OCR( 過電流継電器 ) 整定での保護協調線図の有効な活用例整定値の算出と保

6 4 2 0.6 0.4 0.2 0.06 0.04 0.02 0.006 0.004 0.002 40 60 200 400 600 2000 4000 6000 200 400 600 2000 4000 6000 OCR( 過電流継電器 ) 整定での保護協調線図の有効な活用例整定値の算出と保護協調線図の JW-CAD 作成九州産業コンサルタント協会技術士 ( 電気電子 総合技術監理 ) 増永秀人 1. はじめに 2. 協調を取るための考え方 3.OCR 整定 3-1. 限時要素の整定 1) 定格容量からの電流値の整定 2) 限時特性による動作時間の読み取り 3) 協調線図への書き込み 検討 3-2. 瞬時要素の整定 3-3. 整定による OCR 特性の変化 3-4. 試験結果例 3-5. 小容量受電設備の整定例 3-6. 直列 OCR の整定例 4. 試験の実際 4-1. 試験手順 3 0. 6 A 3 5A 定格容量整定値 0.0 1 3 50 k VA 0.0 0 1 1 0 20 1 00 1 00 0 1 00 0 0 1) 事前準備 (OCR 本体調整 VCB 動作電源 コンデンサトリップデバイス ) 2) 試験電流の入力方法 ( テスト端子 プラグ ) 3) 単体試験と組合せ試験 4-2. 特性試験 電力使用申込書記載事項の確認 1) 瞬時時限 ( 事故除去時間瞬時 2 段特性 ) 2) 最少動作電流 ( 短絡感度 ) 4-3. その他 1) レバー 10 の試験 2) 試験機の電流設定 5. 関連事項 5-1.CT 過電流定数 (n 値 ) 5-2. 電力変電所アナログ OCR との協調 5-3. 短絡事故時の動作 1) 高圧短絡時の現象及び協調 2) 高圧引込 CV ケーブル等のサイズ 容量 3) 変圧器二次直下短絡事故 ( 配電盤 MCCB 遮断容量 Icu 太陽光設備での焼損 ) 4) スイッチ類の動作協調 5-4.OCR での LBS トリップ ( 小容量受電設備 ) 1) 目的 2) 電力使用申込書での短絡感度 3)OCR の整定 (PF の小電流遮断 G 値 ) 4)LBS 用 OCR の試験 ( 受電用及び 類似の DGR 用等の実務 ) (update 2018/11/1) 時間 ( 秒 ) 1 0 1 0 0.1 20 40 60 1 00 1 00 0 1 00 0 0 3 60 A 7 20 A 1 ( 配変 OC R) 一次換算電流 ( A ) 3 06 A 変圧器突入最大電流変圧器最大電流 1 0 1

1. はじめに OCR( 過電流継電器 ) の整定では保護協調線図を作成すると 動作状態が図として把握でき わかりやすく より安心な整定ができます 検討は高圧電流を横軸 時間を縦軸とする両対数目盛の用紙に制限要素と OCR の動作特性を書き込むことにより行います ここでは 実用的な整定のための考え方を 具体例を使用して 作図方法と併せてご説明します 用紙は CAD 等で簡単に作成することができます 御参考のために私が使用している JW- CAD で作成した用紙を添付しています ホームページへ戻り JW-CAD 用資料 をご覧ください 本文での作図例は JW-CAD 使用ですが 手書きでも十分に対応できます PDF 用紙も添付しています 本稿の記述には 6kV 高圧受電設備の保護協調 Q&A のデータを多用しています 末尾に詳細をご紹介します 本文中では 末尾参考文献 として表示しています OCR の安全な整定のためには 確認のための試験方法 受電システム全体の協調も考える必要があります 4 節 5 節の関連事項をご参照ください 2. 協調を取るための考え方 top へ保護協調を行うために考慮すべき制限要素には 4 つがあります 条件 1 受電設備 ( 変圧器容量 ) の定格電流までは動作しないこと 条件 2 電力配電所の 51 リレーより先に動作すること ( 波及事故防止 ) 第二キュービクルの場合は 第一より先に動作すること ( 停電部限定 ) 条件 3 受電時の変圧器突入電流で動作しないこと ( 投入時の誤動作防止 ) 条件 4 VCB 二次側の動作特性と強調していること 通常は条件 1~3を考えます 4は第二キュービクル等があり二次側に VCB がある場合 LBS 用 PF に G75 程度の大容量のものがある場合などに考慮する必要が出てきます OCR の限時要素 ( 整定電流とタイムダイアル TD) 及び瞬時要素の整定を行い OCR の動作特性が各制限要素を満足するように調整します それぞれの要素は 電流を高圧側に換算して考えます 例として 1250kVA OCR 用 CT 比が 30 である受電設備について考えます それぞれの制限要素は次のようになります 4については 別途考察を行います 条件 1 変圧器容量 1250kVA より 定格電流 ( 高圧 ) は 1250/6.6/1.732 110A となる 条件 2 配電所 OCR は現状では段特性になっている 小容量配電線と大電流配電線で限時値は 360A と 720A 瞬時値は 720A と 1420A に設定されている 瞬時時限は 0.5sec と 0.2sec である 小容量配電線特性を満足させれば安全である 条件 3 受電時等の変圧器突入電流は定格電流の 10 倍 0.1sec を採用すれば安全である この場合は1の 110A の 10 倍で 1100A になる コンデンサ突入電流もあるが 0.002sec であり OCR の動作より極めて短い時限であるため 通常は考慮していない 2

変圧器突入電流については 末尾参考文献 P.88 及び日本電気技術者協会電気技術解説 講座の機器材料 (http://www.jeea.or.jp/course/contents/07304/) に説明があります 条件 1~3 を 用紙に書き込むと下図のようになります 制限要素の領域を含まない 緑 線ハンチング部が保護協調を考えての OCR 整定可能領域になります 10 20 40 60 100 200 400 600 1000 2000 4000 6000 10000 小容量配電線 大容量配電線 10 6 4 1 定格電流まで使用 360A 720A 2 波及事故防止 2 ( 配変 OCR 設定 ) 時間 ( 秒 ) 1 0.6 0.4 0.2 定格電流 110A OCR 設定可能域 0.5sec 1440A 0.2sec 0.1 0.1sec 0.06 0.04 0.02 最大変圧器突入電流 3 定格電流 10 投入時の誤動作防止 0.01 0.006 0.004 0.002 0.001 10 20 40 60 100 200 400 600 1000 2000 4000 6000 10000 一次換算電流 ( A ) ここでは定格電流を変圧器全容量から三相として算出しています 一般的には動力容量が電灯容量より十分に大きく 変圧器電流の位相差からも 実用上では対応できると考えています しかしながら 300kVA 未満での LBS 用 OCR の場合等は 電灯と動力のそれぞれの電流を考えたほうが良い場合があります 5-4 節で説明します 3.OCR 整定 top へ 3-1. 限時要素の整定 1) 定格容量からの電流整定高圧側電流値で定格電流以上になるように整定します 定格電流が 110A なので CT 二次側電流は CT 比 30 より >110/30=3.6A が条件となります 一つ大きいタップ値である 4A に整定します 高圧側電流は 4 30=120A になり 定格運用でも動作することはありません 一般的に VCB 用 OCR が設置される 300kVA 以上の場合は設備余裕が大きく 実使用デマンドは概ね 2/3 以下です 同時起動する直入れの大容量電動機が多数ある等の特殊な 3

