JPH0113298B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高抵抗接地系統、非接地系統など
の系統に発生した地絡相を検出する検出装置に関
する。

従来、この種の装置として第１図に示すものが
あつた。図中、１ａ，１ｂ，１ｃは３相平衡の電
源、２ａ，２ｂ，２ｃは電源１ａ，１ｂ，１ｃに
それぞれ接続された地絡検出対象の配電線、３
ａ，３ｂ，３ｃは配電線２ａ，２ｂ，２ｃの等価
的な対地静電容量、４は抵抗Rgにより接地した
接地事故点（動作説明における例示的なもの）、
５ａ，５ｂ，５ｃは配電線２ａ，２ｂ，２ｃの電
圧e_a，e_b，e_cを分圧した電圧v_a，v_b，v_cを得る分
圧器、６ａ，６ｂ，６ｃは分圧器５ａ，５ｂ，５
ｃにより分圧された電圧v_a，v_b，v_cを差動的に入
力した演算増幅器、７は抵抗値R_Nを有し、電源
１ａ，１ｂ，１ｃの中性点を接地する抵抗であ
る。

次に動作について説明する。第１図のように、
配電線２ａが接地事故点４により地絡した場合
は、接地電圧のベクトル上の点が第２図に示すよ
うに０から０′に変化し、地絡後の各相の対地電
圧をv_a，v_b，v_cで示す。事故時に配電線２ａ，２
ｂ，２ｃの対地静電容量３ａ，３ｂ，３ｃや接地
事故点４の抵抗Rgが変化すると、点０′は円線図
８上を移動する。演算増幅器６ａ，６ｂ，６ｃか
ら出力される電圧v₁，v₂，v₃は次式に示すように
なつている。

v₁＝v_a＋v_b／２、v₂＝v_b＋v_c／２、v₃＝v_c＋v_a／２ 第２図に示すように、事故相に対応する電圧v₁
が健全相に対応する電圧v₂，v₃のいずれよりも小
さくなる。即ち、ａ相で地絡事故が発生した場合
には、電圧v₁，v₂，v₃間に、｜v₁｜≦｜e_a｜＜｜
v₂｜又は｜v₃｜の関係が成り立つ。他の相で地絡
事故が発生した場合も地絡相に対応する電圧が最
小となる。

従来の地絡相検出装置は、上記のようなことか
ら、事故発生前後における各相の対地電圧の絶対
値の変動を検出し、それらの間の大小関係から地
絡相を判別するようにしていた。しかし、配電線
の対地静電容量及び地絡抵抗が共に大きい場合
は、健全時と事故時との電圧の差が極めて小さく
なるために、このような判別による従来技術は不
正確なものとなる。これを解決するため単に感度
を高くすると、各相の演算増幅器間の平衡が困難
となり、ノイズによる誤動作も発生し易くなるこ
とが生じる。

また、従来の地絡相検出装置は、検出限界を明
確に設定すると、地絡事故発生位相によつては限
界付近において検出時間が長くなるという欠点が
あつた。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、事故電流に比例
する零相電圧を検出し、この零相電圧と各相の電
圧とに基づき、検出時間に影響を与えることな
く、検出限界を明確に設定して地絡相を判別でき
る地絡相検出装置を提供することを目的とする。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第３図において、第１図と同一符号は同一部
分を示し、９は移相回路として動作する移相変圧
器で、配電線２ａ，２ｂ，２ｃに１次巻線を接続
し、第１の２次巻線から各相の星形相電圧より一
定の位相だけ遅れたベクトルに相当する第１の参
照電圧即ち電圧u_a，u_b，u_cを出力し、第２の２次
巻線から電圧u_a，u_b，u_cより90゜位相が進んだ第
２の参照電圧即ち電圧u_a′，u_b′，u_c′を発生する。
１０は容量からなり、配電線２ａ，２ｂ，２ｃか
ら第１の零相電圧v₀を導出する分圧器、１１ａ，
１１ｂ，１１ｃは電圧u_a，u_b，u_cに対して第１の
零相電圧v₀を掛け合せる掛算器、１２は零相電圧
v₀に直交した第２の零相電圧を求めるべく零相電
圧v₀を微分する、即ち電圧v₀′（＝１／ω dv₀／dt）を
求 める微分器、１４ａ，１４ｂ，１４ｃは電圧u_a′，
u_b′，u_c′に対して電圧v₀′を掛け合せる掛算器、
１５ａ，１５ｂ，１５ｃは掛算器１１ａ，１１
ｂ，１１ｃの出力の電圧w_a1，w_b1，w_c1と掛算器
１４ａ，１４ｂ，１４ｃの出力の電圧w_a2，w_b2，
w_c2とを対応するものについて加算し、次に積分
する積分器、１６ａ，１６ｂ，１６ｃは積分器１
５ａ，１５ｂ，１５ｃから出力される電圧W_a，
W_b，W_cと閾値として設定された電圧−W_thとを
比較する比較器、１７は電圧W_a，W_b，W_cの中
から最小値のものを選択する選択回路、１８は選
択回路１７の出力電圧が閾値として設定された電
圧−W_n（｜W_n｜＜｜W_th｜）より小となること
を検出する比較器、１９は比較器１８の出力を時
間Δtだけ遅延する遅延回路、２０ａ，２０ｂ，
２０ｃは比較器１６ａ，１６ｂ，１６ｃの出力と
遅延回路１９の出力との論理積をとるアンド・ゲ
ートである。

