JPH0515990B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の属する技術分野〕 本発明は三相送配電線路中で地絡故障が生じた
とき、地絡故障点の位置の標定、例えばある測定
点からの該地絡故障を生じた送配電線中の故障点
までの距離の推定を行なう方法に関する。 〔従来技術とその問題点〕 在来のかかる故障位置標定の最も簡単な手段
は、ある測定点から地絡故障点までの送配電線の
インピーダンスを測定して、これと該送配電線の
特性インピーダンスとから故障点までの距離を推
定するものであるが、装置が比較的簡易に構成で
きる反面、地絡故障点における送配電線と大地と
のインピーダンスすなわちいわゆる故障点インピ
ーダンスの値によつて距離の推定値に誤差が生じ
やすいことが一般に知られている。 前記の故障点インピーダンスは主として抵抗性
であり、この点に注目して送配電線のリアクタン
ス成分を重点に測定して故障点を標定する手段も
公知である。しかし、非接地送配電系におけるあ
る測定例では架空線の断面が60mm²のとき地絡故障
点における故障点インピーダンスの抵抗分は０〜
20キロオームの間の広範囲に変動しうることが知
られている。一方において標定距離の誤差を100
メートル以内に納めるには、送配電線の地絡故障
によるインピーダンスの変化を抵抗分で0.03オー
ム、リアクタンス分でも0.03Ω（50ヘルツに対す
る値）以内の精度で測定する必要がある。従つて
故障点インピーダンスが高くて10キロオーム程度
ある場合には、故障点インピーダンスの10^-5〜
10^-6すなわち少なくとも千分の１パーセント以上
の精度の測定が必要になり、実用的にはかかる測
定は不可能に近い。 このため、故障点インピーダンスの影響を余り
受けないで送配電線の故障点までのインピーダン
スもしくはこれに関連する電気量を精密に測定す
る手段として、本出願人は特願昭56−22423号の
発明を出願した。しかし、当該発明では測定用電
源の周波数を比較的低くとる必要があり、測定用
電源を高圧ないし超高圧の送配電線に結合するた
めの変成器などの結合器を経済的に製作するには
当該測定用電源の周波数を高めるのが望ましい
が、周波数を数百ヘルツ程度にまで上げると送配
電線のもつ分布キヤパシタンスの影響が無視でき
なくなつてしまう。 〔発明の目的〕 本発明は以上に説明した従来技術の欠点ないし
問題点の認識に立脚して、地絡故障点における故
障点インピーダンスの変動の影響が少なく、かつ
送配電線への標定用交流電圧の注入を簡単にでき
るよう試験用電源の周波数を高くとつても送配電
線のもつ分布キヤパシタンスの影響を受けること
が少ない送配電線路の地絡故障点を標定する方法
を実現することにある。 〔発明の要点〕 本発明によれば上述の目的を達成するために、
故障点標定をすべき送配電線路区間の両端に地絡
故障が生じた送配電線に標定用の交流電流を注入
する電流源回路をそれぞれ設けておき、地絡故障
が生じたとき両端の電流源回路から同一周波数、
同一振幅でかつ互いに逆位相の標定電流をそれぞ
れ当該地絡事故送配線に注入する。地絡事故発生
点における故障点インピーダンスにはこれら両電
流源回路から注入された標定用電流が重畳して流
れることになるが、前述のように両測定用電流は
逆位相なので両者は実質的に相殺され、当該故障
点インピーダンスには全く測定用電流が流れない
かあるいは流れても従来手段に比して極めて小さ
な電流が流れるに過ぎなくなる。このことが本発
明方法が故障点インピーダンスの影響を受けるこ
