高電圧スイッチギアとは何か

高圧スイッチギアとは何か？

高圧スイッチギアの定義

高圧スイッチギアとは、36KV以上の電圧を管理し、安全で効率的な電力配分を確保するための設備です。

主な構成部品

エアブラスト、油、SF6、真空遮断器などの高圧遮断器は、高圧電流を切断するために不可欠です。

高圧遮断器の主要な特徴

高圧スイッチギアに使用される遮断器が安全かつ信頼性の高い動作を保証するためには、以下の特徴が必要です。

• 端子障害。

• 短絡線路障害。

• トランスフォーマーやリアクタの磁化電流。

• 長距離送電線の励起。

• コンデンサバンクの充電。

• 位相不一致の切り替え。

エアブラスト遮断器

この設計では、電流がゼロになるときにアーク柱のイオン化が最小となるように、高圧の圧縮空気を用いて2つの分離した接触点間のアークを消去します。

油遮断器

これはさらに大量油遮断器（BOCB）と少量油遮断器（MOCB）に分類されます。BOCBでは、遮断ユニットは地電位の油タンク内に配置され、油は絶縁および遮断媒体として使用されます。一方、MOCBでは、絶縁室内に遮断ユニットを配置することで、絶縁油の必要量を最小限に抑えることができます。

SF6遮断器

SF6ガスは、高圧用途でのアーク消去媒体として一般的に使用されます。六フッ化硫黄ガスは非常に電子負性であり、優れた絶縁性とアーク消去特性を持っています。これらの特性により、高圧遮断器は小型化され、接触間隔も短くなることができます。その優れた絶縁能力は、高圧システムの屋内型スイッチギアの建設にも役立ちます。

真空遮断器

真空状態では、電流がゼロを超えた後、2つの分離した電流運搬接触点間にイオン化は発生しません。初期のアークは次のゼロクロッシングで消えますが、一度電流が最初のゼロを超えた後はイオン化の可能性がないため、アーク消去が完了します。VCBのアーク消去方法は非常に速いですが、非常に高電圧レベルのVCBは経済的ではないため、高圧スイッチギアには適していません。

スイッチギアの種類

• ガス絶縁屋内型（GIS）、

• 空気絶縁屋外型。

障害管理

一般に、電力系統に接続された負荷は誘導性のものです。この誘導性により、短絡電流が遮断器によって中断された直後に、数百Hzの高周波振動を持つ高再突入電圧が発生する可能性があります。この電圧には2つの部分があります。

アーク消滅直後の高周波振動を伴う一時回復電圧。この高周波振動が収束すると、電源周波数の回復電圧が遮断器の接触点間に現れます。

一時回復電圧

アーク消滅直後に、高周波の一時回復電圧が遮断器の接触点間に現れます。この一時回復電圧は最終的に開路電圧に近づきます。この回復電圧は以下のように表すことができます。

振動の周波数は、回路パラメータLとCによって制御されます。電力回路内の抵抗は、この一時電圧を減衰させます。一時回復電圧は単一の周波数ではなく、電力ネットワークの複雑さにより多くの異なる周波数の組み合わせとなります。

電源周波数の回復電圧

これは、一時回復電圧が減衰した後に遮断器の接触点間に現れる開路電圧です。三相システムでは、電源周波数の回復電圧は各相で異なります。第1相で最も高くなります。

ネットワークの中性点が接地されていない場合、最初にクリアされるポールの電圧は1.5U（Uは相電圧）です。接地されている中性点システムでは、それは1.3Uになります。ダンピング抵抗を使用することで、一時回復電圧の大きさと上昇率を制限することができます。

アーク消去媒体の絶縁回復と一時回復電圧の上昇率は、高圧スイッチギアシステムに使用される遮断器の性能に大きな影響を与えます。エアブラスト遮断器では、一度イオン化された空気がゆっくりと脱イオン化されるため、空気は長い時間をかけて絶縁強度を回復します。

そのため、低い値のブレーカ抵抗を使用して回復電圧の上昇率を遅くすることが好ましいです。一方、エアブラスト遮断器は初期回復電圧に対して感度が低いです。SF6遮断器では、遮断媒体（SF6）は空気よりも早く絶縁強度を回復します。低いアーク電圧により、SF6遮断器は初期回復電圧に対してより敏感です。

油遮断器では、アーク中に生成される圧力下の水素ガス（油の再結合による高温により生成）が、電流ゼロ直後に絶縁強度を迅速に回復させます。そのため、油遮断器は回復電圧の上昇率に敏感であり、初期の一時回復電圧にも敏感です。

短距離線路障害

送電ネットワークにおける短距離線路障害は、線路長の5km以内で発生する短絡障害を指します。二重周波数が遮断器に印加され、電源側と線路側の一時回復電圧の差が、遮断器の操作前の瞬間値から始まります。

電源側では、電圧は供給周波数で振動し、最終的には開路電圧に近づきます。線路側では、中断後、伝送線路を通るトラップされたチャージの初期進行波が発生します。駆動側に駆動電圧がないため、線路損失により電圧は最終的にゼロになります。