電圧クラスの理解：電力システムにおける重要性、種類、および応用

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フィールド: 製造業

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電圧クラスとは何ですか？

電圧クラスの定義：電圧クラス（または電圧レベル）は、電力システムや電気設備で使用される標準化された定格電圧のセットを指します。定格電圧とは、機器が通常条件下で動作する設計上の名目上の電圧であり、基本的に電圧クラスはシステムや装置の意図された動作電圧範囲を定義します。
消費者向け家電製品との類似性：家庭用電化製品（例：冷蔵庫、テレビ）は通常220Vの名目電圧で動作し、著しく高いまたは低い電圧が供給されると故障したり損傷したりすることがあります。同様に、電力システムの設備は指定された電圧クラス内で動作する必要があります。これにより信頼性のある性能が確保されます。

電圧レベル分類の重要性

標準化：統一された電圧クラスは、設備の設計、製造、メンテナンスの明確なフレームワークを提供します。同じ電圧クラスに準拠した異なるメーカーのデバイスはシームレスに相互運用でき、互換性を高め、システム管理を簡素化します。
効率性：適切な電圧レベルを選択することで、送電損失を最小限に抑えることができます。一定の電力伝送に対して、高い電圧は電流を減らし、導体でのI²R損失を低減し、発電から最終使用までの全体的な効率を向上させます。
安全性と信頼性：明確な電圧クラスの区別により、絶縁要件と保護措置が電圧ストレスに合致し、不適切な電圧による過負荷やショートサーキットを防ぎ、人員と設備を保護します。
技術進化の促進：明確に定義された電圧階層は、電力需要の増加や新興技術（分散型発電、スマートグリッドなど）に対応するための電力網の適応を可能にします。再生可能エネルギー、エネルギー貯蔵、高度な制御の統合を支援しながら、安定性と耐久性を維持します。

一般的な電圧クラス

安全電圧（≤36 V）：安全性が重要なアプリケーションで使用されます：ハンドヘルド電動工具では24V、鉱山照明では12V、医療用内視鏡では≤6V。特別な環境（例：プール）では通常12Vを使用し、子供のおもちゃでは≤6Vを使用します。GB/T 3805-2008に準拠する必要があり、安全隔離変圧器、バッテリー、二重絶縁、および72時間の非常時照明運転時間が必要です。
低電圧（220 V/380 V）：三相四線式低電圧配電ネットワーク（相対地220V、相間380V）を形成し、GB/T 12325に基づく±7%の許容範囲があります。ヨーロッパでは230/400V、日本では100/200Vを使用しています。保護には30mA RCD、過負荷/ショートサーキットブレーカー（切断容量≥6kA）、およびTN-S接地（絶縁PE導体、接地抵抗≤4Ω）が含まれます。
中電圧（10 kV～35 kV）：都市部の配電では10kV（ケーブル電流容量約300A/km）が一般的で、郊外や工業地域のフィーダーでは35kVを使用します。IEEE 1547は、分散型発電の接続を≤35kVに制限し、PVプラントでは±10%の電圧調整を要求します。
高電圧（110 kV～220 kV）：大量の電力伝送に経済的です：110kVは50～100MW（例：LGJ-240導体を使用）を扱い、220kVは200～500MWを扱います。典型的な220kV変電所の変圧器は180MVAの定格を持ち、短絡インピーダンスは12%～14%です。
超高電圧および特超高電圧（≥330 kV）：500kV交流線路は自然に約1000MWを伝送し、±800kV直流線路は最大8000MW（6×720mm²導体を使用）を扱えます。1000kV交流UHV線路はkmあたり<0.8‰の損失を生じます。

電圧レベル決定の基準

国家規格：中国の電圧階層はGB/T 156-2017（「標準電圧」）およびGB/T 156-2007に基づいており、IEC 60038と一致していますが、現地の50Hz交流電力網のニーズに合わせて調整されています。
送電距離：高い電圧は長い距離に適しています：0.4kVは短距離（<0.6km）の局所配電に、1000kV ACは超長距離（800～1500km）の大規模伝送に使用されます。
技術的実現可能性：より高い電圧への移行には、絶縁、冷却、材料に関する課題に対処する必要があります。UHV設備は専用の絶縁体と熱管理を使用して安全かつ安定な動作を実現し、継続的な研究開発によって電圧クラスの拡大が進められています。