報告書番号

GD24035

タイトル（和文）

6.6 kV CVケーブルの遮蔽層破断時の抵抗と温度上昇から焼損に至るメカニズムの解明

タイトル（英文）

Investigations on Resistance of Shielding Layer with Breakage and Mechanism of Temperature Rise towards Fire Damage of 6.6 kV XLPE Cable

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
一般送配電事業者の配電系統で多用されている三層同時押出方式（E-E方式）6.6 kV CVケーブルにおいて，近年，腐食がそれほど進んでいなくても遮蔽層が破断する事例が報告されている注１）。6.6 kV CVケーブルの遮蔽層における破断の有無を確認するために遮蔽層の抵抗測定が実施されており，抵抗値を測定区間の長さで除した単位長当たりの抵抗値が50 Ω/km以上となる場合が破断に対する要注意の判定基準とされている注２）。遮蔽層が破断すると破断箇所において外部半導電層が露出し，遮蔽層電流が抵抗値の高い外部半導電層を経由することから，破断の有無については抵抗値から判別できる可能性がある。また，破断時の抵抗値やケーブル長によっては単位長当たりの抵抗値が判定基準値を下回る可能性があることから，その適用範囲を明らかにする必要がある。さらに，片端接地方式の場合には非接地区間のケーブルの充電電流が破断箇所の外部半導電層を流れて発熱し，焼損に至る可能性がある。このような破断による焼損リスクを評価する上で温度上昇から焼損に至るメカニズムを明らかにする必要がある。

目　　的
E-E方式6.6 kV CVケーブルの遮蔽層を加速劣化させ，遮蔽層に亀裂や破断が発生した時の遮蔽層の抵抗値に関する知見を得る。また，遮蔽層の破断部にケーブルの充電電流を想定した電流を通電し，温度上昇から焼損に至るメカニズムを把握する。

主な成果
1.加速劣化試験により劣化させた遮蔽層の抵抗値の測定
E-E方式6.6 kV撤去CVケーブル3本の遮蔽層を累積で811日間加速劣化注３）させた結果，すべてのケーブルの遮蔽層に亀裂が発生し，1本のケーブルで遮蔽層の破断が確認された（図1）。遮蔽層の抵抗値は亀裂のみが発生した状態では100 mΩ未満である一方，破断時には約1000倍になっていた。このため，抵抗値の測定によって亀裂発生を把握することは難しいが，破断を把握することは可能と考えられる。なお，抵抗値の測定区間が数kmに及ぶと遮蔽層破断時の単位長当たりの抵抗値が50 Ω/kmを下回る場合も想定される。しかし，抵抗値は破断部の抵抗により増加するため，単位長さ当たりではない抵抗値そのもので管理した方が破断の有無を判別できると考えられる。

2.遮蔽層の破断により温度上昇から焼損に至るメカニズムの解明
遮蔽層が破断して外部半導電層が全周で露出した状況を模擬するためにE-E方式のケーブルの遮蔽層にギャップ部を設けた破断模擬試料（図2）を作製した。この試料の外部半導電層にケーブルの充電電流を想定した交流電流を通電すると，外部半導電層が焼損する場合があった（図3）。このとき，ギャップ間の抵抗値と温度は時間とともに少しずつ増加し，焼損直前に急増した（図4）。これより，外部半導電層の焼損は，外部半導電層の温度上昇に伴って抵抗率が上昇し，発熱量が放熱量を上回り，さらに温度が上昇して発火点に到達するためであることが明らかとなった。また，破断模擬試料にシースを被せた場合でも，与えられた通電電流に対して焼損に至るまでの時間はほとんど変わらなかった。よって，得られた知見は実際のケーブルにも適用可能と考えられる。

注１）中野和之, 吉田鯉輔, 菊池喜典, 佐藤智之, 万木剛, 鎌田智之. 6.6kV CVケーブル遮蔽層の劣化特性調査（第3報）. 令和2年電気学会電力・エネルギー部門大会論文集. 2020, no. 270.
注２）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 第116号E. 2024.
注３）ケーブルを曲げ半径200 mm，250 mm（規定されている最低許容曲げ半径），300 mmでそれぞれ丸めて水槽に配置し，水槽の水温を3時間で室温から60ºCまで加熱し，60ºCで5時間保持した後，自然冷却させ，室温で16時間保持した。また，シースと外部半導電層の間に人工海水を供給しながら，3.8 kV，50 Hzの交流電圧を印加した。

概要 （英文）

One of the main causes of degradation of 6.6 kV cross-linked polyethylene (XLPE) cable is corrosion and breakage of the shielding layers. In recent years, it has been reported that the shielding layer of extruded three-layer (E-E type) 6.6 kV XLPE cables broke even when the shielding layer was not so corroded. Resistance measurements of the shielding layer of the 6.6 kV XLPE cables are conducted to confirm corrosion and breakage of the shielding layer, and the degradation criterion was determined assuming that the shielding layer corrodes uniformly and breaks. Therefore, it is necessary to confirm the applicability of the degradation criterion to the breakage of the shielding layers found in the E-E type cables. In addition, if the shielding layer breaks, the charging current will flow through the outer semiconducting layer in that section, generating heat and possibly leading to fire damage. Therefore, it is necessary to clarify the phenomenon that leads to fire damage on the actual situation when the charging current, i.e. a constant AC current flows through the outer semiconducting layer. In this study, we conducted the accelerated degradation test of the shielding layers of the aged E-E type 6.6 kV cables, and measured the resistances of the shielding layers, one of which was broken. In addition, we applied an AC current as the charging current to the gap between copper tapes which simulated the breakage of a shielding layer, and investigated the resistance and temperature between the gap until the outer semiconducting layer caught fire.

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