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家で電子レンジとドライヤーを同時に使ってブレーカーが落ちても、落ちるのはその部屋の分岐ブレーカーで、家じゅうが真っ暗になることはあまりありません。事故に近いところから順に切れるよう、はじめから順番が決められているからです。キュービクルでこの順番を決め、「今、切れ」と判断しているのが保護継電器です。第7回は、単線結線図に「51」「67」と番号で描かれる継電器の読み方です。

結論

保護継電器は切れと判断する役で、切るのは遮断器です。図面では器具番号(51・51G・67・27・59)で描かれ、下位ほど速く、上位ほど遅く動くよう整定して、事故に近いところだけを切ります。

3段 検出・判断・実行。
器具番号 51・51G・67・27・59。
OCR 限時と瞬時。
保護協調 下位ほど速く。
この記事でわかること
気になるものを選べば、その項目へ飛べます。全部を読まなくても、必要なところだけで解決します。
ビルの2階でショートが起きると2階の分岐MCCBだけが0.02秒ほどで切れ、幹線ACBと受電VCBのOCRは待って動かずほかの階は停電しない場面から、検出・判断・実行の3段と器具番号51・51G・67・27・59、OCRの限時要素と瞬時要素の特性、分岐0.02秒・幹線0.3秒・受電0.6秒・変電所1.0秒の保護協調を示す動く図解
約50秒でくり返します。使っている場面から、器具番号、OCR、保護協調の順に見ます。
保護継電器|知りたいことで選ぶ
この記事単線結線図の器具番号(51・51G・67)の読み方
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継電器は「審判」、切るのは遮断器

サッカーの審判は、反則を見て笛を吹きますが、自分でボールを止めるわけではありません。保護継電器も同じで、事故を見て「切れ」と合図を出す役です。実際に電気を切るのは遮断器(VCB)です。

段 受け持つ機器 していること
検出 CT・ZCT・VT・ZPD 事故の電流や電圧を、測れる大きさに落とす
判断 保護継電器(51・67・27など) 整定値と比べて「切れ」と決める
実行 引外しコイル52T → 遮断器52(VCB) 実際に回路を開く
どれか1つが欠けても保護は成り立ちません。制御電源(トリップ電源)も必要です。
CT 事故の電流をとらえる。
51 「切れ」と判断。
52T 引外しコイル。
VCB(52) 回路を開く。
読み方のコツ:単線結線図では、CTから細い線で「51」の箱へ、そこからVCBへ線がつながっています。この細い線をたどると、検出・判断・実行の組が見えてきます。検出側の変成器は第6回で見ています。
ここに注意!
「継電器が、電気を切る」ではありません。
継電器は「切れ」と判断するだけで、実際に回路を開くのは遮断器(VCB)です。検出・判断・実行の3段がそろって初めて守れます。
ここまでのポイント
  • 継電器は判断役
  • 切るのは遮断器
  • 3段がそろって守れる

器具番号で読む ― 51・51G・67・27・59

継電器は、図面では名前ではなく器具番号(JEM 1090)で描かれることがほとんどです。まずは次の5つを覚えれば、受電設備の図面は読めます。

器具番号 略号 名前 見ているもの
51 OCR 過電流継電器 負荷電流が整定値をこえたか
51G GR 地絡継電器 零相電流I0の大きさ(向きは見ない)
67 DGR 方向性地絡継電器 I0とV0の関係から、地絡が構内か構外か
27 UVR 不足電圧継電器 停電や電圧の低下(発電機の始動の合図にも)
59 OVR 過電圧継電器 電圧の上がりすぎ(系統連系の保護に多い)
ZPDがあればDGR(67)、なければGR(51G)と見分けられます。
51 OCR。
51G・67 GR・DGR。
27 UVR。
59 OVR。

GRは地絡の大きさだけを見るので、構内の高圧ケーブルが長いと、構外の地絡でも動いてしまうことがあります(もらい事故)。DGRは向きまで見るので、構内の地絡のときだけ切ります。引込のPASに付くDGRは第2回で扱っています。

たとえるなら
器具番号は、選手の「背番号」
サッカーの試合中は、選手を名前ではなく背番号で見分けますよね。単線結線図の継電器も、名前ではなく51・67などの番号で描かれます。
ここに注意!
「GRとDGRは、同じもの」ではありません。
GR(51G)は零相電流の大きさだけを見て、DGR(67)は零相電圧との関係から向きまで見ます。ZPDがあるかどうかが見分ける手がかりです。
ここまでのポイント
  • 51はOCR
  • 51GはGR、67はDGR
  • 27はUVR、59はOVR


OCRは「待つ要素」と「すぐ切る要素」の2つ

OCR(51)は、2つの要素を持っています。電流が大きいほど早く動く限時要素と、とても大きな電流ならすぐ動く瞬時要素です。

整定するもの 意味
電流タップ(整定電流) 何Aから過電流とみなすか。CTの二次側の値(例 4A)で設定する
時間レバー 限時要素の曲線を上下に動かすつまみ。大きいほど遅く動く
瞬時要素 近くで短絡したとき、待たずに切る電流。変圧器の励磁突入電流では動かない値にする
整定は「いつ切るか」を決める作業です。速すぎれば誤動作、遅すぎれば被害が広がります。
電流タップ 何Aから過電流か。
時間レバー 曲線を上下に。
限時要素 大きいほど早く。
瞬時要素 待たずに切る。
読み方のコツ:単線結線図では「51」の小さな箱1つですが、整定値は図面に書き添えるか、別紙の整定表にまとめられています。動作の中身まで追うときは展開接続図を見ます。主遮断装置との組み合わせは第5回で見ています。
ここに注意!
「OCRは、電流が整定値をこえたらすぐ切る」ではありません。
限時要素は電流が大きいほど早く動き、小さな過電流では時間をおいて動きます。待たずに切るのは、とても大きな電流のときの瞬時要素です。
ここまでのポイント
  • タップで何Aからを決める
  • レバーで時間を調整
  • 瞬時は近くの短絡用

