高電圧開閉装置に関する基礎知識

高電圧開閉装置は、電力系統において電気エネルギーの受配電に広く用いられています。電力系統の運用状況に応じて、電力機器や送電線の一部を稼働させたり停止させたりすることができ、また、電力機器や送電線に故障が発生した場合は、故障箇所を迅速に系統から切り離すことで、系統の正常部分の正常な運用、機器の安全、および運用・保守担当者の安全を確保することができます。したがって、高電圧開閉装置は非常に重要な配電機器であり、その安全かつ信頼性の高い運用は電力系統にとって極めて重要です。

1. 高電圧開閉装置の分類

構造タイプ:
装甲型：KYN型やKGN型など、すべてのタイプは金属板によって絶縁および接地されている。
インターバルタイプ すべてのタイプは、JYNタイプのように、1枚以上の非金属板で区切られています。
ボックス型は金属製のシェルを持つが、コンパートメントの数は、XGN型などの装甲市場型やコンパートメント型よりも少ない。
回路ブレーカーの設置場所：
床の種類 回路ブレーカーの手押し車自体が着地し、キャビネットに押し込まれた
中央設置型手押し台車は配電盤の中央に設置され、手押し台車の積み下ろしには積み下ろし用車両が必要となる。

中央に取り付けられた手押し車

床置き手押し車

断熱材の種類
空気絶縁型金属密閉式開閉装置
SF6ガス絶縁金属密閉型開閉装置（膨張式キャビネット）

2. KYN高電圧開閉器盤の構成構造

配電盤は、固定式の本体と引き出し可能な部分（手押し車と呼ばれる）で構成されています。

 

１．内閣
開閉装置の筐体と仕切りは、アルミニウム亜鉛合金鋼板で作られています。キャビネット全体は、高精度、耐腐食性、耐酸化性に優れているだけでなく、高い機械的強度と美しい外観も兼ね備えています。キャビネットは組立構造を採用し、リベットナットと高強度ボルトで接続されています。そのため、組立済みの開閉装置は寸法の均一性を維持できます。
配電盤は仕切りによって、ハンドカート室、バスバー室、ケーブル室、リレー計器室に分かれており、各ユニットは適切に接地されている。
Aバスルーム
配電盤背面上部には、三相高電圧交流母線の設置・配置、および分岐母線を介した静的接点との接続のために、母線室が設けられています。すべての母線は絶縁スリーブでプラスチックシールされています。母線が配電盤の仕切りを通過する際には、母線ブッシングで固定されます。これにより、内部でアーク放電が発生した場合でも、事故の隣接配電盤への延焼を抑制し、母線の機械的強度を確保することができます。

 

Bハンドカート（回路遮断器）室
遮断器室には、遮断器トロリーがスライドして作業できるように専用のガイドレールが設置されています。ハンドカートは作業位置と試験位置の間を移動できます。ハンドカート室の後壁には静電気接点の仕切り（トラップ）が設置されています。ハンドカートが試験位置から作業位置に移動すると、仕切りが自動的に開き、ハンドカートは反対方向に移動して完全に接触するため、作業者が帯電した物体に触れることはありません。
回路遮断器は、消弧媒体によって分類できます。
・油入遮断器。多油入遮断器と少油入遮断器に分けられます。いずれも接点が油中で開閉され、変圧器油が消弧媒体として使用されます。
・圧縮空気式遮断器。高圧の圧縮空気を使用してアークを消弧する遮断器。
・SF6遮断器。SF6ガスを使用してアークを消弧する遮断器。
・真空遮断器。接点が真空中で開閉され、アークが真空状態で消弧される遮断器。
・固体ガス発生式遮断器。アークの高温作用によってガスを分解し、固体ガス発生材料を用いてアークを消弧する遮断器。
・磁気送風式遮断器。空気中の磁場によってアークが消弧グリッドに吹き込まれ、アークが引き伸ばされて冷却され、消弧される遮断器。

 

動作機構が使用する動作エネルギーの形態の違いに応じて、動作機構は以下の種類に分類できます。
手動機構（CS）：人間の力を使ってブレーキを閉じる操作機構を指します。
2. 電磁機構（CD）：電磁石を使用して閉じる動作機構を指します。
3. スプリング機構（CT）：スプリングにエネルギーを蓄えて閉じる動作を実現する、人力またはモーターを使用するスプリング式閉鎖操作機構を指します。
4. モーター機構（CJ）：モーターを使用して開閉を行う操作機構を指します。
5. 油圧機構（CY）：高圧オイルを使用してピストンを押して開閉を実現する操作機構を指します。
6. 空気圧機構（CQ）：圧縮空気を使用してピストンを押して開閉を実現する操作機構を指します。
7. 永久磁石機構：永久磁石を用いて遮断器の位置を保持する機構です。電磁操作、永久磁石保持、電子制御による動作機構です。

