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高圧ケーブル用ポータブル活線診断装置－シース絶縁抵抗およびシールド抵抗の活線での測定－

電線・ケーブル

1 はじめに

従来，高圧（3 .3 kV，6 .6 kV）ケーブルの精密絶縁診断は，線路の運転を停止したうえで，直流漏れ電流法により絶縁状態を評価している。この停止測定は，結果的に問題のない多くの線路も，計画的に停止して測定することになる。活線状態でケーブルの劣化状態を把握することができれば，無駄な停止測定を省くことで，大幅なケーブル保守作業の効率の向上が図れ，物的・人的資源を節約することができるため，以前より研究されているが，環境ノイズの影響を受けやすいという問題があった。本報では，主絶縁に代わって，高圧ケーブルのシース（防食層）の絶縁抵抗とシールド（金属遮へい層）抵抗を活線で精度良く測定するポータブルな装置について紹介する。

2 高圧ケーブルの劣化

高圧ケーブルは運転中に，電圧，熱，機械力および環

境物などにさらされて劣化し，長時間使用すると電気絶縁性能が低下すると考えられている a。高圧 CVケーブルの劣化形態は，多くの場合各種の要因が重畳して複合的に作用することで劣化が発生し，進行するが b，代表的な劣化要因は絶縁体の水トリー劣化とシールドの劣化（断線）である。

2 .1　水トリー劣化ケーブルが水の影響を受けやすい環境に敷設されている場合，水と電界の共存状態でケーブル絶縁体の電界不正部（異物，ボイド，内・外部半導電層の突起など）を起点として発生し，絶縁体中に樹枝（トリー）状に欠陥が進展していく c。水トリーが進展して行き，絶縁体を貫通すると，絶縁破壊し，ケーブル事故に至る場合がある。水トリー劣化は，内部半導電層から伸展する内導水トリー，外部半導電層から伸展する外導水トリー，また絶縁体内部の欠陥から内部半導電層側およびシールド側の双方へ伸展するボウ・タイ状水トリーの三種類に分ける

高圧ケーブル用ポータブル活線診断装置－シース絶縁抵抗およびシールド抵抗の活線での測定－Portable Diagnosis Testers for Live-line High-voltage Cables - Live-line Measurement of Sheath Insulation Resistance and Shield Resistance -

ケーブル事業部電線システム部

ケーブル事業部電線システム部

ケーブル事業部電線システム部

ケーブル事業部電線システム部

浅木　竜也 常陰　照嗣 井上　修和 小原　秀雄 R. Asagi T. Tsunekage N. Inoue H. Ohara

高圧ケーブルの絶縁劣化診断には，停止測定と活線測定があり，停止測定では精度の高い診断が可能であるが，線路を停止させなければならず，そのため手間やコストが多くかかっていた。また，活線測定では線路停止は必要ないが，初期導入コストが高く，微小な劣化信号を検出しなければならないため，環境ノイズの影響を受けやすいという問題があった。本報では主絶縁に代わって，シース絶縁抵抗，およびシールド抵抗を活線状態で，簡易・高精度に測定する装置を紹介する。これらを適用することにより，線路を停止することなく劣化ケーブルを選別可能で，直流漏れ電流法による精密診断を行うべきケーブルの順位付けが可能となり，プラントや工場の構内高圧ケーブル保守の信頼性を高め，省力化が実現できる。〔キーワード〕活線診断，高圧ケーブル

There are two methods to diagnose degradation in high-voltage cables. One is taking measurements on stopped lines, and the other is

taking measurements in live-lines. The former achieves high precision diagnosis, but lines must be stopped. The latter does not require lines

to be stopped, but initial costs are high, and detections of very low-level signals are required, which are susceptible to environmental noise.

We introduce portable testers that measure the sheath insulation resistance and shield resistance of live-lines with high precision, instead of

measuring the main insulation. Detecting degraded cables with these testers can prioritize cables to be checked by the DC leakage current

method. This boosts up reliability in the maintenance of high-voltage cables in plants and factories, and is laborsaving.

