住宅、商業、産業、太陽光発電、鉱山、地方自治体の配電プロジェクトでは、電力ケーブルの信頼性がグリッドの安全性、プロジェクトの耐用年数、および総ライフサイクルコストを直接決定します。 IEC 60502-1 に準拠した低電圧ケーブル (0.6/1 kV) と、IEC 60502-2 に準拠した XLPE 絶縁を備えた中電圧ケーブル (3.6/6 kV ～ 20.8/36 kV) が、世界の電力ケーブル需要の 90% 以上を占めています。不均一な絶縁厚さ、過剰な導体抵抗、シールド層のギャップ、微細な絶縁ピンホールなどの多くの潜在的な製造欠陥は、多くの場合、設置時にすぐには故障を引き起こしません。むしろ、3 年から 8 年の稼働後、徐々に絶縁破壊、過熱、部分放電、ケーブル溝火災、三相短絡などの問題が発生する可能性があります。原材料の入荷検査、工程内モニタリング、最終製品のテストを含む、包括的な多段階の品質管理により、これらの隠れた欠陥を効果的に阻止し、IEC、BS、BASEC、および地方公共団体の仕様への完全な準拠を保証できます。このアプローチにより、電気技術者や建設請負業者の設置後のクレームや長期メンテナンスのコストが最小限に抑えられます。この記事では、エンドツーエンドの品質管理プロセス、標準化されたテストパラメータ、根本原因分析と実際のフィールド障害に基づく修正措置について詳しく説明し、フィールド技術者とプロジェクトの指定者に実践的な検査ガイドラインを提供します。
この工場では、製造プロセスのあらゆる段階をカバーする ISO 9001 規格に準拠した 3 段階の品質保証システムを導入しています。最初の層は受入品質管理 (IQC)、原材料が倉庫に保管される前、または生産ラインに導入される前に、原材料のサンプリング検証と品質検査が義務付けられています。 2 番目の層は、工程内品質管理 (IPQC)、定期検査、初品検査（金型または仕様の変更後）、生産中の継続的なリアルタイムオンライン監視を組み合わせます。 3 番目の層には以下が含まれます最終品質管理 (FQC)そして出荷品質管理 (OQC)これには、すべてのリールの日常的なテスト、バッチベースのタイプテスト、および出荷前の外観と梱包の最終チェックが含まれます。低圧製品と中圧製品では、品質管理の優先順位が異なります。標準の 0.6/1kV 低電圧ケーブルの場合、導体抵抗の一貫性、絶縁寸法の均一性、継続的なオンライン スパーク テスト、および外部シースの寸法適合性に重点が置かれています。逆に、6kV ～ 35kV の中電圧ケーブルの場合、メーカーは、絶縁体の同心度、半導電層と絶縁層の間の界面の滑らかさ、部分放電性能、ホットセットの安定性、金属シールドの重なり率、および長手方向の止水性能に重点を置いた、より厳格な管理基準を適用します。
品質管理は原材料の入荷から始まり、一貫したケーブルの性能を確保するための基礎となります。入荷するすべてのバッチには正式な適合証明書が添付され、物理的および電気的特性について現場で抜き打ち検査を受ける必要があります。不適合なバッチは直ちに隔離されて拒否され、生産に入ることが厳しく禁止されます。銅導体棒とアルミニウム導体棒は、低圧用途か中圧用途かによって検査基準が異なります。 20°C で 4 プローブ テスターを使用して DC 抵抗率を測定する場合、低電圧製品は IEC 60228 の基本要件を満たすだけで済みますが、中電圧導体にはより厳しい許容基準が適用され、動作中の過度の電圧降下と発熱を最小限に抑えるために、測定された抵抗が公称値の 99.5% 以下に維持される必要があります。引張強度と伸びは万能試験機を使用してテストされます。低電圧用途の銅棒は最低 30% の伸びが必要ですが、中電圧用途の銅棒はより線プロセス中の断線を防ぐために 35% の伸びが必要です。検査員はまた、表面の酸化、傷、バリ、汚染物質を検出するために目視および顕微鏡検査を実施し、押出成形中にこれらの欠陥が絶縁層に穴を開けるのを防ぎます。マイクロメーターは個々のワイヤーの直径を測定するために使用されます。公差は、低電圧材料の場合は ±0.02 mm 以内に制御され、中電圧材料の場合はさらに厳密な ±0.015 mm に制御され、コンパクト撚線プロセス中の寸法精度を確保します。