場合でなければ運用中に定格電流を超過する場合は無いと考えています 線図を作成すると 定格電流と OCR 特性の関連からも想定できます 300kVA 未満で LBS 用 OCR の場合は 5-4 節に説明します 電流整定値は 3A~5A が一般的です 測定用 CT 二次電流を使用する電流引き外し式 VCB の場合 トリップコイル電流が 3A 未満では不安定なことがあるとなっているためです 電圧引き外しの場合は整定 3A 未満でも可能ですが 以後の年次点検試験時等に迷い? を生じることがあります 5A 超過は CT 誤差及び負担の問題があり 引き外し方式によらず推奨できません 新設時は設備容量を勘案しての CT 比となっていますが 増減設備の場合は CT の更新も必要です 2) 限時特性による動作時間の読み取りタイムダイアル (TD) と整定値倍率による動作時間を メーカカタログによる特性図で読み取ります 動作時間は TD 毎に整定値の倍率で表されています 三菱 MOC 型を例として考えます 時限特性には定限時 反限時 強反限時 超反限時があります 定限時は整定値以上では動作時間は同じ 反限時は整定電流に対する倍率 ( 例 横軸 2 は 200%) で動作時間が減少します 反限時にも三通りがあり 左側が超反時限 右側が強反時限です 超 強 反で立下りが緩やかになります 左は超反限時 右は強反限時の特性です MOC 型では 4 種類が採用可能ですが 限時特性が固定されている ( オムロン K2CA では反限時 ) に固定されているものもあります 動作時間もメーカ毎にわずかですが異なります 使用する OCR のメーカ 型式を確認することが必要です 右図は強反限時特性の拡大です ( 私は習慣的に強反限時を使用しています ) 動作時間は 300% での動作時間は TD=0.5 では 0.34sec TD=1 では 0.69sec と読み取ることができま す 限時等の設定方法は 4-2-1) 事前準備 (OCR 本体設定 ) の節で説明します 4

注意点は 横軸の単位は限時整定値の倍率であることです TD=1 の場合 整定値 3A で も 整定値 5A でも 300% では 0.69sec で同じです 誘導型では異なることがありました が 静止型ではメーカ保証値は全く同じです 3) 協調線図への書き込み 検討 TD と限時特性を仮決めして 整定電流の 200% 300% 500% 等の値を読みとります 三菱 MOC 型では強反限時で TD=0.5 の場合 200%( 高圧電流換算 120A 2=240A) で 0.75sec 300% で 0.34sec 500% で 0.16sec 700% で 0.1sec と読み取ることができます 4A 整定 CT 比 30 の場合の高圧電流 動作時間を表にまとめると下表のようになります 150% があれば 整定値付近が書きやすくなります 150% 200% 300% 500% 700% 高圧電流 (A) 180 240 360 600 840 時間 (sec) 1.35 0.68 0.34 0.16 0.11 横軸を高圧電流 縦軸を動作時間として 電流整定 120A に対して漸近線になるように作図すれば 特性線図を書くことができます 強反限時での TD=1 超反限時での TD=0.5 を含めて 3 例を作図すると下図のようになります TD 整定の差による違いが分かります 強反限時 TD=1 では条件 1の電力の小容量特性にかかり 超反限時 TD=0.5 では 変圧器突入電流特性にかかる恐れがあることがわかります 強反限時 TD=0.5 が最適となります 10 20 40 60 100 200 400 600 1000 2000 4000 6000 10000 小容量配電線 360A 大容量配電線 720A 10 6 超 TD=0.5 4 2 強 TD=1 ( 配変 OCR) 時間 ( 秒 ) 1 0.6 0.4 定格電流 強 TD=0.5 限時整定電流 1440A 0.5sec 0.2 0.1 0.06 0.04 110A 120A 最大変圧器突入電流 0.2sec 0.1sec 0.02 0.01 0.006 0.004 5

三菱 東芝等 取説に計算式が示されている場合は 詳細な値を計算により求めることが できます 表で示した動作時間は三菱 MOC 型について 計算式で求めたものです 参考に 同型の TD 及び限時特性の組み合わせでの動作時間データを示します 150% 200% 300% 500% 700% 強反限時 TD=0.5 1.35 0.68 0.34 0.17 0.11 強反限時 TD=1 2.7 1.35 0.68 0.34 0.23 超反限時 TD=0.5 3.2 1.33 0.5 0.17 0.083 同一特性では動作時間がほぼ TD に反比例していることもわかります 3-2. 瞬時要素の整定 受電時の定格電流の 10 倍とされている変圧器突入電流による誤動作がないように整定し ます ここでは定格電流 110A より 1100A 以上になります 通常は限時整定値の 10 倍が採 用されます 限時整定値を 4A とすれば 40A が瞬時整定値となり 例では CT 比 30 より 40 30=1200A(>1100A) が高圧側電流となります 瞬時動作時間は定限時特性であり 限時の特性には関係なく 0.05msec 一定になっています 協調線図は瞬時整定を超えた時 点で 0.05sec で動作するものとして作成します 瞬時要素を書き込むと保護協調線図が完成 します 参考のために 条件 4 として 第 2 受電などで 使用されることの多い LBS 用の G75PF の動作 特性を記入しています 絶対値と時限を合わせて 考えると 母線短絡の場 合は PF が 過負荷の場 合は VCB が先に動作す ることがわかります こ の考え方は OCR での受 電 LBS トリップ (5-4 節 ) でも使用されています 定格電流まで使用 定格電流 110A 限時整定電流 120A 最大変圧器突入電流 超 TD=0.5 強 TD=0.5 投入時の誤動作防止 小容量配電線 強 TD=1 360A 実際? 大容量配電線 720A 波及事故防止 ( 配変 OCR) 瞬時電流整定 1200A G75 特性 電力配電線 OCR の瞬時整定は 0.2sec ですが 慣習として受電側での VCB 組合せで 0.18sec 以内に動作することが要求されています 差分の 0.02sec は誘導円盤型 OCR の慣性特性 ( 誘導型で回転を始めた円盤が急には停止できない影響 ) をみたものです OCR 単体が 0.05sec であれば VCB 6

の 3 サイクル (60Hz では 0.05sec) を合わせて連動 0.1sec の動作となり 保護協調 <0.18sec と 電力使用申込書の事故除去時間 0.1sec を満足します 実際は OCR VCB 共に 測定例 3-5 に示すように より早く動作します 超反限時では変圧器突入特性にかかっていますが 実際は図の角が落ちた形であるとされているので ( 末尾参考文献 p.90 に詳細説明 ) 大容量配電線の場合の超反限時 TD= 0.5 での使用も可能と考えられます 1500kVA 超過の場合は定格電流の 10 倍が 1300A 以上になります 配変 OCR 瞬時設定値 1440A と 変圧器突入電流特性とが重ならないようにすることが極めて困難になります 変圧器突入電流で OCR 誤動作の可能性があるのは 年次点検後と系統瞬時停電後の復電時です 私は自所短絡時の系統波及防止を優先と考えて どちらにもかかる場合は 動作特性を限時要素も含めて変圧器突入電流特性に交差させる方が安全であると考えています 保護協調線図の作成で 変圧器突入電流によるトリップ現象を理解 想定しておけば 再度の投入で受電できます 本来は OCR 整定のみではなく 受電時の対応を 第二キュービクルに電動バネ型 VCB を採用して 27 リレーでの自動投入シーケンシャル制御を行う等のシステムとしても行うべきものです しかしながらほとんどの場合 主任技術者が OCR 整定を行うときには設備仕様は決定されており OCR 整定のみでの対応が要求されます 瞬時特性が配変特性と同様な2 段 (3 段 ) となっている OCR が使用され始めています 設定方法の考え方について 4-2 節で追記しています 3-3. 整定による OCR 特性の変化 OCR 特性の各要素の整定値調整による変化をまとめると下図のようになります 限時特性( 超 強 反限時 ) の選択で立下り特性が変化します メーカによっては選択不可 です 限時(A) 設定で全体が左右に動きます TD( 無名数 ) 設定で全体が上下に動きます 動作時間は概ね TD に反比例します 瞬時(A) 設定で瞬時の動作位置が変化します 動作時間は固定です それぞれの要素の調整による 超 TD=0.5 限時設定強 TD=1 強 TD=0.5 限時 TD 限時特性瞬時設定 特性変化を考えて OCR 動作特性を許容範囲に納めることが保護協調線図による OCR 整 7

定の狙いです 具体的にどのようにするかは 4. 試験テクニックの事前準備の節に記述し ます 3-4. 試験結果例 1250kVA での試験結果例を下表に示します 単体で試験を行うと ほぼ公称値の値が得 られます 組合試験結果と比較することで VCB の動作時間を判定しています 試験方法 は次節の試験テクニックをご参照ください OCR 単体限時測定記録 R 相 T 相 200% 300% 500% 700% 200% 300% 500% 700% 使用値 0.664s 0.346s 0.163s 0.107s 0.660s 0.346s 0.163s 0.108s 公称値 0.675s 0.338s 0.169s 0.112s 0.675s 0.338s 0.169s 0.112s 公称値はメーカ計算式による値です 動作時間は いずれも公称値の ±10% 以下です 協調 線図を作成するためには 3 点以上の測定が必要です 瞬時測定記録 R 相 T 相 電流整定 20A 20A 最少動作 20A 19.5A 動作時間 0.035s 0.035s 協調線図を作成するためには最少動作値と動作時間の測定が必要です 本来は設定値で行 うべきですが 使用している試験用発電機 16A の容量により 20A に変更して試験を行って います ほとんどの場合 9A でも可能です VCB 組合限時測定記録 R 相 T 相 時間整定 300% 300% 動作時間 0.374s 0.381s VCB 動作時間 = 組合動作時間 単体動作時間 0.04s<0.05s 300% での確認で VCB の公称動作時間以下での動作が確認できます 3-5. 小容量受電設備の整定例 8