次に第１図に示す回路の動作について説明す
る。電源１ａ，１ｂ，１ｃの電圧e_a，e_b，e_cは、
次のように表わすことができる。

e_a＝Ｅ sin ωt e_b＝Ｅ sin（ωt−２／３π） e_c＝Ｅ sin（ωt−４／３π） また、変圧器９の電圧u_a，u_b，u_c，u_a′，u_b′，
u_c′は次のように表わすことができる。

これらの電圧u_a，u_b，u_c，u_a′，u_b′，u_c′は線
間電圧に関係しているので、非平衡の接地事故点
４が発生しても変化がない。しかし、ａ相におい
て接地事故点４にて示す地絡抵抗Rgの事故が発
生すると、３相回路の中性点の電位が移動し、第
１の零相電圧v₀が分圧器１０より出力される。第
１の零相電圧v₀は、対地接地容量３ａ，３ｂ，３
ｃの静電容量C₀及び接地抵抗R_Nと次式のような
関係をもつ。

v₀＝−V₀sin（ωt−θ） ただし θ＝tan^-13ωC₀／１／R_N＋１／Rg 第４図は、上記の電圧e_a，e_b，e_c，u_a，u_b，u_c，
u_a′，u_b′，u_c′及びv₀のベクトル関係を示すベク
トル図である。第４図において、抵抗Rgが変化
するに従い、零相電圧v₀のベクトルは円線図８の
上を移動する。この零相電圧v₀により、掛算器１
１ａ，１１ｂ，１１ｃは、次式で示すような電圧
w_a1，w_b1，w_c1を出力する。

w_a1＝v₀u_a＝−１／２V₀E｛cos（θ−α）−cos（
2ωt−θ−α）｝ w_b1＝v₀u_b＝−１／２V₀E｛cos（θ−α−１／２
π）−cos（2ωt−θ−α−２／３π）｝ w_c1＝v₀u_c＝−１／２V₀E｛cos（θ−α−４／３
π）−cos（2ωt−θ−α−４／３π）｝ これらの式において、右辺第１項の直流成分は
第１の零相電圧v₀の電圧e_a，e_b，e_c方向成分に比
例した量であり、第２項は電源周波数の２倍の周
波数で変化する交流成分である。事故相に関する
情報は第１項の直流成分に含まれており、第２項
は事故相の判定には有効でないので以下の説明の
ように積分器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの加算によ
り除去される。

