配電用変電所の設計会議に参加したことがある方なら、短絡解析が単なる派手なエンジニアリングのチェックボックスではなく、変電所の安全性と信頼性を維持し、あらゆる地域の電力網基準に準拠するためのバックボーンであることをご存知でしょう。最も一般的な方法、それが変電所にどのように適用されるか、そしてなぜそれが変電所で作業する人にとって重要なのかを詳しく見てみましょう。配電変電所設定。
まず、簡単な定義を説明します。短絡解析は、2 つ以上の導体が意図しない接触 (相地絡、相間故障、または 3 相すべての短絡など) を行ったときに流れる異常電流の大きさを計算します。この電流は通常の動作電流よりもはるかに高いため、回路ブレーカーや変圧器からすべてを保持する構造に至るまで、機器の仕様に直接影響します。構造といえば、私たちの変電所鉄骨構造そして電気構造送電線は故障電流による機械的な力に対処するために構築されており、それはすべて分析から得た短絡数に基づいています。
さて、メソッド自体です。それらは万能ではありません。変電所の電圧レベル、サイズ、処理する必要があるデータの量に応じて、それぞれに使用例があります。小型の低電圧配電変電所に使用されている最も基本的な方法であるユニット単位 (PU) 方法から始めましょう。これは、特にすべてのコンポーネントの非常に詳細なインピーダンス データがない場合に、素早く簡単に計算を行うための基礎となります。その仕組みは次のとおりです。実際のオームやアンプを使用する代わりに、すべてのインピーダンスをユニットごとの共通のベース (通常は 100 MVA または変電所の定格 MVA) に変換し、簡略化されたインピーダンス図を使用して故障電流を解きます。これは高速で、若手エンジニアへの引き継ぎが簡単で、クライアントが最初に連絡を取り、必要なブレーカーの種類について大まかなアイデアが必要な場合など、予備設計段階に最適です。ただし、ここに問題があります。複数の並列分岐または長い送電線を備えた大規模な高電圧変電所では、ユニットごとの方法の精度が低下します。 138 kV 配電変電所で作業している場合は、この方法だけに頼ることはできません。より正確な方法が必要になります。
次に、対称コンポーネント方式です。これは、ほとんどの中電圧から高電圧の変電所 (34.5 kV から 230 kV までを考えてください) で主力です。これは、不均衡な障害、つまり 3 つのフェーズすべてが一度に発生しない障害を処理するため、優れています。これは、現実の運用では非常に一般的です。この方法では、不平衡電流を正相、負相、ゼロ相の 3 組の「対称成分」に分割します。それぞれに独自のインピーダンス経路があるため、相地絡故障、線路間故障、または二重線地絡故障下で電流がどのように流れるかをモデル化できます。これらすべては、単純なユニットごとの方法では正確に行うことができません。当社では、ほぼすべてのカスタムに対称コンポーネント方式を使用しています。変電所用ガントリー構造そして変電所ガントリー構造ガントリーはバスバー接続にとって重要であり、その構造的完全性は正確な故障電流計算に依存するためです。ゼロシーケンス インピーダンスの計算を誤ると、故障時の磁力に対してガントリーのサイズが小さくなってしまう可能性があり、これは安全上の大きなリスクとなります。
次に、コンピューター支援分析手法があります。これは、複数の給電線、変圧器、太陽光発電や蓄電池などの分散型エネルギー リソース (DER) を備えた大規模で複雑な配電変電所にとっては交渉の余地がありません。昔、エンジニアは計算尺と大きな紙の図を使って手作業で短絡計算を行っていましたが、現在では ETAP、PSCAD、MATLAB などのソフトウェアを使用して、変電所内のすべてのコンポーネントとその広範な送電網への接続をモデル化しています。この方法は、リアルタイム データ、動的な負荷変化、さらには DER が故障電流に寄与する方法さえも処理できます (再生可能エネルギーを追加する送電網が増えているため、これは大きな問題です)。たとえば、変電所のバスバーに 5 MVA のソーラー アレイが接続されている場合、コンピュータ モデルは、故障時にそのソーラーがどのように余分な電流を追加するかを示すことができるため、それに応じてブレーカーの定格と構造設計を調整できます。これは、クライアントが電力会社の完全なコンプライアンス レポートを必要とするときにも使用する方法です。規制当局は通常、地域の送電網の一部となる変電所についてコンピューターによる短絡解析を必要とします。
