再閉器ガイド：その仕組みと電力会社が使用する理由

1. リクローザとは何ですか？
リクローザは自動化された高電圧スイッチです。家庭の電気システムにおけるブレーカーと同様に、ショートサーキットなどの障害が発生したときに電力を遮断します。しかし、家庭用ブレーカーのように手動でリセットする必要があるのではなく、リクローザーは自動的に線路を監視し、障害が解消されたかどうかを判断します。障害が一時的なものであれば、リクローザーは自動的に再閉じて電力を復旧します。

リクローザーは、変電所から住宅地の電柱まで、配電システム全体で広く使用されています。単相線路用のコンパクトな単相リクローザーから、変電所や最大38kVの高電圧配電線路用の大型三相リクローザーまで、様々なタイプがあります。

リクローザーの設計と性能はANSI/IEEE C37.60やIEC 62271-111などの国際規格によって規定されています。

2. リクローザを使用する理由

自動回路リクローザーは、世界中の電力会社にとって、その核心的な目標である顧客に対して最も継続的かつ信頼性の高い電力供給をシンプルかつコスト効率良く達成するための重要な装置と認識されています。

リクローザーは過電流を検出し、障害電流を遮断し、一時的な障害が解消され次第自動的に電力を復旧することができます。本質的には、リクローザーは過電流を感知し、タイミングを計り、障害電流を遮断し、自動的に再閉じて線路に電力を復旧させる自己完結型の知能デバイスです。

障害が永続的な場合、リクローザーは通常3〜4回の試行後にロックアウトし、故障部分をシステムの他の部分から隔離します。この機能により、電力会社はフィールド介入なしにわずかな電圧瞬断だけで電力を復旧させることができ、時間と運転コストを大幅に節約できます。

作業員の派遣が必要な場合でも、リクローザーは停電範囲を最小限に抑え、メンテナンス担当者が迅速に故障箇所を見つけ、サービスを復旧するのに役立ちます。住宅、商業、工業、機関の顧客すべてが中断と関連コストの削減から恩恵を受けます。この高度な供給信頼性がなければ、コンピュータ、ウォーターポンプ、自動化生産ラインなど多くの重要な現代的な負荷は、信頼性を持って動作することが困難になります。

3. リクローザーの動作原理

線路上で障害が発生すると、リクローザーはそれを検出し、自動的にトリップして電力を遮断します。非常に短い間隔—しばしば光が瞬くほどの短さ—の後、リクローザーは再閉じて電力を復旧しようと試みます。障害が続く場合は、再びトリップします。

通常3回の失敗後、リクローザーは障害を永続的なものと分類し、開いたまま（ロックアウト）となります。この時点で、電力会社の作業員は現場を訪れ、損傷したインフラを修理し、リクローザーを手動でリセットして電力を復旧させる必要があります。

典型的な永続的な障害には以下のものが含まれます：

• 導体や設備への落雷による損傷

• 木の枝が線路に落ちて損傷する

• 車両がポールやハードウェアに衝突する

4. 一時的な障害とは何か？

空中配電線路上の障害の大部分は一時的なものです。例としては、落雷、風で動かされる導体、鳥や小動物による瞬間的な接触などが挙げられます。これらの障害は通常、電力が遮断されると自発的に解消し、線路に持続的な損傷を与えることはありません。

一般的な一時的な障害の種類：

• 風による導体の接触

• 落雷による過電圧による絶縁子表面のフラッシュオーバー

• 鳥、ネズミ、または他の動物によるライブ導体と接地部との瞬間的な接続

• 樹木の枝が一時的に通電している線路に接触する

• スイッチングサージによる絶縁子のフラッシュオーバー

長期的な運用データと現場での経験は、「トリップおよび再閉」機能の重要性を明確に示しています。線路が瞬間的に非活性化されると、障害源が消失し、成功裏に再閉じることが非常に可能性が高いです。したがって、自動回路リクローザーは、一時的な障害や配電システム内の一時的な過電流による長時間の停電を実質的に排除します。

5. リクローザーの種類

5.1 単相リクローザー

単相リクローザーは、三相フィーダーからの分岐線やタップオフのような単相回路を保護するために使用されます。また、負荷の大部分が単相である三相回路にも展開することができます。

永久的な相対地障害が発生した場合、影響を受ける相のみがロックアウトされ、残りの三分の二のシステムは引き続き電力を供給し、全体的なサービスの継続性を向上させます。

大型の三相リクローザーよりも軽量であるため、単相ユニットは通常、組み込みの取り付けブラケットを使用して直接電柱や変電所の鋼構造に取り付けられ、追加のサポートフレームの必要性がなくなります。

設計により単相リクローザーは、油タンク内に組み込まれた油圧制御または別々の制御盤に収納された電子制御のいずれかを特徴とする場合があります。

特に注目すべきは、単相リクローザーが現在、カットアウトスタイルのフォームファクターでも利用可能であり、一次側と二次側のコンポーネント間で高度な統合を実現していることです。これらは標準的なヒューズカットアウトの取り付けベースに直接設置でき、一般的には分岐回路保護に使用され、定格電流は通常200Aまでです。

