低電圧ネットワーク

低電圧ネットワークまたは二次ネットワークは、配電変圧器から最終顧客の電気メーターに電気エネルギーを運ぶ電力配電の一部です。二次ネットワークは、通常、電気機器の主電圧と同じ低電圧レベルで動作します。

現代の二次ネットワークのほとんどは、交流定格電圧 100～127 ボルトまたは 220～240 ボルト、周波数 50 ヘルツまたは 60 ヘルツで運用されています (国別の主電源を参照)。動作電圧、必要な相数 (三相または単相)、および必要な信頼性によって、ネットワークのトポロジと構成が決まります。最も単純な形式は、変圧器から顧客敷地までの放射状のサービス ドロップラインです。低電圧放射状フィーダは、複数の顧客に供給します。信頼性を高めるために、いわゆるスポット ネットワークおよびグリッド ネットワークは、複数の配電用変圧器および供給経路から顧客に供給します。電気配線は、架空送電線、空中または地下の電力ケーブル、またはそれらの組み合わせ によって実現できます。

電力配電システムは、顧客に信頼性が高く高品質の電力を供給するように設計されています。最も一般的な配電システムは、架空、地下、またはその組み合わせの単純な放射状回路（フィーダー）で構成されています。配電変電所から、フィーダーは最終顧客に電力を運び、中電圧レベル（通常5〜35 kV）で動作する中電圧または一次ネットワークを形成します。フィーダーの長さは数キロメートルから数十キロメートルです。指定された配電エリア内のすべての顧客に電力を供給する必要があるため、割り当てられた通路に沿って曲がったり分岐したりすることがよくあります。^{[1] [2]}変電所は通常、3〜30のフィーダーに電力を供給します。^[要出典]

配電用変圧器または二次変圧器は、フィーダーに沿って設置され、媒体からの電圧を、最終消費者が直接消費するのに適した低電圧レベル（主電圧）に変換します。^[3]通常、農村部の一次フィーダーは、広い地域に広がる最大50台の配電用変圧器に電力を供給しますが、^[4]構成によって数字は大幅に異なります。配電用変圧器は、電柱上、地下室、または指定された小さな区画に設置されます。^[2]これらの変圧器から、低電圧または二次ネットワークが分岐し、電気メーターを備えた顧客敷地内の顧客接続に接続します。^[3]

低電圧ネットワークのレイアウトと設計の違いのほとんどは、主電源の定格電圧によって決まります。ヨーロッパや世界のほとんどの国では220～240Vが主流ですが、北米では120Vが標準です。^[5]

ANSI規格C84.1では、サービスポイントの電圧範囲の許容範囲として+5%、-2.5%を推奨しています。^[6]北米の低圧ネットワークは二次接続が最長250フィート（80m）と非常に短いのに対し、欧州の設計では最長1マイル（1,600m）まで到達します。そのため、北米の配電用変圧器は消費者の近くに設置する必要があり、サイズも小さくなっています（25～50kVA）。一方、欧州の配電用変圧器はより広いエリアをカバーできるため、定格も高くなっています（300～1000kVA）。欧州の設計では、遠隔地の農村地域のみが単相変圧器で供給されています。^[5]

低電圧は最も幅広いエンド ユーザーに電力を供給しているため、電気製品を使用する消費者の安全と感電に対する保護が設計上のもう 1 つの主な懸念事項です。アースシステムは、ヒューズや残留電流装置などの保護装置と組み合わせて、最終的に、人の電位 (絶縁マットを使用しない限り、接地電位に等しい) に対する相対電位が「安全」しきい値 (通常は約 50 V に設定) を超える金属物体に人が接触しないようにする必要があります。

放射状動作は、MVネットワークとLVネットワークの両方で最も普及している最も経済的な設計です。ほとんどの顧客に十分に高い信頼性とサービス継続性を提供します。^[7]アメリカの（120 V）システムでは、顧客は一般的に星型トポロジーの比較的短いサービス引込線を 介して配電用変圧器から直接供給されます。240 Vシステムでは、顧客は架空送電線、空中または地中送電ケーブル、またはそれらの組み合わせによって実現される複数の低電圧フィーダによってサービスを受けます。架空ネットワークでは、サービス引込線はポールの上から屋根の接続部まで引き込まれます。ケーブルネットワークでは、必要な接続と保護デバイスはすべて、通常、パッドマウントキャビネットに配置されますが、マンホールが配置される場合もあります（埋設されたT字型ジョイント接続は故障しやすい）。

