油の遮断は高電圧遮断器の性能をどのように強化しますか?

高電圧電力システムでは、故障電流を迅速かつ確実に遮断できることが最も重要です。オイル遮断は 1 世紀以上にわたりサーキットブレーカーの基礎技術であり、改良を続けています。高圧サーキットブレーカー物理的プロセスと化学的プロセスの独自の組み合わせによるパフォーマンス。油が充填された高電圧遮断器の接点間にアークが発生すると、激しい熱によって周囲の油が蒸発し、水素ガスの泡が発生します。この水素ガスは、その卓越した熱伝導率と絶縁強度により、アークを急速に冷却し、アーク経路を脱イオン化し、ブレーカーがわずか 50 ミリ秒で障害を除去できるようにします。 Lugao Power Co.,Ltd. の工場では、世界中の変電所向けに数千台の石油式高圧サーキットブレーカーを製造しており、アーク制御設計を改良して 245 kV で最大 63 kA の遮断容量を実現しています。この記事では、石油中断の背後にある科学、その性能上の利点、および石油中断が多くの送電および配電アプリケーションにとって競争力のある選択肢であり続ける理由について説明します。

オイル遮断による性能向上は、単にアークを消すだけではなく、電流がゼロになった後の開接点全体の絶縁耐力の回復も伴います。アーク蒸発中に生成される水素ガスは空気の約 2.5 倍の絶縁耐力を持ち、その急速な拡散と冷却により接点ギャップはマイクロ秒以内に絶縁特性を回復します。この高速な誘電回復は、特に過渡回復電圧 (TRV) が高いシステムにおいて、再点火を防ぐために不可欠です。さらに、オイル自体が絶縁媒体と冷却流体の両方として機能し、アークからの熱を吸収し、ブレーカータンクを通して放散します。この包括的なガイドでは、オイル遮断を高電圧サーキットブレーカー用途の信頼できる技術にするメカニズム、パラメータ、メンテナンス方法について説明します。また、技術仕様、テストデータ、現場での洞察も共有します。鹿皓電力株式会社ネットワークに最適な石油ベースの遮断システムを理解して選択するのに役立ちます。

目次

• 1. オイルの蒸発により効果的な消弧媒体が生成されるのはなぜですか?
• 2. 水素ガスはどのようにして石油遮断器の急速な誘電回復を可能にするのでしょうか?
• 3. 当社の高電圧サーキットブレーカーシリーズの主な技術仕様は何ですか?
• 4. オイルの品質とメンテナンスによってブレーカーの性能を維持するにはどうすればよいですか?
• よくある質問 (FAQ)
• 結論とカスタム ソリューションの問い合わせ

なぜオイルの蒸発により効果的な消弧媒体が生成されるのでしょうか?

油式高電圧サーキットブレーカーのアーク消弧プロセスは、故障状態で接点が分離したときに始まります。温度が 10,000 ～ 15,000 K に達するアークは、周囲の少量の石油を瞬時に蒸発させます。この蒸発は受動的イベントではなく、Lugao Power Co.,Ltd の工場が行う高度に設計されたプロセスです。数十年にわたる研究を通じて最適化されてきました。このオイルは通常、ギャップ 2.5 mm あたり 40 ～ 60 kV の絶縁耐力と高い引火点 (140°C 以上) を備えた高級鉱油で、アークの熱により約 70 パーセントの水素ガス、20 パーセントのアセチレン、および 10 パーセントのその他の炭化水素に分解します。水素ガスは、その卓越した熱伝導率 (空気の 2.5 倍) により、アークからの熱を急速に吸収し、ミリ秒以内にアーク温度をイオン化閾値以下に下げることができるため、アーク消滅の鍵となります。

オイルの蒸発がアーク消弧に効果的となる主な要因:

• 大量のガス発生:アーク条件下では、1 リットルのオイルから最大 1,500 リットルのガスが生成されます。この急速なガス膨張により高圧の気泡が発生し、アークが狭いチャネルに押し込まれ、アーク電圧が上昇し、エネルギーの散逸が加速されます。また、圧力勾配によってガスがアーク内を移動し、イオン化粒子が掃き出されます。
• ガス膨張による冷却:水素ガスが高圧アークゾーンから周囲の低温のオイル内に膨張すると、ジュールトムソン冷却効果が生じ、アーク柱の温度がさらに低下します。この冷却と脱イオンの組み合わせ効果は、オイル遮断に特有のものであり、空気または真空中で再現するのは困難です。
• 自爆効果：オイルの蒸発による圧力上昇を利用して接点を機械的に開くことができ、操作機構に必要なエネルギーを削減できます。当社の最新の高電圧サーキットブレーカー設計では、自己発破原理を使用して、従来の設計と比較して 40% 少ない動作エネルギーで遮断を実現します。
• 電流ゼロでのアーク消滅:AC電流がゼロに近づくと、水素ガスが導電チャネルをすでに除去し、残った油蒸気が凝縮して液体に戻り、透明な絶縁ギャップが残ります。この遷移は 0.5 ミリ秒未満で発生し、ブレーカーが障害を確実に遮断します。

当社の工場では、オイルの蒸発プロセスを視覚化するために、高速カメラと圧力センサーを使用して大規模なアークチャンバーテストを実施しました。データは、ガスの泡の形状と膨張率が一貫した遮断にとって重要であることを示しています。アーク接点の形状、接点間の距離、オイル入口/出口ポートの位置などのアーク チャンバーの形状を最適化することにより、型式試験において 99.99% という一貫した遮断成功率を達成しました。たとえば、145 kV の高電圧遮断器では、油の蒸発によって接点が離れてから 5 ミリ秒以内に 15 ～ 20 bar の圧力ピークが発生し、最大 40 kA までの障害を確実に除去するアーク消弧力が発生します。

さらに、油の蒸発プロセスは自己調整されています。故障電流が高い場合、アークはより激しくなり、より多くのガスとより高い圧力が発生し、より速い消火につながります。この適応動作は、故障電流が増加すると遮断性能が低下する可能性がある他のテクノロジに比べて明らかな利点です。当社の Lugao 高電圧サーキットブレーカー シリーズは、5 kA ～ 63 kA の広範囲の故障電流にわたって、調整を必要とせずに効果的に動作するように設計されています。この堅牢性は、オイル蒸発メカニズムとアーク チャンバーの慎重な設計の直接の結果です。

水素ガスはどのようにして石油遮断器の急速な誘電回復を可能にするのでしょうか?

アークが電流ゼロで消えた後の次の課題は、接点ギャップの絶縁耐力が、開いた接点間に現れる過渡回復電圧 (TRV) に耐えられるほど急速に回復することを保証することです。油式高電圧遮断器では、アークの蒸発中に発生する水素ガスが 2 つの役割を果たします。アークを冷却するだけでなく、接点の周囲に高誘電強度のガス層を形成します。水素は最も軽く、最も動きやすいガス分子であり、熱とイオンを伴いながら非常に速くアークゾーンから拡散します。これにより、数十マイクロ秒以内の電圧ストレスに耐えることができる、きれいな脱イオンギャップが残ります。当社の工場では、高電圧サーキットブレーカー設計でマイクロ秒あたり 30 kV 以上の誘電回復率を測定しました。これは、エアブラストブレーカーの典型的なマイクロ秒あたり 10 ～ 15 kV よりも大幅に高くなります。

当社の高電圧サーキットブレーカーにおける水素による誘電回復のメカニズム:

• 急速な熱拡散:水素の熱拡散率は空気よりも約 7 倍高く、7 倍以上の速さで接触ギャップから熱を伝導します。この急速な冷却により残留プラズマ密度が減少し、ギャップが絶縁特性を迅速に回復できるようになります。
• 高いイオン化ポテンシャル:水素のイオン化ポテンシャルは 13.6 eV ですが、酸素のイオン化ポテンシャルは 11.2 eV、窒素のイオン化ポテンシャルは 10.4 eV です。これは、水素が開いた接点全体の電界によってイオン化される可能性が低く、遮断直後には水素が優れた誘電媒体となることを意味します。
• ガスの流れのダイナミクス:アーク室と周囲のオイルタンクとの間の圧力差により、アーク期間中およびその直後に接触ギャップを横切る水素ガスの継続的な流れが生じます。この流れにより残留イオンと金属蒸気が除去され、接触ギャップが確実に「フラッシュ」されてきれいになります。
• 分解生成物の電気陰性度:水素自体は電気陰性ではありませんが、一部の炭化水素分解生成物 (アセチレンなど) には電子結合特性があり、ギャップからの自由電子の除去にさらに役立ちます。

