JPH04368415A - 電力系統の絶縁劣化検出方法、絶縁劣化検出装置、絶縁劣化検出システム及び絶縁劣化判定装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力系統の絶縁劣化検
出方法及び装置に係り、特に、配電系統における絶縁劣
化検出とその発生区間の判定を高感度で行うに好適な電
力系統の絶縁劣化検出方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電力系統には、地絡や短絡故障を
検出して送電を停止する保護装置が設けられている。こ
のような保護装置は、例えば、配電系統の場合、樹枝状
の系統構成になっており、その根元の部分に設けられて
いるため、一旦故障がおこり保護装置が動作すると、広
範囲に亘る停電を招くことになる。このため、故障を未
然に防止すべく定期的な機器交換、巡回による目視点検
などが行われているが、配電系統では多くの配電機材が
広範囲にわたって配置されており様々な環境に曝されて
いること、機材の隠蔽化が進んでいることなどの理由に
より、労力の割には故障の未然防止率が小さかった。

【０００３】実際の配電線で発生する故障の大部分は、
地絡故障であり、この種の故障は何らかの前駆地絡信号
（以下、劣化信号と呼ぶ）を伴うことが多い。そこで、
この劣化信号をとらえ、その発生区間を検出することに
より、重点的に設備更新を行い、故障を未然防止する技
術が提案されている。

【０００４】この従来技術としては、例えば、「配電系
統の絶縁劣化区間検出法に関する基礎検討」（長山，青
柳他、平成２年電気学会電力，エネルギー部門全国大会
）が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、電力
系統の共振周波数，残留分や系統ノイズにより発生する
信号と絶縁劣化により発生する信号との区別が困難であ
り、絶縁劣化の高感度検出が難しかった。

【０００６】また、絶縁劣化検出後の出力の表示方法に
ついても考慮されていなかった。

【０００７】さらに、絶縁劣化発生試験装置についても
特に考案されていなかった。

【０００８】本発明の目的は、これらの残留分や系統ノ
イズ等の影響を低減し、電力系統の絶縁劣化の発生及び
その区間を高感度で検出，判定するにある。また、オペ
レータに一目で劣化に関する情報を得られるような表示
を提供することにある。さらに、試験効率を向上できる
ような絶縁劣化発生試験装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、絶縁劣化
の発生が、上記三相電力系統の共振周波数を除く帯域で
の零相電圧、及びまたは、零相電流の発生レベルの大き
さを用いて検出されることによって達成される。

【００１０】上記の目的は、また、絶縁劣化発生区間が
、上記三相電力系統の共振周波数を除く帯域での零相電
圧と、零相電流との位相差スペクトルを用いて判定され
ることによっても達成される。

【００１１】上記の目的は、零相電圧の低周波数成分を
トリガとして、絶縁劣化の発生が、上記三相電力系統の
共振周波数を除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相
電流の発生レベルの大きさを用いて検出されることによ
っても達成される。

【００１２】上記の目的は、また、零相電圧、及びまた
は、零相電流は、電源周波数と、上記三相電力系統の共
振周波数とを除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相
電流であることされることによっても達成される。

【００１３】上記の目的は、また、絶縁劣化の発生が、
上記三相電力系統の共振周波数を除く帯域での零相電圧
、及びまたは、零相電流の発生レベルの大きさを用いて
検出されるもの、または零相電圧の低周波数成分をトリ
ガとして、絶縁劣化の発生が、上記三相電力系統の共振
周波数を除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相電流
の発生レベルの大きさを用いて検出されることにおいて
、上記の目的は、また、零相電圧、及びまたは、零相電
流は、電源周波数と、上記三相電力系統の共振周波数と
を除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相電流である
ことによっても達成される。

【００１４】上記の目的は、また、絶縁劣化の発生が、
上記三相電力系統の共振周波数を除く帯域での零相電圧
、及びまたは、零相電流の発生レベルの大きさを用いて
検出されるもの、または零相電圧の低周波数成分をトリ
ガとして、絶縁劣化の発生が、上記三相電力系統の共振
周波数を除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相電流
の発生レベルの大きさを用いて検出されることにおいて
、上記の目的は、また零相電圧、及びまたは、零相電流
は、電源周波数と、その自然数倍周波数と、上記三相電
力系統の共振周波数とを除く帯域での零相電圧、及びま
たは、零相電流であることによっても達成される。

【００１５】上記の目的は、また、絶縁劣化発生区間が
、上記三相電力系統の共振周波数を除く帯域での零相電
圧と、零相電流との位相差スペクトルを用いて判定され
るもの、または、零相電圧の低周波数成分をトリガとし
て、絶縁劣化発生区間が、上記三相電力系統の共振周波
数を除く帯域での零相電圧と、零相電流との位相差スペ
クトルを用いて判定されるものにおいて、上記の目的は
、また零相電圧と零相電流とは、電源周波数と、上記三
相電力系統の共振周波数とを除く帯域での零相電圧と零
相電流とであることによっても達成される。

【００１６】上記の目的は、また、絶縁劣化発生区間が
、上記三相電力系統の共振周波数を除く帯域での零相電
圧と、零相電流との位相差スペクトルパタ−ンを用いて
判定されるもの、または、零相電圧の低周波数成分をト
リガとして、絶縁劣化発生区間が、上記三相電力系統の
共振周波数を除く帯域での零相電圧と、零相電流との位
相差スペクトルを用いて判定されることにおいて、上記
の目的は、また零相電圧と零相電流とは、電源周波数と
、その自然数倍周波数と、上記三相電力系統の共振周波
数とを除く帯域での零相電圧と零相電流とであることに
よっても達成される。

【００１７】上記の目的は、また、電源周波数を除く帯
域での零相電圧、及びまたは、零相電流の発生レベルの
大きさを求め、その後、電源周波数を超える周波数帯域
の零相電圧の低周波数成分をトリガとして、絶縁劣化の
発生が検出されることによっても達成される。

