コンデンサバンクスイッチング用真空遮断器

電力システムにおけるリアクティブパワーコンペンセーションとコンデンサスイッチング

リアクティブパワーコンペンセーションは、システムの動作電圧を上げ、ネットワーク損失を減らし、システムの安定性を改善する効果的な手段です。

電力システムにおける従来の負荷（インピーダンスタイプ）:

• 抵抗

• インダクタンス

• キャパシタンス

コンデンサーの充電時のインラッシュ電流

電力システムの運転において、コンデンサーはパワーファクターを改善するために接続されます。閉鎖時に大きなインラッシュ電流が発生します。これは、最初の充電時にはコンデンサーに電荷がなく、流入する電流はループインピーダンスのみによって制限されるためです。回路状態がショート回路に近い場合、ループインピーダンスが非常に小さいため、大きな一時的なインラッシュ電流がコンデンサーに流れます。ピークインラッシュ電流は閉鎖の瞬間に発生します。

コンデンサーが十分な放電なしに切断後すぐに再充電されると、結果としてのインラッシュ電流は初期充電時の約2倍になります。これは、コンデンサーが残留電荷を持ち、再閉鎖がシステム電圧がコンデンサーの残留電圧と大きさが等しく極性が反対のときに起こるため、大きな電圧差が生じ、高いインラッシュ電流が流れます。

コンデンサースイッチングの主な問題点

• 再着火

• 再ストライク

• NSDD（持続しない破壊的放電）

コンデンサ電流スイッチング試験では、再着火は許可されています。遮断器は再ストライク性能に基づいて2つのカテゴリーに分類されます：

• C1クラス：特定の型式試験（6.111.9.2）により確認され、コンデンサ電流スイッチング中に再ストライクの確率が低い。

• C2クラス：特定の型式試験（6.111.9.1）により確認され、再ストライクの確率が非常に低く、頻繁かつ高要求のコンデンサバンクスイッチングに適している。

コンデンサスイッチング用真空遮断器の成功率向上

1. 真空遮断器の絶縁強度の向上

真空遮断器は真空遮断器の心臓部であり、コンデンサスイッチングの成功に重要な役割を果たします。製造者は設計と材料を最適化して以下のことを達成する必要があります：

• 均一な電界分布

• 溶接に対する高い耐性

• 低い電流チョッピングレベル

構造と材料の改善は、信頼性のある遮断を確保するために不可欠です。

2. 真空遮断器製造プロセスの管理

• 金属部品の加工時にバリを最小限に抑え除去し、表面仕上げと清潔さを向上させる。

• 組み立て前に部品を超音波洗浄して微粒子を取り除く。

• 組立室の湿度と浮遊粒子を制御する。

• 接触部品の保管時間を短縮し、酸化と汚染を最小限に抑えるために迅速に組み立てる。

3. 遮断器の設計と組立品質の向上

機械特性が最適な範囲内にあることを確認する：

• 導体棒の位置合わせと垂直設置によりストレスを避ける。

• 適切な操作機構出力エネルギー。

• 閉鎖と開放速度が許容範囲内。

• 閉鎖バウンスと開放リバウンドを最小限にする。

• 部品の品質と組立精度を厳格に制御する。

4. 空載運転と調整（バーンイン）

組立後、機械特性を安定させるために300回の空載運転を行う。完全なスイッチに対して電圧および高電流調整を行い、マイクロプロトゥージョンを除去し、コンデンサスイッチング中の再着火率を低下させる。

並列コンデンサー調整は製品の絶縁強度を急速に向上させる。

5. 開放速度の最適化

遮断後、真空遮断器の接触ギャップは最大で13 ms間、2倍のシステム電圧（2×Um）を耐えなければなりません。接触はこの時間内に安全な開放距離に到達しなければなりません。したがって、特に40.5 kV遮断器の場合、開放速度が十分であることが必要です。

6. 真空遮断器の調整（エイジング）

• 低効果方法：高電圧/低電流、低電圧/高電流、またはインパルス電圧調整は、コンデンサスイッチング中の再着火を減らす効果が限定的。

• 効果的な方法：高電圧・高電流単相調整は、パフォーマンスを大幅に向上させる。

• 合成試験回路調整も実際のコンデンサスイッチング条件をシミュレートするために使用される。

一般的な用途では、標準的な調整が行われますが、コンデンサスイッチングのためには特別な調整が必要で、電気性能と初期遮断能力を向上させます。

調整パラメータ：

• 電流調整：
  3 kAから10 kA、200 ms半波、各極性（正と負）につき12ショット。

• 圧力調整：

• 静圧（軸磁場接触部）：15〜30 kNを10秒間適用する。

• 開閉調整（横磁場接触部）：実際の遮断器の動きをシミュレートする試験台で閉鎖と開放操作を行う。

• 電圧調整：
  定格電圧を超える50 Hz交流電圧（例：12 kV遮断器の場合110 kV）を1分間適用する。

コンデンサスイッチングの試験パラメータ

• GB/T 1984：バックツーバックコンデンサバンク、インラッシュ電流20 kA、周波数4250 Hz。

• IEC 62271-100 / ANSI規格：

• コンデンサバンクスイッチング：電流600 A、インラッシュ15 kA、周波数2000 Hz

• スイッチング電流1000 A、インラッシュ15 kA、周波数1270 Hz

• ANSIではコンデンサスイッチングで最大1600 Aまで許可されている。

適切な調整後、12 kV真空遮断器は通常以下を通過できます：

• 400 Aバックツーバックコンデンサバンクスイッチング

• 630 A単一コンデンサバンクスイッチング

しかし、40.5 kVシステムではこれは非常に困難です。一般的な解決策には以下があります：

• より穏やかな遮断特性を持つSF₆遮断器を使用する

• 2つの遮断器を直列に接続する二重遮断真空遮断器を使用する。これにより絶縁回復強度が大幅に向上し、コンデンサスイッチング中の過渡過電圧上昇率を超えて弧消去を達成できる。