ケーブル故障の性質と分類

リリース時間: Jun 22,2026

1. 故障材料の特性による分類

直列故障、並列故障および複合故障の三種類に分類される。

（1）直列故障

直列故障（金属材料の欠陥）とは、ケーブルの一つまたは複数の導体（鉛やアルミニウム製の外皮を含む）が断線する故障を指す。これは広義のケーブル開路故障に該当する。ケーブル芯の連続性が損なわれることにより、完全な断線または不完全な断線が生じる。特に不完全な断線は発見が極めて困難である。直列故障は具体的には、一点断線、多点断線、単相断線、多相断線などに区分される。

（2）並列故障

並列故障（絶縁材料の欠陥）とは、導体と外皮間、または導体相互間の絶縁性能が低下し、正常な運転電圧に耐えられなくなった結果として発生する短絡故障を指す。これは広義のケーブル短絡故障に該当する。この種の故障は、ケーブル芯線間や芯線と外皮間の絶縁破壊により、短絡、接地、フラッシュオーバーによる絶縁破壊などの現象を引き起こし、現場で比較的高い頻度で発生する。並列故障は具体的には、単相接地、二相接地、二相短絡、三相短絡などに分類される。

（3）複合故障

複合故障（絶縁材料および金属材料の両方に欠陥が生じる）とは、ケーブル芯線間の絶縁にすべて不具合が発生している状態を指す。これには、一相断線による接地、二相断線による接地、二相短絡による接地などが含まれる。

2. 故障点の絶縁特性による分類

ケーブルの故障点における絶縁抵抗Rfと放電ギャップGの状態に基づき、ケーブル故障は開路故障、低抵抗故障、高抵抗故障、およびフラッシュオーバー故障の四つの主要なタイプに分類される。この分類法は、現場におけるケーブル故障の最も基本的な分類手法であり、特に探査手法の選定に極めて有用である。

そのうち、ギャップの絶縁破壊電圧UGの大きさは、故障点における放電経路（すなわち絶縁破壊ギャップ）の距離Gに依存し、絶縁抵抗Rfの大きさは故障点におけるケーブル絶縁体の炭化程度に、分布静電容量Cfの大きさは故障点の湿潤度にそれぞれ依存する。

（1）開路故障

ケーブルの金属部分の連続性が破壊され、断線が生じるとともに、故障点の絶縁材料も程度の差はあっても損傷を受ける。現場でメガオーム計により絶縁抵抗Rfを測定すると無限大（∞）となるが、直流耐圧試験では電気的 breakdown が発生する。芯線の導通状態を確認すると、断線箇所が認められる。現場では、通常、一相または二相の断線が接地状態で発生している。

（2）低抵抗故障

ケーブルの絶縁材料が損傷し、接地故障が発生している。現場で兆オームメータを用いて絶縁抵抗Rfを測定したところ、10Z0未満であった（Z0はケーブルの波動インピーダンスで、通常は10～40Ωの範囲に設定される）。一般に、現場では低圧の動力ケーブルおよび制御ケーブルにおいて、低抵抗故障の発生確率が比較的高い。

（3）高抵抗故障

ケーブルの絶縁材料が損傷し、接地故障が発生する。現場で兆オームメーターを用いて絶縁抵抗Rfを測定したところ、その値は10Z0以上であり、直流高電圧パルス試験を行うと電気的破壊が生じる。高抵抗故障は、高圧動力ケーブル（6kVまたは10kVの電力ケーブル）において最も高い発生頻度を示すケーブル故障であり、全故障の80％以上を占める。

現場での実測において、筆者は一般にRf＝3kΩを高抵抗故障と低抵抗故障の区別基準として用いる。これは、Rf＝3kΩという条件下で、回線法による電橋測定に必要な10～50mAの測定電流がちょうど得られるからである。

（4）フラッシュオーバー故障

ケーブルの絶縁材料が損傷し、フラッシュオーバー故障が発生する。現場でメガオーム計により絶縁抵抗Rfを測定したところ、無限大（∞）であったが、直流耐圧試験や高電圧パルス試験では、フラッシュオーバーによる電気的 breakdown が生じる。フラッシュオーバー型の故障は検出が比較的困難であり、特に新設されたケーブルの予防保全試験においてフラッシュオーバー故障が確認される場合が多い。現場では通常、直流フラッシュオーバー法を用いて故障箇所の探査を行う。

