複合配電装置の規格と構造性能の分析
複合配電装置の規格と分類
複合配電装置には比較的多くの種類があります。一般的に使用されるものには、パッケージ式変電所、箱型変圧器、プレアッセンブル式変電所、複合変圧器、ヨーロッパスタイルの箱型変電所、アメリカスタイルの箱型変電所があります。
複合配電装置に関連する規格
中国で現在有効な複合配電装置に関連する主な規格は以下の通りです：国標準GB/T 17467-1998 高圧/低圧プレアッセンブル式変電所、機械工業標準JB/T 10217-2000 複合変圧器、および電力業界の発注標準DL/T 537-2002 高圧/低圧プレアッセンブル式箱型変電所の選択ガイドライン。
1995年に国際電気技術委員会（IEC）が標準IEC1330-1995 高圧/低圧プレアッセンブル式変電所を発表しました。国標準GB/T 17467-1998 高圧/低圧プレアッセンブル式変電所はIEC1330標準と同等です。この標準では、プレアッセンブル式変電所は「型式試験を通過し、高圧システムから低圧システムへ電力を伝送するために使用される設備であり、変圧器、低圧および高圧スイッチギア、接続線、補助設備を含むカバー内に収められている」と定義されています。
機械工業標準JB/T 10217-2000 複合変圧器によると、複合変圧器の標準的な定義は次の通りです：「変圧器本体、スイッチギア、ヒューズ、タップチェンジャー、および対応する補助設備を組み合わせた変圧器」。
電力業界の発注標準DL/T 537-2002 高圧/低圧プレアッセンブル式箱型変電所の選択ガイドラインは、元のDL/T 537-1993 6-35kV箱型変電所の技術条件を改訂し、箱型変電所の電力業界標準をIEC 1330-1995と一致させました。DL/T 537-2002とIEC 1330-1995（つまりGB/T 17467-1998）との違いは表1に示されています。
上記の国内3つの標準はすべて推奨標準です。さまざまな業界の特性により、各標準には独自の特徴があります。電力業界の発注標準はユーザーの視点から、国際（国内）標準に基づいて表1に示す内容を追加し、設備選択のより詳細な基準を提供しています。
複合配電装置の分類
上記の規格にもかかわらず、実際の応用における複合配電装置の命名は非常に一貫しておらず、分類も異なります。主に2つのカテゴリーがあります：一つはプレアッセンブル式変電所をヨーロッパスタイルの箱型変電所のみとして定義するもの、もう一つは全ての複合配電装置をプレアッセンブル式変電所と総称し、さらにプレアッセンブル式変電所を「ヨーロッパスタイルの箱型変電所」と「アメリカスタイルの箱型変電所」に分けるものです。一部のサプライヤーは異なるユーザーのニーズに対応するため、同一製品に2つの名称を持つこともあります。
構造と性能分析
ヨーロッパスタイルのプレアッセンブル式変電所
1970年代に中国はフランスやドイツなどのヨーロッパ諸国から6-10kV統合配電設備を導入しました。この革新的な設備は、変電所の3つの主要コンポーネント（高圧スイッチギア、変圧器、低圧配電盤）を単一の筐体内に統合し、プレアッセンブル式変電所の概念を確立しました。
1993年12月、旧電力部が業界標準DL/T 537-1993「6-35kVプレアッセンブル式変電所の技術仕様」を発表しました。この標準の第3.1条では明確に定義しています：「高圧配電設備、電力変圧器、低圧配電設備、および電力量計測装置を1つまたは複数の筐体内に収めたコンパクトな完全な配電装置をプレアッセンブル式変電所と呼び、略して箱型変電所と呼ぶ。」ヨーロッパの設計に基づくこの構成は、一般的にヨーロッパスタイルのプレアッセンブル式変電所と呼ばれています。
1998年に国標準GB/T 17467-1998「高圧/低圧プレアッセンブル式変電所」が発表された後、公式の用語は「プレアッセンブル式変電所」に変わりましたが、ユーザーとメーカーは引き続きこれらの設置を実際には箱型変電所またはヨーロッパスタイルの変電所と呼んでいます。
構造的特徴：
ヨーロッパスタイルの変電所は通常、以下の3つの機能ブロックで構成されています：
高圧室
低圧室
変圧器室
主に2つの配置が採用されています：
直列配置：標準的な配置
三角形配置：複雑な低圧回路要件に採用
従来の変電所に対する性能上の利点：
負荷近接最適化：
供給半径を40-60%削減
ケーブル投資コストを25-35%削減
線損を15-20%削減
スペース効率：
従来の変電所の敷地面積の約10%
土木工事コストを60-70%削減
簡素な設置：
