電力システムにおける絶縁調整とは何ですか

電力システムにおける絶縁調整とは何ですか？

絶縁調整の定義

絶縁調整とは、電気絶縁を戦略的に配置して、システムの損傷を最小限に抑え、故障時の修理を容易にするためのものです。

システム電圧

ノミナルおよび最大システム電圧を理解することは、異なる運転条件下でパワーシステムの絶縁設計を行う上で重要です。

ノミナルシステム電圧

ノミナルシステム電圧は、通常の設計に基づく相間電圧です。例えば、11kV、33kV、132kV、220kV、400kVのシステムがあります。

最大システム電圧

最大システム電圧は、パワーシステムが無負荷または低負荷状態で長時間発生する可能性のある最大許容電源周波数電圧です。これも相間で測定されます。

以下に、参考のために異なるノミナルシステム電圧とそれに対応する最大システム電圧のリストを示します。

注 – 上記の表から、一般的に最大システム電圧は220kVまでの電圧レベルでは対応するノミナルシステム電圧の110%であり、400kV以上では105%であることがわかります。

接地係数

これは、障害時に健全な相に対する最高のrms相対地電源周波数電圧と、障害がない場合に選択された場所で得られるであろうrms相間電源周波数電圧との比です。

この比率は、一般的に、選択された障害位置からの視点でシステムの接地条件を特徴付けるものです。

効果的な接地システム

接地係数が80％を超えない場合、システムは効果的に接地されていると言えます。超える場合は非効果的接地です。

孤立中性システムの場合、接地係数は100％であり、完全接地システムでは57.7％（1/√3 = 0.577）です。

絶縁レベル

すべての電気機器は、その全使用期間中に異なる異常一時過電圧状況を経験します。機器は雷衝撃、スイッチング衝撃、または短時間の電源周波数過電圧に耐えなければならないかもしれません。高電圧パワーシステムの絶縁レベルは、そのコンポーネントが耐えられる最大の衝撃電圧と短時間の電源周波数過電圧のレベルによって決定されます。

300kV未満のシステムの絶縁レベルを決定する際には、雷衝撃耐電圧と短時間の電源周波数耐電圧が考慮されます。300kV以上の設備では、スイッチング衝撃耐電圧と短時間の電源周波数耐電圧が考慮されます。

雷衝撃電圧

自然雷によるシステムの擾乱は、3つの異なる基本波形で表現できます。雷衝撃電圧が送電線をある程度伝わってから絶縁体に到達すると、その波形はフルウェーブに近づき、これが1.2/50ウェーブと呼ばれます。伝搬中に雷擾乱波が絶縁体をフラッシュオーバーさせると、波形はチョッピングウェーブになります。雷が直接絶縁体に直撃すると、雷衝撃電圧は急激に上昇し、フラッシュオーバーによって緩和され、電圧が急激に低下します。これらの3つの波は、持続時間と形状が大きく異なります。

スイッチング衝撃

スイッチング操作中に、システム内に単極電圧が現れることがあります。その波形は周期的に減衰または振動するものになるかもしれません。スイッチング衝撃波形は急峻な前部と長い減衰振動尾を持っています。

短時間の電源周波数耐電圧

短時間の電源周波数耐電圧は、通常60秒間にわたる特定の時間に電気機器が耐えなければならない正弦波電源周波数電圧の規定されたrms値です。

保護装置

過電圧保護装置としてのサージアレスターや雷アレスターは、一定レベルの瞬間過電圧に耐えるように設計されています。このレベルを超えると、装置はサージエネルギーを地面に排出し、瞬間過電圧のレベルを特定のレベルまで維持します。したがって、瞬間過電圧はそのレベルを超えることはありません。過電圧保護装置の保護レベルは、スイッチング衝撃や雷衝撃が適用されたときに過電圧保護装置の端子で超えてはならない最高のピーク電圧値です。

シールドワイヤーまたは接地ワイヤーの使用

地上送電線での雷サージは、直接雷によるものもあります。適切な高さで最上位導体の上にシールドワイヤーや接地ワイヤーを設置することで、これらの線路を保護することができます。このシールドワイヤーが適切に送電塔に接続され、送電塔が良好に接地されている場合、接地ワイヤーの保護角度内の任意の導体への直接雷を防ぐことができます。シールドワイヤーはまた、変電所とその設備を雷から保護します。

絶縁調整の従来的方法

前述のように、電力システムのコンポーネントは、スイッチングや雷衝撃電圧を含むさまざまなレベルの一時電圧ストレスを経験することがあります。雷アレスターなどの保護装置を使用することで、これらの瞬間過電圧の最大振幅を制限することができます。保護装置の保護レベルを超えた絶縁レベルを維持することで、絶縁破壊の可能性が最小限に抑えられます。これにより、絶縁に到達するあらゆる瞬間過電圧は、保護レベルによって設定された安全範囲内に保たれます。

一般的に、インパルス絶縁レベルは保護装置の保護レベル電圧の15〜25％上に設定されます。

統計的な絶縁調整方法

より高い送電電圧では、絶縁子ストリングの長さと空気中のクリアランスは、電圧に対して線形ではなく約V1.6に増加します。異なる過電圧に対する吊り下がりストリングの必要絶縁子枚数は以下の通りです。220kVシステムでは、過電圧係数が2から3.5に増加しても絶縁子枚数の増加はわずかですが、750kVシステムでは急速に増加します。したがって、低い電圧線路では過電圧係数3.5（例）までの保護が経済的に可能かもしれませんが、高い電圧線路では2〜2.5を超える過電圧係数は経済的に不可能です。高い電圧システムでは、スイッチング過電圧が主となります。ただし、これらはスイッチング装置の適切な設計によって制御できます。

経済効率

絶縁調整は、特に高い電圧レベルでは技術的要求事項と経済的実行可能性のバランスを取る必要があります。