変電所メンテナンスにおける高圧SF6サーキットブレーカーの一般的な故障解析

1 高圧SF₆遮断器の基本構造と動作原理

高圧SF₆遮断器は、電力システムにおいて不可欠な主要設備であり、その構造と動作原理は電力網の安全かつ安定した運転を確保する基盤となっています。これは絶縁体、導電部、消弧室、操作機構、制御回路など複数の精密な部品で構成されています。絶縁体は通常、高電圧環境での電界ストレスに耐えられる高強度材料を使用しており、導電部は高い電気伝導性を持つ金属を使用して、電流が滑らかに流れることを確保しています。

消弧室は遮断器の核心部分であり、アークの作用により分解されたSF₆ガスによって生成される反応性の高い物質を利用して、アークを急速に冷却し、絶縁強度の回復を加速することで、回路の迅速かつ安全な遮断を達成します。SF₆ガスは六フッ化硫黄ガスであり、その優れた絶縁性と消弧性が高圧遮断器での広範な使用の主な理由です。電流がゼロ通過する瞬間、SF₆ガスは効果的にアークを消去し、再点火を防ぎ、遮断器が信頼性を持って遮断タスクを完了できるようにします。また、SF₆ガスは優れた密封性能を持ち、外部からの湿気や異物の侵入を効果的に隔離することができます。これは遮断器内部環境の清潔さと乾燥状態を維持し、機器が長期にわたって安定して動作するためには非常に重要です。

設計面では、高圧SF₆遮断器には先進的な操作機構と制御回路も装備されています。これらの部品は協調して動作し、遮断器が電力網の様々な複雑な操作要件に対応できるようにします。操作機構は遮断器の開閉動作を実行する責任があり、一方で制御回路は遮断器の動作状態を監視および調整し、その動作の正確性と信頼性を確保する役割があります。

2 変電所メンテナンスにおける高圧SF₆遮断器の一般的な故障
2.1 SF₆ガス漏れ

SF₆ガス漏れはSF₆遮断器で最も一般的な故障の一つです。このような漏れは、遮断器内部の絶縁性能の低下につながり、その正常な動作に影響を与えます。漏れの原因としてはシールの劣化や損傷、または設置時の密封不良などが考えられます。ガス漏れは遮断器の性能を低下させるだけでなく、SF₆は温室効果ガスであり、地球温暖化に大きな影響を与える可能性があるため、環境への危害も引き起こす可能性があります。

2.2 操作機構の故障

操作機構は遮断器の開閉動作を行う重要な部品です。操作機構に故障が発生すると、遮断器が正常に動作しなくなる可能性があります。このような故障には、スプリングのエネルギー蓄積不足、油圧オイルの漏れ、空気圧システムの圧縮空気漏れなどの問題が含まれます。操作機構の故障は遮断器の性能に影響を与えるだけでなく、電力システム全体の安全かつ安定した運転にも危険を及ぼす可能性があります。

2.3 接触部の摩耗

遮断器が頻繁に操作されたり長時間稼働したりすると、接触部（導電部）が摩耗することがあります。これは遮断器の電気伝導性と開閉能力に影響を与えます。摩耗が深刻になると、接触部の過熱や焼け付きなどの問題が発生し、最悪の場合には遮断器の故障につながり、電力システムの安定供給に影響を及ぼす可能性があります。

2.4 補助スイッチと保護回路の故障

補助スイッチは遮断器の状態を監視し、保護回路は遮断器が障害による損傷から保護されるために使用されます。これらの部品に故障が発生すると、遮断器がシステムの保護要件に対して正しく対応できず、電力システム全体の安全性に影響を及ぼす可能性があります。

2.5 過電圧問題

遮断器が開動作を行う際には過電圧が発生することがあり、これが周囲の電気設備に損傷を与える可能性があります。この影響を軽減するために、避雷器などの過電圧保護装置が通常取り付けられています。過電圧保護措置は、電力システムの安定運転と設備の安全性を確保する上で極めて重要です。

2.6 機械部品の劣化または損傷

長期の運転中や厳しい環境下では、遮断器の機械部品が劣化または変形する可能性があります。これにより、その機械性能に影響が及ぶことがあります。機械部品の損傷は遮断器が正常に動作できないことを引き起こし、さらには安全上の事故を引き起こす可能性もあります。

