JPH0345344B2 - - Google Patents

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JPH0345344B2
JPH0345344B2 JP9229282A JP9229282A JPH0345344B2 JP H0345344 B2 JPH0345344 B2 JP H0345344B2 JP 9229282 A JP9229282 A JP 9229282A JP 9229282 A JP9229282 A JP 9229282A JP H0345344 B2 JPH0345344 B2 JP H0345344B2
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impedance
current
fault
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JP9229282A
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JPS58208675A (ja
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Isamu Suzuki
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Fuji Electric Co Ltd
Fuji Facom Corp
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Facom Corp
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Publication date
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Priority to JP9229282A priority Critical patent/JPS58208675A/ja
Publication of JPS58208675A publication Critical patent/JPS58208675A/ja
Publication of JPH0345344B2 publication Critical patent/JPH0345344B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08Locating faults in cables, transmission lines, or networks

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Locating Faults (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は3端子より成る送電線において、故障
発生時に各端子で検出された電圧、電流の計測値
を用いて故障点までのインピーダンスを演算する
ことにより故障点までの距離を標定する故障点標
定方式に関する。
第1図に示すような電気所A,B,Cがある系
統において故障が発生した場合、電気所A,Bお
よびC点から故障点までの距離あるいは位置を知
ることは、それに引き続く不良箇所の修復作業等
のため必要であり、不可欠なものである。そのた
め、故障点の位置を計測できる装置が開発されて
いるが、これまでのものは、 (イ) 故障発生とともに発生する進行波の伝幡時間
を計測する。
(ロ) 故障発生とともに人為的に進行波を印加し、
その反射波が受信されるまでの時間を計測す
る。
(ハ) 商用周波電圧、電流を利用し、インピーダン
スを計測する。
等の方式のものである。
しかし、(イ)、(ロ)の方式は特殊な装置が必要であ
り、かつ高抵抗接地系あるいは消弧リアクトル系
では線路上に発生する進行波が種々の要因で歪曲
されるため、適切な計測ができ難いとの実績が報
告されている。一方、(ハ)の方式の場合には、計測
装置が第1図のA端子、B端子またはC端子に設
置されるので、その端子における電圧、電流をも
とに計測することになる。今、故障が簡単のた
め、F点において3相短絡を想定すると第2図の
等価回路が成立する。なお以下の説明において、
電気量はすべてことわらない限りベクトル量であ
る。第2図の等価回路において、EA=EB=EC
