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最新の電力システムの開閉装置: テクノロジー、市場動向、および電圧レベルにわたる戦略的選択

エグゼクティブサマリー


開閉装置は、現代のあらゆる電力システムのバックボーンです。発電所の発電機の端子から商業ビルの最後の分電盤に至るまで、開閉装置は、電力の流れを安全かつ確実に維持するためのスイッチング、保護、絶縁、監視という重要な機能を実行します。これがなければ、電気ネットワークの制御された動作も安全な障害管理も不可能になります。


世界的な電力需要が増大し、電力ネットワークがより複雑になり、再生可能エネルギー源の統合が加速するにつれて、開閉装置に課される要件は急速に進化しています。より高い短絡耐量定格、よりスマートな保護調整、デジタル監視の統合、およびより厳格な環境性能基準により、世界中の電力会社、産業運営者、インフラ開発者が要求する仕様が再形成されています。


このホワイト ペーパーでは、低圧配電開閉装置から中電圧リング メイン ユニット、高電圧金属密閉開閉装置に至るまで、電圧クラスにわたる開閉装置テクノロジーを徹底的に検証します。各製品カテゴリの基礎となるエンジニアリング原則、仕様を管理する主要な性能パラメータと規格、主要なアプリケーション領域、および技術選択の決定をガイドするための構造化された調達方法論をカバーしています。


鹿高電力株式会社 は、開閉装置の全電圧範囲を製造する中国を拠点とする大手メーカーであり、OEM 機能、強力なカスタム エンジニアリング サポート、および広範な世界輸出経験を備えた IEC、ANSI、および IEEE 規格に認定された製品を提供しています。この文書では、Lugao Power の製品ポートフォリオ、製造能力、および世界的な開閉装置プロジェクトの信頼できる供給パートナーとしての競争力のある地位についても説明します。


目次



1. 業界の概要と市場の背景


1.1 世界的な電力の必要性

世界の発電設備容量は 2024 年に 9,000 GW を超え、毎年約 3% のペースで増加し続けています。石炭、ガス、原子力、水力発電、太陽光発電、風力発電のいずれで生成されたものであっても、その容量のすべてのワットは、発電機から消費者までの過程で開閉装置システムを複数回通過する必要があります。この開閉装置インフラストラクチャの信頼性と安全な動作は、単に技術的な考慮事項ではありません。それは現代社会が機能するための前提条件です。


電力へのアクセス、ネットワークの信頼性、インフラ拡張のスピードは、経済競争力の重要な決定要因です。開閉装置の故障によって引き起こされる停電は、生産の損失や機器の損傷により、産業経済に年間数十億ドルの損失をもたらします。逆に、適切に設計され、適切に保守された開閉装置システムは、病院運営から半導体製造、データセンター サービスに至るまで、あらゆるものを支える高可用性ネットワークを実現します。


1.2 市場規模と成長要因

世界の開閉装置市場は、2023 年に約 1,270 億米ドルと評価され、2030 年まで 6.8 ~ 7.9% の CAGR で成長し、推定 2,000 ~ 2,150 億米ドルに達すると予測されています。主な成長推進要因は次のとおりです。

  • 送電網の近代化: 北米、ヨーロッパ、先進アジアの老朽化した送配電インフラが、最新のデジタル統合機器に置き換えられています。
  • 再生可能エネルギーの統合: 太陽光発電および風力発電プロジェクトには、発電機の昇圧、送電網接続、保護調整のための専用の開閉装置が必要です。
  • 輸送の電化: EV 充電インフラと電気鉄道の拡張により、配電開閉装置に対する新たな大幅な需要が生み出されています。
  • 産業の拡大: 半導体工場、データセンター、電池製造、グリーン水素プラント、LNG 施設はすべて、特殊で信頼性の高い開閉装置を必要とします。
  • 新興市場の電化: サハラ以南のアフリカ、南アジアおよび東南アジア、ラテンアメリカは、一次配電開閉装置インフラストラクチャの未開発の大規模市場を代表しています。
  • SF₆ 段階的廃止規制: EU の F-ガス規制および世界中の同等の規制は、SF6 絶縁開閉装置の代替技術への交換を義務付けており、大幅な交換サイクルを引き起こしています。


地域 2023年 (米ドルB) 2030F (USD B) CAGR プライマリドライバー
アジア太平洋地域 52.4ドル 87.6ドル 7.6% 工業化
ヨーロッパ 28.1ドル 44.8ドル 6.9% 系統アップグレード、SF₆ 段階的廃止
北米 24.6ドル 39.4ドル 7.0% インフラの老朽化、再生可能エネルギーの増強
中東とアフリカ 12.3ドル 22.1ドル 8.7% 電化
ラテンアメリカ 9.6ドル 15.7ドル 7.2% グリッドの拡張

表 1 — 地域別の世界の開閉装置市場、2023 ~ 2030 年 (参考値)


2. 開閉装置とは何ですか?原理と機能


2.1 定義

用語 "開閉装置「」とは、調整された統合システムとして組み立てられた、電気切断スイッチ、ヒューズ、回路ブレーカー、および関連する制御、保護、計量、および監視装置の組み合わせを総称して指します。開閉装置は、電力システム内の電気機器を制御、保護、および絶縁します。これは、電力ネットワークとそれが供給する負荷の間のインターフェイスであり、ネットワークの安全を保つ保護および制御スキームの強制メカニズムです。


