(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
経年ＯＦケーブル線路から採取した劣化絶縁油の誘電正接（ｔａｎδ）からＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布を推定する方法であって、
（イ）油浸紙と絶縁油が流動接触することにより、絶縁油と油浸紙の接触部位のｔａｎδが平衡状態となった経年ＯＦケーブル線路から絶縁油を採取し、ｔａｎδを測定するステップと、
（ロ）上記測定した絶縁油のｔａｎδと、予め求めた絶縁油ｔａｎδと油浸紙平衡ｔａｎδとの関係から、上記油浸紙と絶縁油が流動接触する所定部位の基準電界におけるｔａｎδを求めるステップと、
（ハ）上記劣化絶縁油と流動接触する所定部位の基準電界におけるｔａｎδを起点として、油浸紙の積層方向と、該積層方向に直交する油浸紙の沿間方向への劣化絶縁油の浸透厚さｔに応じたｔａｎδ（ｔ）を求めるステップと、
（ニ）ＯＦケーブル線路の絶縁体各部の電界分布と、上記所定の部位における基準電界におけるｔａｎδおよび上記基準電界における各浸透厚さのｔａｎδとに基づき、ＯＦケーブル線路の絶縁体各部のｔａｎδ分布を求めるステップ
からなることを特徴とするＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布の推定方法。
【請求項２】
上記（ロ）のステップの絶縁油ｔａｎδと油浸紙平衡ｔａｎδとの関係は、以下に示す劣化絶縁油ｔａｎδと油浸紙基準電界ｔａｎδの平衡関係式において、ｔａｎδｏを［ｔａｎδｏ→Ｋ×ｔａｎδｏ]（Ｋはｔａｎδ抑制係数でありＫ＝０．１〜０．５）で置き換えて求めたものである。
ｔａｎδ＝（θｆεｆｋｔａｎδｆ＋θｏεｏｋｔａｎδｏ）／εｋ
（ε，ｔａｎδは油浸紙の値を示し、添え字ｆは紙、ｏは油、θは体積分率を表し、εｋ  ＝θｆεｆｋ＋θｏεｏｋ、ｋ＝−０．５、ｔａｎδｆ＝（０．６２−０．００６ｔ）＋（０．０５５×１００．０１ｔ）、ｔは温度）
ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布の推定方法。
【請求項３】
上記（ハ）のステップの、油浸紙の積層方向と、該積層方向に直交する油浸紙の沿間方向への劣化絶縁油の浸透厚さに応じたｔａｎδ（ｔ）を、以下の式で求める
（ｔａｎδ（ｔ）−ｔａｎδｓ）／（ｔａｎδ（ｔ＝０）−ｔａｎδｓ）＝ｅｘｐ（αｔ）
（ｔａｎδ（ｔ＝０）は、劣化絶縁油流動接触部位の起点ｔａｎδ、ｔａｎδｓは劣化絶縁油未浸透部のｔａｎδ、αは浸透度係数であり、浸透度係数αはラジアル方向の浸透度係数αｒ＝０．７〜３．０（ｍｍ−１）、沿層方向の浸透度係数α１＝０．０２〜０．１０（ｍｍ−１）である）
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布の推定方法。
【請求項４】
上記（ニ）のステップのＯＦケーブル線路の絶縁体各部のｔａｎδ分布は、以下の式により基準電界におけるｔａｎδ分布を、電界ＥにおけるＯＦケーブル線路の絶縁体各部のｔａｎδ分布に換算して求める
ｔａｎδ（Ｅ）＝（Ｅ０／Ｅ）×ｔａｎδ（Ｅ０）
（ｔａｎδ（Ｅ）は求めた絶縁体各部のｔａｎδ、ｔａｎδ（Ｅ０）は基準電界でのｔａｎδ）、
ことを特徴とする請求項１，２または請求項３に記載のＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布の推定方法。
【請求項５】
ＯＦケーブル線路の接続部、ケーブル部、終端部について、請求項１，２，３または請求項４に記載の方法で、ｔａｎδ分布を推定する
ことを特徴とするＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布の推定方法。
【請求項６】
請求項１，２，３，４または請求項５で推定したＯＦケーブル線路絶縁体各部位のｔａｎδ値と、電界から誘電発熱と熱放散特性に基づき、ＯＦケーブル線路の誘電発熱特性を推定する
