部分放電オンライン遠隔診断サービス

2023年 6月 2日
九州電力株式会社 コーポレート戦略部門
インキューベーションラボ 赤岩

目次1

1. 電力ケーブルの事故状況と劣化診断方法(1)自家用電力ケーブルの高経年化と停電事故件数(2)電力ケーブル（CVケーブル）の劣化形態(3)CVケーブル部位別劣化プロセスと要因及び発生事象(4)主なケーブル診断方法と事業者さまへのヒアリング結果
2. 部分放電遠隔診断サービス（PDLOOK）について(1)部分放電法(2)高周波CTで取得した部分放電信号例(3)PDLOOKの部分放電信号取得手法(4)クラウド画面イメージ(5)サービスの対象(6)サービス形態(7)サービススキーム(8)料金形態（参考）学会発表実績・特許出願について1. 電力ケーブルの事故状況と劣化診断方法
1. 電力ケーブルの事故状況と劣化診断方法(1)自家用電力ケーブルの高経年化と停電事故件数(2)電力ケーブル（CVケーブル）の劣化形態(3)CVケーブル部位別劣化プロセスと要因及び発生事象(4)主なケーブル診断方法と事業者さまへのヒアリング結果
2. 部分放電遠隔診断サービス（PDLOOK）について(1)部分放電法(2)高周波CTで取得した部分放電信号例(3)PDLOOKの部分放電信号取得手法(4)クラウド画面イメージ(5)サービスの対象(6)サービス形態(7)サービススキーム(8)料金形態（参考）学会発表実績・特許出願について2

1-(1) 自家用電力ケーブルの高経年化と停電事故件数3

1-(2)電力ケーブル（CVケーブル）の劣化形態①劣化形態

特徴

水トリー劣化••••ケーブル絶縁体周辺の水分と局所的な電界の集中が原因で絶縁体に白い樹枝状の欠陥が発生する絶縁劣化現象(出典：電気学会技術報告4高圧以上のCVケーブルに発生する発生までに時間を要する
発生・進展に部分放電の発生を伴わない
3～11kVでは、水トリーが絶縁体を橋絡しても運転電圧では直ちに絶縁破壊に至らない（橋絡後に部分放電が発生すると、電気トリーが発生・進展し絶縁破壊に至る）• 水の供給、高電界、高周波電圧の印加及び高い周囲温度により促進される• 内導水トリー、外導水トリー、絶縁体内部の欠陥から進展するボウ・タイ状トリーの3種類に分類される

第1504号 電力機器・設備において実用化されている絶縁材料と最新の診断技術)

1-(2)電力ケーブル（CVケーブル）の劣化形態②5

劣化形態

特徴

熱劣化

• 絶縁体の変色、亀裂が生じる• シースの変形、硬化、亀裂が生じる

ケーブル本体や接続部に使用される高分子絶縁材料
は負荷電流が許容電流を超過するなどの原因で長時間高温にさらされると、熱、酸素によって分子鎖が切断され、絶縁体の機械的特性の低下を招くことがあり、絶縁性能が低下する。

• 導電性の高い化学トリー（成分は主ケーブルおよび接続部の絶縁体やシースが、油、薬に硫化銅）が発生することがある品の影響を受け、浸透による膨潤や、機械的強度の• 敷設環境により外部から劣化が進展
低下、溶解、科学的分解、配合物の抽出による硬化、するためシースに顕著に認められる

化学的損傷・劣化酸化、重量減などが現れ、絶縁性能の低下を引き起こす• 動物（シロアリ、ネズミなど）によ
動植物による食害や孔害、蟻害、鼠害などにより、る食害がある
まずケーブルシースが損傷を受ける。これにより、• 九州などの温暖な地域ではイエシロ周囲の水分がケーブル内に侵入し、劣化が促進され、アリによる被害が多いとされている生物的損傷・劣化絶縁体にまで影響が及ぶことがある。

(出典：電気学会技術報告第1504号 電力機器・設備において実用化されている絶縁材料と最新の診断技術)

1-(2)電力ケーブル（CVケーブル）の劣化形態③
劣化形態

6

特徴

• 単芯ケーブル、トリプレックス型ケーブ
水の影響を受けやすい敷設環境やシースのシュルは絶縁破壊に至ることが多い
リンクバックにより遮蔽銅テープのずれが生じ • 敷設環境による影響が大きい
破断に至る• 破断部の抵抗が数kΩに増大し、地絡保護ができなくなる。
• 破断部で放電し、発煙、発火に至る場合がある。

