ガス絶縁開閉装置の構成部品、用途、メンテナンスについて

ガス絶縁開閉装置とは何か、どのように動作するか

一般に GIS と略されるガス絶縁開閉装置は、絶縁ガス (最も一般的には六フッ化硫黄 (SF6)) で満たされた密閉金属筐体内に収容された電気開閉装置と保護装置のコンパクトなアセンブリです。このガスは優れた絶縁耐力と消弧特性を備えているため、回路ブレーカー、断路器、接地スイッチ、変流器、バスバーなどの高電圧コンポーネントを、従来の気中絶縁開閉装置 (AIS) で実現できるよりもはるかに小さい設置面積に収めることができます。このため、GIS は都市部、山岳地帯、海上プラットフォーム、または利用可能な土地が限られているか高価な場所にある変電所で特に価値があります。

すべての通電コンポーネントが完全に密閉され、外部環境から隔離されているため、GIS は汚染、塩水噴霧、湿気、粉塵に対する強力な保護も提供するため、露出した空気絶縁機器が時間の経過とともに劣化する可能性がある沿岸地域や重度の工業汚染が存在する地域では、GIS が推奨される選択肢となっています。

GIS アセンブリの主要コンポーネント

A ガス絶縁開閉装置 ベイはいくつかのモジュール式コンポーネントで構築されており、それぞれが独自の気密コンパートメントに収容され、断熱バリアを介して隣接するモジュールに接続されています。これらのコンポーネントを理解することは、システムが密閉されたエンクロージャ内でスイッチング、保護、絶縁機能を安全に実行する方法を明確にするのに役立ちます。

• サーキットブレーカー: SF6 ガスの消弧能力を使用して故障電流を遮断します。通常、遮断容量の定格は数万アンペアです。
• 断路器 (アイソレータ): メンテナンスの安全性を確保するために回路に目に見える遮断を提供しますが、負荷電流を遮断することはできません。
• 接地スイッチ: バスバーまたはフィーダの非通電部分を接地して、保守要員を保護します。
• 変流器および電圧変圧器: 正確な測定信号を保護リレーおよび計測システムに供給します。
• バスバー コンパートメント: ベイ間で電流を運び、通常、アセンブリ内でガスが充填された最大のセクションです。
• ケーブルまたはガス絶縁線の終端: 開閉装置を発信フィーダまたは伝送線に接続します。

GISと気中絶縁開閉装置の比較

GIS と AIS のどちらを選択するかは、現場の条件、予算、長期的なメンテナンスの考慮事項によって決まります。以下の表は、変電所の計画中にエンジニアが考慮する主な違いをまとめたものです。

GIS と AIS の比較

電圧クラスと代表的な用途

ガス絶縁開閉装置は、12 ～ 40.5 kV 程度の中圧配電システムから 550 kV を超える超高圧送電用途まで、幅広い電圧範囲で製造されています。送電レベルでは、GIS は、信頼性とスペースの節約により、より高い機器コストが正当化される、主要な発電所、洋上風力発電所、または地域送電網間の相互接続を接続する変電所に選択されることがよくあります。配電レベルでは、GIS は建物内や地下金庫内に建設された都市部の変電所で一般的であり、コンパクトな寸法により、大きな柵で囲まれたヤードを必要とせずに開閉装置を負荷センターの近くに配置できます。

設置と設置場所に関する考慮事項

GIS エンクロージャは工場で組み立てられ、正確な公差に合わせてテストされるため、ガスコンパートメントへの汚染の侵入を避けるために設置場所の準備と取り扱いに細心の注意を払う必要があります。

• 変電所の建物または筐体に、モジュールの輸送および将来のメンテナンス アクセスのために十分なスペースが確保されていることを確認してください。
• ガスコンパートメント内の塵や湿気により絶縁耐力が低下する可能性があるため、現場での組み立て中は厳密な清浄度を維持してください。
• 開閉装置に通電する前に、部分放電試験を通じてガスの圧力と純度を検証します。
• GIS ベイはコンパクトではありますが、同等の AIS 設置よりも単位面積あたりの重量が重いため、基礎荷重の計算を慎重に計画してください。

メンテナンス、監視、およびガスの取り扱い

GIS の定期メンテナンスは、露出した AIS コンポーネントに必要な頻繁な物理検査ではなく、主にガスの圧力と密度の監視に重点を置いています。最新の GIS 設備のほとんどには、ガス圧力が安全なしきい値を下回った場合に警報を発する密度モニターが搭載されており、これは漏れやシールの劣化を示している可能性があります。 SF6 は強力な温室効果ガスであるため、多くの電力会社は現在、環境コンプライアンス報告の一環として累積ガス漏洩率も追跡しており、一部のメーカーは規制強化への対応として、環境への影響がより低い代替断熱ガス混合物を導入しています。

部分放電監視システムは、障害が発生する前に絶縁劣化の初期兆候を検出するために GIS と併用して設置されることが増えており、電力会社は計画外の停止に対応するのではなく、積極的にメンテナンスのスケジュールを立てることができます。

従業員の安全への配慮

GIS エンクロージャは、屋外の機器と比較して通電部分との偶発的な接触のリスクを大幅に軽減しますが、GIS の周囲で作業する人員は、特にガスコンパートメントに関して依然として厳格な手順に従う必要があります。まれに内部障害が発生した場合、SF6 ガスの分解副生成物が有毒になる可能性があるため、技術者はメンテナンスのためにセクションを開ける前に、区画を適切に換気し、ガス分析装置を使用するように訓練されています。開閉装置の密閉設計により、従来の屋外設置に伴う危険の多くがすでに最小限に抑えられているにもかかわらず、断路器によって提供される目に見える遮断によって確認されるロックアウト・タグアウト手順は、実際の作業を開始する前に引き続き不可欠です。