ガス絶縁開閉装置は、送電または配電ネットワークにおける制御の境界です。GISは、回路遮断器、分岐器、接地スイッチ、電流および電圧変圧器、バスバーを含む電気変電所であり、これらは密閉されたガス絶縁エンクロージャに収容されています。GISベイは、空気絶縁機器よりもはるかに少ないスペースを占有するため、ユーティリティ会社は土地が高価で、天候が厳しく、厳格な信頼性規則が適用される場所で有用だと考えています。GISサプライヤーを選ぶことは、ユーティリティ資本プログラムにおける最も重要な購入の一つであり、製品は40年間持続し、その期間中にサービス可能であり、サービスライフの終わりまでに何度も変更される保護および制御システムと連携する必要があります。この記事では、GIS技術、その主要なサプライヤー、およびプロジェクトで指定する必要があることについて説明します。.
本質的に、ガス絶縁開閉装置（GIS）は、高電圧レベルで動作するように設計された開閉装置を指し、これによりライブコンポーネントがガス絶縁で満たされた密閉金属ケースに収められます。六フッ化硫黄（SF₆）は従来、ガス絶縁として使用されてきましたが、現在ではSF₆フリーのガス絶縁を使用した空気絶縁開閉装置システムやガス絶縁開閉装置も存在します。グローバル市場で運営されているGISデバイスの主要な製造業者は、日立エナジー、シーメンスエナジー、ABB、三菱電機、GEヴェルノバ、東芝エネルギーシステム、ヒョソン重工業です。中国では、GISデバイスは平高グループ、CSIC南京、四源、TBEAによって製造されています。GISデバイスには、定格電圧、耐圧レベル（BIL）、定格電流、定格短絡遮断電流、島の量などの特定の仕様があります。最近観察されている傾向は、EUの政策により新しい中電圧開閉装置におけるSF₆の使用が規制されているため、企業がSF₆からSF₆フリーのガス絶縁に切り替えることです。この点に関して、SubianはGIS商業専門家として機能していないことも述べておくべきです。つまり、変電所に設置される他のデバイス用の変圧器の製造に関与しています。.
GISとは何か、そしてユーティリティがそれを使用する理由
従来の変電所は、電流を運ぶ導体の絶縁に空気と距離に依存しています。このシンプルで経済的な原則はよく知られていますが、かなりのスペースを必要とします。送電電圧の変電所に必要なクリアランスは数メートルに達し、空気絶縁変電所（AIS）は数ヘクタールの面積を占めます。.
一方で、ガス絶縁開閉装置は全く異なる原理で動作します。その回路遮断器、導体、切断スイッチ、接地スイッチ、および変圧器は、圧力をかけたガスで満たされた特別なカプセルに設置されています。ガスの誘電強度が空気のそれよりもはるかに大きいため、クリアランスも大幅に減少します。245 kV用のGISは、AIS用のものよりもはるかに小さな建物に設置できます。.
このようなシステムの導入により、スペースを最大限に活用でき、4つのケースで急速に採用されています。.
- 都市部や土地が限られた地域は、変電所が都市、ビジネス複合体、または地下施設に設置されなければならない場所であり、GISが唯一の実行可能な技術です。.
- 極端で汚染された場所は、ライブコンポーネントが密閉されている環境を含み、塩水、塵、砂、湿気、または工業汚染の影響を受けないため、GIS技術は沿岸、砂漠、工業地域で多くの用途を得ています。.
- 高い信頼性基準は、密閉技術が空気絶縁設備のフラッシュオーバーを引き起こす外部条件のほとんどを排除し、メンテナンス作業の頻度を削減することを意味します。.
- 再生可能エネルギーと遠隔接続は、風力や太陽光などの技術が、土木工事や設置に必要な時間、現場の露出を最小限に抑えるコンパクトまたはプレハブのGIS変電所に依存していることを示しています。.
ここでのトレードオフは、この技術のコストと複雑さにあり、1つのGISベイは1つのAISベイよりも多くの資金を必要とし、使用環境、関与するスタッフ、ガス管理のための設備、接合部の不完全さや設置の不純物を許さない製造品質管理に対して高い要求を伴います。一方で、スペースや環境に制限がない場合、空気絶縁技術はよりコスト効率が良いままです。.