現場建設時間を50-60%削減
技術的な制限と解決策：
封じ込め設計は重要な熱管理課題を提起します：
放熱が制限され内部温度が上昇（典型的なΔT増加：8-12℃）
コンポーネントの安定性への潜在的な熱影響（推定性能低下：10℃上昇ごとに3-5%）
産業での緩和策には以下があります：
高度な換気システム：
迷路構造の筐体壁
軸流式排気ファン（通常200-400 CFM容量）
熱強化措置：
ラジエータ最適化（表面積を20-30%増加）
耐熱絶縁材料（クラスH以上）
これらの解決策は効果的ですが、以下の問題を引き起こします：
構造の複雑さ（製造サイクルの延長：15-20%）
追加のエネルギー消費（補助システム：全負荷の5-8%）
音響放射（典型的な騒音レベル増加：3-5 dBA）
最近の技術的進歩：
主要なメーカーは熱管理において画期的な開発を達成しました：
変圧器の新しい放熱構成（効率改善：12-15%）
筐体の空力最適化（温度低下：6-8℃）
強制通風なしの認証済み大容量設計（≧800kVA）
GB 1094.11乾式変圧器の熱制限への適合（巻線最大温度上昇：100K）
これらの革新により、国家標準を遵守しながら以下の成果を達成しています：
エネルギー節約（ファン電力削減：100%）
騒音レベル低下（4-7 dBA）
運転信頼性向上（MTBF改善：20-25%）
アメリカスタイルの箱型変電所（複合変圧器）
1990年代に、アメリカスタイルの区画別三相配電変圧器が中国市場に登場しました。アメリカ国立標準（ANSI）C57.12.26-1992 高圧プラグインコネクタ付きパッドマウント区画別自己冷却三相配電変圧器の標準によれば、高圧ケーブルは高圧室のケーブルコネクタを通じて変圧器に接続され、低圧ケーブルは低圧端子にボルトで接続されます。パッドマウント区画別配電変圧器の油タンクには高圧ヒューズと4位置ロードスイッチが装備されています。変圧器は終端またはリングネットワークとして動作し、変圧器の高圧側の電源状態を保護および制御することができます。
中国の変圧器メーカーは、アメリカスタイルの製品の低圧室内に低圧回路ブレーカーと電力メーターを追加し、それらを複合配電装置にしました。これらは住宅コミュニティで広く使用されています。ヨーロッパスタイルの箱型変電所と区別するために、これらはアメリカスタイルの箱型変電所または複合変圧器と呼ばれます。機械工業標準JB/T 10217-2000 複合変圧器は複合変圧器の標準的な定義について詳述しています（上記参照）。3.7では、「高圧・低圧室」を「高圧・低圧ケーブル端子と電気部品の操作・制御部分が鋼板によって囲まれ、油タンク壁に依存する空間」と定義しています。これはヨーロッパスタイルの箱型変電所との構造的な違いの一つです。
この標準は、複合変圧器（アメリカスタイルの箱型変電所）を油タンク構造に基づいて2つのタイプに分類しています：共通タンク型と分離タンク型。共通タンク型では、高圧電気部品が変圧器本体と同じ変圧器油タンクを共有し、ZGという文字で表されます。分離タンク型では、負荷スイッチなどの高圧電気部品が別の油タンクに配置され、他の高圧電気部品と変圧器本体は別の油タンクに設置されます。両油タンクの油回路は接続されておらず、ZFという文字で表されます。
共通タンク複合変圧器
ヨーロッパスタイルの箱型変電所の利点に加えて、共通タンク複合変圧器には以下の利点があります：
小さなフットプリント：ヨーロッパスタイルの箱型変電所の面積のおよそ3/5を占める。
優れた放熱性：変圧器が直接露出しており、放熱に有利である。構造は比較的単純で、販売価格は比較的低い（ヨーロッパスタイルの箱型変電所のおよそ3/5）。
輸送と設置が便利：体積が小さく、輸送と設置がより便利。
中国の文脈では、海外から直接輸入されたアメリカスタイルの箱型変電所には以下の欠点があります：
変圧器油の劣化：高圧負荷スイッチが動作すると生成されるアークにより、変圧器油が分解され、アメリカスタイルの箱型変電所の全体的な寿命に影響を与える可能性がある。
相欠損動作：高圧ヒューズがブローすると、変圧器が相欠損状態で動作する可能性がある。
高圧回路機能の制限：高圧回路の機能は比較的単純であり、現在の電気運用規則の要求を完全に満たしていない。例えば、高圧負荷スイッチには明確な切断点がない。
