高電圧開閉装置：送配電網の近代化を実現する最新技術

SF6不使用高電圧開閉装置：規制対応を推進する持続可能な代替ソリューション

SF6段階的廃止を後押しする法規制および環境要因

世界中の規制が、企業に対して電気システムにおける六フッ化硫黄（SF6）の使用をやめるよう圧力をかけています。というのも、このガスは地球環境にとって極めて有害だからです。具体的には、大気温暖化への寄与度が通常の二酸化炭素（CO2）の23,500倍にも達します。欧州連合（EU）は先日、フロン類ガス（F-Gas）に関する規則を改訂し、2030年までにすべての新設高電圧機器においてSF6の使用を完全に禁止することを表明しました。さらに驚くべきことに、これと同様の法整備を進めている国は15カ国以上に及びます。こうした規制の動きは、多くの企業が掲げる「グリーン化」への取り組みとも一致しています。実際、電力事業者約10社のうち8社が、すでにSF6代替技術の検討を始めています。これは、規制違反時に科せられる莫大な罰金（昨年のPonemon Instituteの調査によると、一件あたり最大74万ドルにもなるとのことです）を回避するためです。環境面から考えれば、たった1トンのSF6が漏洩した場合の温暖化効果は、50台の自動車が1年間に排出する温室効果ガスの総量に相当します。つまり、気候変動への影響低減を真剣に考える送配電事業者にとって、環境に配慮した開閉器（スイッチギア）ソリューションの導入は、もはや絶対不可欠な課題なのです。

現代の高電圧開閉装置における固体絶縁およびクリーンエア誘電体技術

性能を損なうことなくSF6を排除する、実績があり商業的に導入済みの2つの技術：

固体絶縁システムでは、導体が真空キャストポリマー材で完全に被覆されています。この設計により、ガス漏れの可能性が完全に排除され、40キロアンペアを超える短絡電流にも耐えられます。清浄空気代替技術として、メーカーは通常の大気ガスにフロロケトンと呼ばれる物質を混合します。このような混合ガスは、極めて高電圧用途に必要な優れた絶縁特性を発揮し、420 kVという極めて高い電圧下でも機器を信頼性高く運用可能にします。企業が従来のSF6ガスを用いたシステムからこうした清浄空気システムへ切り替える場合、年間で約200トン分の二酸化炭素相当排出量を削減できます。また、経済的なメリットも顕著であり、両方式とも、その全寿命にわたって保守費用を約30％削減します。これは、継続的な漏れ点検や使用済みSF6ガスの回収といった複雑なガスマネジメント作業が不要になるためであり、長期的には時間とコストの双方を節約できるからです。

都市部の欧州電力網における実世界での展開

ヨーロッパ各地の主要都市では、スペースが限られ、要求が厳しい実環境において、SF6不使用の開閉装置（スイッチギア）が実際に試験・運用されています。例えばロンドンでは、金融街の132 kV送配電網に不可欠な変電所を支えるために、フロロケトンと空気を組み合わせた「ブルーGIS」技術が導入されています。この取り組みが注目される理由は何でしょうか？それは、サービスの中断を一切引き起こさずに、SF6排出を完全にゼロにできた点にあります。一方、ベルリンでは、ドイツの厳格な大気汚染防止規制（TA Luft）を満たす「エアプラス（AirPlus）」システムが地元当局により設置されています。これらのシステムは環境基準への適合のみならず、変電所の設置面積をほぼ半減させる効果も発揮しています。また、両プロジェクトとも、1平方キロメートルあたり500 MWを超える高い負荷密度に対応しています。全体像を俯瞰すると、事業者はこうした現場のみで20年間にわたって約120万米ドルの総コスト削減が見込まれると推定しています。この金額は、カーボン税の罰則回避、保守作業費用の削減、および機器の交換時期までの耐用年数延長によるコスト低減など、複数の要因から算出されたものです。