遮蔽銅テープの破断• 終端接続部の汚損または選定ミスによる屋外設置の終端接続部において、雨水や塵埃のことが多い付着、塩害が原因となり、火花放電を伴うト• 放置すると焼損事故に至ることがある。

終端接続部のトラッキング

ラッキングにより表面が侵食される• 電圧階級によらずCVケーブルにおける部絶縁体の微小な空隙等の電界集中箇所に発生す
分放電の発生は、絶縁破壊に至るまでのる放電現象により絶縁体が侵食され絶縁劣化を過程が不明であるものの、絶縁破壊の前進行させる駆現象であることから、危険な状態と考える必要がある

部分放電(出典：電気学会技術報告第1504号 電力機器・設備において実用化されている絶縁材料と最新の診断技術)

1-(2)電力ケーブル（CVケーブル）の劣化形態④7〇電力ケーブルの劣化形態の例【電気トリーが発生した内導水トリー(1)】【終端接続部のトラッキングによる焼損事故事例(2)】【遮蔽銅テープの破断による絶縁破壊事故事例(3)】
出典(1,2)：蒲原弘昭：「特高・高圧ケーブルの保守・点検の実務に適用できる技術」，OHM， Vol.105，No.7
出典(3)：日本電線工業会：「高圧 CVケーブルの保守 ・ 点検指針」，技術資料，技資第 116号 D

1-(3) CVケーブル部位別劣化プロセスと要因及び発生事象部位

要因劣化プロセス8
最終事象

ケーブル線路水没部(管路・ﾋﾟｯﾄ)

損傷、透過給水温水、薬品

ケーブル内浸水

絶縁体
吸湿

【浸水】

水トリー
発生

銅テープ
腐食

銅テープ
破断

【脆化】

外部拘束力
曲げ応力

ﾋｰﾄｻｲｸﾙ(通電・日射)外部からの応力【機械的応力】

銅ﾃｰﾌﾟへの応力・ﾗｯﾌﾟｽﾞﾚ

シースの応力緩和

ｼｭﾘﾝｸﾊﾞｯｸ(ｼｰｽｽﾞﾚ)

銅ﾃｰﾌﾟへの応力・ﾗｯﾌﾟｽﾞﾚ【機械的応力】 【機械的応力】

絶縁体
炭化

地絡

絶縁体
炭化

地絡

【放電】 【絶縁低下】

銅テープ
破断

【脆化】

地絡

【放電】 【絶縁低下】

銅ﾃｰﾌﾟ割れ・破断【クリープ】

絶縁体
炭化【放電】 【絶縁低下】

銅ﾃｰﾌﾟ割れ・破断【脆化】

ｹｰﾌﾞﾙ内浸水【腐食】 ・銅ﾃｰﾌﾟ腐食（次ページへ）(出典：電気学会技術報告

地絡【電界集中】 【電界集中】【絶縁低下】

【腐食】

非水没部

トリー
進展

絶縁体
炭化

地絡

【放電】 【絶縁低下】

第1504号 電力機器・設備において実用化されている絶縁材料と最新の診断技術)

1-(3) CVケーブル部位別劣化プロセスと要因及び発生事象部位

要因

劣化プロセス9

最終事象（前頁から）
接続部(中間・終端)施工不良
・外傷

ケーブル内浸水

絶縁体
吸湿

【浸水】

水トリー
発生

銅テープ
腐食

銅テープ
破断

【脆化】

ﾋｰﾄｻｲｸﾙ(通電・日射)外部からの応力【機械的応力】

銅ﾃｰﾌﾟへの応力・ﾗｯﾌﾟｽﾞﾚ

シースの応力緩和

ｼｭﾘﾝｸﾊﾞｯｸ(ｼｰｽｽﾞﾚ)

銅ﾃｰﾌﾟへの応力・ﾗｯﾌﾟｽﾞﾚ【機械的応力】 【機械的応力】

絶縁体
炭化

地絡

絶縁体
炭化

地絡

【放電】 【絶縁低下】

銅テープ
破断

【脆化】

地絡

【放電】 【絶縁低下】

銅ﾃｰﾌﾟ割れ・破断【クリープ】

絶縁体
炭化【放電】 【絶縁低下】

銅ﾃｰﾌﾟ割れ・破断【脆化】

ｹｰﾌﾞﾙ内浸水【腐食】 ・銅ﾃｰﾌﾟ腐食(出典：電気学会技術報告

地絡【電界集中】 【電界集中】【絶縁低下】

【腐食】

外部拘束力
曲げ応力
ｹｰﾌﾞﾙ自重

トリー
進展

絶縁体炭化

地絡

【放電】 【絶縁低下】

第1504号 電力機器・設備において実用化されている絶縁材料と最新の診断技術)

