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アークホーン（アークホーンと呼ばれることもある）は、高電圧電力伝送システムの絶縁体またはスイッチハードウェアをフラッシュオーバー時の損傷から保護するために用いられる突出導体である。大気中の電気、落雷、または電気的故障により送電線に過電圧が発生すると、絶縁体にアークが発生し（フラッシュオーバー）、絶縁体が損傷する可能性がある。あるいは、スイッチング中に発生する大気の状態や過渡現象により、動作中にスイッチの遮断経路にアークが形成される可能性がある。アークホーンは、保護対象デバイスの表面を迂回してフラッシュオーバーが発生する経路を提供する。[1]ホーンは通常、絶縁体の両側に一対ずつ配置され、一方は高電圧部分に、他方はアースに接続されるか、またはスイッチ接点の遮断点に配置される。これらは、架空送電線の絶縁体ストリング上や、変圧器のブッシングの保護によく見られる。
角は、単純な円筒形の棒、円形のガードリング、または「あぶみ」と呼ばれることもある輪郭のある曲線など、さまざまな形をとることができます。
背景
高電圧機器、特に屋外に設置されている架空送電線などの高電圧機器は、落雷、他の機器の故障、回路再通電時のスイッチングサージなどの現象によって引き起こされる可能性のある過渡過電圧の影響を受けやすい。 [2]このような過電圧イベントは予測不可能であり、一般的に完全に防止することはできません。送電線がバスバーまたは変圧器ブッシングに接続する線路終端は、この点で特性インピーダンスが変化するため、過電圧のリスクが最も高くなります。[3]
電気絶縁体は導電部品を物理的に分離する役割を果たし、通常の動作状態では機器の周囲の空気を占める高電界に継続的にさらされています。過電圧が発生すると、電界が空気の誘電強度を超え、導電部品間および絶縁体表面にアークが発生します。 [1] これはフラッシュオーバーと呼ばれます。絶縁体の表面が汚れると絶縁破壊強度が低下し、フラッシュオーバーが発生しやすくなります。電気伝送システムでは、保護リレーがアークの発生を検出し、自動的に回路遮断器を開いて回路を放電し、アークを消すことが期待されています。最悪の場合、このプロセスには数秒かかることがあり、その間に絶縁体表面はアークの高エネルギープラズマと密接に接触します。これは絶縁体に非常に大きなダメージを与え、脆いガラスやセラミックディスクを粉砕して完全に故障させる可能性があります。
手術
アークホーンは絶縁体全体に火花ギャップを形成しますが、このギャップの絶縁体表面に沿った空気経路よりも絶縁破壊電圧が低いため、過電圧によって空気が破壊され、アークがアークホーン間に形成され、絶縁体の表面から逸らされます。[3]ホーン間のアークは機器にとってより許容度が高く、障害を検出し、リモート回路ブレーカーでアークを安全に消去するための時間が長くなります。 一部の設計では、周囲の空気を加熱する上昇電流によって駆動され、アークが絶縁体から離れる方向に移動するように形状が作られています。 そうすると経路長が長くなり、アークが冷却されて電界が減少し、ギャップを越えられなくなるとアークは自然に消えます。 他の設計では、高電流によって生成される磁場を利用してアークを絶縁体から遠ざけることができます。[4]このタイプの配置は磁気ブローアウトとして知られています。
設計基準と保守体制では、アークホーンを犠牲装置として扱う場合があります。犠牲装置は絶縁体よりも安価で簡単に交換できますが、アークホーンが故障すると絶縁対象の装置が完全に破壊される可能性があります。架空線の絶縁体ストリングが故障すると、線路が分断され、安全性とコストに重大な影響が生じる可能性があります。
アークホーンは、システム保護と保護装置の特性を相関させるプロセス、いわゆる絶縁協調において役割を果たします。ホーンは、他の特性の中でも、導電電流損失を最小限に抑えるために通常の動作状態ではほぼ無限のインピーダンス、フラッシュオーバー中の低インピーダンス、アークの高温に対する物理的耐性を提供する必要があります。[5]
動作電圧が高くなると、このような設計原理をより慎重に考慮する必要があります。中電圧では、ホーン間の隙間が鳥が降り立つほど小さいため、2つのホーンのうち1つを省略できます。[6]代わりに、絶縁体の反対側に2つのセクションからなる二重ギャップを取り付けることもできます。[3]アーク放電のリスクがはるかに低い低電圧配電システムでは、アーク放電ホーンをまったく使用しない場合があります。
アークホーンの存在は、その小さいながらも重要な静電容量のために、必然的に絶縁体全体の通常の電界分布を乱します。さらに重要なことは、アークホーン間のフラッシュオーバーにより地絡が発生し、回路遮断器の操作によって障害が解消されるまで回路が停止することです。このため、重要な場所ではバリスタと呼ばれる非線形抵抗器がアークホーンの代わりに使用できます。[3]
ホーンが正しく取り付けられていない場合、アーク発生時に損傷を与える抵抗加熱が発生する可能性があります。
スイッチ保護
アークホーンは、スイッチアームをアークによる損傷から保護するために、空気絶縁スイッチギアや変圧器に取り付けられることがあります。高電圧スイッチが回路を遮断すると、電流が遮断される前にスイッチ接点間にアークが発生する可能性があります。ホーンは、スイッチ自体の接触面ではなく、アークに耐えるように設計されています。[7] [8]
コロナリングとグレーディングリング
アークホーンは、コネクタや高電位機器のその他の不規則なハードウェア部品を囲むリング状のアセンブリであるコロナリング(または同様のグレーディング リング)と混同しないでください。コロナリングとグレーディング リングは、局所的な蓄積や破壊的な放電の影響を受ける可能性のあるコンポーネントから蓄積された電位を均等化して再分配することを目的としていますが、いずれかのデバイスがアークホーン アセンブリの近くに設置されることもあります。
参考文献
- ^ ab ショート、トム A. 電力配電ハンドブック。CRCプレス。p. 348。ISBN 978-0-8493-1791-0。
- ^ Guile, AE; Paterson, W. (1977).電力システム. ペルガモン. pp. 131–132. ISBN 0-08-021729-X。
- ^ abcd 電気研修協会。電力システム保護。第2巻。IET。pp. 296–297。ISBN 978-0-85296-836-9。
- ^ ルームズ、JST (1988)。高電圧用絶縁体。IET。p. 107。ISBN 978-0-86341-116-8。
- ^ Glover, JD; Sarma, M. (1987).電力システムの分析と設計. PWS-KENT. p. 416. ISBN 0-534-07860-5。
- ^ マックコム、ジョン、ヘイグ、FR（1966年）。架空送電線の実践（第3版）。マクドナルド。182ページ。
- ^ ホーデスキー、マイケル F.パンシーニ、アンソニー J. (2007)。配電工学。フェアモントプレス。 p. 365.ISBN 978-0-88173-546-8。
- ^ パンシーニ、アンソニー J. (1998)。電気変圧器と電力機器。フェアモント プレス。p. 185。ISBN 978-0-88173-311-2。