超高速電流制限装置 (FCL): ミリ秒レベルの遮断と経済的利点を特徴とする革新的なソリューション

RW Energy

13yrs + staff 30000+m² US$100,000,000+ China

概要：短路保護における速度と経済性の再定義

このソリューションは、過度な短絡電流という課題に対処し、電力網と設備の安全性を確保するための超高速短絡電流制限装置に焦点を当てています。

1.1 核心機能

超高速遮断速度: 故障を検出し、1ミリ秒以内に電流を制限することで、予想されるピーク電流に達する前に短絡電流を効果的に抑制します。
高遮断容量:

12kV/17.5kVシステム向け: 最大遮断容量 210kA (RMS)。
24kV/36kV/40.5kVシステム向け: 最大遮断容量 140kA (RMS)。

1.2 核心的優位性

経済効率: 電流制限リアクターと並列で動作し、最もコスト効率の高い制限ソリューションを提供します。短絡電流の増加によりスイッチギアパネルやトランスフォーマー全体を交換する必要がなくなり、新設またはアップグレードされた変電所への投資を大幅に削減します。
広範な互換性: スイッチギアと変電所の相互接続に理想的です。多くのシナリオ（たとえば、複数のトランスフォーマーの並列運転）において、唯一可能な技術的なソリューションとなります。
卓越した信頼性:

世界中で60年以上の運用経験（1955年に発明）があり、世界中の数千のプロジェクトで実証されています。
約4,000台の統計によると、平均的な動作頻度は4年間に1回であり、安定かつ信頼性の高い性能を示しています。

主要な技術Q&A

No.	主要な質問	核心的な回答
1	短絡電流のピークとは何ですか？	短絡故障発生後の最初の周期中に発生する最大瞬時値で、周期成分と非周期成分の重ね合わせによって生成されます。これにより、大きな電磁力（動的安定性試験）と熱（熱的安定性試験）が発生します。
2	なぜ短絡電流のピークを制限するのですか？	設備の耐えられるパラメータを超えるピーク電流は、強力な電磁力によってスイッチギア、遮断器、電流変換器、ケーブルコネクタを損傷させる可能性があります。
3	複数のトランスフォーマーの並列運転にどのように適応しますか？	耐えられる能力が2Ikのスイッチギアがある場合、4つのトランスフォーマー（4Ik）が並列で動作するシステムでは、バスセクション間（例：セクション1-2と3-4の間）に高速電流制限器を設置することで完璧な適応が可能です。
4	トリップ基準は何ですか？誤トリップを避けるにはどうすればよいですか？	制御ユニットは同時に瞬時電流 (I)と電流上昇率 (di/dt)を監視します。両方が設定値を超えた場合のみトリップがトリガーされます。この二重基準により、危険な短絡電流のみが遮断され、一般的な故障は下流の遮断器によって処理されます。
5	動作後のメンテナンスはどう行いますか？	コア動作部品（導電ブリッジ）はモジュラー設計であり、修理のために返却できます。内部導電コア、誘導充填物、並列フューズのみを交換すればよく、他の部品は再利用可能で、非常に低いメンテナンスコストを確保します。

核心機能と価値

3.1 核心機能

短絡電流の初期上昇段階（1ms以内）での故障を検出し制限することで、動的および熱的安定性の不足による電力設備の損傷を効果的に防ぎます。これは、伝統的な遮断器の固有の制限、「遅い動作と第1半波ピーク電流の抑制不能」を補完します。

3.2 比較的優位性

比較対象	優位性詳細
伝統的な遮断器	遮断器は数十ミリ秒かかるため、第1ピーク電流の影響を避けられません。この制限器は1ms以内に反応し、実際の短絡電流ピークを低く抑えることができます。
電流制限リアクター	連続運転時のリアクターによる電圧降下、有効損失（銅損）、無効損失を回避します。また、リアクターの統合による発電機調整問題を解決する必要もありません。

3.3 適用シナリオ

発電所
大規模産業電力網変電所
特定の重要な回路/シナリオ: トランスフォーマー/発電機給電回路、バスタイセクション、リアクターバイパスアプリケーション、および電力網と自社電源との接続点。

構造と設計

4.1 全体構成

三相交流システムの高速電流制限器は以下のもので構成されています：

3つの導電ブリッジベース
3つの導電ブリッジ
3つのマッチング電流変換器
1つの制御ユニット

4.2 主要部品詳細

部品名	構成/特徴	主要パラメータ/規則
導電ブリッジベース	取り付けプレート、絶縁子、パルス変圧器、およびクイックカップリング付きコネクタを含みます	- 定格電流 ≥2500A および電圧 12/17.5kV: ボルト接続。 - パルス変圧器: ≤17.5kV (底部のみ設置); ≥24kV (上下両方に設置して信頼性のある絶縁を確保)。
導電ブリッジ	導電コアと誘導充填物が絶縁カバーに封入されています	トリップ時に誘導充填物がトリガーされ、導電コアが事前切断部で急速に切断され、その後電流が並列フューズに移ります。
マッチング電流変換器	主回路に直列接続されたブッシング型またはブロック型	ギャップコア（高過電流係数、低残磁）とシールドされた一次/二次巻線（低インピーダンス）を特徴とし、測定精度と速度を確保します。
制御ユニット	電源、制御、表示、およびノイズ防止ユニットを含みます	- 寸法: 幅600mm × 高さ1450mm × 奥行き300mm; 重量: 100kg。 - 表示ユニット: 5つのフラッグリレー（3相トリップ表示 + 処理準備監視 + 電源監視）。