【００１８】上記の目的は、また、電源周波数を除く帯
域での零相電圧、及びまたは、零相電流の発生レベルの
大きさを求め、その後、電源周波数を超える周波数帯域
の零相電圧の低周波数成分をトリガとして、絶縁劣化の
発生が検出されることにおいて、上記零相電圧、及びま
たは、零相電流は、電源周波数と、その自然数倍周波数
とを除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相電流であ
ることによっても達成される。

【００１９】上記の目的は、また、電源周波数を除く帯
域での零相電圧と、零相電流の位相差スペクトルパター
ンを求め、その後、電源周波数を超える周波数帯域の零
相電圧の低周波数成分をトリガとして、絶縁劣化発生区
間が判定されることによっても達成される。

【００２０】上記の目的は、また、電源周波数を除く帯
域での零相電圧と、零相電流の位相差スペクトルを求め
、その後、電源周波数を超える周波数帯域の零相電圧の
低周波数成分をトリガとして、絶縁劣化発生区間が判定
されることにおいて、前記零相電圧と零相電流とは、電
源周波数と、その自然数倍周波数とを除く帯域での零相
電圧と零相電流とであることによっても達成される。

【００２１】上記の目的は、また、前記電源周波数を除
く帯域での零相電圧、及びまたは、零相電流の発生レベ
ルの大きさを求め、その後、電源周波数を超える周波数
帯域の零相電圧の低周波数成分をトリガとして、絶縁劣
化の発生が検出されること、または、上記零相電圧、及
びまたは、零相電流は、電源周波数と、その自然数倍周
波数とを除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相電流
であること、または、電源周波数を除く帯域での零相電
圧と、零相電流の位相差スペクトルを求め、その後、電
源周波数を超える周波数帯域の零相電圧の低周波数成分
をトリガとして、絶縁劣化発生区間が判定されること、
または、上記零相電圧と零相電流とは、電源周波数と、
その自然数倍周波数とを除く帯域での零相電圧と零相電
流とであることにおいて、上記零相電圧の低周波数成分
は、上記電源周波数の２倍未満であることであることに
よっても達成される。

【００２２】上記の目的は、また、電源周波数を除く帯
域での零相電圧に対する零相電流の位相平均値θ（但し
、｜θ｜≦１８０°）が、 −９０°＋θ１＞θ＞−９０°−θ２　　（θ１，θ２
：定数≦９０°） であれば、負荷側で絶縁劣化が発生と判定し、−９０°
＋θ１＜θ＜１８０°、または、−９０°−θ２＞θ＞
−１８０° であれば、電源側で絶縁劣化が発生と判定されることに
よっても達成される。

【００２３】上記の目的は、また、電源周波数を除く帯
域での零相電圧に対する零相電流の位相平均値θ（但し
、｜θ｜≦１８０°）が、 −９０°＋θ１＞θ＞−９０°−θ２　　（θ１，θ２
：定数≦９０°） であれば、負荷側で絶縁劣化が発生と判定し、−９０°
＋θ１＜θ＜１８０°、または、−９０°−θ２＞θ＞
−１８０° であれば、電源側で絶縁劣化が発生と判定されることに
おいて、上記零相電圧に対する零相電流の位相平均値θ
は、上記電源周波数と、その自然数倍周波数とを除く帯
域での零相電圧に対する零相電流の位相平均値θである
ことによっても達成される。

【００２４】上記の目的は、また、前記解決するための
手段おいて、θ１＜θ２であることによっても達成され
る。

【００２５】上記の目的は、また、前記解決するための
手段おいて、上記零相電流の位相平均値θは、電源周波
数の自然数倍周波数までの低周波数領域での位相平均値
であることによっても達成される。上記の課題は、また
、前記解決するための手段において、上記電源周波数の
自然数倍周波数は、上記電源周波数の４倍の周波数であ
ることによっても達成される。

【００２６】上記の目的は、また、前記解決するための
手段において、上記電力系統の電源側から絶縁劣化の発
生を判定することによっても達成される。

【００２７】上記の目的は、また、上記配電線に接続さ
れる第１の電極と、該第１の電極と対向し、接地電位に
接続される第２の電極と、上記対向する第１の電極と第
２の電極とのギャップ長を制御する手段とを具備する地
絡発生装置を備えることによっても達成される。

【００２８】上記の目的は、また、前記地絡発生装置に
おいて、上記第１の電極と第２の電極との少なくとも一
方は、耐弧メタルを含むことによっても達成される。

【００２９】上記の目的は、また、前記地絡発生装置と
、電力系統固有の共振周波数を測定する手段とを具備す
ることによっても達成される。

【００３０】上記の目的は、また、三相電力系統の絶縁
劣化区間を特定する情報を生成する手段と、三相電力系
統図の少なくとも一部と上記絶縁劣化区間を特定する情
報とを同一画面領域に表示する表示装置とを具備される
ことによっても達成される。上記の目的は、また、三相
電力系統における少なくとも一個所での零相電圧に対す
る零相電流の位相平均値θと絶対値とを演算する手段と
、零相電圧に対する零相電流の位相平均値と絶対値との
関係を示す二次元座標領域内に、負荷側及び又は電源側
で絶縁劣化が発生する領域を特定する情報と、上記所定
個所での零相電圧に対する零相電流の位相平均値θと絶
対値とに対応する情報とを同時に表示する表示装置とを
具備することによっても達成される。

【００３１】上記の目的は、また、前記演算する手段と
前記表示装置であることにおいて、上記演算する手段は
、複数個所でのそれぞれの零相電圧に対する零相電流の
位相平均値θと絶対値とを演算する手段であり、上記表
示装置は、上記複数個所の一つでの零相電圧に対する零
相電流の位相平均値θと絶対値とに対応する情報を表示
する表示装置であることによっても達成される。

【００３２】上記の目的は、また、前記演算する手段と
前記表示装置であることにおいて、上記演算する手段は
、複数個所でのそれぞれの零相電圧に対する零相電流の
位相平均値θと絶対値とを演算する手段であり、上記表
示装置は、上記複数個所での零相電圧に対する零相電流
の位相平均値θと絶対値とに対応する情報を同時に表示
する表示装置であることによっても達成される。

