JP2023039678A

JP2023039678A - 高圧ケーブルの劣化診断方法および装置

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Publication number: JP2023039678A
Application number: JP2021146915A
Authority: JP
Inventors: 哲史中曽; Tetsushi Nakaso
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-09-09
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2041-09-09
Also published as: JP7552539B2

Abstract

【課題】高圧ケーブルについて劣化度合いだけでなく劣化の種類や箇所まで特定することにある。【解決手段】経年劣化した高圧ケーブルを敷設状態のまま劣化診断する際に、高圧ケーブルの導体の両端を電力系統から離線させて、高圧ケーブルに対し誘電正接診断装置と部分放電診断装置とを切り替え接続可能にし、高圧ケーブルに接続した誘電正接診断装置で求めた誘電正接から劣化の度合いを判定し、判定した劣化の度合いが所定以上の場合には、誘電正接診断装置から切り替えて高圧ケーブルに接続した部分放電診断装置で部分放電診断を行い、部分放電診断で部分放電が検出されない場合はケーブル全体の劣化と判定し、部分放電診断で部分放電が検出された場合はその部分放電診断で特定した部分放電箇所での劣化と判定する高圧ケーブルの劣化診断方法である。【選択図】図２

Description

本発明は、高圧ケーブルの絶縁劣化によって生じる電気事故を未然に防止するための劣化診断方法およびその方法に用いられる劣化診断装置に関するものである。

製鉄所では設置から３０乃至４０年が経過した高圧ケーブルが多く存在し、それらは今なお使用されている。高圧ケーブルは埋設、カルバート（暗渠）、架空といった敷設状態によっても劣化の度合いや劣化の仕方が大きく異なる。高圧ケーブルの絶縁が劣化して地絡や短絡事故が生じると、生産影響のみならず火災の原因にもなるため、劣化の進行度合いや劣化箇所を把握することは重要である。

高圧ケーブルの絶縁劣化の原因には、ケーブルジョイント部の施工不良による絶縁不良劣化の他、ＣＶケーブル（架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブル）であれば絶縁層の水トリー劣化、ＯＦケーブル（油入りケーブル）であれば絶縁紙劣化などがある。

特許文献１には、誘電正接（ｔａｎδ）法を用いて電力ケーブルの劣化の進行度合いを判定する診断装置および診断方法が示されている。誘電正接（ｔａｎδ）とは、理想コンデンサＣに流れる電流をＩｃ、理想コンデンサと並列の寄生抵抗Ｒｐに流れる電流(エネルギー損失)をＩｒとした場合に、ｔａｎδ＝Ｉｒ／Ｉｃ＝１／ωＣＲｐで定義される数値である。この診断装置では、導体の両端がそれぞれ他のケーブルと分離装置とを介して電力系統に接続されかつシースが接地された敷設状態の電力ケーブルの、導体の両端を分離装置で電力系統から電気的に切り離し、導体の一端が接続された分離装置とシースとの間の誘電正接を通常の測定器で測定した後、他のケーブルと分離装置の成分を考慮してその測定値を補正することで、電力ケーブルのみの誘電正接を求め、その誘電正接から劣化診断を行っている。

また特許文献２には、部分放電診断法を用いて電力ケーブルの部分放電を測定し、部分放電の発生箇所を標定する標定システムおよび標定方法が示されている。この標定システムでは、導体の両端がそれぞれ電力系統に接続されたＣＶケーブルの長手方向に離間した少なくとも二か所にそれぞれ一対の電極板を巻き付け、電力系統からの通電によってＣＶケーブルの特定箇所に発生してＣＶケーブルを伝搬した高周波の部分放電信号を各対の電極板で検出し、それらの部分放電信号の検出時間差と、あらかじめ求めた部分放電信号の伝搬速度とから、部分放電の発生箇所を標定している。

