屋外用真空遮断器の理解: 設計、定格、およびメンテナンス

配電における屋外真空遮断器の機能

屋外用真空遮断器 過負荷、短絡、または定期メンテナンス中に故障電流を遮断し、電気システムのセクションを安全に隔離するために、中電圧および高電圧の配電ネットワークで使用される保護スイッチング デバイスです。風雨から保護された密閉された変電所内で動作する屋内ブレーカーとは異なり、室外ユニットは、雨、極端な温度、湿度、紫外線への直接曝露に耐え、数十年にわたる使用にわたって一貫したスイッチング性能を維持するように設計されています。

「真空」という用語は、ブレーカーの接触室内で使用される遮断媒体を指します。接点が離れて電流の流れが遮断されると、真空環境により、古いブレーカー設計で使用されていた石油、ガス、またはエアブラストによる遮断方法を必要とせず、結果として生じるアークが迅速かつきれいに消灯します。このため、バキュームブレーカーは、メンテナンスの手間がかからず、SF6 ガスまたは石油サーキットブレーカーに代わる環境に優しい代替品を求めている公益事業や産業施設にとって、特にメンテナンスのためのアクセスがより制限されている屋外設置において好ましい選択肢となります。

真空破壊技術の仕組み

真空遮断器の内部の遮断チャンバーには、真空ボトル内に密閉された固定接点と可動接点が含まれており、通常は 10-4 パスカル以下の圧力に維持されています。ブレーカーがトリップ信号を受信すると、可動接点が固定接点から分離され、その結果生じるアークは周囲の空気や油に広がるのではなく、真空遮断器内に閉じ込められます。

アーク消滅プロセス

真空中にはイオン化を維持するためのガス分子がほとんど存在しないため、アークは電流が自然ゼロクロス点を通過した直後に消滅します。このゼロクロス点は AC サイクルごとに 2 回発生します。この急速な消弧により、エア ブレーカーまたはオイル ブレーカーと比較してアーク継続時間が大幅に短縮され、接点の侵食が最小限に抑えられ、スイッチング接点の動作寿命が延長されます。

誘電回復

アークが消えた後、真空ギャップは急速に絶縁耐力を回復し、再点火することなくシステムの回復電圧に耐えることができます。この素早い誘電回復は、特に頻繁なスイッチング動作を必要とするアプリケーションにとって、他のスイッチング媒体に比べて真空遮断の重要な利点の 1 つです。

屋外耐環境性を考慮した設計機能

屋外ブレーカーは継続的に天候にさらされるため、さまざまな環境条件において信頼性の高い性能を維持するために、いくつかの構造上の特徴が組み込まれています。

• 亜鉛メッキ鋼やステンレス鋼などの耐食性材料で作られた耐候性ハウジング
• 湿潤または汚染された条件下でのトラッキングやフラッシュオーバーに耐えるように設計されたシリコーンゴムまたは磁器ブッシング
• 内部コンポーネントへの湿気の蓄積を防ぐために制御キャビネット内に設置された結露防止ヒーター
• IP54以上の密閉型操作機構により塵や水の侵入を防止
• 季節の極端な変化に対応するため、多くの場合 -30°C ～ 50°C の幅広い動作温度定格

ブッシングの選択は、塩分堆積物や空気中の汚染物質が絶縁体の表面に蓄積し、表面フラッシュオーバーのリスクが高まる可能性がある沿岸地域や工業地域では特に重要です。シリコーンゴムブッシングは、その疎水性表面特性により、連続的な導電性フィルムを形成するのではなく、水が玉となって転がり落ちてしまうため、これらの環境でますます一般的になってきています。

考慮すべき主な電気定格

適切な屋外用真空サーキット ブレーカーを選択するには、いくつかの電気定格を、ブレーカーが設置される特定の用途およびシステム条件に適合させる必要があります。

電力会社や産業技術者は通常、設置場所で利用可能な最大故障電流を計算するシステム故障調査に基づいてブレーカー定格を選択します。この計算値を下回る短絡定格を持つブレーカーを選択すると、ブレーカーがその定格容量を超える障害を安全に遮断できない可能性があるため、重大な安全上の危険が生じます。

配電ネットワークにおける一般的なアプリケーション

屋外用真空サーキットブレーカーは、配電網のいくつかのセグメントにわたって広く導入されており、それぞれのセグメントで若干異なるパフォーマンス優先順位が設定されています。

公共変電所

電力会社は、ポールトップおよびパッドマウント変電所の場所で屋外バキュームブレーカーを使用して、フィーダ回路を保護し、障害状態時の自動区分化を可能にし、配電ネットワークの影響を受けていないエリアへのサービスを維持しながら障害のあるセクションを隔離するのに役立ちます。

再生可能エネルギーの相互接続

太陽光発電所や風力発電所では、電力網との相互接続点で屋外バキュームブレーカーを頻繁に使用しています。これにより、障害保護が提供され、電力網の障害や計画されたメンテナンス作業中に再生可能設備を安全に切断できるようになります。

産業施設

敷地内に中電圧配電を行う鉱山作業や製造工場などの重工業現場では、屋外条件にさらされる別々の建物または加工エリア間を走る変圧器や給電線を保護するために屋外ブレーカーに依存しています。

耐用年数を延ばすメンテナンスの実践

真空遮断器は、オイルやエアブラストの代替品に比べてメンテナンスの必要性が大幅に低くなりますが、継続的な信頼性を確認するには定期的な検査が必要です。真空ボトルが劣化すると故障電流を安全に遮断できないため、開いた接点ギャップでの高電圧耐性テストを使用して実行される真空完全性テストでは、真空ボトルのシールが長期間にわたって失われていないことが検証されます。

繰り返しのスイッチング動作による過度の接点の消耗を検出するために、定期的に接点抵抗の測定も行う必要があります。さらに、屋外ブレーカーの予想される 25 ～ 30 年の耐用年数の間、保護システム全体が設計どおりに機能し続けることを確認するために、ブレーカーの近くに接続されている機構の潤滑点、制御盤のヒーター、および避雷器を定期保守訪問時にチェックする必要があります。