HV ケーブルのジョイントと終端: 一般的な問題とベスト プラクティス

高電圧ケーブルは何キロメートルでも何の問題もなく引き延ばすことができます。それを接続するジョイントと終端は別の話です。業界データは一貫して、HV ケーブル システムの障害の圧倒的多数がケーブル自体ではなく、これらの接続ポイントで発生していることを示しています。これらの接続ポイントでは、人間の技量、材料の適合性、環境への曝露がすべて極度の電気ストレス下で集中しています。何が問題なのか、そしてなぜ問題が起こるのかを理解することが、持続するシステムを構築するための第一歩です。

HV ケーブル システムにおいてジョイントと終端が最も脆弱な箇所である理由

最新の XLPE 電源ケーブルは、定格条件下で 30 ～ 40 年間確実に動作するように設計されています。同社の断熱システムは工場で管理され、工場でテストされており、現場での変動の影響をほとんど受けません。ジョイントと終端はそうではありません。すべては、管理された変電所から凍てつく天候の泥だらけの溝に至るまで、さまざまな条件下で現場で手作業で組み立てられます。

課題は物理的なものであると同時に電気的なものでもあります。高電圧では、ケーブルと付属品の界面に微細な空隙、表面の汚れ、不規則な形状があると応力集中点が生じます。部分放電はこれらの点で始まり、十分な時間が経過すると、故障が発生するまで絶縁体を侵食します。これは仮説ではなく、数十年にわたる現場調査で観察された標準的な故障メカニズムです。ケーブルは耐久性があります。ジョイントまたは終端が壊れます。

この現実により、アクセサリ レベルでの仕上がりと材料の選択が、ケーブルの仕様自体と同じくらい重要になります。

HV ケーブルのジョイントと終端の種類

適切なアクセサリ タイプを選択するには、アプリケーションを理解することから始まります。以下の表は、一般的に使用される主なカテゴリをまとめたものです。

関わるプロジェクトについては、 XLPE 絶縁体と他のケーブル素材との比較 アクセサリのタイプの選択は、絶縁化学を考慮する必要があります。XLPE 用に設計されたアクセサリは、EPR または PILC では異なる動作をし、移行ジョイントなしでこれらを混合すると、早期故障の一般的な原因となります。

一般的な故障モードと根本原因

HV システム全体にわたる障害後の調査により、同じ障害メカニズムが繰り返し特定されます。それらはどれも避けられないものではありません。すべては、設計、調達、または設置中に行われた特定の回避可能な決定に起因するものです。

1. 半導体スクリーンの不適切な取り外し
XLPE ケーブルの半導体 (セミコン) スクリーンは、ジョイントまたは終端を取り付ける前に、正確な寸法に取り外す必要があります。切り込みが深すぎると導体の素線に傷がつきます。間違った角度で切断すると、ステップエッジに電界が集中し、通電後数時間以内に部分放電が始まります。これは、熱収縮および常温収縮アクセサリの故障で最もよく挙げられる取り付けエラーです。

2. 湿気の侵入と不十分な密閉
ケーブルとアクセサリの界面にある水は、2 つの点で有害です。1 つは表面抵抗を低下させること、もう 1 つは電圧下で絶縁境界を介して電気化学的ツリー現象を引き起こすことです。シールの破損は徐々に発生することが多く、結線は季節の温度サイクルによって収縮材料に水分が侵入するほどの隙間が開くまで、何年も問題なく機能する可能性があります。屋外設置および直接埋設継手は特にこのリスクにさらされます。

3. 界面の汚染
接合界面の絶縁表面の清浄度は重要です。ほこり、切断時のケーブルの切り粉、または不適切なグレードのシリコーン潤滑剤により、事前に成形されたアクセサリの下に導電パスや空洞が形成される可能性があります。指紋の油でさえ、電圧ストレス下で表面のトラッキングを加速する汚染物質を導入します。クリーンルームの規律は常に現場で達成できるわけではありませんが、清潔なワイプ、覆われた作業エリア、検査された表面など、管理された手順により、目に見える違いが生まれます。

4. ジョイント部の熱過負荷
導体断面に対してわずかに小さいジョイント、または不十分な力で圧着されたジョイントは、ケーブル自体よりも高い抵抗を示します。負荷サイクルが発生すると、この微分抵抗によって熱が発生し、絶縁体の劣化が促進され、抵抗がさらに増加し​​ます。このフィードバック ループは、ケーブルの定格容量を大幅に下回る負荷で障害を引き起こす可能性があります。圧縮ツールは、アクセサリのメーカーが指定するフェルールと導体の組み合わせに合わせて校正する必要があります。

5. アースおよびスクリーンボンディングエラー
接合部でのスクリーンボンディングが正しくないと、ケーブルシステムを加熱する循環電流が発生し、構成によっては金属シースに危険な接触電圧が発生します。ソリッドボンディング方式とシングルポイントボンディング方式の両方に、配線の長さ、システム電圧、負荷プロファイルに応じた特定の要件があります。ここでのエラーは日常的な検査では見えませんが、シース電流の監視を通じて測定できます。アース配置に関する詳細なガイダンスについては、次の資料を参照してください。 ケーブルシステムの適切なアースと接地の実践 .

