テクノロジーシフト: ケーブルと導体の設計における持続可能性とイノベーションにさらに重点を置く

電力部門では、特に再生可能エネルギーの成長により、ケーブルと導体の需要が急増しています。 太陽エネルギーの増大に伴い、低電圧ケーブルと高電圧 (HV) ケーブルの両方の需要が急増しています。 さらに、改訂された配電部門計画やその他の包括的な計画によりスマートグリッドの設置が勢いを増しており、高性能ケーブルや導体に対する需要も増加しています。 この分野における最近のテクノロジートレンドを詳しく見てみましょう。

ケーブル

ケーブルの設計と材料は長年にわたって進化しており、湿った紙で絶縁されたケーブルに置き換わる乾式押し出し成形ケーブルが増えています。 紙や油の断熱システムから、合成ポリマー、ポリエチレン (PE) および架橋ポリエチレン (XLPE) ベースの断熱材への明らかな移行が見られます。 XLPE は、ケーブルを高温で動作させることができ、電流容量が増加するため、推奨されます。 処理や管理も容易になります。 XLPE は誘電損失が減少し、固有の電気的強度が高くなります。これが、XLPE に大きく依存するもう 1 つの理由です。 従来、発電所から変電所までの送電には、154kV以上の電圧には紙絶縁体を使用したOFケーブルが使用されていました。 まだ広く使用されていますが、徐々に XLPE ケーブルに置き換えられつつあります。

もう 1 つの重要な傾向は、特別高圧 (EHV) ケーブルの使用です。 EHV ケーブルは地下に直接埋設できるため、多用途に使用できます。 ダクト、溝、トンネルに埋めることもできます。 66 kV 以上の送電に簡単に使用できます。 これらは、電力会社、電力重工業、太陽光発電所、火力発電所の配電システムに適しています。 人口密集地域の架空線にも適しています。 EHV ケーブルは、カルナータカ州、ビハール州、マディヤ プラデーシュ州、マハラシュトラ州の最新プロジェクトで引き続き使用されています。

さらに、地下および海底電化の需要の高まりに伴い、サプライヤーは、HV ケーブルやより薄い誘電絶縁体を使用した新技術の開発に積極的に取り組んでいます。 検討中の新技術としては、高圧流体充填パイプ、高圧ガス充填パイプ、内蔵型液体充填/質量含浸ケーブル、エチレンプロピレンゴムケーブルなどがあります。

特定の用途分野向けにいくつかの新しいケーブルも開発されました。 たとえば、ソーラー ケーブルは、太陽光発電 (PV) モジュールから太陽エネルギーを排出するという特定の目的に合わせて設計されています。 それらは、外側のジャケットで包まれたいくつかの絶縁ワイヤの複合体で構成されています。 これらは、高い紫外線 (UV) 放射や高温に耐えられるように設計されており、耐候性があります。 通常、屋外またはソーラーパネル内に設置されます。 これらのケーブルはシステムの直流 (DC) 側に接続されます。 個々の PV モジュールをストリング状に接続して PV 発電機を形成するケーブルは、ストリング ケーブルと呼ばれます。 メイン DC ケーブルは、発電機ジャンクション ボックスをインバーターに接続します。 PV エネルギーは低電圧、高電流の DC 形式であるため、DC ケーブルでは原理が異なります。 モジュールを接続する DC ケーブル、および発電機接続ボックスと太陽光発電インバーターを接続する DC ケーブルは、電流が流れるワイヤ (通常は赤い活線) とマイナスの青いワイヤで構成される 2 芯ケーブルです。 両方とも絶縁層で囲まれています。

一方、電子ビーム架橋ケーブルには、寿命の延長、耐熱性の向上、電流容量の増加、物理的特性の向上、および厚さの低減という利点があります。 また、過負荷や短絡による火災を防止し、貴重な生命と財産を守ります。 その他の利点としては、油、燃料、酸、アルカリなどの媒体、紫外線、オゾンなどに対する高い耐性が挙げられます。 ケーブルはハロゲンフリーで柔軟性があり、重量と体積が最適化されています。 製鉄所、電動天井クレーン、船舶、発電所などで使用されています。

