電気故障の紹介

電気ネットワーク、機械、装置は運転中にしばしばさまざまなタイプの故障にさらされる。 故障が発生すると、故障が解消されるまで、機械の特性値（インピーダンスなど）が既存の値から異なる値に変化することがある。

電力系統ネットワークには、照明、風、ライン上の木の落下、機器の故障など、多くの故障が発生する可能性がある。

電気的障害

電力系統の障害は、変圧器、発電機、母線などの機器の電気的障害を伴う系統の異常状態と定義することができる。

故障の発生には、絶縁不良や導電路不良も含まれ、これにより導体の短絡や開路が発生します。

正常または安全な動作条件では、電力系統ネットワーク内の電気機器は通常の電圧および電流定格で動作します。

電力系統の障害は、過電流、低電圧、位相のアンバランス、電力の逆流、高電圧サージなどを引き起こします。

通常、電力系統のネットワークは、電気障害によるサービスの損失を抑えるために、遮断器やリレーなどの開閉器保護装置で保護されています。 また、これらの故障には、対称故障と非対称故障がある。

開回路故障

これらの故障は、1つまたは複数の導体の故障によって発生します。 下図は、単相、二相、三相（または導体）の開回路状態を示しています。

これらの故障の最も一般的な原因は、ケーブルや架空線のジョイント故障、回路ブレーカーの1相以上の故障、また1相以上のヒューズや導体の溶融によるものなどがあります。 これらは、三相開放故障を除く非対称または不平衡型の故障です。

開放故障の発生前に、送電線が平衡負荷で動作していると考えてみましょう。 片方の相が溶けると、オルタネータの実際の負荷が減少し、オルタネータの加速度が上がり、同期速度よりわずかに大きい速度で運転されます。 この速度超過は、他の送電線に過電圧を発生させます。

このように、単相および二相開放状態は、機器に大きな損傷を与える電力系統電圧および電流のアンバランスを生じさせる可能性があります

原因

1相以上の導体の破損および回路遮断器の誤動作。

影響

• システムの異常動作
• 人員および動物への危険
• ネットワークの特定の部分で正常値を超える電圧、さらに絶縁不良や短絡故障の発生につながる。

開路故障は短絡故障より長い期間許容されるが、より大きな損害を減らすためにできるだけ早く取り除かなければならない。

短絡故障

短絡は、故意または過失にかかわらず、異なる電位の2点間の非常に低いインピーダンスの異常接続と定義できる。

これらは最も一般的かつ深刻な種類の故障で、機器または送電線に異常な大電流が流れることになる。 このような故障が短時間でも続くと、機器に大きな損傷を与えます。

短絡故障は、分路故障とも呼ばれます。

さまざまな短絡故障の可能性があり、図に示すように、三相対地、三相対地クリア、相対相、単相対地、二相対地、相対地＋単相対地が含まれる。

他の残りの故障が非対称なのに対し、三相対地クリアと三相対地は均衡または対称な短絡故障である。

原因

内部または外部の影響によるもの

• 内部の影響としては送電線や機器の故障、絶縁物の老朽化、発電機や変圧器などの電気機器の絶縁劣化、不適切な設置や不適切な設計
• 外部の影響としては機器の過積載、照明サージによる絶縁不良や公衆による機械破損内部の影響として送電線の故障、照明サージによるもの

影響

• アーク放電は、変圧器や遮断器などの機器の火災や爆発につながることがあります。
• 異常電流により機器が過熱し、さらにその絶縁寿命が短くなります。
• システムの動作電圧が許容値以下または以上になり、電力システムで提供するサービスに悪影響を与えることがあります。
• 短絡故障が続く限り、電力フローは厳しく制限されるか、あるいは完全にブロックされます。