特開２０１７－１２２７３８号公報特開２０１４－０３５２４３号公報

しかしながら誘電正接（ｔａｎδ）の測定では、ケーブルの劣化度合いは判定できても、水トリー劣化なのかジョイント部の劣化なのかといった劣化の種類や、劣化の箇所までは特定できない。一方、部分放電信号の検出では、ケーブルの劣化の箇所は特定できても、水トリー劣化のような部分放電が生じない劣化に対しては劣化の度合いや種類の特定ができない。

それゆえ本発明の課題は、ケーブルの劣化度合いだけでなく、劣化の種類や箇所まで特定できる高圧ケーブルの劣化診断方法およびその方法に用いられる劣化診断装置を提供することにある。

上記課題を有利に解決することを目的とした本発明の高圧ケーブルの劣化診断方法は、
経年劣化した高圧ケーブルを敷設状態のまま劣化診断するに際し、
前記高圧ケーブルの導体の両端を電力系統から離線させて、前記高圧ケーブルに対し誘電正接（ｔａｎδ）診断装置と部分放電診断装置とを切り替え接続可能にし、
前記高圧ケーブルに接続した前記誘電正接診断装置で求めた誘電正接から劣化の度合いを判定し、
前記判定した劣化の度合いが所定以上の場合には、前記誘電正接診断装置から切り替えて前記高圧ケーブルに接続した前記部分放電診断装置で部分放電診断を行い、
前記部分放電診断で部分放電が検出されない場合は水トリー劣化や絶縁紙劣化等のケーブル全体の劣化と判定し、
前記部分放電診断で部分放電が検出された場合はその部分放電診断で特定した部分放電箇所での絶縁不良や絶縁破壊等の劣化と判定することを特徴とする。

また、本発明の高圧ケーブルの劣化診断装置は、
経年劣化した高圧ケーブルを敷設状態のまま劣化診断する上記高圧ケーブルの劣化診断方法に用いられる装置であって、
導体の両端を電力系統から離線された前記高圧ケーブルに切り替え接続可能に、誘電正接（ｔａｎδ）診断装置と部分放電診断装置とを具えることを特徴とする。

本発明の高圧ケーブルの劣化診断方法によれば、経年劣化した高圧ケーブルを敷設状態のまま劣化診断するに際し、高圧ケーブルの導体の両端を電力系統から離線させて、その高圧ケーブルに対し誘電正接（ｔａｎδ）診断装置と部分放電診断装置とを切り替え接続可能にし、先ず、高圧ケーブルに接続した誘電正接診断装置で求めた誘電正接から劣化の度合いを判定し、その判定した劣化の度合いが所定以上の場合には、次に、誘電正接診断装置から切り替えて高圧ケーブルに接続した部分放電診断装置で部分放電診断を行い、その部分放電診断で部分放電が検出されない場合は水トリー劣化や絶縁紙劣化等のケーブル全体の劣化と判定し、部分放電診断で部分放電が検出された場合はその部分放電診断で特定した部分放電箇所での絶縁不良や絶縁破壊等の劣化と判定するので、高圧ケーブルの劣化度合いだけでなく、劣化の種類や箇所まで特定することができ、これにより高圧ケーブルの更新判定ができるので、高圧ケーブルの劣化に起因する電気事故の防止を図ることができる。また、劣化箇所を特定できるので、高圧ケーブルの更新範囲を限定的にして更新費用の低減を図ることができる。

そして、上記高圧ケーブルの劣化診断方法に使用される本発明の高圧ケーブルの劣化診断装置によれば、導体の両端を電力系統から離線された前記高圧ケーブルに切り替え接続可能に、誘電正接（ｔａｎδ）診断装置と部分放電診断装置とを具えるので、上記高圧ケーブルの劣化診断方法を実施し得て、高圧ケーブルの劣化度合いだけでなく、劣化の種類や箇所まで特定することができ、これにより高圧ケーブルの更新判定ができるので、高圧ケーブルの劣化に起因する電気事故の防止を図ることができる。また、劣化箇所を特定できるので、高圧ケーブルの更新範囲を限定的にして更新費用の低減を図ることができる。

