自動容量可変型地絡電流抑制リアクトルの開発１．まえがき吉田隆彦*1 長谷川聖*2 福士大輔*3 太田誠*4 と各相電流はＢ種接地抵抗値を低く維持するフィーダが多い。 Ia  jCaE a  E n  Ib  jCbE b  E n  Ic  jCcE c  E n  これまで，Ｂ種接地規定緩和対策として，変電所各相電流の和は０より当社の配電線は，負荷密度が低く配電用変圧器当たりの亘長が長いため，一線地絡電流が大きくフィーダＣＢの 1 秒遮断化や小容量リアクトルの分散配置を検討してきたが，ＣＢ 1 秒遮断化は自動開閉器の対応が完了していないこと，リアクト Ia  Ib  Ic  0 ・・・（２．２）式（２．１），（２．２）より En   ル分散配置はフィーダＤＧＲや配電線に設置されているＤＧＲ内蔵開閉器との保護協調に関する管・・・（２．１） Ca  E a  Cb  E b  Cc  E c ・（２．３） Ca  Cb  Cc また，理・運用が複雑になることから，全面的な展開を Ea  E, Eb  a 2 E, Ec  aE 見送ってきた。 Cs  Ca  Cb  Cc Cs  Cs  a 2  Cb  a  Cc 一方，配電線にリアクトルを設置することで鉄共振現象を防止する効果があり，また一線地絡電流を抑制するため抵抗地絡時のＶｏ上昇による地絡検出感度向上に有効であることを確認している。以上より En   Cs E Cs ・・・（２．４）本研究では，リアクトル分散設置方式の課題を解決し一線地絡電流抑制による効果を得ることを目的に、配電系統の対地静電容量に応じて自動的に抑制容量を可変可能なリアクトルを開発したので，その概要を報告する。２．対地静電容量の測定２.１対地静電容量測定理論図-2.2 静電容量とＶｏ電圧の関係図-2.3 でＧＰＴ三次制限抵抗ｒ 1 の値を変化させ，この時の残留Ｖｏ電圧の位相変化から静電容量を求める。ＲＲ’ 図-2.1 残留Ｖ 0 電圧Ｒ図-2.1 において中性点残留電圧をＥｎとする *1 *2 *3 *4 図-2.3 Ｒ’ ＧＰＴ三次に現れるＶｏ電圧北見支店配電グループリーダー（前配電部技術高度化グループ）配電部業務企画グループ（前配電部技術高度化グループ）株式会社前田電機製作所北海道電気技術サービス株式会社ＲをＲ’に変化させると残留Ｖｏ電圧 en→en’に表-2.1 変化，図-２．２のｂ－ｃ端子から見たアドミタン地絡電流（Ｉｇ）スは，Ｙ→Ｙ’になる。 1 Y  jCs  R 1 Y   jCs  R 人工地絡試験データ比較地絡相・・・（２．５）残留Ｖｏ電圧の位相も変化するから実測値 ωＣ換算値（ｍＡ）（ｍＡ）誤差道路 0.629 0.614 -2.38% 中 0.609 0.614 0.82% 人家 0.622 0.614 -1.29% 平均 0.620 0.614 -0.97% tan  jCs  R ・・・（２．６） tan   jCs  R ・・・（２．７）３．容量可変型地絡電流抑制リアクトル式（２．６），（２．７）より tana  tan     Cs  R  R 2 1  Cs   R  R 配電系統の対地静電容量は，供給力や融通量の確保および設備工事に起因する系統変更，お客さ・・・（２．８）ま設備の負荷変動により頻繁に変動する。このたゆえに Cs  め，リアクトルを集中設置する場合は，その容量を可変できる機能が必要になる。 R  R  R  R2  4  R  R  tan2 a 2  R  R  tan a ３.