遮断器選定ガイド：電力システムでSF6／真空形のどちらを選ぶべきか

遮断器選定ガイド：電力システムでSF6／真空形のどちらを選ぶべきか

遮断器は電力システムにおいて重要な構成要素であり、障害時に安全に電流を遮断し、機器と作業員の保護を提供します。正しい遮断器タイプの選択は、システムの信頼性、安全性、効率性を確保するために重要です。中圧用途では、SF6 断路器 および真空遮断器が主流です。それぞれに長所、短所、最適な用途があります。

本ガイドでは、SF6と真空方式の基本的な違い、検討すべき選定要素、および適切な遮断器を電力システムのニーズに合わせる方法について説明します。 断路器 特定の電力システム要件に合った適切な遮断器を選定するための方法をご説明します。

電力システムにおける遮断器の理解

遮断器は主に2つの目的に使用されます：

• 過電流または短絡の発生時に電流の流れを遮断すること。

• 保守や運転条件の変更のために機器を手動で遮断する手段を提供すること。

すべての遮断器がこれらの基本機能を果たす一方で、接点が開いたときアークを消弧する際に使用される技術は、遮断器の重要な特徴の一つです。

SF6遮断器：技術概要

SF6（六フッ化硫黄）遮断器は、絶縁およびアーク消去の両方の目的で加圧されたSF6ガスを使用します。遮断器の接点が分離するとアークが発生します。SF6ガスはこのアークを迅速に冷却し、脱イオン化して効率的に消弧します。

SF6遮断器の主な特徴

• 優れた絶縁耐力により、コンパクトな設計が可能。

• 高い遮断容量で、過酷な条件での使用に適しています。

• スイッチング時の騒音が少ない。

• 広範囲な環境条件下で安定した性能を発揮します。

制限

• SF6は地球温暖化係数がCO₂の数千倍にもなる強力な温室効果ガスです。

• 専門的な取扱いおよびガス回収システムが必要です。

• 性能を維持するため、定期的なガス圧力の監視が必要です。

真空遮断器：技術概要

真空遮断器は密閉された真空遮断室でアークを消弧します。接点が開くと、真空状態によりアークを維持できなくなり、高速で遮断が行われます。

真空遮断器の主な特徴

• アーク消去速度が非常に速く、接点の摩耗を軽減します。

• 可燃性または温室効果ガスを含みません。

• 遮断室が永久密封構造で、メンテナンスがほとんど不要です。

• 長寿命の機械的および電気的性能。

制限

• 非常に高圧の用途において、SF6と比較して若干低い遮断能力。

• SF6装置と比較して、高圧において物理的なサイズが大きくなる。

SF6と真空遮断器の比較

SF6と真空技術のどちらを選ぶかを決定する際には、いくつかの性能および運用上の要素に基づいて評価することが重要です。

弧消し

• SF6：高圧・大電流状況での優れたアーク消去性能。

• 真空：中圧システムにおいて非常に高速なアーク消去性能を持ち、接触摩耗が最小限に抑えられる。

環境への影響

• SF6：地球温暖化係数が高いため、漏洩防止およびガスのリサイクルが必要。

• 真空：温室効果ガスを出さないため、環境にやさしい。

維持 要求

• SF6：ガス圧の監視および定期的な補充またはガス回収が必要。

• 真空：ほぼメンテナンスフリーの遮断機であり、機械的部分のみが時折の整備を必要とします。

寿命

• SF6：適切なメンテナンスにより長寿命ですが、ガスシステムの完全性に依存します。

• 真空：非常に長い運転寿命を持ち、多くの場合30,000回以上の機械的操作に耐えます。

適用範囲

• SF6：高電圧（36 kVを超える）および高耐量の用途に適しています。

• 真空：中電圧（最大36 kVまで）の用途や、最小限のメンテナンスを必要とする場所に最適です。

遮断機の選定要因

適切な遮断機の選定には、技術的・運用的・環境的要素のバランスを考慮する必要があります。

1. システム電圧および定格電流

最大運転電圧および地絡電流レベルを確認します。SF6遮断機は高電圧・大電流に適していますが、真空遮断機は中電圧域で優れた性能を発揮します。

2. 運転環境

極端な温度、湿度、粉塵、腐食性雰囲気への暴露を考慮してください。SF6遮断器は過酷な気候でも安定した性能を発揮しますが、真空遮断器は清潔な屋内設置において利点があります。

