百分率差動リレー
定義：パーセンテージ差動リレーとは、2つ以上の同種の電気量の位相差に基づいて動作するリレーの一種です。これは差動保護リレーの進化形態です。他の差動リレーとの唯一の違いは、制約コイルの存在にあります。パーセンテージ差動リレーには、高マグニチュードの外部短絡電流を扱う際の電流比の不一致から生じる問題に対処するために、制約コイルが組み込まれています。
パーセンテージ差動システムでは、制約コイルが試験線に接続されています（下図参照）。両方の電流変換器(CT)で誘導された電流はこの制約コイルを通過します。一方、動作コイルは制約コイルの中点に配置されています。
制約コイルはリレーの感度特性を制御します。これは、アンバランスな電流による不要なトランスフォーマーのトリップを防ぐために機能します。さらに、制約コイルはインラッシュ電流中の高調波を軽減します。
パーセンテージ差動リレーの動作原理
制約コイルによって生成されるトルクは、トリップ回路の閉鎖を防ぐ役割を持ちます。一方、動作コイルからのトルクはトリップ回路のコンタクトを閉じようとするものです。通常運転時や通過負荷状況下では、制約コイルが生成するトルクの方が動作コイルのトルクを上回ります。したがって、リレーは非動作状態にとどまります。
内部障害が発生すると、動作トルクが制約トルクを超えることになります。この時点で、トリップ回路のコンタクトが閉じ、サーキットブレーカーが開きます。制約トルクは、制約コイルの巻数を変えることで調整できます。
制約コイルの影響により、このリレーの動作に必要な差動電流は可変量となります。動作コイルにおける差動電流は(I1 - I2)に比例します。動作電流が制約コイルの中点に接続されているため、制約コイルの電流は(I1 + I2)/2に比例します。外部障害時にはI1とI2が増加し、制約トルクも増加します。これにより、リレーの誤動作を効果的に防止することができます。
パーセンテージ差動リレーの動作特性
パーセンテージ差動リレーの動作特性は以下の図に示されています。グラフは、動作電流と制約電流の比率が一定のパーセンテージで保たれることを明確に示しています。このタイプのリレーはバイアス差動リレーとも呼ばれ、制約コイルがしばしばバイアスコイルと呼ばれるためです。これは、追加の磁束を生成してリレーの動作に影響を与えるためです。
パーセンテージ差動リレーの種類
パーセンテージ差動リレーは主に以下の2つのタイプに分類されます。
これらのリレーは、発電機、トランスフォーマー、フィーダー、送電線などの様々な電気部品の保護に使用されます。
1. 3端子システム応用
このタイプのパーセンテージ差動リレーは、2つ以上の端子を持つ電気要素に使用できます。3端子構成では、各端子には等しい巻数のコイルが関連付けられています。これらのコイルによって生成されるトルクは独立して作用し、算術的に組み合わされます。
リレーのパーセンテージ傾斜特性は、制約コイル間の電流分布によって変わります。これらのリレーは即時または高速動作を可能にする設計となっており、異常条件に対する迅速な反応を実現します。
2. 誘導型バイアス差動リレー
誘導型バイアス差動リレーには、2つの電磁石のエアギャップ内で動く支持されたディスクがあります。各ポールの一部には銅リングが取り付けられており、このリングはポールに向かって移動したり、ポール内に入ったり、遠ざかったりすることができます。この機構はリレーの動作において重要な役割を果たし、必要に応じて電気量の差異を検出して保護アクションをトリガーします。
ディスクには2つの異なるトルクが作用します：1つは動作要素から生成され、もう1つは制約要素から生成されます。両要素のシェーディングリングが同一位置にある場合、リングに作用する制約トルクはゼロになります。しかし、制約要素のシェーディングリングが鉄心の奥深くにシフトすると、制約要素から生じるトルクが動作トルクを超えることになります。
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