誘電回復性能を定量化するために、当社の工場では、ピーク値 450 kV、上昇率 3.2 kV/マイクロ秒の TRV を適用して、245 kV 高圧サーキットブレーカーに対して一連のテストを実施しました。ブレーカーは 50 kA の障害を正常に解消し、ギャップの絶縁耐力は 150 マイクロ秒以内に定格電圧の 90 パーセントまで回復しました。この性能は、自動再閉路スキームなど、ブレーカーが永久的な障害に対して短時間で再閉路する必要があるアプリケーションにとって不可欠です。

さらに、石油の供給停止中に発生する水素ガスは 1 回限りの現象ではありません。オイル自体は、ブレーカーが冷えると時間の経過とともに再生します。障害が解消されると、水素とその他のガスがオイルに再結合または吸収され、オイルは元の誘電状態に戻ります。当社の工場は、高電圧遮断器に使用されるオイルが高い水素吸収能力と低いガス生成傾向を備え、数千回の動作にわたって一貫した性能を維持することを保証します。また、ガス含有量の増加や絶縁耐力の低下など、オイル劣化の初期兆候を検出するオイル状態監視システムも組み込まれており、事前のメンテナンスが可能です。石油の長期的な挙動に対するこのような配慮は、ルガオの信頼性に対する当社の取り組みの一環です。

当社の高電圧サーキットブレーカーシリーズの主な技術仕様は何ですか?

鹿皓電力株式会社は、72.5 kV ～ 550 kV の用途向けの包括的な石油式高圧遮断器を製造しています。当社の設計には、アークチャンバーの形状、接点材料、オイル循環システムの最新の進歩が組み込まれており、高い遮断容量と長い耐用年数を実現しています。以下の表は、送電、産業用、および大規模な再生可能エネルギー変電所で使用される当社の最も人気のあるモデルの主な仕様を示しています。すべての値は、IEC 62271-100 および ANSI C37.06 規格に従って型式テストされています。当社の工場では各モデルの完全なテスト記録を保管しており、ご要望に応じて入手可能です。

標準モデルに加えて、当社工場では、オイルの種類、ブッシュの構成、動作機構 (スプリング、空圧、または油圧) のカスタマイズ可能なオプションを提供しています。また、強化タンクと柔軟な取り付けを備えた、危険性の高い地震地帯向けの特別な耐震設計も提供しています。当社のすべての高電圧サーキットブレーカー製品には、オイルレベルインジケーター、圧力リリーフバルブ、および日常的なオイル分析用のガスサンプリングポートが装備されています。アーキング接点は銀タングステン合金 (AgW 50/50) で製造されており、優れた耐アーク浸食性と高い熱伝導率を備えています。

Lugao Power Co.,Ltdの当社の工場。は、すべての高電圧遮断器に対して、接触抵抗 (マイクロオーム) の測定、開閉のタイミング テスト、2.5 kV での絶縁抵抗テスト、および代表的なサンプルに対する完全な短絡テストを含む、厳格な日常テスト プロトコルを実施します。また、構造の完全性を確認するために、通常の作動圧力の 1.5 倍でオイルタンクの圧力テストを実行します。当社の品質保証システムは ISO 9001 の認証を受けており、すべての重要なコンポーネントのトレーサビリティを維持しています。これらの仕様と品質管理により、当社の高電圧サーキットブレーカシリーズは、最も要求の厳しい電力システムアプリケーションに対して信頼性の高い油遮断性能を提供します。

オイルの品質とメンテナンスはどのようにしてブレーカーの性能を維持できるのでしょうか?

油式高圧遮断器の長期的な性能は、絶縁油の品質とメンテナンス プログラムの有効性に直接依存します。時間の経過とともに、オイルはアークエネルギー、酸素、湿気、汚染物質にさらされることで劣化する可能性があります。劣化したオイルは絶縁耐力を失い、ブレーカーの機械的動作を損なう可能性のある腐食性副産物やスラッジを形成する可能性があります。 Lugao Power Co.,Ltd. では、高電圧サーキットブレーカーが 30 年以上の耐用期間にわたって定格性能を維持できるようにする包括的なオイルメンテナンスプロトコルを開発しました。このプロトコルは当社工場の豊富な経験に基づいており、IEC 60296 および ASTM D3487 規格に準拠しています。

エッセンシャル オイルの品質と高電圧サーキット ブレーカーのメンテナンス方法:

• オイルのサンプリングと分析:当社では、代表的なオイルサンプルを毎年採取し、初期故障を検出するために、絶縁破壊電圧 (ASTM D877)、水分含有量 (カールフィッシャー滴定)、酸性度 (中和価)、溶存ガス分析 (DGA) を含む一連の完全な診断テストを実行することをお勧めします。 DGA 内の水素またはアセチレン レベルの突然の増加は、接点アーク放電または過熱を示している可能性があるため、故障が発生する前に修正措置を講じることができます。
• オイルの濾過と再生:オイルに劣化の兆候（酸性度の増加や絶縁耐力の低下など）が見られる場合は、移動式オイルろ過ユニットを使用して水分、粒子、溶存ガスを除去することをお勧めします。著しく劣化した油の場合、活性粘土またはモレキュラーシーブを使用した完全な再生プロセスにより、油を新品に近い状態に戻すことができます。当社の工場では、完全な油再生サービスを提供しています。
• オイルレベルと呼吸:オイルレベルはサイトグラス上の指定された範囲内に維持する必要があります。ブリーザー (シリカゲルまたは乾燥剤ドライヤー) は、シリカゲルの色が変化した場合 (水分飽和を示します)、交換または再生する必要があります。これにより、絶縁破壊の主な原因となるオイルタンクへの水分の侵入を防ぎます。
• 接点の検査とメンテナンス:大規模なオーバーホール (10 ～ 12 年ごと) の際には、アーク接点とアーク チャンバーを検査する必要があります。接点に著しい浸食 (元の厚さの 30% 以上) が見られる場合は、交換する必要があります。当社の工場では、ステップバイステップの交換手順が記載された完全なコンタクト セットとアーク チャンバー キットを提供しています。

湿気の多い海岸環境で当社の高電圧サーキットブレーカーを運用している電力会社からのフィールドデータは、規律あるメンテナンスの価値を示しています。電力会社は、当社が推奨する毎年のオイル分析に従い、5 年ごとに部分的なオイル交換を実施しました。 18 年間の使用後も、ブレーカーの絶縁耐力は 2.5 mm ギャップあたり 60 kV 以上を維持し、接点の摩耗は許容範囲内でした。対照的に、油の分析を無視した別の電力会社では、わずか 10 年後に湿気の侵入とその後の内部フラッシュオーバーにより、同様のブレーカーで壊滅的な故障が発生しました。この事故によるコストは、計画されていた石油保守プログラムのコストの 20 倍でした。

当社の工場は、オイルサンプリング技術、DGA 結果の解釈、ブレーカーの機械コンポーネントの安全な取り扱いを含む、技術者向けの包括的なメンテナンス トレーニング プログラムを提供しています。また、リモート診断サポートや、オイル シール、接点セット、操作機構コンポーネントなどの重要なアイテムを含むスペアパーツの在庫も提供しています。積極的なオイル品質管理に投資することで、高電圧サーキットブレーカーの寿命と信頼性を最大限に高め、設置した日と同じ効果で電力システムを保護し続けることができます。

よくある質問 (FAQ)

質問 1: オイル遮断原理は、高電圧サーキットブレーカーの真空遮断または SF6 遮断とどのように異なりますか?

回答: オイルの遮断は、オイルの蒸発による水素ガスの発生に依存しており、水素ガスは熱伝導率とガス圧力によってアークを冷却し、脱イオン化します。真空遮断は真空ギャップの高い絶縁耐力と金属蒸気の急速拡散を利用し、SF6 遮断は SF6 ガスの電気陰性特性を利用して自由電子を捕捉します。オイル遮断は高いエネルギー吸収能力を提供し、故障電流が高くなるとより多くのガスが生成されるため自己調整されます。ただし、オイル ブレーカーは一般に大型でオイルのメンテナンスが必要ですが、真空ブレーカーや SF6 ブレーカーはメンテナンスの必要性は低くなりますが、より複雑な監視が必要になる場合があります。 Lugao Power Co.,Ltdの当社の工場。では 3 つのタイプすべてを提供しており、電圧レベル、障害容量、環境条件に基づいて、特定のアプリケーションに最適な選択についてアドバイスできます。

質問 2: 高電圧サーキットブレーカーのオイル劣化の主な原因は何ですか?また、それらを防ぐにはどうすればよいですか?

