10kVピッファータイプ負荷スイッチのショートサーキット故障分析
1. 故障概要
2013年6月、ある都市地域で運転中の高電圧スイッチギアで故障が発生し、10kVの線路がトリップしました。現場調査により、故障したスイッチギアは気動式リングネットワーク高電圧負荷スイッチギア（HXGN2-10型）であり、故障特性は三相アーク短絡でした。故障を隔離し、ユーザーへの電力供給を復旧させた後、この地域で1999年から2000年に稼働開始された同タイプのスイッチギア（稼働期間12年以上、設計定格電流630A、実際の運転電流は主に300A以下）が何度も同様の故障を経験しており、電力網の信頼性に脅威を与えることが確認されました。
2. 気動式負荷スイッチの動作原理
気動式リングネットワークキャビネットは、気動式負荷スイッチを装備していることに由来します。その可動接触ロッドはエアシリンダとしても機能しており、中空構造内には密封された「ピストン」が含まれており、主軸によって閉・開操作の直線運動を実現します。開操作時、ピストンが可動接触ロッド（エアシリンダ）内の空気を急速に圧縮し、アーカリスタントプラスチックノズルを通じて生成されたアークに向かって圧縮空気を吹き付け、アークを伸ばすことによって消弧します。高速の空気流れは断開部での絶縁強度を迅速に回復させ、アークの再燃を防ぎます。
スイッチの故障電流遮断能力が限られているため（35kV以下のシステムにのみ適用）、導電要素とアーク生成要素を分離する設計が採用されています：
開操作時には、まず可動接触ロッドの外表面が静止接触指から分離し、その後アーク生成リングがアーク生成棒から分離します。アークはアーク生成部品間で制限されて燃焼し、主要な接触部を損傷から守ります。可動接触ロッドと下端子は梅形接触指によって接続され、電気伝導が確保されます。
3. 故障原因の詳細分析
(1) 初期調査（外部要因）
このタイプのスイッチの設計定格電流は630Aですが、配電データでは変電所の出力スイッチの運転電流は283Aであり、スイッチギアを通過する理論上の電流は283A以下です。現場環境（晴天、キャビネット本体に汚染なし）を考慮すると、過電流、過電圧、汚染フラッシュオーバーなどの外部要因は直接除外でき、故障はスイッチギア自体の欠陥によるものと判断されます。
(2) 分解と試験検証
故障したキャビネットを分解した後、当初「可動接触と静止接触の接触不良により過熱・焼損」と推測されましたが、キャビネットの損傷が激しいため確定的な結論は得られませんでした。そのため、同じタイプの運転中のスイッチギアに対してサンプリング検査を行いました：
(3) 根本原因の特定
総合的な試験と構造分析により、故障は接触系の故障に起因することが明らかになりました、具体的には：
4. 設備の改造と最適化ソリューション
(1) 工程アップグレード：接触品質の精密コントロール
「接触不良」という核心問題に対し、材料と加工両面からの改善が行われます：
バネ選択：高い疲労耐久性を持つバネを採用し、設計寿命内で安定したバネ力を確保（定格電流の通断条件を含む）、バネの故障による接触問題を回避；
接触指加工：梅形接触指のアーク面と平面の加工精度を厳密に管理し、可動接触ロッドの円筒形アーク面との完全なフィッティングを確保し、線接触/点接触の隠れた危険を排除し、接触部の電流容量と温度上昇の適合性を確保。
(2) 設計最適化：全工程状態監視
キャビネット構造設計に「オンライン監視」機能を統合し、可視化状態を実現します：
温度測定窓とプローブ：便利な温度測定窓を設置し、静止接触部に温度プローブをインストールし、パネルインジケータを通じてキャビネット内部の接触部の温度をリアルタイム表示；
データ保存と早期警告：記録装置を配置して運転データを記録し、設備の劣化により異常状況を事前に識別できるようにデータ分析を行い、交換・メンテナンスプロセスをトリガーし、受動的な修理から能動的な運用保守へと移行。
(3) 運転保守強化：動的欠陥処理
運転中の設備については、運転保守方法を最適化します：
5. 応用シーンと開発提案
電力消費量の増加に伴い、配電網の幹線は300-400㎡の大断面ケーブルにアップグレードされ、変電所の容量も継続的に増大しています。気動式スイッチギアの遮断能力不足と脆弱な接触の欠点がますます顕著になっています。以下を推奨します：