すると、回路を流れる電流は故障分のみで正相電
流である。故障点にはアーク等による故障抵抗
RFが存在し、そこに各端から流入する故障電流
I1A,I1B,I1Cが流れることになる。A端子におけ
る電圧、電流の関係を式で表わせば、 V1A=Z1A1・I1A+RF(I1A+I1B+I1C)……(1) となる。これからインピーダンスzAを求めると、 zA=V1A I1A=Z1A1+RF(1+I1B+I1C/I1A) ……(2) となり、故障点までの正相インピーダンスのほか
にRF(1+I1B+I1C/I1A)の項が入つてきて誤差を含 むことになる。RF(1+I1B+I1C/I1A)が純抵抗分で あればZAのリアクタンス分のみ分離することに
より故障点までの距離はリアクタンスが距離に比
例するところから計測できることになるが、RF
(1+I1B+I1C/I1A)にはI1BおよびI1Cが含まれるた め、BおよびC端側のインピーダンス構成がA端
側と異なれば、抵抗分としての扱いはできなくな
り誤差を生ずることになる。
実際の場合にはEA≠EB≠ECであるところから
I1A,I1BおよびI1Cの各位相が一致することはまず
あり得ず、誤差分の補正は困難である。
さらに、B端からみるインピーダンスzBを求め
ると、 V1B=Z1B・IB +Z1A2(I1B+I1C)+RF(I1A+I1B+I1C) ……(3) ∴zB=V1B/I1B =Z1B+Z1A2(1+I1C/I1B)+RF(1+I1A+I1C/I
1B) ……(4) C端からみたインピーダンスzCを求めると、 V1C=Z1C・I1C +Z1A2(I1B+I1C)+RF(I1A+I1B+I1C) ……(5) ∴ZC=Z1C +Z1A2(1+I1B/I1C)+RF(1+I1A+I1B/I1C
……(6) となり、それぞれインピーダンスを計測するが、
誤差項はzAより断然多くなる。
本発明は上記に鑑み、商用周波電圧、電流を用
いて、前述の(2)式における第2項のような誤差を
生じない計測方式による故障点標定方式を提供す
ることを目的とする。
本発明は次のような原理に基づくものである。
いま、各端子において他の2端子で計測された正
相分電圧、電流が伝送等により得られたとする
と、故障抵抗RFを含まないインピーダンスを求
めることができる。まず、故障点がA端子と分岐
点との間にある場合には、(1)、(3)および(5)式から
故障抵抗RFはそれぞれ次のように表わすことが
できる。
RF=V1A−Z1A1・I1A/I1A+I1B+I1C……(1′) RF=V1B−Z1B・I1B−Z1A2(I1B+I1C)/I1A+I1B+I1C
……(3′) RF=V1C−Z1C・I1C−Z1A2(I1B+I1C)/I1A+I1B+I1C
……(5′) 故障抵抗RFは未知であるので、(1′),(5′)式
を用いて故障抵抗RFを消去すると次式が成立す
る。
V1A−Z1A1・I1A/I1A+I1B+I1C =V1C−Z1C・I1C−Z1A2(I1B+I1C)/I1A+I1B+I1C ここで、Z1A=Z1A1+Z1A2という関係があるの
で、Z=1A2=Z1A−Z1A1をこの式に代入して、こ
の式をA端子より故障点までのインピーダンス
Z1A1についてまとめると次式が成立する。
Z1A1=V1A−V1C+Z1C・I1C+Z1A(I1B+I1C)/I1A+I1
B
+I1C……(7) (7)式においてV1A,V1C,I1A,I1B,I1Cは各端子
において測定された電圧値、電流値であり、ま
た、Z1A,Z1Cは既知であるので、これらの値を用
いてA端子より故障点までのインピーダンスZ1A1
を求めることができる。
故障点がB端子と分岐点との間にある場合に
は、B端子から故障点までのインピーダンスZ1B1
は、(7)式と同様にして次式にて求めることができ
る。
Z1B1=V1B−V1A+Z1A・I1A+Z1B(I1A+I1C)/I1A+I1
B
+I1C……(8) 同様に、故障点がC端子と分岐点との間にある
場合には、C端子から故障点までのインピーダン
スZ1C1は次式にて求めることができる。
Z1C1=V1C−V1B+Z1B・I1B+Z1C(I1A+I1B)/I1A+I1
B
+I1C……(9) 故にお互いに他端の正相分電圧、電流が他端子
に伝達できれば(7)、(8)および(9)式を用いて故障点
までのインピーダンスが計測できることになる。
インピーダンスは線路の延線上で同一であるから
距離を計算することは容易である。
