中圧屋内真空回路遮断器メーカー

業界の知識

真空遮断器の劣化: 交換せずに残りの耐用年数を評価する方法

真空遮断器はあらゆる機器の中核となる機能要素です。 高圧真空遮断器 そしてその完全性は、ブレーカーの継続的な動作の安全性を決定する最も重要な要素です。遮断媒体をサンプリングして化学的にテストできるオイルまたは SF6 ブレーカーとは異なり、真空の完全性は従来の化学分析では評価できません。真空自体を検証する必要があります。標準的なフィールド方法は高電位 (ハイポット) 耐力テストであり、指定された AC または DC 電圧が遮断器の開いた接点間に印加されます。約 10-2 Pa 未満に劣化した真空は、定格耐力レベルを大幅に下回る電圧で部分放電または完全な絶縁破壊を示し、ブレーカーが正常に動作する前に交換が必要であることを示します。

接触侵食は、寿命を制限する 2 番目のメカニズムです。遮断イベントが発生するたびに、接触面から少量の接触材料 (通常は銅とクロムの合金) が蒸発します。累積浸食深さは、接触ストロークの移動量を元の仕様と比較して確認することで測定できます。ほとんどのメーカーは、操作機構に摩耗インジケーターをマークしています。インジケーターが交換しきい値に達すると、真空の完全性に関係なく遮断器を交換する必要があります。 Zhejiang Mingtuo Electrical Technology Co., Ltd. の中電圧真空サーキットブレーカーは、明確にアクセスできる摩耗インジケーターと標準化されたハイポットテストポイントを備えて設計されており、高電圧テストセット以上の特殊な機器を必要とせずにメンテナンスチームが日常のサービス評価を簡単に行うことができます。

あまり議論されることのない劣化経路としては、老朽化し​​た真空遮断器からの X 線放射があります。約 20 kV を超える電圧では、真空内の接触面に電子衝撃を与えると、セラミックのエンベロープを透過する軟 X 線が発生する可能性があります。関係する放射線レベルは一般に低いですが、IEC 62271-100 はこの現象を認めており、24 kV 以上で屋内真空遮断器のハイポット テストを行う保守担当者は、電圧印加中に遮断器から距離を保つ必要があります。このため、メーカーの高電圧クラスのテスト手順では、最小安全距離が指定されています。

動作メカニズムのタイプとそれらがスイッチング信頼性に及ぼす影響 屋内真空遮断器

屋内真空遮断器の動作メカニズムは、接点を正確な速度で開閉させる役割を担っています。これは、見た目よりも厳しい要件です。接点閉鎖速度が低すぎると接点のバウンスが発生し、アークが再点火し、障害遮断中に複数回の再点火が発生する可能性があります。閉じる速度が速すぎると、過度の衝撃力が発生し、接点の摩耗が加速し、セラミック遮断器エンベロープが損傷する可能性があります。同様に、開放速度は、アーク消滅中に接点ギャップが成長する速度に影響します。遅すぎると、ギャップの誘電回復が回復電圧を上回ります。速度が速すぎると、開閉装置構造に伝わる機械的衝撃が増大します。

中電圧真空遮断器には 3 つのメカニズム タイプが広く使用されており、それぞれに明確なメンテナンスと信頼性の特性があります。

永久磁石アクチュエータは、機械的摩耗部品がほぼ排除されているため、メンテナンス間隔の延長と長期信頼性の向上に直接つながるため、コンデンサバンクのスイッチングやアーク炉の電源回路など、高い動作周波数を必要とするアプリケーションの屋内真空遮断器で近年、大きな市場シェアを獲得しています。その代償として、コンデンサ バンクの健全性はそれ自体で重要なメンテナンス項目となり、信頼性の高い動作のために適切な蓄積エネルギーを確認するために定期的な静電容量と ESR の測定が必要になります。

過渡回復電圧とそれが高圧真空遮断器の遮断難易度を決める理由

過渡回復電圧 (TRV) は、電流がゼロになった直後、アークが消えても接点ギャップがまだ絶縁耐力を再構築している短い時間帯に、中電圧真空遮断器の開放接点間に現れる電圧です。 TRV がギャップの誘電回復速度よりも速く上昇すると、再点火が発生し、アークが再開します。したがって、TRV のピークの大きさと上昇率 (RRRV、kV/µs で測定) は、単に故障電流の大きさではなく、特定の故障状態の遮断の難易度を定義する重要なパラメータとなります。

