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Apr 18, 2023

高圧ケーブルアクセサリの進化

Secondo Patrick O'Halloran, ingegnere capo per il monitoraggio delle condizioni presso City Power.

南アフリカ、ヨハネスブルグのシティ・パワー社状態監視主任エンジニア、パトリック・オハロラン著

中電圧 (MV) ケーブル アクセサリは、何年も前に私たちの祖父がケーブルを終端および接続して以来変化し、開閉装置やケーブル設計の技術変化に歩調を合わせて進化してきました。 南アフリカでは、MV ケーブル アクセサリを変化させた主な要因は、NRS 053/SABS 1332 および NRS 012 / SANS 876、およびコンパクトな MV 開閉装置の導入です。 この記事では、MV ケーブル終端がどのように進化したかを概説し、南アフリカの業界に待ち受ける課題 (変化への抵抗、スキル不足、新しいテクノロジーの理解の欠如) を特定します。

当初、電気機器 (開閉装置や変圧器) は、化合物が充填された金属ケーブル ボックスを使用するように設計されていました。 このケーブルの終端方法は、技術的には優れていましたが、非常に難しく、現場スタッフにとって危険でした。 当時の MV 紙絶縁 (PILC) ケーブルはベルト構造で、ワイプアース接続を備えていました。化合物で満たされたケーブル ボックスは内部に空気が入らないように設計されていたため、ケーブル ブッシングの設計時に沿面距離は主要な考慮事項ではありませんでした。 これは、複合充填ケーブル ボックスのブッシングが、メタル クラッド開閉装置や屋外変圧器に使用される空気充填ケーブル ボックスのブッシングと比較して小さい理由を説明します。

コンパウンドボックスにはさまざまなコンパウンドが充填されていましたが、主に熱間注入コンパウンドが使用されました。 この化合物は管理が難しく、注ぐ前に加熱すると有害な煙を発生しました。 複合物が充填されたボックスは金属ハウジングで作られており、ケーブルが複合ボックスから出る部分には磁器のブッシングが付いていました。

化合物を充填したケーブル ボックスの欠点としては、適切な断熱 (空気の隙間がない) を確保するために化合物の補充が必要であること、設置時間が長いこと、ケーブル ボックスの故障により破裂時に大きな損傷が生じること (高温の燃焼化合物が排出される可能性がある) などがあります。 しかし、環境に優しく、安全に設置でき、再投入可能な新技術の冷間注湯コンパウンドが現在入手可能です。

テープ、熱収縮、その後の常温収縮終端の導入により、化合物充填ボックスは時間の経過とともに空気絶縁終端に置き換えられました。 このタイプの MV ケーブル終端は、南アフリカ市場の 95% で使用されています。

シールド紙絶縁ケーブルは、特に電圧ケーブル定格の増加が必要な場合に、ケーブル設計内の電気的ストレスを制御するために導入されました。 現在、ベルト付きデザインペーパー絶縁ケーブルは 12kV に制限されています。 シールド紙絶縁ケーブルの定格は、SANS 97 に従って通常最大 36kV です。シールド ケーブル設計により、特にベルト付きケーブルの松葉杖が高応力領域である場合に、MV ケーブルの終端性能が向上します。

ベルト設計紙で絶縁されたケーブルは、松葉杖領域全体が遮蔽されている新しいスクリーン設計紙で絶縁されたケーブルよりも松葉杖の故障が発生する可能性が高くなります。 これは、材料の抵抗率と、遮蔽されていない絶縁導体間の空気の侵入が原因です。 ベルトとシールド付き MV 紙絶縁ケーブルの違いの詳細については、画像 3 を参照してください。