とが本質的に少ない大きな理由になつている。 さて、地絡故障が生じると、標定用電流に対す
る送配電線のインピーダンスが正規状態から当然
変化し、従つて標定用電流を供給する電流源回路
内の特性電気値たとえば無効電力値もこれに応じ
て変化するので、本発明による標定にあたつては
かかる特性電気値を測定して第１の測定値とす
る。この第１の測定値は地絡故障点の位置の関数
であるが、同時に故障点インピーダンスの関数で
もあるので、故障インピーダンスの値が決まらな
いと地絡故障点の位置を決めることができない。 このため本発明においては第２の測定値として
地絡故障時の三相送配電線の零相電圧を測定す
る。この零相電圧は故障点インピーダンスの関数
ではあるが、地絡故障点の位置とは関係しない。
従つてこの零相電圧の測定値から故障点インピー
ダンスの値を一義的に決めることができ、次にこ
の故障点インピーダンスの値を用いて第１の測定
値から容易に地絡故障点の位置を標定することが
できる。 〔発明の実施例〕 次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明
する。第１図は本発明の原理説明図であつて、Ｌ
が１本の送配電線を模式的に示し、その長さｌが
本発明方法によつて地絡故障を標定すべき区間を
示している。該区間の両端には電流源回路１，２
がそれぞれ設けられて適当な結合手段を介して高
電圧の送配電線Ｌに標定用電流を注入するのであ
るが、この図では簡単化のため標定用電流Ｉ１，
Ｉ２が電流源回路１，２から送配電線Ｌに直接注
入されるよう描かれている。これら測定電流は同
一の周波数ｆと同一の振幅I_Sをもつように制御さ
れるが、その位相は互いに逆位相に選ばれる。こ
の逆位相であることを示すため、第１図では電流
源回路２の測定用電流Ｉ２は送配電線Ｌから注出
される方向に矢印が付されている。地絡故障点は
Ｆで示され、この点と大地との間の故障点インピ
ーダンスすなわち地絡抵抗はRgであり、送配電
線区間Ｌの左端から地絡故障点Ｆまでの距離がχ
であるとする。 いま地絡故障点Ｆが送配電線区間Ｌの中央点に
あり、従つてｘ＝ｌ／２であつたとすると、故障
点インピーダンスRgには電流源回路１からの測
定用電流Ｉ１に比例する電流Ｉ１′と電流源回路
２からの測定用電流Ｉ２に比例する電流Ｉ２′と
が互いに逆方向に流れ、容易に諒解されるように
Ｉ１′とＩ２′の大きさは等しいので、両電流Ｉ
１′とＩ２′とは相殺し合つて故障点インピーダン
スRgに流れる電流は零になる。しかし、地絡故
障点Ｆが中央点以外にあるときには、送配電線Ｌ
の左端から故障点ＦまでのインピーダンスＺ１と
右端から故障点ＦまでのインピーダンスＺ２はそ
れらの間の送配電線の長さｘおよびｌ−ｘに比例
するから、インピーダンスＺ１，Ｚ２の値は相異
なり、故障点Ｆにおける２電流Ｉ１′，Ｉ２′の大
きさも異なつて来て両電流は完全には相殺しな
い。かかる一般的な場合には次の方程式が成立す
る。 V1 I1＝A1 B1 C1 D1１ １／Rg ０ １A2 B2 C2 D2V2 I2 ……(1) 上式中のすべての符号はベクトル量であり、Ｖ
１，Ｖ２は第１図に示すように送配電線Ｌの左端
および右端の電圧であるが、これらは周波数ｆの
測定用電流回路の電圧であつて送配電線の商用周
波電圧とは異なることに留意されたい。 またその他の符号の内容は次のとおりである。 Rω＝（YZ）^1/2 （伝播定数） Zω＝（Ｚ／Ｙ）^1/2 （特性インピーダンス） Ｙ：等価対地アドミツタンス／単位長 Ｚ：等価インピーダンス／単位長 A1＝cosh（Rω・ｘ） C1＝（１／Zω）sinh（Rωx） B1＝Zωsinh（Rωx） D1＝cosh（Rωx） A2＝cosh｛Rω（ｌ−ｘ）｝ C2＝（１／Zω）sinh｛Rω（ｌ−ｘ）｝ B2＝Zωsinh｛Rω（ｌ−ｘ）｝ D2＝cosh｛Rω（ｌ−ｘ）｝ さて、前述のようにI₁＝I₂＝I_Sであるから、こ
