SF₆リングメインユニット（RMU）と都市電力網の改修

概要​
古い配電網は主に放射状の構造で、ほとんどの入出力線が空中線です。スイッチング装置は通常、空気絶縁真空遮断器または少量油遮断器で構成されています。これらのネットワークは頻繁な障害、高い運転コスト、および障害時の長期かつ広範囲な停電により、経済発展を大幅に阻害しています。

急速な経済成長と都市グリッドの改修実施により、より高い電力供給信頼性への需要が高まっています。完全絶縁、完全密封、メンテナンスフリー、コンパクトなSF₆リングメインユニット（RMU）が再び信頼性の高い電力供給の保証となっています。

​1 SF₆ RMUの種類と構造的特徴​

​1.1 SF₆ RMUの種類​
SF₆ RMUは、構造に基づいて共通タンク型とモジュール型の2つの主要なタイプに分類できます。初期の共通タンク型RMUは通常、1つの入口、1つのループ、1つの出口を特徴としており、小さな負荷に適していました。しかし、負荷要求の増加に伴い、最大分配容量が10 MVAまで拡張可能なモジュール型が登場しました。

SF₆ RMUは、機能に基づいてケーブル型、ヒューズ型、およびSF₆遮断器型に分類されます：

• ​ケーブル型:​​ ケーブルの出入り口に使用されます。定格電流は630Aです。
• ​ヒューズ型:​​ 変圧器に直接接続できます。定格電流は200Aです。ただし、ヒューズの温度上昇効果を考慮すると、実際には各RMUは最大1600 kVAの変圧器に供給する制限があります。
• ​SF₆遮断器型:​​ 1600 kVAを超える変圧器を保護するために使用されます。また、過電流および瞬時トリップ保護を持つ入力またはバスセクションユニットとしても機能します。その定格電流は630Aで、総故障遮断時間は95msです。
  SF₆ RMUの基本的な構成は以下の図に示されています。

​1.2 SF₆ RMUの構造的特徴​
共通タンク型SF₆ RMUは通常、ガスタンク、操作機構室、およびケーブル接続室で構成されています。モジュール型ではさらに母線接続室が必要です。

SF₆ RMUには以下の4つの主要な特徴があります：

1. ​ガスタンク:​​ これはRMUで最も重要な部分です。ガスタンクには負荷スイッチ、母線、スイッチシャフト、およびSF₆ガスが含まれています。
• 負荷スイッチは3位置スイッチで、隔離ナイフスイッチとアークシュートを含みます。
• ナイフスイッチの可動接触部にはニクロム合金製の2つの特殊なリベットがあり、次の2つの目的を果たします：
• 開閉時に乾燥潤滑を提供し、長期使用後に可動接触と固定接触間の接触抵抗が増加しないようにします。
• ニクロム合金の高い溶点により、短絡電流による熱生成時や耐え忍ぶ期間中に可動接触が溶けません。
• アークシュートには脱イオン化板が含まれており、アークを伸ばし、アークエネルギーを減らし、負荷スイッチが負荷電流を遮断する際に生成される金属蒸気とSF₆分解物の量を最小限に抑えます。
• ナイフスイッチに接続する母線の部分は固定接触です。定格電流容量と動的/熱的安定性の要件を満たすだけでなく、母線の設計と製造も電磁場効果を考慮して磁界の影響を最小限に抑えます。
• スイッチシャフトはガスタンクを貫通し、操作機構室に接続され、室の外側からオペレーターがスイッチの閉合、開放、接地状態を制御できるようにします。貫通点（タンクと外部との唯一の動的な接続）には二重シール構造を使用し、真空引きおよびガス充填時のタンクの気密性を厳格に確保します。
• SF₆ガスの年間漏れ率はわずか0.0035%です。この低い漏れ率は、RMUの長期的な安全な動作に不可欠です。
• 絶縁とアーク消去のためにSF₆ガスを使用するほか、ガスタンクにはアルミニウム酸化物（Al₂O₃）も含まれており、SF₆ガスの再生を加速し、優れた乾燥剤として機能し、SF₆ガスの品質を維持し、アーク障害を最小限に抑えます。障害が発生した場合、タンク下部の爆発防止膜が作動し、熱いガスを直接ユニットの前部ではなく、ユニットの下または背後のケーブルトレンチに排出することで、作業員を保護します。
• ガスタンクは3mm厚のステンレス鋼板で二面溶接されています。
2. ​操作機構室:​​ 室内の操作機構はスイッチシャフトを通じて負荷スイッチと接地スイッチに接続されています。操作穴に挿入された操作棒を使用して、オペレーターは少ない力（60 N・mのみ）で簡単に閉合、開放、接地操作を行うことができます。
• スイッチの接触部が見えないため、操作機構にはスイッチシャフトに直接リンクされた位置表示器が装備されており、負荷スイッチと接地スイッチの現在の状態を明確に示します。
• 負荷スイッチ、接地スイッチ、および前面カバープレート間に機械的インターロックが設置されており、5つの安全インターロック要件（誤操作防止機能）を満たしています。
• 負荷スイッチと接地スイッチには両方とも速開速閉機構が装備されており、開閉速度はオペレーターの速度に依存しません。
• ヒューズ保護付きのスイッチ（TS型スイッチギア）には、機械式または電気式の自動トリップ装置があります。機械式トリップ原理：ユニット回路で短絡障害が発生した場合、ヒューズは最初の半周期（約10ms）の障害電流で溶けます。ヒューズのストライカピンがトリップ機構に衝突し、負荷スイッチが開放されます。総障害遮断時間は35msだけであり、ユニットを効果的に保護し、隣接するユニットへの障害の伝播を防ぎます。さらに、優れた機械性能により、ヒューズ型スイッチギアの転送電流は2300Aに達することができます。
• 操作機構室の前面パネルの操作レバーにパッドロックを追加して不正操作を防ぐことができます。
• 安全な操作のため、ガスタンクに直接接続され、湿気による曇りを防ぐ（ダイヤルの曇りを防ぐ）気密ガス圧計が室内に設置されており、保守担当者がいつでもRMUの状態を正確に監視することができます。
• 操作機構室内には電圧指示器も設置されており、オペレーターが回路の帯電状態（ネオンランプ指示器）と相位確認（テストソケットを使用）を監視することができます。
3. ​ケーブル接続室:​​ RMUの前面に位置し、高さ1220mmでケーブル端末に十分なスペースを提供します。
• RMUのブッシングへのケーブル接続には、アスベストフリー接触スクリーン（AFTS）またはアスベストフリーキット付き（AWK）シリコーンゴムケーブルアクセサリーを使用します。
• 銅またはアルミニウムケーブルの断面積は25〜240 mm²（ヒューズ型スイッチギアの場合）または35〜400 mm²（ケーブル型スイッチギアの場合）です。
4. ​母線接続室（モジュール型）:​​ ガスタンクの下に位置しています。3つのブッシングが「段差」配置で並べられており、空間要件を効果的に最小限に抑え、母線接続を容易にしています。
• ブッシングは中空導体型であり、銅管母線を直接ガスタンク内の母線にボルトで固定することができます。
• シリコーンゴム絶縁銅管母線を使用することにより、電流容量が効果的に増加し、相間距離（110mmのみ）が減少します。
• 母線とブッシング間の接続には、シリコーンゴムコネクタ（E型端子コネクタとT型延長コネクタ）とねじ込みキャップを使用して、ブッシング上で電気的にシームレスな接続を直接行います。これらの母線は、結露、導電性粉塵、塩分堆積などの厳しい条件下でも故障せずに機能します。
• また、母線室の前面は別々の接地鋼板で覆われており、ケーブル接続室とは分離されています。

