中圧リングネットワーク配電開閉器の設計はどのような部品で構成されていますか

長年にわたり電力システム設計の分野に深く携わってきましたが、中圧リングメイン配電装置の技術的進化と応用実践には常に注目してきました。このような装置は電力システムの二次配電リンクにおける核心的な電気機器であり、その設計と性能は供給ネットワークの安全かつ安定した動作に直接関連しています。以下では、業界標準とエンジニアリングの実践を組み合わせて、リングメイン配電装置の主要な設計ポイントについて専門的な分析を行います。

1. 全体的な設計論理とアーキテクチャ計画

リングメイン配電開閉器の設計は、電力システムの運転要件と国際基準に厳密に準拠する必要があります。使用シナリオ、制御対象、および核心的な電気部品の特性に焦点を当てて機能ユニットシステムを構築します。主スイッチは主に遮断器と負荷スイッチで構成され、一部は複合電気機器を使用します。設計においては、「負荷スイッチ+ヒューズ」の組み合わせ回路が優先されます—このタイプの回路は構造が複雑であり、装置全体の構造、配置、外部寸法を決定する際の参考となります。他の回路、例えば純粋な負荷スイッチ回路は、可能な限り成熟した設計を再利用して標準化と汎用性を達成すべきです。

上記の基礎に基づいて、複数種類のキャビネットが派生します：負荷スイッチキャビネット、複合電気機器キャビネット、遮断器キャビネット、多回路キャビネットなど。一次導電回路の設計には、以下の3つの核心要素を体系的に考慮する必要があります：通電能力、電力耐え能力、および放熱効率：

• 部品配置: 閉鎖時の電力を巧みに利用し、動的・熱的安定性試験中に可動接点が引き出されることを防ぎ、機械的および電気的な性能の調整を達成します。

• 母線選択: 通電能力に応じて円形または平板型の母線を正確にマッチングし、適切に電流密度を制御し、通電と放熱のバランスを取ります。

• 電気接続最適化: 動的および静止接点、滑動/固定接続は低接触抵抗を確保しなければなりません。異なる金属導体を接続する場合、錫メッキや銀メッキなどのプロセスを使用して電気化学的腐食を抑制し、接触不良の危険を排除します。

室の設計は「安全性第一、プロセス適合性、操作・メンテナンスの容易さ」という原則に基づきます：保護等級はIP3X以上、必要に応じてパーティション材料（金属/非金属）を選択し、圧力解放装置と故障アークラミテーション措置を設置します—内部アーク障害時には高圧ガスを解放チャネルを通じて排出することで、設備と人員の安全を確保します。

2. 絶縁構造設計の多面的な考慮事項

開閉器は、最大運転電圧と短期間の過電圧（大気および内部過電圧）を長期にわたって耐えられる必要があります。絶縁設計は環境適応性、材料選択、構造最適化、およびプロセス制御などの要因を総合的に考慮する必要があります：

(1) 電界最適化と絶縁協調

導体の形状はキャビネット内の電界分布に直接影響を与えます。設計では、丸銅棒、円棒母線を使用し、動的および静止接点座、内部導体、および支持電極の形状を最適化して鋭角やエッジを排除し、電界をより均一にすることが求められます。有限要素解析ソフトウェア（ANSYS Maxwellなど）を使用すると、弱い絶縁部位を正確に特定できます。レイアウト調整と構造最適化（例えばシールド技術の適用）により、電界を均一化し最大電界強度を低減し、絶縁信頼性を向上させることができます。

(2) 複数の絶縁媒体の応用論理

• 空気絶縁: 空気が主体となる複合絶縁の場合、設計では標準で定められた電気クリアランスと爬行距離を厳格に遵守し、絶縁性能と設備のコンパクトさのバランスを取る必要があります。

• ガス絶縁: ガス絶縁キャビネットは主にSF₆、N₂、乾燥圧縮空気、または混合ガス（低圧範囲内）を使用します。ガス圧力は高くないものの、密封設計は重要です—長期運転中に浸透によるガス成分の変化（例えば空気の侵入と絶縁ガスの滲出）に注意が必要です。弧分解製品のない充填室については、水分含有量を正確に制御する必要があります：額定圧力 ≤ 0.05MPa の場合、≤ 2000μL/L；> 0.05MPa の場合は、-10°Cでの飽和水蒸気圧に基づいて水分含有量の許容値を計算します。

• インターフェースおよび固体絶縁: 固体絶縁部品を接合する際は、シリコーンゴムなどの弾性材料を使用して空隙を排除し、インターフェースの絶縁レベルを向上させます（表面圧、仕上げ、接触長に関連）。エポキシ樹脂やシリコーンゴムを使用して高電圧部品を鋳造・加硫・包装し、接地/半導体層で覆うことで、安全性を大幅に向上させ、設備の体積を削減し、レイアウトを簡素化することができます。

3. 機械伝送と連鎖システムの精密設計

機械伝送は、遮断器作動機構、分離スイッチ、接地スイッチ、扉連鎖などのリンクをカバーします。設計は原理、レイアウト、力モード（圧力/張力）、スパン、伝送比、ストローク角度、機械効率などの次元から最適化する必要があります：構造を簡素化し、部品数を減らし、動作力を低下させ、「合理的な力負担、信頼性のある伝送、安定した動作、操作・メンテナンスの容易さ」を達成します。

「五防」連鎖は操作安全を確保する核心であり、機械的連鎖（レバー、連結ロッド、バッフルなどを使ってロックを形成し、手順が明確で直感的かつ信頼性が高い）が優先されます；部品が遠くにある場合や機械的連鎖が困難な場合は、電気的連鎖を補完します；スマートキャビネットでは、マイクロコンピュータソフトウェアプログラミング連鎖（機械的連鎖と併用）を重ねることで多重レベルの安全保護システムを構築することができます。

4. 信頼性のある接地システムの構築

接地設計は「操作安全」と「故障耐え」の二重の要件をカバーする必要があります：

• メンテナンス時、接地スイッチは規定に従って主回路を信頼性高地に接地することができます。

• シェルの底フレームには故障条件に適合する接地導体と端子が装備されており、キャビネット間は導体で相互接続され、接地スイッチと接地導体間に専用回路があります。

• 接地導体、接続回路、およびキャビネット間の接続は、定格短時間/ピーク耐え電流を耐えられる必要があります。

• フレーム、蓋板、扉、パーティションなどの部品は電気的に連続しており、機能ユニットの接地接続を確保します。

• シェルの金属部品の任意の点から接地導体までの直流電圧降下は30Aで≤ 3Vであり、接地の有効性を確保します。

5. 技術の進化と発展方向

電力網の変換とケーブルの地中化の過程とともに、多回路配電ユニットは急速に「小型化、モジュール化、自動化」へと進化しており、これによりSF₆と複合絶縁技術、高性能部品の革新的な発展が促進されています。今後は、精密加工と統合パッケージングなどの製造プロセスのアップグレード、ケーブルコネクタの最適化、限流ヒューズのイテレーション、小型作動機構の研究開発、補助部品の革新に焦点を当て、国内のリングメイン配電装置の設計と製造レベルを向上させる必要があります。「全状況適応、メンテナンスフリー、高信頼性、小型化」の新世代リングメインキャビネットを開発し、配電自動化を可能にすることは、業界の突破口となる重要な方向性となります。