回答: オイル劣化の主な原因は次のとおりです。(1) 頻繁または高電流のアーク遮断による熱ストレス。これにより炭素粒子やスラッジが生成されます。 (2) ブリーザやシールから湿気が侵入し、絶縁耐力が低下します。 (3) 酸素にさらされると、酸化と酸性度の増加が起こります。 (4) 粒子や金属の破片による汚染。劣化を防ぐには、推奨オイルレベルを維持し、乾燥剤ブリーザーを使用し、毎年オイル分析を実行し、定期的なろ過と再生スケジュールを遵守してください。当社の工場では、詳細なオイル メンテナンス ガイドと、高電圧遮断器用に特別に配合されたさまざまな高品質の鉱物油を提供しています。

質問 3: 油式遮断器は極低温環境でも使用できますか?

回答: はい、適切な予防措置を講じた上で可能です。鉱物油の粘度は低温では増加し、ブレーカーの動作速度とアークチャンバーへの油の流れに影響を与える可能性があります。 -25°C 未満で動作する場合は、流動点の低い (-40°C 未満) 高品質のオイルを使用し、オイル温度を -10°C 以上に維持するためにオイルタンクに浸漬ヒーターを取り付けることをお勧めします。さらに、サーモスタット制御のヒーターと強化された断熱材を​​含む寒冷地パッケージも提供しています。当社の工場は、シベリアとカナダ北部のプロジェクトに高電圧サーキットブレーカーを供給しており、-45°C という低い温度でもその性能を検証しています。

質問 4: 高電圧サーキットブレーカーのオイルの交換が必要になるまでの標準的な寿命はどれくらいですか?

回答: 定期的なメンテナンス (毎年のオイル分析と 5 年ごとのろ過) により、当社の高電圧サーキット ブレーカーのオイルの耐用年数は 20 ～ 30 年になります。ただし、ブレーカーで障害による中断が頻繁に発生すると、オイルの劣化が早まる可能性があります。オイル交換の重要な指標は、40 kV 未満の絶縁破壊電圧 (2.5 mm ギャップの場合)、0.2 mg KOH/g を超える酸性度、およびスラッジ含有量の増加です。当社工場では、多くの場合、オイルの寿命を40年以上に延ばすことができるオイル再生サービスを提供しています。

質問 5: Lugao Power Co.,Ltd はどうですか?地震地帯における石油式高圧遮断器の信頼性は確保できますか？

回答: 当社の工場は、IEC 62271-300 に従って最大 0.5g (ゾーン 4) の地震加速度に耐えられるように高電圧遮断器のタンクと支持構造を設計しています。フレキシブルブッシュ接続、強化フランジ、低重心設計を採用し、地震時の油漏れや接点ずれのリスクを最小限に抑えます。水平・垂直地震動を吸収する制震ダンパーもオプションでご用意しております。当社の耐震設計は、認定試験施設での独立した振動台試験によって検証されています。高地震地域のプロジェクトに対しては、包括的な耐震解析レポートとカスタム アンカー ボルト設計を提供します。

結論: オイル遮断 – 信頼性の高い高電圧保護のための実証済みのテクノロジー

オイル遮断は、高電圧サーキットブレーカーにとって引き続き非常に効果的で信頼性の高い技術です。オイルの蒸発、水素ガスの生成、および急速な誘電回復の独自の組み合わせにより、当社の高電圧サーキットブレーカーは、並外れた速度と安定性で最大 63 kA の故障電流を除去できます。 Lugao Power Co.,Ltd では、適切なオイル品質管理のもとで数十年にわたるサービスを提供できるようにオイルタイプブレーカーを設計しており、世界中で最も要求の厳しい電力システムに設置して成功したという長い実績があります。このガイドで概説されている技術仕様とメンテナンス方法は、石油式高電圧遮断器の性能と寿命を最大化するための明確なロードマップを提供します。

今後の変電所や改修プロジェクト向けに石油遮断技術を評価していますか?陸皓電力株式会社にお問い合わせください。今日義務のない技術的評価のため。システムの電圧、故障電流、環境条件を共有していただくと、当社の経験豊富なエンジニアリング チームが、カスタマイズされたオイル メンテナンス プランと耐震設計 (必要な場合) を備えた最適な高電圧サーキット ブレーカー モデルを推奨します。当社では、サンプルオイル分析キット、オンサイト試運転サポート、24 時間緊急スペアパーツサービスを提供しています。鹿皓電力株式会社 に今すぐオイルサーキットブレーカーの無料相談をリクエストしてください。そして、オイル遮断の実証済みの信頼性によって電力システムが保護されていることを確認します。