GISの開発動向
高圧スイッチギアのモジュール化
各部品や構成要素の小型化措置と全体的な小型化レイアウトにより、高圧スイッチギアのサイズは継続的に減少しています。スイッチギアの組み合わせは多様で、組み合わせ方法が柔軟で非常にコンパクトな構造です。ガス絶縁金属閉鎖型スイッチギア（GIS）は、ほとんどの高圧電気機器と保護検出装置を包含し、元々別々だった電気機器の機能を一つに統合します。したがって、GISの設計と生産レベルはガス絶縁金属閉鎖型スイッチギアのレベルを代表すると言えます。
ガス絶縁金属閉鎖型スイッチギア（GIS）は、1960年代半ばに登場した新しいタイプの電気機器です。密閉型かつモジュール式であるため、設置面積が小さく、空間を占める量も少なく、外部環境の影響を受けず、騒音や無線干渉を発生させず、安全で信頼性が高く、メンテナンス作業が少ないという特徴がありますので、大きな発展を遂げています。導入以来、高電圧、大容量、小型化へと進化を続けています。インドネシアでの長年の運用経験と継続的な設計改善により、GISは高電圧と大容量だけでなく、継続的な革新も続けてきました。
六フッ化硫黄（SF6）ガスの基本特性と消弧原理
近年、SF6ガスは遮断器の消弧媒体として急速に発展してきました。SF6ガスは、空気の数倍の絶縁強度を持つ絶縁ガスとして知られていました。極めて強い消弧能力を持ち、導電性アークから絶縁体への変化が非常に高速に行われます。そのため、高圧遮断器ではSF6ガスは消弧媒体と絶縁媒体の両方として機能します。SF6ガスの最も顕著な特性は以下の通りです。
優れた基本特性
純粋なSF6ガスは無色、無臭、非毒性、非可燃性のハロゲン化合物ガスです。常温条件、つまり20℃と0.1MPaでは、その密度は空気の5倍です。対流効果を含むSF6ガスの熱伝達係数は、空気の1.6倍です。
特定の熱化学的特性
実験により、SF6ガスの分解温度は空気よりも低いことが示されていますが、必要な分解エネルギーは高いです。そのため、SF6ガスは分解時に大量のエネルギーを吸収し、アークに対して強力な冷却効果を発揮します。SF6ガスは自由電子との親和性があり、高温領域では実質的に導電性が非常に低いかまたは全くない状態になりますが、その熱伝導率は非常に高いです。SF6ガスは比較的低温範囲（2000 - 2500K）で急速に分解します。SF6ガスがアークシードエリアで分解すると、アークから大量の熱を吸収し、SF6ガスに優れた消弧能力を付与します。SF6ガス中では、アーク電流がゼロに近づいたとき、非常に細いアークコアだけが高温になり、その周囲は非導電層となります。
したがって、電流がゼロ通過後、アークギャップの絶縁強度は急速に回復し、回復電圧の上昇速度を超えることになります。SF6ガス中では、非常に低い電流レベルでも非常に細いアークコアが持続します。これは遮断器の遮断において非常に望ましい特性であり、電流がゼロ通過時に良導体から絶縁体への迅速な移行を可能にします。これらの特性のおかげで、小さな電流を遮断する際でも、アークコアは電流がゼロになるまで連続して存在し、引き続き縮小することができます。これにより、強制的な電流遮断、つまり電流チョッピングが防げ、スイッチング過電圧の発生を減らすことができます。
強い電子負性
電子負性とは、分子または解離した原子が負イオンを形成する傾向を指します。SF6は電子を吸着する能力が強く、これが電子負性と呼ばれます。SF6とその分解によって生成されるハロゲン分子および原子は、アーク中の電子を強く吸着し、負イオンを形成します。負イオンの質量は電子よりもはるかに大きいため、電界下での運動速度は電子よりも遅くなります。電界下での運動中に、負イオンは陽イオンと再結合して中性分子を形成しやすいです。したがって、空間導電性の消失過程は非常に速いです。この現象は、イオン化空間における非常に強力な冷却効果と同じ効果があり、アーク電流のゼロクロス付近の空間導電性の変化が非常に速くなります。この特性と、アークが非常に細いコアを形成する特性が組み合わさることで、アークの時間定数が大幅に短縮されます。したがって、強い電子負性によりSF6は優れた絶縁特性を有します。