いくつかのネットワーク条件は、真空遮断器にとって特に厳しい TRV 特性を生成します。短線障害 (架空線の開閉装置から数百メートル離れた場所で発生する障害) では、線路の進行波の挙動により非常に急峻な初期 TRV 上昇が発生し、同じ電流レベルでの端子障害に対して定格されたブレーカーの耐力を超える可能性があります。 TRV 波形は故障電流レベルによって変化するため、IEC 62271-100 では、定格短絡電流のさまざまな割合に対応する特定の TRV テスト義務 (T10、T30、T60、T100) を定義しています。直観に反しますが、定格短絡電流 (T10/T30 デューティ) の 10 ～ 30% で遮断することは、全定格電流を遮断するよりも難しいことがよくあります。これは、電流が低いとアークが小さくなり、サイクルの早い段階、つまり電源電圧の変化率 (したがって初期 TRV 勾配) が最も急峻になる点でアークが消失するためです。

真空遮断器は、電流チョッピングと呼ばれる関連現象の影響を特に受けやすく、低電流レベルでの不安定性により自然電流がゼロになる前にアークが消滅します。誘導回路で電流が突然遮断されると、電圧スパイクが発生します。その大きさは、チョッピング電流レベルに回路のインダクタンス対容量比の平方根を乗じた値に比例します。変圧器やモーターのスイッチング用途では、回路に適切なサージ抑制がないと、電流チョップ過電圧がシステム電圧の 3 ～ 5 倍に達する可能性があります。最新の銅クロム接点材料では、チョッピング電流レベルが初期のタングステン接点の典型的な 10 ～ 15 A から 2 ～ 5 A に減少し、チョップ過電圧が大幅に制限されていますが、この問題はインダクタンス対容量比が高い回路に依然として関係しています。

開閉装置バスの配置とそれが屋内真空遮断器の仕様をどのように形成するか

中圧開閉装置設備のバス配置は、その中の屋内真空遮断器がどのような動作上の役割を果たす必要があるのか、つまり仕様においてどの性能特性を優先する必要があるのかを基本的に決定します。シンプルな単一母線配置は産業用配電変電所で最も一般的な構成であり、すべての回路ブレーカーが入電器 (変圧器をバスに接続) または給電器 (バスを負荷回路に接続) のいずれかの役割に配置します。この構成では、ブレーカー間の識別が保護調整の中心的な課題であり、主要な仕様パラメータは定格短絡遮断電流と、受電器とフィーダの保護リレー間の選択関係です。

二重母線配置は、高い供給継続性を必要とする電力会社や大規模な産業用変電所で一般的ですが、母線カプラー ブレーカーと母線セクション ブレーカーが導入されており、そのスイッチング義務はフィーダ ブレーカーとは根本的に異なります。バスカプラーブレーカーは、通電中の潜在的に障害が発生したバスを閉じる必要がある場合があります。これは、ブレーカーがピーク電流に耐える必要がある、厳しい閉路義務です。ここで関連するパラメータは定格短絡電流 (Icm) であり、接触の瞬間の非対称故障電流に等しいピーク値として表され、通常は 50 Hz での定格対称遮断電流の 2.5 倍です。仕様時に 2 つの値が明示的にクロスチェックされていない場合、遮断義務に対して適切なサイズのブレーカーが投入義務要件を満たさない可能性があるため、この区別は重要です。

H 配置とリングメイン構成ではさらに複雑さが増します。ブレーカーは、部分的なリングの閉鎖や負荷時のオープンリングの再構成など、あらゆるネットワーク状態で安全に動作できなければなりません。これらの構成では、IEC 62271-100 の定格通常電流と定格短時間耐電流 (Icw) が重要になります。これは、バスタイ ブレーカーが長期間連続して全負荷電流を流す可能性がある一方で、他の保護ゾーンによる下流の障害解除中にトリップすることなく貫通障害電流に耐えることも必要とされるためです。当社は、浙江明陀の屋内真空サーキットブレーカーを、型式試験文書によって完全に検証された定格短時間耐電流を備えて設計しており、このパラメータがシステムの信頼性に直接影響する複雑なバス構成でも安心して使用できます。