小容量受電設備での整定例をご紹介します 最初のものと同じです 設備容量 350kVA CT 比 10 OCR は MOC 型です 限時整定は 3.5A 条件 2と3の間の余裕があるため TD=1 としました 山間部であった ため 小容量配電線での安全対策として 360A 前に瞬時動作するように瞬時も 35A( 高圧電流 350A) で設定しています 高圧側電流で 360A 720A 1440A を意識して整定されている例は 良く見かけます 更に小容量である 300kVA 以下の LBS 用 OCR については 5-4 節で説 時間 ( 秒 ) 20 40 60 1 00 200 400 600 1 00 0 2000 4000 1 0 6000 1 00 0 0 3 60 A 7 20 A 1 0 6 4 2 1 ( 配変 OC R) 0.6 0.4 0.2 0.1 0.06 0.04 3 0. 6 A 3 5A 0.02 定格容量整定値 0.0 1 3 50 k VA 3 06 A 0.006 変圧器突入最大電流 0.004 変圧器最大電流 1 0 0.002 0.0 0 1 1 0 20 40 60 1 00 200 400 600 1 00 0 2000 4000 6000 1 00 0 0 一次換算電流 ( A ) 明します 医療関連設備などでの単相変圧器が大きい場合は 単相と三相の容量配分による一次電流の違いにも 同様の注意が必要です 3-6. 直列 OCR の整定例二次変電 ( 第二キュービクル等 ) にも VCB があり 一次 ( 受電キュービクル等 ) の VCB と直列になる場合は 所内でも OCR の協調が必要となります 受電での整定は 条件 4の場合となり 二次 OCR を受電 OCR より早く動作させることが原則です 数値計算のみでの確認は困難ですが 協調線図作成で安心な整定ができます 全体 ( 受電 ) 容量 1500kVA 第二キュービクル ( 二次 ) 容量 400kVA の例です 線図より 二次 OCR が受電 OCR より早く動作することが分かります 受電 二次共に強反限時特性ですが 受電は配変特性より早くするため TD=0.5 二次は変圧器突入領域との交差を防ぐために TD=1 として特性を持ちあげています 3-3 で説明した方法です 受電と 第二キュービクルの容量差が少ない ( 二次キュービクルの容 時間 ( 秒 ) 20 40 60 1 00 200 400 600 1 00 0 2000 4000 1 0 6000 1 00 0 0 3 60 A 7 20 A 1 0 受電特性 6 二次特性 4 2 1 ( 配変 O C R) 0.6 0.4 0.2 0.1 0.06 0.04 3 50 A 1 60 0 A 1 40 A 3 5A 0.02 3 2. 8 A 受電限時整定瞬時電流整定瞬時電流整定二次全電流二次限時制定 0.0 1 0.006 3 30 A 0.004 0.002 0.0 0 1 1 0 20 40 60 1 00 200 400 600 1 00 0 2000 4000 6000 1 00 0 0 一次換算電流 ( A ) 量が受電キュービクルより大きい ) 場合等は 限時特性を変えて対応する場合もでてきます 9

4. 試験の実際 top へ私の OCR 試験の方法を 高圧受電設備の竣工試験を例として御紹介します OCR 動作正常と併せて 電力使用申込に記入した事故除去時間と短絡感度の確認を行うことも目的としています 4-1. 試験手順 1) 事前準備 OCR 整定検討試験前に設備容量 CT 比 OCR 型式を調査して OCR 整定を事前に検討しておきます 試験時には 試験に専念することが必要です OCR の特性はメーカホームページの取説等で調べることができます VCB 付属で 1/10 電流での試験を行うものもあります 最近は電流整定値のみでなく限時特性 瞬時特性の設定が必要になるので 協調線図を使用すると安心ができます 限時特性が異なると 限時整定が同じであっても動作時間は異なる物になります OCR 本体調整リレー本体の試験前の設定を三菱 MOC 型の場合を例に記述します 同型では電源周波数と限時特性を OCR 表面のディップスイッチ ( ドライバで示している部分 ) の上下で 下側の説明に従い設定します 出荷時には時限が超反限時に設定されています 異なる時限特性を使用する場合は 切り替を行います 図での設定はディップスイッチ SW1 で周波数 60Hz に SW3 4 で強反限時に設定しています ディップスイッチ上の 表示切替 ロータリースイッチは 最少動作電流測定での始動確認のために時間経過に切り替えておきます 限時電流 タイムダイヤル 瞬時電流はスイッチの矢印に注意して整定値に合わせます かつては 細密ドライバーが必要な機種がありましたが 細いマイナスドライバーで切り替ができます オムロン K2OC 型とフジ QHA 型は限時特性のみでなく 次節 4-2 で説明する瞬時特性の 2 段又は 3 段の設定が必要です ディップスイッチの個数と配置は異なりますが いずれも下側についている説明に従って切り替えができます オムロン K2CA 型では反限時 (DO 特性 ) に固定なので調整は不要です オムロン K2OC 型では既設更新の場合に役立つ K2CA 型の DO 特性の選択もできます VCB 動作電源 ( コンデンサトリップ ) VCB には電流動作型 (MOC-A1T 等 ) と電圧動作型 (MOC-A1V 等 ) があります 電流動作型は OCR の試験電流で動作するので動作電源は不要です 電圧動作型は動作電源が必要です バッテリーによる DC110V 制御電源がない設備では コンデンサトリップデバイス (CTD) が使用されます CTD は P1 P2 に入力された AC 電源を整流して DC としてコンデ 10

ンサに蓄え 出力します 一般的には本設 P1 P2 電源は VT 二次側直結で 充電後は電源喪失後も一定時間は切動作が可能です 試験の回数には対応できないので 試験時には CTD 裏面の AC 側 P1 P2 端子の AC 配線を外し 図のように本体単独で AC100V を連続供給します 作業性が悪いところについていることが多いので 端子台を挟み込んで接触不良にならないよう ネジ頭を少しだしておくと安全です 横の端子二つが DC 出力です 誤結線による並列接続設備損傷 逆圧等の重大な障害の防止のためにヒューズ プロテクトリレー等の各種の保護が付属した市販試験機の補助電源使用が安全です 例えば DC 出力側に試験機の補助電源から AC100V を供給する ( とんでもない間違いです ) と 即時に試験機の保護動作により停止します 試験用発電機も瞬間的にうなり音が増えるので そのまま続けると損傷すると考えられます 接続が正常であると 補助電源活かしで 表面の充電表示ランプが点灯します 使用中の設備では薄く点灯することが多いので注意が必要です 活かした後の CTD 直流側には VCB 動作用の DC141V が残ります P1 P2 の操作は放電スイッチを押してから行います 2) 試験電流の入力方法試験電流の入力にはテスト端子 (TT) の二次側又は一次側を使用する 各種の方法があります OCR から CT 周りの制御線の三線配線の例を電圧動作型 OCR について下図に示します 試験電流入力は汎用試験機での試験コード R C( アースサイド又はコモン ) T を使用するものとしています 1-1 盤面のテスト端子の短絡片を外す 又はテストプラグを差し込んで一次と二次を分離し 二次端子 ( リレー側端子 ) から入力します 一次端子 (CT 側 ) 相間は短絡しておきます 基本的な方法です 一次側の確認は ED が取られているかでわかります 1-2 盤裏面で TT 二次側 C11 C21 C31 の端子を解線して それぞれ試験コード R C T を接続します プラグ式でプラグが使用できない場合等の方法です 2-1 解線またはテスト端子 ( プラグ ) での分離操作を行わずに TT の一次側 ( 又は二次側 ) に試験コードを接続します 高圧用 CT の二次側から見たインピーダンスが著しく大い 11