特殊な応力制御チューブは、空気絶縁 MV ケーブル終端のスクリーン カットにおける高い電気的応力を制御するように設計されました。

ケーブル ボックス内に空気が導入されたため、沿面距離、トラッキングと浸食、およびクリアランス (相間、および相からアース) を考慮する必要があります。 空気充填終端を 30 年以上持続させるには、これらの技術的考慮事項が正しくなければなりません。 沿面距離、トラッキング特性、浸食特性、およびエアクリアランスが不十分な場合、MV ケーブルの終端は早期に失敗します。 MV ケーブル終端の故障は危険であり、長時間の停電を引き起こします。 画像 5 は、パテとテープ シュラウドを使用した典型的な 11kV 空気絶縁熱収縮結線を示しています。

国際市場の傾向 (主に 24kV 定格システム) により、開閉装置の小型化が求められています。 これは、バスバーのクリアランスとケーブル ボックスの減少に相当します。 空気はバスバーの最初の絶縁媒体でした。 これはオイルに置き換えられ、SF6 絶縁の導入により、バスバーのクリアランスを大幅に減らすことができました。 これにより、ケーブル ボックスのサイズを縮小する必要がありました。 ケーブルボックスの縮小に伴い、相間および相とアース間の距離も減少しました。 クリアランスを減らすには、新しい MV ケーブル終端が必要でした。

開閉装置メーカーが、MV ケーブルと一緒にクリアランスを削減した小型の空気充填ケーブル ボックスを設計したとき、アクセサリ メーカーは、ケーブル ボックスとケーブル終端がこれらの削減されたクリアランス要件に適合するようにブッシングと MV ケーブル終端を再設計する必要がありました。

南アフリカでは、業界は M16 ネジを備えたタイプ C 630A ブッシングを標準化しています。 このタイプ C ブッシングは、現在 City Power、Eskom、Ethekwini の各自治体でのみ使用されているすべての新しい SF6 絶縁開閉装置に搭載されています。

Type C ブッシングにより、エンドユーザーは従来のパテやテープのシュラウドから工場で製造された完全に絶縁されたシュラウドに移行できるようになりました。 これらのシュラウドは毎回同じ方法で取り付けられ、ケーブルがタイプ C ブッシングでも適切に終端されるようにします (画像 6 を参照)。 これは、南アフリカの紙絶縁ケーブル システムで使用するように設計された製品です。

紙で絶縁されたケーブルは、絶縁破壊を引き起こす湿気の侵入に弱いため、代替のケーブル設計を見つける必要がありました。 シールド XLPE ケーブルの導入により、熱収縮 MV 終端が再び進化しました。

国際的には、ケーブル インターフェイスを標準化し、シールド ケーブル終端も導入することが決定されました。 シールド付き MV ケーブル終端は MV XLPE ケーブルでのみ使用でき、一度設置すると、ほとんどの空気絶縁 MV ケーブル終端で発生する沿面距離、トラッキング、浸食、隙間の問題が解消されます。 「スクリーン付き」という用語は接地を意味します。 ケーブル端末が完全に遮蔽されると、フラッシュオーバーすることなく完全に水に浸すことができます。 Eskom は、新しいコンパクトな開閉装置内で接続する場合、24 kV システムでシールド コネクタを使用します。 さらに、大規模な社内ユーティリティは 3 芯ケーブルから変更され、現在は単芯 XLPE 絶縁ケーブルを使用しています。 ネットワークのすべての電気的側面を確認し、単芯 XLPE 絶縁ケーブルの取り付けと終端方法についてスタッフのトレーニングを受ける必要があるため、これは簡単な変更ではありません。 南アフリカ市場では、多くの理由から主に 3 芯ケーブル設計 (画像 7 を参照) が使用されています。

画像 8 は、伸縮不可のスクリーン コネクタと伸縮可能な背中合わせのダブル ケーブル接続の断面図を示しています。 この画像には、現在南アフリカで使用されている銅テープの代わりに銅線を使用する国際接地設計も示されています。 シールド コネクタの設計により、XLPE ケーブルからタイプ C ブッシュを通って開閉装置に至る電気的ストレスが制御されます。 ケーブルとシールド コネクタの表面はシールドされているため、シールド コネクタの表面に沿った漏れ電流はありません。 これらのシールド付きコネクタをケーブル ボックスに取り付けると、ケーブル ボックスとすべての電気的スペースを大幅に削減できます。 シールド付き MV ケーブル終端の期待寿命は、特に新しく縮小されたケーブル ボックス内のクリアランスが減少した場合、シールドなしのケーブル終端の期待寿命の 2 倍になります。 紙絶縁ケーブルにシールドコネクタを使用することはできません。

