単線アースリターン
単線アースリターン （ SWER ）または単線アースリターンは、単相送電線で、送電網から遠隔地に低コストで単相電力を供給します。その際立った特徴は、大地（または時には水域）が電流のリターンパスとして使用され、リターンパスとして機能する2番目のワイヤ（またはニュートラルワイヤ ）の必要性を回避することです。
単線アースリターンは、主に農村部の電化に使用されますが、水ポンプなどのより大きな孤立した負荷にも使用されます。また、海底電力ケーブル上の高電圧直流にも使用されます。ライトレールなどの電気単相鉄道牽引は、非常に類似したシステムを使用します。抵抗器をアースに使用して、レール電圧による危険を減らしますが、主な戻り電流はレールを流れます。
歴史
地方電化のための1925年の周りにニュージーランドのロイド・マンデノ、OBE（1888年から1973年）完全に開発SWER。彼はそれを「地球作業用単線」と呼んでいましたが、しばしば「マンデノの物干しロープ」と呼ばれていました。現在、オーストラリアとニュージーランドには200,000キロメートル以上が設置されています。安全機能とアースが正しく取り付けられていれば、安全で信頼性が高く、低コストと見なされます。オーストラリアの規格は広く使用され引用されています。カナダのサスカチュワン州など、世界中に適用されています。ブラジル;アフリカ;また、米国中西部およびアラスカ（ベテル）の一部。
動作原理
SWERは、従来のリターン電流配線がSWERの絶縁変圧器と小さな電力損失よりも多くの費用がかかるでしょう流通システムのための実行可能な選択肢です。パワーエンジニアは、均等に安全な、より信頼性の高い、低コストが、従来のラインよりもわずかに低い効率を有するようSWERを評価SWER従来の電力線の両方を経験しました。 SWERは、メンテナンスが不十分な場合に火災を引き起こす可能性があり、山火事は危険です。
電源は、最大300 kVAの絶縁トランスによってSWERラインに供給されます。この変圧器は、グリッドをアースまたはアースから分離し、グリッド電圧（通常22または33 kVの線間）をSWER電圧（通常12.7または19.1 kVの線間）に変更します。
SWER線は、その長さに沿って配電変圧器の数と、キロ数十あるいは数百のためにストレッチすることができる単一の導体です。顧客の構内などの各変圧器では、電流が送電線から降圧絶縁変圧器の一次コイルを通り、アース棒を介してアースに流れます。地球の株式から、現在は最終的に回路を完成、バックラインの先頭にあるメインステップアップ変圧器への道を見つけました。したがって、SWERはファントムループの実用的な例です。
高抵抗土壌のある地域では、土壌の抵抗はエネルギーを無駄にします。別の問題は、抵抗が不十分電流が接地棒がより高い電圧に浮遊させ、中性アースに流れ込むことを十分に高くすることができることです。自己リセット回路ブレーカーは、通常、ラインとニュートラル間の電圧差のためにリセットされます。したがって、乾燥した高抵抗の土壌では、ラインとニュートラル間の電圧差が小さくなるため、ブレーカーのリセットが妨げられる可能性があります。オーストラリアでは、土壌が非常に乾燥している場所では、接地棒をさらに深くする必要があります。アラスカでの経験から、SWERは永久凍土層の下に接地する必要があることがわかります。
ローカル変圧器の二次巻線は、地域の標準アプライアンス電圧のシングルエンド単相（N-0）または分割相（N-0-N）電力を顧客に供給し、0ボルト線は安全アースに接続されます。通常、動作電流は流れません。
大規模なSWERラインは、最大80個の配電変圧器に給電できます。トランスの定格は通常、5 kVA、10 kVA、および25 kVAです。負荷密度は、通常、ライン1キロメートルあたり0.5 kVA（マイルあたり0.8 kVA）未満です。単一の顧客の最大需要は通常3.5 kVA未満ですが、配電変圧器の容量までのより大きな負荷も供給できます。
米国の一部のSWERシステムは、継続的なニュートラルなしで構築された従来の配電フィーダーです（その一部は、地方の配電サービス用に改造された廃止された送電線でした）。このような送電線に給電する変電所には、変電所内の各極に接地棒があります。その後、ラインからの各分岐では、隣のポールとトランスを運ぶポールの間のスパンに接地導体があります（安全上の理由から各トランスに2つの接地ポイントを与えます）。
機械設計
SWERラインの適切な機械設計により、寿命コストを削減し、安全性を高めることができます。
ラインは小さな電流で、高電圧であるため、歴史的SWERラインで使用される導体は数-8亜鉛メッキ鋼フェンスワイヤました。より近代的な設備では、特別に設計されたAS1222.1高炭素鋼のアルミニウム被覆ワイヤを使用しています。沿岸地域ではアルミニウム被覆線が腐食しますが、それ以外の場合はより適しています。スパンが長く機械的張力が高いため、風による振動によりワイヤが損傷する可能性があります。最新のシステムは、ワイヤーにスパイラル振動ダンパーを取り付けます。
