報告書番号

GD25033

タイトル（和文）

送電CVケーブル用プレハブ式終端接続部の経年劣化（その1）－フォトグラメトリによる構成部材の劣化状況記録手法の確立－

タイトル（英文）

Aging of Prefabricated Terminations for Power-Transmission XLPE Cables (Part 1): Establishment of a Photogrammetry-Based Recording Method for Degradation of Component Surfaces

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
送電CVケーブルで主流のプレハブ式終端接続部注1）では、設計寿命の30年を超えた高経年運用が増加している。高経年のプレハブ式終端接続部では、主要な構成部材であるストレスコーンとケーブルの密着界面に析出物注2）が発生した事例が報告されており、絶縁性能への影響が懸念されている注3）。一方で、析出物の分布は試料ごとに多様であり、その形成要因には不明瞭な点が多い。形成要因の分析には、曲面上の析出物の分布を試料間で比較可能な同一尺度で記録すること、ならびに析出状況に関与し得る因子を定量化することが求められる。しかし、通常の撮影記録では視点依存の死角や投影歪み注4）が生じるため、析出物の分布を欠落なく同一尺度で記録することが難しい。また、析出状況に関与し得る因子の一例としてケーブルの曲がりが想定されるが、これを定量化し、析出物の分布との関連を分析する手法は確立されていない。
目　　的
析出物の分布を記録する方法を確立する。さらに、得られた記録情報から、析出物の分布の特徴とケーブル曲がりの関連を分析できる手法を構築する。
主な成果
1. 析出物の分布を記録する方法の確立
析出物形成面の表面状態の記録にフォトグラメトリ注5）を適用するため、適切な撮影方法などを整理した。加えて、ブロックゲージ（長さ測定の標準となる直方体の基準器）を用いた検証により、生成した3次元データ注6）にサブミリメートルの精度があることを確認した。本手法を撤去60 kV級プレハブ式ガス中終端接続部注7）を構成していたケーブルとストレスコーンに適用したところ、曲面上の析出物の分布を忠実に再現でき、記録方法として有用であることを確認した（図1）。
2. 析出物の分布とケーブル曲がりの比較手法の構築
生成した3次元データからケーブルの曲がりを解析する手法を構築した。さらに、ケーブル表面とストレスコーン内面の析出物発生領域を抽出し、それを平面に展開して曲がり情報と同一平面で比較する手法を構築した。本手法により、ケーブルの曲がりの方向もしくはその反対方向に析出物が広く分布する事例を複数の試料にて確認した（図2）。以上より、ケーブルの曲がりが析出状況に関与する可能性が示唆され、本手法が微小なケーブル曲がりの検出と析出状況の分析に有用であることが示された。
今後の展開
析出メカニズムの体系化を進め、併せて析出物分布と絶縁性能との関連を解明する。
注1）工場で製造された複数の部材を現地で組み立てる方式。現場施工性に比較的優れている。円錐台を組み合わせた形状をしたゴム製のストレスコーン（プレモールド絶縁体とも呼ばれる）や各界面の密着性を向上させる圧縮装置などで構成される。ストレスコーンはケーブルの外部半導電層端部を被覆するように装着され、当該部分の電界集中を緩和する役割を担う。
注2）ストレスコーンから析出した硫黄系加硫促進剤や、ストレスコーンの装着時に滑剤としてケーブル絶縁体表面に塗布されたシリコーンオイルの劣化生成物が確認されている。
注3）例えば、電気学会技術報告No.1105「送電用CVケーブル接続部の技術動向と経年劣化現象」（2007）
注4）写真（透視投影）では長さ等の幾何量が保存されず、視点・距離により写真上の縮尺が変化する。
注5）多方向から撮影した多数の写真から対象の3次元表面形状と外観（色・模様）を復元する技術。写真に基づくため、実物に近い外観を再現しやすい。レーザ等の測距機材が不要で、一般的なカメラと合成用のPCで実施できる。
注6）本報告で記載の「3次元データ」とは、フォトグラメトリにより復元された対象表面の形状情報（点群／必要に応じてメッシュ）および写真由来のテクスチャ情報を指す。形状解析（ケーブル曲がり算出、平面展開）では点群を用いた。
注7）ケーブルの公称導体断面積は1000mm2と2000mm2であり、そのそれぞれを3相分調査した。解体時に界面の析出状況を乱さないよう、ストレスコーンが装着された状態でケーブルを引き抜いた後、ストレスコーンを対向位置で長手方向に割いて半割にしてケーブルから取り外した。本報告では、半割にしたストレスコーンとストレスコーンが装着されていた範囲のケーブルを各々3次元データ化した。

概要 （英文）

Precipitates often form on the surface of a stress relief cone used in a prefabricated termination for a power-transmission XLPE cable during long-term operation, and their presence has been associated with partial discharge and possible deterioration of dielectric performance. The precipitate distribution varies among aged terminations, making it necessary to document precipitate locations and extents on curved surfaces in a reproducible manner. This report establishes a photogrammetry-based workflow to record precipitate-affected surfaces three-dimensionally and to visualize and quantify cable bending from the same dataset. Three-dimensional point clouds are reconstructed for the stress relief cone and the cable insulation surface, and each surface is approximated as a cylinder and flattened to generate two-dimensional development maps for comprehensive, viewpoint-independent comparison of precipitate distributions. In addition, a procedure is presented to derive bending-related metrics from the reconstructed three-dimensional geometry. The proposed procedures are demonstrated on six removed terminations, providing a practical basis for consistent degradation recording and for subsequent evaluation of possible relationships between precipitate distribution and cable bending.

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