JP5309706B2 - 電力ケーブル修復時における電力ケーブルの診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力ケーブル修復時における電力ケーブルの修復方法に関し、電力ケーブルなかでもＣＶケーブル（架橋ポリエチレンビニルシースケーブル）に施した修復の是非を短期間で的確に診断しようとするものである。

電力ケーブルの中でも、図１に示す構造になるＣＶケーブルは、電気的特性、熱耐性および強度等に優れ、また経済的にも優れているため、現在、広範囲で使用されている。
図中、符号１は導体、２は内部半導電層、３は絶縁体（架橋ポリエチレン）、４は外部半導電層、５はクッション層、６はアルミ被（遮水層）、７は防食層である。

かようなＣＶケーブルの劣化の一つとして、「水トリー」と呼ばれる絶縁体である架橋ポリエチレンに生じる劣化現象があり、これによりケーブルの絶縁低下が惹起される。
ここに、水トリーとは、架橋ポリエチレン内部の隙間や電界平滑化のための半導電層の欠陥部分等に電界が集中し、その部分を起点として樹の枝状（tree）に隙間が伸展していき、そこに水が入り込んだものをいう。

水トリーは、図２に示すように、その発生場所によって、内導トリー８、外導トリー９、ボウタイトリー10に分別され、内導トリー８は内部半導電層の欠陥、外導トリー９は外部半導電層の欠陥、ボウタイトリー10は架橋ポリエチレン内部の隙間（ボイド）が原因である。これらの水トリーは、最終的には絶縁体を橋絡することになる。
かような水トリーが発生したケーブルは、過電圧等をきっかけとして絶縁破壊を起こすため、ケーブルの更新を余儀なくされていた。

ケーブル内の水トリーによるケーブルの劣化を診断する方法としては、特許文献１〜３に各種の方法が開示されている。
上記の従来技術により水トリーが発見され、絶縁抵抗が低下したケーブルは更新し、引き換えを実施してきたが、かかる更新には、多額の費用と時間が必要となる。
特開２００４−３５４０９３号公報 特開２００３−２７０２８６号公報 特開２００３−２４０８１５号公報

一方、水トリー等により劣化し、絶縁抵抗を低下したケーブルに対して、シリコン製の薬剤（ケーブルキュアと呼ばれる）をケーブル導体部に注入し、ケーブルを修復する技術が知られている（特許文献４）。
この技術は、水トリー等の発生により修復が必要と判断されたケーブル中の所定領域に対し、ケーブル導体部の隙間を利用してケーブル内にケーブルキュアを充填することによって、水トリー等を補修しようとする技術である。
特開昭６３−１７４２２１号公報

上記の技術の開発により、ケーブルの修復が可能となった。
しかしながら、この技術により修復したケーブルの評価は、修復後のケーブルの絶縁抵抗値を測定し、その値が一定値以上であれば適正に修復がなされたものと見なしていた。

上述したとおり、上掲特許文献４に開示の技術では、修復後のケーブルの絶縁抵抗値を測定し、その値が一定値以上であれば適正に修復がなされたものと診断していた。
しかしながら、絶縁抵抗値は、測定日の気温や湿度と相関が深いため、一回の測定ではその値の信頼性が低く、必ずしも適正に修復がなされたかどうかは明確ではなかった。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、電力ケーブルを修復した場合に、その修復が適正になされたか否かを的確に判定することができる電力ケーブルの診断方法を提案することを目的とする。

電力ケーブルの修復の適否を判断する手段として絶縁抵抗値を利用する場合、絶縁抵抗値は、測定日の気温や湿度と相関が深いため、一回の測定ではその値の信頼性が低く、必ずしも適正に修復がなされたかどうかは明確ではなかった。
また、ケーブル導体部に注入されたケーブルキュアは、ケーブル内での化学反応により時間と共に特性が変化するため、一回の測定では信頼性の高い診断を行うことが難しい。

そこで、発明者らは、絶縁抵抗値の測定を一定期間にわたり継続して行うことによる、診断方法の開発に着手した。
その結果、修復が適正に実施された場合には、絶縁抵抗値に多少の変動はあるものの、全体の傾向として絶縁抵抗値は徐々に上昇し、やがて飽和に到ることが見出された。

