JP4921929B2 - 配電系統の短絡保護システムおよびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、配電線系統において、電圧の安定と需要変動への対応を容易にする目的で、ループ系統を構成した場合の配電系統の短絡保護システムおよびその方法に関する。

現在、配電系統をループ化して需要家への電力を供給する形態は、余り実用化されてはいない。しかし、最近では、配電線の送電容量の限度を越えた大口需要家への供給ニーズが高まっていることや、分散電源の設置によって需要変動に対する電圧の安定性確保が必要となっていることから、配電系統のループ化が要請されてきている。

配電系統をループ系統とした場合には、ループ系統事故時にループ点における事故回線選択が重要になる。ループ系統内の事故時は、配電線のループ点あるいはループ構成連絡線を速やかに遮断しなければ、ループ構成系統の電源変電所端子の保護リレーにより、ループ系統全体が停電してしまうおそれがある。もし、変電所側の保護リレーが動作する前に、回線選択を的確に行えない場合は、電源である変電所側でループ回線が全て遮断され、ループ系統の需要家が受電できなくなるという問題がある。

さらに、複数の配電線を用いてループ系統を構成する場合には、配電線の各相インピーダンスの不平衡によって、負荷電流に起因する零相環流電流がループ系統に流れ、この零相還流電流が大きい場合、短絡方向リレーの不正動作を招くという問題がある。

このようなループ系統を保護する技術については、特許文献１に提案されているものが存在する。しかし、かかる技術は短絡事故検出であり、樹枝状の配電線とループ系統構成した配電線とで、系統構成に応じて変電所での事故検出遮断方式を変更するものであって、ループ点を遮断できないため、やはりループ系統全体が停電してしまう。

ループ系統の場合は、ループ点での事故検出遮断が変電所の保護装置と協調を取って適切に行われれば、変電所の保護方式を変更する必要は無い。また、特別高圧送電線路での平行多回線保護の場合は、非特許文献１に記載されている方法がある。これは、図１４に示すように、平行２回線の外部事故Ｆ１時には、両回線の差電流はほぼ０となることと、内部事故Ｆ２時は、健全回線に流れる電流ＩＢよりも、事故回線に流れる電流ＩＡの方が大きいことを利用したものである。

特開２００４−２５４３６９号公報 「電気工学ハンドブック 第６版」 社団法人 電気学会、２００１年２月２０日 １９編 「保護リレーと監視制御装置の１．２．３回線選択保護リレー」

しかしながら、上記の平行多回線保護の方式は、２回線送電線のインピーダンスがほぼ同じであるという前提に成り立つ方式であり、配電線のように、線種が種々異なっている場合や、長さの異なる一般の配電線を３回線、４回線でループ構成する場合などには採用できない。

結局、事故検出は、従来の電源変電所端子の過電流検出では識別できず、ループ点あるいはループ構成連絡線の電流情報のみでも事故配電線の識別はできなかった。

本発明は、事故方向の判定により、ループを構成する配電線の事故を的確に検出して選択遮断し、最小の停電範囲とすることが可能な配電系統の短絡保護システムおよびその方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、電源変電所に接続された複数の配電線を、ループ点遮断器を介してループ構成して電力を供給するようにした配電系統の短絡保護システムにおいて、ループを構成する各配電線毎に、電源変電所端子電流、ループ点を流れる電流および当該ループ点の電圧をそれぞれ抽出する抽出手段と、前記電源変電所端子電流および前記ループ点に流れる電流とから差電流を求め、当該差電流が予め定めた設定値以上のとき動作信号を出力する差電流検出手段と、前記電源変電所端子電流および前記ループ点に流れる電流から求められた差電流および前記ループ点の電圧とから事故方向を判別し、事故方向が予め定めた方向であるとき動作信号を出力する方向判定手段と、前記差電流検出手段および前記方向判定手段の双方から動作信号が出力されたことにより、前記ループ点遮断器に遮断指令を出力する事故回線検出手段と、を備えたことを特徴とする。

以上のような本発明では、ループを構成する各配電線毎の電源変電所端子電流およびループ点を流れる電流の差電流と当該ループ点の電圧とを使用して、配電線の事故判定とその方向判定を行い、ループ点遮断器を高速に遮断し、その後、電源変電所端子の需要家保護装置と協調をとった保護装置で事故配電線の電源変電所端子を遮断することで、ループ系統の停電範囲を最小にすることができる。

