JPH0437651B2

JPH0437651B2 -

Info

Publication number: JPH0437651B2
Application number: JP6897183A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Sakai; Toshihiko Gange; Tokuo Emura; Naritsugi Toyohara
Original assignee: Shikoku Research Institute Inc; Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Shikoku Research Institute Inc; Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1983-04-18
Filing date: 1983-04-18
Publication date: 1992-06-22
Also published as: JPS59194631A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は高圧配電線地絡故障回線検出方式に
関する。

高圧配電線の地絡故障検出のために、通常は方
向地絡継電器を用いるが、これでは検出できない
ような微地絡故障については微地絡継電器を用い
ることがある。この微地絡継電器は、母線の零相
電圧を入力とし、この零相電圧が一定時間にわた
つて一定レベル以上断続したとき地絡故障が発生
したものとみなし、しや断器を予め定められた順
序に従つてしや断していき、前記零相電圧が消滅
したとき、そのときのしや断回線をもつて地絡故
障回線とするようにしたものである。しかしこの
ような継電器によるときは、母線に連なる他の健
全回線をもしや断するので、不必要な停電をとも
なうといつた欠点がある。

この発明は健全回線のしや断を必要とせずにし
かも高速で地絡故障回線を検出することを目的と
する。

この発明は、母線の零相電圧と、各回線の零相
電流との位相関係から或は、地絡故障前後の母線
の零相電圧の変化分と各回線の零相電流の変化分
との位相関係から故障回線を検出することを特徴
とする。

まずこの発明の動作原理について説明する。第
１図はＡ，Ｂ，Ｃの各相の母線に複数の回線1F
〜nFを接続した配電線系統を示すものである。
なお同図において、母線の線間電圧をE〓ab，
E〓bc，E〓ca，対地電圧をV〓，V〓b，V〓c，相電流を
I〓a，I〓b，I〓c，各回線の相電流をI〓₁a，I〓₁b，I
〓₁c〜
I〓na，I〓nb，I〓nc，各回線の対地容量をC1a，C1b，
C1c〜Cna，Cnb，Cncとする。このときの各回
線の合成対地容量C₁〜Cn、逆相容量C′₁〜C′nを C₁＝C₁a＋C₁b＋C₁c，C′₁＝C₁a＋α²C₁b＋αC₁c …… Cn＝Cna＋Cnb＋Cnc，C′n＝Cna＋α²Cnb＋αCnc （α＝１＋ｊ√３／２）とする。

GPTは巻線比を１：ｎとする接地変圧器、z〓n
は接地変圧器GPTの３次巻線のオープンデルタ
にそう入されるインピーダンス、I〓nは中性点に流
れる電流である。

このような配電系統において今、回線１Ｆのａ
相線路に故障点抵抗R_gを介して地絡が生じたと
すると、このときの母線の零相電圧V〓₀と、各回
線の零相電流I〓₁₀〜I〓n₀との関係は次式で与えられ
る。

V〓₀＝−１／R_g＋Y〓₂／１／R_g＋（１／Zn＋Y〓₀）V〓₁ ＝−１＋R_gY〓₂／１＋R_g（１／Zn＋Y〓₀）V〓₁ (1) 3I〓₁₀＝Y〓₁₀V〓₀＋Y〓₁₂V〓₁ ＋１／R_gV〓₀＋１／R_gV〓₁ (2) 3I〓₂₀＝Y〓₂₀V〓₀＋Y〓₂₂V〓₁ … 3I〓n₀＝Y〓n₀V〓₀＋Y〓n₂V〓₁ (3) ここで Y〓₁₀＝jωC₁，……，Y〓no＝jωCn Y〓₁₂＝jωC′₁，……，Y〓n₂＝jωC′n Y〓₀＝Y〓₁₀＋Y〓₂₀＋……＋Y〓n₀ ＝jω（C₁＋C₂＋……＋Cn） Y〓₂＝Y〓₁₂＋Y〓₂₂＋……＋Y〓n₂ ＝jω（C′₁＋C′₂＋……＋C′n）（ω＝2πf ｆ：系統の周波数）Ｚ・ｎ＝n²／９Ｚ・ｎ（インピーダンスz〓nの１次側換
算値） V〓₀＝V〓＋V〓b＋V〓c（零相電圧） V〓₁＝V〓＋αV〓b＋α²V〓C（正相電圧）第１図に示す系統の零相等価回路を、(1)〜(3)式
に基いて画いたのが第２図である。ここで
jωC′₁V〓₁，jωC′₂V〓₁，……jωC′nV〓₁等は、地
絡故
障の有無にかかわらず、各回線の相ごとの対地容
量のアンバランスで生ずるものであり、常時残留
零相電流I〓₀が流れる。故障がない場合（すなわち
R_gｇ無限大の場合）にも、この残留零相電流I〓₀に
より残留零相電圧V〓₀が発生している。

