スイッチギアとは？初心者ガイド

電力系統の開閉装置は、電気機器を調整、保護、隔離する電気遮断スイッチ、ヒューズ、または回路ブレーカで構成される。スイッチギアは、機器を非通電にして作業を行ったり、下流の問題を取り除いたりするために使用されます。この種の機器は、電気供給の信頼性に密接に関係している。

スイッチギアの仕組み 

単一の金属ボックス内に配置された回路保護コンポーネント（スイッチ、ヒューズ、サーキットブレーカなど）のグループは、電気開閉装置と呼ばれる。電流のオン・オフや回路の絶縁を行い、故障を回避して機器や作業員を保護する。

サーキットブレーカ、ディスコネクトスイッチ、およびヒューズは、開閉装置を介した電流の流れを制御します。電気回路に過負荷または短絡が発生すると、サーキットブレーカがトリップし、電流の流れが遮断され、機器と作業員が保護されます。

電気 スイッチギアの種類

スイッチギアシステムには、低圧、中圧、高圧の3つのクラスがある。

低圧開閉装置

低圧開閉装置 は1kVまで対応可能で、機械的および熱的誤動作から保護する。

低圧開閉器は、スイッチ、低圧サーキットブレーカ、漏電遮断器、小型サーキットブレーカ（MCB）、モールドケース・サーキットブレーカ（MCCB）、高遮断容量（HRC）ヒューズ、無負荷電気アイソレータで構成される。

高圧開閉装置

高圧開閉装置 は、3kV から 75kV までのシステムで使用されています。この開閉器は、モーター、フィーダー回路、発電機、ギアボックス、配電線などを組み込んだシステムで一般的に使用されています。

中電圧スイッチギヤは、電力サージまたはシステムの誤動作が発生した場合に電流の流れを遮断するために、サーキットブレーカだけでなく、オイル、ガス、または真空絶縁体を採用しています。絶縁体は電気開閉装置の構成部品を保護し冷却し、サーキットブレーカは回路の接点を分離してアークを排出します。

高圧開閉装置

高電圧 スイッチギアは、75kVを超える電圧のシステムで使用される。送電網の運用と安全性にとって極めて重要である。重要な利点は、強力な絶縁、高い遮断容量、保護システムの改善である。

この電気開閉装置は、断路器、接地開閉器、大電流開閉機構、ヒューズ、サーキットブレーカーを使用して、電流の制御、調整、破壊、隔離、排気を行う。

スイッチギア絶縁媒体

スイッチギアは、電圧レベルだけでなく、通電機器を電気的故障から保護するために使用される絶縁材料も異なる場合がある。スイッチギアの筐体には、誘電品質やその他の特徴が異なるさまざまな絶縁体が使用されることがあります。

• 空気絶縁式電気開閉装置
  コストパフォーマンスの高さからよく使われるが、絶縁耐力は低い。
  長所安価で入手可能。無毒で環境に優しい。漏れや汚染の心配がない。
  短所：絶縁耐力が低い。そのため、より大きな装置が必要。湿度や温度などの影響を受ける。
• ガス絶縁開閉器
  加えて、加圧ガス絶縁は通常の空気よりも高い絶縁耐力を持つ。六フッ化硫黄は開閉器システムの代表的な絶縁ガスですが、他のガスを代わりに使用することもできます。
• 液体（オイルを含む）
  流体は空気よりも断熱性が高く、価格も手頃です。流体には、過熱したシステムを冷却するという利点もあります。
  油絶縁開閉器は、通電接点が割れたときに形成されるアーク経路に沿って鉱油を気化させ、その周囲を水素ガスの気泡で囲むことで電流を排出し、アークが再び発生するのを防ぎます。
• ソリッド
  樹脂のような材料は優れた絶縁耐力を持ち、化学的・熱的劣化に強い。
  長所絶縁耐力が高い。そのためコンパクトな設計が可能。劣化しにくく、広い温度範囲で安定した性能を発揮する。
  欠点：高価で、硬いため柔軟性に欠ける。

開閉装置の構成部品

スイッチギアは極めて重要だ。電気回路を監視し、保護し、絶縁します。スイッチギアは、安全で信頼性の高い電力供給を実現するために、さまざまなテクノロジーを備えています。ここでは、スイッチギヤの主なコンポーネントを詳しく分析します：

スイッチ

スイッチは、開閉装置の重要な部品である。電気的な接続を形成したり遮断したりする。回路内の電流の流れを開始または遮断するために動く物理的な装置です。スイッチには、以下のようなさまざまな形状があります：

