配電室における高圧低圧配電盤の最適選択

要約： 配電室における高・低圧配電盤の主な種類と特性を分析した上で、これらの配電盤を選択する基本原則について議論する。技術的な信頼性、設置の容易さ、経済性の観点から、高・低圧配電盤選択の最適化措置を分析し、その技術的および経済的性能を向上させる一定の役割を果たす。

キーワード： 配電室；高・低圧配電盤；最適化；構成

0 導入

経済発展レベルの継続的な上昇に伴い、電力エネルギーは現在の生産と日常生活にとって不可欠なエネルギー源の一つとなっている。正常な生産と日常活動を確保するためには、電力供給の各側面が合理的に制御され、電力網の安定性と信頼性が高められることが必要である。配電室の配電盤は、電力エネルギーを最終ユーザーに届ける最後のリンクを表している。これらの高・低圧配電盤の安定性と経済性を確保し、最適な選択を行うことは、電力網の安全性と安定性を保証するための重要な措置である。

1 配電室における高・低圧配電盤の主な種類と特性

配電盤の選択を最適化する前に、その主な種類を理解し、選択の具体的な基盤を提供する必要がある。

1.1 高圧配電盤

高圧配電盤は、電力システム内で単独のユニットとして存在しない。主に制御装置、高圧スイッチ、監視装置、信号伝送装置、保護装置などのいくつかの相互接続された部品で構成され、多機能複合システムを形成する。

1980年代以降、中国では高圧配電盤の技術改革が行われてきた。研究開発技術と応用経験の蓄積により、多くの新技術が導入され、KYN28型やXGN15-12型など、技術的に高度な製品が開発されている。

(1) KYN28型の動作特性

このタイプの高圧配電盤は、構造的には手動車（引き出し部分）と盤体の2つの主要な部分から構成される。盤体は主にプレス金属パーティションで組み立てられ、ケーブル室、手動車室、母線室、計器室の4つの独立した区画に分けられている。手動車は、ブレーカー手動車、計量手動車、PT手動車などに分類される。主な電気部品には真空遮断器、高圧ヒューズ、銅母線、絶縁部品、高圧リアクターが含まれる。二次電気部品には、空気遮断器、ボタン、メーター、包括的な保護装置、信号灯などが含まれる。中間位置に取り付けられた引き出し式手動車を使用することで、一次系と他の高圧配電盤のシステムとの間に安全な切断点を作ることができる。

(2) XGN15-12型の動作特性

XGN15-12は、国際規格に基づいて開発された新しいタイプの高圧完全スイッチギア製品であり、通常のスイッチギアの体積の60%という小型サイズだけでなく、遮断器の高い信頼性、優れた性能、強制連鎖機能を持つ。定格電圧3.5kV〜12kV、定格電流630A〜3150Aの用途に使用でき、保護等級IP2Xを達成する。ユーザーは、バネ駆動式または電磁駆動式の操作機構を選択できる。

1.2 低圧配電盤

低圧配電盤の製品シリーズには、主に2つのカテゴリーがある：関連する国際技術に基づいて開発され、国際品質認証を取得した製品と、海外製品。国際技術に基づいて開発されたシリーズ製品には、GCK低圧スイッチギア、GCS低圧スイッチギア、GGD低圧交流スイッチボードが含まれる。海外製品は、主にスイスABB社が生産するMNSシリーズ配電盤を代表とする。

(1) GCS型の動作特性

GCS型は、最も一般的な引き出し式スイッチギア製品シリーズの一つである。盤体の主フレームには8MFオープンセクション鋼を使用し、サイドパネルには20mm/100mmピッチで内径9.2mmのねじ穴が設けられている。様々な機能区画は独立して分離され、主に引き出しユニット区画、ケーブル区画、母線区画が含まれる。ケーブル区画は独立して分離されており、ケーブルは上部または下部から簡単に出入りできる。各GCSフィーダー盤は、11個のフルユニット引き出しまたは22個のハーフユニット引き出しを収容でき、引き出しの組み合わせの柔軟性が高まる。さらに、引き出しユニット内には機械的連鎖装置が設けられており、出力引き出しの切り替えと閉鎖を容易にする。