ことを特徴とするＯＦケーブル線路の誘電発熱特性の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁油の誘電正接（ｔａｎδ）の劣化した経年ＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布の推定方法および誘電発熱破壊可能性有無を判定する誘電発熱特性の推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年ではＣＶケーブル（架橋ポリエチレン絶縁ケーブル）が電力ケーブルの主流であるが、ＯＦケーブルは従来から広く使われてきたものであり、１０年〜数１０年を経過した経年線路が多い。
このため、ケーブル線路施工時の不具合や経年劣化による絶縁性能の低下度合を的確に診断する必要がある。
ＯＦケーブルの絶縁劣化診断技術としては、例えば特許文献１に記載のものが提案されている。特許文献１に記載のものは、絶縁油中から採取した絶縁油中の溶存ガスを分離抽出して、その分析値から絶縁劣化状況を診断するものである。
また、通常、ＯＦケーブル線路から絶縁油を採取して、絶縁油の劣化程度からＯＦケーブルの絶縁劣化を診断することも行なわれている。
ＯＦケーブル線路から絶縁油を採取したとき、接続部などで絶縁油ｔａｎδの極度に劣化している場合（例えば，絶縁油ｔａｎδ＝数十％レベル、ａｔ８０℃（ＪＩＳ  Ｃ２１０１による測定））がしばしばある。
絶縁油ｔａｎδの暫定基準例としてｔａｎδ＝２％以下（例えば非特許文献１参照）があるが、根拠は明確でなく、上述のｔａｎδ極度劣化油ではこの値を大きく上回る実情がある。
【０００３】
ＯＦケーブル絶縁体は絶縁紙に絶縁油が含浸された油浸紙であり、油と紙の単純複合モデルによる絶縁油ｔａｎδと油浸紙ｔａｎδの関係は次の式であり（例えば非特許文献２参照）、その計算結果例を図１４に示す。
ｔａｎδ＝（θf εf k ｔａｎδf ＋θo εo k ｔａｎδo ）／εk 
ここで、ε，ｔａｎδは油浸紙の値を示し、添え字ｆは紙、ｏは油、θ体積分率を表し、εk   ＝θf εf k ＋θo εo k 、ｋ＝−０．５（絶縁紙構造に対する値）である。
紙繊維のεf 、ｔａｎδf の温度特性はｔを温度（℃）として、εf ＝６．２５＋０．００５ｔ＝６．６５（ａｔ８０℃）、
ｔａｎδf （％）＝（０．６２−０．００６ｔ）＋（０．０５５×１０0.01t ）＝０．４９（ａｔ８０℃）、である。
例えば、絶縁油ｔａｎδ＝１０％では油浸紙ｔａｎδ＝約５．５％、絶縁油ｔａｎδ＝５０％では油浸紙ｔａｎδ＝約３０％となる。
【０００４】
一方、ｔａｎδ誘電発熱によるケーブル絶縁体の熱暴走限界ｔａｎδ計算例が非特許文献３に示されており、「６６ｋＶクラスＯＦケーブル→ｔａｎδ＝３．９５％、１５４ｋＶクラスＯＦケーブル→ｔａｎδ＝０．６０％、２７５ｋＶクラスＯＦケーブル→ｔａｎδ＝０．３８％」の計算結果がある。
【特許文献１】特開平５−２５２６３２号公報
【非特許文献１】電気協同研究「地中送電設備とその保守点検技術」、第４０巻第３号、昭和５９年３月、ｐ１８
【非特許文献２】斉藤、武、電気絶縁紙、コロナ社、昭和４４年１２月２０日、ｐ１４４〜ｐ１５３
【非特許文献３】電気協同研究「ＯＦケーブルの保守技術」、第５５巻第２号、平成１１年１０月、ｐ１１６〜１１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、絶縁油ｔａｎδが極度に悪い場合は、当然、油浸紙ｔａｎδも極度に大きくなり、誘電発熱による熱破壊を起こすことになる。
所が現実には、線路から採取した絶縁油ｔａｎδが極めて大きい場合（ｔａｎδ＝数十％レベル）でもｔａｎδ誘電発熱破壊の事例は今の所殆どなく、前記の計算は実態を反映していない。
このことは、ｔａｎδ極度悪化油が含浸された油浸紙では、なんらかのｔａｎδ抑制効果が作用していることを示唆している。
そこで、本発明者が極度にｔａｎδの悪い絶縁油を含浸した油浸紙のｔａｎδ特性を詳細に調べた結果、次の２つの理由による注目すべきｔａｎδ抑制効果の作用していることが判った。
(１) 所謂ガルトン効果による（運転電界域を含む）高電界域でのｔａｎδ減少。