１基本構成と可変方式地絡電流抑制リアクトルは主に地絡装置とリアよって，既知の制限抵抗ＲおよびＲ’による位クトルで構成され，地絡装置は既存の分散設置リ相変化を測定することにより，当該系統の三線一アクトル同様，最もコンパクトかつ地絡現象時に括対地静電容量を求めることができる。安定している千鳥結線変圧器とする。一方，リアクトル容量の可変に関する回路方式２.２対地静電容量の測定と検証としては，1 台のリアクトルコイルをタップ引出既存の可搬型対地静電容量測定装置を用いて実式としてコンダクタやサイリスタなどで切り替え配電線の対地静電容量を測定し地絡電流値に換算る方式，数台のリアクトルを組み合わせる方式おするとともに，6,150Ω 人工地絡試験で得られたよび二次コイルによる飽和リアクトル方式がある実測値と比較したところ，表-2.1 のとおり平均誤が，長所・短所・コストを比較し図-3.1 の異容量差が 1％程度であり，測定方式の有効性を確認でリアクトル組合せ方式とした。きた。高圧変圧器部リアクトル部千鳥結線変圧器１Ａ開閉器部２Ａ３Ａ４Ａ V１ V2 V3 V 図-3.1 図-2.4 対地静電容量測定回路図可変リアクトル回路図この方式の長所は，比較的小型化が可能であり，既存のリアクトルを利用できるなど新規開発項目が尐なく安価な製品が期待できた。なお，開発当コンダクタ動作後に接地線通過電流を計測する初の課題として，開閉器部の高圧コンダクタが油ことで地絡発生を検出しコンダクタ投入方向制御，中で開閉することによる絶縁油劣化があげられてすなわち開放動作時は投入制御後ロック，投入動いたが，その対策として低圧用コンダクタを直列作時は直ちにロック（エラー表示のみと）し，リ 3 段とし平常時 133V，地絡時 1,328V で分圧開閉制アクトル容量切換中でも地絡電流を抑制する方向御するとともに，接地線通過電流を計測しリアクに動作する（図-3.3）。地絡発生トル容量に比例した閾値以上の検出でコンダクタ開閉を制限するフェイルセーフ機能を組み込んだ。１Ａ２Ａ３.２リアクトル容量の決定３Ａ量は，配電系統の 97％が一線地絡電流 15A 以下でコンダクタｏｎ信号コンダクタｏｆｆ信号あること，一線地絡電流目標値が変電所 OVGR 整定電流読込地絡電流を抑制するために必要なリアクトル容値 20V による 6A が基準であることから 9A となる。図-3.3 切換中地絡発生タイムチャートよって，1A から 4A それぞれ 1 台の異容量リアクトルを並列接続とし，開閉器部の組合せで 1～10A の制御量 1A 区切りで容量を可変する構成とした。表-3.1 リアクトル本体の定格 (2) 欠相対策高圧リード線は PDP22□を採用し，断線による欠相リスクを軽減した。 (3) 変圧器・リアクトル・制御部一体成形定格補償（中性点）電流 10A 定格容量 4・8・12・16kVar 定格電圧 3,984V 圧器および制御部を含め一体成形とし，制御部を定格電流 1・2・3・4A 中心に左右双方の柱上設置を可能とした。接地用変圧器 6,900V・40kVA (4) コンダクタ開閉手順外函寸法 W655mm×D1,020mm×H1,330mm 重量 630kg リアクトル本体は，図-3.2 のとおり千鳥結線変一線地絡電流目標値へのコンダクタの開閉手順は，容量が大きく増減しないよう，＋1A～－4A のシーケンスとした。４．リアクトルの制御装置と管理ＰＣ対地静電容量測定装置（以下；ωＣ測定装置）と容量可変型地絡電流抑制リアクトル（以下；リアクトル本体）を組合せ，事業所から監視・制御するシステムを検討した。４.１リアクトル制御装置 ωＣ測定装置，地絡保護継電器，フィーダＣＢ図-3.2 ３.