35kV配電線路単相接地故障処理

配電線：電力システムの主要な構成要素

配電線は電力システムの主要な構成要素です。同じ電圧レベルのバスバーに、複数の配電線（入力または出力用）が接続され、それぞれ多くの枝分かれがあり、放射状に配置されて変圧器に接続されています。これらの変圧器によって低電圧に降圧された電力は、幅広いエンドユーザーに供給されます。このような配電ネットワークでは、相間ショートサーキット、過電流（過負荷）、一相接地障害などの障害が頻繁に発生します。これらの中でも一相接地障害が最も一般的で、全系統障害の70%以上を占めています。さらに、多くのショートサーキット障害は、一相接地障害から多相接地障害へと進行するものです。

一相接地障害とは、配電線上の3つの相（A、B、またはC）のいずれかが絶縁不良により地面に落ちたり、木、建物、支柱、塔などに接触したりして、地と導通路を形成する状況を指します。また、雷やその他の大気条件による過電圧によって配電設備の絶縁が損傷し、地に対する絶縁抵抗が大幅に低下することもあります。

小電流接地システムにおいて一相接地障害が発生した場合、完全な障害ループは直接形成されません。キャパシティブ接地電流は負荷電流よりもはるかに小さく、系統の線電圧は対称性を保つため、ユーザへの電力供給はすぐに中断されません。そのため、規則では最大2時間まで一つの接地障害を継続運転することが許可されています。しかし、非故障相の電圧は地に対して上昇し、絶縁に脅威となるため、既存の接地障害のある線路は迅速に特定し対処する必要があります。

I. 35kV補助バスバーの一相接地障害の識別

一相接地障害、鉄磁共鳴、相欠落、または電圧トランス（VT）の高電圧ヒューズブローティングが発生した場合、観察される現象は似ているかもしれませんが、詳細な分析により明確な違いが明らかになります。

• 一相接地障害：
  変電所とSCADAシステムは「35kVバスバー接地」または「消弧コイルNo.X動作」といった信号を発信します。リレー保護はトリップしませんが、アラーム信号をトリガーします。故障相の電圧が下がり、他の二相の電圧が上がります。故障相のVTインジケーターライトは暗くなり、他の二つは明るくなります。金属接地障害の場合、故障相の電圧はゼロに下がり、他の二相の地に対する電圧は√3倍に増加しますが、線電圧は変わりません。VTの3V₀出力は約100Vとなり、高調波抑制ライトが点灯します。消弧コイルには、そのタップ設定に対応する補償電流が流れます。小電流障害線選択装置が設置されている場合は、それが動作して故障線路を特定します。故障が変電所内にある場合、可視的なアーク、煙、大きな電気音などの物理的徴候により、故障点が容易に特定できます。

• 鉄磁共鳴：
  中性点位移電圧が生成され、三相の位相電圧が変化します。通常、一相の電圧が上がり、他の二相が下がるか、またはその逆であり、線電圧もそれに応じて変化します。中性電圧がゼロでないため、消弧コイルに電流が流れ、「バスバー接地」信号が位移電圧の大きさに応じて発信されることがあります。

• 相欠落：
  失われた相の上流側の電圧は通常の電圧の1.5倍に上昇し、下流側の電圧はゼロに下がります。故障相の電流はゼロになり、他の二相の電圧は少し下がります。線電圧は変わらないままです。3V₀は約50Vとなり、消弧コイルには電流が流れ、接地信号が出されます。ユーザは停電を報告する可能性があります。

• VT高電圧ヒューズブローティング：
  ブローした相の電圧は大幅に下がります（通常、正常相電圧の半分以下）、他の相の電圧は上がらないままです。線電圧は不均衡になります。バスバー上のすべての出力回路で「電圧回路オープン」アラームがトリガーされます。3V₀は約33Vとなり、接地信号が出されます。

これらの4つの状態—一相接地、鉄磁共鳴、相欠落、VTヒューズブローティング—は類似の症状を示しますが、位相電圧、線電圧、3V₀、消弧コイル電流、SCADA自動化信号、制御室オペレータからの報告を詳しく分析することで、一相接地障害を正確に区別することができます。

II. 35kV補助バスの一相接地障害の処理手順

35kV線路上で接地障害が発生すると、万安変電所の35kVバスバーは接地アラームを発信します。中央制御所の人員に直ちに通知し、所内の設備と保護状態（3V₀電圧、小電流障害線選択装置の状態、消弧コイルの温度/電流等）を確認し、線路運行チームを派遣して線路巡視を行うべきです。中央制御所からのフィードバックにより接地障害が確認された後、試験切り替え（試験トリップ）を行うべきです。試験切り替えの前に重要なユーザに通知しなければなりません。

試験切り替え装置がないシステムでは、SCADAを介して遠隔トリップが可能です。ただし、下流変電所の負荷をまず転送する必要があります。内部橋接を持つシステムでは、自動転送スイッチ（ATS）を無効にし、健全なセクションへの障害転送を防ぐ必要があります。特定の線路が故障していることが確認された場合、まずはその負荷を転送し、その後故障線路を停止するべきです。線路運行チームと中央制御所の人員に通知し、35kV線路と関連する35kV変電所内の35kV設備を巡視・検査するべきです。

障害が相間ショートサーキットに進展し、突然の停電を引き起こすことのないように、故障設備を迅速に特定し隔離する必要があります。また、消弧コイルの過熱と損傷を防ぐために、故障設備は通常2時間以内に隔離するべきです。コイルの温度上昇は監視し、55°C以下に保つ必要があります。これを超えた場合は、一相接地運転を直ちに停止し、故障設備を切断しなければなりません。接地状態が2時間を超える場合は、上層管理に報告する必要があります。

III. 結論

配電線上で一相接地障害が発生しても、線電圧の大きさと位相は変わらず、短時間であれば故障設備を切断せずに運転を続けることができます。これは供給の信頼性を向上させますが、二つの健全な相の電圧は線間電圧に上昇し、絶縁破壊とその後の二相接地ショートサーキットのリスクが増大します。これは変電所設備と配電ネットワークの安全かつ経済的な運転に重大なリスクをもたらします。したがって、可能な限りこのような障害を防止し、発生した場合には迅速に障害点を特定し排除することで、全体的な供給の信頼性を向上させる必要があります。