架空送電線および鉄塔：種類、設計、安全性

超高圧交流変電所の他に、より頻繁に遭遇するのが送配電線です。高い鉄塔が山や海を越えて遠くまで伸び、都市や村に到達します。これも興味深い話題です—今日は送電線とその支持鉄塔について探ってみましょう。

電力の送電と配電

まず、電力がどのように供給されるか理解しましょう。電力産業は主に4つの段階で構成されています：発電、送電、（変電）配電、消費。

• 発電には様々な種類の発電機があります—石炭火力や水力発電所などの伝統的なものから、風力や太陽光エネルギーなどの現代的なものまで、これらすべてが発電に含まれます。

• 送電は送電線と鉄塔に依存しています。

• 変電（または変換）は主に変圧器を使用します。発電所では昇圧変圧器が長距離送電のために電圧を上げ、配電側では降圧変圧器が地域の配電網や最終消費者に適した電圧に下げます。

• 配電は消費者側で行われ、様々な降圧変圧器、中低圧設備、スイッチギア、配線などが使用されます。

• 消費とは家庭内の電気製品、市街地のインフラ、建物、工業施設などでの電力使用を指します。

構造的には、送電線は空中送電線とケーブル線の2つの主要なタイプに分けられます。以下は電力送電システムの模式図です：

長距離送電に適した電圧レベルは何ですか？送電損失を減らし効率を高めるために、通常、500 kV以上の交流電圧が送電に使用されます。500 kVから750 kVの範囲の電圧は超高圧（EHV）交流送電と分類され、1000 kVの交流システムは超超高圧（UHV）交流送電として知られています。一方、中圧から110 kV～330 kVまでの電圧で動作する線路は一般的に配電線と呼ばれます。これらの分類は、需要の増加、システム容量、地域のエネルギー分布パターンにより異なる場合があります。

電圧レベルは線間電圧を指す—つまり、3相（A、B、C）のうちの任意の2相間の電圧です。家庭で使用される220ボルトは相電圧であり、これは任意の1相と地線間の電圧です。実際、住宅への電力供給は380ボルトの線電圧システムから始まります。ビルの入口で3相（A、B、C）が分離され、それぞれの相が住宅の異なるユニットに供給されます。都市や住宅地でよく見かける四角い箱型の構造物はパッドマウント（または箱型）変電所です（下図参照）。

箱型変電所は中圧設備、変圧器、低圧配電装置を統合しています。これは都市の中圧配電網（通常10 kVまたは20 kV）を住宅や市街地用に適した380 Vの電力に変換します。配線は見えないかもしれませんが、現在の中国の都市配電網はほとんどが地中ケーブルを使用しています。しかし、古い住宅地や農村部では、まだ変圧器と建物や個々の消費者に接続する空中線を見ることができます。

開けた場所では、私たちがよく見る空中送電線は鉄塔と導体で構成されています。鉄塔の種類は様々で、送電線は直流（DC）または交流（AC）に分類されます。

中国の発電と消費は地理的に大きな不均衡を示しています。石炭、風力、太陽光、水力などの豊富なエネルギー資源は広大な西部地域に集中しており、一方で主要な負荷中心は数千キロメートル離れた中央部や東部にあります。この地理的な不一致により、長距離送電は重要な解決策となっています。

近年、大規模な風力および太陽光発電基地の急速な発展により、長距離送電の需要は継続して増加しています。送電の骨格となる超超高圧（UHV）グリッドの建設が加速し、中国のエネルギー転換と持続可能な発展に強力な推進力を与えています。これらの長距離送電システムはすべて、送電鉄塔と空中線によってグリッドを相互接続しています。

空中送電線

空中送電線は絶縁子と金具を使用して鉄塔から吊り下げる導体で構成され、導体と地面または建物との間に安全なクリアランスを確保します。送電線の主な機能は電気エネルギーの送電、発電所と変電所の接続、並列運転の可能化、そして電力システムを統一ネットワークに統合することです。

空中線は投資コストが低く、建設が迅速で、設置が簡単かつ便利であり、故障や危険性の特定が容易で、メンテナンスや修理も容易です。長距離送電では、空中線がその高い電力容量により主に使用されます。送電距離が長いほど、必要な電圧レベルも高くなります。

しかし、空中線は広範囲に分布し、屋外環境で連続的に動作するため、周囲の条件や自然要因によりしばしば影響を受けます。これにより、雷、風害、氷雪、汚染フラッシュオーバー、外部干渉、導体の振動、鳥による事故などの様々な運用上の故障が生じます。

さらに、高電圧スイッチギアを扱うエンジニアは、高電圧（HV）、超高圧（EHV）、超超高圧（UHV）システムを多く扱います。これらは主に空中線で相互接続されています。そのため、高電圧設備の技術的要件は線路の状況—例えば動作環境やサービス条件—と密接に関連しています。空中線の特性と故障挙動を理解することは、高電圧設備の技術仕様を理解する上で重要です。

空中送電線の構成要素

空中送電線の主な構成要素には基礎、鉄塔、導体、絶縁子、金具（フィッティング）、避雷装置（例えば空中地線や避雷器）、接地システムがあります。現代の線路には、光ファイバーグランドワイヤ（OPGW）や電力線キャリア通信システムなどの補助的な構成要素も含まれることがあります。