デジタル化された高電圧開閉器：予知保全とグリッドのレジリエンスを実現

故障のコスト：計画外停電がデジタル導入を加速させる仕組み

パンオーナム研究所が昨年発表した報告書によると、公益事業会社における予期せぬ停電の平均コストは、1回あたり約74万ドルに上ります。この金額には、故障した設備の修理費用から、罰金の支払い、停電により電力を喪失した顧客への補償、サービス中断中に失われる収益に至るまで、すべての関連費用が含まれています。老朽化した設備は、依然としてさまざまな業界でこうした連鎖的障害が発生する主な原因の一つであり、企業の業務運営と地域社会の安全の両方を危険にさらしています。このため、多くの企業は予知保全技術を単に検討している段階をすでに超え、積極的に投資を始めています。こうしたシステムを導入することで、従来の「故障後に修理する」方式と比較して、保守費用を約25～30％削減できます。さらに、一部の事例では、予期せぬ停止（シャットダウン）をほぼ半減させることも可能です。業界全体では、リアルタイムデータを収集するセンサーを搭載したスマートスイッチの設置へと、明確なシフトが見られます。これにより、送配電網の安定性を確保するとともに、規制当局が定めるシステムのレジリエンス（回復力）に関する、ますます厳格化する要件にも対応できます。

IoTセンサー、エッジ分析、および高電圧開閉器システムにおけるデジタルツイン

今日の高電圧開閉装置には、IoTセンサーが内蔵されており、温度変化、部分放電イベント、機械的摩耗箇所、さらにはSF6システムを採用していない場合のガス密度レベルなど、さまざまなパラメーターを常時監視しています。これらのエッジ・アナリティクスは、装置その場で即座にデータ処理を行うため、異常をほぼ瞬時に検出し、クラウドによる遅延処理を待つことなくリアルタイムでの遮断判断が可能になります。また、「デジタル・ツイン」も本分野における画期的な技術です。これは、実際の物理法則に基づいて実機の仮想モデル（デジタル・ツイン）を構築するもので、保守担当者は、設備の稼働開始前に、熱の蓄積状況、故障の拡大経路、あるいは負荷の系統内再配分状況などをシミュレーションで確認できます。さらに、これらのモデルが予測する部品の経年劣化傾向に応じて、保守計画を最適化することができます。その結果、ほとんどのケースで設備の寿命が約40％延長され、故障の除去時間が従来手法と比べて約40％短縮され、送配電網全体の信頼性が向上し、物理的損傷やサイバー攻撃などあらゆる脅威に対してより強靭な構造を実現しています。

都市電力網および電力網強化技術向けのコンパクト型ガス絶縁開閉装置（GIS）

土地が制約される都市における省スペース型GISの採用動向

動的送電線定格（DLR）および適応型保護方式を実現するためのGIS

今日のGISプラットフォームは、単に空間を効率的に管理するだけではなく、グリッド強化技術（GETs）の基盤そのものとなっています。これらのシステムには、センサーを収容するための密閉型コンパートメントが標準装備されており、動的送電線定格（DLR）システムに必要な詳細な運用データを収集する小型IoTデバイスの設置が容易になっています。このようなDLRシステムは、導体のリアルタイム温度に加え、現在の気象条件や風速といった情報を統合することで、新たな土地取得や追加設備投資を必要とせずに、送電容量を最大で15～30％程度向上させることができます。さらに大きな利点として、GISがスマート保護機能を支える点も挙げられます。たとえば、フィーダーの再構成や分散型エネルギー資源（DER）によるアイランド運転が予期せず発生した場合など、ネットワーク構成に変化が生じると、リレーが自動的に自己調整を行います。これにより、従来の静的保護システムと比較して、故障遮断時間が大幅に短縮され、状況に応じて約40％程度の改善が見込まれます。こうした進化により、GISは単に機器を収容する設備から、グリッドの安定性維持を支える「実働力ある基盤」としての役割を果たすようになり、再生可能エネルギー源の円滑な系統連系にも道を開いています。

よくある質問

なぜSF6は電気システムから段階的に廃止されているのですか？

SF6は、二酸化炭素と比較して23,500倍もの極めて高い地球温暖化係数（GWP）を持つため、段階的に廃止されています。環境への悪影響を防ぐために、より持続可能な代替技術の採用を求める規制が強化されています。

高電圧開閉装置においてSF6を代替する技術にはどのようなものがありますか？

SF6を代替する主な技術として、固体絶縁方式およびクリーンエア誘電方式の2つがあり、いずれも環境負荷が大幅に低減されています。

予知保全システムは電力会社にどのようなメリットをもたらしますか？

予知保全システムは、保守コストを25～30％削減し、予期せぬ停電を未然に防止することで、送配電網の信頼性および運用効率の向上に貢献します。

GIS（ガス絶縁開閉装置）は現代の電力網においてどのような役割を果たしていますか？

GISは、空間の効率的な活用を支援し、動的送電線定格（DLR）やスマート保護方式の実現を可能にするため、特に都市部における送配電網の安定性および適応性を高めます。