JPS61277307A - 布設電力ケーブルの誘電損失測定方法 - 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】 （発明の属する技術分野） 本発明は電力ケーブルの活線管理方法の改善に関するも
のである。

（従来の技術） 電力ケーブル（以下ケーブルと略記する）、特にＯＦケ
ーブルはその用途上極めて高い信頬性が要求されるが、
使用中の経年劣化や機械的損傷、または製造工程におけ
る不良などによってケーブル内の絶縁層に異常が発生す
ることがある。この異常は誘電損失の増加となって現れ
ることが多く、その結果ケーブル内部の発熱量が増大し
て内部温度が上昇し絶縁層の熱劣化が促進される。熱劣
化した絶縁層はさらに誘電損失が増加し、内部温度が上
昇して熱劣化がますます加速されるという正帰還作用が
生じ遂には熱破壊に至るというおそれがある。

このような事故を未然に防止するには布設されたケーブ
ル線路の誘電損失を定期的に測定して余寿命の推定や絶
縁体の異常の有無を確認することが必要である。

誘電損失の測定法には従来より電気的方法と熱的方法が
ある。電気的方法ではケーブルと並列に無損失コンデン
サを接続し、シエーリングブリッジ等を用いて損失を求
めるものであるが、無損失コンデンサの運搬および測定
回路の構成のために、多大の費用と労力を要するばかり
でなく長期間の停電が必要であるため、この方法は配電
ケーブルを除いて実布設のケーブルでは採用されていな
い。

他方熱的測定法はケーブル表面に熱センサを張り付けて
ケーブル表面から放散する熱流量を検出し誘電損失を推
定する方法で、測定装置は簡単であり、局所的な異常検
出も可能である。しかし従来のこの方法では外気温度や
通電電流の変動によりケーブル温度が複雑に変化した場
合には通電損失およびケーブルの熱容量の作用によって
誘電損失権乳分以外の熱流量が発生し熱センサを応答さ
せてしまうから、実際にケーブルが置かれている状態で
は測定が困難であった。このため被測定ケーブルと同一
構造のダミーケーブルを被測定ケーブルと同一環境下に
無謀型にて設置し、両ケーブルの表面放散熱流量の差を
求めて誘電損失とする方法が提案されているが実布設線
路へのダミーケーブルの搬入は大掛かりであり、また長
期間の停電を伴うので実用的な方法とは言えない。

（発明の具体的な目的） 本発明は従来の熱的誘電損失測定法の欠点を除去し、実
使用状態のケーブルの誘電損失を無停電にて安全、簡単
かつ迅速、正確に測定するとともに、ケーブルの余寿命
推定または絶縁体の異常検出を行うことを可能とした電
力ケーブルの管理方法を提供することを目的としている
。

（発明の構成と作用） 説明の便宜上最初本発明の要点をあげておく。

本発明の管理システムでは電力ケーブルの最外層の表面
温度および表面放射熱流量、または表面温度と周囲温度
を時々刻々実測し、その測定値に特殊な計算処理を施し
てケーブル内部の温度と発熱量を推定し、電力ケーブル
の劣化状態や余寿命を推定し、また異常検出を行うこと
が特徴である。

この具体的な手段を以下に説明する。

第１図はケーブルの内部構造を示す断面別図で、ｌはケ
ーブル導体、１ａは絶縁体、１ｂは金属遮蔽（シース）
層、１ｃは防食層である。各層の熱容量および半径方向
の熱抵抗は材料固有の比熱および固有熱抵抗から計算で
きる。これらの熱定数は熱容量Ｃを静電容量に、抵抗Ｒ
を電気抵抗に置換えて第２図のようなケーブル内部の熱
等価回路で表すことができる。第２図において、Ｗ、、
　Ｌ−、Ｗ。

はケーブル内部の発熱源であってＷｃは導体損失、！Ａ
−は誘電損失、６はシース損失であっていずれも電流源
として表わされている。これらのうち−６とり、はケー
ブルの構造と布設形態より定まる定数に通電電流の自乗
を乗じて求めることができる。

