通信電源の雷保護における自動再閉残存電流保護装置の応用

1. 落雷時のRCDの誤作動による停電問題

図1に示す典型的な通信電源回路では、電源入力端子に残存電流装置（RCD）が設置されています。RCDは主に漏電保護を提供し、個人の安全を確保します。また、電源ブランチには雷侵入から保護するためのサージ保護装置（SPD）が設置されています。落雷が発生すると、センサー回路に不均衡な干渉雷パルス電流と差動モード干渉電流が誘導されます。差動モード電流がRCDのトリップ閾値を超えると、誤動作が発生します。さらに、通信機器の漏電流がトリップ閾値に近い場合、雨季中に不均衡磁束が発生しやすいため、RCDの誤作動が起こりやすいです。

雷電流は一時的な電流であり、単一のパルスまたは複数のパルスを生成することがあります。サージ保護装置F1およびF2を通過する電流はそれぞれI1およびI2です。I1とI2はしばしば等しくなく、差動モード干渉が発生します。差動モード干渉がRCDの残存電流動作値を超えると、保護装置がトリップし、回路が切断され、通信機器が停止し、手動で電源を復旧する必要があります。通信局は主に無人化されているため、ある地域で落雷が発生すると、一部の通信局は電力を失い、短期間で通信を復旧できないことがあります。したがって、この問題は解決する必要があります。

2. 自動再閉残存電流保護装置の動作原理

自動再閉は、RCDの誤作動による停電問題を解決する効果的な方法です。自動再閉は高圧電力システムで一般的に使用され、優れた結果を達成しています。しかし、安全性の観点から、低圧民生電力システムではまだ広く普及していません。中国の通信システムでは近年これを採用し始め、標準YD/T 2346-2011「通信用自動再閉残存電流保護装置の技術条件」を制定し、大きな適用効果があります。

落雷によりRCDが誤作動し回路が切断された場合、自動再閉残存電流保護装置は自動的にスイッチを閉じます。雷電流は一時的なものであるため、落雷が過ぎ去るとI1≈I2となり、再閉が成功し、電源が復旧し、通信が再開します。

自動再閉は条件付きであり、安全性などの要因を考慮する必要があります。自動再閉には2つの方法があります：1つは漏電流状態を検出して再閉を行うかどうかを決定する方法、もう1つは検出なしで自動的に再閉を行う方法です。

L-PE漏れ故障自動検出機能を備えた自動再閉装置（以下、検出再閉装置と呼びます）は、電動操作機構、制御回路、検出回路、および出力インターフェースで構成されています。検出回路は再閉装置と共に動作し、再閉装置の制御回路の操作によって検出を行い、検出結果に基づいて再閉を行うかどうかを決定します。検出回路はRCDの相線、PE線、接地抵抗Re1およびRe2、トランスの中性N線に接続され、相線、PE線、接地抵抗Re1およびRe2、トランスの中性N線、および検出回路を通じてループを形成します。

検出回路のPE線は設備の筐体に接続する必要はありません（図2参照）。あるいは、相線、設備筐体、およびPE線を通じてループを形成する場合は、再閉装置の検出回路のPE線を設備筐体に接続する必要があります（図3参照）。RCDがトリップした場合、再閉装置の漏れ検出回路はa-PE、b-PE、c-PEとなります。検出回路信号は直流または交流で、電圧は24Vを超えてはなりません。

3. 主要な性能要件

残存電流保護機能は安全問題に対処し、自動再閉は落雷による停電問題を解決します。YD/T 2346-2011「通信用自動再閉残存電流保護装置の技術条件」では、以下のいくつかのパラメータを考慮しています。

自動再閉機能は、電力供給の継続性と安全性のバランスを取る必要があります。

(1) 再閉試行回数 ユーザーの視点からは、より多くの再閉試行回数が望ましいですが、安全性の観点からは少ない方が良いです。漏電流検出なしで自動的に再閉を行う製品の場合、標準では最大3回の自動再閉試行を許可しています。

(2) 再閉時間間隔 電力使用の観点からは、ゼロの時間間隔が理想的ですが、安全性の観点からは十分に長くなければなりません。標準では次のように規定しています：保護装置が断線後の線漏れ検出能力がない場合、残存電流保護装置はトリップ後20〜60秒後に一度自動的に再閉します；それが失敗した場合、15分後に2回目の再閉試行を行います；2回目の試行が失敗した場合、さらに15分後に3回目の再閉試行を行います；3回目の試行が失敗した場合、それ以上の再閉は許可されません。

(3) 検出電圧 検出電圧も重要な安全パラメータであり、あまり高くすることはできません。標準では次のように規定しています：保護装置が断線後の線漏れ検出能力がある場合、以下の要件が適用されます：

• 1分間に3回の再閉試行が失敗した場合、それ以上の再閉は許可されません。

• 検出電圧 ≤24V。

(4) 雷耐性プロテクターは特定の電子回路を含んでいて、十分な雷耐性を持つ必要があります。そうでなければ使用できません。規格では次のように規定しています：残電流保護装置は、設備を通る容量負荷による接地スージュレント電流および設備のフラッシュオーバーによる接地スージュレント電流に対して十分な耐性を持つ必要があります。時間遅延型残電流保護装置は、設備のフラッシュオーバーによる接地スージュレント電流から誤作動しないように十分な耐性を持つ必要があります。

L-N間で1.2/50μs (8/20μs) 組合波、2kVのインパルス電圧を適用しても誤動作しないことが求められます。L-N間で1.2/50μs、4kVのインパルス電圧を適用してもサンプルが損傷せず、正常に動作し続けることが求められます。

LとNの電源線間に8/20μs、20kAの雷電流が流れても、追加で設置されたスージ保護装置がある場合、サンプルは損傷せずに正常に動作する必要があります。

4. 結論と提言

自動再閉残電流保護装置は、雷による停電問題を効果的に解決し、通信システムの雷耐性を高め、安全かつ信頼性が高いです。これは通信システムの雷保護能力を向上させる効果的な手段です。