126kV高圧遮断器の絶縁試験における主要な要素は何ですか

1. はじめに

高電圧遮断スイッチは、電力網インフラの安全かつ効率的な運転において重要な役割を果たしています。さまざまな電圧クラスのスイッチの中でも、126kVの高電圧遮断スイッチは中高電圧グリッドで広く使用されています。インドネシアのような広大な国土と多様な地理的・気候的条件を持つ国では、電力網設備の信頼性ある運転が非常に重要です。高電圧遮断スイッチの絶縁性能は極めて重要であり、絶縁不良は停電、設備損傷、さらには人員の安全へのリスクにつながります。本論文は、126kV高電圧遮断スイッチの絶縁試験の主要要素に焦点を当て、電力網の運用者やメンテナンス担当者にとって包括的な参考となることを目指しています。

2. 規格と仕様
2.1 IEC 62271-102規格

IEC 62271-102規格は、高電圧スイッチギアおよび制御装置、特に高電圧遮断スイッチに対する国際的な基準となっています。126kV遮断スイッチについては、この規格が異なる試験条件下での最小絶縁レベルを詳細に規定しており、商用周波数耐電圧試験や衝撃耐電圧試験などの要求事項を定めています。

商用周波数耐電圧試験では、126kV高電圧遮断スイッチは通常、指定された電圧レベル（例えば、標準による約230kVで1分間）を耐えられることが求められます。この試験は、スイッチがその寿命中に遭遇する可能性のある通常の動作電圧ストレスや一時的な過電圧状態をシミュレートします。衝撃耐電圧試験では、高電圧の衝撃波形（例えば1.2/50μs）を使用して落雷や切り替え時の急激な電圧変動をシミュレートします。126kV遮断スイッチは、絶縁不良なく、指定された衝撃電圧（例えば約550kV）を耐えられる必要があります。これにより、極端な瞬間的な電圧条件下での信頼性ある運転が確保されます。

3. インドネシアにおける環境考慮
3.1 気候条件

インドネシアの熱帯気候は高温、高湿度、そして年間を通じて頻繁な降雨を特徴としています。ほとんどの地域の平均気温は25°Cから27°Cで、相対湿度はしばしば70％を超えることがあります。このような高湿度環境は、126kV高電圧遮断スイッチの絶縁性能に大きな影響を与えます。絶縁表面に結露が発生すると表面抵抗が低下し、表面放電のリスクが増加します。

さらに、インドネシアは豪雨や熱帯低気圧に見舞われやすいです。屋外設置の高電圧遮断スイッチは、雨や強風の影響に耐えられる必要があります。例えば、台風が多い地域では、風による雨や物理的な衝撃から絶縁構造の損傷を防ぐため、十分な機械強度が必要です。

3.2 粉塵と汚染

インドネシアでは、工業活動や自然現象によって空気中の粉塵や汚染が発生します。工業地帯では導電性粒子や腐食性物質を含む粉塵が存在し、農業地帯では土壌や作物の粉塵があります。これらの汚染物質は遮断スイッチの絶縁表面に堆積し、絶縁不良のリスクを増加させます。

特にインドネシアの沿岸部では、塩分を含む海風がスイッチギアに堆積します。塩分は金属部品を腐食し、絶縁体の絶縁性能に影響を与え、徐々に電気強度を低下させ、電気破壊のリスクを増加させます。

4. 絶縁試験方法
4.1 絶縁抵抗試験

絶縁抵抗試験は、126kV高電圧遮断スイッチの絶縁状態を評価する基本的な方法であり、高電圧メガオーム計を使用して、帯電部と接地部間の抵抗値を測定します。

試験中、メガオーム計は遮断スイッチの高電圧端子（開状態）と接地端子間に接続されます。適用される試験電圧は、スイッチの電圧クラスに合わせて設定され、126kVスイッチの場合、通常は2500Vまたは5000Vです。高い絶縁抵抗値（健康なスイッチでは通常数百メガオーム以上）は良好な絶縁を示します。著しく低い値は、湿気の侵入、絶縁劣化、または表面汚染を示す可能性があります。

