JPH0136330B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、非接地系配電線などの系統に使用
される地絡相検出装置に関するものである。

従来この種の装置として第１図に示すものがあ
つた。図において、１ａ，１ｂ，１ｃは３相平衡
電源、２ａ，２ｂ，２ｃは前記３相平衡電源に接
続された３相配電線、３ａ，３ｂ，３ｃは前記３
相配電線が有する対地静電容量、４は前記配電線
中どれか１相に存在するかもしれない地絡事故
点、５ａ，５ｂ，５ｃは、配電線の各相の対地電
圧を検出する分圧器、６ａ，６ｂ，６ｃは加算
器、７は電源中性点の接地抵抗である。

次に動作について説明する。第１図のように、
例えば、ａ相が地絡事故点４で抵抗R_gを通して
地絡した場合、第２図のベクトル図で示すよう
に、接地電位が０からO′に変化し、地絡事故発
生後の各相の対地電圧は、v_a，v_b，v_cのようにな
る。

事故時に線路が有している静電容量や地絡抵抗
が変わると、点０′は円線図８上を移動する。第
１図の分圧器５ａ，５ｂ，５ｃにより検出される
電圧v_a，v_b，v_cを加算器６ａ，６ｂ，６ｃを通す
ことにより次のような出力が得られる。

v₁＝v_a＋v_b／２，v₂＝v_b＋v_c／２ v₃＝v_c＋v_a／２ これらの電圧を第２図のベクトル図中に示した
が、この図からもわかるように、このようにして
合成されるベクトルの大きさは事故相に対応する
ものが最も小さい。即ち、ａ相で地絡事故が発生
した時には、ベクトルの振幅の間に、 ｜v₁｜＜｜e_a｜＜｜v₂｜，｜v₃｜ という関係が成り立ち、また他の相で事故が発生
した場合にも、同様な形の関係が成り立つ。

従つて、上記関係式を利用して事故相を判別す
ることができる。

従来の地絡相検出装置は上述のように、本質的
には、事故前後の各相対地電圧の絶対値の変動を
検出し、それら電圧間の大小から地絡相を判別す
るが、事故時に線路が有する対地静電容量C₀お
よび地絡抵抗R_gがともに大きい場合には、健全
時と、事故時の電圧の差が極めて小さいため、検
出が困難になり、感度を向上させようとすると、
分圧器の分圧比および加算器の精度が各相間で高
度に平衡していることが必要な上、例え、それが
事現されたとしても、ノイズによる誤動作が起こ
り易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、事故電流に比例し
て、発生する零相電圧を直接に検出し、その波形
全体から地絡相を判別できる地絡相検出方式を提
供することを目的としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。

第１図と同一部分を同一符号で表わす第３図に
おいて、９は零相電圧v₀を検出する容量分圧器
（零相電圧検出器）１０は電源の星形相電圧から
一定の角度遅れたベクトルに相当する参照電圧
u_a，u_b，u_cを発生する３相移相変圧器（参照電圧
発生器）、１１ａ，１１ｂ，１１ｃは零相電圧v₀
と参照電圧u_a，u_b，u_cを掛け合わす掛算器、１２
ａ，１２ｂ，１２ｃは上記掛算器の出力を積分す
る積分器、１３ａ，１３ｂ，１３ｃは上記積分器
の出力に重畳している直流成分を取り除く時定数
の長い微分回路、１４ａ，１４ｂ，１４ｃは前記
微分回路の出力を閾値と比較する比較器である。
１５は微分回路の出力に含まれる交流成分の振幅
を求めるピーク値検出回路、１６は増幅器、１７
ａ，１７ｂはダイオードである。

