スイッチギアの遮断器と接触器の良好な運用実践
スイッチギアの遮断器とコンタクターの良好な運転実践
LV/MVの操作
スイッチギア
このガイドラインの目的は、中電圧（2 - 13.8 kV）および低電圧（200 - 480 V）の引き出し式スイッチギアの遮断器とコンタクターの操作と点検に関する推奨実践を提供することです。適切な規制された操作は、プラント設備の性能とサービスを最大化し、またプラント従業員の安全な作業環境を確保するために最も重要です。
この記事では、オペレータの責任と、スイッチギアの日常的なチェックと点検について述べています。さらに、変圧器、モーター、バスバー、ケーブル、遮断器、コンタクターの最適な操作と保護の方法についても説明します。
オペレータの点検
オペレータは、プラント内のすべてのスイッチギアに対する定期的な常時点検を設定し、実施する責任があります。遮断器、コンタクター、バスバーは清潔で乾燥した状態に保つことで、絶縁不良による爆発や火災のリスクを減らすことができます。一般的には、一日に一回の点検が推奨されます。
以下は、スイッチギアの推奨される日常的な点検項目です：
上記の点検プロセス中に異常が見つかった場合、メンテナンス作業指示書を作成します。
負荷フィーダーの過電流保護と接地故障保護、ソースおよびタイの過電流保護、変圧器に関連する他の重要な実践について詳しく説明します。さらに、スイッチギアのバス転送と、二つの電源の並列化とスイッチ時間転送スキームにおける問題についても取り上げます。
保護
保護リレーは調整され、障害を隔離するために動作する必要がある遮断器やコンタクターのみが自動的にトリップします。これにより、最大数の機器が稼働し続け、オンライン発電ユニットへの影響が最小限に抑えられます。また、電気障害の位置を示すことができます。
変圧器、モーター、バスバー、ケーブル、遮断器、コンタクターの電気障害は通常永続的です。機器を再起動する前に、保護リレーの動作を徹底的に調査する必要があります。
電気短絡電流の大きさは通常、ソース変圧器のサイズとインピーダンスによって、15,000〜45,000アンペアの範囲になります。
負荷フィーダーの接地保護
接地障害電流を制限する設計（通常1000アンペア程度）では、接地障害のみに対して動作する個別の接地リレーを使用します。これらのリレーは非常に短い時間遅延でトリップし、ソースまたはタイ回路遮断器の接地リレーが動作する前に接地フィーダーを隔離します。
ソースおよびタイの過電流保護
ソースブレーカーとタイブレーカーには瞬時トリップ要素はありません。代わりに、下流のバスと負荷との故障応答を時間遅延で調整します。
通常、これらのリレーは最大三相短絡電流レベルに基づいて設定され、動作時間は0.4秒から0.8秒の範囲です。
通常、これらのリレーには逆時間特性があります。つまり、低い電流レベルでは全てのリレーで比例して長い時間遅延が生じます。具体的には、別のバスに接続されたタイブレーカーは約0.4秒で動作し、ソース変圧器の低側ブレーカーは約0.8秒で動作するように設定されています。
高圧側ソース変圧器の過電流保護
ソース変圧器の高電圧側の過電流リレーは通常、低電圧側で最大三相短絡が発生した後約1.2秒後に動作するように設定されています。この時間遅延により、低電圧または二次側の過電流リレーとの適切な調整が可能となります。
これらのリレーは通常、逆時間特性を持っています。つまり、低い電流レベルでは長い動作時間が生じます。ソース変圧器の高電圧側の過電流リレーは、変圧器自体、低電圧側の接続バスまたはケーブル、または低電圧遮断器で障害が発生する可能性があると仮定しています。必要な機器を全てトリップして障害を隔離します。
差動保護を備えたユニタイズド自動転送スイッチ（UATs）の場合、高電圧側の過電流リレーはユニットと主昇圧変圧器を完全にトリップさせることもあります。また、低電圧側ブレーカーが障害を遮断できない場合、高電圧側の過電流リレーはブレーカースティッキング保護を提供します。
ソースおよびタイの残余接地保護
接地障害電流を制限する設計（通常1000アンペア程度）では、接地障害のみに対して動作する個別の接地リレーを使用します。ソースおよびタイブレーカーの接地リレーには瞬時トリップ要素はありません。代わりに、下流のバスと負荷との故障応答を時間遅延で調整します。通常、これらのリレーは最大接地障害電流レベルに基づいて設定され、動作時間は0.7秒から1.1秒の範囲です。
通常、これらのリレーには逆時間特性があります。つまり、低い電流レベルでは全てのリレーで比例して長い時間遅延が生じます。具体的には、別のバスに接続されたタイブレーカーは100%接地障害で約0.7秒で動作し、ソース変圧器の低側ブレーカーは約1.1秒で動作するように設定されています。
