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老朽化した電力インフラに対処するためのベスト プラクティス
1兆ドルの連邦政府を制定することによって11月、米国政府は老朽化した米国の送電網に一縷の希望を与えた「本当にアップグレードする必要がある第三世界の電力システム」として。
米国本土 48 州には、7,300 か所以上の発電所、約 16 万マイルの高圧送電線、さらに数百万本の低圧送電線と配電変圧器を備えた世界最大級の電力インフラがあり、すべて 1 億 4,500 万の顧客にサービスを提供しているとのこと。全国送電網は、大きく独立した 3 つの「相互接続」に分割されており、米国の東部と西部、カナダの一部、およびテキサスにサービスを提供しています。
配電システムの多くは屋外に存在し、あらゆる極限環境にさらされています。によると、2021 年にテキサス州で大規模な冬の嵐が発生し、450 万人の顧客が停電しました。。この惨事は、長年の放置によって電気システムがどのように風雨に対して脆弱になるかを示す一例にすぎません。
アップグレードが増えると需要も増える
国の電力インフラに対するもう1つの潜在的な負担は、クリーンエネルギーに対する国家的な推進です。これは、電気自動車インフラの拡張を含む、これまでで最大の投資を意味します。によると米国エネルギー省、米国には現在、バッテリー式電気自動車およびプラグインハイブリッド車用の公共充電ステーションが約 44,000 か所あります。しかし、新しい法律では、2030 年までに 500,000 か所の充電ステーションを目標として、10 倍以上に増やすことが求められています。各バッテリー電気自動車には、送電網のアップグレードにさらに 1,100 ドルが必要となり、送電網への投資総額は合計 250 億ドル以上になると推定しています。
多くの充電ステーションでは自動化とスマート テクノロジーの強化が必要となるため、将来の電力需要と、この新しいインフラが混乱の影響をどの程度受けやすいかを予測するのは困難です。
混乱は依然として現実にある
この新しい送電網がどのように形づくられるとしても、現在米国で電力を供給する基本的な方法により、電力急増が継続的な懸念となっています。これは、米国の送電網が需要の増減に応じて「ジャストインタイム」で電力を供給するため、送電網の供給量とユーザーの需要がほぼ等しいバランスが保たれているためです。供給を調整するために必要なグリッドの切り替え量により、重大な電気障害が発生する可能性があります。
今日の米国では基本的な電力供給方法により、電力急増が継続的な懸念となっています。
「過電圧」スパイクとも呼ばれるサージは、住宅、商業、産業、製造施設内の電子機器に損傷を与えたり、破壊したりする可能性があります。外部サージは、系統切り替えに加えて、風による接触、その地域での重機の使用、落雷によって発生する可能性があります。
実際、によると、米国における落雷に関連する保険金請求件数は 2017 年から 2019 年の間に減少しましたが、照明関連の保険金請求総額は 11% 増加し、2019 年には総額 9 億 2,010 万ドルになりました。考えられる理由の 1 つは、スマート ホーム テクノロジーの出現により、電力サージによって損傷する相互接続された電子機器が増加していることです。
問題のある屋内サージ
潜在的な損傷の原因は外部サージだけではありません。電力専門家は、電力サージの 60 ～ 80% は建物内の問題の結果であると推定しています。によると、IBM が 49 都市の監視対象施設を対象に行った調査によると、監視対象施設では毎月平均 128.3 件の電力関連の障害が発生しており、これは 1 日に 4 回以上の電力サージが発生しています。特に産業施設内では、デバイスやモーターの電源が日中常にオン/オフされます。
数十億ドルの損害賠償の可能性
電力サージはミリ秒単位で測定されますが、電子機器に重大な損傷を引き起こすにはこれだけで十分です。大量生産を行うメーカーの場合、電力サージによる損傷により生産が中断され、サプライチェーンに多大な費用がかかる遅延が生じる可能性があります。火災、生産中断、米国労働安全衛生局 (OSHA) による申し立て、データ損失、ダウンタイムを引き起こす電力品質の問題により、産業上の損失は数十億ドルに達する可能性があります。
さらに悪いことに、サージ現象による損害は本質的に財産保険でカバーされません。によると。緊急修理、在庫の破損、機器の交換など、そのような事態に伴う損失も自動的に補償されるわけではありません。電力サージから保護するには、保険契約に対する特定の承認が必要です。
サージプロテクターは高度な保護を提供します
