JPS5810934B2 - 地絡故障検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般に配電回路網、特に地絡故障による損傷
から配電回路網を保護するための地絡故障検出装置に関
する。

変圧器のような電力供給源から最後に電動機、照明器又
はその他の負荷などに使用される地点への配電に、母線
及びケーブルの回路網が使用される。

これらの回路網を安全に動作させるために、従来は、ヒ
ユーズ、スイッチ、回路遮断器などの回路遮断装置を使
用し、回路網の１部を通る電流が安全レベルを越えて増
加した時この電流を遮断する過電流保護が伝統的に使用
されてきた。

過電流保護装置が動作する電流レベルは、回路網中の電
線を流れる電流が、電線そのもの又はその電線に近接す
る物体を損傷するのに充分な抵抗加熱を生じさせる点に
設定される。

このような過電流状態は、電線間又は回路網によって電
力供給される機器中の短絡によって発生する。

配電回路網中に生じ得る今１つのタイプの不所望状態は
、地絡故障である。

これは、回路綿量電線から大地電位にある物体へ電流が
流れる時に生ずる。

この故障は、回路網電線と大地電位にある物体との間の
直接金属接続である直接地絡故障か、回路網電線と大地
電位物体間をアークを通して電流が流れるアーク地絡故
障の何れかである。

この何とのタイプの地絡故障でも、過電流保護装置がト
リップするよう設定される電流レベルより少なく、しか
もなお重大な損傷を引起しかねない故障電流が流れるこ
とになる。

多相非接地系統では、アーク地絡故障は、回路網中の他
の点の電圧を正常な系統の電圧より数倍の値に上昇させ
、それにより、その回路網に接続されている機器に損傷
をを与えることがある。

それに加え、アーク地絡故障によって生ずる熱は、しば
しば配電回路網によってサービスされている施設中に火
事又は爆発を引起すのに充分な値となる。

地絡故障保護を提供するよう、零相電流監視器（変流器
）のような装置が過電流保護装置のトリップレベルより
遥かに低い地絡故障電流を検出するのに使用される。

これらの装置は、回路網の１分岐のすべての電線を取り
囲むことによって交流系統中において動作する。

正常状態では、電源から１分岐溝体上に運び出されるす
べての分岐電流は、１つ又はそれ以上の他の分岐導体上
に帰らねばならない。

それで、零相電流監視器によって囲まれた分岐を通して
流れる正味即ち差の電流は零である。

従来の地絡故障保護構成を中性線をもった３相又は多相
交流回路網に適用すると、地絡故障保護はさらに困難な
ものとなる。

回路網上の負荷が不平衡になると、中性線に電流が流れ
、結果的に零相電流監視器が誤った地絡故障表示を行な
うことがある。

この問題は、１つの回路網が複数の電源から電力供給さ
れ、しかもこれら各電源が共通中性線の別々の地点で接
地された中性点を備えている時、特に大きくなる。

従来、このような系統に地絡故障保護を与えるには、組
電線および中性線を注意深く配設しなければならず、そ
の結果、最終的には地絡故障保護機能をもたない系統に
くらべ、より長い電線を必要としてきた。

また、他の従来の地絡故障保護機構は、インクロック用
回路遮断器及び他の補助装置及び必要とし、遥かに複雑
なものであった。

この発明は、かかる従来の欠点に鑑みてなされたもので
、この発明の目的は、配線電線網に、より高い融通性を
与えるとともに、複雑なインターロック用又は補助制御
装置を必要としない、零相変流器を備えた地絡故障保護
装置を提供することであり、複数の電源回路網の中性線
を複数の地点で接地することによって、影響されない地
路故障装置を提供することである。

この発明の好ましい実施例によれば、配電回路網を複数
の保護領域に分割することによって、その配電回路網を
地絡故障による損傷から保護する系統が提供される。

差電流を検出する手段が、特定の領域に入る回路網の各
分岐上に配設される。

この差電流検出手段は、その領域に入る又はそれから出
るすべての分岐を通しての正味の差電流を測定するよう
接続される。

その特定の領域中の回路網上に地絡故障が生ずると、そ
の結果、その領域に入る回路網分岐にそれぞれ設けられ
た複数の差電流検出手段によって検出される正味の差電
流は高い値となるであろう。

複式接続差電流監視器によって定められた保護領域の外
側にある回路網上に地絡故障が発生しても、その結果そ
の領域を通して流れる正味の差電流は高い値とはならな
いだろう。

