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社団法人日本電気技術者協会 電気技術解説講座 文字サイズ変更ヘルプ
Presented by Electric Engineer's Association
電力ケーブルの耐電圧試験 片岡技術士事務所 代表 片岡 喜久雄

電力ケーブル直流耐電圧試験の目的と試験電圧について、また、ケーブル直流試験装置と試験方法について解説する。
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01 直流耐電圧試験の目的と試験電圧

  交流電圧で使用される機器や線路は交流で耐電圧試験を行うことが望ましいが、電力ケーブルでは静電容量が大きく、充電容量が大きくなるため、6.6kVの引込線など比較的低電圧で、かつ短こう長線路以外では試験装置、所要電源容量が大きくなり、特に現場での試験は困難である。例えば、66kV、600mm2 、1回線こう長5kmのOFケーブルを電気設備技術基準に定められた電圧で、三相一括耐電圧試験を行うには、電源周波数50Hzの場合で19MVAの充電容量を必要とする。
  これに対し、直流耐電圧試験であれば、更に高電圧、長距離のケーブルでも所要電源容量は数kVAで足り、現場での試験に適している。
  第1表に一般的なCVケーブルを電気設備技術基準に定められた交流電圧で耐電圧試験を行う場合の充電電流の値を示す。
   また、直流と交流では波高値の違いのほか、直流では誘電体損失がないこと、更に絶縁体内の電界分布が異なる。これは同心電極である電力ケーブルでは導体上から遮へい層まで、薄い絶縁体が直列になっていると考え、交流の場合はその静電容量に反比例して分布するので、半径方向の電界は双曲線分布となり、導体表面に近いほど強くなる。
  直流の場合は電界が絶縁抵抗により分布する。基本的には同様の分布であるが、使用中の電力ケーブルでは導体表面に近いほど温度が高く、絶縁抵抗は温度とともに低下するので、この傾向は大きく緩和される。
  このようなことから電気設備技術基準解釈第15条に試験電圧は交流の場合の2倍と定められている。(第2表)
 直流耐電圧試験では交流耐電圧試験と異なり、所定電圧に昇圧後の出力電流は時間的に変化する。これは出力電流(見掛け上の漏れ電流)の大部分を占める吸収電流のためである。(第1図)
 吸収電流の時間特性は絶縁特性に大きく影響されるので、電力ケーブルの直流耐電圧試験では単に耐電圧だけでなく、成極指数といわれる吸収電流の時間特性を同時に測定することにより、ケーブルの絶縁特性を判定することが一般的である。第3表に電力ケーブルの成極指数による絶縁性能の判定基準を示す。
  また、電力ケーブルの各相は同時に同様仕様で製作され、使用経歴も全く同様であることから、この不平衡率は絶縁判定上重要である。
 


02 直流試験装置、試験方法

 直流耐電圧試験用の高圧電源は一般に変圧器により交流高圧を得て、これを半導体整流器で整流して直流高圧にしている。
  直流の特徴として倍電圧回路やコッククロフトの回路と呼ばれる多段電圧発生回路があり、特に高電圧の試験電源にはこれが使用されている。コッククロフト回路によれば変圧器出力電圧を整流して得られる電圧のn倍の直流電圧が得られる。nの値は直流耐電圧用電源としては6ぐらいまでが多い。
  第2図に最大発生電圧200kVのコッククロフト回路4倍圧整流直流耐電圧試験装置の回路図を示す。
  装置の取扱い上、交流耐電圧試験との大きな違いは昇圧方法にある。
  直流高圧発生装置の定格出力電流は数〜30mA程度であり、電力ケーブルの静電容量は大きいため、昇圧速度は出力電流計(第2図ではA1)の読みに注意しながら定格電流を超過しないようにゆっくり昇圧する。
  特に所定電圧付近では、更にゆっくり昇圧する必要がある。これはいったん昇圧した後、電源電圧を下げると電力ケーブル側から電荷が逆流して、漏れ電流の時間特性などの正確な測定が不能になるためである。
  したがって、154 kV 以上でこう長が数km以上の高電圧長距離電力ケーブルでは試験装置の出力容量にもよるが、試験電圧までの昇圧時間は1時間以上になることも珍しくない。
  所定の試験電圧に達したら記録漏れ電流計(第2図のA2)短絡スイッチを開いて時間特性を測定する。印加電圧の確認は電力ケーブルへの印加前に球ギャップにより行うことが多いが、直流高圧発生装置では高抵抗と電圧目盛をしたμAメータを直列に接続し、直読することも多い。この場合はあらかじめ温度特性などを校正しておく。
  直流耐電圧試験ではこのように成極特性を同時に測定することが多いが、更に部分放電の測定を同時に行うことも多い。
  第3図に22kV電力ケーブルの試験手順の例を示す。