第２図の等価回路を用いた場合、導体温度をＴＣｓ絶縁
体平均温度をＴａ、シース温度Ｔいケーブルの表面温度
Ｔ０とし、表面放散熱流量をＨｏとすると誘電損失−４
は次式で与えられる。

ここで、−０はケーブル表面に張りつけたセンサを用い
て実測できる。また最外層の表面放散熱抵抗が既知のと
きにはケーブル表面温度と外気温度の差から求めてもよ
い。

ＴｃおよびＴ、は次式で計算できる。（（２）、　（３
１両式の誘導については本発明者による特願昭５９＝８
９２６０号参照） Ｔｔ　−Ｔ（１＋　Ｒ１Ｗ６　　−・−・・−・・−−
−−−−−−・−・−・−−−−−−−・・−−−−−
−−一・−−−−−（３）（２）式には未知数−４を含
んでいるが絶縁体の温度変化に伴う−、の時間変化ｄＬ
／ｄｔが問題にならなければ（２）式を微分してｄＴｃ
／ｄｔを求める際に−。

は消去されるので、！／４４には予想される適当値を仮
定しておいてＴｃ、　Ｔ、を一旦求めて記憶しておき、
これらの値の時間微分を計算して（１）式より６の値を
求めて修正すればよい。なお、計算に必要な時間微分の
演算は時々刻々の測定データもしくは計算結果をマイク
ロコンピュータなどの内部メモリに記憶させておき、そ
の時間変化を計算して、簡単に精度よく求めることがで
きる。

次に−４の値がその温度特性に影響されてケープル温度
の変動に伴い時間的に大きく変化する場合には、前述の
方法で一旦修正したＷ４の温度特性を（２）式に代入し
て再度Ｔｃを求め、ｄＴｃ／ｄｔの演算を行って（１）
式に代入し、６の値を再修正してゆく操作をくり返すこ
とにより推定精度を向上させることができる。

以上述べた方法はケーブルからの表面放散熱流量を正確
に求めることができるならばどのようなケーブル布設条
件下でもその誘電損失を推定することができる。

次にＯＦケーブルにおいて熱劣化の進行速度とケーブル
内部の熱的安定性から余寿命を推定する方法を示す。（
第３図の流れ図参照）従来の研究からケーブルの熱的安
定性が問題となる温度領域において絶縁体（油浸紙）の
誘電正接δは近時的に ｔａｎδ＝Ｂｅ＋Ｂ１　　ｅ　−”ｔ／ｋＴ−、−−−
−−、−−−−−−−−（４）で表わされることが知ら
れている。ここでＢｏ、　Ｂ。

は定数、ｋはボルツマン定数、Ｔ４は絶縁体の平均温度
、Ｅｌは絶縁体中のイオン性電気伝導の活性化エネルギ
である。またケーブル絶縁体は課通電に伴う温度上昇の
ため熱劣化してイオン性不純物が増加して（４）式の８
１の値が増大しｔａｎδの値が上昇する。Ｂｏの値は殆
ど変化しない。劣化温度Ｔｄが一定であればＢ、の上昇
率は パ で表わされることが知られているｅ　ＡＯは定数、Ｅ。

は熱劣化反応の活性化エネルギである。負荷変動等に伴
って劣化温度Ｔ４が変化する場合には日間負荷パターン
およびその時点のｔａｎδの温度特性からＴ４の周期変
化を計算しておき、それに等しい劣化量を与える温度Ｔ
ｅｑを求める。すなわちＬを時間として より として求めた等債券化温度Ｔｅｑを（５）式のＴ４の代
わりに代入してＢ、の変化率を計算し、微小時間Δを後
のＢ、の値とｊａｎδ一温度特性を求める。以下同様の
計算を繰り返すと劣化に伴うｔａｎδ一温度特性の推移
が計算される。この際必要なり、、　Ｂ。

の初期値およびイオン性電気伝導の活性化エネルギＥ、
は布設線路において前述の方法で推定した誘電損失Ｗｄ
の値から式 ％式％ から逆算したｔａｎδの値の温度特性より求められる。

