リクローザー

電力配電において、自動回路再閉路装置（ACR ）は、架空配電網で過渡障害を検出して遮断するために設計された開閉装置の一種です。再閉路装置または自動再閉路装置とも呼ばれるACRは、基本的に、統合された電流および電圧センサーと保護リレーを備えた定格回路ブレーカーであり、保護資産として使用するために最適化されています。商用ACRは、IEC 62271-111 / IEEE Std C37.60およびIEC 62271-200規格に準拠しています。^{[1] [2]}動作最大電圧の3つの主要なクラスは、15.5 kV、27 kV、および38 kVです。

架空電力配電網の場合、最大80%の障害は、落雷、サージ、または露出した配電線への異物の接触などの一時的なものです。したがって、これらの一時的な障害は、単純な再閉路操作で解決できます。^[3]再閉路装置は、短い開閉デューティサイクルを処理するように設計されており、電気技師は、ロックアウト段階に移行する前に、オプションで閉路操作の試行回数とタイミングを設定できます。^[4]再閉路の試行回数は、上記の再閉路装置規格により最大4回に制限されています。

定格電流の2倍では、リ​​クローザの急速トリップ曲線により、わずか1.5サイクル（または30ミリ秒）でトリップ（回路オフ）が発生する可能性があります。この1.5サイクルの間、影響を受けた回路が開いて故障電流を止めるまで、他の個別の回路で電圧の低下や点滅が発生する可能性があります。ブレーカーがトリップして短時間（通常は1～5秒後）開いたままになった後、自動的にブレーカーを閉じるのが標準的な手順です。^[5]

リクローザは、監視制御およびデータ収集(SCADA) またはその他の通信を使用してリモート操作および照会できる、事実上コンピュータ制御のスイッチギアであるため、スマートグリッドの主要コンポーネントとしてよく使用されます。照会およびリモート操作機能により、ユーティリティはネットワークのパフォーマンスに関するデータを集約し、電力復旧の自動化スキームを開発できます。自動化スキームは、分散型 (リモートリクローザレベルで実行) または集中型 (中央ユーティリティ制御室から発行された開閉コマンドをリモート制御の ACR で実行) のいずれかになります。

自動再閉路器は、油、真空、または六フッ化硫黄（SF ₆）遮断器を使用する単相^[6]および三相バージョンで作られています。再閉路器の制御は、オリジナルの電気機械システムから、計測機能とSCADA機能を備えたデジタル電子機器まで多岐にわたります。再閉路器の定格は、負荷電流10～1200 A、故障電流1～16 kAで2.4～38 kVです。^{[7] [8]}

3相回路では、3つの個別のヒューズカットアウトよりもリクローザの方が有益です。たとえば、Y型からデルタ型への変換で、Y型側でカットアウトを使用し、カットアウトヒューズ3つのうち1つだけが開くと、変圧器の巻線を介した電圧転送により、デルタ側の一部の顧客に低電圧状態が発生します。低電圧は電子機器に重大な損傷を引き起こす可能性があります。しかし、リクローザを使用すると、3つの相すべてが開くため、問題は解消されます。^[9]

リクローザーは1900年代半ばに米国で発明され、最も初期のリクローザーは1940年代初頭にカイル社によって導入されました。^[10]リクローザーは元々、基本的な機械保護リレー機能を備えたオイル充填油圧装置でした。現代の自動回路リクローザーは、元の油圧装置よりも大幅に進歩しています。 1980年代に半導体ベースの電子保護リレーが登場したことで、リクローザーの高度化が進み、電力配電網のさまざまな異常動作や故障に対して異なる対応が可能になりました。現代のリクローザーの高電圧絶縁および遮断装置は、通常、電流遮断とアーク消弧用の真空遮断器を備えた固体誘電体絶縁体で構成されています。^{[11] [12]}

電力配電網の損傷を防ぐために、ネットワーク上の各ステーションは、短絡が発生した場合に電力を遮断する回路ブレーカーまたはヒューズ カットアウトで保護されています。これらの保護ソリューションは、過渡事象の直後に電力を復旧する際に大きな問題を引き起こします。修理担当者が回路ブレーカーを手動でリセットするか、ヒューズ カットアウトを交換する必要があるためです。

あるいは、リクローザーは、短絡後にリセット プロセスをリモートで自動化するようにプログラムされており、よりきめ細かなサービス復旧が可能になるため、供給の可用性が向上します。一時的な障害 (たとえば、暴風雨で木から吹き飛ばされた枝が電力線に落ち、枝が地面に落ちるとすぐに自然に消える) の際にリクローザーを使用すると、リモートで電力を復旧できます。

リクローザーは、遠隔操作により、現場作業員が現場まで出向いてロックアウト状態になったデバイスをリセットする必要性が減るため、 運用コストを大幅に節約できます。

リクローザーは、ネットワークを小さなセクションに分割することで、電力供給ネットワークの損傷に対処することもできます。これは、おそらく電力供給下流の分岐点ごとに行われます。これらのセクションは、フィーダーステーションのブレーカーよりもはるかに少ない電力を処理し、はるかに低い電力レベルでトリップするように設定できます。その結果、グリッドで 1 つのイベントが発生すると、フィーダーステーションが問題に気付いて電力を遮断するずっと前に、1 つのリクローザーが処理するセクションのみが遮断されます。

再閉路装置は、電力配電ネットワークを再構成することで 負荷フローの問題を解決できます。

再閉路の基本的な考え方は、故障の種類を積極的に考慮し、検出された故障の種類の確率に基づいて効果的な対応を提供することです。故障電流は、電流検出 変圧器によって検出されます。