〔Key words〕 Live-Line Diagnosis, High-Voltage Cable

三菱電線工業時報

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第 105号 2008年 10月

ことができる d。図 1に，内導水トリーの例を示す。

2 .2　シールド断線ケーブルが水の影響を受けやすい環境に敷設されている場合，シースの外傷部などから水が浸入し腐食によりシールドが断線する場合がある。こうなればシールドが非接地状態となり，シールドに電圧が誘起されたり，充電電流による発熱のため，ケーブルが破壊に至ることがある d。一方で近年，高圧 CVケーブルの製造技術は向上しており，乾式架橋かつ内部半導電層が同時押し出しとなった E-Tケーブルではケーブル内部から水トリーが発生する可能性は極めて低くなっている。2000年頃以降に製造されたケーブルはほぼこの E-Tケーブルになっているため，水トリーの発生要因はシースの外傷などによる外部から絶縁体への水の浸入となる。従来，活線で劣化ケーブルを検出する場合は主絶縁を測定していたが，上記の理由によりシースの絶縁性能を監視しておけば，外部からの水の浸入が監視でき，水トリー劣化していくケーブルの早期発見が可能となる。また，シールド抵抗を測定することにより，シールドの劣化状態や断線を検出することができる。

3 装置の構成および測定原理

活線シース絶縁抵抗測定器 E108および活線シールド抵抗測定器 E109について述べる。高圧ケーブル劣化測定の一環として，活線状態で，高圧ケーブルのシースの絶縁抵抗，シールド抵抗をそれぞれ測定し，測定値をディジタル表示するものである。

3 .1　E108 活線シース絶縁抵抗測定器図 2のように，片端接地線路の三相一括接地点に商用

図 1 内導水トリーInner-Semiconductive Layer Water Tree

図 1 内導水トリーInner-Semiconductive Layer Water Tree

周波電圧接地用コンデンサを挿入して，シールドに直流電圧を印加し，シールド－接地間の電流を測定することにより，間にあるシースの抵抗を求めることができる。健全なケーブルの場合は，抵抗は非常に大きな値となるが，ケーブルのシース絶縁が劣化している場合，その度合いに応じて kWオーダの抵抗値に低下する。抵抗値が 1 MW未満となった場合を要注意の判定としている（表 1）。

シールド－大地間に誘起される交流電圧は，入力初段の接地用コンデンサにより低減され安全な操作ができる。さらに検出部にフィルタを設け，平均化処理と併せて測定値への影響をなくしている。また，過電流保護回路により，接地電流が過大になった場合，測定を中止し，接地用コンデンサを短絡して，直接接地を行うようになっている。

3 .2　E109 活線シールド抵抗測定器図 3のような三相の片端接地線路の場合，ケーブルの両端に測定端子を接続して測定しようとするにはそれだけ長い測定用ケーブルを展開しなければならず，その分の抵抗は無視できない大きさになってくる。したがって，各相を単独で直接測定することは困難である。そこで任意の二相の非接地側終端へそれぞれ接続し，二相合計のループ抵抗値を求める。三通り測定することにより，連立方程式を解いて各相の抵抗値が求められる。

なお，1 kmあたりの抵抗値が 50W以上となった場合を要注意の判定としている（表 2）。

直流電源電流検出

抵抗値表示

電圧検出

黒相

赤相

白相

Rsb

Rsr

Rsw

図 2 E108 測定原理E108 Measurement Principles

直流電源電流検出

抵抗値表示

電圧検出

黒相

赤相

白相

Rsb

Rsr

Rsw

図 2 E108 測定原理E108 Measurement Principles

表 1 E108 判定基準E108 Criteria

シース絶縁抵抗値 判定1 MW以上 良好1 MW未満 要注意

表 1 E108 判定基準E108 Criteria

シース絶縁抵抗値 判定1 MW以上 良好1 MW未満 要注意

直流電源電流検出

抵抗値表示

電圧検出

RB

RR

RW

黒相

赤相

白相

図 3 E109 測定原理E109 Measurement Principles

直流電源電流検出

抵抗値表示

電圧検出

RB

RR

RW

黒相

赤相

白相

図 3 E109 測定原理E109 Measurement Principles

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高圧ケーブル用ポータブル活線診断装置－シース絶縁抵抗およびシールド抵抗の活線での測定－

