変電所の開閉設備
変電所の主な構成設備の一つである、開閉設備について説明する。
開閉設備には、主に以下のような種類がある。
- 消弧装置を持たない断路器
- 主回路の接地を目的とする接地開閉器
- 負荷電流や故障電流を遮断するための遮断器
それぞれについて詳しく説明する。
断路器
断路器は、発変電所内の回路の保守作業を行う際に安全のために作業箇所を電圧のある回路から切り離すことなどに用いられる。一般的に断路器は、単に電圧が加わっている回路で電流が流れていないときに開閉できるが、変圧器の励磁電流や送電線の充電電流、複母線の場合において甲母線から乙母線に運転を切り替えるときに流れるループ電流などの開閉ならば行うことができる。
断路器は、単に充電された電路を開閉分離するために用いられるほか、下記のような開閉性能を要求される場合がある。
- 複母線の変電所で甲母線から乙母線に運転を切り替えるときに流れるループ電流開閉性能
- 遮断器を遮断した後に、遮断器と断路器間の回路を開放するときの進み小電流開閉能力
断路器を運用する際の注意点は以下がある。
- 断路器は消弧装置をもたないため、負荷電流の遮断を行うことはできない。
- 断路器は機器の点検や修理の際、回路を切り離すのに使用する。断路器で回路を開く前に、まず遮断器で故障電流や負荷電流を切る必要がある。
- 断路器を誤って開くと、接触子間にアークが発生し、焼損や短絡事故を生じることがある。
- 断路器は種類のいかんによらず、負荷電流の遮断を行ってはならない。
- 断路器の誤操作防止のため、一般にインタロック装置が設けられている。
接地開閉器
接地開閉器は、無電圧の線路や母線部分などの主回路の接地を主たる用途としているが、それ以外に下記のような用途や性能が要求される。
- ガス接地開閉器の接地端子を大地電圧から絶縁し、要求される用途に使用可能なこと。
- 運転されている隣接回線が発生する磁束により流れる電磁誘導電流及び回線間の浮遊容量を通して流れる静電誘導電流の開閉能力を有すること。
- 主回路が活線状態で、保守員が誤って接地開閉器を投入するような場合に、短絡投入性能を要求されることがある。
- ケーブル送電線用の接地開閉器の場合、ケーブル残留電荷の放電性能を有すること。
遮断器
遮断器は、送電線路の運転・停止、故障電流の遮断などに用いられる。
直流電流には電流零点がないため、交流電流に比べ電流の遮断が困難である。
遮断器は、平常時は電力の送電及び停止の際に負荷電流を開閉するために用いられており、送配電線や発変電所内の機器に短絡・地絡が発生した際は故障電流を遮断するために用いられる。
ガス遮断器
遮断器では一般的に、電流遮断時にアークが発生する。ガス遮断器では圧縮ガスを吹き付けることで、アークを早く消弧することができる。電圧が高い系統では、真空遮断器に比べてガス遮断器が広く使われている。
六ふっ化硫黄（SF6）ガス
- アークの消弧能力は、空気よりも優れている。
- 無色、無臭、無毒、腐食性・爆発性・可燃性がなく、化学的に安定しており不活性である。
- 地球温暖化に及ぼす影響は、同じ質量の二酸化炭素と比較してはるかに大きい。温室効果ガスであるため、使用量の削減や、保守や廃棄の際、回収することが求められている。
- ガス遮断器やガス絶縁変圧器の絶縁媒体として利用される。
- 絶縁破壊電圧は、同じ圧力の空気と比較すると高い。大気圧以上のSF6ガスが充填される。（0.3～0.6MPa）
真空遮断器
真空遮断器の開閉電極は、真空バルブ内に密閉され、電極を開閉する操作機構、可動電極が動作しても真空を保つベローズ、回路と接続する導体などで構成されている。
電路を開放した際に発生するアーク生成物は、真空中に拡散するが、その後、絶縁筒内部に付着することで、その濃度が下がる。
真空遮断器は、空気遮断器と比べると動作時の騒音が小さく、機器は小形軽量である。また、真空遮断器はガス遮断器と比べると電圧が低い系統に広く使われている。
ガス絶縁開閉装置（GIS）
ガス絶縁開閉装置（GIS）は、遮断器、断路器、避雷器、変流器等の機器を絶縁性の高いガスが充填された金属容器に収めた開閉装置である。この絶縁ガスとしては、SF6ガスが現在広く用いられている。機器の充電部を密閉した金属容器は接地されるため感電の危険性がほとんどない。また、気中絶縁の設備に比べて装置が小形化する。このようなことから、変電所の体積と面積を大幅に縮小でき、大都市の地下変電所や塩害対策の開閉装置として適している。