変電所: コンポーネント、タイプ、設計、アプリケーション

アン変電所これは、ほとんどの人がめったに気づかない電力システムの部分の 1 つですが、ほとんどすべての信頼できる電力ネットワークはこれに依存しています。電気は、家庭、工場、商業ビル、データセンター、再生可能エネルギープロジェクトに到達する前に、さまざまな電圧レベルを通過する必要があります。変電所はそれを可能にします。

アプリケーションに応じて、変電所は電圧を変換し、回路を切り替え、機器を保護し、電気状態を監視し、電力が送電網をどのように移動するかを制御できます。大規模な送電網では、変電所が広大なエリアをカバーし、高電圧変圧器、回路ブレーカー、バスバー、保護システム、その他の機器が設置されることがあります。-より小規模な配電変電所はさらにコンパクトになる可能性があります。

電力会社、EPC 請負業者、産業施設、再生可能エネルギー開発者、その他の電力プロジェクトにとって、変電所の設計が 1 つの機器に関するものであることはほとんどありません。変圧器、開閉装置、保護システム、接地システム、制御機器はすべて連携して動作する必要があります。

変電所とは何ですか?

アン変電所電気が変電、切り替え、制御、保護、または配電される施設です。

基本的な考え方は非常にシンプルです。発電所で生成された電気は、通常、長距離を移動する前に、より高い電圧に上げる必要があります。発電所の変圧器は電圧を高め、電流を減らすため、送電損失の制限に役立ちます。

電力がエンドユーザーに近づくにつれて、変電所は地域の配電と最終消費に適したレベルまで電圧を徐々に下げます。

一般的な電力パスは次のようになります。

発電 → 昇圧変圧器 → 送電変電所 → 配電変電所 → 需要家

実際の電圧レベルはグリッドごとに異なります。送電変電所は次の時間で運用できます。110kV、220kV、330kV、500kV、765kV、またはそれ以上。配電ネットワークでは、多くの場合、次のような中電圧レベルが使用されます。-10kV、11kV、20kV、または35kV.

したがって、電圧変換は変電所の機能の主要な部分を占めていますが、それがすべてではないことは確かです。

何をするのか 変電所はどうしますか？

変電所にはいくつかの仕事があり、それらは密接に関連しています。

つまり、変電所は単に変圧器を設置する場所ではありません。これは、電力網内の重要な制御および保護ポイントです。

変電所の主要コンポーネント

変電所内の機器は、電圧レベル、容量、場所、目的によって異なります。それでも、いくつかの主要コンポーネントは多くのインストールで共通です。

電源トランス

の電源トランス通常、設備の中で最も大きな装置の 1 つです。変電所。

その主な仕事は、電力を効率的に伝送しながら、あるレベルから別のレベルに電圧を変更することです。たとえば、送電変電所は 220 kV を 110 kV に下げることができ、一方、配電変電所は中電圧をより低い利用電圧に下げることができます。

大型油入変圧器は、大きな定格電力に対応し、効果的な冷却を提供できるため、大容量の変電所に広く使用されています。{{1}

プロジェクトによっては、変圧器にオン-負荷タップ チェンジャー（OLTC）、オフ-回路タップ チェンジャー, ONAN または ONAF 冷却, ブッフホルツリレー, 圧力逃がし装置、オイルおよび巻線の温度インジケーター、コンサベータタンク、およびオンライン監視装置。

再生可能エネルギープロジェクトには独自の要件があります。太陽光発電所, 風力発電所、およびバッテリーエネルギー貯蔵システムは、発電機昇圧変圧器-、コレクタ変圧器、または系統接続用に特別に設計された変圧器。

回路 ブレーカー

A サーキットブレーカー通常動作中に電流を流し、必要に応じて回路を遮断します。

故障が発生すると、保護リレーが異常状態を検出し、サーキットブレーカーにトリップ信号を送ります。その後、ブレーカーが回路を開き、障害の拡大を防ぎます。

-高電圧変電所では、SF₆ サーキットブレーカーや、環境への影響が少ないように設計された新しい技術が使用されている場合があります。真空サーキットブレーカーは、中電圧アプリケーションで一般的です。-

正しい選択は、電圧レベル、故障電流、遮断容量、動作条件、プロジェクト要件によって異なります。

断路器とアイソレータ

ディスコネクタはアイソレータとも呼ばれ、主にメンテナンス中に電気絶縁を提供するために使用されます。

これらは通常、大きな故障電流を遮断することを目的としていません。代わりに、関連する回路の電源が切られた後に動作するため、メンテナンス担当者は明確な物理的分離ポイントを備えた機器で作業できます。-

これは重要な違いです。サーキットブレーカーは電流を遮断し、断路器は絶縁を提供します.