屋内真空遮断器の絶縁コーディネート：空気絶縁、固体絶縁、ガス絶縁から選択

屋内真空遮断器の場合、真空遮断器は消弧を処理しますが、遮断器の外側の活電部の相間絶縁および相対接地絶縁は別の設計領域であり、開閉装置の物理的サイズ、環境耐性、および長期保守要件に大きな影響を与えます。中圧屋内市場では 3 つの絶縁技術が競合しており、それらの選択は初期購入コストを超えて実際的な影響を及ぼします。

空気断熱（AIS）

空気絶縁開閉装置は、固体絶縁表面に沿った沿面距離と外気のクリアランスを一次絶縁媒体として使用します。このアプローチはよく理解されており、絶縁媒体の特別な取り扱いを必要とせず、通電部分の目視検査が可能です。欠点はサイズです。12 kV で適切なクリアランスを維持するには、位相対アース間のクリアランスが約 125 mm 必要ですが、24 kV ではこれが 270 mm に上昇し、空気絶縁パネルが物理的に大きくなります。絶縁体表面の汚染 (塵、結露、塩の堆積) により、実効沿面距離が減少し、汚染された環境ではフラッシュオーバーが発生する可能性があります。したがって、空気絶縁屋内開閉装置は通常、清潔で気候制御された屋内変電所環境に限定されます。

固体断熱材 (SIS / C-GIS バリアント)

固体絶縁開閉装置は、活線導体、母線、および多くの場合真空遮断器接点をエポキシ樹脂または注型樹脂内にカプセル化します。その結果、結露、汚染、小動物の侵入に対する耐性が高く、同等の空気断熱設計よりも設置面積がはるかに小さいパネルが実現しました。固体断熱材は、スペースや環境条件により空気断熱が現実的ではない熱帯湿潤気候、トンネル、海上プラットフォーム、都市の地下変電所での設置にますます好まれています。制限は修理可能性です。固体絶縁アセンブリ内のフラッシュオーバーは通常、樹脂に修復不能な損傷を与え、空気絶縁バスバーで可能な洗浄と再コーティングではなく、モジュール全体の交換が必要になります。熱サイクルや部分放電ストレス下でのエポキシ樹脂の劣化も長期的な懸念事項であり、使用中の部分放電監視による追跡が必要です。

SF₆ ガス断熱 (GIS)

SF6 絶縁開閉装置は、SF6 の絶縁耐力が大気圧での空気の約 2.5 倍であるため、中電圧での絶縁技術の中で最小の物理的設置面積を実現します。しかし、SF₆ は 100 年間で CO₂ の 23,500 倍の地球温暖化係数を持つ強力な温室効果ガスであり、新しい開閉装置設備でのその使用は、ヨーロッパおよびその他の管轄区域で増大する規制圧力に直面しています。クリーン エア、ドライ エア、フルオロニトリル ベースの混合物 (さまざまなメーカーの g3 およびクリーン エア テクノロジーなど) を含む代替ガスが屋内高圧開閉装置用の SF₆ フリー代替ガスとして利用可能になりました。ただし、これらの代替ガスは誘電特性と熱特性が異なるため、設計の調整が必要です。現在 30 ～ 40 年の耐用年数が指定されている中電圧真空遮断器の場合、SF₆ 規制の方向性は絶縁技術の選択における正当な要素となります。

屋内真空遮断器盤における保護リレーの統合と二次配線品質

高圧開閉装置パネルの運用インテリジェンスは、その保護リレーと二次配線にあります。この領域は真空遮断器の物理的性質とはまったく別のものですが、システムの信頼性にとって同様に重要です。屋内真空サーキットブレーカは、完全に機能する遮断器と動作機構を備えていても、保護リレーがトリップ信号を正しく発行しない場合、または CT 二次端子とリレー入力間の二次配線が開路または高抵抗接続である場合、障害を解除できないことがあります。この相互依存性は、二次回路の試運転とメンテナンスが、一次スイッチング機器のテストと同じ厳格さに値することを意味します。

