PTヒューズ遅延動作：原因、検出および予防

I. フューズの構造と根本原因分析

遅いフューズのブロー:
フューズの設計原理から、大容量の故障電流がフューズ要素を通過すると、金属効果（特定の合金条件下で難熔金属が融点を下げる）により、フューズは最初にハンダ付けされたスズ玉で溶け始めます。その後、アークがフューズ要素全体を急速に蒸発させ、生成されたアークは石英砂によって迅速に消火されます。

しかし、過酷な運転環境により、重力と熱蓄積の組み合わせ的な影響でフューズ要素が劣化し、通常の負荷電流下でもフューズが折れる可能性があります。通常の電流下でフューズがブローするため、溶ける過程は遅くなります。フューズ抵抗が徐々に増加すると、位相電圧振幅が低下し、関連する保護リレーの誤動作を引き起こす可能性があります。

PTの遅いフューズブローの影響:
高圧側PTフューズが指定時間内に完全にクリアされない場合、フューズ管の抵抗が継続的に増加し、電圧変換器（TV）の二次出力電圧が安定的に低下します。

II. PTの遅いフューズブローの危険性

• 励磁システムがフィールド強制を開始し、過励磁および過電圧保護が作動します。

• スタータ接地障害保護の誤動作。

• 発電機およびタービンの過負荷であり、深刻な場合には設備の損傷を引き起こす可能性があります。

III. 根本原因分析

• 出力電圧変換器の一次プラグイン接点で使用される異なる材料により酸化層が形成され、接触不良が生じる。接続ボルトが緩んでいると、フューズの温度上昇が増加します。

• PTフューズ周囲の高い環境温度。フューズ要素は低融点金属で非常に薄いため、単なる機械的振動でも破断する可能性があります。

• 品質の低いPTフューズは、運転中に劣化または早期故障しやすい。

• 突然のブレーカー閉鎖や間欠的なアーク接地による一時的な過電圧は、鉄共鳴を引き起こし、電圧変換器の一次および二次フューズがブローする可能性があります。

• 低周波飽和電流は、電圧変換器の一次および二次フューズがブローする可能性があります。

• 電圧変換器の一二次巻線の絶縁低下またはショート回路、または高調波抑制器の絶縁劣化により、フューズがブローする可能性があります。

• 一相接地障害は、電圧変換器の焼損につながる可能性があります。

• 発電機は通常、中性点でアーク消去コイルを介して接地されていますが、この構成では中性点移動電圧が増幅され、一つまたは二つの相が長期間にわたり通常よりも大幅に高い電圧を維持することになり、PTフューズのブローにつながります。

IV. 予防措置

• 材料の不一致による一次プラグ接点での酸化および接触不良に対して、メンテナンス時に接触面を研磨し導電グリースを塗布します。

• 不安定なフューズ品質に対処するため、設備メンテナンススケジュールに基づいて定期的に高圧一次フューズを交換します。接触面は脱酸素処理を行い、導電グリースを塗布します。

• 高振動環境の場合：PTトロリーをサービス位置に押し込んだ後、すべての導電接続が確実に固定されており、緩んでいないことを確認します。必要に応じて、トロリーを引き出し、ボルトを締めます。発電機一次または発電機出力PT回路に作業がないユニット停止時には、発電機出力PTを待機状態に保ちます（切断しない）。二次回路ブレーカーのみを開きます。これにより、頻繁な挿入/取り外しが減り、フューズの落下、機械的な損傷、またはソケットスプリングクリップとの接触不良が減少し、高圧フューズの故障の可能性が低くなります。(発電機をホットスタンバイにする前に、運転担当者は一次PTフューズの整合性を確認する必要があります。)

• 一相接地障害の場合、発電機が定格周波数で動作している場合、健全な相の瞬時過電圧は最大で定格相電圧の2.6倍に達する可能性があります。したがって、発電機出力電圧変換器はこれらの過電圧に耐えられるように選択する必要があります：

• 定常過電圧耐え ≥ 線間電圧

• 瞬時過電圧耐え ≥ 2.6 × 定格相電圧
  PTフューズの選択は、内部変圧器の短絡だけでなく、電圧上昇や鉄共鳴などの過電圧条件からの保護も考慮する必要があります。

一次高調波抑制：VTの一次中性点と地線間に接地電圧変換器を設置します。これにより、一次巻線の過電圧が効果的に抑制または除去され、鉄共鳴と変圧器の焼損が防止されます。

二次高調波抑制：VTの残留巻線のオープンデルタ間にダンピング装置（二次高調波抑制器）を設置します。現代のマイクロプロセッサベースの高調波抑制器は、初期共振を検出し、即座にダンピング抵抗を接続して鉄共鳴を除去します。発電機の中性点がアーク消去コイル（そのインダクタンスはVTの磁化インダクタンスよりもはるかに小さい）を介して接地されている場合、鉄共鳴過電圧は効果的に防止されます。したがって、PTフューズブロー分析では鉄共鳴を考慮する必要はありません。

励磁システムメーカーと協力して、励磁調整器がPT一次フューズの遅いブロー（一相、二相、三相フューズ故障シナリオを考慮）と二次回路のブレークを検出するロジックを含むようにします。PTブレークを検出した場合、主励磁チャネルはAVRモードからFCRモードに自動的に切り替えるか、バックアップチャネルに切り替えます。PTブレーク検出ロジックの閾値設定を調整して、PT回路の接触不良によるフィールド強制の誤トリガリングを減らし、システムの感度と信頼性を向上させます。

V. PTの遅いフューズブローの検出方法

基準1：ゼロ系列および負系列電圧の導入

a) ゼロ系列電圧法
PT二次側のオープンデルタ電圧を監視します。発電機端子のゼロ系列電圧と中性点のゼロ系列電圧を比較します。絶対差が事前設定された閾値を超えた場合、PTの遅いフューズブローが示されます。この場合、スタータの負系列電流基準をブロックする必要があります。

b) 負系列電圧法
励磁システムは発電機端子電圧のみを測定し、中性点電圧は測定しないため、ゼロ系列法は適用できません。代わりに、PT二次電圧を分解して負系列成分を抽出します。負系列電圧が設定された閾値を超えた場合、PT一次フューズの遅いブローが検出されます。スタータの負系列電流基準もブロックする必要があります。

基準2:
UAB – Uab > 5V
UBC – Ubc > 5V
UCA – Uca > 5V

要点：ゼロ系列、負系列、および電圧比較法を使用します。保護リレーで使用される正系列電圧を使用して一次PTフューズの故障を検出することは決して行わないでください。なぜなら、断線相でも誘導電圧が発生するため（ゼロではない）、正系列基準を満たさない可能性があるからです。

一次PTフューズのブローは、二次EMFの不均衡を引き起こし、オープンデルタに電圧が発生し、ゼロ系列警報がトリガーされます。この現象は二次フューズブローでは発生しません—これが一次と二次フューズ故障の主要な区別基準です。

一次PTフューズのブローは、二次誘導電圧を減少させます（他の二つの相がコアにフラックスを生成するため）、そのため対応する二次相電圧が低下します。一方、二次フューズブローでは、巻線が回路から取り除かれ、相電圧がゼロに低下します。