JP5361620B2 - 受変電設備の地絡保護システム - Google Patents

Description

本発明は、上位変電所から受電される母線と、この母線に母線連絡遮断器を介して接続された他の母線とを有する受変電設備の地絡保護システムに関する。

近年の建築設備の大型化に伴い、受変電設備も大規模化している。このため、需要家ではいくつかの需要所に電力を配電する分岐所の数も増えてきている。大規模化する受変電設備において重要なことは、万一の事故時における事故点の速やかな切り離しである。この切り離しは継電器の動作結果に基づいて行われるが、切り離し箇所（停電個所でもある）を必要最小限に留めることが肝要である。このための技術は、継電器の保護協調と呼ばれ、設備の上位から下位にかけて継電器に時限差を設けたり、検出レベルに差異を持たせて実現することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２５８１４５号公報

ここで、受変電設備内に地絡が生じた場合の保護協調についてみる。地絡の保護は、地絡時の電流（地絡過電流：６７）を検出するものと、電圧（地絡過電圧：６４）を検出するものがある。図３に、一般的な受変電設備での適用例を示す。

図３はビル施設などにおける大規模な受変電設備を示しており、上位変電所である特高変電所１１と、その下位変電所であるエリア分岐所１２、さらに、その下位変電所であるファシリティ変電所１３から構成されており、図示しない照明や空調設備など各種の負荷設備へ電力を供給する。下位変電所の一つであるエリア分岐所変電所１２には、上位の特高変電所１１のフィーダ遮断器１５にケーブル１６で接続される常時閉の商用系受電遮断器１７が設けられ、この受電遮断器１７を介して商用系母線１８が設けられている。

また、このエリア分岐所１２には、自家発電設備などの非常用電源設備２０が設けられており、この非常用電源設備２０に対して常時開の非常系受電遮断器２１を介して接続する非常系母線２２がそれぞれ設けられている。さらに、これら商用系母線１８と非常系母線２２とは常時閉の母線連絡遮断器２３により接続され、これら各母線１８，２２から、それぞれフィーダ遮断器２４を有するフィーダが分岐されており、下位のファシリティ変電所や、図示しない負荷設備などに電力を供給している。

なお、商用系母線１８には、特高変電所１１の別系統から受電する他の商用系母線１８が母線連絡遮断器２５を介して接続されるが、この母線連絡遮断器２５は常時開であり、２つの商用系母線１８，１８は、互いに独立して運用される。また、変圧器などは図示を省略している。

商用系母線１８及び非常系母線２２には、図示しないが、それぞれの母線に生じる地絡過電圧で動作する地絡過電圧継電器がそれぞれ設けられている。また、フィーダ遮断器２４を有する各フィーダには、図示しないが、地絡過電流に応動する地絡過電流継電器がそれぞれ設けられている。これら地絡過電圧継電器及び地絡過電流継電器は、一般に両者の特性を考慮し設備に適用される。すなわち、電圧（地絡過電圧）に関しては、同系統すべてが同一条件となるため、地絡時は全箇所で発報が行われ、選択遮断には適さない。このため、電流（地絡過電流）での検出が困難な母線地絡の保護を目的に警報のみの発報や後備保護として用いられることが多い。

通常は、保護の信頼性を確保するため、地絡過電圧（６４）継電器と地絡過電流（６７）継電器とを組み合わせ、これらの動作をアンド条件として対応する遮断器をトリップさせている。例えば、あるフィーダで地絡事故が生じた場合、そのフィーダに設けられた地絡過電流（６７）継電器が動作し、このフィーダが接続された母線１８，２２の地絡過電圧（６４）継電器の動作とをアンド条件として対応するフィーダ遮断器２４を選択遮断して、事故発生フィーダのみを切り離す制御が行われる。この場合、対応するフィーダ遮断器２４の選択遮断が失敗した場合、又は母線地絡を想定し、当該フィーダ遮断器に対し系統の上位に行くほど遮断器のトリップ時限を遅く設定して保護協調を行っている。

