24kVドライエア絶縁リングメインユニットの設計ソリューション

固体绝缘辅助+干燥空气绝缘の組み合わせは、24kV RMUの開発方向を表しています。絶縁要件と小型化のバランスを取り、固体補助絶縁を使用することで、相間および相対地寸法を大幅に増加させることなく絶縁試験を通過することができます。ポールコラムを封入することで、真空遮断器とその接続導体の絶縁が強化されます。

24kV出力母線の相間距離を110mmに保つことで、母線表面を封入することにより電界強度と非均一係数を低減することができます。表4は、異なる相間距離と母線絶縁厚さにおける電界を計算しています。これによると、相間距離を130mmに適切に増加させ、丸棒母線に5mmのエポキシ封入を行うことで、電界強度が2298 kV/mになります。これは、乾燥空気の最大耐え得る強度（3000 kV/m）よりも一定の余裕を持っています。

表4：異なる相間距離と母線絶縁厚さでの電界条件

乾燥空気の絶縁強度が低いため、単独の固体絶縁だけでは隔離ギャップの耐電圧問題を解決することはできません。二重絶縁切断構成は、2つのガスギャップに電圧を効果的に分散させます。隔離および接地固定接触部などの集中電界領域にはグレーディングリング（電界シールド）を設計し、電界強度を低減し、空気ギャップ寸法を最小限に抑えることができます。図3に示すように、強化ナイロン製の主軸が二重切断機構を回転させ、操作状態、隔離状態、接地状態を実現します。固定接触部のグレーディングリングは直径60mmでエポキシ封入されており、100mmのクリアランスで150kVの雷衝撃耐電圧を達成できます。

他のアプローチとしては、長軸方向の相分離配置、高強度の単相合金タンクの使用、またはガス圧を適度に増加させる方法などがあり、これらも24kVの耐え得る要求を満たすことができます。しかし、RMUは低コストであることが必要であり、過度に高いコストはユーザーにとって受け入れられません。最適化された設計、例えばRMUの幅を適度に増加させることによって、24kV環境ガス絶縁RMUの低コストかつ小型化の目標を達成することができます。

1. 環境ガスRMUにおける接地スイッチの配置
接地機能を実現する2つの主要な回路方法があります：

• 出力側接地スイッチ（下部接地スイッチ）
• 母線側接地スイッチ（上部接地スイッチ）、オプションでE0評価、接地操作には主スイッチとの連携が必要です。

国家電網「12kV RMU（キャビネット）標準化設計スキーム」2022年版では、すべての三位置スイッチ（隔離、接続、接地）が母線側配置を使用することを規定しており、「母線側複合機能接地スイッチ」と呼ばれています。

電力安全規則では、接地導体/接地スイッチとメンテナンス中の設備の間に回路遮断器（CB）またはヒューズがあってはならないと定めています。設計上の制約により、接地スイッチと設備の間にCBがある場合、両方のスイッチが閉じた後でもCBが開かないようにする措置を講じなければなりません。したがって：

• ライン側接地スイッチは、CBの下流に配置され、直接接地された出力ケーブルに接続されるため、その間にはCBがないため規則を自然に満たします。
• 母線側接地スイッチは、CBの上流に配置され、接地された出力ケーブルとCBの間に真空CBが存在するため、直接接続の要件に違反します。接地スイッチとCBを閉じた後、CBの開きを防ぐ措置を講じる必要があります。例としては、ブロッキングプレートによるCBトリップ回路の切断や、機械的インタロックを使用してCBの誤った開きと接地の喪失を防ぐことがあります。

国家電網の標準では、機械的および電気的なインタロックを設け、結合機能接地スイッチがCB（閉じた状態）を使用してケーブル側を接地する際、手動または電気的にCBを開くことを防止することが求められています。

国家電網標準で母線側隔離接地三位置スイッチを選択する主な理由は、接地/接地容量です：

• SF6 RMU：SF6は空気の約3倍の絶縁強度と約100倍の消弧能力を持ち、優れた冷却性能により十分な接地スイッチ容量を確保します。
• 環境ガスRMU：環境ガスは固有の消弧能力がなく、絶縁性も劣ります。必要な容量を達成するには非常に高い閉鎖速度が必要ですが、標準的なRMU動作機構はそのような速度を達成するエネルギーを持っていません。ライン側接地スイッチを使用すると、高価な高速機構、頑丈な消弧接触部、および力解析が必要になり、コストと複雑さが増加します。母線側接地スイッチは、CBインタロックソリューションが必要ですが、より強い容量を提供し、接地信頼性を確保することができます。

SF6と環境ガス技術および製品の分析によれば、12kV環境ガスRMUは最小限のサイズ増加で絶縁および温度上昇要件を満たすことができ、成熟した技術的ソリューションを表しています。

一方、24kV環境ガス絶縁製品はまだ制限されています。重要な課題は、大幅に高い電圧レベルが大きくなる寸法と高コストを引き起こすことであり、開発を阻害しています。絶縁ガスタイプ、充填圧力、ガスタンク容積、および補助絶縁コストのような要素のバランスを取ることが、低コストでコンパクトなRMUの設計に不可欠です。SF6の置き換えに成功すれば、国内市場だけでなく、グローバル展開も可能となり、中国の低炭素・環境に優しい製品を世界中に普及させることができます。