バスバー

バスバーは、変電所内の入力回路と出力回路をリンクする導電接続です。

さまざまなプロジェクトで使用される場合がありますシングルバスバー、ダブルバスバー、リングバス、ブレーカー-と--、または他の取り決め。どこでも最適に機能する単一の構成はありません。

バスバーの配置は、信頼性、メンテナンスの柔軟性、障害の分離、プロジェクトのコストに影響します。重要な変電所では、メンテナンスや機器の故障時の柔軟性が高まるため、より複雑な配置が使用される場合があります。

変流器

A 変流器(CT)高い一次電流を、保護および計測装置によって安全に測定できる、より低い標準化された二次電流に変換します。

CT は一般に、過電流保護、地絡保護、差動保護、エネルギー測定、一般的な電力監視に使用されます。{0}

CT 比と精度を適切に設定することが重要です。特に保護 CT は、高故障電流時に適切に動作する必要があるため、精度クラス、負担、飽和特性、および保護要件をすべて考慮する必要があります。

変圧器および計器用変圧器

変圧器 (VT) は計器用変圧器 (PT) とも呼ばれ、測定と保護のために高いシステム電圧をより安全なレベルに低減します。

これらの低電圧回路を高電圧システムに直接接続することなく、メーター、リレー、制御機器、監視システムに電圧信号を提供します。{0}{1}

避雷器

電力システムは、落雷やスイッチング動作によって一時的な過電圧が発生する可能性があります。

避雷器これらの電圧サージを制限し、サージ エネルギーのアースへの経路を提供することで、変圧器、開閉装置、ケーブル、その他の機器を保護します。

それらの選択は、システム電圧、接地状態、一時的な過電圧、および絶縁調整によって異なります。電源トランスに比べれば比較的小さな部品ですが、その役割は決して小さくありません。

保護リレー

保護リレーは基本的に、変電所保護システムの意思決定部分です。{0}}

電流、電圧、周波数、位相関係、その他の電気パラメータを監視します。異常な状態を特定すると、関連するサーキットブレーカーにトリップ信号を送信できます。

一般的な保護機能には次のものがあります。過電流、地絡、差動、過電圧、不足電圧、過周波数、不足周波数、距離保護.

最新の数値リレーは、測定、イベント記録、通信、およびリモート監視と複数の保護機能を組み合わせることができます。これにより、変電所保護システムの能力が古い電気機械設計よりも大幅に向上しました。

接地システム

信頼性の高い接地システムは、機器の保護と作業員の安全の両方に不可欠です。

接地システムは、故障電流の制御された経路を提供し、タッチ電圧とステップ電圧を許容範囲内に保つのに役立ちます。一般的な変電所の接地グリッドでは、埋設導体そして接地電極変圧器タンク、機器フレーム、鉄骨構造物、その他の導電性部品に接続されます。

接地設計は、土壌の抵抗率、利用可能な故障電流、故障解除時間、グリッドの寸法、適用される安全要件などの要因によって決まります。{0}}

の種類 変電所

変電所を分類するにはいくつかの方法があります。最も一般的なアプローチは、機能、電圧レベル、設置環境、または用途に基づいています。

ステップアップ変電所-

A 昇圧変電所-発電設備によって生成される電圧をより高い送電電圧に高めます。

発電機は、送電網と比較して比較的低い電圧で電気を生成する場合があります。発電機の昇圧変圧器は、電気が送電システムに入る前にその電圧を上げます。-

送電電圧が高いほど、同じ電力レベルでも電流が少なくなり、送電線の損失が軽減されます。

変電所を降ろします-

降圧変電所はその逆です。-

これは、地域またはローカルの配電用に、高い送電電圧をより低い電圧に下げます。たとえば、220 kV の送電線は、電圧が 110 kV または 35 kV に低下する変電所に電力を供給する場合があります。

そこから、電力が消費者に届く前に、追加の配電機器によって電圧をさらに下げることができます。

配電変電所

A 配電変電所通常、電気負荷の近くに配置されます。

中電圧電力をより低い配電電圧に下げ、複数の出力回路に電力を供給します。-配電変電所は、住宅コミュニティ、商業開発、工場、インフラプロジェクト、その他の負荷にサービスを提供できます。

多くの場合、その設計は主要な送電変電所の設計よりもコンパクトですが、必要な容量は依然として相当なものになる可能性があります。

開閉変電所

開閉変電所は、主要な電圧変換ではなく、主に開閉機能と保護機能を実行します。

異なる伝送または分配回路を接続し、ネットワークをセクションに分割し、運用の柔軟性を向上させることができます。場所によっては、大型の変圧器を設置せずに信頼性を向上させるために開閉変電所が使用されています。