ヘアドライヤーやポータブルヒーターを差し込んで家のブレーカーを落としたことがある人なら、電気安全装置の概念はよく知っているはずです。ただし、従来のヒューズや回路ブレーカーは、アクセス コントロール パネル、監視システム、データ ネットワーク、AV 機器などの敏感な電子機器を過電圧スパイクから保護するように設計されていません。このためには、専用のサージ保護デバイス (SPD) が必要です。
つまり、あらゆる電気経路に SPD を配置することは、外部電源によるものであれ、内部電源によるものであれ、潜在的な電力サージから重要な電気機器を保護するための最も徹底したアプローチです。
電力は安全に転用されます
基本原理は、電力サージは 2 つの接触点間の経路をたどるということです。言い換えれば、電流には出入りする場所が必要です。 SPD は電気安全ゲートとして機能し、過剰な電圧を遮断し、接地線を介して安全に迂回させます。これは、電気は常に地面への抵抗が最小の経路をたどるためです。
SPD は、特定のしきい値を超える過電圧サージを故障することなく回避するように設計されています。定格は、数千アンペアから 400 キロアンペア (kA) 以上までさまざまです。ちなみに、平均的な落雷では約 20kA の電流が発生し、極端な場合は 200kA 以上に達します。
多層設計が最も効果的
電気障害や電力スパイクは複数の発生源からさまざまなレベルで発生する可能性があるため、サージ保護技術は多層的なアプローチで最も効果的に機能します。サージ保護コードと推奨事項では、SPD の特定の「タイプ」について言及することがよくあります。 「タイプ 1」 SPD は、降圧変圧器が供給電圧を供給した後、引き込み口の線路側または負荷側に恒久的に設置されます。 「タイプ 2」の SPD は、電流制限装置の後に引き込み口の負荷側に恒久的に取り付けられます。 「タイプ 3」の SPD は、引込口パネルから 30 フィート以上離れた場所に設置され、使用場所の近くに恒久的または一時的に設置できます。
さらに、その建物に入るすべての信号システム回路に SPD を必要とします。これにより、落雷やその他の電気障害にさらされた場合に特に脆弱になる可能性がある外部配線や外部アンテナから火災警報システムを保護します。
ベスト プラクティスのアプローチ
ほとんどのサージ保護戦略は外側から内側に向かって機能します。最初の層では主電源からのサージを遮断します。建物や施設全体を保護するにはそれで十分だと考える人もいるかもしれません。ただし、システムには火災警報パネル、ATM、POS デバイスなど、他の電気経路も存在します。これらのケーブル上の電力サージは、一次電気システムにも伝わる可能性があります。
ほとんどのサージ保護戦略は外側から内側に向かって機能します。
電圧がケーブルに到達すると両方向に伝わる可能性があるため、最良の方法はケーブルまたは配線の両端に SPD を取り付けることです。たとえば、外部セキュリティ カメラを設置する場合、カメラの近くに SPD があり、電源の近くにもう 1 つの SPD が存在します。それぞれが経路の両端で障害物のように機能し、電力サージが接地以外の場所に流れるのを防ぎます。
外部電力サージが発生した場合、建物全体の複数のサージ保護装置が完全にカバーし、過電圧を安全に迂回します。この戦略は建物内でも機能します。施設全体のケーブル配線に沿って複数のサージプロテクターを配置すると、内部サージを遮断し、損傷を防ぐことができます。
もっと小さい規模で言えば、t同じアプローチが住宅やアパートにも当てはまります。 「家全体」の保護では、街頭からの主電源供給だけでなく、盗難警報器、ビデオ監視システム、HVAC システムなどの主要な内部接続ポイントにもサージ保護を配置します。
電力がある場合は、機器を保護する必要があります
米国の電力インフラ改善への取り組みには期待が持てる。米国が再生可能エネルギーへの移行に成功した場合、今後数十年間にどのようなイノベーションが生まれるかは誰にもわかりません。ただし、電線が地面、電柱、建物の中を蛇行している場合、サージやスパイクの影響を受けやすくなります。そのため、企業や住宅所有者は、混乱が長期にわたって続くという現実に備えるのが賢明でしょう。
Derrick Berg は、DITEK Corporation のフィールド セールス エンジニアです。直接販売と間接販売の両方で 25 年以上の経験を持つバーグ氏は、コンピュータ/IT サービス、ビジネス セキュリティ、サイバーセキュリティ業界で働き、地方レベルと全国レベルの両方で販売チームを訓練してきました。バーグはアメリカ陸軍の退役軍人で、ビンテージ スポーツ カーの収集と製作、旅行を楽しんでいます。彼は妻のジンジャーとともにテキサス州マーフィーに住んでいます。