次に本発明による第３図の装置の動作、原理を
説明する。いま考えている系の３相平衡電源１
ａ，１ｂ，１ｃの相電圧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 ω_t e_b＝Ｅ sin（ω_t−２／３π） e_c＝Ｅ sin（ω_t−４／３π） 位相変圧器１０により、上記相電圧よりもそれ
ぞれ角度αだけ遅れた位相の参照電圧u_a，u_b，u_c
を発生するとすれば、それらは次式で表わされ
る。

u_a＝Ｅ・sin（ω_t−α） u_b＝Ｅ・sin（ω_t−α−２／３π） u_c＝Ｅ・sin（ω_t−α−４／３π） これらの電圧は線間電圧に関係しているので、
第３図に示したようなａ相のみの非平衡地絡事故
がある場合にも変化しない。

しかし、ａ相で地絡抵抗R_gの事故が発生する
と、この３相回路の中性点電位が変動し、零相電
圧v₀が発生し、容量分圧器の出力に現われる。上
記零相電圧v₀は地絡抵抗R_gと３相線路の静電容
量C₀、電源中性点の接地抵抗R_Nにも関係して次
のように表わされる。

v₀＝−v₀・sin（ω_t−θ） ただし、 第４図は上記電圧e_a，e_b，e_a0，u_b0，u_c0，u_a，
u_b，u_cおよびv₀の間の関係をベクトル図で示した
もので、R_gの値が変化するとベクトルv₀の足は
円線図８の上を移動する。

この零相電圧v₀と各参照電圧u_a，u_b，u_cとを第
３図の１１ａ，１１ｂ，１１ｃに示す掛算器で掛
け合わすことにより、次のような電圧w_a，w_b，
w_cが得られる。

w_a＝v₀・u_a＝−１／２V₀・Ｅ｛cos（θ−α） −cos（2ω_t−θ−α）｝ w_b＝v₀・u_b＝−１／２V₀ ・Ｅ｛cos（θ−α−２／３π） −cos（2ω_t−θ−α−２／３π）｝ w_c＝V₀・u_c＝−１／２V₀ ・Ｅ｛cos（θ−α−４／３π） −cos（2ω_t−θ−α−４／３）｝ これらの右辺第１項の直流成分はベクトル図に
おける零相電圧の各参照電圧に比例した量であ
る。第４図のベクトル図からもわかるように、ａ
相で地絡が起つた場合には、v₀のベクトルの足が
円線図８の上のどこかに来るので、αを0゜から
90゜の間の適当な角度に選定して置けば、v₀とu_a
はほぼ反対向きとなり、上記のw_aの直流成分は
負となるが、地絡相でないw_b，w_cの直流成分は
正又は小さな負の値となる。

従つて、この直流成分から地絡相を検出するこ
とができる。しかし、上式の第２項は時間的に振
動する項であり、この項の影響を取り除くために
は、積分器１２ａ，１２ｂ，１２ｃによりこれら
の量を時間的に積分すればよい。このようにして
得られるw_a，w_b，w_cは事故が発生しない場合に
は零となるが、事故が生ずると次のような信号が
発生する。

w_a0＝∫^t _tgw_adt＝−１／２V₀・Ｅ〔cos（θ−α） ・(t-t_g)−１／2ω｛sin(2ω_t-θ-α) −sin（2ωt_g−θ−α）｝〕 w_b0＝∫^t _tgw_bdt＝−１／２V₀ ・Ｅ〔cos（θ−α−２／３π）・（ｔ−t_g） −１／2ω｛sin（2ω_t−θ−α−２／３π） −sin（2ωt_g−θ−α−２／３π）｝〕 w_c0＝∫^t _tgw_cdt＝−１／２V₀ ・Ｅ〔cos（θ−α−２／３π）・（ｔ−t_g） −１／2ω｛sin（2ω_t−θ−α−２／３π） −sin（2ωt_g−θ−α−２／３π）｝〕 ただし、t_gは事故発生の時刻である。

