油入変圧器の接地グリッドはどのように設計すればよいですか？

油入変圧器のベテランサプライヤーとして、私は、これらの重要な電気機器の安全かつ効率的な動作において、適切に設計された接地グリッドが重要な役割を果たすことを理解しています。このブログでは、油入変圧器の接地グリッドを設計する方法についての洞察を共有します。

油中接地の重要性を理解する - 浸漬変圧器

油入変圧器は、効率、信頼性、耐用年数が長いため、電力システムで広く使用されています。ただし、短絡、落雷、過電圧などのさまざまな電気的障害の影響も受けます。変圧器、その関連機器、および人員をこれらの電気的故障の悪影響から保護するには、適切な接地システムが不可欠です。

接地グリッドは複数の目的に役立ちます。まず、故障電流が大地に流れるための低抵抗経路を提供し、それによって変圧器とその周囲の機器の電圧上昇を制限します。これは、変圧器や他の電気部品の絶縁への損傷を防ぐのに役立ちます。第二に、変圧器とその筐体の電位を安全なレベルに維持することにより、人員の安全が確保されます。障害が発生した場合、接地グリッドは電気エネルギーを大地に放散するのに役立ち、感電の危険が軽減されます。

接地グリッドの設計で考慮すべき要素

土壌抵抗率

土壌の抵抗率は、接地グリッドの設計において最も重要な要素の 1 つです。土壌の種類、水分含有量、温度、塩やその他の導電性物質の存在によって大きく異なります。地盤の抵抗率が低いと、故障電流が地中に流れ込みやすくなるため、望ましいです。土壌の抵抗率を測定するには、通常、ウェナー四電極法などの方法を使用した現場測定が行われます。これらの測定により、接地グリッドの設計に使用できる正確なデータが得られます。

故障電流

故障電流の大きさも重要な要素です。それは、システム電圧、電力システムのインピーダンス、および障害の種類によって異なります。短絡障害は非常に大きな電流を引き起こす可能性があるため、安全に大地に放散する必要があります。接地グリッドは、許容温度上昇と電圧制限を超えずに最大故障電流に対処できるように設計する必要があります。

変圧器の定格と位置

油入変圧器の電圧や電力容量を含む定格は、接地網の設計に影響します。一般に、大型の変圧器では、より大きな故障電流を処理するために、より広範な接地グリッドが必要になります。変圧器の位置も重要です。変圧器が落雷が発生しやすい地域の近くや、電気的故障の可能性が高い工業環境などの高リスク地域に設置される場合、接地グリッドの設計はより堅牢である必要があります。

接地グリッドの設計手順

ステップ 1: 接地要件を決定する

上記の要素に基づいて、最初のステップは接地要件を定義することです。これには、最大故障電流、許容されるステップ電圧とタッチ電圧、および必要な接地抵抗の計算が含まれます。接地抵抗は通常、電力システムに適用される規格および規制に基づいて指定されます。

ステップ 2: 接地電極を選択する

接地電極には、垂直ロッド、水平導体、接地板など、いくつかの種類があります。垂直ロッドは土壌に深く浸透し、地面との良好な接続を提供できるため、一般的に使用されます。垂直ロッドの数、長さ、間隔は、土壌の抵抗率と必要な接地抵抗によって異なります。銅ストリップやケーブルなどの水平導体を使用して垂直ロッドを接続し、グリッドを形成できます。接地プレートは、スペースが限られている場所、または土壌の状態が垂直ロッドに適していない場所で使用できます。

ステップ 3: 接地グリッドをレイアウトする

接地グリッドは、油浸変圧器の周囲の領域を覆うように設計する必要があります。レイアウトでは、故障電流がグリッド全体に均等に分散され、ステップ電圧とタッチ電圧が安全限度内に収まるようにする必要があります。一般的なレイアウトは、垂直ロッドが角と側面に沿って配置された長方形または正方形のグリッドです。次に、水平導体が接続されて連続ネットワークを形成します。

ステップ 4: 接地抵抗を計算する

接地グリッドのレイアウトが決定したら、接地抵抗を計算する必要があります。接地抵抗の計算には、グリッドの幾何学的パラメータや土壌抵抗率に基づく簡略化された式など、いくつかの方法が利用できます。コンピュータベースのソフトウェアを使用して、接地電極と土壌の間の複雑な相互作用を考慮に入れて、より正確な計算を実行することもできます。

ステップ 5: 設計を検証する

接地抵抗を計算した後、設計が接地要件を満たしていることを確認するために検証する必要があります。これには、ステップ電圧とタッチ電圧、接地電極の温度上昇、および最大故障電流を処理するグリッドの能力をチェックするための追加の計算またはシミュレーションの実行が含まれる場合があります。設計が要件を満たしていない場合は、レイアウト、接地電極の数、または導体の種類を調整する必要があります。

油入変圧器に関する特別な考慮事項

油漏れ

油浸変圧器には絶縁油が充填されており、時間の経過とともに絶縁油が漏れる可能性があります。油漏れが発生した場合、油が変圧器の周囲の土壌を汚染し、接地網の性能に影響を与える可能性があります。これを防ぐには、接地グリッドを油やその他の汚染物質に耐性のあるように設計する必要があります。接地電極と導体を油による損傷から保護するために、特別なコーティングまたは材料を使用できます。

雷保護

油浸変圧器は落雷に弱いです。接地グリッドは、雷電流が大地に流れる安全な経路を提供するために、雷保護システムと統合される必要があります。これには、変圧器またはその周囲の構造物に設置された避雷針または他の避雷装置に接地グリッドを接続することが含まれる場合があります。

結論

油入変圧器の接地グリッドの設計は、さまざまな要素を慎重に考慮する必要がある複雑なプロセスです。接地の重要性を理解し、土壌の抵抗率、故障電流、変圧器の定格を考慮し、適切な設計手順に従うことで、信頼性が高く安全な接地グリッドを設計できます。

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参考文献

• IEEE Std 80 - 2013、AC 変電所接地における安全性に関する IEEE ガイド
• IEC 60364 - 5 - 54:2011、建物の電気設備 - パート 5 - 54: 電気機器の選択と設置 - 接地設備と保護導体
• ANSI/IEEE C62.11 - 2012、AC 電源回路用金属酸化物避雷器に関する IEEE 規格