保護協調 ― 下位ほど速く、上位ほど遅く

ビルの2階で事故が起きたとき、受電のVCBが先に切れてしまうと全館停電です。そうならないよう、事故にいちばん近い遮断器が先に動くように、上下の動く時間をずらしておきます。これが保護協調です。

遮断器 動作時間の例 役目
分岐MCCB 0.02秒 事故の回路だけを切る
幹線ACB 0.3秒 分岐が切れなかったときの予備
受電VCB(51) 0.6秒 構内全体の最後のとりで
電力会社の変電所 1.0秒 構内で止まらなかったときに配電線を切る
数値は考え方を示す例です。実際の整定値は電力会社との協議で決まります。
事故の回路 MCCBだけ切る。
幹線ACB 分岐の予備。
受電VCB 最後のとりで。
時限差 約0.3秒。

上位と下位の時間差(時限差)は、0.3秒ほどが目安です。確かめるには、時間と電流の関係を対数目盛で重ねた保護協調図を使います。構内の事故で変電所まで動かしてしまうと、近所まで停電させる波及事故になります。

たとえるなら
保護協調は、火事のときの「消火器・消防車」の順番
小さな火は、まず近くの消火器で消します。いきなり街じゅうの消防車を呼ぶことはしませんよね。事故も、いちばん近い遮断器で先に止め、だめなときだけ上位が動きます。
ここに注意!
「速く切れるほど安全」ではありません。
上位までみな速いと、分岐の事故で受電VCBまで切れて全館が停電します。下位ほど速く、上位ほど遅く、上下で0.3秒ほどの差をつけます。
ここまでのポイント
  • 事故に近い所から切る
  • 時限差は約0.3秒
  • 電力会社より先に止める


間違えやすいところ

継電器 判断するだけ。
52Tと制御電源 生きているか。
速すぎる整定 全館停電。
協調 系統全体で1枚に。

よくある読み違い

  1. 継電器が電気を切ると思う:継電器は判断するだけで、切るのは遮断器です。
  2. 継電器が動けば必ず切れると思う:引外しコイル52Tまでの回路と制御電源が生きていないと切れません。
  3. 整定値を1台ずつ決める:保護は系統全体で1つの設計です。上から下まで1枚の協調図で確かめます。
  4. 速く切れるほど安全と思う:上位までみな速いと、分岐の事故で全館が止まります。
  5. GRとDGRを同じものと読む:番号(51Gと67)とZPDのあるなしで見分けます。

次回は、6,600Vを使える電圧に下げる変圧器バンクの読み方です。全体の流れは第1回で見ています。

ここに注意!
「継電器が動けば、必ず遮断器は切れる」ではありません。
継電器から引外しコイル(52T)までの回路と制御電源が生きていて、初めて遮断器が開きます。動作試験でこのつながりを確かめます。
ここまでのポイント
  • 継電器は判断だけ
  • 52Tと制御電源も確かめる
  • 協調は系統全体で

よくある質問

保護継電器とは何ですか?

事故の電流や電圧の変化を見て、「遮断器を切れ」と判断する機器です。自分で電気を切るわけではありません。変成器が検出し、継電器が判断し、遮断器が実行する、という3段で受電設備を守ります。

図面の「51」「67」は何の番号ですか?

JEM 1090で決められた器具番号です。51は過電流継電器(OCR)、51Gは地絡継電器(GR)、67は方向性地絡継電器(DGR)、27は不足電圧継電器(UVR)、59は過電圧継電器(OVR)です。単線結線図では、四角や丸の中にこの番号だけが書かれることがよくあります。

GRとDGRはどう違いますか?

GRは零相電流の大きさだけを見て動きます。DGRは零相電流と零相電圧の関係から、地絡が構内か構外かを見分け、構内のときだけ動きます。ZPDがあればDGR、なければGRと見分けられます。

OCRの限時要素と瞬時要素とは何ですか?

限時要素は、電流が大きいほど早く動く特性で、過負荷や遠くの短絡を受け持ちます。瞬時要素は、とても大きな電流が流れたときに待たずにすぐ動く要素で、近くの短絡を素早く切ります。

保護協調とは何ですか?

事故の場所にいちばん近い遮断器だけを動かして、停電の範囲を小さくする考え方です。下位(負荷側)ほど速く、上位(電源側)ほど遅く動くように整定し、上下で0.3秒ほどの時間差をつけます。

継電器が動けば必ず遮断器は切れますか?

切れるとはかぎりません。継電器は接点を閉じるだけで、そこから引外しコイル(52T)までの回路と制御電源が生きていて初めて遮断器が開きます。竣工時や定期点検で動作試験をするのは、このつながりを確かめるためです。

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HARITA
電気設備の設計に携わる技術者です。内線規程や電気設備技術基準の解釈などの一次資料をもとに、設計・施工者向けの技術解説と、専門知識のない方に向けた「住まいの電気」の解説を書いています。