超高圧送電線と複合絶縁子の包括的概要：課題、設計、および応用

1 高圧送電線の特性と構成要素

1.1 高圧送電線の特性

高圧送電線は、必要な情報量が少ないため比較的コストが低いという特徴があります。通常、正極と負極に接続された2つの導体を使用します。直流送電線は耐久性があり、長距離での電流伝送が可能です。中国の一部の高圧送電施設では、交流送電も広く使用されており、これは日常生活で特に顕著です。

1.2 高圧送電線は電気設計の主要な構成要素

基本的な設計作業において、建設に必要な工事図面は慎重に準備され、作業手順に従って実行されます。建設計画における原材料の選択、および建設ルート、方法、それに伴う保管上の課題の合理的な設計により、電力線の正常な運転が確保され、作業効率が向上し、建設作業の効果が高まります。

2 超高圧送電線の開発状況

普通の送電線と比較して、超高圧（UHV）送電線には外部線路絶縁レベル、電力工学技術、線路保護措置などの高い要求があります。UHV送電線の外部絶縁レベルが標準に達していない場合や保護措置が不十分な場合、汚染フラッシュオーバー、過電圧、破壊などの障害が増加します。したがって、UHV送電線に複合絶縁子を使用することは必須であり、現代の電力網建設の不可欠な部分です。

3 UHV送電線における複合絶縁子の問題

3.1 インターフェース破損

複合絶縁子の電気的損傷問題は主に落雷によって引き起こされ、全損傷の半数以上を占めています。材料は継続的に改善されていますが、繰り返されるインターフェース損傷の問題は依然として存在します。製造過程で芯棒とシースは顕著な剥離現象を示し、シースと棒直径のインターフェースが侵食され、インターフェース損傷につながり、絶縁子の寿命に影響を与える可能性があります。製品の継続的な最適化と改善が必要です。

3.2 芯棒脆性破断

芯棒脆性破断は、UHV送電線で頻繁に遭遇する複合絶縁子の一般的な故障タイプです。芯棒脆性破断の過程で、酸による侵食により芯棒の繊維が徐々に破断し、小さな負荷でも全体の芯棒が破断する可能性があります。主な原因は以下の通りです：

まず、高電圧の端部電界強度が高い位置で通常発生します。グレーディングリングの反転は、複合材料絶縁子の脆性破断を引き起こす可能性があります。この問題を解決するためには、グレーディングリングの設計と加工は磁場強度が規定値に達することを確保し、材料の脆性破断を効果的に避ける必要があります。

次に、シースまたは端面が損傷した場合に亀裂が発生する可能性があります。しかし、新しい無硼繊維酸耐性芯棒を使用することで、全体的な酸耐性が大幅に向上し、この問題が大きく減少します。すべての繊維芯棒が優れた酸耐性を持つわけではないため、性能評価と選択が必要です。脆性破断は運用に大きな影響を与えますが、その発生確率は低く、様々な介入を通じて減少させることができます。

3.3 劣化問題

一定期間使用すると、絶縁子は温度と表面放電要因によって劣化問題が発生する可能性があります。シリコーンゴム材料は長い劣化周期を持っていますが、環境汚染や材料調合技術により早期の運転劣化が発生することがあります。ほとんどの地域ではシリコーンゲルを使用することで良好な状態と特性を維持できますが、劣化は避けられません。絶縁子の安全な運転を確保するためには、早期のテストが必要です。そのため、定期的な検査を行い、さらなる劣化を防ぐことが必要です。

3.4 機械的問題

複合材料絶縁子は使用中に機械性能の劣化が顕著です。現在、内部プラグ型絶縁子が使用されていますが、結合方法に対する要求が高く、エッジロール型絶縁子設計と比較してクリープ傾斜に大きな違いがあります。

4 UHV線路の絶縁子列長と最小空気ギャップ距離の決定

4.1 UHV線路設計における電気絶縁距離の考慮

1000kV AC UHV線路の絶縁マッチング要件は、商用周波数、スイッチング過電圧、雷過電圧などのさまざまな条件下での安全かつ信頼性の高い運転を確保する必要があります。絶縁子の商用周波数フラッシュオーバーは、絶縁子列の主要な制御因子です。外部絶縁構造は通常、汚染耐性に基づいて計算され、既存の工事経験を考慮に入れ、標高や氷被覆などの要因を考慮します。スイッチング過電圧については、1.6p.u.と1.7p.u.の過電圧倍率を取ります。システムの最高動作電圧が1100kVの場合、スイッチング過電圧が絶縁子枚数を制御できない場合、計算値が絶縁子列のインパルス放電電圧の50%未満であれば、インパルス放電のリスクがあります。UHVシステムでは、雷過電圧は動作電圧とは直接関係なく、高い外部絶縁レベルにより雷過電圧は決定的な要因ではありません。

