の寸法変化があれば達成可能である。
したがって、伸び率（拡径率）の下限値を１０％とすることが望ましい。

次に、伸び率の上限値を無限に大きくした場合を考える。
図４は、伸び率を極端に大きくした場合の測定試料ブロック３１の欠陥（異物）周辺部を示す断面図である。伸び率を無限に大きくした場合、ギャップ３３の端部に応力がかかるため、空気層（若しくは真空層）を伴うギャップを形成することは困難である。このため、ギャップ３３の端部は、同じ音響インピーダンスを持つ物同士の界面（同材質界面）３４となり、この部分での反射振動波の発生は期待できなくなる。このような理由から、外力（引張り力）を加えることによる見かけのギャップ寸法拡大には限界があり、上限値が存在することになる。また、弾性材料に過大な伸び力を加えると、材料の物理的破壊を引き起こす。したがって、伸び率（拡径率）の最大値の上限は４００％程度（寸法比で５倍程度）にすることが望ましい。

以上により、弾性材料からなる構成部材（測定試料）を伸ばしてギャップを増加させる工程の場合には、伸び率を１０％以上４００％以下で伸ばすことが望ましい。

〔本発明の第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態に係るケーブル接続部の欠陥検出方法は、ケーブル接続部の弾性材料からなる構成部材に振動波を注入し、振動波の注入時から前記反射振動波の検出時までの時間差を算出し、算出時間差に構成部材の固有の音響伝播速度を乗じることにより、欠陥の位置を標定することを特徴とする。

本発明の第２の実施の形態においては、振動波の注入時から反射振動波の検出時までの時間差を算出し、当該算出時間差に測定試料１の音響伝播速度を乗じることにより、探触子３から欠陥２までの往復伝播距離が算出され、欠陥２の位置を標定することができる。

より高感度に欠陥を検出する方法については、上述の第１の実施の形態で説明した方法と同様の方法を適用できる。

＜実施例＞
図５は、ゴムブロック型接続部（ＲＢＪ）と呼ばれる電力ケーブル接続部に対して、第１（第２）の実施の形態に係る発明を適用した例である。

初めに、測定試料であるＲＢＪ４１は、電力ケーブル４４に装着される際に拡径され、ＲＢＪ４１の初期内径よりも大きな外径を有する電力ケーブル４４に装着されることにより、常時、ケーブル４４とＲＢＪ４１の界面に面圧が加わる構造になっている。

次に、このような状態のＲＢＪ４１の外側にパルス性振動波を注入し、その反射振動波を検出する装置の超音波探傷器４３を取付けた。

そして、ＲＢＪ４１を構成するＥＰＲの絶縁ゴム層４１ａとケーブル４４の絶縁体を構成する架橋ポリエチレン絶縁体（ＸＬＰＥ）４４ａとの界面に挿入欠陥４２として既知の金属異物（例えばアルミ）をセットしたときに、この欠陥４２を検出できるか否かを確認する実験を行った。
この実験は、ＲＢＪ４１を構成する導電ゴム層４１ｂ上を図の左方向から右方向に超音波探傷器４３の探触子を接触させながら移動させると同時に、超音波のパルス性振動波を導電ゴム層４１ｂと絶縁ゴム層４１ａに注入することにより、反射振動波を超音波探傷器表示部４３ａに連続した信号波形として表示させる。そして、超音波探傷器４３が欠陥のない部分から移動して挿入欠陥４２の直上にきた時に欠陥であること及び欠陥の場所を示す反射振動波を超音波探傷器表示部４３ａに表示させることになる。

図６は、図５における確認実験で得られた信号波形を示す。図６（ａ）は欠陥がない場合の信号波形であり、図６（ｂ）は欠陥を挿入した場合の信号波形である。超音波探傷器表示部４３ａに表示されるグラフの横軸は伝播距離（超音波の注入時から反射振動波の検出時までの算出時間差に、材料固有の音響伝播速度を乗じて得られる、超音波探傷器４３のセンサーから目標物までの往復伝播距離）であり、縦軸は信号強度である。図６では、測定試料の伝播速度を１３９４ｍ/ｓとして深度を自動計測している。図６（ａ）の場合、Ｄ領域の深度は５０．２８ｍｍであった。