ため 試験電流の殆どはリレーに流れることを前提にしています 2-2 高圧用 CT の R 相 K 端子に試験コード R T 相 K 端子に T ED に C を接続する方 法です 試験電流の配分は 2-1 同様です 2-2 は CT 端子から OCR までの配線確認もできますが 高圧機器の接地配線等を含めて 盤メーカの検査範囲であると考えています 2-1 を含めて 工事用仮設等の ELB が設置された電源では 試験機の電源部がスライダックで絶縁が取られていない試験器 ( 一般の試験器 ) を使用すると 試験操作で ELB が動作することがあります 試験コードの取付け間違い 作業中のはずれ 解結線の不良 ( 作業忘れ ネジ締め付け不良による発熱 ) 等を考えると 作業の全てを盤面で行い 接続状態を直視確認できる 1-1 が最も安全です 竣工 年次 ( 自電源 他電源 ) に関係なく 同一の操作での試験になります テスト端子では一次端子 (CT 側 ) 相間の短絡を習慣化しておくと 停電試験で復帰操作を忘れて受電しても そのままで一次二次間に短絡片を取り付け 一次端子の相間短絡を外して復帰することができます テストプラグはより安全に行える構造になっています テスト端子 ( テストプラグ ) は簡易化のみでなく 試験作業での安全経験を積み重ねて使用されているものと考えるべきです 携帯用発電機使用の場合 エコモードになっていると 試験時の電流急増に対応できず 時間測定値が大きくなります エコモード OFF とします 電流計は AS を切位置として 短絡します 3) 単体試験と VCB 組合せ ( 連動 ) 試験竣工試験では はじめに OCR 単体試験を行い 次に VCB 組合せ ( 連動 ) 試験を行います 試験を行う時は 保護協調用のための難しい装置とは考えず 内部に接点がある単純な装置 例えば電流指針に接点が付いたメータリレーと同等と考えて行います 単体試験リレー本体の動作時間を測定します 試験機トリップ接点をリレー裏面の補助接点 a1 a2 又は a c 等に取り VCB は切位置のまま行います VCB 動作は無いため電圧動作型であっても CTD への電源供給は不要です 電流動作型でも VCB トリップコイルの駆動電圧が不要であるため 試験用発電機は 9A でも十分に対応できます 単体試験のトリップ信号は厳密にはリレーの T1 T2( 電圧トリップ型 ) ですが 補助接点でも支障のない値が得られます T1 T2 は配線済なので できるだけ外したくないという考えです 試験毎の VCB 再投も不要なので 試験時間も短くなります 組合せ試験 12

VCB 動作までの時間を測定します 試験機トリップ接点信号を VCB 主回路一次 二次に取ります OCR 単体試験が終了している場合は 組合せ試験は通常 限時特性 300% 又は 500% で R 相 S 相それぞれ1 回ずつになります 年次点検は 異常が発生していないかが目的であり 一般的に組合せ試験のみで行われます トリップ信号も VCB 端子直接ではなく 振動検出 自己電源による電源喪失などでも行われます トリップコイルの定格電流は 3A なので 電流引き外し方式で限時整定が 3A 以下 ( 本来は不適です ) の場合は 3A での組合せ試験を行えば安全です 電流動作型 VCB ではトリップコイルの駆動電圧も必要であるため 試験機の抵抗を抜きすぎると OCR が動作してもチチチと音がする (VCB からのチャタリング音 ) だけで VCB が動作しない場合があります 私の経験では 出力電圧計がある場合は 30V 以上 (VCB トリップコイル抵抗 10Ωとすればコイル電流が 3A 以上 ) とすれば安全です VCB 動作時間 VCB 連動と OCR 単体の時間差で VCB 動作時間の算出ができます 例えば 300% 試験で単体 0.331sec 組合せ 0.365 であれば VCB の動作時間は差の 0.034 であり 60Hz での VCB 公称動作時間 3 サイクル-0.05sec を満足していることが分かります 4-2. 特性試験 電力使用申込記載事項の確認 OCR の動作時間などがメーカ保証値に入っていることと併せて 動作時間が電気使用申込書の保護協調欄の数値であることの確認を行います 1) 最少動作電流試験 ( 短絡感度の確認 ) 誘導型の場合は円盤が回転を始める ( ピクリと動く 実際はなかなかわかりません ) 電流が始動電流です 据付 保全不良等で発生する可動部の機械的な抵抗により 始動しても円盤が途中で停止して接点閉にならない ( 動作しない ) ことがよくあります 始動電流より若干の電流増を行い 接点が閉じた電流を最少動作電流とします 静止型の場合 途中停止はないので誘導型のように OCR 動作を待つ必要はなく リレー表面の始動ランプ点灯 又は時限表示ディスプレイの 000 等のカウントが開始する(0 が表示される ) 電流が最少動作電流となります 0.1A 単位で読み取るためには 整定値付近では試験電流をゆっくり増加させます 試験電流 1A 程度で RUN 運転 等の動作表示が点灯することを確認しておけば 安心して試験ができます 直射日光等で見にくいことも多く 周辺を覆う等の準備が必要です 最少動作電流が電力使用申込の感度になります 4A 整定で CT 比 30 であれば 4 30 6600 1.2(CT 誤差 20% を見込む ) 0.95MVA が感度になります 限時整定値 (4A) ではなく瞬時整定値 ( 例えば 40A) で計算しても 電力変電所感度以下であれば 受領してもらえるようです 工事店等で異なった値で申請されている場合も 1A 以内の整定変更であれば 竣工時に再調整してもトラブルにはならないようです 13

電気使用申込書では 限時特性の記入は不要です 1) 瞬時時限 ( 短絡事故除去時間 0.1sec の確認 ) OCR が動作して VCB が開くまでの ( 組合せ試験 ) 時間が短絡除去時間になります 三菱 MOC の場合 瞬時動作時限は整定値の 150%(20A 整定では 30A) で試験しています メーカ取説での瞬時特性は 右図のようであり 150% で 50msec 以下になっています 測定結果は上述のように 0.035sec でした VCB の 3 サイクル (60Hz では 3/60sec で 0.05sec) と併せて 0.1sec 以下であることを確認できれば 電力使用申込の事故除去時間 0.1sec を満足することができます 所内短絡時の系統との保護協調を考えると 瞬時時限は保護協調線図の作成に必要です 瞬時特性がなければ線図の大電流部分は作成できません 年次点検でも 瞬時要素では最少動作電流ではなく 時限測定を必須としている場合もあります 瞬時 2 段特性を持つ OCR 富士電機製 QHA 型 オムロン製 K2OC 型では 瞬時特性が 2 段及び 3 段の特性をもっています 2 段では右図のように配変用 OCR と同様の形状で 100%~160% は 0.09sec 160% 以上が 0.05sec となっています これまでの三菱 MOC 型等とは異なり 瞬時の時限測定は 160% を超える値で行う必要があります 計算が簡単な 200% が良いと考えています 竣工試験では併せて 150% を行えば段特性の確認ができます 瞬時動作は厳密には 160% までは VCB の 0.05sec を加えると公称 0.14sec になり 事故除去時間 0.1sec を満足できません ( 私の測定例では 150% での VCB 組合せ試験では 0.11sec でした ) 電力使用申込書での感度計算に瞬時整定値 1.6 を使用すべきか? ですが 系統の短絡感度は需要家よりはるかに大きいので 整定値をそのまま使用しても実用上は十分だと考えています ディップスイッチで選択可能な 3 段特性での保護協調例を下図に示します 赤線で示される 3 段特性は 50%~100% までの 0.31sec 動作が 2 段特性に追加された形となっています 2 段特性と共通の 100~160% 0.09sec は変圧器突入電流でのミストリップの防止として使用しています 瞬時整定値を変圧器定格電流の 10 倍以下としても 重なりを実用上では問題にならない程度まで少なくすることができます 系統復電後の受電を 27 リレーによ 14

