アルミニウム合金コア架空絶縁ケーブル ガイド

架空送電線においてアルミニウム合金コアが普通のアルミニウムよりも優れている理由

導体材料の選択は、架空絶縁ケーブル工学において最も重要な決定事項の 1 つです。普通のアルミニウム (EC グレード、または 1350 シリーズ) は、その低コストと十分な導電性により、数十年にわたって広く使用されてきましたが、引張強度が限られているというよく知られた弱点があります。張力、風、氷などの持続的な機械的負荷がかかると、普通のアルミニウム導体は永久に変形し、徐々にたわみを引き起こし、最終的には最低地上高制限を侵害し、費用のかかる緊急メンテナンスが必要になります。

アルミニウム合金コア 6000 シリーズまたは 8000 シリーズの合金組成から製造された導体は、オーバーヘッド用途では銅よりもアルミニウムの方が好ましい重量という利点を犠牲にすることなく、この欠点を解決します。マグネシウム、シリコン、鉄、およびその他の制御された微量元素の添加により、純アルミニウムよりも引張強度が 30 ～ 50% 増加しますが、その導電率は約 88 ～ 92% 維持されます。これは、アルミニウム合金の中心導体が、より広い極スパンで張られ、同等の電流負荷を伝え、数年ではなく数十年で測定される耐用年数にわたって設計されたサグクリアランスを維持できることを意味します。

耐クリープ性も重要な差別化要因です。クリープとは、一定の引張応力下での金属導体のゆっくりとした不可逆的な伸びを指します。これは、材料の降伏点を大幅に下回る周囲温度でも発生し、ケーブルの寿命にわたって継続的に蓄積します。合金エンジニアリングにより、このクリープ速度は劇的に減少します。たとえば、8000 シリーズ アルミニウム合金は、純アルミニウムよりも銅に近いクリープ挙動を示すため、耐用年数の途中での再たるみが非現実的または法外に高価となる恒久的な架空電線の設置に特に適しています。

架空絶縁ケーブルに使用される絶縁システム

アルミニウム合金の中心導体上に適用される絶縁体によって、ケーブルの定格電圧、環境耐久性、および安全な動作温度範囲が決まります。最新の架空絶縁ケーブルは 2 つの主要な絶縁技術を使用しており、それぞれが特定の電圧クラスと導入条件に適しています。

架橋ポリエチレン (XLPE)

XLPE は、中電圧架空絶縁ケーブル (通常 10 kV ～ 35 kV) の標準絶縁であり、低電圧でも使用されることが増えています。架橋プロセスにより、直鎖状のポリエチレン鎖が三次元の熱硬化性ネットワークに変化し、90℃の連続動作温度、250℃の短絡ピーク、および膨張や破壊なしに湿気への長時間の暴露に耐える絶縁体が生成されます。 XLPE はまた、優れた絶縁耐力 (通常 20 kV/mm を超える) を示し、中電圧範囲全体にわたって信頼性が高くなります。

ポリエチレン (PE) および UV 安定化化合物

低電圧 (0.6/1 kV) では、コスト、柔軟性、耐候性のバランスを考慮して、高密度ポリエチレンまたは UV 安定化黒色 PE コンパウンドが広く使用されています。特に架空電線の場合、UV 安定化はオプションではなく、構造上の要件です。直射日光にさらされた不安定な絶縁体は、2 ～ 3 年以内に表面のチョーキングや微小亀裂が始まり、絶縁抵抗が危険なレベルに低下するまで内部に進行する故障モードです。 2 ～ 3 重量% のカーボン ブラック配合により、低コストで効果的な UV 遮蔽が実現され、すべての屋外架空絶縁ケーブル グレードの業界標準となっています。

電圧定格と一般的な導入シナリオ

アルミニウム合金芯導体を備えた架空絶縁ケーブルは、幅広い電圧スペクトルにわたって製造されています。以下の表は、主要なカテゴリ、その電圧定格、絶縁タイプ、および最も一般的な導入状況をまとめたものです。

低電圧レベルでは、束ねられた架空ケーブル (ABC) 構成により、位相導体と中性線 (すべてアルミニウム合金コアを使用) が、裸のメッセンジャー ワイヤーの周りに撚られた単一の自立アセンブリにグループ化されます。この形式は、従来の裸導体線では高価で破壊的な用地撤去が必要となる発展途上市場や都市部のインフィルネットワークにおけるラストマイル地方の配電のための有力なソリューションです。束ねられた架空絶縁ケーブルにより、設置時間が大幅に短縮され、相間の接触障害が排除され、運用上のリスクを伴うことなく、植生の中や植生に隣接したラインを通過させることができます。

中電圧では、架空絶縁ケーブルを使用すると、裸導線が頻繁に停電に直面する環境、たとえば植生との接触が避けられない森林地帯、塩水噴霧による腐食のある海岸地帯、湿った雪が降り積もる山岳地帯などでの導入が可能になります。絶縁構造により、これらの環境要因が裸線に障害を引き起こすメカニズムが排除され、アルミニウム合金コアがこれらの環境が課す追加負荷に耐える機械的強度を提供します。

裸の架空導体に比べて測定可能な運用上の利点

裸の架空導体からアルミニウム合金コアを備えた絶縁された架空電線への移行により、複数の運用基準にわたって文書化された改善が実現します。体系的な転換プログラムに取り組んだ電力会社は、一貫した成果を報告しています。

