JP5083679B2 - 残留電荷測定法によるｃｖケーブルの劣化診断法 - Google Patents

Description

本発明は水トリー劣化したＣＶケーブルの絶縁劣化診断法に関し、特に、ケーブル絶縁体の残存性能を非破壊的に診断し、劣化領域の長さを評価し得るＣＶケーブルの劣化診断方法に関するものである。

水トリー劣化したＣＶケーブルの絶縁劣化診断法として、供試ケーブルに直流電圧を課電したのち接地し、その後に交流電圧を課電して残留電荷を測定する残留電荷測定法が知られている（例えば特許文献１参照）。
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方法が残留電荷法である。

上記特許文献１に記載のものにおいては、図３（ａ）に示すように、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、前記交流電圧課電として、所定の昇圧時間にて所定の電圧まで昇圧し、当該電圧を一定時間課電した後に、零に降圧する課電パターンを低電圧側から高電圧側の順に複数回行い、図３（ｂ）に示すように各課電パターンにおける残留電荷を測定し、残留電荷が測定される最高交流課電電圧値を求める。
そして、撤去ケーブル試料などを用いた実験により求めた「最高交流課電電界強度」と「交流破壊電界強度（残存破壊電界強度）」との関係を近似した例えば図４に示す判定曲線により、残留電荷が測定される最高交流課電電圧から、供試ケーブルの現時点での交流破壊電界強度（残存破壊電界強度）を求める。
特許第３６２９４０９号公報 特開２００７−０４０８６１号公報

残留電荷法においては、従来、直流電圧課電後の交流電圧課電により水トリーに蓄積した電荷を放出させ、この放出した電荷において、その残留電荷総量あるいは、単位長さ当たりの残留電荷量を劣化の指標として用いて、水トリーの劣化の程度を把握していた。
しかしながら、線路亘長が長い線路の場合に、線路全体に一様に劣化を呈しているとは考えられず、局所的に水トリー劣化を呈していると考えられる。従って、得られた残留電荷量を劣化の指標として用いた場合には、線路の亘長や、一様に劣化しているか局所的に劣化をしているかによりその診断結果は異なる可能性がある。

残留電荷量を劣化の指標として水トリーの劣化の程度を求める方法としては、例えば、「単位長さ当たりの残留電荷量」と「絶縁性能」の関係を格納したデータベースを用意し、劣化した線路の残留電荷量を測定し、上記データベースを参照して、上記線路の絶縁性能を求める方法が考えられる。
上記データベースは、例えば以下のように作成される。
撤去ケーブル試料の残留電荷量を測定し、この残留電荷量を試料の長さで除して「単位長さ当たりの残留電荷量」を求める。また、この撤去テーブルに交流電圧を印加し、交流破壊電界強度（絶縁性能）を求める。このような測定作業を、複数の撤去ケーブルについて行い、得られた残留電荷量と交流破壊電界強度（絶縁性能）の関係をデータベース化する。

ここで、例えば、局所的に劣化を呈している長尺線路を測定した結果、単位長さ当たりＱ_A ［Ｃ／ｍ］なる残留電荷量が得られたとする。この残留電荷量と上記データベースに格納された「単位長さ当たりの残留電荷量」と「交流破壊電界強度（絶縁性能）」の関係から、劣化した長尺線路の絶縁性能を求めることができると考えられる。
しかし、以下に説明するように、上記のようにして求めた絶縁性能は、必ずしも上記長尺線路の劣化程度を正しく評価したものにはならない。
図５は上記単位長さ当たりの残留電荷量Ｑ_A ［Ｃ／ｍ］と上記データベースのデータに基づき絶縁性能を求める場合を説明する図である。上記のように単位長さ当たりの残留電荷量Ｑ_A ［Ｃ／ｍ］が測定されたら、上記データベースを参照して、図５に示すように単位長さ当たり残留電荷量Ｑ_A ［Ｃ／ｍ］に対応した絶縁性能Ｂを求めることができる。

しかし、線路亘長に比較して劣化している領域の割合が小さい場合、得られた残留電荷量を単位長さ当たりに換算すると、極めて小さい値となる場合がある。
このため、この値とデータベースを用いて残存性能を求めた場合には、実際の絶縁性能としては、Ａ程度有しているものに対して、劣化診断の結果、絶縁性能はＢ程度と評価される場合が想定される。つまり、実際の絶縁性能が低いものを、劣化診断の結果は高いと診断してしまうことになり、実際の絶縁性能と診断結果はΔ_AB（Ｂ−Ａ）だけの差が生じる。

