空載変圧器の切り替え時にAIS高電圧遮断スイッチによって生じる現象
高圧遮断器の紹介
高圧遮断器と接地スイッチの違い
高圧遮断器（遮断器）と接地スイッチは、それぞれ異なる機械式の切り替え装置であり、電力システムにおいて重要な役割を果たしています。
高圧遮断器: 主に回路が開いているか閉じているかを示すために使用されます。遮断器には電流を切断する能力があり、生状態下で大電流を切断し、接点が分離され復帰電圧が発生した場合でも安定性を維持することができます。高圧遮断器は、ショートサーキットや過負荷などの障害から電力システムを保護するために通常使用されます。
接地スイッチ: 主な機能は、回路のさまざまな部分、特に設備を接地して安全な接触を確保することです。接地スイッチには電流を切断する能力がないため、負荷電流を切断することはできません。通常、高圧遮断器と組み合わせて使用され、遮断器が開いた後、回路のすべての部分が確実に接地されて偶発的な感電を防ぐことができます。
AIS高圧遮断器の動作制限
空気絶縁切替装置（AIS）では、高圧遮断器は通電中または接点が分離され復帰電圧が発生した後に電流を切断することはできません。これは、遮断器が生状態下で動作しても、小さな電流しか効果的に切断できないことを意味します。具体的には、接点間に定格電圧が現れた場合、遮断器は小さな電流を切断できますが、大電流や重負荷を扱うことはできません。
接地スイッチの機能
接地スイッチの主な役割は、回路のさまざまな部分を接地することで、メンテナンスや点検時の安全性を確保することです。高圧遮断器と組み合わせて使用することも、単独で使用することもできます。回路を接地することで、接地スイッチは静電荷の蓄積を効果的に排除し、偶発的な感電を防ぎ、その後のメンテナンス作業の安全性を提供します。
キャパシティブおよび無負荷変圧器の切り替えの概要
高圧遮断器のキャパシティブ電流の切り替え能力
IEC標準によれば、高圧遮断器は故障電流の切断用に特別に設計されているわけではありませんが、生状態下で動作するため、小さな電流を切断することが期待されています。IECの隔離器（分離器）の定義では、遮断器（分離器）は、ほとんど電流が中断または接続されない回路を開閉することができると述べています。
明示的には述べられていませんが、この説明は小さなキャパシティブ充電電流とループ切り替え（並列切り替えとも呼ばれます）を指していると解釈することができます。特定の用途では、これはバス転送スイッチと呼ばれています。IEC 62271-102はこれを確認し、「無視できる」キャパシティブ充電電流の上限を0.5 Aと設定しており、それ以上の値についてはユーザーとメーカー間の合意が必要とされています。
定格バス転送電流
IEC 62271-102によれば、定格バス転送電流は以下の通り指定されています：
電圧レベル52 kV < Ur < 245 kVの場合、バス転送電流は遮断器の定格通常電流の80%ですが、1600 Aに制限されます。
電圧レベル245 kV ≤ Ur ≤ 550 kVの場合、バス転送電流は遮断器の定格通常電流の60%です。
電圧レベルUr > 550 kVの場合、バス転送電流は遮断器の定格通常電流の80%ですが、4000 Aに制限されます。
無負荷変圧器の切り替えの適用
実際には、特に北米では、エア遮断器が無負荷変圧器の切り替えに広く使用されています。無負荷変圧器の励磁電流は通常非常に低く、1 A以下です。この場合、変圧器は直列RLC回路（図1参照）として表現でき、関連する振動は減衰し、振幅係数は単位あたり1.4以下となります。
並列送電ループでのループ切り替え
もう一つの一般的な実践は、並列送電ループ間の切り替えにバス転送を拡張することです。ただし、ループインピーダンスが高いため、電流は低くなります。このアプローチは、切り替え時にアーク生成と電圧変動を効果的に減少させることができます。
補助切り替え装置の適用
北米では広く使用されているが、他の地域ではあまり一般的ではない実践として、補助切り替え装置の追加があります。これらの装置は、再着火の発生を最小限に抑えたり、より高い切断能力を達成したりすることができます。補助切り替え装置の使用により、特に大電流や複雑な回路を扱う場合、システムの信頼性と安全性が向上します。
AIS高圧隔離器を使用した無負荷変圧器の切り替え
72.5〜245 kV範囲の無負荷変圧器の切り替えには、AIS高圧隔離器が広く使用されています。無負荷変圧器の励磁電流は通常非常に低く（通常1 A以下）、隔離器は安全に切り替えを行うことができます。変圧器は直列RLC回路として簡略化でき、関連する振動は減衰し、振幅係数は単位あたり1.4以下となります。
このシナリオでは、隔離器の主な任務は、変圧器の励磁電流が切り替え時に有意なアーク生成や電圧変動を引き起こさないようにすることです。適切な設計と操作により、AIS高圧隔離器はこの任務を効果的に達成し、電力システムの安全かつ安定した動作を確保することができます。
実際のフィールド切り替えイベントのトレースが図2に示されています。
切断スイッチ間の一時復帰電圧（TRV）は、ソース電圧と変圧器側の振動の差として図3に示されています。
電流の切断：誘電体イベント
電流の切断は、接点間のギャップが一時復帰電圧（TRV）を耐えられるほど十分に大きくなったときに根本的に発生します。この過程は本質的に誘電体イベントであり、接点間の空気または真空の絶縁強度が適用された電圧を超えることで、アークを消滅させ電流の流れを遮断します。
無負荷変圧器の励磁電流の切断
無負荷変圧器の励磁電流の切断は、繰り返される開閉イベントであり、複数の再着火を引き起こす可能性があります。各再着火は、突入電流を誘発し、アーク期間を延長し、全体的な切り替え時間を延ばし、アーク接点の摩耗を引き起こします。これらのイベントの反復性は、切り替え装置に大きなストレスを与え、時間とともにその性能を低下させる可能性があります。
これらの影響を軽減するためには、切り替え装置が励磁電流の特定の特性、例えば突入挙動や関連する一時電圧を処理できることが重要です。切り替え装置の適切な設計と選択、そしてサージアレスターやダンピング抵抗などの補助装置の使用により、再着火の発生を減少させ、システムへの影響を最小限に抑えることができます。