３リアクトル本体その他の検討 (1) 切換中地絡発生対策接点などの一線地絡電流最適値を算出するために必要な設備や情報が変電所に集中している。よって，リアクトル本体を制御するためのリアクトル制御装置は変電所据付タイプとした。 ωＣ測定装置リアクトル制御部図-4.1 ４.２リアクトル制御装置図-4.2 リアクトル管理ＰＣ画面リアクトル管理ＰＣ配電柱上機器は事業所から遠方監視制御できるなお，リアクトル管理ＰＣとリアクトル制御装環境が構築されており，リアクトル本体も自動制置の間は既存の伝送回線（専用 4 線）とし，リア御できることから，事業所にパソコンを設置し一クトル制御装置とリアクトル本体の間はシールド線地絡電流測定値，リアクトル容量値（タップ値）ケーブルで連係した。などの監視およびタップ値制御などを実現した。一方，新配電総合自動化システムでは，配電線５．最適制御方式の検討やお客さまの設備データをもとに系統構成し，こ自動容量可変型地絡電流抑制リアクトル（以れを基とした地絡電流一覧ファイルを保有してい下；リアクトル）で一線地絡電流を最適値に制御る。この地絡電流値の変化から系統の変化を検出する方式の検討を行った。し，リアクトル制御装置にωＣ測定指令を送ることで，系統変更後の対地静電容量を 15 分間隔で測定可能なシステムを開発した。５.１一線地絡電流の最適制御方式前述のとおり，定期（毎日定時）の対地静電容量測定のほか新配電総合自動化システムとの連係４.３により系統変更を検出し，一線地絡電流を目標値システム構成前述の装置を組み合わせた自動容量可変型地絡に維持できる制御方式を開発した。電流抑制リアクトルのシステム構成は図-4.3 のとおり。図-4.3 自動容量可変型地絡電流抑制リアクトルのシステム構成５.２ (1) フィーダトリップ時の過補償対策の検討リアクトルによる過補償の状態で地絡事故が発残留Ｖｏ増加による継電器不要動作回避 (1) 残留Ｖｏについて生すると，ＤＧＲの検出方向が反対となり誤動作対地静電容量の不平衡で残留Ｖｏがある場合，トリップや誤不動作が発生する。2 フィーダ運用リアクトルを増加していくと，Ｖｏが増加してい時で 1 フィーダがトリップした場合は，リアクトくことが確認できた。これはリアクトルを投入すルにより過補償が発生しても，残り 1 フィーダのることで静電容量が均等に減尐するため，不平衡地絡事故により１０ＧやＯＶＧＲで保護できる。率が増加することよる。しかし，3 フィーダ以上運用時に 1 フィーダがトリップした場合には，配電線の一線地絡電流が各フィーダで同様と仮定すると系統の一線地絡電流は 3 分の 2 程度になる。このように，リアクトルが過剰に投入されていると、過補償により残りのフィーダを適切に保護できない可能性があるため、リアクトルの投入量はバンクの静電容量の 50％以下とするのが望ましい。なお，2 フィーダ以上が開放した場合には，後述「５．３多重事故時の過補償防止」のとおりリ図-5.1 リアクトルタップと残留Ｖｏ（実測）アクトルを全開放制御する。 (2) 残留Ｖｏの増加防止 (2) 一線地絡電流目標値の設定前述の検討により、表-５．１に示すとおりバンリアクトルの測定や制御で残留Ｖｏが増加し変クの一線地絡電流が 11 Ａまでは目標電流 6 Ａとし，電所の保護継電器が不要動作しないようにする必リアクトル投入量を 50％以下に抑えながら，ＯＶ要がある。そこで，残留Ｖｏ値がＯＶＧＲの最低ＧＲ整定は 20V を確保する。