高電圧自動再閉装置の設計と応用：インドネシアとベトナムにおける20kVシステムに焦点を当てる

1. はじめに

現代の電力網インフラにおいて、高電圧再閉器は供給の信頼性と効率を向上させる上で重要な役割を果たしています。これは特に、多くの島々にまたがる複雑な電力配布ネットワークを持つインドネシアや、発展途上の沿岸部電力システムを持つベトナムなど、特に重要です。中高圧範囲内にある20kVの電圧レベルは、その送電効率とコスト効果の利点から、都市電網、工業用電力供給、および特定の高電圧送電線で広く採用されています。

2. 高電圧再閉器の機能と意義

高電圧再閉器は、電力配布ネットワーク自動化に使用されるスマートスイッチギアです。これは、「自己完結」能力を持ち、故障電流を検出し、所定の時間内でそれを遮断し、指定された回数の再閉を行うことができます。ラインで短絡故障が発生した場合、再閉器は事前に設定された順序と時間間隔に従って開閉します。永続的な故障の場合、予定された動作シーケンスを完了し、再閉が失敗すると、開路状態にロックされ、故障セクションを分離します。故障が解決したら、通常は手動リセットが必要となりロックが解除されます。一時的な故障の場合、その後の開閉操作は任意の再閉が成功した時点で終了し、一定の遅延後、初期設定状態に戻り、次の潜在的な故障への準備を行います。

広大な地域をカバーする大規模な電力網を持つインドネシアでは、高電圧再閉器は故障後の電力供給の迅速な復旧、停電時間の短縮、そして全体的な供給の信頼性向上に不可欠です。同様に、湿度や塩霧などの環境要因が電力網に課題をもたらす可能性のあるベトナムの沿岸部でも、再閉器は安定した電力供給を維持するのに役立ちます。

3. 20kV高電圧再閉器の設計考慮事項
3.1 電気性能設計
3.1.1 定格電圧と定格電流

20kV再閉器の定格電圧は、グリッドの電圧レベルと一致するように20kVに設計されています。定格電流は、設置される電力網セクションの実際の負荷電流に基づいて決定する必要があります。インドネシアやベトナムの工業地域では、高電力設備があるため、重負荷条件下での正常な動作を確保するために、より高い定格電流の再閉器が必要となる場合があります。

3.1.2 故障遮断容量

再閉器は、大規模な短絡電流を遮断する十分な故障遮断容量を持つ必要があります。20kVシステムでは、短絡電流は数キロアンペアに達することがあります。設計時には、地元の電力網における最悪の短絡シナリオ、例えば電源近くでの三相短絡を考慮する必要があります。例えば、インドネシアの典型的な20kV工業配電網では、短絡電流は約20-30kAであり、再閉器はこのような電流を安全かつ確実に遮断できるように設計されるべきです。

3.2 機械設計
3.2.1 動作機構

再閉器の動作機構は、高い信頼性を持ち、頻繁な動作にも耐えられるものでなければなりません。一般的には、バネ式または永久磁石式の動作機構が使用されます。ベトナムの沿岸部のような厳しい環境条件では、密閉性が高く腐食に強い永久磁石式動作機構が好まれることがあります。これは、塩霧や高湿度下でも安定して動作し、腐食による機械的故障のリスクを減らすことができます。

3.2.2 接触系

再閉器の接触系はその性能にとって重要です。良好な導電性とアーク耐性を持つ高品質の接触材料が選択されます。20kV再閉器では、銅-タングステン合金などの材料がよく使用されます。接触設計は、接触抵抗を最小限に抑え、正常動作中に過熱を防ぐために良好な接触圧力を確保しなければなりません。さらに、接触系は故障遮断操作中に生成される高エネルギーのアークにも耐えられ、長寿命であることが求められます。

3.3 絶縁設計
3.3.1 絶縁材料

20kV再閉器では、動作環境に基づいて適切な絶縁材料が選択されます。インドネシアの高湿度の熱帯気候では、エポキシ樹脂のような優れた湿気耐性絶縁特性を持つ材料が広く使用されます。エポキシ樹脂ベースの絶縁材は、湿気吸収による電気的破壊を効果的に防ぐことができます。ベトナムの沿岸部では、塩霧という追加の要因を考慮に入れ、特殊な防塩霧絶縁コーティングを絶縁材料に施すことにより、その絶縁性能をさらに向上させることができます。

