(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下ケーブル（１０）の特定部分における絶縁性低下を診断するための方法であって、該方法は、
ｉ）電流センサを使用して、第１及び第２の位置において複数の電流周波数または直流での電流を測定する工程と、
ｉｉ）各前記周波数及び直流での電流の差を決定する工程と、
ｉｉｉ）ケーブル交換の必要性を評価するために前記電流差決定の結果を分析する工程と、を備え：
前記方法は配電回路から前記ケーブル（１０）を切断することなくオンラインにて行われ、ケーブル（１０）の前記第１及び第２の位置において、第１及び第２の光学電流センサ（２２，２４）を用いて複数の電流周波数または直流で電流が測定され、前記第１の位置と第２の位置との間で前記ケーブル（１０）の同心状中性線（１６）内の電流の差を決定することによって、ケーブルの検査を行ううえでの安全性を確認するためのケーブル（１０）の腐食検査を行い、前記同心状中性線（１６）が腐食していない場合には、ケーブル交換の必要性を評価するために、前記電流差決定の結果を以下の診断法（ａ），（ｂ）のうちの１以上のものにしたがって分析する、
ａ）前記第１の位置と第２の位置との間の前記電流の差に対して、部分放電を分析するための従来の方法を用いて、部分放電活動が存在するか否かを判定することによる部分放電法、及び、
ｂ）絶縁層の材料の種類に応じて次の診断法のいずれか：
ｉ）絶縁層が架橋ポリエチレンである場合、調波電流法、または、
ｉｉ）絶縁層が紙絶縁及び鉛被されている場合、タンジェントデルタすなわち損失角診断法、または、
ｉｉｉ）絶縁層がエチレンプロピレンゴムである場合、調波電流法、及びタンジェントデルタすなわち損失角診断法の一方または両方、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記腐食検査は５０／６０ヘルツまたは直流で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記部分放電法は５０キロヘルツ以上で行われる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記調波電流法は１５０／１８０ヘルツで行われる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記タンジェントデルタすなわち損失角診断法は５０または６０ヘルツで行われる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光学電流センサは光ファイバ電流センサである請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記光学電流センサはスラブ型光学電流センサである請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光学電流センサは結晶型光学電流センサである請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は地下に敷設される電力ケーブルを絶縁性の低下について検査する方法に関し、より詳細にはオンラインの診断方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
世界中で一般に電力は絶縁された地下電力ケーブルによって配電されている。こうした電力ケーブルは通常、半導電性のシールド層によって包囲された導電性ストランドの束である導電性線芯と、絶縁層と、第２の半導電性シールド層と、金属テープまたは螺旋状かつ同心状の中性導電性ストランドの層と、ポリマ製ジャケットまたはシースとから構成される。こうした電力ケーブルの絶縁層は通常約３０〜４０年の耐用寿命を有するが、種々の原因によって絶縁性は早期に低下してケーブルの故障につながる。絶縁性低下の典型的な１つの形態として、「ウォータートリー」がある。ポリマ絶縁層は時間の経過とともに水分を吸収するが、課電時の電力ケーブルの絶縁層内に蓄積する水分は「ウォータートリー」と呼ばれる。こうしたウォータートリーは中央の導電要素からの容量性漏れ電流ひずみを生じ、時間の経過にともない、また特定の電気的条件下において電気的トリーイングを生じて最終的にはケーブルの故障につながる。同様に、ケーブルやその付属品の内部において絶縁層に存在する空洞や夾雑物や粒子などの欠陥によっても部分放電及び電気的トリーイングが生ずる。こうしたトリーイングは電力ケーブルの早期の故障につながるものである。
【０００３】
したがって、こうした設備においては、故障が発生する前の交換を可能とし、定期的交換スケジュールを可能とするため、絶縁性の低下について電力ケーブルを検査できることが重要である。こうした検査は「通電状態にて」行われること、すなわち、検査に先立ってケーブルの電流を遮断することなく行われることが好ましい。接地されないデルタ接続されたケーブルを使用する日本の電力システムでは異なる接地構成のために通電状態での検査が可能であるが、北米及び世界の他の多くの国々では、接地されスター接続された電力ケーブルを使用しており、検査のためにケーブルの電流を遮断することがこれまで必要であった。したがって北米及び世界のケーブルシステムにおいてオンラインかつ非破壊的な通電状態での診断を可能とする診断方法が求められている。多くのオンライン及びオフラインの診断方法が知られているが、これらは一般に異なる電流漏れ検出の方法を必要とするため、同一の測定装置を使用して複数の診断を行うことはできなかった。
【０００４】
（発明の開示）
本発明は、地下ケーブルの特定部分における絶縁性低下をオンライン診断するための方法であって、
ｉ）光学的電流センサを使用して、第１及び第２の位置において複数の電流周波数の内の１つでの電流を測定する工程と、
ｉｉ）前記１周波数における電流の差を決定する工程と、
ｉｉｉ）ケーブル交換の必要性を評価するために以下の診断法の１以上のものにしたがって前記電流差決定の結果を分析する工程：
ａ）ケーブルの検査を行ううえでの安全性を確認するためのケーブルの腐食性検査、
ｂ）部分放電分析、及び、
ｃ）絶縁材料の種類に応じて次の２つの診断法のいずれか一方：
ｉ）絶縁層が架橋ポリエチレンまたはエチレンプロピレンゴムである場合、調波電流法、または、