一方、残留電荷総量で劣化診断を行った場合、劣化診断を行うデータベースが通常は数十ｍ程度の試料長において得られたものであるために、局所的に劣化しているものの、劣化領域が数十ｍ以上の場合には、得られる残留電荷総量は、図６に示すように、データベース上は大きい値（Ｑ_C ）となる。
このため、実際は、（Ｄ）なる絶縁性能を有しているにも関わらず、劣化診断の結果は、極端に低い絶縁性能（Ｃ）を有する線路として診断することになり、実際の絶縁性能と診断結果にはΔ_CD（Ｄ−Ｃ）だけの差が生じる。
以上のように、残留電荷総量あるいは単位長さ当たりの残留電荷量を劣化の指標として用いた場合には、どちらの評価方法を用いるかにより、劣化診断の結果は異なってしまう。一方で、前記特許文献１に記載の手法を用いれば、線路亘長に依存せずに残留電荷量から供試ケーブルの現時点での交流破壊電界強度を求めることができるが、この手法を用いた場合でも、測定対象とした線路において、どの程度の領域が劣化をしているかを判断することはできない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、長尺線路において、水トリー劣化した領域の長さを推定することが可能なケーブルの劣化診断方法を提供することを目的とする。

前述の様に、線路亘長に依存しない残留電荷法が提案されているものの、その領域を特定することは困難である。もし、劣化している領域の程度が把握できれば、亘長の長い線路において、絶縁性能の低下の著しい領域を、線路布設状況などを考慮して特定でき、線路補修の際の重要な情報を提供することができる。
従来、線路亘長に依存しない残留電荷法においては、得られる情報の中で残留電荷量は劣化診断の際に用いることはないが、本発明では、線路亘長に依存しない残留電荷法において、得られる残留電荷量をも劣化診断の情報として用い、水トリー劣化した領域の長さを推定する。
すなわち、前記特許文献１に記載されるように、供試ケーブルに直流電圧を課電した後に接地し、その後に、交流電圧課電として、所定の昇圧時間及び一定所定電圧課電時間の課電後、零に降圧する課電パターンを低電圧側から高電圧側の順に複数回行い、残留電荷が測定される最高交流課電電圧値と、各交流電圧課電時の残留電荷量の総和より、残留電荷総量（Ｑ_E ^*）を求める。なお、特許文献１には、交流電圧課電に先立ち、直流電圧の課電を行っているが、この代替波形として、特許文献２に記載されている様な、直流電圧と同様に水トリー部に電荷を蓄積する作用を有する電圧波形の課電であっても良い。
次に、この最高交流課電電圧値に対応する最高交流課電電界強度と残存破壊電界強度との関係より、供試ケーブルの残存破壊電界強度（すなわち絶縁性能Ｅ）を求める。
さらに、予め用意した「単位長さ当たりの残留電荷量Ｑ _F ^* 」に対する残存破壊電界強度（すなわち絶縁性能Ｅ）のデータを格納したデータベースを参照し、上記残存破壊電界強度Ｅに対応した「単位長さ当りの残留電荷量Ｑ_F ^* 」を求め、この「単位長さ当りの残留電荷量Ｑ_F ^* 」で、残留電荷総量（Ｑ_E ^* ）を除することにより絶縁劣化領域の長さＬを求める。

本発明においては、上記のように残留電荷が測定される最高交流課電電圧あるいは電界強度を求め、この最高交流課電電圧値から「単位長さ当りの残留電荷量Ｑ_F ^* 」を求め、この「単位長さ当りの残留電荷量Ｑ_F ^* 」で、前記「残留電荷総量（Ｑ _E ^* ）を除することにより、絶縁劣化領域の長さＬを求めているので、長尺線路において、水トリー劣化した領域の長さを推定することが可能となる。
また、この結果と、他に得ることのできる線路布設環境などの情報を合わせることにより、水トリー劣化している領域を特定することも可能となる。これにより、劣化診断を行った線路において、劣化診断結果を基に、適切な改修区間に関する情報を提供することも可能となる。

本発明の実施例の測定装置の概略構成を図１に示す。図１は、水トリーに電荷を蓄積させる手段として、直流電圧を用いた場合を示している。
課電装置としては、水トリーに電荷を蓄積させるための直流高圧発生装置１と、残留電化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。
直流高圧発生装置１は、直流電圧を出力する。切換えスイッチＳＷの端子（ａ）は測定対象ケーブル３のケーブル導体に接続され、また、端子（ｂ）は上記直流高圧発生装置１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。

図１において、残留電荷の測定は次のように行われる。
例えば前記特許文献１に記載されるように、初めに、端子（ａ）と（ｂ）を接続して直流高圧発生装置１より、測定対象ケーブル３のケーブル導体−遮蔽間に所定の電圧を所定の時間課電する。所定の時間が経過した後に、端子（ａ）を端子（ｅ）へ接続して導体を対地へ抵抗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、前記図３に示したように、低い交流電圧から順に高い交流電圧（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）までステップ状に複数回課電し、所定の最高電圧まで昇圧→一定電圧保持→降圧を繰り返しながら、各ステップ電圧課電毎に残留電荷測定を実施する。
すなわち、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−遮蔽間に上記のような交流電圧をステップ状に課電して、各課電毎に残留電荷信号を測定する。
測定信号線は試験用変圧器２の低圧側より取り出され、ローバスフィルタ４を介して対地へ接地されている。測定電流信号は、商用周波数をカットするためのローバスフィルタ４を介して、電圧信号として増幅器５へと入力され、増幅器５の出力から残留電荷信号が得られる。その結果、残留電荷信号が検出された最高の交流課電電圧が獲得される。

