三相変圧器保護における回路遮断器の機能とは？ - ブログ

これは、変電所に立って変圧器が故障した原因を解明するまでは、基本的な質問の 1 つです。私は産業プラントから再生可能エネルギー設備に至るまで、あらゆるものに三相変圧器を供給してきましたが、それらすべてに共通する 1 つの点は、サーキットブレーカーはオプションではないということです。それは、制御された停止と壊滅的な出来事の違いです。

これらのデバイスが実際に何を行うのか、そしてそれを正しく行うことがなぜ重要なのかについて話しましょう。

サーキットブレーカーの実際の機能

まず、サーキットブレーカーとは何か、そしてそうでないものについて明確にしましょう。サーキットブレーカーは、通常の状態では電流を流し、異常な状態では電流を遮断するように設計されたスイッチングデバイスです。一度機能すると交換が必要になるヒューズとは異なり、サーキットブレーカーはリセットして再度使用できます。

変圧器保護において、回路ブレーカーは最終制御要素です。何か問題が発生したときに物理的に回路を開く装置です。ただし、ここに重要な違いがあります。通常、ブレーカー自体は、いつトリップするかを決定しません。この決定は、システムを監視し、障害を検出したときにトリップ信号を送信する保護リレーによって行われます。ブレーカーの仕事は、そのコマンドを迅速かつ確実に実行することです。

変圧器保護の主な機能

過電流保護

これは最も基本的で馴染みのある関数です。過負荷または故障により電流が変圧器の定格容量を超えると、損傷を防ぐために回路ブレーカーが開きます。

過負荷の場合、電流は定格を中程度上回る可能性がありますが、持続します。製造ラインで、変圧器のサイズよりも多くの負荷が追加されることを考えてください。断熱システムが劣化し始める前に、断熱システムが受け取ることができる熱量は限られています。それが起こる前に、過負荷リレーと連携している回路ブレーカーがトリップします。

短絡の場合、電流レベルは数万アンペアに達する可能性があります。相間または相間故障が発生すると、変圧器の巻線に膨大なエネルギーが放出されます。故障が周期的に解消されない場合、磁力だけで変圧器が物理的に破壊される可能性があります。回路ブレーカーは、変圧器が分解する前にその電流を遮断する必要があります。

障害の切り分け - 被害を封じ込める

変圧器に障害が発生した場合、影響を受けるのはそのユニットだけではありません。故障電流は、電源から変圧器を通って故障点まで流れます。そのパスが遮断されなければ、上流の機器 (ケーブル、開閉装置、公共電源さえ) が障害に接続されたままになります。

サーキットブレーカーは、3 相すべてを同時に開くことで変圧器を分離します。これにより、故障電流の流れが停止され、故障した変圧器がシステムの残りの部分から分離されます。故障した変圧器が修理または交換されている間、プラントまたは配電ネットワークの残りの部分は稼働し続けることができます。

この絶縁機能により、三相ブレーカーはすべての極を一緒に開くように機械的にリンクされています。 1 つの相のみが開いている場合でも、変圧器は他の 2 つの相から電力を供給され、巻線を通じて障害が逆給電される可能性があります。悪い日ですね。

基本を超えて - ブレーカーが他に何を可能にするか

システム連携

適切に設計された保護スキームには選択性があります。障害が発生した場合、障害に最も近いブレーカーのみが開く必要があります。上流のすべてが閉じたままになり、システムの残りの部分の電源がオンのままになります。

サーキットブレーカーのトリップ特性、つまりさまざまな電流レベルでどれだけ速く動作するかは、この調整の一部です。適切な時間-電流曲線を持つブレーカーを選択することで、エンジニアは、変圧器の故障により変圧器の一次ブレーカーがトリップされるが、上流の商用ブレーカーはトリップされないことを確認できます。これにより、停止が局所的に抑えられます。

スイッチング能力

サーキットブレーカーは、変圧器を接続および切断する通常の手段としても機能します。メンテナンスのために変圧器の使用を停止する必要がある場合は、ブレーカーを開きます。再度通電するときは、閉じます。このスイッチング機能はありふれたものに見えますが、ブレーカーがトリップすることなく励磁突入電流 (数サイクルで全負荷電流の何倍にもなる可能性があります) を処理する必要があります。

