変電所の隣に立って、これらの大きくて白いセラミックのような部品が電気的および物理的なあらゆる圧力にどのように耐えるのか疑問に思ったことがあるのは、あなただけではありません。私が最初に磁器ブッシングの供給会社で働き始めたとき、私はそれらが単なる豪華な絶縁体だと思っていたことを認めます。結局のところ、彼らの本当の超能力は？他の材料ではすぐにひび割れたり、崩れたり、破損したりするような重大な機械的ストレスに耐えます。コーヒーを飲みながらおしゃべりするようにこれを分解して（堅苦しい工学専門用語は使わないでください、お約束します）、磁器ブッシュがどのようにこれをうまく機能させるかを詳しく見てみましょう。
まず、磁器ブッシュとは何なのかを理解しましょう。これで戦いの半分は終わりです。市場にいる人なら、おそらく次のような用語に出会ったことがあるでしょう。磁器オイルブッシュまたは変圧器用磁器ブッシュ—これらは私たちがここで作るものの基礎です。ご存知のとおり、変圧器やその他の高電圧機器には、電気がどこにでも漏れることなく、タンクの内部 (電源がある場所) から外部に電流を流す方法が必要です。ここでブッシングが登場します。ブッシングは高電圧導体を接地された金属タンクから分離する障壁であり、単なる電気以上のものを処理する必要があります。変電所の大きな設備からの振動、強風、瓦礫による小さな衝撃に加え、材料の膨張や収縮を引き起こす温度の変動などです。磁器は美しいだけでなく、あらゆるストレスに耐えられるように設計されているため、この用途に最適です。
基本的なことから始めましょう。素材自体は、日常的に使用されるコーヒーマグの磁器ではありません。当社では、粘土、長石、石英を特別に混合し、超高温 (キッチンのオーブンよりもはるかに熱い) で焼き上げた電気グレードの磁器を使用しています。通常のセラミックを落とすと欠ける可能性があることをご存知ですか?そうですね、この材料はより密度が高く、より硬く、より均一です。焼成すると、これらの成分が溶け合ってガラス状の非多孔質の表面が形成されます。これはストレス耐性にとって大きな変革となります。磁器は水を吸わないですよね？水は他の物質を重くしたり、凍ると膨張したり、電気の通り道を作ったりすることがありますが、これは非多孔質であるため、雨、雪、または湿気の多い気候でも安定した状態を保ちます。弱い部分（焼成不良による小さな気泡など）があると、そこに応力がかかり材料に亀裂が生じるため、一貫性が重要です。すべてのバッチをテストして、気泡がないこと、つまり手抜きがないことを確認します。
次に、磁器ブッシングの構造は機械的ストレスにどのように耐えられるのでしょうか?これを近くで見ると (当然ですが、生きているものには触れないでください)、それは単なる真っ直ぐな円筒ではありません。ほとんどのスカートは外側が大きく波打っていますよね？人々はいつも私たちに「なぜ奇妙な形をしているのですか？」と尋ねます。実は、これらのスカートには二重の役割があることが分かりました。第一に、主絶縁体から水や汚れを遠ざけます (電気的側面については後ほど説明します)。第二に、機械的応力を均等に分散します。トランポリンのようなものだと考えてください。中央に体重をすべて置くと壊れる可能性がありますが、マット全体に体重を分散させると壊れません。スカートも同様です。スカートにより、圧力の矢面に当たるブッシュの外面が部分的に厚くなります。風が変電所を押すとき、または技術者が誤って工具でぶつけたとき、スカートがその力を分散させて、小さな点に集中して亀裂を引き起こすことを防ぎます。
次に内部部分です。ほとんどの磁器ブッシュには、電気が流れる中心金属導体 (通常は銅またはアルミニウム) が中央を通っています。ただし、磁器に金属棒を突き刺すだけではだめです。温度が変化すると棒は異なる速度で膨張および収縮し、時間の経過とともに磁器が引き裂かれてしまいます。そこで、緩衝材のような役割を果たす特別なシーラント（通常はゴムまたはエポキシ）を使用して導体を磁器に接着します。熱や寒さによるサイズの小さな変化を吸収するため、磁器が強く引っ張られたり、押し込まれたりすることはありません。温度ストレスはブッシュの最大のサイレントキラーの 1 つであるため、これは大きな問題です。変電所は冬の氷点下から夏のうだるような暑さになる可能性があり、内外の材料が一致していないと、そのサイクルが壊れてしまいます。
さて、標準について話しましょう。これは推測ではないからです。ヨーロッパにいるなら、おそらく次のような問題に取り組んでいることでしょう。欧州規格の変圧器ブッシュ仕様には、機械的および電気的性能に関して非常に厳しい規則があります。北米にお住まいの場合は、DIN 規格 (確認してください)DIN規格ブッシュ）許可されるものの基準を設定します。私たちが作るとき電気磁器ブッシング、例外なく、これらすべてを満たす必要があります。たとえば、衝撃をシミュレートするために重りを付けた振り子でブッシュを叩くテストがありますが、欠けたり亀裂が入ったりすることはありません。別のテストでは、特定の荷重（風力など）がかかったときにどれだけ曲がるかを測定し、永久的な損傷が発生しないように元の形状に戻る必要があります。これは、磁器ブッシングの信頼性を高める一種の実際のテストです。
