接地トランスと消弧コイルの違いは何ですか

接地トランスの概要
接地トランスは一般的に「接地トランス」または単に「接地ユニット」と呼ばれます。絶縁媒体に基づいて油浸型と空冷型に、また位相数に基づいて三相型と単相型に分類されます。接地トランスの主な機能は、トランスや発電機が自然の中性点（例えばデルタ接続システム）を持たない電力システムに対して人工的な中性点を提供することです。この人工的な中性点により、ピーターソンコイル（消弧コイル）または低抵抗接地方式を使用することが可能となり、単一線路対地障害時のキャパシティブな対地障害電流を減少させ、配電システムの信頼性を向上させます。

消弧コイル（ピーターソンコイル）の概要
名前の通り、消弧コイルはアークを消去するように設計されています。これは鉄心インダクティブコイルで、トランス（または発電機）の中性点と地間に接続され、消弧コイル接地システムを形成します。この構成は小電流接地システムの一種を表しています。通常の運転条件下では、コイルには電流が流れません。しかし、雷による打撃や単相アーク接地障害が発生すると、中性点電圧が相電圧まで上昇します。この瞬間、消弧コイルからのインダクティブ電流がキャパシティブ障害電流と反対方向に流れ、効果的に補償します。結果として残存電流は非常に小さくなり、アークを維持するのに十分ではなく、自然に消えます。これにより、危険な過電圧を引き起こすことなく迅速に接地障害を排除することができます。

消弧コイルの主要な役割は、単相接地障害時に障害点でのキャパシティブ電流を補償するためのインダクティブ電流を供給し、総障害電流を10A未満に減らすことです。これにより、電流ゼロクロス後のアーク再燃を防ぎ、アーク消滅を達成し、高電圧の発生確率を減らし、障害の拡大を防ぎます。適切に調整された消弧コイルは、アークによる過電圧の発生確率を最小限に抑え、その振幅を抑制し、障害点での熱損傷と接地グリッド上の電圧上昇を減らします。

適切な調整とは、インダクティブ電流（IL）がキャパシティブ電流（IC）と一致または近似することを意味します。エンジニアリング実践において、非調和度は非調和係数Vによって表現されます：

• V=0の場合、完全補償（共振状態）と呼ばれます。

• V>0の場合、不足補償です。

• V<0の場合、過剰補償です。

理想的には、最適な消弧のためにVの絶対値は可能な限り小さく、できればゼロ（完全補償）が望ましいです。しかし、通常の電力網運転条件下では、わずかな非調和（特に完全補償）はシリーズ共振過電圧を引き起こす可能性があります。例えば、6kVの炭鉱電力システムでは、完全補償下の中性点移動電圧は接地されていないシステムよりも10〜25倍高いことが知られています—これが一般的にシリーズ共振過電圧と呼ばれています。さらに、大型モーターの起動や同期外回路ブレーカーの閉鎖などの切り替え操作も危険な過電圧を引き起こす可能性があります。したがって、接地障害がない場合、共振付近で消弧コイルを動作させることはリスクであり、安全性の向上ではありません。実際には、完全補償またはそれに近い状態で動作する消弧コイルは通常、共振過電圧を抑制するダンピング抵抗を装備しており、現場での経験からこのアプローチが非常に効果的であることが示されています。

接地トランスと消弧コイルの違い
中国の10kV三相配電システムでは、中性点は通常接地されていません。単一相接地障害時の断続的なキャパシティブ電流が持続的なアークと電圧振動を引き起こし、重大な事故につながるのを防ぐために、接地トランスが使用されて人工的な中性点が作られます。接地トランスは通常、ジグザグ（Z型）巻線接続を使用します。その中性点は消弧コイルに接続され、その後接地されます。単一相接地障害時には、消弧コイルからのインダクティブ電流がシステムのキャパシティブ電流をキャンセルし、メンテナンススタッフが障害を見つけ、解除するまでの最大2時間、システムの運転を継続させることができます。

従って、接地トランスと消弧コイルは二つの異なる装置です：消弧コイルは基本的に大きなインダクターであり、接地トランスによって提供される中性点と地間に接続されます。これらは協調して動作するシステムですが、基本的には異なる機能を果たします。