配電システムにおけるリングメインユニットの応用

経済の継続的な発展と電力が人々の生活に与える影響、特に高負荷密度の都市地域における電力供給の信頼性は特に重要です。環状主幹構造を基にした配電網を設立することで、電力供給の信頼性を効果的に向上させ、供給の一貫性を確保し、配電設備の故障やメンテナンスによる停電の影響を最小限に抑えることができます。環状運転モードの重要な装置であるリングメインユニット（RMU）は、そのシンプルな構造、コンパクトなサイズ、低コスト、および電力供給パラメータ、性能、安全性の改善能力により、都市住宅地区、高層ビル、大規模公共施設、工業プラントなどの負荷中心地にある配電所やコンパクトな変電所で広く使用されています。

1. リングメインユニットの種類

配電システムにおいて、リングメイン機能を実行できる機器には主にリングメインタイプのケーブル分岐箱とRMUがあります。リングメインタイプのケーブル分岐箱はコストが低く、設置場所が柔軟です。特にRMUが必要とする配電室のスペースが取得困難な既成の都市地域では、その柔軟性が有利です。しかし、RMUと比較して、リングメイン分岐箱の最大の欠点は、安全性（特に誤操作防止措置に関する）が劣り、作業環境が不十分であり、一定のリスクがあることです。条件が許す限り、著者はリングメイン構成にRMUを使用することを推奨します。RMUは、使用される負荷開閉器の種類に基づいていくつかのタイプに分類できます：エアブレスタイプのRMU、ピストンタイプのRMU、真空RMU、SF6 RMU。これらのうち、エアブレスタイプとピストンタイプのRMUは、負荷開閉器の致命的な欠陥と低い信頼性によりほとんど廃止されました。真空RMUとSF6 RMUは、高い性能と信頼性のある動作・保守により、配電システムで広く使用されています。

1.1 真空リングメインユニット

国内での真空遮断器と真空スイッチギアの生産と使用の長年の経験により、中国では真空技術が比較的成熟しています。国内で開発された真空RMUは型式試験で高い性能を示しましたが、広く使用されていません。主な理由は、操作機構の性能不足です。真空スイッチの操作機構の設計は比較的複雑で、国内の原材料、加工技術、品質管理のレベルにより、国内メーカーが生産する操作機構の品質はまだ真正に達していません。操作と保守が困難であり、真空RMUの真空度を測定することは保守上の大きな課題です。

1.2 SF6リングメインユニットの長所と短所

配電システムにおけるSF6 RMUの応用は主に輸入製品によって行われています。それらは優れた性能、信頼性のある動作、完全に絶縁された密封設計、およびメンテナンスフリーの利点により、電力供給部門から広く歓迎されています。典型的なSF6 RMUには、シュナイダーのRM6、ABBのSafeRing、シーメンスの8DJ20があります。しかし、運用中にはいくつかの欠点もあります。

1.2.1 SF6 RMUの長所：

(1) 高い性能仕様：SF6 RMUは高い動作頻度を持ち、最大100回の定格有効負荷の切り替えが可能です。また、良好な切断能力と高電流への耐えられる能力があります。

(2) 便利なメンテナンス：キャビネット表面の設計はユーザーフレンドリーです。パネル上に明確な配線図の指示があり、操作のガイドとなります。一部の製品はキャビネット表面に注意事項を記載しており、これにより操作者の誤操作の頻度をさらに減らします。多くのRMU製品は、主回路の帯電状態を検出できる装置を装備しており、帯電状態を示し、電磁ロックと組み合わせることで帯電中にハンドルドアが閉じられないようにし、誤操作を減らします。さらに、フロントドアに透明なアクリル製の観察窓があり、スイッチの開閉状態を直接確認でき、非常に便利です。

(3) 強い柔軟性：現代のRMUは、様々な配電網設計の要件を非常に柔軟に満たすことができ、実際の状況に応じて任意に組み合わせることができます。さらに、ケーブル接続方法も非常に柔軟で、不均一な地面でも部分放電を引き起こすことなく適応可能な接続が可能です。

1.2.2 SF6 RMUの短所：

(1) 柔軟性のない構成：製造元が提供する限定的なスキームからしか選択できないため、様々なユーザー固有のニーズを満たすのが難しい場合があります。

(2) 拡張不可能：スイッチギアが稼働開始後、通常は拡張できません。

(3) 専用アクセサリの必要性：特定のケーブル端子など、専用アクセサリが必要で、コストがかかります。

(4) 厳格な設置要件：設置要件を満たさないと、意図した性能を達成できない場合があります。

完全密封のSF6 RMUの構成が柔軟性に欠けるため、配電網では拡張可能な半密封のSF6 RMUの使用が増えています。半密封RMUは各ユニットごとに独立したガスコンパートメントを持ち、拡張、設置、交換が容易です。現在、広く使用されているRMUには、シュナイダーのSM6、ABBのUniswitch、シーメンスの8DH10があります。国内メーカーがSF6負荷スイッチ技術を徐々に習得しているため、国内製SF6 RMUの数量と品質は着実に向上しています。ただし、現在、国内の10kVおよび20kV SF6 RMU市場は主に外資系企業（シュナイダーやABBなど）が支配しています。