【００３３】上記の目的は、また、三相電力系統におけ
る少なくとも一個所での零相電圧に対する零相電流の位
相平均値θと絶対値とを演算する手段と、零相電圧に対
する零相電流の位相平均値と絶対値とに応じて、絶縁劣
化の進展度が、互いに識別可能な複数の領域と、上記所
定個所での零相電圧に対する零相電流の位相平均値θと
絶対値とに対応する情報とを同時に表示する表示装置と
を具備されることによっても達成される。

【００３４】上記の目的は、また、三相電力系統におけ
る少なくとも一個所での零相電圧に対する零相電流の位
相平均値θと絶対値とを演算する手段と、零相電圧に対
する零相電流の位相平均値と絶対値とに応じて、絶縁劣
化の進展度が、互いに識別可能な複数の領域と、上記所
定個所での零相電圧に対する零相電流の位相平均値θと
絶対値とに対応する情報とを同時に表示する表示装置と
を具備することによっても達成される。

【００３５】

【作用】劣化信号発生メカニズムについて、落雷時の大
電流による碍子の亀裂発生を例にとり説明する。まず、
碍子に亀裂発生しただけでは絶縁上何ら異常が発生しな
いが、亀裂部に塩分などが付着した状態で雨が降ると、
絶縁耐力が低下し小さな放電が発生し劣化信号を観察さ
れるようになる。しかし、放電がある程度続くと、その
部分の温度上昇により水分が蒸発してしまい一時的に正
常な状態に戻る。この状態では劣化電流の継続時間が短
かくそのレベルも小さいため、保護装置は動作せず亀裂
の発生はわからないままである。その結果、単発的放電
を再び繰り返しながら、ついには永久故障に至ってしま
う。この途中では、放電劣化電流の継続時間が比較的長
く、保護装置が動作する場合もあり得るが、再送電時に
は水分が蒸発してしまっており原因探索は困難を極める
ことになる。ここでは、碍子の亀裂発生を例に取り上げ
たが、樹木や鳥獣接触についても同様な現象になる。発
明者らは、これらの現象に伴う劣化信号と残留分や系統
ノイズとが異なる特徴をもつことを発見し、該特徴を利
用して絶縁劣化検出してその区間を高感度で判定するこ
とができた。この特徴の一つは、劣化による放電のよう
な不連続現象に伴う零相電圧，零相電流のスペクトルは
、電源周波数とその自然数倍周波数以外にも多くの成分
を含み、特に零相電圧のスペクトルは低周波数成分ほど
大きくなる傾向を示す点にある。一方、残留分は、電源
周波数とその自然数倍周波数成分がほとんどである。 また、負荷の入切などにより発生する系統ノイズは劣化
信号に比較して高周波帯域に存在することがわかった。

【００３６】本発明では、まず、残留分と系統ノイズの
影響が大きい電源周波数と高周波成分を除いた零相電圧
発生レベルにより劣化の発生が検出される。次に、電源
周波数の自然数倍周波数を除いた帯域での零相電流と零
相電圧の位相を利用して劣化発生区間が判定される。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、三相の配電系統に本発明に係る絶縁劣
化検出装置が装着された状態を示す。

【００３８】図に示す配電系統は、上位の高電圧系統か
ら供給される電力を配電電圧に変圧する変圧器１と、該
変圧器１に接続され図示されていない保護装置の遮断指
令により動作する遮断器２と、該遮断器２に接続された
三相母線３と、該三相母線３に遮断器４，５，６を介し
て接続された複数の三相フィーダ７，８，９（ここでは
３フィーダとした）を含んで形成されている。この配電
系統に装着された絶縁劣化検出装置は、前記三相フィー
ダ７，８，９に所定の間隔をおいて装着されたセンサ装
置１０Ａ〜１０Ｃ，１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃと
、これらセンサ装置にそれぞれ接続され該センサ装置の
出力信号が入力され、前処理される子局１３Ａ〜１３Ｃ
，１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ〜１５Ｃと、同一フィーダ上
の隣接する子局を相互に接続する通信線１６，１７，１
８と、前記各フィーダの最も電源側に配置された子局１
３Ａ，１４Ａ，１５Ａに接続して配置された判定手段で
ある親局１９とを含んで構成されている。また、三相母
線３に取り付けられ、その出力信号が通信線３３を介し
て親局１９に接続されるセンサ装置２０及び子局２１も
含んで構成されている。

【００３９】センサ装置２０及び子局２１の構成を図２
を参照して説明する。図２において、センサ装置２０は
、三相母線３に接続されたスター結線の一次巻線２２と
デルタ結線の二次巻線２３からなる接地変圧器を用いた
　Ｖ０　センサで構成される。一次巻線２２の中性点は
接地され、デルタ結線の一辺には限流抵抗２４が接続さ
れる。子局２１は限流抵抗２４の両端の電圧として検出
される　Ｖ０　を入力とするアンプ２５と、該アンプ２
５出力側にそれぞれ接続され電源周波数、例えば、５０
Ｈｚに同調されたノッチフィルタ２６と、該ノッチフィ
ルタ２６の出力側に接続された　１　ｋＨｚのカットオ
フ周波数の持つローパスフィルタ２７と、該ローパスフ
ィルタ２７の出力をディジタル信号に変換するＡＤ変換
器２８と、、前記ノッチフィルタ２６の出力側に接続さ
れた　９０　Ｈｚのカットオフ周波数の持つローパスフ
ィルタ２９と、該ローパスフィルタ２９の出力を入力と
するコンパレータ３０と、該コンパレータ３０と前記Ａ
Ｄ変換器２８の出力側に接続されたメモリ３１と、該メ
モリ３１の出力側に接続された通信端末３２を含んで構
成されている。通信端末３２は、親局１９に通信線３３
を介して接続されている。

【００４０】次に、同一構成であるセンサ装置１０Ａ〜
１０Ｃ，１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃ及び子局１３
Ａ〜１３Ｃ，１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ〜１５Ｃの構成に
ついて、センサ装置１０Ａ及び子局１３Ａを例に取り図
３を参照して説明する。

