高電圧回路遮断器における位相ずれの電流切り替え
同じ動作電圧を持つ電力ネットワークの2つの部分が接続されるとき、それらの等価電源が異なる位相角を持っている場合、位相ずれスイッチング現象が発生します。一部またはすべての位相が180°ずれている場合があります。スイッチング操作中に、回路遮断器は異なる位相角を持つ電源電圧に遭遇し、接続部で位相ずれ電流が発生します。これらの電流は、接続部両側の回路遮断器によって確実に遮断する必要があります。
具体的には、電源電圧を表す回転ベクトル間の位相差により、瞬時電圧波形が同期しなくなり、スイッチング時に大きな過渡電流と電圧ストレスが発生します。過渡復帰電圧（TRV）の場合、このスイッチング作業は回路遮断器の両側にアクティブな電源があり、スイッチング操作の複雑さと課題が増加します。
図1に示すように、電源S1とS2が異なる位相角を持つ2つの電源を表していると仮定します。回路遮断器がこれら2つの電源間でスイッチングを行うと、位相差により過渡電流が大幅に増大し、回路遮断器に対してより高い切断要求が課されます。したがって、回路遮断器はこれらの高ストレス条件に対応できる十分な能力を持ち、安全かつ信頼性の高いスイッチング操作を確保する必要があります。
要点の要約
位相ずれスイッチング：異なる位相角を持つ2つの電源間でのスイッチングで発生します。
過渡電流：位相差により、大きな過渡電流が生成されます。
過渡復帰電圧（TRV）：回路遮断器の両側にアクティブな電源があり、複雑さが増します。
回路遮断器の要件：回路遮断器は高ストレス条件に対応でき、安全かつ信頼性の高いスイッチング操作を確保する必要があります。
以前に議論した故障スイッチングタスクでは、負荷側の過渡復帰電圧（TRV）成分は最終的にゼロに減衰します。しかし、位相ずれスイッチングでは、S2側のTRV成分はS2電源の商用周波数復帰電圧（RV）に徐々に減衰します。図2に示すように、2つの電源間の電圧位相差が90°であり、短絡リアクタのインピーダンスが等しいと仮定しています。
したがって、位相ずれスイッチング操作の主な特徴は非常に高いTRVピークであり、再起電圧上昇率（RRRV）と電流は比較的穏やかです。位相ずれ条件下でのTRVピークは、すべてのスイッチング操作の中で最も高いため、長距離送電線路上の故障除去や直列補償線路上の故障処理など、他の複雑なスイッチング条件を評価する基準として通常使用されます。
要点の要約:
負荷側TRV：すべての場合において、負荷側のTRV成分はゼロに減衰します。S2側の位相ずれTRV：S2電源の商用周波数復帰電圧（RV）に減衰します。
TRVピーク：位相ずれスイッチングでは非常に高い。
RRRVと電流：比較的穏やかです。
基準：位相ずれ条件下でのTRVピークは最も高く、他の複雑なスイッチング条件を評価する一般的な基準となっています。
位相ずれスイッチングにおけるTRVの特性
以前に議論した故障スイッチングシナリオでは、負荷側の過渡復帰電圧（TRV）成分はすべての場合でゼロに減衰します。しかし、位相ずれスイッチングでは、側のTRV成分は、電源の商用周波数復帰電圧（RV）に減衰します。図2に示すように、2つの電源間の電圧位相差が90°であり、短絡リアクタのインピーダンスが等しいと仮定しています。
詳細な説明
以前に議論した故障スイッチングシナリオでは、負荷側の過渡復帰電圧（TRV）成分は常にゼロに減衰します。しかし、位相ずれスイッチングでは、側のTRV成分は、電源の商用周波数復帰電圧（RV）に減衰します。図2に示すように、これは2つの電源間の位相差が90°であり、短絡リアクタが等しいことを前提としています。
したがって、位相ずれスイッチング操作の主要な特徴は以下の通りです：
非常に高いTRVピーク: TRVのピーク値は他のスイッチングモードと比較して非常に高い。
中程度のRRRVと電流: 再起電圧上昇率（RRRV）と電流レベルは、高いTRVピークにもかかわらず中程度に保たれます。
位相ずれ条件下でのTRVピークはすべてのスイッチングモードの中で最も高いため、このシナリオは以下のような他の特殊なスイッチング条件を評価する際の基準としてよく使用されます：
長距離送電線路上の故障除去
直列補償線路上の故障処理
要点の要約:
負荷側TRV: すべての故障スイッチングシナリオで常にゼロに減衰します。
-側の位相ずれTRV: 電源の商用周波数復帰電圧（RV）に減衰します。
TRVピーク: 位相ずれスイッチングでは非常に高い。
RRRVと電流: 比較的穏やかです。
基準: 位相ずれ条件下でのTRVピークは最も高く、他の複雑なスイッチング条件を評価する一般的な基準となっています。
図3は、位相ずれ状態を引き起こす可能性のある2つのシナリオを示しています。最初のシナリオ（左の画像）では、回路遮断器が誤った位相角で発電機をグリッドに接続します。2つ目のシナリオ（右の画像）では、送電網の異なる部分が同期を失い、これは通常、ネットワーク内のどこかでショートサーキットが発生したためです。