開閉装置アセンブリの物理的規模は、数百ミリメートルの壁スペースを占める単一の低電圧配電盤から、数千平方メートルにわたるガス絶縁された高電圧変電所まで多岐にわたります。この範囲の規模にもかかわらず、すべての開閉装置は同じ一連の基本的な機能を実行します。


2.2 コア機能

関数 説明と重要性
スイッチング 通常の動作条件下での電気回路の開閉。計画的なネットワーク再構成、負荷転送、およびメンテナンスのための機器の分離が可能になります。
保護 異常状態 (過電流、短絡、地絡、電圧異常) を検出し、急速な回路遮断を開始して、機器の損傷を制限し、連鎖故障を防ぎます。
分離 実証済みの目に見える安全な電気的遮断を回路内に作成し、担当者が不用意に再通電する危険を冒すことなく、通電されていない機器で作業できるようにします。
測定と計量 請求、監視、負荷管理、電力品質評価のために、電圧、電流、電力、エネルギー、力率、高調波を測定します。
監視と制御 回路ステータス、アラーム状態、および機器の健全性をローカルおよびリモートで可視化します。 SCADAまたは変電所自動化システムを介したリモートスイッチング操作を可能にします。

表 2 — 開閉装置の 5 つの主要な機能


2.3 回路中断の仕組み

開閉装置の最も重要で技術的に要求の厳しい機能は、事故電流の遮断です。電力システムで短絡が発生すると、障害電流がミリ秒以内に通常の動作電流の 10 ~ 50 倍の値に達する可能性があります。これらの故障電流は、迅速に遮断されないと、ケーブル、変圧器、その他の機器に壊滅的な熱的および機械的損傷を引き起こす可能性があります。


開閉装置アセンブリの主要な遮断装置である回路ブレーカーは、(関連する保護リレーを介して) 故障を検出し、電気接点を分離し、分離接点間に形成されるアークを消すという 3 つの動作を順番に実行する必要があります。消弧メカニズムは、さまざまなサーキットブレーカー技術間の重要な差別化要因であり、第 7 章で詳細に説明します。


2.4 開閉装置と関連機器

  • 開閉装置と制御装置:開閉装置は主に電力回路 (発電、送電、配電) に関連しています。コントロールギアは通常、制御回路内のモーターやその他の産業用負荷を制御する機器を指します。 IEC 62271 は開閉装置を対象としています。 IEC 60947 は低電圧制御装置を対象としています。
  • 開閉装置と保護リレーの比較:保護リレーは故障状態を検出し、トリップ信号を送信します。開閉装置 (特に回路ブレーカー) が遮断を実行します。リレーはブレーカーに指令を出します。
  • 開閉装置と変圧器:変圧器は電圧レベルを変更します。開閉装置は回路を制御し、保護します。変電所では、両方が別個の機能コンポーネントとして共存します。


3. 電圧レベルによる開閉装置の分類

開閉装置の最も基本的な分類は、開閉装置が動作する電圧レベルによるものです。電圧レベルによって、必要な絶縁クリアランス、アークエネルギーレベル、機器の寸法、および適用される規格が決まります。業界標準の電圧分類は次のとおりです。


電圧クラス 電圧範囲 代表的な用途 一次基準
低電圧 (LV) AC1,000Vまで ビル配電、モーター制御、産業用パネル IEC 61439、IEC 60947、UL 508A
中電圧 (MV) 1kV~52kV 一次流通、産業供給、REプロジェクト IEC 62271-100 / -200 / -202
高電圧 (HV) 52kV~800kV 送電変電所、系統連系 IEC 62271-100 / -203、IEEE C37
超高圧 (UHV) 800kV以上 長距離 HVDC/HVAC 伝送バックボーン IEC 62271 (特殊)

表 3 — 電圧レベルによる開閉装置の分類


注記:「中電圧」と「高電圧」の定義は、標準化団体と地域の規約によって異なります。 IEC 用語では、HV は 1 kV を超えるすべての電圧を指しますが、「高電圧」(1 ~ 52 kV、専門家によって MV と呼ばれることもあります) と 52 kV を超える「超高圧」(EHV) はさらに区別されます。このホワイトペーパーでは、実務者の慣例として、LV ≤1 kV、LV ≤1 kV を使用しています。 MV = 1 ~ 52 kV。 HV = 52 ~ 800 kV。


3.1 追加の分類次元

電圧レベルを超えて、開閉装置は他のいくつかの重要な側面にも分類されます。


寸法 カテゴリー
断熱材 空気絶縁 (AIS)、ガス絶縁 SF₆ (GIS)、真空、オイル (レガシー)、固体誘電体
エンクロージャのタイプ 金属密閉形、金属クラッド形、キュービクル形、開放形(屋外)
中断媒体 エアブラスト、オイル、真空、SF₆、CO₂ / クリーンエア(新興)
屋内/屋外 屋内開閉装置 (制御された環境);屋外開閉装置(耐候構造)
固定 / 引き出し可能 固定取り付け型サーキット ブレーカー (コストが低く、柔軟性が低い) と引き出し式/引き出し式ブレーカー (メンテナンスが容易、活電交換が容易)

