送電ケーブルに関する IEC、IEEE、ANSI 規格はどのように異なりますか?

送電ケーブルに規格が重要な理由

送電ケーブル 33 kV から 1,200 kV 以上の電圧で長距離にわたって大量の電気エネルギーを運び、現代のあらゆる電力網の幹線ネットワークを形成しています。これらのケーブルの信頼性、安全性、および相互運用性は、ケーブルが設計、テスト、設置される基準の厳格さと一貫性に完全に依存します。送電ケーブルの世界的な状況を支配しているのは、国際電気標準会議 (IEC)、電気電子学会 (IEEE)、および米国規格協会 (ANSI) の 3 つの主要な標準化団体です。各組織は、異なる哲学的および技術的基盤からケーブルの標準化に取り組み、目的は重複していますが、方法論、用語、電圧分類、テストプロトコル、および規制する特定のパラメータにおいて大きく異なる文書を作成しています。送電インフラ、特に国境を越えたプロジェクトや多国籍プロジェクトに取り組むエンジニア、調達チーム、プロジェクト開発者にとって、これらの違いを理解することは単なる学問的なことではありません。指定された規格と、ケーブルの設計およびテストに使用された規格との間の調整がずれていると、設置の不適合、コストのかかる再テスト、プロジェクトの遅延、さらには最も深刻な場合には、壊滅的な結果をもたらす使用中の障害が発生する可能性があります。

送電ケーブルに関する IEC フレームワーク

国際電気標準会議は、送電ケーブルに関して最も広く採用されている国際規格を発行しており、IEC 文書はヨーロッパ、アジア、アフリカ、中東、ラテンアメリカのほとんどの国で国家規格の基礎となっています。ケーブル標準化に対する IEC のアプローチは、構造化された階層内でさまざまなケーブル技術、電圧レベル、設置環境に対処する、相互に関連する文書のシステムによって特徴付けられます。

高電圧および超高圧送電ケーブルの基本的な IEC 規格には、導体クラスと断面積要件を定義する IEC 60228 が含まれます。 IEC 60840、定格 30 kV ～ 150 kV の押出絶縁体で電力ケーブルをカバーします。 IEC 62067 は、フレームワークを定格 150 kV ～ 500 kV のケーブルに拡張します。流体充填およびガス圧送電ケーブル（従来のグリッド インフラストラクチャに依然として存在する技術）には、IEC 60141 シリーズの文書が適用されます。海中および地下の HVDC 送電ケーブルは、陸上ケーブルについては IEC 62895、海底アプリケーションについては IEC 63026 によって取り上げられています。どちらも、世界的な HVDC インターコネクタ プロジェクトの急速な成長を反映して、比較的最近発行されたものです。

送電ケーブルの IEC フレームワークの特徴は、型式試験に重点を置いている点です。これは、ケーブル設計が指定された電気的、機械的、および熱的要件をすべて満たしていることを実証することを目的として、製造開始前に代表的なケーブル サンプルに対して実行される包括的な認定試験です。高電圧ケーブルの IEC タイプのテストには、AC 電圧耐性テスト、部分放電測定、曲げテスト、熱サイクル、およびインパルス電圧テストが含まれており、すべて同じケーブル サンプルに対して定義された順序で実行されます。これらのテストに合格すると、設計が生産に適していることが確認され、製造されたすべてのドラムに対して日常的なテストが実行され、生産の一貫性が検証されます。

IEEE 標準が送電ケーブルにどのように対処するか

IEEE は、主に絶縁導体委員会 (ICC) を通じて送電ケーブルの標準を開発しています。ICC は、ケーブルの設計、テスト、設置、電流計算に関するさまざまな文書を作成しています。送電ケーブルの IEEE 標準は、米国、カナダ、および米国の技術慣行が契約上規定されている国際プロジェクトで最も普及していますが、歴史的に米国の技術が優勢であったアジアや中東の一部での標準開発にも影響を与えています。

IEEE 400 シリーズは、組織が送電ケーブルのケーブル認定と状態評価にどのようにアプローチしているかを理解する上で中心となります。 IEEE 400 は、シールド付き電源ケーブルのフィールド テストに関するガイダンスを提供し、サブシリーズ文書 (IEEE 400.2、400.3、および 400.4) では、超低周波 (VLF) テスト、振動波テスト、時間領域反射率測定などの特定のテスト方法について説明しています。これらのフィールド試験規格は、電力会社が設置された送電ケーブルの状態を検証する方法を定義するため、北米の状況では特に重要です。この機能については、IEC 規格ではあまり詳細なガイダンスが提供されていません。