1-(4)主なケーブル診断方法と事業者さまへのヒアリング結果 10
診断方法

概要

直流漏電流法導体～遮蔽層間に直流高電圧を印加した時の漏れ電流を計測

直流電圧重畳法

直流電圧を高圧母線に重畳しケーブル接地線から検出される直流重畳電流より絶縁抵抗を算出

残留電荷法

損失電流法

部分放電法

対象ケーブル
高圧〇〇

直流課電により劣化部に蓄積した電荷を接地後、交流課電により放出される残留電荷量を測定

導入時

××

要〇

交流電圧印加時の損失電流の中に含まれる高調波電流を用いてケーブル絶縁体の水トリー
劣化を評価
異常個所より発生する部分放電を各種センサーにより検出

特高停電

〇

課題

要

橋絡水トリー(絶縁抵抗)

試験電圧により絶縁耐力の低下を促進

橋絡水トリー(絶縁抵抗)

迷走電流や大地抵抗変動の影響を受けやすい
診断結果が天候に左右されやすい

未橋絡水トリー

検出対象の劣化因子が水トリーに限定される。
端末の開放が必要でGISガス抜き等が発生

未橋絡水トリー

検出対象の劣化因子が水トリーに限定される。
端末の開放が必要でGISガス抜き等が発生

部分放電（放電を伴う劣化形態）

ノイズの影響を受けやすい
水トリーの発生・進展
過程での検出は困難

不要

要〇

〇

診断時

対象劣化形態

要不要

不要

1-(4)主なケーブル診断方法と事業者さまへのヒアリング結果 11〇電力ケーブル診断方法マトリクス
特高ケーブル（7kV超過）

停電診断・残留電荷法・損失電流法

活線診断 ・部分放電法

高圧ケーブル（７kV以下）

・直流漏れ電流法
・絶縁抵抗測定（絶縁体、シース）・誘電正接（tanδ）法・遮蔽抵抗法・低周波重畳法
・直流電圧重畳法
・交流電圧重畳法
・部分放電法1-(4)主なケーブル診断方法と事業者さまへのヒアリング結果 12〇電力ケーブル診断に対する事業者さまへのヒアリング調査結果
特高ケーブル（7kV超過）① 1回の診断料が高額

高圧ケーブル（７kV以下）① 工場（生産）停止調整が困難② 生産・事業計画に支障となるため、 ② 最も一般的な診断法では、定格以上採用までには至らないの電圧を印可するとケーブルを破壊させてしまう恐れがある。または③
定期点検で停電診断を実施したが停電診断
ケーブルにストレスを与える『良』判定だったにも関わらず、次回診断時までに停電事故に至っ ③ 数年に１回の診断頻度では、健全性た経験ありが担保されているのか不安④ 劣化のトレンドが把握できない

活線診断 ① 有効な診断法がない④ 劣化のトレンドが把握できない① 気象に左右され診断の信頼性に不満

2. 部分放電遠隔診断サービス（PDLOOK）について
1. 電力ケーブルの事故状況と劣化診断方法(1)自家用電力ケーブルの高経年化と停電事故件数(2)電力ケーブル（CVケーブル）の劣化形態(3)CVケーブル部位別劣化プロセスと要因及び発生事象(4)主なケーブル診断方法と事業者さまへのヒアリング結果
2. 部分放電遠隔診断サービス（PDLOOK）について(1)部分放電法(2)高周波CTで取得した部分放電信号例(3)PDLOOKの部分放電信号取得手法(4)クラウド画面イメージ(5)サービスの対象(6)サービス形態(7)サービススキーム(8)料金形態（参考）学会発表実績・特許出願について132-(1) 部分放電法

14〇部分放電とは 絶縁材料内部の欠損や微小な空洞、異物などで電界が集中して起こる局所的な放電 不定期に発生と消滅を繰り返しながら、絶縁体の劣化を進行させる
 特に劣化の初期過程においては部分放電の発生数は極めて少ない
部分放電発生のイメージ

