進相コンデンサの定格電流と高圧設備保護継電器について

質問

はじめまして、受電設備などの管理をしているtakitecといいます。
すみませんが２件質問させてもらいます。
力率改善用にリアクトル（おそらく６％）後にコンデンサを設置していおり、コンデンサの定格容量は１５０KVAで定格電流は１３．１Aです（完成図書を参考）。しかし実際の電流（リアクトルの一次）は１４．２A程度（盤についている広角指示計）流れています。ここで調べたらリアクトルのインピーダンスが関係しているように書かれていたのですが、よくわかりませんでした。わかりやすく説明していただけると幸いです。よろしくお願いします。
それともう一つ質問なのですが、高圧設備の保護継電器の図面を見ると電流リレー？を使用し、リレーコイルを直列に接続しています。低圧の制御回路では電圧リレーでコイルを並列に接続するのが普通と思いますが、なぜ高圧設備は直列に接続するのでしょう。また、電圧リレーを使用しないのはどうしてでしょうか。２つも質問して申し訳ないですがよろしくお願いします。

回答No.8

kohrem · ベストアンサー

>SR+SCで設備のインピーダンスが下がるというものでしょうか。また、SCの端子電圧が上がるといういことは容量が上がるということでしょうか。となると過負荷になるのではないでしょうか。

まさしく、その通りです(^v^)ノシ
例えば、今回のを例に・・・
SC:150kVar　SR:9kVarのＹ結線とします。
まず、各インピーダンスを求めます。
1相分で考えますと、
SC:150kVar/3=50kVar SR:9kVar/3=3kVar 定格電圧:6.6kV/√3[V]
SCは、50kVar=ωCV^2で求められますので、
1/ωC=(6600/√3)^2/(50×10^3)=290.4Ω
SRはSCの6%ですので、290.4Ω×0.06=17.424Ω
これより、合成インピーダンスは、290.4-17.424≒273Ωです。
これに、回路電圧は公称電圧とすると、6.6kV/√3ですので、
I=(6.6kV/√3)/273Ω=13.96Aとなります。
ここで、コンデンサが旧JIS品とすると150kVarはコンデンサそのものでしょうから、定格電流は、
I´=150kVar/(√3×6.6kV)=13.1Aとなりますので、
I/I´=13.96/13.1=1.066倍となります。
※定格電流/(1-L%/100)で計算できます。

ちなみにですが、
電流が13.96Aなので、コンデンサ端子相電圧は、
290.4Ω×13.96A=4,054Vとなりますので、線間電圧は、
√3×4,054V=7,021Vとなります。
※定格電圧/(1-L%/100)で計算できます。
従いまして、容量は、√3VIですので、
約170kVarほどとなってしまいます。→過負荷です。。。
※容量は、V又はIの2乗に比例しますので、(1-L/100)に二乗することとなりますので、
定格容量/(1-L/100)^2で計算できます。
※13%Lの場合は、電圧、電流が1.15倍に、容量が1.32倍になります。

以上が計算ですがわかりますでしょうか。。。
だーーーと書いたのでわかりづらければご指摘ください。
なお、新JISの場合、端子電圧の上昇を考慮していますので、
SR+SCの電源側から見た容量が150kVar(L=6%)としたい場合、
SC:160kVar
SR:10kVar
合計150kVarです。
ちなみに、弊社にも旧JISはゴロゴロしてますよ。。。
しかも、１３％Ｌで(ーー；

以上、不明な点がありましたら、再度お願いします。

お礼

ご回答ありがとうございます。
大変わかりやく書いていただき感謝しています。御社のコンデンサも過負荷運転しているといういことですが、これって大丈夫なんでしょうか。自分はいままで気にすることなく運転してきましたが、ちょっと心配です。個人的意見でも結構ですので、お答えいただけると助かります。

回答No.9

kohrem

完全に私見と捉えてください。

これを理由としての更新は考えません。
確かに過負荷ですが、15%程度の過電流です。
新JISでは130%まで許容されているようです。

しかし、受電設備のウィークポイントの一つとは認識しています。
従いまして、異常の兆候をできるだけ早く察知することが重要となります。
その方法として、私は停電点検の際に静電容量を測定し、諸基準に適合するかを確認しています。(１回/年で足りるかは別として)
これを外れる又は、外れそうなもの(その傾向)は極力早期に更新するよう予算取得の画策します(笑)　安いものではないですからねぇ・・・
ただ、メーカーも過負荷となることをわかって作って売っているんだから多少は裕度があるだろうと楽観的にも思っています(*^v^*)

お礼

参考意見ありがとうございます。おっしゃるとおり、メーカーも分かっていて設置していると私も思いますので、そんなに気にすることないかな、なんて思っています。ただ、日常の点検（目視、異音など）は今までより注意深く行い、異常を早期発見できるよう努力したいと思います。いろいろと教えていただきありがとうございました。

