10KV配電変圧器保護設定に関する予備調査
1. リング-メインユニットの配線形式
1.1 リング-メインユニットの構成
リング-メインユニット（RMU）は、複数の区画で構成されています。通常、少なくとも3つの区画があり、そのうち2つはリングケーブルの出入り口用で、1つは変圧器回路用です。
1.2 リング-メインユニットの保護モード設定
リングケーブル給電区画と変圧器給電区画には両方とも負荷スイッチが採用されています。通常、作動、遮断、接地機能を持つ3位置負荷スイッチを使用します。変圧器給電区画にはさらに高遮断容量のバックアップ限流ヒューズが保護のために装備されています。実際の運用では、これが簡単で信頼性が高く、経済的な配電方法であることが証明されています。
1.3 リング-メインユニットの保護設定の特徴
負荷スイッチは定格負荷電流の切り替えに使用されます。構造が単純でコストが低いという特性がありますが、短絡電流を遮断することはできません。高遮断容量のバックアップ限流ヒューズは保護要素として機能し、短絡電流を遮断することができます。これらの2つの要素を有機的に組み合わせることで、さまざまな正常および故障運転モード下での配電システムの動作と保護要件を満たすことができます。サーキットブレーカーのパラメータ決定とその構造設計・製造は厳格な標準に基づいて行われます。
サーキットブレーカーは操作と保護機能の両方を持っていますが、その構造は複雑でコストも高いため、大規模な使用は実用的ではありません。リング-メインユニットでは、多くの負荷スイッチと高遮断容量バックアップヒューズの組み合わせ装置が使用されています。電気設備の操作と保護機能は完全に同じではありませんが、2つの単純で安価な部品によって実現されます。つまり、負荷スイッチは多くの負荷切替操作を完了するのに使用され、高遮断容量バックアップ限流ヒューズは短絡が稀に発生する設備を保護するために使用されます。これにより問題が適切に解決され、複雑で高価なサーキットブレーカーを使用せずに実際の運用要件を満たすことができます。
サーキットブレーカーはすべての保護と操作機能を持っていますが、高価です。
負荷スイッチは基本的にサーキットブレーカーと同じ性能を持っていますが、短絡電流を遮断することはできません。
負荷スイッチと高遮断容量バックアップ限流ヒューズの組み合わせは短絡電流を遮断することができます。一部のヒューズの遮断容量はサーキットブレーカーよりも高い場合もあります。したがって、この組み合わせを使用することで、サーキットブレーカーと同等以上の効果を得ることができ、コストを大幅に削減することができます。
1.4 負荷スイッチと高遮断容量バックアップヒューズの組み合わせの利点
負荷スイッチと高遮断容量ヒューズの組み合わせには以下の利点があります：
1.4.1 無負荷変圧器の切り替え性能が良好
リング-メインユニットの大部分の負荷は配電変圧器です。一般的には容量は1250 KVA以下で、まれに1600 KVAに達することもあります。配電変圧器の無負荷電流は通常、定格電流の約2%であり、大型の配電変圧器ではさらに小さくなります。リング-メインユニットが無負荷変圧器の小電流を切り替える際、良好な性能を発揮し、高過電圧を発生させません。
1.4.2 配電変圧器の効果的な保護
特に油浸変圧器の場合、負荷スイッチと高遮断容量バックアップ限流ヒューズを使用すると、サーキットブレーカーよりも効果的です。後者は時には効果的な保護を提供できないこともあります。関連情報によると、油浸変圧器に短絡障害が発生すると、アークにより生成される圧力が上昇し、油の蒸発により形成された気泡が元々油が占有していた空間を占めるため、油は変圧器タンクに圧力を伝達します。短絡が継続すると、圧力はさらに増加し、タンクの変形や亀裂を引き起こします。
