開閉装置の故障解析と対策

スイッチギアとは何ですか？

開閉装置は、1 つ以上の低電圧開閉装置と、関連する制御、計測、信号、保護、調整などの機器で構成され、製造元がすべての内部の電気的および機械的接続を担当し、構造コンポーネントが完全に組み立てられています。スイッチ キャビネットの主な機能は、発電、送電、配電、および電力変換のプロセスで電気機器を開閉、制御、および保護することです。スイッチ キャビネット内のコンポーネントは、主に回路遮断器、断路器、負荷スイッチ、操作機構、相互インダクタ、および各種保護装置です。

開閉装置の故障解析と対策
12～40.5kVの開閉装置は、電力系統における変電所設備の中で最も数が多い。近年、開閉装置の事故が頻繁に発生しており、経済的損失、人的被害、その他の社会的な悪影響をもたらしている。
事故の潜在的な危険性や固有の欠陥は、主に配線方式、内部アーク放出能力、内部絶縁、発熱、誤作動防止などに集中しています。的を絞った対策を策定することで、開閉装置や環状配電盤の事故件数を大幅に削減し、電力ネットワークの運用信頼性を着実に向上させています。

1. 配線モードにおける隠れたトラブル
1.1. 隠れた危険タイプ
1.1.1 テレビキャビネット内の避雷器はバスに直接接続されています
一般的な設計仕様要件によれば、TV アークレスタはギャップハンドカート接続バス、TV ラック位置配置、接続モードなどによって承認される必要があり、一部の TV アークレスタは絶縁ハンドカートを介してバスに接続されていますが、TV 修理時に絶縁ハンドカートを離すと、アークレスタは充電されたままになり、倉庫作業員が感電する危険があります。TV キャビネット内のアークレスタは、主に図 2 に示すような配線形式になっています。

開閉装置の接続モードは非表示です

1、配線モード1：テレビキャビネットの避雷器とテレビは後部倉庫に設置され、ヒューズは車に設置され、避雷器はバスに直接接続され、テレビは絶縁ハンドを介してバスに接続されます。
2. 配線方式2：バス室にTVキャビネット避雷器を設置し、バスに直接接続し、TVとヒューズを車体に設置する。
3. 配線モード3：テレビキャビネット避雷器は、後部倉庫または前部倉庫に別々に設置され、バスに直接接続され、テレビとヒューズは車に設置されます。
4. 配線モード4：TVとヒューズはXGNシリーズの固定キャビネットコンパートメントに設置され、避雷器は別のコンパートメントに別々に設置され、バスに直接接続されます。
5. 配線方式5：避雷器、TV、ヒューズは後部倉庫に設置され、避雷器はバスに直接接続され、TVは絶縁ハンドカーを介してバスに接続されます。
6. 配線方式6：避雷器、ヒューズ、TVを同じハンドカーに設置し、避雷器をヒューズの後段に接続します。
この配線構成は誤りであり、動作中にヒューズが切れると、機器は避雷器による保護を失います。

1.1.2 スイッチキャビネットの下部キャビネットは、背面キャビネットから完全に隔離されていない。
KYNシリーズの一部の開閉装置（主変圧器インライン開閉装置、雌型カップリング開閉装置、フィーダー開閉装置など）の下部キャビネットと背面キャビネットは、完全に絶縁されていません。作業員が下部キャビネットに入ると、誤って母線やケーブルヘッドの活電部に触れてしまい、感電する恐れがあります。
図3に示すように、隠れた危険はスイッチキャビネットの下部キャビネットと背面キャビネットの間に限定されているわけではありません。

図3 スイッチキャビネットの下部キャビネットと背面キャビネットの間には、隠れた危険は隔離されていない。

1.2 対策
配線が隠されているタイプのスイッチキャビネットは、一度改造する必要がある。
スイッチキャビネット配線方式の変換概略図を図5に示す。

図5 開閉装置の配線方式の変換概略図

1.2.1 テレビキャビネット内の避雷器の配線方式に関する技術改革案
1、配線モード1の場合、コンパートメント内の避雷器を取り外します。テレビの配線モードは変更されません。元のバスルームの壁の穴は塞がれ、避雷器は手押し車上のヒューズ避雷器に変換され、避雷器はヒューズとテレビ回路と並列になります。
2. 配線モード2の場合、バスコンパートメント内の避雷器を取り外し、避雷器を移動車に移動してヒューズと避雷器に再取り付け、下部接点ボックスの取り付けプレート、接点ボックスのバッフル、バルブ機構を追加し、TVを後部ビンに取り付け、リード線を介して絶縁ハンドカーの下部接点に接続します。
この計画は既存の手押し車に適用できるだけでなく、新しい手押し車への交換も検討できる。
3. 配線モード3の場合、元のコンパートメントの避雷器を取り外し、避雷器を移動車に移動してヒューズと避雷器に再取り付け、元のバス室の壁の穴を閉じ、手押し車の下部接点ボックスの取り付けプレート、接点ボックスのバッフル、およびバルブ機構を追加し、テレビを後部コンパートメントに取り付け、リード線を介して下部接点に接続します。
この計画は既存の手押し車に適用できるだけでなく、新しい手押し車への交換も検討できる。

