JPH10115601A - 電線ケーブルのその場劣化診断方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電線ケーブル、特に低圧ケーブルに対して有
効なケーブル劣化のその場診断方法、およびこれを行う
ための劣化診断装置。 【解決手段】 電線ケーブルの被覆材に光を照射して、
被覆材中を伝わる弾性体の振動（弾性波）をセンサーに
よって検知し、この検出した結果を解析することによっ
てケーブルの劣化状態をその場で診断する方法及び装置

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電線ケーブル（以
下、ケーブルという）、特に低電圧ケーブルに対して有
効なケーブル劣化のその場診断方法、およびこれを行う
ための劣化診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ケーブルの中でも特に電力用のケーブル
に対しては、絶縁破壊事故などを未然に防止するための
劣化診断が行われている場合がある。ケーブルの劣化診
断においては、高圧ケーブルでは電圧が高いことを利用
して、漏れ電流を測定する電気的な方法を用いてケーブ
ルの劣化状態を精度よく診断することが既に行われてい
る。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】低圧ケーブルは、電
圧が低いので、高圧ケーブルと同じように漏れ電流を計
測することからケーブルの劣化を判断することはできな
い。そこで、低圧ケーブルの劣化診断方法においては、
物理的方法として、例えば、表面硬度、光音響法、ねじ
りのトルクなど、化学的方法として、例えば、熱重量分
析など、また、電気的方法として、例えば、誘電正接、
電位減衰法などの多数の方法が提案されている。

【０００４】しかし、このような方法は、材料を破壊す
る方法であったり、実際に、ケーブルの付設してある現
場で使用できない方法であるなど、ケーブルのその場劣
化診断として未だ方法が確立されていないのが現状であ
る。

【０００５】例えば、表面硬度法は、ケーブルに針を立
てて力を加えたときの応力を劣化の尺度とする方法であ
り、ケーブル被覆材の劣化による硬化を基にした検出方
法である。しかし、この方法は測定者の違いなどによっ
て測定値がばらつき、劣化評価の精度が低く、また、ケ
ーブルの劣化が進行している場合には、測定行為によっ
てケーブル被覆材におけるクラックの発生の原因にもな
る可能性がある。

【０００６】また、光音響法は周期的な断続光をケーブ
ル被覆材にあて、被覆材が光を吸収して局所的に熱せら
れ、この熱が被覆材から周囲の気体に伝えられることに
よって、気体に粗密波、すなわち、音波が生じる。これ
を高感度マイクロホンによって検知する万法である。し
かし、この方法は材料の劣化の程度によって、材料から
周囲の気体への熱の伝達速度や伝達量に違いが存在する
必要がある。ところが、高分子材料ではこの違いがきわ
めて少ないので、光音響法で高分子材料の劣化を検出す
ることはできない。ただし、この方法でも、劣化に関係
する特定波長の光を照射して材料に吸収させた場合は材
料の劣化検出が可能である。しかし、この波長は紫外光
や遠赤外の一波長であり、光源が大型となり、その場測
定装置とするには困難である。

【０００７】更にまた、熱重量法は劣化によるケーブル
被覆材の重量変化を劣化の尺度とする方法である。例え
ば、被覆材の一つであるポリ塩化ピニル樹脂は劣化によ
り分子量の低下や脱塩化水素による分子構造の変化が起
き、可塑剤も揮散するため、重量が減少する。この重量
減少を測定して劣化を診断する。しかし、この方法はあ
る程度の精度で劣化を診断するには、対象材料がポリ塩
化ビニルに限定されること、および測定試料を得るため
に材料を少量削り取る必要があり、破壊的な方法である
などの欠点がある。

【０００８】そこで、本発明は、ケーブル全般、特に低
圧ケーブルの好ましい、新たな劣化診断方法を提供し、
また、その劣化診断方法の実施に好適に用いることので
きるその場劣化診断装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らはケーブルに
用いられる高分子材料の劣化を、光を照射して発生する
材料中の弾性波の変化に着目し、これと材料の機械的な
劣化との間に定量的な関係のあることを初めて見いだ
し、本発明を完成させた。

【００１０】即ち、本発明のケーブルの劣化診断方法お
よび装置は、以下の特徴を有するものである。

【００１１】（１） 付設ケーブルの被覆材に光を照射
して、被覆材中を伝わる弾性体の振動（弾性波）をセン
サーによって検知し、この検出した結果を解析すること
によってケーブルの劣化状態をその場で診断することを
特徴とするケーブルの劣化診断方法である。

