ストレスコントロールが失敗するとどうなるのか？

すべての高電圧ケーブルの終端部と接続部において、最も重要な構成要素は導体や絶縁体ではなく、ストレス制御システムこのシステムは、ケーブルシールドの終端点における電界を管理し、電界の集中による損傷を防ぎます。応力制御が正常に機能すれば、終端部や接続部は何十年にもわたって静かで信頼性の高い動作を維持します。しかし、応力制御が故障した場合、あるいは設計や設置が不適切な場合、その影響は迅速かつ深刻なものとなる可能性があります。この記事では、応力制御が故障した場合に何が起こるのかを、最初の火花から完全な破壊に至るまで、段階的に解説します。

1. ストレスコントロールの目的とは

故障を理解するには、まず応力制御の目的を理解する必要があります。シールドケーブルでは、電界は放射状で均一です。ケーブルの終端部（終端処理）または接続部（接合部）では、シールドが切断されます。これにより、電界が強く集中する鋭いエッジが形成されます。シールド切断部におけるピーク応力は、ケーブル全体の平均応力の何倍にも達する可能性があります。

応力制御（幾何学的（応力コーン）、屈折的（Hi-K材料）、または非線形抵抗（NLR））は、この電界を平滑化します。電圧降下をより長い距離に分散させ、ピーク応力を安全なレベルまで低減します。目標は、表面応力を以下に保つことです。部分放電開始電圧（PDIV）および絶縁体の誘電強度以下の体積応力。

ストレス制御が失敗すると、その場はもはや制御不能となる。そして、破壊的な事象の連鎖が起こる土壌が形成される。

2. 最初の兆候：部分放電の開始

ストレスコントロールの失敗の直接的な結果は部分放電（PD）シールドの切断部や応力制御システムの欠陥箇所では、局所的な電界が周囲の材料や空気の絶縁耐力を超え、微小な火花（部分放電）が発生し始める。

これらの放電は小さく、多くの場合わずか数ピコクーロンです。それらは以下のものを生み出します。

• 熱（局所的な温度上昇）。

• 紫外線。

• 化学的に活性なガス（オゾン、一酸化窒素）。

この段階では、終端部または接続部はまだ機能しています。部分放電は特殊な機器で検出できる場合もありますが、肉眼では見えないことがほとんどです。設置業者が部分放電の検査を行わない限り、問題は見過ごされてしまいます。

3．侵食：緩やかな破壊の始まり

数日、数週間、あるいは数ヶ月かけて、繰り返される部分放電によって絶縁材が侵食され始めます。ポリマー鎖が分解し、炭化した痕跡や微細な穴が形成されます。このプロセスは、トラッキングまたは浸食。

• 炭化したトラックは導電性があり、電界をさらに集中させるため、部分放電がより激しくなる。

• ピットが拡大し、より大きな空隙が形成され、そこでより多くのPD（部分放電）が発生する可能性がある。

• 表面が粗くなり、汚れや湿気を引き寄せ、問題が悪化する。

損傷は自己増殖的になっている。放電が起こるたびに、次の放電の発生確率と損傷が増加する。終端部または接合部は破損に向かっている。

4. 表面追跡：炭素の経路

終端部の外面で応力制御の失敗が発生した場合（例えば、沿面距離の不足や汚染のため）、PDは次のように進行する可能性があります。表面追跡絶縁体の表面に沿って炭化した痕跡が形成され、活線導体と接地されたシールドを接続する。

炭素トラックが形成されると、漏洩電流の低抵抗経路となる。湿潤状態または汚染された状態では、トラックは電気アークになる可能性がある。フラッシュオーバーこれは絶縁を完全に迂回する現象です。フラッシュオーバーとは短絡回路であり、終端部や周辺機器に重大な損傷を与える可能性があります。

