給電保護リレー：包括的なガイド

フィーダ保護リレーは、ショートサーキット、過負荷、接地障害、および導体の断線などのさまざまな種類の障害から電力システムのフィーダを保護する装置です。フィーダは、変電所から負荷または別の変電所まで電力を送る送電または配電線です。フィーダ保護リレーは、迅速に障害を検出し隔離し、設備への損傷を防ぎ、停電を最小限に抑えるため、電力システムの信頼性と安全性を確保するために不可欠です。

距離保護リレーとは？

最も一般的なタイプのフィーダ保護リレーの一つが距離保護リレー、またはインピーダンスリレーとも呼ばれるものです。距離保護リレーは、対応する電圧トランスフォーマー（PT）および電流トランスフォーマー（CT）からの電圧（V）と電流（I）入力を使ってフィーダラインのインピーダンス（Z）を測定します。インピーダンスは、電圧を電流で割ることで計算されます：Z = V/I。

距離保護リレーは、測定されたインピーダンスを事前に設定された値と比較します。この設定値は、通常動作における最大許容インピーダンスを表します。測定されたインピーダンスが設定値より低い場合、それはフィーダライン上に障害があることを意味し、リレーは障害を隔離するためのトリップ信号を回路ブレーカーに送ります。リレーはまた、障害電流、電圧、抵抗、リアクタンス、および障害距離などの障害パラメータを画面に表示することができます。

障害距離は、リレー位置から障害位置までの距離であり、測定されたインピーダンスをキロメートルあたりのラインインピーダンスで乗算することで推定できます。例えば、測定されたインピーダンスが10オームで、キロメートルあたりのラインインピーダンスが0.4オーム/キロメートルの場合、障害距離は10 x 0.4 = 4キロメートルとなります。障害距離を知ることで、障害を迅速に特定して修理することができます。

四角形特性とは？

距離保護リレーには、円形、モー形、四角形、または多角形など、異なる動作特性があります。四角形特性は、保護ゾーンの設定においてより柔軟性と精度を提供するため、現代の数値リレーで人気のある選択肢です。

四角形特性は、リレーの保護ゾーンを定義する平行四辺形のグラフです。グラフには、前方抵抗（R F）、後方抵抗（R B）、前方リアクタンス（X F）、および後方リアクタンス（X B）の4つの軸があります。グラフにはまた、リレーキャラクタリスティックアングル（RCA）と呼ばれる傾斜角度があり、これが平行四辺形の形状を決定します。

四角形特性は以下の手順でプロットできます：

1. 正のX軸にR F値を設定し、負のX軸にR B値を設定します。

2. 正のY軸にX F値を設定し、負のY軸にX B値を設定します。

3. R FからX FへRCAの傾きで線を引きます。

4. R BからX BへRCAの傾きで線を引きます。

5. R FからR B、およびX FからX Bを結んで平行四辺形を完成させます。

保護ゾーンは平行四辺形内にあり、測定されたインピーダンスがこの領域内にある場合、リレーはトリップします。四角形特性は、以下の4つの操作象限をカバーできます：

• 第1象限（RとXの値が正）：これは誘導負荷とリレーからの前方障害を表します。

• 第2象限（Rが負でXが正）：これは容量負荷とリレーからの逆方向障害を表します。

• 第3象限（RとXの値が負）：これは誘導負荷とリレーからの逆方向障害を表します。

• 第4象限（Rが正でXが負）：これは容量負荷とリレーからの前方障害を表します。

異なる動作ゾーンとは？

距離保護リレーには、異なるインピーダンスと時間遅延の設定値によって定義される異なる動作ゾーンがあります。これらのゾーンは、システム内の他のリレーとの調整を行い、隣接するフィーダーのバックアップ保護を提供することを目的として設計されています。