ちょっと待ってください。瞬間分析法もあります。これは主に低電圧配電変電所 (120/240V 商用または住宅用の給電変電所など) に使用されます。これは、電流が最大瞬間値にスパイクする、短絡の最初のミリ秒に焦点を当てています。これは、機器の損傷を防ぐのに十分な速さでトリップする保護リレーを設定するために使用されます。たとえば、食料品店の配電変電所のサーキットブレーカーは、ショートが発生した場合に 0.01 秒でトリップする必要があるため、瞬時の解析により、そのリレーを校正する方法が正確にわかります。これは対称コンポーネント方式よりも単純ですが、低電圧の平衡故障シナリオでのみ機能します。
ここで、これらの方法が変電所サプライヤーとしての私たちの仕事とどこで交差するかについて話しましょう。クライアントが曖昧な設計で当社に来て、「配電変電所が必要です」と言いながら、短絡解析が注文のほぼすべての部分を決定することになることに気づかないことが何度あるかわかりません。私たちが作るガントリー?スパン、鋼材の厚さ、基礎のサイズは?すべては、解析から得られた故障電流値に基づいています。鋼構造、バスバー、さらには絶縁体の種類など、すべてがそれらの計算に結びついています。たとえば、昨年、私たちは 25 kA の故障電流を持つ市営の配電変電所のプロジェクトに取り組みました。そのため、ガントリーには 15 kA の故障電流を持つプロジェクトよりも厚い鋼材を仕様する必要がありました。もし私たちがその高電圧サイトに対して間違った短絡方法 (基本的なユニットごとの方法など) を使用していたら、事故電流が低くなり、注文された構造物が小さすぎると推測し、プロジェクト全体が検査に不合格になっていたでしょう。
もう 1 つ注意すべき点は、どの方法にも長所と短所があり、どれが他の方法よりも「優れている」ということはありません。すべてはアプリケーションに関するものです。ユニットごとの方法は、迅速な見積もりには最適ですが、最終設計には適しません。対称コンポーネント法は不平衡故障に最適ですが、ソフトウェアがない場合は手作業で計算する必要があります。コンピュータ支援による分析は非常に正確ですが、変圧器が 1 台しかない田舎の小さな配電変電所では過剰になる可能性があります。サプライヤーとして、当社はお客様が変電所の仕様に基づいて適切な方法を選択できるように支援し、お客様が間違ったアプローチで時間やお金を無駄にしないようにします。
待ってください。新人エンジニアが犯すよくある間違いについても触れておきましょう。それは、ゼロシーケンス インピーダンスの計算をスキップすることです。これは、地面に流れる電流を扱う対称コンポーネント法の一部であり、地絡は変電所の鉄骨構造に多大な機械的力を及ぼすため、ガントリー構造にとって非常に重要です。数年前、簡素化された解析を使用し、ゼロシーケンス インピーダンスを考慮するのを忘れたクライアントがあり、テスト障害の後、ガントリー ビームの 1 つにヘアライン クラックが発生しました。構造を改修する必要があったため、数千ドルの費用がかかり、発売が遅れました。そのため、バスバーやアース接続を処理する構造を設計する際には、完全な対称コンポーネント法 (正相だけでなく) を使用することを常に重視しています。
さて、配電変電所プロジェクトに取り組んでいる場合、系統運用者、エンジニア、施設管理者にかかわらず、まず短絡解析を確立する必要があります。専門サプライヤーとして配電変電所当社は、機器、ガントリー、鉄骨構造など、お客様のニーズに合った方法をご案内し、解析で発生するあらゆる故障電流に対応できるハードウェアを構築するための専門知識を持っています。次の変電所の計画を始める準備ができている場合、またはゲームに参加したことがある誰かによって短絡番号を実行したいだけの場合は、プロジェクトについてチャットするために私たちのチームに連絡してください。当社は、間違った分析方法の選択に伴うコストのかかる失敗を回避し、変電所が安全で信頼性が高く、長持ちするように構築されていることを確認できるようお手伝いします。