Cケーブル室
変流器、接地開閉器、避雷器（過電圧保護装置）、ケーブル、その他の補助機器はケーブル室に設置でき、現場での施工を容易にするため、底部にはスリット加工された取り外し可能なアルミ板が用意されている。

Dリレー計器室
リレー室のパネルには、マイクロコンピュータ保護装置、操作ハンドル、保護出口圧力プレート、メーター、状態表示器（または状態表示装置）などが装備されています。リレー室内には、端子台、マイクロコンピュータ保護制御ループDC電源スイッチ、マイクロコンピュータ保護動作DC電源、エネルギー貯蔵モータ動作電源スイッチ（DCまたはAC）、および特別な要件を持つ二次機器があります。

開閉装置用手押し車の3つのポジション

動作状態：遮断器は主機器に接続されています。遮断器を閉じると、電力は母線から遮断器を介して送電線に伝送されます。

テストポジション：二次プラグをソケットに挿入して電源を供給できます。回路ブレーカーは、開閉操作が可能で、対応する表示灯が点灯します。回路ブレーカーは一次機器とは接続されておらず、さまざまな操作を実行できますが、負荷側には影響を与えないため、テストポジションと呼ばれます。

保守状態：遮断器と主機器（バス）との接触がなく、運転電源が失われ（二次プラグが抜かれている）、遮断器が開放位置にある状態。

スイッチキャビネット連動装置

スイッチキャビネットには、5つの安全対策要件を満たす信頼性の高いインターロック装置が備わっており、作業者と機器の安全を効果的に保護します。

A. 計器室の扉には、回路遮断器が誤って閉じて遮断されるのを防ぐための指示ボタンまたは切替スイッチが備え付けられています。

B、回路遮断器のハンドルがテスト位置または作業位置にある場合、回路遮断器を操作できます。回路遮断器が閉じている間は、ハンドルを誤って押して負荷がかかるのを防ぐため、ハンドルを動かさないでください。

C. 接地スイッチが開位置にあるときのみ、回路ブレーカーハンドカートをテスト/メンテナンス位置から作業位置に移動できます。回路ブレーカーハンドトラックがテスト/メンテナンス位置にあるときのみ、接地スイッチを操作できます。このようにして、接地スイッチが誤ってオンになることを防ぎ、接地スイッチが時間とともにオンになることを防ぐことができます。

D. 接地スイッチが開位置にあるときは、偶発的な通電を防ぐために、スイッチキャビネットの下部ドアと背面ドアを開けることはできません。

E、回路ブレーカーの手動操作がテストまたは動作位置にある場合、制御電圧がないため、手動で開くことはできますが閉じることはできません。

F. 回路遮断器のハンドカートが作動位置にあるとき、二次プラグはロックされ、引き抜くことができません。

 

G、各キャビネット本体は電気的インターロックを実現できます。

H. 開閉装置の二次線と遮断器ハンドカートの二次線との接続は、手動二次プラグによって実現されます。二次プラグの可動接点は、ナイロン製の波形収縮チューブを介して遮断器ハンドカートに接続されます。遮断器ハンドカートは、テスト位置または切断位置でのみ二次プラグの抜き差しが可能ですが、動作位置では機械的なインターロックにより二次プラグがロックされ、取り外すことができません。

3. 高電圧開閉装置の操作手順

開閉装置の設計では、連動動作の順序が正しく行われることが保証されていますが、部品の開閉装置を操作する作業者は、操作手順および関連要件に厳密に従う必要があり、任意の操作を行ってはならず、また、分析せずに操作を中断してはなりません。そうしないと、機器の損傷や事故を引き起こす可能性があります。

高電圧開閉装置の送電操作手順

（１）すべてのキャビネットの扉と背面のシーリングプレートを閉じてロックします。

（２）接地スイッチの操作ハンドルを中央ドア右下の六角形の穴に挿入し、反時計回りに約９０°回して接地スイッチを開位置にし、操作ハンドルを取り出すと、操作穴のインターロックボードが自動的に跳ね返り、操作穴を覆い、スイッチキャビネットの背面ドアがロックされます。

（３）上部キャビネットドアの計器と信号が正常かどうかを確認します。正常なマイクロコンピュータ保護装置の電源ランプ、手動テスト位置ランプ、回路ブレーカーの開閉表示灯、エネルギー貯蔵表示灯が点灯します。すべての表示灯が点灯しない場合は、キャビネットドアを開けて、バス電源スイッチが閉じていることを確認します。閉じても表示灯が点灯しない場合は、制御ループを確認する必要があります。