(7)式によりA端子から故障点までのインピーダ
ンスを演算した場合、第1図に示すようにA端子
と分岐点との間に故障点Fがあるときには故障点
を特定することができる。これに対して、(9)式に
よりC端子から故障点までのインピーダンスを演
算した場合、第1図に示すようにA端子と分岐点
との間に故障点FがあるときとB端子と分岐点と
の間に故障点F′があるときとでは同一のインピー
ダンスを示すことが有り、このために故障点を特
定できないという問題点がある。これはA端子か
らみた場合、故障点がA端子と分岐点との間以外
であつた場合にはやはり同様の問題である。した
がつて、故障点の標定を正しく扱いやすくするた
めには、故障点の位置に応じて(7)、(8)、(9)式を使
いわけることが必要である。
次に故障点が各端子と分岐点とで区分される何
れの区間に存在するかの判別の一例を説明する。
いま、第1図のF点の故障を想定すると、(7)、
(8)、(9)式により演算された各端子より故障点Fま
でのインピーダンスZ1A1、Z1B1、Z1C1と、既知で
あるインピーダンスZ1A、Z1B、Z1Cとの間には、 |Z1A1|<|Z1A| |Z1B1|>|Z1B| |Z1C1|>|Z1C|……(10) が成立する。すなわち、A端子と分岐点との間に
故障点が存在する場合には、A端子からの標定演
算式により求められたインピーダンスはA端子か
ら分岐点までのインピーダンスよりも小さい絶対
値となるのに対して、B,C端子からの標定演算
式により求められた各インピーダンスはB,C端
子から分岐点までの各インピーダンスよりも大き
い絶対値となるのである。
同様にして、B端子と分岐点との間に故障点が
存在する場合には次の関係が成立する。
|Z1A1|>|Z1A| |Z1B1|<|Z1B| |Z1C1|>|Z1C|……(11) 同様にして、C端子と分岐点との間に故障点が
存在する場合には次の関係が成立する。
|Z1A1|>|Z1A| |Z1B1|>|Z1B| |Z1C1|<|Z1C|……(12) したがつて故障点標定に際しては(10)、、(12)式
を用いた判断に従つて(7)、(8)、(9)式のどれかを利
用すれば故障点が端的に標定できることが判る。
これまで他端の電気量を計測する技術は種々発
表されているが、両端の同期性を保ちながら計測
することは伝送上の時間遅れのために不可能に近
いとされ、できたとしても極めて高価にならざる
を得ず、現実性がないとされていたものである。
光フアイバの応用が進む今日、伝送路の問題は
解決される時期にきているが、まだ実用上の確証
は得られていない。本発明はこのような現実を踏
まえ、かつ故障点標定の目的と利用のされ方とを
考え、必ずらしも瞬時にデータを伝送し合つて演
算しなければならないものではないとの特徴を利
用することにより、(7)、(8)、(9)式による演算に使
われるデータを伝送し合つて演算式を運用し、故
障点標定をしようとするものである。
つまり、故障点標定は保護装置ではないので、
故障発生後数分程度遅れて結果を得ても何ら支障
はない。この時間的な許容が本発明を現実のもの
とすることができるものである。
以下本発明を図に示す実施例に基づいて詳細に
説明する。
第3図は故障発生時の正相分電圧、電流の過渡
状態を説明するための波形による説明図である。
第3図aは、第1図の回路における故障発生中の
計測値を示すもので、第3図bは計測動作を進め
るクロツク信号を示すもので、第3図c,d,
e,f,g,hはそれぞれA端の正相分電圧、電
流、B端の正相分電圧、電流およびC端の正相分
電圧、電流を示している。
第3図に示すようにT1時点で3相短絡が発生
したとすれば、その時の正相分電圧、電流は第3
図c〜hのような変化を生じ、T2時点で故障が
各端のしや断器開により除去されたとすれば、電
圧は元に復し、電流は零となる現象を呈する。
このような現象を各端で計測し、他方の端子で
それぞれを受け、各端で別々に計測したものを相
互の位相関係を明確にする計測値を得る処理の一
実施例を第4図に示し、以下において説明する。
第4図は3端子A,BおよびCに設置される波
形記録、伝送装置の一実施例を示すものであり、
図において1,2はアナログ・デイジタル変換器
(以下においてはA/D変換器と呼ぶ)、3は比較
器、4はカウンタ、5はサイクリツクメモリ、6
はアンドゲート回路、7は測定・伝送回路、8は
系統電流を検出する変流器、9は系統電圧を検出
する変圧器を示している。変流器8、変圧器9に