消弧媒体の基本的な要件は、高い絶縁強度だけでなく、より重要なのは絶縁強度の回復速度が高いことです。また、アーク電流がゼロ通過時の熱時間定数が非常に小さいという重要な特性も必要です。SF6ガスはこれらの特性を持っています。ガス流れの圧力勾配によって形成される等エンタルピー冷却効果だけでなく、主にSF6ガスの特定の熱化学的特性と強い電子負性により、SF6ガスには特に強力な消弧能力があります。SF6ガスが優れた消弧および絶縁特性を持ち、化学的に安定で非毒性であるため、送電変電、トランスフォーマー、ヒューズ、接触器などの分野での応用が継続的に拡大しています。
ガス絶縁金属閉鎖型スイッチギア（GIS）は、SF6遮断器を基にさらに発展しました。GISは遮断器、隔離スイッチ、接地スイッチ、電流・電圧変換器、避雷器、接続母線を金属製の外装に封入し、優れた消弧および絶縁特性を持つSF6ガスで充填することで、相間および地対地の絶縁を提供します。密閉型かつモジュール式であるため、設置面積が小さく、空間を占める量も少なく、外部環境の影響を受けず、騒音や無線干渉を発生させず、安全で信頼性が高く、メンテナンス作業が少ないという特徴があり、大きな発展を遂げています。
三相閉鎖型GISの構造
三相閉鎖型GISでは、主回路の三相部品が共通の接地外装に設置され、エポキシ樹脂キャストインシュレータで支持および絶縁されています。このタイプのGISは構造がコンパクトで、外装の数が少ないため、材料を大幅に節約できます。また、密封点の数が少なく、密封長が短いため、ガス漏れ率が低くなります。さらに、運転中の循環電流を減らし、メンテナンス作業を簡素化することも可能です。三相閉鎖型GISは全体的なサイズが比較的小さく、部品数が少なく、外装の摩耗が少なく、設置周期が短いという利点があります。しかし、内部電界が不均一で、相間の相互影響があり、相間放電が起こりやすいという欠点があります。
三相閉鎖型はまた、三相共通タンク型とも呼ばれています。三相バスバーは円筒内の絶縁子を通じて固定され、三角形に配置されます。GISの各機能ユニットはいくつかの室に分割されています。室の分割は通常の運転要求を満たすだけでなく、内部障害時にはアークを制限する必要があります。異なる室では異なるガス圧を使用することができます。例えば、隔離スイッチ室では、消弧効果を考慮して約0.6 MPaのガス圧が必要ですが、他の室は比較的低い圧力を有します。
高圧スイッチギアの知能化の主要技術
知能化された高圧スイッチギアの技術内容は非常に広範です。その主要な技術には以下が含まれます。
開閉操作の知能化：開閉装置の動作状態の監視と診断；
二次制御の知能化：分散アーキテクチャ、ネットワーク接続技術、および包括的な監視技術を用いて信号取得を行うセンサ技術、例えばルゴウスキ空心トロイダルコイルによる複合電流・電圧センサ、ストロークセンサ、ガス密度センサ；
絶縁性能の監視：部分放電検出、異常導電検出、微粒子検出；
故障診断および意思決定システム：信号分析を通じて判断と決定を行う；
電磁適合性（EMC）：主に干渉結合パスからの干渉を抑制する、つまり様々な共通インピーダンスを形成する要因を除去または弱める。方法としてはシールド、絶縁、フィルタリングがある；
専用マイクロコンピュータの研究開発：専用集積回路とソフトウェアを開発し、マイクロコンピュータの適用性、リアルタイム性、動作システムを向上させ、高圧スイッチギアの動作レベルと信頼性を高める。
