ブッシング（電気）

電力分野において、ブッシングは中空の電気絶縁体であり、変圧器や遮断器などの導電バリアに電気導体が電気的に接触することなく安全に通過できるようにします。ブッシングは通常磁器 で作られていますが、他の絶縁材料も使用されます。

電荷を帯びたすべての物質は電界を生成します。通電された導体がアース電位の物質の近くにある場合、特に電界線がアースされた物質の周囲で急激に曲がる場所では、非常に強い電界強度が形成されます。ブッシングは電界の形状と強度を制御し、絶縁物質の電気応力を軽減します。

ブッシングは、接地された材料が存在する場合、絶縁体内で発生する電界強度に耐えられるように設計する必要があります。電界強度が増加すると、絶縁体内に漏れ経路が発生する可能性があります。漏れ経路のエネルギーが絶縁体の誘電強度を超えると、絶縁体に穴が開き、電気エネルギーが最も近い接地された材料に伝導して、燃焼やアーク放電を引き起こす可能性があります。

一般的なブッシングの設計では、通常は銅またはアルミニウム、場合によっては他の導電性材料でできた導体が、端子端を除いて絶縁体で囲まれています。

バスバーの場合、導体端子がバスバーを所定の位置に保持します。ブッシングの場合、絶縁体を所定の位置に保持するために固定装置も絶縁体に取り付けられます。通常、固定点は絶縁体と一体化しているか、絶縁体の表面の一部を取り囲んでいます。固定点と導体の間の絶縁体は、最も高い応力を受ける部分です。

電気ブッシングの設計では、絶縁材の電気強度が、高応力領域を介して導体を通過する「電気エネルギー」の浸透に耐えられることを保証する必要があります。また、漏洩経路の発生を指示および制御するのは電流ではなく電圧であるため、ブッシングは、通常の継続的なサービス耐電圧だけでなく、偶発的および例外的な高電圧モーメントにも耐えられる必要があります。

絶縁ブッシングは屋内でも屋外でも設置でき、絶縁材の選択は設置場所とブッシングの電気サービス義務によって決まります。

ブッシングが長年にわたって正常に機能するには、絶縁材の構成と設計形状の両方において効果を維持する必要があります。これがブッシングの寿命を左右する重要な要素となります。したがって、ブッシングは材質と設計スタイルの両方で大きく異なります。

最も初期のブッシング設計では、屋内と屋外の両方の用途に磁器が使用されています。磁器が最初に使用されたのは、焼成された釉薬で密封されると湿気を通さないという特性と、製造コストが低いためです。磁器の主な欠点は、線膨張値が小さいため、柔軟なシールと頑丈な金属製の継手を使用して対応する必要があることです。この 2 つの欠点は、製造と運用上の問題を引き起こします。

基本的な磁器ブッシングは、壁や金属ケースの穴にフィットする中空の磁器の形状で、導体を中央に通して両端を他の機器に接続できます。このタイプのブッシングは、多くの場合、湿式焼成磁器で作られ、その後釉薬がかけられます。ブッシングの長さに沿って電位勾配を均等化するために、半導体釉薬が使用される場合があります。

磁器ブッシングの内部には、追加の絶縁を提供するためにオイルが充填されることが多く、この構造のブッシングは、より高い部分放電が許容される 36 kV まで広く使用されています。

IEC 60137 に準拠するために部分放電が必要な場合は、加熱されていない屋内および屋外の用途で、紙および樹脂絶縁導体が磁器と組み合わせて使用​​されます。

高電圧用途では樹脂（ポリマー、高分子、複合材）絶縁ブッシングの使用が一般的ですが、ほとんどの高電圧ブッシングは、屋外端では磁器またはポリマーのウェザーシェッドを備えた導体の周囲に樹脂含浸紙絶縁材で作られ、屋内端では時々使用されます。

初期の絶縁材のもう 1 つの形態は紙でしたが、紙は吸湿性があり、水分を吸収するため、柔軟性のない直線的なデザインでは不利になります。 1960 年代以降、形状の柔軟性と誘電強度の高さから、キャスト樹脂技術が絶縁製品の主流となっています。

