沓沢俊雄

(1)

11j

充電がいしの注水洗浄における電気的安全性

沓沢俊雄長谷川

赤上陽出男門脇

一男誠叉

1．まえがき

送電線ならびに電鉄架線(1)においては，常に電力の供給を確保しなければならない。このためがいしの汚損による事故あるいはがいし洗浄のための作業停電などは極力回避する必要がある。したがって，充電の状態でがいしを洗浄しうる，できるだけ簡易な方法が要望される。

小口径ノズルによる注水洗浄法はその方法の一つとして挙げられる。

本法は農薬用の噴霧器（容量11.34）と，これに接続する口径0.8mmのノズルを使用する簡便な方法である。このため，作業者がいかなる不便な場所へでも簡単に携行でき，しかも洗浄に要する水量が極めて少ないところにその特長がある。

この方法に関して筆者らは，その人的な安全性(鋤(3)､と電気的な安全性②(4)(5)ならびに洗浄効果の大要(2)(5)についてすでに報告しその可能性を実証した。

そして，小口径ノズルによる注水洗浄の基準として，

実行注水距離を0.5〜2.0m,注水の抵抗率を5k"‑cm 以上にすることを推奨した。

さて，このさい注水の抵抗率の基準の概略値を求めるに当っては，がいし表面に発生する局部アークをもってし，この局部アークの発生電圧をがいしの表面漏れ電流より推測した。その後，注水洗浄に関して種々の面から検討した結果，使用水の抵抗率の下限をさらに低下(鋤しうることがわかった。ここではその一部として，汚損がいしの注水時におけるフラッシオーバの面から検討した結果について報告する。

1 ．V．R

T

0

4 V／2 K 50KVA 200±2伽V

25KVA

第1図試験装置図

発生電圧を調整した｡変圧器の二次電圧は静電電圧計 (SV)にて測定し，高電圧回路には電流の制限抵抗を

入れない季変圧器の二次電流を検出し,継電器で変圧器

を保護する方法をとった。供試がいしは250mm標準懸垂がいしで，特別の場合を除いて66kV系を対象として

4個懸垂吊りにした。

噴霧器の許容圧力は7atiiであるので, これを地上においてがいしを洗浄する場合，ノズル端における実効圧力は4atii程度となる。試験は4atロの水圧で,《注水距離2rnのもとで行った｡使用ノズルは市販の噴霧器用の

ものであり，その口径は0.8mmである。

注水方法は第2図に示す。すなわち懸垂がいし連の下から上へ，例えば4個連の場合は， 1， 2， 3， 4， 5

（第1グループ）と，ついで上から下へ， 6， 7， 8，

9 （第2グループ）さらに第3グループと連続して繰り

返し行った。個々のがいしへの注水時間は1秒ずつとした。注水はがいし下面のひだに向って斜め下から行った｡

注水は水道水（蒸発残留物約80ppm)を用い所要の抵抗率をうるために食塩あるⅧまイオン交換樹脂を通した脱イオン水をこれに加えて調整した。

2．実験方法

試験回路の略図を第1図に示す。試験用変圧器 (T6T)の定格は容量5OkVA,400V/200kV,0.25 Aであり, 25kVAの誘導電圧調整器(IVR)でその

秋田大学鉱山学部秋田大学鉱山学部赤上陽出男

門脇又男

(2)

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カオリン(4 ／2)＋食垣、／2）

第3図食塩濃度とがいし汚損物付着量オリン量）が, 0.11mg/cm2に相当し，実験式によれば洗浄を必要とする等価塩分付着量は0.02mg/cm2程度以

下と考えられる。

3．局部アーク発生電圧

前報⑨(3)に述べたように注水時におけるがいし表面漏

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第2図注水方法説明図がいしの汚損方法は，水道水1 "

中にカオリン40g(一定）と食塩（可変）を混合溶解した汚損液をつくり，これを供試がいしにスプレーした。大体5分間くらいで余分の液はしたたり落ちるので，残余を人口的に乾燥する。これら汚損成分のがいし1個あたりの付着量，および単位面積当りの付着量を第3図に示す。

この場合，カオリンが一定であるので単位面積当りの食塩の付着量で汚損度を区別し，が､.､しの等価塩分付着量をもってあらわした。

第4図に塩害事故をおこした等価塩分付着量とがいし1個当りの負担電圧との関係価)を示した。図中の曲線は中島氏の提案によるものである。本試験は，この実験式のK(力

三︼︶出溌票．慨

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〕 0．05 0

等価塩分付着量(mg/qf)

第4図事故がいしの等価塩分付着量とがいし1個当りの負担電圧と

の関係⑥

(3)