の条件を(1)式に入れて同式左辺のＶ１の値を故障
点インピーダンスRgをパラメータとしｘを変数
として求めることができる。ここで、V₁を故障
点インピーダンスRgと距離ｘとの関数f₁、f₂の一
般式にて表すと、次のように表せる。 V〓1＝f₁（Rg，ｘ）＋jf₂（Rg，ｘ） ……（1A） （但し、Isを基準としたベクトル表示） なお、V〓1は(1)式を分解することにより（1B）
式の如く故障点インピーダンスRgと距離ｘとで
詳細に表すことができる。 V〓1＝ZωIs（Ｂ／Ａ） ……（1B） 但し、 Ｂ＝cosh（Rωl）−１＋Zω｛sinh（Rωl）＋sinh（Rω
（2x−ｌ））｝／2Rg Ａ＝sinh（Rωl）＋Zω｛cosh（Rωl）＋cosh（Rω（
2x−ｌ））｝／2Rg 一方、送配電線の左端側における無効電力Ｑは
次のように表せる。 Ｑ＝V1・Is・sinθ ……（1C） （但し、θはV1とI_sとの間の位相角） 従つて、（1C）式は（1A）式および（1B）式
により次のように書き直せる。 Ｑ＝Im｛V〓1・Is｝ ＝Is²・Im（Is・Ｄ／Ｃ） ……（1D） 但し、Im：ベクトルの虚部 Ｄ＝cosh（Rωl）−１＋Zω｛sinh（Rωl）＋sinh（Rω
（2x−ｌ））｝／2Rg Ｃ＝sinh（Rωl）＋Zω｛cosh（Rωl）＋cosh（Rω（
2x−ｌ））｝／2Rg なお、Imの中の展開はRω、Zωがそれぞれ複
素数でありので、これ以上の展開式を表現するこ
とは困難であり、数値的に解析する方が簡便であ
る。 但し、等価アドミツタンスＹおよび等価インピ
ーダンスＺが以下の仮定の下に虚部だけで表現さ
れる場合には、Rω、Zωは次式のように書き直せ
るので、無効電力Ｑは（1E）式のようになる。

【仮定】

Ｙ＝ｇ＋jωCにおいて ｇ≒０ Ｚ＝ｒ＋jωLにおいて ｒ≒０ とする。 Rω＝（YZ）^1/2＝（jωC・jωL）^1/2＝jω（Ｌ・Ｃ）
^1/2 Zω＝（Ｚ／Ｙ）^1/2＝（jωL／jωC）^1/2＝（Ｌ／Ｃ
）^1/
２ Ｑ＝Is²・（Ｈ／Ｇ） ……（1E） 但し、 Ｈ＝２・Rg²・Ｌ／Ｃ・〔｛cos（ω（LC）^1/2ｌ）−
１｝・cos｛ω（LC）^1/2（ｌ−2x）｝＋cos²（ω
（LC）^1/2ｌ）−cos（ω（LC）^1/2ｌ）−sin｛ω
（LC）^1/2（ｌ−2x）｝×sin（ω（LC）^1/2ｌ）＋
sin²（ω（LC）^1/2ｌ）〕 Ｇ＝（Ｌ／Ｃ）〔cos｛ω（LC）^1/2（ｌ−2x）｝＋cos
（ω（LC）^1/2ｌ）〕²＋｛2Rg （ω（LC）^1/2ｌ）｝
² なお、上記（1B）式、（1D）式および（1E）
式は分布定数で表現された送配電線の左端側にお
ける電圧V〓1および送配電線の左端側における無
効電力Ｑの式である。しかしながら、かかる電圧
V〓1および無効電力Ｑは周知のように等価集中定
数で表現することも可能である。 しかして、無効電力Ｑは測定により求めること
ができるので、故障点インピーダンスRgをパラ
メータとし距離ｘを変数として（1D）式を描い
たのが第２図である。 第２図の横軸は送配電線の左端から地絡故障点
Ｆまでの距離ｘ、縦軸は前述の無効電力Ｑであつ
て、図の曲線Roは故障点インピーダンスRgが零
すなわち完全接地の場合、曲線Ｒ５，Ｒ１０は故
障点インピーダンスがそれぞれ５、10キロオーム
の場合、曲線Ｒは故障点インピーダンスが無限大