電圧クラスと構成
GISは、その定格電圧と、通常、ユーティリティプロジェクトのために取得される定格によって定義され、さまざまな基準に基づいています。.
| 定格電圧 | 典型的な用途 | 指標的雷インパルス耐圧（BIL） | 典型的な短絡遮断電流 |
|---|---|---|---|
| 5 kV | サブ伝送、大規模産業供給 | 325 kV | 5-40 kA |
| 145 kV | 送電および一次配電 | 650 kV | 40 kA |
| 170 kV | トランスミッション | 750 kV | 63 kA |
| 245 / 253 kV | 送電、再生可能接続 | 1050 kV | 50-63 kA |
| 300 kV | トランスミッション | 1050 kV | 63 kA |
| 420 kV | 超高圧送電 | 1425 kV | 63 kA |
| 550 kV以上 | 大規模送電、UHV回廊 | 1550 kV以上 | 63 kA以上 |
ここに示されたデータは、統合GISアプリケーションのために公開された複数のメーカーのデータから収集されており、承認されるために決定される必要がある仕様を示しています。バスバーおよびフィーダーの定格通常電流は、さまざまな電圧レベルで3150 Aから5000 Aの範囲にあり、短時間耐電流は通常3秒の期間で指定されます。雷サージ耐圧または基本絶縁レベルは、過小仕様が危険であり、コストがかかる可能性があることを示すため、その重要性を十分に理解する必要がある仕様です。.
定格に加えて、構成も重要です。最も単純なスキームはシングルバスバー構成で、コストも手頃です。ダブルバスバーオプションは冗長性と柔軟性を提供しますが、価格は高くなります。セクショニング構成は、他の部分が稼働している間にメンテナンスのためにステーションの一部を隔離することを可能にします。これは機器の選択ではなく信頼性の選択であり、サプライヤーが選ばれる前に行われる必要があり、単に後から改造されるものではありません。.
SF₆の移行
絶縁ガスの問題は、2026年のGIS調達に関するすべての議論で対処されなければならず、これは生産システムの範囲と商業化プロセスの両方に変化をもたらします。.
六フッ化硫黄は独自の誘電特性を持っており、これが電気スイッチギアにおける永続的な人気の理由です。しかし、環境的な要因もあります：SF₆は二酸化炭素の何倍もの温暖化潜在能力を持ち、数年間存在することができます。機器の運用中や廃棄時に損失や漏れが発生し、これが電力セクターで広く使用される温室効果ガスの一つとなります。.
規制の反応がありました。欧州連合は、2026年1月以降に製造された中圧電気スイッチギアにおけるSF₆の使用を制限し、さまざまなメーカーが代替品を提供し始めました。市場には主に2つの代替品があります：1つは真空スイッチングを伴う乾燥空気を絶縁体として使用すること、もう1つはゼネラル・エレクトリックによって開発された何らかの革新的な技術（g³技術など）です。進展は非常に速く、日立エナジーは550 KVのSF₆を使用しないGISを提供でき、別の日本の企業のために類似のプロジェクトの契約を獲得しました。GE Vernovaは170 KVでソリューションを導入し、シーメンスは420 KVに達する電圧レベル向けのクリーンエア技術の市場に参入しています。.
これは、この分野で働く企業に対して三つの異なる結果をもたらす可能性があります。まず、仕様書には、SF₆を使用せずに製造された機器が必要かどうか、または漏洩に関する制限があるかどうかが明確に記載される可能性があります。次に、全体のコストの計算には、製造の初期コストだけでなく、そのライフサイクル中にガスを管理するための価格、すなわち監視や必要に応じて回収するためのコストも含まれなければなりません。最後に、この移行は時間に関連するリスクをもたらします。企業は、すぐに時代遅れになる技術に投資したり、市場に最近導入された最新の機械を選択したりする可能性があり、これは十分な作業経験を持たないことを意味します。どちらの決定も理解できます。.
