66 kV～500 kVのXLPE終端部の受入試験を、1 pC以下の部分放電レベルで実施します。IEC 60840およびIEC 62067に準拠して構築されたDEMIKSの充填式CTTSシステムは、適合するCTW水調整ユニットを同梱して出荷され、ケーブルメーカーや認証機関に、受入試験における推測を排除する再現性の高い試験プラットフォームを提供します。
推定によると、高電圧ケーブルの現場での故障の 3 分の 2 は、ケーブル自体ではなく終端部で発生しています。中電圧設備の調査では、応力コーンの欠陥だけで早期故障の約 40% を占め、設置関連の問題が合計で約 80% を占めていることが示されています。しかし、66kV を超えて XLPE 絶縁の領域に入ると、物理法則は過酷なものになります。ケーブルナイフによる絶縁表面の 0.1～0.3mm の溝は、局所的な応力増加を 150～300% も引き起こし、部分放電 (PD) の開始点 (半導体三重点) は定格電圧の 60～80% という低い電圧で発生する可能性があります。
オイル充填式試験端子は、実験室試験では定番のソリューションでしたが、100kV ACが限界で、試験シーケンスごとに流体、火災負荷、切り替えの問題が発生しました。空気絶縁アセンブリの実用的な限界は36kV程度です。100kV ACを超えると、試験治具が制限要因となることが多く、試験装置接続部での電界ストレスが不十分なために不要な放電が過剰に発生するか、セットアップ/撤去時間がIEC60840型試験の熱サイクル部分の既に長い1日半をさらに短縮することになります。
水充填式ケーブル試験終端システムでは、その界面が変数として排除されます。脱イオン水の比誘電率は架橋ポリエチレン（XLPE）に近い値（約80、XLPEは2.3）であるため、電界はケーブル端面に集中するのではなく、ケーブル端に沿って滑らかに広がります。閉ループCTWコンディショニングユニットにより水の導電率が0.1～2µS/cmの範囲に維持され、温度が安定しているため、DEMIKS水充填式CTTSシステムは、最大400kV ACで1pC以下、500～800kVで2pC以下の部分放電を実現します。これは、新規設置におけるIEC 60840の許容限界値である5pCが確保するように設計されている性能範囲と同じです。
最終的に得られるのは、文書化されたPD受入基準に照らして承認できるテストベンチであり、ケーブル径が変わったり、周囲の湿度が70%を超えたりしたときに不具合を起こすようなシステムではありません。
CTTSシリーズは、実験室で使用する100kV試験ベンチから、終端部の容量要件に合わせて完全に適合したCTW水調整設備を備えた500kVケーブル試験ホールまで、幅広い製品を提供しています。用途が何であれ、超高電圧/eHV押出成形製品を製造する新しいラインを設置するケーブルメーカー、IEC60840型試験を実施する国際ケーブル認証ラボ、あるいは既に設置されているEHV XLPEケーブルの受入試験を行う必要がある電力会社など、どの顧客も同じ5種類のケーブル試験を利用できます。
最終的に、ケーブルの選択は3つの要素に左右されます。ケーブルシステムの最高動作電圧、オシロスコープの雷サージ耐性、そして終端処理に使用するケーブルの最大径です。参考までにマトリックスを示しますが、必ず実際のケーブルを確認してください。
| ケーブルシステム | 試験電圧が必要 | 推奨モデル | Why |
|---|---|---|---|
| 66 kV XLPE 受入 | 約78kV AC (1.7 U0) | CTTS-100 | AC側で十分な余裕があり、中電圧/高圧ケーブルの直径の95%に適合します。 |
| 110～132 kVルーチン | 約132kV交流 | CTTS-150 | 条項16.3の封筒に適合し、CTTS-300よりも設置面積が小さい。 |
| 220kV型式試験 | ~ 260 kV AC + 1050 kV LI | CTTS-300 | 220kVクラスのIEC 60840型式試験範囲 |