(２) 油中イオンの絶縁紙への吸着によるｔａｎδ減少。
これらの効果は実機ＯＦケーブル接続箱を用いた悪化油流動実験においても確認され、さらに、接続部絶縁体の場合はｔａｎδ悪化部位がケーブル紙/ ジョイント紙境界部などに限定されることが判明した。
以上のことから、ｔａｎδ劣化した絶縁油の場合の実態を反映した誘電発熱推定法が必要となる。
本発明は、このように事情に鑑みなされたものであって、その目的は、極度劣化油ｔａｎδを有するＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布及び発熱特性を、線路から採取される絶縁油ｔａｎδをベースに的確な方法で推定する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は極度劣化油ｔａｎδを有するＯＦケーブル線路のｔａｎδ発熱特性を線路から採取される絶縁油ｔａｎδをベースに的確な方法で推定する方法を提供する。
そのために、ｔａｎδ極度劣化油を用いた油浸紙ｔａｎδ特性の詳細な検討を行い、（ａ）ｔａｎδ極度劣化油含浸紙のｔａｎδ−電界＆温度特性、（ｂ）ｔａｎδ劣化油を充分接触流動させた場合の油浸紙ｔａｎδとの平衡関係、（ｃ）劣化油流動後の接続部ｔａｎδ分布の特徴、を明らかにし、これに基づき、経年ＯＦケーブル線路から採取した劣化絶縁油の誘電正接（ｔａｎδ）からＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布を精度よく推定することを可能とした。
すなわち、本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
（１）経年ＯＦケーブル線路から採取した劣化絶縁油の誘電正接（ｔａｎδ）からＯＦケーブル線路のｔａｎδ分布を以下の（イ）〜（ニ）のようにして推定する。
（イ）油浸紙と絶縁油が流動接触することにより、絶縁油と油浸紙の接触部位のｔａｎδが平衡状態となった経年ＯＦケーブル線路から絶縁油を採取し、ｔａｎδを測定する。
（ロ）上記測定した絶縁油のｔａｎδと、予め求めた絶縁油ｔａｎδと油浸紙平衡ｔａｎδとの関係から、上記油浸紙と絶縁油が流動接触する所定部位のｔａｎδを求める。なお、このｔａｎδは予め設定した基準電界における値である。
上記絶縁油ｔａｎδと油浸紙平衡ｔａｎδとの関係は、以下に示す油／紙の単純複合モデルによる関係式に対して、ｔａｎδｏを［ｔａｎδｏ→Ｋ×ｔａｎδｏ］（Ｋはｔａｎδ抑制係数でありＫ＝０．１〜０．５）で置き換えて求めたものである。
ｔａｎδ＝（θｆεｆｋｔａｎδｆ＋θｏεｏｋｔａｎδｏ）／εｋ…（１）
ここでε，ｔａｎδは油浸紙の値を示し、添え字ｆは紙、ｏは油、θは体積分率を表し、εｋ   ＝θｆεｆｋ＋θｏεｏｋ、ｋ＝−０．５（絶縁紙構造に対する値）、ｔａｎδｆ＝（０．６２−０．００６ｔ）＋（０．０５５×１００．０１ｔ）、ｔは温度）である。
（ハ）上記劣化絶縁油と流動接触する所定部位のｔａｎδ（基準電界における値）を起点として、油浸紙の積層方向と、該積層方向に直交する油浸紙の沿間方向への劣化絶縁油の浸透厚さｔに応じた基準電界におけるｔａｎδ（ｔ）を求める。
ここで、上記油浸紙の積層方向と、該積層方向に直交する油浸紙の沿間方向への劣化絶縁油の浸透厚さに応じたｔａｎδ（ｔ）は、以下の（２）式で求められる。
（ｔａｎδ（ｔ）−ｔａｎδｓ）／（ｔａｎδ（ｔ＝０）−ｔａｎδｓ）＝ｅｘｐ（−αｔ）…（２）
ここで、ｔａｎδ（ｔ＝０）は、劣化絶縁油流動接触部位の起点ｔａｎδ、ｔａｎδｓは劣化絶縁油未浸透部のｔａｎδ、αは浸透度係数であり、浸透度係数αはラジアル方向（油浸紙の積層方向）の浸透度係数αｒ＝０．７〜３．０（ｍｍ−１）、沿層方向（積層方向に直交する油浸紙の沿間方向）の浸透度係数α１＝０．０２〜０．１０（ｍｍ−１）である。
（ニ）ＯＦケーブル線路の絶縁体各部の電界分布と、上記所定の部位における基準電界におけるｔａｎδおよび上記基準電界における各浸透厚さのｔａｎδとに基づき、ＯＦケーブル線路の絶縁体各部のｔａｎδ分布を求める。
