(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力用ガスケーブルにおいて、絶縁ガス圧力と放電開始電圧との関係式（１）を用いて、電力用ガスケーブル使用経過年数毎に測定される絶縁ガス圧力から放電開始電圧を算出し、電力用ガスケーブル使用経過年数と前記式（１）から算出される放電開始電圧との関係を求めて、放電開始電圧がイオン化開始限界電圧（通常使用電圧）に到達する点を当該電力用ガスケーブルの寿命として、前記イオン化開始限界電圧に達するまでの年数を推定する電力用ガスケーブルの余寿命推定方法。
Ｅ＝ｋＰｎ・・・・・・・（１）
Ｅ：放電開始電圧、Ｐ：絶縁ガス圧力、ｋ、ｎ：定数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用ガスケーブルの余寿命を推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力ケーブルとして、架橋ポリエチレン絶縁ケーブル（以下ＣＶケーブルと呼ぶ）や絶縁ガスをケーブル内に封入したガスケーブルが地中送電用として実用化されている。ＣＶケーブルは図６（ｂ）に示すように、電気導体１、架橋ポリエチレン絶縁体３、遮蔽層（銅テープ）４と補強・防食層５とから成る構造である。
【０００３】
ガスケーブルは、図６（ａ）に示すように、電気導体１、油浸紙絶縁体２、遮蔽層（銅テープ）４と補強・防食層５で構成されたケーブルが絶縁ガス６を封入した防食鋼管７に覆われた構造である。
【０００４】
しかし、このＣＶケーブルは、水が溜まった管路等の湿潤下で長期間使用すると架橋ポリエチレン絶縁体中の微小な異物や微小空隙等に交流電界が加わることで水トリー（水が充満した樹枝状の亀裂）と呼ばれる絶縁劣化現象が発生することが知られている。この水トリーが発生、成長すると絶縁性能の低下を引き起こし、やがて電気トリーと称される絶縁破壊を生じさせるため、このような水トリー劣化の有無を管路等に敷設された埋設状態で診断する必要がある。
【０００５】
電力ケーブルの余寿命を推定する方法としては、ＣＶケーブルの水トリー長さに着目した技術として特許文献１、特許文献２や特許文献３に開示された技術がある。
【０００６】
特許文献１には、課電電圧に対する奇数次高調波成分の変化特性により残存性能を把握する非破壊劣化診断方法が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、耐電圧試験より低電圧による劣化信号検出試験を行い、明確な検出信号が確認されたとき寿命を推定する技術が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、ケーブルの運転時間と水トリー長の関係から期間内に成長が予想される水トリー長から余寿命を推定する技術が開示されている。
【０００９】
一方、ガスケーブルは、絶縁ガスが封入されているので水トリー劣化は生じにくく、ガスケーブルに関する余寿命診断技術に関連する文献として、特許文献４にはケーブルの誘電正接ｔａｎδに着目した技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３４５４５０号公報
【特許文献２】特開２００３−１９４８７２号公報
【特許文献３】特開平９−２５１００３号公報
【特許文献４】特開２００１−３０７５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１、２、３に記載のケーブル余寿命推定方法は、ＣＶケーブルに特有の劣化現象である水トリー劣化を利用するものであり、電力用ガスケーブルのように油浸紙絶縁体と絶縁ガスを使用した電力ケーブルの余寿命診断に適用することはできない。
【００１２】
また、特許文献４記載の電力ケーブルの誘電正接ｔａｎδに着目した余寿命推定方法は、電力用ガスケーブルでも誘電正接の測定は可能であるが、誘電正接とＡＣ残存破壊電圧に関するデータが電力用ガスケーブルではほとんど存在しないため、適用は困難である。
【００１３】
従って、電力用ガスケーブルの使用電圧における残存使用年数または正確な破壊電圧値などのケーブル残存性能を測定できる劣化診断方法の確立が待たれる。
そこで、本発明は電力用ガスケーブルに適用可能な余寿命診断技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
電力用ガスケーブルは、熱的ストレス（熱膨張や収縮）などの影響で経年劣化し、やがてケーブル絶縁破壊を生じることとなる。そこで、発明者等は、種々の電力用ガスケーブルの破損事故を調査し、電力用ガスケーブルの劣化は以下に示すステップで進行することを知見した。
【００１５】
図５に電力用ガスケーブルが劣化し部分放電が発生した状態の一例を示す。１が電気導体、２が油浸紙絶縁体、５が補強・防食層、６が絶縁ガス、７が防食鋼管であり、油浸紙絶縁体２中に多数の空隙８が発生しており、電気導体１と防食鋼管７が短絡し部分放電が発生した状態を示している。電力用ガスケーブルの劣化ステップは、
（１）熱的ストレス（熱膨張・収縮）および経年劣化等の影響で、油浸紙絶縁体２から油分が抜け出し、空隙８が発生する。抜け出した油分は補強・防食層５の外へ滲み出る。
【００１６】