変流器 (CT) の二次回路には特有の危険性があり、屋内開閉装置で作業するすべての保守担当者はこの危険性を理解しておく必要があります。 CT の二次回路は、一次導体に電流が流れている間は決して開回路にしてはなりません。 CT の二次巻線は、一次電流によって確立されたアンペアターンバランスを維持しようとします。二次的な負荷がないため、完全な起磁力が磁束を深い飽和状態に導き、開いた端子間に数キロボルトに達する電圧スパイクを生成します。これは、致命的な感電を引き起こし、CT 絶縁を永久に破壊するのに十分な電圧です。使用中の CT の近くで 2 次配線作業を行う前に、リレー入力端子だけでなく、専用の短絡リンクを使用して CT の 2 次側を CT 端子台で短絡する必要があります。

中電圧真空遮断器で使用される最新の数値保護リレーには、実際には十分に活用されていない広範な自己監視機能とイベント記録機能が組み込まれています。すべてのリレーのトリップ、アラーム、バイナリ入力状態の変化にはタイムスタンプが付けられ、ミリ秒単位の解像度でリレーのイベント ログに保存されます。障害イベントの後、このデータは保護動作シーケンスの正確な再構築を提供します。どの要素が最初に作動したか、自動再閉路が動作したかどうか、ブレーカーの補助接点フィードバックが予想時間内に正常に開放されたことを確認したかどうかなどです。インシデント後だけでなく、定期メンテナンスの一環としてリレー イベント ログを体系的にレビューすることで、CT 回路の劣化、動作メカニズムのコイル抵抗の変化、またはリレー設定のドリフトを、保護障害を引き起こす前に早期に特定できます。

コンデンサバンクとモータースイッチング: 標準定格の屋内真空サーキットブレーカーでは処理できない可能性のある特定の任務

中電圧ネットワーク内のすべてのスイッチング義務が同等であるわけではなく、2 つの負荷タイプ (コンデンサ バンクと大型モーター) は、屋内真空サーキット ブレーカーに障害遮断とは異なる、場合によっては障害遮断よりも厳しいスイッチング ストレスを課します。 IEC 62271-100 は、特定の定格デューティを定義することでこれに対処しています。コンデンサのスイッチングには C1 と C2、モータのスイッチングには E1 と E2 が含まれます。C2 と E2 は、標準的な短絡試験を超えた型式試験の検証が必要な、より困難な条件を表します。

コンデンサ バンクのスイッチングにより、閉路時に高周波突入電流が生成されます。そのピークの大きさと周波数は、コンデンサ バンクのサイズとソースとコンデンサの間のインダクタンスによって決まります。コンデンサ バンクの連続切り替え (他のバンクがすでに通電されている間に 1 つのバンクを閉じる) は最も深刻なケースで、すでに充電されたコンデンサが非常に低いインピーダンスを通じて入力バンクに放電し、300 Hz ～ 数 kHz の周波数で定格電流の 20 ～ 100 倍に達する突入電流が発生します。標準ブレーカーはこの義務についてテストされていません。突入電流と周波数に対する性能が検証済みの C2 定格屋内真空サーキットブレーカーが必要です。予想される突入電流が C2 定格能力をも超える設置では、突入電流を制限するために、閉路抵抗または事前挿入インダクタが回路に追加されることがあります。

モーターの切り替えにより、異なるストレス パターンが課されます。モーターの回転磁界は、始動時に、機械の速度が低下するにつれて減衰する周波数で電圧を維持します。高速自動再閉路または転送スイッチング方式で発生するように、再閉路時に電源側の電圧とモータの逆起電力の位相がずれている場合、開路接点間の瞬時電圧が定格電圧の 2 倍を超える可能性があります。この状態は、複数の再点火シナリオにおける位相ずれスイッチングまたは電圧上昇と呼ばれ、ブレーカーが頻繁なモーターのスイッチングに適用される E2 デューティの定格を満たしていない場合、真空遮断器のエンベロープに損傷を与える可能性があります。 Zhejiang Mingtuo は、コンデンサ バンクまたはモーター フィーダの用途に中電圧真空サーキット ブレーカを指定する顧客向けに、アプリケーション固有のガイダンスを提供します。これにより、一般的な障害遮断定格のみに依存するのではなく、選択したデバイスが実際のスイッチング条件に対して適切な IEC デューティ定格を確実に満たすことができます。