リレー保護の基礎：送電線の障害種類と基本的な保護方式

1. 電力線路の障害の種類

相間障害:

• 三相ショートサーキット

• 二相ショートサーキット

接地障害:

• 一相対地障害

• 二相対地障害

• 三相対地障害

2. リレ保護装置の定義
電力システムの構成要素に異常または障害が発生した場合、リレ保護装置はその障害または異常な構成要素を迅速かつ選択的にシステムから切り離し、残りの正常な設備の継続的な正常な動作を確保するものです。

例としては：過電流保護、距離保護、零相保護、高周波保護。

• 主保護: 短絡障害時のシステムの安定性と設備の安全性の基本要件を満たす保護。最初に動作してブレーカーをトリップし、保護された設備または全線路上の障害を選択的に除去します。

• バックアップ保護: 主保護またはブレーカーが動作しなかった場合に障害を除去する保護。

• 補助保護: 主保護およびバックアップ保護の制限を補うために追加される単純な保護。

3. 送電線におけるリレ保護の役割
運転中に送電線は強風、氷雪、落雷、外部損傷、絶縁破壊、または汚染フラッシュオーバーなどの原因で障害を起こす可能性があります。このような場合、リレ保護装置は迅速かつ選択的に動作し、ラインの回路ブレーカー（スイッチ）をトリップします。

障害が一時的なものであれば、障害が消えた後、スイッチは成功裏に再閉合し、安全な電力供給が復旧します。障害が永続的なものであれば、再閉合は失敗し、故障したラインは速やかに隔離され、健康なラインへの電力供給が中断されることなく続けられます。

4. 過電流保護装置
過電流保護装置は、線路上の障害時に電流が大幅に増加することに基づいて設計されています。障害電流が保護設定値（ピックアップ電流）に達すると、装置は動作を開始します。時間遅延設定が達成されると、線路の回路ブレーカーがトリップします。

一般的なタイプには以下のものがあります：

• 瞬時過電流保護: 単純で信頼性が高く、高速動作しますが、同じ線路の一部（通常80～85％）のみを保護します。

• 時間遅延過電流保護: 短い時間遅延で動作し、線路の全長と次の下流の線路の瞬時保護との調整をしながら保護します。

• 過電流保護: 最大負荷電流を避けるように設定されます。線路の全長と次の線路の全長を保護し、バックアップ保護として機能します。

• 方向性過電流保護: 過電流保護にパワーディレクション要素を追加します。障害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、逆方向の障害での誤動作を防ぎます。

5. 距離保護装置
距離保護は、障害点と保護設置点間のインピーダンス（または距離）に反応します。優れた方向特性を持ち、高圧リングネットワークで広く使用されています。通常、三段階の距離保護が採用されています：

• ゾーンI: 瞬時に動作し、線路長の80%～85%を保護します。

• ゾーンII: 線路の全長を保護し、次の線路の一部（通常は隣接線路のゾーンI）にまで延びます。

• ゾーンIII: この線路と次の線路の全長を保護し、ゾーンIおよびIIのバックアップとして機能します。

6. ゼロ相電流保護装置
直接接地中性システム（高接地障害電流システムとも呼ばれる）では、一相対地障害により大きなゼロ相電流が発生します。この電流を使用する保護装置をゼロ相電流保護装置と呼びます。通常、三段階構成が採用されています：

• ステージI: 瞬時ゼロ相電流保護、線路長の70%～80%をカバーします。

• ステージII: 時間遅延ゼロ相電流保護、線路全長と次の線路の一部をカバーします。

• ステージIII: ゼロ相過電流保護、線路全長をカバーし、次の線路のバックアップとして機能します。

7. 高周波保護装置
高周波保護は、線路の両端の電流の位相角（またはパワーディレクション）を高周波信号に変換し、高周波チャネルを介して反対側に送信します。システムは両端の電流位相またはパワーディレクションを比較します。

この保護は、保護された線路セクション内の障害に対してのみ反応し、下流の線路との調整は必要ありません。時間遅延なしで動作し、保護された線路上の任意の障害を迅速に除去します。

動作原理に基づいて、高周波保護は以下の分類に分けられます：

• 遮断型（方向比較型）: 両端のパワーディレクションを比較します。

• 位相比較型: 両端の電流位相角を比較します。

8. 自動再閉装置
自動再閉装置とは、トリップした後に自動的に回路ブレーカーを再閉合する装置です。

機能：

• 一時的な障害の場合、障害が解消された後、装置は速やかにブレーカーを再閉合し、正常な電力供給を復旧します。

• 永久的な障害の場合、再閉合は失敗し、ブレーカーは再度トリップし、故障した線路は隔離され、健康な線路への電力供給が継続されます。

9. 線路障害記録装置
線路障害前後の電流と電圧の波形、およびタイミングと回路ブレーカーの動作状態を自動的に記録する装置です。

記録された波形を分析することで、障害の種類を正確に特定し、障害位置の概算を行うことができます。これは障害分析、トラブルシューティング、および正常な電力供給の復旧に重要なデータを提供します。