以上のように、残留電荷信号が測定された最高交流課電電圧が獲得されたら、「最高交流課電電界強度」と「交流破壊電界強度（残存破壊電界強度）」との関係を近似した例えば前記図４に示す判定曲線により、残留電荷が測定される最高交流課電電圧に対応する最高交流課電電界強度から、供試ケーブルの現時点での交流破壊電界強度（残存破壊電界強度）を求める。
以上のようにして、現時点での交流破壊電界強度、すなわち線路の残存破壊電界強度（絶縁性能（Ｅ））を求めることができる。また、これと同時に、各交流電圧課電時に得られた残留電荷量の総和により、残留電荷総量（Ｑ_E ^*）を求めることができる。
なお、前記特許文献１では、前課電電圧として直流電圧を用いているが、前課電としては、前述したように直流電圧の代替となり得る波形の電圧でも良い。

次に、図２に示す様に、前記「単位長さ当たりの残留電荷量」に対する「絶縁性能」のデータを格納したデータベースを参照し、上記獲得された線路の絶縁性能（Ｅ）（残存破壊電界強度）に該当する単位長さ当たりの残留電荷量（Ｑ_F* ［Ｃ／ｍ］）を獲得する。
この様にして求めた単位長さ当たりの残留電荷量（Ｑ_F ^* ［Ｃ／ｍ］）は、得られる残留電荷総量を、劣化している領域の長さ（Ｌ）で除した値に相当する。つまり、Ｑ_F ^* ［Ｃ／ｍ］＝Ｑ_E ^* ［Ｃ］／Ｌ［ｍ］なる関係が成立する。従って、得られている残留電荷総量（Ｑ_E ^* ［Ｃ］）をここで求められる単位長さ当たりの残留電荷量（Ｑ_F ^* ［Ｃ／ｍ］）で除することにより、劣化をしている領域の長さ（Ｌ）を算出することができる。

電力ケーブルは長手方向に対して、製造年の異なるケーブルが接続されて布設されている場合がある。つまり、新しいケーブルと経年を経たケーブルが混在している。また、ケーブル布設環境に対して、ケーブルが水没する可能性のある箇所や、水没する可能性の低い箇所などの情報をある程度把握することが可能である。
水トリーの発生、伸展においては、水分の存在は重要な要素である。よって、経年数が同じであっても、水没する可能性のある場所は、ケーブル絶縁体に水分が浸入する可能性が高く、水トリー劣化が発生、伸展している可能性の高い領域と言え、また、水没する場所において、経年数が異なる場合には、経年数を経たケーブルの方がより水トリー劣化が進行していると言える。
従って、ある線路に対するこれらの情報に加え、同線路に対して上述した劣化診断を実施し、劣化をしている領域の長さ（Ｌ）を算出することにより、同線路において水トリーの劣化程度が高い領域を特定することも可能となる。

本発明の実施例の測定装置の概略構成を示す図である。 求めた絶縁性能から単位長さ当たりの残留電荷量を推定する方法を説明する図である。 従来例の劣化診断における課電方法および残留電荷波形を示す図である。 「最高交流課電電界強度」と「交流破壊電界強度」との関係を近似した判定曲線の例を示す図である。 単位長さ当たりの残留電荷量から絶縁性能を推定する方法を説明する図である。 残留電荷総量から絶縁性能を推定する方法を説明する図である。

１ 直流高電圧発生装置
２ 試験用変圧器
３ ＣＶ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

Claims (1)

1. 供試ケーブルに直流電圧又は直流電圧と同様に水トリー部に電荷を蓄積する作用を有する電圧波形を課電した後に接地し、その後に交流電圧を課電して残留電荷量を測定することにより供試ケーブルの絶縁劣化を診断する方法において、
   前記交流電圧課電として、所定の昇圧時間にて所定の電圧まで昇圧し、当該電圧を一定時間課電した後に、零に降圧する課電パターンを低電圧側から高電圧側の順に複数回行い、各交流電圧課電時における残留電荷量の総和（Ｑ_E* ）を求めると共に、残留電荷が測定される最高交流課電電圧値を求め、
   この最高交流課電電圧値から、予め用意した残留電荷が測定される最高交流課電電圧に対応する最高交流課電電界強度と残存破壊電界強度との関係より、供試ケーブルの残存破壊電界強度（Ｅ）を推定し、更に、予め用意した単位長さ当たりの残留電荷量（Ｑ_F * ）と残存破壊電界強度との関係により、上記Ｅに対応する単位長さ当たりの残留電荷量（Ｑ_F * ）を求めた後、得られたＱ_E*をＱ_F *にて除することにより、絶縁劣化領域の長さＬを求める
   ことを特徴とするＣＶケーブルの劣化診断方法。

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