GISサプライヤーの状況
高電圧GIS業界では集中が顕著です。この分野で収益の面で支配的な企業は以下に示されており、提示された金額は監査されたセグメントデータではなく、公開されている情報に基づく推定値であることに留意してください。.
| サプライヤー | 本社 | 電圧範囲 | ポジショニング |
|---|---|---|---|
| 日立エナジー | スイス、チューリッヒ | 5-800 kV、ポートフォリオに最大1200 kV | グリッドの脱炭素化とデジタルGISのリーダー；EconiQ SF₆フリープラットフォーム；世界的に強力なユーティリティ関係 |
| シーメンスエナジー | ドイツ、ミュンヘン | 5-550 kV | 真空スイッチングを備えたBlue GISクリーンエアポートフォリオ; 強力なヨーロッパおよびユーティリティベース; DC GIS機能 |
| ABB | スイス、チューリッヒ | 5-550 kV、ELKシリーズから1200 kVまで | 幅広い送電および産業のフットプリント; コンパクトな設計とデジタル統合; SF₆フリーの中圧範囲 |
| 三菱電機 | 日本、東京 | 5-800 kV | 高信頼性の送電およびHVDCプロジェクト; 乾燥空気絶縁設計; 長い製造の伝統 |
| GE ヴェルノバ | アメリカ、マサチューセッツ州ケンブリッジ | 5-550 kV | g³ SF₆フリーガス; ターンキー変電所機能; グリッドの近代化に焦点 |
| 東芝エネルギーシステムズ | 日本、東京 | 5-550 kV | コンパクトな相分離型および三相エンクapsulated設計; 日本で強力で、選択的なグローバルプロジェクト |
| ヒョソン重工業 | 韓国、ソウル | 5-800 kV | コスト競争力のあるGISで強力なEPCパートナーシップ; アジア、中東、アフリカに確立 |
| 日新電機 | 日本、東京 | 5-245 kV | ユーティリティおよび輸送アプリケーション向けのコンパクトGIS専門家 |
| 平高グループ | 中国、河南 | 5-550 kV | 国際的に拡大する価格競争力のあるサプライヤー、特にアジア、アフリカ、ラテンアメリカで |
| CSIC南京 / シエユアン / TBEA | 中国 | 5-550 kV | 地域に特化した製造規模; 大量プログラムで競争力 |
ランキングで次に位置し、必要な能力に密接に一致するのは、韓国の現代電気、インドのCGパワーおよびBHEL、日本の富士電機および明電舎、中圧および一次配電のシュナイダーエレクトリックおよびイートン、韓国のILJIN電気などの地域および専門メーカーです。インド亜大陸のプロジェクトでは、BHELとCGパワーが選ばれる企業であり、アフリカおよび中東のユーティリティ作業では、ヒョソンが欧州および日本企業に対する価格優位性により重要な市場プレゼンスを確立しています。.
サプライヤープロフィール
- 日立エナジー GIS技術の世界的なトップ経済パフォーマーとして認識されています。そのEconiQプラットフォームが送電市場に参入し、550 kVの革新的技術を中国の上海送電オペレーターおよび日本の対応企業向けに納入するために、すでにSF₆フリーのキャビティを利用し始めています。製造元から提供される包括的なGISソリューションは、緊急および交換ベイ、石油、ガス、鉱業などのエネルギー供給を必要とするさまざまな顧客に特に有利です。すべてのコンポーネントを1社から提供される利点は、ユーティリティ企業の作業を確実に円滑にします。.
- シーメンスエナジー, 、さまざまなヨーロッパの電力送電会社との長年のパートナーシップから恩恵を受け、クリーンエア絶縁と真空スイッチングを組み合わせたBlue GIS技術の助けを借りて変革をリードしています。同社は最新の北欧送電オペレーターでBlue GISの設置を成功裏に実施し、直流市場を対象としたDC GIS技術を生産しました。420 kVレベルでの排出ゼロのGISを創出する2026年のイニシアティブは、超高電圧技術におけるクリーンエア技術の分野で最も重要なイニシアティブの1つです。.