前述のように、地絡過電圧（６４）継電器のみが動作した場合は、警報のみとし、遮断器はトリップさせないか、後備保護として適用する。一般に後備保護として適用する際は、上述のように、６７＋６４で選択遮断が出来なかった場合（保護失敗：継電器の故障など）や、検出不可能な事故点（母線など）に適用し、時限を６７＋６４による保護箇所より大きくとる。

例えば、図３における非常系母線２２で地絡事故（図示×印箇所）が生じた場合、非常系過電圧（６４）継電器及び商用系過電圧（６４）継電器は共に動作するが、前述のように、警報のみとし、後備保護として適用する。この場合の後備保護箇所（遮断点：ａ）は、特高変電所１１のフィーダ遮断器１５である。この場合、保護協調の関係から後備保護は例えば９秒の時限に設定されており、地絡発生から遮断までに９秒という比較的長い時間を要する。また、系統上位の特高変電所１１におけるフィーダ遮断器１５が遮断するため、その下位に連なる広範囲が停電状態となってしまう。

本発明の目的は、母線に地絡が生じても保護協調を維持しながら、これを早期に選択遮断することができる受変電設備の地絡保護システムを提供することにある。

本発明による受変電設備の地絡保護システムは、上位変電所のフィーダ遮断器に常時閉の受電遮断器を介して接続される第１の母線と、この第１の母線に対して常時閉の母線連絡遮断器により接続された第２の母線とが設けられた受変電設備の地絡保護システムであって、前記第１の母線及び第２の母線にそれぞれ設けられ、それぞれの母線に生じる地絡過電圧で動作する地絡過電圧継電器と、前記受電遮断器が設けられた受電点から前記第１の母線へ流れる地絡過電流で動作する地絡過電流継電器とを有し、前記母線連絡遮断器は、前記第２の母線に設けられた地絡過電圧継電器の動作と前記地絡過電流継電器との動作をアンド条件として所定の時限でトリップし、前記受電遮断器は、前記第１の母線に設けられた地絡過電圧継電器の動作と前記地絡過電流継電器との動作をアンド条件として、前記母線連絡遮断器のトリップ時間より長い所定の時限でトリップするように時限設定されたことを特徴とする。

本発明では、前記第１の母線は、前記上位変電所のフィーダ遮断器に常時閉の商用系受電遮断器を介して接続される商用系母線であり、前記第２の母線は、非常用電源設備に対して常時開の非常系受電遮断器を介して接続された非常系母線であり、これら商用系母線と非常系母線とは常時閉の母線連絡遮断器により接続されており、前記母線連絡遮断器は、前記非常系母線に設けられた地絡過電圧継電器の動作と前記地絡過電流継電器との動作をアンド条件として所定の時限でトリップし、前記商用系受電遮断器は、前記商用系母線に設けられた地絡過電圧継電器の動作と前記地絡過電流継電器との動作をアンド条件として、前記母線連絡遮断器のトリップ時間より長い所定の時限でトリップするように時限設定されている。

また、本発明では、前記地絡過電流継電器は、前記第１の母線に接続される受電遮断器が設けられた受電点に設けられている。

沙汰に本発明では、前記地絡過電流継電器は、前記上位変電所における前記フィーダ遮断器の送り出し部分に設けられたものでもよい。

本発明によれば、母線に地絡事故が発生した場合であっても、事故点に近い遮断器から系統の上位に行くにしたがって順次トリップ指令が与えられるように設定されているので、事故点を早期に遮断し、また、母線地絡を地絡過電圧継電器のみならず地絡過電流継電器にて検出が可能であるため、遮断に伴う停電範囲を最小限に抑えることができる。

本発明による地絡保護システムが適用される受変電設備の概略構成を示す系統図である。 本発明による受変電設備の地絡保護システムの一実施の形態を示す保護連動フロー図である。 一般的な受変電設備の概略構成を示す系統図である。

