第 200 号・2022 年 1 月

住友電工テクニカルレビュー

特集

既設電力ケーブルを伝送路とした地中線設備の保守監視システム

Manhole Monitoring System Using the Existing Power Cables asTransmission Line
＊後藤哲生

長田拓馬

Tetsuo Goto

Takuma Osada

横山大下口

中西正温

Tai Yokoyama

剛史

Takefumi Shimoguchi

Masaharu Nakanishi

地中送電線路の点検保守は、従来人手によって定期的に巡視等を行う TBM から、IoT や AI を活用したデジタルトランスフォーメーションを促進し、必要な時に効率的に保守を行う、より高度な CBM への転換を図るといったスマート保安の推進が要望されている。
IoT を実現する課題として、地中送電設備の多くを占める管路布設ケーブル設備の保守情報を取得するための安価で安全かつ信頼性の高い通信方式の確保が困難であったことが挙げられる。本論文では、マンホール内から66kV の既設の電力ケーブル（XLPE）の金属遮蔽層を伝送路として利用して、保守に使用するセンサ情報やカメラ画像を収集する保守監視システムを東京電力パワーグリッド㈱と共同で開発を行ったので紹介する。

In the maintenance of underground transmission lines, there is a need to shift from time-based maintenance, wheremaintenance is performed manually and periodically, to more advanced condition-based maintenance, wheremaintenance is performed efficiently when necessary, through the promotion of digital transformation using IoT and AI toachieve smart maintenance. One of the challenges in realizing IoT has been the difficulty in developing an inexpensive,
safe, and reliable communication method to acquire sensor information about cables installed in conduits, which accountfor the majority of underground power transmission facilities. This paper describes the development of a system thatcollects sensor information and camera images using a 66-kV XLPE cable installed in a conduit manhole, in collaboration
with TEPCO Power Grid, Inc.
キーワード：マンホール、地中送電線路、電力線通信、遮蔽層伝送、保守監視システム

1.

緒

言

（2）マンホール（以下、MH）から無線によるセンサデー

従来の地中送電線路の点検保守は、定期的なケーブルやタの伝送を行う場合は、電波の飛距離が短いため、付帯設備の巡視（外観点検）を中心に、人手による漏油、データ収集のためのネットワーク構築にコストを要移動量、温度、部分放電、ガス分析などの測定を組み合わする。

せて行う TBM（Time Based Maintenance）を主体とし（3）センサや伝送装置が使用する電源の確保が困難であたものであった。しかし、近年の設備の老朽化や将来的なる。

保守人員の不足などの問題が顕在化しており、スマート保（4）センサや伝送装置は、MH 内部が水没する環境であ安の推進が強く求められており、IoT、センサ技術や人工るため、高い防水性を要する。

知能（AI）等を用いたデジタルトランスフォーメーション

従来から、無線を用いた電力ケーブル移動量の測定システ（DX）を促進することで、より高度な CBM（Condition

ム（1）や、920MHz 帯の LPWA（Low Power Wide Area）

Based Maintenance）を主体とした保守の高度化が望まなど無線通信を用いた監視システムの報告がなされていれている。

る（2）。通常、MH の蓋は、送電線事故時を考慮して2重の金地中送電線路は、地中の洞道や管路を使ってケーブルが蓋を採用している場合もあり、無線通信の大きな減衰を生埋設されているため、IoT の実現には、保守に使用する各じ、通信距離は数百 m に留まる。さらに、MH 内が水没す

種センサデータを地中から伝送するために安価で信頼性がると、通信距離はさらに短くなる。

高く、高い情報セキュリティを有するセンサネットワーク

これらの課題を解決するべく、電力線通信技術（PLC:を構築する必要がある。特に、管路マンホール部は、以下Power Line Communication）を活用し、既設電力ケーの課題があった。

ブルの遮蔽層を伝送路にすることで、新たに通信線を布設（1）既存設備に対して、空管路がない場合は、メタルやすることなく、MH 内に設置したセンサデータを取得する

光ファイバ等の通信線を後付けで布設することが困ことができ、安価・高信頼性・高セキュリティの通信シス難である。空管路があったとしても、布設コストをテムを開発した。また、当該通信システムを応用した MH要する。