【００４１】図３において、センサ装置１０Ａは三相フ
ィーダ７に結合されたＩ０　センサ３４で構成される。 子局１３Ａは、前記　Ｉ０　センサ３４の出力が接続さ
れるアンプ３５と、該アンプ３５の出力側に接続される
電源周波数の　５０　Ｈｚに同調されたノッチフィルタ
３６と、該ノッチフィルタ３６の出力側に接続された　
１　ｋＨｚのカットオフ周波数の持つローパスフィルタ
３７と、該ローパスフィルタ３７の出力をディジタル信
号に変換するＡＤ変換器３８と、該ＡＤ変換器３８の出
力側に接続されたメモリ３９と、該メモリ３９の出力側
に接続された通信端末４０とを含んで構成されている。 通信端末４０は、親局１９及び同一フィーダ７上の隣接
子局１３Ｂに通信線１６を介して接続されている。

【００４２】上記構成のセンサ装置及び子局は、次のよ
うに動作する。図２において、限流抵抗２４の両端の電
圧として検出される　Ｖ０　は、アンプ２５に入力され
て信号処理に適当な電圧信号に変換される。劣化時に発
生するＶ０　信号は前述のように電源とその自然数倍周
波数以外にも多くの周波数成分を含み、特に低周波成分
ほど大きくなる。そこで、アンプ２５の出力信号から　
５０　Ｈｚノッチフィルタ２６によって残留分が最も大
きくなる電源周波数成分が除去し、さらに　１　ｋＨｚ
ローパスフィルタ２７で系統ノイズが除去することによ
って、劣化時に比較的多く発生する微小な　Ｖ０　信号
のみが精度良く抽出できるようになる。特に本発明では
、系統ノイズは系統が持つインダクタンスと容量の共振
によって増大し、その共振周波数は一般の系統が持つイ
ンダクタンスと容量の値から考えて、ほとんどが　１　
ｋＨｚ以上になることを見出し　１　ｋＨｚローパスフ
ィルタ２７を用いたものである。ここでは、フィルタと
してローパスフィルタ２７を用いたが、系統の共振周波
数帯域だけを除去するバンドパスフィルタを用いても良
い。

【００４３】１　ｋＨｚローパスフィルタ２７の出力は
ＡＤ変換器２８に入力されディジタル信号に変換された
後、メモリ３１に繰り返し書き込まれる。一方、　５０
　Ｈｚノッチフィルタ２６の出力は　９０　Ｈｚローパ
スフィルタ２９にも入力され、劣化によって特徴的に発
生する低周波成分の中でも比較的低周波帯域の成分だけ
が抽出される。抽出された低周波成分はコンパレータ３
０であらかじめ設定された基準値と比較され、基準値を
越えていれば劣化発生と判断してメモリホールド信号が
出力されメモリ３１にその時の　Ｖ０　時間データがス
トアされる。ここで、ローパスフィルタ２９のカットオ
フ周波数は、低く設定するほど残留分やノイズに対して
強くなるが、電源周波数以下にすると劣化発生に対する
応答が悪くなり検出が難しくなる。逆に、カットオフ周
波数を高く設定すると残留分やノイズによって誤動作し
、特に電源の自然数倍周波数の帯域ではその危険性が大
きくなる。本発明では以上のべたことを実験的に見出し
、ローパスフィルタ２９のカットオフ周波数を電源周波
数を超え、かつ、電源周波数の２倍未満であるところの
９０Ｈｚに設定した。ここで、ローパスフィルタ２７の
カットオフ周波数を　１　ｋＨｚとし、ローパスフィル
タ２９のそれより高くした理由は、メモリ３１のデータ
に対しては、後述するように電源の自然数倍周波数の残
留分が、親局１９の処理により除去できるため、系統ノ
イズの影響を受けない範囲でできるだけ劣化現象に対し
て応答性を高めたためである。 コンパレータ３０からのメモリホールド信号は、親局１
９を経由して通信線１６，１７，１８により子局１３Ａ
〜１３Ｃ，１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ〜１５Ｃにも伝送さ
れる。

【００４４】図３における子局１３Ａの動作もメモリホ
ールド信号の発生動作を除けば、図２に示した子局２１
と同様であり、親局１９からのメモリホールド信号によ
り、劣化発生時のＩ０時間データがメモリ３９にホール
ドされる。子局１３Ｂ〜１３Ｃ，１４Ａ〜１４Ｃ，１５
Ａ〜１５Ｃについても同様に動作する。　Ｖ０　，Ｉ０
時間データが各子局のメモリにストアされるとあらため
てメモリから親局１９に劣化発生を示す信号が伝送され
、親局１９の劣化区間判定プログラムが起動することに
なる。

【００４５】親局１９の処理アルゴリズムについて、図
４をもとに説明する。まず、Ｓ１では伝送されてきた子
局２１の　Ｖ０　時間データ、及び子局１３Ａ〜１３Ｃ
，１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ〜１５Ｃの　Ｉ０　時間デー
タから、　Ｖ０　に対する　Ｉ０　各子局の位相が複数
周波数毎に求められる。具体的手段としてはディジタル
フィルタあるいはフーリェ変換などが用いられる。ここ
で、複数周波数として　０〜電源周波数の４倍となる　
２００　Ｈｚの間で　０　Ｈｚ及び電源とその自然数倍
周波数を除いたものを選ぶ。０　〜　２００　Ｈｚの帯
域を用いる理由は、この帯域の成分が劣化によって比較
的大きくなるためである。また、電源とその自然数倍周
波数のデータを除く理由は、残留分の影響が大きい成分
であるためである。Ｓ２では、Ｓ１で求められた複数周
波数における位相の平均値が、各子局毎に求められる。 求められた位相の平均値を　θ（ｉ，ｊ）　で表わすこ
とにする。ここで、括弧内の　ｉ，ｊ　はそれぞれフィ
ーダＮｏ．　と子局　Ｎｏ．　を示し、子局１３Ａ〜１
３Ｃを例にとるとｉ＝１であり、ｊ＝１，２，３のよう
に表わすことにする。以下、フィーダ７，８，９をそれ
ぞれフィーダＮｏ．１，２，３と呼ぶ。

