送電線のキャリア電流保護

送電線のキャリア電流保護方式

キャリア電流保護方式は、主に長距離送電線の保護に使用されます。従来の保護方法が実際の電流値を比較するのに対し、この方式は線路の両端での電流の位相角を比較することで動作します。位相角の関係に基づいて、保護区間内（内部障害）またはその外側（外部障害）で障害が発生しているかどうかを正確に判断することができます。この保護システムの重要な構成要素であるキャリア通信チャネルは、送信機、受信機、結合装置、およびライントラップの4つの主要な要素から構成されています。

キャリア電流受信機は、線路の遠隔端にある送信機から送られるキャリア電流を捕捉する役割を持っています。受信後、このキャリア電流を直流（DC）電圧に変換します。このDC電圧はリレーまたは他の電気回路によって特定の保護機能を実行するために利用される制御信号として機能します。特に、キャリア電流が受信されない場合、受信機の出力電圧はゼロになり、通信リンクの中断またはシステムの動作状態の潜在的な変化を示します。

ライントラップは、バスバーと結合コンデンサーが送電線に接続される部分の間に配置され、高周波数で共鳴するように精密に調整された並列LC（インダクターキャパシター）ネットワークです。その主な機能は、保護区間にキャリア電流を閉じ込めることです。これにより、他の隣接するキャリア電流チャネルからの干渉を効果的に防ぎ、保護システムの動作の整合性と正確性を確保します。さらに、ライントラップは近傍の電力回路へのキャリア電流信号の損失を最小限に抑えることで、キャリア通信リンクと関連する保護機能全体の信頼性を向上させます。

キャリア電流保護：構成要素と方法

結合コンデンサーは、キャリア電流保護システムにおいて二重の機能を果たします。一方の線路導体に高周波設備を接続し、キャリア信号の伝送を可能にすると同時に、電力設備を高電圧の電力線から隔離します。通常の動作条件下では、電流は単に線路導体を通過します。しかし、高周波キャリア電流の場合、それは高周波トラップを備えた線路導体を通り、トラップコンデンサーを経て接地します。

キャリア電流保護の方法

キャリア電流保護にはいくつかの方法がありますが、基本的な形態は方向比較保護と位相比較保護です。これらの方法は以下の詳細に記述されています：

1. 方向比較保護

方向比較保護方式では、保護メカニズムは故障時の線路の両端での電力の流れの方向を比較することに依存しています。保護リレーは、線路の両端で電力がバスから線路に向かって流れている場合にのみ動作します。方向を比較した後、キャリアパイロットリレーは対向端の方向リレーがショートサーキットイベントに対してどのように反応するかについて情報を伝えます。

線路の両端にあるリレーは協調して、故障をバスから切り離します。保護区間内の内部障害の場合、電力の流れは保護方向です。逆に、外部障害の場合、電力の流れは逆方向です。故障時には、シンプルな信号がキャリアパイロットを介して線路の一端から他端へ送られます。送電線保護に使用されるパイロット保護リレーシング方式は主に次の2種類に分類されます：

• キャリアブロッキング保護方式：この方式はリレーの動作を制限します。保護区間に入る前に故障をブロックすることで機能します。キャリアブロッキング保護方式は、システム設備を潜在的な損傷から効果的に保護するため、その信頼性が高く評価されています。

• キャリア許可ブロッキング方式：ブロッキング方式とは対照的に、この保護方式では故障電流が保護区間に進入することが許されます。

2. 位相比較キャリア保護

位相比較キャリア保護システムは、パイロットゾーンに入り、保護ゾーンから出る電流の位相関係を比較することに焦点を当てています。特に、これらの電流の大きさを比較することは含まれていません。この保護方法は主に主保護または一次保護を提供するため、バックアップ保護を補完することが重要です。位相比較キャリア保護方式の回路図は以下の図に示されています。

キャリア電流保護の動作と利点

送電線に設置された電流変換器（CT）は、ネットワークに電力を供給します。このネットワークは、CTからの出力電流を単相正弦波出力電圧に変換します。この電圧は、キャリア電流送信機と比較器に供給されます。同様に、キャリア電流受信機の出力も比較器に導かれます。比較器は補助リレーの動作を制御する重要な役割を果たし、必要に応じて送電線の遮断器のトリップを引き起こします。

キャリア電流保護の利点

キャリア電流保護方式は、以下に示すいくつかの重要な利点を提供します：

• 同時かつ迅速な遮断器の動作：主な利点の一つは、送電線の両端で迅速かつ同時に遮断器をトリップさせることです。この協調動作により、故障が迅速に孤立化され、電力システムにおける異常状態の持続時間を最小限に抑えます。

• 効率的な故障クリアリング：システムは迅速な故障クリアリングプロセスを特徴としています。故障電流の流れを素早く遮断することで、電力システムへの深刻な影響を防ぎ、設備の損傷リスクを減らし、システムの安定性を維持します。

• 統合シグナリング：キャリア電流保護は、別途シグナル線を設ける必要がありません。代わりに、電力線自体が電力と通信信号の両方を伝送します。これにより、全体的なシステム設計が簡素化され、設置コストが削減され、外部からの信号干渉の可能性が最小限に抑えられます。

• 超高速トリップ：線路の両端の遮断器が1〜3サイクル以内にトリップできるようにします。この非常に迅速な応答時間は、現代の高容量電力システムを保護し、電力供給の信頼性を確保するために不可欠です。

• 現代の設備との互換性：キャリア電流保護システムは、現代の高速動作遮断器と高度に互換性があります。この相乗効果により、より効率的で信頼性の高いリレーが可能となり、電力網全体の性能と保護能力が向上します。

• 多目的な応用：歴史的に、電力線キャリア技術は監視制御、電話通信、テレメトリ、リレーなど、さまざまな目的で広く使用されてきました。この多用途性により、単一のインフラストラクチャ内で複数の機能をシームレスに統合することが可能です。