絶縁体の一般的な故障と予防措置

Felix Spark

フィールド: 故障とメンテナンス

China

絶縁子は、架空送電線において導体を支持し、接地による電流の流れを防ぐという二つの目的を持つ特別な種類の絶縁部品です。これは主に送電塔と導体の接続点や、変電所構造物と電力線の間で広く使用されています。絶縁材料に基づいて、絶縁子は磁器、ガラス、複合材料の3種類に分類されます。一般的な絶縁子の故障と予防保全措置について分析することは、環境変化や電気負荷変動による様々な機械的・電気的なストレスによって引き起こされる絶縁不良を防止し、電力線の運転と寿命を保護することを主な目的としています。

故障分析

絶縁子は年中大気にさらされており、落雷、汚染、鳥による損傷、雪氷、高温、極低温、標高差などの要因により、様々な事故に見舞われる可能性があります。

落雷事故: 架空送電線路の通廊はしばしば丘陵地帯、山岳地帯、開けた野原、工業的に汚染された地域を通ることが多く、これらは落雷に対して非常に脆弱であり、これにより絶縁子が貫通または破砕されることがあります。
鳥による損傷事故: 研究によると、絶縁子のフラッシュオーバーの大部分は鳥によって引き起こされることが示されています。磁器やガラス製の絶縁子と比較して、複合材料製の絶縁子は鳥の活動によるフラッシュオーバーの確率が高いです。このような事例は主に110 kV以上の送電線で発生しますが、鳥による損傷によるフラッシュオーバーは都市部の35 kV以下の配電網では稀です。これは、都市部では鳥の数が相対的に少ないこと、線路電圧が低く、橋渡し可能な空気ギャップが小さいこと、そしてコロナリングを必要としないこと、そのシェッド構造が鳥によるフラッシュオーバーを効果的に防ぐためです。
コロナリング事故: 運転中に絶縁子の端部にある金属金具近くの電界は非常に集中し、フランジ近くでは高い電界強度となります。電界分布を改善するために、220 kV以上のグリッドではコロナリングが一般的に設置されます。しかし、コロナリングは絶縁子列の有効な空気クリアランスを減少させ、耐電圧を低下させます。また、コロナリングの固定ボルトでの低コロナ開始電圧により、悪天候下でコロナ放電が発生し、絶縁子列の安全性に影響を与えることがあります。
汚染事故: 汚染物質が絶縁子表面に蓄積し、湿った天候で濡れることで導電性が増し、絶縁性能が大幅に低下し、通常の運転電圧下でフラッシュオーバーを引き起こします。
原因不明の事故: いくつかの絶縁子のフラッシュオーバー事象は、原因が特定されていません。例えばゼロ値の磁器絶縁子、破砕したガラス絶縁子、トリップした複合材料絶縁子などがあります。運用部門による事後調査でもフラッシュオーレの正確な原因はしばしば特定されません。これらの事象は主に深夜から早朝にかけて、特に雨や曇天の天候下で発生し、多くの場合自動再閉鎖が成功します。

維持管理措置

落雷によるフラッシュオーバーの主な原因には、乾燥アーク距離の不足、片側コロナリング構成、および過剰な鉄塔接地抵抗があります。予防措置としては、延長型の複合材料絶縁子を使用し、ダブルコロナリングを設置し、鉄塔接地抵抗を減らすことが挙げられます。

鳥による損傷を効果的に防ぐためには、頻繁に鳥関連の事象が発生する区間には鳥刺しネット、鳥針、または鳥ガードを設置する必要があります。

コロナリングを備えた線路では、大中小のシェッド間に等間隔設計を採用し、シェッド間隔が技術要求を満たすようにすべきです。そうでない場合は、絶縁子のクリープ距離を増加させて、雪氷によるフラッシュオーバーリスクを減らす必要があります。定期的な検査と巡回を強化し、異なる地域と環境で動作している絶縁子の引張強度、電気性能、絶縁劣化テストを定期的にサンプリングすることで、機械強度の不足やシェッドの劣化によるフラッシュオーバーを防止します。

汚染フラッシュオーバーを防ぐためには、一般的に以下の措置が採用されます：

定期的な絶縁子の清掃。高汚染フラッシュオーバーシーズン前に包括的な清掃を行い、汚染のひどい地域では清掃頻度を増やす。
クリープ距離の増加と絶縁レベルの向上。汚染地域では絶縁子ユニットを追加したり、防汚絶縁子を使用したりする。実績によれば、防汚絶縁子は重度の汚染地域で良好な性能を発揮しています。
パラフィンワックス、ペトロリアムジェリー、シリコーン有機コーティングなどの防汚コーティングを適用して、絶縁子表面の汚染抵抗性を向上させる。
原因不明のフラッシュオーバー事象の場合、同一モデルの新規絶縁子と3年以上稼働している旧絶縁子については商用周波数の乾燥フラッシュオーバー試験と機械的故障試験を行うべきです。また、異なるサービス期間の絶縁子に対しては老化試験も行うべきです。絶縁子は定期的なサイクルで清掃を行い、塩分沈着密度（SDD）を適時に測定する必要があります。新しい絶縁子の製造時には、耐久性を高めるために先進的な防老化剤を組み込むべきです。