ポリマーは紫外線による損傷を受けやすいため、絶縁体はしばしば磁器です。いくつかのユーティリティは、より多くの電力を運ぶためにラインを簡単にアップグレードできるように、より高い電圧の絶縁体を取り付けます。たとえば、12 kVラインは22 kVに、または19 kVラインは33 kVに絶縁されます。
鉄筋コンクリートポールは、低コスト、低メンテナンス、および水害、シロアリ、菌類に対する耐性のため、SWERラインで伝統的に使用されてきました。地元の労働者はほとんどの地域でそれらを生産することができ、さらにコストを削減します。ニュージーランドでは、金属製のポールが一般的です（多くの場合、鉄道線の元レールです）。木の棒でも構いません。モザンビークでは、極はラインの下にキリンの安全な通過を可能にするために、少なくとも12メートル（39フィート）の高なければなりませんでした。
面積が落雷を受けやすい場合には、モダンなデザインは勃起する前に、彼らが構築されている極で雷のアースストラップを配置します。ストラップ配線は、落雷を集め避けるために丸みを帯びた縁部を有する低コストの避雷器となるように配置することができます。
特徴
安全性
SWERは、発電機とユーザーの両方から地面が隔離されているため、安全であると宣伝されています。他のほとんどの電気システムは、発電機または共有接地に直接接続された金属ニュートラルを使用します。
接地が重要です。 8アンペアのオーダーの大きな電流が、アースポイントの近くの地面を流れます。このポイント付近での接地電位上昇による感電の危険を防ぐために、良質の接地接続が必要です。電源と安全のために個別のアースも使用されます。接地点を複製することにより、いずれかの接地が損傷した場合でもシステムが安全であることを保証します。
良好なアース接続は、通常、地面に垂直に打ち込まれ、変圧器のアースとタンクに接着された銅張りスチールの6 mの棒です。優れた接地抵抗は5〜10オームで、専門のアーステスト機器を使用して測定できます。 SWERシステムは、エリア内にあるかもしれない衝撃的な人や動物を避けるために、メートル当たり20ボルトに地球での電圧を制限するように設計されています。
その他の標準機能には、自動再閉路回路ブレーカー（再閉路器）が含まれます。ほとんどの障害（過電流）は一時的なものです。ネットワークは地方であるため、これらの障害のほとんどはリクローザによってクリアされます。各サービスサイトには、変圧器の保護と切り替えのために、再充電可能なドロップアウトヒューズが必要です。二次変圧器も、標準の高破壊容量（HRC）ヒューズまたは低電圧回路ブレーカーで保護する必要があります。特に雷が発生しやすい地域では、高電圧側の避雷器（火花ギャップ）が一般的です。
配電における火災安全上の危険のほとんどは、腐食したライン、絶縁体の破損などの老朽化した機器によるものです。これらの場合、SWERメンテナンスの低コストにより安全な運用のコストを削減できます。
SWERは、実質的な防火機能である風で衝突するラインを回避しますが、オーストラリアのビクトリア州でのブラックサタデーの山火事の公式調査で問題が表面化しました。これらは、破損したSWER導体が、回路の通常の負荷と同様の抵抗を介して接地に短絡する可能性があることを実証しました。その特定のケースでは、ツリー。これにより、漏電表示なしで大電流が発生する可能性があります。これは、導体が断線し、電流が木または乾いた草を介してアーク放電する可能性がある、火災が発生しやすい地域で危険をもたらす可能性があります。
接地エリアが100 mに近い場合、または10 Aを超える電流をシンクする場合、裸線またはグランドリターン通信がグランドリターン電流によって損なわれる可能性があります。最新のラジオ、光ファイバーチャネル、携帯電話システムは影響を受けません。
多くの国内電気規制（特に米国）では、負荷から発電機への金属製戻り線が必要です。これらの管轄区域では、各SWERラインは例外として承認されなければなりません。
コストメリット
SWERの主な利点は、低コストです。多くの場合、孤立した配電線の建設コストを正当化できない、人口密度の低い地域で使用されます。資本コストは、同等の2線式単相ラインの約50％です。 3線式3相システムの30％の費用がかかります。メンテナンスコストは、同等のラインの約50％です。
SWERは、配電網の最大コストである極数も削減します。従来の2線式または3線式配電線は、より高い電力伝達能力を有するが、100〜150メートルのスパンとキロ当たり7極を、要求することができます。 SWERの高いライン電圧及び低電流は、低コストの亜鉛めっき鋼線（歴史的に、第8号フェンスワイヤ）の使用を可能にします。スチールの強度が大きいため、400メートル以上のスパンが可能になり、極数が1キロメートルあたり2.5に減少します。
ポールはまた、通信用光ファイバケーブルを（金属導体を使用しなくてもよい）を担持した場合、電力会社によって資本支出をさらに低減することができます。
信頼性
