電力設備の紫外線画像化：応用、検出、および研究の進歩
1. 紫外線画像技術の原理
紫外線（UV）画像技術は、電極間の局所的な電圧ストレスが臨界値を超えたときに発生するコロナ放電その他の局所的な放電現象を利用しています。このとき周囲の空気がイオン化され、コロナが生成されます。電力設備の運転中に、設計上の欠陥、製造上の欠陥、不適切な設置、または不十分なメンテナンスにより、コロナ、フラッシュオーバー、またはアークがしばしば発生します。これらの放電では、空気中の電子がエネルギーを放出し、紫外線を放射します。コロナ、フラッシュオーバー、またはアークの特性は、イオン化時の電界強度によって大きく異なります。
UV画像技術は、専用の装置を使用して放電によって生成されたUV信号を捕捉します。これらの信号は処理され、可視光画像に重ね合わせられ、コロナの位置と強度を正確に決定することが可能となり、電気設備の全体的な性能と動作状態を評価するための信頼性の高い基盤を提供します。さらに、UV画像システムは、入射光を2つのパスに分割するUVビームスプリッターを使用します。一部はイメージインテンシファイアに導かれます。
コロナ放電は主に230 nmから405 nmの波長範囲で紫外線を放射し、UV画像は通常240 nmから280 nmの狭い帯域で動作します。そのため、結果として得られる信号は本来弱いものです。イメージインテンシファイアはこの微弱な信号を増幅し、太陽からの紫外線がない条件下で高解像度の可視画像を実現します。さらに、CCDカメラと特殊な画像処理を組み込むことで、UV画像システムはUVと可視光画像を重ね合わせ、最終的に電気設備とそれに関連するコロナ活動を明確に表示する複合ビューを生成することができます。
2. UV画像検出技術の設備検査への応用
UV画像検出技術は、電力システムにおいて汚染評価、絶縁体の放電検出、送電線の維持管理、および絶縁欠陥の識別に広く使用されています。以下のセクションでは、その主要な応用について分析します。
2.1 汚染検査
汚染検査は、UV画像技術の電力システムにおける応用の基礎を形成しています。電気設備の表面に付着した汚染物質は不均一であり、電圧ストレス下で放電を引き起こすことがあります。導体の汚染度と絶縁体上の汚染物質の分布を評価することで、作業員は効果的に設備の状態を検出および分析することができます。この情報は、効果的なメンテナンスと清掃戦略の設計と実施のための堅固な基盤を提供します。
2.2 絶縁体の放電検出
絶縁体の放電検出は、UV画像の重要な応用です。絶縁体の表面汚染はUV可視のコロナを生じさせるだけでなく、絶縁体の内部劣化も同様に生じます。UV画像を使用して検出を行う場合、作業員は適切な感度レベルと距離で検査を行い、放電活動を効果的に識別する必要があります。これにより、劣化した絶縁体の正確な位置と量を特定し、それがシステムの信頼性に与える潜在的な影響を正確に評価することができます。
2.3 電力線路の維持管理
電力線路の維持管理は、UV画像の重要な使用例です。従来の方法、例えば聴覚による検査や夜間の目視による放電の観察は、大きな制限があります。多くの放電はすぐに設備の動作に影響を与えないため、音で検出するのが困難であり、また夜間の視覚的方法は距離や環境条件に大きく影響されます。一方、実際の応用では、UV画像が変電所や送電線路の包括的なスキャンを可能にし、正常なコロナ活動と異常なコロナ活動を効果的に区別することができます。これにより動的な監視、異常の早期発見、そして維持管理行動のための情報に基づいた意思決定が可能となります。
2.4 絶縁欠陥の検出
絶縁欠陥の検出は別の重要な応用です。高電圧耐電試験中、UV画像により作業員はリアルタイムで放電現象を観察することができます。フラッシュオーバーやアークの発生は、絶縁性能が低いことを示しています。コロナが観察された場合、その重要性は設備の材料、構造、形状、および使用条件を考慮して評価する必要があります。これにより、絶縁の整合性を包括的に評価することができます。
3. 電気設備検査用UV画像技術の研究
電気設備検査用のUV画像技術に関する継続的な研究は、電力システムの信頼性向上を推進しています。主要な研究領域には、電気設備のUV検出の校正とコロナ放電の結果の評価があります。
3.1 電気設備のUV検出の校正
校正は重要な研究焦点です。標準化された校正方法は、UV画像の精度を大幅に向上させ、温度、湿度、高度などの環境要因の影響を軽減します。しかし、UV校正の複雑さにより、信頼性がありかつ普遍的に適用可能な標準を確立するためには、さらなる広範な研究が必要です。
3.2 コロナ放電の結果の評価
コロナ放電の結果の評価は重要な支援技術です。環境条件はコロナの強度に強く影響を与え、UV活動と欠陥の存在または深刻さとの直接的な相関を難しくします。したがって、堅牢な評価モデルの開発にはさらなる研究が必要です。ただし、効果的な結果評価は、UV画像の故障検出能力を大幅に向上させ、電力設備の信頼性改善に大きく貢献することができます。