ソース変圧器の中性接地保護
接地障害電流を制限する設計（通常1000アンペア程度）では、専用の接地リレーを使用します。これらのリレーは、変圧器の中性点を通る接地電流を正確に感知するように設計されています。接地障害が発生した場合にのみトリガーされます。
通常、ソース変圧器の中性接地リレーは最も深刻な接地障害が発生した後約1.5秒で動作するように設定されています。この時間遅延設定は、リレーがソースブレーカーとタイブレーカーの接地リレーと適切に調整できるようにするために重要です。
中性接地リレーには重要なミッションがあります。その主要な機能は、ソース変圧器の低電圧側（つまり二次側）で発生する接地障害を隔離することです。潜在的な障害場所には、低電圧巻線、低電圧遮断器、およびそれらを接続するバスとケーブルがあります。さらに重要なのは、低側ブレーカーが接地障害に対して適切に機能しない場合、中性接地リレーが迅速に介入して故障回路を切断し、電力システムの安全かつ安定した動作を確保することです。
アラームのみの接地方式
アラームのみの接地方式では、接地障害電流を数アンペアに制限します。典型的な値は、480ボルトシステムで1.1アンペア、4キロボルトシステムで3.4アンペアです。ワイ接続のソース変圧器では、中性点は通常、接地変圧器を介して接地されます。デルタ接続のソース変圧器では、接地障害電流は通常、一次側で接地ワイ接続、二次側でオープンデルタ接続の三つの変圧器によって供給されます。
両方の場合、接地変圧器の二次側には電圧リレーが設置され、接地障害条件を警告します。デルタ接続のソース変圧器の場合、接地検出変圧器の一次側のブローしたヒューズもアラームをトリガーすることができます。
両方のリレースキームは、特定の電気システム内の全ての接地された機器に対してアラーム（通常10%以上の感度）を発生させます。これは、ソース変圧器の低電圧または二次巻線、および全ての接続バス、ケーブル、遮断器、電圧変換器、負荷を含みます。
スイッチギアのバス転送
二つの電源の並列化
二つの異なる電源を並列化することは、一つの電源から別の電源への切り替えのための好ましいアプローチです。この方法は、モーターにストレスをかけず、スムーズな移行を確保し、稼働中の機器に脅威を与えることはありません。しかし、多くの設計では、並列化プロセス中に生成される短絡電流がフィーダーブレーカーの遮断容量を超えることがあります。
ソースブレーカーとタイブレーカーには影響はありませんが、フィーダーブレーカーは近接障害をクリアできず、損傷する可能性があります。したがって、並列化の期間は（数秒程度）最小限に抑えることが必要であり、フィーダー障害の露出時間と確率を減らします。
通常、この問題は、発電ユニットが一つのシステムに電力を供給し、待機または起動変圧器が別のシステムから電力を供給する場合に顕著です。発電機の出力を減らすことで、位相差が縮小し、発電機の出力角度が負荷の減少とともに小さくなります。
ドロップ・ピックアップ転送
ドロップ・ピックアップ転送、またはスイッチ時間転送スキームは、モーターを損傷する可能性があります。新しい電源ブレーカーが前の電源ブレーカーが開いた後に閉じない場合、稼働中のユニットが停止したり、動作中のプロセスが中断される可能性があります。バスバーが電力を失うと、接続されたモーターはジェネレータとして機能し、バスバーに残存電圧を供給します。
この残存電圧は通常、約1秒以内に衰えます。
しかし、ドロップ・ピックアップ転送は1秒よりも速く発生し、残存電圧は新しい電源の電圧と組み合わさります。これら二つの電圧のベクトル和がモーターの定格電圧の133%を超える場合、転送は関与するモーターの寿命を短縮します。
自動バス転送スキーム
自動バス転送スキームは一般に、転送中のモーターへのストレスを軽減し、故障リレーとの調整を行うように設計されています。過電流リレーとの調整は、ソース回路ブレーカーが開いた後に転送を開始することで達成されます。過電流リレーがソースブレーカーをトリップさせた場合（バス障害を示す）、自動転送はブロックされます。
さらに、これらのスキームでは通常、残存電圧リレーおよび/または高速同期チェックリレーが使用されます。転送は、残存電圧と新しい電源の電圧のベクトル和がモーターの定格電圧の133%未満である場合にのみ許可されます。転送が86ロックアウトリレーによってブロックされた場合、スキームは通常タイムアウトします。
ただし、それがそうではない場合、オペレータはバス86ロックアウトリレーをリセットする前に、自動転送スキームが無効になっていることを確認する必要があります。
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