上記において、絶縁体各部のｔａｎδ分布は、以下の（３）式により基準電界におけるｔａｎδ分布を、電界ＥにおけるＯＦケーブル線路の絶縁体各部のｔａｎδ分布に換算したものである。
ｔａｎδ（Ｅ）＝（Ｅ０／Ｅ）×ｔａｎδ（Ｅ０）…（３）
ここで、ｔａｎδ（Ｅ）は求めた絶縁体各部のｔａｎδ、ｔａｎδ（Ｅ０）は基準電界でのｔａｎδである。
（２）上記手法により、ＯＦケーブル線路の接続部、ケーブル部、終端部のｔａｎδ分布を推定する。
（３）上記のようにして推定したＯＦケーブル線路絶縁体各部位のｔａｎδ値と、電界から誘電発熱と熱放散特性に基づき、ＯＦケーブル線路の誘電発熱特性を推定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、経年ＯＦケーブルの接続箱の劣化絶縁油を採取することにより、ｔａｎδ劣化油含浸紙の特異なｔａｎδ現象を反映させたＯＦケーブル線路絶縁体のｔａｎδ分布を推定することができ、これに基づき、ｔａｎδ劣化油ＯＦケーブル線路の実態を反映した適切な誘電発熱推定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
極度劣化油ｔａｎδを有するＯＦケーブル線路のｔａｎδ発熱特性を、線路から採取される絶縁油ｔａｎδを基に推定するため、本発明者等はｔａｎδ極度劣化油を用いた油浸紙ｔａｎδ特性の詳細な検討を行なった。その結果、以下（１）〜（３）の事項が明らかとなった。
（１）ｔａｎδ極度劣化油含浸紙のｔａｎδ−電界＆温度特性
ｔａｎδ極度悪化油を含浸した油浸紙ｔａｎδの特異な電界特性を見出した。
図１０はｔａｎδ＝約５０％のＯＦケーブル用アルキルベンゼン油（ＪＩＳＣ２３２０の２種１号油）を含浸した油浸紙ｔａｎδの電界特性例である。なお、（ａ）は温度特性を示し、（ｂ）はガルトン効果によるｔａｎδの低下を示す。
【０００９】
同図に示すように、油浸紙ｔａｎδは、ＯＦケーブル運転電界域（５〜１５ｋＶ／ｍｍ）を含む高電界域で著しいｔａｎδ低下の現象が認められる。電界増加でｔａｎδ低下する現象は数μｍオーダの紙繊維間を油中イオンがＡＣ半サイクルより短い時間で移動を完了するために生じる所謂ガルトン効果として古くから知られている（Ｃ. Ｇ. Ｇａｒｔｏｎ, 「Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｏｓｓ  ｉｎ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  ｏｆ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｌｉｑｕｉｄｓ」, ＪＩＥＥ (ＩＩ),１９４１, ８８Ｇ, ｐ１０３〜１２０）。
しかし、本発明者等は、この現象の発現がＯＦケーブル運転電界付近で最も顕著に顕れることを見出している。また、油浸紙ｔａｎδの低下効果（抑制効果）には上述のガルトン効果に加え、絶縁紙へのｔａｎδ悪化成分（油中イオン）の吸着効果も寄与していることを見出している。さらに、図１０の例から判るように、次の特徴を明らかにした。
(i) ガルトン効果の表れる領域では油浸紙ｔａｎδは電界にほぼ逆比例して低下する。
(ii)ＯＦケーブル運転電界付近のｔａｎδ−温度特性は小さい。
【００１０】
（２）ｔａｎδ劣化油を充分接触流動させた場合の油浸紙ｔａｎδとの平衡関係
前述のように絶縁紙にはｔａｎδ悪化成分（油中イオン）の吸着効果があることから、ｔａｎδ劣化油と油浸紙を長時間接触させて両者（絶縁油と油浸紙）の平衡ｔａｎδの関係を求めた。
なお、平衡ｔａｎδとはｔａｎδ劣化油と油浸紙を長時間接触させ平衡状態に達したｔａｎδのことである。油のｔａｎδ悪化成分（油中イオン）は絶縁紙に吸着される性質があるので、接触時間と共に油のｔａｎδは（見掛上）徐々に小さくなり、油浸紙ｔａｎδ徐々に増大する。両者のｔａｎδ関係の時間変化がなくなった状態を平衡ｔａｎδとしている。
【００１１】
ＯＦケーブルの接続箱の断面構成を図１に示す。なお、本発明は接続部に限らず、ＯＦケーブルのケーブル部、終端部等にも同様に適用できるが、ここでは、主としてＯＦケーブルの接続部を対象として本発明を説明する。
