ＫＩＭの電気リポート1

地絡について   ［ＲＥＰＯＲＴ１−４］  大容量バンクにおける地絡保護協調の諸問題

−−−はじめに−−−

（１）配変における地絡保護方式

（２）大容量バンクにおける地絡保護協調の現実

（３）バンクの対地静電容量と波及事故の関係

（４）地絡保護協調不備で波及事故になった事故例

（５）電力会社側の対策

（６）需要家側の対策

（７）需要家に告示される一線地絡電流値について

−−−まとめにかえて−−−

（付録）バンクの対地静電容量の表し方換算表

1. 基準電圧の与え方がまずポイントとなる。需要家で使用される場合は、零相電圧が基準電圧として与えられ、 これと零相電流が位相比較されて方向判別する。
2. ところが配変においては、６４Φ（接地保護母線継電器）で地絡相を検出して、零相電圧の位相に見合った 制御電圧（１１０［Ｖ］）を６７Ｇの電圧要素に印可し、６７Ｇの動作感度の安定、向上を図っている。
3. どの程度の零相電圧が発生した時に、６７Ｇに制御電圧を印可するかを６４Φで感度調整するが、この 感度調整を行うのが人工接地試験である。人工接地試験については、私の「ＫＩＭの電気リポート３」に 詳しいので参照してほしい。
4. ６４Φの感度は、地絡抵抗６０００［Ω］の地絡発生時の零相電圧を検出するように調整される。つまり 地絡抵抗６０００［Ω］以下の地絡事故が発生してはじめて、零相電圧に見合った制御電圧が６７Ｇに印可され、 円盤が動作しはじめる。
5. 地絡抵抗６０００［Ω］の時の地絡電流は、通常の大容量バンクの場合ほぼ一定で、Ｏ．６４［Ａ］である。
6. このリポートの対象は大容量バンクなので、フィーダー数は１０程度である。 各フィーダーの対地静電容量が等しいとした場合、当該フィーダーの対地静電容量を通して地絡点に還る電流は、 地絡相分は当該６７Ｇを通過しないし、健全相分は往復で通過するため相殺される。つまり地絡時に地絡を起こした フィーダーの６７Ｇを通過する地絡電流の大きさは、９/１０程度となる。すなわち約０．５７［Ａ］である。
7. 結論−−−６７Ｇに電流感度整定はないが、実質的に上記Ｏ．５７［Ａ］が整定値となっている。

1. ６７Ｇの瞬時動作で遮断器が動作しないよう、上記シーケンス図の６４Ｔ１と６７Ｇのアンドがとれないと フィーダートリップはしない。
2. 継電器６４Φも誘導円盤型なので、動作時間は最速でも０．１［秒］である。６７Ｇは電流値によって 異なるが、０〜１［秒］と考えられる。
3. したがって時限整定は０．６〜１．６［秒］と考えられるが、静止型があったり、特殊な制御で瞬時の 場合もありうるので、このリポートでは０．５［秒］として議論を進める。なお、東京電力管内では６７Ｇが 静止型である関係上，時限整定は０．９［秒］となっている。
4. 結論−−−６７Ｇに時限整定はないが、実質的に６７Ｔ１の０．５［秒］が整定値となっている。

1. ６７Ｇは上記にも述べたように、電圧要素が印加されて動作を始める。繰り返しになるが、地絡抵抗 ６０００Ωの地絡時の零相電圧を検出するように、人工接地試験で６４Φの感度調整が行われる。
2. 後述するが、この電圧整定はバンクの対地静電容量によって変わってくる。換言すると、バンクの対地静電 容量がわかれば６４Φの電圧整定も決まってくる。
3. 結論−−−６７Ｇに電圧整定はないが、実質的に６４Φの電圧整定が６７Ｇの電圧整定となっている。

• 電流整定        実質０．５７［Ａ］
• 時限整定        実質０．５［秒］
• 電圧整定        人工接地試験で感度調整

1. ここでは需要家の地絡保護が、静止型地絡方向継電器(以下、６７Ｒと記す。）である場合を考える。 整定は次のようになっているものとする。
   • 零相電流の整定    ０．２［Ａ］
   • 零相電圧の整定    ５［％］
   • 動作時間の整定    ０．２［秒］
2. 当該バンクの対地静電容量は、１線地絡電流で表す。例えば、Ｉｇｏ＝３０［Ａ］の場合は、６０００Ωの地絡抵抗で 地絡が起こった時に発生する零相電圧は、２．１２［％］となり、私が見学したバンクとほぼ同じ容量である。 なお、バンクの対地静電容量については、このリポートの最後に付録としてまとめた。
3. このリポートにおいては、系統のインピーダンスとして、各相の対地静電容量と地絡抵抗以外は無視する。 また、各相の対地静電容量はそれぞれ等しいものとする。
4. 対象バンクのフィーダー数は１０とし、各フィーダーの対地静電容量は等しいものとする。