架空配電網における主な障害の種類は落雷です。落雷サージにより電圧が上昇し、局所的な絶縁破壊を引き起こし、絶縁体上でアーク放電が発生する可能性があります。再閉路装置は、これを過電流または地絡として検出できます (障害の非対称性によります)。落雷サージは非常に速く通過するため (50 ミリ秒で減少)、最初の再閉路はトリップと再閉路の両方を迅速に行うように設定できます。この最初の再閉路により、落雷によるアーク放電を遮断しながら、電力を迅速に回復できます。

最初の迅速な再閉路後に再閉路装置が障害に閉路した場合、その障害は二次障害クラス、植物との接触、または機器の故障である可能性が高いです。過電流障害は線間クラスの障害を示し、逆相過電流保護によって確認できますが、地絡障害は線対地間または二重線対地間の障害を示している可能性があります。その後、再閉路装置はヒューズ燃焼ポリシーを適用できます。これは、側線のヒューズが燃焼して障害を分離できるように、再閉路装置を短時間閉じたままにするものです。障害が解消されない場合、再閉路装置は再び開きます。この同じポリシーを使用して、障害サイトにエネルギーを供給し、障害を線から焼き切ることができます。これは、複数の線路間の分岐交差、または導体に接触した動物（鳥、ヘビなど）である可能性があります。

再閉路器の高感度地絡保護は、通常、即時ロックアウトに設定されています。中電圧ラインでの小さな漏れ電流（1アンペア未満）の検出は、絶縁体の故障、ケーブルの破損、またはラインが木に接触していることを示す可能性があります。このシナリオに再閉路を適用するメリットはなく、業界のベストプラクティスは、高感度地絡保護で再閉路しないことです。500mA以下を検出できる高感度地絡保護を備えた再閉路器は、火災発生のリスクを80％削減できるため、火災緩和技術として使用されますが、^[13]このアプリケーションでは再閉路器として使用されることはなく、これらの障害の存在を確認するための感度を可能にする単発分散回路ブレーカーとしてのみ使用されます。^[14]

従来のリクローザーは、遠隔地の配電所を訪問して遮断器を閉じ、電力を回復しようとする作業員の作業を自動化するために設計されました。最新のリクローザーの高度な保護機能により、これらのデバイスはさまざまな追加アプリケーションで使用されています。

影響を受けた架空送電線から電力が供給されるエリアの住宅顧客は、自動再閉路装置の動作の影響を時折目にすることがあります。障害が顧客自身の配電回路に影響する場合、1 回または数回の短時間の完全停電が発生し、その後、通常動作 (一時的な障害が解消された後、自動再閉路装置が電力の回復に成功する) またはサービスが完全に停止 (自動再閉路装置が最大 4 回の再試行を試行する) することがあります。

故障が顧客に隣接する回路にある場合、大きな故障電流が隣接する回路に流れ込み、1 回以上中断されると、顧客は電圧の短い「低下」を数回経験することがあります。典型的な兆候としては、雷雨の際の家庭の照明の低下、または断続的な停電が挙げられます。自動再閉路装置の動作により、電子機器の時間設定が失われ、揮発性メモリのデータが失われ、停止、再起動、または停電による損傷が発生する可能性があります。このような機器の所有者は、停電や電力サージの影響から電子機器を保護する必要がある場合があります。

リクローザは、セクショナライザーと呼ばれる下流の保護装置、通常はカウンターまたはタイマーによって作動するトリップ機構を備えたディスコネクタまたはカットアウトと連携する場合があります。 ^[17]セクショナライザーは一般に故障電流を遮断するように定格設定されていませんが、多くの場合、基本絶縁レベルが高く、一部のセクショナライザーを分離ポイントとして使用できます。各セクショナライザーは、リクローザ (または回路遮断器) による故障電流の中断を検出してカウントします。事前に決められた回数の中断の後、セクショナライザーが開き、回路の故障セクションが分離され、リクローザが他の故障していないセクションへの電源供給を回復できるようになります。^[18]一部の最新のリクローザ コントローラは、リクローザをセクショナライザー モードで動作するように構成できます。これは、保護等級マージンが小さすぎて電気資産間の効果的な保護調整を提供できないアプリケーションで使用されます。

火災の危険性は架空配電網の本質的なリスクです。配電保護スイッチギアの選択に関係なく、火災の危険性は地中送電よりも架空導体の方が常に高くなります。^[13]

2009年の森林火災を調査したビクトリア州王立委員会は、森林火災の危険度が高い日には再閉鎖を無効にする必要があるが、危険度が低い日には供給の信頼性を確保するために再閉鎖を適用すべきであると指摘した。^[14]

誤って設定された、または古いモデルの再閉路器は、山火事の発生や拡大に関係していると言われています。2009年のオーストラリアのブラックサタデー森林火災の調査では、500mAに設定された敏感地絡保護を備えた単発回路ブレーカーとして動作する再閉路器は、火災発生のリスクを80％削減することが示されました。火災リスクが高い日には、いかなる形態の再閉路も取り除く必要があり、一般的に、検出された敏感地絡故障には再閉路を適用すべきではありません。^[13]

ビクトリア州の電力会社は王立委員会の要請に応じ、高リスク地域の架空送電網の一部を地中ケーブルに転換し、露出した架空導体を絶縁ケーブルに交換し、古い再閉路装置を遠隔通信機能を備えた最新のACRに交換して、山火事リスクの高い日に設定を調整できるようにした。^[19]

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