【００４６】Ｓ５では、まず　θ（１，１）すなわち子
局１３Ａの位相平均値が判定され−１６０°≦θ（１，
１）≦−６０°を満足しなければ他フィーダで劣化発生
と判断され、Ｓ９で最終フィーダではないことがチェッ
クされた後、Ｓ４に戻り　ｉ　に　１　を加えてからθ
（２，１）の判定を行なう。このようにして、最終フィ
ーダまでチェックしてもすべて　−１６０°≦　θ（ｉ
，１）　≦　−６０°を満足せず、他フィーダで劣化発
生と判断された場合には、誤起動と判断してＳ１０で異
常なしのメッセージを出力して終了する。一方、　−１
６０°≦　θ（１，１）　≦　−６０°を満足した場合
には、フィーダ　Ｎｏ．１　で劣化発生と判断して、Ｓ
７に進み劣化区間の探索を開始する。Ｓ７では−１６０
°≦θ（１，２）　≦−６０°が成立するか否かを調べ
る。この条件が成立しない場合には、子局１３Ｂより電
源側区間すなわち子局１３Ａと１３Ｂとの間で劣化発生
と判定し、Ｓ１１でフィーダ　Ｎｏ．と子局　Ｎｏ．を
表示して終了する。一方、前記条件が成立した場合には
、Ｓ７で位相をチェックした子局がフィーダＮｏ．１の
末端子局かどうか調べる。この場合は末端子局ではない
ので、Ｓ６に戻り　ｊ　に　１　を加えてから、Ｓ７で
　θ（１，３）　に対する判定をする。ここで、　θ（
１，３）　が条件を満足していれば子局１３Ｂより負荷
側区間すなわちフィーダ　Ｎｏ．１　の末端区間で劣化
発生と判定、Ｓ１２で表示して終了する。ここでは、フ
ィーダ　Ｎｏ．１　の劣化区間の探索について説明した
が、他フィーダについても同様である。

【００４７】ここで、Ｓ５あるいはＳ７で　−１６０°
≦　θ（ｉ，ｊ）　≦　−６０°が成立した場合にはそ
のフィーダあるいは負荷側区間、成立しない場合には他
フィーダあるいは電源側区間で劣化発生と判定される理
由について図５をもとに説明する。なお、図５の表現法
は文献（中山：保護継電システム，電気書院）によった
。

【００４８】図５は劣化発生時に系統に流れる　Ｉ０　
の等価回路であり、５０は系統の対地静電容量を表わす
。５１は図２で説明した接地変圧器の二次巻線２３の一
辺に接続された限流抵抗２４を一次側に換算した抵抗で
ある。図５に示すように、フィーダ８のＦ点で劣化が発
生すると、健全フィーダ７，９それぞれの対地充電電流
Ｉｃ１，　Ｉｃ３　が、三相母線３を経由して劣化点Ｆ
に流れ込む。また、接地変圧器の一次巻線２２の中性点
を経由する電流　Ｉｎ　も劣化点Ｆに流れ込む。劣化発
生フィーダでは、劣化点Ｆより電源側の対地充電電流　
Ｉｃ２′と負荷側の対地充電電流Ｉｃ２′′　が劣化点
Ｆに流れ込む。ここで、電流　Ｉｎ　により生じる中性
点電圧の上昇が　Ｖ０　であり、符号を次のように決め
ることにする。

【００４９】

【数１】

【００５０】ここで、Ｒｎ：一次換算抵抗５１の値数１
のように符号を決めると、図５のフィーダ８において、
劣化点を挟んで両側に流れる　Ｉ０　のベクトル図は図
６のように表わすことができる。図６において、Ｉ０′
，　Ｉ０″はそれぞれ劣化点より電源側，負荷側のフィ
ーダを流れる　Ｉ０　であり、Ｉ０Ｎは系統や検出回路
に存在するノイズである。なおここでは、Ｉ０″，Ｉ０
Ｎ，Ｉｃ２″の大きさが小さい例を示し便宜上そのスケ
ールを拡大して表示する。

【００５１】ここで、　Ｖ０　に対する　Ｉ０′の位相
αは　Ｉｎ　と　Ｉｃ１＋Ｉｃ３＋Ｉｃ２′　の絶対値
の比によって変化する。 すなわち、位相αは近似的には一次換算抵抗５１の値　
Ｒｎ　と系統対地静電容量　Ｃｓ　によって、次式のよ
うに様々に変化する。

【００５２】

【数２】

【００５３】ここで、ω：角周波数 一般の配電系統においては、Ｒｎ　は数　１０　ｋΩ、
　Ｃｓ　は　０．１〜　２０μＦ程度であり、数２から
位相αは　−１６０°〜−９０°付近に分布するように
なる。これに対して、抵抗値　Ｒｎ　と並列にリアクト
ルが接続される場合やノイズの影響が大きい場合も考え
ると、αが、−９０°以下になることもあるため、今回
は余裕を見て−１６０°≦α≦　−６０°が成立した場
合にフィーダの負荷側区間で劣化発生と判定した。ここ
で、図７に示すようにαの範囲を　−９０°に対して非
対称として０°〜−９０°の範囲を　３０°とせまくし
た理由は、次のようなものである。一般に、ノイズＩ０
Ｎは、電源とその自然数倍周波数を除いているため、広
帯域なランダムノイズとなり、その位相は、複数周波数
の平均をとることによって　０°付近に分布するように
なる。したがって、比較的ノイズの影響を受けやすい　
０°付近から離れた領域で位相判定することにより、誤
判定する危険性を減少できることになるためである。

