製品紹介

安定した電力供給を支える新形故障区間検出装置の開発

安定した電力供給を支える新形故障区間検出装置の開発

製品紹介■ 早坂秀一

Shuichi Hayasaka

1■ 楢木陽一

Yoichi Naraki■ 梶田聡

Satoshi Kajita

はじめに東京電力パワーグリッド株式会社（以下，東電 PG）

33.1■ 清水俊博■ 松本

Toshihiro Shimizu

崇志

Takashi Matsumoto

新形光 CT 付気中断路器
新形断路器の概要

における気中絶縁方式の変電所にて使用されている故従来形およびポリマーがい管を用いた新形断路器の諸障区間検出装置は，1990 年に実運用を開始し，現在元を表 1 に示す。新形断路器には光 CT とがい管を組み

154 kV・66 kV 合わせて約 400 台が稼働中である。配合わせる技術を有する RPC GmbH 注 1）製のポリマーがい

電用変電所においては，母線事故時に遠方監視制御装置

管を採用した。このポリマーがい管を光 CT ユニットに組（以下，テレコン）が持つ自動切替機能に故障区間検出み込んだ THR5CT2-LGP を図 2 に示す。

装置の判定結果を取り込み，健全区間を自動復旧させて表 1 新形断路器の諸元いるため，配電用変電所の構内事故時の早期復旧に必要不可欠な装置である。

形式

今回，光 CT をがい管に取り付けた場合でも超重汚損

従来形

新形

THR5CT-LGP

THR5CT2-LGP

地区にも対応できるよう，汚損性能が高いポリマーがい

定格電圧

72 kV

管を選定し，光 CT と組み合わせた新形光 CT 付気中断

定格電流800, 1,200, 2,000 A路器（以下，新形断路器）を開発した。本稿では，その定格短時間耐電流

20, 25, 31.5 kA（2 秒）

汚損区分

超重汚損地区
重汚損地区（0.12 mg/cm 2 以下）（0.35 mg/cm 2 以下）

断路器と従来型から大幅に小型化した検出盤にて構成される故障区間検出装置について紹介する。

2故障区間検出装置概要

主回路端子接続位置（接触部）

断路器導電部架線

母線事故時に故障区間を判定する当装置は，光ファイ架線

バ内蔵ポリマーがい管および光電流センサを組み合わせた気中断路器・検出盤・信号伝送用光ファイバケーブルから構成される（図 1）。
同装置は母線事故発生時，光電流センサで検出した事
故電流は光ファイバケーブルを介して検出盤まで伝送さ支持がいし（SP-1150A）

ポリマーがい管光 CT ユニット

れ，検出盤で信号処理およびリレー判定を行い，故障区間操作がいし（SP-1150A）が判定される。母線事故の判別区間の一例を図 1 に示す。

電動操作装置

図 2 新形断路器

3.2

新形断路器のコンセプト（1） 既設機器との互換性
新形光 CT ユニットは既設機器に合わせて，支持がいし・操作がいしが SP-1150 A となる場合の高さにし，主回路端子接続位置が既設機器と同じになるようにした。
（2） 頂部変位の抑制
地震により導電部の接触部が離脱しないよう，がいし・がい管の頂部変位の抑制が必要となる。新形光 CT
ユニットでは，ポリマーがい管の胴径を大きくするな
ど，内部 FRP（繊維化樹脂）部の強度を上げることで，
図142

装置構成および母線事故の判別区間の一例

東光高岳技報 No.11 2024

頂部変位を抑制した。

安定した電力供給を支える新形故障区間検出装置の開発

3.4（3） 汚損区分
新形断路器は超重汚損地区でも適用可能にした。適用

新形断路器の評価

ポリマーがい管単体での評価完了後，新形断路器に組み込み JEC-2310:2014 形式試験・参考試験を実施し，規格汚損区分の比較を表 2 に示す。
表2を満足していることを確認した。試験項目を表 6 に示す。

