JPH036136Y2 - - Google Patents

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JPH036136Y2
JPH036136Y2 JP4356584U JP4356584U JPH036136Y2 JP H036136 Y2 JPH036136 Y2 JP H036136Y2 JP 4356584 U JP4356584 U JP 4356584U JP 4356584 U JP4356584 U JP 4356584U JP H036136 Y2 JPH036136 Y2 JP H036136Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、非接地系の配電線の地絡保護に用い
る地絡方向継電器に関するものである。
第1図に通常の非接地系配電用変電所のバンク
構成例を示す。第1図において、Tは電源に接続
された変圧器であり、その2次側にはフイーダ
F1〜F3が接続されるとともに、接地形計器用変
圧器GPTが接続されている。各フイーダF1〜F3
には零相変流器ZCT1〜ZCT3が挿設され、それに
地絡方向継電器DG1〜DG3が接続されている。ま
た、前記接地形計器用変圧器GPTの3次巻線に
よつて構成されるオープンデルタ回路には制限抵
抗CLRが接続されており、地絡故障時にその両
端間に生じる零相電圧V0を前記地絡方向継電器
DG11〜DG3に入力するようになつている。
このようなバンク構成において、例えばフイー
ダF1に地絡故障が発生すると、接地形計器用変
圧器GPTの3次側におけるオープンデルタ回路
に接続された制限抵抗CLRの両端に零相電圧V0
が発生し、また各フイーダF1〜F3の零相変流器
ZCT1〜ZCT3に零相電流I0が流れる。この零相電
圧V0と零相電流I0が各フイーダの地絡方向継電器
DG1〜DG3に導入され、その位相関係から地絡フ
イーダが選択される。
この場合、地絡方向継電器の位相特性は、零相
電圧V0に対する零相電流I0の位相がバンク構成や
線路の対地容量C1〜C3によつて0゜から進み90゜位
まで変化するので、通常45゜進みで最高感度とな
るような特性とするのが普通である。
ところで、最近は配電線としてケーブルが多用
される傾向にあり、配電線の地絡は間欠地絡が多
くなる。その地絡電流は第2図aのように、また
零相変流器で検出される故障フイーダと健全フイ
ーダの零相電流I01,I02は第2図b,cのように
パルス状となり、零相電圧V0の波形は第2図d
のように矩形波となることが多くなる。
このため、このような波形に対しても感度良
く、かつ正確に故障フイーダを選択できるように
地絡方向継電器が構成されており、その例を第3
図に示す。第3図において、TAは零相変流器の
2次側に接続される入力変圧器であり、2次側に
零相電流I0に比例した電流I0aが流れ、これに応じ
た電圧V10が生じる。BPF1はこの電圧V10を入力
とする基本波用のアクテイブバンドパスフイル
タ、TVは接地形計器用変圧器の3次側に接続さ
れる入力変圧器であり、零相電圧を取込むための
ものである。BPF2は零相電圧入力部に設けたバ
ンドパスフイルタであり、前記フイルタBPF1
同様に基本波分のみを取出すためにQの高いもの
が用いられている。PSは移相回路、PCは位相比
較回路であり、各基本波の位相比較を行うための
ものである。IDは零相電流検出回路、ANDはこ
の零相電流検出回路IDの出力と位相比較回路PC
の出力とを入力とするアンド回路、Xはこのアン
ド回路ANDの出力で駆動される出力リレーであ
る。
このようにI0入力部及びV0入力部にQの高いア
クテイブバンドパスフイルタBPF1,BPF2を設け
て各波形の基本波分のみを取出し、その出力を位
相比較し、かつI0検出を行つてそのアンド出力で
リレーXを駆動するようにすると、フイーダF1
でケーブル地絡が発生した場合には、フイーダ
F1の零相電流I01′と健全フイーダF2の零相電流
I02′の基本波分は零相電圧V0の基本波分に対して
第4図のような位相関係になり、正常に動作す
る。即ち、零相電流I01′が動作範囲(斜線領域側)
に入る。
ここで、零相変流器の及ぼす影響について検討
してみる。零相変流器の等価回路は、巻線の抵抗
分を無視すれば第5図のようになる。図中、X0
は零相変流器の励磁インピーダンス、RLは零相
変流器の負荷抵抗である。零相変流器の負荷はリ
ード線、補助変流器、継電器のインピーダンスを
合成したものであるが、そのインダクタンス分は
抵抗分にくらべて小さいので無視し、純抵抗とし
て扱う。
今、零相変流器の入力として第6図aのような
パルス状の地絡電流が流れた場合に零相変流器の
2次側にいかなる電流が流れるかを以下に説明す
る。
第6図において、時刻tがt0≦t<t1の範囲で
は、パルス状の入力電流I0は負荷抵抗RLに流れる
成分IpLと、励磁インピーダンスX0に流れる成分
IpXとして分流する。励磁インピーダンスX0は負
荷抵抗RLの数10倍程度の大きさを持つのでt0≦t
<t1の範囲では電流I0,IpL,IpXおよび電圧Vの間
には以下の関係が成り立つ。
