高圧遮断器の機械的故障分析と改善技術に関する研究

現代社会における機械化の継続的な進展に伴い、日常生活での電力需要は大幅に増加しています。この増大する需要を満たすためには、電力システムはより安定性、安全性、リアルタイムの応答性を持つ必要があります。これにより、高圧遮断スイッチの製造時の品質が極めて重要であることが強調されます。

製造業者はこの責任に対する認識を強化し、高圧送電線の信頼性のある動作を確保し、故障の頻度を減らす必要があります。緊急時に無負荷条件下で電気設備を安全に隔離する役割を担う遮断スイッチの重要性を認識することが不可欠です。そのため、既存の機械的故障について包括的な分析を行い、リスクを軽減するための対策を講じる必要があります。

1. 一般的な欠陥と故障分析

高圧送電線は定期的なメンテナンスが必要であり、メンテナンス作業員の安全を確保するために、高圧遮断スイッチを頻繁に操作して電源を切り離す必要があります。しかし、設計や材料の欠陥により、機械的な故障が最も一般的な故障タイプとなっています。調査によると、不適切なインストール、不十分な調整、または機械的な腐食が導体回路の温度上昇、絶縁部のクラック、さらには重大な安全事故につながることがあります。

特に危険な機械的故障は支持絶縁子の破損です。これは最高のリスクを伴い、深刻な結果につながります。原因はいくつかの側面から分析できます：

• 材質の問題：製造管理が不十分なために生じる劣悪な絶縁子の品質は、重大な安全上の危険をもたらします。破損した絶縁子の検査では、内部の雑質物、微細なクラック、接着力の不足、場合によっては衝撃吸収層としてのアスファルトの欠如が常に見つかります。

• 設計および製造過程の欠陥：設計上の欠陥、不適切な作業、または製造過程での焼成工程の不十分さにより、絶縁子とフランジ間の結合が弱くなり、寿命と信頼性が低下します。

• 環境劣化：強い電磁界、化学的な腐食、風雨などの厳しい条件への長期的な暴露により、経年劣化が加速します。

• 地震の影響：地震時には、激しい振動が構造共鳴や機械的なストレスにより絶縁子の破損を引き起こす可能性があります。

もう一つの一般的な故障は遮断スイッチの操作不良で、不適切な操作により完全に開閉されず（位置合わせ不良）、接触不良、抵抗値の増加、過熱、機器の損傷につながります。その要因には以下のものがあります：

• 設計上の欠陥または不適切な材料選択：構造設計が不十分または不適切な材料を使用すると、性能が低下します。

• 重度の腐食：通常金属製の回転部品は屋外環境に曝されています。高湿度、潤滑不足、長時間の露出により腐食が加速し、操作性が低下します。

• 電気制御システムの故障：モータ駆動機構内の電気部品の不良により操作不良が発生します。

• 環境要因：雨、雪、汚染物質などに晒されることでスイッチは劣化します。近年、深刻な大気汚染と湿度の増加により腐食がさらに悪化しています。

• 化学的な腐食：大気中の塵と湿気が反応して腐食性の電解質を形成し、これがスイッチ表面に堆積すると電気化学的な腐食が発生します。

• 内部設計の弱点：密封が不十分で湿気が侵入しやすくなります。耐食性の低い金属の使用や不十分な防錆コーティングにより性能が低下します。これらの要因が組み合わさり、維持管理や点検が不十分な場合、深刻な機械的劣化につながります。

2. 機械的故障の改善対策

2.1 製造と品質管理

製造業者は設計仕様に厳密に従って生産し、適切な材料選択と全体的な品質管理を行う必要があります。絶縁子の破損に対処するためには以下が必要です：

• スイッチの設計が技術的および運用上の要件を満たしていることを確認する。

• 高品質の原材料を使用することで生産過程での品質管理を強化する。

• 信頼性と技術的に優れたサプライヤーのみと提携する。

• サプライヤーとの間で品質保証協定を結び、現場での検査と製品テストを含める。

• 生産過程において運転手順を厳守し、技術的なエラーまたは欠陥を即座に対処する—強制的な運転は決して行わない。

2.2 過熱防止

導体回路の過熱は深刻な安全上の危険をもたらします。効果的な対策には以下があります：

• 接触挿入深度を調整して最適な接触を確保する。

• 接触面を清潔に保つか、自己清掃型の接触デザインを採用する。

• 温度センサーを設置して異常加熱を監視し、早期介入をトリガーする。

• 帯電清掃を実施して維持管理の効率を向上させる。

2.3 腐食保護

腐食は機械的故障の主要な原因であるため、以下の対策が必要です：

• 可動部品に定期的な潤滑を行う。

• ステンレス鋼や他の耐食性材料を使用する。

• 防水性を向上させるためにシーリングを改良する。

• 高品質の防錆コーティングを適切に適用する。

2.4 維持管理と点検

定期的な点検と適時修理は不可欠です。しかし、維持管理は形式的なものではなく、実質的なものでなければなりません。表面的な修理は資源の浪費であり、安全な運転を確保できません。状態に基づいた徹底的な維持管理だけが予期せぬ故障を防ぐことができます。

3. 機械的故障の診断方法

異なる診断手法にはそれぞれ特有の利点と制限があります。実際の状況に基づいて適切な方法を選択し、複数の手法を組み合わせて正確な故障検出を行うべきです。

• 超音波検査：インストール前に超音波検査を用いて絶縁子のクラックを検出し、潜在的な欠陥を防止する。

• 応力監視：インストール後、絶縁子が異常な機械的な応力を受けていないかを監視する。

• 赤外線熱画像法：回路の局所的な過熱を検出する。ホットスポットが確認された場合は迅速に対処する。

• モータ電流監視：動作中にモータ電流を測定してスイッチの性能を評価し、異常を特定する。

• ひずみゲージ計測：抵抗式ひずみゲージを使用して絶縁子の異常応力を検出する。

• 信号解析：モータ電流信号を解析して駆動系の健康状態を評価する。

4. 結論

すべての診断チェックが正常な動作と安全上の危険がないことを確認した後にのみ、遮断スイッチを稼働させるべきです。

本稿では、高圧遮断スイッチの一般的な機械的故障、具体的には絶縁子の破損、異常な応力、回路の過熱、操作不良、金属部品の腐食について分析しました。現在の技術的な課題に基づいて、対象的な改善と予防措置を提案しました。これらの推奨事項を実施することにより、維持管理担当者は高圧絶縁故障の予防を強化し、システムの信頼性を向上させ、運転スタッフの安全を確保することができます。