各グループの差電流検出手段は、領域に流れ込む正味の
差電流を検出した際に作動する開閉手段と組合わされ、
その領域に電力を供給するすべての電源からその領域を
分離するように回路遮断装置を付勢する。

この発明によれば、不平衡負荷、長接地の３相４線式配
電系統においても誤動作することなく、また、配電系統
を、地絡故障保護がない系統に比しても複雑化すること
なく実現できる。

この発明をよりよく理解するために、以下この発明の好
ましい実施例を添付図面によって説明する。

第１図において、図にはこの発明の原理を使用した１端
開放中性線３相４線式系統を単線で表わした系統図が示
されている。

１対の３相中性点接地変圧器１２，１４が、線路１６で
示された３相電線および中性線１８を通して回路網１０
に電力を供給する。

この回路網１０に対し、回路遮断器２０．２２，２４，
２６，２８，３０および３２による過電流保護が適用さ
れる。

回路遮断器２０ないし３２の平常位置は、第１図におい
て常開回路遮断器を表わす符号Ｏおよび常開回路遮断器
を表わす符号Ｃをもって示される。

零相電流監視器変流器２４ａ、２８ａおよび３２ａが回
路網１０中の第１図に示す位置に設けられる。

これら電流監視器は、それらが囲む組電線および中性線
を通して流れる電流の差を測定する。

すなわち、もし４本の電線を通って流れる電流のベクト
ル和が、それら電線中を他方向に流れる電流のベクトル
和に等しいならば、電流監視器には零出力が生ずるであ
ろう。

しかしながら、もし電線中を一方向に流れる電流が、他
方向に流れる相当電流を越えるならば、電流監視器には
、両方向に流れる電流間の差に相当する出力が生ずるで
あろう。

３相不平衡負荷３４が回路網１０に接続されている。

第１図並びにこの第１図を一層具体的に示した第７図（
但し、電流監視器２８ａの右側及びしゃ断器３０の右側
は第１図では省かれている。

）に見られるように、負荷によって生ずる不平衡は、中
性点電流Ｎ（第７図ではＩＮ）を生じさせる。

この中性点電流は負荷から回路網中に流れ込み、その点
で第１図に示すように中性線の各方向に成る割合例えば
半分に分けられる。

保護領域３８を回路網１０中に設定することができる。

この保護領域３８には回路網１０の３つの分岐４０，４
２および４４が含まれている。

回路遮断器２４，２８および３２と電流監視器２４ａ。

２８ａおよび３２ａが保護領域３８の保護を提供してい
る。

電流監視器２４ａ、２８ａおよび３２ａは、第２図に示
すように並列に接続され、それらの出力側は３つの電流
監視器からの出力信号に応答する継電器４６に接続され
る。

継電器４６と回路遮断器２４，２８および３２間に制御
回路が設けられ、継電器４６の付勢で、回路遮断器２４
゜２８および３２がトリップされる。

正常動作中、中性点電流は回路網１０中を第１図並びに
第７図に示すように流れる。

この中性点電流により、電流監視器２４ａおよび３２ａ
位置において各方向の電流に差が生ずるから、これらの
電流監視器から出力が取出される（第２図）。

例えば、電流監視器２４ａは第１図並びに第７図に示す
ように上方向への流れＮと下方向への流れＮ／２を検出
し、差出力信号を生じる。

しかしながら、電流監視器３２ａも、又Ｎ／２に等しい
差電流を検出する。

監視器２４ａおよび３２ａが第２図に示すように接続さ
れているから、継電器４６から見た３個の電流監視器出
力のベクトル和は零である。

それ故、継電器４６は消勢を維持し、そして不平衡負荷
３４で生ずる中性点電流によって無用なトリップを生ず
ることがない。

保護領域３８の境界内で地絡故障が生ずると、地絡電流
ＩＧが流れることになる。

このような地絡故障が第１図の点４８で示され、回路網
１０の種々の電線中に地絡電流を生じさせる。

この地絡電流は第３図に示すように電流監視器２４ａ。

２８ａおよび３２ａによって検出される。

第２図および第３図に示されるよう接続された電流監視
器を通して流れる地絡電流は、その地絡電流ＩＧの変成
値に等しい差出力を生じさせ、それにより継電器４６が
付勢される。

