JPH04299272A - 交流回路の地絡点標定方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は交流回路の地絡点標定方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば交流電鉄き電回路の地絡点
を標定する場合、地絡故障時の電流と電圧と両者の位相
差とを計測し、それらの値から回路のリアクタンス値を
演算して地絡点までの距離を演算していた。なおリアク
タンス値に基づいて故障点を標定するのは、故障点抵抗
等の影響を避けるためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、地絡
故障時の過渡現象により発生する電流の直流分のため、
リアクタンス値の演算に誤差を生じ、正確な標定ができ
ないという問題があった。すなわち周知のように、地絡
故障が所定の位相で発生した場合には直ちに定常状態に
移行して電流に直流分を生じないが、それ以外の位相で
地絡故障が発生した場合には過渡現象により電流に過渡
項としての直流分を生じ、回路のリアクタンス値を正確
に演算できない。地絡故障時から所定の時間が経過すれ
ば過渡項としての直流分は無視できる程度に小さくなる
が、近年、遮断器の性能が向上したため、地絡故障時に
は遮断器が作動して２〜３サイクル程度しか故障電流が
持続しないので、直流分が無視できる程度に小さくなっ
た時点での電流の計測は不可能である。

【０００４】本発明はかかる事情に鑑みて成されたもの
であり、過渡現象による誤差を軽減して正確に故障点を
標定できる交流回路の故障点標定方法を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、交流回路の電
流を検出する電流検出器からの検出出力に対応した電流
データと、前記交流回路の電圧を検出する電圧検出器か
らの検出出力に対応した電圧データとを、一定時間間隔
毎に記憶装置の所定容量の記憶領域に書き込んで先入れ
先出し方式により最新の一定数の電流データおよび電圧
データを記憶領域に保持させ、前記交流回路の地絡故障
の発生を検出する故障検出器からの検出出力により前記
電流データおよび電圧データの前記記憶領域への書き込
みを停止し、前記記憶領域に記憶された地絡故障時の電
流データおよび電圧データのうちの１周期分のデータと
、この１周期分のデータに対して位相が半周期異なる１
周期分のデータとを用いて、地絡点に対応する数値を各
々演算し、これらの数値の平均値により地絡点を標定す
ることを特徴としている。

【０００６】

【作用】交流回路の電流を検出する電流検出器からの検
出出力に対応した電流データと、交流回路の電圧を検出
する電圧検出器からの検出出力に対応した電圧データと
を、一定時間間隔毎に記憶装置の所定容量の記憶領域に
書き込んで先入れ先出し方式により最新の一定数の電流
データおよび電圧データを記憶領域に保持させる。地絡
故障が発生すれば、交流回路の地絡故障の発生を検出す
る故障検出器からの検出出力により電流データおよび電
圧データの記憶領域への書き込みを停止する。これによ
り記憶領域に地絡故障時の電流データおよび電圧データ
が固定されるので、記憶領域に記憶された地絡故障時の
電流データおよび電圧データのうちの１周期分のデータ
と、この１周期分のデータに対して位相が半周期異なる
１周期分のデータとを用いて、地絡点に対応する例えば
リアクタンス等の数値を各々演算し、これらの数値の平
均値により地絡点を標定する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例における交流回路の
故障点標定方法の実施に用いた故障点標定システムの概
略構成図で、この実施例では交流回路として交流電鉄き
電回路を採用している。き電回路には、電源１と、例え
ばＣＴからなる電流検出器２と、例えばＰＴからなる電
圧検出器３と、例えば遮断器４と、故障検出器５とが介
装されており、電流検出器２と電圧検出器３と故障検出
器５との出力端は故障点標定装置６の入力端に接続され
ている。電源１はき電回路に例えば５０Ｈｚの交流電力
を供給する。電流検出器２はき電回路の電流を検出して
それに応じた検出信号を出力する。電圧検出器３はき電
回路の電圧を検出してそれに応じた検出信号を出力する
。遮断器４は地絡故障の発生によりき電回路を開路する
。故障検出器５は地絡故障の発生時故障電流を検知して
検出信号を出力する。故障点標定装置６は地絡故障時の
き電回路の電流および電圧に基づいて故障点を標定する
。