• 故障率の 60 ～ 80% の削減: 配電レベルの停電の大部分は、導体が樹木、鳥、動物、または風で飛ばされた物体と接触したことに起因します。絶縁により、この障害経路が完全に排除され、SAIFI (システム平均中断頻度指数) と SAIDI (システム平均中断時間指数) がギリギリの数値にまで減少します。
• 技術的損失の低減: 裸の導体でのコロナ放電は、特に湿気の多い環境、汚染された環境、または高地の環境では、測定可能なエネルギー損失を引き起こします。絶縁ケーブルは、電界を絶縁層内に閉じ込めることによってコロナを抑制し、中電圧フィーダの無負荷損失を大幅に削減します。
• 植生管理支出の削減: 裸の導線は、必須のクリアランスを維持するために積極的かつ繰り返しの木の伐採を必要とします。架空絶縁ケーブルは、故障することなく偶発的な分岐接触に耐え、多くの回路で植生管理サイクルを年に一度から数年に一度に短縮します。
• 公共の安全の向上: 絶縁された架空電線は、偶発的な接触による感電死のリスクを排除します。これは、人口密集地域、農業地帯、送電線近くで非公式の建設活動が行われている市場では重要な要素です。
• 耐用年数の延長: 高品質のアルミニウム合金コアの架空絶縁ケーブルは、通常の動作条件下では耐用年数が 40 年になるように設計されています。これに対し、大気腐食や機械的磨耗の影響を受ける保護されていない裸導体の場合は 20 ～ 25 年です。

アルミニウム合金コア架空ケーブルに特有の設置要件

アルミニウム合金コア 架空絶縁ケーブルは、他の架空導体タイプと設置方法を共有していますが、導体の完全性を維持し、定格耐用年数を達成するために従う必要がある特定の要件がいくつかあります。

ストリング張力の限界

各アルミニウム合金導体の合金および断面には、規定の定格引張強度 (RTS) と最大ストリング張力があり、通常は RTS のパーセンテージで表されます。たわみ点を通って引っ張っている間であっても、ストリング張力の限界を超えると、外側のストランドが永久に伸び、導体の機械的特性が変化し、応力集中部で疲労亀裂が発生する可能性があります。ストリング張りスタッフは、校正されたダイナモメーターを使用し、一般的なアルミニウムの値ではなく、合金グレードに固有のメーカーのサグ張力表に従わなければなりません。

コネクタの互換性

すべてのミッドスパン ジョイント、デッドエンド アセンブリ、およびタッピング コネクタは、使用するアルミニウム合金の組成と導体断面に合わせて特別に選択する必要があります。純アルミニウム (1350 シリーズ) 向けに定格された標準コネクタには互換性がありません。異なるダイ サイズ、異なる圧縮力、および異なる接触表面処理が使用されています。コネクタが正しくないと、高抵抗の接合部が形成され、局所的な発熱が生じ、接続部付近の絶縁劣化が促進され、最終的に接合部の熱故障を引き起こす可能性があります。 ABC システムで使用される絶縁貫通コネクタ (IPC) の場合、互換性認定では、導体の公称サイズだけでなく、特定の合金の指定を参照する必要があります。

サポートクランプの設計

架空絶縁ケーブルのサポートおよびサスペンション クランプは、クランプの端に応力が集中することなく、絶縁ジャケット全体に荷重を分散するように設計する必要があります。クッション付きまたはアーマーロッドアセンブリがサスペンションポイントに標準装備されています。行き止まりのポールやアングル構造では、高張力の持続荷重下で滑る可能性がある事前成形グリップタイプではなく、圧縮タイプの行き止まり継手を使用する必要があります。これは、アルミニウム合金コアの優れた強度対重量比によって可能になる長いスパンで特に重要です。

調達基準と品質検証

グリッドインフラストラクチャ用のアルミニウム合金コアを備えた架空絶縁ケーブルを指定および調達するには、該当する製品規格への準拠を確認する必要があります。最も広く参照されている国際規格および地域規格には次のものがあります。

• IEC 60502-1 / IEC 60502-2: 押し出し絶縁体で電力ケーブルをカバーしており、構造要件、絶縁体の厚さの表、1 kV ～ 30 kV の電圧定格の電気試験方法が含まれます。
• IEC 60889: 架空導体の製造に使用される合金グレードを含む、硬伸線アルミニウム線の機械的および電気的特性を指定します。
• ASTM B399 / ASTM B400: 同心撚り撚り 6201 および 8000 シリーズ アルミニウム合金導体に関する北米規格。合金の指定によって引張強度、伸び、および導電率の要件を定義します。
• GB/T 14049: 押出絶縁体を使用した定格電圧架空絶縁ケーブルの中国国家規格。アジア市場での調達の基準。

重要なインフラストラクチャの調達仕様には、規格への準拠を超えて、導体抵抗、絶縁体の厚さ、耐電圧、部分放電（中電圧の場合）、UV劣化、および機械的曲げをカバーする、メーカーの自己認証ではなく、完全なサードパーティタイプのテストレポートが必要である必要があります。高電圧および低電圧のクロスリンクケーブルから制御ケーブル、鉱山ケーブル、特殊アルミニウム合金ケーブルまで、最大 110 kV までの電力ケーブルの全範囲にわたる確立された能力を持つメーカーは、信頼性の高い架空絶縁ケーブルの供給に求められる生産の一貫性とテストインフラストラクチャを維持するのに有利な立場にあります。