12～15A までは目標目標値（ＤＧＲ整定値）である 10V を越えないよ電流を 8A とし，ＯＶＧＲの整定を 15V に変更してうに測定および制御を行う。地絡事故の検出を行う。16A 以上の場合には，目まず，ωＣ測定時ではＧＰＴ３次の制限抵抗（36 標電流を 12A，ＯＶＧＲの整定を 10V にしてＶｏ Ω）と並列に 5Ωの抵抗が接続されるため，尤度電圧が不足する場合には，分散リアクトルの設置 20％にあたる 8V（1 次側：278V）まで測定可能と等を検討する。した。ただし，残留Ｖｏは配電線の系統により異なる一方，リアクトル増加制御（以下；タップ上げため，リアクトル設置後の残留Ｖｏ測定により整制御）時にはＶｏが直ちに増加するため，尤度定する必要がある。 50％にあたる 5V（1 次側：174V）を超えた時点か表-5.1 らタップ上げ制御を制限する。具体的には，制御バンク静電容量と目標電流 10 11 12 15 16 目標電流（Ａ） 6 6 8 8 12 リアクトル投入量（Ａ） 4 5 4 7 4 ６ｋΩ地絡時Ｖｏ（Ｖ） 20 20 15 10 10 ＯＶＧＲ（Ｖ） 20 20 15 10 10 バンク静電容量（Ａ）後に残留Ｖｏが 5V を超えた場合，タップを 1A づつ 5V 以下になるまでタップ下げ制御を行う。ただし，制御前のタップ以下に制御しない。また，1 回のタップ上げ制御量を 2A としているため，タップ下げ制御量も 2A までとする。この場合のタップ下げ制御では，補償不足状態であるため異常表示を行う（図-5.2）。制御後Ｖｏが発生してからタップを下げるまで５.３多重事故時の過補償防止の時間は 3.5 秒であり，１０Ｇ動作時間の 5 秒以配電線事故が複数フィーダの場合や上位系統再下のため微地絡継電器の不要動作も回避している閉路と同時に発生した場合，過補償になる可能性（図-5.3）。なお，リアクトル減尐制御は残留があるため，これらの多重事故時はリアクトル開Ｖｏの大きさに関わらず実行する。放により過補償を防止する機能を開発した。 (1) 上位系統事故時の過補償防止上位系統事故時には，配電線の柱上開閉器が開放し配電線の一線地絡電流が一時的に減尐する。その後の再閉路中に配電線事故が発生した場合，リアクトルが投入されていると過補償によりＤＧＲが不要動作する可能性がある。そこで，上位系統事故時に動作するＵＶＲの接点をリアクトル制御装置に取り込み過補償防止対策を講じる。ＵＶＲ発生時の一線地絡電流の変化は図-5.4 より図-5.2 リアクトル制御フロー図図-5.4 ＵＶＲ発生時の一線地絡電流の変化ａＵＶＲ発生で柱上開閉器が開放し一線地絡電流が大幅に減尐する。ｂリアクトル本体高圧開閉器がＵＶＲ検出により開放する。ｃＵＶＲ復帰後，柱上開閉器の再閉路により一線地絡電流が徐々に上昇する。（柱上開閉器の再図-5.3 制御後Ｖｏ発生時のタイムチャート閉路は 120 秒以内に完了する）そこで，ＣＢ接点をリアクトル制御装置に取込となるので，再閉路が完了しているＵＶＲ復帰後み，複数フィーダがトリップした場合には，図-5.6 120 秒でωＣの測定およびリアクトルの自動制御のように直ちにリアクトル本体高圧開閉器を開放を行う。ただし，ＵＶＲ復帰から 120 秒以内にＣ（全開放）することにより、誤トリップを防止すＢが 2 フィーダ以上開放された場合には，多重事る。故の可能性があるため，120 秒後の測定及び制御５.４は行わない。リアクトル本体の施設形態リアクトル本体損傷時の保護のため，リアクト (2) 複数フィーダ事故時の過補償防止 2 フィーダ以上がトリップした場合には，図ルはフィーダＣＢの二次側に設置（専用線もしく -5.5 に示すように残留Ｖｏが増大して１０Ｇがは一般線方式）し，リアクトル主接地はＺＣＴを動作する可能性がある。