5. 穿孔：絶縁体の破壊

内部で応力制御の失敗が発生した場合（例えば、空隙や界面で）、PDは最終的に穿刺―断熱材の厚みが完全に崩壊する。これは多くの場合、最終的な結果となる。

穿孔とは、通常、導体からシールドまたは接地への急速で激しいアーク放電のことです。これにより、以下の現象が発生します。

• 強烈な熱（導体と絶縁体が溶ける）。

• 爆発的な圧力波（ケーシングを破裂させる可能性がある）。

• 大きな爆発音（しばしば爆発と表現される）。

ケーブル保護装置（遮断器またはヒューズ）によって故障は解消される可能性があるが、アクセサリは破壊される。システムは停電する。

6. 二次的ダメージ：アクセサリーを超えて

応力制御の失敗は、終端部や接合部だけに影響を与えるわけではありません。その影響はシステム全体に波及する可能性があります。

• 隣接するケーブルアークフラッシュは、特にケーブルトレイや溝が密集している場所では、隣接するケーブルを損傷する可能性があります。

• 装置変圧器や開閉装置に接続された終端部でフラッシュオーバーが発生すると、ブッシングや絶縁体に損傷を与える可能性があります。

• 人事爆発やアーク放電は、近くにいる人に怪我を負わせる可能性があります。アークフラッシュの危険性は、重大な安全上の問題です。

• システムの信頼性結果として発生する停電は、重要な負荷に影響を与え、生産損失や公共の不便につながる可能性があります。

海底や地下のネットワークでは、故障した機器の修理費用は莫大になる可能性があり、機器自体の価格をはるかに上回る場合がある。

7. ストレスコントロール失敗の一般的な原因

ストレスコントロールが失敗する理由を理解することが、それを予防する鍵となります。最も一般的な原因は以下のとおりです。

8. 障害が完了する前に検出する

朗報は、差し迫ったストレス制御の不具合は、故障を引き起こす前に検出できるということです。鍵となるのは、部分放電を監視することです。

• オンラインPDモニタリング– 常設センサー（HFCT、UHF）が重要なアクセサリを継続的に監視します。

• オフラインPDテスト・メンテナンス停止期間中の定期テスト。

• サーマルイメージング―ホットスポットは、問題が発生しつつある兆候である可能性があります。

• 目視検査表面の傷、変色、ひび割れがないか確認する。

PD（部分放電）が早期に発見されれば、致命的な故障が発生する前に、アクセサリを交換または修理することができる。

9. ストレスコントロールの失敗を防ぐ方法

予防策は設計段階と設置段階から始まります。

• 適切な製品を選びましょう終端部または接続部が、システム電圧、ケーブルサイズ、および環境条件に対して適切な定格であることを確認してください。

• インストール手順を注意深く守ってください特に、剥離寸法、洗浄、および応力制御位置決めに関して。

• 冷間収縮または成形済みの付属品を使用してください―これらには工場で成形された応力制御要素が組み込まれており、現場でのエラーのリスクを低減します。

• インストール後のテスト－部分放電試験および耐電圧試験を実施し、設置状況を確認する。

• 屋外終端処理用雨よけ小屋は清潔に保ち、付着防止シリコングリースを塗布することを検討してください。

長期的な信頼性を確保するためには、定期的なメンテナンスと部分放電試験が不可欠です。

応力制御は、あらゆる高電圧ケーブル付属品の要です。応力制御が正常に機能していれば、終端部や接続部は何十年にもわたって静かに、安全に、そして確実に動作します。しかし、応力制御が機能しなくなると、部分放電、トラッキング、穿孔、フラッシュオーバー、系統停止など、壊滅的な結果を招く可能性があります。故障は多くの場合、小さな火花が徐々に大きくなり、破壊的なアークへと発展していくという、段階的な進行を伴います。

ストレス制御が失敗した場合に何が起こるかを理解することが、それを未然に防ぐための第一歩です。綿密な設計、徹底した設置、そして定期的な監視こそが、監視システムが常に稼働し続けるための鍵となります。高電圧工学の世界において、ストレス制御は単なる機能ではなく、必要不可欠なものなのです。