黒相 -赤相（B-R相）間の抵抗を測定する場合，B-R相のシールドに直流電流を流し，電流と電圧を測定して抵抗値を表示する。なお図 5のように，E109と各相は三相すべて予め接続されており，切替スイッチで B-R相，R-W相（赤相－白相），W-B相（白相－黒相）を切り替えることにより，それぞれ測定できるようになっている。シールド相間に誘起される電圧は，入力初段コイルの自己および相互インダクタンスにより軽減され，残った電圧は後段のコンデンサにより低減され安全な操作ができる。さらに検出部にフィルタを設け，平均化処理と併せて測定値への影響をなくしている。

4 装置の特性評価

4 .1　課電時の測定E108，E109へケーブルを図 4および図 5のように接続し，線路停止時・線路課電時における測定結果を表 3

および表 4にそれぞれ示す。E108の測定において，図 4

のように，1 kW～ 1000 kWは模擬抵抗にて測定を実施した。この結果より，課電時・停止時ともに真値との測定値の差異は無いと言える。

表 2 E109 判定基準E109 Criteria

シース絶縁抵抗値 判定50W /km以上 良好50W /km未満 要注意

表 2 E109 判定基準E109 Criteria

シース絶縁抵抗値 判定50W /km以上 良好50W /km未満 要注意

接地

遮へい層

被測定ケーブル

E108

課電装置

端子箱

AC100V模擬抵抗

図 4 E108 試験回路E108 Test Circuit

接地

遮へい層

被測定ケーブル

E108

課電装置

端子箱

AC100V模擬抵抗

図 4 E108 試験回路E108 Test Circuit

表 3 E108 シース絶縁抵抗測定結果E108 Measurement Results

絶縁抵抗 測定値線路停止時 線路課電時

1 kW＊ 1 .0 kW 1 .0 kW10 kW＊ 10 .0 kW 10 .0 kW100 kW＊ 99 .6 kW 99 .6 kW1000 kW＊ 1005 .8 kW 1005 .6 kW

9999 kW以上 9999 kW以上 9999 kW以上課電電圧：6 .6 kV（相間）＊ 1 kW～ 1000 MWは模擬抵抗にて測定実施

表 3 E108 シース絶縁抵抗測定結果E108 Measurement Results

絶縁抵抗 測定値線路停止時 線路課電時

1 kW＊ 1 .0 kW 1 .0 kW10 kW＊ 10 .0 kW 10 .0 kW100 kW＊ 99 .6 kW 99 .6 kW1000 kW＊ 1005 .8 kW 1005 .6 kW

9999 kW以上 9999 kW以上 9999 kW以上課電電圧：6 .6 kV（相間）＊ 1 kW～ 1000 MWは模擬抵抗にて測定実施

4 .2　誘導電圧の影響高圧ケーブルが活線状態にあるときに，シールドに商用周波数の交流誘導電圧が発生している場合があり，測定誤差の要因となる可能性がある。そこで，誘導電圧を実験的に印加したときの測定誤差を評価した。誘導電圧印加時のE108，E109の誤差特性を図6および図7にそれぞれ示す。両グラフとも X軸を誘導電圧，Y軸を抵抗の真値との誤差としてある。E108では 100 kW，1 MW，5 MW，E109では 100 W，1 kW，5 kWの模擬抵抗をそれぞれ接続し，誘導電圧を 0～ 50 Vの 10 V刻みでそれぞれ測定した。

端子台 E109

接地接地

遮へい層

AC100V

課電装置

被測定ケーブル

図 5 E109 試験回路E109 Test Circuit

端子台 E109

接地接地

遮へい層

AC100V

課電装置

被測定ケーブル

図 5 E109 試験回路E109 Test Circuit

表 4 E109 シールド抵抗測定結果E109 Measurement Results

抵抗 測定値線路停止時 線路課電時

黒－赤 0 .7W 0 .7W赤－白 0 .7W 0 .7W白－黒 0 .6 kW 0 .6W

課電電圧：6 .6 kV（相間）

表 4 E109 シールド抵抗測定結果E109 Measurement Results

抵抗 測定値線路停止時 線路課電時

黒－赤 0 .7W 0 .7W赤－白 0 .7W 0 .7W白－黒 0 .6 kW 0 .6W

課電電圧：6 .6 kV（相間）

ー10

ー8

ー6

ー4

ー2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50誘導電圧[V]