| 275～345 kV メーカー品質保証 | ~ 396 kV AC + 1425 kV LI | CTTS-400 | IEC 62067に基づく345kVケーブルの受け入れに必要な交流ヘッドルーム |
| 500kV超高圧送電線の開発 | ~ 580 kV AC + 1800 kV LI | CTTS-500 | IEC 62067 EHV試験プログラム全体を実施するには、CTW-800と組み合わせる。 |
水充填式構造における水管理は、CTWユニットによって行われます。各CTWは単一のCTTSモデルとペアリングでき、導電率を0.1～2 S/cmの仕様範囲内に維持し、周囲環境の変化に対して試験液の温度を一定に保ち、閉ループ二重管循環システムとして機能するため、試験液が周囲環境にさらされることはありません。樹脂カートリッジは、使用状況に応じて6～12ヶ月ごとに現場で交換可能で、標準500リットルの脱イオン水貯蔵タンクと、最大サイズのCTTSタイプに合わせて60～120kWの冷却能力を備えています。
| CTTS-100 | CTTS-150 | CTTS-300 | CTTS-400 | CTTS-500 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 交流電圧（実効値） | 100 kV | 150 kV | 300 kV | 400 kV | 500 kV |
| LI（負極性） | 450 kV | 650 kV | 1050 kV | 1425 kV | 1800 kV |
| 最大ケーブル径 | ２０ mm | ２０ mm | ２０ mm | ２０ mm | ２０ mm |
| PDレベル@評価済み | < 1pC | < 1pC | < 1pC | < 2pC | < 2pC |
| フットプリント（1ペアあたり） | 1.6×1.2m | 2.4×1.4m | 4.2×1.5m | 5.8×1.6m | 7.5×1.6m |
| 重み（ペアセット） | 〜200 kg | 〜280 kg | 〜450 kg | 〜620 kg | 〜800 kg |
高電圧ケーブル試験市場には3種類の試験終端方式が存在し、いずれも単一の軸で競合するものではありません。空気絶縁方式は、低コストで中電圧（MV）に対応します。油入方式は、既知量の流体システムにより、約100kVまでの高電圧（HV）に対応します。水入方式は、ルーチン試験および型式試験において最適な部分放電フロアを備え、高電圧（HV）および超高電圧（EHV）に対応します。この表では、高／中／低といった単純な数値ではなく、実際のエンジニアリング数値を使用しているため、ケーブル試験プログラムを適切な方式に位置付けることができます。
| 次元 | 水で満たされたCTTS | 油入り | 空気断熱 |
|---|---|---|---|
| 最大交流試験電圧 | 500〜800 kV | ≤100kV | ≤36kV |
| 定格PDフロア | 1～2 pC未満 | 5～10 pCが一般的 | 30 pC以上が一般的 |
| 誘電体媒体 | 脱イオン水（εr ≈ 80） | 鉱物油／SF₆オイル | SF₆ / 乾燥空気 |
| テストごとの設定 | 2～3時間 | 4～6時間（充填＋脱気） | 1～2時間 |
| 媒体の切り替え | 樹脂カートリッジ、6～12ヶ月 | オイル交換、通常3年ごと | なし |
| 火災荷重 | なし | 中粘度（鉱物油） | なし |
| IEC 60840 型式適合性試験 | 完全なカバレッジ | 部分的（交流のみ、36kV以上） | MVのみ |
| IEC 60270 PD測定 | ネイティブサポート | ネイティブサポート | 階数によって制限される |
| ケーブル範囲 | XLPE 66～500 kV | 中電圧/高電圧 ≤ 100 kV | LV/MV ≤ 36 kV |
水充填方式の要点は、オイル交換サイクルを樹脂カートリッジ交換に置き換え、導電率測定に対するより厳密なアプローチを採用することです。オイルよりも桁違いに高い部分放電（PD）フロアが得られ、IEC62067 EHV規格全体に対応できる唯一のアーキテクチャとなります。ケーブル製造業に従事し、IEC 60840またはIEC 62067規格に準拠して作業している場合（すべての標準化テストに遵守すべきPD制限が設定されています）、そして、あらゆるテスト項目において厳密に定義されたPD制限を遵守することが事業目標となっている場合、設計上の柔軟性を確保できる唯一のトポロジーは水充填方式です。
