複雑な環境下での高圧遮断装置用リフティングデバイスの開発

電力システムにおいて、変電所の高圧遮断スイッチは、設備の老朽化、深刻な腐食、欠陥の増加、主導体回路の通電容量不足により、電力供給の信頼性が大幅に損なわれています。これらの長期間使用されている遮断スイッチに対する技術的な改造を行うことが緊急の課題となっています。このような改造を行う際、顧客への電力供給を中断することなく、通常行われるのは改造対象の区画のみをメンテナンス状態とし、隣接する区画は通電したままにする方法です。しかし、この運用モードでは、改造中の設備と近くの帯電部品との間のクリアランスが不足し、現場での吊り上げ作業の安全距離要件を満たすことができず、通常のメンテナンス作業に大きな挑戦をもたらします。特に隣接する区画を非通電状態にできない場合、空間制約により大型クレーンによる吊り上げ作業が不可能となります。

このような複雑な環境下で遮断スイッチの設置とメンテナンスを可能にするために、現場の課題を分析し、制約条件の下での遮断スイッチの取り扱いに特化した専用吊り上げ装置の設計と開発を提案しています。これにより、電力設備のメンテナンスに強力なサポートを提供することができます。

設計要件に基づき、様々な小型クレーン構成を検討し、具体的な110 kV高圧遮断スイッチの設置環境を考慮して、吊り上げ機械を遮断スイッチの基盤構造に直接取り付けることで優れた安定性を得られることを確認しました。これにより地面の条件による制限が排除され、複雑な現場にも適応しやすく、3名の作業員による迅速な組み立てと解体が可能となります（下図参照）。

I. クレーン機構の設計

機能の違いにより、クレーン機構は揚重、走行、旋回、ブーム角度調整の4つの主要なシステムに分類されます。

(1) 揚重機構
揚重機構は、駆動ユニット、荷役装置、ワイヤーロープリービングシステム、補助・安全装置から構成されています。動力源には電動機または内燃エンジンを使用します。ワイヤーロープシステムは、ワイヤーロープ、ドラムアセンブリー、可動および固定プーリーの組み合わせで構成されます。荷役装置には、吊り穴、スプレッダービーム、フック、電磁リフター、グリップなどがあります。設計要件と遮断スイッチの吊り上げ環境を考慮し、市販の小型クレーンを参考に、コンパクトウィンチを駆動ユニットとして選択し、フックを荷役装置として採用しました。

(2) 走行機構
走行機構は、クレーンの位置を水平方向に調整し、作業配置を最適化します。通常、走行支持システムと駆動システムから構成されます。当設計では、鋼製ホイールが遮断スイッチ基盤のチャンネル鋼に沿って走行するレールガイド支持システムを採用しています。この方法は、転がり抵抗が低く、負荷容量が高く、環境適応性が強く、製造とメンテナンスが容易です。水平走行距離が限られているため、駆動システムは簡易な手動操作としました。

(3) 旋回機構
旋回機構は、旋回ベアリングアセンブリーと旋回駆動ユニットから構成されています。旋回ベアリングは、固定された垂直柱上に回転する上部構造を支え、安定した回転運動を確保し、転倒や脱着を防ぎます。旋回駆動ユニットは、旋回時のトルクを提供し、旋回時の抵抗力を相殺します。

(4) ブーム角度調整機構
ジブ型クレーンでは、旋回中心線と荷役装置中心線との水平距離を「半径」と呼びます。ブーム角度調整機構は、この半径を調整します。操作特性に基づいて、ブーム角度調整機構は動作中と非動作中に分類されます。

動作中のブーム角度調整は、複数のクレーン間の衝突回避や作業場所への正確な位置合わせのために、荷重がある状態で半径を調整するために使用され、効率向上のためには高い調整速度が必要です。

非動作中のブーム角度調整は、荷重がない状態で、吊り上げ前のフックの位置決めや輸送時のブームの折りたたみに使用されます。このような操作は頻度が低く、低い調整速度を使用します。

II. 吊り上げ装置部品の重量に関する考慮
この吊り上げ装置はモジュラーで携帯可能な小型クレーンであるため、部品の重量は重要です。過剰な重量は2～3人の作業員による設置を妨げ、成功した展開を妨げる可能性があります。そのため、主要な部品はチタン合金で製造され、最も重い単一部品でも46 kgに抑えられ、小規模なチームによる迅速な組み立てと解体が可能となっています。

III. 吊り上げ手順
この装置を使用した高圧遮断スイッチの吊り上げ手順は以下の通りです。
まず、作業員は絶縁梯子を遮断スイッチ基盤のチャンネル鋼に設置します。梯子から、ガイドホイールクランピングアセンブリーを使用してクレーンのベースプレートをチャンネル鋼に固定し、ガイドホイールをチャンネル内に嵌め込んで転倒や落下を防止します。

ベースの設置後、2名の作業員がクレーンのブームサポートをSE7旋回ベアリングに取り付け、その下にコンパクトウィンチを取り付けます。次に、順次メインブーム、補助ブーム、油圧シリンダーを組み立てます。油圧ポンプと制御ボタンは地上に配置されています。電源が供給されると、オペレータは完全に地上から吊り上げ作業を行うことができます。

さらに、クレーンには三重の安全保護システムが組み込まれています：

• 高電圧接近警告：ブーム先端の電界センサーが、隣接する帯電設備との安全距離が違反された場合、音声警報と自動ブレーキをトリガーします。

• 過負荷保護：フックのワイヤーロープ接続部にあるストレインセンサーが、継続的に荷重と吊り上げ角度を監視し、違反が発生すると警報と自動ブレーキをトリガーします。

• 電力喪失保護：吊り上げ中に突然の停電が発生した場合、システムは自動的にロックし、荷重の落下を防ぎます。

IV. 設計されたリフティングデバイスの利点

• 電界センサーとひずみセンサーを統合し、高圧近接および過負荷の音声警告と自動ブレーキをリアルタイムで提供します。

• トラス構造に固定された電動旋回軸ベースを特徴とし、ブームの動きが安定して制御可能です。

• 主要な構造部品（ブーム、支柱、基板）はチタン合金を使用しており、腐食抵抗性があり、大幅な軽量化が可能です。

• モジュール化設計により、さまざまなプラットフォームへの容易な適応が可能になり、将来の発展と広範な応用の基礎が築かれます。

要するに、このリフティングデバイスは重要な部品にチタン合金を使用して大幅に軽量化し、合理的な機能ゾーニングにより組み立て/分解が容易であり、操作には3人の人員のみが必要です。これは、高電圧分離装置のメンテナンス中に限られた安全クリアランスと複雑な環境による課題を効果的に解決し、実用性と広範な採用の可能性を示しています。