ガス絶縁開閉装置の定義、コンポーネント、および用途

ガス絶縁開閉装置 (GIS) は、電力システムのさまざまな部分を絶縁および保護するために六フッ化硫黄 (SF6) のようなガスを使用する電気機器です。これは、回路ブレーカー、断路器、バスバー、変圧器、アーススイッチ、避雷器、その他のコンポーネントを含む金属で囲まれたコンパートメントで構成されています。 GIS は主に中電圧および高電圧の目的で、特にスペースが限られており、信頼性が重要な状況で使用されます。

この記事では、GIS の利点、欠点、用途を含めて GIS を定義します。さらに、GIS と、絶縁に空気を利用する従来の形式の開閉装置である AIS を比較します。

ガス絶縁開閉装置とは何ですか?

A ガス絶縁開閉装置(GIS) は、能動部品と接地された金属ハウジングの間の一次絶縁として SF6 などのガスを使用する金属ケース開閉装置として特徴付けられます。このガスは、優れた絶縁耐力、熱安定性、優れた消弧能力を備えています。

GIS の主なコンポーネントは次のとおりです。

サーキットブレーカー:これらのデバイスは、問題が発生したときに回路内の電流の流れを遮断するように設計されています。これらは、回路の電圧と目的に基づいて選択される遮断媒体として真空または SF6 を利用します。

断路器:これらのデバイスは、回路の特定の部分をシステムの残りの部分から分離することができるため、システム全体を中断することなくメンテナンスやテストを実行できます。絶縁媒体として SF6 を使用しており、手動またはリモートで制御できます。

バスバー:これらの導体は、発電機、変圧器、フィーダなどの電気システムのさまざまなセクションを接続します。これらは絶縁にSF6を使用しており、三相構成でセットアップされています。

トランスフォーマー:これらのデバイスは、SF6 を絶縁媒体として利用して、電気回路の電圧レベルを変更できます。それらは、変流器または電圧変圧器を含む電力変圧器または計器用変圧器のいずれかに分類できます。

アーススイッチ:これらの機器は、回路の一部をアースに接続することで安全と接地のために使用されます。絶縁媒体として SF6 を使用しており、手動または遠隔から制御できます。

サージアレスタ：これらのデバイスは、落雷やスイッチング イベントによって引き起こされる電圧サージから回路を保護するように設計されています。これらは絶縁材料として SF6 を使用しており、金属酸化物バリスタ (MOV) またはスパーク ギャップの 2 つのタイプに分類できます。

コンポーネントは、特定の圧力の SF6 ガスが充填された金属ケース内に収容されています。ケーシングは、気密パーティションで区切られたいくつかの密閉セクションに分類されます。これらのセクションは、ガスの流れと圧力の調整を容易にするガスパイプとバルブによって接続されています。

エンクロージャには、GIS の安全かつ効率的な機能を保証するセンサー、モニター、インジケーター、アラーム、および制御デバイスが付属しています。環境条件と設計ニーズに応じて、エンクロージャは屋内または屋外に設置できます。

ガス絶縁開閉装置はどのように動作するのですか?

GIS の動作の主原理は、SF6 ガスを絶縁体および消弧器として使用することです。 SF6 ガスは、断熱媒体として空気に比べていくつかの利点があります。

◆ 空気よりも絶縁耐力が高いため、より高い電圧にも故障することなく耐えることができます。

◆ 空気よりも分子量が低いため、熱伝導率が高く、より効率的に熱を放散することができます。

◆ 空気よりも電気陰性度が高いため、より効果的に自由電子を捕捉し、アーク内のイオン化を減らすことができます。

これらの特性により、SF6 ガスはスペースが限られており、信頼性が不可欠な GIS 用途に最適です。

GIS の動作は、三相遮断器を例にして説明できます。通常の状態では、サーキットブレーカーの接点は閉じており、電流が流れます。回路内で短絡や過負荷などの障害が発生すると、接点が離れ、接点間にアークが発生します。