ここでωは印加電圧の角周波数、■は印加電圧、Ｃは静
電容量である。ＯＦケーブルではＣの値は絶縁体の劣化
に伴う変化は殆どないことがわかっているので−、から
簡単にｔａｎδの値を換算できる。また劣化反応の定数
へ〇や活性化エネルギＥａは実験室におけるデータを用
いてもよいが、実布設ケーブルにおける数回の測定結果
があればその時間推移より推定できる。

ｔａｎδの値の上昇度からケーブル寿命を決定する方法
として、定格負荷電流を連続的に流したときに熱安定度
が保てなくなる時点を寿命と定めると、劣化時の各時点
で予想されるｔａｎδ一温度特性から定格負荷時の熱的
安定性をチェックしてい（ことにより余寿命を推定でき
る。

熱的安定性の判別は次のようにして行う。ケーブル内部
の発生熱量ＩＡａとケーブルからの熱放散量−０は絶縁
体の平均温度Ｔ４を用いて次式で表される。

Ｗｒ、＜？ａ、＝ωＣＶ”ｔａｎδ（ｔ、Ｔａ）　＋　
Ｗ。十Ｗ、　・−−−−−−−−−（８）ただしＴ９は
土壌基底温度、Ｒ，ばケーブル外側の熱抵抗である。ケ
ーブルが熱的不安定となって熱破壊する条件は常温以上
で常にに０゜７４）　＞Ｌ　（Ｔｄｌとなることである
が、これは（８）、　＋９１両弐から判断することがで
きる。

第３図は余寿命推定プロセスの流れ図で、各ステップの
内容は前記の通りである。また第４図は布設電力ケーブ
ルに本発明の管理を行うための計測回路の構成側図で、
１．　Ｉａ、　ｌｂ、　ｌｃは第１図と共通、２は温度
測定用熱媒体、３と４は熱電対、５はケーブル電流測定
用変流器、６はインターフェイス回路、７はマイクロコ
ンピュータ、８はケーブル熱定数などのメモリ、９は表
示装置、ｌＯは記録装置、■、は印加電源の電圧である
。

（発明の効果） 前項に説明したように本発明によれば被測定ケーブル内
部および課電側にどのような工作も施すことなく安全で
、簡単にケーブルの誘電損失が測定できる。また熱容量
による熱伝達の遅れを考慮した計算方法を用いて過去の
温度履歴にかかわらず測定開始時点から直ちに内部温度
と誘電損失を推定できるので、実使用状態のケーブルの
ように外部温度や負荷電流の変動に伴って複雑な温度変
化が生じる場合でも短時間に正確な推定が可能であり、
しかも誘電損失の温度特性まで把握できる。

さらにケーブルの部分的な異常にも対応でき、これらは
低い経費で実行可能であるから本発明は布設しであるケ
ーブルの活線管理、特に余寿命推定や異常検出に実用主
著しい効果を発揮することが期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図はケーブルの断面例図、第２図はケーブルの熱等
価回路図、第３図はケーブルの余寿命推定の流れ図、第
４図は布設ケーブルに本発明の管理を行うための計測回
路の構成例図である。 １・・・ケーブル導体、　１ａ・・・絶縁体、　ｌｂ・
・・金属遮蔽層、　ｌｃ・・・防食層、　２・・・熱媒
体、３．４・・・熱電対、　５・・・変流器、　６・・
・インターフェイス、　　７・・・マイクロコンピュー
タ、８・・・メモリ、　９・・・表示装置、　１ｏ・・
・記録装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活線電力ケーブル最外層の表面温度と表面放散熱流量ま
   たは前記電力ケーブルの周囲温度を時々刻々実測し、こ
   れらの計測値を予め求めてある前記ケーブルの定数と共
   に計算処理を施して前記電力ケーブル内部の温度と発熱
   量を推定し、電力ケーブルの劣化状態と余寿命の推定お
   よび異常検出を行うことを特徴とする布設電力ケーブル
   の活線管理方法。