部分放電発生頻度と絶縁体劣化進行の関係のイメージ

微小な空洞などの電界集中箇所に放電が発生

部分放電発生頻度

絶縁破壊

絶縁体劣化の進行(年)⇒ 特に劣化の初期段階においては部分放電の発生トレンドを常時監視する方法が有効

2-(1) 部分放電法

15〇部分放電法とは 部分放電により生じた微小な信号を各種センサーにより取得し、その信号を分析し、絶縁体の劣化状況を診断する方法
 電力ケーブルに限らず、変圧器やGIS等への劣化診断に関して実用化が進められている【部分放電法の課題】• 放電現象を伴う劣化形態のみ検出可能• 部分放電による微小な信号と外部環境ノイズとの識別が難しい• 高周波信号を処理するため大きなデータを扱う必要がある• 部分放電は発生と消滅を繰り返すため、短時間の測定では検出を逃す恐れがある
UHFセンサー部分放電により発生する電磁波をアンテナで検出する高周波電位検出方式

HFCTセンサー:
部分放電により発生する高周波パルス電流を検出する変流器

TEVセンサー:部分放電により被覆の表面に誘発される過渡的なインパルス電圧TEV (Transient Earth Voltage,過渡接地電圧) を検出する静電容量センサー（主な部分放電信号取得センサーのイメージ）2-(2) 高周波CTで取得した部分放電信号例

16〇高周波CTで取得した部分放電信号例

 数10MHzの高周波成分を含む数十nsのパルス信号幅かつ第1波ないし第2波を波高値の頂点とした減衰振動波形
信号波形

信号レベル

電圧

周波数解析

減衰振動波形
高周波成分

数十nsの信号幅
時間周波数※部分放電信号はその伝搬過程により高周波数域ほど強度が減衰するため、遠方で取得された波形は高周波成分が少なくなる傾向。

2-(2) 高周波CTで取得した部分放電信号例

17〇検出したノイズの信号波形（減衰振動波形とは異なる波形）の例
電圧

電圧

電圧

時間
電圧

電圧

電圧時間時間時間時間時間

2-(3) PDLOOKの部分放電信号取得手法

18

 部分放電発生時に生じる高周波パルス信号を電力ケーブル接地線に取り付けた高周波CTにより取得
 検出装置により取得した信号をデジタル処理し、信号の波形パターンにより、部分放電類似信号とノイズ信号に弁別

ハイパスフィルタ：①
検出装置：②、③

クラウドシステム：④① 高周波CTで取得したアナログ信号を１MHzのアナログハイパスフィルタを通し検出装置へ入力

電力ケーブル② 検出装置ではアナログ信号を100MHzでデジタルサンプリング。
バックグランドノイズ信号を定期的（1回/ 1H）に取得し、その信号レベルから信号を取得する閾値を算出
高周波CT
部分放電信号③ 上記閾値を超えた信号に対して分散フィルタリングを実施、分散フィルタリングにより部分放電類似信号と疑いがある信号のみクラウドシステムへ送信④ クラウドシステムでは、検出装置から送られてきた信号をAIにより部分放電類似信号とノイズ信号を自動的に弁別・AI判定が曖昧な領域は人による判断を実施
・月次報告時にAI判定結果の整合性を人により確認

2-(4) クラウド画面イメージ①

19

 お客さまはブラウザでいつでも部分放電の発生状況を確認できます

時間/日別/月別のPD集計グラフ

波形/FFT/PD強度グラフ

2-(4) クラウド画面イメージ②
 ヒートマップでは、部分放電の発生トレンドの把握が容易に可能
時間帯別PD発生ヒートマップ

時
間

日付

20

2-(5) PDLOOKの診断対象

３kV以上の特別高圧・高圧ケーブル21

2-(6) サービスの契約形態

22

お客さま自家用構内の電力系統は、その規模に応じて 数本～ 数百本のケーブルが 存在します。
本サービスは「ケーブル1本（3相）＝１契約」とします。

電力系統

2-(7) サービススキーム_設置工事

23

青字：九電資産
緑字：お客さま資産38kg

2-(7) サービススキーム_データの収集・閲覧

100Mサンプリング=10ns毎に信号取得24

2-(7) サービススキーム_分析・報告25

2-(8) 料金形態

26

参考_PDLOOKの特許について

27

 部分放電法にデジタル技術（AI・IoT）を組合せた独自の信号識別機能や解析技術により（１）事業活動を止めない「無停電」で、（２）特別高圧にも適用できる常時（遠隔）診断を実現している

参考_学会発表論文〇 電気学会（2022年9月）

28〇 電力機器の診断に関する国際会議（2022年11月）

29

ご清聴ありがとうございました