なお、本発明の高圧ケーブルの劣化診断装置においては、前記誘電正接診断装置で求めた誘電正接からの劣化の度合いの判定と、前記部分放電診断装置での部分放電の検出の有無および検出箇所からの劣化の種類の判定と、のうち少なくとも一方を行う判定装置を具えていてもよい。このようにすれば、劣化の度合いの判定と劣化の種類の判定との少なくとも一方を自動的かつ客観的に行うことができ、それにより高圧ケーブルの維持管理を合理的に行うことができるので好ましい。

また、本発明の高圧ケーブルの劣化診断装置においては、前記誘電正接（ｔａｎδ）診断装置と前記部分放電診断装置とを、導体の両端を電力系統から離線された前記高圧ケーブルに切り替え接続する切り替え接続装置を具えていてもよい。このようにすれば、誘電正接（ｔａｎδ）診断装置と部分放電診断装置との切り替え接続を切り替え接続装置で簡易かつ迅速に行うことができるので好ましい。

本発明の一実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法に用いる本発明の一実施形態の高圧ケーブルの劣化診断装置の構成を示すブロック線図である。上記実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法における診断手順を示すフローチャートである。上記実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法における誘電正接（ｔａｎδ）診断の結果を例示するグラフである。上記実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法における部分放電診断のための減衰振動電圧を例示するグラフである。上記実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法における部分放電診断の結果を例示するグラフである。

以下、本発明の実施形態につき、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、本発明の一実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法に用いる本発明の一実施形態の高圧ケーブルの劣化診断装置の構成を示すブロック線図である。

この実施形態の高圧ケーブルの劣化診断装置は、図１に示すように、診断対象の経年劣化した高圧ケーブル１の導体の両端に設けられたケーブルヘッド１ａを電力系統の図示しない高圧配電盤から離線させて、その高圧ケーブル１を埋設、カルバート（暗渠）、架空といった敷設状態のまま劣化診断するためのものであって、誘電正接（ｔａｎδ）診断装置としてのｔａｎδ診断ユニット２と、部分放電診断装置としての部分放電診断ユニット３と、高圧ケーブル１の導体の一端のケーブルヘッド１ａおよびその導体の周囲のシースの一端を接地させるシース接地線１ｂに着脱可能に装着されるプローブ４と、そのプローブ４を介してケーブルヘッド１ａとシース接地線１ｂとをそれぞれｔａｎδ診断ユニット２と部分放電診断ユニット３とに電気回路で切り替え接続する切り替え接続装置５と、を具えている。

加えて、この実施形態の高圧ケーブルの劣化診断装置は、あらかじめ与えられたプログラムに基づいて作動する通常のコンピュータで構成された、判定装置としての主診断装置６を具えている。なお、高圧ケーブル１は途中にケーブルジョイント１ｃを有しており、また、ｔａｎδ診断ユニット２と部分放電診断ユニット３と切り替え接続装置５とはそれぞれ、回路の要接地部分を接地させる接地線を有している。

ｔａｎδ診断ユニット２は、例えば特許文献１の図２に記載されているような既知の構成を具えており、電力ケーブル１の導体の一端のケーブルヘッド１ａとシース接地線１ｂとの間に交流電圧を印加して誘電正接（ｔａｎδ）を通常の方法で測定した後、その測定した誘電正接から劣化診断を行う。なお、ここではケーブルヘッド１ａを高圧配電盤から離線させているので、測定した誘電正接の他のケーブル等に関する補正は行わなくてもよい。

部分放電診断ユニット３は、例えば特許文献２に従来技術として記載された特開平０５－０４５４０５号公報の図４に記載されているような既知の構成を具えており、高圧ケーブル１の例えば複数本の導体の各々の一端のケーブルヘッド１ａとシース接地線１ｂとの間に減衰振動する試験電圧を印加してその試験電圧による部分放電のパルス信号の発生を監視し、部分放電によるパルス信号の有無および、そのパルス信号の直接波と高圧ケーブル１の導体の他端等からの反射波との時間差から発生箇所を標定し、劣化診断を行う。