適用可能汚損区分比較表

なお，実加振試験では JEAG 5003-2019 注 2）における適用可能範囲
汚損区分

一般

軽汚損

中汚損

重汚損

超重汚損

塩分付着密度（mg/cm 2）

0.01

0.030.06

0.120.35

従来形

設計基準波“2 倍レベルの加速度応答スペクトル波形”を用いて試験を実施し，加振時の頂部変位およびその他の部位の耐震性能を評価した。供試器の試験状況および加振テーブル入力波形を図 3，図 4（1）に示す。

新形3.3

表 6 新形断路器

ポリマーがい管の評価

ポリマーがい管の仕様比較を表 3 に示す。当社製の
気中断路器にポリマーがい管を採用することは初めてであるため，JEC-5202:2019 に規定された試験を実施し，

形式試験

新形光 CT ユニットおよびポリマーがい管が，いずれも規格を満足していることを確認した。実施した試験項目を表 4 に示す。その中の一例として人工汚損試験における供試器の状況を表 5 に示す。
表3

参考試験

がい管仕様比較一覧表
従来形材質

製品紹介

胴体構造検査2

絶縁抵抗測定3

商用周波耐電圧試験4雷インパルス耐電圧試験

5主回路抵抗測定

6開閉試験

7端子荷重試験8温度上昇試験9

短時間耐電流試験

10

耐用性能検証連続開閉試験

11

耐震試験（実加振試験）

新形樹脂（シリコン）色

白

ライトグレー

胴径φ105 mm

φ140 mm表41樹脂（FRP）

磁器

笠・表皮

試験項目一覧

供試器

新形光 CT ユニット試験項目一覧

光 CT ユニット

1構造検査

2

絶縁抵抗測定3

商用周波耐電圧試験（乾燥，注水）4

雷インパルス耐電圧試験

5可視コロナ試験

6

ポリマーがい管の試験

1

硬度試験

架台

加振テーブル7

水分拡散試験

ポリマーがい管

2

紫外線照射試験

8

曲げ試験

3

塩霧試験

9

寸法検査

4

難燃性試験

5

吸湿試験

10

把持金具と外被の界面の検査

6

界面と把持金具接合部の試験

11

外観検査

12

人工汚損交流耐電圧試験

表 5 人工汚損試験における供試器の状況
試験開始時

図 3 供試器の試験状況（試験場所：株式会社日本海洋科学）（a）模擬地震動波形

汚損耐電圧到達時 フラッシオーバ時

図

電圧0 kV

約 69 kV

約 100 kV

状況

供 試 器に 砥 の 粉を塗布することで撥 水 効 果を低 減させた。

アークは発生しているが，フラッシオーバは起こっていない。

フラッシオーバは
汚 損 耐 電 圧目標
値 より高 い 電 圧で起こった。

（b）加速度応答スペクトル波形

図 4 加振テーブル入力波形（参考文献（1） 80 頁第 3-2-5 図より引用）
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43

製品紹介

安定した電力供給を支える新形故障区間検出装置の開発様としている。故障区間を検出した際の判定結果はテレコ

4検出盤

4.1

検出盤概要

ンを経由し上位システムに通知されるようになっている。
図 5 に従来型装置と当装置（今回開発装置）の外形比較，図 6 に検出盤の外観を示す。

（1） 構造当社で製作しているディジタル処理ユニットを使用した故障区間検出装置（以下，従来型装置）をベースと4.2して，狭い制御室内に設置可能なように東電 PG からの（1） 検証試験

指定寸法以下まで従来型装置（幅 350 ×高さ 2,460 ×奥行 450 mm）を小型化（幅 500 ×高さ 1,150 ×奥行

検出盤性能の検証試験

検出盤の性能を確認するための検証試験を実施した。
検出盤における装置性能の準拠規格は，電力用規格
B-402，関連する JEC 規格および東電 PG の保護・制御250 mm）した（図 5）。
今回開発した装置はキャビネット形とし，各ユニットは盤規格を参照している。また，光 CT に関連した規格は内部に扉式の固定板を設けて実装する構造を採用した。

公的規格にないため，従来型装置からの踏襲，または性検出盤の小型化にあたっては，判定ユニット・光電変換ユニットは従来型装置のものをそのまま流用し，電源ユニットは盤の寸法に合わせて小型にしたものを新規に能を考慮して決定した値を基準としている。
図 7 に振動試験風景，図 8 にイミュニティ試験風景を示す。