CTTS - これは、下流のすべてのテストの信頼性を確保するインターフェースです。AC共振電源、インパルス電源、PDテスターに接続することで、同じDUTで電圧クラス間の終端を再ストレスすることなく、IEC 60840タイプのテストシーケンス全体を実行できます。5種類のテストタイプすべてが同じプラットフォーム上で利用可能です。
基本的な「合格」標準プロトコルは、1.7U0の交流電圧を30分間印加することです。IEC 60840の12.4.6項に基づく長時間の熱サイクル電圧試験は、完全な型式試験シーケンスで約20日間続きます。しかし、「CTTS」では、水と樹脂のループにより、発生した温度上昇が試験対象のインターフェースに蓄積されるのではなく、周囲環境に放散されるため、これを「永久に」実行します。AC耐圧試験では、終端不良による故障はほとんど検出されません。問題を検出するには、部分放電監視を追加する必要があります。
部分放電（PD）測定。これは、終端部の寿命を実際に証明するテストです。IEC 60270 では、各テストの校正が義務付けられています。テスターに規定の電荷を注入して、接地される電荷が実際にテスト対象物からのものであることを確認し、ケーブルで測定されるピコクーロンレベルが実際に追跡可能であるようにします。設置時の新しい XLPE の一般的な慣行は、PD 受入テストで最大 5pC @ 1.5U0 であり、1.5U0 未満の場合は「絶対電荷に関係なく、埃を巻き上げて報告する」というフラグが立てられます。悪いシナリオでも、CTTS 自身の寄与は 1pC 未満であるべきで、ケーブルとその付属品のみで 5pC 以上が残ります。UHF および HFCT PD 検出器は、局所テストのために CTTS 接地システムに直接適用されます。
CTTS-300からCTTS-500は、最大1800 kVの負極性で1.2 / 50 µsの雷インパルス波形に対応しています。250 / 2500 µsのスイッチングインパルス耐性は、IEC 60230に準拠した220 kVクラス以上のCTTS-400 / CTTS-500まで拡張されています。水充填構造により、1800 kVの雷イベントでも試験液が汚染されることなく耐えられます。午前9時のAC耐圧試験に使用した終端部をそのまま使用して、配管を変更することなく午後2時のインパルスシーケンスを実行できます。
tan δ は、ケーブル絶縁体の乾燥度と劣化状態を示します。新しい XLPE システムの一般的な仕様は tan<0.1% であり、4 ステップテストの場合、上位 2 つの電圧ステップ間のティップアップ (異なる電圧ステップで測定された tan δ の変動) は 0.05% 未満です。非常に低い導電率を持つ脱イオン水は、ケーブル絶縁体 (PE の誘電率は約 2.3) とは大きく異なる誘電率 (約 80) を持つため、ケーブル終端と水の接合部での電流の流れに伴うエネルギー損失はごくわずかです。
これらのテストは通常、型式テスト、製品認定、または故障後のベースで実行されます。ステップストレス電圧テストでは、電圧をケーブル絶縁定格レベルまで段階的に増加させ、絶縁破壊が発生するまでそのレベルを超え、絶縁破壊値を記録します。他のテストタイプと同様に、水ループ設計により、月曜日の朝にユニットで絶縁破壊テストを実行した後、システムはクリーンな状態になり、火曜日の朝には、液体をフラッシングまたは交換することなく、同じユニットで通常のPD受入テストを実行できます。
0.1～2 S/cmという最小限の実用的な導電率で使用される脱イオン水は、誘電率が約80であり、試験目的においては誘電率が約2.3のXLPEと同等とみなすことができるため、ケーブル端の電界は均一になります。オイル試験液の場合、同様の機能は、非導電性のケーブルボックスにオイルを注入する互換性のある試験装置を使用した場合にのみ実現できます。この場合も、液体と表面の間に小さな隙間はありません。つまり、オイル内部およびケーブルとの界面周辺の表面欠陥による5～10pCのPDは、測定値に記録されなくなります。
