給電保護

給電線保護

定義

給電線保護とは、電力供給網の途切れを防ぐために、電気的な障害から給電線を守ることを指します。給電線は変電所から負荷端に電気エネルギーを伝送します。電力配電網における重要な役割を考えると、様々なタイプの障害から給電線を保護することは非常に重要です。給電線保護の主な要件は以下の通りです。

• 選択性トリッピング：ショートサーキットが発生した場合、障害点に最も近い回路ブレーカーのみが開き、他の全ての回路ブレーカーは閉じたままになります。これにより、電力供給への影響が最小限に抑えられ、停電範囲も減少します。

• バックアップ保護：障害点に最も近い回路ブレーカーが開かなかった場合、隣接する回路ブレーカーがバックアップ保護として機能し、故障セクションを隔離します。この冗長性により、全体システムの信頼性が確保されます。

• 最適なリレー応答：保護リレーの動作時間が最小限に抑えられることで、システムの安定性が維持されつつ、健全な回路の不要なトリッピングが防止されます。このバランスは効率的な故障処理に不可欠です。

時間段階保護

時間段階保護とは、リレーの動作時間を順序的に設定するスキームです。このアプローチにより、障害が発生した場合、電力システムの最も小さな部分だけが隔離されるため、全体的な電力供給への中断が最小限に抑えられます。時間段階保護の実際の適用方法は以下の通りです。

放射状給電線の保護

放射状電力システムは、発電機または供給源から負荷端へ一方向に電力を流す特徴があります。しかし、このシステムには大きな欠点があり、障害が発生した場合、負荷端での電力供給の継続が難しくなります。

複数の給電線が直列に接続された放射状システムでは、障害が発生した場合、システムの最も小さな部分だけを隔離することが目標となります。時間段階保護はこの目標を効果的に達成します。過電流保護システムは、リレーが発電所から遠ざかるほど動作時間が短くなるように設定されています。この階層的な時間設定メカニズムにより、障害は問題の発生源にできるだけ近い場所で解消され、システムの残り部分への影響が減らされます。

SS4で障害が発生した場合、リレーOC5が最初に動作すべきであり、他のリレーではありません。つまり、リレーOC4の動作時間がリレーOC3よりも短くなければなりません。このように、これらのリレーに対する適切な時間段階設定の必要性が明確に示されます。隣接する2つの回路ブレーカー間の最小時間間隔は、それ自体のクリアランス時間と小さな安全マージンの合計によって決定されます。

一般的に使用される回路ブレーカーの場合、調整時のブレーカー間の最小判別時間は約0.4秒です。リレーOC1、OC2、OC3、OC4、およびOC5の時間設定はそれぞれ0.2秒、1.5秒、1.5秒、1.0秒、0.5秒、そして瞬時となっています。また、時間段階システムだけでなく、重大な障害時の動作時間を最小限に抑えることも重要です。これは、トリップコイルと並列に時間制限フューズを接続することで達成できます。

並列給電線の保護

並列給電線接続は主に、連続的な電力供給と負荷分散を確保するために使用されます。保護対象の給電線で障害が発生した場合、保護装置は故障した給電線を識別し隔離し、残りの給電線が即座に増加した負荷を引き受けます。

並列給電線システムのリレーの最も単純かつ効果的な保護方法の一つは、送出側で逆時間特性を持つ時間段階過負荷リレーを使用し、受電側で瞬時逆電力または方向リレーを使用することです。以下に示す図のように、この構成により、迅速かつ正確な障害検出と隔離が可能となり、並列給電線システム全体の信頼性と安定性が向上します。

どの線路でも重大な障害Fが発生すると、電力は線路の送出側と受電側から障害に流れ込みます。その結果、D点のリレーを通る電力の流れの方向が逆転し、リレーが開きます。

過大な電流はB点まで限定され、その過負荷リレーが動作して回路ブレーカーがトリップします。これにより、故障した給電線が完全に隔離され、健康的な給電線を通じて電力供給が継続されます。ただし、この方法は、D点での電力の流れが逆転するほど重大な障害である場合にのみ有効です。したがって、両端の過負荷保護に加えて差動保護を導入することで、保護システムの信頼性を高めています。

リングメインシステムの保護

リングメインシステムは、複数のルートを通じて一連の発電所を相互接続するネットワークです。このシステムでは、特に相互接続が利用される場合、電力の流れの方向を必要に応じて調整することができます。

このようなシステムの基本的なスケマティックは以下の図に示されており、Gは発電所を、A、B、C、およびDは変電所を表しています。発電所では電力が一方方向に流れるので、時間遅延過負荷リレーは必要ありません。時間段階過負荷リレーは変電所の端に設置されています。これらのリレーは、保護している変電所から離れる方向に過負荷電流が流れた場合にのみトリップし、選択的な故障隔離を行い、リングメインシステムの安定性を維持します。

GABCDの方向にリングを巡るとき、各ステーションの遠方側のリレーは徐々に短い時間遅延で設定されています。発電所では時間遅延が2秒に設定され、A、B、Cのステーションではそれぞれ1.5秒、1.0秒、0.5秒に設定され、次の関連ポイントのリレーは瞬時に動作します。同様に、リングを反対方向に巡るとき、出力側のリレーは対応する時間遅延パターンで設定されます。

F点で障害が発生した場合、電力はABFとDCFの2つの異なる経路を通じて障害に流れ込みます。トリガーされるリレーは、変電所Bと障害点Fの間に位置するもの、および変電所Cと障害点Fの間に位置するものです。この構成により、リングメインシステムの特定のセクションでの障害は、その特定のセクションに関連するリレーのみが動作します。したがって、影響を受けないセクションは中断せずに機能を続け、全体的な電力配電網の整合性と信頼性が維持されます。