負相継電器

定義

負序リレー、または不均衡相リレーは、電気システムを負序成分から保護するように設計されています。その主な機能は、発電機やモーターが非対称負荷による損傷を受けないようにすることです。このような故障が発生すると、負序成分が電気機器に過度の熱や機械的なストレスを引き起こし、適切に対処しないと深刻な損傷につながる可能性があります。

動作原理と特徴

負序リレーには、電気システム内の負序成分に対してのみ選択的に反応する特殊なフィルタ回路が組み込まれています。負序成分によって引き起こされる比較的小さな過電流でも危険な動作条件を作り出すため、リレーは低電流設定で構成されています。これにより、微妙な不均衡が重大な問題になる前に迅速に検出して対応することができます。

負序リレーは接地されていますが、この接地は主に相 - 地間故障に対する保護のために行われます。しかし、これは直接相 - 相間故障を軽減するものではなく、その役割はそのような故障の兆候となる負序成分を検出し、適切な保護アクションをトリガーすることです。

構造

以下の図に示すように、負序リレーの構造は、Z1、Z2、Z3、およびZ4と表記された4つのインピーダンスがブリッジ構成で接続されています。これらのインピーダンスは、保護対象のシステムからの電流をサンプリングする電流変換器によって励磁されます。リレーの動作コイルは、このブリッジ回路の中点に接続されています。この特定の配置により、リレーはブリッジアーム間の電圧差を分析することで、負序成分の存在と大きさを正確に感知し、電気システムの保護に信頼性と精度をもたらします。

負序リレーの回路では、Z1とZ3は純粋に抵抗特性を有し、Z2とZ4は抵抗と誘導の両方の特性を持っています。インピーダンスZ2とZ4の値は慎重に調整されており、それらを通る電流は常にZ1とZ3を通る電流よりも60度遅れます。

電流がA接合点に到達すると、I1とI4という2つの枝に分かれます。重要なのは、電流I4が電流I1よりも正確に60度遅れることです。この特定の位相差関係は、負序リレーが電気システム内の負序成分を正確に検出および対応するための基本的なものです。

同様に、B相からの電流はC接合点でI3とI2という2つの等しい成分に分割され、I2はI3より60º遅れます。

電流I4はI1より30度遅れます。同様に、I2はIBより30度遅れますが、I3はIBより30度先行します。B接合点を通過する電流は、I1、I2、およびIYの代数和に相当します。この正確な角度関係とB接合点での電流の合計は、負序リレーがこれらの電流の位相と大きさの違いを分析して電気システム内の不均衡状態を正確に検出する能力を確保するために重要です。

正序電流の流れ

正序成分を示すベクトル図は以下の図に示されています。負荷が平衡状態にある場合、負序電流は存在しません。そのような状況下では、リレーを通過する電流は以下の式で表現できます。この平衡負荷条件、負序電流の不在、およびリレーを通過する電流との関係は、電気システムの正常な動作と保護機能を理解する上で基本的です。

平衡条件での動作

したがって、リレーは平衡電気システムの動作中に常にアクティブであり、潜在的な異常への継続的な監視と対応の準備を保証します。

負序電流の流れ

上記の図に示すように、電流I1とI2は等しい大きさを有しています。これらは等しくかつ反対方向に作用するため、互いに相殺します。結果として、リレーの動作コイルを通過するのは電流IYのみとなります。微小な過負荷であっても急速に深刻なシステム問題に発展する可能性があるため、リレーの電流設定は通常の満載電流よりも低い値に設定されています。この敏感な調整により、リレーは負序成分による不均衡状態を迅速に検出し対応することができます。

零序電流の流れ

零序電流の場合、電流I1とI2は60度の位相差を持ちます。これらの2つの電流の合成は、電流IYと位相が一致します。結果として、リレーの動作コイルには零序電流の2倍の大きさの電流が流れます。電流変換器（CT）をデルタ接続にすることで、リレーは零序電流に対して非活性にすることができます。このデルタ接続では、零序電流はリレーを通過せず、システムの保護要件に応じて特定のタイプの故障電流を選択的にフィルタリングまたはバイパスすることができます。

誘導型負序リレー

誘導型負相序リレーの構造は、誘導型過電流リレーと非常に似ています。アルミニウムコイルで製造された金属ディスクが、上部電磁石と下部電磁石の間に回転します。

上部電磁石には2つの巻線が装備されています。上部電磁石の一次巻線は、保護対象のラインに接続された電流変換器（CT）の二次側に接続されています。一方、上部電磁石の二次巻線は、下部電磁石の巻線と直列に接続されています。

センタータップの存在により、リレーの一時巻線には3つの端子があります。R相はCTと補助変圧器の助けを借りてリレーの上半分を励磁し、Y相は下半分を励磁します。補助変圧器は、出力が通常の180ºではなく120º遅れるように特別に調整されています。

正序電流での動作

正序電流が存在する場合、電流IRとIYはリレーの一次巻線を逆方向に流れます。電流I’RとI’Yは等しい大きさを持ちます。このバランスの取れた電流の流れにより、リレーは非活性状態を維持し、動作をトリガーするネット力はありません。

負序電流での動作

故障が発生した場合、負序電流Iがリレーの一次巻線を通過します。この負序電流はリレー内の均衡を破り、リレーの動作とその後の保護アクションにつながる一連のイベントを引き起こします。

リレーは、故障電流の大きさがリレーの事前設定値を超えた時点で動作を開始します。つまり、故障電流がリレーの特定の閾値を超えるほど大きくなると、リレーは電気システム内の保護機能を実行するために動作します。