JPH0636646B2 - 地絡方向継電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高圧配電線路等の地絡を検出する地絡方向継
電装置に係り、特に零相電圧信号を零相電流検出用の変
流器の浮遊静電容量を利用したものに関する。

従来の技術 地絡方向継電装置は、地絡事故が発生したときに零相電
圧と零相電流を検出して、これらの電圧と電流の位相と
を比較し、その事故が零相変流器を境にして電源側か負
荷側かの方向を判別し、負荷側の地絡事故の場合には保
護動作を行う継電装置である。

第５図は、このような従来の地絡方向継電装置の回路図
を示している。

第５図において、ＤＧは地絡方向継電器、ZCTは零相電流
I₀を検出するための零相変流器、ZPDは零相電圧E₀を検
出するための零相電圧検出装置を示している。地絡方向
継電器ＤＧは、これらの零相電圧E₀及び零相電流I₀を入
力とし、内部に電圧E₀及び電流I₀のレベルを検出して設
定レベルに達したときに波形整形された信号を出力する
レベル検出回路と、波形整形されたレベル検出回路の出
力信号を導入して位相比較し、地絡事故が変流器を境に
負荷側か電源側かを判別する位相判別回路を有する。そ
して負荷側で地絡事故が発生すると地絡方向継電器ＤＧ
に零相電流I₀と零相電圧E₀の信号が入力され、これらの
信号が設定レベルに達したとき矩形波のパルスおよび時
間巾の狭いパルスに変換された信号が位相判別回路に入
力されてこの位相判別回路で、前記の零相電流信号と零
相電圧信号が時間的に重なる時だけ出力を出し、時限回
路を経て補助リレーを動作させる。地絡事故が零相変流
器ＺＣＴの電源側の場合は、零相電流の位相が１８０度
異るので零相電流信号と零相電圧信号とは時間的に波形
が重ならないので、位相判別回路から出力信号は出ない
ようにしてある。

発明が解決しようとする問題点 上記の地絡方向継電装置においては、零相電圧信号を得
るための零相電圧検出装置ＺＰＤにはコンデンサが使用
されるが、このコンデンサは高圧線路に直接接続される
ので、絶縁対策が必要であり、一般的には高圧碍子に内
蔵される。従つて高価格となり、又配電盤内に設置する
場合も相間又は他の機器間との絶縁距離をとる必要があ
り取付スペースが大きくなり、且つ工事費も高くつく。
また各相の高圧線路の静電容量にはアンバランスがあり
零相電圧出力端子ｔには常に残留電圧（見掛上の零相電
圧）が発生しているので、地絡方向継電器ＤＧの感度を
上げるために零相電圧出力端子ｔの出力信号を増巾する
と、地絡方向継電器ＤＧが誤動作をする恐れがある。従
つて感度を上げることができず、感度を下げて誤動作を
防止する必要がある等の欠点があつた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので零相
電圧検出用の特別のコンデンサを必要とすることなく、
しかも誤動作の恐れのない此種継電装置を得ることを目
的としたものである。

問題点を解決するための手段 本発明において、上記の問題点を解決するための手段
は、線絡の地絡事故時に発生する零相電流と零相電圧を
検出して零相電流信号と零相電圧信号を得、これら零相
電流信号と零相電圧信号が設定レベルに達したときその
位相を比較して地絡事故が前記零相電流検出用の変流器
を境として電源側か負荷側かの方向を判別して負荷側で
あるときに動作するようにした地絡方向継電装置におい
て、前記零相電圧信号を，前記変流器の浮遊静電容量を
利用して検出し、且つこの浮遊静電容量の不平衡に基づ
く残留電圧と地絡時に発生する零相電圧とを合成してそ
の差によつて得るようにする。

作用 地絡事故が無い正常時においては、零相電流も零相電圧
も発生しないので、地絡方向継電装置は動作しない。た
ゞ変流器の三相各相の浮遊静電容量は必ずしも同じとは
ならないので不平衡（アンバランス）による残留電圧が
発生するが、零相電圧が発生していないので、その合成
による差の信号は現われないため誤動作を生ずるおそれ
はない。

地絡事故が発生し、零相電流信号が設定レベルに達し、
また零相電圧の方も残留電圧との差が設定レベルに達す
と、零相電流信号と零相電圧信号との位相が比較され地
絡事故が負荷側であるときは地絡方向継電装置は動作す
る。

また、正常時に負荷開閉器等の投入により負荷電流が急
激に変化して見掛上の零相電流が流れ、設定レベル以上
となつた場合は、零相電流信号は出力されるが、零相電
圧は発生しないので、残留電圧との合成による差の信号
は現われないため地継方向継電装置は動作することはな
い。