短絡電流には遮断する必要のある経路が 1 つしかないため、放射状ネットワークの電力システム保護は設計と実装が簡単です。短絡保護と過負荷保護の両方にヒューズが最も一般的に使用されますが、特殊な状況では低電圧回路ブレーカーが使用されることもあります。

スポットネットワークは、重要な顧客への供給の信頼性の向上が求められる場合に使用されます。低電圧ネットワークは、単一のサイトで2台以上の配電用変圧器から供給され、それぞれが異なるMVフィーダ（同じまたは異なる変電所から発生する）から給電されます。変圧器は、二次側でバスまたはケーブルで接続され、並列バスまたはコレクタバスと呼ばれます。並列バスには通常、他のネットワークユニットへの接続ケーブル（リーチ）がありません。この場合、このようなネットワークは分離スポットネットワークと呼ばれます。接続ケーブルがある場合は、リーチ付きスポットネットワークと呼ばれます。場合によっては、二次スイッチギアの障害を分離してサービスの損失を制限するために、バスセクション間に高速動作の二次バスタイブレーカーを適用することがあります。^[8]

スポットシステムは、ビジネス街、大規模病院、小規模産業、給水システムなどの重要施設など、負荷密度の高いエリアによく適用されます。^{[8]通常動作では、エネルギー供給は両方のプライマリフィーダーによって}並列に提供されます。いずれかのプライマリフィーダーが停電した場合、対応するスポット変圧器の二次側のネットワーク保護デバイスが自動的に開き、残りの変圧器はそれぞれのプライマリフィーダーを通じて供給を続けます。並列バスで短絡が発生した場合、またはプライマリ供給が完全に失われた場合にのみ、顧客はサービスを受けられなくなります。低電圧ネットワークの障害はヒューズまたはローカル回路ブレーカーによって処理され、影響を受ける負荷のみがサービスを受けられなくなります。^[8]

グリッドネットワークは、複数の場所にある配電用変圧器を介して複数の一次給電線から電力を供給される、相互接続された回路のグリッドで構成されています。グリッドネットワークは、通常、大都市の中心部に見られ、接続ケーブルは通りに沿って地下導管に敷設されています。多数のケーブルにより、グリッド内のすべての変圧器からすべての負荷への複数の電流経路が可能になります。^[9]

スポットネットワークと同様に、ネットワークプロテクターは、プライマリフィーダーの障害から保護し、障害電流がグリッドからプライマリフィーダーに伝播するのを防ぐために使用されます。^{[10]個々のケーブルセクションは、両端の}ケーブルリミッターで保護される場合があります。これは、非常に高速な短絡保護を提供する特殊なヒューズです。ケーブルリミッターにはアンペア定格がなく、過負荷保護には使用できません。その唯一の目的は、障害を分離することです。短絡状態が高い場合、リミッターが飛んで障害のあるケーブルを遮断し、影響を受けていないケーブルが負荷を引き継いでサービスを提供し続けます。^[11]プライマリフィーダーの停電、および以前の障害のために解除されたリミッターとネットワークプロテクターは、簡単に検出できない負荷フローの変化を引き起こすため、それらの状態を定期的に検査する必要がある場合があります。固有のシステム冗長性により、通常、顧客が停電を経験することはありません。^[12]

• アースシステム
• 分相電力

• 「ANSI C84.1 電力システムおよび機器 - 電圧範囲」。2011年。 2017年9月21日閲覧。
• Beaty, H. Wayne (1998)。『電力配電システム: 非技術ガイド』。PennWell Books。pp. 82– 。ISBN 978-0-87814-731-1。
• Behnke, Michael; Soudi, Farajollah; Feero, William; Dawson, Douglas (2005)。「二次ネットワーク配電システムの背景と分散リソースの相互接続に関する問題」(PDF)。国立再生可能エネルギー研究所。
• Cugnet, Pierre (1997)。「2. 電力配電システム」。ブートストラップ法を使用した配電システムの電力消費の信頼区間推定 (博士論文)。バージニア工科大学および州立大学。hdl :10919/36841。
• クッシー、フランク（1986 年 12 月 8 日）。低電圧配電および制御の設計の基礎。CRC プレス。ISBN 978-0-8247-7515-5。
• ロイド、リチャード E. (2004)。電気配線とその他の配線方法。Cengage Learning。ISBN 1-4018-5183-5。
• ショート、トーマス・アレン（2005年）。電力配電設備とシステム。CRC Press。ISBN 978-1-4200-3647-3。
• ウォーン、DF（2005年6月2日）。ニューネス電力技術者ハンドブック。エルゼビア。ISBN 978-0-08-047969-9。