4. 配線モード4の場合、他の区画部品の避雷器を取り外し、避雷器をヒューズおよびTV区画部品に移動して、遮断スイッチブレークに接続し、ヒューズおよびTV回路と並列に接続します。
5、配線モード5の場合、避雷器、テレビの設置位置は変更せず、元の避雷器のリード線を絶縁ハンドカーの接点に直接接続し、元のバスルームの壁の穴を通します。
6. 接続モード6の場合、レイアウトモードは誤った接続に該当します。動作中にヒューズが溶断すると、機器は避雷器の保護を失います。
元のハンドカーから避雷器とヒューズを取り外し、配線の位置を変更し、避雷器をヒューズの上部に接続し、ヒューズとTV回路と並列に接続します。

1.2.2 スイッチキャビネットの下部キャビネットと背面キャビネット間の絶縁が不完全な場合の注意事項
この種のスイッチキャビネット製品の構造は固定されているため、変圧器に仕切り板を取り付けると、内部構造の形状や空間配分が変化し、製品の内部保護性能が保証されなくなります。したがって、作業を行う前に、主変圧器10kV側の保守点検と主変圧器スイッチの保守点検を実施する必要があります。

2. 内部アーク解放能力の不足
2.1 隠れた危険の種類
実際の運用においては、金属製の密閉型スイッチキャビネット自体に欠陥があり、絶縁性能の劣化や誤操作などによる劣悪な動作条件が重なることで、内部アーク故障が発生する。
短絡によって発生するアークは、高温かつ高エネルギーである。アーク自体は非常に軽いプラズマガスである。電力と高温ガスの作用により、アークは筐体内を高速で移動し、故障範囲の急速な拡大を引き起こす。
この場合のガス化は、断熱材、金属の溶融、スイッチキャビネット内部の温度と圧力の急上昇を引き起こし、適切な圧力解放チャネルが設計または設置されていない場合、大きな圧力によりキャビネットが他のプレート、ドア板、ヒンジ、窓に深刻な変形と破損を引き起こし、高温の空気によって発生したアークがキャビネットを他の位置に押し付け、近くの機器の操作保守担当者に深刻な火傷を引き起こします。
生命に関わることさえある。
現状では、圧力逃がし経路が設定されていない、不適切な圧力逃がし経路が設定されている、内部アーク解放能力が試験・検証されていない、試験中の評価が厳格でないなどの問題がある。

2.2 対策
【選定】スイッチキャビネット内部故障アーク性能はIACレベルである必要があり、内部アーク許容持続時間は0.5秒以上でなければならず、試験電流は定格短時間耐電流である。
定格短絡遮断電流が31.5kAを超える製品については、31.5kAに基づいて内部故障アーク試験を実施することができます。
【変更】圧力逃がしチャネルを追加または変更し、型式試験規格の要求事項に厳密に従って内部アーク試験および検証を実施する。
【保護】主変圧器の保護レベル差を適切に圧縮し、故障アークの連続故障時間を短縮します。

3．内部絶縁の問題
3.1 隠れた危険タイプ
近年、スイッチキャビネット製品の生産量は減少傾向にあり、キャビネットの絶縁性能の欠陥や故障が増加している。
主な性能面では、特にハンドキャビネットにおいて、昇降距離と空気クリアランスが不十分です。現在、多くのメーカーはキャビネットのサイズを小さくするために、キャビネット内に設置される回路ブレーカーを大幅に削減し、絶縁プラグと接地間の距離を短縮していますが、絶縁強度を確保するための効果的な対策を講じていません。
組み立て工程が不十分で、組み立て品質が悪いため、スイッチキャビネット内の個々の部品は圧力試験に合格しても、組み立て後のスイッチキャビネット全体としては合格しない。
接触容量が不足しているか接触不良の場合、局所的な温度上昇、絶縁性能の低下、接地または相の塑性変形を引き起こします。
結露現象が発生すると、内蔵ヒーターが損傷しやすくなり、正常に動作しなくなる。スイッチキャビネット内で結露が発生し、絶縁性能が低下する。
付属部品の絶縁性能が低い。
コスト削減のため、一部のメーカーは付属部品の絶縁レベルを低く設定し、スイッチキャビネット全体の絶縁性能を低下させている。

3.2 対策
開閉装置の小型化を盲目的に追求すべきではありません。プロジェクトの状況、変電所の配置、運用・保守、設備のオーバーホールなどの要素に応じて、適切な開閉装置を購入する必要があります。
空気または空気／絶縁材料を絶縁媒体として使用する機器については、絶縁材料の厚さ、設計電界強度、経年劣化を考慮し、製造業者は規格要件に従って結露試験を実施する必要があります。
スイッチキャビネットやリングネットワークキャビネットの壁スリーブ、機械式バルブ、バスバーの曲がり部などの部分については、有効空気絶縁距離が125mm（12kV）未満、300mm（40.5kV）未満の場合は、導体に絶縁シースを装着する必要があります。
入口および出口ブッシング、機械式バルブ、バスバーの角など、電界強度が集中する部分では、電界の歪みを防ぐために、面取りや研磨などの対策を講じるべきである。
キャビネット内のバスバーは、磁器ボトルなど、絶縁経路の確保が防汚条件を満たせない機器を支えています。RTV絶縁コーティングをスプレーすることで、古い機器の動作条件を改善します。

