非接地システムにおける3相4PTの単相接地障害判定方法
10kVおよび35kVの非接地システムでは、単相接地障害が引き起こす電流は最小限であり、保護装置がトリップすることは稀です。規則により、動作時間は2時間に制限されています。長期にわたり未検出の障害が悪化すると、スイッチを損傷する可能性があります。国家電網は110kVおよび220kVの変電所で小電流接地線選択装置を推奨していますが、その精度は低く、監視/運転スタッフが遠隔測定値を分析する必要があります。三相4PT電圧トランスを使用する非接地システムにおいて、本論文は単相接地を分析し、スタッフが遠隔測定値をより効果的に使用できるようにするための解決策を現場経験に基づいて提案します。
1 非接地システムにおける通常動作と単相接地障害の分析
1.1 通常動作時の電圧トランスの原理
10kVバスの三相4PT電圧トランス（配線図：図1）について、UA、UB、UC（相対地電圧）、UL（零相電圧）；UAa、UBb、UCc （一次巻線相電圧）；Ua、Ub、Uc（二次巻線相電圧）、3U0（零相電圧）。すべてのPT比：(10kV/√3)/(57.74V)。
通常動作時、一次側の三相および零相電圧を解析します。式（1）に示す通りです。式（1）から二次電圧を得ると、Ua= 57.74 V、Ub = 57.74V、Uc = 57.74V、3U0 = 0Vとなり、これらは三相オープンデルタ接続の電圧トランスの二次電圧と一致します。
1.2 単相接地時のPTの原理分析
A相接地障害が発生した場合、電圧トランスの一次側は図2のように等価表現できます。その中で、三相PTの一次巻線は、零相巻線のインピーダンスは、そしてUA'、UB'、UC'、UL'はそれぞれA相接地障害発生時の三相と零相電圧です。
重ね合わせの定理によれば、以下のようになります。
三相4PT電圧トランスの特性によれば、零相巻線のインピーダンスは位相巻線よりもはるかに大きいです。従って上記の式は式（3）のように簡略化できます。
A相接地障害が発生した場合、A相の相対地電圧は0になり、B相とC相の電圧は10kVになります。式（3）と組み合わせて、単相接地障害時のベクトル図を得ることができます。図3参照。
図3のベクトル図解析から式（4）を得られます。UAa'、UBb'、UCc'はそれぞれA相接地障害後の母線の一次巻線電圧です。UAa'= UA 10kV√3, UBb'= UB 10kV√3, UCc' =UC 10kV√3, UL'=UA = 10kV √3. 障害後の二次側に変換すると、Ua' = 57.74V, Ub' = 57.74V, Uc' = 57.74V, 3U0' = 57.74V.
上記の分析から、非接地システムにおいて単相接地障害が発生した場合、ABC三相の電圧はすべて57.74Vとなり、これは通常動作状況と一致します。唯一、零相電圧が相電圧まで上昇します。これにより監視および運転保守スタッフには大きな混乱がもたらされます。単相接地障害であることを判断するのが非常に困難です。さらに、障害電流が小さすぎて保護装置がトリップしないため、電力網の安全かつ安定した動作に隠れた危険性がもたらされます。
2 是正措置
三相4PT接続方式の電圧トランスにおいて、単相接地障害が発生したときにアップロードされる三相電圧遠隔測定値が通常動作状況と一致することにより、監視および運転保守スタッフに一定の混乱をもたらす問題を解決するために、本論文では三相4PT電圧トランスの一次側電圧巻線の配線方式を変更せず、二次巻線の配線を変更することを提案します。図4参照。
1.2節で解析された原理に基づき、以下のように導き出すことができます：UA' = UL' + UAa' = 0V、UB' = UL' + UBb' = 10kV、UC' = UL' + UCc' = 10kV。つまり、障害後の二次電圧はUA' = 0V、UB' = 100 kV、UC' = 100kV、3U0' = 57.74kVとなります。上記のデータから、改良された三相4PT電圧トランスでは、単相接地障害発生時に三相電圧は三相四線システムの単相障害と一致し、零相電圧も相電圧まで上昇します。
監視および運転保守スタッフは、10kVシステムで単相接地障害が発生したことを迅速に判断することができます。小電流接地線選択装置と組み合わせて、関連する障害線路をできるだけ早く除去することができます。
3 結論
本論文は、三相4PT電圧トランスの二次巻線の配線方法を提案し、非接地システムでの単相接地障害と同じ特徴を持つ三相電圧遠隔測定値を監視システムにアップロードすることができます。これにより、監視および運転保守スタッフが迅速な判断を行い、障害の悪化を防ぎ、電力網の安全かつ安定した動作を確保することができます。