導体

高温低弛み (HTLS) 導体、高温超電導体 (HTS)、鋼支持アルミニウム導体、アルミニウム導体複合コア、アルミニウム導体複合強化ガス絶縁線 (GIL) などの新時代の導体は、熱と技術的損失を抑えながら、より高い電流とより高い温度を維持します。 HTS と GIL は国内ではまだ商用導入されていませんが、電力会社は HTLS 導体やその他の高性能導体を設置するための措置を講じています。 インドでは、送配電システムの架空線の電力伝送には、鋼鉄強化アルミニウム導体 (ACSR) および全アルミニウム合金導体 (AAAC) が一般的に使用されています。

HTS の場合、冷却には極低温エンベロープが使用されます。これは、液体窒素を使用した断熱ジャケットであり、ケーブルを囲んでデバイスを冷却します。 HTS ケーブルは、従来のケーブルやラインよりも 10 倍細いです。 これらの機能により、中断が最小限に抑えられ、導入が増加し、コストが削減されます。 これらのケーブルは相間にスペースを必要としないため、用地取得が大きな問題で配電損失が大きい地域で役立ちます。 超電導ケーブルは抵抗がゼロまたはゼロに近いため、導体を低温に維持する手間が省けます。 HTS ケーブルは地面に直接埋め込むことができるため、トンネルが不要で、土壌の乾燥も必要ないため、プロジェクトの実施が迅速化され、コストがさらに削減されます。 また、従来のケーブルよりも深いところまで届きます。

一方、HTLS 導体は、従来の導体よりも高温耐性があり、電流容量が大きいという特徴があります。 従来の ACSR 導体と AAAC 導体は、それぞれ摂氏 85 °C と摂氏 95 °C の温度で連続動作するように設計されていますが、HTLS 導体は摂氏 150 °C 以上、摂氏 250 °C までの温度に耐えることができます。 さらに、HTLS 導体は従来の導体よりも容量が 30% 増加しており、たわみが少ないという特徴により、タワーを小型化できることになります。 ジルコニウムをドープしたアルミニウム合金は、高温でも電気的および機械的特性を維持するため、これらの導体のコストとエネルギー効率が向上し、容量が向上します。 400 kV では、HTLS 導体は、線路の長さに応じて、クワッドバンドル ACSR および AAAC 導体を置き換えることができます。 既存の送電線の構造や基礎が劣化した場合、または送電線の改修が必要な場合には、既存の送電資産を HTLS 導体で再導通することもできます。 ただし、既存の熱定格が電圧降下や位相シフトに関連する電力潮流の制限をすでに大幅に超えているため、400 kV を超える送電線を定格を上げる必要はありません。

GIL は、電気的クリアランスを減らすために、空気の代わりに絶縁媒体として絶縁耐力の高いガスを使用します。 他の国と同様に、インドでもテクノロジーのペースが加速しています。 GIL は、窒素または六フッ化硫黄ガスで加圧された密閉チューブ内の絶縁体で支持されたアルミニウム導体で構成されています。 従来の地下ケーブルに対する GIL の主な利点は、定格電圧が高く、世界中で最大 800 kV のシステムが稼働していることです。 さらに、ケーブル端の終端はそれほど複雑ではなく、GIL では障害が発生しにくくなります。 また、物理的な絶縁層がないため、地下ケーブルと比較して GIL の修理とメンテナンスが簡単です。 現在、GIL は比較的短距離に限定されていますが、より長距離をカバーする技術が開発されています。

電力会社は、電力の信頼性の高い伝送を保証する被覆導体も採用しています。 被覆導体は、他の被覆導体や木の枝などの接地部分との偶発的な接触を防ぐために絶縁材料を使用しています。 この被覆は、相対地間電圧に一時的に耐えるのに十分です。 さまざまな配電電圧レベルで使用される被覆導体システムには、XLPE/高密度ポリエチレン被覆導体 (単一または複数の被覆)、架空ケーブル システム、およびスペーサー ケーブルが含まれます。 裸の架空ケーブルや地中ケーブルと比較した被覆導体の主な利点は、安全性が高く、コストが低いことです。

結論

現在の技術トレンドと革新が示すように、ケーブルと導体の革新によって持続可能性への大きな変化が達成されることが予想されます。 電力会社がネットワーク近代化プロジェクトを実施し、再生可能エネルギーの導入が勢いを増す中、電線およびケーブル業界には大きな成長の機会が与えられています。