以上述べたように、本発明によれば、事故方向の判定により、ループを構成する配電線の事故を的確に検出して選択遮断し、最小の停電範囲とすることが可能な配電系統の短絡保護システムおよびその方法を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態とする）を、図面を参照して以下に説明する。
［ループ系統の構成例］
まず、以下に説明する各実施形態が適用されるループ系統の一例を、図１を参照して説明する。なお、図１は、３回線（Ａ，Ｂ，Ｃ）をループ構成した系統を示す例である。但し、ループ系統を構成する回線数は、これには限定されない。

図１において、１は配電用変電所母線、２は配電線、３はループ系統を構成したときの連絡線、４は配電線の負荷線、５はループを構成している線路の遮断器、６および７は電気量抽出手段としての変成器である。

遮断器５のうち、５Ａは配電用変電所の端子遮断器である。また、５Ｂは連絡線に介挿した遮断器であり、便宜上ループ点遮断器という。変成器６，７のうち、６Ａは配電用変電所の電流変成器（ＣＴ）、６Ｂはループを構成する連絡線の電流変成器（ＣＴ）、７Ａは配電用変電所の母線の電圧変成器（ＶＴ）、７Ｂはループを構成する連絡線の電圧変成器（ＶＴ）である。添え字のアルファベット文字のａ，ｂ，ｃは、ループ系統を構成する回線（Ａ，Ｂ，Ｃ）ごとの要素を示し、ｄはループ系統以外の配電線である。

なお、図１では示していないが、配電用変電所には、ＣＴ６Ａで抽出した電流を入力して事故検出を行う事故検出リレーを設けており、この事故検出リレーの動作によって端子遮断器５Ａを遮断するようになっている。

［第１の実施形態］
［構成］
次に、本発明の第１の実施形態の短絡保護装置を、図２を参照して説明する。図２において、１０は短絡保護装置、１０１はループを構成する回線および連絡線の電流変成器６Ａ，６Ｂおよび電圧変成器７Ａ，７Ｂの出力を短絡保護装置１０に入力する入力回路（入力手段）、１０２は各回線電流、電圧等を保護装置として使用しやすい大きさに変換する変換装置、１０３はループ系統を構成する配電線の差電流（Ｉｄ）を検出し、この差電流（Ｉｄ）が設定値（Ｉｋ）以上の場合、出力を生じる差電流検出回路（差電流検出手段）、１０４は検出した差電流（Ｉｄ）と電圧（Ｖ）を使用して事故方向を判定（識別）する方向判定回路（方向判定手段）である。

１０５は差電流検出回路１０３の差電流検出条件（Ｉｄ≧Ｉｋ）と方向判定回路１０４で識別された事故方向とにより事故配電線を検出し、遮断指令を出力する回路（事故回線検出手段）である。１０６は、事故配電線に係る遮断器へ遮断指令を与える信号である。遮断指令は、ループ点あるいはループ構成連絡線遮断器へ与えられる。なお、短絡保護装置１０は、ループ構成配電線ごとに構成してもよく、ループ構成配電線保護機能を一括まとめて収納してもよい。

図２において、短絡保護装置１０をループ点に設置する場合、配電用変電所の電流変成器６Ａの出力は、図示しない情報伝送装置を介して入力回路１０１に入力され、その他の各変成器６Ｂ，７Ｂａ，７Ｂｂの出力は直接入力回路１０１に入力される。最近では、配電系統の自動化、高度化が進み、情報伝送装置が使用する伝送路として光ファイバー網が充実してきており、電気量の伝送は容易に行える条件が整っている。但し、伝送媒体に関しては、有線若しくは無線のあらゆる媒体を適用可能であり、どのようなＬＡＮやＷＡＮを経由するか若しくは経由しないかは問わない。通信プロトコルについても、現在又は将来において利用可能なあらゆるものを適用可能である。