回答No.7

kohrem

こんにちはぁ～コンデンサの件について思った事を書きます。

150kVar,6.6kVなので、定格電流は13.1A
に対して、メーター読み14.2A
と言う事なので、14.2A/13.1A=1.08倍
なのでふと思いましたが、そのコンデンサ設備(ＳＲ＋ＳＣ)は1998年以前のものではないですか？
もしそうだとすると、以下のような容量かとおもいます。
コンデンサの定格容量：１５０ｋＶａｒ
直列リアクトルの定格容量：９ｋＶａｒ(６％として)

この場合、電圧が６．６ｋＶの場合、電流は約１４Ａとなってしまいます。
このことから、もしかして１９９８年以前の設備かと思い発言させて頂きました。ちなみに、なぜ１９９８年かと言いますとこの年に電力用コンデンサに関してのＪＩＳが改訂になって、その時に６％Ｌを入れることが基本とされたからです。
簡単に言いますと、ＳＲによって、ＳＣの端子電圧が上昇しますので、これを考慮していない(旧ＪＩＳ品)ものですと、６％Ｌの場合、電流はおおよそ１．０６倍ほどになります。(今回のとのずれは、電圧とメーター誤差かと)新ＪＩＳでは、ＳＲ設置が基本ですので当然考慮されていますので、定格電流は１３．１Ａとなります。

※もし、詳しい計算が必要でしたら、言ってください。
※製造が１９９８年以降でしたら関係ないので、無視してください(^^;
以上、おねがいします～

補足

ご回答ありがとうございます。
おそらく１９９８年以前だと思います。関係あると思いますので来週調べてみます。SR+SCで設備のインピーダンスが下がるというものでしょうか。また、SCの端子電圧が上がるといういことは容量が上がるということでしょうか。となると過負荷になるのではないでしょうか。当方そのあたりのことがよくわかっていません。申し訳ございませんが、もう少し詳しく教えていただけませんでしょうか。よろしくお願いします。

回答No.6

sentakuya

電流リレーに関してアドバイスします。
簡単に言えば「接点増幅」のためです。
ひと昔前まで特高・高圧設備の保護継電器は誘導型が主流でした。

この誘導円板型継電器には自重で落ちる機械的なターゲット表示が必ずついており、どれが働いたか解かるようになっています。
このターゲットの引っ掛かりを外すために５Ａ前後の電流動作コイルが内蔵され、これと直列に主接点があるのみでした。
つまりＯＣＲ（過電流継電器）なら瞬時接点と限時接点が各々ひとつあるのみでした。

このためＯＣＲの主接点はＣＢ（遮断器）の引き外しコイルを直接励磁していました。
余談ですがチャタリングする主接点を保護するシールイン回路も内蔵されていました。

接点はひとつしかないので増幅する手段としてこの引き外し回路に電流リレーを設けます。
参考ですが引き外しの不要な継電器はターゲットカバーと称する隠し蓋を設けていました。

お礼

ご回答ありがとうございます。
設備自体はそんなに古くないのですが、信頼性だと思うのですが誘導円板型がほとんどです。ターゲットの接点利用、大変勉強になりました。また時間があるときにでも完成図書を参考に勉強したいと思います。

回答No.5

T2FD

電流についてはやっと意図が飲み込めた、が・・・あなたは本当に管理してる人なの？

こんな初歩的な質問して、それで本当に管理できているのだろうか、はなはだ疑問である。

コンデンサーの電流にしても、計算式を理解しての質問だろうか？

静電容量は測定したのか？周波数は？電圧は？それぞれの計器の誤差は？

もう一度原点に帰って勉強しなおしてはいかがですか。

お礼

アドバイスありがとうございます。
管理しています。出来ています。計算式は得意ではありません。それでも管理出来ています。静電容量、周波数を測定する機器はないと思います。計器の誤差は、コンデンサ設備数台あるのですが、すべて定格より少し高いので誤差があるとはあまり思っていません。原点の意味がわかりませんが勉強します。

回答No.4

U-Seven

>しかし実際の電流（リアクトルの一次）は１４．２A程度（盤についている広角指示計）流れています。

細かいことは詳しくはないですが、電源に高調波が混ざっているとコンデンサ電流が大きくなると聞いたことがあります。
負荷にインバータ設備があると高調波が混ざりやすいです。

>高圧設備の保護継電器の図面を見ると電流リレー？を使用し、リレーコイルを直列に接続しています。

「保護継電器の図面」といわれているのは、制御回路（直流）の遮断器のトリップ回路で使っている補助リレーですね。（たぶん）
【相談文のここが不明確】←
以下、その前提で。
１．一旦電圧リレーで受けてそれで遮断器をトリップさせると、補助リレー動作分時間が遅れる、
保護リレーの接点をそのまま遮断器に接続するのが保護遮断には適切。
（特高・高圧設備では時間遅れを無くすのが良い）