ところで、電力ケーブルを修復した場合、その補償は通常20年が要求される。しかしながら、これほどの長期にわたって修復の適否を診断することは現実的でない。
そこで、発明者らは、修復が適正になされたか否かの判断をできるだけ早い時期に行うための方策について種々検討を重ねた。

その結果、ケーブル導体中にケーブルキュアを注入後、一定期間にわたって、定期的に絶縁抵抗値を測定し、その測定値の推移から修復の適否を判断できることの知見を得た。
また、上記した一定期間の終了時点で、ケーブルに交流電圧を印加して、そのとき流れる損失電流中の第３高調波を測定し、この測定値を修復前の第３高調波測定値と比較することにより、より信頼性の高い診断ができることの知見を得た。
本発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．電力ケーブル修復のために、ケーブル導体部の隙間を利用してケーブル内に修復剤を注入後、少なくとも120日までの間にわたり定期的に絶縁抵抗値を測定し、その測定値の推移から修復の適否を判断することを特徴とする電力ケーブル修復時における電力ケーブルの診断方法。

２．上記１において、ケーブル修復時から少なくとも120日までの間にわたる絶縁抵抗値を測定し、その間における測定値が漸増しているかまたは漸増後飽和した状態になっていた場合に、適正な修復が達成されたと判断することを特徴とする電力ケーブル修復時における電力ケーブルの診断方法。

３．上記２において、ケーブル修復時から少なくとも120日までの間にわたる絶縁抵抗値を測定すると共に、絶縁抵抗値の最終測定時と同時期に、ケーブルに10.0〜11.0kVの交流電圧を印加して、そのとき流れる損失電流中の第３高調波を測定し、当該期間における絶縁抵抗値の測定値が漸増しているかまたは漸増後飽和した状態にあり、かつ第３高調波の測定値が修復前の測定値の５倍以上であった場合に適正な修復が達成されたと判断することを特徴とする電力ケーブル修復時における電力ケーブルの診断方法。

本発明によれば、電力ケーブルを修復した場合に、その修復が適正になされたか否かを短期間で的確に判定することができる。

以下、本発明を図面を用いて具体的に説明する。
図３に、ケーブル修復時から200日までの期間にわたって絶縁抵抗値を測定した例を示す。
図中、曲線ａは、修復時から160日目まで絶縁抵抗値は漸増し、それ以降は一定値に保持されている場合である。
一方、曲線ｂは、修復時から50日目まで絶縁抵抗値は漸増し、それ以降は一定値になっている場合である。

これらのケーブルの一部について、修復後120日目における状態について、その断面を観察した。
その結果、いずれの場合も、架橋ポリエチレン内に修復剤が浸透し、水トリーに修復剤が充填された状態になっており、修復が適正になされたことが確認された。

従って、少なくとも120日目までにわたり定期的に絶縁抵抗値を測定し、測定した絶縁抵抗値が漸増しているか、または飽和した状態になっていれば、修復は適正になされたものと診断することができる。
ここに、定期的な絶縁抵抗値の測定を行うべき期間については、上記したとおり最小で120日でよい。一方、あまりに長期間にわたって測定を行うことは、その分不利が生じるので最大でも180日程度とするのが好ましい。

なお、図４には、120日目の断面観察で、適正な修復がなされていないと判断された例の絶縁抵抗値の推移示すものである。
同図に示したとおり、適正な修復がなされなかった場合には、修復後時間が経過しても絶縁抵抗値の増加は見られなかった。

次に、電力ケーブルの修復の適否を判断する手段として、損失電流中の第３高調波を利用する場合について説明する。
この方法は、水トリーが発生したケーブルは、損失電流中に第３高調波電流が含まれることを利用したものである。

図５に、損失電流（Ｉ_loss）中に含まれる第３高調波（Ｉ₃）を示す。
損失電流中に含まれる第３高調波とは、印加している電流の３倍の周波数の電流であり、その大きさと基本波（Ｉ₁）のとの相違のずれによって、水トリーの数と長さを検出することができる。

図６に、図３に示した修復後のケーブルについて、同じく120日目に種々の大きさの交流電圧を印加し、そのとき流れる損失電流中の第３高調波を測定した結果を示す。なお、同図には、修復前における第３高調波の測定結果も併せて示す。
同図に示したとおり、修復後の第３高調波の値は修復前のそれに比較して高い値になっていた。