実際に失敗を防ぐインストールのベスト プラクティス

以下の実践は、上記の根本原因に直接対処します。これらは、アクセサリのタイプが熱収縮、常温収縮、または事前成形であるかどうかに関係なく適用されます。

• 深さストップ付きの校正済み切削工具を使用してください。 調整可能な深さのガイドを備えた半導体取り外しツールにより、手による切断のばらつきを排除します。故障後の再接合作業にかかるコストと比較すると、投資は最小限で済みます。
• アクセサリを注文する前に、ケーブルの外径を確認してください。 XLPE ケーブルの外径は、同じ電圧定格内でもメーカーによって異なります。多くのアクセサリには許容範囲が指定されています。その範囲の端にあるケーブルには、仮定ではなく検証されたキットの選択が必要です。
• 絶縁表面処理は指定どおりに厳密に行ってください。 これは、正しい方向（通常はセミコンステップから離れた方向）で研磨洗浄し、続いて正しいグレードのクリーナーを正しい順序で溶剤で拭き取ることを意味します。順序を逆にすると、表面が再汚染されます。
• 設置環境を管理します。 可能であれば、屋外のジョイント作業の上に一時的な避難所を設置します。 70% を超える湿度と浮遊粉塵が、設置中にインターフェースが汚染される主な原因となります。天候により条件に準拠できない場合は、作業を延期する必要があります。
• 単一の制御されたパスで熱収縮回復を追跡します。 熱が不均一に加えられると（速すぎたり、炎が集中しすぎたり）、収縮した材料の下に空洞が残ります。材料が完全に回復し、接着剤が端から流れ出るのが見えるまで、トーチはゆっくりと安定したパスで移動する必要があります。
• すべての機械的接続を仕様に従ってトルクで締めます。 GIS または変圧器のブッシュへのボルト接続は、校正された工具を使用してトルクを掛ける必要があります。決して感触で判断することはできません。トルク値を取り付けログに記録します。
• 作業を開始する前に、図面上で接着スキームを確認してください。 ネットワーク設計を参照せずに現場でスクリーンボンディングを決定すると、上記の接地エラーが発生します。結合者は、ボンディング スキームを独立して決定すべきではありません。

テストと検査のプロトコル

インストールの完了と検証は同じではありません。 HV ケーブル アクセサリには、設置後テスト、定期メンテナンス テスト、稼働中のモニタリングという 3 つのテスト段階が適用されます。

設置後のAC耐電圧試験
標準の設置後テストでは、すべての接合部と終端を含む完成したケーブル システムに、規定の期間にわたって高い AC 電圧を加えます。 30 kV を超えるシステムの場合、 IEC 60840、30 kV ～ 150 kV の HV ケーブル システムの試験方法を管理する国際規格 、テスト電圧レベルと期間の両方を指定します。このテストに合格したケーブルは、重大な取り付け欠陥が存在しないことを証明していますが、部分放電テストでは、潜在的な欠陥をより高感度にチェックできます。

部分放電（PD）測定
PD テストは、空隙内または汚染された界面で発生するピコクーロン範囲の放電を、目に見える損傷を引き起こす前に検出します。特に送電電圧接続部では、設置後の PD 測定が IEC 60840 によって強く推奨されており、重要なインフラストラクチャ プロジェクトでは標準的な手法となっています。バックグラウンドレベルを超える PD アクティビティを示すジョイントは、システムが負荷の下で作動する前に調査する必要があります。

赤外線サーモグラフィー
システムに電源が投入されると、アクセス可能な端子の定期的なサーモグラフィー調査により、抵抗接続、不適切な圧着、または進行中の絶縁劣化を示す熱異常が明らかになります。屋外開閉装置への終端は、この技術で特に利用しやすいです。軽負荷ではなく、代表的な負荷条件下で実施された調査により、最も多くの診断値が得られます。

シースの完全性試験
ジョイントケーブルシステムの外側シースは、設置後に金属スクリーンとアースの間に DC 電圧を印加してテストする必要があります。シース抵抗が低い場合は、設置作業、埋め戻し圧縮、または第三者による干渉による外側ジャケットへの物理的損傷を示し、埋設または永久設置の前に修理が必要な場所を特定します。

信頼性の高いジョイントをサポートする適切なケーブルの選択

アクセサリの性能は、ケーブル構造の品質と切り離すことができません。寸法の不一致や表面の欠陥があるケーブルに正しく取り付けられた終端でも、依然として性能が低下します。これにより、ケーブルの選択が、信頼性の高いアクセサリの取り付けの基礎となります。

高電圧送電用途の場合、 定格 66 ～ 500 kV の送電システム用高電圧 XLPE 電力ケーブル 一貫した外部形状と表面仕上げを維持するように設計されています。これは、制御された界面圧力に依存するプレモールドおよび GIS 終端の前提条件です。ディストリビューションレベルのプロジェクトの場合、 中電圧 XLPE ケーブル定格 6 ～ 35kV 熱収縮および常温収縮アクセサリが信頼性の高い長期シールを実現するために必要な寸法安定性と導体構造を提供します。

両方のケーブル タイプが適用される低電圧ネットワークの場合、 6 ～ 1kV アプリケーション向けの XLPE および PVC 絶縁電源ケーブル 屋内と屋外の両方の終端要件に適した構成で利用できます。

電圧レベルに関係なく、 ケーブルとアクセサリは一緒に指定する必要があります — 絶縁タイプの互換性、導体断面積の範囲、および外径の許容差を確認します。アクセサリのメーカーはケーブルの互換性データを公開しています。調達前にこのデータを検証することは、現場での設置不一致の最も一般的な原因の 1 つを排除する簡単な手順です。