このような積分量w_a0，w_b0，w_c0を時定数の長
い微分回路１３ａ，１３ｂ，１３ｃに通すと、前
記掛算器１１ａ，１１ｂ，１１ｃあるいは積分器
１２ａ，１２ｂ，１２ｃなどの演算誤差などによ
る直流成分がw_a0，w_b0，w_c0に含まれている場合
には、それらの直流成分が取り除かれた量w_a，
w_b，w_cが出力される。

これらの積分量W_a，W_b，W_cが時間的に推移
する状態を第５図に示してある。これによると、
事故相成分（今の場合はW_a）は2ωで振動しなが
ら時間とともに負の方向に増加し続けているのに
対し、事故の無い相の成分は、正の方向に増加し
たり、或は、ほとんど変化しない。

このようなことは他の相に事故が発生した場合
にも同様に発生する現象である。従つて、ある負
の閾値−w_thを設定して第３図１４ａ，１４ｂ，
１４ｃの比較器に入れて置けば、どの相かの積分
値が、この閾値に達したときに地絡相に対応した
信号ａ，ｂ，ｃを発生することができる。

しかし、第５図からわかるように、積分量w_a，
w_b，w_cには2ωの交流成分が含まれている。もし
この交流成分が大きい場合に、第５図の−w_th0を
閾値に設定していると、w_bも閾値−w_th0を超え
るため誤動作する恐れがある。それを防止するた
めには、交流的振動成分の大きさに応じて、閾値
を変えるようにし、交流的振動が大きい時には、
閾値が高くなるようにすれば良い。

この機能を備えたのが、第３図のピーク値検出
回路１５、増幅器１６、ダイオード１７ａ，１７
ｂで構成される回路である。この回路によると、
比較器１４ａ，１４ｂ，１４ｃに入力される閾値
−w_thは、ピーク値検出回路１５によつて検出さ
れる交流的振動成分のピーク値E_pと増幅器１６
の増幅率Ａによつて、次のように設定できる。

−w_th＝−w_th0 −Ａ・E_p w_th0≧Ａ・E_p w_th0＜Ａ・E_p 従つて、閾値−w_thを積分量w_a，w_b，w_cの交流
的振動成分の大きさによつて、自動的に設定でき
るため、誤動作を阻止できる。

上述の場合、積分器１２ａ，１２ｂ，１２ｃが
完全な時間積分を行なう場合を考慮したが、掛算
器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの演算精度などが原因
で少しでも直流成分があれば、これが蓄積する。

これを避けるため、積分器１２ａ，１２ｂ，１
２ｃの特性を適当な時定数をもつ積分、すなわ
ち、１次遅れ要素の伝達関数 １／１＋ST となるようにすることが必要である。なお、積分
の時定数Ｔは検出すべき地絡事故の現象に比較
し、適当に長く選定しておけば、上記で説明した
機能はそのまま保持される。

上記実施例では、参照電圧u_a，u_b，u_cを正弦波
として用いているが、これらを正弦波と同位相で
振幅一定の矩形波にしても、上記実施例と同様の
機能をもつ装置を得ることができる。このことを
波形で表わした場合を第６図に示す。この第６図
は、ａ相で地絡事故が発生した前後の各部の波形
が示してあり、第６図イは参照電圧u_aを矩形波に
変換した波形、ロは零相電圧v₀、ハはv₀とu_aの積
w_a、ニはw_aの積W_aである。

上の例では、参照電圧を矩形波としたが、零相
電圧v₀の方をそれらの位相情報だけをもつ、一定
振幅の矩形波に成形して掛算器に入力しても、上
記実施例と同様の機能をもつ装置を得ることがで
きる。

また、零相電圧の検出感度を上げて、地絡相の
検出を行なおうとした場合、演算回路のダイナミ
ツクレンジの制約から、大きな零相電圧の信号に
対しては、v₀を求める回路に飽和現象が起る場合
もあるが、この極端な場合が上の矩形波の零相電
圧を用いるものに対応することを考慮すると、演
算回路に飽和が起つても、零相電圧の位相の情報
は残るので問題なく、地絡相の検出が可能であ
る。

