ボックス型変電所はプレハブ変電所とも呼ばれ、コンパクトな自己完結型の配電ユニットです。変圧器、開閉装置、保護装置などのさまざまな電気部品を 1 つの筐体に統合します。ボックス型変電所のサプライヤーとして、これらの重要な機器がどのように機能するかを詳しく説明します。
基本構造と構成部品
ボックス型変電所は通常、高電圧コンパートメント、変圧器コンパートメント、低電圧コンパートメントの 3 つの主要なコンパートメントで構成されます。各コンパートメントには固有の機能とコンポーネントがあります。
高電圧コンパートメントは、グリッドから高電圧電力を受け取る役割を果たします。これには、回路ブレーカー、断路器、負荷スイッチなどの高電圧開閉装置が含まれています。サーキットブレーカーは、短絡や過負荷などの障害が発生した場合に回路を自動的に遮断できる重要な安全装置です。断路器は保守時に回路を遮断し、保守員の安全を確保するために使用されます。一方、負荷スイッチは、通常の動作条件下で負荷電流を開閉するように設計されています。
変圧器コンパートメント内の中心部分は変圧器です。変圧器の主な機能は、グリッドから受け取った高電圧電力を、配電およびエンドユーザーの消費に適したより低い電圧レベルに降圧することです。たとえば、典型的な配電システムでは、入力される高電圧は 10kV または 35kV で、変圧器は商業用および住宅用にそれを 400V または 230V に降圧します。変圧器は電磁誘導の原理に基づいて動作します。交流が一次巻線を通過すると、変化する磁場が生成されます。この磁界の変化により二次巻線に起電力 (EMF) が誘導され、その結果、異なる電圧レベルで一次側から二次側に電気エネルギーが伝達されます。
低電圧コンパートメントは、低電圧電力をさまざまなユーザーまたは負荷に分配します。配線用遮断器、小型遮断器、コンタクタなどの低圧開閉装置を備えています。モールドケースサーキットブレーカーは、過負荷や短絡障害から回路を保護するために使用されます。小型サーキットブレーカは、照明回路や小電力機器回路などの個々の回路によく使用されます。コンタクタは、モーターなどの電気負荷のオン/オフ動作を制御するために使用されます。
作業工程
電源入力
このプロセスは、グリッドからの高電圧電源の供給から始まります。高電圧ケーブルは、ボックス型変電所の高電圧区画内の高電圧開閉装置に接続されます。高電圧開閉装置は、高電圧回路の信頼性の高い接続と切断を保証するように慎重に設計されています。電力が変圧器に入る前に、回路ブレーカーと断路器がチェックされ、適切な動作状態にあることが確認されます。
電圧変換
高電圧電力が変圧器室に入ると、変圧器が動作を開始します。前述したように、変圧器は、一次巻線と二次巻線の巻数比に基づいて、高電圧を低電圧に降圧します。たとえば、一次巻線と二次巻線の巻数比が 20:1 の場合、10kV の高電圧が 500V に降圧されます。変圧器の効率は、変圧プロセス中にどれだけの電気エネルギーが失われるかを決定するため、重要な要素です。高品質の変圧器は、通常 95% 以上の高効率になるように設計されています。
配電
電圧が降圧された後、低電圧電力は低電圧コンパートメントに送られます。ここでは、低電圧開閉装置が電力をさまざまな負荷に対応する複数の回路に分割します。商業ビルの場合、一部の回路は照明専用である一方、他の回路は HVAC システム、エレベーター、その他の機器用である場合があります。このコンパートメント内の低電圧回路ブレーカーは、回路を流れる電流を継続的に監視します。電流が定格値を超えると、過負荷または短絡状態が示され、回路ブレーカーが作動し、障害のある回路への電源供給が遮断され、機器の損傷を防ぎ安全が確保されます。
さまざまな種類のボックス型変電所とその動作特性
ボックス型変電所にはさまざまな種類があり、それぞれに独自の機能と用途があります。
アメリカの変電所
のアメリカの変電所多くの場合、米国の送電網や工業規格の特定の要件を満たすように設計されています。比較的大容量で、大規模な産業および商業用途に適しています。動作プロセスの観点から見ると、アメリカの変電所は通常、より高い電力入力を処理するために、より堅牢な高電圧開閉装置を備えています。アメリカの変電所の変圧器も、大規模な産業施設への継続的な電力供給を確保するために、より効率的で信頼性が高くなるように設計されています。
地下変電所
の地下変電所地下に設置される特殊なボックス型変電所です。このタイプの変電所は、スペースが限られており、美観が重要な都市部でよく使用されます。地下変電所の動作原理は、地上ボックス型変電所の動作原理と同様です。ただし、防水、通気、防火に関して追加の要件がいくつかあります。地下に設置されているため、変圧器やその他の電気部品から発生する熱を除去するために適切な換気システムが必要です。変電所への水の浸入や機器の損傷を防ぐために、防水対策も重要です。
ヨーロッパのボックス型変電所
のヨーロッパのボックス型変電所欧州の電気規格に準拠するように設計されています。コンパクトなデザインと高品質のコンポーネントで知られています。ヨーロッパのボックス型変電所は、住宅地や中小規模の商業ビルでよく使用されます。ヨーロッパの変電所は、その運営においてエネルギー効率と環境保護に重点を置いています。変圧器は、無負荷損失が低く、高効率で動作するように設計されており、エネルギー消費と炭素排出量の削減に役立ちます。
安全性と監視
ボックス型変電所の運用においては、安全性が最も重要です。ボックス型変電所には、上記のサーキットブレーカーやその他の保護装置に加えて、さまざまな監視システムも装備されています。これらの監視システムは、電圧、電流、温度、絶縁抵抗などのパラメータを継続的に測定できます。たとえば、変圧器の動作温度を監視するために温度センサーが変圧器に取り付けられています。温度が一定の制限を超える場合は、過負荷や冷却システムの故障などの問題が発生していることを示している可能性があります。このような問題が検出されると、アラーム信号がコントロール センターに送信され、メンテナンス担当者がタイムリーに対応できるようになります。
ボックス型変電所を使用するメリット
ボックス型変電所の使用にはいくつかの利点があります。まず、プレハブ式であるため、現場にすぐに設置でき、従来の変電所と比べて建設時間とコストが削減されます。第二に、コンパクトな設計によりスペースが節約され、都市中心部や工業団地などのスペースが限られた場所への設置に適しています。第三に、ボックス型変電所の統合設計により、メンテナンスが容易になります。すべての電気コンポーネントは単一の筐体に収容されているため、検査とメンテナンスのプロセスが簡素化されます。
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参考文献
- 電力システム: 分析と制御 by Mario Paolone、Giovanni Andresen
- 電気工学ハンドブック アンドレアス・アントノプロス著