図１において、１はＯＦケーブルであり、ＯＦケーブル１は、ケーブル導体１ａ、絶縁のためのケーブル絶縁紙１ｂ、防食層からなり、ケーブル導体１ａはスリーブ１ｄにより図示しない他のＯＦケーブルのケーブル導体と接続される。
上記接続箱におけるケーブル導体１ａ、ケーブル絶縁紙１ｂ上には、補強絶縁紙２ａが巻きつけられ、ケーブル絶縁紙１ｂ、補強絶縁紙２ａは銅管などからなるジョイントボックス２ｂに収納され、ジョイントボックス２ｂ中にはボックス油３が充填される。また、ケーブル導体１ａには油通路が設けられ、導体油４が充填されている。
ジョイントボックス２ｂとＯＦケーブル１上には、鉛工部２ｃ、防食層２ｄが設けられ、さらに、スリーブ１ｄ上のジョイントボックス２ｂ上には、絶縁接続箱の場合には遮蔽層の縁切りのためエポキシ絶縁層５が設けられる。
【００１２】
図２は、図１に示した接続箱における劣化絶縁油の流動接触を概念的に示した図である。
経年ＯＦケーブル線路においては、接続箱のボックス油は劣化絶縁油となるが、ケーブル運転中、油の熱膨張収縮により「ボックス油⇔導体油」間で劣化油の流動がある。
この場合、劣化絶縁油のｔａｎδを反映するケーブル絶縁体の油浸紙ｔａｎδは、劣化絶縁油が直接流動接触する部位であり、図２において、この流動接触部位とは「ケーブル絶縁紙１ｂの表層および補強絶縁紙２ａの表層、ケーブル絶縁紙１ｂと補強絶縁紙２ａの境界、導体油と接触するケーブル絶縁紙１ｂ」となる。
上記流動接触部位について、劣化絶縁油ｔａｎδと油浸紙ｔａｎδの関係は劣化絶縁油が油浸紙に充分に流動接触した後の両者の平衡関係式を採用する。なお、劣化油浸紙ｔａｎδには顕著な電界依存性があることから、油浸紙ｔａｎδは所定の基準電界Ｅ0 でのｔａｎδ値（以下、「基準電界におけるｔａｎδ」という）とする。
【００１３】
ここで、前述したようにｔａｎδ劣化油と油浸紙を長時間接触させると、油のｔａｎδは（見掛上）徐々に小さくなり、油浸紙ｔａｎδ徐々に増大し、両者のｔａｎδ関係の時間変化がなくなるが、この平衡状態に達するに要する期間は数年程度である。現在使用されているＯＦケーブルは１０年以上経過しているものがほとんどであり、大部分のＯＦケーブルのｔａｎδは平衡状態に達しているものと考えられる。
なお、文献（Ｔｏｈｒｕ  Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｔａｋｅｎｏｒｉ  Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｍａｓａｈｉｋｏ Nａｋａｄｅ  ａｎｄ  Ｋｅｎｉｃｈｉ  Ｉｄｅ：「Ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ  Ｔａｎδ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎ  ｏｆ  Ｏｉｌ  Ｆｉｌｌｅｄ  Ｃａｂｌｅ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ   Dｅｇｒａｄｅｄ  Ｔａｎδ  Ｏｉｌ」，Ｊｉｃａｂｌｅ０７，Ａ５−２，Ｖｅｒｓａｉｌｌｅｓ，Ｆｒａｎｃｅ（２００７．６））のＦｉｇ. ９には、長時間流動実験中のボックス油（接続箱油）と導体油のｔａｎδ変化が示されている。
図１１に、上記Ｆｉｇ．９に示される流動回数と、ボックス油（接続箱油）と導体油のｔａｎδ変化を示す。
ここに示されるものは、絶縁層を介した「ボックス油←→導体油」の流動であり、ボックス油ｔａｎδと導体油ｔａｎδが同じ位になる時間（回数）がほぼ平衡時間と解釈できる。この実験は「日間変動分の絶縁油の膨張収縮による流動量（油量の３％）」として実験したものであり、この実験データの例えば１０００回は１０００日（約３年）相当し、約１０００回で、ボックス油ｔａｎδと導体油ｔａｎδが同じ位になっている。したがって、この実験から平衡ｔａｎδに達する時間は、少なくとも３年程度と考えられる。
【００１４】