距離保護リレーの典型的な動作ゾーンは以下の通りです：

• ゾーン1：このゾーンはフィーダ長の80%〜90%をカバーし、時間遅延はありません。このゾーン内の障害に対して一次保護を提供し、即時にトリップします。

• ゾーン2：このゾーンはフィーダ長の100%〜120%をカバーし、短い時間遅延（通常0.3〜0.5秒）があります。ゾーン1を超える障害や隣接するフィーダーの障害に対するバックアップ保護を提供します。

• ゾーン3：このゾーンはフィーダ長の120%〜150%をカバーし、長い時間遅延（通常1〜2秒）があります。ゾーン2を超える障害や遠隔フィーダーの障害に対するバックアップ保護を提供します。

一部のリレーには、負荷侵入用のゾーン4やオーバーリーチ障害用のゾーン5などの追加ゾーンがあることもあります。

他のフィーダ保護リレーのタイプとは？

距離保護リレーの他にも、異なる用途や距離保護リレーと組み合わせて使用できる他のタイプのフィーダ保護リレーがあります。いくつかの例は以下の通りです：

• 過電流保護リレー：これらのリレーは電流のみを測定し、予め設定された値を超えたときにトリップします。これらはシンプルで安価であり、放射状フィーダーで広く使用されています。

• 差動保護リレー：これらのリレーはフィーダーの両端からの電流入力を比較し、それら間に不均衡があるときにトリップします。これらは高速で選択性があり、短いフィーダーやバスバーに適しています。

• 方向保護リレー：これらのリレーは電流と電圧を測定し、その位相差を決定します。これらは電圧に対する特定の方向に電流が流れているときにのみトリップします。これらはループ型フィーダーや並列フィーダーに有用です。

• アークフラッシュ検出リレー：これらのリレーは光センサーと高速の過電流検出を使用してフィーダー上のアークフラッシュイベントを識別します。これらは従来のリレーよりも早くトリップし、作業員の安全性を向上させます。

フィーダ保護リレーの選択方法とは？

フィーダ保護リレーの選択は、以下のような様々な要因によって決まります：

• フィーダーのタイプ、長さ、構成、負荷、接地、および絶縁レベル

• リレーの可用性、正確性、コスト、メンテナンス、通信、および統合

• 保護スキームの調整、選択性、感度、速度、信頼性、セキュリティ、および安定性

• 電力システム運営者の標準、規制、コード、ポリシー、および慣行

フィーダ保護リレーを選択する際の一般的なガイドラインは以下の通りです：

• 電磁式または静止形リレーではなく、数値リレーを選択し、性能、機能性、柔軟性、診断を改善します。

• 過電流または差動保護リレーではなく、長距離または複雑なフィーダーには距離保護リレーを選択します。

• 円形またはモー形特性ではなく、四角形特性を選択し、より正確で適応性を持たせます。

• 従来の電流/電圧入力ではなく、低エネルギーのアナログセンサ入力を選択し、サイズ、重量、安全上の危険性を削減します。

• 従来のリレーではなく、アークフラッシュ検出リレーを選択し、より速いトリッピングと作業員の安全を確保します。

結論

フィーダ保護リレーは、さまざまな種類の障害から電力システムのフィーダを保護する重要な装置です。これらは迅速に障害を検出し隔離し、設備への損傷を防ぎ、停電を最小限に抑え、電力システムの信頼性、安全性、効率性を向上させることができます。

最も一般的なタイプのフィーダ保護リレーの一つが距離保護リレーです。これは、対応する電圧トランスフォーマー（PT）および電流トランスフォーマー（CT）からの電圧（V）と電流（I）入力を使ってフィーダラインのインピーダンス（Z）を測定します。測定されたインピーダンスを事前に設定された値と比較します。この設定値は、通常動作における最大許容インピーダンスを表します。測定されたインピーダンスが設定値より低い場合、それはフィーダライン上に障害があることを意味し、リレーは障害を隔離するためのトリップ信号を回路ブレーカーに送ります。

距離保護リレーは、円形、モー形、四角形、または多角形などの異なる