そして主診断装置６は、制御ケーブル７を介して切り替え接続装置５に切り替え信号を送って高圧ケーブル１のケーブルヘッド１ａとシース接地線１ｂとをそれぞれｔａｎδ診断ユニット２と部分放電診断ユニット３とに切り替え接続するとともに、ｔａｎδ診断ユニット２と部分放電診断ユニット３とに高圧ケーブル１の劣化診断を実施させ、通信ケーブル８を介してその診断結果を収集して高圧ケーブル１の更新箇所の判断を行い、その判断結果を画面表示等で出力する。

上記実施形態の実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法は、上記実施形態の高圧ケーブルの劣化診断装置を使用して、図２にフローチャートで示す診断手順で高圧ケーブル１の劣化診断を行う。

即ち主診断装置６は、切り替え接続装置５に切り替え信号を送って、先ず高圧ケーブル１のケーブルヘッド１ａとシース接地線１ｂとをそれぞれｔａｎδ診断ユニット２に接続し、ステップＳ１で、通信ケーブル８を介してｔａｎδ診断ユニット２に命令を送ってｔａｎδ診断を行わせる。このｔａｎδ診断でｔａｎδ診断ユニット２は、高圧ケーブル１のケーブル定格電圧をＵ_０とした場合の０．５Ｕ_０，１．０Ｕ_０，１．５Ｕ_０の３段階の交流電圧を試験電圧として印加してｔａｎδ（誘電正接）を測定する。そして測定したｔａｎδの値を、通信ケーブル８を介して主診断装置６に送る。主診断装置６はそのｔａｎδの値から、次のステップＳ２で、以下の表１に示すＩＥＥＥで定められたｔａｎδ診断判定基準により、高圧ケーブル１の劣化度合いが「良」か否かを判定する。

ステップＳ２での判定の結果が「良」判定の場合には、診断した高圧ケーブル１の劣化による異常は認められないため、主診断装置６は、高圧ケーブル１に対する措置は特に行わず、ステップＳ３に進んで、定期的にｔａｎδ診断を実施して経過観察をすることとし、ステップＳ１に戻る。

その一方、ステップＳ２での判定の結果が「良」判定でない場合には、主診断装置６は、次にステップＳ４で、高圧ケーブル１の劣化度合いが「要注意」か否かを判定する。例えば図３に例示する測定結果では概ね、０．５Ｕ_０でのｔａｎδ＝８×１０^－３，１．０Ｕ_０でのｔａｎδ＝１３×１０^－３，１．５Ｕ_０でのｔａｎδ＝１８×１０^－３となり、これを表１の判定基準に当てはめると、Δｔａｎδ＝１０かつ、１．０Ｕ_０での平均値１３となるので、判定の結果は「要注意」となる。

ステップＳ４での判定の結果が「要注意」判定の場合には、高圧ケーブル１の絶縁劣化が進行してきているが、すぐに絶縁破壊を起こすまではいかない状態と考えられるので、主診断装置６は、ステップＳ５に進んで、良判定の場合よりもｔａｎδ診断の頻度を増やして経過観察をすることとし、ステップＳ１に戻る。

その一方、ステップＳ４での判定の結果が「要注意」判定でない場合には、主診断装置６は、次にステップＳ６で、高圧ケーブル１の劣化度合いが「重劣化」か否かを判定する。

ステップＳ６での判定の結果が「重劣化」判定の場合には、水トリー劣化や絶縁紙劣化がケーブル全体に広がっていると考えられるため、主診断装置６は、ステップＳ７に進んで、「判定対象の高圧ケーブル１の全体を更新する」との診断結果を出力する。

ステップＳ６での判定の結果が「重劣化」判定でない場合には、主診断装置６は、切り替え接続装置５に切り替え信号を送って、次に高圧ケーブル１のケーブルヘッド１ａとシース接地線１ｂとをそれぞれ部分放電診断ユニット３に切り替え接続し、ステップＳ８で、通信ケーブル８を介して部分放電診断ユニット３に命令を送って部分放電診断を行わせる。

