送電および配電のプロセス システム全体において、がいしは電力網の安全、安定、効率的な運用を確保するための中核となる基本コンポーネントです。これらは、導体を機械的にサポートし、通電中の機器を接地コンポーネントから絶縁するという 2 つの重要な使命を担っており、電力システムの絶縁の信頼性と動作の安全性を直接決定します。従来の絶縁体は主にセラミックまたはガラスで作られており、長い使用の歴史にもかかわらず、複雑な使用条件下では多くの欠点が徐々に明らかになってきました。近年、シリコーンゴムを中心絶縁材とした複合がいしは、その優れた総合性能が際立っており、国内外のさまざまな電圧レベルの電力網への適用が徐々に進められており、電力絶縁機器分野の重要な発展方向となっている。この論文では、基本概念、材料特性、構造技術、性能上の利点、アプリケーションシナリオ、開発傾向、実践的な提案の側面からシリコーン複合絶縁体の包括的な分析を行います。
1. 基本コンセプトとコア材料特性
シリコーン複合絶縁体は、高分子複合絶縁デバイスであり、現代の電力網の発展に適応した新しいタイプの絶縁コンポーネントです。{0}{1}{1}その全体的な構造は、高強度の機械的特性と優れた電気絶縁性能を兼ね備えています。-コア構造は主に 2 つの部分に分かれています。内部は機械的負荷に耐えるガラス繊維強化エポキシ樹脂コアロッドであり、外側は絶縁保護を提供するためにコアロッドを包む高温加硫シリコーンゴム層です。-この 2 つは、機械的サポートと電気的絶縁の 2 つの機能を考慮して、密接に組み合わされて統合構造を形成しています。中でもシリコーンゴムは、絶縁体の絶縁性能や耐候性を決定付ける重要な材料として、従来の絶縁材料にはない数多くの優れた特長を有しており、具体的には以下のような特性を持っています。
1.1 優れた疎水性と疎水移行特性
疎水性はシリコーンゴムの主要な電気的性能の利点であり、材料表面が水の浸入に抵抗し、水が付着しにくいという物理的特性を指します。雨や霧などの水分がシリコーンゴム表面に触れた場合、水は広がって連続的な導電性水膜を形成することができず、球状の水滴となって重力の作用により急速に転がり落ち、水膜伝導による絶縁破壊のリスクを根本的に防ぎます。さらに有利なことに、シリコーンゴムは独特の疎水性移行特性も有する。たとえ少量の汚れが表面に付着したとしても、その内部の低分子疎水基が徐々に汚れ層の表面に移動し、汚れ層も疎水性になります。これにより、湿気が多く汚染のひどい環境における絶縁信頼性が大幅に向上します。
1.2 優れた耐候性と老化防止性能-
電力用絶縁体は自然環境に長期間さらされるため、紫外線、極端な温度差、風雨による侵食、氷や雪の負荷などの複数の試験に耐える必要があります。耐候性は耐用年数に直接影響します。高性能有機ポリマー材料であるシリコーン ゴムは、安定した分子構造を持ち、紫外線による老化や高温と低温の繰り返しによる材料劣化に効果的に耐えることができます。高温への曝露、極寒や凍結、激しい暴風雨などの極めて過酷な作業条件下でも、亀裂、チョーキング、脆化などの問題が発生せず、安定した機械的および電気的特性を長期間維持でき、絶縁体のサービスサイクルを効果的に延長し、交換頻度を減らすことができます。
1.3 優れた自己洗浄性と防汚性-性能
シリコーン ゴムは表面が滑らかで極性が低いため、ほこり、工業用粉塵、塩水噴霧の飛沫などの汚染物質がしっかりと付着しにくく、自然な自浄作用を備えています。{0}}日常の運転において、たとえ少量の汚染物質が付着しても、雨による洗掘や風による自然作用により容易に除去され、頻繁に手作業で清掃することなく表面をきれいに保つことができます。この特性により、運用および保守の作業負荷が軽減されるだけでなく、汚れの層の蓄積によって引き起こされる汚染フラッシュオーバー障害が回避され、汚染された環境における電力網の安全な運用が保証されます。