今対地容量のアンバランスがないとしたとき、
すなわち、Y〓₁₂＝Y〓₂₂＝……＝Y〓n₂＝０であるとき
は、(1)〜(3)式より V〓₀＝−１／１＋R_g（１／Zn＋Y〓₀）V〓₁ (4) I〓_g＝V〓₀＋V〓₁／R_g＝−（１／Zn＋Y〓₀）V〓₀ (5) 3I〓₁₀＝Y〓₁₀V〓₀＋V〓₀＋V〓₁／R_g ＝Y〓₁₀V〓₀＋I〓_g ＝−（１／Zn＋Y〓）V〓₀＋Y〓₁₀V〓₀ (6) 3I〓₂₀＝Y〓₂₀V〓₀，……， 3I〓n₀＝Y〓n₀V〓₀ (7) (6)、(7)式から理解できるように故障回路の零相
電流I〓₁₀と、健全回線の零相電流I〓₂₀，……，I〓n₀
と
は異なる値を呈し、故障回線では対地充電電流に
I〓_gが加わつた値となる。

I〓_gは(5)式から理解されるように、インピーダン
スＺ・ｎにより変化し、Ｚ・ｎは一般的に、抵抗方式
或いは抵抗と消弧コイルとの並列方式が採られて
いる。以下後者をPC系、前者を非PC系と呼ぶこ
とにする。PC系の場合、消弧コイルの容量は系
統のトータル対地容量Y〓₀を補償する値とされる。

上記の各点及び第２図から、１線地絡故障時の
ベクトル図を示したのが第３図乃至第５図であ
る。第３図は非PC系のベクトル図、第４図は不
足補償時のPC系のベクトル図、第５図は過補償
時のPC系のベクトル図である。なおこれらの各
ベクトル図は回線を４回路（１Ｆ〜４Ｆ）として
示している。第３図〜５図から理解されるよう
に、PC系、非PC系を問わず、故障回線の零相電
流I〓₁₀と、健全回線の零相電流I〓₂₀〜I〓₄₀とは、−V
〓₀
からの位相角に差があり、かつ故障回線の零相電
流は、健全回線の零相電流よりも、−V〓₀に対する
位相差が最も小さい。すなわち各回線の零相電流
のうち、−V〓₀と最も位相差角が近い零相電流を知
れば、故障回線を検出することができることにな
る。

次に対地容量にアンバランスがある場合につい
て説明する。この場合、Y〓₁₂〜Y〓n₂は必ずしも零
とはならない。したがつて(2)、(3)式より 3I〓₁₀＝Y〓V〓＋Y〓₁₂V〓₁＋I〓_g (8) 3I〓₂₀＝Y〓₂₀V〓₀＋Y〓₂₂V〓₁ (9) … 3I〓n₀＝Y〓n₀V〓₀＋Y〓n₂V〓₁ (9) となる。しかしY〓₁₂V〓₁，Y〓₂₂，V〓₁，……，Y〓n₂V
〓₁
等の影響により、たとえば第６図のように、健全
回線の零相電流I〓₂₀の、−V〓₀に対する位相差が、故
障回線の零相電流I〓₁₀のそれより小さくなること
がある。そのためにこのようにアンバランス分が
あるときは、前に説明したアンバランス分がない
ときのような方法で故障回線を演出しようとする
と、誤検出が生ずるようになるのである。

そこでアンバランス分があつても、−V〓₀と各回
線の零相電流との位相差角から誤検出することな
く故障回線を検出することができるかどうかにつ
いて検討した結果、故障の前後における零相電圧
と各零相電流の変化分を用いて検出するようにし
たところ、誤検出を起こさないことが判明した。
以下これについて説明する。

前述したように、１線地絡故障時の、V〓₀，I〓₀の
関係は(1)〜(3)式に示すとおりである。故障前は
R_gは無限大であるが、各回線の相間で、対地容
量にアンバランスがあるとすると、常時残留零相
電圧、残留零相電流が発生する。これらの大きさ
は V〓₀＝−Y〓₂／（１／Zn＋Y〓₀）V〓₁ (10) 3I〓₁₀＝Y〓₁₀V〓₀＋Y〓₁₂V〓₁ (11) 3I〓₂₀＝Y〓₂₀V〓₀＋Y〓₂₂V〓₁ … 3I〓n₀＝Y〓n₀V〓₀＋Y〓n₂V〓₁ (12) として与えられている。

ここで故障前後の変化分に着目すると △V〓₀＝V〓₀V〓₀＝−１／Zn＋Y〓₀−Y〓₂／〔１＋R_g（１／Zn＋Y〓₀）〕〔１／Zn＋Y〓₀〕V〓₁ ＝−１／１＋R_g（１／Zn＋Y〓₀）〔１−−Y〓₂／１／
Zn＋Y〓₀〕V〓₁＝−１／１＋R_g（１／Zn＋Y〓₀）（V〓
＋V〓₁）(13) ３△I〓₁₀＝3I〓₁₀−3I〓₁₀＝Y〓₁₀△V〓₀＋１／R_g（
V〓₀＋V〓₁）＝Y〓₁₀△V〓₀＋１／R_g（V〓₀−V〓₀＋V〓₀＋V〓₁）
＝Y〓₁₀V〓₀＋１／R_g△V〓₀＋１／R_g（V〓₀＋V〓₁）＝Y〓₁₀△V〓₀＋１／R_g△V〓₀−１／R_g△V〓₀−（１
／Ｚ／・ｎ＋Y〓₀）△V〓₀ ＝−（１／Zn＋Y〓₀）△V〓₀＋Y〓₁₀△V〓₀ (14) ３△I〓₂₀＝3I〓₂₀−3I〓₂₀＝Y〓₂₀△V〓₀ … ３△I〓n₀＝3I〓₀−3I〓n₀＝Y〓n₀△V〓₀ (15) となる。