産業用変電所

産業用変電所は、工場、鉱山、製鉄所、化学工場、加工施設などの大規模な産業施設に電力を供給します。

これらのプロジェクトでは、信頼性と電力品質に関して厳しい要件が求められることがよくあります。高い始動電流、大型モーター、高調波、敏感な機器、連続生産プロセスはすべて、変電所の設計に影響を与える可能性があります。

データセンターも良い例です。彼らの電気システムには、冗長変圧器、高品質の保護、高調波管理、慎重に調整されたバックアップ電源システムが必要となる場合があります。-

再生可能エネルギー変電所

大規模な太陽光発電所、風力発電所、およびバッテリーエネルギー貯蔵システムには、通常、グリッド接続用の専用の電気インフラストラクチャが必要です。

再生可能エネルギー変電所には、集電変圧器、中圧開閉装置、電力変圧器、保護システム、計量器、無効電力補償、系統接続機器が含まれる場合があります。{0}

変圧器の設計では、プロジェクトの発電プロファイル、グリッド コード要件、高調波、周囲条件、動作条件を考慮する必要があります。{0}}

屋内変電所と屋外変電所

変電所は、機器が設置されている場所に応じて分類することもできます。

屋外変電所

屋外変電所は以下の用途に広く使用されています。中電圧-および高電圧アプリケーション-.

主要な機器は屋外のコンクリート基礎や鉄骨造の上に設置されます。この配置により、大型の変圧器、回路ブレーカー、バスバー、高電圧接続に十分なスペースが確保されます。-

屋外変電所は、特に十分な土地が利用可能な場合、大規模な送配電プロジェクトにとって実用的な選択肢となることがよくあります。

屋内変電所

屋内変電所では、主要な機器が専用の建物または筐体内に設置されます。

このアプローチは、土地が限られている場合、または機器を塵、湿気、汚染、不正アクセスからさらに保護する必要がある場合に役立ちます。

都市部の変電所、産業施設、スペースに厳しい制約があるプロジェクトでは、屋内開閉装置と乾式変圧器を使用して、よりコンパクトな設備を構築できます。{0}}

AIS と GIS 変電所

高圧変電所は一般に次のように分類されます。-空気絶縁変電所（AIS）-そしてガス-絶縁変電所（GIS）.

AIS は、通電中のコンポーネント間の主な絶縁媒体として大気を使用します。通常、より多くのスペースが必要ですが、機器は目視検査やメンテナンスのために比較的アクセスしやすいです。

GIS は、絶縁ガスまたは代替絶縁媒体を使用して、高電圧コンポーネントを密閉された金属筐体内に配置します。-その結果、設置面積が大幅に小さくなり、都市、工業地域、地下施設、その他のスペースに制約のある場所で特に役立ちます。-

AIS と GIS の間に普遍的な勝者はいません。通常、選択は利用可能な土地、プロジェクトの予算、電圧レベル、環境条件、メンテナンス戦略、必要な設置面積によって決まります。

変電所の設計

を設計する変電所まずは、必要な電気システムを理解することから始めます。

エンジニアはまず、予想される負荷、電圧レベル、障害レベル、信頼性要件、将来の拡張、系統接続ポイントを検討します。これらの要素は、その後のほぼすべての設計上の決定を決定します。

変圧器容量これは最初の重要な考慮事項の 1 つです。変圧器は、不必要に大きくすることなく、予想される負荷を処理する必要があります。同時に、将来の成長に対する合理的な余裕も必要になることがよくあります。

過度の負荷で連続運転すると、巻線と油の温度が上昇し、絶縁体の劣化が促進され、変圧器の耐用年数が短くなる可能性があります。

短絡状態-にも細心の注意が必要です。サーキット ブレーカー、バスバー、変圧器、CT、ケーブル、その他の主要コンポーネントには、適切な短絡耐性と遮断機能が必要です。-

保護調整もう一つの重要な問題です。優れた保護システムは、正常な機器の不必要なトリップを回避しながら、障害を迅速に特定する必要があります。簡単そうに聞こえますが、調整を正しく行うには、詳細なシステム調査が必要になる場合があります。

の物理的なレイアウトも重要です。建設を開始する前に、電気スペース、メンテナンスアクセス、ケーブル配線、防火、排水、換気、騒音、機器の輸送、将来の拡張などをすべて考慮する必要があります。

大規模なプロジェクトの場合、変電所の設計には通常、電気研究、機器仕様、保護および制御設計、土木工学、接地設計、詳細なレイアウト作業、および試運転が含まれます。

変電所変圧器の選択

公益事業および EPC 請負業者にとって、適切な選択変電所の変圧器プロジェクトの最も重要な部分の 1 つです。

変圧器の仕様には通常、定格電力、一次および二次電圧、周波数、ベクトルグループ、インピーダンス、タップ範囲、絶縁レベル、損失、温度上昇、冷却方法、および適用される規格が含まれます。