1. この図を説明することで、私の考察を述べる。
   
2. いま対地静電容量Ｉｇｏ＝３０［Ａ］のバンクを考えると、配変では地絡抵抗６０００［Ω］以下の 地絡を検出する。一方需要家では零相電圧５［％］以上を検出する。したがって、図の赤斜線内の 地絡抵抗値の地絡事故は波及事故となってしまう。図から具体的には、２５００〜６０００［Ω］ の地絡抵抗での地絡事故は波及事故となる。
3. 需要家の６７Ｒの電圧整定がたとえ２．５［％］であっても、地絡抵抗値が５０００〜６０００［Ω］ の場合は波及事故になってしまう。またバンクの対地静電容量が半分のＩｇｏ＝１５［Ａ］であっても需要家の電圧 整定が５［％］なら、同様に地絡抵抗値が５０００〜６０００［Ω］の場合は波及事故になってしまう。
4. このリポートの条件で波及事故を起こさないバンクの対地静電容量は、Ｉｇｏ＝１２．８［Ａ］以下である。これ 以上では、すべて波及事故を起こす可能性がある、と言える。

1. バンクを分割して、バンクの対地静電容量を減少させる。
2. 配電線に補償リアクトルを設置して、バンクの対地静電容量を減少させる。
3. ＰＣ接地方式の採用

   • 四国電力で採用されている配電線の中性点接地方式である。高圧配電線の中性点接地方式は、 非接地方式の他にＰＣ接地方式が実用化されている。特徴は次の２点である。

     1. １線地絡電流が低減でき、Ｂ種接地工事の接地抵抗値が緩和できる。
     2. 高抵抗の地絡故障検出ができる。

   • ＧＶＴの代わりに、次図のようなＰＣ（ペテルゼンコイル）を配変バンクに接地変圧器を 介して接続し、配電線の対地静電容量分をキャンセルすることで、配電線地絡時の１線地絡電流を 低減する。
     
   • ＰＣは、５７［ｋＶＡ］、８０［ｋＶＡ］等、バンク全体の対地静電容量に応じたものを採用し、 かつ自動ＰＣ（２１タップ）を採用することで、配電線切替等で変動する対地静電容量に対して常に 適正容量が投入されるようにしている。

4. 東京電力では、次の資料によると６７Ｇは静止型で電圧整定は一律２０［Ｖ］であるらしい。 ＧＶＴ定格が１９０［Ｖ］なので、１０［％］強である。これだと確かに地絡保護協調はとれるが、 地絡時の人体の危険など問題はないのだろうか。
   （資料）米山、川本「高圧受電設備の保護協調について、地絡編�@」電気技術者１９９９年８月号

1. 「ＧＲ動作機能」とは、電圧整定値以下の零相電圧では継電器の方向機能を無視し、普通の地絡 継電器として動作する機能のことである。
2. いま次図のような地絡事故が発生した場合を考える。
   
3. バンクの対地静電容量がＩｇｏ＝１５［Ａ］とし、需要家Ａも需要家Ｂも構内配電線がかなり長いとする。
   
4. 地絡点は、図でＧ点である。需要家Ａでは構内配電線の分だけＺＣＴＡを通過する零相電流は 小さくなるので、ＺＣＴＡ点では図のＡ点となる。またＺＣＴＢ点では図のＢ点となる。
5. 零相電圧は４．３［％］なので、需要家Ａ、Ｂともに「ＧＲ動作機能」がはたらく。
6. 需要家Ａでは継電器がはたらく。
7. もらい事故が心配な需要家Ｂでは、ＺＸＴＢを通過する零相電流が整定値より小さいので継電器は はたらかない。もらい事故の限界は通常完全地絡時の地絡電流から計算するが、「ＧＲ動作機能」では、 Ｖｏ＝５［％］の時の地絡電流を対象に計算するので、通常時の２０倍の構内配電線長まで許容される ことになる。
8. 図の赤の斜線内が「ＧＲ動作機能」範囲であるが、上に示した波及事故の範囲をちょうどカバー していることに注目してほしい。