２．古い設備だと高感度の誘導円筒型の保護継電器が使われていて（特に特高設備）、継電器主接点の接触が確実ではないことがある、
（回転して固定接点とぶつかるとバウンドして瞬間的に接点が開いてしまう）
直列に入れた補助リレー接点を主継電器接点と並列につなぎ、遮断器のトリップ動作を確実にする。（シールイン）
（最近はデジタル型保護継電器になってあまり使われていない）
［今回は非該当かもしれませんが］

３、電流動作型の補助リレーはインピーダンスが低いので動作が速い、５msぐらいです、
電圧型補助リレーだと早くても１５msぐらいですね。
（もし連動遮断させるものが有れば、動作は速い方がよい）

４．設計者の考えによる。
保護リレーの動作接点を電圧リレーで受けたものは、保護リレーの動作ではあるが、遮断器の動作ではない。
トリップ回路に直列に入れたリレーならば、それは「保護リレー動作＆遮断器トリップ」として扱える。

>電流リレーを特高、高圧設備の保護継電器の回路でしか見たことがなかったので、特殊用途と思ってました。

有る意味特殊です、というか特高・高圧の場合は保護継電器そのものが特殊な場合があります。
平行2回線用とか、コージェネ用とか、そのため制御回路にも一工夫してあります。

状況が違うかもしれませんが、ご参考まで。

お礼

ご回答ありがとうございます。
コンデンサ設備の件、自分も高調波かなと思ったのですが、インバータにはフィルタが付いており、他の設備には影響がないようなのであまり考えてませんでした。電流をクランプで計ったのですが、高調波カットするものではないタイプなので広角指示計どおり14.2A程でした。考察ありがとうございます。
電流リレーですが、おっしゃるとおりの内容です。誘導円筒型の保護継電器も使っています。動作速度も参考にさせていただきます。自分は設備を作るのではなく管理する方なので、どういう意図があって使っているのかわかりませんでした。大変参考、勉強になりました。

回答No.3

Denkigishi

示された数値から検討してみましたが、電流が定格を上回る理由を挙げることが出来ませんでした。念のため、電流計の零点は合っていますか。
電流リレー：何か特別なものとお考えのようですが、リレーで励磁コイルの仕様が、200V10mA,100V20mA,24V100mA,・・・　が、もっと電圧が低くなって、1V2Aとか0.5V5Aとかになっただけです。
電流リレーの用途例：例えば電気ヒータが動作している時にＯＮとなる信号を得たいときに、普通の補助リレーだと電圧の有無しか確認しないので、ヒータが断線や解線時でＯＮのままですが、電流リレーをヒータの主回路に直列にいれておけばヒータの動作を確実に検出できます。コイルの電圧降下は小さいので無視できます。

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００Ｖ×１０ｍＡ、１００Ｖ×２０ｍＡ、２４Ｖ×

お礼

ご回答ありがとうございます。ＣＴの二次側電流を計ってみます。また、質問するにあたって、勉強不足でしたのでもう少し調べてみます。電流リレーも例を挙げてもらうとよくわかりました。電流リレーを特高、高圧設備の保護継電器の回路でしか見たことがなかったので、特殊用途と思ってました。情報不足で回答しにくかったと思いますが、勉強、参考になりました。

回答No.2

Denkigishi

初めのコンデンサの電流については、コンデンサ（含リアクトル）の定格電圧と実際の電圧についてのデータを補足してください。
電流リレーというのは、リレーコイルが太い線でターン数が少なく、電圧は低いが電流が大きいという励磁特性を持ったリレーです。電圧リレーでなく電流リレーを使っている理由は、信号が電圧ではなく電流信号の形で出ているからで、別に高圧設備だからではありません。他でも必要があれば使われます。電流信号だから複数のリレーが必要なら当然直列となります。

補足

早速のご回答ありがとうございます。説明不足ですみません。
コンデンサの件ですが、定格電圧６６００V、実際の電圧も６６００Vです。といっても、コンデンサ設備（リアクトル、コンデンサ）がぶら下がっている母線が６６００Vで距離も数メートルと短いので同じと考えています。
電流リレーの件、少ない情報で回答ありがとうございます。電流リレーの使用理由として「他でも必要があれば使われます。」とありますが、これは速い動作が必要な設備ということでしょうか。また、高圧設備以外でしたらどんな設備に使用していますか。よろしくお願いします。

回答No.1

T2FD

1.コンデンサの定格電流とは、定格電圧、定格周波数の場合の電流です、

それと電流計の誤差もあります、リアクトルを入れた場合は、ベクトルで考えてください。

2.質問の意味が全く分かりません、保護リレーの意味、仕組みが分かってないのでは？

補足

早速のご回答ありがとうございます。
ベクトルで考えてみたのですが、リアクトルで９０°遅れて、コンデンサで９０°進んだ合成ベクトルが全体の容量と考えるのでしょうか。よくわかりません。もう少しお願いできませんか。
保護リレーの意味ですか、下位（負荷設備）への安全対策、上位への波及事故を防ぐ、などと考えていますが、どうですか。仕組みはあまりわかっていません。教えていただけませんでしょうか。よろしくお願いします。