この信号波形のＤ、Ｄ’領域が、ＲＢＪ４１の絶縁ゴム層４１ａとケーブル４４の絶縁体を構成する架橋ポリエチレン絶縁体（ＸＬＰＥ）４４ａとの界面からの反射振動波を検出したものに相当する。

図６（ａ）の欠陥がない部分に探触子（超音波探傷器４３）を置いた場合のＤ領域の信号レベルに対して、図６（ｂ）の欠陥を挿入した部分に探触子（超音波探傷器４３）を置いた場合のＤ’領域の信号レベルは明らかな検出信号レベルの上昇が見られる。

なお、信号波形のＣ、Ｃ’領域は注入振動波によるノイズであり、Ｅ、Ｅ’領域は電力ケーブルの金属中心導体４４ｂで反射した波形である。

〔第１（第２）の実施の形態の効果〕
上記の本発明の第１（第２）の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）電力ケーブル接続部に振動波を注入し、反射振動波の検出を行なうことにより、そのケーブル接続部における欠陥の有無を高感度に検出できる。
（２）電力ケーブル接続部に振動波を注入し、振動波の注入時から反射振動波の検出時までの時間差を算出し、該算出時間差に絶縁ゴム層の固有の音響伝播速度を乗じることにより、往復伝播距離が求められ、そのケーブル接続部における欠陥の位置標定を高感度に検出できる。
（３）また、欠陥周辺にギャップを設けることにより、見かけの欠陥寸法を大きくすることで、さらに高感度に欠陥を検出できる。

（４）高価な部分放電試験や取扱資格を有するＸ線検査を用いなくても欠陥検出が可能となるため、低コスト（安価）で、安全性の高い欠陥検出方法（品質確認試験方法）を提供できる。

（５）外来ノイズの影響を受けにくく、かつ測定開始から判定までの時間が短いため、不定形物（例えば、界面ボイド）の形状の経時変化の把握が容易に行なえるようになる。

〔本発明の第３の実施の形態〕
図７は、ゴムブロック型接続部（ＲＢＪ）と呼ばれる電力ケーブル接続部に対して、本発明の第３の実施の形態に係る発明を適用した例である。以下に第３の実施の形態について第１（２）の実施の形態と相違する部分を中心に説明する。

図７に示す例は、測定試料であるＲＢＪ４１と信号を検出する超音波探傷器の探触子３の間に介在物、例えば、ＰＥ（ポリエチレン樹脂）ブロック５５を介在させて測定したものである。このように、測定試料（ＲＢＪ４１）と探触子３の間に介在物を設けることによって、ＰＥブロック５５介在物の振動波伝播時間に相当する信号遅延がおきることになる

例えば、ＲＢＪ４１に直接、超音波探傷器４３の探触子３を装着した場合、図６に示すとおり、超音波探傷器４３直近（ＲＢＪ４１の外層（探触子３側の絶縁ゴム層４１ａ近辺）に相当する時間（Ｃ、Ｃ’領域）のノイズレベルが大きいため、この探触子３側の絶縁ゴム層４１ａ部分の欠陥検出感度が、深部（絶縁ゴム層４１ａと架橋ポリエチレン絶縁体（ＸＬＰＥ）４４ａとの界面近辺）よりも悪くなってしまう。これに対して、図７のように介在物を設けて信号遅延を施すことにより、ＲＢＪ４１の浅部（探触子３側の絶縁ゴム層４１ａ部分）の欠陥検出が低ノイズ領域で行うことができる。

図８は、図７に示す例で実験した場合の信号波形を示す。
検出波形の左側の大きなノイズ（Ｆ領域）はパルス注入に伴うもので常時検出されるノイズであるが、数１０ｍｍ厚さのＰＥブロック介在物５５を介在することにより、このノイズがＰＥブロック介在物５５内の伝播時間内におさまる。このため、測定試料であるＲＢＪ４１を低ノイズ領域で検出できるようになる。

〔第３の実施の形態の効果〕
上記の本発明の第３の実施の形態によれば、第１（２）の実施の形態と同様の効果のほかに下記の効果を奏する。
（１）測定試料と探触子の間にＰＥブロック５５介在物等を設けることにより、測定試料の浅部の欠陥検出が低ノイズ領域で検出できる。