MV ケーブル コンパートメントで発生する障害を排除するために、次の国家規格が発行されています。

これらの規格はまだ強制ではなく、MV 開閉装置および MV ケーブル アクセサリを購入する際にエンド ユーザーが指定する必要があります。NRS 012 / SANS 876 は、定格の空気充填エンクロージャ内のケーブル終端および活線導体 (絶縁調整) の要件をカバーしています。 AC 電圧は 7.2kV から 36kV までです。 すべての重要な寸法は、次の結線タイプの規格に記載されています。

タイプ 1 – ベアタイプ 2 – シュラウド付きタイプ 3 – シールドなし分離型コネクタタイプ 4 – アウター コーン スクリーン付き分離型コネクタタイプ 5 – インナー コーン スクリーン付き分離型コネクタ

シュラウド付き絶縁結線: 通常、端子接続部に適切な熱収縮、常温収縮、またはスリップオン カバーを備えたブッシング保護またはテーピングで構成される、追加の遮蔽のない局所的な絶縁強化を備えた空気絶縁結線。遮蔽なしの分離可能コネクタ結線 (USC) : 非遮蔽分離型コネクタが取り付けられた空気絶縁終端 遮蔽分離型コネクタ終端 (SSC): ケーブル コアが遮蔽分離型コネクタで終端される空気充填エンクロージャ

– ケーブル設計と電圧に適した応力制御でケーブルコアを終端処理 – 端子接続の唯一の絶縁媒体は空気 – 通電中の裸金属 (ブッシング、ポスト絶縁体、通電導体、ラグ、フィッティングなど) からの最小距離インパルス耐電圧要件によって決定される隣接相またはアースへ

– ケーブル設計と電圧に適した応力制御でケーブルコアを終端処理 – 端子接続部でのシールドなしの局所絶縁強化 – シールドなし、シュラウド付きの活線金属 (シュラウドやケーブルコアなど) から隣接する相またはアースまでの最小距離が決定電源周波数（コロナの開始と消滅など）およびインパルス耐電圧の考慮事項による

– ケーブル設計と電圧に適した応力制御によって終端されたケーブルコア – 端子接続部の USC – 遮蔽されていない活金属 (USC やケーブルコアなど) から隣接する相またはアースまでの最小距離は、電源周波数 (コロナなど) によって決定されます。開始と消滅）およびインパルス耐電圧の考慮事項 – 漏れ電流は USC とブッシング間の界面の品質によって制限 – しまりばめ

–クリアランスは、SSC をケーブル ボックス内に取り付けるために必要な機械的クリアランスによって決定されます – 表面が接地されているため、触れても安全 – SSC とブッシング間のインターフェースの品質によって漏れ電流が制限されます – しまりばめ – 従来の PILC ケーブルは SSC を使用できなかったことに注意してください、扇形コアまたはルーズコアスクリーン

取り付けられているほぼすべての MV ケーブルは 3 芯であるため、スペースが必要となるため、正しいサイズのケーブル ボックスが供給されていることを確認することも重要です。

遮蔽ケーブルの技術が向上するにつれて、低電圧変流器の使用が計測および保護用途の MV ケーブル ボックスに利用されるようになりました。 これらの低電圧変流器は遮蔽されたエリアに設置することが重要です。そうしないと、空間距離が適切でないと放電が発生する可能性があります。

低電圧変流器の上部からスクリーン カートまでの寸法は、タイプ 2 (シュラウド付き) およびタイプ 3 (シールドなしの分離可能なコネクタ) の終端の寸法でカバーされます。