なお、説明の都合上、１０２〜１０５を「回路」としているが、ディジタルリレーで処理する場合はこれらの機能をコンピュータのソフトウェア処理で実現することもできる。このため、「…回路」は「…部」若しくは「…手段」として表現してもよい。つまり、各部を実現するための回路は、例えば、各機能を実現するＡＳＩＣやＣＰＵ等のＩＣチップその他の周辺回路によって構成したり、複数の機能を集約したシステムＬＳＩによって構成する等、種々考えられるものであり、特定のものには限定されない。コードやデータを含むプログラム、各種設定等を記憶する手段として、どのような種類、容量のメモリを確保するかについても自由である。ハードウェア処理によって実現する範囲とソフトウェア処理によって実現する範囲も自由である。

また、短絡保護装置１０を、汎用のコンピュータをプログラムで制御することによって、実現することもできる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、各部の機能を実現するものであり、かかるプログラムおよびプログラムを記録したハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭその他の種々の記録媒体は単独でも本発明の一態様である。したがって、例えば、パーソナルコンピュータにアプリケーションプログラムをインストールすることにより、本発明を構成することもできる。

［作用］
以上のような本実施形態の作用は、以下の通りである。
［事故電流］
まず、本実施形態の作用を説明する前に、短絡事故時にループ回線に流れる電流について、図３を参照して説明する。図３の例ではＦ１が外部事故、Ｆ２がＡ回線の電源変電所至近端事故、Ｆ３がＡ回線のループ点近傍事故である。説明を簡略化するため、例えば、事故は１００％短絡事故とする。ここで、図３の電流Ｉａｓは、ループ母線に流れ込む事故電流分である。また、図３に示す各端子の電流方向は図に示した方向を基準とする。

各配電線のインピーダンスは、図に示す記号で与えている。ループ一括の電流Ｉとは、電源変電所端子電流であり、Ｉａａ＋Ｉａｂ＋Ｉａｃを意味している。また、個別判定のための連絡線電流は、Ａ回線はＩｂａを、Ｂ回線は−Ｉｂａ−Ｉｂｃを、Ｃ回線はＩｂｃとして使用する。

ここで、１００％短絡事故時の各端子、各連絡線の電流を、概略で求めた例を、表１に示す。なお、負荷電流は連絡線には流れないものとして、各端子の電流を求める。
但し、
αＩＬ：事故時の負荷電流
βＩＬ：事故時に負荷から発生する事故分電流
とする。つまり、事故時の負荷から生じる事故電流分は、事故前負荷電流のβ倍として与える。また、事故時の負荷電流はα倍として与えるが、｜α｜＜｜β｜でαとβの位相差は６０度として考える。

この表１から判るように、外部Ｆ１事故時の差電流Ｉｄは、ループ一括判定では、ループ系統内の負荷電流に起因した電流である。回線Ａ，Ｂ，Ｃごとの個別判定も回線の負荷電流に起因した電流となる（表１（１））。これに対して内部Ｆ２またはＦ３事故時の差電流Ｉｄは、事故点によらず事故回線は変電所からの事故電流分に対して、事故回線以外の負荷電流に起因した事故分電流と当該回線の事故時の負荷電流の加算となり、健全回線は事故点によらず自回線の負荷電流に起因した電流が現れる（表１（２），（３））。

［短絡保護処理］
次に、本実施形態の作用を、図２および図３とともに、図４の概略ベクトル図を参照して説明する。

まず、電流変成器６Ａ，６Ｂの二次側電流を変換した各回線電流の変換装置１０２の出力を、電流Ｉａａ，Ｉａｂ，Ｉａｃ，Ｉｂａ，Ｉｂｂとする。また、電圧変成器７Ｂａ，７Ｂｂから得られる電圧の変換装置１０２の出力を電圧Ｖとする。この電圧Ｖは、方向の判定に使用するものであり、線間電圧としても、対称分である正相電圧としてもよい。これらは、以降の実施形態の説明でも同様とする。

変換装置１０２を介して得られた電源変電所端子電流とループ連絡線電流のベクトル加算電流（差電流）Ｉｄは、図３の記号を使用してＡ回線について示すと、以下の通りとなる。
平常時Ｉｄは Ｉｄｎ＝Ｉａａ＋Ｉｂａ＝ＩＬａ（負荷電流）
配電線事故時Ｉｄは Ｉｄｆ＝Ｉａａ＋Ｉｂａ＝Ｉａｓ＋（α−β）ＩＬａ＋βＩＬ
外部事故時Ｉｄは Ｉｄｏ＝Ｉａａ＋Ｉｂａ＝（α−β）ＩＬａ