【００１２】（２） 被覆材が高分子材料である上記
（１）記載のケーブルの劣化診断方法である。

【００１３】（３） 光の照射は単発パルス光、または
所定の周期を待った断続光とし、光の波長は紫外光、可
視光、近赤外光、、赤外光、遠赤外光の中の特定波長の
光、または、幅広い波長のスペクトルをもった光である
上記（１）記載のケーブルの劣化診断方法である。ただ
し、断続光の周期や強度は調べるケーブルの被覆材の熱
伝導率や硬さに依存する。すなわち、センサーに弾性波
として検知される周期や強度とする。

【００１４】（４） センサーは、高分子材料の弾性波
を検出できるもので、超音波センサー、多結晶セラミッ
クセンサーなどである上記（１）記載のケーブルの劣化
診断方法である。

【００１５】（５） 弾性波を検出する特徴として、弾
性波の材料劣化による波形（振幅、波長、波の形）の変
化、弾性波の材料劣化による伝播速度の変化、弾性波の
材料劣化による反射波の変化を用いる上記（１）記載の
ケーブルの劣化診断方法である。

【００１６】（６） 検出した特徴の変化の結果を１
回、または、多数回積算する上記（１）または（５）記
載のケーブルの劣化診断方法である。また、本発明のケ
ーブルの劣化診断装置は以下の特徴を有するものであ
る。

【００１７】（７）光源を有し、ケーブル被覆材に単
発、または断続的な光を照射し得る照射装置、ケーブル
被覆材中の弾性彼を検出するセンサーおよび波形を増
幅、整形する検出装置、並びに検出した測定データを積
算したり、解析したりする解析装置を有する上記（１）
〜（６）までの特徴をもつケーブルのその場劣化診断装
置である。

【００１８】本発明でいう「ケーブル」は、電力用、配
電用、通信用などの用途をを問わない絶縁電線類の総称
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の劣化診断方法の
実施形態の一例を示す図である。本発明の劣化診断方法
は、ケーブル１の被覆材ａに単発、または断続的な光２
を照射して、被覆材中に弾性波３を生ぜしめ、この波を
センサー４で検知する。この波が被覆材の劣化の状態に
ともなって変化することから、被覆材の状態を知り、ケ
ーブルの劣化の診断を行うものである。５は光源であ
り、断続光の場合はその周期を制御する機能を有するも
のである。６は波形の増幅、整形などの検出装置、７は
解析装置である。

【００２０】材料に吸収される直径数ｍｍφの細い光を
短い周期で断続的に材料に照射すると、光の照射された
部分が局所的に熱せられたり、放熱したりするので、こ
こが膨張と収縮を繰り返す。これが弾性波となって材料
中を横波や縦波となって伝播する。これをセンサーで検
出・解析し、材料の状態を知るのが本方法の原理であ
る。本発明ではケーブルの被覆材の劣化状態の診断にこ
の方法を適用する。

【００２１】特に、ケーブルの被覆材が高分子材料であ
る場合は、被覆材の劣化に伴う弾性波の特性の変化は明
瞭であり、本発明の劣化診断法が最も有用となる診断の
対象である。以下、ケーブルの被覆材が高分子材料から
なるものを診断の対象とする場合について説明する。

【００２２】本発明によるケーブルの劣化診断方法は、
診断すべき被覆材の劣化の進行にしたがって被覆材の硬
度や酸化度が変化したり、また、被覆材表面に微小なひ
び割れが発生することに着目して判定する方法である。
これらの変化は光照射によって発生した被覆材表面や内
部を伝わる横波や縦波の弾性波の波形（振幅、波長、波
の形）、伝播速度、反射波に変化を生じる。これをセン
サーによって検出し、解析してケーブルの劣化状態を診
断する。

【００２３】ケーブル被覆材は通常黒色であり、このこ
とから使用される光は、紫外光、可視光、近赤外光、赤
外光、遠赤外光の中の特定波長の光、または、幅広い波
長のスペクトルをもった光でよい。従って、光源は、一
般的なハロゲンランブのような光源や、レーザーや発光
ダイオードのような特定波長の光を放出するものでもよ
い。