18

れ電流は，印加電圧の低い範囲においては印加電圧に比例的に増減する。これはがいしの表面が一定の濡れの条件にあるためである。しかるに印加電圧が高くなり漏れ電流が大きくなると，その発熱作用によって濡れの条件が変化し乾燥帯が生ずる。このようになるとこの乾燥帯を通じて局部アークが発生するようになる。したがって漏れ電流は，局部アーク発生前の周期的変化②からサージ性の電流変化へと移行し，その最大値は局部アーク発生前の最大値より著しく大きくなる。

前報⑨においては，この漏れ電流より等価塩分付着量0.04〜0.24mg/cm2の範囲における人工汚損がいしについて，各ジェットグループに対する洗浄効果を推定した。また，漏れ電流を水温14｡Cに換算して，第2ジェットグループにおける局部アーク発生電圧より注水の抵抗率を5kj2‑cmに保つことを推奨した。

しかし，局部アークの発生電圧は，前述のように漏れ電流の大小に関係するので，がいしの汚損度ならびに温度によって異なるべきである。本章においては, この点について実験的に検討した。その結果を以下に述べる。

って変化が大きくなっている。がいし1個の場合の局部アーク発生電圧は，ほぼ30〜40kVであり，がいしの連結数が増大するほど、 1個当りの局部アーク発生電圧は著しく低下している。これは連結数によって濡れの状態が異なり，同一がいしに注水するまでの時間が，がいしの連結数が増すほど長くなり，乾燥の効果が大きくなるためである。したがって高抵抗率になるほど漏れ電流が小さくなりがいしの乾燥作用が低減するので特にがいしの連結数が多くなるほど局部アークの発生電圧が高くなる。

（3.1.2）汚損がいし

汚損がいしに注水した場合の局部アーク発生電圧と注水の抵抗率との関係を汚損度と洗浄温度をパラメータに

して第6図に示した。

TA :気温（℃）

T職：水温（℃）

（懸垂がいし4個述使州）

０Ｊ

＜3．1＞抵抗率と局部アーク発生電圧

（3.1.1）清浄がいし

第5図に清浄がいしにおける局部アーク発生電圧と，

注水の抵抗率との関係を，がいしの連結数をパラメータ

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注水の抵抗率(KQ‑Cm)

第6図局部アーク発生電圧と注水の抵抗率と

（､ 1 1; 雪』の関係、

これはがいしの連結数4個の場合である。記号のTA は気温で,TWは水温をあらわす。がいしの表面の温度はTAに近いものと推測しうる条件で行った。TA,TW ともに14｡C,､注水の抵抗率1kjp一cmの場合は，局部アークの発生電圧ほ著しく低下している。しかしこの場合

を除くと局部アーク発生電圧はあまり変化しないdこれは，この洗浄方式では注水ががいしに衝突した後直ちに散乱するので,塩分を溶解してがいしの表面に付着残留

している水分量が少ない。したがって注水の抵抗率による付着水分の導電率の変化が小さいためである。しかし，この残留水分の導電率はその温度によって大きく異

注ｲ<の抵抗率(KQ−an）

第5図清浄がいしの局部アーク発生電圧と注水の抵抗率との関係

にして示した。一般に注水の抵抗率の低下に伴って局部アーク発生電圧は低下している。しかし，がいしの個数が少い1〜2個においては，注水の抵抗率による局部アーク発生電圧の変化は小さく，がいし連結数の増加に伴

(4)

化を示している。これはこの温度範囲において，塩分の溶解度ならびにその時間的変化，および導電率の温度変化が著しく大きいためと考えられる。

なお，等価塩分付着量0.06mg/cm2において，水温 14℃，抵抗率5kQ‑cmにおける局部アーク発生電圧は約40kVであり，前報②において漏れ電流と洗浄効果から推測した局部アークの発生電圧に一致している。

以上のように局部アークの発生電圧は温度によって著しく変化し，がいしの洗浄所要汚損範囲においては，通常の洗浄水の抵抗率のもとでは，高温時ほとんど局部アークを発生することになる。したがって注水洗浄の電気的な安全性の目安を，従来のように局部アークの発生電圧をもってするわけにはいかない。ここで実際に注水時の汚損がいしのフラッシオーバ電圧を確認する必要がある。