この差電流Ｉｄの大きさとベクトルは、図４に示す傾向となる。なお、図４は負荷電流と電圧の位相を同一としたときの概略ベクトル図である。また、図４のβＩＬａの位相に、Ｂ回線とＣ回線の負荷から発生する事故分電流も同じ大きさとして示している。

この図４に示すように、電圧位相を基準に差電流Ｉｄの位相を見ると、内部事故のときと、外部事故のときの位相は、ほぼ逆位相となることから、電圧基準の差電流Ｉｄの位相による方向を判定すれば、当該配電線が事故かどうかは判定できる。

ここで、平常時の負荷電流で動作しないように、
Ｉｄ≧Ｉｋ（但し，Ｉｋは負荷電流の最大値より大きい設定値）
の条件を付加する。これにより、Ｉｄが所定値以上で、事故の方向が配電線方向を示すときに、当該配電線のループ点あるいはループ連絡線に設けたループ点遮断器５Ｂを遮断する。その後、事故配電線は電源変電所の事故検出リレー、例えば、過電流リレーの動作を条件に変電所の端子遮断器５Ａを遮断する。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、ループを構成する各回線Ａ，Ｂ，Ｃごとの電源変電所端子電流Ｉａａ，Ｉａｂ，Ｉａｃと、連絡線電流Ｉｂａ，−Ｉｂａ−Ｉｂｃ，Ｉｂｃに基づく差電流Ｉｄを用いて、事故方向を判定して事故回線の検出を行い、事故配電線のループ点遮断器５Ｂを高速に遮断できる。したがって、その後、事故配電線の変電所端子遮断器５Ａを遮断することで、ループ系統の停電範囲を最小にすることができる。

［第２の実施形態］
［構成］
本発明の第２の実施形態の短絡保護装置を、図５および図６を参照して説明する。なお、本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様であるため、同じ構成部については、同一の符号を付して説明は省略する。

すなわち、図５に示すように、１０３ａは、ＩａとＩｂから変化分差電流ΔＩｄを検出し、この変化分差電流ΔＩｄが設定値Ｉｋ以上の場合出力を生ずる差電流検出回路（差電流検出手段）である。この変化分差電流ΔＩｄは、たとえば差電流Ｉｄの瞬時値で現時点のデータから２サイクル前のデータとの差分を取ることにより求めることができる。この方法自体は、既に実現されている方法であるため、説明は省略する。

［作用］
以上のような本実施形態の作用を、図５とともに、図６の概略ベクトル図を参照して説明する。まず、変換装置１０２で得られた電源変電所端子電流とループ連絡線電流のベクトル加算電流（差電流）Ｉｄの変化分差電流ΔＩｄは、図３の記号を使用してＡ回線について示すと、以下のようになる。

平常時ΔＩｄは ΔＩｄｎ＝（Ｉａａ＋Ｉｂａ）−（Ｉａａ＋Ｉｂａ）ｍ
＝ＩＬａ−ＩＬａ＝０
なお、ｍは２サイクル前のデータを意味する。
配電線事故時ΔＩｄは ΔＩｄｆ＝Ｉａｓ＋（α−β）ＩＬａ＋βＩＬ−ＩＬａ
＝Ｉａｓ＋（α−β−１）ＩＬａ＋βＩＬ
外部事故時ΔＩｄは ΔＩｄｏ＝（α−β）ＩＬａ−ＩＬａ
＝（α−β−１）ＩＬａ

この変化分差電流ΔＩｄの大きさとベクトルは、図６に示す傾向となる。なお、図６は負荷電流と電圧の位相を同一としたときの概略のベクトル図である。また、図６のβＩＬａの位相にＢ回線とＣ回線の負荷から発生する事故分電流も同じ大きさとして示している。

この図６に示すように、変化分ΔＩｄとすると負荷電流の影響を受けにくく電圧位相を基準にΔＩｄの位相を見ると、内部事故のときの位相と、外部事故のときの位相とは、ほぼ逆位相となることから、電圧基準の変化分差電流ΔＩｄの位相による方向を判定すれば、当該配電線が事故かどうかは判定できる。