- ヨーロッパの3大メーカーの中で、, ABB は、送電部門がガス絶縁開閉装置（GIS）を提供することで、最も大きな産業の伝統を誇ります。会社のGISラインは、空間制限のある地域でのコンパクトユニットから、最高電圧用のELKレンジまでの完全なソリューションを提供し、ABBがSF₆ガスからの変革プロセスに適応する準備が整っていることを示しています。乾燥空気絶縁製品とドイツの著名な電気企業とのパートナーシップを通じて、ABBは業界の変革に向けて進んでいます。ユーティリティプロジェクトにおける専門性は、自社の設備だけでなく、幅広いバンドルソリューションとグローバルな専門知識の提供を含んでいます。.
- 三菱電機 は、信頼性が最優先される場合に最も優れた選択肢と見なされており、顧客は以前に日本の送電機器を利用していました。72.5 kVから800 kVの範囲で乾燥空気絶縁によるGIS生産を提供し、ゼロ地球温暖化潜在能力ガスに基づくスイッチング技術の開発にも参加しています。会社はアジアや中東でも非常に活発で、他の市場でもいくつかのプロジェクトを確保しています。.
- GE ヴェルノバ は、g³ガステクノロジーとフルスケールの変電所の提供を通じて存在感を示しています。2026年に170 kVのg-free絶縁ユニットを発売し、72.5 kVから420 kVの範囲のデバイスラインを完成させ、アメリカに設置された最初の245 kV g-freeユニットを含んでいます。.
- 東芝 と ヒョスン は、非常に異なるアプローチと価値を提供します。最初の会社は、日本国内での大規模な設置基盤を持つコンパクトなデザインを提案し、海外でもかなりの存在感を持っていますが、後者は72.5 kVから800 kVの範囲で非常に合理的な価格でデバイスを提供することができます。.
- 日新電機 は、ユーティリティおよび輸送セグメント向けのコンパクトGISに特化している一方で、中国のメーカーは低コストソリューションを提供し、アフリカ、東南アジア、ラテンアメリカなどの市場で製造規模を拡大しています。.
仕様を指定する際の注意点
良いGIS仕様は、上記のポイントを明確に示します。高額な変更注文の最大の理由は、適切に書かれていない仕様です。.
- 定格電圧と絶縁レベル。これは、システムの定格電圧と、電圧インパルス耐圧（BIL）および電力周波数耐圧を含みます。これは誘電体の設計に不可欠であり、製造後に変更することはできません。.
- バスバーおよびフィーダーのための定格通常電流と、これが定義される温度。したがって、40°Cに定格されたバスバーと50°Cで運転されるバスバーは異なるiメインを構成します。.
- 定格短絡遮断電流と短時間耐電流、およびこれらの電流の時間持続。これらの電気的特性は、システムの故障レベルに合わせる必要があり、これは古い方法とは対照的に現在のシステム研究を意味します。.
- バスバーの構成は、単一、二重、ホップ付き二重、または区分されたものであり、入出力のベイの数、バスカプラー、バスセクションベイ、変圧器ベイを含みます。.
- ガス絶縁開閉装置 – 絶縁ガスの種類、または後者が許可されている場合のSF6、最大ガス漏れ量、およびガス監視手段を定義する必要があります。.
- 電流変圧器および電圧変圧器の比率、ならびにこれらの変圧器の計測および保護のための基本パラメータ。これらはシステム全体の重要な要素であり、適切に定義されていない場合、全体のスキームを実現するために多くの費用がかかります。.
- 保護、制御および監視システム – IEC 61850準拠、通信システム、および供給者による二次システムの提供。.
- 物理的な外形には、開閉装置の幅と高さ、およびその建設および環境の状況が含まれます。.
- 試験および文書 – 型式試験の証明書、報告書、および完了した試験のプロトコル。.
コンポーネントレベルの専門知識は、特に短絡定格および計器変圧器に関する仕様の2つの側面で重要です。なぜなら、その種の情報はネットワークデータおよび計測哲学によって決定され、開閉装置の製造者によって決定されるものではないからです。パラメータ自体は、当社のガイドに示されているように、高電圧機器の仕様と同じ規律に従います。 変圧器仕様の説明.