I0=IpL+IpX≒IpL (1) V=RL・IpL (2) 次に、時刻t=t1において、励磁インピーダン
スX0に流れる電流IpX(t1)は、(1),(2)式を用いて IpX(t1)=1/L0t1 0Vdt=RL/L0t1 0IpLdt≒RL
/L0t1 0I0dt(3) 但、L0はインピーダンスX0のリアクタンスと
なり、IpX(t1)は入力電流I0の積分値すなわち、
パルス状波形の面積に比例している。この電流
IpX(t1)は、すでに入力電流I0がoになつている
ため、負荷抵抗RLを通じて放電することになる。
すなわち時刻tがt1≦t<t2の範囲では、回路
がX0とRLの閉回路となり電流IpL,IpXは(4),(5)式
で表わされる。
IpX=IpX(t1)ε-t/〓 (4) IpL=−IpX=−IpX(t1)ε-t/〓 =RL/L0t1 0I0dt・ε-t/〓 (5) 但、時定数τ=L0/RL このようにt1≦t<t2において負荷抵抗RLに流
れる電流は、入力電流I0が印加された時とは、逆
方向に流れ、その大きさは時定数τ=L0/RLで減衰 していく。零相変流器においてこの時定数τは
0.1秒程度であるから商用周波数の半サイクル約
10m秒程度の時間ではほとんど減衰せず第6図b
のIpCのような矩形波状の電流波形となり、その
大きさは(5)式より入力電流の積分値、すなわちパ
ルス状電流の面積に比例する。
この電流IpCは、配電線の対地容量が小さく、
パルス電流が小さいときは殆ど問題とならない
が、最近のようにケーブル配電線が増加して対地
容量が増してくると、大きな問題となる。
なぜならば、第3図のバンドパスフイルタ
BPF1はアクテイブバンドパスフイルタであるた
め、その出力は制御電圧以上にすることはでき
ず、ダイナミツクレンジはこの制御電圧以上とす
ることができない。もし、制御電圧以上の入力を
入れるとアクテイブフイルタの機能が失われるた
め、入力をこの範囲内に制限するために第3図の
ようにバリスタV1をバンドパスフイルタBPF1
零相端間に接続して入力の上限値をクリツプし、
第4図のような位相特性を得ているのが普通であ
る。
ところが、地絡方向継電器は零相変流器の一次
で0.2Aというような高感度を要求されるので、
ダイナミツクレンジの上限を極端に大きくはとれ
ない。しかし、最近のケーブル地絡では、パルス
の幅は変わらないが、ピーク値が数100Aという
ような大きなパルス電流が流れるようになつてき
ている。特に、ケーブル地絡の対地容量が大きな
ときの地絡初期にこの傾向が顕著となる。
例えば第10図のような等価回路により、パル
ス電流のピーク値を計算することができる。第1
0図においてEは地絡発生時の電圧値、Lは電源
インピーダンスのリアクタンス、Cは健全フイー
ダの対地容量を合計したもの、Rは接地形計器用
変圧器GPTの制限抵抗である。
第10図の等価回路による計算値を第11図に
示す。第12図からわかるようにケーブルの対地
容量が増すほどパルス電流のピーク値は大きくな
る。例えばケーブルの対地容量が5μFの場合、パ
ルス電流のピーク値は約400Aとなり零相変流器
の2次電流IpCは、(5)式により数Aとなる。
この場合には、先に考察したように電流I0のパ
ルス面積が増加するので、零相変流器の2次電流
IpC(第6図bのIpL)が増加するのに対し、バリス
タV1のクリツプ電圧は一定であるので、バンド
パスフイルタBPF1の入力は第6図dのV10のよ
うな波形になつてくる。この波形はバンドパスフ
イルタで基本波を取り出すと第6図eのような波
形(点線はバリスタがないとき)となり、位相特
性上では、故障フイーダの零相電流I01、健全フ
イーダの零相電流I02の見掛け上の位相は第4図
のようになり、故障フイーダの地絡方向継電器は
誤不動作、健全フイーダの地絡方向継電器は誤動
作となつて、本来の期待した動作とは全く逆の判
定となり、大きな問題となる。
なお、健全側のI0C2(第2図のI02)には接地形
計器用変圧器GPTの中性点を通つて放電される
電流Igptが先のIpC相当分に重畳されることになる。
本考案は上記のような問題点を解消するために
なされたもので、I0入力部の基本波用アクテイブ
バンドパスフイルタの入力側にローパスまたはバ
ンドパスのパツシブフイルタを挿設するにより、
対地容量が大きな場合にも的確に地絡保護を行う
ことが可能な地絡方向継電器を提供することを目
的とする。
以下、本考案を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。
第7図は本考案の一実施例を示すもので、TA
及びTVは入力変圧器、BPF1はI0基本波用のアク
テイブバンドパスフイルタ、BPF2はV0基本波用
のアクテイブバンドパスフイルタ、PSは移相回
路、PCは位相比較回路、IDは零相電流検出回路、
ANDはアンド回路、Xは出力リレー、V1は入力
制限用のバリスタ(クリツパー)、PFは前記I0
のバンドパスフイルタBPF1及びクリツパーV1
入力側に挿設したパツシブフイルタ(ローパスま
たはバンドパス)であり、このパツシブフイルタ
PFを設けたことが従来(第3図)と異なつてい
る。このパツシブフイルタPFは、その入力I01
して予測できる最大のパルスが印加されたときに
