中電圧（高圧）ケーブルが敷設したその日に故障することはまれです。故障は数か月後、あるいは数年後に、施工不良の接続部（ジョイント）、汚損した端末、絶縁体内の水トリーなどが原因で起こり、しかもほぼ必ず最悪のタイミングで発生します。耐電圧（Hipot）試験とVLF（超低周波）試験は、通電前や計画停止の期間中に、こうした欠陥を管理された形で見つけ出すために行うものです。本ガイドでは、VLFがXLPE絶縁ケーブルの標準的な試験方法となった理由、耐電圧試験と診断試験の違い、そして現場を安全に準備する方法を解説します。
XLPEケーブルに0.1 HzのVLFを用いる理由
数十年にわたり、ケーブルは直流による耐電圧試験で検査されてきました。しかし架橋ポリエチレン（XLPE）ケーブルでは、この方法はもはや推奨されていません。直流電圧は、交流運転時に絶縁体が受ける電界分布を再現できず、誘電体内に空間電荷を残留させるおそれがあります。水トリーが進行した経年ケーブルでは、これにより再通電後の故障が早まる可能性があります。そのため、IEEE 400規格群は交流電圧による試験を推奨しています。
60 Hzで試験する際の難点は電力です。長いケーブルは大きなコンデンサのようなもので、必要な無効電力は周波数に比例します。0.1 Hzでは必要電力が60 Hzの約600分の1になるため、現場で可搬型の機器を使用できます。IEEE 400.2ガイドは、正弦波またはコサイン矩形波を用いた遮へい付きケーブルシステムの現場VLF試験を具体的に扱っており、ケーブルの電圧クラスと試験の種類に応じた試験電圧を規定しています。
耐電圧試験と診断試験
耐電圧試験（withstand）。高い電圧を一定時間印加します。ケーブルに絶縁破壊が生じなければ合格と判定します。この試験の目的は、重大な欠陥を運転中ではなく、ケーブルが停電状態で管理下にある試験中に破壊させることです。合否判定型の試験であり、絶縁体の余寿命を示すものではありません。
診断試験。絶縁体の特性を測定して状態を評価し、他の区間や過去の測定値と比較します。VLFとともに最も多く用いられるのは誘電正接（tan δ）で、補完的な手法として部分放電（PD）や絶縁抵抗の測定があります。
また、耐電圧試験の最中に誘電正接を記録するモニタード耐電圧試験（monitored withstand）もあります。1回の電圧印加で、健全性の確認と傾向管理の情報を同時に得ることができます。
誘電正接（tan δ）：何を測定し、どう解釈するか
誘電正接（tan δ、誘電損失率）は、絶縁体を流れる抵抗性電流と容量性電流の比です。良好な状態のXLPEは損失が非常に小さく、水分、水トリー、施工不良の接続部や端末によって損失が増加します。測定は電圧ステップごとに行い、一般的には0.5 U0、1.0 U0、1.5 U0で測定します。ここでU0はケーブルの定格対地電圧です。IEEE 400.2は次の3つの指標を評価します。
- 基準電圧における誘電正接の平均値。
- 時間に対する安定性（同一電圧ステップでの読み値の標準偏差）。
- 電圧に伴う増加量（tip-up）、すなわち高い電圧ステップと低い電圧ステップの差。
これらの指標に基づき、ケーブルは“対応不要”、“追加調査を推奨”、“対応が必要”といったカテゴリーに分類されます。限界値は絶縁の種類やガイドの版によって異なるため、最新の規格で確認する必要があります。また、単発の測定値よりも、同じケーブルの数年にわたる傾向の方が多くの情報を与えてくれるのが一般的です。
受入試験と保全試験
| 種類 | 時期 | 目的 | 電圧レベル |
|---|---|---|---|
| 敷設時 | ケーブル布設後、接続部・端末の施工前 | 引入れ時に生じた損傷の検出 | IEEE 400.2に準拠 |
| 受入 | システム完成後、通電前 | ケーブル、接続部、端末の検証 | 3つのうち最も高い |
