インピーダンスタイプ距離リレー
インピーダンスリレー（距離リレー）の定義と原理
インピーダンスリレー、または距離リレーは、故障点とリレーの設置位置間の電気的距离（インピーダンス）に応じて動作する電圧制御保護装置です。このリレーは、故障セクションのインピーダンスを測定し、事前に設定されたしきい値と比較することで機能します。
動作メカニズム
動作原理
正常な動作中、電圧対電流比（インピーダンス）はリレーのしきい値以上に保たれます。故障時（例：線路AB上のF1）、インピーダンスは設定値以下に下がります。例えば、リレーが線路ABを保護するために設置され、通常のインピーダンスがZの場合、故障によりインピーダンスが減少し、リレーがブレーカーをトリップします。故障が保護ゾーン外にある場合（例：ABを超える）、インピーダンスは高く維持され、リレーは非活性のままです。
動作特性
リレーは以下の2つの主要なコンポーネントで構成されています：
-K3はリレーのバネ効果を表します。通常の動作では、VとIの値でネットトルク=0となります。
バネ制御効果が無視される場合、方程式は次のようになります
図は電圧と電流による動作特性を示しています。破線は一定の線路インピーダンスを示します。
下の図はインピーダンスリレーの動作特性を示しています。特性線以上の領域は正トルクを示し、線路インピーダンスが故障セクションのインピーダンスを超えることでリレーが動作します。逆に、負トルク領域（線以下の部分）は故障インピーダンスが線路インピーダンスを超えることを示し、リレーは非活性のままです。この区別により、測定されたインピーダンスを事前に設定されたしきい値と比較することで正確な故障検出が可能となり、電力システムでの信頼性のある保護が確保されます。
円の半径は線路インピーダンスを表し、X-R位相角はベクトルの位置を示します。インピーダンス < 半径 = 正トルク（リレー動作）；インピーダンス > 半径 = 負トルク（リレー非活性）。この視覚的な区別により、電力システムでの迅速な故障検出が可能です。
このリレーは高速リレーに分類されます。
電磁誘導リレー
このリレーのトルクは、電圧と電流の電磁的相互作用から生じ、それらが比較されて動作します。その回路では、電圧変換器（PT）によって駆動されるソレノイドBが時計回りのトルクを生成し、プラグナP2を下方に引き寄せます。P2にはプラグナに制約力を与えるバネがあり、時計回りの機械トルクを作り出します。
電流変換器（CT）によって励起されるソレノイドAは、時計回りの偏向（ピックアップ）トルクを生成し、プラグナP1を下方に移動させます。通常の条件下では、リレーの接点は開いたままです。保護ゾーン内で故障が発生すると、システム電流が急増し、ソレノイドAのトルクが増大し、ソレノイドBの復元トルクが減少します。この不均衡により、リレーのバランスアームが回転し、接点が閉じて保護を開始します。この設計は、電磁力と機械力のトルク比較を通じて故障に対して迅速な応答を確保します。
ソレノイドA（電流要素）が発生する力はに比例し、ソレノイドB（電圧要素）が発生する力はに比例します。結果として、電流由来の力が電圧由来の力を上回ったときにリレーが動作します。
定数k1およびk2は、2つのソレノイドのアンペアターンと計器変換器の比率に依存します。リレーの設定はコイルのタッピングによって調整できます。
特性曲線上では、y軸はリレーの動作時間を示し、x軸はインピーダンスを示します。特に、リレーの動作時間は設定保護ゾーン内のインピーダンスに対して一定（瞬間動作を示す）です。予定された距離（設定インピーダンスに対応）で電圧と電流の値が安定し、この点を超えると測定されたインピーダンスは理論上無限大となり、リレーは保護範囲外の故障に対して非活性のままです。このインピーダンスと動作時間の線形関係は、定義されたゾーン内の迅速かつ信頼性のある故障検出を確保します。
誘導型インピーダンスリレー
誘導型インピーダンスリレーの回路図は以下の通りです。このリレーは電流要素と電圧要素を両方含み、アルミニウムディスクが電磁石間に回転します。
上部の電磁石には2つの異なる巻線があります：一次巻線は電流変換器（CT）の二次コイルに接続され、二次巻線は電圧変換器（PT）に接続されます。一次巻線の電流設定はリレーの下部にあるプラグブリッジによって調整でき、リレーの感度を正確に校正できます。電圧要素はPTによって励起され、CTからの電流由来の磁場と相互作用します。
この相互作用により、アルミニウムディスクに渦電流が誘導され、その回転を駆動するトルクが生成されます。通常の動作条件下では、トルクが平衡しているためディスクは静止します。故障時には電流の急増によりトルクが不均衡になり、ディスクが回転してリレーの接点をトリガーします。この設計により、電力システムでのインピーダンスに基づく信頼性のある故障検出が可能です。
リレーの電磁石は直列に接続され、その誘導された磁束がアルミニウムディスクの回転トルクを生成します。永久磁石はディスクの運動を安定させるための制御トルクとブレーキトルクを提供します。
通常の動作条件下では、アーマチュアの力が誘導要素からのトルクを上回るため、トリップ接点は開いたままです。システム故障が発生すると、電磁石を通過する電流が急増し、アルミニウムディスクが回転します。ディスクの回転速度は故障電流に直接比例し、回転中にバネを巻き取ります。この回転運動は徐々に永久磁石からの制約トルクを克服します。
ディスクの回転が設定インピーダンスに対応する重要な閾値に達すると、トリップ接点が閉じて保護応答が開始されます。この設計により、リレーは故障に対して迅速に反応しながら、通常の動作中の安定性を維持し、永久磁石がディスクの加速とブレーキを制御して誤トリップを防止します。
リレーのディスクの回転角度はアーマチュア力に依存し、これは適用される電圧に直接比例します。したがって、電圧が回転角度を決定します。
高速インピーダンスリレーの時間特性
図は、リレーがピックアップしきい値の100%を超える値では非活性であることを示しています。曲線1は実際の動作特性を、曲線2は曲線1の簡略化モデルを示します。この設計により、設定範囲内の故障に対して迅速な応答が可能であり、通常条件下では安定性が維持されます。リレーの高速動作は電力システムでの損傷を最小限に抑えるために重要であり、簡略化された曲線は保護リレー設定における容易な実装と分析を可能にします。
単純インピーダンスリレーの欠点
以下はインピーダンスリレーの主な欠点です：