アークは、電気を伝導するイオン化したガスで構成されています。アークは熱と圧力を発生させ、接点やその他のコンポーネントに損傷を与える可能性があります。これを防ぐには、アークをできるだけ早く消す必要があります。

GIS における消弧プロセスには、熱遮断と誘電遮断という 2 つのメカニズムが含まれます。

熱遮断:このプロセスは、近くのガスに熱を伝達することによって電気アークの温度を下げることに依存しています。アークが冷たくなるにつれて、その抵抗が増加し、自然電流ゼロクロス点でゼロに達するまで電流が減少します。これが起こるとアークが消えます。

誘電遮断:このシステムは、電気アークの経路内のイオン化粒子を除去することによって電気的破壊に抵抗するガスの能力を高めることに依存しています。アークが停止すると、SF6 ガスが空間に入り、結合していない電子を捕捉し、電流を流すことができない電荷を持たない分子を生成します。ガスの破壊に抵抗する能力はすぐに通常の状態に戻り、アークの再点火が止まります。

アークが消えると接点が再び閉じ、回路が回復します。ガス管理システムは SF6 ガスの圧力を監視および制御し、ガスの品質と漏れの検出も保証します。

ガス絶縁開閉装置の用途。

GIS は、そのコンパクトさ、信頼性、メンテナンスの必要性の低さにより、さまざまなアプリケーションで広く使用されています。 GIS の一般的なアプリケーションには次のようなものがあります。

都市部または工業地帯:GIS は、スペースが不足していて汚染レベルが高い都市地域や工業地域に最適です。 GIS は、環境や美観に影響を与えることなく、屋内、屋外、屋根、地下、または海上プラットフォームに設置できます。

発電と送電:GIS は、発電所を送電網に接続するだけでなく、長距離およびさまざまな電圧レベルにわたって電力を送電および配電するために使用されます。 GIS は高電流と高電圧を処理できるほか、電力システムに保護機能と制御機能を提供します。

再生可能エネルギーの統合:GIS は、風力発電所や太陽光発電所などの再生可能エネルギー源をグリッドに統合するために使用されます。 GIS は、柔軟で信頼性の高い接続、および断続的な発電のための電圧と周波数の調整を提供できます。

鉄道と地下鉄:GIS は、鉄道や地下鉄に電力を供給するだけでなく、電気システムを制御および保護するためにも使用されます。 GIS は損失を削減し、効率を向上させるだけでなく、乗客とオペレーターに安全性と信頼性を提供します。

データセンターと工場:GIS はデータセンターや工場に電力を供給するために使用されており、高品質で中断のない電力が稼働に不可欠です。 GIS は、高可用性、冗長性、耐障害性を提供​​するだけでなく、電磁干渉や高調波を低減します。

ガス絶縁開閉装置と空気絶縁開閉装置の比較。

ガス絶縁開閉装置 GIS には、空気を絶縁媒体として使用する従来型の開閉装置である空気絶縁開閉装置 (AIS) に比べて、いくつかの利点があります。 GIS には次のような利点があります。

省スペース:地理空間情報システム (GIS) は、変電所の空間要件を大幅に最小限に抑え、空気絶縁開閉装置 (AIS) と比較して設置面積を最大 90% 縮小できます。 GIS は 1 階建てまたは複数階建ての建物内に収容したり、地下に埋めたりすることができるため、AIS の設置と維持に通常必要となる広大な空き地が不要になるため、この大幅な削減が実現可能です。

安全性：地理情報システム (GIS) テクノロジーは、充電部やアークフラッシュの危険に関連するリスクを排除することで、人員と機器のセキュリティを大幅に向上させることができます。さらに、GIS は安全で漏れのない筐体内に SF6 ガスが含まれているため、火災、爆発、環境汚染の可能性を最小限に抑えます。