代表的な製造業者としてS&C Electric Company（米国）があり、そのTripSaver® II製品がこのタイプを示しています：

5.2 三相リクローザー

三相リクローザーは、三相配電線路上でシステムの信頼性を向上させるために使用されます。永久的な障害が発生した場合、すべての三相が同時にロックアウトされ、重要な三相負荷（大規模な三相モーターなど）に対するシングルフェージングのリスクを防ぎます。これは、不均衡または不完全な電圧供給によって損傷する可能性があるためです。

三相リクローザーの選択は、必要な電気仕様、遮断および絶縁媒体（例えば、油、真空、環境に優しいガス）、そして油圧制御（ユニット内に統合）または電子制御（別々の制御盤に収納）の選択に基づいています。

5.3 動作モード：三相トリップと三相ロックアウト

これは大型リクローザーの標準的な動作モードです。障害が一相対地障害、相間障害、または三相障害であるかに関わらず、各動作時にすべての三極が同時にトリップします。すべての三相のトリップと再閉鎖は機械的に連携し、一つの動作機構によって駆動されるため、同期性能が確保されます。

三相リクローザーは、以下のさまざまな取り付け構成をサポートしています：

• ポールマウントフレーム（空中線路設置用）

• 変電所取り付けフレーム（変電所またはパッドマウント用途用）

5.4 トリプル・シングルリクローザー

トリプル・シングルリクローザーは電子制御されており、以下の三つの動作モードを提供します：

• 三相トリップと三相ロックアウト
  過電流によりすべての三相が同時にトリップし、同時に再閉鎖し、同じ順序で動作します。

• 一相トリップと三相ロックアウト
  各相は独立して過電流トリップと再閉鎖を行います。ある一相が永続的な障害によりロックアウトシーケンスに入った場合、またはローカル/リモートの「ロックアウト」コマンドが発行された場合、他の二相もトリップしてロックアウトに入り、三相負荷の長時間のシングルフェージングを防ぎます。

• 一相トリップと一相ロックアウト
  各相は独立してトリップおよびロックアウトし、他の相に影響を与えません。このモードは主に住宅負荷や、三相負荷が他の手段でシングルフェージングから保護されている状況で使用されます。

トリプル・シングルリクローザーは、ポールマウントフレームを使用してポールに取り付けるか、変電所フレームまたは直接変電所の鋼構造に取り付けることができます。

6. リクローザー制御タイプ

リクローザーが過電流を感知し、時間-電流特性を選択し、トリップと再閉鎖操作を行い、最終的にロックアウトするための「知能」は、その制御システムから来ています。主な制御タイプは、一体型油圧制御と別々の制御盤に収納された電子制御の2つがあります。

油圧制御

油圧制御は、ほとんどの単相リクローザーといくつかの三相リクローザーで広く使用されています。これはリクローザー自体の一部として存在します。この制御方法では、過電流は直列に接続されたトリップコイルによって検出されます。過電流がトリップコイルを通過すると、コイルがプラグナを引き、リクローザーの接触点が開きます。

タイミングとシーケンス操作は、異なる油圧チャンバーや孔を通じて流れる油圧オイルによって達成されます。小型のリクローザーでは、再閉鎖に必要なエネルギーは、直列に接続されたトリップコイルのプラグナによって充電されたスプリングによって提供されます。大型のリクローザーでは、リクローザーの電源側からのライン電圧によって駆動される別の閉鎖ソレノイドによって閉鎖が行われます。

7. マイクロプロセッサベースまたは電子制御

マイクロプロセッサベースまたは電子制御リクローザー制御システムは通常、別々の制御盤に設置され、いつでも動作パラメータを調整することができます。これらの制御方法は、さまざまなアクセサリーと組み合わせることで基本機能をカスタマイズし、幅広いアプリケーション要件に対応できます。油圧制御と比較して、これらの制御方法はより柔軟性が高く、プログラミングとパラメータカスタマイズが容易で、高度な保護、計測、自動化機能を提供します。

マイクロプロセッサベースの制御は通常、PCベースのインターフェースソフトウェアと併用され、制御設定の構成、計測データの記録、通信パラメータの設定を行います。制御システムには、故障点特定、イベント記録、オシログラフィ機能を含む複数の解析ツールも備わっています。電子制御は1980年代半ば以降、ほとんどの三相再閉路器に広く採用されており、現在でも多くの装置が信頼性の高い運転を続けています。

8. 再閉路器の遮断媒体

8.1 油式遮断器
電流遮断に油を使用する再閉路器は、主絶縁媒体としても同じ油を使用しています。油圧制御を採用する一部の再閉路器では、この同じ油をタイミング制御や作動回数カウントの機能にも利用しています。

8.2 真空遮断器
真空遮断器は、高速かつ低エネルギーでのアーク消弧を可能とし、長寿命な接点および遮断器寿命、低い機械的ストレス、高い運転安全性といった利点を有しています。アークが真空中で消弧されるため、接点および遮断器の寿命は他の遮断媒体よりもはるかに長くなります。モデルによっては、真空再閉路器の絶縁媒体として油、空気、またはエポキシが使用されることがあります。