4.2 商用周波数耐電圧試験

商用周波数耐電圧試験は、絶縁が通常の電圧および一時的な過電圧条件に耐えられる能力を確認するより厳格な方法です。IEC 62271-102によれば、126kV遮断スイッチは、帯電部と接地部間で指定された商用周波数電圧（例えば230kVで1分間）を耐えられる必要があります。

試験前には、スイッチは清潔な絶縁表面で適切に組み立てられなければなりません。電圧は徐々に指定レベルまで上昇し、所定の時間維持されます。試験中にブレイクダウン、放電、または過度のリーク電流がない場合は合格となります。失敗の兆候（例えば電圧降下、リーク電流の増加、またはアーク）が見られた場合は、即座に点検と修理が必要です。

4.3 衝撃耐電圧試験

衝撃耐電圧試験は、126kV遮断スイッチの絶縁に対する落雷や切り替え時の急激な電圧変動の影響をシミュレートするもので、高電圧の衝撃発生器を使用して波形（例えば1.2/50μs）と振幅（例えば126kVスイッチの場合550kV）を生成します。

衝撃電圧は、商用周波数試験と同様に帯電部と接地部間に適用されます。異なる極性下での信頼性を確保するために、複数の正負の衝撃が適用されます。絶縁損傷なしに衝撃を耐えられない場合、永久的な構造的な故障を引き起こす可能性があり、緊急の部品交換が必要です。

4.4 部分放電試験

部分放電（PD）試験は、126kV遮断スイッチの初期段階の絶縁劣化を検出するものです。PDとは、電界強度が閾値を超えたときに絶縁内部または表面で発生する小さな電気放電であり、絶縁を徐々に損傷させ、最終的に故障につながります。

試験方法には、電気的、音響的、光学的方法があります。電気的方法では、スイッチの動作電圧に近い電圧を適用し、センサーを用いてPD信号を検出します。音響的方法では、放電によって生成される音波をセンサーでキャプチャします。光学的方法では、放出される光を検出します。標準では、126kVスイッチの許容PDレベル（特定の電圧での10ピコクロン未満など）を規定しています。これを超過すると、内部欠陥（空洞、亀裂、または汚染）が疑われ、さらに調査が必要となります。

5. IP66等級の筐体の意義
5.1 粉塵と水からの保護

インドネシアの厳しい環境条件下では、高電圧遮断スイッチは多くの場合屋外に設置されます。IP66等級の筐体は、126kVスイッチの内部部品を粉塵、水、環境要因から保護するために不可欠です。

IP66等級は、完全な粉塵侵入保護（IP6X）を保証します。これは、絶縁表面に粉塵が堆積し、時間とともに性能が低下することを防ぐために重要です。また、強力な水流（IPX6）にも耐えることができます。これは、大雨や高圧噴射から水が筐体内に入り、帯電部または絶縁に接触してショート回路や劣化を避けるためです。

5.2 使用寿命の延長

IP66等級の筐体は、126kV遮断スイッチの使用寿命を大幅に延ばします。粉塵と水の保護により、メンテナンス頻度と早期故障のリスクが減少します。高湿度、多雨地域では、保護されていないスイッチは連続的な湿気暴露により絶縁の劣化が加速します。IP66筐体は、厳しい環境下での信頼性ある運転を可能にし、全体的な電力網の運用とメンテナンスコストを削減します。

6. 結論

126kV高電圧遮断スイッチの絶縁試験は、様々な要因を慎重に考慮する多面的なプロセスです。IEC 62271-102のような国際規格への準拠により、基本的な絶縁性能要件が満たされます。インドネシアのような環境条件が厳しい国では、気候、粉塵、汚染が絶縁に与える影響に対処することが重要です。

適切な試験方法—絶縁抵抗試験、商用周波数耐電圧試験、衝撃耐電圧試験、部分放電試験—を使用することで、異なる段階での絶縁問題を効果的に検出することができます。さらに、IP66等級の筐体は環境ハザードに対する追加の保護層を提供します。

これらの絶縁試験要素に焦点を当てることで、インドネシアの電力網運用者とメンテナンス担当者は、126kV高電圧遮断スイッチの信頼性と安全性を確保し、全体的な電力網システムの安定した運転に貢献することができます。