現代のスマート配電網向けマイクロプロセッサベースリレーを使用したフィーダ保護ソリューション

導入と主要な課題
分散型エネルギー資源（DERs）（例えば太陽光発電や風力発電）が配電網にますます統合され、ユーザーの電力供給の信頼性と安全性に対する要求が高まっていることにより、従来のフィーダ保護スキームには深刻な課題が生じています。このソリューションは以下の3つの主要な課題に対処することを目的としています。

アークフラッシュの危険: 配電盤などの機器内部で短絡が発生すると、非常に破壊的なアークフラッシュが引き起こされ、設備と人員の安全を脅かします。これに対応するためには保護システムからの極めて迅速な反応が必要です。
高インピーダンス接地障害: 特に農村部や土壌抵抗が高い地域で発生する単相接地障害は、障害電流が低い特徴があり、従来の零相過電流保護では信頼性のある検出が難しく、保護の動作失敗のリスクがあります。
分散型エネルギー資源（DERs）統合の影響: DERsの統合により、配電網の電力流れ方向と短絡電流特性が変化し、保護の誤動作（誤トリップ）または動作失敗を引き起こす可能性があり、意図しない島嶼化のリスクも生じます。

このソリューションは、高度なマイクロプロセッサベースの保護リレーに基づいており、複数の革新的なアルゴリズムを統合することで、現代の配電網に対して包括的、迅速かつ信頼性の高いフィーダ保護を提供します。

2. ソリューション詳細
当社のフィーダ保護リレーはモジュール設計を採用しており、前述の課題に対処するための以下の核心的な保護機能を統合しています。

2.1 マルチバンドアークフラッシュ保護（AFP）モジュール

技術原理: 専用のアークライトセンサーによる光強度の監視と電流の変化率（di/dt）の同時監視を行う独自のマルチバンド検出技術を採用しています。「強いアークライト信号」および「高速の過電流特性（>10 kA/ms）」の両方の条件が満たされた場合のみ障害がアークフラッシュと確認されます（論理AND演算）。この二重基準により、外部光源やスイッチング過電流による誤動作を効果的に防止します。
性能上の利点: 極めて高速な動作速度を特徴とし、アークフラッシュエネルギーを最小限に抑えるように設計されています。
適用事例: 大規模データセンターの中圧配電システムに導入後、このモジュールは全体的な障害クリアタイムを4ミリ秒未満に達成し、従来の電流のみの保護スキームと比較して3倍以上の速度向上を実現しました。これにより設備の損傷リスクが大幅に減少しました。

2.2 高感度低電流接地障害保護モジュール

技術原理: ゼロシーケンスアドミタンス法を採用しています。この方法では、システムのゼロシーケンス電圧（3U₀）とゼロシーケンス電流（3I₀）をリアルタイムで精密に測定し、対応するアドミタンス値を計算します。このアルゴリズムは、システムの容量性接地障害電流の変動に対して比較的不感であり、正常な容量性電流と障害による抵抗性電流を効果的に区別し、抵抗値が1 kΩ以上の高インピーダンス接地障害を正確に識別します。
性能上の利点: 高遷移抵抗での障害時に従来の保護スキームが持つ感度不足の問題を解決し、感電や火災のリスクを大幅に軽減します。
適用事例: 容量性接地障害電流が高く、線路の絶縁レベルが不均一な農村ネットワークのパイロットプロジェクトにおいて、この技術の適用により全体的な接地障害検出率が従来のスキームの65%から92%に向上し、電力供給の安全性が大幅に向上しました。

2.3 自適合防島嶼化保護モジュール

パッシブ監視: 共通結合点（PCC）での異常パラメータ、例えば電圧周波数偏差（Δf > 0.5 Hz）や位相角度ジャンプ（Δφ > 10°）を継続的に監視します。
アクティブ決定: パッシブ監視指標が設定された閾値を超えた場合、アクティブ周波数ドリフトなどのアクティブ手法を組み込んで島嶼化状態を迅速に確認します。

性能上の利点: 島嶼化が発生した後、非常に短時間（< 200 ms、電力網規格要件に準拠）でDERの切断を確実に行い、予期せぬ島嶼化運転による電力網設備やメンテナンス人員への危害を防ぎます。
適用事例: 複数の太陽光発電アレイを含むマイクログリッドプロジェクトにおいて、この防島嶼化モジュールは99.7%の精度を達成しました。これは通常の電力網擾乱による不要なトリップを最小限に抑えつつ、島嶼化を効果的に防止し、分散型エネルギー資源の利用率を向上させます。