JPH0421313A - 断線・欠相検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野１ この発明は配電系統に発生した断線・欠相事故を検出す
る断線・欠相検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第８図は３相電力を負荷に供給する配電系統の一部を示
す構成図であり、図において、Ｅは電源、１は電源Ｅか
ら供給される変電所の主変圧器、２は主変圧器１の２次
側に接続された母線、３は母線２かも電力を供給される
配電線、Ｚｒは配電線３に接続された負荷である。

第９図は第８図のＦ０点で断線事故が生じた場合に、こ
の断線事故を検出するための従来の断線・欠相検出装置
を示す構成図であり、図において、ＰＴａ、ＰＴｂ、Ｐ
ＴｃはそれぞれＡ相、Ｂ相、Ｃ相の電圧を検出する検圧
手段としての計器用変圧器（ＰＴ）、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ
は計器用変圧器ＰＴａ、ＰＴｂ、ＰＴｃの２次側出力が
加えられる絶縁用の入カドランス、４は入カドランスＴ
ａ。

Ｔｂ、Ｔｃの２次側出力が加えられる逆相分検出フィル
タ回路、５は逆相分検出フィルタ回路４の８カを整流平
滑する整流平滑回路、６は整流平滑出力が所定のレベル
を越えたとき断線事故の検出信号ＳＣを出力・するレベ
ル検８回路である。

第１０図は第８図の１１点でＡ相の断線が生じた場合に
おける対称分等価回路を示す回路図であり、図において
、Ｅａは電源ＥのＡ相電圧、Ｚ　ｓ　ｌ＋Ｚｓａ、　Ｚ
−０はそれぞれ電源の正相、逆相、零相インピーダンス
、ｚｔ＋、　Ｚｔｚはそれぞれ変電所の主変圧器の正相
、逆相インピーダンス、Ｚｓ＋、Ｚ４□はそれぞれ配電
線の正相、逆相インピーダンス、Ｚ　ｒｌ＋　Ｚｒａは
それぞれ負荷の正相、逆相インピーダンス、Ｒｇは接地
抵抗、（：、０’　、Ｃｏはそれぞれ自回線の零相対地
容量、自回線以外の全回線の零相対地容量である。Ｖ１
’は断線地点の電源側の正相電圧、■１は断線地点の負
荷側の正相電圧、Ｖｘ”は断線地点の電源側の逆相電圧
、■２は断線地点の負荷側の逆相電圧、■は回路を流れ
る電流である。

次に動作について説明する。

第９図の装置は断線地点の負荷側で逆相電圧ｖ２が発生
することを利用し、この逆相電圧■２が所定レベルを越
えたとき、検出信号ＳＣを出力することを基本的な原理
としている。次に上記逆相電圧ｖ２が発生する理由を説
明する。

今、第８図の１１点でＡ相の断線があったものとすると
、このときの対称分等価回路は第１０図に示すものとな
る。第１０図において、零相回路はａ点でオーブンとな
るため考えなくてよい。

従って、電源Ｅａからの電流工が正相回路、及び逆相回
路を図示のように流れる。またＺ　ｓ＋、　ＺｌｔＺｔ
＋＋　Ｚｔ＊＋　Ｚｌ＋＊　Ｚｌｚ）各インピーダンス
は小さく、Ｚ　ｒｌ＋　Ｚｒａの負荷インピーダンスは
比較的大きい。この結果、断線地点Ｆ１の電源側及び負
荷側の正相電圧ｖ、’、ｖ、及び逆相電圧ｖ２′。

Ｖ２は次式で表わすことができる。

Ｖ＋’＝Ｅａ−Ｚｇ＋ｌ４Ｅａ Ｖ＋　＝　（Ｚｔ＋＋Ｚ４＋＋Ｚｒ＋）　Ｉ）ＺｒｌＩ
Ｖ、’＝Ｚ、□ＩＪｑＯ Ｖ２　＝　　（Ｚｔｚ＋Ｚｌｚ＋Ｚｔｘ）Ｉ　”ｉ　　
Ｚｒｄここで、負荷Ｚ、、が一般的な静的負荷であれば
、Ｚｒよ＝１２であるから、これを２．と置くと、結局
Ｅ　ａ　”Ｆ　２　Ｚ　ｒ　Ｉ　　となる。即ち、電源
Ｅａに対応する電圧降下分はほとんどＺ　ｒｌ、　Ｚ　
ｒ２で発生し、且つ■１→Ｖ　２　＆、　−Ｅ　ａの関
係があることが判る。

