高圧受電設備の保護のしくみ｜地絡と短絡で、PAS・主遮断装置・継電器のどれが動くか

SOG付きのPAS（区分開閉器）を置く高圧受電設備では、事故の種類と場所によって、動く機器が分かれます。動くのは、電力会社の配電線との境目に置くSOG付きのPAS、構内の主遮断装置、事故を見つけて主遮断装置を開かせる継電器です。PASと主遮断装置のあいだの短絡だけは、設備の中では切れず、変電所の遮断器が切ります。

事故	見つけるもの・動き	切るもの
主遮断装置より負荷側の高圧の地絡（CB形）	GRかDGR	VCB（真空遮断器）などの遮断器
主遮断装置より負荷側の高圧の地絡（PF・S形）	GRかDGR	開閉器（LBSなど）
主遮断装置より負荷側の高圧の短絡（CB形）	OCR（過電流継電器）など	VCBなどの遮断器
主遮断装置より負荷側の高圧の短絡（PF・S形）	（継電器を介さない）	限流ヒューズ（PF）
PASより負荷側の高圧の地絡（短絡が重ならない場合）	SOG制御装置	SOG付きPAS。すぐ開き、配電線は停電しない
PASと主遮断装置のあいだの短絡	（PASは過電流ロックで開かずに待つ）	変電所の遮断器。停電してからPASが開き、事故点を切り離す（制御電源の取り方によっては、この動作ができない）

事故の場所の分け方は、記事「SOG付きPASは短絡電流を切らない」の整理によります。各行の動作は、上4行が日本電気技術者協会の解説、下2行が戸上電機製作所の取扱説明書によります。

表の1行目と2行目の地絡は、5行目にも当たります。このとき主遮断装置とPASのどちらが先に開くかは、このサイトの記事ではまだ扱っていません。また、主遮断装置より負荷側の高圧の短絡でも、SOG制御装置の制御電源の取り方によっては、PASが同時にSO動作で開きます。

前提：高圧受電かどうかは約款で決まり、受電設備にはキュービクルと開放形がある

高圧で受けるかどうかは、送配電会社の託送供給等約款が決めます。東京電力パワーグリッドの約款では、接続送電サービス契約電力で分け、原則として50kW以上2,000kW未満が高圧です。ほかの送配電会社の約款は確かめていません。条項と例外は、記事「高圧受電は何kWから」にあります。

受電の機器一式を一つの金属製の外箱に収めた形が、キュービクル（キュービクル式高圧受電設備）です。現地で機器を組み立てる開放形もあります（記事「キュービクルと受変電設備の違い」）。次の節の受電設備容量は、このキュービクルの場合の値です。

主遮断装置：CB形は遮断器が、PF・S形は限流ヒューズが短絡を切る

日本電気技術者協会の解説によると、主遮断装置にVCBなどの遮断器を使う形がCB形です。開閉器（LBSなどの高圧の負荷開閉器）と限流ヒューズ（PF）を組み合わせる形は、PF・S形と呼ばれます。JISキュービクルの受電設備容量（変圧器容量の合計）は、CB形が4,000kVA以下、PF・S形が300kVA以下です。

PF・S形で、受電のPFが設備を一括して保護しているときは、容量の小さい変圧器の二次側直下の短絡に注意が要ります。遮断電流の推奨値を含め、詳しくは記事「VCBとLBSの違い」へ。

地絡の継電器：充電電流がGR感度電流の1/2以上ならDGRがよいとされる

GR（地絡継電器）は、零相変流器（ZCT）で検出した地絡電流の大きさで動作します。構内の高圧ケーブルが長く、対地静電容量が大きいと、構外の地絡でもGRが動作することがあります（もらい動作）。

DGR（地絡方向継電器）は、零相電流に加えて零相電圧も検出し、両者の位相を比べて、自分の構内の地絡かどうかを判別します。協会の解説では、構内の対地静電容量による充電電流がGR感度電流の1/2以上なら、DGR方式の採用がよいとされています。ケーブルの長さの目安は記事「GRとDGRの違い」の表に、計算の式は同じ記事の最後にあります。

SOG付きPAS：地絡だけならすぐ開き、短絡電流は自分では切らない

ここでのPASは、過電流ロック形（SOG付き）のものです。短絡を自分で切る遮断機能付のガス負荷開閉器もあります。

戸上電機製作所の取扱説明書によると、PASより負荷側の高圧で地絡が起き、短絡が重ならない場合は、SOG制御装置が動作してPASが開きます。配電線は停電しません。地絡と短絡が重なったときは、短絡のときの動作（過電流蓄勢トリップ動作、SO動作）が優先します。