4.2 絶縁子列長

汚染条件下では、汚染対策を使用して絶縁子列の長さを決定します。これには以下が含まれます：(1) 大気条件下で異なる絶縁子の汚染フラッシュオーバー電圧を測定し、異なる絶縁子の50%汚染フラッシュオーバー電圧と塩密度との関係を取得する；(2) 絶縁子の耐電圧を測定する；(3) 可溶性塩の塩密度を補正して計算する；(4) 粉塵と塩比率が絶縁子表面の汚染に与える影響を校正する；(5) 上下表面の不均一性を補正する；(6) 高標高での高度補正を行う；(7) 最大動作電圧条件での絶縁子セクション数を計算する。

4.3 UHV線路の最小空気ギャップ距離の決定

4.3.1 正常運転時の最小絶縁子枚数の計算

本論文は、UHV送電線の最小クリアランス選択に関する重要な科学的問題に焦点を当て、単回路送電線を研究対象としています。商用周波数電圧と雷効果下での空気ギャップ距離が鉄塔寸法に及ぼす影響を研究し、測定された空気ギャップ距離を使用して鉄塔の最小クリアランスを決定し、絶縁子の劣化が鉄塔構造に及ぼす影響を考慮に入れて、絶縁子の劣化を考慮した鉄塔の最小クリアランスを提案しています。

4.3.2 スイッチング過電圧ギャップの決定

これは、個別の空気ギャップの動作パルス放電電圧U50%の計算に基づいてスイッチング過電圧動作の統計的マッチング係数を決定することを含みます。

ここで、Usはスイッチング過電圧を表し、kV単位で測定されます；Zは定数で、2.45に設定されます；単一の空気ギャップに対して、σ1は0.06に設定されます；これらのうち、σmは複数の空気ギャップの分散で、0.024に設定されます。したがって：

したがって、線路空気ギャップの動作過電圧の統計的調整係数kckcは次のようになります：

5 UHV送電線における複合絶縁子の応用

我が国の既存の線路の実際の運用から、複合絶縁子を使用することで線路の維持管理コストと電力網への汚染を減らすことができることがわかりました。汚染地域では複合絶縁子を使用することをお勧めします。1000kV送電線では、約9メートルの高さの絶縁子を使用することをお勧めし、重度の汚染地域では17メートル以上の高さの絶縁子を使用することをお勧めします。複数のシリーズ接続を採用すれば、絶縁子の高さをさらに調整することができますが、これにより絶縁子の重量と長さが増加し、線路のコストが上がります。

高標高および重度の汚染地域では、複合絶縁子はより高い経済的および技術的な利点を提供します。複合絶縁子列の長さが10メートルを超えない場合、鉄塔窓面積を減らし、鉄塔負荷を制御し、フラッシュオーバー事故の発生を減少させることができます。したがって、これらの方面では複合材料絶縁子は大きな利点を持っています。超 high-voltage 送電線の長期的な安定かつ信頼性のある運転を確保するためには、詳細な研究を行う必要があります。

一方、超大型トンネージの複合材料絶縁子の機械的特性に関する研究を行い、効率的な基準と試験方法を形成する必要があります。また、複合絶縁子に均一な圧力を保証しつつ、適切な措置を講じて電磁干渉とコロナ放電の問題に対処し、突発的な事故を最小限に抑える必要があります。適切なアーク抑制方法により、効果的なアーク抑制が可能となります。

最適化された機械構造により、絶縁子が地面に落下しないことが保証されます。厳格な品質管理基準を設け、不良品を禁止し、芯棒とスカートの材料を厳しく制御し、製造技術を根本から改善することで、運用上の安全性ハザードを減らすことが求められます。建設中には科学的な保管手順を実施し、潜在的な損傷を厳密に制御する必要があります。効果的なメンテナンスと検査計画を実行し、安全性ハザードを迅速に特定し、対応する措置を講じることで、生産安全を確保します。

6 結論

複合絶縁子は中国の電力網でますます広く使用され、電力網建設の重要な構成要素となっています。UHV送電線の大断面積と高負荷条件の要件を考慮すると、ガラス絶縁子など他のタイプよりも合成絶縁子が優先されます。UHV送電線の規模が拡大するにつれて、より多くの課題が生じ、その性能に対する要求が高まります。

複合絶縁子に均一な圧力を保証しつつ、適切な措置を講じて電磁干渉とコロナ放電の問題に対処し、突発的な事故を最小限に抑える必要があります。適切なアーク抑制方法により、効果的なアーク抑制が可能となります。最適化された機械構造により、絶縁子が地面に落下しないことが保証されます。厳格な品質管理基準を設け、不良品を禁止し、芯棒とスカートの材料を厳しく制御し、製造技術を根本から改善することで、運用上の安全性ハザードを減らすことが求められます。

建設中には科学的な保管手順を実施し、潜在的な損傷を厳密に制御する必要があります。効果的なメンテナンスと検査計画を実行し、安全性ハザードを迅速に特定し、対応する措置を講じることで、生産安全を確保します。