絶縁材料および半導電材料 (XLPE、PVC、LSZH、および内側/外側半導電層を含む) は、厳格な受入材料検査を受ける必要があります。これは、中電圧ケーブルの長期部分放電耐性を確保するために重要です。試験パラメータには以下が含まれます： メルトフローレート（配合の一貫性を検証し、押出焦げのリスクを排除するため）。予備的なホットセット評価 (押出後の架橋性能を予測するため);誘電正接 (tan δ) の測定 (長期 AC 動作中の絶縁劣化傾向を評価するため)。 XLPE ペレットの水分含有量管理 (中圧地下設置環境で過剰な内部水分が水トリーを引き起こし、絶縁劣化を促進するのを防ぐために、200 ppm 未満にする必要があります)。補助材料にも包括的なものが必要です受入品質管理 (IQC)検査、特に銅製シールドテープの厚さ公差、引張特性、表面平坦度、ピンホール欠陥チェックをカバーします。亜鉛メッキ鋼製装甲テープのコーティングの完全性、引張強度、耐食性の検証。外側シース PE および PVC 材料の耐紫外線性、耐摩耗性、低温曲げ性能の試験、およびカスタム LSZH グレードの難燃性検証。
生産中のリアルタイム検査により、製造の進行中に発生源での欠陥の検出と防止が可能になります。品質管理担当者は毎時検査を実施し、製品モデルや押出金型が変更されるたびに必須の「初品検査」を実施する一方、すべての生産ラインは継続的に自動化されたオンライン監視を受けています。伸線および焼きなましの段階での重要な検査パラメータには、単線の直径の均一性、断線の防止、および焼きなましプロセスの適切性などが含まれます。焼き鈍しが不十分だと導体の抵抗が増加しますが、焼き鈍しが過剰だと導体が脆くなり、断線しやすくなります。オンライン閉ループ直径監視システムは過剰な伸びを防止し、導体の断面積の減少によって引き起こされる抵抗の問題を回避します。通電容量に直接影響を与える導体の撚り合わせプロセスでは、「鳥かご状」の変形や個々の素線の緩みを防ぐために、指定された撚り長さを厳密に遵守して製造されます。より線導体の外径は規定の許容差内に維持され、より線が切れたり紛失したりすることはなく、抵抗のスポットチェックにより全体の電気的性能が規格を満たしていることが確認されます。中電圧ケーブルは通常、大電流送電時の表皮効果損失を最小限に抑えるために超コンパクトな導体設計を採用しています。
絶縁層の押出と架橋は、中電圧ケーブルの信頼性を決定する重要なプロセスです。さまざまな電圧定格に対して、具体的で定量化可能な品質管理 (QC) パラメータが確立されています。 0.6/1 kV XLPE (架橋ポリエチレン) 低電圧ケーブルの場合、絶縁体の最も薄い部分の厚さは公称厚さの少なくとも 90% でなければならず、最大許容偏心は 15% でなければなりません。生産全体を通じて継続的なオンラインスパーク試験が実施され、荷重下でのホットセット伸びの上限は 175%、永久変形率は 15% を超えません。 IEC 60502-2 規格に準拠した 8.7/15 kV XLPE 中電圧ケーブルの場合も同様に、最薄点の絶縁厚は公称値の少なくとも 90% である必要がありますが、過度の偏心は内部電界分布を歪め、偏心制限はより厳しく、通常は 10% 以内、特定の送電網顧客の仕様に応じて 8% まで低くなります。早期の絶縁破壊。三重共押出（内側半導電層、絶縁層、外側半導電層）を利用する生産ラインでは、微細なボイドやピンホール欠陥を即座に検出できるように、スパーク試験の電圧しきい値がより高く設定されています。同時に、動作中の熱変形や絶縁破壊を防ぐために、同様に厳格なホットセットの合格基準が適用されます。中電圧ケーブルによくある重大な欠陥には、半導電層と絶縁層の間の界面の突起、粒子状不純物、空隙が含まれます。これらの欠陥は、時間の経過とともに激化する持続的な部分放電侵食を引き起こす可能性があります。このリスクを軽減するために、製造施設では、レーザーベースの直径測定と同心度のためのリアルタイムのインライン監視システムと統合された、クリーンルーム環境内での三層共押出プロセスが採用されています。
金属シールド ラップの適用は、中電圧ケーブルの製造における重要なステップです。生産監督者は、銅テープのオーバーラップ率が一貫して 15% ～ 25% の間に維持され、隙間、しわ、エッジが上向きになっていないことを確認する必要があります。銅テープの接合には完全溶け込み溶接が必要であり、その結果、曲げの際に絶縁層を損傷する可能性のある鋭いバリのない滑らかで平らな表面が得られます。シールド層の真円度は厳密に制御されます。凹凸があると電界応力の分布が不均一になる可能性があるためです。ケーブル配線、外装、外被の押出などの後続のプロセスでは、ケーブルの円形断面を維持するために適切な充填材が使用され、コアのねじれや絶縁体の傷を防ぎながら撚りピッチが仕様内に維持されます。スチールテープ外装の場合、隣接するテープエッジ間の隙間はテープ幅の半分未満に制限され、曲げまたは直接埋設の際に鋭利なエッジが内側の寝具層に穴を開けるのを防ぐために、2つの層の重なり位置がずらして配置されています。外側シースの押出プロセスにより、均一な肉厚と滑らかな表面が確保され、連続的なエンボス加工により、電圧定格、製品モデル、長さのマーク、適用される規格、およびメーカー情報が明確にマークされます。さらに、直接埋め込み用途の場合、外側シースに対してインライン スパーク テストが実行され、ピンホール欠陥が検出されます。