【０００８】図２は故障点標定装置６のブロック図で、
故障点標定装置６は、低域通過フィルタ８，９と、サン
プル・ホールド回路１０，１１と、マルチ・プレクサ回
路１２と、入出力インターフェイス回路１３と、ＣＰＵ
１４と、例えばＲＡＭからなる記憶装置１５とにより構
成されている。低域通過フィルタ８は電流検出器２から
の検出信号の高調波を除去する。低域通過フィルタ９は
電圧検出器３からの検出信号の高調波を除去する。サン
プル・ホールド回路１０はＣＰＵ１４からの制御信号に
より例えば５／３ｍｓ毎に低域通過フィルタ８の出力を
サンプリングして保持する。サンプル・ホールド回路１
１はＣＰＵ１４からの制御信号によりサンプル・ホール
ド回路１０と同じタイミングで低域通過フィルタ９の出
力をサンプリングして保持する。マルチ・プレクサ回路
１２はサンプル・ホールド回路１０，１１の出力を交互
に入力してＡ／Ｄ変換器１３に供給する。Ａ／Ｄ変換器
１３はマルチ・プレクサ回路１２の出力をディジタル信
号に変換してＣＰＵ１４に供給する。ＣＰＵ１４は電流
検出器２の検出信号に応じた電流データと電圧検出器３
の検出信号に応じた電圧データとを記憶装置１５に書き
込む。またＣＰＵ１４は、図１に示す電源１と地絡点Ｐ
との距離Ｄを演算して出力端子１６に出力する。記憶装
置１５は、電流データの記憶領域として例えばＭｉ１〜
Ｍｉ５０　番地が使用され、電圧データの記憶領域とし
て例えばＭｅ１〜Ｍｅ５０　番地が使用される。

【０００９】次に動作を説明する。き電回路の電流は電
流検出器２により検出され、電流に応じたアナログ信号
が故障点標定装置６に供給される。この信号は低域通過
フィルタ８により高調波を除去され、サンプル・ホール
ド回路１０により例えばき電回路の電流のπ／６毎すな
わち５／３ｍｓ毎にサンプリングされ、マルチ・プレク
サ回路１２により所定のタイミングでＡ／Ｄ変換器１３
に供給されてディジタル信号に変換され、ＣＰＵ１１に
より電流データとして記憶装置１５のＭｉ５０　番地に
書き込まれる。すなわち５／３ｍｓ毎に新たな電流デー
タが記憶装置１５のＭｉ５０　番地に格納され、前に記
憶装置１５に記憶されている電流データは各々１つ前の
番地に移し変えられる。これにより最前のＭｉ１番地に
格納されていた電流データは消失する。この結果、記憶
装置１５は常に最新の２５０／３ｍｓ分の電流データを
保持する。 またき電回路の電圧は電圧検出器３により検出され、電
圧に応じたアナログ信号が故障点標定装置６に供給され
る。この信号は低域通過フィルタ９により高調波を除去
され、サンプル・ホールド回路１１によりき電回路の電
流のπ／６毎すなわちサンプル・ホールド回路１０によ
る検出電流のサンプリングと同じタイミングでサンプリ
ングされ、マルチ・プレクサ回路１２により所定のタイ
ミングでＡ／Ｄ変換器１３に供給されてディジタル信号
に変換され、ＣＰＵ１１により電圧データとして記憶装
置１５のＭｅ５０　番地に書き込まれる。すなわち５／
３ｍｓ毎に新たな電圧データが記憶装置１５のＭｅ５０
　番地に格納され、前に記憶装置１５に記憶されている
電圧データは各々１つ前の番地に移し変えられる。これ
により最前のＭｅ１番地に格納されていた電圧データは
消失する。 この結果、記憶装置１５は常に最新の２５０／３ｍｓ分
の電圧データを保持する。き電回路に地絡故障が発生す
ると故障電流が流れ、遮断器４が作動してき電回路を開
路すると共に、故障検出器５が作動して検出信号が故障
点標定装置６に供給される。これによりＣＰＵ１４は記
憶装置１５のＭｉ５０　番地およびＭｅ５０　番地への
新たなデータの書き込みを停止し、既に書き込まれた地
絡故障時のデータを記憶装置１５に保持させる。

