コンパクト変電所の選択とエンジニアリングガイド

 

1. はじめに

 

コンパクトな変電所は、工場で組み立てられるプレハブの配電システムです。これは、高電圧開閉装置、変圧器、低電圧配電装置、計測装置、保護装置、制御装置、補助装置を統合しており、すべて密閉された筐体内に設置されています。{2}実際には、これは完全に「すぐに使用できる」電力変換ユニットです。--

ほとんどのコンポーネントは、納品前にプレインストールおよびテストされており、システム全体が 1 つの統合パッケージとして納品されます。{0}このアプローチにより一貫性が向上し、現場での建設作業が軽減されます。そのため、現代の電力ネットワークではコンパクトな変電所システムが広く使用されています。{2}}

このコンセプトはもともとヨーロッパで開発され、「ヨーロッパ式ボックス変電所」と呼ばれることがよくあります。-今日、コンパクトな変電所は、特に迅速な導入と信頼性が不可欠な太陽光変電所や風力発電変電所のプロジェクトにおいて、スマート配電システムの重要な部分となっています。

SCOTECH で 30 年以上の現場経験を持つ変圧器エンジニアのリー氏は、コンパクトな変電所を「外観はシンプルに見えますが、内部はエンジニアリングの詳細に大きく依存する製品」とよく表現します。

 

2. 技術要件と仕様​​​​​​​

 

 

 

2.1 主要な技術要件

システムは、次の最低性能基準を満たしている必要があります。

・絶縁性能：定格電圧条件下で安定。
• 短絡耐性-: 20kA / 3秒以上
• 温度上昇限界: 65K 以下
・保護等級（屋外）：IP23D以上
・接地抵抗：4Ω以下
• プロジェクト地域に応じてローカルグリッド周波数（50Hz / 60Hz）と互換性があります。

実際のプロジェクトでは、特に沿岸地域や高湿度地域では、変圧器自体の故障よりも接地や換気の問題の方がはるかに一般的です。{0}}

 

2.2 一般的な動作条件

コンパクトな変電所は通常、次の環境条件に合わせて設計されています。

• 周囲温度: -40 度～+40 度 (極端な気候に合わせてカスタマイズ可能)
• 高度: 1000m 以下 (高度が高くなるとディレーティング設計が必要になります)
• 激しい振動や機械的衝撃がないこと
・腐食性ガスや塵埃の多い環境ではないこと。
• 浸水しやすい場所や低い場所にある-設置場所を避けてください。
• 十分に換気された動作条件が必要です-

リー氏は、砂漠プロジェクトと沿岸プロジェクトでは同じコンパクトな変電所構造を使用する可能性があるが、内部の防食および冷却戦略は完全に異なる可能性があると述べました。-

 

2.3 技術仕様の管理点

エンジニアリングの実践では、見積と製造の前に、いくつかの重要なパラメータを明確に定義する必要があります。

・定格容量（kVAレンジ）
• 定格電圧レベル（10kV / 20kV / 35kV システム）
• コンポーネントのブランド要件 (ABB、Schneider、Siemens など)
• 保護レベル (IP 定格)
• エンクロージャの材質（金属または非金属構造）-

これらのパラメータは、コスト構造、納期、コンパクトな変電所の設計構成に直接影響します。これらは、国際プロジェクトにおける小型変電所メーカーの評価においても重要です。

 

3. 国際規格と準拠

 

 

グローバルなプロジェクトでは、国際標準への準拠が不可欠です。コンパクトな変電所の設計は、さまざまな市場で確実に受け入れられるように、IEC および地域の送電網要件に適合する必要があります。

 

3.1 コア IEC 規格

最も重要な国際規格には次のものがあります。

• IEC 62271-202: プレハブ変電所
・IEC 60076シリーズ：電源トランス
• IEC 60439 / IEC 61439: 低電圧開閉装置アセンブリ-
• IEC 62271 シリーズ: 高電圧開閉装置および制御装置-

海外のプロジェクトでは、お客様は規格番号そのものよりも、FAT レポート、温度上昇データ、部品認証に細心の注意を払うのが一般的です。

 

3.2 地域ごとの基準の違い

市場が異なれば、コンプライアンスの期待も異なります。ヨーロッパは主に IEC および CE 要件に従いますが、米国は ANSI/IEEE 規格を適用します。中東のプロジェクトでは、特に高温環境では、ユーティリティ-固有のグリッド コードが必要となることがよくあります。-

 

4. システム構造と機能設計

 

4.1 高電圧コンパートメント

高電圧コンパートメントは、入力電力の制御、切り替え、保護を処理します。{0}これには通常、真空サーキットブレーカー、断路器、変流器、避雷器が含まれます。その主な機能は、安全な送電網接続と障害分離を確保することです。

 

4.2 変圧器室

変圧器コンパートメントは、中核となるエネルギー変換ユニットです。コンパクトな変電所変圧器は、用途の要件に応じて油浸式または乾式-タイプにすることができます。-油入タイプは冷却性能が優れているため屋外設置で広く使用されていますが、乾式変圧器は火に敏感な環境では好まれます。{{4}

 

4.3 低電圧コンパートメント-

低電圧コンパートメントは、最終的な配電、計測、保護、無効電力補償を担当します。-安定した出力電圧とエンドユーザーの安全な動作を保証します。

 

5. 小型変電所の分類

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コンパクトな変電所の構造と機能は、アプリケーションのシナリオによって異なります。

