MV接続：各種カップリングの耐久性解析 

高電圧接続: 耐久性の基準と技術の選択

ケーブルラインの耐久性は品質で 90% 決まります高電圧スプライス。カップリングの種類の選択を誤ったり、設置技術に違反したりすると、最初の 3 ～ 5 年間の運転中に絶縁破壊が発生し、緊急停止が発生し、エネルギー供給組織に多大な損失が発生します。私たちの実務では、コンポーネントの節約により、カップリング自体の価格の数十倍のコストでケーブル部分全体を交換することになる状況に繰り返し遭遇しました。

市場分析によると、すべてに対応する万能のソリューションは存在しません。熱収縮性カップリング、常温収縮性カップリング、および鋳造カップリングには、特定の気候条件および電気条件下での耐用年数を決定するさまざまな物理的および化学的特性があります。 Shijiazhuang Hist Electric LLC のエンジニアは、最大 1000 kV までの自社の試験ラボからのデータに基づいて、誘電体の種類、環境条件、および故障間隔の間の明確な相関関係を特定しました。この記事は、中電圧および高電圧の配電ネットワークを設計する際によくある間違いを回避できるようにする詳細な技術分析です。

接合部における絶縁劣化の物理学

ケーブル接続部は、電力線全体の中で最も脆弱な要素です。ここでは、絶縁材料の均質性が崩れ、電界の形状が変化し、機械的応力が発生します。材料の劣化プロセスを理解すると、10 年、15 年、または 20 年後のカップリングの挙動を予測できます。

電界と部分放電

高電圧接続の主な敵は、電界の不均一性です。導体の接合部と絶縁体の修復では、電界強度が公称値よりも何倍も高くなる可能性があります。結合設計が電位勾配を滑らかに等しくしない場合、部分放電 (PD) が発生します。絶縁体内またはその表面でのこれらの微細な破壊はチャネルを徐々に焼き尽くし、樹枝状結晶の形成と最終的な破壊につながります。

私たちは実験室で、製品定格が 35 kV であるにもかかわらず、安価なカップリングの低品質のフィールド等化コーンが 12 kV の電圧ですでに PD を生成し始める様子を観察しました。これは、設計段階で安全マージンが誤って含まれていることを示唆しています。耐久性は、フィールドのシールドと平坦化に使用される材料の品質、および設置時の位置決めの精度に直接依存します。

熱サイクルと機械的ストレス

ケーブルラインは一定の温度変化の下で動作します。線路の負荷が変化すると、通電導体が加熱され、土壌または気温の季節変化により外部からの熱影響が加わります。材料が異なれば、熱膨張係数も異なります。加熱と冷却を繰り返すと、異種材料 (銅/アルミニウムのコア、ポリマー絶縁体、スクリーン) の接触点に機械的応力が発生します。

時間の経過とともに、これらの応力は微小亀裂の出現、半導体層の剥離、および封止の喪失につながります。これは、頻繁な温度変化によりケーブル絶縁体への接着層の接着力が低下する可能性がある熱収縮性スリーブの場合に特に重要です。大陸性気候が強く、年間を通じて温度差が 60 ～ 70°C に達する地域では、接続の種類を選択する際にこの要素が決定的になります。

湿気と化学的攻撃の影響

カップリングへの湿気の侵入は、事故の 2 番目に多い原因です。水は誘電率が高く、電場を歪め、ポリエチレン絶縁体における水の樹枝状結晶の発達を促進します。さらに、湿気は金属接点やシールドの腐食を引き起こし、接触抵抗を増加させ、局所的な過熱を引き起こします。

接続の気密性は、静的状態だけでなく、振動、土壌の動き、機械的影響が生じている間も維持する必要があります。カップリングに使用される材料は、ケーブルが敷設される場所に存在する可能性のある土壌水、油、その他の攻撃的な媒体に対して化学的に不活性である必要があります。

技術比較分析: 熱収縮と常温収縮

現在市場を支配している主な断熱修復技術は、熱収縮スリーブと常温収縮スリーブの 2 つです。それぞれに独自の長所と短所があり、動作条件に応じて現れます。以下は、長年の製造およびテストの経験に基づいた詳細な比較分析です。

熱収縮スリーブ: 限界のあるクラシック

熱収縮性素材 (チューブ、手袋、カフス) は、架橋ポリエチレンまたはポリオレフィンから作られています。その主な利点は、比較的低コストで入手しやすいことです。ただし、このような接続の耐久性は設置者の資格に大きく依存します。チューブが過熱すると焦げて誘電特性が失われ、加熱が不十分だと必要な収縮が不足し、接着剤の接着力が低下します。