3 変電所メンテナンスにおける高圧SF₆遮断器の一般的な故障に対するメンテナンスと修理措置
3.1 SF₆ガス漏れのメンテナンスと修理

SF₆ガス設備の安全な運転を確保するため、超音波漏洩探知器またはハロゲン漏洩探知器を使用することをお勧めします。これらはSF₆ガス漏れの検出に効果的なツールです。定期的な検査により潜在的な漏洩点を早期に発見し、対応措置を講じてガス漏れによる環境や設備への損害を防止できます。

日常的なメンテナンスにおいては、シールの状態を密接に監視する必要があります。シールに劣化または損傷の兆候が見つかった場合は、すぐに交換する必要があります。シールの交換時には、製造元が提供する密封プロセス要件に厳密に従い、新しいシールが正しく設置され、適切な密封効果を発揮できるようにすることで、設備の密封性能と運転安全性を保証します。

監視中にSF₆ガスの圧力低下が検出された場合、これはガス漏れの兆候である可能性があります。直ちにガスの充填を行い、設備が正常な作動圧力範囲を維持できるようにする必要があります。ガスの充填時には、標準に適合する高純度のSF₆ガスを使用し、ガス純度不足による設備の絶縁性能への影響を避けることが重要です。同時に、ガス充填プロセス中には、不純物の混入を厳格に制御し、ガスの純度を確保することで、設備の安定運転と寿命延長を保証します。

3.2 操作機構の故障のメンテナンスと修理

操作機構の正常な動作を確保するため、定期的にスプリングのエネルギー蓄積状況を確認し、スプリングに十分なエネルギーが蓄積されていることを確認する必要があります。油圧操作機構を採用している設備では、油圧オイルの油量が適切なレベルにあるかどうかを注意深くチェックし、油質を評価して標準要件を満たしていることを確認する必要があります。油量が不足しているか、油質が劣化していることが判明した場合は、直ちに油を補充または交換して、システムの正常な動作を維持する必要があります。

空気圧操作機構を採用している設備では、定期的な点検が不可欠です。これは圧縮空気の圧力を監視して安全かつ有効な範囲内にあることを確認し、密封部品の完全性をチェックして空気漏れを防ぐためです。空気漏れは設備の性能低下や動作失敗につながる可能性があります。これらの予防措置を通じて、空気圧システムの安定性と信頼性を確保できます。

操作機構の効率的な動作を維持するためには、機械部品の定期的な清掃と潤滑が非常に重要です。清掃により、堆積した汚れや不純物を取り除き、それらが設備の摩耗や詰まりを引き起こすことを防げます。適切な潤滑により、部品間の摩擦を減少させ、動作失敗のリスクを低減できます。

3.3 接触部の摩耗のメンテナンスと修理

電気設備の安全かつ安定した動作を確保するため、各メンテナンス時に接触部の摩耗状況を慎重に確認する必要があります。検査時には、精密な測定器具を使用して接触部の厚さを測定し、それが規定された許容範囲内にあることを確認する必要があります。接触部の摩耗量が規定された許容範囲を超えたことが判明した場合は、可能な故障や危险を防ぐために、摩耗した接触部を直ちに交換する必要があります。

僅かな摩耗しかない接触部については、専門的な研磨方法により表面の平坦性を回復することができます。ただし、研磨作業中には、研削の深さと力を厳格に制御し、過度の研削による接触部の材質の過剰な損失を避け、接触部の正常な性能と寿命に影響を与えないようにする必要があります。そのため、研磨作業は経験豊富な技術者によって行われ、作業の正確さと安全性を確保する必要があります。

接触部の寿命を効果的に延ばすためには、遮断器の操作頻度を最適化して不要な頻繁な操作を減らすことが望ましいです。頻繁な操作は接触部の摩耗を加速するだけでなく、他の電気設備部品の早期劣化を引き起こす可能性もあります。したがって、合理的に操作頻度を計画し、調整し、不要な操作を避けることは、接触部の寿命を向上させ、設備の安定した動作を確保する上で重要な措置です。