実施例 以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図によつて説明
する。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロツク結線図で、
I₀は零相電流、１は零相電流を増巾するための増巾器、
２は整流器で増巾された零相電流を整流する。３はレベ
ル検出回路で、整流器２の出力が設定レベルに達したと
きに信号を出す。４は波形整形回路で、増巾された零相
電流を矩形波のパルス状に変換する。５はアンドゲート
で、レベル検出回路３と波形整形回路の出力信号が同時
に入力されたときに出力信号を出す。V₀は零相電圧、
６，７は互に並列に設けられた零相電圧を増巾するため
の増巾器、８は遅延回路（又は記憶回路）で、増巾器７
の出力信号を遅らせる。９は差動増巾器等のような合成
回路で、増巾器６の出力信号とこの信号を遅らせた遅延
回路８の出力信号とを合成し、その差の零相電圧信号を
得る。10は合成回路９の出力信号を整流する整流器、11
はレベル検出回路、12は合成回路９の出力信号を時間巾
の短いパルス状の信号に変換する波形整形回路、13はア
ンドゲートで、レベル検出回路11と波形整形回路12の出
力信号が同時に入力されたときに出力信号を出す。14は
位相判別回路で、アンドゲート５と13の出力信号を受け
てその位相を比較して地絡事故が零相変流器を境に負荷
側か電源側かを判別し、負荷側であるときに出力信号を
出しタイマー15を駆動させる。16はタイマー15の設定時
限後に出される信号により動作する補助リレーを示し、
該補助リレー15で事故回線のしや断器をしや断する。

第２図(a)は、３個の変流器により零相電流I₀と零相電
圧V₀を検出するための回路図で、Ｒ，Ｓ，Ｔは３相各相
の高圧１次導体、CT1,CT2,CT3は各高圧１次導体に個々
に設けられた変流器で、その２次巻線は互に並列接続さ
れ、抵抗ｒに接続される。この抵抗ｒの両端から零相電
流信号I₀を検出する。ＺＰＤは零相電圧検出装置で、各
変流器CT1,CT2，CT3の共通接続線の一方とアースＥ間に
設けられる。C_Pはその分圧コンデンサ、Ｔは変成器を示
し、この変成器Ｔの２次巻線側から零相電圧信号V₀を検
出する。L_Sは負荷開閉器を示している。

第２図(b)は、貫通形零相変流器ＺＣＴにより零相電流I
₀と零相電圧V₀を検出する場合の回路図で、貫通形の零
相変流器ＺＣＴは３相の高圧１次流体Ｒ，Ｓ，Ｔを鉄心
20の中を貫通し、この鉄心20に２次巻線21を分布して巻
回して成る。１次回路に接地電流が流れたとき２次巻線
に出力が現われ、端子Z₁，Z₂から零相電流I₀を検出す
る。また高圧１次導体Ｒ，Ｓ，Ｔと鉄心20間、たＲ，
Ｓ，Ｔとシールド鉄心（図示省略）または２次巻線21間
には浮遊静電容量があるので、これらとアースＥ間に零
相電圧検出装置ＺＰＤを設ければ、零相電圧V₀が得られ
る。

第３図はこの零相電圧を検出する等価回路を示し、C₁，
C₂，C₃は各変流器と高圧１次導体間の浮遊静電容量を示
し、第４図は各変流器の浮遊静電容量がアンバランスの
ときの残留電圧出力を説明するためのもので、アンバラ
ンスがあると本来の中性点Ｎが浮遊静電容量による中性
点N′となり、N′→Ｎの残留電圧Ｖ_ｘが常に現われる。

次に以下の構成による動作を説明する。

各相に設けられた変流器ＣＴ１，CT2，CT3又は零相変流
器ＺＣＴの浮遊静電容量C₁，C₂，C₃は、各変流器の形
状，取付方法，又は１次導体と鉄心との距離等の差によ
り同じとはならず、従つて正常時においても単にこれら
静電容量を合成しただけでは第４図に示すようにＮ−
Ｎ′に相当する残留電圧Ｖ_ｘが常に出力されている。こ
の残留電圧V_xは、第１図の零相電圧信号V_０として入力
される。この残留電圧V_Ｘは増巾器６，７で増巾され一
方は遅延回路８を介して、他方はそのまま合成回路９に
入力される。従つて正常時には、増巾器６の入力もV_xで
あるから合成回路９の入力信号は時間的な差はあるがV_x
同志が比較されることになり、その差の出力信号は無い
ので、レベル検出回路11からの零相電圧出力信号は出な
い。また零相電流も正常時には流れないので、レベル検
出回路３からの零相電流出力信号も出ないため、アンド
ゲート５から出力信号は出ず、補助リレー16は不動作の
状態にある。

