配電網における短絡障害遮断(SLF)の原理を回路遮断器によって行う

送電線における高周波トランジェント回復電圧（TRV）

送電線で100メートルから数キロメートルの範囲で障害が発生した場合、短絡障害（SLF）をクリアするためにサーキットブレーカー（CB）が必要となります。サーキットブレーカーによる障害のクリアリングプロセスは、鋸歯状の波形に似た急激な上昇率を持つトランジェント回復電圧（TRV）の生成につながります。この現象は、送電線を伝播するトラベルウェーブによって生成される高周波振動と、サーキットブレーカー端子と障害点との間での反射によって引き起こされます。

障害遮断中の主要な現象

1. 高周波振動と鋸歯状波形：

• SLF条件下でサーキットブレーカーが障害電流を遮断すると、電流と電圧の急激な変化により高周波振動が生成されます。これらの振動は、鋸歯状または三角形状の波形として視覚化できる急激な上昇率を持つTRVを結果として生じます。

• 鋸歯形状は、送電線を伝播し、サーキットブレーカー端子と障害位置との間で反射するトラベルウェーブによって引き起こされます。各反射はTRVの振動挙動に貢献し、電圧波形に複数のピークと谷を作り出します。

2. 電源側の振動：

• サーキットブレーカーの電源側（電力システムに接続されている側）では、サーキットブレーカー端子の電圧が通常トランス端子の電圧であるシステム電圧レベルに戻ります。この遷移により、電源回路で電力周波数（例えば50 Hzまたは60 Hz）の振動が発生します。

• 電力周波数の振動は、障害がクリアされたときに回路構成の突然の変化により引き起こされ、システム内の一時的な応答を引き起こします。この振動は時間とともにシステムが安定するにつれて徐々に減衰します。

3. ライン側の振動：

• サーキットブレーカーのライン側（送電線に接続されている側）では、障害が遮断された後、サーキットブレーカー端子の電圧がほぼ接地電位に低下します。この低下により別の振動が発生しますが、これはラインを伝播し反射するウェーブにより鋸歯状（三角形状）の波形を特徴としています。

• ライン側回路は、小さな減衰を持つ分布パラメータ回路として近似できます。サーキットブレーカー端子と障害点との間での反射により、電圧が振動し、鋸歯状の波形を作り出します。これらの振動の周波数は電力周波数よりもはるかに高く、波の伝播速度とサーキットブレーカーと障害点との距離によって影響を受けます。

ライン側回路の近似

ライン側回路は、単位長さあたりの抵抗、インダクタンス、キャパシタンスなどの分布パラメータを持つ小さな減衰回路としてモデル化できます。このモデルは、トラベルウェーブとその反射の挙動を理解するのに役立ちます。このモデルの主な特性には以下のものがあります：

• 伝搬遅延：波がサーキットブレーカー端子から障害点まで往復するまでの時間。

• 反射係数：反射波の振幅と入射波の振幅の比であり、ラインと障害との間のインピーダンスマッチングに依存します。

• 減衰：ラインを伝播する波の振幅の減少であり、ラインの抵抗と導電性によって影響を受けます。

サーキットブレーカー端子とライン側でのTRV波形

サーキットブレーカー端子とライン側で観察されるTRV波形は以下の通りです：

• 電源側（サーキットブレーカー端子）：

• 電圧がシステム電圧レベルに戻り、電力周波数の振動を引き起こします。

• この振動はライン側の高周波振動と比較して相対的に遅いです。

• ライン側（サーキットブレーカー端子）：

• 電圧がほぼ接地電位に低下し、高周波の鋸歯状（三角形状）波形を結果として生じます。

• 鋸歯形状は、ラインを伝播し反射するウェーブによって引き起こされる電圧の急激な変化によるものです。

TRV波形の視覚的表現

典型的な図では、サーキットブレーカー端子とライン側でのTRV波形は以下のようになります：

• 電源側TRV：システム電圧への漸増的な上昇に続き、電力周波数の振動。

• ライン側TRV：ほぼゼロへの急激な低下に続き、高周波のピークと谷の連続、鋸歯状または三角形状の波形。