【００５４】一方　Ｉ０″の位相βは、ノイズ　Ｉ０Ｎ
　の影響が小さい場合には９０°になるが、ノイズ　Ｉ
０Ｎ　の影響が大きくなると　０°〜　９０°付近に分
布するようになる。 ここで、他フィーダで劣化発生と判定する位相範囲をで
きるだけ広くしておけば、誤起動と判断してＳ１０で異
常なしのメッセージを出力するだけであるため、他の外
来ノイズにより誤判定することがなくなり、ノイズに強
いシステムになる。一方、そのフィーダで劣化発生と判
定されて劣化区間の探索ルーチンに入った場合には、電
源側区間で劣化発生と判定する位相範囲をできるだけ広
くしておけば確実に劣化区間を発見できることになる。 以上の理由により、図７に示すように−１６０°　≦　
θ（ｉ，ｊ）　≦　−６０°以外の位相に対してはすべ
て他フィーダであるいは電源側区間で劣化発生と判定す
ることにしたものである。

【００５５】図８，９に、実際の配電機器で劣化発生さ
せたときに、それぞれ劣化点より電源側子局、負荷側子
局でストアされたデータを親局で処理した結果の一例を
示す。電源周波数は　５０　Ｈｚである。各図において
、（ａ），（ｂ）はそれぞれ　Ｖ０　，　Ｉ０　の時間
データ及びスペクトルである。両図の時間データともノ
イズが多く含まれており、　Ｖ０　データにわずかに波
形変化が見られる程度である。これに対して、スペクト
ルでは既に説明したように、健全時にも存在する電源と
その自然数倍周波数の成分以外にも多くの周波数成分が
発生しており、特に　Ｖ０　のスペクトルは低い周波数
成分ほど大きくなる傾向を示している。図８（ｃ），９
（ｃ）は、Ｖ０に対するＩ０の位相スペクトルを示す。 それぞれの位相スペクトルから電源とその自然数倍周波
数を除く複数周波数における位相が求められ、その平均
値をそれぞれθ（ｉ，ｊ），θ（ｉ，ｊ＋１）　とする
と、このケースでは θ（ｉ，ｊ）　＝　−６８°　，　θ（ｉ，ｊ＋１）　
＝　１２°となり、図４で説明した親局１９の処理アル
ゴリズムによりフィーダＮｏ．ｉの子局Ｎｏ．ｊ　と　
ｊ＋１　の区間で劣化発生と判定できることになる。

【００５６】本発明の上記一実施例の親局アルゴリズム
によれば、Ｓ７では−１６０°≦θ（ｉ，ｊ）≦　−６
０°が成立しなけれは、直ちにＳ１１に進み劣化区間を
出力するようにしているが、これに対して一旦劣化フィ
ーダの全子局の位相を調べた後、総合的に判定しても良
い。この場合は、例えば途中の子局に不具合があったと
しても総合的に見るため、的確な判定が期待できる。図
１０に、判定出力結果となる表示装置の表示画面を示す
。ここで、３４は　Ｉ０　センサであり各センサに付記
されている矢印が劣化方向判定結果、１０１が劣化区間
を示す記号である。また、図１１は各子局から得られた
　Ｉ０　の絶対値と　Ｖ０　に対する位相情報をベクト
ル平面上に表示した表示装置の表示画面である。この平
面上には　Ｉ０　の絶対値と位相情報により得られる劣
化の進展度を示す情報も色分け（図示せず）して示され
る。

【００５７】本発明の上記一実施例によれば、残留分や
系統ノイズの影響を低減できるので、絶縁劣化の発生及
びその区間を高感度で検出できる。また、劣化発生方向
を示す矢印など劣化区間を特定する情報を生成する手段
と、配電系統図の少なくとも一部と、劣化発生区間を示
す情報を同一画面領域に表示したので、オペレータは一
目で劣化に関する情報を得ることができるようになる。 さらに、劣化の進展度が色分けして示されるので、オペ
レータは次の対策を打つための劣化情報を一目で得るこ
とができるようになる。

【００５８】上記一実施例のセンサ装置１０Ａ〜１０Ｃ
，１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃでは　Ｉ０　のみを
検出したが、これに対して　Ｖ０　も併せて検出するよ
うにしても良い。　Ｖ０　センサとしては三相フィーダ
に接続されたコンデンサが用いられる。この場合、子局
２１からメモリホールド信号が伝送されてくる点は上記
一実施例と同様であるが、Ｖ０　，　Ｉ０　を用いて子
局１３Ａ〜１３Ｃ，１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ〜１５Ｃに
おいて図４で説明した処理により方向判定までの処理を
する点が異なる。親局１９では、子局の方向判定結果を
用いて劣化区間を判定し出力する。なお、本実施例の場
合、子局２１では　Ｖ０　を使用してコンパレートした
後、基準値を越えていればメモリホールド信号を出力す
るだけで、その　Ｖ０　は劣化発生方向判定用データと
しては使用しない。

【００５９】本発明の上記した他の実施例によれば、残
留分や系統ノイズの影響を低減でき、絶縁劣化の発生及
びその区間を高感度で検出できる他、各子局で求められ
た方向判定結果が伝送されるだけなので伝送量が少なく
てすむなどの効果がある。

【００６０】本発明の別な実施例について図面に基づい
て説明する。図１２，１３は、それぞれ本発明の検証試
験やアルゴリズムの位相設定に用いる地絡発生装置の平
面図及び側面図である。地絡発生装置は配電線の一相に
接続される第１の電極１２０と、該第１の電極１２０に
対向し接地電位に接続される第２の電極１２１と、前記
第１の電極１２０が支持される手動アーム１２２と、前
記第２の電極が支持される自動アーム１２３と、手動ア
ーム１２２及び自動アーム１２３をそれぞれに支持する
固定架台１２４，１２５と、固定架台１２４，１２５が
固着される共通ベース１２８とで構成される。手動アー
ム１２２と固定架台１２４は、手動アーム１２２に固着
されたピニオンギア（図示せず）と固定架台１２４に固
着されたラックギア（図示せず）でリンクされ、手動ア
ーム１２２が電極の軸に対して直角２方向に手動で移動
可能に構成される。一方、自動アーム１２３と固定架台
１２５は、自動アーム１２３に固着されたピニオンギア
（図示せず）と固定架台１２５に固着されたラックギア
１２６でリンクされ、さらにラックギア１２６はステッ
ピングモータ１２７の軸に回転可能に取り付けられるこ
とにより、移動アーム１２３が電極の軸方向に移動可能
に構成される。ステッピングモータ１２７の回転角は遠
隔装置（図示せず）によりコントロール可能に構成され
る。なお、前記第１，第２の電極材料としてはアーク発
生によって表面が荒れない耐弧メタルが使用される。