り電動バネ VCB の自動投入で行う設備では 特に有効になると考えられます 3 段特性の 50% 0.31sec は配変特性との協調に使用しています 限時特性のままでは配変特性と重なる場合も 瞬時動作により対応することができます 自所内での OCR 直列配置の場合の特性の重なりを避けるためにも使用できます 3 段 (2 段 ) 特性が保護協調でどのように作用するかは 協調線図 限時特性 ( 配変特性 ) 0.5sec 0.31sec 瞬時特性 0.2sec 50% 0.09sec 変圧器突入瞬時特性 100% 0.05s 160% の作成で理解することができます 保護協調線図作成の必要性が更に高くなっていると考えられます PF 使用時特性 PF-S 型の場合 かつては短絡事故除去時間として 0.01sec が使用されていました 限流ヒューズでは半波遮断が公称値であるため 50Hz での場合の 1/50sec の 1/2 である 1/100sec が使用されていたと考えられます 現在は CB 型同様の 0.1sec が使用されています 4-3. その他 1) レバー 10 の試験 ( 限時特性 ) 静止型では動作時間の公称値が限時設定 (TD) 値毎に 図表または計算式で詳細に示されています 私は 使用整定での正確な動作時間値がわかるため 使用 TD 値での試験のみを行っています リレー試験は レバー 10 でメーカ許容誤差内であることよりも 使用値で保護協調が取れていることの確認が重要であると考えています 誘導型の場合はレバー (TD)10 での動作時間の公称値のみが リレーの表面に図示されていました 静止型も慣習的にリレー表面に TD=10 の特性図が示されています 図はオムロン K2CA 型の例です 読み取った値を TD/10 で乗じることにより整定 TD での動作時間を算出できますが 取説の特性図 計算式に比べれば不正確です 限時及び瞬時共に動作時間は整定値の絶対値には無関係に 倍数により示されています 試験用発電機の容量が小さい場合は整定値を下げることでも 測定値を得ることができます 例えば限時の時間測定で 300% は使用値の整定で 500% は整定を下げての試験としても 得られる結果は同じになります 現在の静止型は cpu 演算結果によって動作しているためと考えられます 15

2) 試験機の電流設定手動式の IPR 等を使用する場合の試験電流設定には 切替スイッチを設定位置にして内部の模擬負荷で行う方法と 試験位置でリレーをロックして実電流を流して設定する方法があります 後者が高度な方法であり 指定されることがあるとも聞きます しかしながら IPR 等は電源にスライダックを使用している誘導性の試験機です 模擬負荷であっても実電流であっても 設定時に流れる電流は定常電流ですが 試験時の電流は突変で過度現象を含むものです 理論的に 試験時の電流と設定電流には差が生じます 設定電流と試験電流を一致させるためには 原則は無誘導である水抵抗 最低でも無誘導試験機である TPR 等を使用する必要があります 無誘導試験機は電源スライダックに巻き戻しを行う等により 電源部の誘導性を減少させたものです 高圧設備で簡易試験機 (IPR 等 ) を使用できる試験であれば どちらで設定しても良いと考えています 私は安全性と時間短縮を考えて 設定位置での電流設定を行っていますが 3-5 の試験結果例のように ほぼ公称値と同じ値が出てきます 5. 関連事項 top へ 5-1.CT 過電流定数 (n 値 ) CT には磁心の磁気飽和を考えて 何倍の電流まで歪なく流せるかを意味する 過電流定数 nが定義されています キュービクル等で多用されている三菱 CD-40K は n>3 です この値では CT 二次電流 5A 3=15A 以上でのリレー使用はできないことになります しかしながら n 値と同様に 実使用中の負担電流等により決定される実力値 n も定義されています CT に磁気飽和が生じるまでの余裕を見たものです CD シリーズでは次の式になります n =n (CT の定格負担 + 二次漏洩 VA)/( 使用負担 + 二次漏洩 VA) 通常の CT 電流は定格 5A より小さい等のため n はnの数倍となります 2~3 倍とすれば 40A 程度までは使用可能となります テキスト等ではn>10 の CT 使用が推奨されていますが CD-40K(n>3) 使用であっても メーカ組み込みの場合に取り換えを要求することは困難なようです 高信頼性のために大きなn 値が必要であることを 状況によってはコメントする必要はあると思います 最近 1000kVA 程度以上の設備では n>10 の CT (CD-40NA 等 ) が使用されているところが多くなっています 二次漏洩 VA( インピーダンス ) は n=3 で概 5VA n=10 で 10VA 程度です n>3 の CT で瞬時整定を 50A 以上にする場合は注意が必要です 変圧器増設などで瞬時 が 60A 設定になっている例もあります リレー整定は CT 特性も含めて考えるべきであり 良好な整定とは言えません 5-2. 電力変電所アナログ OCR との協調 top へ 16

電力変電所 ( 都市部 ) でのアナログ型 OCR の整定例をご紹介します 下図 左のように なっています 電流ではなく短絡容量 MVA での表示となっています デジタル型の大容量での動作は 第一段が 720A 第 2 段が 1440A です 1440A 6.6kV の容量変換値は 1.732 6.6kV 1440A=16.5MVA となります 時動作 0.18sec を併せて書き込むと右図のようになります 3 節で説明した 大容量配電線での段設定と考えての整定を行っても協調が取れ 安全であると考えられます 図では OCR 動作の短絡容量は 0.2sec では 68.6MVA 0.18sec で 100MVA となっています 5-3. 短絡故障時の動作 top へ受電設備で 高圧部又は低圧部で短絡故障が発生した場合に生じる現象と 安全に遮断するために必要な機能を考えます 1) 高圧短絡時の協調 ( 系統短絡容量 ) 短絡電流の概算短絡による流れる電流は 設備容量 使用中の負荷電流には関係なく 配電系統の短絡容量で決定されるものになります 短絡容量は高圧系統の場合 それぞれの配電線毎に 50MVA~100MVA になるよう 電力配電所での系統切り分けが行われています 前項の配電変電所アナログリレーの整定例で 瞬時動作 0.2sec での動作が 68.6MVA 0.18sec の動作が 100MVA であることからもわかります 例えば 短絡容量 59MVA の場合 ( 都市部ではない ) を考えます 高圧母線短絡時に系統から流入する電流は 引込ケーブルのインピーダンスを無視すれば 59000kVA 1.732 6.6kV 5200A となります この配電系統に接続されている受電設備内部で短絡が生じると 概 5200A の電流が 配電系統から引込高圧ケーブルを通過して短絡点に流れ込みます 受電設備の容量などには無関係であることに注意が必要です 17

短絡時の保護協調 3 節での協調線図の大電流部分の拡大図に短絡電流 5200A を書き込んだものを示します 短絡電流 5200A は瞬時整定 1200A の 4 倍以上となり 配電変電所 OCR 受電設備 OCR LBS パワーヒューズ共 全てが瞬時動作領域となっています この状態での各部の動作順位は 時限によって決まります 動作時限は下記の様になります 1440A 0.2sec 実際? 瞬時電流整定 1200A G75 特性 0.05sec 5200A 系統短絡容量 59MVA 変電所 OCR 0.2sec 需要家 OCR 0.05sec PF75G <0.05sec 動作順序は PF 需要家 OCR 変電 OCR の順になり 末端部ほどの動作時限が小さくなり ( 早く動作して ) 保護協調がとれていることが分かります 需要家内の受電と第二受電の OCR 動作時限は同じく 0.05s なので 動作順位は付けられません 波及事故防止のために配変 OCR が要求する 0.18sec 以内の VCB 動作を満足させるためです 2) 高圧引込 CV ケーブル等のサイズケーブルサイズの選定のための許容電流は 自所の負荷電流による常時の発熱ではなく 上位 ( 電力 ) 変電所 VCB による遮断での故障除去までの 系統から供給される故障電流による急速な発熱を考慮する必要があります 配電変電所の OCR 整定が 0.2sec であるので VCB の開極時間を含む故障電流遮断時限は 0.25sec となります 引込 CV ケーブルはこの間に系統から供給される短絡電流に耐える必要があります ケーブルサイズと許容電流は短絡時の遮断時間別に 下図により示されています ( オーム社ケーススタディ現場の電気計算技法第 2 集千葉幸著 ) 18

