母線差動保護

バスバー差動保護の定義

バスバー差動保護は、キルヒホッフの電流法則を用いてバスバーに流入する電流と流出する電流を比較することで、故障を迅速に隔離する方式です。

電流差動保護

バスバー保護の方式では、キルヒホッフの電流法則が使用されます。この法則によれば、電気ノードに入り込む総電流は、そのノードから出る総電流と完全に等しいということです。したがって、バスセクションに入る総電流は、バスセクションから出る総電流と等しくなります。

差動バスバー保護の原理は非常に単純です。ここでは、CT（電流変換器）の二次側が並列に接続されています。つまり、すべてのCTのS1端子がつながれてバスワイヤーを形成し、同様にすべてのCTのS2端子もつながれて別のバスワイヤーを形成します。トリップリレーはこれらの2つのバスワイヤー間に接続されています。

 上記の図では、通常状態でフィードA、B、C、D、E、Fがそれぞれ電流IA、IB、IC、ID、IE、IFを運んでいると仮定しています。キルヒホッフの電流法則によれば、

 基本的に、差動バスバー保護に使用されるすべてのCTは同じ電流比を持っています。そのため、すべての二次電流の合計もゼロになるはずです。

 ここで、すべてのCTの二次側と並列に接続されたリレーを通る電流をiRとし、iA、iB、iC、iD、iE、iFを二次電流とします。次に、ノードXでKCLを適用します。KCLによれば、ノードXにおいて、

 したがって、通常状態では、バスバープロテクショントリップリレーには電流が流れません。このリレーは一般的にリレー87と呼ばれます。今度は、保護ゾーン外のいずれかのフィーダーで故障が発生した場合を考えます。

その場合、故障電流はそのフィーダーのCTの一次側を通過します。この故障電流は、バスに接続されている他のすべてのフィーダーによって供給されます。したがって、故障状態でノードKでKCLを適用すると、依然としてi R = 0となります。

つまり、外部の故障状態では、リレー87には電流が流れません。次に、バス自体で故障が発生した場合を考えます。この場合でも、故障電流はバスに接続されているすべてのフィーダーによって供給されます。したがって、この条件下では、すべての供給された故障電流の合計は総故障電流と等しくなります。

ここで、故障経路にはCTはありません。（外部故障の場合、故障電流と異なるフィーダーからの供給電流は、それぞれの流れの経路にCTがあります）。すべての二次電流の合計はもうゼロではなくなり、故障電流の二次相当値になります。ここで、ノードでKCLを適用すると、i Rには非ゼロの値が得られます。

 したがって、この条件下では、電流がリレー87を通過し始め、そのバスセクションに接続されているすべてのフィーダーに対応するサーキットブレーカーをトリップさせます。

このバスセクションに接続されているすべての入力および出力フィーダーがトリップされると、バスは停止します。この差動バスバー保護方式はまた、バスバーの電流差動保護とも呼ばれます。

セクショナライズドバスバー保護

バスバーの電流差動保護の動作原理を説明する際に、簡単な非セクショナライズドバスバーを示しましたが、中程度の高電圧システムでは、システムの安定性を高めるために、電気バスを複数のセクションに分割することがあります。

これは、バスの一部での故障がシステムの他の部分を妨げないようにするためです。したがって、バスの故障時には、全体のバスが遮断されます。それでは、2つのセクションを持つバスバーの保護について描き、議論してみましょう。

ここでは、バスセクションAまたはゾーンAはCT1、CT2、CT3によって制限されており、CT1とCT2はフィーダーCTで、CT3はバスCTです。

電圧差動保護

電流差動方式は、CTが飽和せず、最大故障条件下でも同じ電流比と位相角誤差を維持している場合にのみ感度があります。これは通常80ではありません。特に、フィーダーのいずれかで外部故障が発生した場合にそうです。故障フィーダーのCTは全電流によって飽和し、結果的に非常に大きな誤差を持つ可能性があります。この大きな誤差により、特定のゾーン内のすべてのCTの二次電流の合計がゼロにならないことがあります。

 したがって、外部の大規模な故障の場合でも、この保護ゾーンに関連するすべてのサーキットブレーカーがトリップする可能性が高いです。この電流差動バスバープロテクションの誤作動を防ぐために、87リレーには高いピックアップ電流と十分な時間遅延が設定されています。電流変換器の飽和の最も問題となる原因は、短絡電流の過渡直流成分です。

これらの困難は、エアコアCTを使用することで克服できます。この電流変換器はまた、線形カップラーとも呼ばれます。CTのコアに鉄を使用していないため、これらのCTの二次特性は直線です。電圧差動バスバープロテクションでは、すべての入力および出力フィーダーのCTが並列ではなく直列に接続されています。

すべてのCTの二次側と差動リレーが閉ループを形成します。すべてのCTの極性が適切に一致している場合、すべてのCTの二次側の電圧の合計はゼロになります。したがって、差動リレーに現れる結果の電圧はありません。バス障害が発生した場合、すべてのCTの二次電圧の合計はゼロではなくなります。そのため、結果の電圧によりループ内に電流が循環します。

このループ電流は差動リレーにも流れることから、リレーが動作し、保護バスゾーンに関連するすべてのサーキットブレーカーをトリップさせます。地中障害電流が中性インピーダンスによって大幅に制限されていない限り、通常選択性の問題はありません。このような問題が存在する場合、追加のより敏感なリレー装置を含む監視保護リレーを使用して解決します。

選択的分離の重要性

現代のシステムでは、停電を最小限に抑え、迅速な故障排除を確保するために、故障セクションのみを分離する必要があります。