時間リレーに基づく低圧回路遮断器用自動閉鎖装置

安全かつ安定した電力網の運転を確保し、電力復旧時に負荷電流の急増が電気設備に損傷を与えないようにするため、配電変圧器に接続されているすべての負荷は、電力を供給する前に切断する必要があります。

したがって、低圧回路ブレーカーには低電圧リリース機能が装備されています。変圧器がメンテナンスや線路障害により停電した場合、低圧バスの電圧低下により分岐回路ブレーカーが自動的にトリップします。変圧器が再び電力を供給された後、低圧回路ブレーカーは一般的に自動再閉機能を持っていないため、操作者は現場でブレーカーを手動で閉じて電力を復旧させる必要があります。ブレーカーの位置、交通状況、天候条件によって、この手動操作には平均33分かかるため、長時間の停電になり、電力供給の信頼性に严重影响を与えます。

この問題に対処するために、時間リレーに基づく低圧回路ブレーカー用の自動再閉装置が開発されました。変圧器の低圧出力がリレーコイルに電力を供給します。変圧器が電力を供給されると、時間リレーコイルが電力を受けて設定された遅延時間後にスライド接触点が一時的に閉じ、低圧回路ブレーカーが自動的に再閉します。この遅延時間により、変圧器のインラッシュ電流を避けることができ、設備の安全性が確保されます。適切な制御ロジックにより、過電流トリップや手動開放後の自動再閉は防止されます。

1. 設計要件とソリューション

電力網運転規則に基づき、低電圧自動転送装置に対して以下の設計要件が設けられています。

• 配電変圧器の高圧側がメンテナンスや故障により停電した場合、変圧器は電圧を失い、低圧回路ブレーカーは低電圧リリースによりトリップします。変圧器が再び電力を供給された後、設定された遅延時間後にブレーカーが自動的に再閉します。

• 低圧回路ブレーカーの下流で障害が発生した場合、ブレーカーは確実にトリップし、自動的に再閉してはなりません。

• 低圧回路ブレーカーが手動で開かれた場合、自動的に再閉してはなりません。

これらの要件を満たすために、時間リレーを制御コアとして使用し、その時間遅延特性とスライド接触点を利用して自動再閉を達成する信頼性のあるソリューションが提案されています。選択された時間リレーのモデルはDS-28です。

この装置で使用されるDS-28時間リレーは、クロックワークタイマー機構を駆動する電磁石で構成されています。電磁コイルは変圧器の低圧出力から電力を引き、連続的に励磁された時間リレーを供給します。リレーには1組の遅延スライド接触点と1組の遅延主接触点（終端接触点）があります。低電圧自動転送装置の時間リレーの内部配線図は図1に示されています。

長時間の励磁によるコイルの焼損を防ぐために、外部保護抵抗としてサーミスタ抵抗が追加されています。設計では、端子1と13–3がパワーサーキットに接続されるトリガ信号として使用され、端子5と6、および16–3と17はそれぞれ遅延スライド接触点と瞬間常時閉接触点として機能します。図2は、低圧回路ブレーカー用の時間リレーに基づく自動再閉装置の配線図を示しています。

2. 低電圧自動転送装置の制御戦略

2.1 変圧器の低電圧

変圧器が低電圧になると、低圧回路ブレーカーがトリップします。低圧バスが電力を供給されていないため、時間リレーは初期状態に留まり、遅延スライド接触点と遅延主接触点は開いたまま、瞬間常時閉接触点は閉じています。

線路に電力が復旧すると、変圧器の低圧出力が電力を供給し、時間リレーに電力が供給されます。このとき、瞬間常時閉接触点が開き、コイル回路に電圧分割抵抗が導入され、電磁石が励磁され長期にわたって保持されます。クロックワーク機構が動作し、遅延移動接触点が閉じる方向に動き始めます。

設定された遅延時間（通常は時間リレーパネルの調整ノブで10〜15秒に設定し、変圧器のインラッシュ電流を避ける）後に、遅延スライド接触点が一時的に閉じて再び開きます。これは手動閉鎖ボタンを押下して解放する動作を模倣し、閉鎖回路が継続的に励磁されないようにすることで、手動開放を防ぎまたはブレーカーが障害点に閉じることを防ぎます。

一般に、配電変圧器の容量は2000 kVAまでで、変圧器のインラッシュ電流の持続時間は約6〜10秒です。変圧器のインラッシュ電流の影響を避けるために、インストール時に時間リレーパネルの調整ダイヤルで10〜15秒に設定します。閉鎖回路の配線図は図3に示されています。

スライド接触点が閉じた後、主（終端）接触点が機械的なストッパーメカニズムで停止します。変圧器の低圧出力が電力を供給し続ける限り、リレーはこの状態に留まります。低圧出力が電圧を失う（つまり、電磁コイルが非励磁になる）と、すべての接触点は即座に元の位置に戻ります。

2.2 障害によるブレーカートリップ

低圧回路ブレーカーの下流の線路または設備で障害が発生すると、ブレーカーは過電流によりトリップします。変圧器の低圧出力が電力を供給し続けているため、リレーの接触点は現在の位置に留まり、ブレーカーが自動的に再閉することはありません。

2.3 手動トリップ

低圧回路ブレーカーが手動で開かれた場合、変圧器の低圧出力はまだ電力を供給しています。リレーの接触点は変化せず、時間リレーによって閉鎖回路は影響を受けず、ブレーカーが自動的に閉じることはありません。

3. 装置の機能テスト

時間リレーに基づく低電圧自動転送装置の組み立て後、包括的な機能テストが行われました。テストが成功した後、標準的なインストール手順と配線図が作成され、詳細な安全および技術的対策が添付されました。装置は10地域に設置され、6ヶ月間の運用中に定期メンテナンスによる停電や障害による停電の両方で装置は信頼性高く正しく動作しました。電力復旧時間は、設置前の平均33分から10〜15秒に減少しました。

フィールドテストの結果、時間リレーに基づく低圧回路ブレーカー用の低電圧自動転送装置は、すべての設計要件を満たしていることが確認されました。

4. 結論

提案された低圧回路ブレーカー用の低電圧自動転送装置は、時間リレーの遅延スライド接触点を使用して、低電圧リリースコイルの設置によって引き起こされる一連の問題に対処します。これにより、低圧回路ブレーカーは低電圧イベント後に自動的に再閉することが可能になります。装置は通常の電力中断時には信頼性高く動作し、異常状態時には不活性となります。原理が単純で配線が容易、コストも低いことから、フィールドテストで安全かつ信頼性高地に低電圧トリップ後の電力復旧を達成し、ブレーカーの閉鎖時間を33分から10〜15秒に短縮しました。これは大幅に効率と電力供給の信頼性を向上させ、実際の応用における高い実用価値を示しています。