以下、本発明による受変電設備の地絡保護システムの一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の地絡保護システムが適用されるビル施設などにおける大規模な受変電設備を示している。この受変電設備は、図３と同様に、上位変電所である特高変電所１１、その下位変電所であるエリア分岐所１２、さらに、その下位変電所であるファシリティ変電所１３から構成されており、図示しない照明や空調設備など各種の負荷設備へ電力を供給する。エリア分岐所変電所１２には、上位の特高変電所１１のフィーダ遮断器１５にケーブル１６で接続される常時閉の商用系受電遮断器１７、この受電遮断器１７を介して接続する商用系母線（第１の母線）１８が設けられている。

また、このエリア分岐所１２に設けられた非常用電源設備２０に対して、常時開の非常系受電遮断器２１を介して接続する非常系母線（第２の母線）２２も設けられている。これら商用系母線１８と非常系母線２２とは常時閉の母線連絡遮断器２３により接続され、これら各母線１８，２２から、それぞれフィーダ遮断器２４を有するフィーダが分岐されている。

さらに、商用系母線１８及び非常系母線２２には、図示しないが、それぞれの母線に生じる地絡過電圧で動作する地絡過電圧（６４）継電器それぞれ設けられ、フィーダ遮断器２４を有する各フィーダには、図示しないが地絡過電流に応動する地絡過電流（６７）継電器がそれぞれ設けられていることも図３と同じである。

本発明では、これらに加え、商用系受電遮断器１７が設けられた商用系受電点に、新たに零相変流器ＺＣＴを介して、この受電点から商用系母線１８へ流れる地絡過電流で動作する地絡過電流（６７）継電器３１を設けている。

次に、図２により、上述した各地絡過電圧（６４）継電器及び地絡過電流（６７）継電器の動作に伴う保護連動フローを説明する。図中、符号３１は上述の商用系受電点における地絡過電流で動作する地絡過電流（６７）継電器、３２は図１における商用系母線１８の地絡過電圧で動作する地絡過電圧（６４）継電器、３３は図１における非常系母線２２の地絡過電圧で動作する地絡過電圧（６４）継電器、３４は図１におけるフィーダ遮断器２４が設けられたフィーダの地絡過電流で動作する地絡過電流（６７）継電器である。

商用系母線１８の地絡過電圧（６４）継電器３２の出力端は、時限要素３７ａ，３７ｂ，３７ｃとそれぞれ接続されている。これら時限要素３７ａ，３７ｂ，３７ｃは、地絡過電圧（６４）継電器３２の出力に時限を持たせるもので、時限要素３７ａは１秒に、時限要素３７ｂは４秒に、時限要素３７ｃは５秒に、それぞれ設定されている。非常系母線２２の地絡過電圧（６４）継電器３３の出力端も、時限要素３８ａ，３８ｂ，３８ｃとそれぞれ接続されている。これら時限要素３８ａ，３８ｂ，３８ｃも、地絡過電圧（６４）継電器３３の出力に時限を持たせるもので、時限要素３８ａは１秒に、時限要素３８ｂは２秒に、時限要素３８ｃは３秒に、それぞれ設定されている。

なお、これら時限要素の設定時限は、上述した秒数に限定されるものではなく、対象設備などの条件に応じて任意に設定すればよい。

時限要素３７ａ（１秒），３８ａ（１秒）の出力端は、対応するアンドゲート４０，４１の一方の入力端に接続されている。これらアンドゲート４０，４１は、フィーダ遮断器２４毎に設けられており、それらの他方の入力端には、対応するフィーダに設けられた地絡過電流（６７）継電器３４の出力端がそれぞれ接続される。そして、これらアンドゲート４０，４１の出力端は対応するフィーダ遮断器２４のトリップ回路に接続されている。