表 4 — 開閉装置分類の追加寸法


4. 低電圧 (LV) 開閉装置


4.1 概要と範囲

低圧開閉装置は最大 1,000 V AC (または 1,500 V DC) のシステム電圧で動作し、エンドユーザーへの配電の最終段階をカバーします。 LV スイッチギヤは、スイッチギヤ カテゴリの中でユニット数が最も多く、文字通り数十億台のユニットが世界中の住宅、商業、産業用建物、データ センター、病院、製造施設に設置されています。電圧レベルが低いにもかかわらず、LV 開閉装置は単純ではありません。最新の LV システムは、大きな故障電流、複雑な高調波環境、高密度の接続負荷、そしてますます高度化する電力品質とエネルギー管理要件を管理する必要があります。


4.2 LV 開閉装置アセンブリの主要コンポーネント

IEC 61439 で定義されている低電圧開閉装置および制御装置アセンブリ (LVSCA) には、通常、次の機能コンポーネントが組み込まれています。


  • 配線用遮断器 (MCCB):ほとんどの LV 配電回路にとって主力の保護デバイスです。 MCCB は、最大約 2,500 A の電流に対して過電流および短絡保護を提供します。熱磁気トリップ機構が標準装備されています。電子トリップユニットは、より高性能なバージョンで使用されています。
  • 空気遮断器 (ACB):定格電流が 800 A を超える (最大 6,300 A) 大型 LV 配電盤のメイン インカムおよびバス カプラ アプリケーションに使用されます。完全引出し構造により安全なメンテナンスが可能です。
  • 小型サーキットブレーカー (MCB):最大定格約 125 A のコンパクトな保護装置で、最終配電盤で広く使用されています。
  • 残留電流デバイス (RCD/RCCB):相電流と中性電流の間の不均衡を検出し、感電に対する重要な保護を提供します。
  • ヒューズ付き断路器とスイッチヒューズ:絶縁とヒューズ保護を組み合わせて、特定の用途にコスト効率の高い代替手段を提供します。
  • バスバー:回路全体に電力を分配する銅またはアルミニウムの導体。短絡耐性性能にとって重要です。
  • 保護リレーと測定装置:過電流、地絡、多機能リレーに加え、電力計や品質モニターも含まれます。

400V Low Voltage Withdrawable Enclosed Switchgear

図1 — 低圧主配電開閉装置

4.3 LV アセンブリの種類

IEC 61439 では、構造と機能特性に基づいて、いくつかのタイプの低電圧開閉装置および制御装置アセンブリ (LVSCA) を定義しています。

  • メイン配電盤 (MDB):変圧器から電力を受け取り、サブボードと主要負荷に分配する一次 LV 配電ポイント。通常は 800 A ~ 6,300 A。
  • サブ配電盤 (SDB):建物のフロアや生産エリアなどの特定のゾーンに電力を分配します。通常は 160 A ~ 1,600 A。
  • モーター コントロール センター (MCC):スターター、コンタクター、保護、制御デバイスを統合したモーター制御アプリケーション向けに設計されています。
  • 力率改善 (PFC) パネル:コンデンサバンクを使用して力率を改善し、ペナルティを軽減し、システム効率を向上させます。


4.4 低圧開閉装置の主要な性能パラメータ

パラメータ 説明と代表値
定格電圧(Ue) アセンブリの動作電圧。共通値: 230/400 V、400/690 V、1,000 V。
定格電流 (インチ) 温度制限を超えずにアセンブリが流すことができる最大連続電流。範囲: 63 A ~ 6,300 A。
短絡耐量 (Icw) ピーク耐電流および短時間耐電流。一般的な値: 25 kA、50 kA、80 kA (1 秒または 3 秒)。
遮断容量 (Icu / Ics) サーキットブレーカーの究極 (Icu) およびサービス (Ics) 短絡遮断容量。設置場所で予想される最大故障電流を超える必要があります。
保護等級 (IP) 屋内産業用の IP3X 最小値。 IEC 60529 に基づく屋外または過酷な環境向けの IP54 または IP65。
内部分離の形態 IEC 61439 Forms 1 ~ 4b では、機能ユニットとバスバー間の分離が定義されています。より高い形式により、安全性と障害封じ込めが向上します。

表 5 — 低圧開閉装置の主要な技術パラメータ


5. 高圧 (MV) 開閉装置およびリングメインユニット


5.1 配電ネットワークの概要と役割

中圧開閉装置は 1 kV ~ 52 kV の範囲で動作し、配電ネットワークの主なスイッチングおよび保護レベルを表します。これは、バルク送電変電所の二次端子、一次配電変電所、大規模産業施設、再生可能エネルギープラントの接続点、およびボックス型変電所内で見られます。 MV スイッチギアは、配電ネットワークの障害解決速度、保護の選択性、および運用の柔軟性を決定します。


MV セグメントは、SF₆ ガスの段階的廃止、デジタル保護と監視の統合、スマート グリッド アーキテクチャの需要によって推進され、開閉装置カテゴリの中で最も重要な技術変革を迎えています。


5.2 MV 開閉装置の構造タイプ

工事の種類 特徴と用途
金属密閉開閉装置 すべての充電部は接地された金属筐体内に収められており、バスバー、スイッチング デバイス、およびケーブル接続用に別個のコンパートメントが設けられています。最新の屋内 MV 設置の標準 (IEC 62271-200)。
金属被覆開閉装置 すべての充電部とコンパートメントの間に完全な金属製のバリアを備えたサブカテゴリ。最高レベルの内部障害封じ込め (IEC 62271-200 LSC2B)。
キュービクル型開閉装置 非アーク耐アーク性のキュービクルパネルをラインナップ。より経済的ですが、アーク故障性能は低くなります。
ガス絶縁開閉装置(GIS) すべての活電部は、SF6 充填または代替ガスが封入された密閉エンクロージャに密閉されています。非常にコンパクトで、スペースに制約のある設置に適しています。
空気絶縁開閉装置 (AIS) 金属筐体または開放構造内で空気断熱を使用します。設置面積は大きくなりますが、シンプルでコスト効率が高くなります。