信頼性：地理情報システム (GIS) は、劣化や誤動作の可能性がある可動コンポーネントや接続の数を最小限に抑えることで、電源の信頼性を高めることができます。さらに、GIS は、湿度、粉塵、腐食、汚染などの環境の影響を受けにくいため、自動識別システム (AIS) に比べて寿命が長くなります。

メンテナンス：GIS を使用すると、AIS に比べて定期的なメンテナンスやチェックが少なくて済むため、メンテナンス費用が削減され、ダウンタイムを最小限に抑えることができます。 GIS には、問題を特定し、エスカレーションする前にオペレーターに通知できる自己診断機能が装備されています。

それにもかかわらず、GIS には AIS と比較して、特にコストの点で欠点があります。 GIS は、初期費用と継続的な運用費用の点で AIS よりも高価です。これは、より厳格な品質基準とテストプロセスとともに、より高度な技術と材料の必要性によるものです。

複雑：GIS は、ガス管理、保護、制御、通信などを含むさまざまなコンポーネントやシステム間の調整と統合を強化する必要があるため、AIS に比べて設計と実装がより複雑になります。

可用性：GIS は、特にコンパートメント内で障害が発生し、複数のコンポーネントに影響を与える状況では、AIS ほどアクセスしにくい場合があります。これは、GIS が通常、AIS と比較して障害を特定して修正するためにより多くの時間とリソースを必要とするという事実によるものです。その結果、GIS と AIS のどちらを選択するかの決定は、現場の条件、技術的要件、経済的考慮事項、個人の好みなどのさまざまな要因によって決まります。

ガス絶縁開閉装置の種類と型式。

ガス絶縁開閉装置は、さまざまなメーカーからさまざまな種類やモデルが販売されています。一般的なタイプには次のようなものがあります。

分離相 GIS:このタイプでは、回路の各相がコンパートメント内で個別に組み立てられます。このタイプの GIS は他のタイプの GIS よりも多くのスペースを必要としますが、相間の故障は防止されます。

統合された三相 GIS:このタイプでは、回路の 3 相すべてが 1 つのコンパートメントに組み込まれています。このタイプは、分離相 GIS と比較して、必要なスペースを 3 分の 1 に削減します。

ハイブリッド GIS:このタイプでは、絶縁相要素と三相要素の組み合わせが使用されます。省スペースと故障防止を両立したタイプです。

コンパクトな GIS:このタイプでは、複数の機能要素が単一のコンパートメントにカプセル化されています。たとえば、回路遮断器、断路器、変流器を 1 つのモジュールに組み合わせることができます。このタイプは、他のタイプの GIS と比較して、必要なスペースをさらに削減します。

高度に統合されたシステム (HIS):このタイプでは、すべての変電所機器が 1 つの筐体内にまとめてカプセル化されています。このタイプは、屋外変電所の完全なソリューションを 1 つのユニットで提供するため、外部接続の必要性がなくなり、設置時間が短縮されます。

結論。

ガス絶縁開閉装置は、一次絶縁および消弧媒体として SF6 などのガスを使用する電気機器の一種です。これは、回路ブレーカー、断路器、バスバー、変圧器、アーススイッチ、避雷器などのさまざまな電力システムコンポーネントを収容する金属で囲まれたコンパートメントで構成されています。

GIS には、省スペース、安全性、信頼性、メンテナンスの負担の軽減など、気中絶縁開閉装置に比べていくつかの利点があります。ただし、GIS には、高コスト、複雑さ、場合によっては可用性の低下など、いくつかの欠点もあります。

GIS は、都市や工業地域、発電と送電、再生可能エネルギーの統合、鉄道と地下鉄、データ センター、工場などのさまざまなアプリケーションで広く使用されています。電圧レベルと設計要件に応じて、さまざまなメーカーからさまざまなタイプとモデルの GIS が入手可能です。

GIS は、電力システムに効率的で信頼性の高いソリューションを提供できる最新の高度なテクノロジーです。ただし、特定のプロジェクトに開閉装置のタイプを選択する前に、その特性、長所と短所、および用途を理解することが重要です。