プレキャスト変電所の構造スキームと技術的特徴に関する研究

1. コンテナスキーム
1.1 構造スキーム

コンテナの構造スキームでは、コンテナは主に鋼板、鋼製梁、鋼製柱、コーナーフィッティングなどから構成されています。コンテナ構造は、鋼板とフレームを組み合わせて形成される一体構造です。単層配置に基づいて有限要素ソフトウェアを使用してコンテナ構造モデルを作成し、コンテナ構造の建物荷重をシミュレーションおよび計算します。計算結果は、コンテナの各部材で発生する応力が鋼の許容応力よりも小さく、部材の変形も許容値よりも小さいことを示しています。これにより、単層配置されたコンテナは変電所建物の構造荷重要件を十分に満たすことがわかります。

1.2 技術的特徴

コンテナ型フレーム構造は、全体構造およびその部品について国際的な一般的な標準を採用しており、標準化が容易です。既存のコンテナメーカーの生産能力と設備を活用し、二次設備メーカーとの協力を通じて改良することで大量生産が可能となり、コスト削減と良好な経済効果が得られます。しかし、コンテナの表面には美観性を実現するのが難しく、都市部や景勝地など環境評価要件が高い地域での変電所建設では、しばしば地元の環境評価審査を通過できず、建設に大きな障害となります。

標準製品として、構造特性の制約により、コンテナのドア位置は比較的固定されており、他の位置にドアを開けるのは困難であり、スキームの多様性が欠けます。必要なドア開口を行う場合、コンテナの安定性と密閉性に影響を与えます。したがって、電気設備が必要とするスペースを予め設定された固定スペースに統合することは、変電所におけるコンテナ構造スキームの実装において大きな課題となります。

一般的に、輸送用コンテナの耐用年数は7〜10年です。変電所の一次設備の設計耐用年数は40年、二次設備は20年です。コンテナ型構造を変電所に採用する場合、コンテナ構造の耐久性を向上させる必要があります。コンテナ構造の耐用年数は、防錆塗装スキーム、材料自体の耐久性、設備運転環境、運転保護措置などの多くの要因によって影響を受けます。防錆処理後、良好な環境、低塵埃・砂含量、腐食性が少ない場所に配置すると、その耐用年数は20年または30年まで達することが可能です。しかし、環境が悪ければ、自体の構造強度や表面の防錆加工技術の制約により、その耐用年数は大幅に短くなります。

2. 金榜板スキーム
2.1 構造スキーム

金榜板は主にセメント、フライアッシュ、シリカ粉、パールライトからなり、複合繊維で補強されています。真空高圧押出成形され、高温高圧蒸気で硬化され、加工され、多層塗装されます。金榜板の製造過程では、廃水、廃棄物、廃ガスが発生せず、環境に汚染を与えないため、グリーンかつ環境に優しい建築材料製品です。金榜板の表面パターンは、金型設計と開発を通じて表面塗装プロセスと組み合わせることで、様々なパターンと任意の表面塗装色の組み合わせを実現し、豊かで多彩な効果を創り出し、設備キャビンの表面を視覚的に魅力的にすることができます。

2.2 技術的特徴

金榜板構造は、断面鋼材で構成された骨格を基本的な荷重枠として使用し、外部断熱法を採用しています。金榜板構造の壁は、金榜板、換気層、防湿シール膜、OSB（オーエスビー）、断熱材料、薄肉四角管、石膏ボードなどの材料で構成されています。金榜板の主要な原材料は無機材料であり、優れた耐火性を持っています。カーテンウォール材料としても、外壁断熱の表面層としても、金榜板は良好な耐火性能を示します。

また、機械計算を通じて、吊り上げ、輸送、設置の各工程において静的および動的機械強度を確保し、25年の耐用年数の要求を満たします。高密度、耐候性、寸法安定性、低変形係数、防水性、耐火性、風化・凍結抵抗性などの特性があります。金榜板はセメントベースの材料と同様に、短期間の外観は良好ですが、軽くて脆い性質、割れやすい性質、衝撃抵抗力が低いことから、壁自体が持つべき保護性能が大幅に損なわれます。金榜板は内部骨格に吊り下げる部品を通じて取り付けられます。

板の接合部には弾性防水シーラントが塗布されています。舌と溝の接続方法とファスナー固定を使用し、板の接合部には特別なジョイントコネクタが使用され、弾性シーリング材料で充填されています。材料の制約により、ドアと板の接続部の密封性能が劣るため、防塵、防湿、防結露効果を得るのが難しくなります。輸送や吊り上げ時の微小な変形や振動により、外観が損傷したり割れたりしやすく、場合によっては金榜板が剥がれ落ちることもあります。