5.3 リングメインユニット(RMU)


リング メイン ユニット (RMU) は、都市および郊外の MV ケーブル システムの標準トポロジであるリング給電配電ネットワーク用に設計された、工場で密閉されたコンパクトな MV スイッチギヤ アセンブリです。 RMU は通常、2 つのリング フィーダ スイッチ ポジションと、保護デバイスを備えた 1 つ以上の変圧器フィーダ ポジションを提供します。

12kV Ring Main Unit SF6 Gas Insulated Switchgear

図2|リングメインユニット(RMU):配電網向けコンパクトMVスイッチギヤ


RMU には、次の 2 つの主要な絶縁バリエーションがあります。

  • SF₆ ガス絶縁 RMU:密閉タンク内の絶縁と消弧に六フッ化硫黄ガスを使用します。非常にコンパクトでメンテナンスフリーですが、GWP が高いため環境規制の対象となります。
  • 固体絶縁/真空RMU (SI RMU):固体誘電体材料と真空遮断器を使用しています。 SF₆ フリーで環境に優しく、次世代ソリューションとして採用が増えています。

5.4 MV サーキットブレーカーテクノロジー

テクノロジー 動作原理 主な利点 制限事項
バキュームCB 高真空遮断ボトル内でアークを急冷 長寿命 (10,000 回以上の操作)、ガス不要、コンパクト、メンテナンスの手間がかからない ≤52 kV に制限
SF₆CB ガスの流れが加圧室内のアークを消滅させる 高遮断容量、優れた絶縁性、コンパクト 高い GWP (~23,500)、環境への懸念、ガス監視が必要
エアブラストCB 高圧空気でアークを消す 有害ガスを含まないので屋外での使用に適しています。 サイズが大きい、メンテナンスに手間がかかる、ほとんどが時代遅れ

表 6 — MV サーキットブレーカー技術の比較


5.5 MV 開閉装置の技術仕様

パラメータ 代表的な範囲/値
定格電圧 3.6kV、7.2kV、12kV、17.5kV、24kV、36kV、40.5kV、52kV
定格通常電流 630A、1,250A、1,600A、2,000A、2,500A、3,150A、4,000A
短絡遮断電流 12.5kA、16kA、20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA
短時間耐性 通常、定格短絡電流で 1 秒または 3 秒
雷インパルス耐性 (LIWV) 60 kV (7.2 kV クラス) ~ 250 kV (52 kV クラス)、IEC 62271-1 に準拠
作動機構 スプリングチャージモーター (標準);手動またはソレノイドのオプション
適用規格 IEC 62271-100、IEC 62271-200、GB/T 3906、ANSI C37.20

表 7 — MV 開閉装置の技術仕様


6. 高電圧 (HV) 開閉装置


6.1 伝送ネットワークにおける役割

高電圧開閉装置は 52 kV を超えるシステム電圧で動作しますが、一般的に使用される電圧は 72.5 kV、145 kV、245 kV、420 ​​kV、および 550 kV です。この機器は、大規模送電ネットワークの重要なスイッチングおよび保護インフラストラクチャを形成します。これは電力システムの最高エネルギー層であり、発電センターと地域の負荷センターの間で長距離にわたって大量の電気エネルギーを輸送する役割を担っています。


HV 開閉装置の故障の影響は深刻です。主要な 220 kV 送電変電所の回路ブレーカーが 1 台故障すると、数百メガワットの発電または負荷が切断される可能性があります。 HV レベルでの故障電流による機器の損傷は、壊滅的な損害をもたらす可能性があり、多額の費用がかかる可能性があります。この文脈は、HV 開閉装置が満たさなければならない非常に厳しい性能と厳格なテスト要件を説明しています。


6.2 HV 開閉装置技術

6.2.1 空気絶縁変電所 (AIS)

AIS テクノロジーでは、HV 開閉装置のコンポーネント (遮断器、断路器、接地開閉器、計器用変圧器) が屋外構造に設置され、空気が通電部とアースの間に絶縁を提供します。 AIS 変電所は、何十年にもわたって送信レベルのスイッチングの標準であり、そのシンプルさ、低コスト、保守と検査の容易さにより、今でも世界中で一般的です。

AIS 変電所は、安全なスペースを維持するためにかなりの土地面積を必要とします。一般的な 220 kV AIS 変電所には 1 ~ 3 ヘクタールのスペースが必要で、相間およびアースまでに数メートルのスペースが必要です。

6.2.2 ガス絶縁変電所 (GIS)

GIS テクノロジーでは、すべての通電コンポーネントは、SF6 ガスが充填された密閉された円筒形アルミニウム筐体内に収容されます。 SF6 の優れた誘電特性により、相間およびアース間のクリアランスが大幅に削減され、変電所の設置面積が同等の AIS 面積の 10 ~ 15% に縮小されます。

GIS は、都市の地下変電所、海上プラットフォーム、高地、汚染のひどい工業地帯など、スペースに制約のある環境で好まれます。

Armored Removable AC Metal Enclosed Switchgear

図3|高圧ガス絶縁開閉装置(GIS)送電変電所 


6.2.3 ハイブリッド開閉装置 (HGIS)