2. 全体構造と標準化された製造プロセス
2.1 最適化されたコア構造設計
シリコーン複合がいしの構造設計では、機械的支持能力、電気絶縁性能、環境適応性が考慮されており、各コンポーネントがそれぞれの役割を果たし、相乗効果を発揮します。内部のガラス繊維強化エポキシ樹脂コアロッドは絶縁体の「骨格」であり、高強度ガラス繊維フィラメントとエポキシ樹脂を使用した引抜成形プロセスによって形成されます。-引張強度、曲げ強度が非常に高く、導体重量、風荷重、着氷荷重、導体張力などのさまざまな機械的外力に容易に耐えることができます。同時にエポキシ樹脂自体が優れた絶縁性能を持っており、全体の絶縁効果をさらに高めます。基本的な絶縁保護に加えて、外部のシリコーンゴム層も通常のシェッド構造で設計されています。小屋のサイズ、間隔、数は細かく最適化されており、沿面距離を効果的に増加させ、絶縁レベルを向上させるだけでなく、雨水の分散を促進し、汚染物質の付着を軽減し、さまざまな汚染レベルや電圧レベルの動作要件に適応します。
2.2 厳密に標準化された製造プロセス
シリコーン複合絶縁体の製造プロセスは成熟して厳格であり、安定した信頼性の高い製品品質を確保するために、プロセス全体を通じて電力機器の製造基準に従っています。コアの製造工程は、まずガラス繊維強化エポキシ樹脂コアロッドの引抜成形と精度検査を完了し、専用の金型にコアロッドを設置し、混合した高温加硫シリコーンゴムを金型キャビティに注入し、高温高圧下で一体圧縮成形を行うことでシリコーンゴムのシェッドとコアロッドを強固に接着させ、剥離や気泡などの品質不良を排除します。生産プロセス全体では、原材料の入荷選別や配合比率から中間工程の検査、最終製品の工場検査に至るまで厳格な基準を設け、完全なリンクの品質管理を実施しています。-完成品は、市場に投入される前に、機械的強度引張試験、電源周波数耐電圧試験、雷インパルス試験、耐汚染フラッシュオーバー試験、老化試験などの複数の性能試験に合格する必要があります。
3. 性能特性と比較優位性
従来のセラミック絶縁体やガラス絶縁体と比較して、シリコーン複合絶縁体は機械的、電気的、運用、メンテナンスの面で大きな利点を示し、現代の電力網の複雑で大容量、高信頼性の開発ニーズに完全に適応します。{0}{1}主な利点は主に次の側面に反映されます。
3.1 軽量、便利かつ効率的な輸送と設置
シリコーン複合絶縁体の最も直感的な特徴は軽量です。同じ電圧レベルと機械的負荷の下で、その重量は従来のセラミックがいしの重量のわずか 1/7 ～ 1/10 であり、輸送コストと吊り上げの困難さが大幅に軽減されます。山間部、高原、河川、海を渡るなど、交通が不便で建設条件が厳しい地域では、軽量の利点が特に際立ちます。{6}}これにより、建設プロセスが簡素化され、設置期間が短縮されるだけでなく、タワーや建具などの支持構造にかかる荷重圧力が軽減され、支持施設の建設投資が削減され、全体的な建設効率と安全性が向上します。
3.2 優れた機械的特性と優れた耐損傷性
シリコーン複合絶縁体は非常に高い強度対重量比を備えており、内部コアロッドの引張強度は通常の鋼鉄の引張強度をはるかに上回っており、高-電圧および超高-電圧-送電線の機械的負荷要件を満たすことができます。同時に、シリコーンゴムは靭性が高く、耐衝撃性と耐屈曲性に優れています。外部からの衝撃や寒熱の急激な変化により破損や亀裂が発生しやすいセラミックがいしとは異なり、シリコーン複合がいしは機械的損傷を受けにくいため、輸送、設置、運用時の外部損傷による電力系統障害のリスクが大幅に軽減され、ライン運用の安定性が向上します。
3.3 優れた電気性能と強力な汚染フラッシュオーバー耐性
