JP2009247155A - 高抵抗地絡検出方法及び装置 - Google Patents

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【課題】 変電所構内に敷設された直流き電ケーブルにおける接地抵抗が高い地絡故障を検出する地絡検出装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る地絡検出装置は、直流電気鉄道用変電所において高圧側直流き電ケーブル１１、１２、１３及び１４と帰線側直流き電ケーブル１５及び１６の全てを囲んで配置されているロゴスキーコイル５と、ロゴスキーコイル５の出力電圧に基づいて地絡による事故電流の測定する電流測定回路６とで構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は変電所構内や沿線に敷設された直流き電ケーブルにおける地絡故障を検出する地絡検出装置に関する。
一般的な電力ケーブルと異なり、直流電気鉄道における直流き電ケーブルの外層には金属の遮蔽層がない。このため、特に故障電流の小さい地絡故障の検出は困難である。これまで、電気鉄道用変電所構内の地絡故障の検出には、例えば特開２００３−３２８８２号公報に記載されている如く、高圧接地継電器が使用されてきた。しかしながら、高圧接地継電器は、その原理上、故障電流が数Ａ〜数１０Ａ程度と小さい接地抵抗が高い地絡故障を検出することは殆んど不可能である。
特開２００３−３２８８２号公報 特開平５−１３３９９３号公報 特開２００３−３１５３７２号公報
本発明が解決しようとする課題は、変電所構内に敷設された直流き電ケーブルにおける接地抵抗が高い地絡故障を検出する地絡検出装置を提供することである。
本発明者は、地絡故障時には、整流器の出力である高圧側直流き電ケーブルを流れる電流と帰線側直流き電ケーブルに流れる電流に差が生じることに着目した。そして、この差電流によって発生する磁束を、電気鉄道用変電所構内において前記高圧側直流き電ケーブルと帰線側直流き電ケーブルの全てを囲んで配置したサーチコイルで検出し、高抵抗地絡故障の有無を判定するようにした。そして、サーチコイルには、特開平５−１３３９９３号公報や特開２００３−３１５３７２号公報などに開示されている如く、雷撃電流や地絡／短絡などの事故電流の測定に実績のあるロゴスキーコイルを用いた。
本発明により、変電所構内に敷設された直流き電ケーブルにおける接地抵抗が高い地絡故障を確実に検出する地絡検出装置が提供された。
電気鉄道用変電所構内において全ての高圧側直流き電ケーブルと全ての帰線側直流き電ケーブルを囲んでロゴスキーコイルを配置し、前記ロゴスキーコイルの出力電圧に基づいて、変電所構内に敷設された直流き電ケーブルにおける接地抵抗が高い地絡故障を検出するようにした。
実施例１の高抵抗地絡検出装置が適用される直流電気鉄道のき電システムとは、例えば図１と図２に示す如く、直流電気鉄道用変電所から直流き電線２１，２２，２３，２４に、直流き電ケーブル１１，１２，１３，１４，１５，１６を介して、直流き電力を供給するシステムである。前記直流電気鉄道用変電所は、商用電源に接続された変圧器２と、変圧器２の三相交流出力を整流する整流器３、及び整流器３の高圧側出力端子と低圧側出力端子間に接続されたフィルタ４で構成されている。
高圧側直流き電ケーブル１１は、整流器３の高圧側出力端子に一端が、直流き電線２１に他端がそれぞれ接続されている。高圧側直流き電ケーブル１２は、整流器３の高圧側出力端子に一端が、直流き電線２２に他端がそれぞれ接続されている。高圧側直流き電ケーブル１３は、整流器３の高圧側出力端子に一端が、直流き電線２３に他端がそれぞれ接続されている。更に、高圧側直流き電ケーブル１４は、整流器３の高圧側出力端子に一端が、直流き電線２４に他端がそれぞれ接続されている。
帰線側直流き電ケーブル１５は、整流器３の低圧側出力端子に一端が、レール３１に他端がそれぞれ接続されている。また、帰線側直流き電ケーブル１６は、整流器３の低圧側出力端子に一端が、レール３２に他端がそれぞれ接続されている。
電車１１は直流き電線２１から直流き電力を供給されてレール３１上を走行している。電車１２は直流き電線２２から直流き電力を供給されてレール３２上を走行している。電車１３は直流き電線２３から直流き電力を供給されてレール３１上を走行している。更に、電車１４は直流き電線２４から直流き電力を供給されてレール３２上を走行している。
実施例１の高抵抗地絡検出装置は、直流電気鉄道用変電所において高圧側直流き電ケーブル１１、１２、１３及び１４と帰線側直流き電ケーブル１５及び１６の全てを囲んで配置されているロゴスキーコイル５と、ロゴスキーコイル５の出力電圧に基づいて地絡による事故電流の測定する電流測定回路６とで構成されている。