IEC 規格に従って実施される定期試験と型式試験は、納品前の最終的な品質管理ステップを構成します。完成したケーブルのすべてのリールは 100% 定期試験に合格する必要があります。一方、型式試験は、第三者認証および請負業者が要求するプロジェクト固有の工場受け入れ試験を満たすために、生産バッチごとにスケジュールされています。必須のリールバイリールのルーチンテストは、導体の実際の断面積と撚り品質を検証するための導体の DC 抵抗テストから始まります。絶縁抵抗測定については、低圧ケーブルでは1kV絶縁計（1000MΩ・km以上の指示値が必要）が使用され、高圧ケーブルでは高圧耐圧試験前の予備検査には5kV絶縁抵抗計が使用されます。さらに、テストプロセスには、AC耐力テスト、金属シールドと外装層の導通チェック、ケーブルの外観と印刷マーキングの全長検査が含まれます。
バッチベースの型式試験は、入札、第三者検査、およびプロジェクト認定の承認に必要であり、低電圧製品と中電圧製品に対して個別の試験範囲が設定されています。低電圧ケーブルの場合、型式試験には、熱間セット、冷間曲げ、熱変形 (熱間伸び) 試験などの機械的特性評価のほか、IEC 60332 規格に準拠した難燃性試験や、カスタマイズされた低煙ゼロハロゲン (LSZH) 製品の煙密度試験が含まれます。中電圧ケーブルは、部分放電測定 (定格電圧の 1.5 倍で 10 pC 未満の放電レベルが必要)、誘電損失角正接 (tan δ) 試験、極低周波 (VLF) 耐電圧評価など、追加の高価値の試験を受けます。これらは、地下環境での長期的な動作安定性を損なう可能性のある絶縁欠陥を検出するように設計されています。機械的評価の範囲は、装甲耐食性と繰り返しの曲げ半径サイクル試験にまで及び、これにより、請負業者はケーブルの牽引や溝の設置時の安全な取り扱い方法と許容限界について指導されます。環境耐久性試験には、トンネル、湿った導管、および地下水没環境での用途における水トリー耐性と長手方向の遮水性能の検証が含まれます。パラメータを直接比較すると、2 つのケーブル タイプ間のテスト要件の違いが浮き彫りになります。低電圧 (0.6/1 kV) ケーブルは 3.5 kV の AC 電圧テストに 5 分間耐える必要があるのに対し、中電圧 (8.7/15 kV) ケーブルは 39 kV に 30 分間耐える必要があります。部分放電測定は、低電圧ケーブルの必須の日常試験ではありませんが、中電圧ケーブルの中核となる必須の試験です。最大許容偏心はそれぞれ 15% と 10% です。また、中圧三層共押出生産ライン向けに、カスタマイズされたスパーク テスト電圧しきい値が確立されています。
実際のエンジニアリング失敗事例は、建設請負業者や現場エンジニアにとって厳格な製造品質管理 (QC) の価値を明確に示しています。このプロジェクトには、全長 3.2 キロメートルにわたる地下市営 8.7/15 kV 3 芯 XLPE 電力ケーブル システムが含まれていました。試運転から 4 年後、ケーブル接続部の故障が発生しました。これにより、ケーブルトレンチ内に可燃性ガスが蓄積し、相間短絡が引き起こされ、広範囲にわたる停電が発生しました。障害後のフォレンジック分析により、製造時の不適切な品質管理が根本原因であることが判明しました。具体的には、銅シールド層の不均一な巻き付けにより局所的なギャップが生じ、電界応力集中が誘発され、部分放電による接合部の浸食が進行しました。第二に、不安定な押出制御により、仕様限界を超える絶縁層のわずかな偏心が生じ、湿った地下環境での水トリーの成長が促進されました。第三に、架橋が不十分なために熱安定性が低下し、繰り返し負荷に伴う温度上昇により絶縁層が徐々に変形し、内部電気応力集中が悪化しました。メーカーが実施した是正措置および予防措置には、次のものが含まれます。三層共押出プロセス中の偏心のリアルタイムオンラインアラームしきい値を厳格化します。銅シールドテープのラッピングに自動張力制御システムを導入し、オーバーラップ率を安定させます。ホットセットテストのサンプリング頻度を 1 時間に 1 回に増やします。建設請負業者の場合、ケーブルの現場受け入れ時に部分放電データ、寸法検査記録、架橋度試験証明書を含む包括的な試験報告書を検証することで、欠陥製品が建設現場に入るのを効果的に防止できます。これにより、修理、掘削、交換などの設置後の高額な費用が最小限に抑えられ、配電インフラ プロジェクトの長期的かつ安定した運用が保証されます。