汚染フラッシュオーバーは、汚染のひどい地域で稼働する従来のがいしの主な故障原因です。シリコーン複合絶縁体は、その優れた疎水性、疎水性移行性、およびセルフクリーニング特性により、耐汚染フラッシュオーバー性を根本的に改善します。-産業汚染地域、海岸塩水アルカリ地域、鉱山地域などの重度の汚染環境であっても、汚れ層上の導電性水膜の形成を効果的に抑制し、汚染フラッシュオーバーのトリップの可能性を大幅に低減します。また、従来のがいしのようにライブクリーニングや汚染防止コーティングの塗布などの定期的な運用とメンテナンス作業を必要とせず、さまざまな複雑な汚染環境に適応します。-
3.4 運用とメンテナンスのコストが低く、ライフサイクル全体で高いコスト効果が得られる-
従来のセラミックやガラスの絶縁体は、汚れの洗浄、損傷の検出、ゼロ値の検出などの定期的な運用とメンテナンス作業を必要とし、多くの人的資源、資材、財政的リソースを消費します。{0}シリコーン複合がいしは強力な自浄能力と耐老化性に優れており、日常の運転・保守は定期的な外観検査のみで済み、頻繁な洗浄・保守は必要なく、運用・保守の負担とコストを大幅に削減できます。{2}初期購入単価は従来のがいしより若干高くなりますが、輸送、設置、運用保守、交換などの総合的なコストと合わせたライフサイクル全体のコストの観点から見ると、シリコーン複合がいしには非常に大きな費用対効果の利点があります。-
4. 適用可能なアプリケーションシナリオと実際的な考慮事項
4.1 典型的な適応アプリケーション シナリオ
シリコーン複合絶縁体は、強力な環境適応性を誇り、さまざまな複雑な動作シナリオに広く適用でき、特殊な環境における従来の絶縁体の絶縁の問題点を効果的に解決します。その中心的な応用シナリオは次のとおりです。
海岸の塩分-アルカリ地域：沿岸地域の大気は塩霧や湿気が多く、塩の堆積によりがいしの表面に導電層が形成されやすく、汚染フラッシュオーバー故障の原因となります。シリコーンゴムの優れた疎水性と疎水性移行により、導電性水膜の形成を阻止し、塩による腐食に耐え、塩水-環境でのラインの安定した動作を保証します。
産業汚染地域および鉱業地域: 工業地帯、鉱山地域、その他の激しい粉塵、煙道ガス、導電性粉塵が発生する地域では、汚染物質が急速に堆積し、汚染フラッシュオーバーが発生しやすい地域となります。{0}シリコーン複合絶縁体の自浄性と防汚性-により、汚れの付着が軽減され、汚染物質の急速な蓄積が回避され、操作とメンテナンスの頻度と絶縁不良のリスクが軽減されます。
高地-地域：高度の上昇に伴い空気密度が減少し、がいしの外絶縁強度が著しく低下し、雷フラッシュオーバーやコロナ放電の危険性が高まります。シリコーン複合がいしは、シェッド構造の最適化、沿面距離の増加、絶縁マージンの改善により高地環境に適応でき、高地送電線および配電線の絶縁要件を満たします。-
遠隔地および山岳地帯：山間部や僻地などの輸送が困難で建設条件が厳しい地域では、シリコーン複合がいしの軽量メリットが顕著であり、輸送や吊り上げの困難さが軽減され、工期の短縮や送電鉄塔への負担の軽減などの効果が得られます。
4.2 選定・適用時の注意点
シリコーン複合がいしの選定および適用にあたっては、その性能上の利点を最大限に発揮するために、実際の工学条件と組み合わせて的を絞った選定と標準化された運用を行う必要があり、主な注意事項は次のとおりです。
使用環境に応じた合理的な選定: 選択は、地域の汚染レベル、標高、気候条件、回線の電圧レベルに基づいて行う必要があります。汚染のひどい地域や高地地域では、シェッド構造が最適化され、沿面距離が増加した製品を選択する必要があります。-温度差が大きい地域では、長期安定した動作を保証するために、優れた耐老化性能を備えた絶縁体を優先する必要があります。-
