新タイプの電力分配盤の設計

現代の電気工学において、配電盤と配電箱は電力分配と制御の「神経中枢」として機能します。その設計の質は、全体の供給システムの安全性、信頼性、コスト効率を直接決定します。ますます複雑化する電力需要と高度な知能化に伴い、配電設備の設計は単純に「電気部品を収納する」ものから、構造力学、電磁適合性、熱管理、人間機械インタラクション、そして知能制御を統合した包括的なシステムエンジニアリングの課題へと進化しました。この記事では、設計の観点から高圧/低圧配電盤および配電箱の最適化設計戦略を探ります。

I. 高圧/低圧配電盤：システムレベルの設計の最適化

高圧/低圧配電盤は、配電室の核心的な設備です。その設計は、信頼性、実用性、経済性の間で最適なバランスを達成しなければなりません。

• 構造設計：モジュール化とメンテナンス性

• ドロワータイプ/引き出し式（例：KYN28）設計：これは現在主流の高信頼性設計です。ブレーカーなどの主要部品を引き出し可能な「ドロワー」または「トラック」に取り付けることで、「非電源状態での安全なメンテナンス」が可能になります。設計には、トラックの滑らかな動きを確保するために、トラックと床の水平度を正確に考慮する必要があります。振動減衰は絶縁ゴムマットを敷くことで達成され、構造設計と土木建設との協調性を反映しています。

• 空間配置と区画分割：KYN28のようなキャビネットは金属パーティションを使用してキャビネットを別々の区画（例：ケーブル室、トラック室、バスバー室、計器室）に分割し、機能的なゾーニングと電気的隔離を達成します。これにより故障の伝播が効果的に防げます。レイアウトは、部品の寸法、放熱要件、電気安全クリアランスに基づいて精密に設計する必要があります。

• 低圧ドロワータイプ設計（例：GCS、MNS）：これらの低圧キャビネットはドロワーユニットを利用し、メンテナンス効率を大幅に向上させます。設計には、ドロワーの機械的連携、レールの強度、コネクタの信頼性を考慮し、頻繁なプラグイン/プラグアウトにもかかわらず安定した電気接続を確保する必要があります。

• 部品選択と保護機能設計

• 保護戦略：設計の核心は保護機能の設定にあります。ヒューズは安価ですが、ショート回路保護のみに適しており、交換が必要です。一方、真空遮断器やSF6遮断器は過負荷とショート回路の包括的な保護を提供し、再利用可能であり、複雑な負荷に適しています。保護部品の選択は負荷特性（例：モーター、照明、電子機器）に基づくべきです。

• 知能統合：従来のリレーによる保護システムは複雑で故障率が高い傾向があります。現代の設計トレンドは、知能マルチファンクション保護リレーを統合することです。これらのデバイスは測定、保護、制御、通信機能を1つのユニットに組み合わせ、二次回路を簡素化し、システムの信頼性を向上させ、将来のエネルギーマネージメントシステム（EMS）またはビルオートメーションシステム（BAS）への接続インターフェースを提供します。

• 経済的かつ実用的な設計

• 国産対輸入のトレードオフ：国産キャビネット（例：GCS）は中程度の価格と便利なアフターサービスを提供しますが、物理的なフットプリントが大きいことが多いです。輸入キャビネット（例：ABBのMNS）は先進技術とコンパクトなサイズを特徴としますが、コストが高く修理サイクルが長い可能性があります。設計者はプロジェクト予算、配電室スペース、メンテナンス能力に基づいて包括的な選択を行う必要があります。

• パラメトリック設計：主幹線の最大定格電流と短時間耐電流の正確な計算が不可欠です。これらの計算に基づいて、適切なバスバースペックとキャビネットのIP等級を選択し、ピークロード条件下でも安全な動作を確保する必要があります。

II. 配電箱：詳細と革新に焦点を当てた設計

配電の終端点である配電箱の設計は、設置の利便性、環境適応性、ユーザー体験に重点を置いています。

• 設置方法の設計

• 表面取付け対埋込取付け：表面取付けの配電箱設計（例：角鋼ブラケットまたは金属製エキスパンションボルトを使用）では、壁の耐荷重能力と固定ポイントの正確な位置を考慮する必要があります。埋込取付けの配電箱は土木建設との緊密な協調が必要で、事前に形成された開口部の正確な寸法とレベルを確保し、その後の下塗りによる箱の汚染を防ぐために、非常に正確な設計図が必要です。

• 構造と材料の革新設計

• 特許設計の例：

• 強度と安定性：ドアの内側に突起肋を追加し、ドアフレームに対応する溝を設けることで、閉じたときに「枘と榫」のような構造を作り出し、ドアの剛性と全体的な安定性を大幅に向上させます。これにより、従来の金属板ドアによく見られる変形問題を解決します。

• 騒音低減設計：内壁には円孔を持つアルミニウムフォーム層が組み込まれています。アルミニウムフォームは軽量で多孔性の材料で、内部の微細な孔が音波を熱に変換し、効果的に吸収して消去し、より静かな環境を作ります。

• エネルギー効率と精密な制御：内部にフィルタ補償回路（高調波フィルタリング+力率補正）を統合することで、グリッドの高調波を排除し、力率を改善し、直接的に線損を削減します。同時に、独立した電流と電圧検出回路は、システムの精密なエネルギー消費データを提供し、その後のエネルギー効率分析と最適化を容易にします。

• 安全性とメンテナンス設計

• 絶縁とテスト：設計には絶縁テスト手順を含める必要があります。設置後、500Vメガオーム（絶縁抵抗計）を使用して、相間、相-地、相-中性など、絶縁抵抗をテストし、基準を満たすことを確認する必要があります。これは、人員と設備の安全を確保するための基本です。

• 放熱設計：背面パネルにルーバーを取り入れて放熱しますが、これが騒音低減設計と調整される必要があります。この特許設計は効率的なアルミニウムフォーム吸音を有効に利用し、通風口を設けつつも大きな騒音漏れを起こさないようにします。これにより、放熱と騒音低減の間に存在する矛盾を巧妙に解決します。