ケーブルの設計と認定に関して、IEEE 1425 などの IEEE 1 ケーブル規格は、敷設されたケーブルの絶縁劣化の評価に取り組んでいますが、IEEE 835 は、北米の送電ケーブルの基本的な電流容量表を提供しています。この表は、特定の土壌熱抵抗率の仮定、設置深さの慣例、および米国市場で使用されている負荷率の慣行を反映しており、CIGRE テクニカル パンフレット 640 および IEC 60287 の IEC 電流容量計算方法とは異なります。

送電ケーブルの標準化におけるANSIの役割

ANSI は、電気伝送ケーブルに関して IEC および IEEE とは異なる機能を果たします。 ANSI は、技術標準を直接開発するのではなく、IEEE や NEMA を含む他の組織に米国国家標準の開発を認定する米国国家標準化団体としての役割を果たし、IEC を含む国際標準化団体への米国の参加を調整します。これは、送電ケーブルの ANSI 指定を持つ多くの規格が、実際には IEEE または NEMA の技術委員会によって開発され、ANSI プロセスを通じて米国国家規格として承認されていることを意味します。

絶縁ケーブル技術者協会と共同開発された ANSI/ICEA 規格は、北米市場の送電ケーブルにとって特に重要です。 ICEA S シリーズ規格は、幅広い種類のケーブルの構造要件、材料仕様、およびテスト方法を定義しています。 ANSI/ICEA S-108-720 は、定格 46 kV を超える押出絶縁電力ケーブルに対応しており、国際市場向けの IEC 60840 がカバーする電圧範囲と直接重複していますが、導体サイズの指定、絶縁厚さの要件、および試験電圧レベルは歴史的な北米の慣行を反映しています。

3 つの標準フレームワークにわたる主な技術的な違い

送電ケーブルに関する IEC、IEEE、および ANSI 規格間の最も実質的な違いは、ケーブルの設計、調達、設置の決定に直接影響を与えるいくつかの特定の技術分野に現れています。

電圧分類システム

IEC と ANSI/IEEE は送電ケーブルに異なる電圧指定規則を使用しているため、多国間調達で混乱を引き起こす可能性があります。 IEC は、Uo/U システムを使用してケーブル電圧定格を指定します。ここで、Uo は導体とスクリーン間の電圧、U は導体間の電圧です。たとえば、132 kV の送電システムは 76/132 kV ケーブルを使用します。北米の慣行では通常、ケーブルを相間システム電圧で指定するため、北米の送電網で使用される公称電圧レベルがわずかに異なることを反映して、同じ 132 kV システムが米国の慣例では単に 138 kV ケーブルとして記述される場合があります。この電圧分類の違いは、絶縁レベルの規約の違いによってさらに大きくなります。IEC ケーブルは、システムの接地配置に基づいて 100%、133%、または 173% の絶縁レベルで指定できますが、ANSI/IEEE 規格では異なる等級付けシステムが使用されます。

導体サイズの指定

送電ケーブルの IEC 規格では、IEC 60228 導体クラス システムに従って導体のサイズを平方ミリメートル (mm²) で指定します。 ANSI/IEEE および北米の実務では、歴史的に、小型の導体には American Wire Gauge (AWG) システムが使用され、大型の伝送導体にはサーキュラー ミル (kcmil) が使用されてきました。これは、規格間のケーブル仕様を比較する際に、換算表が必要な直接のメートル法に相当するものがない指定です。北米のプロジェクトでもメートル法によるサイジングの使用が増えていますが、従来のインフラストラクチャや多くの現在の公共事業仕様では依然として kcmil 指定が使用されており、2 つのシステムの標準導体サイズは正確に一致していません。

テスト電圧レベルとテストシーケンス

送電ケーブルの型式試験に規定された試験電圧レベルと試験順序は、IEC 規格と ANSI/ICEA 規格の間で異なり、一方の規格に従って試験されたケーブルが他方の規格に準拠していると見なせるかどうかに影響します。 110 kV ケーブルの IEC 60840 タイプのテストでは、熱サイクルを組み合わせた 24 時間の Uo の 2.5 倍での AC 電圧耐性テストと、その後の規定のピーク電圧での雷インパルス テストが指定されています。同等の ANSI/ICEA 要件では、異なる乗数と異なるテスト期間が使用されます。つまり、ある規格に基づいて生成された認定証拠を、追加のテストや正式な同等性分析を行わずに、他の規格への準拠を証明するために直接適用することはできません。

