JPH0527326B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は配電用変電所に設置される地絡保護継
電器に係わり、特に残留零相電圧の影響を無くし
た地絡保護継電器に関する。 従来の技術 地絡保護継電器、例えば地絡方向継電器や地絡
過電圧継電器は零相電圧の変化を利用して地絡を
検出する。 発明が解決しようとする問題点 電力系統には常時残留する零相電圧が存在す
る。 この残留零相電圧は、各相の対地容量の不平衡
により生じ、例えば第３図に示すようにＹ結線電
源を持つ線路の各相ａ，ｂ，ｃに対地容量C_a，
C_b，C_cが同じ値Ｃでａ相の対地容量が結合コン
デンサC′によつてＣ＋C′に変るとき、零相電圧
V₀（中性点電圧V_N）は ｜V₀｜＝C′／3C＋C′E_a＝｜V_N｜ となる。この零相電圧V₀における不平衡分コン
デンサC′の影響は第４図Ａ及び第４図Ｂにａ相地
絡抵抗R_F＝０〜10KΩ、Ｃ＝0.4μF、C′＝0.3μFの
場合を電圧V₀及びV₀と零相電流I₀の位相角θで
示す。図中、実線はコンデンサC′のない平衡対地
容量での地絡抵抗R_Fに対する零相電圧3V₀と位相
角θを示し、破線はコンデンサC′が存在するとき
のａ，ｂ，ｃ相の１つの相が地絡したときの零相
電圧3V₀と位相角θを示す。同様に、第４図Ｃに
は実線で平衡対地容量（C′なし）での零相電流I₀
を示し、破線で不平衡時の各相地絡での零相電流
I₀を示す。 これら各図に示されるように、対地容量の不平
衡には地絡相によつて零相電圧V₀及びV₀の位相
角θに差が現れ、特に地絡抵抗R_Fの大きい領域
で大きな差が現れる。このため、図中に斜線で動
作域を示す地絡継電器は平衡対地容量の場合には
整定値30V（第４図Ａ）にして十分に地絡検出で
きるのに較べて、不平衡ではｂ相地絡でR_F＝7K
Ω以上の範囲では整定値を20V以下にしなければ
ならないという感度低下を招く。この整定値20V
は大きい地絡抵抗R_Fの地絡を検出する微地絡リ
レーのタツプ範囲を越えることにもなる。位相角
θについても同様に不平衡時の地絡には継電器感
度を低下させたものになる。 問題点を解決するための手段と作用 本発明は、不平衡対地容量の系統にも高感度に
地絡検出を可能にするもので、事故時の零相電圧
と健全時の零相電圧との変化分から地絡検出する
継電器構成とし、系統の不平衡及び地絡抵抗値の
大小にも地絡相の違いによる零相電圧V₀、位相
角θのバラツキを少なくする。 実施例 第１図は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。零相電圧V₀の変化量検出回路１は零相電圧
V₀と基準量V_oを入力として変化量ΔV₀を検出し、
この変化量ΔV₀から地絡検出器２が地絡検出す
る。基準量V_oは健全相線間電圧にされ、例えば
ａ相地絡検出にはｂ，ｃ相の線間電圧にされる。 検出回路１は３〜１１で構成される。内積・除
算器３には現時点の基準量V_oと零相電圧V₀との
内積演算をし、該内積演算結果を電圧V_oの大き
さの２乗で除した演算をする。この内積・除算器
３が得るデータはV_o，V₀を次の(1)，(2)式とする
と、 V_o＝√２V_Nsin（ωt＋φ＋θ） ……(1) V₀＝√２V₀sin（φt＋φ） ……(2) ベクトル内積は現在値V_N(T)、V₀(T)と電気角90
度前の電圧V_N（ｔ−Δt），V₀（ｔ−Δt）から １／２｛V_N(T)・V₀(T)＋V_N（ｔ−Δt）V₀（ｔ−Δt）
｝ ＝１／２｛√２V_Nsin（ωt＋φ＋θ）・√２V₀sin
（ωt＋φ） ＋√２V_Nsin（ωt＋φ＋θ−90゜）・√２V₀sin（
