JPH03179245A - 電線・ケーブルの劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子力発電所等に布設されている比較的低圧
用の電線・ケーブルの絶縁劣化状況を非破壊的に高精度
をもって診断するための新規な方法に関するものである
。

［従来の技術］ 原子力発電所等においては、非常に多種類の電線・ケー
ブルが数多く布設されており、多かれ少なかれ熱あるい
は放射線の雰囲気に曝されている。

このような環境下にあるものを含め、一般に電線・ケー
ブルは長期の使用により種々な要因によって電気的ある
いは機械的に劣化し、いずれは取替えが必要となるもの
である。

電線・ケーブルの絶縁体の劣化の主な形態は、酸化劣化
と考えられ、それによって硬化しくあるいはまれに軟化
し）、上記したように電線・ケーブルの機械的特性の低
下あるいは電気的特性の低下が起り、正常かつ安全に作
動しなくなる。従つて、原子力発電所等その布設施設の
安全性を向上させ事故発生等を未然に防止するためには
、そこに使用されている電線・ケーブルの劣化状態を簡
易な方法でしかも確実に検知し得ることが非常に重要で
あり、そのような方法が強く要望されてきた。

このような要望に応え得るものとして、高圧ケーブルに
おいて活線状態のまま非破壊的に絶縁劣化状況を診断す
るいわゆる活線診断法の研究開発が早くから進められて
きており、従来より主流として実施されている絶縁抵抗
、誘を正接及び直流漏れ電流法に加え、最近では逆吸収
電流法、残留電圧法、あるいは電位減衰法などといった
方法も提案され、電気的非破壊法によってかなり高い信
頼性をもって劣化状況を診断することがほぼ可能となっ
ている。

上記高圧ケーブルは、そのケーブル構造上にシールド層
を有しており、このシールド層を利用して電気的非破壊
法による劣化診断を行なうものである。従って、上記し
た高圧ケーブルに適用されるケーブルの劣化度判定方法
をシールド層を有しない比較的低圧用の電線・ケーブル
に適用することば回能である。

このため、そのような低圧用電線・ケーブルの劣化度診
断には、熟練を要する目視点検により判定したり、ある
いは撤去品の破壊法による電気特性・機械的特性の低下
測定、特に伸び残率による評価が行なわれてきた。

「発明が解決しようとする課題］ しかし、発電所内等において大半を占める低圧用電線・
ケーブルの劣化判定にＭも広く行なわれている上記目視
点検法は、かなりの熟練を必要とし、また点検者が熟練
者であっても個人差等があり、正確かつ定量的な劣化判
定を行なうことは非常に難しい。

撤去品による破壊試験方法は、精度の上からは極めて確
実なものであるが、多大な時間及び労力ならびに費用を
要することは避けられない。

本発明の目的は、上記したような実情にかんがみ、原子
力発電所内等においてその大半を占める低圧用電線・ケ
ーブルの劣化診断を非破壊的に確実かつ精度よ〈実施す
ることができ、しかも前述した高圧ケーブル同様に活線
状態を停止することなく簡便に適用することが可能な新
規な電線・ケーブル絶縁劣化診断方法を提供しようとす
るものである。

し課題を解決するための手段］ 本発明は、第１に、実布設されている電線・ケーブルの
絶縁体あるいはシース材から少量の有機絶縁材料をサン
プルとして採取し、当該サンプルにおける所定の元素濃
度をＸ線マイクロアナライザーにより分析し、その元素
の濃度から酸化度の程度を検知するものであり、第２に
、上記同様、実布設されている電線・ケーブルの絶縁体
あるいはシース材から少量の有機絶縁材料をサンプルと
して採取し、当該サンプルのフーリエ変換赤外線スペク
トル分析を行なって酸化により吸光度の大きくなる基と
反対に小さくなる基との比を求め、酸化度の程度を検知
するものである。

［作用］ Ｘ線マイクロアナライザーによる分析あるいはフーリエ
変換赤外線スペクトル分析のいずれにおいても、分析に
必要とするサンプルは極く少量なものでよく、実負荷さ
れている電線・ケーブルの機能を失うおそれのない表面
からの厚さにして１００〜２００μｍ程度の部分より採
取したサンプルで十分に分析を行なうことができる。

従って、活線状態の電線・ケーブルより上記した程度の
少量のサンプルを採取するのみで、電線・ケーブルを撤
去することなく、しかも撤去し破壊試験を行なったと同
程度の高信頼性をもって電線・ケーブルの劣化度合を適
確に診断することができる。

［実施ＳＪ 以下に、本発明について実施例を参照し詳細に説明する
。

原子力発電所内で使用される多くの低圧電線・ケーブル
の劣化は、電気的特性の低下より機械的特性の低下が先
行する傾向にあり、この種のケーブルの寿命は機械的特
性（伸びあるいは引張強度）で決定する。

一般に、原子力発電所等においては、安全確保のため定
期点検が行なわれており、この際、劣化不安のある電線
・ケーブルは撤去され、上記機械的特性の測定が行なわ
れる。

