知能避雷器監視：動向、課題、および将来展望
1. 現在のオンラインモニターの状況と課題
現在、オンラインモニターは避雷器の監視で最も一般的に使用されるツールです。これらのモニターは潜在的な欠陥を検出できますが、重要な制限があります：手動での現場データ記録が必要であり、リアルタイム監視は不可能です。また、収集後のデータ分析は運用の複雑さを増します。IoTベースのスマートモニタリングはこれらの問題を克服します。収集されたデータはIoTを介して処理プラットフォームにアップロードされ、ビッグデータ分析と組み合わせることで隠れた危険を特定し、早期警告を提供し、電力運転保守の難易度を効果的に軽減します。
1.1 現行のオンラインモニターの欠点
避雷器のコア監視方法として、オンラインモニターはアプリケーションで多くの問題を露呈しています：
2. 避雷器のスマートモニタリングの発展トレンド
オンラインモニターの問題に対処するために、IoTとスマート製造を活用し、スマートモニタリングは以下の3つの方向で進化します：
2.1 伝送方式：有線→無線
現在のスマートモニタリングは主にRS485有線接続に依存しており、変電所などの特定のシナリオに適しています。配線や遠隔地では伝送距離が制約となります。LoRa、NB-IoT（狭帯域IoT）、GPRSなどの無線技術は広範囲のカバレッジと低消費電力を提供します。特にLoRaとNB-IoTは新たなIoT技術として、将来さらに広く応用されるでしょう。
2.2 電源方式：有源→無源
現在のスマートモニタリングは外部DC電源に依存しています。将来的には、グリーンかつ低消費電力の運用のために無源供給へと進化します。避雷器のリーク電流、太陽光パネル、または内蔵バッテリーからのエネルギー収集が可能です。リーク電流によるエネルギーストックは最も有利であり、太陽光不足や頻繁なバッテリー交換の問題を回避できます。
2.3 取付方式：外部→内部
現在のスマートモニタリングは主に外部取付ですが、サイズ制限なく簡単に交換できる一方で、環境影響を受けやすいです。内部取付は避雷器のキャビティに統合する必要があり、小型化と技術的障壁に直面しますが、外部環境の影響を排除し、長期的な安定性を確保します。
3. 避雷器の拡張監視方向
故障モードとメカニズムに基づいて、スマートモニタリングユニットは以下の4つの次元に焦点を当てます：
3.1 圧力監視
35kV以上の磁器製避雷器では、製造時にヘリウム質量分析法による漏れ検知と高純度窒素充填（微小正圧技術）が使用され、湿気の侵入を防ぎ絶縁性を向上させます。しかし、長期運用によりシールの劣化、窒素の漏れ、湿気の侵入が起こり、爆発の可能性があります。スマートモニタリングユニットは内部圧力をリアルタイムで監視し、データのアップロードとプラットフォーム分析により早期警告を可能にし、適切な交換と修理を行います。
3.2 温度・湿度監視
絶縁管/磁器製ハウジングと内部空気を持つ避雷器では、組立時には厳格な温度・湿度管理が必要です。スマートユニットは内部状況を監視し、定期的にデータをアップロードし、限度を超えた場合に警報を発生させ、積極的な運用保守を可能にします。
3.3 リーク電流と抵抗電流の監視
これらの電流は避雷器の性能の中心的な指標です。長期運用、外部環境、および絶縁体の汚染により抵抗体の劣化とシールの故障が起こり、電流が増加します。電流の傾向を監視することで、隠れた危険を検出し事故を防止します。
3.4 脈衝放電電流の監視
放電回数、電流の大きさ、および動作時間を収集することで、運用保守計画と故障分析をサポートします。
4. スマートモニタリングの技術的突破口
外部スマートモニタリングは現れています（空間制約なし、高い互換性）が、内部モニタリングは初期段階であり、以下の3つの技術的課題に直面しています：
4.1 エネルギーハーベスティングの最適化
内部モニタリングは避雷器のリーク電流に依存しますが、小さな電流ではリアルタイム伝送が困難です。リーク電流ハーベスティングと内蔵バッテリーを組み合わせることでデータ伝送サイクルを短縮し、エネルギー供給とデータ転送のバランスをとります。
4.2 信号伝送の強化
内部統合によりモニターは避雷器や部品による信号減衰/シールドに曝されます。高電圧電界も干渉します。信号はより良い透過性と電磁干渉耐性を実現するため最適化する必要があります。
4.3 寿命確認と信頼性
内部モニタリングは交換が困難であり、避雷器は30年間の設計寿命（実際には20年以上）を必要とします。モニタリングユニットの寿命もそれに合わせる必要があり、避雷器の動作による熱がモジュールの信頼性に影響を与えないようにする必要があります。
5. 現在のスマートモニタリングの適用
スマートモニタリングはまだ試験段階であり、主に電力や鉄道のデモンストレーションプロジェクト（例えば雄安のスマート牽引変電所、延安750kVスマート変電所、UHV直流変換所など）に適用されています。試験では技術的な可能性が確認され、スマートモニタリングされた避雷器は期待通りの性能を達成しています。
6. 結論
スマートモニタリングはリアルタイムのオンライン状態追跡を可能にし、リスク識別の正確性を向上させ、運用保守の難易度を軽減します。技術的な課題が残っていますが、スマート、グリーン、環境に優しいトレンドに沿って、徐々に従来のオンラインモニターを置き換えます。電力や鉄道システムでの広範な採用により、電力網の安全性が強化され、持続可能なエネルギー開発を支援します。