(2) MNS型の動作特性

このタイプのスイッチギアも、低圧引き出し式成套スイッチギアの一種である。曲げ鋼板を使用したシェルで内部空間を母線区画、ケーブル区画、ユニット区画（引き出し用）の3つの基本区画に分割している。母線区画が後部にあるため、両面キャビネットとしても構成可能である。母線スタイルはGCS型に似ている。ユニット引き出しの高さは200mmで、機械的連鎖装置が装備されている。

2 高・低圧配電盤選択の基本原則

配電盤の選択プロセスにおいて、主な要求は選択された高・低圧配電盤がプロジェクトの使用ニーズを満たし、設備の動作の信頼性と安定性を保証することである。同時に、製品の他の関連性能、例えば操作の簡便性も分析し、比較的簡単な操作ができる設備を選択することで、操作精度を向上させる必要がある。また、プロジェクトのコスト要件を分析し、正確なプロジェクト予算を決定し、実施過程で建設コストを合理的に制御し、原材料と資源を十分に活用し、効果的なコスト管理を実現する必要がある。

2.1 信頼性原則

高圧配電盤のタイプを選択する際には、配電室の実際の運転状況に基づき、製品の安全性と信頼性を確保することが基本目標である。高圧配電盤の実際の運転条件を総合的に考慮し、より高い信頼性を持つ製品を選択する。

2.2 簡易性原則

現在、ほとんどの高圧配電盤は従来の保護装置を使用している。このような設備は複雑性が高く、故障の確率も相対的に高いため、後の運用とメンテナンスに大きな課題をもたらす。そのため、選択プロセスにおいては、確定されたプロジェクト投資状況と設備の具体的な構成要件に基づき、電力供給の信頼性に関する基本的な要件を満たしながら、手動車内の引き出し可能なコンポーネントが直接台車に設置でき、メンテナンスと交換が容易な製品を選択する。

3 配電室における高・低圧配電盤の最適選択

3.1 高圧配電盤の最適選択

(1) 高圧配電盤の動作信頼性の確保

高圧配電盤を選択する際には、電力供給設備の具体的な状況と建設プロジェクト投資を調査し、電力供給の信頼性の要件を分析した上で総合的な選択を行う。電力供給の信頼性を確保するためには、手動車内の引き出し可能な組み立てコンポーネントが完全に台車に乗せることができ、簡単な操作と交換が可能で、高圧配電盤のメンテナンスが便利かつ迅速に行えるようにする。ただし、手動車を使用する場合、特に床の水平度に関する土木工事の品質要件が高い。スイッチギアの台車の出入りを容易にするため、盤内のレール上面は盤外の床と同一の水平に調整する。調整時にはゴムパッドを使用して、盤の振動頻度を減らし、スイッチギアの動作安定性を高める。

(2) 設備操作の実用性

中国の高圧配電盤市場では、輸入盤が約50%の市場占有率を持ち、国内製品とほぼ同等である。操作の安定性やその他の関連条件から見て、これら2つのタイプの盤はそれぞれ長所と短所を持っている。実際の応用では、実際の状況に応じて合理的に選択する必要がある。

国内の高圧配電盤は価格が適正、信頼性が高く、アフターサービスが充実しているなどの利点があるが、大部分が大型で、設置スペースが必要となる。配電室の設置スペースが限られている場合、輸入高圧配電盤を選択する必要がある。比較すると、輸入高圧配電盤は部品配置が合理的、小型、信頼性が高く、適用範囲も広い。しかし、価格は国内設備よりも大幅に高く、アフターサポートが迅速ではない可能性がある。最適選択プロセスでは、これらの長所と短所を総合的に考慮し、妥協点を見つける必要がある。