上記実施例では、参照電圧u_a，u_b，u_cを算出す
るのに３相移相変圧器を利用したがこれに限定す
ることなく、容量分圧器を利用して参照電圧を算
出することも可能である。

第７図はα＝60゜の場合の例を示す電気回路図
である。

以上のように、この発明によれば、系統の零相
電圧の波形全体からの情報を掛算器で処理し、積
分器である期間の情報を集積して、事故相を判別
するようにしたので、ノイズが存在する場合にも
正確にしかも安定に動作する地絡相検出装置が得
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地絡相検出装置の構造を示す回
路図、第２図は地絡事故発生時の各相電圧および
零相電圧のベクトル関係を示すベクトル図、第３
図は本発明による地絡相検出装置の構造を示す回
路図、第４図は参照電圧、各相電圧および零相電
圧のベクトル関係を示すベクトル図、第５図は零
相電圧の各参照電圧方向成分の積分量が時間的に
推移する様子を示す特性図、第６図は参照電圧を
矩形波に変換して用いる場合の現象を示す波形図
で、イは参照電圧u_a、ロは零相電圧v₀、ハはu_aと
v₀の積w_aの積分W_aが時間的に変化する様子の一
例を示す特性図、第７図は容量分圧器を利用し
て、参照電圧を算出するときの実施例を示す回路
図である。 １ａ，１ｂ，１ｃ……３相平衡電源、２ａ，２
ｂ，２ｃ……３相配電線、３ａ，３ｂ，３ｃ……
対地静電容量、４……地絡事故点、５ａ，５ｂ，
５ｃ……容量分圧器、６ａ，６ｂ，６ｃ……加算
器、７……電源中性点接地抵抗、８……円線図、
９……容量分圧器、１０……移相変圧器、１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ……掛算器、１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ……積分器、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ
……微分回路、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ……比較
器、１５……ピーク値検出回路、１６……増幅
器、１７ａ，１７ｂ……ダイオード。なお図中、
同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平衡３相電力を供給する中性点が有効に接地
   されていない電力系統と、この電力系統の各相の
   対地電圧から零相電圧を検出する零相電圧検出器
   と、各相の星形相電圧より0゜から90゜間の所定の
   角度だけ遅れたベクトルに相当する３個の参照電
   圧を発生させる参照電圧発生器と、前記零相電圧
   と前記参照電圧をそれぞれ掛算する複数の掛算器
   と、この掛算器の出力を積分する複数の積分器
   と、この積分器の出力が供給される微分回路と、
   前記微分回路の出力と前記電力系統の地絡相に相
   当する成分の負閾値とを比較して事故相を判定す
   る複数の比較器と、前記微分回路の出力に含まれ
   る交流成分のピーク値を検出し、前記積分器の積
   分量の変化量が大きいときは、前記負閾値の絶対
   値が大きくなるように積分量の変化量に応じて該
   負閾値を自動的に設定するピーク値検出回路を備
   えた地絡相検出装置。 ２ 上記参照電圧として、各相の星形相電圧よ
   り、0゜から90゜間、零相電圧の振幅によつて決定
   される角だけ遅れたベクトルに相当する３個の正
   弦波電圧と同じ位相をもつ矩形波電圧を用いるこ
   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 上記零相電圧を検出し、上記参照電圧の遅れ
   角αを決定し、電圧比較器などを用い、振幅一定
   で、零相電圧と同位相の矩形波電圧を発生させ
   て、前記掛算器に供給することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の地絡相検出
   装置。 ４ 上記零相電圧を検出し、上記参照電圧の遅れ
   角αを決定し、該零相電圧を増幅器にて増幅し、
   所定レベル以上の零相電圧に対して、増幅器の出
   力が飽和するようにして、前記掛算器に供給する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項
   のいずれか１項記載の地絡相検出装置。