より検出される電流、電圧はA/D変換器1,2
によりクロツクに同期して同時サンプリングされ
アナログ−デイジタル変換される。A/D変換器
1,2は現在でも50000点/秒程度の変換スピー
ドを有する素子を利用することができるので、十
分高速に対象電気量の瞬時値を計測できるもので
ある。第4図においてはA/D変換器1以後の処
理回路についてのみ記載されているがA/D変換
器2についても同一の処理回路が接続されている
が、同一であるためA/D変換器1の出力の処理
についてのみ説明する。
A/D変換器1の出力信号イはデイジタル値と
なり比較器3とアンドゲート回路6に伝達され
る。サイクリツクメモリ5には前回計測し記憶さ
れているデータを出力信号ロとして比較器3に出
力している。比較器3はA/D変換器1から今回
計測値として送られてくる出力信号イとサイクリ
ツクメモリ5から前回計測値として送られてくる
出力信号ロとを比較して両信号の差が設定値を超
えた場合に出力信号ハを出力する。この設定値
は、通常運転では発生しない程の変化の値に設定
される。故障でない場合にもこの設定値を超える
現象は発生するが少なくとも故障時には働くよう
にしてあるので、目的とする機能は十分発揮する
わけである。つまり健全時での動作は計測結果が
出るだけで他の現象により検出される故障がない
ため利用しないようにすれば良いだけである。
比較器3が異常変化を検出すると出力信号ハが
カウンタ4に加えられてカウンタ4が駆動する。
カウンタ4はクロツク信号のカウントを開始し、
カウント値が一定値以上になるとカウントアツプ
し、出力信号ニが「0」となる。一方アンドゲー
ト回路6にはA/D変換器1の出力信号のほかに
カウンタ4からの出力信号ニが加えられる。した
がつてアンドゲート回路6はカウンタ4がカウン
トアツプして出力信号ニが「0」になるまで入力
される出力信号イを出力信号ホとしてサイクリツ
クメモリ5に導びく。これによりサイクリツクメ
モリ5は出力信号ニが出力されるまでA/D変換
器1の出力信号イを順次サイクリツクに記憶す
る。そして出力信号ニが出力されるとアンドゲー
ト回路6が閉じられるため記憶動作を中止する。
このため、サイクリツクメモリ5の領域は、比較
器3が異常変化を検出した時のA/D変換器1の
出力信号イの記憶値が新しい計測値データにより
置き換えられることのないだけの広さを必要とす
る。これは、サンプリング時間とカウンタ4のカ
ウント時間とにより調整することができる。すな
わち、例えばカウンタ4がカウントアツプする時
間が1秒で、A/D変換器1の変換が50000点/
秒であるとするとサイクリツクメモリ5の領域は
50001点以上を必要とする。
カウンタ4の出力信号ニはアンドゲート回路6
のほかに測定・伝送回路7にも加えられる。測
定・伝送回路7は出力信号ニによりサイクリツク
メモリ5の記憶動作が停止したことを通知される
ことになるので出力信号ニを受けたことによりサ
イクリツクメモリ5に記憶されている計測値デー
タを最初に記憶しているアドレスの次から最後に
記憶したアドレスまで順次スキヤンニングしつつ
比較器3で検出したと同様に前回値と今回値の比
較により異常変化が発生した時の計測値データを
探索する。そして異常値の計測値データを検出す
るとそれを内部メモリ(図示せず)の第1番目の
メモリ領域に記憶する。それ以後は被測定量の周
期のπ/2に相当するアドレスに記憶されている
計測値データをサイクリツクメモリ5から抽出
し、前述の内部メモリに順次格納していく。この
動作をサイクリツクメモリ5の最後の計測値デー
タまで行なう。ここでπ/2毎のデータを利用し
ようとするのは、例えば特公昭48−25676号公報
に示されているようにπ/2毎のデータを測定す
れば相隣る測定量のそれぞれの2乗の和を開平す
る装置を備えることにより交流電気量の最大値が
検出できるからである。そして、そして、この最
大値をV、計測値データ値をV1とした場合、こ
の計測値データの位相Θは、Θ=Sin-1(V1/V)
として求めることができる。但し、−π/2≦Θ≦ π/2の範囲である。
第5図は以上の動作を説明するための3端子
A,BおよびCにおける電圧、電流のサンプリン
グ波形図であり、第5図a,bはそれぞれ端子A
における電圧サンプリング波形V1A、電流サンプ
リング波形I1Aを示しており、第5図c,dはそ
れぞれ端子Bにおける電圧サンプリング波形
V1B、電流サンプリング波形I1B、第5図e,fは
それぞれ端子Cにおける電圧サンプリング波形