機能の観点から見ると、システムは配電-タイプの変電所と発電-タイプの変電所に分類できます。後者は、太陽光発電変電所や風力発電変電所のプロジェクトで一般的に使用され、送電網の統合前に電力が増強されます。

構造的には、レイアウトには I- タイプ、U- タイプ、L- タイプ、およびモジュール式のコンテナ化された構成が含まれる場合があります。設置スペース、輸送上の制限、メンテナンス要件に基づいて、さまざまなコンパクトな変電所の設計アプローチが選択されます。

環境への適応も重要です。コンパクトな変電所システムは、海岸の耐食性、砂漠の高温運転、または高地条件に合わせてカスタマイズできます。-

 

6. 電気機器選定の概要

 

コンパクトな変電所には、システム要件とコンパクトな変電所の設計条件に基づいて選択された複数の電気コンポーネントが統合されています。

高電圧コンポーネントには、真空サーキット ブレーカー、ロード スイッチ、アイソレータ、変流器、避雷器などがあります。これらにより、安全なスイッチングと入力電力の保護が保証されます。

低電圧コンポーネントには、配線用遮断器、気中遮断器、コンタクタ、リレー、メーター、コンデンサ バンクが含まれます。その性能は、小型変電所の信頼性と電力品質に直接影響します。

 

7. 主要な機器の選択原則

 

7.1 サーキットブレーカーの選択ロジック

真空サーキットブレーカは、遮断容量が高く、耐用年数が長いため、産業用途に好まれています。これらは、頻繁なスイッチング動作や高故障電流環境に適しています。

一方、負荷スイッチはコスト効率が高く、安定した負荷システムで使用されます。{0}}ただし、短絡電流を遮断することはできないため、ヒューズと併用する必要があります。-

輸出プロジェクトの場合、小型変電所メーカーは、最終的な選択の前に、ブランドの好み、手動または電動の操作要件、およびユーティリティの仕様を確認する必要もあります。

 

7.2 低圧ブレーカの選択

低圧ブレーカーは、負荷特性に基づいて選択する必要があります。-

・定格電流：1.25～1.5×負荷電流
• 電圧レベル: 0.4kV システム標準
・極数：1P / 2P / 3P / 4P
• 遮断容量: Icu / Ics 値
• 負荷タイプに基づいたトリップ曲線の選択

正しいブレーカーの選択は、コンパクトな変電所全体の保護性能と長期的な運用安定性にとって重要です。{0}}

 

8. 変圧器の選択と容量計画

 

コンパクトな変電所変圧器は、システム全体の中核コンポーネントです。ほとんどの場合、その選択は効率、安全性能、長期的な動作安定性に直接影響します。-

油入変圧器は、放熱性に優れ、比較的コストが低いため、屋外用途で広く使用されています。{0}一方、乾式変圧器は、安全性要件がより高い屋内または火災に敏感な環境でより一般的です。-

通常、容量は実際の負荷需要に基づいて計算され、将来の拡張のためにさらに 10 ～ 20% のマージンが確保されます。標準範囲は通常、プロジェクトの規模とアプリケーションのシナリオに応じて 50kVA ～ 2500kVA です。

再生可能エネルギー プロジェクトでは、変電所の小型変圧器の選択は、インバーター出力、系統接続電圧、および現場の環境条件にも依存します。

 

9. 筐体構造と機構設計

 

材料

• 金属: スチール、ステンレススチール、アルミニウム-亜鉛メッキ板
• 非金属: GRC、ガラス繊維強化コンクリート、複合パネル

 

構造上の特徴

• 完全密閉型の耐候性設計
• IP43以上の保護レベル
• モジュール式または統合されたトランスポート設計

エンクロージャの材質の選択は、特に耐食性と熱性能が重要となる沿岸、湿気の多い、または砂漠の環境では、コンパクトな変電所設計の重要な部分です。

 

10. 基礎と設置の要件

 

安全な作業には安定した基礎が不可欠です。コンクリート強度はC30以上、寸法公差は5mm以内としてください。

水の蓄積を防ぐために、基礎は地表から少なくとも 300 mm 高くする必要があります。接地抵抗は 4Ω 以内に維持し、障害状態での電気的安全性を確保する必要があります。

機器の周囲に適切なメンテナンス スペース (通常は 1.2m 以上) を確保する必要があります。

屋外の小型変電所の設置では、長期的な信頼性を向上させるために、適切な排水と防食処理も推奨されます。-

 

11. 設置と試運転

 

通電する前に、絶縁抵抗試験、接地検証、保護リレーのチェック、無負荷動作試験などの一連の基本試験を完了する必要があります。-

設置中、小型変電所と基礎の間の機械的な位置合わせを適切に確保する必要があります。電気接続も、厳密なトルク制御と絶縁要件に従う必要があります。

プロジェクトのニーズに応じて、リモート試運転ガイダンスやオンサイト技術支援などのオプションのサポートを提供して、スムーズな起動と信頼性の高い運用を確保できます。{0}

国際的な EPC プロジェクトの場合、多くの小型変電所メーカーは、納品パッケージの一部として試運転文書、FAT 記録、および技術サポート サービスも提供しています。

 

結論

コンパクトな変電所は、現代の配電システムの中核インフラストラクチャ ソリューションとなっています。太陽光発電変電所、風力発電変電所、都市送電網のアップグレードなどの需要の増加に伴い、世界のエネルギープロジェクトにおける小型変電所システムの役割は拡大し続けています。

Li 氏は、将来の小型変電所プロジェクトでは、基本的な配電機能だけではなく、輸送効率、モジュールの置き換え、再生可能エネルギーの統合に重点が置かれると考えています。