配電網におけるリクローザーとセクショナライザーの調整
配電網におけるリクローザーとセクショナライザーの協調
自動リクローザーと自動セクショナライザー（以下、リクローザーとセクショナライザーと略す）は、比較的完全で信頼性が高い自動化装置です。これらは一時的な障害を確実かつ迅速に排除するだけでなく、永久的な障害による停電範囲を最小限に抑えることができます。リクローザーとセクショナライザーが配電網で使用されるため、一時的な障害を選択的に効果的に排除し、永久的な障害に発展することを防ぐことができ、また永久的な障害を隔離することで、供給電力の信頼性を大幅に向上させることができます。
1. 自動リクローザーの機能と特徴
自動リクローザーは保護、検出、制御機能を持つ自動化装置です。異なる時間制限を持つ逆時間-電流特性曲線と複数回リクローズ機能を持っています。これはブレーカー、リレー保護、動作機構を統合した新しいタイプの電気機械一体化電気器具です。リクローザーの主回路を通る電流を自動的に検出し、故障電流が確認された場合、一定期間後に逆時間保護に基づいて故障電流を自動的に遮断し、必要に応じて複数回リクローズして線路への電力供給を復旧します。故障が一時的なものであれば、リクローザーがリクローズすると線路は正常な電力供給に戻ります。一方、故障が永久的なものである場合、リクローザーは予め設定されたリクローズ回数（通常3回）を完了し、線路の故障が永久的なものであることを確認した後、自動的にロックアウトし、故障が解消され、リクローズロックアウトが手動で解除されるまで故障線路への電力供給を停止します。
リクローザーの具体的な機能と特徴は以下の通りです：
遮断性能に関しては、短絡電流の遮断、複数回のリクローズ操作、保護特性の順次協調の選択、保護システムのリセットなどの機能があります。
リクローザーは主に消弧室、動作機構、制御システム、閉鎖コイルなどから構成されています。
リクローザーは局所制御装置であり、保護および制御特性に関して自己故障検出、電流の性質の判断、スイッチング操作の実行などの機能を持ち、初期状態に戻り、操作回数を記憶し、閉鎖ロックアウトなどの操作シーケンスを選択することができます。線路上で使用されるリクローザーには追加の操作装置はなく、その動作電力は高圧線から直接取得されます。変電所で使用されるものは低圧電源を使用して開閉動作を行います。
リクローザーは屋外配電線路の設置方法に適しており、変電所内または様々なポールに設置することができます。
異なる種類のリクローザーのロック操作回数、開閉速度特性、リクローズ操作シーケンスは一般的に異なります。それらの典型的な4回の遮断操作と3回のリクローズ操作の特性は：遮断 → (T₁) 閉 - 遮断 → (T₂) 閉 - 遮断 → (T₃) 閉 - 遮断、ここでT₁とT₂は調整可能で、異なる製品によって異なります。運転中の需要に応じてリクローズ回数とリクローズ間隔時間を調整することができます。
リクローザーの相間障害遮断は、インバータ特性を使用してヒューズのアンペア-時間特性と協調します（しかし電子制御リクローザーの接地障害遮断は通常定時間制限を使用します）。リクローザーには速いと遅い2つのアンペア-時間特性曲線があり、通常最初の遮断操作は速い曲線に基づいて動作し、0.03 - 0.04秒以内に故障電流を切断します。その後の遮断操作では、保護協調の必要に応じて異なるアンペア-時間特性曲線を選択することができます。
2. 自動セクショナライザーの機能と特徴
セクショナライザーは配電系で故障線路区間を隔離するために使用される自動保護装置です。通常は自動リクローザーやブレーカーと組み合わせて使用されます。セクショナライザーは故障電流を遮断することはできません。セクションされた線路で故障が発生すると、セクショナライザーのバックアップ保護リクローザーやブレーカーが動作し、セクショナライザーのカウント機能がリクローザーのトリップ回数を累積します。セクショナライザーが予め設定された記録回数に達すると、バックアップ装置がトリップする瞬間に自動的にトリップして故障線路区間を遮断します。リクローザーが再びリクローズして他の線路への電力供給を復旧します。リクローザーのトリップ回数がセクショナライザーの予め設定された記録回数に達しない場合、そして故障が解消された場合、セクショナライザーの累積カウントは一定期間後に自動的に消失し、初期状態に戻ります。
セクショナライザーは相数によって単相と三相に分かれ、制御方法によっては油圧制御と電子制御に分けられます。油圧制御セクショナライザーはカウントのために油圧制御を使用し、電子制御セクショナライザーは電子カウントを使用します。自動セクショナライザーの主な機能と特徴は以下の通りです：
