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単語帳
PW-D3 · 潮流·故障·保護

故障の種類·故障電流: シーケンス回路のつなぎ方

D2で不平衡を正相·逆相·零相の三つの平衡回路に分けた。今度は故障の種類ごとにこの三回路を違うようつなげば、故障電流がすぐ出る。故障の種類をタブで変えて、どのシーケンス回路がどうつながり、その合成インピーダンスが故障電流をどう定めるかを見る。

故障の種類を変えて回路接続を見る

三つのシーケンス回路 Z_1·Z_2·Z_0 がある。タブで故障の種類を変えると接続が変わる。三相短絡は正相だけ、一線地絡は三つを直列に、線間短絡は正相·逆相をつなぐ。つながったインピーダンスの和が大きいほど故障電流は小さい。金色の棒がその故障電流だ。

タブで故障の種類を切り替え。
故障電流(事故前 E = 1 pu)
I_f ≈ 5.00 pu
正相回路だけ。I_f = E/Z_1。大抵最大の故障電流。

三相短絡 · 平衡故障

三相が一度に短絡すると故障自体が平衡なので逆相·零相は生じない。正相回路だけが動作し故障電流は I_f = E/Z_1 だ。インピーダンスが正相一つだけなので大抵最大の故障電流が流れ、だから遮断器の遮断容量は通常この三相短絡電流を基準に定める。最も稀だが最も過酷な故障だ。

一線地絡 · 零相経路が開く

一相が地に触れる一線地絡は実際の系統で最も多い故障だ。正相·逆相·零相の三回路を直列につなぐと故障電流は I = 3E/(Z_1+Z_2+Z_0)。ここで零相インピーダンス Z_0 が流れを左右する。中性点を直接接地すると Z_0 が小さく地絡電流が大きく、高抵抗接地や非接地では Z_0 が大きく地絡電流が小さい — 非接地では Z_0 が事実上無限大で地絡電流がほぼ0だ。D2で零相電流に帰路が必要だった事実がここでそのまま働く。

観察3φ: If = E / Z1
三相短絡は正相インピーダンス一つ。
選ぶLG: I = 3E / (Z1 + Z2 + ?)
一線地絡は零相まで三つを直列に。
空欄LL: I = √3 E / (Z1 + ?)
線間短絡は正相·逆相の二つだけ。
自分でZ0 → ∞ → Iground = ?
零相経路がなければ地絡電流は0。

線間短絡 · 地が絡まない

二相が互いに短絡すると地が絡まないので零相分は生じない。正相·逆相の二回路だけ直列につなぎ故障電流は I = √3 E/(Z_1+Z_2)。普通 Z_2 が Z_1 と近いので線間短絡電流は三相短絡の √3/2 ≈ 0.87 倍ほどになる。零相が抜けた分だけ地絡より単純だが、二相に大電流が流れやはり速く切らねばならない。

最初の画面に戻ると

同じ三つのシーケンス回路だったのに、故障の種類を変えるたびに接続が変わり故障電流も変わった。三相短絡は正相一つなのでインピーダンスが最小で電流が最大、一線地絡は零相まで直列に加わって電流が減った。D2で分けた正相·逆相·零相が、ここでは故障の種類というスイッチに従って直列に編まれる部品になったわけだ。故障電流を手にしたので、今度はそれを感知して切り離す保護へ進む。

故障の種類·故障電流 — 故障の種類が三つのシーケンス回路の接続を定め、その合成インピーダンスが故障電流を定める。三相短絡: 正相だけ、I = E/Z1(大抵最大)。一線地絡: 正相·逆相·零相が直列、I = 3E/(Z1+Z2+Z0)。線間短絡: 正相·逆相、I = √3 E/(Z1+Z2)。零相経路(接地)がなければ地絡電流は0。
次の一歩

故障電流を計算したので、今度はそれをどう感知して切るかが残る。セクションD最後のユニット(PW-D4)は保護継電と遮断だ。継電器が電流·電圧を測って故障を判断し遮断器に信号すると、遮断器がアークを切って故障区間だけ系統から切り離す。近い故障は速く、遠い故障は遅く切って必要な区間だけ停電させる選択性と時限協調が保護の核心だ。