3. 環境規制

プロジェクトが厳格な環境規制が適用される地域に位置する場合、温室効果ガス排出がないため真空遮断器の方が持続可能な選択肢となります。

4. 保守リソース

保守要員や予算が限られている施設では、真空技術の低保守性がメリットになります。SF6システムはガスの安全な取り扱いのために訓練を受けたスタッフが必要です。

5. 設置スペース

高電圧定格においてはSF6装置の方がコンパクトな場合が多いです。同じ定格の真空装置はやや広いスペースを必要とする可能性があります。

6. ライフサイクルコスト

特定の用途においてはSF6遮断器の方が初期コストが低い場合もありますが、真空遮断器は保守頻度が少なく長寿命であるため、総所有コストを抑えることができます。

アプリケーションシナリオ

都市向け中圧配電

真空遮断器は、安全性、低メンテナンス性、環境への利点から、多くの場合最適な選択肢とされます。

高圧送電用変電所

SF6遮断器は、コンパクトな設計で高い遮断容量を処理できるため、これらの用途で主流です。

再生可能エネルギー統合

真空遮断器は、環境への影響が大きな考慮事項となる風力および太陽光発電所で、ますます広く使用されています。

産業施設

両方の種類は、電圧レベルや運転条件によって適している場合があります。頻繁な開閉操作が必要な場合には真空技術が好まれます。

テクノロジー の 進歩

ハイブリッドソリューション

いくつかのメーカーでは、真空遮断器をSF6または他の絶縁媒体と組み合わせて使用し、性能と環境への影響の両方を最適化するハイブリッド遮断器の開発が進められています。

SF6に代わる環境に優しい代替品

グリーンガス・フォー・グリッド（g3）などの地球温暖化係数がより低いガスによるSF6置き換えの研究が継続中です。

デジタルモニタリングおよび診断

SF6および真空遮断器の両方にスマートモニタリングオプションが搭載されるようになり、予知保全が可能となり、システムの信頼性向上が図れるようになりました。

設置および運用のベストプラクティス

種類に関係なく、すべての遮断器は最良の実践に従って設置および運用されるべきです。

• 適切な絶縁間隔および接地を確保してください。

• 接続部の締付けトルクはメーカーの仕様に従ってください。

• 定期的に機能試験および絶縁抵抗試験を実施してください。

• SF6遮断器の場合、ガス圧力を監視し、漏れがないか点検してください。

• 真空遮断器の場合、機械的な作動部分を定期的に点検してください。

未来の見通し

SF6と真空遮断器の選定は、技術の進歩と環境規制の強化に伴い、今後も進化していくでしょう。高圧送電分野では引き続きSF6が主流ですが、真空技術も高圧領域へと着実に進展しており、将来の一部用途においてSF6を置き換える可能性があります。

公益事業会社、産業オペレーター、インフラ開発業者は、選定プロセスにおいて技術的性能に加えて環境への影響を一層重視するようになるだろう。業界全体がカーボンニュートラルの運用に向けて推進していることから、真空技術やSF6の環境に優しい代替技術の採用が加速される可能性がある。

まとめ

電力システムに適した遮断器を選定するには、技術的要件、環境への配慮、保守能力、コスト分析の間で慎重なバランスを取る必要がある。SF6遮断器は高電圧・大電流用途において他に類を見ない性能を発揮する一方、真空遮断器は中電圧ネットワークにおいて優れた安全性、効率性、環境性能を提供する。

各技術の長所と短所を理解することで、電力システムが信頼性が高く、安全で、将来に備えた状態を維持できます。イノベーションが進み続ける中で、両技術にはさらに改良が加えられると考えられますが、持続可能性への傾向により、真空技術は今後ますます魅力的な選択肢となっていくでしょう。

よくある質問

真空遮断器（VCB）は屋外設置に適していますか？

防水性のエンクロージャや屋外仕様のスイッチギア内に設置すれば、さまざまな気候条件で確実に動作します。

SF6の取扱いは危険ですか？

SF6ガス自体は純粋な状態では無毒ですが、アーク放電時に有害な副生成物を生成する可能性があります。安全な取扱いおよびガス回収の手順が重要です。

真空遮断器は既存の設備でSF6遮断器に代わって使用できますか？

多くの場合、可能です。ただし、改造には機械的および電気的パラメータの互換性確認が必要です。

頻繁な開閉操作に適した遮断器の種類は？

真空遮断器は接点摩耗が少ないため、頻繁な操作に適しています。

SF6は段階的に廃止されますか？

規制の圧力と環境イニシアチブにより代替品への移行が進められていますが、SF6は高圧用途で広く使用されています。