屋外高圧真空遮断器の最適設計と推進および応用

電力網は現代の経済発展と社会進歩にとって重要な基盤であり、その保護機能を果たしています。強固で知能化された電力網を構築する目標は、安全で環境に優しく、効率的かつ相互作用的な現代的な電力網システムを建設し、電力網の科学的発展を達成し、エネルギー資源の最適な配分のためのグリーンプラットフォーム、多様なユーザー需要を満たすためのサービスプラットフォーム、そして国家のエネルギーセキュリティを確保するための基本プラットフォームとしての電力網を作り出すことです。

高圧遮断器は、電力システムにおける最も重要かつ重要な制御および保護装置です。電力線が無負荷、負荷あり、または短絡障害状態にあるかに関わらず、操作が必要な場合、遮断器は信頼性を持って動作し、回路を開閉しなければなりません。その主な機能は以下の通りです。

ZW32-12/630-20屋外高圧真空遮断器は、現在の12kV配電網で広く使用されているスイッチング装置です。三相支柱型全密封構造を採用しており、切断性能が安定して信頼性が高く、外観が簡潔で軽量、小型であり、ポールマウント設置に適しています。これらの多くの利点により、市場投入以来、電力ユーザーからの広範な支持を得ています。当社もその生産に従事しており、年間販売台数は5,000台以上です。近年のアフターサービスを通じて、ユーザーから頻繁に報告される問題に対して技術的・工学的な改善と改良を行い、これらが良好に普及・応用されています。

1. 設計背景と原則

「12次五カ年計画」の重点は変革とアップグレードです。これは、ハイテクを使用して伝統産業を変革し、産業の変革とアップグレードを通じて製品の核心競争力を高め、電気工学産業の秩序ある、健康的で急速な発展を促進することを提唱しています。2005年の工作会议で、国家電網公司は「電力網の標準化建設を推進し、各レベルの電力網建設プロジェクトの技術標準を統一し、典型的設計の適用を促進し、設計を最適化し、投資を節約し、効率を向上させる」と提案しました。したがって、顧客を中心に据え、顧客のニーズに積極的に対応し、標準に沿って製品品質を継続的に改善し、アップグレードすることは、高圧スイッチ業界にとって緊急の課題です。

設計原則は：安全性と信頼性、先進技術、合理的投資、標準の統一、効率的な運営です。統一性、信頼性、先進性、経済性、適合性、柔軟性、時宜性、調和性の協調統一を実現する努力が行われています。

2. 最適設計の内容

2.1 隔離スイッチの設計配置

既存の隔離スイッチ付き遮断器では、隔離スイッチはすべて出力側に設置されています。この配置には以下の欠点があります。

• 欠点1：隔離ブレードは、真空遮断器に接続された電流変換器の出力側接触点と電気的に接続されています。遮断器と隔離スイッチが開いた状態でも閉じた状態でも、遮断器の入力端子は常に電源につながっているため、遮断器の検査やメンテナンスに不利です。

• 欠点2：隔離ブレードが電流変換器に近接しているため、電流変換器の設置、配線、日常的なメンテナンスに干渉し、検査の難易度が増します。

上記の技術的問題に対処するために、以下のような技術的解決策を採用しました（図1参照）。

1.遮断器機構箱 2.電流変換器 3.絶縁支柱 4.隔離ナイフスイッチ 5.絶縁引き棒 6.支柱絶縁体 7.隔離スイッチサポート

2. 最適設計の内容

2.1 隔離スイッチの設計配置

隔離スイッチは遮断器の電源側に設置され、隔離スイッチと遮断器の間に信頼性のある機械的連鎖が設定されています。

• 利点1：遮断器と隔離スイッチが両方とも開いた状態にあるとき、それらの間に明らかな隔離ギャップが形成されます。このとき、遮断器の設置、メンテナンス、検査を確信を持って行うことができ、遮断器のメンテナンスの難易度が減少します。

• 利点2：隔離スイッチと電流変換器はそれぞれ遮断器の入力側と出力側に設置されているため、メンテナンス中に互いに影響を与えることはありません。これにより、電流変換器と隔離スイッチの検査が容易になります。

2.2 電流変換器比の柔軟な選択

一般的に、屋外ポールマウント型高圧真空遮断器の電流変換器には内部と外部の2つの設置構造があります。スペースの制限により、ほとんどの電流変換器は単巻き設計となっており、将来の負荷に応じて比率を調整することが困難です。これにより、ある程度投資が増え、資源の浪費が生じます。