以上のことから、 断線地点Ｆ１の電源側での逆相電圧ｖ、’＝。

断線地点Ｆ１の負荷側での逆相電圧Ｖ＊＝−Ｅａとなる
ことが判る。

第９図の装置においては、計器用変圧器ＰＴａ。

ＰＴｂ、ＰＴｃで検圧した電圧を入カドランスＴａ、Ｔ
ｂ、Ｔｃを介して逆相分検出フィルタ回路４に加えるこ
とにより、逆相分電圧■２を検出し、この逆相分電圧を
整流平滑回路５で整流平滑した電圧が、レベル検出回路
６により所定レベル（例えば−Ｅａ）を越えたことが検
出されたとき、検出信号ＳＣを出力するようにしている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の断線・欠相検圧装置は以上のように構成されてい
るので、負荷ｚｒのアンバランスや計器用変圧器ＰＴａ
、ＰＴｂ、ＰＴｃの誤差等による誤差分の逆相電圧が常
時発生しており、この誤差分の逆相電圧と断線時に発生
する逆相電圧とを区別しにくく、欠相検圧が困難であり
、また欠相した相を判別することができない等の課題が
あった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、配電系統における断線・欠相事故を上記誤差分
の逆相電圧の影響を受けることな（、確実に検出するこ
とのでき、かつ欠相の相判別もできる断線・欠相検出装
置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ この発明に係る断線・欠相検圧装置は、例えばトル関係
が生じることを利用するようにしたものであり、このた
めに、各相電圧を検出して、それらのベクトル関係を演
算装置により調べるようにしている。

〔作用〕

この発明における演算装置は、上記ベクトル関係が成立
したことが判定されると、その事故相を示す検出信号を
８カする。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

この発明は、第８図のＦ１点又はＦ２点で例えばＡ相の
断線事故が生じた場合、その事故点Ｆｌ又はＦ２の負荷
側において、断線により欠相した相の相電圧Ｖａと他の
健全な２相の相電圧Ｖｂ。

Ｖｃとのベクトル関係が Ｖ　ｂ　＋　Ｖ　ｃ Ｖ　ａ　＝　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１
）となることを利用したものである。このために、この
発明においては、相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを常に検圧し
、上記（１）式の関係が満たされているか否かを演算す
るようにしている。なお、Ｂ相又はＣ相に断線事故が生
じた場合は、下記のベクトル関係となる。

次に上記（１）式が成立する理由について説明する。

「Ｆ１点の断線の場合」 第１０図の等価回路において となる。第２図は上記（４）、（５）式における電源側
及び負荷側の各相電圧Ｖａ’　、Ｖｂ’Ｖｃ’　、Ｖａ
、Ｖｂ、Ｖｃのベクトルを示すもので、負荷側のＶａ、
Ｖｂ、Ｖｃの各ベクトルは上記（１）式の関係となって
いることが判る。

「Ｆ２点の断線の場合」 この場合の対称分等価回路は、第３図に示すものとなる
。なお、この第３図におけるＺ　ａｔＺ　ａｔＺは、そ
れツレ第１Ｏ図におけ６（Ｚ、ｌ＋Ｚ　ｔ＋）　、（Ｚ
　−２＋　Ｚ　ｔｚ）を示す。又、２４１１２１２゜Ｚ
ｓ。は、それぞれ断線地点の負荷側の配電線の正相、逆
相、零相インピーダンス、Ｚ（１′、　Ｚｓ２Ｚ４゜′
はそれぞれ断線地点の電源側の配電線の正相、逆相、零
相インピーダンスを示す。

第３図において、Ｚ＊ｔ＋　＋　ｌｔ２．　Ｚ４＋　　
＋　Ｚ４ｘＺｓｏ’　　　２４１．　Ｚｓ２．　Ｚｔａ
はの各インピーダンスは小さく、Ｚ　ｒｌ＋　Ｚｒｘは
、比較的大きい。また、零相回路のＲ，、Ｃｏ′、Ｃｏ
のインピーダンスは他に比べて極めて大きい。従って、
電源Ｅａによる電流■の大部分は、図中の実線のように
正相回路と逆相回路に流れ、点線で示す零相回路を流れ
る電流は極めて小さい。この結果、下記のようになる。

