技術分析、内部アーク故障耐え性とSF6完全絶縁ガス絶縁リングメインユニット（RMU）の最適化
SF6全絶縁ガス絶縁リングメインユニット（以下、RMUと略す）は主に、負荷スイッチユニットおよび高電圧交流負荷スイッチ-ヒューズ組み合わせ装置（以下、組み合わせ装置と略す）で構成されています。ユーザーの要件に応じて、共通タンクまたはユニット化された構造として設定することができます。
実際のエンジニアリングアプリケーションでは、通常、トップマウント型の固体絶縁バスバーまたはサイドマウント型のプラグインバスバーを使用して電気接続が行われます。さまざまな技術パラメータの中で、組み合わせ装置ユニットの転送電流と負荷スイッチユニットの閉鎖能力は開発上の主要な課題を表しています。また、近年、安全性への関心が高まっているため、内部アーク障害にもユーザーからの注目が集まっています。
1. 技術問題の分析
RMUの開発と生産において、以下の点について慎重に考慮する必要があります：
1.1 転送電流
組み合わせ装置の転送電流とは、遮断機能がヒューズから負荷スイッチへ移行する三相対称電流のことを指します。この値を超える電流の場合、遮断はヒューズのみによって行われます。より低い故障電流範囲では、三相ヒューズの溶断時間が固有の変動性を持ちます。最も早く溶断するヒューズが最初に遮断し、そのストライカーがトリップ機構を起動して負荷スイッチを開きます。
残りの二相の遮断は、それぞれのヒューズの実際の時間-電流特性（残りの二相の電流は三相電流のおよそ87%）と、最初に遮断したヒューズのストライカーによって開始された負荷スイッチの開放時間との比較により決まります。ヒューズの溶断が遅れた場合、残りの二相は負荷スイッチによって遮断されます。そのため、この範囲での故障電流の遮断はヒューズと負荷スイッチによって共有されます。
組み合わせ装置の転送電流は、ヒューズのストライカーによって開始される負荷スイッチのトリップ時間と、ヒューズの実際の時間-電流特性という二つの重要な要素によって決定されます。定格転送電流は重要な技術パラメータであり、負荷スイッチが安全に遮断できる最大電流を表します。限流ヒューズを選択する際には、その時間-電流特性を評価して、結果の転送電流が組み合わせ装置の定格転送電流を下回るようにすることが重要です。これにより、負荷スイッチとヒューズとの間で信頼性と安全性の高い調整が可能となり、トランスフォーマーの効果的な保護が可能になります。
1.2 閉鎖能力
負荷スイッチのテスト中に時折不成功な閉鎖操作が発生しますが、一般的には次の二つのカテゴリーに分かれます：必要な閉鎖回数を満たさない場合や、定格短絡電流で閉鎖できない場合。テスト結果の分析によると、このような失敗は主接触部の過度な摩耗により、定格短絡電流を伝導する能力が損なわれるためであることが示されています。
したがって、主接触部の摩耗を最小限に抑えたり防止したりすることは、テスト結果を成功させる上で重要です。研究と広範なテストにより、高融点の銅クロム合金製の補助接触部を元の主接触部に追加することで、低融点の銅製主接触部を間接的に保護できることを示しています。具体的な設計アプローチは、使用される接触部構造（直線運動型または回転ブレード型）に基づいて柔軟に対応できます。
2. 内部アーク障害への耐えられる性能
電弧は周囲の空気と激しく反応し、温度と圧力が急速に上昇します。適切に制御されなければ、作業員と設備に重大なリスクをもたらす可能性があります。RMUのガス室（スイッチ室）とケーブル室に対して、内部アーク障害テストを個別に行う必要があります。テスト合格には以下の基準を満たす必要があります：
スイッチギアのパネルとドアは閉じたままであるべきであり、限定的な変形は許容されます。
外装は破裂しないこと、60g以上の破片が放出されないこと。
スイッチギアの高さ2mまでの到達可能な表面に穴が形成されてはならない。
テスト中に使用される水平および垂直の指標が熱ガスによって点火されない。
テスト中、外装は接地ポイントに接続されたままでなければならない。
2.1 定格短絡切断電流
組み合わせ装置の定格短絡切断電流は、選択されたヒューズによって決定されます。以下の考慮事項があります：
ヒューズの定格短絡切断電流は、配電システムの設置点における最大予想故障電流以上でなければならない。
ヒューズの定格短絡切断電流は、組み合わせ装置内の負荷スイッチの定格短時間耐えられる電流と適切にマッチングしなければならない。
同じモデルと仕様のヒューズを3つ取り付ける必要がある。そうでないと、遮断性能が悪化する可能性がある。
ヒューズは正しく完全に取り付けられ、ストライカーが適切なタイミングで動作し、負荷スイッチのトリップ機構を確実にトリガーするようにしなければならない。
1つまたは2つのヒューズが動作した後は、無電流状態であることが確認できない限り、すべての3つのヒューズを交換する必要がある。
2.2 高地運転
RMUの密封ガス室の設計は通常、海抜1,000m未満での運転を前提としています。高地では空気が薄くなり大気圧が低下します。内部ガス密度は一定のままなので、密封室の相対圧力が上昇します。これにより、外装に対する機械的ストレスが増し、変形やガス漏れのリスクが高まります。このような場合、外装の強度を適切に強化し、テストを通じて検証する必要があります。ガス充填圧力を（または密度を）減らすことは科学的に合理的な解決策ではなく、推奨されません。
2.3 水分含有量の制御
DL/T 791-2001「屋内交流ガス絶縁スイッチギアの選択ガイドライン」第6.5.1条では、ガス室の水分含有量について次のように規定しています：「定格充填圧力が0.05 MPa以下の場合は、水分含有量は体積比で2,000 μL/Lを超えてはならない。」他の標準では具体的な指導が提供されていません。RMUの生産において、以下の理由から20℃で1,000 μL/Lの水分含有量を制御することは合理的とされています：
負荷スイッチは比較的小さな電流（630 A）を遮断し、最大転送電流は約1,500〜2,200 Aです。
充填圧力は低く（定格0.03〜0.05 MPa）、高電圧GIS（約0.5 MPa）よりも大幅に低い。
密封性能が優れており、外部環境からの水分の侵入が非常に遅い。
遮断後のSF6分解生成物は最少である。
テスト中に意図的に水分を制御しなかったサンプルでも、過剰な水分による失敗は観察されなかった。
したがって、生産中に水分制御を完全に無視することは正当化できませんし、絶縁に基づく制限に厳格に従ってアーク消火要件を考慮せずにいることも不合理です。長年の実際の生産および運用経験に基づき、製造時に水分含有量を20℃で1,000 μL/Lに保つことは技術的に妥当かつ合理的です。
3. 結論
RMUは中国で長年にわたり製造および運用されており、成熟した技術、安定した性能、強い市場受け入れを示しています。より多くのメーカーがこの分野に参入し、研究、製造、運用で遭遇する技術的課題について引き続き探求、議論、洞察を共有することを期待しています。これにより、RMU技術の進歩と継続的な改善が促進されます。
