電圧変換器二次回路におけるSPDの問題と解決策
本論文は上記の状況を深く分析し、問題を解決するための技術的対策をまとめています。
1. 電圧変換器二次回路におけるSPD製品の主な問題
現在、国内外で残流が発生しないSPD（スイッチ型避雷器）があります。それらの主な内部放電回路は放電管/ギャップを使用しており、放電電流容量が高い（酸化亜鉛バリスタよりも高い）。しかし、致命的な欠点があります：電圧制限が悪い、アーク引張り電圧があり、応答時間が長く（最大100ns）。これらは二次回路設備に適切な保護を与えることを防ぎます。さらに、アーク引張り電圧により、電圧変換器の二次回路電圧（100V）が数ボルトまで低下し、測定・制御システムが高電圧線の電圧損失を示すことがあります。したがって、スイッチ型避雷器は使用できません。
2. 解決策と主な内容
市場にある一般的なSPDコア放電要素には、放電管CDT、酸化亜鉛バリスタMOV、一時的な電圧抑制装置TVDがあります。TVDは超高速応答（1ns）、良好な電圧制限、小さな残流（1μA以下）を持ち、損傷後に焼き切れ短絡することなく切断されます。しかし、その放電電流は低く（1kA）。また、CDT、GAP、TVDは、MOVよりも高電圧耐衝撃性が高く、10kVの衝撃に耐えられる構造です。
これらの要素の利点を組み合わせて複合回路を使用することで、製品（MOVと並列CDTおよびTVDの直列接続）が設計されました。図1に示します。
図1：放電原理
雷電流がポイントAに侵入すると、最初はMOVは非導通状態です。しかし、MOVの残流によってポイントAとBの間の電位が均等になります。このとき、TVDは1ns以内に活性化し、ポイントBとCの間に直接の経路を作ります。その結果、全雷電圧がポイントAとBの間のMOVに適用されます。MOVの活性化電圧Umは、複合回路の活性化電圧Ucの50%であるため、高電圧はMOVの活性化を加速し、通常の25nsの応答時間を約12.5nsに短縮します。この期間中、放電電流がまだ増加している間、ポイントAからBへの直接経路は、ポイントBとC（ここでTVDの最大電流容量は約1kA）に大部分の雷電圧を適用します。
設計上の観点から、CDTの活性化電圧はUcの50%低いです。さらに、部分的に導通するMOVの内部抵抗RLにより、ポイントBの電圧が初期の雷電圧を超える電圧降下が生じます。テストでは、これによりCDTの活性化時間が100nsから15nsに短縮され、全体の回路が25ns以内に完全に導通できることが確認されています—これは単独のMOVの応答時間と一致します。
放電後、TVDの微小な残流とCDTの完全な切断により、MOVの残流問題が解消され、潜在的な危険が防止されます。電圧クリッピング性能に関しては、TVDの正確な活性化（活性化電圧がクリッピング電圧と等しい）により、低いクリッピングしきい値が確保されます。Um = 0.5Ucの場合、回路内のMOVのクリッピング電圧は1.5Ucとなり、全体の複合回路のクリッピング電圧は2Ucとなります—これは単独のMOVモジュールの3倍の比率よりも大幅に優れています。
さらに、部品の故障を検出するための監視回路が統合されています。内部要素が劣化すると、監視ノードは開状態から閉状態に遷移し、SPDの故障を信号します。表1は、同一条件での単独のMOVモジュールと複合放電回路SPDの性能比較を示しています。
この新しいタイプのSPDは残流がありますが、非常に低いレベル（10μA以下）で過電圧を制御できます。さらに、残流パラメータを変更せずに、過電圧が消失した後も迅速に切断することができます。これは、電圧変換器の二次回路に適用する理想的な製品です。
SPDは、単独の酸化亜鉛バリスタモジュールを置き換える複合放電回路を採用し、電圧変換器の二次回路に対する過電圧保護技術的対策を提供します。これにより、SPD回路が雷や動作過電圧の影響を受けた後、残流が増加する問題を回避できます。また、破壊や故障が発生しても、短絡現象はありません。SPDに破壊や短絡などの故障箇所がある場合、SPDの警報接点を通じて運転・保守人員に通知され、保護の誤動作や不動作の問題を防ぐことができます。
3. 結論
実際の使用過程において、複合回路を採用したSPDは、開始時から故障時（損傷後は直接切断）までの残流値がほぼ変化せず、3μA未満に制御できます。さらに、複合回路を通じてSPDは故障監視接点を便利に提供でき、運転・保守人員による監視が容易です。
複合電圧変換器の二次回路に対する過電圧抑制技術を採用することで、電圧変換器の二次回路におけるSPDの接地隠れた危険により引き起こされる保護安全の誤動作や不動作のリスクを回避します。これにより、電圧変換器の二次回路における雷や動作過電圧に対する保護が真正に実現され、厳しい天候環境や事故状況下でも電力二次設備の安全な運転が保証されます。