図１２に絶縁油ｔａｎδと油浸紙ｔａｎδの平衡関係の測定結果例を示す。同図において、黒四角、三角、×等は、平衡状態に達した絶縁油ｔａｎδと油浸紙ｔａｎδをプロットした点であり、実線は前記図１４に示した油／紙単純複合モデルによる曲線であり、点線は、抑制係数ｋ＝０．２５として複合モデルによる曲線である。
同図に示されるように、ｔａｎδ極度劣化油含浸紙では、比較的バラツキの大きい現象となるが、平衡後の油／紙の単純複合モデルから求まる油浸紙ｔａｎδ（前記（１）式および図１４）よりも大きく抑制されたｔａｎδとなる。
油ｔａｎδをｔａｎδｏとすると、「ｔａｎδｏ→Ｋ×ｔａｎδｏ（Ｋ：ｔａｎδ抑制係数）」に置き換えると単純複合モデルのｔａｎδ式が適用でき、バラツキの範囲を考慮するとＫ＝０．１〜０．５となる（図１２では中央値としてＫ＝０．２５の曲線で示してある）。
図１２に示す関係から、経年ＯＦケーブル線路から採取した劣化絶縁油のｔａｎδから上記流動接触部位における油浸紙平衡ｔａｎδを求めることができる。
【００１５】
（３）実機接続箱による劣化油流動後の接続部ｔａｎδ分布
１５４ｋＶクラスＯＦケーブル接続箱を用いて、接続箱油（ボックス油）にｔａｎδ極度劣化油を充填し、導体側にピストンシリンダーを取付けて、ボックス油と導体油間の流動実験を行った。
図３にＯＦケーブルの接続箱における油の流れを示し、図４に実験装置の全体構成を示す。
図３において、前述したように、１ａはケーブル導体１ａ、１ｂはケーブル絶縁紙、２ａは補強絶縁紙、２ｂはジョイントボックス、３はボックス油、４は導体油である。
同図に示すように、図示しないピストンシリンダにより導体側から油を出し入れすると、ケーブル導体１ａには油通路があるので油が流動し、さらに同図の矢印に示すように、ケーブル絶縁紙１ｂと補強絶縁紙２ａの境界、およびケーブル絶縁紙１ｂを通って、導体油４←→ボックス油３が流動する。
【００１６】
図４は実験装置の全体の構成を示す。上記接続箱１０のＯＦケーブルの導体油通路に、接続された管路１１に差圧計１２、圧力計１３を介して油注入シリンダ１４を接続し、制御装置によりシリンダ１４を制御し、導体油４を流動させた。また、この管路１１に導体油用の採油口１８−１を設けた。
一方、ジョイントボックス２ｂに管路１５を介してバッファ用油留め１６を設け、ボックス油用の採油口１８−２を設けた。
なお、同図では、接続箱１０に接続された一方のＯＦケーブル１の長さを１０ｍとし、その端部にＰＴ１７を接続している場合を示しているが、接続箱１０のみの実験の場合は、ＯＦケーブルを短くしてもよい。
【００１７】
図３、図４に示したものは、ケーブル実使用時の負荷変動による絶縁油の熱膨張収縮による絶縁油流動を模擬したものであり、前記図１１に示したように、ボックス油と導体油のｔａｎδが同程度の値となる平衡状態までの流動回数を実施後、接続絶縁体各部の油浸紙ｔａｎδを詳細に測定した。そのプロフィールから次の特徴が明らかになった。
(i) 接続部絶縁体のｔａｎδ劣化部位の特徴
図５に示すように、劣化油の流動は通常部より層間の緩いと考えられるケーブル紙と補強紙の境界に沿って大きく、各部のｔａｎδは一様ではなく、次の順となる。
［ケーブル／補強紙境界部］＞［補強紙スロープ部］＞［ケーブルラジアル方向］＞［補強紙ラジアル方向］
・ケーブル／補強紙境界部：ケーブル絶縁紙１ｂと補強絶縁紙２ａの境界部、図５の(1) ・補強紙スロープ部：補強絶縁紙２ａのスロープ部、図５の(2) 
・ケーブルラジアル方向：ケーブル絶縁紙１ｂの積層方向（ラジアル方向）、図５の(3) ・補強紙ラジアル方向：補強絶縁紙２ａの積層方向（ラジアル方向）、図５の(4) 
なお、劣化絶縁油の流動接触部位を起点として、図２の場合では縦矢印の積層方向がラジアル方向、横矢印の層間方向が沿層方向となる。ＯＦケーブル絶縁層はテープ巻き積層されているので、劣化絶縁油の浸透度はテープ層間流となる沿層方向がラジアル方向より大きい。
【００１８】
(ii)ラジアル（積層）方向と層間（沿層）方向のｔａｎδ分布
上記接続絶縁体各部の油浸紙ｔａｎδの測定結果から、劣化絶縁油が直接流動接触する部位のｔａｎδ（例えば、ケーブル／補強紙境界部や補強紙スロープ表層）を起点（浸透厚さｔ＝０位置）として浸透厚さ方向（前記図２の矢印参照) へのｔａｎδ変化は、規格化したｔａｎδで示すと、前述した次の（２）式に示すように指数関数的な減少で表示できることが分かった。