すなわち、変換装置１０２で得られた電源変電所端子電流とループ連絡線電流のベクトル加算電流（差電流）の変化分電流ΔＩｄは、図６に示したような関係となり、この関係から事故回線を判別する。差電流検出回路１０３ａによる差電流の検出は、事故以外は動作しないように、少なくとも当該配電線の最大負荷電流以上の整定とする。

事故発生時に変化分差電流ΔＩｄが検出されると、求められた差電流ΔＩｄと電圧Ｖを使用して方向判定回路１０４によって、事故方向の判定を行う。この方向判定で動作範囲にあるかどうかを判定し、動作範囲にあれば、事故回線検出回路１０５で、ループ構成配電線のループ点遮断器５Ｂへ遮断指令を出す。その後、需要家の保護装置と協調を取った変電所側の保護リレーが動作して端子遮断器５Ａを遮断し、事故配電線を系統から切り離す。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、変化分差電流ΔＩｄを用いて、事故方向を判定して事故回線の検出を行い、事故配電線のループ点遮断器５Ｂを高速に遮断できる。したがって、その後、事故配電線の変電所端子遮断器５Ａを遮断することで、ループ系統の停電範囲を最小にすることができる。

［第３の実施形態］
［構成］
本発明の第３の実施形態の短絡保護装置を、図７および図８を参照して説明する。なお、本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様であるため、同じ構成部については、同一の符号を付して説明は省略する。

図７に示すように、方向判定回路１０４ａは、ＩａとＩｂから求めた差電流Ｉｄと電圧Ｖに基づいて、モー特性のリレーを構成するものである。方向判定回路１０４ａに示すφは、ＩｄとＶの位相差、θは特性角である。

図８は、ｋＶ−Ｉｄ・ｃｏｓ（φ−θ）≦０を、Ｒ−ｊＸの極座標で示した特性図である。 特性式は、以下の通り表される。
Ｉｄ・ｃｏｓ（φ−θ）／Ｖ≧ｋ
ｋ＝１／Ｚｓより、
Ｚｓ・Ｉｄ ｃｏｓ（φ−θ）≧Ｖ

ここで、Ｚｓの値を、平常時の負荷電流で見るインピーダンスでは動作せず、内部事故時にＶ／Ｉｄで算出されるインピーダンスより大きく設定しておけば、内部事故，外部事故時に誤判定することも無い。すなわち、Ｚｓは、以下のように設定される。なお、Ｚｉは、内部事故時のリレーの見る最大のインピーダンスであり、Ｚｌは、平常時の負荷電流でのリレーの見る最小のインピーダンスである。
Ｚｉ＜Ｚｓ＜Ｚｌ
例えば、電圧を定格とし、電流を変電所からの事故電流分のみとする場合には、Ｚｉ＞Ｖｎ／Ｉａｓとなる。また、例えば、電圧を定格とし、電流を最大負荷電流とする場合には、Ｚｌ＜Ｖｎ／ＩＬａｍａｘとなる。

［作用］
以上のような本実施形態の作用を、図７を参照して説明する。まず、変換装置１０２で得られた電源変電所端子電流とループ連絡線電流のベクトル加算電流（差電流）Ｉｄは、上述の図４に示したのと同様の関係となり、この関係から事故回線を判別する。

差電流検出回路１０３による差電流の検出は、事故以外は動作しないように、当該配電線の最大負荷電流以上の整定としている。事故発生時に差電流Ｉｄが検出されると、求められた差電流Ｉｄと電圧Ｖを使用して、方向判定回路１０４ａでインピーダンス計算を行い、そのインピーダンスが動作範囲にあるかどうかを判定する。

動作範囲にあれば、事故回線検出回路１０５で、ループ構成配電線のループ点遮断器５Ｂへ遮断指令を出す。その後、需要家の保護装置と協調を取った変電所側の保護リレーが動作して端子遮断器５Ａを遮断し、事故配電線を系統から切り離す。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、差電流Ｉｄと電圧Ｖを用いるモー特性のリレーとして構成された方向判定回路１０４ａによって、事故方向を判定して事故回線の検出を行い、事故配電線のループ点遮断器５Ｂを高速に遮断できる。したがって、その後、事故配電線の変電所端子遮断器５Ａを遮断することで、ループ系統の停電範囲を最小にすることができる。