この問題に対処するために、構造とプロセステクノロジーの面で多くの革新と設計を行いました。

• 解決策1：保護と計測用の二重巻き電流変換器を使用し、異なる電力ユーザーのニーズを満たします。

• 解決策2：過電流保護用に多タップ電流変換器を使用します。例えば、200/5、400/5、600/5の比率を持つ電流変換器を設定します。ボックスシェルの左側に制御箱を設置し、制御箱の底面にCT比率変換スイッチを設計しています。これにより、ユーザーは実際の負荷に応じて現場で比率を調整することが大いに容易になります（図2、3、4参照）。

2.3 外部絶縁漏れ距離の増加

漏れ距離とは、2つの導体間の絶縁表面に沿った最短距離を指します。製品の信頼性という観点からは、空気絶縁が最も信頼性が高いです。異なる相間の導体や導体と地との間の純粋な絶縁距離が確保されていれば、絶縁が保証されます。

屋外製品は比較的厳しい条件下で動作し、一年中様々な気象条件にさらされます。これにより、機械的または電気的な問題が発生しやすく、供給と通常の生産の信頼性と安全性に直接影響します。したがって、設計と製造においてこの要因を十分考慮し、さまざまな環境での製品の信頼性を確保する必要があります。

上記の状況に対応して、屋外スイッチの外部環境に直接露出する全ての絶縁部品（包括的にブッシング、電流変換器、絶縁引き棒、支柱絶縁体）について、傘裙の密度を増加させました。これにより、漏れ距離は372mmに達しました（図1参照）。この改善により、全体的な構造絶縁性能が向上し、このタイプの真空遮断器の使用環境と場所が拡大され、高塵、高湿、塩霧濃度が高い環境でも使用可能となり、絶縁問題による潜在的なショートサーキットリスクが排除されました。

1.CT比率変換スイッチ 2.制御箱 改良された遮断器の正面図（図2）

図3 CT比率変換スイッチの模式図注：「0」位置は保護なしとショートサーキットを示します。

インテリジェント遮断器へのアップグレード

電力システムの自動化領域が継続的に拡大するにつれて、配電網自動化製品は新たな発展の機会を迎えています。当社はZW32-12/630-20モデルに基づいて独自に新しい製品を開発しました：屋外インテリジェント高圧真空遮断器。主に真空遮断器本体、三相一体型零序電流変換器、FDK-型コントローラー、外部電圧変換器の4つの主要部分で構成されています（図5参照）。

このインテリジェント遮断器は、10kV都市および農村の架空ループネットワーク線路で広く使用されています。セクション分離スイッチとタイスイッチとして使用でき、ループネットワーク線路の自動的な負荷分配を行う自動化スイッチング装置です。大規模ユーザーへの支線供給では、境界スイッチ（通称「ウォッチドッグ」）として使用できます。架空フィーダー配電網では、再閉器とセクショナとして機能します。

境界遮断器は、リモート管理モード、保護制御機能、通信機能を特徴としています。ミリアンペアレベルの零序電流と境界内の相間短絡障害電流を信頼性高く検出・判定し、単相接地障害と相間短絡障害を自動的に切断し、電力網の安定かつ信頼性の高い運転を確保します。

主な機能

• 機能1：単相接地障害処理
  ユーザーの支線で単相接地障害が発生すると、インテリジェント遮断器は自動的にトリップします。変電所内およびフィーダー上の他の支線ユーザーは障害に影響を受けません。

• 機能2：相間短絡障害の隔離
  ユーザーの支線で相間短絡障害が発生した場合、インテリジェント遮断器は変電所の出力線保護スイッチよりも前にトリップし、故障線路を自動的に隔離します。これにより、フィーダー上の他の支線ユーザーの停電は発生しません。

• 機能3：迅速な障害位置特定
  ユーザーの支線で障害が発生してインテリジェント遮断器がトリップした後、責任のあるユーザーのみが停電します。ユーザーが積極的に障害情報を報告することで、供給部門は迅速に人員を派遣してトラブルシューティングを行うことができます。

• 機能4：ユーザー負荷監視
  インテリジェント遮断器は、有線または無線通信アクセサリーを装備することで、ユーザーの負荷の監視データを電力監視・管理センターに送信し、ユーザーの負荷のリモートリアルタイムデータ監視を可能にします。インテリジェント遮断器は、SMSまたはコンピュータベースのバックエンドシステムを通じてトリップすることができます。

結論

屋外高圧真空遮断器は、入出力線路ともに架空接続を使用しています。占地面積が小さく、レイアウトが明確で、操作とメンテナンスが便利であり、構造が少なく、建設と設置が速いなどの利点があります。設計と製造過程において、様々な性能面での継続的な改善と最適化を行い、卓越性を達成し、製品の安全かつ信頼性の高い運転を確保する必要があります。