このように変化分を求めると、(14)、(15)式のいず
れにもアンバランス分Y〓₁₂〜Y〓n₂の項はなく、す
なわち原理的に対地的容量のアンバランス分がキ
ヤンセルされた形となる。したがつて△V〓₀に対
する△I〓₀の関係式は(6)、(7)式におけるV〓₀、I〓₀を
△
V〓₀、△I〓に置換えたものとして取扱うことができ
るようになる。以上の結果、変化分を使用すれ
ば、第３図乃至第５図に示すベクトル図において
述べたところから理解されるように、−△V〓₀との
位相差が最も小さい零相電流変化分を呈した回線
を検出することによつて、故障回線が検出できる
ようになるのである。

以上述べた検出原理に基く実施例を示したのが
第７図である。同図は高圧配電線の零相電圧V〓₀
と、各回線の零相電流I〓₁₀〜I〓n₀をサンプルホール
ド回路１１Ａ〜１１Ｎによりサンプルホールドす
る。このときのサンプリング信号は、変化量検出
時の誤差を避けるため母線の線間電圧等の周波数
に同期していることが望ましいところから、図の
ようにたとえば線間電圧E〓abを周波数てい倍回路
１２に与え、その周波数をてい倍した周波数のサ
ンプリング信号を発生させ、これによつて各サン
プルホールド回路１１Ａ〜１１Ｎを動作させると
よい。

各サンプルホールド回路１１Ａ〜１１Ｎによる
ホールド値はマルチプレクサ１３を経てＡ／Ｄ変
換器１４によりデイジタル量に変換され、続いて
メモリ１５に貯えられる。演算回路１６は、メモ
リ１５に貯えられたサンプルデータから、零相電
圧V〓₀、各零相電流I〓₁₀〜I〓n₀の大きさ、位相を演算
し、メモリ１５に貯える。そして零相電圧V〓₀の
大きさがあらかじめ定められた値より小さいとき
は、さきに貯えられた各大きさ、位相データは最
新の値といれ換えられてメモリ１５に貯えられ
る。

今零相電圧V〓₀が、或る値以上となり、しかも
その状態があらかじめ定められた時間以上断続す
ると配電線で地絡故障が発生しているものとし、
メモリ１５から各データをとり出し、演算回路１
６によつて故障前後の変化分△V〓₀、△I〓₁₀〜△I〓₀
〜△I〓n₀を算出し、変化分△I〓₁₀〜△I〓n₀のうちで
、
−△V〓₀との位相差が最も小さい変化分を示した
回線を検出する。この検出回路を地絡故障回線と
判定する。演算回路１６は、地絡故障回線と判定
した回線をしや断するために故障回線に対応する
信号をインターフエイス１７を経てリレー駆動回
路１８に送る。リレー駆動回路１８は各回線のト
リツプリレー１９Ａ〜１９Ｎのうち故障回線のト
リツプリレーを選択して駆動する。これにより故
障回線は母線から切離されることになる。地絡故
障が発生してから故障回線が切離されるまでの
間、健全回線は何ら停電することはない。以上の
説明は変化分を用いた場合であるが、故障時の零
相電圧V〓₀と各零相電流I〓₁₀〜I〓n₀を用いて故障回線
を判定する場合についても同じ回路構成で行なえ
ることはいうまでもない。

以上詳述したようにこの発明によれば、地絡故
障回線の検出が、健全回線のしや断をともなわず
に検出でき、又このように健全回線を順次しや断
していかなくても検出できるから、高速検出が可
能となるといつた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は高圧配電線の系統図、第２図は第１図
の系統の零相等価回路図、第３図乃至第６図は動
作説明用のベクトル図、第７図はこの発明の実施
例を示すブロツク図である。１１Ａ〜１１Ｎ……サンプルホールド回路、１
３……マルチプレクサ、１５……メモリ、１６…
…演算回路。

Claims

【特許請求の範囲】１母線の零相電圧と、前記母線に連る複数の回
線についてのそれぞれの零相電流とにつき、前記
回線が地絡故障を起こした際に、零相電圧に対し
て最も位相差の小さい零相電流を呈した回線を地
絡故障回線と検出してなる高圧配電線地絡故障回
線検出方式。２母線の零相電圧と、前記母線に連る複数の回
線についてのそれぞれの零相電流とにつき、前記
回線が地絡故障を起こした際の、その前後におけ
る変化分を検出し、零相電圧変化分に対して最も
位相差の小さい零相電流変化分を呈した回線を地
絡故障回線と検出してなる高圧配電線地絡故障回
線検出方式。