三相変圧器で使用されるサーキットブレーカーの種類

適切なブレーカーは、電圧レベルと用途によって異なります。

低電圧 (最大 1 kV) の場合:モールドケースサーキットブレーカ (MCCB) と絶縁ケースサーキットブレーカが一般的です。コンパクトでコスト効率が高く、調整可能な保護曲線を提供する電子トリップユニットが利用可能です。これらは商業ビルや小規模な工業用地で見られます。

中電圧 (1 kV ～ 38 kV) の場合:ここが真空技術の優位性です。真空サーキットブレーカー (VCB) は、これらの電圧における変圧器保護の標準です。コンパクトで電気的寿命が長く、メンテナンスも最小限で済みます。真空遮断器はアークを迅速かつきれいに消弧するため、実用用途や産業用途で見られる繰り返し操作に最適です。

一部の中電圧アプリケーションでは、特に故障電流が極度である場合、または特別な開閉義務が存在する場合、SF6 ブレーカーが依然として使用されています。高い遮断能力を備え、屋外設置に最適です。

高電圧 (38 kV 以上) の場合:歴史的に、ここは SF6 または石油の領域でした。現代の実務では、72.5 kV 以上の真空ブレーカーの使用が増えていますが、伝送レベルのアプリケーションでは依然として SF6 が一般的です。

変圧器保護用ブレーカーを選択する際に重要なこと

連続電流定格。ブレーカーは、過熱することなく変圧器の全負荷電流を継続的に流す必要があります。これは通常、ある程度の余裕を持ってブレーカーを変圧器の銘板に合わせるのが簡単です。

評価を中断します。これは、ブレーカーが安全に遮断できる最大故障電流です。変圧器の一次端子で利用可能な故障電流を超える必要があります。ブレーカーの遮断定格が低すぎる場合、障害を解消しようとして致命的な障害が発生する可能性があります。

短時間の耐久性。ブレーカーが下流の障害を通過する必要がある一次選択方式の場合、ブレーカーには短時間耐性定格、つまり、損傷することなく、定義された期間 (通常は 0.5 ～ 3 秒) にわたって障害電流を流す能力が必要です。

トリップユニットの特性。最新のブレーカーは、正確な調整を可能にするマイクロプロセッサーベースのトリップユニットを使用しています。変圧器保護の場合、これは、迷惑なトリップを発生させずに突入電流を処理し、内部故障に対しては高速に動作する曲線を意味します。

リレー接続

先ほども述べましたが、強調しておきたいのは、ほとんどの中電圧および高電圧設備では、回路ブレーカーが自動的に落ちることはありません。電流、電圧、場合によってはその他のパラメータを監視する別個のデバイスである保護リレーからトリップ信号を受信します。

差動リレーは、変圧器への電流と出力電流を比較します。一致しない場合は、内部障害が発生しています。過電流リレーは過剰な電流を監視します。突然の圧力リレーが内部アークを検出します。これらはすべてブレーカーのトリップコイルに信号を送信します。

ブレーカーの仕事は、その信号にミリ秒単位で応答することです。最新の真空ブレーカーの場合、リレーのピックアップからアークの消滅までの総クリア時間は、通常 3 ～ 5 サイクルです。この速度により損傷が制限され、システムの安定性が維持されます。

私がお客様に伝えること

三相変圧器の保護について尋ねられたとき、私はこう言います。サーキットブレーカーは最後の防御線です。それは、他のすべてがすでに故障しているとき、つまり絶縁が壊れたとき、過負荷が続いたとき、とにかく故障が発生したとき、動作しなければならないデバイスです。

ブレーカーをケチると、変圧器に賭けることになります。正しく行うと、よりよく眠れるようになります。

Integral-Wind-Power-Transformer

Amorphous Alloy Transformer

変圧器アプリケーション用のブレーカーのサイズを検討していて、故障電流、調整、リレー要件などの数値を確認したい場合は、喜んでお手伝いいたします。私たちはこれを毎日行っており、カタログに表示されている内容よりも詳細が重要です。当社は高品質のトップサプライヤーです風力変圧器、三相柱上変圧器、そしてアモルファス合金変圧器。当社の専門家チームが、お客様のニーズに合った適切なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。今すぐご連絡ください。会話を始めましょう。