上司より質問（問題）を頂き、調べてもわかりません。

質問

上司より質問（問題）を頂き、調べてもわかりません。
皆様のお力添えお願いいたします。

＜大きな工場などの需要家などの例で＞
需要家の受電点の遮断器をトリップする条件を「GRと地絡過電圧の両方動作」としています。
地絡方向継電器(DGR)ではなく、地絡継電器（GR)を使用する事がある。
方向性を持たないGRでは　もらい事故　の恐れがあるが、なぜGRを使うのか。

と言う質問です。
なぜGRでよいのか？／あえてGRを使う理由は？／なぜGRにしたのか？
と質問のニュアンスもいまいちハッキリ分かってないのですが。

高圧保全の本を読んだのですが、
大容量配線用DGRと言うのがあって、
(1)零相電圧が整定以下で零相電流が整定以上なら方向を見ず動作する。
　→電圧が整定以下なのは、構内事故であって、構外の対地静電容量が流れる為電流が整定以上となる。
　　よって方向を見ずに動作してよい。
(2)零相電圧が整定以上で零相電流も整定以上なら方向を見て
　→電圧が整定以上なのは、構外事故の可能性もあるため、方向見て動作する。
と言うのを見つけたのですが、これは（特殊な？）DGRなので回答にはならないと思います。

１度目に上司に答えた内容は
・構内事故は方向を見ずとも、遮断動作する為、問題なし。
・構外事故で、他需要家での事故の場合、
　他需要家のDGR/GRが動作する。時限設定は電力会社と協議するが、
　0.2秒（～0.6秒）のため、先にトリップする為、もらい事故とはならない。
・構外事故で電力会社及び配電線での事故の場合、
　その場合は当該需要家も停電となる為、遮断器の動作が絶対必要とはならない。

と、しっくりした物ではありません。「DGRでなくても良い」理由であって、
あえてGRにしている理由にはなっていないので、
間違っているのだと思います。

この工場の例では自家発電機が記載されており、非常に引っ掛るのですが、
答えになる理由が見つかりませんでした。
工場末端へのフィーダーは地絡方向継電器でトリップ動作するようになっていました。

以上です。私が図面から見落としている事もあるかもしれません。
考えられること、ヒントなど、よろしくお願いいたします。

回答No.3

aruhai · ベストアンサー

ご苦労様です。非接地系統の詳細な内容はあまりホームページにも出ていないと思います。

6kV非接地系統の計算を私が行う場合の例です。
凡例
Ｃ（Ｆ）：６ｋＶバンク全体の線路１線当たりの静電容量
Ｅ(V)：相電圧
Ｒn（Ω）：電力会社のＥＶＴ３次オープンΔの制限抵抗値を１次換算した値。
一般的にはR3=25Ω Rn=10,000Ωとなります。
Ｖ0（Ｖ）：零相電圧
Ｉg（Ａ）：地絡電流
としますと
零相電圧：Ｖ0＝Ｅ× Ｒn / ［ Ｒg（１＋３ｊωＣ×Ｒn)＋Ｒn］（V）
地絡電流：Ｉg＝Ｅ × 〔１＋３ｊωＣ・Ｒn) / ［ Ｒg（１＋３ｊωＣ・Ｒn)＋Ｒn］（A）

と計算式がこのようになりますので、各条件を代入すれば各値を求めることができます。
諸条件は、電力会社において行う人工地絡試験データーから逆算して対地静電容量を求めたりします。

＞地絡事故時の地絡抵抗（6000Ωとすると）により地絡電流の大きさ（0.6A程度）がほぼ決まります。
＞6600V　÷　√3　÷　6000Ω　＝　0.6A
＞と言う認識でよろしいでしょうか。
6000Ω時の地絡電流は、対地静電容量がある程度ある系統では、上記計算式で0.6A程度となります。（特高受電の需要家で6kV配電線が少ない場合や変電所新設で１フィダーの場合は地絡電流は小さくなります。）

＞地絡電圧（零相電圧）は地絡抵抗（6000Ωとすると）が決まっても対地静電容量の大きな系統では１％程度しか出ないところもある。対地静電容量の小さな系統では２０％以上出るところもある。
→これがわかりません。
＞母線電圧（受電している線間電圧）は同じで　地絡抵抗も同じなら、
＞対地静電容量に関係なく、零相電圧は決まるのではないですか？

非接地系統においての大きな地絡電流供給源は対地静電容量です。地絡抵抗が同じでも静電容量が変われば零相電圧の大きさは変わります。（回路構成を理解して計算式を作ることが大事です。想像では答えは出ません。）

＞この系統に光商工のLDG-48を設置した場合（整定：0.2A、2.5％、0.2S GR動作機能2.5％）
→４つのパターンともに正常動作する為、問題なく使用可能。ですよね。
＞であるなら、LDG-48を使えばいい気がするのですが、
＞あえて、GRにする理由がわかりません。