ωt＋φ−90゜）｝ ＝V_NV₀｛sin（ωt＋φ＋θ））sin（ωt＋φ）＋co
s（ωt＋φ＋θ）cos（ωt＋φ）｝ ＝V_NV₀｛sin（Ａ＋θ）sinA＋cos（Ａ＋θ）cosA｝ 但し、 Ａ＝ωt＋φ ＝V_NV₀cos（Ａ＋θ−Ａ） ＝V_NV₀cosθ となつて、その電圧V_oの大きさの２乗（V_N ²） で除した値M₁は M₁＝V₀／V_Ncosθ ……(3) となる。 同様に、他方の内積・除算器４は、電圧V₀と
基準量V_oを移相器５によつて90度遅らせた基準
量V_o′との内積をV_o′の大きさの２乗で除した演
算をする。この場合 V_o′＝√２V_Nsin（ωt＋φ＋θ−90゜） ……(4) となつて、ベクトル内積はV_NV₀sinθとなつてV_N ²
で除した値M₂は次式になる。 M₂＝V₀／V_Nsinθ ……(5) 次に、内積・除算器３，４の演算結果M₁，M₂
は夫々シフトレジスタ６，７を通すことで電気角
で360゜の整数倍だけ遅らせ、現時点の基準量V_o，
V_o′と夫々乗算器８，９で乗算して加算器１０で
加算する。 この加算結果V₀′は次の(6)式になる。 V₀′＝V_oM₁＋V_o′M₂＝√２V₀cosθ・sin（ωt＋φ＋
θ） ＋√２V₀sinθcos（ωt＋φ＋θ−90゜）＝√２V
₀sin（ωt＋φ）……(6) この演算結果V₀′は過去の零相電圧値を現在の
零相電圧として再生できることを意味し、サンプ
リング周波数及び系統の周波数のずれに影響され
ることはない。 次に、減算器１１は零相電圧V₀′と現在の零相
電圧V₀との減算をし、その減算結果ΔV₀（＝V₀−
V₀′）を地絡継電器２に零相電圧変化分として与
える。 ここで、電圧v_o，v₀のサンプリングと検出回路
１の各部の演算との関係を第５図を参照して以下
に説明する。 内積・除算器３は、時刻ｔの零相電圧v₀(T)と健
全相線間電圧v_o(T)及びΔt（＝90゜）前の電圧v₀（ｔ
−Δt）、v_o（ｔ−Δt）を使つて該時刻ｔで演算す
ることでV_NV₀cosθを求め、またV_N ²を求めるの
にv_o(T)とv_o（ｔ−Δt）を使つて求める。 V_N ²＝１／２｛v_o(T)v_o(T)＋v_o（ｔ−Δt）v_o（ｔ−Δ
t）｝ 一方、内積・除算器４は時刻ｔの電圧v_o′(T)，
v₀(T)とΔt前の電圧v_o′（ｔ−Δt），v₀（ｔ−Δt）を
必要とするが、v_o′は電圧v_oを90度移相したもの
であるため、電圧v_o（ｔ−Δt），v₀(T)とv_o（ｔ−
2Δt），v₀（ｔ−Δt）を使つて求める。 時刻ｔでの演算は第５図中の斜線部分で求め
る。 V_NV₀sinθ＝１／２｛v_o′(T)v₀(T)＋v_o′（ｔ−Δt）
v₀（ｔ−Δt）｝ ＝１／２｛v_o（ｔ−Δt）v₀(T)＋v_o（ｔ−2Δt）v₀
（ｔ−Δt）｝ 次に、過去の零相電圧v₀′と現在の零相電圧v₀
とから減算器１１で変化量Δv₀を求めるため、零
相電圧v₀′としては電気角で360度の整数倍を必要
とする。そこで第５図では時刻（ｔ＋4Δt）で電
圧v₀′とv₀の減算を行うのに360度前の演算値
（V₀／V_N）cosθ，（V₀／V_N）sinθをシフトレジス
タ６，７によつて遅らせた値M₁，M₂とし、電圧
v_o，v₀を乗算器８，９で夫々乗算し、加算器１０
によつて加算することで電圧v₀′を時刻（ｔ＋
4Δt）で求める。 従つて、本実施例によれば第３図に示すよう
に、ａ相地絡の検出には基準量v_oとして健全相
（ｂ，ｃ相）の線間電圧を使い、変化量検出回路
１によつて地絡前の零相電圧v₀′と地絡後の零相
電圧v₀との変化分ΔV₀を得、この変化分ΔV₀と整
定値の比較によつて地絡検出がなされ、零相電圧
