10kV負荷開閉器の配電網への応用に関する研究

電力配電運転保守の最前線で働く者として、私は日々負荷スイッチと取り組んでいます。これらは中圧配電システムの「ゲートキーパー」であり、ユーザーへの安定した電力供給を確保しています。経済の急速な発展に伴い、電力システムの安全性と信頼性に対する要求が高まっています。中圧配電システムは電力網の安定性にとって重要であり、負荷スイッチ（重要な線路装備）はその中心的な役割を果たします。その主な機能には以下のものが含まれます：①メンテナンスや負荷転送中の配電幹線および分岐線の負荷電流の閉じる；②線路修理時の作業者の安全のために可視的な開点を作成する；③メンテナンス時に接地を補助する。機能面だけでなく、それらはインストールが容易で、動作が信頼性があり、メンテナンスが少なく、コスト効率が良いことも求められます。

負荷スイッチは簡易な消弧装置を持つスイッチギアです。構造的には、以下の条件を満たす必要があります：開位置での可視的なギャップ（直列接続された遮断機の必要性を排除する）；頻繁な接触/消弧室メンテナンスなしでも高い操作耐久性；短絡電流の閉じられる能力（動的/熱的安定性要件を満たし、短絡電流を開くことができなくても）。

1. 負荷スイッチの分類と比較
1.1 消弧媒体による分類

負荷スイッチは、消弧媒体に基づいて5つのタイプに分類されます：鉱物油、圧縮空気、有機材料ガス生成、SF₆ガス、真空負荷スイッチ。機能的には、汎用型、特殊用途型、特定用途型（例：モータ駆動型、コンデンサバンクバックアップ型、頻繁操作型、バックトゥバック型）があります。

1.2 真空負荷スイッチの技術進化と利点

技術の進歩により、従来の負荷スイッチ（鉱物油、圧縮空気、ガス生成型）はSF₆および真空負荷スイッチに置き換えられています。特に後者は広く使用されています。テスト結果によると、真空スイッチは多くの点で従来型よりも優れています：

• 高速消弧：真空アークは電流ゼロで消滅し（金属蒸気の拡散による）、空気やSF₆よりも早く絶縁回復します。無負荷変圧器、ケーブル、架空線路の切り替えに理想的です。

• 安全かつ清潔：アークが飛散せず、キャビネット部品の汚染や損傷を防ぎます。

• 長寿命：小さなアーク距離、低いアーク電圧、少ない接触摩耗により、より多くのスイッチングサイクルと最小限のメンテナンスが可能です。

• 効率的な動作：動作機構の閉鎖エネルギーが低く、構造が単純で小型化が容易です。

• 安定した接触抵抗：真空状態では酸化がなく、長期にわたって低接触抵抗を維持できます。

2. 新型の組み合わせ式隔離負荷スイッチ
2.1 従来の構成の制限

従来の負荷スイッチは、消弧装置が主回路と直列に配置されています。その動的/熱的安定性は消弧室の設計/材料によって制限され、大容量システムには適していません。遮断機と組み合わせることで複雑さが増します：メンテナンスが煩雑、回復が遅い、頻繁なメンテナンスが必要、初期コストが高い。

2.2 Fla15/97組み合わせ式隔離負荷スイッチの紹介

Fla15/97屋外組み合わせ式隔離負荷スイッチはこれらの問題に対処し、欧州の電力網で広く使用されています。

2.2.1 主な機能

真空負荷スイッチ、遮断機、接地スイッチの機能を統合しており、技術性能と経済効率をバランスよく考慮した多機能デバイスです。

2.2.2 製品特長

• 包括的かつ先進的：真空アーク室は回路の切り替えのみを担当し（閉位置では負荷/短絡電流なし）。高速な絶縁回復、少ない接触摩耗、長寿命、低い接触抵抗、主接触へのアーク損傷なし。短い動作ストローク、小型アクチュエータとの互換性。

• インストールとメンテナンスが簡単：真空スイッチと遮断機の連動操作により、一括開閉が可能で誤操作を防ぎます。

• 低メンテナンス：シンプルな構造で、真空アーク室の寿命は5,000回、他の部品は30,000回です。内蔵アクチュエータはドイツのDreesの特許技術を使用しています。

2.2.3 技術的ハイライト

• 革新的なスイッチング設計：真空アーク室の直列並列スイッチング（補助消弧システム）により、主接触へのアーク影響がありません。

• 内蔵絶縁アクチュエータ：主接触と補助接触の明確な分離、開いた後の高速な絶縁回復。

• 信頼性の高い絶縁：銅製テンションバンドにより絶縁距離が維持されます。

• コンパクトな操作：短いストローク、小型アクチュエータとの互換性。

• 長い電気寿命：主接触の摩耗が最小限です。

3. 結論

急速な経済成長に対応するため、電力産業は拡大しており、配電網にはシンプルで信頼性が高く、安全でコスト効率の良いソリューションが必要です。従来の「遮断器+遮断機」または「落下型ヒューズ」の構成はこれらのニーズを部分的にしか満たしません。屋外隔離負荷スイッチ（例えばFla15/97）は、機能性と経済性のバランスが良い解決策を提供します。

データによると、ヨーロッパとアメリカでは配電線分岐で負荷スイッチの使用頻度は遮断器の約10倍です。他の技術との統合により、都市配電網（例：リングメインユニット、ケーブル分岐、顧客サービス線）でも広く使用されています。

私のような最前線のオペレーターにとって、このような高度な設備の推進は技術的なアップグレードだけでなく、電力網の安定性を確保し、メンテナンスの負担を減らし、ユーザーに信頼性の高い電力を提供することにもつながります。配電網が進化するにつれて、これらのスマートで効率的な負荷スイッチはさらに不可欠なものとなります。