一般的なDGRは方向性機能のみで、LDG-48のようなGR機能はありませんので、上司の方は一般的なDGRの話をされたのではないでしょうか。

参考書類ですが
・6kV高圧受電設備の保護協調Ｑ＆Ａ（発行：エネルギーフォーラム、著者：川本浩彦）

・今は販売されていない 電気書院の電気技術大系（30年前に20万円で購入）
これがあれば電力会社の系統から全てが記載されています。非接地系統は非常に奥が深いです。

お礼

aruhai様
何度もご回答ありがとうございます。
非常に難しく、半分も理解できていませんが、大まかにはわかりました。
今回の頂いた回答と、自分なりに調べて納得できましたので、
解決とさせていただきます。本当にありがとうございました。
※私の手元に同僚から借りた書籍を参考にしました。
「高圧受電設備の保守管理　-経験から培ったかんりの要諦（ツボ）-」オーム社
ISBN978-4-274-20924-6

＞地絡電圧（零相電圧）は地絡抵抗（6000Ωとすると）が決まっても対地静電容量の大きな系統では１％程度しか出ないところもある。対地静電容量の小さな系統では２０％以上出るところもある。
→これがわかりません。
＝＝＞これがわかりました。
零相電圧：Ｖ0＝Ｅ× Ｒn / ［ Ｒg（１＋３ｊωＣ×Ｒn)＋Ｒn］（V）
前述の書籍のP.228にも記載あり。
>地絡電圧（零相電圧）は地絡抵抗（6000Ωとすると）が決まっても
>対地静電容量の大きな系統では１％程度しか出ないところもある。
>対地静電容量の小さな系統では２０％以上出るところもある。
対地静電容量＝Ｃが大きくなればなるほど、反比例してＶ0は小さくなる。＝１％程度しか出ないところがある。
と言うことですね。

書籍紹介の件
20万はとても現状の私には購入できそうにありません。
また理解できないと思います。
初心者でも理解できそうな手ごろなものを探してみます。

これで明日、上司へ挑戦してきます。
ここに結果を記載いたします。
本当に親切にご教示いただきありがとうございました。

回答No.2

aruhai

yos000様
ご苦労様です。上司の方がどの位のレベルの方か解りませんが有能な方の質問とすると

DGRでなくGRを使う目的は、対地静電容量の大きな系統（零相電圧の発生が少ない。）での地絡事故時の波及事故防止が回答です。

＞”対地静電容量が非常に大きなバンク”なので、地絡電圧が低くても、地絡過電流が大きな地絡事故がありえる。
＞その様な事故を検出する為に、絡過電圧継電器の整定を2％以下にしないと検出できない。と解釈してよろしいでしょうか？
※ 大まかには合っていますが、電流電圧は次のようになります。
完全地絡電流（地絡抵抗0Ω）の大きさは対地静電容量により決まります。（EVT3次制限抵抗からも供給されますがわずかです。）
地絡事故時の地絡抵抗（6000Ωとすると）により地絡電流の大きさ（0.6A程度）がほぼ決まります。
地絡電圧（零相電圧）は地絡抵抗（6000Ωとすると）が決まっても対地静電容量の大きな系統では１％程度しか出ないところもある。対地静電容量の小さな系統では２０％以上出るところもある。
※ 対地静電容量の大きなところで6000Ωの地絡事故が発生すると、0.6A程度の地絡電流のより電流条件は成立しますが、零相電圧は１％しか発生しないのでDGR不動作。（整定：0.2A、2％と仮定。）
この場合には電力会社の地絡保護継電器のみが動作して波及事故となります。

この系統に光商工のLDG-48を設置した場合（整定：0.2A、2.5％、0.2S GR動作機能2.5％）
・6000Ω 構内地絡事故時には、零相電圧の発生が１％なのでDGR機能は不動作
しかし 零相電圧が2.5％以下なのでＧＲ機能のみ動作します。
6000Ω構外事故の場合のＧＲ機能は1％事故なので構内から構外へ供給する地絡電流も少なく誤動作しない。
・0Ω 構内完全地絡事故時には、零相電圧の発生が１00％なのでDGR機能は動作
（零相電圧が100％なのでＧＲ機能のみ不動作）
・0Ω 構外完全地絡事故時には、当然のことＧＲ機能は不動作、DGR機能は電流、電圧条件は成立するが位相条件が不成立で動作しません。

詳細は計算式（レベル的には電験2種程度）にてシュミューレーションしてみると良いです。 また、実際の系統条件などは電力会社において行う人工地絡試験を見学、勉強すると非接地系統について理解が深まります。