• アイソレーター・スイッチ： アイソレータ・スイッチは回路を完全に絶縁し、メンテナンスや修理の際に電気が流れるのを防ぎます。
• スイッチを切り離す： ディスコネクティング・スイッチは、アイソレータ・スイッチと同様、回路を絶縁するが、めったに使用されないことを意図している。
• 負荷遮断スイッチ： これらのスイッチは、負荷がかかっている間は電流を遮断することができるため、電化回路のスイッチングに最適である。

ヒューズ

ヒューズは安全装置である。ヒューズは過電流から回路を保護します。過電流は、電流が流れすぎることで発生します。その結果、損傷や火災につながる可能性があります。ヒューズには、亜鉛や銅などの導電性材料の細い糸が入っています。この糸は、過電流にさらされると溶けます。これにより回路が遮断され、さらなる危害を防ぐことができます。

アイソレーター

アイソレーターは特殊なスイッチである。保守やサービスを行う前に、回路が完全にオフになっていることを保証するように設計されています。目立つ切り離しポイントを作ります。これにより、専門家は作業前に回路が停止していることを確認できます。アイソレータは全負荷電流に対応しています。障害が発生した場合、回路を短絡する機能があります。

リレー

アイソレーターは特殊なスイッチである。保守やサービスを行う前に、回路が完全にオフになっていることを保証するように設計されています。目立つ切り離しポイントを作ります。これにより、専門家は作業前に回路が停止していることを確認できます。アイソレータは全負荷電流に対応しています。障害が発生した場合、回路を短絡する機能があります。

サーキットブレーカー

サーキットブレーカーはスイッチである。自動的に動作する。過電流による損傷から回路を保護することを目的としている。ヒューズと似た働きをするが、より高度な保護を提供し、トリップ後にリセットされることもある。サーキットブレーカは、いくつかの故障を検出する。これらには、過電流、短絡、および地絡が含まれます。回路を遮断して被害を防ぎます。

避雷器

避雷器は、電気システムを雷の被害から守ります。避雷器はサージアレスタとも呼ばれます。避雷器は、高電圧サージ用の低抵抗チャネルを形成します。これらのサージは落雷によって引き起こされます。避雷器は、敏感な機器を保護しながら、サージが安全に接地へ流れるようにします。避雷器は多くの場合、電気システムの入口部分に設置されます。これらの場所には、電線や変圧器が含まれます。

バスバー

バスバーは開閉装置の基幹部品である。電気を通します。通常、銅またはアルミニウムで構成され、高電流と高温に耐えるように設計されている。バスバーはさまざまな方法で構成されています。これは、スイッチギアの特別なニーズを満たすためです。

特殊設計メタル・エンクロージャー

スイッチギアのエンクロージャは、過酷な電気環境に耐えるように設計されています。埃、湿気、衝撃から内部部品を保護します。エンクロージャは、アルミニウムやステンレス鋼などの金属で構成されることが多い。換気、接地、耐火などの要素が含まれる場合もあります。

耐アーク開閉装置

耐アーク開閉器は、電気アークの影響を軽減することを目的としています。アークは非常にエネルギーの高い放電です。機器に大きな損傷を与え、安全上のリスクとなります。耐アーク開閉器には、アークを封じ込め、消火するための以下のような機能があります：

• アークシュート： これは、アークを敏感な部品から遠ざけ、アースするための特別に設計されたチャンネルです。
• ペリクル： ペリクルは薄い絶縁バリアである。アークを分断し、アークの拡大を防ぐ。
• アーク放電緩和システムには、センサー、検出器、サプレッサーが含まれます。これらはアーク放電を検知し、防止します。これにより、人身事故や物的損害が発生する可能性が低くなります。

計器用変圧器

これらのトランスは、高電圧と大電流の両方の信号を変換します。監視や制御のしきい値を下げます。

サーキットブレーカーの種類と用途

ここでは、スイッチギヤアプリケーションで使用される最も一般的なタイプのサーキットブレーカを紹介します：

• エアサーキットブレーカー（ACB） 電気アークがトリップした際、エアブラストで消火する。中高圧スイッチギヤによく使用される。
• 真空サーキットブレーカー（VCB） 真空遮断器を使用してアークを止める。ACBほどの保守を必要とせず、信頼性の高いセキュリティを提供する。中電圧システムに人気がある。
• 六フッ化硫黄（SF6）サーキットブレーカー： このブレーカは、アークを除去するためにSF6ガスを使用しています。高電圧システムに非常に有効で、ACBよりも省スペースです。
• オイル・サーキット・ブレーカー アーク急冷媒体としてオイルを使用。メンテナンスに手間がかかるが、超高圧送電システムに適している。
• モールドケース・サーキット・ブレーカ（MCCB）： コンパクトブレーカは、ケーシングが部品の周囲に形成されています。低電圧開閉器およびパネルボードに使用されます。
• 小型サーキットブレーカー（MCB）： MCCBの小型版は、制御盤や電子機器に利用されている。
• 残留電流装置（漏電遮断器） 大地への漏電を検知し、感電を防ぐためのトリガー。LV配電盤や分電盤に設置されている。
• リクローザー： リクローザは、故障後に自動的に再閉鎖する特殊なブレーカです。送電線の停電を減らすのに役立つ。

