高速鉄道における20kV電力供給システムの建設技術に関する議論

1. プロジェクトの概要
このプロジェクトは、ジャカルタ-バンドン高速鉄道の新設工事に関し、本線長142.3kmで、橋梁76.79km（54.5%）、トンネル16.47km（11.69%）、土盛り47.64km（33.81%）を含む。ハリム、カラワン、パダララン、テガル・ルアの4つの駅が建設された。ジャカルタ-バンドン高速鉄道本線は142.3kmの長さで、最高速度350km/hに設計され、複線間隔は4.6mであり、約83.6kmのバラストレス軌道と58.7kmのバラスト軌道を含む。牽引電力供給システムはAT（オートトランスフォーマー）方式を採用している。

外部電力供給は150kVを使用し、内部電力分配システムは20kVを使用する。高速鉄道の架線支柱と位置調整装置は中国の標準化および簡略化された設計を採用している。中国鉄道電気化局はインドネシアのジャカルタ-バンドン高速鉄道全体の電力および牽引電力供給システムの材料調達、施工、ならびに暫定金額による外部電力接続部分を担当している。

2. 20 kV配電所設計案
2.1 20 kV主電気接続及び運転方式
20 kV主母線は自動バス転送機能を持つ連絡断路器によって分割された単一母線構成を採用している。20 kV貫通給電母線部があり、これにより電圧調整器を通じて20 kV総合負荷貫通給電線と20 kV一次貫通給電線が出力される。電圧調整器の中性点は小さな抵抗器を介して接地され、電圧調整器にはバイパススイッチは設置されていない。

通常運転時、両電源が同時に供給され、連絡断路器は開いている。一方の電源が故障した場合、失電側の入力断路器が開き、連絡断路器が自動的に閉じ、もう一方の電源が変電所の全負荷を引き受ける。20 kV貫通給電母線部には無効電力補償装置が設置され、補償後も変電所の入力側の力率が0.9以上となることを保証する。

2.2 配置計画
すべての配電所は駅エリアの運用建物や生活建物と同一階層に配置されている。ただし、テガル・ルアEMU基地の配電所は独立して一階建てで建設されている。ケーブル間層は設けられていない。地上階には電圧調整器室（一次及び総合貫通給電用）、無効電力補償室、中性点接地設備室、通信機械室、予備品保管室、高圧切替盤室、制御室、工具室、休憩室が含まれる。変電所内のケーブルはケーブル溝に敷設される。

電圧調整器室、無効電力補償室、中性点接地設備室、高圧室との接続は予め埋設されたコンダクチュブで行われる。駅エリア内に配置されたため、専用の外部アクセス道路や防火路は設けられていない。屋外統合ユーティリティ溝が設けられ、ケーブル支持体が装備され、出入りのケーブルはこの溝を通じて配線され、電力ケーブルと低圧/制御ケーブルは溝の反対側に配置される。その他の区間ではケーブル溝とコンダクチュブ設置を使用する。

3. 工事準備

• 現場調査：工事前に請負業者は承認された設計書類と関連データに基づいて現場調査を行い、地形、地質、道路輸送、設備建物の状況、統合ユーティリティ溝のルーティングを含む現場調査報告書を作成する。

• 施工図確認：請負業者は承認された施工図を現場で確認し、使用前に正確性を確認する。不一致が見つかった場合は速やかに顧客、設計者、監督技術者に報告し解決する。

• 調査結果と確認済み図面に基づいて、請負業者は配電所の詳細な実施計画と作業指示書を作成し、工程基準、品質管理要件、重要な手順のインターフェース要件を明確にし、名指しQRコードベースの技術説明を行う。

• BIM最適化：初期建設段階でBIM技術を使用して20 kV配電所の設備設置とケーブルルーティングをシミュレーションする。これにより、建物内の設備と溝/パイプラインの配置、室内および室外ケーブル溝のケーブルルーティング、ケーブルパスの最適化、そしてサポートブラケット位置の正確な決定が可能になる。BIMの視覚化とシミュレーション能力は、建設中の空間的な衝突を避けるのに役立つ。

4. 工程詳細の最適化
4.1 配電所のケーブル溝配置
変電所は一階建てであり、各設備室への分岐ケーブル溝は省かれている。電圧調整器室、リアクトル室、小抵抗接地室と高圧/制御室の基礎間に予め埋設された鋼管が使用され、高圧室のケーブル溝まで第2レベルのケーブル支持体の高さまで延長される。ケーブル引き込みを容易にするために、屋外ユーティリティ溝と高圧室のケーブル溝間の予埋管は溝形式に最適化され、壁貫通板が壁通過部に設置される。

4.2 電圧調整器室の母線設置
元々の電圧調整器室の単層水平ケーブル終端支持ブラケットは、水平ブラケットの下に斜材を追加することで安定性を強化し、揺れを防ぐように最適化された。ケーブルは上部から電圧調整器に入る。支持ブラケットは2,500mmの高さに設置される。高圧ケーブル終端のシールド層とアーマーは別々に接地される。

 すべての構造的な支持体は、平鋼または丸鋼を使用して主接地導体に接続されています。銅製のバスバーがケーブル端末と電圧調整器の端子を接続しており、相色表示付きの交連架橋熱収縮チューブで保護されています。運用監視のために、ステンレス鋼製のL字型メッシュバリアとステンレス鋼製のメンテナンスドア（高圧スイッチが開いているときにのみ解錠する電磁ロック装備）が設置されています。バリアとドアは、作業員の安全を確保し、必要な帯電部間隔を維持するように配置されています。