微分器１２は第１の零相電圧v₀を微分すること
により電圧v₀′（＝１／ω dv₀／dt）を発生する。第２
の 零相電圧v₀′は電圧v₀より90゜だけ位相が進んでお
り、次式のように表わせる。

v₀′＝−V₀cos（ωt−θ） 従つて、掛算器１４ａ，１４ｂ，１４ｃも電圧
u_a′，u_b′，u_c′と電圧v₀′との掛算により、次式で
示すような電圧w_a2，w_b2，w_c2を出力する。

w_a1＝v₀′u_b′＝−１／２V₀E｛cos（θ−α）＋cos
（2ωt−θ−α）｝ w_b2＝v₀′u_b′＝−１／２V₀E｛cos（θ−α−２／
３π）＋cos（2ωt−θ−α−２／３π）｝ w_c2＝v₀′u_c′＝−１／２V₀E｛cos（θ−α−４／
３π）＋cos（2ωt−θ−α−４／３π）｝ これらの式の右辺第２項の交流成分は電圧
w_a1，w_b1，w_c1における第２項の交流成分と逆極
性なので、これらの式を加え合せると、第２項の
交流成分が消去される。このような加算とそれに
続く積分は、積分器１５ａ，１５ｂ，１５ｃによ
り行なわれ、その結果が電圧W_a，W_b，W_cで出
力される。式で示すと次のようになる。ただし、
時刻tgは事故が発生した時刻である。

ところで、配電線２ａ，２ｂ，２ｃに地絡がな
く、かつ平衡しているときは、電圧w_a，w_b，w_c
がゼロになるので、電圧W_a，W_b，W_cもゼロと
なるのは明らかである。しかし、第４図のベクト
ル図から明らかなように、配電線２ａで接地事故
点４が発生した場合には、零相電圧v₀のベクトル
の足が円線図８上のどこかに来るので、角度αを
0゜〜90゜間の適当な角度にしておけば電圧v₀と事故
相の電圧u_aは互に逆向きとなり、電圧w_aは負と
なる。これに対し、地絡相でない電圧w_b，w_cは
正又は負の小さな値となる。

第５図は電圧W_a，W_b，W_cを地絡発生後にど
のように変化するのか示すグラフである。図示の
ように、事故相の電圧W_aは、事故発生の時刻tg
より、振動することなく、負方向へ増加して行
く。これに対し、健全相の電圧W_b，W_cは正方向
へ増加する。従つて、比較器１６ａは、電圧Wa
が電圧−W_thより小となるのを検出し、出力を
“１”にする。

既に説明したように、積分器１５ａ，１５ｂ，
１５ｃの出力特性は、時間についての一次関数と
なつており、その傾きは地絡事故時に発生する零
相電圧v₀の値、零相電圧v₀と事故相の電圧の位相
差等のように、事故の大きさを表わす情報に関係
している。このことから、設定限界の場合におい
て、事故検出に要する時間は、予め算出しておく
ことができる。このような時間に対応して設定さ
れた電圧−W_n（０≦｜W_n｜≦｜W_th｜）は、比
較器１８において選択回路１７の出力と比較さ
れ、その出力は遅延回路１９により時間Δt（前出
の電圧−W_nと同様にして設定されたもの）だけ
遅延され、この場合はアンド・ゲート２０ａをゲ
ートさせる信号となる。もし、設定限界以上に検
出時間が長くなる事故であれば、遅延回路１９の
出力によりアンド・ゲート２０ａはブロツクされ
てしまう。

上記実施例では、積分器１５ａ，１５ｂ，１５
ｃが完全な時間積分を行なう場合を考えたが、掛
算器１４ａ，１４ｂ，１４ｃの演算精度などが原
因で少しでも直流成分があれば、これが蓄積され
てしまう。これを避けるためには、積分器１５
ａ，１５ｂ，１５ｃの特性が適当な時定数Ｔをも
つ積分、即ち一次遅れ要素の伝達関数１／１＋sTと なるようにすればよい。なお、時定数Ｔは検出す
べき地絡事故の現象に比較して長い適当値に設定
しておけば、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例では、参照電圧が正弦波の電
圧u_a，u_b，u_c，u_a′，u_b′，u_c′であつたがが、こ
れらを矩形波に変換する変換回路を例えば掛算器
に設け、矩形波で掛算しても上記実施例と同様の
効果を奏する。このような実施例の波形図を第６
図に示す。