〔本発明のその他の実施の形態〕
（１）弾性材料（高分子化合物）からなる構成部材としては、合成ゴムのエチレン・プロピレンゴム（ＥＰＲ）のほか、天然ゴム、シリコンゴム等が挙げられる。

（２）ケーブル接続部以外に、ケーブル終端部の欠陥検出にも適用できる。

（３）検出信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform 高速フーリエ変換）解析することにより、信号減衰の大きい高周波信号を解析して浅部を高感度で測定し、信号減衰の少ない低周波成分の解析結果から深部を高感度で測定することにより、介在物を用いない欠陥検出方法が可能である。
（４）高周波用探触子を用いた欠陥検出により浅部の欠陥検出を行い、次に深部の欠陥検出を、低周波用探触子を用いて行う事により、上記ＦＦＴ解析と同様の効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係るケーブル接続部の欠陥検出方法の欠陥検出原理の概略を示す図である。 引張り力が加えられて伸ばされた測定試料ブロックの欠陥（異物）周辺部を示す断面図である。 引張り力が加えられて伸ばされたゴムとケーブルの界面に存在する欠陥（異物）周辺部を示す断面図である。 伸び率を極端に大きくした場合の測定試料ブロックの欠陥（異物）周辺部を示す断面図である。 ゴムブロック型接続部（ＲＢＪ）と呼ばれる電力ケーブル接続部に対して、第１（第２）の実施の形態に係る発明を適用した例である。 図５における確認実験で得られた信号波形を示し、（ａ）は欠陥がない場合の信号波形であり、（ｂ）は欠陥を挿入した場合の信号波形である。 ゴムブロック型接続部（ＲＢＪ）と呼ばれる電力ケーブル接続部に対して、本発明の第３の実施の形態に係る発明を適用した例である。 図７に示す例で実験した場合の信号波形を示す。

符号の説明

１：測定試料
１ａ：端部
２：欠陥
３：探触子
４：検出信号表示部
１１：測定試料ブロック
１２：異物
１３：ギャップ
２１：ＥＰＲ
２２：異物
２３：ギャップ
２４：ＸＬＰＥ（架橋ポリエチレン絶縁体）
３１：測定試料ブロック
３２：異物
３３：ギャップ
３４：同材質界面
４１：ＲＢＪ（電力ケーブル接続部）
４１ａ：絶縁ゴム層
４１ｂ：導電ゴム層
４２：挿入欠陥
４３：超音波探傷器
４３ａ：超音波探傷器表示部
４４：電力ケーブル
４４ａ：ＸＬＰＥ（架橋ポリエチレン絶縁体）
４４ｂ：中心導体
５５：ＰＥブロック介在物

Claims (6)

1. ケーブル接続部の弾性材料からなる構成部材に振動波を注入し、
   前記振動波の注入時から前記振動波によって前記構成部材の欠陥部位において生じる前記反射振動波の検出時までの時間差を算出し、
   当該算出時間差に前記構成部材の固有の音響伝播速度を乗じることにより、前記欠陥の位置を標定するとき、前記ケーブル接続部をケーブル絶縁体に装着して異物を有する前記欠陥部位に外力を付加し、前記異物を含む前記欠陥部位に与えられる前記外力に基づいて前記構成部材の前記欠陥部位の見かけ寸法を大にすることを特徴とするケーブル接続部の欠陥検出方法。
2. 前記構成部材の前記欠陥部位の見かけ寸法は、前記異物の周囲のギャップを増加させて大きくすることを特徴とする請求項１に記載のケーブル接続部の欠陥検出方法。
3. 前記ギャップの増加は、前記弾性材料からなる構成部材を伸ばすことにより行なうことを特徴とする請求項２に記載のケーブル接続部の欠陥検出方法。
4. 前記弾性材料からなる構成部材を伸び率１０％以上で伸ばすことを特徴とする請求項３に記載のケーブル接続部の欠陥検出方法。
5. 前記弾性材料からなる構成部材を伸び率１０％以上４００％以下で伸ばすことを特徴とする請求項３に記載のケーブル接続部の欠陥検出方法。
6. 前記振動波の注入および前記反射振動波の検出は、前記弾性材料からなる構成部材の上に設けた介在物を介して行なうことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のケーブル接続部の欠陥検出方法。

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