図より 故障電流 10kA( 短絡容量では 1.732 6.6 10 110MVA) の場合 38sq 以上が必要になることが分かります 短絡容量が 100MVA に近い配電系統に接続する場合は 余裕を見て 60sq の採用が安全です 実際の故障時には 系統の電源のみでなく 自所又は近隣設備からの モーターコントリビューション等による故障電流も供給されます 系統との受電点には PAS が設置されていますが PAS はスイッチであり 開閉能力は 200A( 400A) です これ以上の電流遮断を行うとアークにより墳破するため 付属 SOG によりロックされ 上位の VCB による停電を待って開放されます 第二キュービクル送り等のケーブルの場合で 受電点に設置された 0.1sec 動作の VCB を経由する場合は 38sq で可となります しかしながら 需要家 VCB と電力変電所 VCB の保全状態 信頼性の違いを考えると ケーブルサイズの余裕は取るべきであると考えられます ケーブルサイズの決定には 他に ケーブルインピーダンスによる電圧降下 機械的外力に対する安全強度等の検討も必要です 3) 変圧器二次側直下短絡 ( 配電盤 MCCB 遮断容量 Icu) キュービクル等の 受電用変圧器の二次端子から配電盤 MCCB までの短絡 ( 地絡短絡を含む ) では変圧器二次側直下短絡と呼ばれる 分電盤等とは全く異なる 高圧事故に匹敵する損傷を起こします 短絡電流 Ic は 変圧器の定格二次電流 (In) ではなく 高圧側短絡容量を変圧器の % インピーダンス (%Z) によって制限された大きさになります 大まかには変圧器の定格電流 (In) と % インピーダンス (%Z) により求めることができます 100kVA 電灯 ( 三相 ) 変圧器 %Z が 3% の場合の超概算を示します In = 100000 210 = 476A ( 三相変圧器の場合は In は 3 で除して求めます ) Ic = 476 (3/100) 16,000A この例では 通常は 100A 程度の負荷電流であっても 短絡時には 16kA の大電流が流れることになります しかしながら 二次側 16kA は一次側高圧電流に換算すると 500A です OCR 整定は変圧器一次側までを考えたものです 保護は不完全な状態となっています OCR 整定値によっては 限時のみでなく 大型受電設備では限時でも動作がない場合が考えられます 変圧器個毎の LBS( 又は PCS) 設置が必要な理由です 間欠アークの場合等はパワーヒューズ動作も遅れることがあります 異物落下 作業ミス等による短絡は 高圧 19

短絡と同等の重大な損傷を生じます 分電盤同様の 低圧 ではないと認識し 厳重に予防 する必要があります MCCB の電流遮断規格には VCB 同様に負荷電流に対する定格電流 (In) と 短絡故障に対する遮断電流 ( 定格限界遮断容量 Icu) があります Icu の値はブレーカ本体に 右図の赤枠で示しているように JIS として電圧階級毎に記入されています 動作責務により Icn とも呼ばれています 短絡事故で Icu 以上の大電流を遮断すると 遮断不能によるブレーカ焼損等が生じます キュービクル配電盤近傍で短絡事故が生じると 故障電流は変圧器二次直下短絡 Ic とほぼ同じ値になります 配電盤 MCCB で Ic を安全に遮断するためには Icn>Ic が必要になります 本例では Ic が 16kA なので Icu が 25kVA( 一般的な値 ) 以上であれば安全です 図の MCCB では In が 150A AC220V での Icn が 30kA であるので 安全であることが分かります 小容量の負荷を配電盤から直接引き出す場合等に 定格電流 In のみの判断で Icu が小さいブレーカが選定されることがあるので注意が必要です 配電盤の MCCB の例を右図に示します 左側は定格電流 100A Icu10kA(220V) 右側は定格電流 50A Icu25kA です 体格は定格電流ではなく Icu により異なることが分かります 分電盤用 MCCB が配電盤に設置されたと考えられます キュービクル外部へ引出すケーブルを接続し 出口近くで短絡するおそれがある場合には 20A の引出であっても 分岐用ブレーカではなく 配電盤用 Icu を持つ MCCB が必要になります VCB に要求されている定格遮断電流 ( 一般的には 8kA 又は 12kA) が受電設備の負荷電流ではなく 系統短絡容量により決定されるものであることと同様です 分電盤は配電盤ブレーカの保護下であり ケーブルインピーダンスで Ic が制限されるため 受電用であっても Icu の小さなブレーカの使用が可能です 一般的には 配電盤 MCCB は Icu が 25 50kVA 分電盤では 2.5~10kVA 程度が使用されています 20

単相 100kVA 変圧器の場合のケーブルサイズと長さによる短絡電流早見表を 河村電器殿ホームページから転載したものを示します 変圧器二次直下 (MCCB 出 距離 0m) では ケーブルサイズによらず概 16kVA であり ケーブルサイズと距離により短絡電流が小さくなっていることが分かります 詳細な計算方法と変圧器容量毎の早見表は下記 河村電器殿ホームページをご覧ください https://www.kawamura.co.jp/catalog/pdf/db-113.pdf MW 規模の太陽光発電の分電盤 MCCB の Icu 不足による焼損事故例を説明します 通常運用時は 100A 程度の負荷電流が PC( パワーコンディショナ ) から変圧器へ流れますが PC と MCCB 間 ( 例としては接続プラグ等 ) で短絡が生じた場合の短絡電流は系統連携の 変圧器から流れます 配電盤から分電盤までのケーブルサイズが大きい場合は二次直下短絡に近い電流となります 線間電圧が 500V 級では短絡電流が 10kA 以上になることがあります 前出の MCCB では線間 220V での Icu は 30kA ですが 500V では 10kA です 一般の配電盤用 MCCB を使用していても Icu 不足の焼損事故となる場合があります PC 発生の負荷電流のみでなく 短絡電流が MCCB 選定の重要な要素になります 電圧測定でも注意が必要です 最近の IEC の測定カテゴリーでは配電盤 MCCB 一次側 ( 変圧器二次端子直結 ) は CAT.Ⅳです 右図が 600V-CAT.Ⅳ 用テスタのプローブです 赤は CAT.Ⅳ 対応状態 黒は先端キャップを外しての CAT.Ⅲ(MCCB 二次 ) 対応とした状態です ( 鉛筆は比較用 ) 大きさ 保護用の鍔がある形状からも コンセント出口等の CAT.Ⅱ( ポケットテスタ ) 範囲との潜在する危険性の違いが想定できます 竣工時の外線工事中で配電盤 MCCB が投入できない状態等での MCCB 一次側の電圧測定では CAT.Ⅳ 対応でない測定器の使用は 短絡電流を考えないとしても 基本的な危険作業になります ただの低圧測定作業とは思いこまず 電気的に生じるリスクを考えての危険予知を行うことが 安全作業につながります 21

4) スイッチ類の動作協調高圧設備には各種のスイッチ及びブレーカが直列又は並列で使用されています ( 概要を後述します ) 高圧では 無電圧以外で操作するとアークが発生します スイッチ類のそれぞれの機能の差は 発生するアークの消弧能力と開極距離の違いによるものです 現在のほとんどの高圧受電設備ではスイッチ類は単独に動作します 複数の機器が直列である場合も相互確認シーケンス等はなく DS( 断路器 ) は負荷電流が流れていても 操作しようとすれば手動での 開 操作ができ ( 一部ロック機能付きがあります ) 重大事故になります OCR 等の保護リレー整定も機能を考慮して行う必要があります スイッチ類の機能と保護リレーとの関係概要は次のようになります ブレーカ(VCB GCB OCB 等 ) 負荷電流の開閉と故障 ( 過負荷及び短絡 ) 電流の遮断を目的としています 動作時に発生するアークは真空 SF6 高圧ガス 絶縁油による抑制 拡散により消弧します GCB では補助的に吹き消しを利用したものもあります 負荷電流 (A) の開閉から故障電流 (ka) の遮断までが可能で OCR 整定の保護協調により動作させるものが殆どです 多頻度の動作 機種によっては遠方操作も可能です 主接点の開極距離は最も小さくなっています 必ず 直列の断路器が設置されるか 本体引出等による断路機構が追加されています VCB を安全に使用するためには 絶縁抵抗測定のみでなく メーカ基準による真空度チェック等を含む定期点検が推奨されていますが 需要家設備ではほとんど実施されていないのが現状です 負荷開閉器(VCS 等 ) VCS は VCB 同様の主接点構造を持ちますが コンデンサ 電動機等の設備別の運用に使用され 負荷電流の多頻度の開閉を目的としています 故障 ( 短絡 ) 電流の遮断能力がなく PF( パワーヒューズ ) が短絡保護のために直列に使用されます 多頻度の入り切りはマグネット ( 図 左 ) で行われ 投入時に常時励磁の場合は節約抵抗 ( 図 右の緑色 ) が使用されます 保護は 2E( 過負荷 欠相 ) 又は 3E(2E+ 逆相 ) リレーで行います OCR での保護もありますが 欠相での電流増加が OCR でも検出される場合であると考えられます ごくまれに自電流による磁気を利用してアーク引き伸ばし消弧を行う MBB 型が残存していることがあります 消弧室の横に磁極用の金属板があることが特長です 負荷開閉器(PAS LBS 等 ) 負荷電流の小頻度の開放 (PAS は投入を含む ) 及び回路の区分を目的とします 負荷電流開放によるアークをアークシュートの中に引き延ばして気中で冷却消弧します LBS で PF( パワーヒューズ ) が付属したものでは 過負荷電流及び短絡故障電流の遮断を PF で行います OCR( 又は DGR 等 ) により機械的開放を行う場合は 故障電流等の遮断を機械的開放動作で行わないよう整定する必要があります 次節の 5-4-3に記述します G 付 PAS 22