内設備の保守監視システムを開発したので報告する。
既設電力ケーブルを伝送路とした地中線設備の保守監視システム

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電力ケーブルの遮蔽層を用いた PLC 伝送

PLC は、既設電力線に高周波の搬送波信号を重畳し通信を行う技術であり、国内では kHz 帯と MHz 帯の2方式がある。今回、MHz 帯の PLC 方式と比較して減衰量が小さく長距離伝送が期待できることや、電力ケーブルの劣化診断に有用な部分放電測定に用いる周波数帯域（MHz 帯）との干CT渉を避けるため、10-450kHz の周波数を使用する kHz 帯の PLC 方式を採用した。
高圧や超高圧の電力ケーブルにおいて、導体を伝送路として使用する場合、信号を重畳する結合器が高耐圧化によ

写真1

ボンド線または接地線への CT の誘導結合例

り大型になることや、導体に接続可能な場所が端末部に限定されるといった課題がある。MH 内には、電力ケーブルの接続箱が収容され、接続箱は、図1のケーブルの遮蔽層

NJを接続するボンド線や接地線が、接続箱の外部に引き出さ250mCTれている。これらの電線に非接触で信号を誘導結合できるCT（Current Transformer）を用い、遮蔽層を伝送路として利用することとした。表1に導体と遮蔽層を使った伝250m

240m

280m

390m

370m

350m

AMH

BMH

CMH

DMH

EMH

CTCT

CT

CTCT

送方法の比較を示す。

XLPE CV

図266kV

500mm2

試験構成

表2に MH 内に設置した子機と端末部の親機、または MH内に設置した各子機間で直接通信した場合の通信試験結果を示す。
図1

電力ケーブルの構造
表2

表1

伝送方法の比較

導体伝送

遮蔽層伝送

信号結合

容量結合

誘導結合

信号注入箇所

端末部

端末部または接続箱

伝送距離

長距離伝送可導体伝送と比較し短距離だが、中継が可能

設置条件

大型設備が必要
設置制約が大小型CTで結合可設置制約が小利便性

適用ケーブル電圧の制限あり

適用ケーブル電圧の制限なし

電磁界漏洩
評価

通信方向

66kV CV ケーブル通信試験結果

項目

親機-A間

親機-B間

B-C間

C-D間

D-E間

成功率（％）

100100100100100

実効速度（kbps）

20.1

0.920.5

19.6

20.3

成功率（％）

100100100

100100実効速度（kbps）

19.8

1.1

20.3

20.1

19.1

上り

下り

試験では各装置間で1232byteのパケットを100回送信し、通信成功率及び平均実効速度を測定した。

地中埋設のため、影響なし
IoTに不向き

IoTに最適上り及び下り方向の通信成功率は、全て100％であった。実効速度は、表2の親機 -B 間で低下している。CT にボンド線や接地線にクランプする CT の外観を写真1に示

よって、遮蔽層に誘導結合された信号は、図3に示すようす。CT の寸法は、W105× H85× D120mm と小型であに、他相の遮蔽層を使って隣接する普通接続箱（NJ）間でり、取り付けが容易である。この CT を使用して接地線に電流ループを形成し信号が伝搬する。信号の減衰は、遮蔽PLC の搬送波信号を重畳し、他箇所に設置した装置と通信層を伝搬中に発生する減衰よりも、NJ を通過する際の分流を行った。

等による信号減衰の方が大きく、親機 -B 間は NJ を3区間通

次に、図2に示す稼働中の電力ケーブルの遮蔽層を使った PLC による伝送試験を実施した。

過したことで信号が減衰し、S/N が低下したことが原因と考える。
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大10台の監視装置と PLC による接続が可能である。監視NJ装置は、取得した各種センサ情報を、遮蔽層を使った PLC伝送により、携帯など汎用の通信手段が使用できる屋外のPLC

CT

PLCケーブル端末部まで伝送する。そこからは LTE 回線を用いてクラウドサーバに送り、データを蓄積し、事務所などから監視データの確認が可能である。

(a)

3－2
IJ

NJ

表3に示す。なお、今回採用したセンサとカメラは、コスト
PLCと手間を考慮して汎用品を採用した。低地にある MH など
は、雨水や地下水の MH 内への流入などにより MH 内が水PLC

CT

MH 内監視内容と使用センサ

本論文での MH 内の設備監視内容と、使用したセンサを没する箇所がある。そのため、装置やセンサは、水深10mに対応できるものを使用し、カメラ自体も専用の筐体を開発して防水を行い、画像の撮影を行った（写真2）。