機械的負荷パラメータを厳密に制御：線路の導体張力、風荷重、着氷荷重などの機械的荷重を正確に計算し、機械的強度グレードに見合ったシリコーン複合がいしを選択する必要があります。コアロッドの破損などの機械的故障を避けるために、機械的負荷容量が不十分な製品を使用することは固く禁じられています。
取り付けを標準化し、表面の損傷を回避: 設置の際は、動作仕様に厳密に従って施工してください。表面に亀裂、傷、その他の損傷が生じ、絶縁性能に影響を与える可能性があるため、シリコーンゴムシェッドを叩いたり、引っ掻いたり、圧迫したりすることは禁止されています。同時に、接続が緩まないように、継手とコアロッドの間の接続がしっかりしていることを確認してください。
日常の運用・保守監視の強化：シリコーン複合がいしは、維持管理の負担が少ないとはいえ、小屋のひび割れや経年劣化、汚れや破損の有無、金具の腐食や緩みの有無などを中心に定期的な日常点検が必要です。特殊な環境にあるラインの場合は、検査頻度を適切に増やし、潜在的な安全上の問題を排除するために問題にタイムリーに対処する必要があります。
5. 開発の現状と今後の動向
5.1 現在の開発状況
現在、シリコーン複合絶縁体は世界の電力業界で大規模な応用を実現しており、関連技術はますます成熟しています。{0}材料の研究開発に関しては、高温加硫シリコーンゴムの配合が継続的に最適化されており、材料の耐老化性、耐引裂性、耐高温性がさらに向上しています。-製造技術の面では、自動化されたインテリジェントな生産ラインが徐々に普及し、生産プロセスの正確な制御が実現し、製品の一貫性とバッチの安定性が向上し、手動操作のエラーが減少しました。適用範囲としては、高圧、超高圧、超高圧、超高圧送配電線をカバーしており、変電設備、鉄道電化システム、新エネルギー発電支援設備などにも幅広く使用され、豊富な運用経験を蓄積しています。
業界標準の面では、さまざまな国や国際機関がシリコーン複合絶縁体の関連技術標準と試験仕様を次々に策定および改善し、製品の性能指標、試験方法、品質合格要件を統一し、業界の標準化および標準化された開発を促進し、製品アプリケーションの信頼性をさらに向上させてきました。アプリケーション規模の継続的な拡大に伴い、シリコーン複合絶縁体の製造コストは徐々に削減され、費用対効果の利点がより顕著になり、さまざまなシナリオで従来のセラミック絶縁体やガラス絶縁体の置き換えがさらに促進されています。-
5.2 将来の開発動向
電力網技術の継続的な進歩と材料技術のアップグレードにより、シリコーン複合絶縁体の開発は、より高性能、よりインテリジェントで、よりカスタマイズされた方向に向かって進んでいきます。主な開発傾向は次のとおりです。{0}
高性能材料の革新: 変性シリコーンゴム材料の研究開発を深め、ナノ複合材料技術や新しいポリマーブレンド技術を導入して、材料の機械的強度、耐老化性、耐コロナ性、耐汚染フラッシュオーバー性能をさらに向上させ、極限環境における絶縁体の耐用年数を延長します。-
カスタマイズされた構造設計: 超-高電圧、-高電圧、深海、超-高地などの特別な用途シナリオを目指して、カスタマイズされた構造設計が実行され、小屋の形状、コアロッド構造、継手の接続モードが最適化され、特別なプロジェクトの個別化された絶縁および機械的要件を満たし、製品の応用範囲が拡大されます。
インテリジェントな運用と保守の統合: インテリジェントな電力網の構築と組み合わせることで、温度検知、部分放電監視、絶縁状態監視などのセンシング技術がシリコーン複合がいしに埋め込まれ、がいしの動作状態のリアルタイムのオンライン監視、絶縁欠陥のタイムリーな早期警告、受動的な保守を積極的な早期警告に変換し、電力網のインテリジェントな運用と保守のレベルを向上させることができます。{0}