ｉｉ）絶縁層が紙絶縁及び鉛被されているかエチレンプロピレンゴムである場合、タンジェントデルタすなわち損失角診断法、
とからなる方法を提供するものである。
【０００５】
（発明の詳細な説明）
図１及び図２を参照すると、参照符号１０にて示される標準的な地下電力ケーブル（縮尺は正しくない）は、通常５０／６０ヘルツにて定格最大２００／６００アンペアの電流を搬送する。ケーブルは、ストランド状の導電要素１２、接地され、同心状に配された中性線（「接地線」または「ドレイン線」とも呼ばれる）１６、ポリマ絶縁層１４、ポリマ半導電性シールド１７、及び、絶縁ジャケット１９から構成される。ウォータートリー１８は多くの場合、絶縁層１４内の空間または夾雑物１１または突起部１３，１５において生ずる。
【０００６】
現在では、ケーブル内の電流を測定するため、光ファイバ、スラブや結晶が用いられる高精度の光学電流センサ２２，２４が入手可能である。こうしたセンサは５×１０-6アンペアの分解能を有するものでなければならない。現在、このような一般的な種類の光学センサはスリー・エム社（３Ｍ  Ｃｏｒｐ）や他の製造業者によって製造されている。適当な光学電流センサがケーブルの端部に装着されるか、ケーブルに巻回されるか、あるいは留め具によりケーブルに締結される。ファイバ、スラブ、または結晶内の光は導電要素を流れる電流により発生する電磁場によってかき乱され、充分な精度及び線形性にて導電要素内の電流を測定するために度盛りすることが可能である。光学電流センサからの出力は中央処理ユニット２０に伝送され、異なる周波数における２２と２４との間のケーブル導電要素の電流の差が計算される。行われる診断に基いて、５０／６０ヘルツ、１５０／１８０ヘルツ、５０キロヘルツ以上、または直流の異なる周波数において値が読み取られる。次いでこの差は処理されてラップトップ型コンピュータ２１上で表示される。このデータはラップトップコンピュータのソフトウェアによって分析され、この分析に基いてケーブルの交換が推奨される。バックグラウンドノイズの影響を低減するため、データは２０分の時間間隔にわたって時間平均化される。一度に複数のケーブルサンプル分析を行うことが可能であり、診断の有用性を高める。すなわち本発明のケーブル診断方法は、少なくとも４つの技術を１個のオンラインユニットとして構成することによって診断能力を高めたものである。
【０００７】
同心状に配された中性線が絶縁ジャケット１９によって保護されずに大地に露曝される場合、同心中性線の腐食が生ずる。同心中性線から大地へと電流が流れるようなジャケットの破損や穿孔によっても腐食が生ずる。腐食電流は、同心中性線が完全に腐食し尽くしてケーブルに危険な電圧が発生するまで流れ続ける場合がある。このときのケーブルは危険性を有するので電気安全法に示されるように速やかに交換されなければならない。したがって診断方法の最初の段階として、事故を防止するうえで、同心中性線は無傷であることが望ましく、同心中性線の腐食はすべて検出されることが望ましい。腐食検査は６０ヘルツもしくはＤＣ（直流）にて行われる。腐食検査を行う方法は次の刊行物に述べられている。（F. Escalante, U. Bertocci et al., "Development of In-situ Tec hniques for the Detection of Corrosion of Copper Concentric Neutrals of Electric Cables in Underground Environments" IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-101, No. 7, July 1982, p. 2061; K. G. Compton, "Corrosion of Concentric Neutrals  of Buried URD Cable", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-101, No. 6, June 1982, p. 1651; "Protecting Copper Underground", EPRI Journal, March 1983, p. 20 ）本発明では、検査は、光学電流センサを使用し、絶縁層１４の外側の同心中性線上にセンサ２２，２４を配置することによって行われる。従来の方法では、時間領域反射率計、地面透過レーダ、ステップポテンシャル、抵抗値測定法、及びグラウンドグラジエントを用いているが、従来の方法で光学電流センサを利用したものはない。
【０００８】
同心中性ワイアが危険性を有する程度には腐食していない場合、診断方法を引き続いて行うことが可能である。
以下の診断を行って、センサ２２，２４によって得られた測定値に基いてケーブルの劣化を分析することが可能であることが示されている。
【０００９】
１．部分放電法
絶縁層１４に使用される材料の種類とは関係なく、５０キロヘルツ以上における部分放電を分析することにより、ケーブル付属要素（終端部、分離可能コネクタ、及び接続具）及びケーブル絶縁層を含むケーブル絶縁システム内における部分放電活動によって明らかとなる個別の障害領域の位置の特定が容易となる。この分析により故障の緊急性を判定して強制的な停電を回避することが可能である。この分析は以前には「静電容量タップ」を用いるか、または金属電極を設けてケーブルとその付属要素に容量性カップリングを与えることによって行われていた。部分放電検査を行うための従来の方法は次の刊行物に述べられている。