(b)
図3

各接地方式での電流ループの形成

表3

本論文では、ソリッドボンド接地方式を例としているが、MH 内の監視内容と使用したセンサ

監視対象

測定項目

内部状態

状態

ケーブル移動移動量

れば、クロスボンド接地方式が絶縁接続箱で信号の伝搬す内部水位

水位る相が入れ替わることを除くと、ソリッドボンド接地方式

ケーブル表面、管路内部

温度信号の伝搬において、上記の両接地方式を、接地区間で見との間で大きな相違はないと考えられる。したがって、各接続箱間の距離を同等とすると、ソリッドボンド接地方式

使用センサ
センシング方式

I/F

カメラ

USB

ポテンショメータ

AI

カメラ

USBフロート式センサ

DI

カメラ

USB

測温抵抗体

AI

AI：アナログ信号、DI：接点信号

よりもクロスボンド接地方式の方が、NJ 間の距離が約3倍長いことから、相対的に伝送距離が長くなると考えられる。

3.
3－1

マンホール内設備監視システムの仕様
マンホール内設備監視システムの構成

遮蔽層を使った PLC 伝送により、IoT に必要な高い信頼性の伝送が可能である。それを利用し、MH 内の設備監視を行うためのシステム構成を図4に示す。
マンホール内設備の監視装置は、MH 内に設置され、最写真2

MH 内へのカメラの設置例

LTECT

3－3

マンホール内設備監視装置の仕様

表4にマンホール内設備監視装置の主な仕様を示す。
MH 内の設備監視には汎用センサを使用するため、別途CT信号変換器が必要である。汎用センサの出力には2種類あり、一つは温度センサや移動量センサなどで用いられるアナログ信号、もう一つはフロート型の水位センサなどで用いられる接点信号がある。アナログ信号は、センサの測定量を信号変換器で4-20mA の電流に変換して出力する。接図4

MH 内設備監視システムの構成

点信号は、接点をオン、オフして出力する。そしてこれら既設電力ケーブルを伝送路とした地中線設備の保守監視システム

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第 200 号・2022 年 1 月の信号を、さらに PLC 信号に変換するセンサ出力変換器を開発した。
マンホール内設備監視装置の筐体には、地下用光ケーブ
ルの接続で実績のある水深10m 対応のクロージャを使用した（写真3）。
なお、マンホール内設備監視装置への電源供給は、電力ケーブルの電流から電磁誘導を利用して発電を行う誘導電

マンホール内設備監視装置の主な仕様

項目仕様

アナログ信号（AI） 4ch
I/F

接点信号（DI）

3ch・接点（入力）

USB

2Port

[mm]

表4

写真4MH 内部の全景及びケーブル

6500

5400

4300

3200

電源／消費電力

DC12V/18W以下

2寸法

W272×H272×D673mm（突起部除く）

1

重量約15kg

設置場所

MH内（IP68、水深最大10m）[A]源装置を使用した。

100350m00400m-1020406080100120140

図5ケーブル移動量と電流の変化行った管路内のケーブル長は、それぞれ350m と400m である。測定期間中のケーブル電流の変動は、概ね150A から400A で推移しており、日間のケーブルの僅かな移動は、日間の電流の変動に追従している。また、通電期間中の1mm 以下の微小な伸縮変化が測定できた。図の＋方向
写真3

マンホール内設備監視装置

は、管路内へのケーブルの収縮を示している。測定開始（9/26）から約60日間は、負荷電流の変動幅がほぼ一定であるため、気温低下とともに、徐々に管路内に収縮してい4.
4－1

マンホール内設備監視システムへの適用
画像を用いたマンホール内部設備監視るが、それ以降は、電流の変化幅が増加したことで、徐々に伸び出しの傾向が見られた。また、115日目に、保守によって線路停止した際には、導体の温度低下に伴う急激な従来、伝送や電源の問題もあり、MH 内部を画像で常時収縮（3mm 以上）変化が見られた。本ケーブルは、66kV監視することは極めて稀である。今回、監視例として、MHCVT ケーブルのため、負荷電流によるケーブル伸縮は、設内の全景及びケーブルにフォーカスした画像を撮影した。

