開放三角結線の仕組みと地絡故障検知
家電を知りたい
『開放三角結線』ってどういう仕組みですか？
家電製品マニア
「開放三角結線」は、接地電圧変成器（EVT）の二次側で利用される結線方式で、中性点を開放状態にすることで、地絡故障発生時にのみ零相電圧が発生する仕組みです。
家電を知りたい
開放端にはなぜ零相電圧が発生するのですか？
家電製品マニア
地絡故障が発生すると、EVTの一次側の中性点に電流が流れ、二次側の開放端には零相電圧が誘導されるためです。この電圧は、完全地絡時には零相電圧の3倍になります。
開放三角結線とは。
「開放三角接続」という電機用語があります。送電設備などで、送電系統の地絡故障を正確に検知するために接地電圧変成器（EVT）が設置されます。EVTの1次側を星形接続し、中性点を接地します。そして、2次側を開放三角接続にすることで、地絡故障が発生した場合のみ、開放端部に零相電圧が発生します。検出される電圧は、完全地絡の場合、零相電圧の3倍となります。
開放三角結線とは
開放三角結線とは、電気回路における3相電源の配線方式の一種です。この結線では、トランスの2次巻線のうちの1巻線を回路から取り外し、残りの2巻線を使用して回路を構成します。開放三角結線は、電源が一時的に失われた場合や、トランスの1巻線に障害が発生した場合など、緊急時に使用されます。この結線により、残りの2巻線から限られた電力供給を得ることができますが、負荷容量は通常時の3分の2に減少します。また、開放三角結線では、地絡故障が発生した場合に電圧が不安定になるため、地絡故障検知に役立つ場合があります。
開放三角結線の仕組み
開放三角結線は、変圧器一次側の3本の巻線を三角形に接続する結線方式です。この結線の目的は、3相変圧器の巻線の相電圧を同じにして、系統電圧に対して対称的な電圧を供給することです。
開放三角結線では、各巻線の端子を接続せずに「開放」のままにしておきます。これにより、巻線間にループインピーダンスが形成され、システムに電流が流れなくなります。そのため、故障時にも変圧器の巻線が保護され、短絡電流による故障を防止できます。また、負荷変動に対して安定した電圧供給が可能になります。
接地電圧変成器の役割
接地電圧変成器は、開放三角結線システムにおいて、地絡故障の検出に重要な役割を果たしています。この変成器は、接地抵抗器と並列に接続され、システムの中性点を接地に接続する仮想的な経路を提供します。
地絡故障が発生すると、故障箇所から中性点への電流が流れ、接地電圧変成器に電圧を生じさせます。この電圧は、故障電流によって比例的に変化し、障害を検出するための信号として使用されます。変成器の出力はリレー保護装置に接続され、地絡故障を検出すると、故障を分離するための遮断器作動がトリガーされます。
開放端の電圧発生
開放三角結線では、3つの巻線のうち1つが開放（断線）すると、健全な2つの巻線に流れる電圧がアンバランスになります。このアンバランスは、開放端の巻線に電圧が発生することによって生じます。
通常、三角結線では、3つの巻線の電圧が互いに120度ずれており、中性点は各巻線の電圧の1/3になります。しかし、1つの巻線が開放されると、このバランスが崩れ、開放端の電圧が上昇します。これは、開放端の巻線が電磁誘導によって発生する電圧よりも、健全な巻線から流れるアンバランス電流によって発生する電圧の方が高いためです。
地絡故障の検知原理
地絡故障の検知原理
開放三角結線の最大の特徴は、地絡が発生すると健全相に流れる電流が、故障部分が抵抗性であってもインダクティブであっても位相の異なる3つの電流に分裂することです。 この電流の位相の違いは、一般的に「零相電流」と呼ばれます。零相電流は、正常時にはほとんど流れず、地絡が発生すると流れ始めます。この特性を利用して、地絡故障を検知します。
地絡検知装置は、通常、開放三角結線の変圧器の中性点または接地変圧器の中性点に接続され、零相電流を監視しています。地絡が発生すると、零相電流が流れ始め、検知装置が異常を検出します。 この異常信号は、保護リレーに送られ、断路器をトリップさせるなどの保護措置が講じられます。
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