【００２４】光の照射は単発パルス光、または所定の周
期を待った断続光とし、断続光の周期や強度は調べるケ
ーブルの被覆材の熱伝導率や硬さに依存する。すなわ
ち、センサーに弾性波として検出される周期や強度のも
のとする。

【００２５】ケーブルの劣化は、劣化前の被覆材の弾性
波の初期特性（初期値）と比較することなどによって診
断できる。初期値の取り方は特に限定されないが、ケー
ブルの付設前の劣化していない状態で予め測定しておく
方法や、ケーブル被覆材と同じ材料のシート状試料を作
製し、それを測定するなどの方法があげられる。また、
ケーブル被覆材内部の絶縁材の劣化は、予め促進劣化法
を用いてケーブル被覆材と絶縁材の劣化関係を求めてお
けば、被覆材の劣化を知ることによって絶縁材の劣化を
知ることができる。

【００２６】センサーは高分子材料の弾性波を検出でき
るもので、超音波センサー、多結晶セラミックセンサー
などを用いる。得られた波形は波形増幅器や波形整形器
を通して解析しやすいものとする。また、波形が小さい
場合には、検出した特性データを多数回積算して、特徴
の変化を明瞭にして解析する。ケーブルの劣化は特に放
射線や熱、光の存在下で進行する。本発明の診断方法は
原子力発電所、火力発電所、屋外などで使用されるケー
ブルの劣化状態を非破壊で診断するのに特に有用であ
る。

【００２７】ケーブル被覆材の弾性波特性の一例を図２
に示す。これはポリ塩化ビニルに単発の光を照射したと
きの弾性波信号を未劣化試料と劣化した試料とで比較し
たものである。劣化した試料の方において、はるかに大
きな弾性波信号を捕らえることができる。また、劣化し
た試料の方が弾性彼の伝播速度が早い。これは劣化によ
りポリ塩化ビニルが硬化したためである。

【００２８】本発明のケーブルの劣化診断法の実施に好
ましい装置について説明する。図３に示すように、本発
明による劣化診断装置は、図３（Ａ）のように、光を照
射する光源５とセンサー（ブリアンブを含む）４を一体
にしたものを、これとは別の波形の増幅、整形をする検
出装置６、解析装置７、および光源の電源８を一体にし
たものと結んで構成される。あるいは、図３（Ｂ）のよ
うに、光源５を波形の増幅、整形をする検出装置６、解
析装置７、および光源電源８と一体にし、光を光ファイ
バで導き、光ファイバの先端部とセンサー４を一体にし
て、付設してあるケーブルを測定し易いようにした構造
のものがある。

【００２９】また、図３（Ａ）および（Ｂ）に示される
劣化診断装置において、光源からの光をケーブルに照射
し、そこで発生した弾性波の伝播速度の変化を求めるた
めに、光源５と検出装置６にトリガーを設置して光源と
検出装置にシグナルを同時に付与することにより、発生
した弾性波の伝播速度を正確に求めることができる。

【００３０】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。

【００３１】

【実施例１】この実施例では図３（Ａ）の構成によっ
て、低圧ケーブルの劣化診断を行った。光源として波長
１０６４ｎｍ、出力１００ｍＪのレーザー光を用い、セ
ンサーとして多結晶セラミック系センサーを用いた。セ
ンサーの信号を増幅器を通した後、ストレージ型オッシ
ロスコープで波形を記録した。

【００３２】試料としてはケーブル被覆材として通常使
用されるポリ塩化ビニル樹脂を１２３℃、２００時間の
促進熱劣化したものを用いた。未劣化試料の伸びは２４
７％、劣化試料の伸びは１１０％であった。各試料に単
発の光を照射した後の弾性波の波形を図４に示す。ま
た、ポリ塩化ビニルの伸びの低下と弾性波の波形の高さ
との関係を図５に示す。この関係から、この被覆材の劣
化を診断できることが分かる。