以下、本発明の作用について説明する。図１と図２において、第１の高圧側直流き電ケーブル１１には、整流器３から直流き電線２１に向かう電流(ＩDC1＋ｉAC１)が流れている。第２の高圧側直流き電ケーブル１２には、整流器３から直流き電線２２に向かう電流(ＩDC２＋ｉAC２)が流れている。第３の高圧側直流き電ケーブル１３には、整流器３から直流き電線２３に向かう電流(ＩDC３＋ｉAC３)が流れている。更に、第４の高圧側直流き電ケーブル１４には、整流器３から直流き電線２４に向かう電流(ＩDC４＋ｉAC４)が流れている。
他方、第１の帰線側直流き電ケーブル１５には、レール３１から整流器３に向かう電流(ＩDC１＋ｉAC１＋ＩDC３＋ｉAC３)が流れている。更に、第２の帰線側直流き電ケーブル１６には、レール３１から整流器３に向かう電流(ＩDC２＋ｉAC２＋ＩDC４＋ｉAC４)が流れている。
高圧側直流き電ケーブル１１、１２、１３及び１４と帰線側直流き電ケーブル１５及び１６の全てを囲んで配置されているロゴスキーコイル５は、これら全ての直流き電ケーブルを流れる電流の交流分(ｉAC１＋ｉAC２＋ｉAC３＋ｉAC４)によって発生する磁束と鎖交する。従って、ロゴスキーコイル５は前記電流の交流分に対応する大きさの電圧を発生する。そして、電流検出回路６は、ロゴスキーコイル５が発生した電圧を処理し、全ての直流き電ケーブルを流れる電流の交流分(ｉAC１＋ｉAC２＋ｉAC３＋ｉAC４)を測定する。
図１に示す状態、即ち、直流き電システムに高抵抗地絡がない状態においては、高圧側直流き電ケーブル１１、１２、１３及び１４と帰線側直流き電ケーブル１５及び１６の全てを流れる電流の交流分(ｉAC１＋ｉAC２＋ｉAC３＋ｉAC４)は零である。従って、図３(Ａ)に示す如く、ロゴスキーコイル５には電圧は発生しない。
しかしながら、図２に示す状態、即ち、直流き電システムに高抵抗地絡が発生している状態においては、高圧側直流き電ケーブル１１、１２、１３及び１４と帰線側直流き電ケーブル１５及び１６の全てを流れる電流の交流分(ｉAC１＋ｉAC２＋ｉAC３＋ｉAC４)は零ではなく、差電流δｉACとなる。従って、図３(Ｂ)に示す如く、ロゴスキーコイル５には差電流δｉACに対応した電圧が発生する。そして、電流検出回路６は、前記電圧を処理し、全ての直流き電ケーブルを流れる電流の交流分(ｉAC１＋ｉAC２＋ｉAC３＋ｉAC４)を、即ち差電流δｉACを測定する。なお、実施例１において、フィルタ４は電源周波数f0の高調波6f0，12 f0，18 f0を遮断するフィルタである。従って、全ての直流き電ケーブルを流れる電流の交流分は6f0，12 f0，18 f0を除去したものであって、ロゴスキーコイル５は高調波24f0を交流波分として検出する。
直流き電システムに高抵抗地絡が発生している状態とは、例えば図２に示す如く、電気鉄道用変電所構内において高圧側直流き電ケーブル１２が高抵抗地絡を発生している状態であり、高圧側直流き電ケーブル１２の地絡箇所１とアースとの間には数Ａ〜数１０Ａ程度の小さな故障電流が流れている。この小さな故障電流の発生によって、上記差電流δｉACが発生し、その大きさは故障電流の大きさに対応する。従って、電流検出回路６は、ロゴスキーコイル５の出力電圧を処理して、高圧側直流き電ケーブル１２の高抵抗地絡による故障電流を測定する。
本発明の実施例１の高抵抗地絡検出装置が適用された直流き電システムであって、高抵抗地絡がない状態を示す。 本発明の実施例１の高抵抗地絡検出装置が適用された直流き電システムであって、高抵抗地絡が発生している状態を示す。 本発明の実施例１におけるロゴスキーコイルによる差電流検出の説明図であって、（Ａ）は直流き電システムに高抵抗地絡が発生しない状況を、（Ｂ）は直流き電システムに高抵抗地絡が発生している状況を示す。
符号の説明
１ 地絡箇所
２ 変圧器
３ 整流器
４ フィルタ
５ ロゴスキーコイル
６ 電流測定回路
１１，１２，１３，１４ 高圧側直流き電ケーブル
１５，１６ 帰線側直流き電ケーブル
２１，２２，２３，２４ き電線
３１，３２ レール
























Claims (4)

  1. 電気鉄道用変電所の構内において、整流器に接続されている全ての高圧側直流き電ケーブルを流れる電流の高調波成分と前記整流器に接続されている全ての帰線側直流き電ケーブルを流れる電流の高調波成分との差電流をサーチコイルで検出することによって、前記高圧側直流き電ケーブルの高抵抗地絡を検出する高抵抗地絡検出方法。
  2. 前記サーチコイルは、ロゴスキーコイルであることを特徴とする請求項１に記載の高抵抗地絡検出方法。
  3. 電気鉄道用変電所の整流器に接続されている全ての高圧側直流き電ケーブル並びに全ての帰線側直流き電ケーブルを囲んで配置されたサーチコイルと、前記サーチコイルに発生した電圧を処理する電流計測回路とで構成された高抵抗地絡検出装置。
  4. 前記サーチコイルは、ロゴスキーコイルであることを特徴とする請求項３に記載の高抵抗地絡検出装置。























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