［第４の実施形態］
［構成］
本発明の第４の実施形態の短絡保護装置を、図９および図１０を参照して説明する。なお、本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様であるため、同じ構成部については、同一の符号を付して説明を省略する。

すなわち、本実施形態は、図９に示すように、方向判定回路１０４ｂが、ＩａとＩｂから求めた差電流Ｉｄと電圧Ｖから、以下の式に基づいて、事故方向を判定し、その大きさが動作範囲（ｋ０）以上であるかどうかを判定する方向判定リレーを構成していることを特徴とするものである。なお、φはＩｄとＶの位相差、θは最大感度角である。
｜Ｉｄ｜・ｃｏｓ（φ−θ）≧ｋ０

［作用］
以上のような本実施形態の作用を説明する。まず、変換装置１０２で得られた電源変電所端子電流とループ連絡線電流のベクトル加算電流（差電流）Ｉｄは、図４に示したような関係となり、この関係から事故回線を判別する。

差電流検出回路１０３による差電流の検出は、事故以外は動作しないように、当該配電線の最大負荷電流以上の整定としている。事故発生時に差電流Ｉｄが検出されると、求められた差電流Ｉｄと電圧Ｖを使用して、方向判定回路１０４ｂで演算し、その大きさが動作範囲（ｋ０）以上あるかどうかを判定する。このような判定の一例を、図１０に示す。

動作範囲にあれば、事故回線検出回路１０５で、ループ構成配電線のループ点遮断器５Ｂへ遮断指令を出す。その後、需要家の保護装置と協調を取った変電所側の保護リレーが動作し、事故配電線を系統から切り離す。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、差電流Ｉｄと電圧Ｖを用いた方向判定リレーとして構成された方向判定回路１０４ｂによって、事故方向を判定して事故回線の検出を行い、事故配電線のループ点遮断器５Ｂを高速に遮断できる。したがって、その後、事故配電線の変電所端子遮断器５Ａを遮断することで、ループ系統の停電範囲を最小にすることができる。

［第５の実施形態］
［構成］
本発明の第５の実施形態の短絡保護装置を、図１１を参照して説明する。なお、本実施形態は、基本的には、上記の第２の実施形態と同様であるため、同じ構成部については、同一の符号を付して説明を省略する。

すなわち、本実施形態は、図１１に示すように、方向判定回路１０４ｃが、ＩａとＩｂから求めた変化分差電流ΔＩｄと電圧Ｖから、以下の式に示すように、モー特性のリレーを構成するものである。
ｋＶ−ΔＩｄ・ｃｏｓ（φ−θ）≦０

図７に示した第３の実施形態における方向判定回路１０４ａでは差電流そのものを用いているが、本実施形態の方向判定回路１０４ｃは、この差電流を変化分差電流ΔＩｄに置き換えたものと同じである。

［作用］
以上のような本実施形態の作用を説明する。まず、変換装置１０２で得られた電源変電所端子電流とループ連絡線電流のベクトル加算電流の変化分差電流ΔＩｄは、上述の図６に示したのと同様な関係となり、この関係から事故回線を判別する。

差電流検出回路１０３ａによる変化分差電流の検出は、事故以外は動作しないように、少なくとも当該配電線の最大負荷電流以上の整定としている。事故発生時に変化分差電流ΔＩｄが検出されると、求められた変化分差電流ΔＩｄと電圧Ｖを使用して、方向判定回路１０４ｃでインピーダンス計算を行い、そのインピーダンスが動作範囲ｋ０以上であるかどうかを判定する。

動作範囲であれば、事故回線検出回路１０５で、ループ構成配電線のループ点遮断器５Ｂへ遮断指令を出す。その後、需要家の保護装置と協調を取った変電所側の保護リレーが動作し、事故配電線を系統から切り離す。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、変化分差電流ΔＩｄと電圧Ｖを用いるモー特性のリレーとして構成された方向判定回路１０４ｃによって、事故方向を判定して事故回線の検出を行い、事故配電線のループ点遮断器５Ｂを高速に遮断できる。したがって、その後、事故配電線の変電所端子遮断器５Ａを遮断することで、ループ系統の停電範囲を最小にすることができる。