（4）遮断器ハンドカートのクランクピンを挿入し、強く押し込み、クランクを時計回りに約20回転させます。クランクが明らかに「カチッ」という音とともに固着したら、クランクを取り外します。このとき、ハンドカートは作業位置にあり、2番目のプラグがロックされています。遮断器ハンドカートの所有者にループを通し、関連する信号を確認します（この時点で、ハンドカート位置作業ランプが点灯し、同時にハンドテスト位置ランプが消灯します）。同時に、ハンドカートが作業位置にあるときは、接地ナイフの操作穴のインターロックプレートがロックされ、押すことができないことに注意してください。

（５）ドアの操作計器を操作し、回路ブレーカーのスイッチング電源を切り替えると、ドアの計器が閉じると同時に赤い表示灯が点灯し、ブレーキランプが緑色に点灯します。電気表示装置、回路ブレーカーの機械的なポイントの位置、その他の関連信号を確認し、すべて正常であれば、６（操作、スイッチ、ハンドルを時計回りに回してパネルの位置を表示します。操作ハンドルは、解放後に自動的にプリセット位置にリセットされます）。

（６）遮断器が閉路後に自動的に開いた場合、または運転中に自動的に開いた場合は、故障の原因を特定し、故障を解消してから上記の手順に従って再送信する必要がある。

4. 遮断器の動作機構

1. 電磁作動機構

電磁操作機構は成熟した技術であり、初期の遮断器操作機構の一種です。構造はシンプルで、機械部品の数は約120個です。閉路コイル内の電流によって発生する電磁力を使用してスイッチコアを駆動し、衝撃閉路リンク機構を閉路します。閉路エネルギーの大きさは完全にスイッチング電流の大きさに依存するため、大きな閉路電流が必要です。

電磁式動作機構の利点は以下のとおりです。

構造がシンプルで、動作がより信頼性が高く、加工要件がそれほど高くなく、製造が容易で、生産コストが低い。

遠隔操作と自動再閉鎖を実現できます。

開閉速度が速いという優れた特性を持っています。

電磁操作機構の主な欠点は以下のとおりです。

閉路電流が大きく、閉路コイルの消費電力も大きいため、高出力の直流電源が必要となる。

投入電流が大きいため、一般的な補助スイッチやリレー接点では要求を満たせません。専用の直流接触器を装備し、アーク抑制コイルを備えた直流接点の接点を用いて投入電流を制御することで、コイルの開閉動作を制御します。

操作機構の動作速度が遅く、接点の圧力が小さいため、接点ジャンプが発生しやすく、閉止時間が長く、電源電圧の変化が閉止速度に大きな影響を与える。

材料費が高額、機構がかさばる。

屋外変電所の遮断器本体と操作機構は通常一体化されており、この種の統合型遮断器は通常、電気、電気、手動の各ポイントの機能のみを持ち、手動機能は持ちません。操作機構ボックスの故障により遮断器が通電を拒否した場合、停電処理を行う必要があります。

2. バネ作動機構

ばね作動機構は、ばねエネルギー蓄積、閉鎖維持、開放維持、開放の4つの部分で構成され、部品数は約200個と多く、機構のばねの伸縮によって蓄積されたエネルギーを使用して回路遮断器の開閉を制御します。ばねのエネルギー蓄積は、エネルギー蓄積モータ減速機構の動作によって実現され、回路遮断器の閉鎖および開放動作は、閉鎖および開放コイルによって制御されるため、回路遮断器の閉鎖および開放動作のエネルギーはばねによって蓄積されたエネルギーに依存し、電磁力の大きさとは関係がなく、大きな閉鎖および開放電流を必要としません。

バネ式作動機構の利点は以下のとおりです。

開閉電流は大きくないため、高出力の動作電源は不要です。

遠隔での電力貯蔵、電動開閉、および局所的な手動電力貯蔵、手動開閉に使用できます。したがって、動作電源が途絶えたり、動作機構が動作を拒否したりした場合の手動開閉にも使用できます。開閉速度が速く、電源電圧の変化の影響を受けず、自動再閉路も高速です。

この蓄電モーターは低出力で、交流と直流の両方で使用できます。

スプリング操作機構は、エネルギー伝達を最適にマッチングさせ、あらゆる種類の遮断器の遮断電流仕様に共通の操作機構を提供し、異なるエネルギー蓄積スプリングを選択することで、コスト効率を高めることができます。