3.3.2 絶縁構造

再閉器の絶縁構造は、十分な電気絶縁距離を確保し、定格電圧と瞬間的な過電圧に耐えるように設計されています。例えば、帯電部と接地部との間の絶縁設計は、関連する国際基準や国内基準に準拠する必要があります。インドネシアでは、再閉器の設計はSNI 04-0225基準を満たす必要があり、この基準は高電圧電気機器の最小絶縁距離と耐電圧レベルを規定しています。

4. 規格適合：IEC 60068-2-52とSNI 04-0225
4.1 IEC 60068-2-52

IEC 60068-2-52規格は、再閉器の環境試験に関連しています。ベトナムの沿岸部では、再閉器はこの規格に基づく塩霧腐食に対する耐性を満たす必要があります。この規格は、塩霧環境にさらされる装置の具体的な試験方法と受け入れ基準を規定しています。例えば、再閉器は一定期間の塩霧噴射試験を受け、試験後もその電気的・機械的性能が規定の要求を満たしている必要があります。この規格への適合により、再閉器はベトナムの厳しい沿岸環境下でも信頼して動作することができます。

4.2 SNI 04-0225

インドネシアでは、SNI 04-0225規格は高電圧電気機器、再閉器を含む、重要な意味を持っています。この規格は、電気的安全性、絶縁要件、機械的性能などをカバーしています。インドネシア市場向けに設計された再閉器は、この規格で規定されている耐電圧試験要件を満たさなければなりません。例えば、再閉器の絶縁は、交流と直流の電圧試験で破壊なく耐えられるべきであり、電力網における人員と装置の安全性を確保します。

5. インドネシアとベトナムにおける再閉器の特別要件

5.1 インドネシア
5.1.1 島嶼型電力網

インドネシアの電力網は、多数の島々にわたる広大な範囲を特徴としています。再閉器は、遠隔島嶼地域での容易な設置とメンテナンスのために設計される必要があります。自己完結型の動作制御システムを備えたコンパクトサイズの再閉器が好まれます。これらの再閉器は、島々に簡単に輸送され、ポール上や小さな変電所に設置することができます。また、いくつかの島では電力供給容量がしばしば限られているため、再閉器は比較的低出力の補助電源で効率的に動作できる必要があります。

5.1.2 熱帯気候

インドネシアの熱帯気候は、一年中高温多湿であり、再閉器の性能に挑戦をもたらします。再閉器の設計には効果的な放熱措置が組み込まれるべきです。例えば、エンクロージャーに熱伝導性材料を使用し、内部部品の過熱を防ぐための適切な通風チャネルを設計することです。さらに、材料の選択には、湿度による腐食に対する耐性も考慮され、長寿命を確保する必要があります。

5.2 ベトナム（沿岸部）
5.2.1 塩霧と湿度

ベトナムの沿岸部では、空気中の塩霧濃度と高湿度が大きな懸念事項です。再閉器は塩霧腐食に対して高い耐性を持つ必要があります。前述のように、IEC 60068-2-52のような規格への適合がこれに役立ちます。腐食耐性材料の使用に加えて、再閉器のエンクロージャーはIP68等級の保護レベルを持つべきです。ベトナムの沿岸部でIP68等級の再閉器を使用することで、塩水や塵埃の侵入を防ぎ、最も厳しい海岸環境下でも信頼して動作することができます。

5.2.2 強風と暴風雨

ベトナムの沿岸部は強風や暴風雨の影響を受けやすいです。再閉器は強風に耐えられるように設計されるべきです。その設置構造は頑丈で、エンクロージャーは暴風雨時の飛散物からの衝撃に耐えられるべきです。例えば、再閉器は適切な張線付きの頑丈なポールに設置され、エンクロージャーは耐衝撃性材料で作られるべきです。

6. まとめ

インドネシアとベトナム、特にベトナムの沿岸部向けの20kVシステム用高電圧再閉器の設計には、様々な要素を慎重に考慮する必要があります。電気的・機械的性能から絶縁設計まで、そしてIEC 60068-2-52やSNI 04-0225などの国際基準と国内基準への適合までです。これらの地域の特定の環境要件と電力網要件、例えばインドネシアの島嶼型電力網や熱帯気候、ベトナムの沿岸部の塩霧、湿度、強風条件を満たすことは、電力網の信頼性ある動作を確保するために不可欠です。良好に設計された再閉器は、電力供給の信頼性を大幅に向上させ、停電時間を短縮し、これらの地域での電力産業の安定的な発展を支えます。インドネシアとベトナムの電力需要が継続的に増加するにつれて、再閉器設計における継続的な革新と改善は、将来の電力網運転における課題に対応するために重要となります。