(1) 導体

導体は電流を伝送し、電気エネルギーを供給します。標準的な線路では、通常1相あたり1本の導体が使用されます。しかし、EHVや高容量送電線では、2本、3本、4本、あるいはそれ以上のサブ導体（通常円形配置）を使用した束ね導体が一般的に採用されています。これによりコロナ放電が減少し、電力損失が最小限に抑えられ、ラジオ、テレビ、その他の通信信号に対する干渉も減少します。

(2) 避雷線と接地システム

避雷線は送電鉄塔の上部に吊り下げられ、各鉄塔の接地システムにダウンコンダクターを通じて接続されています。雷が落ちた際、避雷線は導体よりも上にあるため、雷を捕獲し、接地システムを通じて大地に安全に導きます。これにより、導体への直接落雷の確率が減少し、線路の絶縁が過電圧ダメージから保護され、信頼性のある動作が確保されます。避雷線は通常、110 kV以上の線路全長に沿って設置され、主に亜鉛メッキ鋼線で作られています。

(3) 鉄塔（ピロン）

鉄塔は導体と避雷線、それに付随する金具を支持し、導体と鉄塔、地面、また交差する構造物や建物との間に安全な電気クリアランスを維持します。

(4) 絶縁子と絶縁子ストリング

絶縁子は送電線の主要な絶縁部品です。導体を支持または吊り下げ、鉄塔から電気的に絶縁し、信頼性のある絶縁強度を確保します。機械的なストレス、電圧、腐食性の大気ガスにさらされることから、絶縁子は十分な機械的強度、絶縁性能、劣化耐性を持つ必要があります。

(5) 金具（フィッティング）

送電線の金具は導体と地線を支持、固定、接続、保護する重要な役割を果たし、堅牢で信頼性のある接続を確保します。金具は機能に基づいて5つの主要なタイプに分類されます：線夾、接続金具、接続金具、保護金具、引き締め金具。

(6) 基礎

基礎は鉄塔を地面に固定し、傾き、倒壊、沈下を防ぎます。

これらの各構成要素については、後述で詳しく検討します。

(7) 鉄塔（ピロン）

送電線と鉄塔には多くの種類があり、電圧レベルは最大1000 kVに達します。鉄塔の材料には木材、コンクリート、鋼鉄格子、鋼管構造があり、形状やデザインは多岐にわたります。送電線の目的は、できるだけ少ない損失で一方からもう一方へ電力を送ることです。そのため、同じ電圧クラス内で、線路はインピーダンスを最小限に抑え、導体の断面積を最大化するように設計されています。鉄塔は線路を支持し、他の導電物体との接触による接地障害を防ぐために、高さがあり構造的に安定しています。以下の画像は一般的な鉄塔の種類を示しています。

実際のエンジニアリングアプリケーションにおける機能に基づいて、鉄塔はさらにいくつかのタイプに分類されます：直線（懸垂）鉄塔、角度（コーナー）鉄塔（方向変更用）、端末鉄塔（変電所への接続用）、転位鉄塔（相回転用）、大跨間鉄塔（大河川、湖、海峡を横断するため）。各鉄塔の基部には基礎があります。導体はクロスアームを介して絶縁子ストリングで吊り下げられています。

鋼鉄格子鉄塔をよく見ると、両側に小さな「ツノ」が上向きに伸びているのがわかります—これらは薄い線を支えています。これらは電力送電には使われず、避雷線（地線）として、雷保護のために使用されています。

送電鉄塔は様々な形状があります。単回路線では、水平に配置された導体を持つ「ワイングラス」型と三角形に配置された導体を持つ「猫頭」型が一般的です。狭い通行帯や土地が希少な経済発展地域では、同一構造で2回路、あるいは4回路を運ぶコンパクトな鉄塔がよく使用されます。超超高圧（UHV）直流送電線では、正極と負極をそれぞれ別の側に吊るすT型鉄塔もあります。

送電線廊道とは、高圧空中送電線の最外側導体から側方に延びる帯状の領域を指します。その幅は電圧レベルによって決まり、「電力施設保護条例」で規制されています。例えば、500 kV線路の保護区域は20メートル幅です。この区域内では農業活動は制限付きで許可されますが、可燃物の積み重ねや建物の建設は厳しく禁止されています。

また、送電鉄塔に多数の突起物や小さな「風車」のような装置が設置されていることに気づいたかもしれません。これらは何のためにあるのでしょうか？これらはすべて鳥除けです！鳥除けの突起物は鳥が巣を作るのを防ぎ、小さな回転する「風車」装置は鳥を追い払います—これらは鉄塔に一般的に取り付けられています。

送電鉄塔の構造は鳥が巣を作るのに理想的な場所を提供します。しかし、鳥のフンは導電性があります。絶縁子ストリングに排泄されると、導体と地面間に導電パスが形成され、フラッシュオーバー、接地障害、さらには相間短絡を引き起こす可能性があります。したがって、送電線は「怒った鳥」に対して非常に脆弱です。さらに、送電線（または廊道）近くの高木も安全な運転を脅かす可能性があります—例えば、地上クリアランス違反や短絡を引き起こす可能性があるため、定期的に剪定する必要があります。