は過電流時に開動作をロックし 停電を確認して動作するための内蔵 OCR による SOG 機能が付属しています 付属 PF が無いため 故障遮断は電力配電所のブレーカに委ねるものとなっています PAS の変形として GCB 技術を利用した PGS があります 断路器(DS) 消弧能力がなく 負荷電流の開閉はできません 開極距離はもっとも長くなっています 停電中の電路の区分が主目的です 断路能力が無い固定式 VCB 等の場合は 電源側に必要条件として設置されます 三極型 (LS ラインスイッチ) では無負荷充電電流に対応するため 10A 程度以下の開閉が可能な場合があります OCR 等による自動動作はありません 5-4.OCR での LBS トリップ top へ 300kVA 未満 (VCB 無しの PF-S 型 ) のキュービクルで受電用に電圧引外し型 LBS を使用し OCR 動作とした設備が増えています 右写真が電圧引外し機構です 黄色部が引外し ( トリップ ) コイルです コイルで移動する鉄心でパワーヒューズ (PF) のストライカと同様に LBS の機械的開放を行います 同じ形式の LBS は 出迎え方式の受電用及び第二キュービクル送り用の GR トリップ 高圧コンデンサの内圧 ( 膨らみ ) 異常でのトリップでも使用されています 1) 目的変圧器の過電流防止であると考えています 例として電灯 50kVA 動力 200kVA の設備を考えます 受電 LBS の PF は変圧器のみでは G40 ですが 動力変圧器容量の概ね 1/3 である進相コンデンサ 75kVA があるために G50 が使用されているとします 電灯変圧器の他の電流がないものとして PF 動作を考えます 短絡保護変圧器が損傷しないための一般的な短絡強度は定格電流の 25 倍で 2sec とされています 電灯 50kVA では定格電流 ( 高圧換算 ) は 7.5A なので 2sec での許容電流は 187A となります 右図は PF の溶断時間 - 電流特性図の例です ( 三菱電機殿 LBS カタログ ) G50 の 2sec 動作は 200A となっています 187A 以上なので 許容電流を超過する場合があることになります G 値を低下させて G40 とすれば 2sec 動作は 140A であるので許容電流以下となります 過負荷保護 23

極めて短時間の過負荷容量の参考にできるものとして 下図の愛知電気殿ホームページ 配電用変圧器データブック の短時間過負荷許容曲線があります G40 では 100A( 変圧器定格の 13 倍 ) では 100sec での動作になり 許容負荷である概 4 倍を大きく超過します 1 台の PF での 並列変圧器 2 台の過負荷保護は難しいことが分かります OCR の場合はより細かな整定ができます 高圧側定格電流は動力変圧器 17.5A 電灯変圧器 7.5A 合計 25A となります OCR 限時を CT 一次側 30A に整定すれば TD=0.5 で限時設定の 2 倍である 60A( 電灯変圧器定格電流の 8 倍 ) で 1sec 以内の護動作を行います 15A( 電灯変圧器定格の 2 倍 ) でも 2sec 以下であり限時要素のみで変圧器の短絡と過電流の保護ができます VCB 受電の 300kVA 以上になると OCR での 2 台以上並列の変圧器の過負荷保護はできなくなります それぞれの変圧器に適合する PF を持つ LBS(PCS) を設置することが必要です 2) 電力使用申込書での短絡感度 OCR の有無によって短絡感度が変わります 容量 250kVA で G40 の PF を使用した設備に OCR トリップを追加した場合について考えます OCR 用 CT は 5/30 とします OCR がない場合 最少遮断電流が G 値の 3 倍 誤差を 1.2 として短絡感度 =1.732 7.2kV 40A 3 1.2 1.79MVA OCR がある場合 高圧定格電流は 250kVA 1.732 6.6kV 22A CT 二次電流は 22 6=3.6A であるので OCR 限時電流整定値を 4A として短絡感度 =1.732 6.6kV 4A (30/5) 1.2 0.33MVA 24

OCR がある場合 申込書の短絡 ( 過負荷?) 感度は極めて小さくなります 短絡故障電流の遮断は PF によるため 故障除去時間は 0.1sec で同じになります OCR で機械的に LBS を開放すれば PF 動作の不安定に関係なく 受電設備の過負荷電流域で ( 短絡領域ではない ) の安定的な遮断ができます 3)LBS 用 OCR の整定 LBS の負荷電流開放は気中接点で行うため 定格負荷電流が一般的には 200A であることに留意が必要です これ以上では過負荷遮断となり メーカの動作保証回数は 1~3 回です LBS を安全に継続使用するためには 定格電流以上では PF 遮断動作後に OCR 動作とする必要があり 整定は VCB より面倒なものになります 三菱電機殿 LBS カタログには 過電流継電器による開閉器開極までの動作特性とヒューズの動作特性との交点の電流が定格負荷電流開閉容量以下となれば動作協調がとれています との説明と わかりやすい保護協調線図 ( 右図 ) が示されています 過負荷 ( 小 ) 電流部分は OCR で保護し 短絡 ( 大 ) 電流部分はヒューズ溶断で保護することが示されています 限時設定機構部保護のため LBS 定格開閉容量以上の電流を OCR では開路させないように整定します 協調線図での交点を求めることはかなり面倒ですが 目安としては高圧側電流 200A で 1sec 以上と考えています パワーヒューズとの協調として 超反限時特性での対応となります 小容量では定格電流に電灯 ( 単相 ) 容量と動力 ( 三相 ) 容量の配分で定格電流が変わります 医療関連設備では電灯容量が大きい場合には注意が必要です 設備容量 200kVA で CT 比 6 とした例を示します 全体容量が同じであっても CT 二次電流は概 1.5 倍の違いがあります 例電灯容量 - 電流動力容量 電流 CT 一次 CT 二次 1 50kVA 7.5A 150kVA 13.1A 20.7A 3.5A 2 100kVA 15.2A 100kVA 8.7A 23.9A 4.0A 3 150kVA 22.7A 50kVA 4.4A 27.1A 4.5A 実運用では位相差があるため この表よりも小さな値となります 瞬時整定 OCR の瞬時整定値を LBS 定格負荷電流以下にすれば 遮断電流による LBS の損傷は防 止できます 前項の例 1 では CT 比 6 瞬時設定 30A で高圧側電流 180A となり LBS 定 25

