保護継電器の「動作時間」と、メカニカルリレー(補助リレー・トリップリレーなど)の時間は、系統事故時の「遮断時間」について

保護継電器の「動作時間」と、メカニカルリレー(補助リレー・トリップリレーなど)の時間は、系統事故時の「遮断時間」を一緒につくる仲間です。

動作時間と復帰時間については以下を参照ください

ここを整理しておくと、

なぜ補助リレーをケチると危ないのか

なぜ保護協調で 0.3〜0.5 s のマージンを取るのか

なぜ IED が速いのに系統全体はそんなに速くならないのか

が腑に落ちてきます。

順にいきます。

1. 保護継電器の「動作時間」とは何か

まず用語の整理から。

保護継電器の動作時間は、原則として:

故障が発生して,継電器が所定の感度以上となってから、

トリップ接点が動作するまでの時間

を指します。

代表的には:

過電流継電器 (OC, 50/51)

地絡過電流継電器 (51G/51N)

距離継電器 (21)

他、各種デジタルリレー

で「即動要素」「時限要素」「反限時特性」などとして

カーブ or 固定値で示されています。

ここでポイント:

この「動作時間」は継電器の中までの話。

遮断器はまだ一歩も動いていない。

外付けメカリレー(86, 94, 補助リレー)の時間は、

通常「保護継電器の動作時間には含まれていない」と考えるのが安全です。

(メーカー仕様で「トリップ回路まで含む」と明記している場合もありますが、実務では分解して理解しておく方が確実です)

2. 系統的には「合算」で効いてくる

事故時に系統側から見ると大事なのは:

故障発生 → 電流検出 → 継電器判断 → トリップ回路 → 遮断器開極 → アーク消滅

までの「トータル時間」です。

ざっくり式にすると:

IED(保護リレー)トリップ接点 → トリップリレー (94) → ロックアウトリレー (86) → 遮断器トリップコイル → 遮断器開放

この中の

トリップリレー・補助リレー・86リレーはぜんぶ「メカリレー」なので、

1段で 10〜20 ms

段数を重ねるとそのぶん加算

遮断器も一般的な高圧〜特高で「30〜60 ms 前後」は普通にかかる

→ 結果として:

保護継電器本体が「0.02〜0.05 s 即動です!」と言っていても、

現場の全体遮断時間は 0.08〜0.15 s 程度になる、というのはよくある話です。

この差をちゃんと見ないと、

「カタログ上は速いのに、上位系統との保護協調が崩れている」

みたいな事故設計になります。

3. 保護協調とメカリレー時間の関係

(1) 時限要素の協調

例えば、下位側 51 の整定が:

動作時間:0.5 s(故障電流に対して)

上位側 51 の整定を、

0.8 s にしたとします(0.3 s の協調マージン)

ここで本来考えるべきは:

0.5 s(下位継電器)

+ 下位側トリップリレー + 遮断器開放時間

0.8 s(上位継電器)

のあいだに十分な差があるか?

もし下位側に:

遅いトリップ補助リレーが 2段入っている

遮断器が実測で 60〜70 ms かかる

などが重なると、

実効遮断時間が 0.6〜0.65 s ぐらいまで伸びる

上位継電器 0.8 s との差が実質 0.15〜0.2 s 程度になる

→ CT誤差・故障電流のばらつき等を考えると、協調が怪しくなる。

設計ポイント

協調計算では**「保護継電器本体」だけでなく**

外付けメカリレーの最大動作時間

遮断器の最大開極時間 を足し込んだ「系統としての時限」で評価する。

不要な中間リレーを増やしすぎない。

必要なら高速度トリップリレーを選定する。

(2) 即動要素・高速保護との関係

距離継電器 1段、差動継電器、母線保護など:

動作時間:10〜30 ms クラス

「遮断器そのものの速度が支配的になる世界」です。

ここではメカリレーの遅れが特に効きやすい。

例えば:

差動継電器が 15 ms で動作

高速トリップリレー:10 ms

遮断器:40 ms

全体:65 ms

ところが、

旧式の遅い補助リレー(20〜30 ms)をかませまくると、

80〜100 ms クラスになり、

「母線高速保護のつもりが、あまり速くない系統」になってしまう。

なので:

高速保護系では

メカリレーを極力減らす

専用高速トリップリレー・86リレーを採用

IEDの接点から直接トリップさせる設計も選択肢

「保護リレーがデジタルで速くなった分、周りのメカがボトルネック化する」

ことを常に意識するのがコツです。

4. 実務での注意点(ここを押さえると事故らない)

(1) メカリレーを「無視しない」

保護継電器の整定計算書や、系統の保護協調図を書くとき:

□ 保護継電器本体の動作時間

□ 使用している 86/94/補助リレーの代表動作時間

□ 遮断器の機械的開極時間(最大値)

をセットで書いておくと安心です。

「補助リレーなんて 10ms でしょ?」とノリで流さない。

(2) DCトリップ回路の電圧降下・サージ対策

前の話ともリンクしますが:

DCトリップ回路が長い

細いケーブル

接点を多段に直列

サージ吸収素子を大量に挟む

→ コイル電圧が下がる → 補助リレー・トリップコイルがもたつき、動作時間が延びる。

対策イメージ:

トリップ回路はできるだけシンプル・低インピーダンスに

不要な直列接点を減らす

サージ対策と応答速度のバランスを見る

メーカーの「最小動作電圧」と実配線での電圧降下をきちんと計算

(3) 不必要な多段トリップ連鎖をやめる

ありがちな構成:

IED → 補助リレー → 別の補助リレー → ロックアウト → トリップコイル

これはその分だけ:

故障時の時間が延びる

故障点も増える

必要な機能(多回路トリップ・ラッチ・インターロック)に対して「最小限の段数」に整理するのが良いです。

(4) 試験時は「実際の時間」を測ると理解が深まる

現場試験や工場試験で、

2次注入試験+トリップ回路までつないだ状態で、

故障印加 → 遮断器コイル通電 までの時間

遮断器開極接点(52a/52b)まで含めた全体時間

を一度測ってみると、

「あ、保護継電器単体より実系統はこんなに遅いのね」

が体感できます。

この感覚があると、整定を見る目が一段上がります。

5. ざっくり結論

保護継電器の動作時間は「検出〜リレー接点」まで。

系統が欲しいのは「故障〜遮断完了」まで。

そのギャップを埋めるのが

メカリレー(補助・トリップ・86)

遮断器の機械動作時間

協調計算・高速保護設計では、この“メカの数十ミリ秒”を絶対にナメないこと。

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