なお、発明者らは、当初、修復が適正になされた場合には、この第３高調波の値はゼロになるものと予想していた。
というのは、水トリーの発生がない健全なケーブルでは、かような第３高調波は現れないからである。
しかしながら、実際には、上述したとおりかなり高い値の第３高調波が観察された。

この理由についてはまだ明確に解明されたわけではないが、水トリーは架橋ポリエチレン内に第３高調波を発生させる電気回路を構成し、修復剤はその回路の特性を変化させる作用があることが、第３高調波を増加させた原因と考えられる。

そこで、次に発明者らは、修復前の第３高調波の値に対して修復後の第３高調波の値がどれくらい以上であれば適正な修復がなされたと判断できるかについて検討を加えた。
その結果、修復後一定期間経過後の第３高調波の測定値が、修復前の測定値の５倍以上であれば、適正な修復がなされたと判断できるとの結論に達した。
というのは、修復前の測定値の５倍以上である場合には、修復剤によって水トリーが十分に埋められることが確認されたからである。

また、図７に、損失電流（Ｉ_loss）中の基本波（Ｉ₁）に対する第３高調波（Ｉ₃）の比で示される第３高調波電流発生率（Ｉ₃／Ｉ₁）と付加電圧との関係について調べた結果を示す。
同図から明らかなように、修復前の状態すなわち水トリーが発生していた状態では、第３高調波電流発生率が付加電圧の上昇に伴って急激に増大するのに対し、修復後には、付加電圧を上昇しても第３高調波電流発生率の増大はわずかである。
従って、この第３高調波電流発生率の推移よっても修復の適否を判断することができる。
ちなみに、上記の例で、付加電圧を10.0kVから12.7kVまで上昇させたときの第３高調波電流発生率（Ｉ₃／Ｉ₁）の増加率が50％以下であれば、適正な修復がなされたと判断することができる。

なお、本発明において、ケーブル導体部へケーブルキュアを導入する方法については特に制限はなく、従来公知の方法で行えばよい。
また、ケーブルキュアの種類についても特に制限はなく、従来公知の薬剤いずれもが使用できるが、代表的なものとして次のものが挙げられる。
・ケーブルキュアXL（絶縁体）
メチルフェニルジメトキシシラン（C₉H₁₄O₂Si）：60％以上
トリメチメトキシシラン（CH₃OSi(CH₃)₃）：５〜10％

ＣＶケーブルの構造を示した図である。 水トリーの発生場所を示した図である。 適正に補修がなされた場合のケーブル修復時から200日までにわたる絶縁抵抗値の推移を示した図である。 適正に補修がなされなかった場合のケーブル修復時から200日までにわたる絶縁抵抗値の推移の別例を示した図である。 損失電流（Ｉ_low）中に含まれる第３高調波電流（Ｉ₃）を示した図である。 修復前後における第３高調波電流を比較して示した図である。 修復前後における第３高調波電流発生率（Ｉ₃／Ｉ₁）を比較して示した図である。

符号の説明

１ 導体
２ 内部半導電層
３ 絶縁体（架橋ポリエチレン）
４ 外部半導電層
５ クッション層
６ アルミ被（遮水層）
７ 防食層
８ 内導トリー
９ 外導トリー
10 ボウタイトリー

Claims (3)

1. 電力ケーブル修復のために、ケーブル導体部の隙間を利用してケーブル内に修復剤を注入後、少なくとも120日までの間にわたり定期的に絶縁抵抗値を測定し、その測定値の推移から修復の適否を判断することを特徴とする電力ケーブル修復時における電力ケーブルの診断方法。
2. 請求項１において、ケーブル修復時から少なくとも120日までの間にわたる絶縁抵抗値を測定し、その間における測定値が漸増しているかまたは漸増後飽和した状態になっていた場合に、適正な修復が達成されたと判断することを特徴とする電力ケーブル修復時における電力ケーブルの診断方法。
3. 請求項２において、ケーブル修復時から少なくとも120日までの間にわたる絶縁抵抗値を測定すると共に、絶縁抵抗値の最終測定時と同時期に、ケーブルに10.0〜11.0kVの交流電圧を印加して、そのとき流れる損失電流中の第３高調波を測定し、当該期間における絶縁抵抗値の測定値が漸増しているかまたは漸増後飽和した状態にあり、かつ第３高調波の測定値が修復前の測定値の５倍以上であった場合に適正な修復が達成されたと判断することを特徴とする電力ケーブル修復時における電力ケーブルの診断方法。

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