すなわち地絡故障がない場合に対応する。ただし
この数値計算は送配銅線が60mm²断面の架空鋼線の
分布インダクタンス0.001mH／ｍ、分布キヤパ
シタンス0.01nF／ｍ、測定用電流の周波数ｆ＝
300Hz、注入電流値I_S＝IA、送配電線長ｌ＝５Km
として無効電力Ｑを求めたもので、6.6kV級の配
電線の代表的な値である。 第２図に表わされた結果から次のことがわか
る。送配電線の中央点で接地故障が生じた場合は
該線区端における無効電力Ｑは故障点インピーダ
ンスRgのいかんに拘らず地絡故障が全くない場
合の無効電力Q₀に等しい。これは前述のように
故障が中央店にあるとき故障点インピーダンス
Rgに測定電流が全く流れないことからも容易に
予測されたところにある。つぎに地絡故障点まで
の距離ｘが中央点からはずれると、故障点インピ
ーダンスRgの値に応じて無効電力値Ｑの値は距
離ｘのほぼ直線的な関数に従つて変化する。従つ
て故障点インピーダンスRgの値さえわかれば第
２図に示すような関係を用いて、前述の第１の測
定値である無効電力Ｑの測定値から極めて簡単に
距離ｘを求めることができる。 この故障点インピーダンスRgの値を求めるた
めに、本発明においては第２の測定値として地絡
故障時の三相送配電線路の商用周波に対する零相
電圧を測定する。この零相電圧V₀は次式で表わ
される。 V₀＝Ｅ／（１＋Rg／Rn）＋jωCbRg ……(2) ただし(2)式において、 Ｅ：三相送配電線の相電圧 Rn：中性点接地抵抗 Cb：対地静電容量（三相分） ω＝2πf，ｆ：周波数（商用周波） である。(2)式においてＥ＝6.6／√３kV、Rn＝
10キロオーム、Cb＝3μF、ｆ＝50Hzとしたときの
V₀とRgとの間の関係を第３図に示す。なお、上
の(2)式の対地静電容量C_bは三相送配電線路全体
の値であり、故障点から見たこの値は故障点の位
置に関せず一定であり、従つて零相電圧V₀は故
障点の位置に関係せず線路がきまれば故障点イン
ピーダンスの値にのみ関係することがわかる。 以上のように第１測定値である前述の特性電気
値たとえば無効電力Ｑと第２の測定値である零相
電圧V₀とが測定されると、該零相電圧V₀の値か
ら第３図のような関係によつて故障点インピーダ
ンスRgの値が知られ、この故障点インピーダン
スRgの値と無効電力Ｑの値とから第２図に示す
ような関係によつて地絡故障点までの距離ｘを求
めることができる。 つぎに上述の原理を用いた送配電線路の地絡故
障点標定の方法を第４図により説明する。第４図
では送配電線路Ｌは三相の高圧架空線Ｌ１，Ｌ２
およびＬ３からなり、このうち架空線Ｌ２の故障
点Ｆに故障点インピーダンスRgの地絡故障が生
じた場合が示されている。電流源回路１，２は当
該送配電線路区間Ｌの両端にそれぞれ配設され、
定電流発生装置１１，２１で発生した同一周波
数、同一振幅の標定用電流を変流器１２，２２を
介して高圧の送配電線の内の１本に測定用電流を
注入する。もちろん区間の左右端からは互いに逆
位相の標定用電流が注入される。地絡判別装置１
３，２３は公知の装置であつてよいので簡略化し
て描かれており、地絡故障を生じた送配電線を見
付けてその線に対応する開閉器１４，２４の接点
を選択的に閉じて各３個の変流器１２，２２のう
ちの対応する変流器のみに定電流装置１１，２１
からの電流を流して故障線に測定用電流を注入す
る。なお、変流器１５，２５は所定の送配電線路
区間外に標定用電流が流出するのを防ぐためのも
のであつて、前述の地絡相判別装置１３，２３か
らの指令によつて開閉器１６の接点を選択的に閉