【００１０】ここで、地絡故障時のき電回路のインピー
ダンスＺは定常状態では下記数１で表される。

【００１１】

【数１】

【００１２】ただし、Ｒ：き電回路の抵抗Ｘ：き電回路
のリアクタンス ｉ：き電回路の電流 ｅ：き電回路の電圧 ｉＲ　：電流ｉの実数部 ｉＩ　：電流ｉの虚数部 ｅＲ　：電圧ｅの実数部 ｅＩ　：電圧ｅの虚数部 すなわちき電回路のリアクタンスＸは下記数２のように
なる。

【００１３】

【数２】

【００１４】ところで、電流ｉおよび電圧ｅをフーリエ
級数を用いて実数部と虚数部とに分解すると、任意の１
周期について下記数３が成立し、この１周期よりも半周
期遅れた１周期について下記数４が成立する。

【００１５】

【数３】

【００１６】

【数４】

【００１７】上記数３を上記数２に代入すると下記数５
が得られ、上記数４を上記数２に代入すると下記数６が
得られる。

【００１８】

【数５】

【００１９】

【数６】

【００２０】上記数５と数６との平均をとると下記数７
が得られる。

【００２１】

【数７】

【００２２】一方、電流検出器２により検出される電流
には地絡故障時の過渡現象による直流分が重畳しており
、それによる実数部の誤差ΔｉＲ　は下記数８のように
なり、虚数部の誤差ΔｉＩ　は下記数９のようになる。

【００２３】

【数８】

【００２４】

【数９】

【００２５】すなわち、電流検出器２により検出される
電流値を用いて上記数２によりリアクタンスＸを演算す
ると、下記数１０のように誤差を生じる。

【００２６】

【数１０】

【００２７】上記数１０を変形すると下記数１１のよう
になる。

【００２８】

【数１１】

【００２９】上記数１１の分子の誤差分ΔＸ１　は下記
数１２で表され、上記数１１の分母の誤差分ΔＸ２　は
下記数１３で表される。

【００３０】

【数１２】

【００３１】

【数１３】

【００３２】ただし、θ１　：電圧ｅの位相θ２　：電
流ｉの位相 上記数１２によりΔＸ１　は図３のようになり、上記数
１３によりΔＸ２　は図４のようになるので、リアクタ
ンスＸの誤差ΔＸは演算開始位相θにより図５のように
変化する。なお演算開始位相θは、上記数３，数４のｍ
＝０における位相である。図５から、上記数５，数６の
ように演算開始位相θを半周期すなわちπだけずらせて
リアクタンスＸ１　，Ｘ２　を演算し、上記数７のよう
にＸ１　，Ｘ２　を平均してリアクタンスＸを求めるこ
とにより、誤差ΔＸが効果的に減少することがわかる。 なお、実際にはΔｉＲ　，ΔｉＩ　は指数関数で減少す
るので、誤差ΔＸは演算開始時刻に応じて図６のように
変化する。

【００３３】故障点標定装置６は上記の理論を利用して
上記数７に基づいてリアクタンスＸを演算するものであ
り、以下その動作について図７のフローチャートを参照
しながら説明する。ＣＰＵ１４は、先ずステップＳ１で
電流検出器２からの電流データと電圧検出器３からの電
圧データとを読み込み、記憶装置１５のＭｉ５０　番地
およびＭｅ５０　番地に各々格納する。このとき、格納
前にＭｉ２番地からＭｉ５０　番地およびＭｅ２番地か
らＭｅ５０　番地の内容を１番地前にずらせる。これに
より元のＭｉ１番地およびＭｅ１番地の内容は消失する
。この読み込みは５／３ｍｓ毎に行われる。次にステッ
プＳ２に進んで、故障検出器５からの検出信号が入力さ
れているか否かを判断し、入力されていなければステッ
プＳ１に戻る。入力されていればステップＳ３に進んで
、電流検出器２からの電流データと電圧検出器３からの
電圧データとの読み込みを中止し、記憶装置１５の内容
をそのまま保持する。次にステップＳ４に進んで、例え
ばＭｉ１０　番地からＭｉ２１　番地までの電流データ
とＭｅ１０　番地からＭｅ２１　番地までの電圧データ
とを用いて上記数３および数５によりリアクタンスＸ１
　を演算する。次にステップＳ５に進んで、例えばＭｉ
１６　番地からＭｉ２７　番地までの電流データとＭｅ
１６　番地からＭｅ２７　番地までの電圧データとを用
いて上記数４および数６によりリアクタンスＸ２　を演
算する。 次にステップＳ６に進んで、Ｘ１　とＸ２　とを用いて
上記数７によりリアクタンスＸを演算する。次にステッ
プＳ７に進んで、Ｘを用いて下記数１４により電源１と
地絡点Ｐとの距離Ｄを演算する。