誤差[%]

抵抗 100 k 抵抗 1 M 抵抗 5 MΩ Ω Ω

図 6 E108 誘導電圧による誤差特性E108 Error Characteristics

ー10

ー8

ー6

ー4

ー2

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50誘導電圧[V]

誤差[%]

抵抗 100 k 抵抗 1 M 抵抗 5 MΩ Ω Ω

図 6 E108 誘導電圧による誤差特性E108 Error Characteristics

三菱電線工業時報

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第 105号 2008年 10月

E108，E109どちらの場合も，測定誤差は± 2％未満となり，表 5および表 6（後述）に示す測定精度を満たしていることが分かる。　

5 装置の仕様

E108，E109の外観を図 8および図 9にそれぞれ示す。また，仕様を表 5および表 6にそれぞれ示す。

ー10

ー8

ー6

ー4

ー2

0

2

4

6

8

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0 10 20 30 40 50誘導電圧[V]

誤差[%]

抵抗 100 抵抗 1 k 抵抗 5 kΩ Ω Ω

図 7 E109誘導電圧による誤差特性E109 Error Characteristics

ー10

ー8

ー6

ー4

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0

2

4

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0 10 20 30 40 50誘導電圧[V]

誤差[%]

抵抗 100 抵抗 1 k 抵抗 5 kΩ Ω Ω

図 7 E109誘導電圧による誤差特性E109 Error Characteristics

図 8 E108 活線シース絶縁抵抗測定器 外観E108 , Live-Line Sheath Insulation Resistance Tester

図 8 E108 活線シース絶縁抵抗測定器 外観E108 , Live-Line Sheath Insulation Resistance Tester

図 9 E109 活線シールド抵抗測定器 外観E109 , Live-Line Shield Resistance Tester

図 9 E109 活線シールド抵抗測定器 外観E109 , Live-Line Shield Resistance Tester

　

6 ま と め

本報では，高圧ケーブルのシース絶縁抵抗とシールド抵抗を活線状態で測定できるポータブルかつローコストな劣化診断装置について紹介した。本装置を適用することで運転中の劣化ケーブルを選別することができ，精密診断を行うべきケーブルの順位付けが可能となる。

参考文献a 角田ほか．CVケーブルの保守技術について．三菱電線工業時報．(85), 1993, p.16～22.

b （社）日本電線工業会編．高圧CVケーブルの保守・点検指針．技資第116号B, 2003, p.7.

c （社）日本電線工業会編．高圧CVケーブルの保守・点検指針．技資第116号B, 2003, p.10.

d （社）日本電線工業会編．高圧CVケーブルの保守・点検指針．技資第116号B, 2003, p.9.　

表 5 E108 仕様E108 Specifications

測定範囲 0 .1～ 9999 .9 kW測定電圧 DC 48 V 分解能 0 .1 kW測定確度 2 .5％ of rdg ± 5 dig.電源 AC 100 V寸法 120 cm（W）× 220 cm（D）× 160 cm（H）質量 2 .7 kg

表 5 E108 仕様E108 Specifications

測定範囲 0 .1～ 9999 .9 kW測定電圧 DC 48 V 分解能 0 .1 kW測定確度 2 .5％ of rdg ± 5 dig.電源 AC 100 V寸法 120 cm（W）× 220 cm（D）× 160 cm（H）質量 2 .7 kg

表 6 E109 仕様E109 Specifications

測定範囲 0 .1～ 9999 .9 W測定電圧 DC 9 V分解能 0 .1 W測定確度 2％ of rdg ± 3 dig.電源 AC 100 V寸法 120 cm（W）× 220 cm（D）× 160 cm（H）質量 3 .7 kg

表 6 E109 仕様E109 Specifications

測定範囲 0 .1～ 9999 .9 W測定電圧 DC 9 V分解能 0 .1 W測定確度 2％ of rdg ± 3 dig.電源 AC 100 V寸法 120 cm（W）× 220 cm（D）× 160 cm（H）質量 3 .7 kg