時限要素３７ｂ（４秒），３８ｂ（２秒）の出力端は、地絡過電圧のみの応動を表す軽故障の発報装置に接続される。

時限要素３７ｃ（５秒），３８ｃ（３秒）の出力端は、対応するアンドゲート４２，４３の一方の入力端に接続される。これらアンドゲート４２，４３は、図１で示した商用系受電遮断器１７及び母線連絡遮断器２３に対応して設けられており、それらの他方の入力端には、受電点に設けられた地絡過電流（６７）継電器３１の出力端がそれぞれ接続されている。そして、アンドゲート４２の出力端は商用系受電遮断器１７のトリップ回路に接続され、また、アンドゲート４３の出力端は母線連絡遮断器２３のトリップ回路に接続されている。

上記構成において、例えば、あるフィーダで地絡事故が生じた場合、図２で示す保護連動フロー図では、そのフィーダに設けられた地絡過電流（６７）継電器３４が動作する。また、このフィーダが接続された母線１８，２２の地絡過電圧（６４）継電器３２，３３が動作するので、アンドゲート４０，４１のいずれかが１秒の時限でオンになり、地絡事故発生フィーダのフィーダ遮断器２４を選択遮断させる。この結果、事故発生フィーダのみが１秒の時限で早期に切り離される。

地絡過電圧（６４）継電器３２，３３のみが動作した場合は、対応する時限（４秒又は２秒）の後、軽故障発報のみで警報を行い、遮断器はトリップさせない。

次に、例えば、図１における非常系母線２２で地絡事故がＦ１点（図示×印箇所：図３と同じ個所）が生じた場合についてみる。この場合は、非常系過電圧（６４）継電器３３及び商用系過電圧（６４）継電器３２は共に動作する。図１の系統では、母線連絡遮断器２３が常時閉であるため、受電点から母線１８，２２に流れる地絡過電流により、受電点に設けた地絡過電流（６７）継電器３１が動作する。このため、まずアンドゲート４３が３秒の時限でオンになり、母線連絡遮断器２３をトリップさせる。この動作により、母線連絡遮断器２３が遮断動作すれば、地絡事故が発生した非常系母線２２は、地絡事故発生から３秒の時限で、遮断点ａにおいて早期に切り離される。このように事故点が切り離されることにより、商用系過電圧（６４）継電器３２及び地絡過電流（６７）継電器３１は共に復帰するので、これ以降、上位の遮断器が遮断動作することはない。

ここで、上記動作を地絡過電圧（６４）継電器のみにより行おうとすると、他のエリア分岐所の母線連絡遮断器（非常系）２３’ ，２３” も、該当分岐所の地絡過電圧（６４）継電器によってトリップしてしまうことになる。すなわち、非常系母線２２の図示Ｆ１点で地絡が発生すると、非常系母線２２の電圧は上昇する。この地絡発生時点では母線連絡遮断器２３は閉じているので、商用系母線１８、分岐所の受電遮断器１７、ケーブル１６、及び上位のフィーダ遮断器１５を経て上位の商用系母線の電圧を上昇させる。この上位の商用系母線にはそれぞれ他のフィーダ遮断器１５及びケーブル１６を介して他の分岐所の母線とも接続しているので、これらの母線の電圧も上昇する。このため、上述のように地絡過電圧（６４）継電器のみの動作で母線連絡遮断器をトリップさせるように構成されていると、該当分岐所の地絡過電圧（６４）継電器によって他のエリア分岐所の母線連絡遮断器（非常系）２３’ ，２３” もトリップしてしまうことになる。

これに対し本発明では、各分岐所の受電点に、零相変流器ＺＣＴを介して、この受電点から商用系母線１８へ流れる地絡過電流で動作する地絡過電流（６７）継電器３１を設けている。しかし、地絡の生じていない他の分岐所の地絡過電流（６７）継電器３１には地絡過電流が流れない。このため、他の分岐所の地絡過電圧（６４）継電器が動作しても、他の分岐所の地絡過電流（６７）継電器３１は動作せず、アンド条件が成立しないため、対応する母線連絡遮断器（非常系）２３’ ，２３”がトリップすることはない。すなわち、各分岐所の受電点に地絡過電流（６７）継電器３１を設けたことにより、実際に地絡が発生した母線２２と接続する母線連絡遮断器（非常系）２３のみがトリップすることになり、他のエリア分岐所の母線連絡遮断器２３’ ，２３” がトリップすることはない。