動作原理：1msの電流制限を実現

5.1 核心構成

この装置は本質的に2つの部品のインテリジェントな並列組み合わせです：

「極めて高速なスイッチ（導電ブリッジ）」: 通常運転時には定格電流を通過し、故障時には即座に開きます。
「高遮断容量のフューズ」: スイッチが開いた後に高電流を最終的に遮断します。

5.2 動作順序

検出: マッチング電流変換器（CT）は継続的に電流信号を収集し、制御ユニットは瞬時電流 (I) と電流上昇率 (di/dt) を計算します。
判断: Iとdi/dtが設定値を超えた場合、制御ユニットは即座にトリップコマンドを発行します（独立した3相判断とトリガー）。
遮断: トリップコンデンサがパルス変圧器に放電し、導電ブリッジ内の誘導充填物をトリガーします。これにより高圧ガスが生成され、導電コアが事前切断部で1ms以内に破裂します。
電流制限: アーク抵抗が急速に増加し、電流が並列フューズに移ります。フューズは0.5ms以内に制限を開始し、次の電流ゼロでアークを完全に消去し、故障をクリアします。

5.3 補助ユニット

電源ユニット: トリップコンデンサの充電と電子部品への電力を供給する150V DC電力を提供します。システムの健康状態を監視するウォッチドッグ回路を含みます。
ノイズ防止ユニット: すべての外部配線はこのユニットを通じて保護され、外部電磁干渉から効果的に保護され、誤動作を防ぎます。

起動とテスト

6.1 テスト要件

定期的な機能テストが必要であり、ユーザーまたはABBサービスエンジニアが実行できます。

6.2 専用機器

シミュレータ: テスト中に導電ブリッジを一時的に置き換えます。トリップパルスを受け取ると内蔵のネオンランプが点灯し、正常な動作を示します。
テストプラグ & テスト機器: トリップ出力電圧と全体的な機能をチェックするために使用されます。ユーザーフレンドリーなインターフェースと簡単な操作性を特徴とします（寸法: 400×215×320mm; 重量: 11kg）。

供給範囲とパラメータ

7.1 供給モデル

モデルタイプ	適用シナリオ	核心構成
個別部品	既存のスイッチギアへの設置	3つのベース + 3つの導電ブリッジ + 3つのCT + 1つの制御ユニット
引き出しキャビネット	金属製スイッチギア向け	導電ブリッジは引き出し式カートに搭載（隔離スイッチ機能付き）; CTは固定; 制御ユニットは低電圧コンパートメントに設置
固定キャビネット	- 12/17.5/24kVシステム向け - 36/40.5kVシステム必須	すべての部品がキャビネット内に固定されています。36/40.5kVシステムの場合、制御ユニットは通常別の制御ボックスに設置されます。

7.2 主要技術パラメータ（例: 個別部品）

注: ¹ は強制空冷が必要であることを示します; 50/60Hz周波数と互換性があります。

技術パラメータ	単位	12kV	17.5kV	24kV	36/40.5kV
定格電圧	V	12000	17500	24000	36000/40500
定格電流	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
最大定格短絡遮断電流	kA RMS	210	210	210	140

典型的な適用シナリオ

適用シナリオ	核心問題	ソリューションの価値
並列システム運転	複数のトランスフォーマーの並列運転による短絡電流がスイッチギアの定格を超える	1. システムインピーダンスを低減し、電圧降下を最小化します。 2. トランスフォーマーの負荷分布を最適化し、損失を減少させます。 3. 故障時の負荷転送を中断せずに可能にし、供給の信頼性を向上させます。
電力網と自家発電の相互接続	自家発電機の運転により共通結合点で過度な短絡電流が発生する	唯一の合理的なソリューションです。方向性トリップ（発電機ニュートラルにCTが必要）を装備することで、電力網側の故障のみで動作するようにすることができます。
電流制限リアクターのバイパス	連続運転中のリアクターによる損失と電圧降下	通常運転中はリアクターをバイパスし（損失なし、電圧降下なし）、短絡時には急速に遮断し、リアクターに電流を迂回させて制限します。
複数ユニットの選択的適用	複数の制限器が多セクションバスに設置されている場合の選択的動作が必要	「電流ベクトル和」基準を使用して、故障に最も近い制限器のみが動作するようにします。最大5つのトランスフォーマー（4つの制限器を使用）の並列運転をサポートします。