【００６１】動作について説明する。まず、第２の電極
１２１と第１の電極１２０の軸が一致するように、手動
アーム１２２の位置が調整される。次に、遠隔装置から
ステッピングモータ１２７に出力されるパルス数すなわ
ち回転角が決められ、スタートボタンを押すと電極間の
ギャップ長が短くなるように、自動アーム１２３が所定
の距離だけ移動し地絡を発生させた後、再び元の位置ま
で戻って一連の動作を終了する。

【００６２】本発明の上記した別な実施例によれば、常
に一定のギャップ長にコントロールすることが可能にな
り、かつ電極材料として耐弧メタルを用いているため、
地絡波形の再現性が向上し検証試験やアルゴリズムの位
相設定試験時の効率向上が可能になる。また、図３にお
いて、系統ノイズを除去するローパスフィルタ３７のカ
ットオフ周波数を設定するために行なう、系統の共振試
験の効率向上の点でも効果がある。すなわち、系統に地
絡発生装置を取り付けて地絡を発生させることにより、
常に系統の自由振動を安定して励起させることができ、
共振周波数の測定が簡単になる。

【００６３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれば
電力系統から検出される零相電圧及び零相電流における
残留分や系統ノイズの影響が低減されるので、該電力系
統の絶縁劣化の発生及びその発生区間の検出，判定が高
感度で行なわれる効果がある。また、劣化発生方向を示
す矢印など劣化区間を特定する情報を生成する手段と、
配電系統図の少なくとも一部と、劣化発生区間を示す情
報を同一画面領域に表示したので、オペレータは一目で
劣化に関する情報を得ることができるようになる。

【００６４】さらに、常に一定のギャップ長にコントロ
ールすることが可能になりかつ電極材料として耐弧メタ
ルを用いているため、各種試験の効率向上が可能になる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が配電系統に適用された図で
ある。

【図２】図１に示す一実施例の要素装置の詳細図である
。

【図３】図１に示す一実施例の別な要素装置の詳細図で
ある。

【図４】図１に示す一実施例の処理アルゴリズムを示す
フロー図である。

【図５】本発明の作用を説明するための等価回路図であ
る。

【図６】本発明の作用を説明するためのベクトル図であ
る。

【図７】図１に示す一実施例の機能説明図である。

【図８】図１に示す一実施例で得られたデータ例を示す
図である。

【図９】図１に示す一実施例で得られた別なデータ例を
示す図である。

【図１０】本発明で得られた出力結果図である。

【図１１】本発明で得られた別な出力結果図である。

【図１２】本発明の別な実施例で得られた試験装置の平
面図である。

【図１３】本発明の別な実施例で得られた試験装置の側
面図である。

【符号の説明】

７，８，９…三相フィーダ（送電線）、１０Ａ〜１０Ｃ
，１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃ…センサ装置、１３
Ａ〜１３Ｃ，１４Ａ〜１４Ｃ，１５Ａ〜１５Ｃ…子局、
１６，１７，１８…通信線、１９…親局、２０…センサ
装置、２１…子局。