どちらの場合も、ネットワーク内を位相ずれ電流が流れ、これを回路遮断器が確実に遮断する必要があります。これらの状況は、位相ずれにより高過渡電流と電圧が発生し、回路遮断器がこれらの極端な条件を効果的に処理する必要があるため、電力システムにとって重大な課題となります。
要点の要約:
シナリオ1（左の画像）: 発電機が誤った位相角でグリッドに接続され、位相ずれが発生します。
シナリオ2（右の画像）: 送電網の異なる部分が同期を失い、通常はショートサーキットにより位相ずれが発生します。
位相ずれ電流: どちらのシナリオでも、位相ずれ電流がネットワーク内を流れます。
回路遮断器の要件: 回路遮断器はこれらの位相ずれ電流を確実に遮断し、システムの安定性と安全性を維持する必要があります。
発電機とシステム間のスイッチング
昇圧トランスを使用する場合、発電機と電力システム間のスイッチングは、トランスの高電圧（HV）側または中電圧（MV）側で行われます。このスイッチングは、システム障害や発電所のトリップだけでなく、同期および非同期イベントの際にも発生します。
位相ずれ条件の深刻さは以下の要素に依存します：
位相差: 発電機とグリッド間の位相差が大きいほど、位相ずれ条件は深刻になります。
ロータの励磁状態: 発電機のロータの励磁レベルも位相ずれ条件の深刻さに影響します。通常、励磁制御システムは迅速にロータの磁界強度を減らし、位相ずれ条件の影響を最小限に抑えます。
これらの課題に対処するために、発電所はさまざまな保護および制御装置を装備しています：
同期外れ保護装置: これらの装置は発電機がグリッドとの同期を失うのを検出し、防止します。
同期チェック装置: これらの装置は発電機が正しい位相角でグリッドに接続されることを確認し、位相ずれ条件を防ぎます。
同期制御装置: これらの装置は発電機とグリッド間の滑らかな同期を達成するのに役立ちます。
図4は、昇圧トランス、発電機、電力システム間の接続、および関連する保護および制御装置の構成を示しています。
要点の要約:
スイッチング位置: 発電機と電力システム間のスイッチングは、昇圧トランスの高電圧（HV）側または中電圧（MV）側で行われます。
位相ずれ条件: 位相ずれ条件の深刻さは、位相差とロータの励磁状態に依存します。
保護および制御装置: 発電所は同期外れ保護、同期チェック装置、同期制御装置を装備し、安全かつ信頼性の高いスイッチング操作を確保します。
2つのシステム間のスイッチング:
2つの電力システム間のスイッチングは、通常、電力の不均衡やシステムの不安定な状況で発生します。例えば、大規模なシステム障害、システム復旧中の状況、保護システムの誤動作などが挙げられます。
重要な送電線は、保護システムに同期外れブロックを装備しているか、または重度の同期外れ状態でのシステム分離を防ぐために特別なシステム全体の保護が適用されることがあります。
同期外れ現象の結論:
定格同期外れ電流は、定格短絡電流の25%が提案されています。経済的および統計的な理由から、TRV解析に基づく最小ピーク値として、RVが2.0 p.u.、オーバーシュートが25%が提案されています。
システム分離は、架空送電線の連鎖的なトリップとともに発生し、これによりシステムインピーダンスが増加します。そのため、今日でも定格短絡電流の25%が合理的な最大値と考えられています。同期外れ電流の最大値は、高電圧回路遮断器の能力にとって重要なパラメータです。
大規模な障害では、標準で規定されているTRVピーク値に関連する105度から115度よりもはるかに大きな同期外れ角度が観測されます。これは放射状ネットワークとメッシュネットワークの両方に当てはまりますが、過去の事例では、大きな同期外れ角度と低い運転電圧が同時に発生することが示されています。大きな同期外れ角度と低い運転電圧の組み合わせは、標準で規定されている比較的低い同期外れ角度と定格電圧（最大運転電圧）の状況と同様のTRVピーク値を生成します。
伝統的な発電所を接続または切断するための送電系回路遮断器も、同期外れスイッチングにさらされる可能性があります。不安定な電力振動中に発電所を切断する場合、システム分離に関する考慮事項が適用されますが、変圧器制限試験条件を指定する必要があることに注意が必要です。
同期不良による発電所の切断の場合、中電圧発電機回路遮断器で説明されたような条件と要件が適用され、設計が任務を満たせるかどうかを判断するためのシミュレーションが必要です。このようなイベントのシミュレーションには、保護システムの応答時間、発電機電圧の低下現象、ロータの加速/減速が含まれ、発電機の誤同期後の同期外れ電流とTRVがユーザーが規定する条件（例えば180度）をカバーしているかどうかを確認する必要があります。
