高電圧ガス絶縁開閉装置（GIS）の工学研究における重要なポイント

高電圧ガス絶縁開閉装置（GIS）のエンジニアリング研究における重要な点

ガス絶縁開閉装置（GIS）のエンジニアリング研究

電気技術者がGISの初期構成を定義し、一次設備データを決定および指定した後、エンジニアリングの側面に関連する追加の研究、ならびに納品と設置の物流に関する研究を行う必要があります。

最も重要なエンジニアリング研究は以下の通りです：

1. 過渡回復電圧（TRV）条件

電気技術者は、製造業者がTRV研究を行うことを規定すべきです。この研究の目的は、GISを取り巻く電気ネットワークの過渡応答を考慮して、最悪の場合の回復電圧上昇率（RRRV）と遮断器間の最大ピーク電圧を評価することです。計算されたTRV値は、遮断器の試験報告で保証されているTRVレーティングと、業界標準にある標準的なTRVエンベロープと比較する必要があります。

遮断器が経験するTRVは、遮断器の端子間に生じる電流遮断後の電圧です。TRV波形の形状は、遮断器を取り巻く電気ネットワークの特性によって決まります。一般的に、遮断器へのTRVストレスは、故障位置、故障電流の大きさ、そして開閉装置のスイッチング構成に依存します。
TRVは電流遮断の成功を左右する決定的なパラメータであるため、遮断器は通常、標準的なTRVに耐えられるように実験室で型式試験されます。この標準的なTRVは、4パラメータエンベロープ（100 kV以下の遮断器には2パラメータエンベロープ）によって定義されます。最初の期間は高い上昇率を持ち、その後の期間は低い上昇率を持ちます。TRVエンベロープの最初の期間の傾きは、回復電圧上昇率（RRRV）として定義されます。短絡遮断電流の振幅が非常に低い場合、TRVストレスを評価するために2パラメータエンベロープを考慮する必要があります。

図1：高電圧遮断器のTRV曲線

この研究の目的は、開閉装置を取り巻く電気ネットワークの過渡応答に基づいて、GIS内の遮断器の最悪の場合のRRRVと最大の波頭電圧を評価することです。

TRVに関する詳細については、こちらの記事をご覧ください。

2. 非常に高速な過渡現象（VFT）条件

電気技術者は、製造業者がVFT研究を行うことを要求しなければなりません。ガス絶縁開閉装置（GIS）では、切断スイッチ操作中にMHz範囲の振動周波数を持つ非常に高速な過渡現象（VFT）の過電圧が発生することがあります。これは、数ナノ秒以内の急速な電圧崩壊とGISの長さおよび同軸設計によるものです。

操作された切断スイッチ付近では、100 MHz以上の周波数が生成される可能性があります。GIS内部のより遠い場所では、数MHzの周波数が予想されます。

VFTの周波数と振幅は、GISの長さと設計によって決まります。この現象の伝搬波性質により、GIS内での電圧と周波数は場所によって異なります。

ガス絶縁バスの長いセグメントを切り替えるときや、メインバスセクションのソースにタップバスがあるときに、高い振幅が発生する可能性があります。ソースと切り替えられたバスの末端の自然周波数が似ている場合、かつ切断スイッチ間の電圧差が大きい場合、切断スイッチの開放時に大きな電圧差が存在します。一般に、VFTの最高振幅はオープンGISセクションで見られます。

図2：750 kV GISにおけるVFTO波形の例

この研究の目的は、切断スイッチを使用して開閉装置セグメントを帯電させる際に発生するGIS内のVFT過電圧をシミュレーションすることです。また、遮断器のスイッチング操作によるVFT過電圧も計算する必要があります。

3. 絶縁調整研究

電気技術者は、製造業者が絶縁調整研究を行うことを規定しなければなりません。このような研究は、GIS設備、接続された地下ケーブル回路、その他の空気絶縁設備を保護するために重要なGIS金属製タイプの避雷器の位置と数量を確認するために必要です。

絶縁調整研究は、GIS、そのベイ、およびケーブルにおける過電圧ストレスを検討します。これらのストレスは、変電所とそれに接続された線路に接近する落雷によって誘起されます。したがって、通常運転構成を含むいくつかの特定の変電所構成について、典型的な落雷（例えば遠隔落雷、導体への直接落雷、架空線の最後の鉄塔への落雷）によって引き起こされるGISおよびベイ内の最大電圧ストレスをシミュレーションする必要があります。

適切な絶縁調整レベルは、個々の設備の絶縁レベルと予想される最大過電圧ストレスを比較することで検証する必要があります。この比較では、業界標準に基づく最大補正係数と安全係数を考慮する必要があります。

4. 熱容量計算

電気技術者は、製造業者が主要な電流パスにあるすべての設備とデバイスの熱容量計算を提供することを要求する必要があります。これらの熱容量計算は、ユーザーと地域システム運用機関の施設評価方法に従って決定する必要があります。

5. フェロ共鳴の影響

電気技術者は、GISの電位変換器の投入・切離しに関連してフェロ共鳴が発生する可能性があるかどうかを調査する研究を行うことを規定しなければなりません。この研究は、状況の深刻さだけでなく、チューニングインダクタの使用などの緩和策も推奨する必要があります。

6. GISの抵抗とキャパシタンス

電気技術者は、製造業者に対し、GISの各コンポーネントの計算および測定されたキャパシタンスと抵抗値を提供することを要求する必要があります。これには、ブッシング、バスラン、スイッチ、遮断器などが含まれますが、これらに限定されません。

7. 耐震計算

電気技術者は、製造業者に対し、耐震設計試験に関するすべての文書（製造業者がGIS文書で指定しているもの）を提供することを要求する必要があります。

8. 電磁適合性

電気技術者は、制御、保護、診断、監視設備に対する干渉を解決するためのシールドと緩和手順に関する研究を行うことを製造業者に規定する必要があります。

9. 土木工学的側面

技術者は、製造業者に対し、特定のサイト条件に合わせてGISを収容するために必要な特別な土木設計に関する文書を提供することを要求する必要があります。

10. 接地と結合

電気技術者は、製造業者に対し、現在のIEEE Standard 80に従って接地研究を行うことを規定する必要があります。製造業者は、GIS設備の接地がNational Electric Safety Code C2およびIEEE Standard 80に準拠していることを確認する必要があります。

すべての研究は、契約が授与された後、指定された時間内にユーザーに提出される正式な報告書で提示されるべきです。結論を支持するためのすべての関連文書、計算、曲線、仮定、グラフ、コンピュータ出力を含むがこれらに限定されないものを提供する必要があります。

11. 物流研究

• ガス絶縁開閉装置の輸送、保管、組立施設: GISコンポーネントを現場に輸送する手段、設置前の適切な保管条件、および適切なセットアップに必要な組立施設を分析し計画する。

• ガス絶縁開閉装置のサービスとメンテナンス、および将来の拡張に伴う要件: GISの定期的なサービスとメンテナンスの要件、および将来の拡張に備えた必要な措置を考慮する。

• 品質保証、製造中の試験手順、特に現場での試験: 製造過程での品質管理を確保し、特にGISの適切な機能を保証するための包括的な試験手順を定義する。

図2 は、750 kV GISにおけるVFTO曲線の例を示しています（この投稿を参照してください）。

図1は、高電圧遮断器での最終電流消滅後の過渡電圧回復曲線を示しています。