セクショナライザーは上位保護装置のトリップ回数を自動的にカウントする機能があります。
セクショナライザーは故障電流を遮断することはできませんが、リクローザーと組み合わせて永久的な線路故障を遮断することができます。全負荷電流を遮断できるため、手動操作の負荷スイッチとしても使用できます。
セクショナライザーは自動および手動でのトリップを行うことができます。トリップ後はロック状態になり、手動で閉鎖することでしか電力供給を復旧させることはできません。
セクショナライザーには主回路に直列接続されたトリップコイルがあり、コイルを交換することで最小動作電流を変更することができます。
セクショナライザーとリクローザーの間には機械的または電気的な接続はなく、設置場所に制約はありません。
セクショナライザーはアンペア-時間特性を持っていませんので、例えば2つの保護装置の保護特性曲線が非常に近い場合でも使用することが可能です。これにより、多段階保護システムにおいてもステップを追加しても協調が達成できない欠点を補うことができます。
3. リクローザーとセクショナライザーの協調
リクローザーとセクショナライザーの協調動作により、一時的な障害の排除、永久的な障害領域の隔離、非故障線路セグメントの正常な電力供給が実現できます。リクローザーとセクショナライザーの異なる機能により、まず、システム運転条件に応じて線路のセクション配置を合理的に決定し、配電線路の自動化度と電力供給の信頼性を向上させることが求められます。その典型的な構造は図1に示されています。
理論的には、線路上の各分岐点はセクション点として考慮すべきです。このようにすれば、比較的短い分岐線路であっても永久的な障害が発生した場合でも選択的にセクション化し、他のセクションの正常な電力供給を維持することができます。しかし、経済的および運転条件の制約により、これが常に実現できるわけではありません。そのため、現実に即して地元の条件に適応することが必要です。リクローザーとセクショナライザーはどちらも高度な自動化を持つスマートデバイスであり、多くの利点を持っていますが、正しく協調して使用されなければその役割を果たすことはできません。そのため、以下の協調原則に従う必要があります：
セクショナライザーはリクローザーと直列に接続し、リクローザーの負荷側に設置する必要があります。
バックアップリクローザーはセクショナライザーの保護範囲内の最小故障電流を検出し、それに応答する必要があります。
セクショナライザーの起動電流は、その保護範囲内の最小故障電流よりも小さくなければなりません。
セクショナライザーの熱安定性評価と動的安定性評価は要件を満たしている必要があります。
セクショナライザーの起動電流はバックアップ保護の最小トリップ電流の80％未満であり、予想される最大負荷電流のピーク値よりも大きくなければなりません。
セクショナライザーの記録回数は、バックアップ保護のトリップ回数より少なくとも1回少ない必要があります。
セクショナライザーのメモリ時間はバックアップ保護の累積故障遮断時間（TAT）よりも長くなければなりません。バックアップ保護の動作累積時間（TAT）は、バックアップ保護シーケンス内の各故障の故障電流通過時間とリクローズ間隔の合計です。セクショナライザーにはアンペア-時間特性がないため、リクローザーとセクショナライザーの協調には保護曲線の研究は必要ありません。
バックアップ保護リクローザーは4回のトリップ操作後にロックするよう設定されています。これらの操作は任意の高速および低速（または遅延）動作モードの組み合わせであり、セクショナライザーの設定回数は3回と選択されます。セクショナライザーの負荷側の線路上で永久的な障害が発生した場合、リクローザーが3回目のリクローズ前にセクショナライザーが開き、障害を隔離し、リクローザーが非故障線路に電力を供給します。他の連続配置されたセクショナライザーがある場合、それらのロック回数は段階的に少なくなっていきます。
最後の段階のセクショナライザーの負荷側の線路上で障害が発生した場合、リクローザーが動作します。連続接続されたセクショナライザーはすべてリクローザーが電流を遮断する回数を記録します。最後の段階のセクショナライザーが動作回数に達すると、障害を隔離するためにトリップし、リクローザーが非故障線路に電力を供給して正常な電力供給を復旧します。カウント回数に達していないセクショナライザーは、指定されたリセット時間後に初期状態に戻ります。
