145kV分離スイッチの誤動作事象の分析と対策

1. はじめに

インドネシアの電力網では、145kV高圧分離スイッチ（HVD）はその島嶼地形全体での送電信頼性を維持する上で重要です。しかし、誤動作インシデントは電力網の安定性に重大なリスクをもたらします。この記事では、IP66保護基準とIEC 60068-3-3適合を参照しながら、インドネシアの変電所で発生した145kV HVDの誤動作について、その根本原因を分析し、対策を提案することで運転安全性の向上を目指します。

2. インドネシアでの事象概要

2024年3月、ジャワ島の変電所で145kV分離スイッチが定期的な負荷転送中に予期せずに開いたため、保護リレーの一連の起動が引き起こされました。この事象はスラバヤ近くの沿岸部の変電所で発生しました。スイッチのIP66等級の筐体は理論上熱帯条件に耐える設計でしたが、予定外の開閉により12万世帯への電力供給が中断され、30MWの負荷切り捨てが発生し、修理費用は80万ドル以上に上りました。事後分析では、環境劣化と制御システムの欠陥が主な原因であることが明らかになりました。

3. 根本原因分析
3.1 制御システムの脆弱性
3.1.1 寄生回路誘導

スイッチのDC制御回路は変電所の落雷保護システムと共通の接地を持っており、これは2023年のPLNレポートによるとインドネシアの145kV変電所の20%で確認された設計上の欠陥でした。近隣で雷雨が発生した際、一時的な過電圧が制御配線に12V DCのスパイクを誘導し、誤ってスイッチの開閉リレーを起動させました。2022年にバリで発生した同様の事例のように、このケースでは制御回路と保護回路間の絶縁が不十分であることが強調されました。

3.1.2 リレーの劣化

スイッチの電磁リレーは10万回の操作に耐えられる設計でしたが、交換なしで15万サイクルを超えていました。故障後の解剖でリレーコイルの絶縁破壊が検出され、これが通常開状態の接点を短絡させるアークを生じさせました。IEC 60068-3-3の熱サイクル試験では、リレーのエポキシ絶縁が60℃以上で劣化することが確認されました。これはインドネシアの冷房設備のないスイッチヤードでの一般的な温度です。

3.2 環境劣化
3.2.1 IP66シールの故障

IP66認証にもかかわらず、スイッチのEPDMガスケットには3mmの亀裂があり、塩霧の侵入を許していました。東ジャワの沿岸空気には0.05mg/m³の塩素イオンが含まれており、腐食を加速しました。ガスケットのSEM分析では、長時間の紫外線（年間UV指数＞12）と湿度＞85%への曝露によるオゾンクラックが明らかになりました。これにより筐体の防塵・防水保護が損なわれ、内部コンポーネントの銅接点に0.2mmの錆が見られました。

3.2.2 湿度による絶縁劣化

高湿度（平均90%RH）により、スイッチの複合絶縁体に凝結水が発生し、表面抵抗率が10¹²Ωから10⁸Ωに低下しました。部分放電（PD）モニタリングデータでは、6ヶ月間でPD活動が5pCから25pCへ増加し、フラッシュオーバーの前兆となりました。絶縁体の疎水コーティングはIEC 60068-3-3に適合していましたが、熱帯条件下で3年後に効果を失い、水膜をはじくことができませんでした。

3.3 保守不足
3.3.1 不十分な潤滑

スイッチの機械連結部にはシリコーングリース（NLGIグレード2）が不足しており、操作機構の摩擦が15%増加しました。温度センサーではピボットジョイントがベースラインよりも40℃高い温度を記録し、ステッキスリップ運動が発生し、正常な開閉命令を模倣する機械ショックを生成しました。これは2024年のPLN報告書で示されているように、145kV HVDの誤動作の43%が潤滑不足に関連していることを示しています。

3.3.2 遅延したセンサー校正

スイッチの接触抵抗センサーは±10μΩの精度で調整されていましたが、18ヶ月間校正が行われていませんでした。実際の精度は±35μΩにずれ、120μΩの接触劣化（危険閾値：150μΩ）が隠れていました。このような校正遅延は、物流上の課題により37%の145kV HVDが定期保守を受けられていない遠隔地のインドネシアの変電所では一般的です。

4. 総合的な対策
4.1 制御システムの再設計
4.1.1 分離された接地アーキテクチャ

145kV HVD制御回路にスター接地システムを導入し、落雷保護接地から5m離します。制御電源フィードに1000Vの絶縁トランスフォーマーを設置することで、2023年のメダンでのケーススタディで示されたように、一時的な誘導による誤動作を92%削減できます。

4.1.2 固体リレーへのアップグレード

電磁リレーをIEC 60950認証の固体リレー（SSR）に交換します。セマランでのパイロットプロジェクトで示されたように、SSRは電圧スパイクがゼロであり、スイッチング時間が50%高速化し、湿った環境でのアークリスクを排除します。

4.2 環境耐久性の向上
4.2.1 IP66シールシステムの改良

• ガスケット交換: 200℃の耐熱性、300%の伸び、UV安定剤を持つフッ素ゴム（FKM）ガスケットを使用し、IEC 60068-3-3の熱帯気候付属書を満たします。

• 排水構造の改良: スイッチ筐体に12mmの排水孔と虫除けスクリーンを追加して、水溜りを減らします。ジャカルタでの試験では、24時間以内に内部湿度が85%から55%に減少しました。

4.2.2 先進的な絶縁ソリューション

• 超疎水コーティング: 接触角＞150°のSiO₂コーティングを絶縁体に適用し、疎水性を3年から7年へ延ばします。バリでのフィールドテストではPD活動が80%減少しました。

• 除湿器の統合: 3L/日容量のペルチェ効果除湿器を筐体内に設置し、相対湿度を＜40%に保ちます。スラウェシの変電所では、設置後に接触抵抗の安定性が65%向上しました。

4.3 予測メンテナンスの最適化
4.3.1 IoTによる監視

4G対応センサーネットワークを展開し、以下の項目を測定します：

• 接触抵抗（0.1μΩ分解能）

• 機構振動（100Hz - 10kHz帯域）

• 筐体内湿度/温度（±1% RH, ±0.5℃）

データはクラウドベースのAIプラットフォーム（精度94%）で解析され、72時間前に故障を予測します。パプアでのパイロットプロジェクトでは、計画外停止が85%削減されました。

4.3.2 地域別のメンテナンススケジュール

気候に基づいたメンテナンス計画を開発します：

5. 技術的および経済的影響
5.1 信頼性指標の改善

• MTBFの増加: 干渉後、12,000時間から45,000時間へと向上し、IEC 62271-102の目標を超えた。

• 障害検出時間: 実時間IoT監視により、4時間から15分へと削減された。

5.2 コスト効果分析

• 初期投資: インドネシアの10スイッチ変電所に対して50万ドル

• 5年間の節約額: 230万ドル

• 保守労働の75%削減

• 設備交換コストの90%削減

• ダウンタイム損失の88%削減

6. 結論

インドネシアで発生した145kV分離スイッチの誤動作は、制御システムの脆弱性、環境劣化、および保守ギャップに対する統合ソリューションの必要性を強調しています。IP66強化筐体、IEC 60068-3-3適合部品、およびIoT駆動型予測メンテナンスを導入することにより、インドネシアの145kV電力網は世界標準に匹敵する信頼性指標を達成することができます。このアプローチは誤動作リスクの緩和だけでなく、熱帯環境下での増大するエネルギー需要に対応できる堅牢かつスマートな電力インフラの目標を支援します。