発明者らは、この撤去された電線・ケーブルを用い、使
用期間に伴う機械的特性の測定を行なうと共に、当該同
じ撤去品の表面から厚さ１００〜２００μｍすなわち活
線状態下にあってその程度の厚さを切り取っても電線・
ケーブルの機能に全く影響かないと考えられる厚さにお
いて絶縁体あるいはシース表面から少量のサンプルを採
取し、Ｘ線マイクロアナライザーあるいはフーリエ変換
赤外線スペクトル分析装置を用いて当該サンプルの酸化
度及び酸化領域の調査をも併せ行なった。

その結果、上記採取サンプルから測定された酸化度の増
大と機械的特性の低下挙動との間には密接な対応関係の
あることを発明者らは見出した。

前述の通り、原子力発電所内に布設されている電線・ケ
ーブルを組成している有機絶縁材料の多くは、放射線・
熱により酸化劣化する。これにより有機絶縁材料の酸化
度が増す、この酸化度の程度を知るために二数布設電線
・ケーブルの最外核部を組成している絶縁体・シースの
表面よりその機能を失わない程度の極ｒ１１量をけずり
取る。Ｘ線マイクロアナライザー分析器あるいはフーリ
エ変換赤外線スペクトル分析器を用い、このｍｉサンプ
ルの酸化度を測定し、稼動時間（布設年月）による絶縁
体あるいはシース材の酸化度の変化を求めるのである。

そして、別途予め実環境布設電線・ケーブルと同じ組成
材料を用い、実環境を模擬し、放射線・熱の同時劣化に
よりおこる機械的特性の低下と電線・ケーブル材料の酸
化度の増大との関係を求めておくのである。

この既知の機械的特性−酸化度の対照表ないしグラフと
前記既布設電線・ケーブルより採取した少量サンプルの
酸化度を対比すれば、高い精度をもって非破壊的に当該
既布設電線・ケーブルの劣化度合及び余寿命を診断判定
することができることになる。

本発明を適用可能な有機絶縁材料としては、絶縁体とし
てエチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、ポリ塩化ビニ
ル、エチレンビニルアセテート、エチレンエチルアクリ
レート、ポリエチレン、架橋ポリエチレンなどを挙げる
ことができ、シース材としては、クロロスルホン化ポリ
エチレン、ポリ塩化ビニル、クロロプレンゴム、塩素化
ポリエチレン、熱可塑性エラストマ等を挙げることがで
きる。

実施例１ 以下に、原子力発電所用電線・ケーブルの絶縁体の代表
例として架橋ポリエチレンを使用した場合について例示
説明する。

導体上に絶縁材料としてポリエチレンを押出被覆した後
、釦被缶加硫し電線試料を作製した。

これら試料を実環境を模擬し、５０℃に設定した恒温槽
中に入れ、酸素雰囲気中 ｌＸ１０５Ｒ／ｈの線量率でγ線頭射劣化させた。

−電線量照射後、試料を４本つつ取出し、それぞれ下記
の測定をした。

試料のＲ械的朽性は、導体をぬき取り、絶縁体をダンベ
ル状に打抜き、２００＋ｓＩＩ／ｌ１ｉｎの引張遠度で
測定した。試料表面部より採取した絶縁材のＸ線マイク
ロアナライザー（以下ＸＭＡという）測定は、日立微小
部走査Ｘ線分析装置Ｘ−６５０を用い線分析法により行
なった。

この場合の試料の調整については、前述した微小厚さ（
１００〜２００μｍ）に２■程度削り切ったｗｉ量サン
プルをアルコール性の水酸化カリウム溶液に一夜浸漬し
、その後７０℃にて３分間加熱し、蒸溜水にて洗浄ｔ＆
減圧乾燥し、表面に金蒸着を行なってＸＭＡ用試料とし
た。

このように水酸化カリウム溶液に浸漬したのは、有機絶
縁材料中に酸化によって形成されたカルボニル基をこの
処理により 〜Ｃ００Ｈ−ｔ４０に−ＣＯＯＫ＋ＲＯＨなる反応を生
じさせ、この反応後のに元素濃度を測定することにより
間接的に酸化度合を測定しようとするものである、０元
素濃度を直接ＸＭＡで測定しようとしてもバッググラウ
ンドの強度が大きく精度の高い検出は不可能である。

第１図は、γ線量９（量と酸化度の関係をプロットした
線図である。ここにＣｋＯｒとはＣｋｏｒｉｇｉｎａず
なわちγ線照射前の単位厚さ当りのに元素の特性Ｘ線強
度すなわちに元素濃度を示し、Ｃｋとはγ線を所定積算
線量照射した後のに元素の特性Ｘ線強度すなわちに元素
濃度を示すものである。

第１図から、積算線量が増加するにつれ、酸化度も増加
する様子がよくわかる。

第２図は、試料の積算線量と引張特性特に伸びの変化の
関係をプロットした線図である。積算線量の増加にイ゛
１ミい劣化が進行し伸びが頴著に低下する様子がよくわ
かる。