上記動作によっても、故障などにより母線連絡遮断器２３が遮断動作しなかった場合、又は事故点（地絡点）が、図示していないが、商用系母線１８上である場合は、アンドゲート４２が５秒の時限でオンになるので、商用系受電遮断器１７をトリップさせる。この動作により、商用系遮断器１７が遮断動作すれば、地絡事故が発生した非常系母線２２及びこれに母線連絡遮断器２３を介して接続している商用系母線１８は、地絡事故発生から５秒の時限で、遮断点ｂにおいて切り離される。

このように、母線に地絡事故が発生した場合であっても、母線連絡遮断器を含め、事故点に近い遮断器から系統の上位に行くにしたがって順次トリップ指令が与えられるように設定されているので、事故点を早期に遮断し、しかも遮断に伴う停電範囲を最小限に抑えることができる。

なお、上記実施の形態では、受電点から母線へ流れる地絡過電流で動作する地絡過電流継電器として、受電遮断器１７が設けられた受電点に設けられたものを例示したが、この地絡過電流継電器は、上位変電所におけるフィーダ遮断器の送り出し部分に設けられたものでもよい。

１１…上位変電所
１２…下位変電所
１５…上位変電所のフィーダ遮断器
１７…下位変電所の受電遮断器（商用系受電遮断器）
１８…第１の母線（商用系母線）
２０…非常電源設備
２１…非常系受電遮断器
２２…第２の母線（非常系母線）
２３…母線連絡遮断器
２４…下位変電所のフィーダ遮断器
３１…受電点に設けられた地絡過電流（６７）継電器
３２…商用系母線の地絡過電圧（６４）継電器
３３…非常系母線の地絡過電圧（６４）継電器

Claims (4)

1. 上位変電所のフィーダ遮断器に常時閉の受電遮断器を介して接続される第１の母線と、この第１の母線に対して常時閉の母線連絡遮断器により接続された第２の母線とが設けられた受変電設備の地絡保護システムであって、
   前記第１の母線及び第２の母線にそれぞれ設けられ、それぞれの母線に生じる地絡過電圧で動作する地絡過電圧継電器と、前記受電遮断器が設けられた受電点から前記第１の母線へ流れる地絡過電流で動作する地絡過電流継電器とを有し、
   前記母線連絡遮断器は、前記第２の母線に設けられた地絡過電圧継電器の動作と前記地絡過電流継電器との動作をアンド条件として所定の時限でトリップし、
   前記受電遮断器は、前記第１の母線に設けられた地絡過電圧継電器の動作と前記地絡過電流継電器との動作をアンド条件として、前記母線連絡遮断器のトリップ時間より長い所定の時限でトリップする
   ように時限設定されたことを特徴とする受変電設備の地絡保護システム。
2. 前記第１の母線は、前記上位変電所のフィーダ遮断器に常時閉の商用系受電遮断器を介して接続される商用系母線であり、
   前記第２の母線は、非常用電源設備に対して常時開の非常系受電遮断器を介して接続された非常系母線であり、
   これら商用系母線と非常系母線とは常時閉の母線連絡遮断器により接続されており、
   前記母線連絡遮断器は、前記非常系母線に設けられた地絡過電圧継電器の動作と前記地絡過電流継電器との動作をアンド条件として所定の時限でトリップし、
   前記商用系受電遮断器は、前記商用系母線に設けられた地絡過電圧継電器の動作と前記地絡過電流継電器との動作をアンド条件として、前記母線連絡遮断器のトリップ時間より長い所定の時限でトリップする
   ように時限設定されたことを特徴とする請求項１に記載の受変電設備の地絡保護システム。
3. 前記地絡過電流継電器は、前記第１の母線に接続される受電遮断器が設けられた受電点に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受変電設備の地絡保護システム。
4. 前記地絡過電流継電器は、前記上位変電所における前記フィーダ遮断器の送り出し部分に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の受変電設備の地絡保護システム。

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