湿気の多い気候や地面に設置した場合、熱収縮性カップリングは常温収縮性スリーブよりも悪い結果を示します。特にケーブルが振動を受ける場合、シールを提供する接着層は時間の経過とともに乾燥したり剥がれたりする可能性があります。乾燥したエリア、または予算が限られており動作条件が良好な場合の一時的な修理にのみ熱収縮を使用することをお勧めします。

常温収縮カップリング: 信頼性の標準

常温収縮エレメントは特殊なシリコーンゴムまたは EPDM で作られており、あらかじめ伸ばされてスパイラルフレームに取り付けられています。取り付け中にスパイラルが取り外され、素材自体の弾性によりケーブルがしっかりと圧縮されます。これにより、ケーブルの熱膨張と熱収縮を補償する一定の半径方向圧力が生成されます。

シリコーンゴムは優れた疎水性と耐紫外線性を備えているため、これらのカップリングは屋外設置に最適です。 (最新の設計では) 接着層が存在しないため、劣化のリスクが排除されます。 Shijiazhuang Hist Electric Co., Ltd. の製品は、常温収縮カップリングを含め、数十年にわたって性能を維持できることを保証するために厳格な老化試験を受けています。ネットワークの重要なセクション、特に困難な気候帯では、これが唯一の選択肢です。

キャストとポリマーのカップリング: ニッチなソリューション

2 つの主要なタイプに加えて、市場には鋳造カップリングとポリマー材料で作られたカップリングがあります。これらは特定のニッチを占めており、耐久性を評価するには特別なアプローチが必要です。

鋳造カップリング (エポキシおよびポリウレタン)

鋳造カップリングは、設置場所に直接化合物が充填される剛性シェルです。その主な利点は、絶対的な気密性と硬化後の機械的強度です。このような接続は、洪水の危険性がある地下井戸や、機械的損傷の可能性が高い工業環境でよく使用されます。

ただし、鋳造カップリングには、プロセスが不可逆性であるという重大な欠点があります。コンポーネントを注入または混合するときにエラーが発生した場合、それを修正することは不可能であり、完全にやり直す必要があります。さらに、ハード シェルはケーブルの熱膨張を補償しないため、ケーブルがカップリングに入る箇所に機械的応力が蓄積する可能性があります。このようなコンパウンドは正しく取り付けられていれば耐久性が高くなりますが、取り付けプロセスにはコンパウンドの高い精度と品質管理が必要です。

XLPE カップリング (プリフォーム)

予備成形スリーブは、ケーブル絶縁体と同じ材料、架橋ポリエチレン (XLPE) で作られています。これにより、材料の完全な適合性と均一な誘電特性が保証されます。このようなカップリングは、高電圧ケーブル (110 kV 以上) によく使用されます。

異種材料の経年劣化の問題がないため、耐久性が最大限に高まります。しかし、このようなカップリングの取り付けは非常に複雑であり、特別なプレス装置の使用が必要です。設置ミスは許されません。中電圧ネットワーク (6 ～ 35 kV) の場合、このタイプはコストが高く複雑であるためあまり使用されませんが、ミッションクリティカルな主電源の場合は長期信頼性の観点から最良の選択です。

材料の品質と生産管理の役割

最も先進的なカップリング設計であっても、低品質の材料が使用されている場合は長く機能しません。市場には、見た目はオリジナルと同じでも物理的特性がまったく異なるリサイクル製品が氾濫しています。

原材料とその耐用年数への影響

信頼性の高いカップリングを製造するには、高品質のバージンポリマー材料を使用する必要があります。たとえば、シリコーンゴムは、必要な弾性と絶縁耐力を提供するために、ある程度の架橋と充填が必要です。再粒状物（再生プラスチック）を使用すると、部分放電の原因となる微細孔や介在物が存在します。

Shijiazhuang Hist Electric LLC の研究所では、原材料の各バッチの入荷検査を実施しています。サーモスタットの破壊電圧、破断伸び、経年劣化などのパラメータがチェックされます。この厳しいフィルターを通過した素材のみが製品化を許可されます。これにより、工場から出荷されるすべてのカップリングが仕様を満たしていることを確認できます。

認証と規格の重要性

カップリングを購入する場合、IEC 60502 (最大 30 kV のケーブル用) や GOST R 50426 などの国際規格への準拠証明書が必要です。これらの規格は、寸法だけでなく、経年劣化、耐湿性、部分放電耐性の試験方法も規定しています。