通常、紙絶縁体は、後にオイル（歴史的）または今日ではより一般的には樹脂で含浸されます。樹脂の場合、紙はフェノール樹脂でフィルムコーティングされて合成樹脂結合紙（SRBP）になるか、乾式巻き取り後にエポキシ樹脂で含浸されて樹脂含浸紙またはエポキシ樹脂含浸紙（RIP、ERIP）になります。

SRBP 絶縁ブッシングは、通常、約 72.5 kV までの電圧で使用されます。ただし、12 kV を超えると、外部電界を制御し、紙絶縁体の誘電強度を低下させる内部エネルギー貯蔵を均一化する必要があります。

紙絶縁ブッシングの性能を向上させるために、巻き取り工程中に金属箔を挿入することができます。金属箔は、静電容量の効果を利用して内部エネルギーを均一化し、生成された電界を安定させる働きをします。この機能により、コンデンサー/キャパシター ブッシングが生まれました。

コンデンサー ブッシングは、巻線工程で非常に薄い金属箔の層を紙に挿入して作られます。挿入された導電性箔は容量効果を生み出し、絶縁紙全体に電気エネルギーをより均等に分散させ、通電導体と接地された材料間の電界ストレスを軽減します。

コンデンサー ブッシングは、箔のない設計よりも固定フランジの周囲に大幅に弱い電気応力場を生成し、樹脂含浸と組み合わせて使用​​すると、100 万ボルトを超えるサービス電圧で非常に効果的に使用できるブッシングを生成します。

1965 年代以降、最高電圧までのすべてのタイプのブッシングに樹脂材料が使用されてきました。鋳造可能な絶縁体を使用できる柔軟性により、多くの製品分野で紙絶縁体が置き換えられ、既存の絶縁ブッシング市場を支配しています。

紙絶縁と同様に、電気応力場の制御は依然として重要です。樹脂絶縁は紙よりも誘電強度が高く、25 kV 未満の電圧では応力制御が少なくて済みます。ただし、コンパクトで定格の高いスイッチギア設計では、以前よりもブッシングに近い位置にアース材が配置されており、これらの設計では、12 kV という低電圧で動作する樹脂ブッシングに応力制御スクリーンが必要になる場合があります。固定ポイントは、多くの場合、メインの樹脂フォームと一体化しており、紙ブッシングで使用される金属フランジよりもアース材に問題が生じることが少なくなります。

ただし、内部鋳造スクリーンを使用する樹脂絶縁ブッシングの設計では、鋳造プロセス中にスクリーンの周囲の樹脂内の微小空隙を除去するのが困難であることから生じる部分放電の増加によって、電気応力場制御の利点が相殺されないように注意する必要があります。電圧が上昇するにつれて、樹脂内の空隙を除去する必要性が高まり、定格が 72.5 kV を超えるブッシングでは、樹脂を含浸させた箔紙絶縁に戻るのが一般的です。

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ブッシングは、部分放電が原因で故障することがあります。これは、通電状態で長年使用することで絶縁体がゆっくりと徐々に劣化することが原因で起こることもありますが、数時間で正常なブッシングが破壊されるような急速な劣化である場合もあります。現在、電力供給業界では、高電圧ブッシングの状態を監視することに大きな関心が寄せられています。ただし、使用開始直後に故障するブッシングの一部は、電圧の制御や基本的なメンテナンスの実施に失敗したことが原因ですが、製造時に組み込まれた初期故障メカニズムに関連するものもあります。この見解は、世界中でブッシングの故障が少数であることからも明らかです。

有限要素法解析は通常、ブッシングを新しい機器/場所で使用する資格を認定する前に実行されます。これは、高電圧導体の周囲のブッシングに特に当てはまります。電気解析は通常、導体の周囲の電界の生成と、ブッシングの形状がその電界に与える影響に焦点を当てます。構造解析では、ブッシングが耐えることが予想される負荷 (風、雪、地震、雨など) を考慮します。

• 中央発電委員会（1982年）。現代の発電所の実践。ペルガモン。ISBN 0-08-016436-6。
• IEC 60137:2008、BEAIRA 技術レポート Q/T123-1952 高電圧ストレス制御コンデンサー型ブッシングおよびコンデンサーの設計、BEAIRA 技術レポート Q/T125-1952 高電圧コンデンサーブッシングのストレス、BS EN 50180、50181、50386