​2 SF₆ RMUの技術的パラメータと応用​

​2.1 技術的パラメータ​

​2.2 SF₆ RMUの応用​
小型、メンテナンスフリー、高信頼性のため、SF₆ RMUは重要な施設、高層ビル、住宅複合施設、都市グリッドでの電力配布に特に適しています。運用コストと占有面積を大幅に削減します。

• ​3ユニット共通タンク型:​​ 幅980mm × 奥行き635mm × 高さ1050mmのサイズで、キオスク変圧器や屋外用途に最適です。
• ​モジュールケーブル型:​​ スイッチングタップボックスを組み込むことができ、最大1入力3出力の構成をサポートします（つまり、母線室を介して入力し、ケーブル接続室を介して3つの出力を並列に接続します）。
• ​モジュールヒューズ型:​​ 変電所から遠く、1つの変圧器のみが稼働している場所に適しています。追加の入力ユニットなしで局所的な変圧器制御を実現するには、入力ケーブルをTS型スイッチギアユニットの母線室に直接接続することで同じ機能を提供できます。
• ​遮断器型スイッチギア:​​ 過電流および瞬時トリップ保護を装備しています。変圧器保護ユニット、入力ユニット、または母線セクションユニットとして機能します。リモートトリップや変圧器ガス保護リレーの作動によるトリップ（ヒューズ型スイッチギアの場合）を可能にするには、操作機構に電磁トリップコイルを追加し、回路に220V ACまたは24V DCの電源を供給するだけです。
  ​モータ駆動:​​
• 配電自動化のために、操作機構室内に電動モータを追加し、上部に350mmの高さの制御箱を設置することができます。ローカルの押しボタン操作（開閉）は可能です。
• 自動転送スイッチ（ATS）デバイスを追加することで、プライマリ/スタンバイ構成の有無に関わらず、2つの入力供給間の自動切り替えが可能です。
• 電動モータは通常、220V AC、220V DC、110V DC、48V DC、24V DCのさまざまな電圧レベルで利用可能です。
• 操作機構室の前面パネルに短絡障害指示器を設置し、信号をリモート制御室に送ることができます。この指示器は自動、手動、またはリモートでリセットできます。
• ケーブル接続室内に低電圧芯通しCTを追加して電流測定を行うことができます。
• ケーブル型スイッチギアユニット内に避雷器を設置してRMUを保護することもできます。
  配電自動化機能は主に5つの領域に焦点を当てています：データ収集、監視・制御、障害隔離・サービス復旧、地理情報システム（GIS）、データ統計・報告。
• 配電自動化の実装には、一次設備がモータ駆動機構とフィーダーターミナルユニット（FTU）またはリモートターミナルユニット（RTU）を備えていなければなりません。
• 通信媒体としては光ファイバーケーブルが推奨されます。通信プロトコルは、IEC 870、DNP 3.0、またはTCP/IPなどの国際的に認知された標準で、ユーザーにとって馴染みのあるものであるべきです。
• 制御室SCADAソフトウェアプラットフォームはマルチタスクおよびマルチユーザ対応であるべきで、例えばUNIXが適しています。
• データベースは安定性が高く、処理能力が十分なものであることが望ましく、例えばOracleが推奨されます。
  このソリューションは、屋外または低電圧電源から遠くにあるRMUに特に適しており、2つの150Wモータが50回以上同時に動作することを保証します。

​3 ライフサイクル​
SF₆ RMUの寿命は通常25〜30年で、配電自動化装置を簡単に改造できます。したがって、SF₆ RMUは都市グリッド改修プロジェクトに選択すべきです。