じて、各３個の変流器１５，２５のうちの対応す
る変流器の回路のみを事故線に接続する。またフ
イルタ１７，２７は変流器１２，２２を介して電
流源回路１，２内に侵入してくる商用周波信号を
除去するためのものである。 測定回路３０は電流源回路１，２の特性電気値
たとえば無効電力、電圧、力率などを測定するも
のである。図示の電流源回路１，２の構成におい
て、定電流装置１１または２１からの定電流はそ
れぞれ３個の変流器１２または２２のうちの一つ
を流れ、さらにそれぞれ３個の変流器１５または
２５のうちの一つおよび開閉器１４または２４を
通つて測定器３０に入り、そこからそれぞれ定電
流装置１１または２１に帰る。なお、測定器３０
は線路区間Ｌの測定端たとえば図の左方の電流源
回路１側にのみ設けるだけでよい。 いま電流源回路１の方を測定端として故障点標
定の方法を説明する。図示のように送配電線Ｌ２
の故障点Ｆで地絡故障が生じると、図示しない地
絡検出装置が地絡が生じたことを検出し、これに
よつて地絡相判別装置１３，２３が動作して送配
電線Ｌ２が故障線であることを判別し、開閉器１
４，２４および開閉器１６，２６の接点を選択的
に閉じて事故線に対応する変流器１２，２２およ
び変流器１５，２５を電流源回路１，２にそれぞ
れ接続する。この状態において測定器３０は電流
源回路１内の特性電気値例えば無効電力Ｑを測定
する。これが第１の測定値となる。同時に公知の
図示しない手段により三相送配電線路の零相電圧
V₀を測定する。例えば送配電線Ｌ１〜Ｌ３の各
線に接続された電圧変成器の出力を相加して平均
値をとるだけで地絡故障時の零相電圧V₀を第２
の測定値として簡単に読取りないしは記録するこ
とができる。なお、この零相電圧V₀は区間Ｌ内
で測定する必要はなく、三相送配電線路のどこで
測定してもよい。 前述のように第１の測定値（無効電力Ｑ）と第
２の測定値（零相電圧V₀）が判れば、故障点ま
での距離ｘを容易に推定することができる。すな
わち、先ず、第２の測定値である零相電圧V₀の
値から(2)式により、あるいはこの(2)式に基づいて
零相電圧V₀と故障点インピーダンスRgとの関係
を表した第３図により、故障点インピーダンス
Rgの値を求める。次に、第１の測定値である無
効電力Ｑと上記のようにして求められた故障点イ
ンピーダンスRgの値とから、この故障点インピ
ーダンスRgの値に対応する距離ｘの値を、（1C）
式により、あるいはこの（1C）式に基づいて故
障点インピーダンスRgをパラメータとし無効電
力Ｑと距離ｘとの関係を表した第２図から、求め
ることができる。 つまり、先ず、第２の測定値である零相電圧
V₀を(2)式に代入して(2)式を解くことにより、ま
たは、第３図の零相電圧V₀と故障点インピーダ
ンスRgとの関係により故障点インピーダンスRg
の値が判明する。次に、このようにして判明した
故障点インピーダンスRgの値と第１の測定値で
ある無効電力Ｑとを（1C）式に代入して（1C）
式を解くことにより、または、第２図（判明した
故障点インピーダンスRgの値が例えばR₅である
とすると、縦軸の無効電力Ｑの値のところから横
軸に直線を引いたときのその直線と曲線R₅との
交点における横軸ｘの値が求める距離ｘとなる。）
から、距離ｘを求めることができる。 上記のような故障点標定にあたつては、測定電
流の周波数は数百ないし数千ヘルツの範囲に選ぶ
ことができる。また上述の説明においては測定す
べき特性電気値として主に無効電力について説明
したが、必ずしもこれに限定されるものではな
く、無効力率でも、インピーダンス値でも、ある