なるので，気温あるいは注水の水温によって局部アークの発生電圧は大きく変化する。

したがって局部アークの発生を抑制する注水方法としては，日照時の注水を避けること。ならびに注水水温を低くすることなどがあげられよう。

＜3．2＞水温と局部アーク発生電圧

前述の（3．1･2）項で述べたように局部アークの発生電圧は，気温ならびに水温によって大きな変化を示す。ここでは残留付着水分の温度と局部アークの発生電圧の関係を明白にするため，気温と水温を同一にして行った。この結果を等価塩分付着量0.06mg/cm2の場合を第7図ならびに0.28mg/cm2の場合を第8図に示した。

局部アークの発生電圧の温度依存性は両者ともに同様な

傾向で温度14｡C 22｡Cの範囲では，もっとも急激な変

4．フラッシオーバ電圧

く4．1＞抵抗率とフラッシオーバ電圧

（4． 1 ． 1）清浄がいし

がいしの個数をパラメータとして，注水の抵抗率によるフラッシオーバ電圧を第9図に示した。この場合は気温水温ともに30.Cのもとで行った。注水の抵抗率によってフラッシオーバ電圧は著しく変化する。特に注水の

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個連使用）

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(懸垂がいし4個連使用）

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注水温度

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第7図局部アf−ク発生電圧と注水の温度との関係 ¹²⁰

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注水の挺抗率（K、一画）

第9図清浄がいしのフラッシオーバ電圧と注水の抵抗率との関係抵抗率が2kj2一cmより低くなるとフラッシオーバ電圧は

急激に降下していることが注目される｡しかし;#66kV 系の送電線を対象にした場合対地電圧は38kVであるの

注水温度（℃）

ｸ発生電圧と注水の温度との関係第8図局部アー

(5)

15

で，連結数4個の場合には注水の抵抗率が100"‑cmより低くならないとフラッシオーバしないことになる。したがって清浄がいしに対してはこ･の洗浄方法でフラッシオーバが発生することはほとんど考えられない。

注水の抵抗率によって著しい変化を示す。第11図に注水の抵抗率をパラメータにして水温に対するフラッシオーバ電圧を示した。なおこの場合の水温は気温に等しく調整した。フラッシオーバ電圧の水温ならびに注水の抵抗

等価塩分量 0.17mg／c㎡

（4．1．2）汚損がいし

が､､しの等価塩分付着量をパラメータとして。注水の抵抗率によるフラッシオーバ電圧の変化を第10図に示した。この場合のがいしの連結数は4個で気温，水温ともに30｡Cである。

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注水温度（℃）

第11図汚損がいしのフラッシオーバ電圧と注水の温度との関係

率による変化は，局部アークの発生電圧の場合と異って著しく小さいことがわかる。

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＜4．3＞等価塩分付着量とフラッシオーバ電圧前述のく4．2＞節で述べたようにフラッシオーバ電圧は水温による変化は小さい。第12図に水温18°Cにおける等価塩分付着量に対するフラッシオーバ電圧について，注水の抵抗率をパラメータにして示した。また．同様に18｡Cにおける局部アークの発生電圧をも参考のために同図に示した。

一般にフラッシオーバ電圧は，局部アークの発生電圧の2〜3倍と著しく高くなっている。また等価塩分付着が0.05mg/Cm2より小さくなるに伴って，両者の発生電圧はともに急激に高くなっている。

同図に中島氏の提案しているフラッシオーシオーバ電圧と等価塩分付着量との関係実験式に, ･Kを0.11(カオリン0.11mg/cm2)として計算した曲線を示した。この曲線は，ほぼ局部アーク発生電圧と等価塩分付着量と.の関係曲線に近いことがわかる。すなわち，本法の注水洗浄のさい第二ジェットグループにおいて局部アークが発生する電圧が，送電対地電圧より低くなる汚損条件のも

とでは，小雨あるいは濃霧などの気象条件によってフラ

ピ

シシオーバ事故が発生することになる。 66kV系を対象とした場合，この等価塩分付着量の限界はO.02mg/cm2 である。したがって送電線の安定性の確保のためには常

0 2 4 6 、 8 10 12

注水の抵抗率（Kn−印）

第10図汚損がいしのフラッシォーバ電圧と注水の抵抗率との関係がいしの汚損度が大きくなるに伴って局部アークの場合と同様にフラッシオーバ電圧は低くなっている。また各汚損度におけるフラッシオーバ電圧の注水の抵抗率による差は小さくなっている。これは汚損がいしのフラッシオーバ電圧が，注水の抵抗率よりも汚損塩分量に大きく依存しているためであり，局部アークの項で述べた理由と同様であるものと考えることが出来る。ただ，注水の抵抗率が2kj2‑cmより低くなると．清浄がいしの場合と同様急激にフラッシオーバ電圧の低下が承られる。これは，注水の抵抗率2kj2‑cmがフラッシオーバ電圧の面からみた場合の電気的安全性の一つの境界を示すものと