220 kV XLPE 生産ラインを運用するケーブルメーカーは、ケーブル径やアクセサリの種類を問わず再利用できる固定テストベンチを必要としています。ベンチ上の CTTS-300 は、毎回同じ水質調整基準値に対して、AC 耐圧 1.7 U0 30 分間、PD モニタリングを行うというルーチン受入試験を実行します。そのため、6 pC の異常値は、セットアップではなくケーブルの診断に即座に役立ちます。現場での展開パターンから、テストインターフェースの寄与を 1 pC 未満に抑えると、初回合格率が大幅に向上することが示されています。具体的な差は、ケーブルの構造やロット履歴によって異なります。
ケーブルアクセサリメーカーの型式試験を行う独立系試験機関は、単一のケーブルクラスに縛られることはできません。CTTS-400とCTW-500は、IEC 62067の275/345kVの範囲に対応するように構成されていますが、ハードウェアを交換することなく、IEC 60840の220kVの範囲にも対応できます。経済性は設備投資ではなく、スループットにあります。試験機関が1台の試験台で四半期ごとに実行できるプログラムが多いほど、型式試験レポートあたりの減価償却費が低くなり、ケーブルアクセサリに必要なスペアパーツの在庫も少なくなります。
設置済みの400/500kVケーブルフィーダーの受入試験を実施する電力会社の試験センターでは、既知の部分放電特性を持つ可搬式プラットフォームが必要です。CTTS-500は、対応するCTW-800ユニットとセットで出荷されます。現場に到着すると、終端部自体の部分放電特性は既知の定数となるため、校正済みの基準値を超える信号は、試験インターフェースではなく、フィーダー、接続部、または現場設置の終端部に起因するものと判断できます。稼働中の制約のある変電所環境では、試験期間が短いほど良いでしょう。
正確なTCOは、必要なテストの頻度、型式テストが必要なケーブルサイズの組み合わせ、および顧客が既に所有している可能性のある既存のAC電源インフラによって異なります。220kV CTTSファミリーのケーブルの型式テストを実施しているケーブルメーカーの多くは、ケーブルロットの繰り返し、動員、終端処理のコストを削減するために、導入後1～2回の生産シーズンでアウトソーシングの投資回収が見込めると述べています。
業界の傾向 ― 具体的な成果は導入方法によって異なる。ケーブルテスト終端システムの価格は、業界全体で構成によって決まり、公表されている価格表はありません。以下に示す価格決定要因は、DEMIKS CTTSの見積もり価格に影響を与えるだけでなく、他の同等サプライヤーの価格にも影響を与えます。これらの要因を最初から正確に指定することで、見積もりサイクル時間と生産リードタイムの両方を短縮できます。
CTTS-100/150およびCTWシステム、ならびに特定のケーブルクラスに合わせてケーブル径やインパルス定格の変更を必要としないCTTS-300/400/500システムは、すべてスケジュール通りに出荷されます。カスタム設計のCTTS-300/400/500は、納期に「設計」時間が加算されます。具体的な納期とスケジュールについては、お問い合わせください。
CTTS システムの見積もりを再度依頼するケースの 90% 以上は、終端部内に収まる最大外径ケーブルの変更が原因であると考えられます。たとえば、テスト中のプログラムで設計が変更されたり、同じケーブル システムの新規注文を受けたものの、外径が大きくなり、標準の制限内に収まらないほど大きくなったりすることがあります。多くの場合、CTTS-300 から CTTS-400 にアップグレードするか、基本仕様からの増加がわずかであれば、CTTS-400 システムのカスタム ボアに変更することになります。ケーブル シース上の外径を指定してください。最大直径、導体サイズ、ケーブル タイプ (単芯 / 3 芯、XLPE / EPR) によって、適切なモデルが決まります。