(3) 簡単な操作とメンテナンス

メンテナンス要件が少なく、メンテナンスが簡素化されることが、配電盤の重要な将来の発展方向である。現在、中国のほとんどの高圧配電盤は従来の電気制御と保護リレー技術を使用している。この技術は故障の確率を増加させるとともに、設備の複雑性を高め、その後の使用中にメンテナンス作業量を増加させる。これを踏まえて、先進的な知能保護装置を搭載した配電盤を選択し、メンテナンス作業量を減らし、人件費を節約する。経済的な観点から、最適選択プロセスにおいて知能高圧配電盤は良い選択肢である。

3.2 低圧配電盤の最適選択

(1) 低圧配電盤の技術パラメータの合理的な決定

低圧配電盤のモデルを選択する前に、その技術パラメータを決定し、これらの事前決定されたパラメータに基づいて選択する必要がある。この基礎の上に、低圧配電盤の定格電圧、定格電流、定格周波数、設置スペースなどのパラメータを明確にする。電力供給ピーク時の耐えられる電流や主母線のピーク電流などのパラメータを分析する。また、配電盤の機能ユニットタイプ、最大定格電流、筐体保護等級（IPコード）を確認する。

(2) 低圧配電盤の部品の機能要件の最適化

低圧配電盤の最適選択プロセスにおいて、部品要件の分析を行う必要があり、主に設置方法、盤の機能モジュール、設置の簡便性、動作環境温度、盤の寸法などを含む。同時に、サーキットブレーカーの選択にも注意を払う必要があり、主ブレーカーが記憶、接地障害保護、警報、障害表示、三段階保護（LSI）などの機能を持ち、ゾーン選択的連鎖のような異なるレベルの連鎖操作をサポートするようにする。さまざまな機能アクセサリーのモジュール化を目指す。

3.3 配電盤の保護部品の最適選択

適切な配電盤は、異なる使用環境に適応し、それに応じた機能保護能力を持つことができる。通常、高・低圧配電盤は保護部品としてヒューズまたはサーキットブレーカーを使用する。電流が設定値を超えた場合、ヒューズのリンクが熱で溶けたり、サーキットブレーカーがトリップしたりして、回路を切断し、配電システムを保護する。保護部品は、さまざまな観点から最適に選択できる。

(1) コストの観点

部品コストの観点から、ヒューズの市場価格は低いが、モールドケースサーキットブレーカー（MCCB）またはミニチュアサーキットブレーカー（MCB）の市場価格はヒューズの数倍から数十倍になる。全体のプロジェクト予算が低い場合は、保護部品としてヒューズを選択することができる。

(2) メンテナンスの簡便性の観点

ショート回路障害が発生しトリップすると、MCB/MCCBの接触部が損傷する可能性がある。時間とともに、これはブレーカーが正しく動作しなくなる原因となる。したがって、ヒューズがショート回路障害でトリップした後、ヒューズリンクをすぐに交換して保護機能を復元する必要がある。MCB/MCCBがショート回路トリップした後は、検査を行い、損傷があれば交換する必要がある。

(3) 回路保護要件の観点

ヒューズは回路の過負荷に対して比較的感度が低いため、通常は照明回路以外でのショート回路保護にのみ使用される。一方、MCB/MCCBは過負荷と過電流に対して高い感度を持つ。ヒーティングループ、プラグソケット、制御回路などの回路を保護する際には、MCB/MCCBを保護部品として使用する必要がある。

4 結論

住宅生産と日常生活における電力エネルギーの需要が増加するにつれて、電力供給の経済性と安定性は配電システムの最適化の重要な目標となっている。配電室の配電盤は、電力を最終ユーザーに配布する最後のリンクを表しており、大量に使用されている。生産と日常生活の電力需要を満たしつつ、配電室キャビネットの建設における経済的利益を達成するためには、技術的および経済的な観点から配電盤の選択案を最適化し、技術的な信頼性と経済性を同時に満たす必要がある。