Ｌ’　　＝　Ｅａ　　（Ｌｔ＋　　＋　Ｚ４ｍ’）Ｉ＆
、　ＥａＬ　　＝　（Ｚｌ　ｒ　＋　Ｚｒ＋）Ｉ　　”
ｒ　Ｚｒ＋ＩＶｘ’　　：（Ｌｔａ　　＋　　１４　ｍ
’　）Ｉ　　崎ＯＶＰ　　＝−（Ｚ４ｘ　　＋　　Ｌａ
Ｂ５−ＺｒｚＩまた、−Ｖ、−Ｖ。’＝Ｖ＊　　Ｖ−’
であるからＶｏ　　４０’岬■、　　（’、’Ｖ２’″
ｒＯ）ここでｃｏは自回線の対地容量、Ｃｏ’は自回線
以外の全回線の対地容量であるから、 さらにＲ，（通常３０にΩ）） ωＣｏ′ Ｚｓｏ’ 崎０１ ｚ５゜崎Ｏと考えてよい。

従って、ｖ、＞ｖａ’であるから、 Ｖ、＝ｖ＊　＝−ＺＴ、Ｉと考エラれテヨイ。

ここで、−船釣にＺ　ｒｌ＝　Ｚ　ｒａであるから、こ
れとＺｒとおくと、結局。

Ｅａ＝２２．Ｉ となる。即ち、電源電圧Ｅａに対抗する電圧降下は、は
とんどＺｒ１Ｚｒｚで発生し、しかも■１軛従って ｖｌ　崎−Ｅａ 崎−−Ｅａ Ｏ 峙−−Ｅａ 従って、 Ｖａ＝Ｖ。

＋Ｖ。

＋ｖ２ ＝−−Ｅａ Ｖ　ｂ　”　Ｖ　。

＋ａ”Ｖ＋ ＋　ａ　Ｖ　ｚ ＝−−Ｅａ （１−ａ”＋ａ） ■ Ｅａ　　（１＋ａ”　＋ａ−２ａ２） ＝−−Ｅａ （−２ａ２ ＝ａ”　　Ｅａ Ｖ　ｃ　＝　Ｖ　ａ ＋ａＶ＋ ＋　ａ　２ ＝−−Ｅａ （１−ａ＋ａ”） ＝−−Ｅａ （１＋ａ＋ａ２ 一２ａ） に−−Ｅａ （−２ａ） ＝ａＥａ となる。第４図は上記（７）式における各相電圧Ｖａ、
Ｖｂ、Ｖｃのベクトル関係を示すもので、上記（１）式
の関係となっていることが判る。

第１図は上述した原理に基づくこの発明による断線・欠
相検圧装置を示す構成図であり、第９図と対応する部分
には同一符号を付して説明を省略する。

第１図において、７ａ、７ｂ、７ｃは計器用変圧器ＰＴ
ａ、ＰＴｂ、ＰＴｃで検圧された各相電圧Ｖａ、Ｖｂ、
Ｖｃを入カドランスＴａ、Ｔｂ。

Ｔｃを介してサンプリングし保持するサンプルホールド
回路、８はサンプルホールド回路７ａ７ｂ、７ｃの出力
を順次に取出すマルチプレクサ、９はマルチプレクサ８
の出力をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器、１
０は上記ディジタルデータに基づいて上記（１）、（２
）、（３）式の関係を調べる演算を行う演算装置として
のＣＰＵ、１１はｃｐｕ　ｔ　ｏの演算プログラムを収
納するＲＯＭ、１２はＣＰＵｌ０の作業用ＲＡＭ、１３
は上記（１）、（２）、（３）式の関係が成立したとき
検８信号ＳＣを出力するディジタル出力回路、１４はＣ
ＰＬＩＩＯと各部を接続するパスラインである。

次に動作について説明する。

サンプルホールド回路７ａ、７ｂ、７ｃで所定の周期毎
にサンプリングされた上記各相電圧ＶａＶｂ、Ｖｃはマ
ルチプレクサ８により順次に取出され、Ａ／Ｄ変換器９
でディジタルデータに変換された後、ＣＰＵｌ０に送ら
れる。ＣＰ［Ｊｌｏは各相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを示す
データを用いて上記（１）、（２）、（３）式が成立す
るか否かを検出する演算処理を実行し、上記（１）。

（２）、（３）式の何れかが成立したとき、ディジタル
ミ力回路１３を通じて検出信号ＳＣを出力する。

第５図はＣＰＵ１０の演算処理のフローチャートを示す
。この演算処理は、配電系統基本波（５０又は６０Ｈｚ
）の例えば電気角３０°毎に周期的に実行されるものと
する。

第５図において、先ずステップＳＴＡで一線事故の検出
とその事故相の判定のための処理を行い、−線事故有り
と判定した場合には、次のステップＳＴＢでは上記（１
）、（２）、（３）式の関係を調べ、その判定内容に応
じた検出信号ＳＣを出力する。又、ステップＳＴＡで事
故なしと判定した場合には、次のステップＳＴＢでは、
−線断線なしと判定し、従って検出信号ＳＣは出力しな
い。

