ガス絶縁開閉装置（GIS）とは何ですか？

ガス絶縁開閉装置（GIS）これは、コンパクトな金属製筐体に収められた電気開閉装置の一種です。

主要な導電部品はすべて、絶縁ガスが充填された加圧環境内に密閉されています。その小型さゆえに、従来の空気絶縁開閉装置（AIS）とは大きく異なります。この技術により、変電所の規模を従来のAISと比較して最大90%削減することが可能です。

従来、主な絶縁ガスは六フッ化硫黄（SF₆）でした。しかし、業界は現在、より環境に優しい選択肢へと急速に移行しています。使用するガスの種類に関わらず、ガス絶縁開閉装置はあらゆる電力システムに必要な基本機能を備えています。

• 電力の流れを制御するため。
• 電気機器を故障から保護するため。
• 保守のために回路を隔離するため。

GISの仕組み

ここでは、ガス絶縁開閉装置（GIS）の有効性を高める上で絶縁ガスが果たす2つの重要な役割、すなわち絶縁とアーク消弧について見ていきます。

優れた絶縁耐力

絶縁耐力とは、材料が破壊されることなく耐えられる電圧のことである。

GISで使用される絶縁ガス（従来はSF₆）は、強い電気陰性度を持つ。つまり、電気放電を引き起こす可能性のある自由電子を容易に捕捉する。

この機能は、筐体内部の加圧と相まって、SF₆ガスの優れた誘電特性.

空気よりもはるかに優れた絶縁体として機能するため、導電性の部品をより安全に、より接近させて配置することができる。

電気アークを制御する

回路遮断器が故障電流を遮断する際、強力な電気アークが発生します。絶縁ガスはこのアークを消火する上で重要な役割を果たします。その仕組みは以下のとおりです。

1. 故障検出:システムの保護リレーは、過電流または短絡を検知し、遮断器を作動させるよう信号を送ります。
2. 接触分離：回路遮断器の機械的な接点が離れると、それらの間に電気アークが発生する。
3. ガス爆発：遮断器内部の機構が、高圧の絶縁ガスをアークの経路に直接噴射する。
4. アーク冷却と焼入れ：ガスはアークを急速に冷却し、その熱エネルギーを吸収する。また、その負電荷の性質により、イオン化した粒子が再び集まり、アークが消えて電流が停止する。
5. システム分離：回路は安全に電源が遮断され、開回路状態になりました。

中電圧ソリューション

ガス絶縁開閉装置（YRM6-12/24）

• 完全密閉設計：完全な環境遮断を実現するため、SF6ガスを充填したステンレス製ガスタンク。
• コンパクトな設置面積：上部拡張機能を備えたモジュール設計で、スペースが限られたプロジェクトに最適です。
• 極めて高い信頼性：高地、高湿度、腐食性環境下でも安定した性能を発揮します。
• コンプライアンス：長期的な電力安定性に関する国際IEC規格を満たすように設計されています。

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GISエンクロージャー内部

ガス絶縁開閉装置は、高度に統合されたモジュール式システムです。複数の主要な機能ユニットが、密閉された筐体内部にまとめて収容されています。

GISベイ内には、通常、以下の主要コンポーネントが含まれています。

• 回路遮断器：通常電流および故障電流を遮断するための能動素子。
• 遮断器（アイソレーター）および接地スイッチ：メンテナンス作業のための安全な隔離空間を確保するため、また隔離された区画を確実に接地するために使用されます。
• バスバー：配電盤の異なる区画間で電力を伝送する主要な導体。
• 計器用変圧器（CTおよびVT）：電流変圧器と電圧変圧器は、計測、監視、および保護リレー用の信号を供給する。
• 密閉型金属筐体：接地されたアルミニウムまたは鋼鉄製の筐体には、すべての活電部と絶縁ガスが収容されており、作業者の安全を確保するとともに、機器を環境から保護する。
• ガス監視システム：ガス密度と圧力を継続的に監視し、潜在的な漏洩をオペレーターに警告する重要な安全装置。

GISとAISの比較

ガス絶縁開閉装置の価値を理解するには、空気絶縁開閉装置と直接比較することが有効です。GISは信頼性とメンテナンスの面で大きな利点がありますが、初期費用が高くなります。

GISのより環境に優しい未来

現代のガス絶縁開閉装置技術における最大の変化は、環境問題への対応としてSF₆ガスから別のガスへの移行が進んでいることである。

SF₆環境チャレンジ

SF₆は工業用ガスとして非常に優れた性能を発揮する一方で、科学的に知られている中で最も強力な温室効果ガスでもあります。その地球温暖化係数（GWP）はCO₂の24,000倍以上です。また、大気中に3,000年以上も残留する可能性があります。

EUのFガス規制のような厳しい環境規制は、この変化を加速させている。大手メーカー各社はSF₆フリーのソリューションを開発している。これらのソリューションは、環境への悪影響を軽減しながら、同等の性能レベルを維持することを目指しています。

環境に優しい代替案をご紹介します

環境に優しい新世代の断熱ガスが現場で使用され始めています。これらのガスは、従来と同等の性能を持ちながら、環境負荷を大幅に低減します。

現在、主要な選択肢として挙げられるのは以下のとおりです。

• g³（グリーンガス・フォー・グリッド）：フルオロニトリルをベースとしたガス混合物で、SF₆と比較して地球温暖化係数（GWP）を99%以上削減する。
• 乾燥空気／CO₂混合物：これらは、精製された空気、窒素、二酸化炭素を断熱材として使用することで、地球温暖化係数（GWP）ゼロのソリューションを提供する。
• フルオロケトン系混合物：地球温暖化係数（GWP）を大幅に削減できる、もう一つの合成ガス。

これらの技術はもはや試験段階にとどまらず、電力会社は新しいGIS設備への天然ガスの利用やその他のSF6フリーの選択肢など、新たなプロジェクトで積極的に活用している。

必須のGISアプリケーション

ガス絶縁開閉装置の独自の利点により、さまざまな重要な用途において、最良の選択肢、場合によっては唯一の選択肢となります。

• 都市部の変電所：土地が非常に高価であったり、入手が困難な地域では、GISの小型化が不可欠となる。
• 洋上風力発電所と沿岸地域：密閉された筐体は、塩分を含んだ空気や湿気から機器を完全に保護し、過酷な海洋環境下でも機器の信頼性を維持します。
• 地下および屋内設置：GISは、地下室、トンネル、または安全性と限られたスペースが最優先事項となる建物内の変電所において、非常に有効に機能します。
• 工業施設：粉塵や化学物質による汚染がひどい場所では、密閉設計により汚染物質の侵入を防ぎ、安定した動作を維持します。
• 水力発電所：これらは、スペースが非常に限られている山の中や洞窟の中に建てられることが多い。

結論：GISの永続的な価値

ガス絶縁開閉装置は、小型、高信頼性、優れた安全性、低メンテナンス性といった主要な強みによってその価値を証明してきました。SF₆ガスからの脱却により環境負荷を低減するための技術革新が進む一方で、その基本設計は現代の電力網の基盤であり続けています。

GISは、強力でスペース効率の良い電力インフラを構築するために不可欠です。混雑した都市部に再生可能エネルギーを導入し、スイッチギア技術の未来優れた業績と高まる環境基準とのバランスを取る。