計上考慮されないが、mm 単位での微小な変化が生じるこ

通常、ケーブルを含め MH 内の設備は、動作が少ないたとが確認できた。なお、別に設置した移動量センサも同様

め、画像の差分解析を行うことにより、状況変化の検出がのケーブルの変位を検出した。

可能である。写真4（a）の全景観察によって、例えば、地震

また、写真4（a）に示す画像を用いて、画像の中央部付などの災害時に MH 内部で設備の破損が発生した場合や、近に設置した量水標との比較により水位検出を行ったとこ

ケーブルのオフセット異常などが発生した場合には、早期ろ、フロート式水位センサ3台による段階的な水位レベルに検出が可能と考えられる。また写真4（b）では、ケーブの検出動作に比べ、連続的な水位の変化を捉えることがでル近くからケーブル上のマーカーを6時間間隔で撮影し、きた。

画像解析（2値化及び差分処理）によってケーブル挙動の検出を行った。その結果を図5に示す。

MH 内の状態を画像によって監視することで、センサのみの監視に比べ、設備状態の識別機能の向上と、例えば、ケー撮影開始から137日間のケーブル電流と MH 内の両端のブル移動量などは、画像によるデジタル数値化を行うこと管路口近くで当該のケーブル挙動の監視を行った。監視をで、センサとして活用でき、付加価値の向上が期待できる。
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4－2

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MH 内ケーブル周囲温度の季節的な環境変化

管路に隣接した空管路内温度を測定した。図7は、測定結ケーブルの許容電流や熱機械挙動、長期の温度劣化など果から9月及び2月に記録した最高温度を示す。空管路内温は、ケーブル周囲の温度条件の影響を受ける。今回測定し度は、C の管路口から約50m 及び100m、D の管路口からたケーブル周囲温度の測定データをもとに季節的な環境変約30m 及び100m 内側に白金測温抵抗体温度センサを設化を考察した。図2に示す5箇所に MH 及び C-D 間のケー置して測定した。詳細な測定位置は、参考として図8のファブル空管路の温度分布の測定を9月末から約5か月間行っイバ温度計による測定結果の図中に点線で記載する。

た。また、各 MH の水位状態などの付帯情報も併せて測定した。
30

水没し、隣接する B と D は、浸水の速度は雨量など季節に28よって異なるが、浸水や内部の水没が見られた。なお A と]32

E は、期間中の浸水が見られなかった。

[表5に各 MH の環境条件を示す。測定期間中の水位検出の結果から、地上深さの深い C は、水を排水してもすぐに(380m)

99250A

2CMHEMH

26242220

表5MH 環境条件

AMH18MH

標高（m）

地上深さ（m）

水没A9.73.9無B

10.53.9有C

12.38.2

有D

15.35.8

有E

41.06.0

無100m

BMH

50m

350m

280m

2DMH

400A

160400

図7800

12001600[m]20002400

MH 内雰囲気温度及び空管路内温度

本結果より、夏場（9月）は、管路部の温度が最も高く12月の MH 内のケーブル表面温度と MH 内雰囲気温度となることが空管路内の温度測定から確認できた。一方、冬の差分温度と負荷電流の変化の様子を図6に示す。差分温場に移行すると、空管路部分の温度が低下し、一部の MH度と負荷電流は、強い相関関係が見られ、負荷電流に対す内部よりも低くなることがわかる。特に冬場は、高台の Eる温度変化の時間遅れは、約4時間であった。ケーブル表と水没しやすい C の温度が管路部よりも高い。これは、E面温度は、MH 内温度と電流によって影響されるため、測が、常時気中にケーブルの発熱に起因する MH 内部の温度定をした5箇所の MH における季節的な温度状態の変化の上昇の影響、C が、ケーブルが水没状態にあることによる様子を考察した。

水温の影響をそれぞれ受けたものと考えられる。参考に、ケーブル周囲の温度環境は、各 MH や埋設区間の土壌の状態によって変わると考えられる。MH 内雰囲気温度や C夏場と冬場にスポット的にファイバ温度計により空管路内の温度分布を測定した結果を図8に示す。と D の間の管路区間において、測定対象のケーブルの布設管路口から管路の中央に向かって夏場の温度上昇は、ケーブル埋設深さが浅いほど著しい。これは、土壌の温度

4.03000DMH

1283.0]2.52422225

34202.0200

226[250181.5175

12/212/312/412/552166141.0150

図69CMH303.5275[A]