【００３４】

【数１４】

【００３５】ただし、ω：電源１の周波数Ｌ：き電回路
の単位長当たりのインダクタンス次にステップＳ８に進
んで距離Ｄの演算値を出力端子１６に出力した後、ステ
ップＳ１に戻る。なお周波数ωおよびインダクタンスＬ
は予め知ることができるので、上記数１４により距離Ｄ
を演算できる。

【００３６】このように、記憶装置１５の例えばＭｉ１
０　番地からＭｉ２１　番地までの１周期の電流データ
とＭｅ１０　番地からＭｅ２１　番地までの１周期の電
圧データとを用いてリアクタンスＸ１　を演算し、この
１周期から半周期遅れたＭｉ１６　番地からＭｉ２７　
番地までの１周期の電流データとＭｅ１６　番地からＭ
ｅ２７　番地までの１周期の電圧データとを用いてリア
クタンスＸ２　を演算し、これらＸ１　とＸ２　との平
均のリアクタンスＸを演算して、このＸから距離Ｄを演
算するので、過渡現象による電流ｉの直流分に起因する
誤差を良好に軽減でき、正確に故障点を標定できる。

【００３７】なお上記実施例ではリアクタンスＸ１　，
Ｘ２　，Ｘを演算して距離Ｄを求めたが、リアクタンス
Ｘ１　，Ｘ２　，Ｘに比例した値を演算して距離Ｄを求
めてもよい。また上記実施例では電流および電圧のπ／
６毎にデータをサンプリングしたが、サンプリング間隔
は任意である。また上記実施例では交流回路として交流
き電回路を採用したが、他の交流回路にも勿論本発明を
適用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、交
流回路の電流を検出する電流検出器からの検出出力に対
応した電流データと、交流回路の電圧を検出する電圧検
出器からの検出出力に対応した電圧データとを、一定時
間間隔毎に記憶装置の所定容量の記憶領域に書き込んで
先入れ先出し方式により最新の一定数の電流データおよ
び電圧データを記憶領域に保持させ、交流回路の地絡故
障の発生を検出する故障検出器からの検出出力により電
流データおよび電圧データの記憶領域への書き込みを停
止し、記憶領域に記憶された地絡故障時の電流データお
よび電圧データのうちの１周期分のデータと、この１周
期分のデータに対して位相が半周期異なる１周期分のデ
ータとを用いて、地絡点に対応する数値を各々演算し、
これらの数値の平均値により地絡点を標定するので、過
渡現象による電流の直流分に起因する誤差を良好に軽減
でき、正確に故障点を標定できるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における交流回路の故障点標
定方法の実施に用いた故障点標定システムの概略構成図
である。

【図２】故障点標定装置のブロック図である。

【図３】リアクタンスの分母の誤差の変化の説明図であ
る。

【図４】リアクタンスの分子の誤差の変化の説明図であ
る。

【図５】リアクタンスの誤差の変化の説明図である。

【図６】実際のリアクタンスの誤差の変化の説明図であ
る。

【図７】故障点標定装置の動作を説明するフローチャー
トである。

【符号の説明】

２　　　　電流検出器 ３　　　　電圧検出器 ５　　　　故障検出器 １５　　　　記憶装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　交流回路の電流を検出する電流検出器
   からの検出出力に対応した電流データと、前記交流回路
   の電圧を検出する電圧検出器からの検出出力に対応した
   電圧データとを、一定時間間隔毎に記憶装置の所定容量
   の記憶領域に書き込んで先入れ先出し方式により最新の
   一定数の電流データおよび電圧データを記憶領域に保持
   させ、前記交流回路の地絡故障の発生を検出する故障検
   出器からの検出出力により前記電流データおよび電圧デ
   ータの前記記憶領域への書き込みを停止し、前記記憶領
   域に記憶された地絡故障時の電流データおよび電圧デー
   タのうちの１周期分のデータと、この１周期分のデータ
   に対して位相が半周期異なる１周期分のデータとを用い
   て、地絡点に対応する数値を各々演算し、これらの数値
   の平均値により地絡点を標定することを特徴とする交流
   回路の地絡点標定方法。