キュービクルの盤面の下の方に設置されている、小型の機器が何個か設置されているのを見たことがあるかと思います。
これらは、事故電流を保護する「継電器」になりますが、その内の一つ「過電流継電器」について解説していきます。
継電器は、正常時には絶対に動作せず、事故時には確実に動作しなければならないので、高い信頼性が要求される重要な機器となりますので是非おさえておきましょう。
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過電流継電器とは？
過電流継電器(以下OCR)とは、電路や電気設備において、過電流や短絡のような事故が発生したときに、これを検出して遮断器等に信号を出し、安全に事故回路を遮断するために設置される保護継電器の一種です。
最小動作電流を定めるタップ、動作時間を決めるレバー、瞬時電流で動作する瞬時タップから構成されています。
略称はOCR、制御器具番号は51であるため、OCRや51と呼ばれることが多いです。
下図は、一般的な受変電設備の単線結線図です。
赤部分がOCRの図記号になります。
一般に、JIS C4602に規定される過電流継電器が使用されます。
1250-4 高圧受電用過電流継電器
1.高圧受電用過電流継電器は、JIS C 4602（2017）「高圧受電用過電流継電器」に適合するものであること。
2,前項に示すJIS C 4602（2017）「高圧受電用過電流過電流継電器」は、過電流継電器単体を対象とした規格であるが、専用の整流器と過電流継電器とを組合わせた過電流継電装置についても適合する。
3,JIS C 4602(2017)「高圧受電用過電流継電器」以外の過電流継電器は、JEC2510（1989）「過電流継電器」の規格を準用すること。（推奨）
引用：高圧受電設備規程
過電流継電器の設置位置と関連機器との構成
過電流継電器は盤面に埋め込まれるように設置されています。
過電流を検出し、遮断器を動作させる位置となりますので、高圧受電盤や高圧の分岐系統がある場合は高圧饋電盤（フィーダー盤）などのVCB（真空遮断器）がある盤に設置されます。
低圧電路に使用される一般的なブレーカーは、他の機器を使用しなくてもブレーカー自体で事故電流を検出してトリップをしますが、高圧電路を遮断するVCBなどは機器単体ですと事故電流を遮断することができません。
電力会社側との保護強調を取るために設定する必要があったり、高圧の電流値をそのままの状態で検出するのが難しいからです。
そのため、OCRはVCBが事故電流を遮断するための補助機器的な存在となります。
また、高圧の電流値をそのまま信号として送ることができないので、高圧電路に設置した計器用変流器（CT）により過電流や短絡電流を検出します。
CTで検出した電流がOCRで設定した整定値以上になるとOCRからVCBへ信号を送り、VCBを遮断させます。
過電流継電器の動作原理
OCRの内部回路にはB接点があり、ここがポイントとなります。
CTとOCRとVCBのトリップコイルを一つの回路として考えます。
通常時は、OCR内部のB接点が閉じているので、CTとVCBトリップコイルが並列となります。
このとき、VCBトリップコイルの抵抗値がありますので、回路はCTの短絡回路となり、VCBトリップコイルには電流が流れません。（抵抗が低い方を電流が流れる）
CTの二次側を開放すると高電圧が発生して危険なため、このようにB接点を使用して常に閉回路としているのですね。
CTで測定した電流値がOCRの整定値以上となると、OCRのB接点が開きます。
B接点が開くと、CTとVCBトリップコイルが直列回路となりますので、VCBトリップコイルに電流が流れ、VCBがトリップします。
過電流継電器の動作方式
OCRには、遮断器（VCBなど）の引き外し方式により、電圧引き外し方式と、CT二次電流引き外し方式とがあります。
引き外しとは、遮断器を作動させて電極開放動作を行うことです。
要は、VCBの引き外しコイルに送る信号の電源をどのように取得するかによる方式の違いです。
電圧引き外し方式
電圧引き外し方式は、バッテリーあるいはコンデンサを引き外し電源とするものです。