2. SF6リングメインユニットの問題点

2.1 SF6ガス中の水分量

SF6 RMUにはめったに水分量試験報告書が付属しません。設備オペレーターである電力供給会社は、しばしば自ら水分量を測定することはできません。SF6ガス中の水分量は、その消弧性能と設備の安全な動作性能に直接影響します。長年運用されているSF6 RMUの消弧能力の状態を評価することは課題です。

2.2 SF6ガス漏れの問題

SF6 RMUは密封不良によりガス漏れが発生する可能性があります。実践的な経験によると、輸入設備は一般的に密封性能が良いですが、漏れ事故は依然として発生します。多くのユニットはガス監視装置を持っていないため、ユーザーは漏れに気づかないことがあります。これは潜在的な危険を作り出す可能性があります。特に、ゼロゲージ圧力でのRMUの性能（絶縁、切り替え等）と内部アーク障害に対する耐えられる能力についてです。多くの製品は手動操作機構を使用しており、オペレーターは近接して作業します。事故が発生すると深刻な結果につながる可能性があります。現在、圧力インジケータの取り付けは必須要件となり、半密封RMUの必要なアクセサリとして含まれています。

2.3 機械機構の問題

配電変圧器保護において、負荷スイッチとヒューズを組み合わせた組合せユニットが一般的です。負荷スイッチは負荷電流を切りますが、ヒューズはショート回路および過負荷電流を切ります。河北省の配電網では、完全密封のRMUでヒューズが切れても負荷スイッチが確実に開かず、故障した変圧器が電源から切り離されずに重大な損傷を受けた事件が発生しました。原因は、トリップワイヤーの行程が長すぎたため、ヒューズストライカピンからの衝撃力が負荷スイッチのトリップ機構を正常に動作させることができなかったことです。この欠陥は、トリップワイヤーとナットの締め付けを調整することで解決できます。また、変圧器フィーダユニットのヒューズ動作のシミュレーションは、稼働前の必須試験として含まれています。

2.4 等化シールドの材料問題

半密封RMUは通常、触れるケーブル端子を使用できません。ケーブル端子接続部の相間距離が不足している問題に対処するために、等化シールドがよく使用されます。しかし、アルミニウム製の等化シールドは湿気の多い環境に非常に弱く、防結露ヒーターを使用しても、湿潤環境での効果は限られています。20kV配電システムでは、これらのシールドの深刻な腐食が観察されています。表面の粗さと白色粉末状の腐食生成物は、シールド表面の電界均一性を乱し、等化効果を失わせます。シールド周辺の小さな相間距離と日常的な温度変動により、ガスコンパートメントの底に結露が形成され、シールド領域に流れ戻って放電パスを作り出します。ガスコンパートメントの底の絶縁バリアのエポキシ材料は、重度の電気腐食を受けて最終的に相間放電パスを形成し、表面絶縁破壊につながります。この放電プロセスは漸進的です。結露対策として、電力供給会社はRMUの等化シールドを改良し、シリコーンゴム絶縁ケーブル端子カバーに切り替えることができます。これらのカバーは内部に半導体層を使用しており、依然として等化効果を提供することができます。改良されたRMUデザインは、結露試験と耐電圧試験を通過し、配電網での試験運用が計画されています。

3. SF6 RMU選択の推奨事項

(1) 拡張可能なRMUを選択する：その柔軟な構成、簡単な設置、拡張の容易さは、SF6 RMUの使用の将来の方向性を示しています。

(2) 保守を考慮する：理想的には、SF6負荷スイッチはSF6圧力を監視する装置を装備しているべきです。そうでない場合は、ゼロゲージ圧力での切り替え試験を通過している必要があります。

(3) 気候と場所を考慮する：結露試験を通過した製品を選択する。将来的な拡張を考慮しない小規模なリングメインユニット、例えば終端ユニットの場合、完全密封のRMUを使用することで、結露による設備への影響を大幅に減らすことができます。

まとめ

長年の運用実践から、様々なRMUのタイプの中で、SF6 RMUは高性能、信頼性、コンパクトなサイズ、少ない空間要件、そして最小限の保守により最も広く使用されています。維持費、二次投資、信頼性などの様々な要因を考慮すると、条件が許す限り、配電網の改修と建設プロジェクトでSF6 RMUの使用を優先することが推奨されます。計画と建設の段階では、自動化デバイスの導入と安全で信頼性が高く先進的な設備の採用を十分に考慮し、配電レベルを向上させ、配電網をより信頼性と安全性が高いものにすることが求められます。