報告書番号

H18015

タイトル（和文）

経年OFケーブル接続箱における油浸絶縁紙の異常様相を反映した解体ランク区分方法の提案

タイトル（英文）

Proposal of Classification Method for Ranking of Insulation Degradation Based on Abnormal Conditions of Oil-impregnated Insulation Papers in Joints and Terminations of Aged Oil-filled Cables Removed After Service

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背景
OF ケーブルは絶縁油を浸漬した油浸絶縁紙を絶縁体とし，常時大気圧以上に加圧して絶縁体内をボイドレスにしているため，電気絶縁性能の経年による低下は緩慢と考えられてきた。しかし，近年，超高圧級OFケーブル接続箱で絶縁破壊事故が散見されていることから，絶縁破壊の前駆現象である部分放電の発生などの実用判定手法である油中ガス分析手法の精度向上が求められている。本手法は， ４つのランクに区分した OF ケーブル接続箱の異常様相注１）を油中ガスの種類や量に応じて推定する手法であり，過去に解体調査された多くのOFケーブル接続箱における絶縁紙の異常様相を４つのランクに分類した結果に基づいている。これまでの解体ランク判定では絶縁紙表面の黒い変色を部分放電による炭化とみなしていたが，最近の研究により，黒い変色は硫化銅などの黒色化物の場合もあることや注２），黒色化物の付着箇所が絶縁厚方向に連続すると部分放電が発生しやすくなることがシート試料により明らかになった注３）。そのため，これらの新しい知見に基づいて異常様相の考え方と解体ランク区分を再整理する必要がある。
目 的
OF ケーブル接続箱を解体調査し，最近の知見に基づいて油浸絶縁紙の異常様相を再評価する。また，その結果を反映した解体ランクの区分方法を新たに提案する。
主な成果
1. OFケーブル接続箱の解体調査結果と変色のある油浸絶縁紙の異常様相の再評価
66～275 kVの経年OFケーブルの中間接続箱76試料，終端接続箱11試料の解体調査を行い，表１に示す定義注４）に基づいて油浸絶縁紙の異常様相を整理した。「点状・スジ状の変色」はすべての電圧階級で確認された。「点状・スジ状より広い範囲の変色」は 154～275 kV の電圧階級で確認され，絶縁厚方向に連続していた。また，3 試料では内部に「放電痕」が確認された注５）。このような異常様相に関して，ケーブル絶縁層における各種変色の発生状況をケーブル絶縁厚に対する変色した絶縁紙の厚さの割合にて評価した（図１）注６）。
2.OFケーブル接続箱の解体ランクの区分方法の提案
ケーブル絶縁層に関しては変色した絶縁紙の割合が大きいほど絶縁性能が低下すると示唆されていることから，放電痕の有無や「点状・スジ状より広い範囲の変色」，「点状・スジ状の変色」の割合注５）に応じて図2に示す区分方法により劣化進行状況を4つのランクに分類した。補強絶縁層に関しては変色が発生する部位注７）に応じて4つのランクに分類した。最終的にケーブル絶縁層と補強絶縁層のランクを比較し，より劣化が進行していると判定されるランクを解体ランクと区分した。この解体ランクの区分方法を適用することにより，従来よりも実態に即した解体ランク評価となり，判定結果の妥当性が高まると考えられる。
注１）緊急対応が必要な状態，絶縁体に異常が認められる状態，何らかの異常が発生している状態，異常なしの 4 ランク。
注２）中出, 松井, 杉本, 羽田, 永原. 電気評論, 2018, Vol.103, No.5, pp.60-64.
注３）中出, 中村, 相原, 松井, 牧野, 栗原,  電気学会論文誌B, 2019, Vol.139, No.2, pp.136-143.
注４）「点状・スジ状の変色」は変色箇所が油隙やシワに留まり，「点状・スジ状より広い範囲の変色」は変色箇所が油隙やシワを超えて広がりを持ったものと定義する。
注５）「点状・スジ状より広い範囲の変色」の割合が約30，40，60 %となる3試料で放電痕が確認された。この内，最も小さい割合である30 %を220，275 kVの閾値に用いた。154 kV と66，77 kVの閾値はそれぞれ35，40 %とした。また，「点状・スジ状の変色」の割合の閾値は「点状・スジ状より広い範囲の変色」の割合の閾値の1.5倍とした。
注６）各種変色の三次元的な空間分布を二次元の平面に重ね書きし，ケーブル絶縁層の径方向に絶縁紙を見たときに，ケーブル長手方向に亘って変色がある絶縁紙のみの厚さを合計し，これをケーブル絶縁層全体の厚さで割って変色の割合を求めた。「点状・スジ状より広い範囲の変色」と「点状・スジ状の変色」がケーブル長手方向に混在する場合，「点状・スジ状の変色」の割合は「点状・スジ状より広い範囲の変色の割合」を除いた値とした。
注７）沿面・各種界面を①遮蔽層下，②遮蔽層縁切り部，③スロープ部，④ケーブル界面，⑤スリーブ谷埋め界面，⑥ペンシリング・スリーブ谷埋め部，⑦補強紙層の界面，⑧補強紙層の谷埋め部に分け，それ以外を内部とした。

概要 （英文）

Degradation rate of electrical insulation performance of oil-filled (OF) cables has been considered small since void-less conditions are realized due to their oil-impregnated insulation systems under insulation oil pressure that exceeds atmospheric pressure. However, recently, insulation breakdowns have occurred in OF cable joints at extra-high voltage, and they were not predicted by dissolved gas analysis (DGA) of insulation oil. Therefore, it is necessary to improve the prediction accuracy of DGA for detection of partial discharges, which are known as a pre-breakdown phenomenon. Recently, it has been reported that traces of black color in oil-impregnated insulation papers are sometimes compounds of oxide sludge or copper sulfide, which were all regarded as carbonization due to partial discharges. Moreover, it has been reported that partial discharge inception fields decrease with an increase in the rate of the total thickness of insulation papers with discoloration to the insulation thickness. To improve the prediction accuracy of DGA, such new findings should be taken into account when ranking abnormal conditions of insulation systems in cable joints and terminations, which gives the basic data for the prediction by DGA. In this study, abnormal conditions of oil-impregnated insulation papers of eighty-seven aged OF cable joints and terminations removed after service were investigated, and quantitatively evaluated with the above-mentioned rate. Taking these results into account, a new classification method for the ranking of abnormal conditions of oil-impregnated insulation systems was proposed.

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