スマート、コンパクト、信頼性: 開閉装置と変電所の設計における革新

May 29, 2023

新しい開閉装置の設計は、運用のデジタル化と変電所の設置面積の削減に重点を置いています。 ネットワーク拡張において送配電事業者が直面する主な課題の 1 つは、用地 (RoW) の制約です。 この問題に対処するために、電力会社は新しい技術ソリューションをますます採用しています。 ガス絶縁開閉装置 (GIS) は、空気絶縁開閉装置 (AIS) に比べて必要な土地が大幅に少ないため、電力会社での採用が増えています。 GIS と AIS を組み合わせたハイブリッド変電所も、スペース要件を最小限に抑えるための潜在的なソリューションを提供します。 これとは別に、コンパクトで柔軟、信頼性の高いデジタル、インテリジェント、スマートなスイッチギヤの使用が注目を集めています。 モノのインターネット (IoT) のサポートにより、デジタル スイッチギヤは、エラーや誤動作を事前に検出するために使用できるデータ処理を可能にし、それによってシステムの故障を防ぎ、エネルギー損失とコストを最小限に抑えます。

GIS: GIS は本質的にコンパクトで金属でカプセル化されており、回路ブレーカーや断路器などの高電圧 (HV) 機器で構成されています。 GIS 変電所では、母線、遮断器、変流器、計器用変圧器、その他の変電所機器を含むすべてのコンポーネントが、六フッ化硫黄 SF6 ガスが充填されたモジュール内に配置されます。 従来、GIS は断熱材として SF6 を使用していました。

インドの送配電部門では、スペースの制約に効果的に対処するために、GIS 変電所の導入が注目を集めています。 GIS 変電所は、AIS 変電所よりも必要なスペースが約 35% 少ないため、メンテナンス コストと停止頻度が低くなります。 GIS 変電所の初期コストは、対応する AIS 変電所よりも約 50% 高くなりますが、全体的な資本コストは同等です。

GIS は、信頼性が高く、メンテナンスの必要性が軽減され、環境への影響が少ない、人口密集地域にとって魅力的な代替手段です。 GIS 変電所は屋内または屋外に配置できます。 これらは中電圧および低電圧サービスに信頼性があり、スペースが限られている工業施設、病院、住宅社会に特に役立ちます。 さらに、GIS 変電所はサイズが小さいため、環境フットプリントを最小限に抑え、生態学的に敏感な地域に最適です。 しかし、GIS の導入の拡大に伴う懸念の 1 つは、絶縁および消弧媒体として SF6 が広範囲に使用されていることです。 SF6 は温室効果ガスとして分類されており、地球温暖化の観点から非常に強力です。

固体絶縁開閉装置:固体絶縁開閉装置 (SIS) では、主 MV 回路は通常、絶縁材料 (エポキシ樹脂など) でカプセル化されます。 基本的に、SIS と AIS の動作に違いはありません。 また、主回路に沿って目に見える通電部分はありません。 ただし、過酷な環境条件では電界変動の問題が発生します。 シールド SIS (2 SIS) は、活電部 (メイン導体、インサート、および真空遮断器。ネットワークに永続的に接続され、電圧変動の影響を受ける)、内部の絶縁を確保する絶縁層の 3 つの同心層を備えたより高度な技術です。あらゆる動作条件に対応し、電気的導通と効果的なアース接続を保証する導電層。 2SIS テクノロジーには、インフラの老朽化がない、三相または二相の故障がない、内部アークの影響がないなど、さまざまな利点があります。

ハイブリッド開閉装置:電力会社は、AIS と SF6 GIS テクノロジーのコンポーネントを組み合わせたハイブリッド開閉装置をますます採用しています。 コンパクトなモジュール設計は、改修や拡張が必要で現在 AIS 開閉装置を使用している変電所に特に役立ちます。 ハイブリッド開閉装置は、土地が高価な地域、または土地が限られている地域で特に有益です。 ハイブリッド変電所では、バスバーは空気絶縁されており、回路ブレーカー、ブッシング、バスダクト、接続要素、断路器、変流器、センサーなどの他のすべての機器はガス絶縁されています。 ハイブリッド変電所は、さまざまな機能を 1 つのモジュールに組み合わせたコンパクトなモジュール設計が特徴です。 ハイブリッド変電所の初期コストは AIS の初期コストよりも約 20% 高く、これらの変電所には適度な広さの土地が必要です。