続いて継電器４６は回路遮断器２４，２８および３２を
トリップし、それにより点４８における地絡故障を、回
路網１０の残りの部分から隔離する。

尚、第７図において電流監視器２４ａと２８ａとは電源
側から見て電流の流入方向が図示の如く反対になってい
る。

また、第７図では図を簡略化するため、３相不平衡と地
絡故障の両者が同時に生じた場合を示しているが、これ
らを別個に考えても同じなことは勿論である。

ここで本発明の上記実施例の説明に入る前において行な
った従来技術の一例を第８図に示す。

本発明に係る第１図及び第７図と、従来技術としての第
８図を比較してわかることは、後者に、電流監視器３２
ａが設けられておらず、しかも、電流監視器２４ａ、２
６ａ、２８ａ及び３０ａが各電源系統に接続されたまま
インターロック装置２９によって相互接続されていると
いうことである。

第４図には、大きくて複雑な多電源回路網５０が示され
ている。

回路網５０には、３つの電源５２．５４および５６が含
まれ、各電源には３組の中性点接地３相変成器が含まれ
ている。

９個の変成器の各中性点接地端子は、閉成ループとして
全回路網に広がる中性母線５８に接続される。

電源５２，５４および５６の各変成器相巻線は、これ又
閉成ループ系を構成している相電線に接続される。

３相電線は細線６０で表わされている。この発明の原理
により、回路網５０は複数の保護領域に別けられ、これ
ら領域の境界は第４図に鎖線で表わされている。

回路網５０の過電流保護及び制御は、第４図中四角形で
表わした複数の回路遮断器によって行なわれる。

例えは点６２においてら旋型符号で表わされている複数
の零相差電流検出装置が、回路網５０のための地絡故障
保護を行なう。

便宜上、零相差電流検出装置とそれに組合わさった継電
器間の接続は、第４図中に示されていない。

全回路網を代表して回路網５０の１部の詳細な回路図が
第５図中に示される。

第５図において局部保護領域６４と送電線保護領域６６
が設けられていることがわかる。

領域６４および６６の過電流保護および制御は、母線連
絡回路遮断器６８、主回路遮断器７０、領域連絡回路遮
断器７２、および遠隔領域連絡回路遮断器７４によって
行なわれる。

３相不平衡負荷７６には回路網５０から給電線回路遮断
器７８を通して電力が供給される。

負荷７６および局部保護領域６４の境界内に設けられて
いる他のどの負荷も３つの通路即ち回路網分岐８０，８
２および８４を通して電力が供給されることがわかる。

これら分岐の各々には、対応する零相差電流検出装置、
即ち電流監視器８０ａ。

８２ａおよび８４ａが含まれている。

これら電流監視器は第５図に示されているよう接続され
、そして又継電器８６に接続される。

負荷７６に対する地絡故障保護は、別の電流監視器−継
電器の組合わせによって行なわれる。

送電線保護領域６６には、継電器９４にその出力が接続
される電流監視器９０および９２が設けられる。

局部保護領域６４の境界内のどこかに地絡故障が発生す
ると、回路網分岐８０，８２および８４の招電線６０お
よび中性線５８を通して電流が流れ、この電流は電流監
視器８０ａ、８２ａおよび８４ａによって検出される。

電流監視器が第５図に示すよう接続されているので、こ
れら３つの電流監視器８０ａ、８２ａおよび８４ａの出
力側には差出力が生じ、その結果継電器８６が駆動され
る。

局部保護領域６４の境界外の何処かに発生する地絡故障
ででも、又、電流監視器８０ａ、８２ａおよび８４ａに
差電流が流れ得る。

しかしながら、この局部保護領域６４の境界外に発生す
る地絡故障では、電流監視器８０ａ、８２ａおよび８４
ａの出力は打消され、それにより差出力は零となる。

換言すれば、これらの状況の許で局部保護領域６４中に
流れ込む正味の電流は、流れ出る正味の電流に等しい。

それ故、継電器８６は付勢されないであろう。

例えば、点９３における地絡故障では、電流監視器８０
ａ、８２ａおよび８４ａからの差出力は零であるという
結果になるであろう。

しかしながら、電流監視器９０および９２には、零でな
い差出力が生じ、それにより継電器９４が付勢されるで
あろう。

継電器８６および９４の接点出力は、監視器−継電器の
組合わせ８８の接点出力と同様に、第６図に示されてい
るよう結合される。

例えば、局部保護領域６４中の地絡故障は継電器８６を
駆動し、制御線路９８がコイル９６を付勢するようにす
る。

この付勢により、接点１００，１０２および１０４が閉
成される。

これにより、各回路遮断器６８゜７０および７２のトリ
ップコイル６８ａ、７０ａおよび７２ａが付勢され、そ
れによって遮断器が列外され、そして回路網５０から局
部保護領域６４が分離される。