ハイブリッド開閉装置は、複数の主要な機能 (サーキットブレーカー、断路器、アーススイッチ、変流器) を単一のコンパクトな SF6 充填モジュール内に統合します。これにより、AIS と GIS の間の中間的なフットプリントの削減が、両者の間のコストで実現されます。 HGIS は、完全な GIS ではコストが高すぎるブラウンフィールドの拡張や容量の追加で使用されることが増えています。


6.3 HV サーキットブレーカー技術

SF₆ パッファタイプまたは自発式サーキットブレーカーは、主流の HV テクノロジーです。接触形状とアーク制御の改善により動作エネルギーが削減され、大型の油圧/空気圧アクチュエータの代わりに信頼性の高いバネ作動機構が可能になります。 HV 用の段階的な SF6 代替品 (CO2/O2 混合物、真空遮断器) はまだ研究中であり、2026 年の時点で商業展開は限定されています。

6.4 Lugao HV 開閉装置 — 仕様

パラメータ Lugao HV 開閉装置の仕様
電圧範囲 3,600 V – 40,500 V (IEC 62271-1 電圧クラス定義に準拠)
定格通常電流 最大4,000A
短絡耐性 最大50kA(短時間耐1秒)
エンクロージャのタイプ 完全に絶縁された金属密閉キャビネット。屋内および屋外の構成
断熱材 空気絶縁 (AIS) / 固体絶縁。 SF₆ 構成も利用可能
規格への準拠 IEC 62271-100、IEC 62271-200、IEC 62271-1、GB/T 3906、ANSI/IEEE C37 シリーズ
認証 CE、ISO、CCC;サードパーティによる型式テスト済み

表 8 — Lugao Power HV 開閉装置の技術仕様


7. 絶縁および消弧技術


7.1 アーク問題

負荷または故障電流によって回路ブレーカーの接点が分離すると、電気エネルギーによって接点間でプラズマ アークが維持されます。温度は 5,000 ~ 20,000 K に達し、消滅するまで完全な故障電流が流れます。ブレーカーの消弧能力、つまり自然電流ゼロで遮断する速度によって、遮断可能な最大故障電流 (遮断容量) と通過エネルギーが決まります。


遮断媒体、接点の形状、操作機構の設計により、ブレーカーの性能とメンテナンスの要件が決まります。


7.2 消弧媒体の比較

中くらい 電圧範囲 ブレーキングパフォーマンス 環境への影響 メンテナンス 傾向
真空 LV – 52kV 素晴らしい なし 非常に低い 成長する
SF₆ガス MV – HV 素晴らしい GWP 23,500 ⚠ 低(密閉) 規制対象 ↓
空気(ACB) LV 良い なし 適度 安定した
油(バルク) MV(レガシー) 良い 火災の危険性 高い レガシー ↓
CO₂混合物 MV-HV (開発) 新興 GWP ~1 未定 研究開発段階

表 9 — 開閉装置カテゴリ間の消弧媒体の比較


7.3 絶縁技術

  • 空気断熱 (AIS):誘電体としての周囲空気。シンプルでコスト効率が高く、広いスペースが必要であり、汚染、湿度、標高の影響を受けやすい。
  • SF₆ ガス断熱 (GIS):密閉されたエンクロージャ内の加圧SF₆。コンパクトで、AIS の 10 ~ 15 倍小さいクリアランス。 GWP ≈ 23,500 のため、SF₆ は段階的に廃止されます。
  • 固体誘電体絶縁:高性能ポリマー(エポキシ、EPDM、脂環式樹脂)。 SF₆ フリーの代替品、耐汚染性があり、MV 開閉装置および RMU で急速に市場シェアを獲得しています。


7.4 SF₆ の段階的廃止: 業界の移行

EU F-ガス規制 (EU 2024/573) は、2030 年から新しい MV 設備に対する SF₆ を段階的に廃止します。他の地域でも同様の規則が採用されています。業界の反応は次のとおりです。

  • 真空遮断器を備えた固体絶縁MVスイッチギヤおよびRMU(最大40.5 kVまで実証済み)。
  • g³ (グリッド用グリーンガス) テクノロジー — フルオロニトリル + CO₂/O₂ 混合物 — HV GIS 用。
  • CO₂/O₂ および乾燥空気 HV 開閉装置 - 技術的に実行可能ですが、商業採用は限られています。


⚠ 調達メモ
耐用年数が 20 ~ 30 年のプロジェクトの場合、SF₆ フリーテクノロジーを指定することで、早期の交換コストを回避できます。 Lugao Power の真空および固体絶縁 MV スイッチギヤは、準拠した将来性のある代替品を提供します。 Lugao エンジニアリングと協力して、最適な SF₆ フリー ソリューションを実現してください。


8. 主要なパフォーマンスパラメータと基準


8.1 重要な技術的パラメータ

パラメータ 定義と重要性
定格電圧(Ur) 開閉装置が連続的に動作できる最高のシステム電圧。設置時には最大動作電圧を超える必要があります。
定格短絡遮断電流 (Isc) ブレーカーが確実に遮断できる最大故障電流。予想されるシステム障害電流を超える必要があります。
定格短時間耐力 (Icw) 開閉装置の最大電流は、構造的損傷を与えることなく、定義された時間 (1 秒または 3 秒) にわたって流れることができます。
定格通常電流(Ir) 負荷増加に対するマージンを備えた、熱制限内の最大連続負荷電流。
断熱レベル (LIWV / SIWV) 雷インパルス耐性およびスイッチングインパルス耐性電圧。サージ保護と連携する必要があります。
内部アーク分類 (IAC) IEC 62271-200 カテゴリ (A、B、AB) は、内部アーク故障の安全な封じ込めを定義します。
サービス継続性の喪失 (LSC) IEC 62271-200 LSC1/LSC2/LSC2B カテゴリは、メンテナンス中に隣接するベイに通電したままにするかどうかを定義します。