バッテリーやコンデンサといった他の設備を用意する必要がありますが、引き外し用電源を常に安定的に供給することが可能ですので、信頼性が高い方式です。
CT二次電流引き外し方式（電流引き外し方式）
CT二次電流引き外し方式は、CTの二次電流によりOCRが動作すると、その電流を遮断器の引き外しコイルに流し、これにより遮断器を引き外す方式です。
この方式は、電圧引き外し方式のように他の設備を必要としないので経済的なため、通常はこの方式が採用される場合が多いです。
過電流継電器の整定値と保護強調
限時要素と瞬時要素
低圧のブレーカーと違いOCRのメリットは、ダイヤルやタップを変えることにより、トリップさせるための条件を自由に設定できるところにあります。
OCRのダイヤルやタップで適正な値に設定することを「整定」といいますが、整定値を決める動作要素には「限時要素」と「瞬時要素」の二つがあります。
限時要素は過電流に対する要素で、電流の大きさが大きくなるに従って早く動作するように、反限時特性を持っています。
つまり、比較的小さな過電流では動作時間が長く、過大な過負荷では短時間で動作するようになっています。
動作時間はダイヤルが10の場合の動作時間を、電流は整定タップ値に対する[%]で表示されます。
瞬時要素は短絡電流に対する要素で、短絡電流のような大電流が流れた際には瞬時に動作するようになっています。
保護強調
動作特性の調整は、保護強調がとれている必要があります。
以下の検討事項に留意して整定値を決定します。
・電力会社側の配電設備のOCRと保護強調がとれているか。
・下位回路での事故電流でOCRが動作しないように、低圧側のMCCBや高圧LBSとの保護強調がとれているか。
・OCRの保護範囲で、短絡・過負荷が発生した場合は、確実にOCRが動作して事故電流を切り離せるようにする。
・遮断器を投入した際に発生する、変圧器による励磁突入電流により不要動作しないこと。
・需要家内の分岐フィーダのOCRとも保護強調がとれていること。
受電点に設置されるOCRの整定値は、電力会社との協議の際に受け取る協議書に指示されていますが、分岐フィーダーに設置されるOCRは工事の設計者や電気主任技術者のような現場サイドで決定します。
誘導型と静止型について
過電流継電器には、誘導形と静止形があります。
現在は静止形が主流となっています。
誘導形
誘導形の外観の特徴は、目視で見えますが中に円板があることが特徴です。
また、R相とT相に設置されたCTの電流値を検出するのにそれぞれ一つのOCRが必要になりますので、一箇所に二つセットで設置されていることも特徴となります。
誘導形の動作原理は、移動磁束により回転円板に渦電流を発生させ、この渦電流と移動磁束の相互作用により生じる回転トルクを利用しています。
円板が回転して、円板の軸に取り付けられた可動接点が固定接点と接触したときにOCRが動作します。
誘導形のOCRは接点という機械的な動作によるため、誤作動による誤トリップが度々発生しています。
大きな地震や盤の扉の開閉による振動で、回転円板が移動して接点が閉じてしまうのです。
古い受変電設備には誘導形が設置されていることが多いので静止形への早めの更新が推奨されます。
静止形
静止形は、主要部分が全て電子回路で構成されています。
機械的な構造ではなく、ダイオードやトランジスタ、抵抗、コンデンサなどの電子部品をプリント基板に取り付けたものを使用しています。
電子回路の制御により遮断信号を送る継電器で、デジタル表示機能による制定、多種類の時限特性や数段の瞬時要素の選択が可能で、自己診断機能による信頼性が高いなどの特徴があります。
現在は、こちらの静止形が主流となります。
最後に
過電流継電器はほとんどの受変電設備に設置されているメジャーな継電器ですので是非おさえておきましょう。
電気主任技術者の方はインピーダンスマップを作成して保護強調を検討したり、実際の事故の際は復旧作業、点検作業の際は試験電流を実際に流して試験をするなど、かなり関わることが多いかと思います。
工事の方も部分的に更新する機会があるかもしれませんので、結線図の確認や余裕があれば内部回路を把握しておきましょう。
それではまた、ご安全に！