V1C、電流サンプリング波形I1Cを示している。第
5図aに示すようにPA0点で異常が発生すると各
波形V1A,I1A,V1B,I1BおよびV1C,I1Cは第5図
a〜fに示すように急激な変化をする。この変化
が第4図に示す比較器3で検出されて、カウンタ
4に設定された時間だけそれ以後の各波形のサン
プリング値が計測値データとしてそれぞれ自己の
サイクリツクメモリ5に記憶される。測定・伝送
回路7はサイクリツクメモリ5に記憶されている
計測値データを順次読み出して比較器3と同様な
比較を行なうため、PA0点における計測値データ
が内部メモリの第1番目の領域に記憶され、それ
以後はπ/2毎の計測値データ、すなわち第5図
aに示すようにPA1、PA2、PA3…の計測値データ
が内部メモリの第2番目の領域、第3番目の領
域、第4番目の領域、…に記憶される。サンプリ
ング間隔によつては異常点からJ度π/2の位置
に記憶値が無い場合もあるがサンプリング間隔を
極めて短くできるので(例えば50000点/秒)、利
用する値としては該当時間の前後の数値の平均値
でも十分利用できる。あるいは、次のような方法
も考えられる。すなわち、1秒間のサンプリング
点数(例えば50000点/秒)と系統周波数(50Hz
または60Hz)とが決まつていれば、1サンプリン
グ間隔の位相Θ0は予め求まり、サイクリツクメ
モリ5から読み出した2つのサンプリング値の読
出し間隔がA個であるとすると読み出された2つ
のサンプリング値の位相差Θ1はA×Θ0である。
ここで、π以内の位相差関係を持つ2つのサンプ
リング値の波高値をV1、V2、位相をΘ、Θ+
Θ1、原正弦波の波高値をVとすれば、 V1=VSinΘ、V2=VSin(Θ+Θ1) となるので(但し、Θ1=A×Θ0により既知)、こ
の2式よりVを消去すると次式が成り立つ。
V2SinΘ=V1Sin(Θ+Θ1) =V1(SinΘCosΘ1+CosΘSinΘ1)……(13) この(13)式を解くと、次式が成り立つ。
SinΘ/CosΘ=tanΘ=V1SinΘ1/V2−CosΘ1……(14
) (14)式において、V1、V2、Θ1は既知である
ので、サンプリング値の位相Θを求めることがで
き、さらに原正弦波の波高値VもV1/SinΘから
求めることができる。従つて、位相Θのサンプリ
ング値に対して位相π/2だけ離れたサンプリン
グ値はVSin(Θ+π/2)として作り出すことが
可能である。ただし、その際には電圧と電流は同
一時点の計測値データにより位相関係まで再現し
なければならないのは言うまでもないことであ
る。なお、カウンタ4がカウントアツプして出力
信号ニが「0」となることにより比較器3をロツ
クしておくことにより測定・伝送回路7がサイク
リツクメモリ5の計測量データを読込んでいる期
間は比較器3はロツクされている。そして測定・
伝送回路7がサイクリツクメモリ5の計測値デー
タの読込みを終了すると出力信号チが出力され比
較器3のロツクが解除されるとともにカウンタ4
がリセツトされ出力信号ニは「1」となる。これ
によりA/D変換器1による変換とサイクリツク
メモリ5への記憶が再開される。
測定・伝送回路7は出力信号チを出力すると同
時に、伝送機能を利用して内部メモリに記憶され
ている前述の計測値データを出力信号リとして他
端に順次出力する。第6図は出力信号リの伝送フ
オーマツトの一例を示すもので、内部メモリに記
憶された第1番目の計測値データから順にデータ
1、データ2、…という順に送り出す。このと
き、目的のデータであることを他端(受信側)が
識別できるようにするために、スタート情報
idNoを先頭に付与することは可能である。同様
にデータの終了を通知するidNoを最終データの
後に付けることは容易である。
この情報を受信した側では自端で計測した計測
値データも同様に処理して他端に伝送することが
できる。このようにして得られた他端の計測値デ
ータと自端の計測値データとの関係は同一順番の
各計測値データは同一時点において得られたもの
となる。したがつてこれらの値および関係から第
3図aに示す電圧V1A,V1B、およびV1C電流I1A
I1BおよびI1Cの相対位相及び波高値は算出するこ
とができるので、これらを演算する装置を構築す
れば(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)式で表わされる
演算
が可能となり、目的のインピーダンスが計測でき