（ｔａｎδ（ｔ）−ｔａｎδs ）／（ｔａｎδ（ｔ＝０）−ｔａｎδs ）＝ｅｘｐ（αｔ）…（２）
ここで、ｔａｎδ（ｔ＝０）は、劣化絶縁油流動接触部位の起点ｔａｎδ、ｔａｎδS は劣化絶縁油未浸透部のｔａｎδである。
αは浸透度係数であり、浸透度係数αはラジアル方向浸透度係数αr ＝０．７〜３．０（ｍｍ-1）、沿層方向浸透度係数αl ＝０．０２〜０．１０（ｍｍ-1）の範囲であることが判った。
図１３に浸透厚（ｍｍ）と規格化したｔａｎδの変化を示す。同図は、ラジアル方向浸透度係数αr ＝１．４９（ｃｍ-1）、沿層方向浸透度係数αl ＝０．０４９（ｃｍ-1）の場合である。
【００１９】
以上の本発明者等が明らかにしたｔａｎδ劣化油含浸ＯＦケーブル絶縁体の特異なｔａｎδ現象を考慮することにより、絶縁体各部のｔａｎδ分布を求めることができる。
図６、図７により、ｔａｎδ分布の求め方について説明する。
（１）前記したように、経年ＯＦケーブル線路から絶縁油を採取しｔａｎδo を測定する（図７(1) ）。そして、測定した絶縁油のｔａｎδo と、図１２に示した絶縁油ｔａｎδと油浸紙平衡ｔａｎδとの関係から、上記絶縁油と流動接触する部位の基準電界における油浸紙平衡ｔａｎδを定める（図７(2) ）。なお、図１２は油浸ｔａｎδの測定電界が約１０ｋＶ／ｍｍであるので、ここでは基準電界を１０ｋＶ／ｍｍとする。
【００２０】
（２）一方、前記ボックス油と導体油間の流動実験後の接続絶縁体各部の油浸紙ｔａｎδを詳細に測定した結果に基づき、流動接触部位の各部位におけるｔａｎδを求める。
すなわち、図６において、補強絶縁紙２ａ（ストレスコーン）の立上部近傍のＡ部位、ケーブル絶縁紙１ｂと補強絶縁紙２ａの界面中央点であるＢ部位、ケーブル導体１ａの直上点であるＣ部位、補強絶縁紙２ａのスロープ表層であるＤ部位についてｔａｎδを得る。ここで、Ａ部位のｔａｎδA が最大ｔａｎδであるとして（劣化油の流動の際の入口点相当であるので最大ｔａｎδになるとしている）、この部位のｔａｎδA を上記油浸紙平衡ｔａｎδとする。
そして、流動実験後に測定した接続絶縁体各部の油浸紙ｔａｎδの分布に基づき、上記Ａ部位のｔａｎδA を起点として例えばＡＢ間の距離比例値、ＢＣ間の距離比例値としてＢ〜Ｄ部位の最大ｔａｎδであるｔａｎδB 、ｔａｎδC 、ｔａｎδD を求める（図７(3) ）。
（３）以上のようにしてＡ〜Ｄ部位のｔａｎδが定まったら、上記ｔａｎδB 、ｔａｎδC 、ｔａｎδD を起点として、前記（２）式に基づき、ラジアル方向浸透度係数αr 、沿層方向浸透度係数αl により、ラジアル方向と沿層方向の浸透厚さｔにおける絶縁体のｔａｎδ（ｔ）を求める（図７(4) ）。
【００２１】
（４）上記のようにして求めたｔａｎδ分布は、基準電界（約１０ｋＶ／ｍｍ）における値なので、接続部絶縁体の電界分布を求め、この電界分布に基づき、前述した以下の（３）式により、各部のｔａｎδを求める（図７(5) ）。
ｔａｎδ（Ｅ）＝（Ｅ0 ／Ｅ）×ｔａｎδ（Ｅ0 ）…（３）
ここで、ｔａｎδ（Ｅ）は求めた絶縁体各部のｔａｎδであり、ｔａｎδ（Ｅ0 ）は基準電界でのｔａｎδである。
【００２２】
上記のようにして求めたｔａｎδ分布に基づき、誘電発熱シミュレーションを行い、ＯＦケーブル線路の誘電発熱特性を推定した。
誘電発熱シミュレーションは、通常行われているのと同様な方法であり、以下のようにして行った。
ＯＦケーブルの接続部をメッシュに分割して、接続部絶縁体各部の電界解析を行い、電界に応じたｔａｎδにより、各部位での発生熱（Ｗ）を計算する。
発生熱は「誘発熱＋通電電流による導体発熱熱」であり、絶縁体部の単位体積当りの誘電発熱量は次式となる。
Ｗ＝ωε0 εs Ｅ2 ×tan δ×１０-5（Ｗ／ｃｍ3 ）
ε0 （真空の誘電率）：８．８５５×１０-10 （Ｆ／ｃｍ）
εs （油浸紙の比誘電率）（＝３．４）
Ｅ（電界）：（Ｖ／ｃｍ）