もその出力のピーク値がクリツパーV1のクリツ
プ電圧V1C以下となるように回路定数を選定して
いる。
第8図は前記パツシブフイルタPFの具体的な
回路構成を示すものであり、抵抗R1,R2とコン
デンサCによりT形回路を構成し、ローパスフイ
ルタとしている。この場合、予測できる入力パル
スの最大値に対しても出力V10のピーク値がクリ
ツパーV1のクリツプ電圧以下となるようにR1C
の時定数を選定する。
なお、抵抗R2は、入力パルスのピーク値が異
常に大きくて、コンデンサCの端子電圧がクリツ
パーV1のクリツプ電圧以上になつても、コンデ
ンサCへの充電を可能にし、I0パルス電流のエネ
ルギーを有効にバンドパスフイルタBPF1へ取入
れるためのものである。
次に、動作について述べる。入力変圧器TAの
入力I0がクリツパーV1のクリツプ電圧以下となる
ような大きさの場合には、従来と同様に零相電流
I0、零相電圧V0の基本波が制限を受けることなく
アクテイブバンドパスフイルタによつて抽出さ
れ、その位相比較が行われる。その結果、所定の
位相関係にあり、しかも検出回路IDによつて零
相電流I0が所定レベル以上であることが検出され
ると、アンド回路ANDの出力でリレーXが駆動
され、地絡保護が行われる。
また、入力I0がクリツプ電圧以上となるような
大きさの場合には、パツシブフイルタPFの入力
I01も第9図のようにクリツプ電圧以上の高いピ
ーク値を有するようになるが、フイルタPF通過
後は第9図のV10のようにクリツプ電圧V1C以下
に抑えられ、これがアクテイブバンドパスフイル
タBPF1の入力となる。この結果、ピーク値の高
いパルス入力であつてもクリツパーV1によつて
切り取られることなくアクテイブバンドパスフイ
ルタBPF1に有効に取入れられるようになり、的
確に地絡方向の判定が行われる。
なお、パツシブフイルタPFはRCの2段、3段
のローパスフイルタを用いたり、LCによるロー
パスフイルタやバンドパスフイルタを用いてもよ
い。
以上のように本考案によれば、I0用のアクテイ
ブバンドパスフイルタの入力側にこのフイルタの
ダイナミツクレンジの上限以下の出力となるよう
に回路定数が選定されたパツシブフイルタを挿設
したので、配電線ケーブルの対地容量が増大して
ケーブル地絡時のパルス電流のピーク値が高くな
つても、パツシブフイルタによつてそのエネルギ
ーが有効にアクテイブバンドパスフイルタに取り
入れられるようになり、故障、健全の判定を的確
に行うことができる。従つて、対地容量の大きな
バンク構成であつても誤動作、誤不動作のおそれ
がなくなり、信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は配電用変電所のバンク構成図、第2図
a〜dは地絡故障時の電流、電圧の波形図、第3
図は従来の地絡方向継電器の一例を示すブロツク
図、第4図は同地絡方向継電器の位相特性図、第
5図は零相変流器の等価回路図、第6図a〜eは
I0基本波用のバンドパスフイルタの波形図、第7
図は本考案に係る地絡方向継電器の一実施例を示
すブロツク図、第8図は同実施例におけるパツシ
ブフイルタの回路図、第9図は動作説明のための
波形図、第10図は地絡発生時の系統の等価回路
図、第11図はケーブルの対地容量とパルス電流
のピーク値との関係を示すグラフである。 ZCT……零相変流器、GPT……接地形計器用
変圧器、TA及びTV……入力変圧器、BPF1及び
BPF2……基本波用のバンドパスフイルタ、PC…
…位相比較回路、ID……零相電流検出回路、
AND……アンド回路、X……出力リレー、V1
…入力制限用クリツパー(バリスタ)、PF……パ
ツシブフイルタ、R1及びR2……抵抗、C……コ
ンデンサ。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 零相電流と零相電圧の基本波をアクテイブバン
    ドパスフイルタで抽出してその位相比較を行い、
    所定の位相関係にあつて、しかも零相電流が所定
    レベル以上のとき出力リレーを動作させる地絡方
    向継電器において、前記零相電流入力部のアクテ
    イブバンドパスフイルタの入力側に、その出力が
    このアクテイブバンドパスフイルタのダイナミツ
    クレンジの上限以下となるように回路定数を選定
    したパツシブフイルタを挿設したことを特徴とす
    る地絡方向継電器。
JP4356584U 1984-03-27 1984-03-27 地絡方向継電器 Granted JPS60156829U (ja)

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JP4356584U JPS60156829U (ja) 1984-03-27 1984-03-27 地絡方向継電器

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JP4356584U JPS60156829U (ja) 1984-03-27 1984-03-27 地絡方向継電器

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