4. 発熱性欠損
4.1 隠れた危険の種類
ループ接続点の接触不良、接触抵抗の増加、発熱問題が顕著になるなど、接触不良による絶縁不良など。
金属製筐体の通気口設計が不適切で、空気の対流が起こらず、放熱能力が低く、筐体内の発熱問題が多く発生する。
壁面ケーシング、変流器、その他の設置構造物が電磁閉ループを形成し、渦電流が発生し、絶縁バッフル材の発熱現象が深刻化する。
部分的に密閉されたスイッチキャビネットの乾式装置（鋳造式変流器、鋳造式変圧器、乾式変圧器）の巻線径の選択が不十分であり、鋳造工程の管理が厳格でないため、過熱による損傷が発生しやすい。
4.2 対策
スイッチキャビネットの放熱性能を強化し、送風機と誘引送風ファンを設置する。
停電が発生した場合は、動的接点および静的接点の接触圧力を確認し、必要に応じて交換する必要があります。同時に、疲労接触スプリングも交換する必要があります。
キャビネット内部の温度測定技術に関する研究を強化し、無線温度測定などの新技術を応用して、温度測定の難題を解決する。

5. エラー防止ロックは完璧ではない
5.1 潜在的な危険性
ほとんどのスイッチキャビネットには誤操作防止ロック装置が装備されていますが、包括的かつ必須の誤操作防止ロックは要件を満たしていません。
装甲スイッチキャビネットの背面ドアの一部は開閉可能で、誤操作防止ロックがなく、二重絶縁バッフルもないため、開けた後は通電部に直接触れることができ、ネジは普通の六角ネジなので、ドアを開けて通電中のキャビネットに感電事故を起こしやすい。
メイン変圧器、メス、テレビ、変圧器などのスイッチの一部には接地スイッチがなく、キャビネットのドアと接地スイッチの後に機械的なロックが形成されないため、ネジを外してドアを直接開けることができ、ドアが閉まっていない場合でも電源を切ることができ、保守担当者が誤って開けて電気の隙間に入り、感電事故を引き起こしやすい。
一部のスイッチキャビネットの背面ドアは、上部と下部を個別に施錠することができず、上部ドアは下部ドアによって施錠されるようになっている。
コンセントのアーススイッチが閉じている場合、下部キャビネットのドアのロックが解除され、背面キャビネットのドアも開くことができるため、感電事故を起こしやすくなります。
例えば、KYN28型開閉装置など。
開閉装置の手押し車が数台引き出された後、絶縁遮断ブロックが簡単に押し上げられることがあります。誤ってロックされるのを防ぐ措置が講じられていないため、帯電した本体が露出し、作業員が誤って開閉装置の静電気接点弁のバッフルを開けてしまい、感電事故につながる恐れがあります。

5.2 対策
スイッチキャビネットの誤操作防止機能が完全ではないため、キャビネットの背面ドアが開く可能性があり、開いた状態で高電圧スイッチキャビネットの活電部に直接触れる可能性があるため、機械式南京錠を設置し、コンピュータによる誤操作防止プログラムロックを設定します。
GG1AやXGNなどのスイッチキャビネットでは、接地スイッチと背面キャビネットドアの間にインターロックを設置し、接地スイッチの動作をロックするためのライブ表示装置を設置してください。
誤作動防止装置の信頼性を定期的に確認し、停電の機会を利用して、手押し車と接地スイッチ間、遮断スイッチと接地スイッチ間の機械式ラッチ装置を点検してください。

6、結論
開閉装置設備は、電力系統における重要な一次変電設備です。その安定稼働を確保するためには、設計、材料、工程、試験、型式選定、運用、保守など、あらゆる面で管理を強化する必要があります。
典型的な設計要件に厳密に従い、国家規格および業界規格と組み合わせ、設計技術要件を提示し、配線の潜在的な危険性を根本的に排除します。
国家規格および業界規格、ならびに事故防止対策に基づき、機器入札書類に関する厳格な要件を策定し、不合格品がネットワーク運用に流入することを防止する。
製造現場での監督を強化し、生産の要点と工場検査を厳格に立ち会い、不合格品の工場出荷を断固として禁止する。
スイッチキャビネットの不具合管理を積極的に実施し、事故防止対策の実施を強化する。
スイッチキャビネットの誤作動防止機能を改善し、誤作動防止ロック装置の管理を強化し、ライブ表示装置を設置し、「五つの予防」システムと連携して、包括的かつ強制的な誤作動防止ロックを確保する。