この部分放電診断では、部分放電診断ユニット３が、高圧ケーブル１の導体の一端のケーブルヘッド１ａとシース接地線１ｂとの間に、図４に例示するように、減衰振動する波状の試験電圧Ｔを印加して、その試験電圧Ｔによる部分放電のパルス信号Ｐがケーブルヘッド１ａとシース接地線１ｂとの間で検出されたか否かを監視し、図４の下部に示すように、試験電圧Ｔを印加した後すなわち例えば試験電圧Ｔが各波の立ち上がりにおいて所定レベルを超えた後、所定時間内に部分放電のパルス信号Ｐが検出された場合は、図５に例示するように、試験電圧の印加後に部分放電位置からケーブルヘッド１ａに直接向かうパルス信号（直接波）が到達する時間と、試験電圧の印加後に部分放電位置からケーブルヘッド１ａ側と反対の方向へ向かい高圧ケーブル１の導体の他端等で反射してケーブルヘッド１ａに向かうパルス信号（反射波）が到達する時間との時間差を各波について求め、それらの時間差から発生箇所（ケーブルヘッド１ａから発生箇所までの導体の長さ）を標定して、その診断結果を、通信ケーブル８を介して主診断装置６に送る。例えば図５に例示する診断結果では、試験電圧Ｔの減衰振動する複数の波のうち第１波でのパルス信号（レベルＰ１）で標定した発生箇所と、第２波でのパルス信号（レベルＰ２）で標定した発生箇所と、第３波でのパルス信号（レベルＰ３）で標定した発生箇所とが何れも約５００ｍとなり、診断結果が妥当であると推定される。

この診断結果から主診断装置６は、次のステップＳ９で、その試験電圧による部分放電のパルス信号がケーブルヘッド１ａとシース接地線１ｂとの間で検出されたか否かを判定し、部分放電のパルス信号が検出されなかった場合には「重劣化」判定の場合と同様に、水トリー劣化や絶縁紙劣化がケーブル全体に広がっていると考えられるため、ステップＳ７に進んで、「判定対象の高圧ケーブル１の全体を更新する」との診断結果を出力する。

その一方、ステップＳ９で、上記の試験電圧による部分放電のパルス信号が検出された場合には、主診断装置６は、ステップＳ１０に進んで、「放電が検出された箇所を部分更新する」との表示を、部分放電診断ユニット３が標定した部分放電の発生箇所とともに出力する。そして同様の劣化診断を、高圧ケーブル１の複数本の導体のうちの他の導体の一端のケーブルヘッド１ａについても実施する。

従って、この実施形態の高圧ケーブルの劣化診断装置およびそれを用いたこの実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法によれば、高圧ケーブル１の劣化度合いだけでなく、劣化の種類や箇所まで特定することができ、これにより高圧ケーブル１の更新判定ができるので、高圧ケーブル１の劣化に起因する電気事故の防止を図ることができる。また、劣化箇所を特定できるので、高圧ケーブル１の更新範囲を限定的にして更新費用の低減を図ることができる。

しかも、この実施形態の高圧ケーブルの劣化診断装置およびそれを用いたこの実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法によれば、ｔａｎδ診断ユニット２で求めたｔａｎδからの劣化の度合いの判定と、部分放電診断ユニット３での部分放電の検出の有無および検出箇所からの劣化の種類の判定とを主診断装置６が行うことから、劣化の度合いの判定と劣化の種類の判定とを自動的かつ客観的に行うことができ、それにより高圧ケーブル１の維持管理を合理的に行うことができる。

さらに、この実施形態の高圧ケーブルの劣化診断装置およびそれを用いたこの実施形態の高圧ケーブルの劣化診断方法によれば、ｔａｎδ診断ユニット２と部分放電診断ユニット３とを、導体の両端を電力系統から離線された高圧ケーブル１に切り替え接続する切り替え接続装置５を具えているので、ｔａｎδ診断ユニット２と部分放電診断ユニット３との切り替え接続を切り替え接続装置５で簡易かつ迅速に行うことができる。