製作している。
また，部品配置の最適化やユニットの実装方法を水平

右：装置異常赤置きから縦置きにするなどの工夫により，目標の大きさ

左：制御電源緑の筐体に各ユニット・部品を内蔵させることができた。
（2） 扉部の LED 表示灯
検出盤は制御電源開閉器と故障表示部を内部に実装している。運用・保守を考慮した際，正面扉を開けずに運転状態を把握できる利点があることから，現地で確認が必要となる装置異常 LED（赤色）と，制御電源の投入状態を示す制御電源 LED（緑色）を正面扉に実装した。
（3） 判定機能
故障区間判定機能の中で，母線故障を検出するリレー方式および故障区間を決定する判定ロジックは既設品と同従来型装置

当装置（今回開発装置）（a）正面扉を閉めた状態

電源ユニット

判定ユニット

光電変換ユニット（裏側）（b）正面扉を開けた状態

図544

従来型装置と当装置の外観比較

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図 6 検出盤の外観安定した電力供給を支える新形故障区間検出装置の開発

5

製品紹介

おわりに

本製品の初号機は東電 PG の木有戸変電所（茨城県筑西市）にて運用を開始されており，今後電力の安定供給に寄与できることを期待している。
今回の開発により，光 CT がついたポリマーがい管を用いた断路器でも従来形と遜色なく使用できる技術を確立した。その過程において，断路器をはじめ，他のがいしを使った電力機器へポリマーがい管を適用するための知見を高めることができた。この知見を活かした他製品への展開も検討していきたい。
■語句説明

図7

振動試験風景注 1） R PC GmbH：Reinhausen Power Composites
GmbH の略。ドイツのレーゲンスブルクにある，高電 圧 用 複 合 絶 縁 体 の メ ー カ。Reinhausen グ ル ープ（※） に属しており，FRP 巻線技術を用いた電力工学，医療工学向けの製品を得意としている。
※R einhausen グループ：Maschinenfabrik ReinhausenGmbH を中心としたグループ。ドイツのレーゲンスブ
ルクを拠点に，37 支社および関連会社 6 社を持つ機器メーカで構成される。高電圧設備を中心に，センサや通信技術など，幅広い分野の製品・技術を扱っている。
注 2） JEAG：電気技術指針（Japan Electric AssociationGuide）の略。JEAG 5003-2019 は「変電所等における電気設備の耐震設計指針」であり，変電所等において地震被害により電力の供給に重大な支障をきたさないようにまとめられた設計指針である。
図8

イミュニティ試験風景（2）試験結果
一連の試験の結果は良好であり，すべての項目で判定■参考文献（1） JEAG 5003-2019「変電所等における電気設備の耐震設計指針」一般社団法人日本電気協会発変電専門部会（令和 2 年 1 月 20 日第 4 版発行）基準を満たすことを確認した。
表 7 に検出盤試験項目一覧を示す。
表71

検出盤試験項目一覧

構造点検1213制御電源入力異常試験

形式試験

2絶縁抵抗測定3

商用周波耐電圧試験 14

故障検出特性試験

負担測定

4

雷インパルス
耐電圧試験

15A/D 変換部試験

5温度上昇試験

16機能試験

6温度性能試験17

総合動作試験

7過負荷耐量試験

18

極性試験

8耐久性試験

19誤差試験

9イミュニティ試験

20温度試験

10接点容量試験

21耐電流試験

11振動衝撃試験※項目 18～21 は光 CT に対する試験

早坂秀一

 力プラント事業本部
電第二設計部 保護制御装置設計グループ

楢木陽一

 力プラント事業本部
電第二設計部 保護制御装置設計グループ

梶田

所属

俊博

 力プラント事業本部
電第一設計部 断路器設計グループ

松本所属

聡

 力プラント事業本部
電第二製造部 断路器製造グループ

清水所属

所属

崇志

 力プラント事業本部
電第一設計部 断路器設計グループ

所属

東光高岳技報 No.11 202445