［第６の実施形態］
［構成］
本発明の第６の実施形態の短絡保護装置を、図１２を参照して説明する。なお、本実施形態は、基本的には、上記の第２の実施形態と同様であるため、同じ構成部については、同一の符号を付して説明を省略する。

すなわち、本実施形態は、図１２に示すように、方向判定回路１０４ｄが、ＩａとＩｂから求めた変化分差電流ΔＩｄと電圧Ｖから、以下の式に示すように、方向判定リレーを構成するものである。
｜ΔＩｄ｜・ｃｏｓ（φ−θ）≧ｋ０

図９に示した第４の実施形態における方向判定回路１０４ｂでは差電流そのものを用いているが、本実施形態の方向判定回路１０４ｄは、この差電流を変化分差電流ΔＩｄに置き換えたものと同じである。

［作用］
以上のような本実施形態の作用を説明する。まず、変換装置１０２で得られた電源変電所端子電流とループ連絡線電流のベクトル加算電流の変化分（差電流）Ｉｄは、上述の図６に示したのと同様な関係となり、この関係から事故回線を判別する。

差電流検出回路１０３ａによる変化分差電流ΔＩｄの検出は、事故以外は動作しないように、少なくとも当該配電線の最大負荷電流以上の整定としている。事故発生時に変化分差電流Ｉｄが検出されると、求められた変化分差電流ΔＩｄと電圧Ｖを使用して、方向判定回路１０４ｄで演算し、その大きさが動作範囲（ｋ０）以上あるかどうかを判定する。

動作範囲にあれば、事故回線検出回路１０５で、ループ構成配電線のループ点遮断器５Ｂへ遮断指令を出す。その後、需要家の保護装置と協調を取った変電所側の保護リレーが動作して端子遮断器５Ａを遮断し、事故配電線を系統から切り離す。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、変化分差電流ΔＩｄと電圧Ｖを用いた方向判定リレーとして構成された方向判定回路１０４ｂによって、事故方向を判定して事故回線の検出を行い、事故配電線のループ点遮断器５Ｂを高速に遮断できる。したがって、その後、事故配電線の変電所端子遮断器５Ａを遮断することで、ループ系統の停電範囲を最小にすることができる。

［他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、図１に示したように、ループ系統の構成を、配電線間の連絡線で説明したが、図１３に示すように、ループ点を同一とした系統であっても、同じ効果が期待できる。

この場合、電源変電所側の端子電流は、図３と同一であるが、連絡線側の電流はＡ回線の電流は、図３のＩｂａが図１３ではＩｂａであり、Ｂ回線の電流は、図３の−Ｉｂａ＋Ｉｂｂが図１３ではＩｂｂである。また、図３のＣ回線の連絡線側電流−Ｉｂｂは、図１３ではＩｂｃと置き換えれば、本発明の趣旨と一致する。

また、請求項１では、差電流の表現を用いたが、これは請求項２の差電流の変化分、実施形態における変化分差電流の語を含む広い概念である。また、本発明および本実施形態において、処理の基準となる具体的な数値としてどのようなものを採用するかは自由である。したがって、「以上」、「以下」その他の大小比較の表現は、便宜的なものであり、基準となる数値を含む場合（「以上」、「以下」）も含まない場合（「より大きい」、「を超える」、「より小さい」、「未満」）も実質的には同じである。

以上述べた第１〜第６の実施形態では、ループ点遮断器を遮断した後に変電所端子遮断器を遮断するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ループ点遮断器と変電所端子遮断器とを同時に遮断するようにしてもよい。

本発明の実施形態の適用対象となる系統の一例を示す配電系統図 本発明の短絡保護装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図 図２の実施形態におけるループ系統の事故電流を示す説明図 図２の実施形態における差電流を示すベクトル図 本発明の短絡保護装置の第２の実施形態を示す機能ブロック図 図５の実施形態における変化分差電流のベクトル図 本発明の短絡保護装置の第３の実施形態を示す機能ブロック図 図７の実施形態における方向判定例を示す説明図 本発明の短絡保護装置の第４の実施形態を示す機能ブロック図 図９の実施形態における方向判定例を示す説明図 本発明の短絡保護装置の第５の実施形態を示す機能ブロック図 本発明の短絡保護装置の第６の実施形態を示す機能ブロック図 ループ点を同一地点にしたループ系統構成例を示す系統図 一般的な平行２回線のループ系統構成例を示す系統図