表 10 - 重要な開閉装置の技術パラメータ

8.2 適用される国際規格

標準 範囲
IEC 62271-1 IEC HV 開閉装置と制御装置の共通仕様 - すべての電圧クラス。
IEC 62271-100 IEC AC サーキットブレーカー — 主な MV/HV CB 標準。
IEC 62271-200 IEC 1 kV ~ 52 kV の AC 金属密閉開閉装置 — MV アセンブリ。
IEC 62271-203 IEC >52 kV 用のガス絶縁金属密閉開閉装置 (GIS) — 送電 GIS。
IEC 61439-1 / -2 IEC LV 開閉装置アセンブリ - 設計検証と日常テスト。
ANSI/IEEE C37シリーズ IEEE AC HV サーキットブレーカー (C37.04/06/09)、MV 開閉装置 (C37.20)、テストをカバーします。
GB/T 3906 SAC 3.6 ~ 40.5 kV 金属密閉開閉装置の中国規格。 IEC 62271-200に相当。
IEC 60947シリーズ IEC LV 開閉装置および制御装置 — ブレーカー、断路器、接触器のデバイス規格。

表 11 — 開閉装置に関する主要な国際規格


9. 応用分野


9.1 電気事業者 — 発電、送電、配電

  • 発電:大型発電機の発電機CB、補助配電盤、高圧昇圧変圧器ターミナル。
  • 送電変電所:スイッチング、障害除去、ネットワーク再構成用の 110 kV、220 kV、500 kV バスの HV AIS/GIS。
  • 一次配電変電所:MV 金属密閉開閉装置の一次配電フィーダ (10 kV または 33 kV) に給電します。
  • 二次配布:顧客ポイントの MV RMU、都市配電用のパッドマウント/キオスク変電所。
  • HVDC システム:長距離再生可能プロジェクト向けの特殊な DC 開閉装置およびコンバータ変圧器。


9.2 産業施設

  • 高頻度の動作: 産業用ブレーカーは年間数百回も動作することがあります。それに応じて機械的耐久性を選択してください。
  • モーター保護の調整: MV スイッチギヤは、モーターの熱/差動保護、減電圧スターターと調整する必要があります。
  • 危険場所の分類: 製油所、化学工場、穀物取り扱い - IEC 60079 準拠。
  • 特定の業界標準: 鉱業 (IEC 60079、AS 2081)、オフショア (海洋グレード認定 DNV、ABS、ロイズ)。


9.3 再生可能エネルギープロジェクト

  • 太陽光発電: LV ヒューズ付き断路器、インバータ出力の MV 開閉装置、送電網変電所の HV 開閉装置。
  • 風力エネルギー: タービン内の MV 開閉装置 (33 kV)、オフショア集電変電所 (HV GIS/AIS)、陸上グリッド変電所。
  • Battery Energy Storage (BESS): 双方向 LV/MV スイッチギア、インバータ制御との高速保護調整。
  • Green Hydrogen: 電解装置 LV/MV 変圧器と開閉装置の組み合わせ、バス保護用の DC 開閉装置。


9.4 商業ビルとインフラストラクチャー

  • 高い信頼性と可用性: N+1 または 2N 冗長性、自動バス転送、ノーブレークスイッチング。
  • コンパクトな設置面積: 都市部の電気室用の小型開閉装置。
  • 低騒音と火災安全性: 乾式/真空スイッチギヤ、占有空間の可聴騒音が低くなります。
  • エネルギー管理の統合: BACnet、Modbus、IEC 61850 経由の BMS/EMS。


9.5 交通機関の電化

  • 鉄道電化: 列車負荷開閉デューティサイクルに対応した定格の AC/DC 開閉装置。
  • EV 充電インフラストラクチャ: MV 供給変電所、公共ハブ/デポ充電用の LV 配電開閉装置。
  • 港と輸送: 冷間アイロンの海岸電源接続、海洋規格を満たすコンパクトな耐候性 MV 開閉装置。


10. 調達・選定ガイド


10.1 開閉装置の仕様プロセス

ステップ 活動 主な質問と成果物
1 システム分析 短絡解析を実施/レビューします。各場所で予想される最大故障電流を決定します。
2 負荷と電圧の定義 該当する場合は、定格通常電流、システム電圧、電圧レギュレーション、OLTC 要件を定義します。
3 テクノロジーの選択 電圧クラス (LV/MV/HV)、遮断媒体 (真空/SF₆/空気)、筐体タイプ (AIS/GIS/金属密閉)、屋内/屋外構成を選択します。
4 標準の定義 該当する規格を特定し、RFQ で必要な認証 (IEC、ANSI、CE、CCC、DNV など) を指定します。
5 保護調整 リレー機能、時間と電流の調整、通信プロトコル (IEC 61850、Modbus、DNP3)、IAC/LSC 要件を定義します。
6 敷地条件 温度、高度、湿度、汚染、地震帯、屋内/屋外の設置を定義します。ディレーティングとエンクロージャの仕様を決定します。
7 RFQと評価 技術仕様を発行します。入札を評価します: コンプライアンス、タイプテスト、配信、サポート、TCO。