| 保全 | 使用期間中、計画停止時 | 劣化の評価と更新計画の立案 | 受入試験より低い |
メキシコでは、NOM-001-SEDE-2012（メキシコの電気設備に関する公式規格）により、電気設備は使用開始前およびあらゆる変更の後に試験しなければならないと定められているため、新設の変電所やフィーダでは受入試験が必須の手順となります。保全試験では、経年劣化した絶縁体に不必要な負担をかけずに状態を評価するため、低めの電圧を用います。それでも耐電圧試験は弱点部の破壊を引き起こす可能性があるため、修理の余裕がある時期に計画することをおすすめします。
安全と準備
高電圧試験は、NOM-029-STPS-2011（メキシコ労働社会保障省の電気作業安全規格）および工場の社内規則に基づくロックアウト・タグアウト（LOTO）手順に従い、必ず有資格者のみが実施してください。重要なポイントは次のとおりです。
- 回路の切り離し：ケーブルに触れる前に、停電させ、両端で開放・ロックを行い、無電圧を確認したうえで接地します。
- 試験電圧を加えてはならない機器の切り離し：変圧器、計器用変圧器（VT）、避雷器、および接続されているすべての負荷。
- 端末：清掃して乾燥させます。表面の汚損は漏れ電流を生じさせて誘電正接の値を狂わせ、フラッシオーバーを引き起こすおそれがあります。対地距離を確認します。
- 遠端側：バリアと標識を設置し、反対側の端に無線機を持った担当者を配置します。試験中は誰もそのエリアに立ち入ってはなりません。
- 遮へい層：試験機器の手順に従って接地に接続します。
- 試験後の接地：ケーブルには電荷が蓄積されます。機器の放電システムで放電した後、確実な接地を施し、接続を外す前に、メーカーおよび手順書が指定する時間そのまま保持します。
試験当日のチェックリスト
- ケーブルのデータ：電圧クラス、U0、絶縁の種類、長さ、接続部の数、使用年数。
- 単線結線図と署名済みの作業許可書。
- 接続されている機器の特定と切り離し。
- IEEE 400.2と試験の種類に基づいて定めた試験電圧と時間。
- 傾向比較のための過去の試験結果。
- 試験中にケーブルが破壊した場合の対応について、事前に合意した基準。
よくある質問
直流による耐電圧試験を引き続き使用してもよいですか。
XLPEケーブルについては、業界およびIEEE 400の流れとして、現場、特に経年ケーブルでは直流を使用しない方向にあります。直流は他の用途や一部の異なる種類の絶縁体では引き続き有用であり、選択は適用される規格とメーカーの推奨に基づいて行うべきです。
VLF試験は良好なケーブルを損傷させますか。
ガイドで定められた電圧レベルと時間で実施すれば、健全な絶縁体を劣化させないよう設計されています。この試験は、放置すれば運転中に故障するような重大な欠陥を、試験中に破壊させるものです。
VLF機器はレンタルと購入のどちらがよいですか。
試験の件数によります。ケーブル試験を頻繁に行う企業はVLF耐電圧（Hipot）試験機の購入を検討できますが、たまにしか行わない試験であれば、専門スタッフによるサービスを利用する方が一般に実用的です。
CreativeIT Groupは、モンテレイおよびメキシコ全土で中電圧（高圧）ケーブルのVLF試験を現場で実施しており、プエブラでのケーブル耐電圧（Hipot）試験にも対応しています。当社のエンジニアが外注なしで試験の実施と解析を直接行い、写真と動画で記録し、お客様の立会いのもとで試験を行うことも可能です。使用機器はNISTにトレーサブルな校正を受けています。(81) 4777 6921、(81) 2230 6079、WhatsApp、またはinfo@creativeit.mxにてお見積りをご依頼ください。月曜日～土曜日の10:00～18:00、当日中にご返答します。