第６図において、ａは電圧u_aによる矩形波の電
圧u_ar、ｂは電圧u_a′による矩形波の電圧u_ar′、ｃ
は電圧v₀、ｄは電圧v₀′、ｅは電圧w_a1（＝v₀・
u_ar）、ｆは電圧w_a2（＝v₀′u_ar′）、ｇは電圧w_a（＝
v₀u_ar＋v₀′u_ar′）である。また、第７図は積分器
１５ａ，１５ｂ，１５ｃの電圧W_a，W_b，W_cを
事故発生の時刻tgの前後について示す波形図で、
振動成分を多少含むことを除くと、第５図と同じ
ような特性をもち、これら３つの成分に対して、
閾値を設ければほぼ同様に地絡相の判別を行なう
ことができる。

また、上記実施例では零相電圧v₀及び電圧
v₀′を正弦波としたが、これらを矩形波に変換す
る矩形波変換回路を例えば掛算器に設け、矩形波
で掛算しても上記実施例と同様の効果を奏する。
このように矩形波により処理する場合は、原波形
の位相情報が正確に保持されている限り、検出感
度を上げたことにより飽和が生じても問題はな
い。

また、上記実施例では零相電圧の各参照電圧方
向成分を零相電圧と各参照電圧とを掛算すること
により求める場合を説明したが、第８図の波形図
に示すようにゲート回路を用いて求めてもよい。

第８図において、ａは実線により電圧v₀、点線
により電圧v₀′、ｂは実線により電圧u_a、点線に
より電圧u_a′、ｃは実線により電圧w_a1、点線に
より電圧w_a2、ｄは電圧w_aを示す。電圧u_a及び
u_a′をゲート回路に入力すると、これより電圧
W_a1、及びw_a2が得られる。電圧W_a1及びw_a2を加
算することにより、電圧w_aが得られる。このよ
うにして得た電圧w_a，w_b及びw_cを積分すると、
第９図の波形図に示すように、電圧W_a，W_b，
W_cが得られる。

上記実施例では、系統、検出器等におけるわず
かな不平衡により、正常時でも零相電圧が発生す
るので、これによる誤動作を防ぐため、積分回路
に時定数をもたせている。従つて、不平衡が原因
で発生する電圧W_a，W_b，W_cのわずかな直流分
が積分器により積分されることはないが、この直
流分により、積分器より出力される電圧W_a，
W_b，W_cには地路が発生する以前からそれぞれ異
なる値の直流成分が発生するので、これが閾値に
よる地絡相検出に悪影響を与えることが考えられ
る。これらの除去は、第１０図に示すように、特
定数Ｔの１次遅れ要素をもつ積分器の出力の電圧
W_a，W_b，W_cをコンデンサＣを通すことにより
達成できる。コンデンサＣの後に接続された抵抗
Ｒは常時の出力電圧をゼロにするためのものであ
る。時定数CRの値は時定数Ｔと同様に予想され
る地絡事故及び常時の系統のじよう乱の程度を勘
案して選択すればよい。また、積分回路とコンデ
ンサＣ及び抵抗Ｒによる微分回路との接続順を入
れ換えても効果は同じようになる。

また、上記実施例では、３相移相変圧器により
参照電圧を発生させたが、容量分圧器でも同様の
効果を奏する。このような実施例を第１１図及び
第１２図に示す。第１１図の実施例は位相差αが
30゜の場合で、容量からなる分圧器５ａ，５ｂ，
５ｃの出力を加算器２１ａ，２１ｂ，２１ｃに入
力して電圧u_a，u_b，u_cを算出し、次いで微分器２
２ａ，２２ｂ，２２ｃにより電圧u_a′，u_b′，u_c′
を発生する。

また、第１２図の実施例は、加算器２１ａ，２
１ｂ，２１ｃの電圧u_a，u_b，u_cを再び加算器２３
ａ，２３ｂ，２３ｃに入力して電圧u_a′，u_b′，
u_c′を得る。