第３図は、上記第１図に示したＸＭＡによる酸化度の測
定結果と第２図に示した伸びの低下状況とを一つの図に
まとめて示したものである。第３図から、ＸＭＡによる
酸化度測定結果とそのときの伸びの低下挙動との間には
密接な相関関係の存在することを歴然と知ることができ
るであろう。

従って、電線・ケーブルの微小表面より採取したサンプ
ルを用いてＸＭＡによりその酸化度を求めれば、その電
線・ケーブルの寿命を決定する伸びの低下度を非破壊的
に知ることが可能となる。

故に、ＸＭＡ測定により酸化度を求めるだけで、放射線
及び熱劣化による伸びの低下挙動を精度よく判定するこ
とができ、それによって既布設電線・ケーブルの劣化度
診断及び余寿命を予測することが可能となるのである。

実施例２ 実施例１と全く同じ条件によって作製した試料について
、同条件でγ線照射劣化させ、−電線量照射後試料を４
木づつ取出し、フーリエ変換赤外線スペクトル（以下Ｆ
’［’−ＩＲという）及びＩ！械的特性の測定を行なっ
た。

試料表面部より微量採取した絶縁材料のＦＴ−ＩＲ測測
定、日本バイオ・ラットラボラトリーズ（株）製ＤＩＧ
ＩＬＡＢ　　ＦＴＳ−８０によりＫＲＳ−５結晶を用い
て、全反射法で行なった。なお、酸化度は以下に述べる
方法により求めた。

試料の酸化に伴い、１７００ｃｚ−’付近のカルボニル
基（：Ｃ＝Ｏ）の吸収は強くなり、一方、２８００〜３
０００ａｏ“重付近のエチレン基（−ＣＨ２−）の吸収
は弱まる。ここでランベルｌ−ベールの関係式を導入し
、エチレン基の吸光度（Ａ　　　＞に対するカルボニル
基の吸光度−ＣＩ＋　２− （Ａ　　）の相対ｆｉｆｉ　（Ａ、：。＝。／Ａ−ｏ、
、２）をもって：Ｃ−０ 酸化度とした。

第４図に積算線量と酸化度の関係を、そして第５図に同
じく積算線量と伸びの低下の関係をそれぞれ示した。ま
た、第６図に上記第４および５図の結果を一つの図中に
表した。

これら第４〜６図と前記実施例１の第１〜３図と対比す
れば明白なように両者はいずれも同じ傾向及び挙動を示
していることがわかる。

従って、ＸＭＡによる測定の代りに、 ＦＴ−ＩＲＪＩ定を行なっても、放肘線及び熱劣化によ
る伸びの低下挙動を精度よく判定することができ、それ
によって既布設電線・ケーブルの劣化診断及び余寿命を
予測することが可能となることがわかる。

上記実施例は、本発明の効果を単に説明するものであり
、適用範囲を限定するものではない０本発１すｊに係る
方法は、有機材料では必ず生じるといっても過言でない
放射線・熱による酸化劣化現象を非破壊的に判定診断し
得るものであり、実施例で示した架橋ポリエチレン以外
の他の多くの有機絶縁材料にも一般に広く適用できるも
のであることは勿論である。

そして、それは単に低圧用電線・ケーブルばかりでなく
高圧用の電線・ケーブルにも適用することができるもの
であることもいうまでもない。

［発明の効果］ 以上詳記した通り、本発明に係る方法をもってすれば、
原子力発電所等に布設されている比較的低圧用の電線・
ケーブルの絶縁劣化状況を非破壊的に高い精度をもって
判定できるものであり、それによって既布設電線・ケー
ブルの劣化診断及び余スを命を予測することが可能とな
るものであって、その産業上にお！フる価値は極めて高
ということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は積算線量とＸＭＡによる酸化度測定結果を示す
線図、第２図は積算線量と伸び低下の関係を示す線図、
第３図は第１及び２図の結果を−・つにまとめ対比させ
た線図、第４図はＦＴ−Ｉ　Ｒ測定による酸化度と積算
線量の関係を示す線図、第５図は積算線量と伸び低下の
関係を示す線図、第６図は第４および５図の結果を一つ
にまとめ対比させた線図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）実布設されている電線・ケーブルの絶縁体あるい
   はシース材から少量の有機絶縁材料をサンプルとして採
   取し、当該サンプルにおける所定の元素濃度をＸ線マイ
   クロアナライザーにより分析し、その元素の濃度から酸
   化度の程度を検知する電線・ケーブルの劣化診断方法。
2. （２）分析の対象とする元素が有機絶縁材料中に酸化に
   よって形成されたカルボニル基にカリウムを反応させた
   に元素である請求項１記載の劣化診断方法。
3. （３）実布設されている電線・ケーブルの絶縁体あるい
   はシース材から少量の有機絶縁材料をサンプルとして採
   取し、当該サンプルのフーリエ変換赤外線スペクトル分
   析を行なって酸化により吸光度の大きくなる基と反対に
   小さくなる基の比を求め、酸化度の程度を検知する電線
   ・ケーブルの劣化診断方法。