また、熱放散は布設環境、各部の材料熱抵抗、形状に依存する。発熱量と熱放散のバランスをメッシュ分割各部で計算することにより、誘電発熱特性を的確に推定することができる。
【実施例】
【００２３】
１５４ｋＶクラスＯＦケーブル接続部に次の条件を与えた場合の誘電発熱シミュレーションを行った。
（条件）
・ＯＦケーブル接続部：１５４ｋＶ絶縁型接続部、導体サイズ１２００ｍｍ2 
・敷設条件：管路区間内入孔部設置（入孔温度３０°Ｃ一定）
・通電電流：８７５Ａ（敷設条件を考慮した送電時許容電流）
・接続部絶縁油ｔａｎδ：ｔａｎδ＝５０％
ここで、接続部絶縁体のｔａｎδ分布は上述した方法で求め、使用定数は上述した実験に基づく平均的な値として次の値を用いた。
・ｔａｎδ平衡式（前記（１）式）のｔａｎδ抑制係数ｋ＝０．２５とした。
・前記（２）式の悪化油浸透度係数をラジアル方向αr ＝１．４９ｍｍ-1、沿層方向αl ＝０．０４９ｃｍ-1  とした。
・基準電界＝１０ｋＶ／ｍｍとした。
【００２４】
接続絶縁体各部の運転電界でのｔａｎδ分布を図８に示す。前述したガルトン効果ｔａｎδ電界特性（高電界域でのｔａｎδ減少）を反映して低電界域となる補強紙表層の一部で大きいｔａｎδ値となるが、それ以外ではｔａｎδ値が抑制されることが判る。
図８の各部の電界を考慮したｔａｎδによる誘電発熱並びに通電電流による発熱と接続部構造と敷設条件による熱放散から温度解析した結果を図９に示す。
図９では最大温度は導体部であり４４．３５°Ｃの結果となっているが、この大部分は通電電流による導体発熱によるものであり、ｔａｎδ発熱による温度上昇寄与は０．３３°Ｃでしかない。ｔａｎδ発熱の寄与が小さいのは「誘電発熱∝ｔａｎδ×Ｅ2 （Ｅ：電界）」であり、ｔａｎδ絶対値の大きい部位が図８に示すように低電界の補強紙表層部に局在しているためとなる。
すなわち、本ケース（入孔敷設の１５４ｋＶ接続箱で絶縁油ｔａｎδ＝５０％レベル）では誘電発熱による熱暴走の発生は考え難い結果であり、現実にそのような事例がない事実とも一致する。このことから、本発明の誘電発熱シミュレーションが的確なものであることがわかる
他のケースの場合（電圧クラス、敷設条件（管路、直埋、洞道）、ケーブル部＆終端部）に対しても同様のシミュレーションを適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＯＦケーブルの接続箱の断面構成を示す図である。
【図２】図１に示した接続箱における劣化絶縁油の流動接触を概念的に示した図である。
【図３】ＯＦケーブルの接続箱における油の流れを示す図である。
【図４】実験装置の全体構成を示す図である。
【図５】接続部における絶縁体各部のｔａｎδ劣化プロフィールを説明する図である。
【図６】ｔａｎδ分布の求め方を説明する図である。
【図７】ｔａｎδ分布を求める際の定数例を示す図である。
【図８】接続絶縁体各部の運転電界でのｔａｎδ分布を示す図である。
【図９】誘電発熱シミュレーション結果を示す図である。
【図１０】ｔａｎδ＝約５０％のＯＦケーブル用アルキルベンゼン油（ＪＩＳＣ２３２０の２種１号油）を含浸した油浸紙ｔａｎδの電界特性例を示す図である。
【図１１】流動回数と、ボックス油（接続箱油）と導体油のｔａｎδ変化を示す図である。
【図１２】絶縁油ｔａｎδと油浸紙ｔａｎδの平衡関係の測定結果例を示す図である。
【図１３】浸透厚（ｍｍ）と規格化したｔａｎδの変化を示す図である。
【図１４】油と紙の単純複合モデルによる絶縁油ｔａｎδと油浸紙ｔａｎδの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    ＯＦケーブル
１ａ  ケーブル導体
１ｂ  ケーブル絶縁紙
１ｃ  防食層
１ｄ  スリーブ
２ａ  補強絶縁紙
２ｂ  ジョイントボックス
２ｃ  鉛工部
２ｄ  防食層
４    導体油
５    エポキシ絶縁層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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