符号の説明

１…配電用変電所母線
２…配電線
３…連絡線
４…負荷線
５Ａ…端子遮断器
５Ｂ…ループ点遮断器
６，７…変成器
６Ａ，６Ｂ…電流変成器
７Ａ，７Ｂ…電圧変成器
１０…短絡保護装置
１０１…入力回路
１０２…変換装置
１０３，１０３ａ…差電流検出回路
１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ…方向判定回路
１０５…事故回線検出回路

Claims (7)

1. 電源変電所に接続された複数の配電線を、ループ点遮断器を介してループ構成して電力を供給するようにした配電系統の短絡保護システムにおいて、
   ループを構成する各配電線毎に、電源変電所端子電流、ループ点を流れる電流および当該ループ点の電圧をそれぞれ抽出する抽出手段と、
   前記電源変電所端子電流および前記ループ点に流れる電流とから差電流を求め、当該差電流が予め定めた設定値以上のとき動作信号を出力する差電流検出手段と、
   前記電源変電所端子電流および前記ループ点に流れる電流から求められた差電流および前記ループ点の電圧とから事故方向を判別し、事故方向が予め定めた方向であるとき動作信号を出力する方向判定手段と、
   前記差電流検出手段および前記方向判定手段の双方から動作信号が出力されたことにより、前記ループ点遮断器に遮断指令を出力する事故回線検出手段と、
   を備えたことを特徴とする配電系統の短絡保護システム。
2. 前記差電流検出手段により検出される差電流は、
   ループを構成する配電線ごとの電源変電所端子電流と各ループ点を流れる電流による差電流の変化分であることを特徴とする請求項１記載の配電系統の短絡保護システム。
3. 前記方向判定手段は、
   差電流をＩｄ、ループ点の電圧をＶ、φを電圧Ｖと電流Ｉｄの位相差、θを一定角度として、
   ｋＶ−Ｉｄ・ｃｏｓ（φ−θ）≦０
   により、事故方向を求めることを特徴とする請求項１記載の配電系統の短絡保護システム。
4. 前記方向判定手段は、
   差電流をＩｄ、ループ点の電圧をＶ、φをＩｄとＶの位相差、θを最大感度角として、
   ｜Ｉｄ｜・ｃｏｓ（φ−θ）≧ｋｏ
   により、事故方向を求めることを特徴とする請求項１記載の配電系統の短絡保護システム。
5. 前記方向判定手段は、
   差電流Ｉｄの変化分をΔＩｄ、ループ点の電圧をＶ、φを電圧Ｖと電流Ｉｄの位相差、θを一定角度として、
   ｋＶ−ΔＩｄ・ｃｏｓ（φ−θ）≦０
   により、事故方向を求めることを特徴とする請求項１記載の配電系統の短絡保護システム。
6. 前記方向判定手段は、
   差電流Ｉｄの変化分をΔＩｄ、ループ点の電圧をＶ、φをＩｄとＶの位相差、θを最大感度角として、
   ｜ΔＩｄ｜・ｃｏｓ（φ−θ）≧ｋｏ
   により、事故方向を求めることを特徴とする請求項１記載の配電系統の短絡保護システム。
7. 電源変電所に接続された複数の配電線を、ループ点遮断器を介してループ構成して電力を供給するようにした配電系統の短絡保護を行う短絡保護方法において、
   ループを構成する各配電線毎に、電源変電所端子電流、ループ点を流れる電流および当該ループ点の電圧をそれぞれ入力する入力処理と、
   前記入力処理された電源変電所端子電流に基づくデータおよびループ点の電流に基づくデータとから差電流を求め、当該差電流データが予め定めた設定値以上のとき動作信号を出力する差電流検出処理と、
   前記入力処理された電源変電所端子電流に基づくデータおよびループ点の電流に基づくデータから求められた差電流データおよび前記ループ点の電圧データとから事故方向を判別し、事故方向が予め定めた方向であるとき動作信号を出力する方向判定処理と、
   前記差電流検出処理および前記方向判定処理の双方の動作により、前記ループ点遮断器に遮断指令を出力する事故回線検出処理と、
   を実行することを特徴とする配電系統の短絡保護方法。
   

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