表 12 — 7 ステップ開閉装置の仕様と調達プロセス


10.2 テクノロジー選択マトリックス

真空/固体絶縁MVスイッチギヤを選択してください… 次の場合は SF₆ GIS を選択してください…
SF₆ は禁止または規制されています。将来性があり、環境リスクが低い。 MV ≤ 40.5 kV;メンテナンスの手間がかからない。屋内の好み 敷地面積が大幅に制限されている。電圧 >40.5 kV;高度に汚染された屋外環境。メンテナンス間隔の延長。密閉性能

表 13 — テクノロジー選択ガイド: 真空/SI 対 SF₆ GIS


10.3 総所有コストの考慮事項

  • 資本コスト: 機器、保護リレー、計測、ケーブル終端、文書。
  • 設置と試運転: 土木工事、組立て、ケーブル終端、リレー設定、テスト、通電。
  • エネルギー損失: 変圧器および電流経路における無負荷および負荷損失。
  • メンテナンスコスト: 定期メンテナンス、予備品、専門スタッフ。真空・固体絶縁でSF₆・油よりも低い。
  • 耐用年数終了コスト: 廃止措置、SF₆ 回収/処分、リサイクル。


💡 重要な洞察
TCO 分析: 20 年の耐用年数にわたって、SF₆ MV 開閉装置の総メンテナンスコストと耐用年数終了コストは、真空/固体絶縁の代替品を 15 ~ 25% 上回ります (SF₆ 回収を含む)。コミットメントの前にこれを定量化することを強くお勧めします。

11. Lugao Power — 製品範囲と機能


11.1 会社概要

鹿高電力株式会社は、中国を拠点とする電気開閉装置、変圧器、ボックス型変電所の専門メーカーです。 Lugao は配電機器に重点を置き、低圧配電開閉装置から高電圧の金属密閉キャビネットに至るまで、全電圧範囲にわたる深いエンジニアリング専門知識を開発し、世界市場の公益事業会社、EPC 請負業者、産業運営者、再生可能エネルギー プロジェクト開発者にサービスを提供しています。


Lugao は、強力な OEM 能力、複数規格のコンプライアンス、および応答性の高い技術サポート チームと組み合わされた工場直接供給により、品質、コンプライアンス、および競争力のある価格を必要とする国際プロジェクトの優先供給パートナーとなっています。


Lugao Power

図4 — Lugao Power Co., Ltd.の製造施設


11.2 開閉装置製品ポートフォリオ

製品 電圧・電流レンジ 規格 認証
LV 主配電盤 (MDB) 最大1,000V / 最大6,300A IEC 61439-1/-2、GB CE、ISO、CCC
LV モーター コントロール センター (MCC) 最大1,000V / 最大4,000A IEC 61439-4、IEC 60947 CE、ISO、CCC
MV金属密閉開閉装置 3.6 kV ~ 40.5 kV / 最大 4,000 A IEC 62271-200、GB/T 3906 CE、ISO、CCC、型式試験済み
リングメインユニット(RMU) 12kV~40.5kV IEC 62271-200、IEC 62271-1 CE、ISO、CCC、型式試験済み
完全に絶縁された金属密閉キャビネット 12 kV ~ 40.5 kV / 最大 4,000 A IEC 62271-200 CE、ISO、型式試験済み
高圧開閉装置 3,600V~40,500V / 最大4,000A、50kA IEC 62271-100/-1、ANSI C37 CE、ISO、CCC、型式試験済み
カスタム/OEM スイッチギア 顧客仕様ごと IEC / ANSI / GB / BS (プロジェクトごと) プロジェクト要件ごと

表 14 — 鹿皓電力開閉装置の製品ポートフォリオ


11.3 主要な競争上の利点

  • 完全な電圧範囲:LV、MV、および HV スイッチギヤの単一電源供給により、設計の一貫性、互換性のある保護調整、および合理化されたドキュメントが保証されます。ベンダー間のインターフェイス管理の複雑さを解消します。
  • 複数の規格への準拠:IEC、ANSI/IEEE、GB、CE、および CCC 規格に従って設計および型式テストされた製品。ヨーロッパから北米、アジア太平洋まで、ほぼすべてのプロジェクト管轄区域での展開が可能になります。
  • 強力なエンジニアリングとカスタマイズ:社内エンジニアは、非標準の電圧、異常な定格電流、特殊な筐体寸法、独自のバスバー配置、リレー統合、SCADA インターフェイスなどのカスタム構成を提供します。
  • サードパーティ検査サポート:Lugao は、顧客代表または検査機関との FAT をサポートし、完全なテスト データ、校正記録、および材料証明書を提供します。
  • OEM製造能力:完全な OEM サポート: カスタム銘板、配色、ドキュメント言語、およびブランド仕様ごとのパッケージング。確かな輸出実績。
  • 世界的な輸出経験:アジア太平洋、中東、アフリカ、ヨーロッパ、アメリカ大陸にわたる国際輸送、税関書類作成、公共事業の承認に関する広範な経験。


12. 品質保証とテスト


12.1 品質管理システム

Lugao Power の製造およびエンジニアリング業務は ISO 9001 の認証を受けており、品質管理システム (QMS) は、材料の入荷検査から製造プロセス管理、完成品のテスト、納品後のサポートまで、製品実現のすべての段階をカバーしています。 QMS には、設計レビュー、サプライヤー認定、校正済み試験装置の管理、不適合処理、および是正措置のための管理された手順が含まれています。