これらの問題に対処するために、国内メーカーはいくつかの改良を行いました。上記のように、アメリカスタイルの箱型変電所の低圧室内に低圧回路ブレーカー（通常はスマートエアブレーカー）を追加することで、過負荷、低電圧、短絡、接地などの多重故障保護を実現しました。これにより、低圧フィーダーラインの短絡や過負荷による高圧ヒューズのブローが防止され、変圧器の相欠損動作が避けられます。次に、高圧部分が再設計されました。例えば、高圧保護に関して、アメリカスタイルの箱型変電所は負荷スイッチを使用して負荷電源を切断し、バックアップ保護ヒューズとプラグインヒューズで全範囲の電源保護を依頼します。
分離タンク複合変圧器
これまで、変圧器メーカーが生産したアメリカスタイルの箱型変電所の大部分はZG型共通タンク複合変圧器に属しています。上記の共通タンク複合変圧器の欠点を解消するために、国内の変圧器メーカーは負荷スイッチやバックアップ保護ヒューズなどの高圧部品を変圧器油タンクから分離しました。負荷スイッチなどの高圧部品の小室には高閃点油が注入され、変圧器油タンクには通常のNo. 25油が注入されます。これにより、負荷スイッチの動作による変圧器油の老化問題が解決され、高閃点油を使用した場合の全変圧器油タンクの放熱問題（高粘度による）も解消されます。
非晶質合金変圧器の採用
変圧器は箱型変電所の中で最も大きくて最も熱を発生する部品です。その構造的特性と損失レベルは、箱型変電所の全体的な設計と直接関係しています。
1996年、中国は500 kVA以下の非晶質配電変圧器の開発と生産に成功しましたが、生産量は少なかったため大規模な生産は達成されませんでした。1998年、上海新電電機株式会社は米国のゼネラル・エレクトリック（GE）から非晶質変圧器の設計と製造技術を導入し、大規模生産を開始しました。現在、非晶質変圧器の製造業者は20社以上存在しています。非晶質合金鉄心の無負荷損失はS9シリーズの20%であり、非常に顕著な省エネ効果を示しています。
ANSI配電変圧器標準は、変圧器技術と市場の広い文脈でも役割を果たしています。しかし、国内の箱型変電所で非晶質合金変圧器を採用する際に制約となる主な要因は価格であり、国が対応するインセンティブ政策を実施する必要があります。実際、国内外で非晶質合金変圧器を使用するための多くのインセンティブ政策があります。台湾のメーカーによると、台湾地域では非晶質合金変圧器製品に対して厳格な標準を制定しており、ユーザーがどこで非晶質合金変圧器を購入しても、変圧器容量に基づいて補助金を受け取ることができ、kWあたり数万ニュータイドルの報酬が与えられています。
ヨーロッパスタイルとアメリカスタイルの箱型変電所の比較
上述のように、アメリカスタイルとヨーロッパスタイルの箱型変電所は、容積、占有面積、環境調和性の点で共通の利点を持っています。ANSI配電変圧器関連規格を参考に設計されたアメリカスタイルの箱型変電所は、占有面積、価格、放熱性など、ヨーロッパスタイルよりも一定の利点があります。例えば、DXB(W)-1.10型箱型変電所の場合、変圧器の高圧・低圧ブッシング、タップチェンジャー、オイルコンサーバー、オイルドレンバルブは1つの側壁に設置され、それぞれ個別の高圧・低圧設備室に収められています。変圧器は箱型変電所の筐体の一部を形成し、残りの3つの側壁には空気に露出した波形放熱フィンが装備されています。これにより放熱条件が改善され、一定の損失が減少します。
しかし、アメリカスタイルの箱型変電所の放熱部が長時間空気に露出しているため、自然環境による材料の腐食などの新たな問題が生じ、設備の全体的な寿命に影響を与えます。また、夏にはアメリカスタイルの箱型変電所の放熱フィンの温度が80-90℃を超えることがありますので、誤って近づいた人が火傷するリスクがあります。
非晶質合金変圧器を使用するヨーロッパスタイルの箱型変電所は、国内メーカーが新たに開発した製品です。これは非晶質合金複合変圧器（共通タンク型と分離タンク型を含む）の技術的進歩を反映しています。他の放熱設計の改善により、自然冷却を実現しながら国家の温度上昇要件を満たし、換気ファンのエネルギー消費と騒音を排除しています。そのため、非晶質合金ヨーロッパスタイルの箱型変電所は優れた技術的特性を持っています。
結論
標準のさらなる普及により、複合配電装置の命名はより統一されるべきです。技術の発展と製造プロセスや構造の改善により、アメリカスタイルとヨーロッパスタイルの箱型変電所は従来の変電所と比較してより優位性を持ち、小型化、環境調和性、多機能性、そして信頼性のある電力供給に対する市場の要求に適応しています。非晶質合金などの環境に優しく省エネな材料の使用が一定の政策インセンティブを受けられるならば、国内の箱型変電所の技術的および経済的性能はさらに向上するでしょう。