3. 故障の発生原因および故障箇所の特性による分類

電力ケーブルが運転中または予防的試験中に、ケーブル本体、ケーブル端子および中間接続箱においてそれぞれ異なる特徴を示す絶縁破壊が発生する場合、さらに放電故障、絶縁破壊故障、運転中の故障の三種類に区分される。

（1）発破による故障

工場や鉱山企業において、運転中の電力ケーブルは、さまざまな要因により絶縁が著しく損傷し、遮断事故を引き起こすことがあります。これを「ケーブルの爆発」と呼びます。このような故障の特徴は、故障点の多くで鉛被覆または銅皮が破裂しており、外観には程度の差はあるものの変形が見られることです。また、故障の性質としては、通常、二相短絡接地または二相断線接地のいずれかであり、接地抵抗は一般に小さくなっています。故障点を解剖すると、アーク放電による炭化点や樹状の放電炭道、さらには亀裂が確認されます。ケーブルの爆発故障はその特徴が明確であり、多くの場合、運転担当者が爆発の概略位置を把握しています。したがって、この種の故障は、少数の比較的複雑なケースを除き、距離測定が必要となる場合を除いて、一般的には万用表で故障の具体的な性質（単相接地、短絡接地、断線接地など）を判別した後、音響測定法によって直接定位するだけで済み、簡便かつ明瞭です。

（2）絶縁破壊故障

実際の作業において、予防試験によって引き起こされるケーブル絶縁破壊事象は、慣例的に「ケーブルの電気的 breakdown」と呼ばれる。これらの故障はいずれも直流試験電圧下で発生し、その絶縁破壊は電気的 breakdown に起因するものである。接地箇所では通常、鉛被覆や銅皮は損傷しておらず、外観上明らかな変形（機械的損傷を除く）も認められない。ケーブルの電気的 breakdown 故障の多くは単純な接地故障であり、接地抵抗は比較的高い。故障点を剖検すると、絶縁材料には炭化点は見られないが、計測器により炭素孔や水樹枝状老化構造が確認できる。特に高抵抗接地性のケーブル breakdown 故障については、距離測定が試験の最大の難点である。こうした故障は極めて隠蔽性が高く、試験パラメータが複雑多様で規則性に乏しいため、迅速に故障点を特定し、正確に距離を測定することが鍵となる。「高電圧回線法」および「電気ハンマー法」は、いずれも当該種の故障を検出するうえで最も有効な手法である。

（3）運転故障

これは、工場の電力系統が運転中に、ケーブル送出線やモータ、変圧器のケーブル引出し部において、高圧二次回路に電圧変動が生じたり、接地信号が検出されたり（接地保護を備えた電力機器で接地による遮断が発生した場合）するなど、他の電力機器の故障の可能性を除外したうえで確定されるケーブル故障を指す。この種の故障の最大の特徴は、その原因が明確でない点にある。ケーブルの運転上の故障には、極端な例としてケーブルの爆発（例えば、二点接地により相間短絡が発生する場合）が存在する。一方、停電時の点検において耐圧試験に合格せず、結果的にケーブルの絶縁破壊に至るケースもある（たとえば、ケーブルの老朽化や絶縁不良など）。さらに、ケーブルの引出し部の設置位置が不適切であるために生じる故障（例えば、相間距離や対地距離が不足している、ケーブル頭部の汚れ、モータ基礎への浸水など）もあり、これらについては比較的簡易な処置で対応できることが多い。最も判別が難しいのは、瞬時的な接地や不安定なフラッシュオーバーを引き起こすタイプの運転上のケーブル故障である。このような故障は、停電後に絶縁抵抗測定や直流耐圧試験を行っても相当部分が合格し、再び系統に投入してもしばらくは正常に運転することがある。残りの約40％を占めるのが単相接地故障であり、こうした接地故障では外観上明らかな変形は見られず、接地抵抗もそれほど高くない（通常数十～数百オーム程度）ことが多い。故障点を解剖すると、微細な炭化痕が認められる。

ケーブルの運転中の接地故障の原因は二種類あります。

第一に、ケーブルの使用期間が長くなることで、絶縁層が自然に老化します。第二に、腐食性環境下では、ケーブルの被覆が急速に破壊され、腐食性ガスが絶縁層に侵入して劣化を招きます。ケーブルの絶縁層は、老化であれ劣化であれ、耐電圧が低下し、最終的には定格商用周波数電圧下で電気的絶縁破壊を生じて、ケーブルの接地故障につながります。このような故障は、「低電圧回線法」によって検出できますが、「電気ハンマー法」でも良好な検出結果が得られます。

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