以上のように、この発明によれば、各相の電圧
と零相電圧の積をとり、次に積分をし、更に閾値
との比較により事故相を判別するようにしたの
で、系統の零相電圧の波形全体から事故相を判別
することになり、ノイズが存在しても安定した動
作が得られ、検出速度に影響を与えることなく、
検出限界を明確に設定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地絡相検出装置の回路図、第２
図は第１図に示す地絡相検出装置の各部電圧のベ
クトル図、第３図はこの発明の一実施例による地
絡相検出装置の回路図、第４図は第３図に示す地
絡相検出装置の各部電圧のベクトル図、第５図は
第３図に示す地絡相検出装置の動作を説明する波
形図、第６図乃至第９図はこの発明の他の実施例
による動作の波形図、第１０図乃至第１２図はそ
れぞれこの発明の他の実施例による地絡相検出装
置の回路図である。 ５ａ，５ｂ，５ｃ，１０……分圧器、９……移
相変圧器、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１４ａ，１
４ｂ，１４ｃ……掛算器、１２，２２ａ，２２
ｂ，２２ｃ……微分器、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ
……積分器、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１８……
比較器、１７……選択回路、２０ａ，２０ｂ，２
０ｃ……アンド・ゲート、１９……遅延回路、２
１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ
……加算器。なお、図中、同一符号は同一部分を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３相電力の配電線における対地電圧から第１
   の零相電圧を導出する零相電圧検出回路と、上記
   零相電圧を微分し、上記零相電圧に対して位相を
   90゜異にする第２の零相電圧を発生する微分回路
   と、各相の上記配電線の電圧を所定位相だけ移相
   して第１の参照電圧を発生すると共に上記第１の
   参照電圧に対して90゜だけ移相された第２の参照
   電圧を発生する移相回路と、各相の上記第１の参
   照電圧と上記第１の零相電圧との積をとる第１の
   掛算器と、上記各相の第２の参照電圧と上記基準
   相電圧との積をとる第２の掛算器と、上記第１及
   び第２の掛算器の対応相の出力間で加算をし、か
   つ積分をする各相の積分器と、上記各相の積分器
   の出力から最小値の出力を選択する選択回路と、
   上記選択回路の出力が予め設定した第１の閾値よ
   り大となるのを検出する第１の比較器と、各相の
   上記積分器の出力が予め設定した負の第２の閾値
   より小となるのを検出する各相毎の第２の比較器
   と、上記第１の比較器の出力を所定時間だけ遅延
   する遅延回路と、上記第２の比較器の各出力と上
   記遅延回路の出力との論理積をとり上記配電線の
   地絡相を示す信号を発生するゲート回路とを備え
   た地絡相検出装置。 ２ 第１及び第２の掛算器はそれぞれ入力される
   第１及び第２の参照電圧を矩形波に変換した後掛
   算をするようにした波形変換回路を含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の地絡相検出
   装置。 ３ 第１及び第２の掛算器はそれぞれ入力される
   零相電圧及び基準相電圧を矩形波に変換した後掛
   算をするようにした波形変換回路を含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の地絡相検出
   装置。 ４ ３相電力の配電線における対地電圧から第１
   の零相電圧を導出する零相電圧検出回路と、上記
   零相電圧を微分し、上記零相電圧に対して位相を
   90゜異にする第２の零相電圧を発生する微分回路
   と、各相の上記配電線の電圧を所定位相だけ移相
   して第１の参照電圧を発生すると共に上記第１の
   参照電圧に対して90゜だけ移相された第２の参照
   電圧を発生する移相回路と、上記第１及び第２の
   参照電圧が正の時は上記第１及び第２の零相電圧
   をそのまま通し、それらが負の時は、第１、第２
   の零相電圧の極性を反転して通す第１及び第２の
   ゲート回路と、上記第１及び第２のゲート回路の
   対応相の出力間で加算をし、かつ積分をする各相
   の積分器と、上記各相の積分器の出力から最小値
   の出力を選択する選択回路と、上記選択回路の出
   力が予め設定した第１の閾値より大となるのを検
   出する第１の比較器と、各相の上記積分器の出力
   が予め設定した負の第２の閾値より小となるのを
   検出する各相毎の第２の比較器と、上記第１の比
   較器の出力を所定時間だけ遅延する遅延回路と、
   上記第２の比較器の各出力と上記遅延回路の出力
   との論理積をとり上記配電線の地絡相を示す信号
   を発生するゲート回路とを備えた地絡相検出装
   置。 ５ 積分器と直列に、常時発生している零相電圧
   による直流成分を除去するためのコンデンサを接
   続したことを特徴とする特許請求の範囲第１項、
   第２項、第３項または第４項のいずれかに記載の
   地絡相検出装置。