そしてステップＳＴＣで上記電気角３０＠に応じた周期
の終了を待ち、次の周期でステップＳＴＡに戻る。

第６図は上記ステップＳＴＡの詳細な処理を示すフロー
チャートである。

第６図において、ステップＳＴＩ、ＳＴ２゜Ｓｒ１にお
いては各相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃがそれぞれ所定レベル
Ｖｓより低下したか否かを順次に調べ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖ
ｃが全てＶｓを越えていれば、ステップＳＴ４で事故な
しと判定し、第５図のステップＳＴＢ　（第６図の［相
］）に接続する。

また、ステップＳＴＩでＶａ＜ｖｓとなったときはステ
ップＳＴ５に進み、ここでｖｂ＜ｖｓＯ関係を調べる。

そしてＶｂ＜Ｖｓであれば、Ｖａ。

ｖｂが共に低下したので、ステップＳＴ６で一線のみの
事故ではないと判定し、第５図のステップＳＴＢ　（第
６図の［相］）に接続する。上記ステップＳＴ５でｖｂ
が充分大きいときは、ステップＳＴ７に進み、Ｖｃ＜Ｖ
ｓの関係を調べる。Ｖｃ＜ＶｓであればＶａ、Ｖｃが共
に低下したので、ステップＳＴ６で一線のみの事故では
ないと判定し、第５図のステップＳＴＢ　（第６図の［
相］）に接続する。上記ステップＳＴ７でＶｃが充分大
きいときは、Ｖａのみ低下したので、ステップＳＴ８で
Ａ相−線の事故と判定し、第５図のステップ５ＴＢ（第
６図の０）に接続する。

また、上記ステップＳＴ２でＶｂ＜Ｖｓのときはステッ
プＳＴ９に進み、ここでＶＣ＜ＶＳの関係を調べる。Ｖ
ｃ＜ＶｓであればＶｂ、Ｖｃがともに低下したので、ス
テップ５ＴＩＯで一線のみの事故ではないと判定し、第
５図のステップ５ＴＢ（第６図の０）に接続する。上記
ステップＳＴ９でＶｃが充分大きいときはステップ５Ｔ
ＩＩでＢ相−線の事故と判定し、第５図のステップ５Ｔ
Ｂ（第６図の０）に接続する。

また、上記ステップＳＴ３でＶｃ＜Ｖｓのときは、Ｖｃ
のみ低下したので、ステップ５Ｔ１２に進み、Ｃ相−線
の事故と判定した後２上紀ステツプＳＴＢ　（第６図の
■）に接続する。

第７図は第５図のステップＳＴＢの処理を詳細に示すも
ので、図中、［相］、■、■、０は第６図の［相］、０
，０．０が接続される。

上記（１）、（２）、（３）式に示すベクトル関係が成
立するか否かをＣＰＵ１０の演算処理により調べるため
には、各ベクトルＶａ、Ｖｂ。

Ｖｃの位相関係と大きさの関係とをそれぞれ個別に判定
し、上記２つの関係がそれぞれ所定の条件を満たしたと
き、上記（１）、（２）、　　（３）式の何れか一つが
成立したものとする。この第７図は上記位相関係と大き
さの関係とを判定するための処理を示している。

第６図のステップＳＴ８の判定が行われた場合は、第７
図のステップ５Ｔ１３に進む。ここで先ず、相電圧Ｖａ
、Ｖｂ、Ｖｃより線間電圧Ｖａｂ。

Ｖｃａを求め、次に、ステップ５Ｔ１４でこの線間電圧
Ｖａｂ、Ｖｃａの位相差Ｐ＝　ｌ　ａｒｇ（Ｖａｂ）−
ａｒｇ　（Ｖｃａ）Ｉ　　（ａｒｇ：位相角）を求める
。しかしてステップ５Ｔ１５でこの位相差Ｐが所定の大
きさε１　（例えばε１＝１０１）より小さいか否かを
調べる。Ｐがε。

を越えていた場合はステップ５Ｔ１６で一線のみの断線
ではないものと判定して終了とする。

Ｐ〈ε１の場合は、ステップ５Ｔ１７に進み、ここでＶ
ａ、Ｖｂ、Ｖｃの大きさの関係を表わＱが所定の大きさ
ε２　（例えば、定格相電圧６３．５Ｖに対し、εｇ＝
１０Ｖ）より小さいか否かを順次調べ、Ｑがε２を越え
ていた場合はステップ１６で一線のみの断線ではないと
判定して終了とする。Ｑくε２であれば、ステップ５Ｔ
２０により、Ａ相−線の断線・欠相であると判定して、
その検出信号ＳＣａを出力する。