このような正常状態において例えば第２図(a)において
負荷開閉器L_sを投入して１次導体Ｒ，Ｓ，Ｔに瞬時的に
定格電流より大きい突入電流が流れたとすると、変流器
CT1，CT2，CT3の鉄心の飽和点が必ずしも同じでないの
で、その出力電流に不平衡を生じ、抵抗ｒの両端には見
掛上の零相電流I₀が発生し、レベル検出回路３の設定レ
ベル以上になつて、アンドゲート５に零相電流出力信号
を出すことがある。しかしこの場合は零相電圧V₀は残留
電圧V_xのみで正常時と変らないので、レベル検出回路11
からは出力信号が出ないため、アンドゲート13からは出
力信号が出ない。

次に１次導体Ｒ，Ｓ，Ｔの１線のｇ点（図示省略）に地
絡事故が発生し、その零相電流I₀が、レベル検出回路３
の設定レベルに達した場合は、アンドゲート５に出力信
号を出し、波形整形回路４の出力信号とのアンド条件が
成立したときアンドゲート５を介して矩形のパルス信号
を位相判別回路14に導入される。同時に零相電圧E₀も発
生して第４図のN′→ｇの電圧が現われ合成回路９に入
力される。合成回路９にN′→ｇの電圧が入力されたと
き、該N′→ｇの電圧と遅延回路８で遅延したN′→Ｎの
残留電圧とが合成され、本来求むべき零相電圧信号Ｎ→
ｇが求められてレベル検出回路11に入力される。このレ
ベル検出回路11の出力信号が設定レベルに達した場合
は、アンドゲート13に出力信号を出し波形整形回路12の
出力信号とのアンド条件が成立したときアンドゲート13
を介して時間巾の狭いパルス信号を位相判別回路14に導
入する。位相判別回路14では、パルス状の零相電圧信号
と矩形波パルス状の零相電流信号が時間的に重なるとき
だけで出力を出し、タイマー15を経て補助リレー16を駆
動してしや断器をしや断又は警報を発して保護動作を行
う。

地絡事故が電源側であるときは、零相電流の位相が１８
０度異るので位相判別回路14で時間的に波形の重なると
ころが無くなり、補助リレー15は動作しない。

効果 以上の通り、従来の３つの変流器を使用して零相電流を
検出する方式では残留電流が大きく、特に負荷突入時の
瞬間的な過電流時に顕著に現われるため、地絡継電器に
使用すると誤動作を起すので、実用化が困難視されてい
た。

また、変流器や貫通形の零相変流器等の浮遊静電容量を
利用して零相電圧を検出することも試みられていたが、
浮遊静電容量は、各相の容量がアンバランスとなり常に
残留電圧が発生してこのままでは零相電圧検出器として
使用できなかつた。

本発明においては、変流器と高圧１次導体間の浮遊静電
容量を利用して零相電圧を検出するに当り、あらかじめ
浮遊静電容量のアンバランスによる残留電圧信号を記憶
しておき、これと地絡事故時に発生する零相電圧信号と
を合成して残留電圧を差引いた本来の零相電圧信号を求
めて、この零相電圧信号が設定レベルに達しなければ、
地絡方向継電器は一切動作しないようにしたので、全く
誤動作のおそれはなく、また零相電圧検出は従来のよう
に高価な高圧コンデンサをわざわざ設ける必要はなく、
一般に設置されている変流器、零相変流器の浮遊静電容
量を利用して検出するので極めて安価となり、また、配
電盤内に設置する場合高圧コンデンサが必要としないの
で、盤内の設置面積が大巾に減少して配電盤の小形化が
でき、また取付、配線工事が極めて簡単となる等極めて
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック結線図、第２
図は本発明の零相電流と零相電圧を検出するための回路
図、第３図は第２図の等価回路図、第４図は零相電圧と
残留電圧のベクトル図、第５図は、従来の地絡方向継電
装置の回路図を示す。 １，６，７……増巾器、２，10……整流器、３，11……
レベル検出回路、４，12……波形整形回路、８……遅延
回路、９……合成回路、５，13……アンドゲート、14…
…位相判別回路、15……タイマー、16……補助リレー、
ＺＰＤ……零相電圧検出装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】線路の地絡事故時に発生する零相電流と零
   相電圧を検出し、これら零相電圧の信号と零相電流の信
   号の位相を比較して地絡事故が前記零相電流検出用の変
   流器を境として電源側か負荷側かの方向を判別して負荷
   側であるときに動作するようにした地絡方向継電装置に
   おいて、前記零相電圧信号を，前記の変流器の浮遊静電
   容量を利用して検出してこの浮遊静電容量の不平衡に基
   づく残留電圧と地絡事故時に発生する零相電圧とを合成
   してその差によつて得るようにしたことを特徴とする地
   絡方向継電装置。