252kV 死タンク SF6 サーキットブレーカー消弧室システムの設計と応用事例

序章

近年、ナイジェリアの電力需要は経済と社会の発展とともに増加しています。安定かつ信頼性のある送電システムはその発展に不可欠です。252kV高電圧送電線はナイジェリアの電力網において重要な役割を果たしており、遮断器の性能はこれらの線路の安全性と安定性に直接影響します。世界有数の電気機器メーカーであるABBは、先進的な消弧室システムを備えた252kVデッドタンクSF6遮断器を開発し、ナイジェリアの電力網の特定のニーズに対応するように設計されました。この製品はSONCAP認証を取得しており、地元の基準への適合が保証されています。

消弧室システムの設計
二重遮断シリーズ消弧設計

252kVデッドタンクSF6遮断器の消弧室は、二重遮断シリーズ設計を採用しています。この設計では、2つの遮断器が直列に接続され、それぞれの遮断器は約50%（つまり126kV）の全電圧を負担するように設計されています。この革新的なアプローチにより、単一遮断器の絶縁回復圧力が大幅に軽減されます。

電力網で短絡障害が発生すると、遮断器内で大電流アークが生成されます。従来の単一遮断遮断器では、消弧過程で252kVの全電圧を1つの遮断器が耐えなければならず、これにより遮断器の絶縁回復に大きな圧力がかかります。しかし、二重遮断シリーズ設計では、電圧が2つの遮断器で分かれるため、各遮断器の電気的ストレスが減少し、絶縁回復に必要な時間も短縮されます。結果として、消弧効率が向上し、消弧後のアーク再燃リスクが大幅に低減されます。

二重遮断シリーズシステムの安定稼働を確保するために、ABBは精密な電圧分配制御技術も開発しました。各遮断器の両端に特別な並列コンデンサが設置されており、これらのコンデンサは複雑な過渡障害条件下でも2つの遮断器間の電圧分布が可能な限り均等になるように慎重に調整されています。この電圧分配メカニズムにより、消弧室システムの信頼性がさらに強化されます。

T型ピストン圧力シリンダ構造

消弧室システムの圧力シリンダはT型ピストン構造を採用しており、高速SF6ガスフローを生成するための主要な部品です。遮断器がトリップコマンドを受け取ると、T型ピストンが動き始めます。開閉過程で、ピストンはシリンダ内のSF6ガスを1.2MPaの圧力に圧縮します。

この圧縮過程は精密に制御され、600m/sの高速ガスフローを生成できるように設計されています。高速SF6ガスフローは消弧過程で重要な役割を果たします。アークが生成されたとき、高速ガスフローはアークプラズマを急速に冷却し、アークの温度を下げ、アークチャネル内のイオン化粒子を取り除きます。これにより、消弧ギャップでの絶縁強度回復過程が加速され、遮断器は故障電流を迅速に切断し、消弧タスクを完了することができます。

T型ピストン構造は、構造が簡単で機械強度が高く、密封性能にも優れています。シンプルな構造は圧力シリンダの製造とメンテナンスを容易にし、高い機械強度は動作中に高圧・高速移動を耐えることができます。圧力シリンダの良好な密封性能は、SF6ガスが漏れないことを保証し、遮断器の正常な動作と電力網の安全性を確保します。

PTFE強化炭素繊維ノズル

ノズルは消弧室の重要な部分であり、その材料性能は遮断器の寿命と消弧性能に直接影響します。ABBは252kVデッドタンクSF6遮断器の消弧室のノズルにPTFE強化炭素繊維を選択しました。

PTFE強化炭素繊維は耐熱性、耐摩耗性、強いアーク侵食耐性などの優れた特性を持っています。消弧過程では、アーク領域の温度は非常に高くなり、しばしば10,000℃を超えることがあります。PTFE強化炭素繊維の耐熱性により、ノズルはこのような厳しい条件下でも構造の完全性と性能の安定性を維持することができます。

アーク侵食耐性について、この材料は少なくとも2000回のフル容量遮断（50kA）を耐えることができ、これにより遮断器のメンテナンスサイクルが大幅に延長されます。従来のノズル材料と比較して、PTFE強化炭素繊維ノズルは寿命が長く、設備のメンテナンスと交換の頻度が減少し、電力網全体の運用と保守コストを削減します。

SONCAP認証と適合

ナイジェリア市場への参入のために、ABBが開発した252kVデッドタンクSF6遮断器の消弧室システムは、SONCAP認証プロセスを成功裏に通過しました。SONCAP認証は、ナイジェリア標準組織によって実施される厳格な評価プログラムであり、輸入電気製品が地元の安全、健康、環境保護基準を満たしていることを確認するものです。

認証プロセス中、ABBの製品は電気性能、機械性能、安全性能、環境適応性など、さまざまな側面で包括的なテストを受けました。二重遮断シリーズ消弧設計、T型ピストン圧力シリンダ構造、PTFE強化炭素繊維ノズルはすべて厳格な審査と検証を通過しました。

例えば、電気性能テストでは、二重遮断システムの電圧分配性能、異なる故障電流下での遮断器の消弧能力、および絶縁回復特性がすべてナイジェリア基準を満たすか超えるものでした。機械性能テストでは、T型ピストン構造の強度と耐久性、および遮断器の機械操作の信頼性も全面的に認められました。

SONCAP認証の取得は、ABBの252kVデッドタンクSF6遮断器の消弧室システムの高品質と信頼性を証明するとともに、ナイジェリア電力網における広範な適用に対する堅固な保証を提供します。

ナイジェリア電力網での適用

この先進的な消弧室システムを備えた252kVデッドタンクSF6遮断器は、ナイジェリアのいくつかの主要な送電プロジェクトで成功裏に導入されています。これらのプロジェクトでは、遮断器は優れた性能を示しています。

運転中、二重遮断シリーズ消弧設計は複数の短絡障害を効果的に処理し、故障の迅速な隔離と電力網への影響の最小化を確保しています。T型ピストン圧力シリンダ構造は安定して高速SF6ガスフローを生成し、遮断器が短時間で消弧タスクを完了することができます。PTFE強化炭素繊維ノズルも良好な性能を維持しており、多くの動作後でも顕著な侵食や損傷は見られていません。

これらの遮断器の信頼性のある動作により、ナイジェリア電力網の信頼性と安定性が大幅に向上しました。遮断器の故障による停電は大幅に減少し、ナイジェリアの工業生産と人々の日常生活に安定した電力供給を提供しています。同時に、遮断器の長い耐用年数と低いメンテナンス要件により、現地電力部門の運用と保守コストも削減され、ナイジェリアの電力産業の持続可能な発展にとって重要な意義があります。

結論

ABBが設計した252kVデッドタンクSF6遮断器の消弧室システムは、革新的な二重遮断シリーズ消弧、T型ピストン圧力シリンダ構造、PTFE強化炭素繊維ノズルを備えており、ナイジェリアの高電圧送電に優れたソリューションを提供します。SONCAP認証の取得により、地元基準への適合が保証され、ナイジェリア電力網での成功的な適用により、その高い信頼性と優れた性能が確認されています。この設計事例は、ナイジェリアの現在の電力網発展ニーズを満たすだけでなく、他の地域における同様の高電圧遮断器の設計と適用にも貴重な経験と参考を提供します。将来、ABBはこの技術をさらに最適化し改善し、グローバル電力産業の発展に貢献していく予定です。