格 200A 以下となります いずれの例でも定格運用での電流の 6 倍以上であり 過負荷保護でも障害は無い範囲と考えられます 投入時の変圧器突入電流による誤動作防止のため 定格負荷電流の 10 倍以上での瞬時設定にすると いずれの場合にも 200A を超えます 実用的な対策として大きい変圧器の定格電流の 10 倍という考え ( 末尾文献 P.83) を適用します 瞬時整定を 40A とすれば高圧側電流 240A であり 妥協できる範囲であると考えます 例 3の場合は限時 5A 瞬時 40A となります 短絡保護は PF で保証されているので OCR は過負荷保護用であると割り切ることもできます 瞬時はロック位置 ( 又は整定値を十分に大きくする等 ) とすることも一つの方法です PF の小電流遮断一般的な広域ヒューズでは定格電流 (G 値 ) の 2 倍以上から定格遮断電流までの電流の遮断が保証されていますが 5 倍以下の小電流遮断は不安定となる 小電流遮断と呼ばれている現象があるとされています ヒューズ溶断で発生するアークを安定的に消去するためには一定のパワーが必要であるため 電流が十分でないと アークの吹き消し不完全による再発弧等による不安定現象が生じるためとなっています メーカにより異なりますが 一般には G 値の 2~3 倍の電流が最少遮断電流と呼ばれています 図は LBS の 1 相のアークシュートが溶損した事故例です 小電流遮断現象を原因として考えれば 次のようになります PF が小電流遮断域で断線し ストライカが動作 主接触子が開放 故障電流がアーク接触子に移動 PF 遮断完了前に 過電流状態でアーク接触子が開動作 消弧能力超過のため シュート溶損アーク接触子は精密加工品です 変形 電流痕等があると 投入できなくなります 図は接触子に残ったアークによる電流痕です 投入できたとしても 次回の開操作で事故が生じます 定格負荷電流付近で PF 遮断前に開閉 ( 遮断 ) した恐れがある場合は 速やかな本体更新が必要です PF 遮断状態 ( ストライカ動作 ) 以外での開動作では 健全なアーク接触子であっても 微小アークが必ず発生します OCR による動作の場合も 機構部不良での不揃い動作等でアーク発生の場合は 相間短絡にもつながります 相間バリアの設置 機構部への専用グリス塗布 ( グリス入れ替え ) 等の保全が より必要になります LBS の機構部がどこまでの過負荷電流に耐えるかのカタログ記載はありません ブレーカである VCB で定格負荷電流 400A の場合は定格遮断電流 8kA と記載されています 8kA までは少なくとも もう一回の入り切り動作ができることが保証されていますが スイッチ 26

である LBS には適用されません 短絡時の電流は電源系統の短絡容量によります 変圧器二次側の短絡で 変圧器のインピーダンスでの制限があっても数千 A 以上になり (5-3-2)) 全ての PF は 0.1sec 以内 (0.02sec 以内 ) で遮断します 第二変電送りの地絡保護を DGR で行う場合も 短絡電流域では PF 安定動作 (0.1sec) 前に機械的開放を行わないように注意が必要です PAS 時限との協調を重視して DGR の時限整定を 0 にすると 地絡短絡が発生した場合には上流側の VCB による短絡電流遮断 (0.1sec) 前に機械的開放が行われ LBS が損傷する恐れがあります ほとんど発生しない事故とは考えられますが スイッチ類の特性も考えての OCR(DGR) の整定としておくことが 広い意味での保護協調として必要です PF-S 型受電用 PF の G 値と OCR 限時整定の関係 300kVA 未満の PF-S 型受電設備は OCR ではなく 受電 LBS のパワーヒューズ (PF) で保護されます PF の G 値は単相と三相の変圧器容量組み合わせから メーカ選定表で決定します G 値と OCR を使用する場合の CT 一次電流である高圧定格電流との関係を考えます 定格電流は ( 単相変圧器容量 kva 6.6)+( 三相変圧器容量 kva 6.6 1.732) で求めます 下表に計算結果 ( 黒 ) と 富士電機殿の標準選定表による G 値 ( 青 ) を示します 概ね定格電流に 10 を加えた値よりも大きい 10 単位の値が基準となっていることが分かります 例えば電灯 50kVA 動力 100kVA の場合は定格電流 16.3A なので 10 を加えると 26.5A G 値は 30 となっています 定格電流に 10A の裕度 (PF が必要とする各種要素 コンデンサ等 ) を見て G 値を採用しているとも考えることができます 他メーカもほぼ同様です OCR 限時整定でのタップ値整定と同様であると言えます 動力用三相 高圧定格電流と G 値の関係 ( 黒字 : 定格電流青字 :G 値 ) 電灯用単相 10 15 20 30 50 75 100 150 10 2.4 10 3.1 20 3.9 20 5.4 20 8.5 20 12.2 30 16 30 23.6 40 15 2.8 10 3.6 20 4.3 20 5.9 20 8.9 20 12.7 30 16.5 30 24 40 30 4.1 20 4.9 20 5.7 20 7.2 20 10.2 20 14 30 17.8 30 25.4 40 50 5.9 20 6.6 20 7.4 20 8.9 20 11.9 30 15.7 30 19.5 30 27.1 40 75 8.1 20 8.8 20 9.6 20 11.1 30 14.1 30 17.9 30 21.7 40 29.3 40 100 10.3 20 11 30 11.8 30 13.3 30 16.3 30 20.1 40 23.9 40 31.5 50 150 14.6 30 15.4 30 16.2 30 17.7 30 20.7 40 24.5 40 28.3 40 35.8 50 200 19 30 19.8 30 20.5 30 22 40 25.1 40 28.9 50 32.6 50 40.2 60 250 23.4 40 24.1 40 24.9 40 26.4 40 29.4 40 33.2 50 37 50 44.6 60 300 27.8 40 28.5 40 29.3 40 30.8 50 33.8 50 37.6 50 41.4 60 49 60 選定表は 動力変圧器の 1/3 容量までの並列コンデンサが許容されたものです 高圧コンデンサ故障保護機能 (0.05sec 以下での遮断 ) も含まれています OCR では瞬時動作でもコンデンサ保護は不能です このために 実際の G 値選定は 定格電流ではなく それぞれのメーカ選定表によります 変圧器 コンデンサ単体では G 値でなく T 値 C 値になりま 27

す 4)LBS 用 OCR の試験 top へ LBS のトリップコイル駆動のために OCR は電圧引外し型が使用されます 試験電流入力方法は VCB 用と同様です 単体試験はトリップ検出信号を OCR 補助接点 a1 a2 等から取ることにより行います 連動試験を併せて行うと 開極時間を算出することができます 私の竣工試験の例では 単体 163ms 連動 195ms で 開極時間は 30ms があります 連動試験はトリップ電源が AC100V の場合は OCR 用等と記入された MCCB 二次側を解線して引出線に供給します MCCB が無い VT 直結では VT ヒューズを外して二次側へ電源供給します 予想外の配線が行われていることがあるので 試験機補助電源が安全です 試験用発電機等から直接供給する場合は 過電流ヒューズ (5A 程度 ) をつけておくことが必要です VT ヒューズ本体の破損 フォルダの変形による緩み防止等 取扱い上の注意も必要です トリップ信号は 大きな動作をする LBS 本体の一次二次ではなく 前後のブス等から取るほうが安全です 試験機付属の短いコードは届かないので 数メートルのリード線を準備しておけば役立ちます 信号取出しの不具合 機構不良でトリップ信号が検出されず 試験機が自動停止しない場合にはコイルに電流が流れたままになり は短時間定格であるトリップコイルが焼損する恐れがあります 異常を感じる場合には 試験機停止ボタンで直ちに手動停止する体制を取っておくことが VCB 試験以上に必要です 電気信号による許容動作回数はカタログ値 200 回であることにも注意が必要です 第二変電送り用 (DGR 動作 ) およびコンデンサ保護用 ( 内圧検出動作 ) は LBS が動作しても制御電源が停止しない ( 電源喪失にはならない ) ため トリップコイル焼損防止のための本体補助接点 ( パレットスイッチ ) で制御回路を開路するようになっています 右図が LBS 下部に取り付けられたスイッチの例です 受電用では LBS 動作で停電することが前提とされ 補助接点が省略されています DGR 動作の場合 DGR 用 等と記入された MCCB の二次側に AC100V を供給すれば リレー電源 (P1 P2) コイル電源共に活かすことができるように配線されていることが一般的です 年次点検 PAS 停電できる場合は全停電後に 発電機での他電源試験を行うと安全です 受電用では自電源試験として 試験機電源をキュービクル 100V コンセントからとれば 電源喪失で時限測定ができますが 高圧活線近接作業であり極力避けるべきだと考えています 停電作業と試験操作は分離できるものであれば 分離すべきものです 経年品の場合 機構の劣化 28

で開極時間が大幅に大きくなることがあります 本体清掃 グリスアップなどの本来の保全 が VCB 以上に必要になると考えています 全体としての参考文献 top へ OCR の整定については エネルギーフォーラム社 6kV 高圧受電設備の保護協調 Q&A 山本浩彦著 ISBN4-88555-273-7 に詳細に説明されています ご一読をおすすめします 29