サプライヤーの選び方
成功したGIS調達を高コストの調達から区別する6つの基準があります。.
- 同様の定格の既存機器の確認が必要であり、同じ電圧クラスで数年の運用を経た機器の設置状況を確認することも重要です。たとえば、145 kVの電圧クラスは、供給者が宣伝しているにもかかわらず、沿岸砂漠地域で使用される420 kV装置に関する十分な情報を提供することはできません。.
- IEC 62271に従った型式試験証明書を取得することを確保する必要があります。型式試験は設計に基づいて行われ、デバイスのファミリーに基づいて行われるものではありません。したがって、異なる電圧の証明書を持っていても、必要なものに関するデータは提供されません。.
- サービスのための地域の能力を確認することも重要です。開閉装置は数十年持続する可能性があり、この期間中に重要なのは、適切に訓練されたサービス要員と合理的な距離に利用可能なスペアパーツがあるかどうか、そしてガスを扱う能力です。これが整っていない場合、SF₆機器を使用することは想像できません。.
- Establishing the technology roadmap is critical as well. The buyers need to ask the supplier what is being provided for the technology and what their future plans are concerning making the technology free from SF₆ gases. If the design is getting phased out, then its cost of maintenance will only increase.
- Another important point is estimating the lifecycle instead of estimating the bay, as one needs to take into account gas management, condition monitoring, availability of spare parts, training, and outage cost. Very often having the lowest price for the purchase leads to having the highest overall spending for replacement and maintenance.
- It is necessary to ensure that the schedule provided by the supplier coincides with the project as indicated. High voltage switchgear supplies imply very long delivery times that are increasing across the industry and therefore it is necessary to guarantee that the schedule being provided has been confirmed with milestones.
In case the equipment is supplied with the provision that other equipment is a part of the complete substation, the testing and commissioning procedure needs to be adhered to, the same way as it has been done for primary technologies. Our guide to transformer testing covers the equivalent regime for the transformers that share the station.
Where Subian Fits
An honest guide must state this clearly so let us state it clearly. Subian is not a gas insulated switchgear manufacturer. GIS is a specialized product that requires the manufacture of enclosures, technology for sealing gas inside it, the development of arc quenching technology, and the ability to carry out type tests at insulation voltage levels which we do not manufacture. Any supplier claiming to be able to supply such equipment is misrepresenting himself.
What is supplied by Subian are appliances which complete the same substation. A GIS assembly cannot be used as a stand-alone product as it needs instrument transformers to measure current and voltage for the protection and metering systems and it also needs the distribution transformers used in distribution connected stations for transforming the voltage to a consumption level. These components are manufactured by us as well as various types of grounding and protection equipment.
Among the two instruments, the instrument transformer is more interesting from the technical point of view. Modern GIS may contain the current and voltage transformers implemented inside the sealed enclosure, and there are also stand-alone types of such transformers and retrofit projects. The specifications are the same for both cases as they include ratio, accuracy class for metering/ protection purposes, thermal rating, and burden.Our current transformer range illustrates what those specifications look like in practice, including the accuracy classes that separate a metering unit from a protection unit.
The protection side of the same installation — how the measured current is used to detect a fault, and why the transformer’s characteristics determine whether the relay operates correctly — is covered in our guide to 接地故障保護の基本.
The practical implication of the GIS package and transformer package being separate procurement decisions is that they should both be specified by the utility procurement team instead of being assumed to be bundled together. Where a project needs a transformer supplier with documented test data and a verifiable certification trail, the qualification criteria are set out in our guide to choosing a transformer supplier, and the same discipline applies to the instrument transformers that interface with the switchgear.
よくある質問
What is the difference between GIS and AIS switchgear?
Air insulated switchgear (AIS) relies on natural air to insulate the energized circuits, meaning the distances between the power conductors are large and require substantial space. Therefore, AIS installations are mostly placed outdoor. In contrast, GIS relies on the sealed electrical system of providing insulating gas on high pressure. That makes it possible to shorten distances considerably which makes the GIS system suitable for indoor installations. Although GIS attracts additional costs as compared to AIS, it is preferred where land is scarce, environment is aggressive or polluted, and reliability and maintenance are top priorities. On the other hand, AIS remains the optimal option when there is enough space and environment is friendly, while the capital costs dominate.