真空スイッチギヤ:真空スイッチギヤは急速に人気が高まっています。 真空遮断技術は中電圧アプリケーションで効率的に機能します。 障害と動作の両方のレベルが高い場合、より安全で信頼性が高くなります。 真空スイッチギヤはほぼメンテナンスフリーです。 サーキットブレーカーの駆動エネルギーが少なくて済み、機械的寿命が長くなります。 一定の接触ギャップの場合、真空は 1 bar で空気の約 8 倍、SF6 ガスの約 4 倍の絶縁耐力を提供します。 真空サーキットブレーカーの絶縁耐力により、非常に小さな接点ギャップを維持できます。 この小さな接触ギャップにより、真空の高い絶縁耐力と電流ゼロでのアーク遮断後の完全な絶縁値への迅速な回復により、安全なアーク消弧が可能になります。 このため、真空スイッチギヤはコンデンサのスイッチングに非常に適しています。

環境効率の高い開閉装置:従来の開閉装置および変電所では、油圧機構に SF6 ガス、または燃料とオイルの組み合わせが使用されています。 しかし、SF6 を絶縁材料として使用すると、環境に危険が生じます。 SF6 は、大気中での寿命が 3,200 年あり、地球温暖化係数が CO2 の 23,500 倍も強い温室効果ガスであり、環境に重大な被害をもたらします。 一般的な開閉装置には平均して 1 kg の SF6 が含まれており、有毒な副生成物が人間の健康に悪影響を与えるため、SF6 開閉装置を安全に処分してガスの大気への放出を防ぐことが重要です。

GIS の断熱材として一般的に使用される SF6 は環境に悪影響を与えるため、電力会社や技術プロバイダーは環境に安全な代替品を積極的に探しています。 新時代の SF6 フリー開閉装置は、気候目標を達成するための私たちの共同の取り組みの一環として大きな注目を集めています。 代替の C5 フルオロケトン/空気ガス混合物は、優れた電気的特徴を兼ね備えていると同時に、SF6 と比較して地球温暖化係数をほぼ 100% 削減します。 C5-FK は優れた誘電特性を備えているため、開閉装置の絶縁材料として適しています。

デジタルおよびインテリジェントスイッチギア:デジタル開閉装置を含む、よりスマートな送配電機器の需要が高まっています。 スマート スイッチギアは、ネットワークの安定性を確保し、機器を保護し、ネットワーク負荷の変動による影響を受けません。 双方向リアルタイム通信を備えたインテリジェントスイッチギヤの使用が注目を集めています。 インテリジェントスイッチギアは、さまざまなパラメータを測定し、測定値をエネルギー事業者や管理センターにリアルタイムで送信できます。 システムの監視と設定はリモート コントロール センターから実行できます。 このシステムは、電気火花やその他の異常を迅速に検出でき、短絡、過負荷、コンポーネントの故障などを防ぐことができます。インテリジェントスイッチギアは、負荷ネットワーク内の毎月の電力需要を予測することもできます。 インテリジェントスイッチギアはメンテナンスが簡単です。 スマートなエネルギー管理と電気代の削減に役立ちます。 スイッチギアは、IoT を利用して事前に構成およびプログラムすることができます。

超高圧 (UHV) 開閉装置:送電電力の増加と送電線あたりの送電損失の低減に対する需要により、800 kV、1,100 kV、1,200 kV の定格電圧を含む UHV レベルの採用が推進されています。 金属筐体と SF6 ガス絶縁の使用により、よりコンパクトな HV 開閉装置の開発が可能になります。 インドのパワーグリッドコーポレーションは、メーカーが自社の UHV 機器を設置してテストできるようにするために、ビナに 1,200 kV のテストステーションを設置しました。 通常、UHV AC グリッドには、通常動作のスイッチング要求を処理し、短絡発生時に保護を提供できる開閉装置が必要です。

新しい開閉装置の設計は、RoW 要件を最小限に抑え、持続可能な運用を促進するという電力会社のニーズを満たします。 これらの進歩は、国の送配電ネットワークの急速な拡大を促進し、エネルギー転換をサポートします。 全体として、老朽化し​​たインフラをアップグレードし、変電所や開閉装置の運用をデジタル化することは、運用と保守のコスト、および停電を最小限に抑えながら、国内の信頼できる電力供給を確保するのに大いに役立ちます。