距離測定に利用できることになる。
以上の実施例の説明においては事故発生を示す
特異点を検出し、この特異点を基準としてそれ以
後の所定個数の計測値データを求めるようにした
が、事故復旧を示す特異点を検出し、この特異点
を基準としてそれ以前に記憶された計測値データ
を同期をとつて利用することも可能である。すな
わち、事故復旧時には第3図の時間T2に示すよ
うに計測値データが変化するので第4図の比較器
3で検出することができる。そして比較器3から
は事故発生時と事故復旧時の両方において信号ハ
が出力されるので、カウンタ4を信号ハをカウン
トする構成として信号ハを2個カウントしたとき
に信号ニを“0”とするような構成とする。この
ような構成によれば事故復旧時にアンドゲート回
路6が閉状態となり、サイクリツクメモリ5は事
故復旧時の計測値データを記憶したところで停止
する。したがつて事故復旧時の計測値データによ
る特異点を基準としてそれ以前に記憶されている
計測値データを同期をとつて用いるようにすれば
よい。なお、事故復旧を示す特異点を基準にする
場合には事故発生を示す特異点を基準にする場合
にくらべて計測値データに含まれる過渡分が少な
いので正確な故障点標定を行なう、ことができ
る。
以上の説明においては3相短絡を例にとつて正
相インピーダンスの算出を説明してきたが、他の
故障時には特有の対称分が発生するので、故障に
合わせて対称分を選択すれば、それらのインピー
ダンスは全べて距離に比例する項と、例えば中性
点接地抵抗のように既知の項とで表わされるの
で、距離に比例する項のみ利用することにより距
離の標定が可能となるものである。なお、3端子
の場合に交互に送受信することにより距離を各端
子で演算し、知る方式として説明してきたが、全
然無関係な受信箇所に各端子より送信し、そこで
各端子の計測値データを知り、演算することによ
り距離を求めるようにすることも可能であるし、
どこか1端子のみに他の2端子の情報を集中的に
集め演算することにより距離を求めるようにする
こともできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は3端子1回線の送電線のモデル図、第
2図は第1図の系統の下点の3相短絡故障発生時
における対称座標法による正相分回路の表現図、
第3図は該故障発生時の正相分電圧、電流の過渡
状態を説明するための波形による説明図、第4図
は本発明による故障点標定方式を実現するために
各端子に設置される波形記録、伝送装置の一実施
例、第5図は第4図の実施例による装置の動作を
説明するための波形図、第6図は他端に伝送され
る信号の伝送フオーマツトを示している。 1,2:アナログ・デイジタル変換器、3:比
較器、4:カウンタ、5:サイクリツクメモリ、
6:アンドゲート回路、7:測定・伝送回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 3端子よりなる送電線において、各端子の交
    流電圧、電流をそれぞれサンプリングして得られ
    る各種計測値を別々に記憶させ、事故発生時(ま
    たは事故復旧時)には記憶された各種計測値毎に
    事故発生(または事故復旧)を示す特異点を基準
    として記憶された各種計測値から同期した各計測
    値を求め、この求められた各計測値の相対位相を
    算出することによりベクトル値を作り、各端子に
    ついて、自端子Aでサンプリングされた電圧、電
    流ベクトル値をV1A,I1A、他端子B,Cでサンプ
    リングされた電圧、電流ベクトル値をそれぞれ
    V1B,I1B,V1C,I1C、自端子Aから分岐点までの
    インピーダンスをZ1A、他端子B,Cから分岐点
    までのインピーダンスをそれぞれZ1B,Z1Cとした
    場合、自端子Aから故障点までのインピーダンス
    Z1A1を、 Z1A1=V1A−V1C+Z1C・I1C+Z1A(I1B+I1C)/I1A+I1
    B
    +I1C により求め、該インピーダンスZ1A1が前記インピ
    ーダンスZ1Aより小さい場合には故障点が自端子
    Aと分岐点との区間にあると判定し、該インピー
    ダンスZ1A1をもとに、自端子Aから故障点までの
    距離を標定することを特徴とする故障点標定方
    式。
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