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三相電力系統の絶縁劣化を検出するものに
   おいて、絶縁劣化の発生が、上記三相電力系統の共振周
   波数を除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相電流の
   発生レベルの大きさを用いて検出されることを特徴とす
   る電力系統の絶縁劣化検出装置。
2. 【請求項２】三相電力系統の絶縁劣化を検出するものに
   おいて、絶縁劣化発生区間が、上記三相電力系統の共振
   周波数を除く帯域での零相電圧と、零相電流との位相差
   スペクトルを用いて判定されることを特徴とする電力系
   統の絶縁劣化検出装置。
3. 【請求項３】三相電力系統の絶縁劣化を検出するものに
   おいて、零相電圧の低周波数成分をトリガとして、絶縁
   劣化の発生が、上記三相電力系統の共振周波数を除く帯
   域での零相電圧、及びまたは、零相電流の発生レベルの
   大きさを用いて検出されることを特徴とする電力系統の
   絶縁劣化検出装置。
4. 【請求項４】三相電力系統の絶縁劣化を検出するものに
   おいて、零相電圧の低周波数成分をトリガとして、絶縁
   劣化発生区間が、上記三相電力系統の共振周波数を除く
   帯域での零相電圧と、零相電流との位相差スペクトルを
   用いて判定されることを特徴とする電力系統の絶縁劣化
   検出装置。
5. 【請求項５】請求項１、又は、請求項３において、上記
   零相電圧、及びまたは、零相電流は、電源周波数と、上
   記三相電力系統の共振周波数とを除く帯域での零相電圧
   、及びまたは、零相電流であることを特徴とする電力系
   統の絶縁劣化検出装置。
6. 【請求項６】請求項１、又は、請求項３において、上記
   零相電圧、及びまたは、零相電流は、電源周波数と、そ
   の自然数倍周波数と、上記三相電力系統の共振周波数と
   を除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相電流である
   ことを特徴とする電力系統の絶縁劣化検出装置。
7. 【請求項７】請求項２、又は、請求項４において、上記
   零相電圧と零相電流とは、電源周波数と、上記三相電力
   系統の共振周波数とを除く帯域での零相電圧と零相電流
   とであることを特徴とする電力系統の絶縁劣化検出装置
   。
8. 【請求項８】請求項２、又は、請求項４において、上記
   零相電圧と零相電流とは、電源周波数と、その自然数倍
   周波数と、上記三相電力系統の共振周波数とを除く帯域
   での零相電圧と零相電流とであることを特徴とする電力
   系統の絶縁劣化検出装置。
9. 【請求項９】三相電力系統の絶縁劣化を検出するものに
   おいて、電源周波数を除く帯域での零相電圧、及びまた
   は、零相電流の発生レベルの大きさを求め、その後、電
   源周波数を超える周波数帯域の零相電圧の低周波数成分
   をトリガとして、絶縁劣化の発生が、検出されることを
   特徴とする電力系統の絶縁劣化検出方法。
10. 【請求項１０】請求項９において、上記零相電圧、及び
    または、零相電流は、電源周波数と、その自然数倍周波
    数とを除く帯域での零相電圧、及びまたは、零相電流で
    あることを特徴とする電力系統の絶縁劣化検出方法。
11. 【請求項１１】三相電力系統の絶縁劣化を検出する方法
    において、電源周波数を除く帯域での零相電圧と、零相
    電流の位相差スペクトルを求め、その後、電源周波数を
    超える周波数帯域の零相電圧の低周波数成分をトリガと
    して、絶縁劣化発生区間が判定されることを特徴とする
    電力系統の絶縁劣化検出方法。
12. 【請求項１２】請求項１１において、上記零相電圧と零
    相電流とは、電源周波数と、その自然数倍周波数とを除
    く帯域での零相電圧と零相電流とであることを特徴とす
    る電力系統の絶縁劣化検出方法。
13. 【請求項１３】請求項９から請求項１２の何れかにおい
    て、上記零相電圧の低周波数成分は、上記電源周波数の
    ２倍未満であることを特徴とする電力系統の絶縁劣化検
    出方法。
14. 【請求項１４】三相電力系統の絶縁劣化を判定するもの
    において、電源周波数を除く帯域での零相電圧に対する
    零相電流の位相平均値θ（但し、｜θ｜≦１８０°）が
    、 −９０°＋θ１＞θ＞−９０°−θ２　　（θ１，θ２
    ：定数≦９０°） であれば、負荷側で絶縁劣化が発生と判定し、−９０°
    ＋θ１＜θ＜１８０°、または、−９０°−θ２＞θ＞
    −１８０° であれば、電源側で絶縁劣化が発生と判定することを特
    徴とする電力系統の絶縁劣化判定装置。
15. 【請求項１５】請求項１４において、上記零相電圧に対
    する零相電流の位相平均値θは、上記電源周波数と、そ
    の自然数倍周波数とを除く帯域での零相電圧に対する零
    相電流の位相平均値θであることを特徴とする電力系統
    の絶縁劣化判定装置。
16. 【請求項１６】請求項１４、又は、請求項１５において
    、θ１＜θ２であることを特徴とする電力系統の絶縁劣
    化判定装置。
17. 【請求項１７】請求項１４から請求項１６の何れかにお
    いて、上記零相電流の位相平均値θは、電源周波数の自
    然数倍周波数までの低周波数領域での位相平均値である
    ことを特徴とする電力系統の絶縁劣化判定装置。
18. 【請求項１８】請求項１７において、上記電源周波数の
    自然数倍周波数は、上記電源周波数の４倍の周波数であ
    ることを特徴とする電力系統の絶縁劣化判定装置。
19. 【請求項１９】請求項１４から請求項１８の何れかにお
    いて、上記電力系統の電源側から絶縁劣化の発生を判定
    することを特徴とする電力系統の絶縁劣化判定装置。
20. 【請求項２０】遮断器を介して接続される配電線の該遮
    断器が動作しない程度の地絡を発生させるものにおいて
    、上記配電線に接続される第１の電極と、該第１の電極
    と対向し、接地電位に接続される第２の電極と、上記対
    向する第１の電極と第２の電極とのギャップ長を制御す
    る手段とを具備することを特徴とする地絡発生装置。
21. 【請求項２１】請求項２０において、上記第１の電極と
    第２の電極との少なくとも一方は、耐弧メタルを含むこ
    とを特徴とする地絡発生装置。
22. 【請求項２２】請求項２０、又は、請求項２１に記載さ
    れた地絡発生装置と、電力系統固有の共振周波数を測定
    する手段とを具備することを電力系統の共振周波数測定
    システム。
23. 【請求項２３】三相電力系統の絶縁劣化区間を特定する
    情報を生成する手段と、三相電力系統図の少なくとも一
    部と上記絶縁劣化区間を特定する情報とを同一画面領域
    に表示する表示装置とを具備することを特徴とする電力
    系統の絶縁劣化監視装置。
24. 【請求項２４】三相電力系統における少なくとも一個所
    での零相電圧に対する零相電流の位相平均値θと絶対値
    とを演算する手段と、零相電圧に対する零相電流の位相
    平均値と絶対値との関係を示す二次元座標領域内に、負
    荷側及び又は電源側で絶縁劣化が発生する領域を特定す
    る情報と、上記所定個所での零相電圧に対する零相電流
    の位相平均値θと絶対値とに対応する情報とを同時に表
    示する表示装置とを具備することを特徴とする電力系統
    の絶縁劣化監視装置。
25. 【請求項２５】請求項２４において、上記演算する手段
    は、複数個所でのそれぞれの零相電圧に対する零相電流
    の位相平均値θと絶対値とを演算する手段であり、上記
    表示装置は、上記複数個所の一つでの零相電圧に対する
    零相電流の位相平均値θと絶対値とに対応する情報を表
    示する表示装置であることを特徴とする電力系統の絶縁
    劣化監視装置。
26. 【請求項２６】請求項２４において、上記演算する手段
    は、複数個所でのそれぞれの零相電圧に対する零相電流
    の位相平均値θと絶対値とを演算する手段であり、上記
    表示装置は、上記複数個所での零相電圧に対する零相電
    流の位相平均値θと絶対値とに対応する情報を同時に表
    示する表示装置であることを特徴とする電力系統の絶縁
    劣化監視装置。
27. 【請求項２７】三相電力系統における少なくとも一個所
    での零相電圧に対する零相電流の位相平均値θと絶対値
    とを演算する手段と、零相電圧に対する零相電流の位相
    平均値と絶対値とに応じて、絶縁劣化の進展度が、互い
    に識別可能な複数の領域と、上記所定個所での零相電圧
    に対する零相電流の位相平均値θと絶対値とに対応する
    情報とを同時に表示する表示装置とを具備することを特
    徴とする電力系統の絶縁劣化監視装置。