V₀′，V₀に含まれる残留零相電圧分を変化分ΔV₀
から取除いた地絡検出ができる。 健全相の線間電圧は第３図では V_b＝V₀＋E_b ……(7) V_c＝V₀＋E_c ……(8) V_b−V_c＝E_b−E_c＝E_bc ……(9) となつて零相電圧V₀成分を取除いた電圧になる。 また、零相電流I₀についてはV₀′＝10V程度で
も零相電流変化分I₀′＝0.02A程度のものになり、
継電器感度に較べて小さいため変化量検出回路を
必要としない。 変化量検出回路１による零相電圧V₀′、変化分
ΔV₀の計算例を以下の表に示す。なお、第３図の
回路でE_a，E_b，E_c＝6600／√３(V)、接地抵抗R_N
＝10000Ωでａ相接地抵抗R_F＝2KΩでＣ（＝C_a＝
C_b＝C_c）＝5μFの場合を第１表に、R_F＝8KΩでＣ
＝1.2μFの場合を第２表に示し、夫々の表中結合
コンデンサC′を０，0.05C，0.1C，0.2Cの試料別
に示す。

【表】

【表】

【表】

【表】 また、第２図は第１表の計算例での各零相電圧
の絶対値を示す。 これらの表及び第２図から明らかなように、結
合コンデンサC′、事故抵抗R_F、対地容量Ｃの条
件変化にも拘わらず、零相電圧V₀とV₀′の差分を
取る限り残留零相電圧の影響を取除いて各相地絡
を高感度で検出できることになる。 発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、零相電圧の変
化量から地絡検出するため、系統の不平衡による
残留零相電圧の存在に拘わらず地絡抵抗の大小、
地絡相の違いによる零相電圧のバラツキ、位相角
のバラツキを少なくして高感度に地絡検出ができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２
図は本発明に基づいた零相電圧計算例を示すグラ
フ、第３図は３相電力系統とその対地容量及び地
絡抵抗の等価回路図、第４図Ａ、第４図Ｂ及び第
４図Ｃは第３図における不平衡対地容量による零
相電圧V₀、位相角θ、零相電流I₀の変動を示す
図、第５図は変化量検出回路の動作説明のための
タイムチヤートである。 １……変化量検出回路、２……地絡継電器、
３，４……内積・除算器、２……移相器、６，７
……シフトレジスタ、８，９……乗算器、１０…
…加算器、１１……減算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３相電力系統からサンプリングにより得る零
   相電圧V₀と該３相のうち健全相の同時刻の線間
   電圧V_oとの内積演算をしこの演算値を該線間電
   圧V_oの２乗値で除した演算をする第１の内積・
   除算器３と、 前記零相電圧V₀と前記線間電圧V_oを90度遅ら
   せた電圧V_o′との内積演算をしこの演算値を該電
   圧V_o′の２乗値で除した演算をする第２の内積・
   除算器４と、 前記両内積・除算器の演算結果を夫々電気角で
   360度の整数倍だけ遅らせる第１及び第２のシフ
   トレジスタ６，７と、 前記第１のシフトレジスタ６の出力を前記線間
   電圧V_oに乗算する第１の乗算器８と、 前記第２のシフトレジスタ７の出力を前記電圧
   V_o′に乗算する第２の乗算器９と、 前記両乗算器の演算結果を加算して過去の零相
   電圧V₀′として得る加算器１０と、 現在の前記零相電圧V₀から前記加算器からの
   零相電圧V₀′を減算して零相電圧の変化量ΔV₀を
   求める減算器１１と、 前記減算器に得る変化量ΔV₀から地絡を検出す
   る地絡継電器２と、 を備えたことを特徴とする地絡保護継電器。