すべての MV ケーブル アクセサリは、アクセサリ範囲をカバーする NRS 053 規格の要件に準拠する必要があります。 終了要件。 尾の長さ。 屋内屋外および三分岐。 シュラウド付き、USC および SSC。 接地要件。 共同要件。 スリーブとエンドキャップを修理します。 型式試験要件。 承認の範囲。 パッケージとドキュメント。

南アフリカ市場に待ち受ける課題 これまで、すべての MV ケーブル アクセサリとケーブル敷設は電力会社によって社内で行われていました。 民営化と熟練労働者の喪失により、現在、ほぼすべての MV ケーブル付属品は下請け業者によって製造されています。

低電圧の住宅や工場に配線する場合、電気技師は労働省により有効な配線員免許 (SANS 10142-1) を取得することが求められます。 これは、ケーブルの電圧が 36kV もの高い MV ケーブル終端の場合とは異なります。 MV ケーブル終端に関する国家規格は存在しません。 したがって、これらの MV ケーブル システムで作業する接合業者に必要な必須スキルについての正式なトレーニングは全国的に提供されていません。 南アフリカでは技術が失われているため、供給の品質を確保するには、MV ケーブル アクセサリとケーブル敷設のための MV ワイヤーマンのライセンスが不可欠です。

STANSA の TC66 ケーブル作業グループは現在、SANS 10198 パート 1 ～ 14 を改訂中です。 この国家標準は、MV ワイヤーマンのライセンスのコース内容となる予定であり、MV ケーブルの付属品やケーブルの敷設を行うために MV ワイヤーマンのライセンスを取得することが接合者に必須の要件である場合に、適切なスキルの利用を促進します。 MV ケーブル アクセサリが最初から適切に作業されることを確認するには、MV ケーブル アクセサリ ジョインターの年に 2 回のトレーニングが必須です。

MV ケーブル アクセサリの材質の品質も、MV ケーブル アクセサリの耐用年数が 30 年であることを保証するために重要な部分です。その間、電気機器ではさまざまなことが起こる可能性があります。 NRS 053 は、南アフリカにおける MV ケーブル アクセサリの技術要件をカバーしており、MV ケーブル アクセサリが耐えるべき型式試験を指定しています。

MV ケーブル アクセサリを購入する前に、MV ケーブル アクセサリのこれまでの実績を確認することも重要です。 すべての MV 開閉装置は NR 012 / SANS 876 の要件に準拠し、接合者が高品質の終端を適切に設置できるように、適切な空隙と電気的パラメータが提供されていることを確認する必要があります。

MV ケーブル アクセサリは、長年にわたって確実に進化してきました。 ケーブル アクセサリを指定する場合は、設置する開閉装置およびケーブルに適切な MV ケーブル アクセサリであることが重要です。 NRS 053/SABS 1332 への適合型式試験レポートを求めることも重要です。適合型式試験が利用できない場合、製品が予想される 30 年の耐用年数中にさらされる可能性のあるすべての条件に対して型式試験が行われていることをどのようにして知ることができますか?サイクル？

スタッフのトレーニングは、MV ケーブル アクセサリを日常的に使用するすべてのエンドユーザーと請負業者にとって焦点となる必要があります。 トレーニング コースは、評判の高い MV ケーブル アクセサリのサプライヤーによって提供されており、すでに有能であると考えている経験豊富な接合者にも推奨されます。

すべての MV 開閉装置は、NRS 012 / SANS 876 の要件に準拠する必要があります。

最後に、世界の他の国々が使用しているものに変更するという大きなプレッシャーがあります。 しかし、世界の他の国々がその新技術を推進している理由を見直す必要があります。 ケーブルの設計、電圧レベル、または開閉装置の設計が原因でしょうか?

新しいテクノロジーは、現在の問題を解決し、安全上のリスクを軽減し、環境要件を満たし、私たちの生活を楽にするように設計されています。

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