グリーンで低炭素な製造-: 製造プロセスはさらに最適化され、環境に優しい原材料と低エネルギー消費の生産プロセスを採用し、電力業界の低炭素変革の発展トレンドに沿って、ライフサイクル全体でグリーンかつ低炭素の生産を実現します。{{2}{0}、製品の環境保護性能も向上します。
6. 使い方の提案と経済分析
6.1 対象を絞った使用方法の提案
送配電プロジェクト用のがいしを選択する場合は、技術的な実現可能性、経済的利益、運転上の安全性を総合的に考慮し、次のような的を絞った提案を行う必要があります。
海岸、産業汚染、その他の汚染のひどい地域では、汚染フラッシュオーバーのリスクを効果的に軽減し、その後の運用とメンテナンスのコストを削減できるシリコーン複合絶縁体を優先する必要があります。高地や人里離れた山岳地帯では、シリコーン複合碍子の軽量かつ高断熱の利点を最大限に活用して、建設の難易度を下げ、送電線の信頼性を向上させる必要があります。{0}
クリーンエリアにおける従来の電圧レベルラインの場合、シリコーン複合碍子と従来の碍子の技術的かつ経済的な比較を実行でき、プロジェクトの予算とその後の運用および保守計画と組み合わせて最適な絶縁方式を選択できます。さらに、製品を購入するには、完全な資格と安定した品質を備えた正式なメーカーを選択する必要があり、製品の品質を保証するために関連する性能試験レポートをレビューする必要があります。
運用期間中、専門の技術者を配置して定期検査を実施し、音響機器の運用ファイルを作成し、運用状況とがいしの保守記録を記録し、後の機器の交換や技術改善の基礎を提供する必要があります。損傷した絶縁体については、ライン全体の安全な動作への影響を避けるために、適時に交換する必要があります。
6.2 包括的な経済分析
フルライフサイクルコストの観点から見ると、初期投資が若干高くても、シリコーン複合絶縁体には明らかな経済的利点があります。輸送と設置の面では、軽量であるため輸送と吊り上げのコストが大幅に削減され、工期が短縮され、人件費が節約されます。運用とメンテナンスの面では、自己洗浄性と老化防止特性により、汚れの洗浄、絶縁体の検出などの作業の頻度が減り、人件費と材料費が大幅に削減されます。-
耐用年数に関しては、高品質のシリコーン複合がいしは、通常の動作条件下で 15-20 年以上の耐用年数を持ち、これは従来のセラミックがいしの耐用年数に近いか、それよりも長く、動作中の故障率が低いため、停電による経済的損失が軽減されます。複雑な環境と高い運用安全要件を伴うプロジェクトの場合、シリコーン複合がいしの総合的な経済的メリットは従来のがいしよりも大幅に優れており、電力網に長期的かつ安定した経済的利益をもたらすことができます。
結論
シリコーン複合がいしは、新しいタイプの高性能絶縁機器として、その優れた疎水性、耐候性、機械的特性、耐汚染フラッシュオーバー性により、従来のセラミックやガラスがいしの重要な代替品となっており、送電および配電のさまざまな分野で広く使用されています。{0}材料技術、製造技術、インテリジェント技術の継続的な進歩により、シリコーン複合絶縁体の性能はさらに向上し、応用範囲はさらに拡大すると考えられます。
電力工学の建設・運用装置においては、シリコーン複合がいしの性能特性、適用シナリオ、注意事項を正確に把握し、実際のエンジニアリング条件と合理的に組み合わせて選定・適用することによってのみ、その性能上の利点を最大限に発揮し、送配電システムの安全かつ安定した運用を確保し、電力産業の質の高い発展を促進することができます。{0}将来的には、業界標準の継続的な改善と運用経験の蓄積により、シリコーン複合絶縁体は現代の電力網の構築においてより重要な役割を果たすことになります。
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