第６図において、ステップ５ＴＩＩ又はステップ５Ｔ１
２の判定があったときは、第７図のステップＳＴ２１又
はステップ５Ｔ２２に進むことになる。これらのステッ
プ５Ｔ２１．５Ｔ２２では上述したステップ５Ｔ１３〜
５Ｔ２０の処理と同様の処理が行われる。但し、その場
合、ステップ５Ｔ１３〜５Ｔ２０で用いられた線間電圧
Ｖａｂ、Ｖｃａ、相電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ等はそれぞれ
図に記載されるように置き換えられる。そしてステップ
ＳＴ２１の処理の後ではステップ５７２３又は５Ｔ２４
に進み、Ｂ相−線の断線・欠相であると判定して、その
検８信号ＳＣｂを出力するか、又は−線のみの断線では
ないと判定して、終了とする。また、ステップ５Ｔ２２
の処理後は、ステップ５Ｔ２５又は５Ｔ２６に進み、Ｃ
相−線の断線・欠相であると判定して、その検出信号Ｓ
Ｃｃを圧力するか、又は−線のみの断線ではいないと判
定して、終了とする。

以上のように、上記ステップ５Ｔ１４，５Ｔ１７に示す
式により求めたＰ、Ｑの大きさが所定値ε２．ε２より
小さい場合に、ベクトルＶａ。

Ｖｂ、Ｖｃの位相関係及び大きさの関係が、第２図又は
第４図（但し、Ａ相の例）に示す関係となっていること
、即ち、上記（１）式を満たしているものと判定するよ
うにしている。上記位相関係を調べるためのＰ、大きさ
の関係を調べるためのＱを求める演算式は、ステップ５
Ｔ１４　５Ｔ１７に示す式に限らず、この他にＰを求め
る演算式として、下表の横軸に記載のものの内いずれか
一つを、またＱを求める演算式として、下表の縦軸に記
載のものの内いずれか一つを任意に選択し組合せて用い
ることができる。

なお、上記各Ｐ、Ｑを求める演算式はＡ相に関するもの
であり、Ｂ相、Ｃ相の場合は、ＶａｂＶｃａ、Ｖａ、Ｖ
ｂ、Ｖｃはそれぞれ第７図のステップ５Ｔ２１，５Ｔ２
２に応じて適宜！き換えられる。

〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、断線事故地点の負荷側
の事故相相電圧が他の健全２相の相電圧の和の略半分に
等しくなるベクトル関係が成立したか否かを演算処理に
より判定するように構成したので、線路の健全時に常に
存在する誤差分の逆相電圧の影響を受けることな（、断
線事故及び事故相を確実に検出することができる効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による断線・欠相検出装置
を示す構成図、第２図この発明の詳細な説明するための
ベクトル図、第３図は断線時における配電系統の対称分
等価回路を示す回路図、第４図はこの発明の詳細な説明
するためのベクトル図、第５図、第６図、第７図は実施
例の動作を示すフローチャート、第８図は配電系統を示
す構成図、第９図は従来の断線・欠相検出装置を示す構
成図、第１０図は断線時における配電系統の対称分等価
回路を示す回路図である。 ＰＴａ、ＰＴｂ、ＰＴｃは計器用変圧器、１０は演算装
置。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）３相線路の各相の相電圧をそれぞれ検出する電圧
   検出手段と、上記検出手段から得られる各相電圧が、所
   定の関係式を満たしているか否かをもって当該線路の断
   線・欠相状態を判定する演算手段と、上記演算手段によ
   って断線・欠相状態が検出された場合に、断線・欠相検
   出信号を出力する出力手段とから成る断線・欠相検出装
   置において、断線・欠相発生相の相電圧ベクトルが、他
   の健全２相の相電圧ベクトルのベクトル和の略半分に等
   しい関係にあることをもって、当該相が断線・欠相状態
   であると判定することを特徴とする断線・欠相検出装置
   。
2. （２）前記特許請求の範囲第（１）項記載の断線欠相検
   出装置において、各相の相電圧ベクトルの位相が所定の
   関係式を満たすか否かを判定し、またこれら電圧ベクト
   ルの大きさが所定の関係式を満たすか否かを判定し、上
   記位相の関係式と上記大きさの関係式が共に満たされて
   いることをもって、当該相電圧ベクトルが、他の健全２
   相の相電圧ベクトルのベクトル和の略半分に等しい関係
   にあると判定し、もって当該相の断線・欠相状態である
   と判定することを特徴とする断線・欠相検出装置。