して注目される。

＜4．2＞水温とフラッシオーバ電圧

汚損がいしの局部アークの発生電圧は，水温ならびに

(6)

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等価塩分付梱k(×10 2mg/c㎡）

第12図汚損がいしのフラッシオーバ，局部アーク発生電圧と等価塩分量との関係にこれ以下の汚損範囲内でがいしの洗浄を行う必要があ

る。

前述の（4． 1．2）項の抵抗率と汚損がいしのフラッシオーバとの関係から，注水の抵抗率の下限を2kQ‑cm と仮定する。この場合0.02mg/cm2の境界等価塩分付着量に対する本法におけるフラッシオーバ電圧は72kVとなる°さらに汚損量がこの値より小さくなるとフラッシオーバ電圧は急激に増大する｡以上の諸点より本法のような小口径ノズルによる充電がいしの注水洗浄は送電線の保全に有効なものであることがわかる｡

ここで述べた注水方法としての各がいしに対する1秒ずつの連続注水はジフラッシオー/;電圧あるいは漏れ電流の面からゑて苛酷な条件である。ノズル口径，および水圧の異なる条件ではあるが，漏れ電流の測定によって筆者らの提案する2kg‑cmまで注水の抵抗率を低減しうることが最近報告(7)されている。・

本法においては，注水時間，ならびにその間隔を変え

ることによってさらに安全に注水できることが期待される。以上のようにフラッシオーバからみた場合，注水の抵抗率を2kQ‑cmまで低下しうることが明らかになり，

使用水源の拡大の面において作業効率を一段と増大する

ことが出来る。

5．まとめ

実際のがいし汚損はその内容が複雑で，今後さらに多くの研究を要する課題とされている。しかし，これまで

の多くの研究結果として；一般に等価塩分付着量をもっ

てその汚損の程度をあらわし莚↓､る。本報告は，カオリ

合 = ｡幻一一0 ｡

ン0.11mg/cm2の，もっともありうる場合の等価塩分付着量を基準として，小口径ノズル(';0.8mm)の注水時の特性．特に局部アーク発生電圧，ならびにフラッシオーバ電圧について述べたものである。その結果の大要をまとめて摘記すると次のようになる。

(1)注水時の局部アーク発生電圧は，がいしの表面に付着残留した水分の導電度に関係する。すなわち，この

(7)

17

水分を介しての漏れ電流の発熱作用によるもので，この導電度の大きい条件では発生電圧が低くなる。

(2) したがって，注水の抵抗率そのものより汚損条件ならびに付着残留水分の温度が大きく関係する。

(3)注水の温度を下げることによって，局部アークの発．』

生を抑制することができる。

(4)注水時のフラッシオーバ電圧は，局部アーク発生電圧の2〜3倍にあたる。

(5) フラッシオーバ電圧は注水の抵抗率が2kJJcm以下になると急激に降下する傾向をもっている。したがって，フラッシオーバ電圧よりゑた場合，注水の抵抗率の下限を2k"‑cmにとるべきである。これは従来採用されている値より著しく小さい値である。

(6)注水時の局部アーク発生電圧ならびにフラッシオーバ電圧は，等価塩分付着量が0.05mg/cm2より小さくなるに伴って急激に上昇する。

(7) 66kVを対象とした場合，等価塩分付着量(K;0.11 mg/Cm2)の限界は約0.02mg/cm2である。この点に対応する注水時のフラッシオーバ電圧は72kVである。したがって本法による洗浄作業は安全である。

今後さらに注水方法，注水時間によるこれらの特性を検討し，最適注水条件を求めるために目下研究中である。

1

文献

('）門脇，赤上，加賀，佐藤電学誌

88,953（昭43）

(2)赤上，門脇，高橋東北支部連大

3A‑14(昭38) (3)門脇，赤上，成田，高橋電学誌

86,930（昭4i)

門脇，加賀，佐藤東北支部連大

7A‑23(昭41) 門脇，松山，沓沢東北支部連大

5B‑26(昭42) 門脇，松山，沓沢全国連大％6（昭43）

門脇，赤上，加賀，沓沢，長谷川

電学誌掲載予定（昭43.10〜11）

(4)藤村，五十嵐，山下全国連大 821 （昭39）

門脇，加賀,沓沢東北支部連大

7A‑24(昭41) (5)赤上，門脇，高橋全国連大 822（昭39）

(6)電気協同研究会電気協同研究

20−2（昭39）

(7)坪谷，藤田北海道支部連大1−13（昭42）