先ほど振動について触れましたが、変電所は常にハム音を立てていますよね。大型機器の稼働により常に小さな振動が発生し、長年にわたって小さなサンドブラスターなどの材料が摩耗する可能性があります。ここでは磁器の剛性が実際に役に立ちますが、やはりデザインが重要です。ブッシングを変圧器タンクに取り付ける方法 (底部に金属フランジが付いています) は、磁器から振動を伝達するように設計されています。フランジはしっかりとボルトで固定されており、磁器と金属の間にはショックアブソーバーとして機能するゴム製ガスケットがあります。そのため、振動は壊れやすい磁器に直接伝わるのではなく、ガスケットによって緩衝されて分散されます。だからこそ、当社のブッシュは現場で 20 年、30 年、さらには 40 年も長持ちします。絶え間ない揺れによって磨耗することはありません。
待ってください。嵐の中で枝が茂みに落ちた場合など、もっと重いものはどうなるでしょうか?磁器は硬いですが、壊れないわけではありません。しかし問題は、磁器の圧縮強度は引張強度よりもはるかに高いということです。圧縮強度は押したときにどれだけ耐えられるかを示し、引張は引っ張ったり曲げたりしたときにどれだけ耐えられるかを示します。したがって、何かで叩いた場合、その力のほとんどは圧縮（押し込み）であり、磁器はその処理に優れています。スカートもここで役に立ちます。スカートは、本体が直接攻撃を受けないよう衝撃の矢面に立ってくれる盾のようなものです。もちろん、大きなものが落ちれば、磁器であっても壊れる可能性はありますが、ほとんどの失敗の原因となる日常の小さなストレスに耐えることを目的としたデザインであるため、そのようなことはまれです。
実際の例をあげましょう。数年前、海岸沿いの町に住むクライアントが、非常にひどいハリケーンに見舞われたことがありました。風は時速190マイルほどで、雨が変電所を襲いました。彼らは、ブッシュがすべて壊れているのではないかとパニックになって私たちに電話してくれました。私たちがそこに到着したとき、ほとんどの磁器ブッシュはまったく問題ありませんでしたが、露出度の高い場所にあるいくつかの部分だけが、スカートの端に小さな欠けがありました。の磁器オイルブッシュプラスチックは寒さと風で脆くなったため、ユニットは以前に使用していたプラスチック製のものよりもはるかに優れた耐久性を持っていました。そのとき、私はピンと来たのです。磁器は単なる伝統的な素材ではなく、異常気象の試練に耐えた実証済みの素材なのです。
さて、これを読んでいるあなたが施設管理者またはエンジニアであれば、次のように考えているかもしれません。「なるほど、これは良さそうですが、正しいものを選択するにはどうすればよいでしょうか?」まあ、それはどこに行くかによって異なります。寒冷地の変圧器内にある場合は、熱衝撃に対してより耐性のある磁器混合物を使用します。塩気のある海岸地域では、腐食を防ぐために磁器の釉薬が厚くなります。さまざまなサイズと耐荷重も用意しているので、過剰に購入する必要はありません。重要なのは、ブッシュが直面する特定の機械的応力にブッシュを適合させることであり、それが私たちのチームの専門分野です。
結局のところ、電力網を構築または保守する場合、予期せず故障する部品は望ましくありません。ブッシュが破損すると変圧器全体が壊れる可能性があり、ダウンタイムと修理に数千ドルの費用がかかります。磁器ブッシングは、適切な材料で作られ、用途に合わせて設計され、基準に従ってテストされ、スマートな取り付けと組み合わされているため、機械的ストレスに耐えます。これはロケット科学ではありませんが、正確な仕事です。だからこそ、私たちは出荷するすべてのユニットに誇りを持っています。
プロジェクトで何が起ころうとも耐えられる、信頼性の高い磁器ブッシングをお探しの場合は、ぜひお問い合わせください。変圧器、変電所、その他の高電圧機器が必要な場合でも、当社のチームが適切な機器を見つけるお手伝いをいたします。ご要望については、お気軽にお問い合わせください。心配することなく、適切な製品を確実に入手できるようお手伝いいたします。
参考文献
- 電力変圧器およびレギュレーター用の磁器ブッシングの適用、設置、およびメンテナンスに関する IEEE ガイド、IEEE Std C57.19.00-2016。
- 欧州電気標準化委員会 (CENELEC) EN 50180:2019、電源変圧器 - ブッシング。
- DIN 規格 42510、電源変圧器およびリアクトル用の高電圧ブッシング。
- 米国電気製造者協会 (NEMA) 規格 AP1、電気機器用の磁器絶縁体およびブッシング。
- 電力研究所 (EPRI) 技術レポート: 変電所環境における磁器コンポーネントの耐久性、2021 年。