続きを読む サーキットブレーカー対開閉装置

スイッチギアの特徴

信頼性を高める。

スイッチギアは、発電所での中断のない相互接続と容量の増加を可能にする。信頼性も向上する。これは、スイッチギアが故障時に問題のある回路部分を隔離することを示唆しています。

素早い反応

回路に障害が発生した場合、スイッチギアは迅速なカウントを行い、健全なコンポーネントへの被害の拡大を防ぎます。その結果、回路が完全にシャットダウンするのを防ぐことができます。

物理的管理施設

スイッチギアはまた、電気制御が故障した場合に手で操作することもできる。

絶対的な差別化

開閉器は、回路内の機能部品と非機能部品の間を切り替えることができる。これに基づいて、スイッチギアは非機能コンポーネントを分離し、中断のない電力供給を提供します。

設計によるスイッチギアの分類

スイッチギアは、その構造と機能の両方を含む設計に基づいて分類することもできる。取り外し可能なキャビネットに収納された取り外し可能なスイッチギヤであったり、引き出し式でなかったりする。また、設計は、金属で密閉されたもの、金属で覆われたもの、パッドで取り付けられたものなどがあります。

金属製密閉開閉装置

金属製密閉型開閉装置は、電気部品を風雨から保護するために金属製エンクロージャを採用した開閉装置の一形態である。この開閉器は、主に産業用途で使用される。金属製密閉型開閉装置を使用する際は、安全のために接地が必要です。

メタルクラッド開閉装置

メタルクラッド・スイッチギアは、メタル・エンクローシド・スイッチギアに似ていますが、特定のコンパートメントやスイッチギアコンポーネントに金属カバーが追加されています。これにより、分離されたスイッチギヤ構造が形成される。また、各セクションは頻繁に絶縁され、独立して接地され、取り外し可能です。

パッドマウント開閉装置

パッドマウント開閉器は、コンクリートまたはグラスファイバーで構築されたパッドまたはプラットフォーム上に設置されるタイプの開閉器です。この開閉器は、配電や地下変電所などのユーティリティ用途で主に使用されます。

スイッチギアに関するFAQ

1.開閉装置と配電盤に違いはあるのか？

スイッチギアと配電盤は同じではありません。

開閉器は電源を保護・制御するだけでなく、故障時に電源を切断することもできる。一方、配電盤はもっぱら電力を他の電源に移すために使用され、商業環境で最も一般的です。

開閉器と配電盤もまた、さまざまな電圧レベルに対応できるように作られている。高圧開閉器は350キロボルトまで耐えることができますが、配電盤は600ボルト以上に耐えることはほとんどありません。

2. なぜスイッチギアを使うのか？

スイッチギアを設置することにはさまざまな利点がある。

• 信頼性の向上： スイッチギアは故障を未然に防ぐため、故障箇所を切り離すことで相互接続性を維持し、残りの箇所は機能し続けることができる。
• パワーフロー・マネジメント： スイッチギアは効率的で 一貫性があり、パワーフローを理想的な範囲に保つ。
• 差別化： スイッチギアは、機能する回路コンポーネントと機能しない回路コンポーネントを区別することができます。そして、継続的な電力を確保するために、これらのさまざまなコンポーネントを区画することができます。
• 迅速な対応 スイッチギアは、回路内の問題を迅速に特定し、それが広がったり、被害が拡大したりするのを阻止する。
• ヒューマン・コントロールのオーバーライド： 開閉装置は自動的かつ自律的に作動するが、電気制御が機能しなくなった場合に備えて、人間によるオーバーライドも備えている。

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結論

電気開閉装置 は、電気システム内の人と機器の両方の安全を守るために不可欠です。このガジェットは、電気的な誤動作が発生した場合、または保守作業中に回路や機器を切り離したり絶縁したりすることで、けがや損傷を防止します。これまで見てきたように、開閉器には、サーキットブレーカ、アイソレータ、ヒューズ、スイッチなど、膨大な種類の電気機器が含まれます。また、定格電圧も低電圧から高電圧まで大きく異なります。