保護協調

1.保護協調の目的

受変電設備には様々な保護装置が設けられています。これらは電気回路に発生する種々の異常現象によって引き起こされる事故を未然に防ぐと共に、万が一事故が起こった場合でも事故回路のみを切り離し、事故の拡大を防止する役目を持っています。
このように事故回路の遮断器やヒューズのみが動作し、他の回路の保護装置は動作しないようにすることを動作協調と呼び、さらには接続された変圧器・電動機などの負荷機器や変流器・ケーブルなどの回路機器が損傷しないように保護装置の動作特性を設定することを保護協調といいます。
保護協調の大きな目的の一つは電力会社の配電線への波及事故防止であり、保護協調検討時には特にこの点に配慮する必要が有ります。

(1)過電流保護協調

高圧需要家における受電保護方式は、ほとんど場合段階時限による選択遮断方式が採用されています。
段階時限方式とは、電源から負荷に至までの間に直列に設置される保護装置相互間に適当な動作時間を設け、各保護装置の動作時間を電源側から負荷側に向かって段階的に短くなるよう設定し、事故回路だけを選択遮断する方式です。

①高圧限流ヒューズ

高圧限流ヒューズには溶断特性・遮断特性・許容電流時間特性の3種類が有ります。
配電側過電流継電器との協調には遮断特性を用い、下位との協調には許容電流時間特性を用います。

②過電流継電器
  1. 変圧器の励磁突入電流で動作しないこと
  2. 電力会社配電線側継電器より速く動作すること
  3. 変圧器低圧側直下の短絡電流で動作すること
  4. 受電点においては、最大契約電力の150%以下で動作すること

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(2)地絡保護協調

①大電流地絡時の協調

地絡電流の継電器入力は、電力会社配変側より需要家側の方が大きいという非接地式高圧電路に特有の電気的特性があり、これをもとに電流感度整定のみ管理すればよいという見解がされたこともありました。
しかし、実際に地絡点に流れる地絡電流の大きさは、配変の供給バンクにつながるすべての配電線路内の合計対地静電容量を経由して事故点へ環流するため、かなりの大きさの電流(時には10Aを越える)が流れ、配変側・需要家側ともに感度整定レベルをはるかに超えているため、両者とも瞬時に動作域に達することとなります。
すなわち、感度整定が200~600mA程度ではいずれも同時動作し、電流感度による協調は不可能となります。
このような場合においても事故点を先に切り離すため、動作時間整定による協調を用います。

②小電流地絡時の協調

架空線等対地静電容量が小さい場合、地絡時の充電電流も小さく、特に高抵抗地絡などの場合は100~200mAレベルと、継電器の整定感度付近しか流れないことがあります。
したがってこの場合は電流感度要素は200mA付近で正確に働くため、仮にそれ以上の整定とした場合事故点が切り離されず、配変側が先行動作し波及事故を招く恐れがあります。

③地絡継電器の整定

これらを考慮し、以下の整定とすることを基本とします。

  • 電流感度整定・・・・・・・・・・ 0.2A
  • 電圧感度整定・・・・・・・・・・ 10V(5%)
  • 時限整定・・・・・・・・・・・・ 0.2秒