PASと主遮断装置のあいだの短絡では、変電所の遮断器が動作して配電線が停電します。SOG制御装置の制御電源が無くなったところで、PASが開いて事故点を切り離します。ただし、制御電源を別系統やUPSの負荷側から取っていると、このSO動作ができません。

戸上電機製作所と東光高岳の仕様表で確かめた4例では、定格過負荷遮断電流はC400A〜C1200Aでした。この数字から読めるのは、短絡電流の数千アンペアを切る役が、SOG付きPASには与えられていないということです。詳しくは記事「SOG付きPASは短絡電流を切らない」へ。

自分の設備の保護を確かめる順番

1. 単線結線図で、主遮断装置がVCBなどの遮断器（CB形）か、開閉器と限流ヒューズ（PF・S形）かを確かめる。PF・S形で受電のPFが一括して保護しているなら、容量の小さい変圧器の二次側直下の短絡に注意する
2. 地絡継電器がGRかDGRかを確かめる。DGRなら、ZCTのほかにZPD（零相電圧を検出する接地コンデンサ）も使う
3. GRなら、受電ZCTより負荷側にある構内の高圧ケーブルについて、種類・太さごとの長さを図面で確かめて合計する。1心の静電容量（μF/km）と受電の周波数とあわせて充電電流の見当をつけ、GR感度電流の1/2（200mAなら100mA）と比べる。式は記事「GRとDGRの違い」の最後にある
4. PASがあるなら、PASの形式と仕様表を確かめる。SOG制御装置の制御電源がどこから来ているかも見る（取り方によってはSO動作ができない）。PASのSOG制御装置で地絡を見ているなら、方向性のものかどうかも型式で確かめる
5. 判断は、その事業場の電気主任技術者か、外部委託なら委託先（電気管理技術者、または電気保安法人）に相談する

PASとSOG制御装置は、確かめるために開けたり触ったりするものではありません。

まとめ

• 高圧で受けるかどうかは託送供給等約款が決める。東京電力パワーグリッドの約款では、接続送電サービス契約電力が原則50kW以上2,000kW未満なら高圧
• 主遮断装置が遮断器ならCB形、開閉器と限流ヒューズならPF・S形。主遮断装置より負荷側の高圧の短絡は、CB形では遮断器が、PF・S形では限流ヒューズが切る（日本電気技術者協会の解説）
• 主遮断装置より負荷側の高圧の地絡は、GRかDGRが見つける。充電電流がGR感度電流の1/2以上ならDGRの採用がよいとされる（協会の解説）
• SOG付きPASは、PASより負荷側の高圧の地絡（短絡が重ならない場合）ならすぐ開く。PASと主遮断装置のあいだの短絡では、変電所の遮断器が切って停電してから開き、事故点を切り離す。制御電源を別系統やUPSの負荷側から取っていると、この動作ができない（戸上電機製作所の取扱説明書）
• 自分の設備は単線結線図などで確かめ、判断は電気主任技術者か保安業務の委託先に相談する

参考にした資料

数値と条件の出典は、次の各記事の「参考にした資料」にあります。東光高岳の取扱説明書も、記事「SOG付きPASは短絡電流を切らない」の参考資料にあります。

• 「高圧受電は何kWから｜東京電力パワーグリッドの約款では、50kW以上2,000kW未満が高圧、2,000kW以上が特別高圧（どちらも原則）」（https://www.kousotsu-denkiman.com/koatsu-juden-nankw/ ）
• 「キュービクルと受変電設備の違い｜キュービクルは、高圧受電の機器一式を一つの金属製の箱に収めた形」（https://www.kousotsu-denkiman.com/cubicle-juhenden-chigai/ ）
• 「VCBとLBSの違い｜VCBは継電器の信号で短絡電流まで切り、LBSは短絡を限流ヒューズに任せる」（https://www.kousotsu-denkiman.com/vcb-lbs-chigai/ ）
• 「GRとDGRの違い｜DGRは零相電圧も見て、構外の地絡による「もらい動作」を防ぐ」（https://www.kousotsu-denkiman.com/gr-dgr-chigai/ ）
• 「SOG付きPASは短絡電流を切らない ― 過電流ロックで停電を待つ理由と波及事故」（https://www.kousotsu-denkiman.com/sog-pas-tanraku/ ）

主な一次資料

• 日本電気技術者協会 音声付き電気技術解説講座「高圧自家用受電設備の保護について」（https://www.jeea.or.jp/course/contents/05204/ ）
• 戸上電機製作所 取扱説明書 No.01314b「過電流ロック形 高圧気中負荷開閉器 KLT-PA形／SOG制御装置 LTR-P形・LTR-R形」（https://www.togami-elec.co.jp/document/catalogs/gr_pas_la_ippan_No.01314b.pdf ）
• 東京電力パワーグリッド 託送供給等約款（条項と版は「高圧受電は何kWから」に記載）