油入電源変圧器の仕様-変圧器油、保守装置、冷却装置、ブッシング、タップ切換器、監視装置、その他の付属品も対象となる場合があります。

屋内設置の場合、乾式変圧器-防火、屋内設置、環境条件、またはメンテナンス要件が適切である場合には、実用的なオプションとなります。

変圧器の選択は、MVA または kVA 定格のみに基づいて行うべきではありません。動作環境はかなり重要です。

周囲温度、設置高度、負荷プロファイル、高調波、再生可能エネルギー生成特性、予想される過負荷状態、およびグリッド要件はすべて、変圧器の設計に影響を与える可能性があります。

たとえば、再生可能エネルギー プロジェクトの場合、変圧器は従来の産業用変圧器とは非常に異なる動作プロファイルを経験する可能性があります。同じ基本的な電圧変換原理が適用されますが、設計の詳細はまったく異なる場合があります。

変電所の規格

変電所設備は通常、関連する国際規格、国内規格、プロジェクト固有の規格に従って設計、製造、テストされます。{0}}

電源トランスについては、IEC 60076主要な国際規格の 1 つです。プロジェクトの場所と顧客の要件によっては、IEEE および ANSI 標準も適用される場合があります。

開閉装置、回路ブレーカー、計器用変圧器、保護装置、およびその他の変電所コンポーネントには、独自の適用規格があります。

国際的なプロジェクトの場合、調達プロセスの早い段階で必要な規格を確認することをお勧めします。そうしないと、紙の上では技術的に適切に見える機器でも、後で追加のテスト、文書化、または設計の変更が必要になる可能性があります。

変電所の信頼性が重要な理由

変電所の問題が孤立したままになることはほとんどありません。

変圧器の故障、バスバーの故障、保護機能の故障、または回路ブレーカーの故障により、より広範囲のエリアへの電力が遮断される可能性があります。産業プラントやデータセンターの場合、比較的短期間の停止であっても、運用上および財務上に重大な影響を与える可能性があります。

そのため、重要な変電所では、冗長変圧器、分割されたバスバー、バックアップ保護、独立した制御電源、および複数層の監視が使用されることがよくあります。

変圧器の状態監視も重要になってきています。オイル試験, 溶存ガス分析 (DGA)、温度監視、ブッシング監視、オンライン部分放電監視は、重大な障害に発展する前に、進行中の問題を特定するのに役立ちます。

多くの場合、予期せぬ変圧器の故障よりも、早期の警告に対処する方がはるかに簡単で、はるかに安価です。

最新の電力システムにおける変電所

の役割変電所電力業界は分散化とデジタル化が進むにつれて変化しています。

太陽光発電所、風力発電所、バッテリーエネルギー貯蔵システム、電気自動車インフラ、データセンター、および大規模な産業負荷により、送電網に新たな需要が生じています。

同時に、現代の変電所では、インテリジェント電子デバイス、通信ネットワーク、遠隔監視、自動制御、デジタル保護システムが使用されています。オペレータは、機器の状態やネットワークのパフォーマンスについて、以前よりもはるかに多くの情報を取得できるようになります。

再生可能エネルギー プロジェクトは、電力の流れが常に予測可能または一方向ではなくなっているため、特に興味深いものです。-変電所では、1 日を通して変化する発電レベル、無効電力要件、高調波、系統コード要件に対応する必要がある場合があります。{2}}

このため、変圧器の性能、保護調整、電力品質、システム監視の重要性がますます高まっています。

結論

アン変電所電力システムの重要な部分です。電圧を変更し、電力の流れを制御し、電気機器を保護し、障害を分離し、グリッドの確実な動作を維持するために必要な監視を提供します。

変圧器は最も目に見えて高価なコンポーネントかもしれませんが、それはシステムの一部にすぎません。電力変圧器、開閉装置、遮断器、保護リレー、CT、VT、バスバー、避雷器、接地システム、制御機器全員が協力しなければなりません。

電力会社、EPC 請負業者、産業施設、再生可能エネルギー開発者、その他の電力プロジェクトにとって、優れた変電所の設計は、単に標準カタログから機器を選択するのではなく、実際の動作条件を理解することから始まります。

電力需要が増大し続け、再生可能エネルギーと蓄電池の拡大が加速し、AI データセンターなどの高密度負荷が送電網にかかる圧力が高まるにつれて、信頼性の高い変電所の必要性はますます重要になるでしょう。{0}

変圧器メーカー向けヤーウェイトランスフォーマー、これは、さまざまな電圧レベル、容量、設置環境、プロジェクト要件に適応できるソリューションを開発することを意味します。用途が送電変電所、配電変電所、再生可能エネルギープロジェクト、産業施設、その他の電力インフラストラクチャのいずれであっても、変圧器は信頼性の高い電気システムの中心部分であり続けます。

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