（R. Bartu ikas, "Power Factor and Corona Discharge Test" in Power Cable Engineering, Chapter IX, p. 263 (Sandford Educational Press, 1987); R. Bartnikas, "Corona Measurement and Interpretation" in Engineering Dielectrics Vol. 1, R. Bartnikas and E.J. McMahon, editor s, STP 669 (ASTM Press, Philadelphia, 1979); L.A. El-Zeftawy and T.D. Eish "Analytical and Experimental Investigation on Cable Insulation", Modelling Simulation and Control A: General Physics Matter and Waves, Electrical and Electronics Engineering Vol. 27 , No. 3, 1990 pp 403-408; R.D. Naybour, "Examination of the Breakdown in New and Aged Polyethylene cables", Proceedings on the 3rd Conference on Conduction and Breakdown in Solid Dielectrics, 1989, Trondheim, Norway, pp 61-65; T. Tanaka, M. Watanabe and K.  Yatsuka, "Detecting the Breakdown Causes of LPE Cable by the PPD Method", Revue Generale de l'Electricite, No. 1, January 1992, pp. 35-39; L.A. Dissado and J.C. Fothergill, "Partial Discharge and Free Volume Breakdown", Electrical Degradation and Breakdow n in Polymers, Ch. 13, Peter Peregrinus Ltd.）しかしながら本発明では、センサ２２，２４において電流を直接測定し、その差を分析することによって診断を行うものである。
【００１０】
絶縁層１４の材料に応じて第２の診断も行われる。絶縁層が架橋ポリエチレンまたはＥＰＲ（エチレンプロピレンゴム）である場合、調波電流法が行われる。絶縁層が紙絶縁及び鉛被されているかあるいはＥＰＲである場合、タンジェントデルタすなわち損失角診断法が用いられる。
【００１１】
２（Ａ）．  調波電流法（１５０／１８０Ｈｚ）
６０ヘルツでは約１０ｍＡの自然な漏れ電流があるが、著しく劣化したケーブルでは１８０ヘルツ（北米以外では１５０ヘルツ）で約３００マイクロアンペアの漏れ電流（差）が見られる。５０〜２００マイクロアンペアは中程度の劣化があることを示すものである。調波電流法を行うための方法は次の刊行物に述べられている。（K. Hirotsu, K. Hosoe et al., "Development of Hot-line Diagnosis Method for XLPE Cables by  Measurement of Harmonic Current" in Proceedings of the Symposium on Electrical Insulation Materials, Osaka, Japan, September 1994, Vol. 26, pp. 455-458; J. Densley, "Aging and Diagnostics in Extruded Insulation for Power Cables" in Proceedings of the 6th International Conference on Conduction and Breakdown in Solid Dielectrics, June 22-25, 1998, Vasteras, Sweden; J. Densley, "Didactic", IEEE ICC Minutes, November 1997, St. Petersburg, Florida. ）この方法は日本において接地されないケーブルシステムに用いられてきたが北米のシステムで使用されたことはない。
【００１２】
２（Ｂ）．  タンジェントデルタすなわち損失角診断法
上記５０／６０ヘルツの漏れ電流（容量性電流）は測定されて、各ケーブルに印加される電圧と比較することによってケーブル絶縁層の散逸率（タンジェントデルタ）（北米では６０ヘルツ、他の地域では５０ヘルツで測定）が求められる。散逸率の値の評価によりケーブル間の比較による老朽化評価を行うことが可能である。新しいケーブルでは１．０ｅ-04よりも小さい値が予想されるのに対し、老朽化したケーブルでは１．０ｅ-01に近い散逸率の値を有する。この分析よりケーブル交換の優先順位を容易に決定することが可能である。タンジェントデルタ検査を行うためのこうした方法は次の刊行物に述べられている。（R. Bartnikas, Power Factor and Corona Discharge TestPower Cable Engineering, Chapter IX, p. 263 (Sandford Educational Press, 1987)）この方法もやはり光学電流センサを使用して行われていない。
【００１３】
これにより電流センサの単一の構成を使用して複数の診断を行うことが可能である。２以上の診断を行うことにより、ケーブルの劣化のより完全かつ正確な分析を行うことが可能である。更に、４個の異なる診断装置を使用する代わりに１個の測定装置の構成及び１個の診断ユニットを使用してすべての検査を行うことにより、分析が迅速化し、診断のコストが大幅に低減される。すべての診断をオンラインで行うことが可能であることにより、ケーブルの電流を遮断する際に発生するスイッチングのコストが低減する。更に、オフライン診断を行うためにケーブルを準備するうえで必要なスイッチングにおいて、及び、サービスを開始するためにケーブルを再接続する際の再通電時において、ケーブルの絶縁層にスイッチングによるサージ破損が発生する場合がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が実施された地下ケーブルを示す概略図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図１】
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【図２】
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