タンクの損傷を避けるために、障害を20 ms以内にクリアする必要があります。サーキットブレーカーを使用すると、リレー保護の存在、それに加えて自身の動作時間と消弧時間が含まれるため、全開時間は通常60 ms以上となり、変圧器を効果的に保護することはできません。しかし、高遮断容量バックアップ限流ヒューズは速断機能を持ち、さらに制限機能により、障害を10 ms以内にクリアし、短絡電流を制限して変圧器を効果的に保護することができます。したがって、できるだけ電気設備の保護には高遮断容量バックアップ限流ヒューズを使用し、サーキットブレーカーを使用しない方が良いです。負荷が乾式変圧器であっても、ヒューズ保護は迅速に動作し、サーキットブレーカーよりも優れています。
1.4.3 組織保護の調整面
ほとんどの場合、リング-メインユニットではサーキットブレーカーを使用する必要はありません。これは、リング配電網の頭端（つまり110KVまたは220KV変電所の10KV給電サーキットブレーカー）のサーキットブレーカーの保護設定が通常次のようにされているためです：瞬時保護の時間は0s、過電流保護の時間は0.5s、零序保護の時間は0.5sです。リング-メインユニットでサーキットブレーカーを使用すると、設定時間が0sであっても、サーキットブレーカーの固有の動作時間のばらつきにより、リング-メインユニットのサーキットブレーカーではなく上位のサーキットブレーカーが最初に動作することが難しくなります。
1.4.4 高遮断容量バックアップ限流ヒューズは下流設備の保護を提供できる
例えば電流変換器やケーブルなどです。高遮断容量バックアップ限流ヒューズの保護範囲は、最小溶融電流（通常ヒューズの定格電流の2〜3倍）から最大遮断容量までです。限流ヒューズの電流-時間特性は通常急な逆時間曲線です。短絡が発生すると、非常に短い時間で溶け、障害をクリアします。サーキットブレーカーを使用して保護すると、ケーブル、電流変換器、変圧器出力端子などの他の電気部品の熱安定性要件が大幅に増加し、電気設備とプロジェクトコストが増加します。ここで指摘しておくべきことは、負荷スイッチと高遮断容量バックアップヒューズの組み合わせを使用する場合、両者がよく調整されているべきだということです。ヒューズが3相で溶けない場合、ヒューズのストライカーが負荷スイッチを即座にトリップさせて単相動作を防ぐべきです。
2. 端末ユーザー向け高圧室の配線形式
GB14285-1993「リレー保護及び安全自動装置技術規程」では、配電変圧器の保護スイッチギアを選択する際に、容量が800 KVA以上の場合、リレー保護装置付きのサーキットブレーカーを選択すべきと規定しています。この規則は以下の2つの観点から理解できます：
配電変圧器の容量が800 KVA以上になると、過去にはほとんどが油浸変圧器でガスリレーが装備されていました。サーキットブレーカーを使用することで、ガスリレーと協調して変圧器を効果的に保護することができます。
デバイス容量が800 KVAを超えるユーザーの場合、様々な理由により単相接地障害が発生すると、ゼロシーケンス保護が動作し、サーキットブレーカーがトリップして障害を隔離し、主要変電所の給電サーキットブレーカーが動作して他のユーザーへの正常供給に影響を与えないようにします。また、標準では、単一の変圧器がこの容量に達していない場合でも、ユーザーの配電変圧器の総容量が800 KVAに達している場合は、この要件を満たさなければならないと明確に規定しています。現在、多くのユーザーの高圧スイッチギアルームの配線方式は基本的な配線方法であり、これを基にして1本主線1本予備線の入線や母線分割の二重入線などの配線方法が導き出されます。
3. 結論
10kV配電変圧器の保護構成には主にサーキットブレーカー、負荷スイッチ、または負荷スイッチとヒューズの組み合わせがあります。技術的、経済的性能、および運用管理の要因を総合的に考慮すると、10kVリング-メインユニットや端末ユーザー向け高圧配電ユニットにおいても、負荷スイッチと高遮断容量バックアップ限流ヒューズの組み合わせによる保護構成は、定格負荷電流の供給だけでなく、短絡電流の遮断と無負荷変圧器の切り替え性能を持ち、配電変圧器を効果的に保護することができます。したがって、負荷スイッチと高遮断容量バックアップ限流ヒューズの組み合わせによる保護構成が配電変圧器保護の保護モードとして推奨されます。