321212/670

ケーブル表面温度とMH 内雰囲気温度との差分温度と負荷電流の変化[m]32550100150200250[m]300

図8

空管路内部温度分布

350400

既設電力ケーブルを伝送路とした地中線設備の保守監視システム

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第 200 号・2022 年 1 月

分布が、埋設深さが浅いほど外気温度の影響を受けやすいケーブルの DLR への活用が期待できる。

ためと考えられる。逆に冬場も外気温度の低下による土壌

このような地中線設備のデジタル化によって、データをの温度低下の影響を受けることになるが、MH 内の温度変化蓄積し、AI などを活用することで、CBM への転換や将来が管路部に比べて少ないために、逆の傾向を示しているとの予防保全への発展が期待できる。

考える。夏場の管路内部の温度分布は、管路口から50m 以

今後は、地中送電線の運用・保守分野のデジタルトラン

上内側に入れば、中央（200m）地点の29℃から±1℃程スフォーメーションの推進に向け、今回開発した MH 内設度のバラツキの範囲内にある。温度分布を把握するには、

備監視システムを活用した MH 内の部分放電計測を行うシ

ファイバ温度計による連続した分布測定が最良であるが、ステムの導入、及び設備データの蓄積や画像の解析に AI 等

MH 内に測定器を恒久的に設置することは難しいため、特定を活用していき、設備の保守運用の高度化を推進する。の MH 区間で管路内温度分布を測定する場合には、短い間隔でスポット温度を測定することで、十分な温度分布データが得られると考えられる。

最後に、本システムの開発、及び実線路を使った試験の実施にあたり、東京電力パワーグリッド㈱の関係者の皆様

将来的に、ケーブルの DLR（Dynamic Line Rating）に方に、深く感謝の意を表します。

よる許容電流などを検討する際には、ケーブル周囲の温度条件を考慮し、温度条件の厳しい箇所、いわゆるホットスポットを発見して、導体温度への影響を検討する必要がある。今回の長期の測定結果から、管路布設ケーブルに対して、以下の知見が得られた。
（1）管路布設箇所のケーブル周囲温度は、空管路内の温度測定結果より、季節的な温度変化の影響を大きく

参 考 文 献（1）	舟橋隆、「地中送電ケーブル移動量測定の高度化」、平成29年電気学会
全国大会論文集、7-216（2017）（2）	重見健太、「地中送電 MH 内設備遠隔監視システムの開発」、電気学会
電力・エネルギー部門大会、262（2019）受ける。土被りが1.7m の地点（150m 箇所）において、9月と2月の間で最大16.1℃の温度差を観測した。
（2）C-D 区間は、周囲の地下水が流れ込む環境のため、土壌の温度は、ドライな土壌環境より低いと考えら

執 筆 者 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

れる。

後藤

哲 生＊ ：電力プロジェクト事業部

横山

大 ：電力プロジェクト事業部

下口

剛 史 ：電力プロジェクト事業部

技師長

長田

拓 馬 ：電力プロジェクト事業部

グループ長

中西

正 温 ：電力プロジェクト事業部

部長補佐

主席

（3）E の周囲の土壌水分量は、C-D 区間より少ないことが予想されるため、夏場には E 周辺区間の方が、より温度上昇が大きい可能性が考えられる。
今回の測定は、夏場の負荷電流が冬場よりも小さいため、ケーブルの温度上昇への影響は小さいが、土壌の水分量が少ない、土被りの厚さが薄い、負荷電流による発熱が大きい（発熱による線路の周囲土壌の乾燥なども考慮）布設区間を使って、データの蓄積を行うことで、さらにケーブルの熱環境に対する状況把握に役立つことが期待できる。

5.

結

言

電力ケーブルの遮蔽層を伝送路とした伝送方法を開発し、その特性を評価した。遮蔽層を使った PLC 伝送によって、これまで伝送手段の確保が困難であった MH 内からも高い情報セキュリティを有する信頼性の高いIoTネットワー
クを容易に構築できることを実証した。MH 内に設置した汎用のセンサやカメラ等のデータは、デジタル情報として長期間クラウドサーバに蓄積し解析を行うことで、詳細なケーブルの挙動解析に役立つと考えられる。本論文では、昨今のスマート保安の実現に向けて注目されている画像を使ったデジタル化や、温度・水位データとの組み合わせにーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー＊主執筆者

よって、ケーブル周囲の温度環境の季節的な変化を捉えた解析例を示した。今後、本 MH 温度監視技術は、管路布設既設電力ケーブルを伝送路とした地中線設備の保守監視システム

52（6）