いは有効電力であつても差し支えない。 〔発明の効果〕 以上説明したとおり、本発明においては地絡故
障標定をすべき送配電線路区間の両端に該区間の
送配電線に評定用交流電流を注入する電流源回路
をそれぞれ設けて、両電流源回路から同一周波
数、同一振幅かつ互いに逆位相の標定用電流を送
配電線に注入した状態において、測定端となる電
流源回路において無効電力などの特性電気値を第
１の測定値として測定し、一方三相送配電線路の
地絡故障時の零相電圧を第２の測定値として測定
して、該第１および第２の測定値から地絡故障点
の測定端からの距離を推定するようにしたので、
地絡故障点の故障点インピーダンスに流れる標定
用電流が本質的に少なく、従つて該故障点インピ
ーダンスが高い場合においても地絡故障点の位置
ないし距離の評定誤差が従来技術に比して少ない
利点がある。また第２図から読み取れるように本
発明の場合には評定電流の周波数が数百ヘルツ
（第２図は300ヘルツに対するもの）になつても、
故障点までの距離ｘと第１の測定値例えば無効電
力値Ｑとの関係は明確な相関関係があり、従つて
第１の測定値に対応して求める距離ｘを正確に決
めることができる。さらに前述のＱとｘとの相関
はほとんど直線的であり、ｘの推定に便利な点は
もちろん評定周波数がさらに高くなつても本発明
の方法が利用できることを示している。具体的に
は数千ヘルツまで適用が可能なことがわかつてお
り、従つて本発明の方法は従来技術に較べて評定
電流の周波数を高く選定して送配電線への評定電
流の注入のための装置を経済化できる利点を有す
る。この利点はとくに配電線網中の地絡故障点を
評定するため、多数の個所に評定区間を設定しな
ければならない時に大きな意味をもつものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面はすべて本発明の内容を説明するものであ
り、第１図は本発明の原理説明のための回路図、
第２図は測定端から地絡故障点までの距離ｘを変
数とする本発明による評定時に測定すべき特性電
気値の一例としての無効電力の変化を示すダイヤ
グラム、第３図は本発明による評定時に測定され
る零相電圧と故障点インピーダンスとの相関を示
すダイヤグラム、第４図は本発明による評定時の
特性電気値の測定の具体的実施例を説明する回路
図である。図において、１，２：電流源回路、１
１，２１：定電流装置、１２，２２，１５，２
５：評定用電流を送配電線に注入する手段として
の変流器、Ｆ：地絡故障点、Ｌ：地絡故障点を評
定すべき送配電線路、Ｌ２：地絡故障を生じた送
配電線、ｌ：送配電線路長、Ｑ：測定すべき電流
源回路の特性電気値の例としての無効電力、
V₀：零相電圧、ｘ：測定端から地点故障点まで
の距離、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 三相送配電線路区間の両端にそれぞれ電流源
   回路を設けて該両電流源回路から同一周波数、同
   一振幅かつ互いに逆位相の標定用電流を前記区間
   内で地絡故障を生じた送配電線に注入した状態
   で、前記電流源回路の無効電力Ｑと地絡故障時に
   おける三相送配電線の零相電圧V₀とを測定し、 該零相電圧V₀から、地絡故障点の故障点イン
   ピーダンスRgを次式に基づいて推定し、 V₀＝Ｅ／（１＋Rg／Rn）＋jωCbRg 〔Ｅ：三相送配電線の相電圧 Rn：中性点接地抵抗 Cb：対地静電容量（三相分） ω＝2πf，ｆ：周波数〕 該故障点インピーダンスRgと前記無効電力Ｑ
   とから前記区間内の地絡故障点の位置を標定す
   る、 ことを特徴とする三相送配電線路の地絡故障点標
   定方法。