新配電総合自動化システ貫通して母線側で取得する方式により，過補償をム地絡電流一覧ファイルの更新は 15 分間隔のた防止できる施設形態とする。め，１０Ｇ動作（5 秒）以内に系統変化の検出に６．フィールド検証よるリアクトル制御はできない。事故トリップ誤トリップ旭川支店管内神居変電所Ａバンクの空フィーダＦ１ＣＢにリアクトルを設置して実用化に向けた検証試験Ｆ２ＣＢを行った。リアクトル本体はＦ４に接続し，制御装置は変電所内配電盤室に設置した。Ｆ３ＣＢＦ４ＣＢ６.１残留Ｖ０Ｖ０ (1) 測定間隔および測定時刻測定間隔と測定時刻を決定するため，1 時間毎５秒１０Ｇリアクトル事前測定および機能改良に測定だけを行いデータの収集を行った（リアク５Ａトルは 2A 固定とした）。測定結果の図-6.1 から１０Ｇ誤動作図-5.5 複数フィーダ事故時のＶｏ変化（全開放なし）規則的な変化は見られないため，一線地絡電流の変化は気象（湿度）の変化と考えられる。１日の一線地絡電流の変化は約 1A と小さいため，自動測事故トリップ誤トリップなしＦ１ＣＢ定の間隔は 1 日 1 回とした。また，測定時刻は測定実施時の保守を考慮して午前 8 時とした。Ｆ２ＣＢＦ３ＣＢＦ４ＣＢ残留Ｖ０Ｖ０１０Ｇリアクトル５Ａ図-5.6 全開放複数フィーダ事故時のＶｏ変化（全開放あり）図-6.1 神居Ａバンク一線地絡電流（1 時間間隔） (2) タップ制御量に関する機能改良６.２検証結果自動運転開始前のリアクトルタップ増加制御にリアクトルを自動にして約 4 ヶ月間の連続運転おいて，4A から 5A への切換時にＶｏ 500V が計測を実施した。図-6.4 は，毎朝 8 時の定期測定によされた（図-6.2）。これは，リアクトル本体が，るタップ値と一線地絡電流を示す。なお，リアク制御装置からタップ制御指令を受けてタップを切トル制御が行われた場合は，制御後のタップ値と換える途中，目標値に対し 1A の行き過ぎが許容さ一線地絡電流が含まれている。れているため，ここでは数ｍ秒程度，タップが 6A になったことによる。この結果，大きな系統変化は記録されていないものの，リアクトルの自動運転により一線地絡電流を今回の目標電流である 10A 以下に制御できた。図-6.2 リアクトル投入時の残留Ｖｏ変化行き過ぎの経過時間はＤＧＲ動作領域に至らな図-6.4 神居Ａバンク測定データかったものの，タップ制御で制御可能範囲（Ｖｏまた，新配電総合自動化システムの電流一覧フ 5V 以下）からＤＧＲ動作領域（Ｖｏ 10V 以上）にァイルにより系統変化を検出のうえリアクトル制入った場合でも，直ちにＤＧＲ不動作領域に回帰御できたこと，および複数フィーダ遮断模擬入力することを担保するため，一度に制御できるタッによるリアクトル全開放の適正動作を検証した。プ制御量を 2A から 1A に変更した。図-6.3 は，リアクトル制御時のタップ行き過ぎ７．あとがきとＶｏの変化の関係を表しており，制御量を 1A 自動容量可変型地絡電流抑制リアクトルは，にすることで一時的に発生するＶｏを抑制すると 2010 年度から試験導入を予定しており，3 バンクともに，5V 以下に素早く復帰できる。一括測定制御対応，一般線方式の施工，目標電流値設定方法の妥当性，接地改修等費用低減効果，鉄共振発生防止など高Ｖｏの抑制効果などの検証を実施し，本格導入に向け引き続き取組んでいく。２Ａ制御時図-6.3 １Ａ制御時リアクトル制御時のＶｏ変化