12.2 型式のテスト

型式試験 — 認定されたサードパーティの高電圧試験研究所でプロトタイプユニットに対して実施 — 設計が指定されたすべての性能要件を満たしていることを検証します。 Lugao の標準製品ラインは、該当する IEC および GB 規格に従って型式テストされています。認定試験所 (KEMA、テュフ ラインランド、SGS、CPRI、CEPRI など) からの型式試験報告書は、事前資格認定文書パッケージの一部としてレビューに利用できます。


MV 開閉装置 (IEC 62271-200) の型式試験には次のものが含まれます。

  • 誘電体試験:電源周波耐電圧、雷インパルス耐電圧。
  • サーキットブレーカーの短絡・遮断試験。
  • バスバーとエンクロージャの短時間耐電流試験。
  • 内部アーク分類 (IAC) テスト — 内部アーク障害状態における作業員の安全を検証します。
  • 環境テスト: 温度上昇、IP保護クラスの検証、振動、耐震(必要な場合)。


12.3 定期テスト

定期テスト 規格/合格基準
電源周波数耐性 定格絶縁レベルで電圧を 1 分間印加 - フラッシュオーバーや破壊的放電なし
絶縁抵抗 2.5 kV または 5 kV DC でのメガーテスト。ベースラインおよび最小許容閾値と比較した結果
機械動作試験 サーキットブレーカーと断路器の動作機構が循環しました。稼働時間と移動距離を測定
連動検証 すべての安全インターロック (機械的および電気的) は、誤ったスイッチング シーケンスを防止することが検証されています。
保護リレーの機能テスト 構成されたすべての保護機能はリレー設定に対してテストされます。トリップ時間は仕様に従って検証済み
配線・制御回路の確認 すべての制御および二次配線の導通、極性、および絶縁が承認された図面に対して検証されています
外観および寸法検査 すべてのコンポーネント、ラベル、バスバーのマーキング、および接続が承認された製造図面と照合して検証されています。

表 15 — 開閉装置の Lugao 電力定期テスト プログラム


品質へのこだわり

Lugao Power スイッチギヤの出荷にはすべて、完全な技術文書パッケージが同梱されています。これには、すべての測定値と合格基準を含む定期試験報告書、型式試験証明書リファレンス、材料証明書、試験装置の校正記録、寸法検査記録、完成図が含まれます。ご要望に応じて、第三者による検査と立会いによるFATを手配できます。


13. 結論と推奨事項


13.1 重要な結論

  • 開閉装置は、あらゆる電力システムの基本的かつ安全性が重要なコンポーネントです。不正確な仕様、不適切な故障電流定格、または低品質の機器は、人員、機器、および供給の継続性に重大なリスクをもたらします。
  • 開閉装置業界は、主に SF₆ 絶縁ガスの規制段階的廃止と、デジタル インテリジェンスとスマート グリッド通信機能の統合によって推進され、ここ数十年で最も重要な技術転換を迎えています。
  • 真空および固体絶縁された MV スイッチギヤは、全 MV 電圧範囲に対して技術的に証明され、市販されている SF6 フリーの代替品となっています。資産の耐用年数が長いプロジェクトでは、将来の規制遵守コストを回避するために、これらのテクノロジーを強く検討する必要があります。
  • 短絡解析は、すべての開閉装置のサイジング決定における安全性を重視した基盤です。開閉装置は、適切な安全マージンを持って、設置場所で予想される最大故障電流に対して定格を設定する必要があります。
  • 総所有コストの分析では、より高仕様で高品質の開閉装置が、より低コストで低仕様の代替品の見かけ上の節約と比較して、20 ~ 30 年の資産寿命にわたって優れた経済的価値を提供することが一貫して明らかになっています。
  • Lugao Power の完全な LV から HV までの製品範囲、複数規格への準拠、および強力なエンジニアリング能力により、同社は、すべての電圧クラスおよび世界市場にわたる開閉装置プロジェクトに対する、信頼性が高く競争力のある単一電源供給パートナーとしての地位を確立しています。


13.2 戦略的推奨事項

  1. 開閉装置プロジェクトの設計段階で、厳密な電力システム短絡解析を実施または委託します。推定または過去の障害レベル データに依存しないでください。システムの変更により、実際の障害レベルが大幅に変更される可能性があります。
  2. SF₆ に対する説得力のある技術的根拠が存在しない限り、すべての新しい MV 開閉装置プロジェクトには SF₆ フリー技術 (真空または固体絶縁) を指定してください。これは、資産寿命が 20 年以上あるプロジェクトにとって特に重要です。
  3. 人員が通電中の機器の近くに存在する可能性があるすべての用途について、MV 開閉装置の仕様に IAC (内部アーク分類) 要件を明示的に含めます。
  4. すべての開閉装置調達 RFQ において、交渉の余地のない要件として、認定されたサードパーティ研究所からのタイプ テスト証明書 (工場テスト レポートだけでなく) を義務付けます。
  5. 競合するオファーを比較する場合、特にメンテナンスコスト、SF₆ 義務、およびエネルギー損失を考慮して、資本価格だけではなく総所有コストを評価します。
  6. 複数の電圧クラスの開閉装置を必要とするプロジェクトの場合は、Lugao Power のようなメーカーからの単一ソース調達を評価して、インターフェース管理、文書調整、継続的なサプライヤー関係管理を簡素化します。
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