3.4 補助スイッチと保護回路の故障のメンテナンスと修理

①補助スイッチの検査
設備の正常な動作と安全性を確保するため、補助スイッチの定期的かつ詳細な検査は非常に重要です。このプロセスには、スイッチの接触状態を徹底的に検査して良好な接触状態を確認し、緩みや腐食がないことを確認することが含まれます。検査中に接触不良や摩耗などの問題が見つかった場合は、直ちにスイッチの調整または交換を行い、可能なかけらの設備故障や安全上の事故を防ぐ必要があります。

②保護回路のテスト
保護回路は電気設備の安全な動作を確保するための重要な部品です。したがって、保護回路の定期的かつ包括的なテストは不可欠です。このテストの目的は、保護回路が信頼性高く且つタイムリーに動作し、異常状況時に素早く電源を遮断して設備の損傷や人的被害を防ぐことを確認することです。テスト結果が保護回路に校正偏差や部品の損傷などの問題があることを示した場合は、直ちに校正を行ったり、損傷した部品を交換して回路の正常な機能を確保する必要があります。

3.5 過電圧問題のメンテナンスと修理

電力システムの安全かつ安定した動作を確保するため、遮断器の近くに避雷器を設置することをお勧めします。これにより、落雷やその他の理由による動作過電圧による設備の損傷を効果的に防ぎ、設備の寿命を延ばし、正常な動作を確保することができます。

さらに電力システムの運転効率と安全性を向上させるためには、遮断器の運転モードを最適化することが望ましいです。特に、系統電圧が大きく変動するか、系統負荷が急激に変化する場合、遮断器の運転を避けることで、不適切な運転による設備故障や安全上の事故を防ぐことができます。

3.6 機械部品の劣化または損傷のメンテナンスと修理

遮断器の機械部品について包括的な検査を行うべきです。これは伝送軸、連結棒、ベアリングなどを含むがこれらに限定されません。検査時には、部品の摩耗度、亀裂、変形などの現象に特別な注意を払う必要があります。劣化または損傷の兆候が見つかった場合は、直ちに交換または修理を行うことで、故障の更なる拡大を防ぐことができます。

伝送軸や連結棒などの主要部品については、定期的な潤滑処理を行うことで摩耗を減らし、寿命を延ばすことができます。また、ベアリングなどの消耗部品については、定期的に動作状態をチェックし、円滑な回転と異常な音や発熱がないことを確認する必要があります。必要に応じて新しいベアリングに交換することで、機械部品の正常な動作を確保します。

遮断器の機械部品については、定期的に実際の作動条件下での動作をシミュレートする負荷試験も行うべきです。これらの試験を通じて、潜在的な問題を早期に発見し、それに応じたメンテナンス措置を講じることで、様々な作動条件での遮断器の安定性と安全性を確保することができます。

すべてのメンテナンスと修理作業については、詳細な記録を作成する必要があります。これは交換した部品の型番、メンテナンス時間、作業員情報など、後続のメンテナンス作業や故障分析にとって重要な参考値となる情報を含みます。これらの記録はメンテナンス効率と遮断器の運用信頼性を向上させるのに役立ちます。

3.7 その他のメンテナンス措置

電力システムの安定した運転を確保するため、遮断器の動作温度を定期的にチェックし、過熱による設備の損傷を防ぐことが重要です。これは設備の正常な動作と寿命延長のために不可欠なステップです。

遮断器の正常な動作状態を維持するため、定期的な外殻の清掃が不可欠です。表面の塵埃の堆積を取り除き、腐食などの問題を防ぐことで、これらの要因が設備の性能に及ぼす悪影響を効果的に回避し、電力システムの安全性と信頼性を確保できます。

技術の進歩に伴い、遮断器の適時な技術改造は、その性能と信頼性を向上させる効果的な手段です。設備の動作状況と履歴データを分析し、必要な技術アップグレードを適切に行うことで、遮断器が現代の電力システムの要求を満たせるようにすることができます。

4 結論

電力システムの変電所メンテナンス作業において、高圧SF₆遮断器のメンテナンスとトラブルシューティングは非常に重要です。定期的な検査と適切なメンテナンス措置を通じて、故障の発生を効果的に防ぎ、電力システムの安全かつ安定した運転を確保することができます。この過程では、技術者は作業手順を厳守し、先進的な検出装置と技術を使用し、メンテナンスの品質と効率を継続的に改善することで、電力システムの信頼性のある運転に堅固な保障を提供する必要があります。