対称および非対称故障

上述のように、故障は主に開放故障と短絡故障に分類されますが、これらも対称または非対称故障になりえます。

対称故障

対称故障は、互いにずれた対称的な故障電流を発生させる。 対称故障は平衡故障とも呼ばれる。 この故障は、三相すべてが同時に短絡したときに発生する。

これらの故障は、非対称故障と比較して、実際にはほとんど発生しない。 対称故障には、下図に示すように、線対線（L-L-L）と線対線対地（L-L-G）の2種類がある。

対称故障の発生頻度は、システム故障全体の2～5％が目安である。 しかし、これらの故障が発生すると、システムが平衡状態にあるにもかかわらず、機器に非常に大きな損傷を与える。

これらの故障の分析は、回路遮断器の破裂能力の選択、セットフェーズ・リレーおよびその他の保護スイッチギヤの選択に必要である。 これらの故障は、バスインピーダンス行列またはテベニンの定理を用いて相ごとに解析される。

非対称故障

電力系統網で発生する最も一般的な故障は非対称故障である。 この種の故障は、非対称な故障電流（不均等な位相変位で異なる大きさを持つ）を発生させる。

以上の議論から、非対称故障には開回路故障（単相および二相開状態）と短絡故障（L-L-L-GおよびL-L-Lを除く）の両方が含まれます。

下図は、短絡状態によって発生する 3 種類の対称故障、すなわち、位相または線対地 (L-G) 故障、位相対位相 (L-L) 故障、および二線対地 (L-L-G) 故障を示しています。

単一の線対地 (LG) 故障は最もよくある故障の 1 つで、電力システムで発生する故障の 70～80% がこのタイプであると経験から分かっています。 これは線路と大地との間に短絡経路を形成するものです。 これは、他の故障に比べて深刻度の低い故障です。

A line-to-line fault は、活線導体が他の活線導体と接触することによって発生します。 強風がこの故障の主な原因であり、その間、架空導体のスイングが一緒に接触することがあります。

二線式地絡では、2本の線が互いに接触するだけでなく、地面とも接触する。

非対称故障は、システムのすべての部分の電圧と電流を決定するために、非対称成分の方法を使用して分析される。 これらの故障の分析は、対称故障に比べてより困難です。

この分析は、最大の短絡電流に対する回路遮断器のサイズを決定するために必要です。

故障に対する保護装置

システムのいずれかの部分で故障が発生した場合、機器や人員への大きな損害を避けるため、また顧客への電力の中断を避けるために、非常に短時間で除去する必要がある。

障害除去システムは、リレーや回路ブレーカなどのさまざまな保護装置を使用して障害を検出し除去します。
これらの障害除去装置または障害制限装置の一部を以下に示します。 ガラスまたはケーシングに収められた細い銅線で構成され、2つの金属接点がある。 故障電流が大きいとワイヤの温度が上昇し、溶ける。

ヒューズ

サーキットブレーカ

これは、通常の動作条件で手動またはリモートコントロールで回路を作ったり壊したりできる最も一般的な保護装置です

動作電圧に応じて、エアブレーキ、オイル、真空、SF6などいくつかの種類の回路ブレーカーが用意されている。 サーキットブレーカの詳細については、添付のリンクを参照してください。

読む：サーキットブレーカの種類

Protective Relay

これらは故障検出装置であります。 これらのデバイスは、障害を検出し、障害のある回路を分離するように回路ブレーカの動作を開始します。 リレーは、磁気コイルと接点（NC、NO）から構成されています。 故障電流がコイルに通電することで磁界が発生し、それによって接点が動作する。

保護リレーの種類には、

• 振幅リレー
• インピーダンスリレー
• 方向性リレー
• パイロットリレー
• 差動リレー

読書 :リレーの分類

ライティングアレスタ

送電線や機器に落雷が発生すると、電力系統のネットワークにサージが発生する。 これにより、系統に高電圧、高電流が発生します。

画像投稿者:

1)電気障害: forschung-stromnetze.info

2) ヒューズ : hayley-group.co.jp

3) サーキットブレーカー : oez.com

4) リレー : epub1.rockwellautomation.com