新しい12kV環境に優しいガス絶縁リングメインユニットの設計

1. 特定設計

1.1 設計コンセプト

中国国家电网公司积极推進電網のエネルギー節約と低炭素発展を促進し、2030年のカーボンピークと2060年のカーボンニュートラリティの目標を達成するため、環境に優しいガス絶縁リングメインユニットはこの傾向を代表しています。新しい12kV統合型環境に優しいガス絶縁リングメインユニットは、真空遮断器技術と三位置分離装置および真空回路ブレーカーを組み合わせて設計されました。設計ではSolidWorksを使用して3Dモデリングを行い、モジュラー構造（ガスタンク、圧力逃がし室、キャビネット本体、計器室）を採用しました。ユニットは、それぞれ独立した圧力逃がしチャネルを持つ個別の金属製密閉コンパートメント（メカニズム室、回路ブレーカールーム、ケーブル室、計器室）で構成されています。設計は、独立ユニットと共通ボックスの両方の構成をサポートします。

1.2 三位置分離装置と真空回路ブレーカーの統合

三位置分離装置と真空回路ブレーカーの統合は、この設計の鍵であり、上部の三位置分離装置と下部の二位置回路ブレーカー装置を相互接続しています。三位置分離装置は接地、閉じた、隔離の各位置で動作し、回路ブレーカーは開いた/閉じた状態で機能します。隔離ブレードの支持フレームには、良好な靭性と耐熱性を持つ高強度ナイロン素材を使用しています。Mubeaディスクスプリング技術により接触圧力を提供します。

移動接触部に均一なカバーを設けることで、電界の均一性が確保され、部分放電が減少します。三相ブッシングに絶縁カバーを設けることで、相間絶縁が向上します。テストでは、適切な機械特性（エンゲージ深度、バウンス、三相同期、動作速度）を確保するために複数の最適化が行われました。真空回路ブレーカーには、四つのねじで取り付けられた固体密封ポールコラムが特徴です。

真空遮断器の端子は、分離装置ブレードの回転中心として機能し、Z字形のプラスチックレバーアームがレバープリンシプルを利用して動作します。回路ブレーカーの下部端子は、バルカナイズ表面を持つ銅バスバーで接続されます。図1に示すように、この統合設計では、真空遮断器が全体的な信頼性を決定する核心部品と認識され、接触構造と消弧方法が重要な設計要素となっています。

小型化と信頼性の向上を実現するために、コイル巻線と鉄心を持つ縦磁場カップ形状の接触部が導入されました。横磁場とは異なり、縦磁場は拡散アーチから集中アーチへの遷移電流を増加させ、最小限の電気摩耗、長寿命、および優れた遮断能力を提供します。三相交流によって生成される回転磁場は、カップ形状の接触部の縦磁場と組み合わさって渦電流を形成し、アーチ電圧を低下させ、陽極表面にアーチを均等に分布させます。この設計により、同じ体積で短絡遮断容量が20kAから25kAに増加します。

1.3 スイッチ操作機構

スイッチ操作機構は、絶縁タンクの前面に直接取り付けられ、中間部品なしで直接シャフト接続を通じて真空回路ブレーカーと三位置分離装置を駆動します。この設計により、真空回路ブレーカーの開放時間が最小限に抑えられ、接触部の侵食が防止されます。機構はオーバーランクラッチ原理によるエネルギーストアと手動および電動操作をサポートします。三位置分離装置はトルションスプリング駆動を使用し、同軸回転設計により三相同期と信頼性の高い接地スイッチ性能を確保します。その二つの操作穴は、接地と隔離の機能を個別に制御します。

1.4 主回路

主回路はケーブルブッシング、分離装置ブレード、真空遮断器接触部、柔軟な接続部、およびバスバーで構成され、リップシールを使用して動的部品をシールし、Oリングを使用して静的シールを行い、0.02 MPaの窒素または乾燥空気で満たされたステンレス鋼タンク内に密封されています。三位置分離装置と真空回路ブレーカーの統合型縦設計により、モジュラー引き出しが可能になります。相間距離は適切な絶縁のために150mmを維持します。真空遮断器の端子は、分離装置ブレードの回転中心として機能し、Z字形のプラスチックレバーアームが操作機構の動きを接触部の動きに変換します。

1.5 ガスタンクと生産ライン

ガスタンクの設計では精密製造と気密性が重視されました。レーザーカットによりバリのないステンレス鋼部品を確保し、ロボット溶接によりシームの完全性と機械的強度を保証します。生産では直線配置を使用し、ワークステーション間をトラック輸送車両が移動することでワークフローエフィシェンシーを最適化します。

2 絶縁分析

2.1 三位置分離装置の絶縁

ナイフスイッチタイプの三位置設計は、可視的な切断点と信頼性の高い接地を提供します。回転軸には高強度ナイロン素材を使用し、ブレードヘッドにはアルミニウム均等カバーを使用することで、電界の均一性が向上します。シミュレーションとテストにより、絶縁性能が90kVの雷衝撃電圧に耐えることが確認されました。

2.2 全体的な接地絶縁

分析は、相間および相対タンククリアランス（最小125mm中心距離）、および絶縁部品などの重要な領域に焦点を当てました。高電界領域での固体絶縁と低電界領域でのガス絶縁の戦略的な配置により、電界分布が最適化されます。追加の措置としては、接触部のエポキシ封止、改良されたZアーム材料、ファイバーアイソレータロッド、およびバスバー接続部のシールドカバーが含まれ、電界集中を防ぎます。

3 結論

新しい環境に優しいガス絶縁リングメインユニットは、真空アーク消去と環境に優しいガス絶縁を組み合わせており、完全密封、メンテナンスフリーの動作、コンパクトなサイズ、全絶縁という特徴を持っています。すべての高圧部品はステンレス鋼製タンク内に密封されており、屋外および屋内での使用に適しており、開閉所、配電室、箱型変電所などでの適用が可能です。三相交流50Hz、12kVシステム向けに設計され、住宅、商業、産業、輸送、インフラストラクチャ用途において優れた信頼性、環境適応性、安全性を持つ安定した電力分配を提供します。