もし地絡故障が負荷７６で生じたとすると、これは電流
監視器−継電器の組合せ８８によって検出される。

それからトリップコイル７８ａは付勢され、回路遮断器
７８をトリップし、そして回路網５０から負荷７６を分
離する。

それに加え、もし必要なら、電流監視器−継電器の組合
わせ８８を継電器８６と連動させて、地絡故障が負荷７
６に生じた時の継電器８６を付勢しないようにすること
ができる。

これは、負荷７６に地絡故障が生じていることがわかっ
ている時に、回路網５０から全領域６４を分離すること
を防いでいる。

第５図でわかるように、隣接領域と組合わさっている電
流監視器は、−都電なり合っており、それにより回路網
５０の個々の領域中に位置する部分を完全に保護範囲内
に入れることができる。

より多く又は少ない数の領域が所定回路網中に確立され
、この領域の数は、要求される保護の程度及びこの回路
網から電力が供給される種々の負荷へのサービス持続性
の重要性によって定められる。

この発明の原理を使用することによって、各領域の電流
監視器間で必要な制御接続線の長さを最少にすることが
できる。

このことは、共通電力系統の一部が成る距離はなれて位
置する異なった建物中にある時に、特に関係がある。

各地絡故障継電器およびそれに組合わさった電流監視器
は、他領域中のものから独立しており、それにより全地
絡故障保護系統の相互配線が簡略化される。

多数の点で接地される中性線を有し、多数電源によって
電力が供給される回路網に対し、この発明の原理を使用
することによって地絡故障保護が可能となる。

またこの発明の原理は、地絡故障電流又は正常な中性線
電流を流すための多数路に対して心配することなく、そ
のような系統に利用することができる。

これらの原理は、中性母線路または４極回路遮断器を付
加する必要なく標準の方法および標準機器を使用して実
施することができる。

それ故、この発明は、多数点で接地される多数の電源に
よって電力が供給される配電回路網の地絡故障保護を簡
単でより経済的に行なう方法を提供していることがわか
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を使用した１端開放中性線３相
４線式系統を単線で表わした系統図、第２図は第１図の
系統中の中性線電流の正常な流れを示す系統図、第３図
は第１図に示す系統中で地絡故障時に発生する地絡電流
の流れを示す系統図、第４図はこの発明の原理を使用し
た閉ループ中性線３相４線式系統を単線で表わした系統
図、第５図は第４図に示された系統の１部を詳細に示す
系統図、第６図は、第４図に示す系統に使用される制御
回路を示す回路図第７図は第１図を一層具体的に示した
回路図、第８図は従来例を示す回路図である。 図中、１０は回路網、１２．１４は変圧器、２０．２２
，２４，２６，２８，３０および３２は回路遮断器、３
４は３相不平衡負荷、３８は保護領域、２４ａ、２８ａ
、３２ａは零相電流監視器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の互いに独立した保護領域を含み、前記保護者
   領域の各々が別個の中性点接地式３相交流電源に接続さ
   れている交流回路網の地絡故障検出装置であって、 各前記保護領域が、共通中性線と組み合わされた３方向
   分岐回路を含んでおり、前記３方向分岐回路の各々と前
   記共通中性線との組み合わせには零相電流監視器が結合
   されて前記保護領域を取り囲んでおり、前記３方向分岐
   回路の各々には回路遮断器が挿入され、前記零相電流監
   視器は互いに並列接続されているとともに継電器に接続
   されており、前記保護領域における前記共通中性線の流
   入電流と流出電流との差は３相不平衡が生じても常にほ
   ぼ零であり、地絡故障が生じて前記３方向分岐回路の流
   入電流と流出電流との差が所定値を越えたとき前記継電
   器が付勢され、以て該継電器に接続された前記回路遮断
   器を作動して前記保護領域を前記交流回路網から切り離
   すようになっていることを特徴とする地絡故障検出装置
   。