補足

aruhai様

何度も回答を頂き本当にありがとうございます。
何度も繰り返し読み、関係するホームページを読み漁りますが、理解できません。

＞地絡事故時の地絡抵抗（6000Ωとすると）により地絡電流の大きさ（0.6A程度）がほぼ決まります。
→6600V　÷　√3　÷　6000Ω　＝　0.6A
　と言う認識でよろしいでしょうか。

＞地絡電圧（零相電圧）は地絡抵抗（6000Ωとすると）が決まっても対地静電容量の大きな系統では１％程度しか出ないところもある。対地静電容量の小さな系統では２０％以上出るところもある。
→これがわかりません。
　母線電圧（受電している線間電圧）は同じで　地絡抵抗も同じなら、
　対地静電容量に関係なく、零相電圧は決まるのではないですか？

　地絡電流の大きさは、対地静電容量の大きい小さいで変わる様な気はしますが。
　（対地静電容量＝電池とイメージしている）

＞この系統に光商工のLDG-48を設置した場合（整定：0.2A、2.5％、0.2S GR動作機能2.5％）
→４つのパターンともに正常動作する為、問題なく使用可能。ですよね。
　であるなら、LDG-48を使えばいい気がするのですが、
　あえて、GRにする理由がわかりません。

本件のような受電・配電に関して、参考書籍を購入したいと思いますが、
当方の近隣では専門書を扱う書店がなく、軽く読んで購入する事が出来ません。
オススメの書籍を紹介していただけませんか。
書店で取り寄せ、ネット購入を考えています。

回答No.1

aruhai

電力会社の対地静電容量が非常に大きなバンク（大容量配電線）の場合には次の問題点が発生する。
・東電の場合は変電所の地絡過電圧継電器の整定を１０％検出とする。（問題なし）
・他電力の場合には６０００Ω地絡事故を検出するように地絡過電圧継電器を整定します。
都市部のケーブル系統や山間部の広域供給の場合には、地絡過電圧継電器の整定が２％未満となる場合が発生します。
需要家のDGRの零相電圧整定は市販品のDGRでは最低が２％です。（技術的にZPD検出では2%が限度。）
この様な場合に需要家構内事故が発生しますと需要家のDGRは動作不能で,電力会社変電所の（DGR＋OVGR)が動作して波及事故となります。（問題点）

敢えて、DGRではなくGRを設置しますともらい事故発生しますが、波及事故（供給支障事故）を防ぎます。

このよう対策品として光商工から、ご記載の継電器が販売されています。

大容量配線用DGR
(1)零相電圧が整定以下で零相電流が整定以上なら方向を見ず動作する。（GR動作）
波及事故を防ぎます。
(2)零相電圧が整定以上で零相電流も整定以上なら方向を見て動作する。（DGR動作）
この継電器は、もらい事故を防ぎ、波及事故も防止します。

以上 考えられ事を記載しました。

補足

aruhai様
回答ありがとうございます。

>このよう対策品として光商工から、ご記載の継電器が販売されています。
　→光商工のLDG-48などが、該当すると思うのですが、
　　GR動作機能付き”地絡方向継電装置”　なので、やはりDGRですから、
　　今回の回答にはならないですよね。

>都市部のケーブル系統や山間部の広域供給の場合には、
>地絡過電圧継電器の整定が２％未満となる場合が発生します。
　→”対地静電容量が非常に大きなバンク”なので、
　　地絡電圧が低くても、地絡過電流が大きな地絡事故がありえる。
　　その様な事故を検出する為に、
　　地絡過電圧継電器の整定を2%以下にしないと検出できない。
　　と解釈してよろしいでしょうか？

それ以外の部分は理解しました。
GRとしておけば、（零相電圧に関係なく地絡電流で動作するので、）
もらい事故は発生するが、波及事故はない。

－－－－－
オムロンのページから、以下の記事を発見しました。
上記のDGRでは動作しない理由と、以下のOCGRで十分動作可能な理由で、
DGRではなく、GRを使用すると考えるのはどうでしょうか。

＜オムロン制御機器ページ抜粋＞
http://www.fa.omron.co.jp/guide/solution/protection_relay/basic/03/01.html

■地絡電流、電圧感度協調
地絡故障は、地絡点の位置、地絡点の形態によって発生する零相電圧、零相電流はさまざまです。
●OCGRの感度協調
ZCTの検出する零相電流の大きさが自回線故障と他回線故障が異なることを原理として、回線選択する方法です。図1はそのようすを示します。

この場合、次の関係が満足されなければOCGRは誤動作をおこす可能性があります。
　IR≧2 Ic
　IR：継電器整定値
　Ic：構内対地充電電流
　2 ：余裕係数
そして、前式が満足できない場合には、DGRを使用することが必要になってきます。つまり、ケーブルのこう長が長い需要家では、OCGRの協調が無理ということになります。キュービクル受電等での高圧の線路こう長の短い場合には、OCGRで十分保護協調が可能です。