（２）劣化の進行とともに空隙８の数の増加、更に油分の抜け出し量の増大がおこり、空隙部が大きくなる。含油率約５０％で、空隙部から部分放電が発生し、空隙内がイオン化する。
【００１７】
（３）空隙内のイオン化が進むと、放電量が増加し、ケーブル内絶縁物の劣化が加速し、ケーブル絶縁破壊（地絡・短絡事故）に至る。
【００１８】
（４）また、経年変化やケーブルの劣化によりケーブル内のガス圧力が低下して、特定圧力以下になると、部分放電が発生する。
【００１９】
上述したケーブル劣化に関する知見に基づき、電力用ガスケーブルの寿命を次のように考えた。
【００２０】
（ａ）電力用ガスケーブルの寿命限界は、ケーブル内でのイオン化開始時（部分放電開始時）と判断した。
【００２１】
（ｂ）イオン化開始電界強度は電力用ガスケーブル内の油浸紙絶縁体２の含油率の低下に伴い低下する（図３）。
なお、含油率  ＝  絶縁紙内油量／初期絶縁紙内油量  ×１００％  である。
【００２２】
（ｃ）通常の使用電圧での一般的な電力用ガスケーブルの絶縁物内電界強度から、イオン化開始限界電界強度（危険領域）は絶縁紙の含油率で５０％相当と判断した。
【００２３】
（ｄ）また、経年変化によりケーブルに封入された絶縁ガス圧力が低下すると放電開始電圧も低下し（図１、図２）イオン化開始限界電圧に達するとケーブルの寿命となる。
【００２４】
上述した考え方に基づき、本発明はなされたもので、その要旨は以下の通りである。
【００２５】
第一の発明は、電力用ガスケーブルにおいて、絶縁ガス圧力と放電開始電圧との関係式（１）を用いて、測定された絶縁ガス圧力から放電開始電圧を算出し、算出された放電開始電圧とガスケーブル使用経過年数とイオン化開始限界電圧とから電力用ガスケーブルの余寿命を推定する方法である。
【００２６】
Ｅ＝ｋＰｎ・・・・・・・（１）
Ｅ：放電開始電圧、Ｐ：絶縁ガス圧力、ｋ、ｎ：定数
【００２７】
第二の発明は、電力用ガスケーブルにおいて、絶縁紙含油率とイオン化開始電界強度との関係からイオン化限界絶縁紙含油率を算定し、負荷率別の絶縁紙含油率とガスケーブル使用経過年数とイオン化限界絶縁紙含油率とから電力用ガスケーブルの余寿命を推定する方法である。
【００２８】
第三の発明は、電力用ガスケーブルにおいて、第一の発明および第二の発明に記載の方法を用いて、絶縁ガス圧力と絶縁紙含油率との経年変化から電力用ガスケーブルの余寿命を推定する方法である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により既設ガスケーブルを破壊することなくケーブルの余寿命を診断することができ、ケーブル劣化に起因した事故を未然に防ぐことができるとともに、計画的なケーブル更新を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】絶縁ガス圧力と放電開始電圧の関係を説明する図である。
【図２】推定放電開始電圧の経年推移を説明する図である。
【図３】イオン化開始電界強度と絶縁紙含油率の関係を説明する図である。
【図４】ガスケーブル使用経過年数と絶縁紙含油率の関係を説明する図である。
【図５】ガスケーブルの絶縁破壊を説明する図である。
【図６】（ａ）ガスケーブル、（ｂ）ＣＶケーブルの構造を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図に基づいて、本発明を説明する。
【００３２】
ガスケーブルに封入された絶縁ガス（窒素ガス）の定格ガス圧力Ｐからそのガス圧力を低下させて部分放電が発生するガス圧力と放電開始電圧（イオン化開始限界電圧）の関係を求め、ある特定のガスケーブルについてデータを採取しそれをプロットしたものが図１である。
【００３３】
ガス圧力と放電開始電圧との間には  Ｅ＝ｋＰｎ  の関係が成立する。この関係から定格ガス圧力での放電開始電圧が推定できる。
【００３４】
定期的に（例えば毎年）この放電開始電圧を採取していくと図２に示すように、ガスケーブル使用経過年数と放電開始電圧の関係が採取され、イオン化開始限界電圧との交点が当該ガスケーブルの寿命となる。
【００３５】
実際に使用されていたガスケーブルを試験して、図３に示すように、イオン化開始電界強度と絶縁紙含油率の関係を示す近似式を得ることができる。この近似式から、通常使用電圧から定まるイオン化開始電界強度に達するイオン化限界絶縁紙含油率を推定する。
【００３６】
そして、実際に使用されたケーブルを負荷率ごとに分類して絶縁紙含油率を調査し、図４に示すように絶縁紙含油率とケーブル使用経過年数の関係を示す近似式を作成することにより、図３により求めたイオン化限界絶縁紙含油率に達するまでの年数を推定することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１    電気導体
２    絶縁体（油浸紙）
３    絶縁体（架橋ポリエチレン）
４    遮蔽層（銅テープ）
５    補強・防食層
６    絶縁ガス
７    防食鋼管
８    空隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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