3 つの規格を並べて比較する

以下の表は、最も決定に関連するパラメータ全体にわたって送電ケーブルに適用される IEC、IEEE、ANSI フレームワーク間の主な違いをまとめたものです。

国際送電ケーブルプロジェクトに関する基準をナビゲートする

国際送電ケーブル プロジェクト (洋上風力インターコネクタ、国境を越えた HVDC リンク、発展途上市場での送電網拡張プロジェクト) は、ある規格に準拠して作成された仕様と、別の規格に準拠して製造およびテストされたケーブルを一致させるという課題に頻繁に直面します。いくつかの実践的な戦略は、プロジェクト チームがこの複雑さを効果的に管理するのに役立ちます。

• プロジェクトの初期段階で契約により管理基準を確立します。 どの規格が送電ケーブルの仕様を規定するかについてのあいまいさが、規格に関連した調達紛争のほとんどの根本原因です。契約書には、適用される特定の標準文書とエディション、およびコンプライアンスの実証のために考慮される代替または同等の標準を指定する必要があります。
• 規格間の代替品を受け入れる前に、正式な同等性分析を依頼します。 ケーブル メーカーが ANSI/ICEA に指定されたプロジェクト用に IEC 規格に合わせてテストされた製品を提案する場合、またはその逆の場合は、独立したケーブル エンジニアによる正式な技術的等価性分析により、テストの証拠が単に主要電圧定格だけでなく、すべてのパラメータ レベルで指定された要件への準拠を実際に実証しているかどうかを評価する必要があります。
• 電流容量の計算を現地の設置方法に合わせます。 IEEE 835 および IEC 60287 の電流値表には、土壌の熱抵抗率、埋設深さ、および負荷率に関するさまざまなベースラインの仮定が組み込まれています。北米の土壌条件下で敷設されたケーブルに IEC 電流容量値を使用すると、またはその逆の場合、ケーブル定格が過度に保守的になるか、送電ケーブル システムの実際の設置環境に対してまったく安全ではなくなる可能性があります。
• 標準の境界を超えたアクセサリの互換性を確認します。 送電ケーブルのジョイント、終端、およびシール端は、接続するケーブルとともに特定の規格に適合しています。 IEC 認定ケーブルと IEEE 認定アクセサリを混合する場合、またはケーブルとは別のメーカーのアクセサリを指定する場合は、アクセサリ認定エンベロープが取り付けられたケーブルの寸法とテスト要件をカバーしているかどうかを慎重に検証する必要があります。

コンバージェンスの傾向とそれが業界にとって何を意味するか

送電ケーブルの IEC、IEEE、および ANSI 規格は、それぞれに違いはありますが、グローバル化したサプライ チェーン、多国籍プロジェクト、および長距離ケーブル接続を通じて再生可能エネルギー源を統合するという共通の技術的課題の圧力を受けて、徐々に収束しつつあります。 IEEE は協力組織として IEC 技術委員会に参加することが増えており、送電ケーブルに関する最近の IEEE 規格のいくつかでは、並行手順を定義するのではなく、テスト方法について IEC 文書を明示的に参照しています。高電圧ケーブルの ANSI/ICEA 規格も同様に、最近の改訂で IEC パラメータ値に近づき、プロジェクト チームが対処しなければならない実際的な差異は、排除されないものの、減少しています。

送電ケーブル業界にとって、この収束傾向はおおむね前向きです。これにより、さまざまな市場向けのケーブルに対して複数の認定テスト プログラムを維持する必要があるメーカーの負担が軽減され、国際プロジェクトでの準拠実証プロセスが簡素化され、これまで多額のプロジェクト コストを引き起こしてきた規格関連の技術的誤解のリスクが軽減されます。世界的な送電網への投資が加速し、HVDC 技術が主流の送電インフラストラクチャに成熟するにつれて、適用される標準の状況は今後 10 年間で大幅に進化し続けるため、現在送電ケーブルに取り組んでいるエンジニアは、この収束を積極的に監視する必要があります。