SWERはグリッドまたはループで使用できますが、通常はコストを節約するために線形または放射状のレイアウトで配置されます。通常の線形形式では、SWER回線の単一ポイント障害により、回線のさらに下のすべての顧客が電力を失います。ただし、フィールド内のコンポーネントが少ないため、SWERの故障は少なくなります。たとえば、ラインが1つしかないため、風によってラインが衝突することはありません。これにより、損害の原因と農村部の山火事の原因が取り除かれます。
送電線の大部分は大地への抵抗が少ないため、短絡や地磁気嵐からの過剰な接地電流は、従来の金属帰還システムよりもまれです。そのため、SWERでは、サービスを中断するための漏電遮断器の開口部が少なくなっています。
アップグレード性
適切に設計されたSWERラインは、新しいポールなしで需要が増加するにつれて大幅にアップグレードできます。最初のステップは、鋼線をより高価な銅被覆またはアルミニウム被覆鋼線と交換することです。
電圧を上げることが可能かもしれません。一部の離れたSWERラインは、現在35 kVの高電圧で動作しています。通常、これには絶縁体と変圧器の交換が必要ですが、新しい極は必要ありません。
より多くの容量が必要な場合は、二SWERラインは、位相のずれた2 SWERライン180度を提供するために、同極上で実行することができます。これには、より多くの絶縁体とワイヤが必要ですが、極を倍にすることなく電力を倍にします。多くの標準SWERポールには、このアップグレードをサポートするためのいくつかのボルト穴があります。この構成により、ほとんどの接地電流がキャンセルされ、ショックの危険性と通信回線との干渉が減少します。
2線式アップグレードでは、2フェーズサービスも可能です。 引用が必要信頼性は低くなりますが、より効率的です。より多くの電力が必要とされるように、線は単線SWERから二線式、単相及び最終的に3線、三相に、負荷に適合するようにアップグレードすることができます。これにより、資本のより効率的な使用が保証され、初期インストールがより手頃な価格になります。
これらのアップグレードの前にインストールされたお客様の機器はすべて単一フェーズであり、アップグレード後に再利用できます。少量の三相電力が必要な場合、オンサイト機器を使用して二相電力から経済的に合成できます。
電力品質の弱点
SWERラインは長く、高インピーダンスになる傾向があるため、ラインに沿った電圧降下が問題になることが多く、レギュレーションが低下します。需要の変動により、供給される電圧が変動します。これに対処するために、一部の施設では、顧客サイトに自動可変変圧器を設置して、受信電圧を法的仕様内に維持しています。
数年の経験の後、発明者は、変圧器、ワイヤ、およびアースリターンパスの誘導リアクタンスを打ち消すために、メイン絶縁トランスのグランドと直列のコンデンサを提唱しました。計画では、無効電力フローによる力率の改善、損失の削減、および電圧性能の改善が行われました。理論的には健全ですが、これは標準的な慣行ではありません。また、DCテストループを使用して、正当な可変負荷を（たとえば）倒れた木（地面へのDCパス）と区別することもできます。
つかいます
ニュージーランドとオーストラリアに加えて、単線アースリターンが世界中で使用されています。
アラスカ
1981年、ベセルのディーゼル工場から米国アラスカ州のナパキアックまで、8.5マイルの高出力プロトタイプSWERラインが正常に設置されました。 80 kVで動作し、もともとはAフレームを形成する特別な軽量ファイバーグラスポールに取り付けられていました。それ以来、Aフレームは取り外され、標準的な木製電柱が設置されました。 Aフレームのポールは、軽量のスノーマシンに搭載でき、手掘りツールを使って永久に霜を掘ることなく設置できます。 「アンカー」ポールの建設には依然として重機が必要でしたが、コスト削減は劇的でした。
米国アラスカ大学フェアバンクス校の研究者は、沿岸風力タービンと組み合わせたこのようなラインのネットワークは、発電用のますます高価なディーゼル燃料への農村アラスカの依存を大幅に減らすことができると推定しています。アラスカ州の州のエネルギーエネルギースクリーニング調査では、州の十分に活用されていない電源をより多く使用するためのこのオプションのさらなる研究を提唱しました。
発展途上国では
現在、特定の発展途上国は、主な電力システムとしてSWERシステム、特にラオス、南アフリカ、モザンビークを採用しています。 SWERはブラジルでも広く使用されています。
HVDCシステム
海底電力ケーブルを使用する多くの高電圧直流システム（HVDC）は、単線アースリターンシステムです。正と負の両方のケーブルを備えた双極システムは、1つの極が故障したときに使用される海水接地電極を保持する場合もあります。電気化学的腐食を避けるため、このようなシステムの接地電極は、伝送ケーブルの近くではなく、変換ステーションから離れて配置されています。
電極は海または陸地に設置できます。裸の銅線はカソードに使用でき、グラファイトロッドは地面に埋められ、海にはチタンのグリッドがアノードに使用されます。電気化学的腐食（およびチタン表面の不動態化）を避けるには、電極表面の電流密度が小さくなければならないため、大きな電極が必要です。
単線アースリターンを備えたHVDCシステムの例には、Baltic CableおよびKontekが含まれます。