4.3 ケーブル支持体の設置
BIMに基づくケーブル事前敷設シミュレーションにより、電源側1、電源側2、一次貫通給電側、および総合貫通給電側が溝の異なる側に分けて敷設され、一つの電力線に障害が発生しても他の電力線が損傷しないようにしています。ケーブルの曲げ半径が考慮され、各ケーブルの支持体上の正確な位置決めにより最適な支持体の種類と位置が決定されます。

 BIMによる衝突検出により、ケーブルのクロスオーバーを避けるために支持体の高さが調整されました。すべての水平ラダーは同じ平面に揃えられ、中心偏差は5 mm以下です。支持体は溝壁に埋め込まれた鋼板に固定され、支持体の底面は溝床から150 mm以上上にあります。統合配管溝では、ケーブル支持体は40 mm × 4 mmの平鋼を使用して接地され、2つの接地リードが統合接地システムに接続されています。

4.4 ケーブル敷設工事

• ケーブル配置原則：異なる電圧レベルのケーブルは、高圧電力ケーブル、制御ケーブル、信号ケーブルの順に上から下へと配置します。異なる区分のケーブルや一次負荷の2回路は、同じ支持体レベルに配置してはなりません。

• 設計の詳細化：図面に基づいて、ケーブル敷設技術により設計の詳細化が可能となり、完全かつ体系的な建設計画が策定され、スムーズなワークフローの統合と安全性および品質管理の向上が実現します。

• 牽引力計算：牽引機械は終点に設置され、ケーブルフィーダーは約1 mごとに配置されます。経験則に基づき、曲がり角には追加で10 cmを牽引力計算に加えます。

• 現場調査：敷設前に設備の設置状況を確認します。牽引力がケーブルの許容引張強度を超えないことを確認し、ケーブル敷設機械の安全性をチェックし、現場を調査してケーブルリールの配置を確認します。基準を満たしていない場合は即座に対応します。

• ケーブル敷設実施：敷設前に、図面に基づいて有資格の技術者がラベルと番号付けを行います。現場での監督により、正しいケーブルルートとモデルの使用が確認されます。機械的敷設中にケーブルは鎧の変形、ねじれ、被覆の損傷がないことを確認します。クレーンを使用してケーブルリールを配置し、専用の放出スタンドで上部からの放出を行い、地面との摩擦を防ぎます。牽引前にケーブル端にケーブル引き手を取り付けます。有資格の技術者が設備の操作とフィーダーマシンの配置を監督します：終点に主牽引機械、80～100 m間隔でフィーダー、曲がり角には大半径の滑車を設置します。

• ケーブル固定：敷設後、始点・終点および曲がり角の両側でケーブルを固定し、固定間隔は5～10 mとします。「一本敷設したら一本結ぶ」の原則でケーブルを再固定します。トレイ上のケーブルには、両側、曲がり角、交差点に識別タグを吊るし、直線部では20 mごとにタグをつけます。タグには一貫してケーブル番号、仕様、始点・終点、電圧を表示します。

• ケーブル回路検査：敷設後にケーブル回路全体、関連部品、および施設を検査します。タグの正確性を確認し、欠落または誤った設置がないか確認し、品質適合性を確認します。安全な運転を確保するために：

• トレイを共有しないAC/DCケーブルまたは異なる電圧の回路間にパーティションを設置します；

• すべての溝蓋が設置され、溝内に障害物や水がないことを確認します；

• 標準に従って絶縁耐電圧試験と漏洩電流試験を行います；

• 受入時に端子の整列とグリッドの互換性を確認します。

4.5 防火および耐火対策
防火区画間、建物への出入り口、床スラブ、および高圧/低圧盤下の開口部間の全ての貫通部は防火処理を行う必要があります。防火材料は、インドネシアの性能、試験方法、ケーブル難燃コーティングの一般的技術仕様、および難燃ケーブル巻材の技術要件に関する基準を満たしている必要があります。室内では難燃ケーブルを使用します。変電所に入っている非難燃ケーブルは、難燃テープで巻いたり、防火塗料でコーティングする必要があります。

5. 統合建設とメンテナンス
建設中、運転およびメンテナンス部門が早期に参加し、建設とメンテナンスの基準を合わせることで、高品質で美観があり、環境に優しい高速鉄道の基礎を築きました。一方で、設計説明会、仕様レビュー、技術連絡会議において、運用経験に基づいてプロセス基準と設備/材料の性能要件を洗練しました。他方で、建設中に設計および規格要件を満たしながら、運用上の安全性とメンテナンス性の観点からプロセスを最適化し、ケーブル溝、ケーブルメンテナンスアクセス、接続箱、接地、保護メッシュバリア、標識などを改善することで、運用上の安全性と物理的な品質を向上させました。

6. 結論
要約すると、HSR電力システムの建設技術は引き続き進歩しており、より多くのエンジニアが統合された概念をHSRプロジェクトに適用しています。電磁気技術の改良、BIMの迅速な最適化、および早期警報システムの改善は、すべてHSRの「四電」（電力、信号、通信、牽引）の統合を支援しています。本論文は、これらの技術のさらなる発展に有意義な洞察を提供することを目指しています。