バネ式作動機構の主な欠点は以下のとおりです。

構造が複雑で、製造工程も複雑、加工精度が高く、製造コストも比較的高い。

大規模な運用力が必要であり、部品の強度に対する要求も高い。

機械的な故障が発生しやすく、操作機構が動かなくなったり、閉鎖コイルや移動スイッチが焼損したりする可能性がある。

誤作動現象があり、場合によっては、開口後の誤作動が所定の位置になく、その結合位置を判断できないことがあります。

開閉速度の特性が劣る。

3. 永久磁石作動機構

永久磁石操作機構は、新しい動作原理と構造を採用しており、永久磁石、閉鎖コイル、ブレーキコイルで構成され、従来の電磁操作機構のバネ式操作機構や移動機構、連結ロッド、ロック装置を廃止し、シンプルな構造で部品点数も約50点と非常に少なく、主要な可動部品は1つだけで動作するため、非常に高い信頼性を備えています。永久磁石を使用して遮断器の位置を保持します。電磁操作、永久磁石保持、電子制御による操作機構です。

永久磁石動作機構の動作原理：コイルに電流を流すと、上部の発電回路と永久磁石磁気回路の磁束が逆方向になり、2つの磁場の重ね合わせによって生じる磁力によって動的コアが下降します。移動が約半分に達すると、下部の磁気空隙が減少し、永久磁石の磁力線が下部に移動し、コイルの磁場と同じ方向になるため、移動する鉄心の下降速度が速くなり、このとき、閉路電流が消滅します。永久磁石は、可動鉄心と固定鉄心によって提供される低磁気インピーダンスチャネルを使用して、可動鉄心を閉状態の定常位置に保持します。ブレーキコイルに電流が流れると、磁気回路と永久磁石の磁束の方向が逆になり、2つの磁場の重ね合わせによって生じる磁力によって可動鉄心が上方に移動します。移動が約半分まで進むと、磁気回路の上部のエアギャップが減少し、永久磁石の磁力線が上部に伝達され、ブレーキコイルの磁場と永久磁石の磁場が同じ方向になるため、可動鉄心の速度が上昇し、最終的に分数位置に達します。ゲート電流がなくなると、永久磁石は可動鉄心と固定鉄心によって提供される低磁気インピーダンスチャネルを使用して、可動鉄心を開状態の定常状態に保持します。

永久磁石式作動機構の利点は以下のとおりです。

双安定、二重コイル機構を採用。永久磁石動作機構により、接点閉鎖動作の閉鎖コイルが永久磁石とマッチングし、接点が高電力エネルギーに切り替える際の問題をより良く解決します。永久磁石は磁気エネルギーを持つため、閉鎖動作に使用でき、接点が閉鎖コイルに供給するエネルギーを減らすことができるため、接点閉鎖動作電流をあまり必要としません。

可動鉄心上下運動により、回転アームを介して絶縁ロッドが遮断器の真空アーク室の動的接触に作用し、遮断ポイントを実行します。従来の機械式ロック方式に代わり、機械構造が大幅に簡素化され、材料が削減され、コストが低減され、故障箇所が減り、機械動作の信頼性が大幅に向上し、メンテナンスフリーを実現し、メンテナンスコストを削減できます。

永久磁石式操作機構の永久磁力はほぼ消滅せず、耐用回数は10万回に達します。電磁力は開閉動作に、永久磁力は双安定位置保持に使用され、伝達機構が簡素化され、操作機構のエネルギー消費量と騒音が低減されます。永久磁石式操作機構の耐用年数は、電磁式操作機構やバネ式操作機構の3倍以上です。

補助スイッチとして、非接触式で可動部品がなく、摩耗やチャタリングのない電子近接スイッチを採用することで、接触不良の問題がなく、動作が確実で、外部環境の影響を受けず、長寿命で信頼性が高く、接触チャタリングの問題を解決します。

同期ゼロクロススイッチ技術を採用しています。電子制御システムによる制御下で回路遮断器の動的および静的接点を制御することで、各レベルのシステム電圧波形において、電流波形が遮断時にゼロを通過するため、突入電流と過電圧の振幅が小さくなり、グリッドと機器の動作への影響が軽減されます。一方、電磁動作機構とスプリング動作機構の動作はランダムであり、高い突入電流と過電圧の振幅が発生し、電力系統と機器に大きな影響を与える可能性があります。

永久磁石操作機構は、ローカル/リモートの開閉操作を実現でき、保護閉路および再閉路機能も実現でき、手動で開くことができます。動作に必要な電力容量が小さいため、コンデンサを直接スイッチング電源として使用し、コンデンサの充電時間が短く、充電電流が小さく、耐衝撃性が高く、停電後も回路ブレーカーのオン/オフ操作が可能です。

永久磁石式作動機構の主な欠点は以下のとおりです。

手動で閉じることはできません。動作中に電源が切れ、コンデンサの電力が枯渇し、コンデンサが充電できない場合、閉じる動作はできません。

手動で開ける場合、最初の開閉速度は十分に大きくなければならないため、かなりの力が必要となり、そうでなければ操作できません。

蓄電用コンデンサの品質は均一ではなく、保証が難しい。

理想的な開口速度特性を得ることは困難である。

永久磁石作動機構の開放出力パワーを向上させることは困難である。