さらに、機械的特性が劣るため、金榜板は独立して非負荷外壁メンテナンス材料や建築カーテンウォール材料としてのみ使用でき、負荷構造として使用することはできません。したがって、支持と強化機能を提供することはできません。既存のプロセスでは、単層設備の統合しか実現できず、三次元構造統合についてはさらなる最適化の余地があります。

3. プレハブキャビンスキーム
3.1 構造スキーム

プレハブキャビンの構造は、屋外箱型変電所の成熟した設計と製造技術から派生し、電気設備の統合設置に特化したカスタマイズ製品です。プレハブキャビンは、自己変形防止能力を持つ設備です。構造基盤は断面鋼材で溶接され、キャビンフレームは一体化溶接構造です。主に使用される鋼材は高品質炭素構造鋼で、十分な機械強度、硬度、降伏強度を持ち、強い環境適応性を示します。

キャビンの外壁は金属鋼板でできており、優れた装飾性を持ち、外壁装飾の様々な可能性を提供します。現場環境に応じて柔軟にスプレー塗装を行い、周囲の環境と完璧に調和させることができ、地元住民に受け入れられやすくなります。輸送や吊り上げなどの際に外部からの力を受けても、キャビンは微小な変形を起こしてこれらの外部力を相殺し、短時間で回復します。これにより、電気部品の設置が機械的な力から保護され、電気システムの動的安定性が確保され、地震などの外部力の影響を有効に耐えられます。

プレハブキャビンの構造設計では、鋼材と構造の選択に余裕を持たせており、地震による構造損傷に対応できます。プレハブキャビンの内部設計は柔軟で、断面材料を使用して全体の支持強度を増加させ、三次元構造レイアウトを採用できます。このスキームを適用することで、占有面積が減少し、垂直空間が利用され、土地資源の節約が実現します。また、三次元レイアウト構造では、上下層間に振動抑制装置を設置し、騒音を排除し、振動を軽減します。プレハブキャビンの強度と耐震性能は、有限要素解析と国家権威のある検査機関によって確認され、十分な信頼性が確保されています。

3.2 技術的特徴

キャビンのフレームワークとトップカバーは亜鉛メッキ鋼板でできており、壁パネルは防火、難燃、断熱材料で充填された二重層鋼板です。断熱構造と組み合わせることで、構造間の熱伝導が減少します。キャビン内外で火災が発生した場合でも、キャビンの外殻は3時間以内に完全性と耐火性を維持し、優れた断熱と耐火性能を示します。

「車のような」シーリングプロセスを採用し、防塵、防湿、防結露効果を実現します。内部設備と使用環境に応じて、プレハブキャビンの構造、寸法、メンテナンスドア、ケーブル出入り口を柔軟に設計できます。内部設備の拡張要件に応じて、異なる設備出入り口を予約し、トップカバーをセクションごとに分解できるため、後段階での設備設置が容易になります。これにより、異なるプロジェクト要件に対応し、多様な設計オプションを提供することができます。

プレハブキャビン構造は優れた防錆性能を持っています。防錆処理はISO12944規格「鋼構造物の保護塗装システムによる腐食防止」に準拠しています。前処理、亜鉛層、中間層、表面層などの複数の防錆プロセスを採用し、C4環境下で30年間錆びないレベルの防錆を達成します。プレハブキャビンの運転寿命は40年以上設計されており、簡単なメンテナンスで60年間の寿命を達成できます。

コンテナ構造と比較して、プレハブキャビン構造は以下の利点があります：実際の需要に応じて柔軟に設計でき、内部空間が大きく、操作とメンテナンス条件が良く、道路輸送条件の影響を受けにくいです。

4. 結論

グリーン電力網の概念が提案されたことで、変電所建設には、知能化、高効率、信頼性、経済的実用性、ライフサイクル全体での最適な利益、土地節約、エネルギー節約、水節約、材料節約、環境保護などのグリーン建設概念が提唱されています。プレハブ設備を使用するプレハブ変電所は、グリーン電力網の概念に合致し、建設速度が速く、敷地面積が小さく、システム統合度が高く、輸送が便利で、設置が迅速という特徴があります。

コンテナ構造と金榜板構造と比較して、プレハブキャビン構造はより多くの特性と利点を示しています。プレハブキャビンの構造モードは、安全性と信頼性、強い環境適応性、柔軟なレイアウト、操作、メンテナンス、点検の高い操作性、エネルギー節約と環境保護などの優れた利点を持っています。実際の応用において大きな利点を示しており、広範な応用価値があります。