以上、図示の実施形態に基づき説明したが、この発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えばｔａｎδ診断ユニット２と部分放電診断ユニット３との少なくとも一方は上記実施形態と異なる構成を有するものでもよく、また、切り替え接続装置５を省略して人手でｔａｎδ診断ユニット２と部分放電診断ユニット３とを高圧ケーブル１に切り替え接続するようにしてもよい。さらに、主診断装置６による判定を省略し、主診断装置６はｔａｎδ診断ユニット２と部分放電診断ユニット３とに診断を行わせてそれらから収集した結果を表示するだけのものとしてもよい。

かくして本発明の高圧ケーブルの劣化診断方法によれば、経年劣化した高圧ケーブルを敷設状態のまま劣化診断するに際し、高圧ケーブルの劣化度合いだけでなく、劣化の種類や箇所まで特定することができ、これにより高圧ケーブルの更新判定ができるので、高圧ケーブルの劣化に起因する電気事故の防止を図ることができる。また、劣化箇所を特定できるので、高圧ケーブルの更新範囲を限定的にして更新費用の低減を図ることができる。

そして、上記高圧ケーブルの劣化診断方法に使用される本発明の高圧ケーブルの劣化診断装置によれば、上記高圧ケーブルの劣化診断方法を実施し得るので、その高圧ケーブルの劣化診断方法と同様に、高圧ケーブルの劣化度合いだけでなく、劣化の種類や箇所まで特定することができ、これにより高圧ケーブルの更新判定ができるので、高圧ケーブルの劣化に起因する電気事故の防止を図ることができる。また、劣化箇所を特定できるので、高圧ケーブルの更新範囲を限定的にして更新費用の低減を図ることができる。

１高圧ケーブル
１ａケーブルヘッド
１ｂシース接地線
１ｃケーブルジョイント
２ｔａｎδ診断ユニット
３部分放電診断ユニット
４プローブ
５切り替え接続装置
６主診断装置
７制御ケーブル
８通信ケーブル
Ｐパルス信号
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３パルス信号レベル
Ｔ試験電圧

Claims

経年劣化した高圧ケーブルを敷設状態のまま劣化診断するに際し、
前記高圧ケーブルの導体の両端を電力系統から離線させて、前記高圧ケーブルに対し誘電正接診断装置と部分放電診断装置とを切り替え接続可能にし、
前記高圧ケーブルに接続した前記誘電正接診断装置で求めた誘電正接から劣化の度合いを判定し、
前記判定した劣化の度合いが所定以上の場合には、前記誘電正接診断装置から切り替えて前記高圧ケーブルに接続した前記部分放電診断装置で部分放電診断を行い、
前記部分放電診断で部分放電が検出されない場合はケーブル全体の劣化と判定し、
前記部分放電診断で部分放電が検出された場合はその部分放電診断で特定した部分放電箇所での劣化と判定することを特徴とする高圧ケーブルの劣化診断方法。
請求項１記載の高圧ケーブルの劣化診断方法に用いられる劣化診断装置であって、
導体の両端を電力系統から離線された前記高圧ケーブルに切り替え接続可能に、誘電正接診断装置と部分放電診断装置とを具えることを特徴とする高圧ケーブルの劣化診断装置。
前記誘電正接診断装置で求めた誘電正接からの劣化の度合いの判定と、前記部分放電診断装置での部分放電の検出の有無および検出箇所からの劣化の種類の判定と、のうち少なくとも一方を行う判定装置を具えることを特徴とする、請求項２記載の高圧ケーブルの劣化診断装置。
前記誘電正接診断装置と前記部分放電診断装置とを、導体の両端を電力系統から離線された前記高圧ケーブルに切り替え接続する切り替え接続装置を具えることを特徴とする、請求項２または３記載の高圧ケーブルの劣化診断装置。