証明書の欠如または偽造文書の存在は危険信号です。製品の認証に投資しないメーカーは、材料の品質を軽視する可能性があります。 Shijiazhuang Hist Electric LLC など、独自の認定試験所と一連の許可を備えた信頼できるサプライヤーと協力することで、規格外の製品を購入するリスクが軽減されます。

耐用年数を縮める典型的な取り付けエラー

事故統計によると、カップリングの故障の 70% 以上が設置技術の違反に関連しています。最も高価で高品質のカップリングであっても、インストーラーが重大なエラーを犯した場合は失敗します。

1. 表面処理が不十分。カップリングを取り付ける前に、ケーブル絶縁体の表面を完全に洗浄し、脱脂する必要があります。埃、湿気、または半導体シールドの痕跡があると、電流漏れの経路が形成されます。ナイフで絶縁体に残った傷が、6 か月の稼働後に故障の原因となったケースを確認しました。
2. フィールドレベリングコーンの形状の違反。コーンの取り付けが間違っていたり、コーンの表面が損傷していると、電界が急激に集中します。これにより激しい部分放電が発生し、絶縁体が急速に破壊されます。取り付けは、ゲージとテンプレートを使用して、指示に従って厳密に実行する必要があります。
3. 端部のシールが不十分です。カップリングへのケーブル入口点は慎重に密閉する必要があります。不十分なシーラントを使用したり、袖口を不適切に縮めたりすると、湿気が侵入する原因になります。冬の間、凍った水が膨張して封を破り、新しい湿気への道が開きます。
4. 取り付け時の機械的損傷。結合領域でのケーブルの衝撃、挟み込み、過度の曲げにより、絶縁体に内部応力が発生します。これらの欠陥はすぐには現れないかもしれませんが、動作電圧の影響下で発生し、最終的に事故につながります。

これらのリスクを最小限に抑えるために、Shijiazhuang Hist Electric LLC などのメーカーは詳細な設置手順を提供し、設置作業員向けのトレーニング セミナーを実施しています。人材トレーニングの節約は、カップリング自体のコストよりもはるかに高価であることを理解することが重要です。

耐久性のあるソリューションを選択するための経済的根拠

カップリングを選択する際、多くのお客様は初期購入価格のみを見ます。ただし、正しいアプローチは総所有コスト (TCO) を計算することです。 5 年で交換が必要な安価なクラッチは、25 年使用できる高価なクラッチよりも高価です。

緊急停止のコストには、新しいカップリングやケーブルの価格だけでなく、チームの訪問、土壌掘削、消費者のダウンタイム、エネルギー供給不足に対する罰金、評判の損失などのコストも含まれます。産業規模では、1 件の事故で数十万ルーブルの損害が発生する可能性があります。信頼できるメーカーが提供する高品質の常温収縮カップリングに投資することで、これらのコストを防ぐことができます。

Shijiazhuang Hist Electric Co., Ltd. は最高のコストパフォーマンスを提供します。すべての段階での独自の生産と管理のおかげで、プレミアム製品を競争力のある価格で提供することができます。 CIS 諸国および中東の当社のクライアントは、当社のコンポーネントに切り替えた後、ネットワーク上の事故の頻度が 40 ～ 60% 減少したことに注目しています。

結論と選択の推奨事項

カップリングタイプの選択高電圧スプライス動作条件、信頼性要件、プロジェクト予算の徹底的な分析に基づく必要があります。ほとんどの中電圧 (6 ～ 35 kV) 用途では、耐久性、外部影響に対する耐性、および取り付けの容易さにより、常温収縮カップリングが最適な選択肢となります。熱収縮スリーブは限られた予算で良好な条件で使用できますが、取り付けの品質には一層の注意が必要です。

主な成功要因:

• 独自の実験施設を備えたメーカーの認定製品を使用。
• 有資格者による設置技術の厳守。
• 地域の気候特性とケーブル敷設条件を考慮します。
• 部分放電診断方法を使用してケーブル線の状態を定期的に監視します。

Shijiazhuang Hist Electric LLC は、お客様のプロジェクトに最適なソリューションを選択するための技術サポートを提供する準備ができています。当社のスペシャリストが、必要なパラメータの計算、コンポーネントの選択、設置上の問題についてのアドバイスをお手伝いします。電源システムの信頼性は、20 年の経験を持つ専門家にお任せください。

詳細なアドバイスと費用の見積もりについては、今すぐお問い合わせください。当社は貴社に高電圧ネットワーク向けの信頼性と耐久性のあるソリューションを提供します。

高電圧カップリングのカタログ Hist Electric