Which companies manufacture high-voltage GIS?
There are three main groups of manufacturers of high voltage GIS. The first group includes manufacturers like Hitachi Energy, Siemens Energy, ABB, Mitsubishi Electric, GE Vernova, Toshiba Energy Systems, and Hyosung Heavy Industries, covering approximately the voltage range of 72.5 kV to 800 kV. The second group mostly includes smaller manufacturers like Nissin Electric, Hyundai Electric, Fuji Electric, and CG Power. Finally, the third group includes producers from China like Pinggao Group, CSIC Nanjing, Sieyuan, and TBEA, who mainly face competition in terms of prices in the markets of Asia, Africa, and Latin America.
Why is the industry moving away from SF₆?
The reason why most companies try to substitute SF₆ is because of its extreme potency as a greenhouse gas that has a global warming potential thousands of times higher than that of carbon dioxide, as well as its very long residence time in the atmosphere. The European Union has forbidden the use of SF₆ gas in new medium-voltage switchgear with ratings of less than 24 kV since 2026. Manufacturers present alternatives in the form of dry-air and clean-air insulation combined with vacuum switching as well as proprietary gases like GE Vernova g³. Hitachi Energy issued GIS maintaining the voltage of 550 kV without using SF₆ gas, Siemens Energy is working on non-emission GIS with the ratings of 420 kV while GE Vernova released the series of GIS ranges from 72.5 kV to 420 kV.
What ratings should a GIS specification state?
The list of parameters should include the following minimum points: rated voltage, lightning impulse withstand voltage, rated normal current for busbars and feeders, rated short-circuit breaking current, busbar schema regarding the type and total number of bays, insulation gas as well as the leakage rate, ratios of current transformers and degrees of on-time operations, environmental protection means, physical dimensions of the GIS system, and the network in charge of testing and provision of data. Esoteric specifications of this type can result in expensive changes and variations during operational phase of equipment.
How do I verify a GIS supplier’s claims?
There are generally three ways for verifying the information provided by the suppliers. First of all, it can be confirmed by reference installation. It means that one can ask for information about the operation of any site with the same voltage rating and in similar environmental conditions and then check the success of such operation. Second, one can require the provision of certificates on type testing in terms of IEC 62271 standards. Finally, factory acceptance test is an option where the client can be present during the testing period of the equipment and monitor the process himself, thus providing a reliable source of information.
参考文献
- Hitachi Energy — Gas Insulated Switchgear and EconiQ SF₆-Free Portfolio
- Siemens Energy — Blue GIS Clean Air Switchgear Technology
- International Electrotechnical Commission — IEC 62271 High-Voltage Switchgear and Controlgear
- ABB — High-Voltage Gas Insulated Switchgear
- GE Vernova — Grid Solutions GIS and g³ SF₆-Free Technology
- U.S. EPA — SF₆ Emissions Reduction Partnership for Electric Power Systems
結論
Gas-insulated switchgear equipment has enabled substations to adapt to modern construction, allowing them to be made more compact, completely sealed, be free from climatic impacts and serve for around 40 years. The category is represented by small group of companies selling SF₆ equipment from 72.5 kV to 800 kV with Hitachi Energy, Siemens Energy, ABB, Mitsubishi Electric, GE Vernova, Toshiba and Hyosung as the leading brands and other, mostly Chinese producers following them actively in the emerging markets. The procurement process has remained the same: pick rated voltage, insulation level, normal current, short-circuit capacity, busbar configuration and an instrument transformer interface; confirm statements with reference projects and type test certificates; and calculate the cost of the lifecycle and gas operations instead of the isolated switchgear installation.The revolutionary change took place in the insulation gas. The age of SF₆ has come to an end due to regulations, so it is important to choose carefully transition from SF₆ technology to gas insulated switchgears with completely different insulation types.