【００３３】

【実施例２】実施例１と同じ構成で、これにトリガーを
付けて光源とオッシロスコーブに同時に信号を与えて、
弾性波の速度を測定した。試料は上記と同じポリ塩化ビ
ニル樹脂でこれを放射線と熱で劣化させた。γ（ガン
マ）線６ｋＧｙ、温度１３２℃、１７０時間の促進劣化
で伸びは７０％であった。このときの弾性波の伝わる速
さを表１に示す。この速さは劣化試料の方が大きく、こ
の値から被覆材の劣化が診断できる。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【比較例】光音響法測定装置（エス・テイ・ジャパン
製、ＭＴＥＣモデル３００型）を用いて、実施例１の劣
化試料の音響波形を測定した。センサーとして高感度マ
イクロフォンを用い、測定セル中は空気とし、試料に伝
わった熱が空気に伝わって音響信号となったものを捉え
た。光源として実施例１と同じ光源を用いたが、出力を
２０ｍＷほどとし単発光および断続光とした。試料とし
て未劣化試料と劣化試料（伸び１１０％）を測定した
が、図６に示すように音響波形はまったく同じで変化が
ない。これは未劣化試料と劣化試料とで空気に伝えられ
る熱はほとんど同じであることを示す。従って、このよ
うな光音響法ではケーブルの劣化診断を行うことが出来
ないことが分かる。

【００３６】

【発明の効果】本発明による劣化診断法は、ケーブルの
劣化の状態を非破壊で診断でき、ケーブルの保守・点検
に有用である。本発明による劣化診断法は、全てのケー
ブルに対して適用可能である。２ｋＶ以下のケーブルに
好適に用いられ、特に、特定の診断方法が確立していな
い６００Ｖ以下の低圧ケーブルに有用な診断方法とな
る。また、原子力発電所など放射線環境下に置かれるケ
ーブルや、高温の環境下におかれるケーブル、あるい
は、火力発電所などで使用されるケーブルの劣化診断に
は有用となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の劣化診断の実施形態の一例を示す模
式図である。

【図２】 ケーブル被覆材の弾性波信号を未劣化試料と
劣化試料とで比較して示した図である。

【図３】 本発明に係わる劣化診断装置を示す図であ
る。

【図４】 ポリ塩化ビニルの未劣化試料および劣化試料
における光一弾性波信号波形の違いを示す図である。

【図５】 劣化によるポリ塩化ビニルの弾性液の波高と
伸びの関係を示す図である。

【図６】 ポリ塩化ビニルの未劣化試料および劣化試料
における光一音響法による音響波形を示す図である。

【符号の説明】

１：ケーブル、２：光、３：弾性波、４：センサー、
５：光源、６：検出装置、７：解析装置、８：光源電
源。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電線ケーブルの被覆材に光を照射して、
   被覆材中を伝わる弾性体の振動（弾性波）をセンサーに
   よって検知し、この検出した結果を解析することによっ
   てケーブルの劣化状態をその場で診断することを特徴と
   するケーブルの劣化診断方法。
2. 【請求項２】 被覆材が高分子材料である請求項１記載
   のケーブルの劣化診断方法。
3. 【請求項３】 照射光は、単発パルス光、もしくは所定
   の周期を持った断続光であって、その波長が紫外光、可
   視光、近赤外光、赤外光、遠赤外光の中の特定波長のも
   のであるか、または幅広い波長のスペクトルをもった光
   であることを特徴とする請求項１記載のケーブルの劣化
   診断方法。
4. 【請求項４】 断続光の周期や強度が、調べるケーブル
   の被覆材の熱伝導率や硬さに依存するものであって、セ
   ンサーに弾性彼として検知される周期や強度のものであ
   ることを特徴とする請求項３に記載のケーブルの劣化診
   断方法。
5. 【請求項５】 センサーが、高分子材料の弾性波を検出
   できる超音波センサー、多結晶セラミックセンサーなど
   である請求項１記載のケーブルの劣化診断方法。
6. 【請求項６】 弾性波の検出が、弾性波の材料劣化によ
   る波形（振幅、波長、波の形）の変化、弾性波の材料劣
   化による伝播速度の変化、弾性波の材料劣化による反射
   波の変化に基づくことを特徴とする請求項１記載のケー
   ブルの劣化診断方法。
7. 【請求項７】 前記検出した変化の結果を１回、また
   は、多数回積算することを特徴とする請求項１に記載の
   ケーブルの劣化診断方法。
8. 【請求項８】 光源、ケーブル被覆材に単発または断続
   的な光を照射する照射装置、ケーブル被覆材中の弾性波
   を検出するセンサー、波形を増幅、整形する検出装置、
   および検出した測定データを積算したり、解析したりす
   る解析装置を備えたケーブルの劣化診断装置。