高電圧負荷スイッチ技術の比較分析
負荷スイッチは、ブレーカーと分離器の間に位置する一種の切り替え装置です。これは、定格負荷電流および一定の過負荷電流を遮断できる簡易な消弧装置を備えていますが、短絡電流を遮断することはできません。負荷スイッチは、動作電圧に基づいて高圧タイプと低圧タイプに分類されます。
固体ガス発生型高圧負荷スイッチ：このタイプは、切断アーク自体のエネルギーを利用してアーチチャンバー内のガス発生材料からガスを生成し、アークを消去します。その構造は単純でコストも低く、一般的な用途には十分な性能を提供します。
圧縮空気式高圧負荷スイッチ：このタイプは、開閉過程でピストンからの圧縮空気を使用してアークを吹き飛ばします。遮断時にはピストンがガスを圧縮し、放出されたガスがアークを消去します。SF6ガスの優れた絶縁特性により迅速なアーク消去が可能ですが、構造は少し複雑で、ガスノズルにはポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などの耐熱性材料を使用する必要があります。
環境ガスリングメインユニットも圧縮空気負荷スイッチ設計を採用しており、真空遮断器なしでも動作できます。これらの装置は、トランスフォーマ保護のために負荷スイッチ-ヒューズ組み合わせを完全に置き換えることができ、顧客がトランスフォーマでの高速故障クリアリングのためにヒューズではなくブレーカーを好む傾向に対応しています。
真空式高圧負荷スイッチ：このタイプは真空媒体を使用してアークを消去し、長寿命の電気的性能を提供しますが、価格は比較的高いです。現代の環境ガスリングメインユニットでは主に三位置スイッチと真空負荷スイッチを組み合わせて使用されています。
油浸型高圧負荷スイッチ：このタイプはアーク自体のエネルギーを利用して周囲の油を分解・蒸発させ、冷却してアークを消去します。その構造は比較的単純ですが重く、アメリカ式パッケージサブステーションで広く使用されています。
SF6高圧負荷スイッチ：このタイプはSF6ガスを使用してアークを消去し、全絶縁またはガス袋絶縁リングメインユニットに適用されます。キャパシティブ電流の遮断において優れた性能を発揮します。SF6アーク消去方法には、消弧グリッド、消弧コイル、圧縮空気アーク消去があります。消弧グリッド方式は広く使用され、低圧空気遮断器と類似の構造を採用しています。遮断時にはアークが切断され、消弧グリッドに吸収されて冷却・消去されます。消弧グリッドは絶縁材料または金属材料で作成できます。
消弧グリッド構造は単純で、一般的なリングメインユニット用途、例えばE2電気寿命要件を満たすことができます。より高い性能を達成するためには、材料と構造の最適化が必要です。
消弧コイルは電磁コイルを使用し、可動接点と固定接点が分離してアークが発生すると、アーク根が消費コイル内の金属コアに移動します。消費コイルを通過するアーク電流によって磁場が生成され、アークに対してローレンツ力が作用し、アーク根がコイルコアを中心に高速回転します。これによりアークが冷却され、常に新鮮なSF6ガスに曝露され、電流がゼロを超えるときに消去されます。消費コイルは優れた遮断性能と長寿命を提供し、有効負荷遮断操作を200回まで耐えることができます。
SF6の代替を達成するために、並列真空消弧負荷スイッチが開発されました。遮断時には並列真空遮断器がアーク電流を真空遮断器に導き、そこで消去します。直列真空遮断とは異なり、この方法は動作機構を単純化し、SF6負荷スイッチと同じ動作機構を維持します。コンパクトなサイズ、簡単な設置、操作容易さ、低コストが特徴です。
接触間隙の増加などにより、環境ガスによるアーク消去が可能となり、環状配電装置においてSF6を環境ガスで置き換えつつコストを増加させることなく（真空スイッチを使用せずに）真のSF6代替が実現できます。
