JPS5950718A - 地絡相検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、非接地系の配電線における地絡相を検出す
る装置に関する。

従来、この種の装置として第１図に示すものがあった。

図中、１ａ＊１ｂ＊ＩＣは３相平衡の電源、２ａ、２ｂ
、２Ｃは電圧ｅ　ａ　＊　ｅ　ｌ）　、ｅ　Ｃを有する
電源１ａ、１ｂ、ＩＣに接続されたａ、ｂ、ｃ相の配電
線、３　ａ　、−３ｂ　、　３　ｃは配電ｇ！２　ａ　
、　２ｂ、２Ｃと大地間に存在する静電容量、４は抵抗
Ｒｇと共に接地事故の発生を等倫的に示すスイッチ、５
ａ、５ｂ、５Ｃはコンデンサよりなり、配電＃１１２ａ
、２ｂ、２Ｃの電圧を分圧する分圧器、（ｉａ、６ｂ、
（ｉｃは分圧器５ａ、５ｂ、５ｃの電圧ｖａ、ｖｂ、ｖ
ｏの２電圧につき加算をする加算器、７は電源１ａ、ｌ
ｂ、１ｃの中性点を接地する抵抗値ＲＭの抵抗である。

次に、動作について説明する。分圧器５ａ、５ｂ、５ｃ
の電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｏは加算器６３　＊　６　ｂｔ６
Ｃに対で入力され、これらの出力端には次式のような電
圧Ｖ１．Ｖ２．Ｖ３が発生する。

ユ ｙ１＝＝ｙａ−１−１ｙ２＝ｖｂ＋−！Ｌ、　　　ｖ３
＝ｖＣ−１−ａ２　　　　　　　　　　２　　　　　　
　　　　２スイツチ４が投入され、ａ相の配電、１！２
ａが、地絡すると、静電容量３ａ、３ｂ、３ｃ及び抵抗
Ｒｇの値が変化して、第２図のベクトル図で示すように
、ベクトルの中心０が円８に沿ってＯ′に移動し、事故
相の電圧ｖ１は電圧Ｖ　２　、　Ｖ　３より小さくなり
、１ｖＪｌ　＜　Ｉｅａｌ　＜　１ｖ２１　又は１ｖ３
１　　となる。

この関係は、図示なしの論理回路により検出され、事故
ありに対応される。

従来の地絡相検出装置は、以上述べたように事故発生前
後において各相の対地電圧の絶対値が変（３） 化するのを検出し、それらの間の大小関係から地絡相を
判定していた。しかし、事故時に配電線が有する静電容
量及び地絡抵抗が共に大きい場合は健全時のものとの差
が顕著なものとならず、検出の精度が低下する。検出感
度を高めるためには、分圧器の分圧比及び加算器の動作
が高度に安定していることが必要である。例えこのよう
な安定化が達成できたとしても接続部分に接触不良等に
より欠相が生じていることまで判別はできない。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を　　　・
除去するためになされたもので、地絡による事故電流に
比例して発生する零相電圧を検出し、この零相電圧と交
流系統の各相の電圧に基づ（信号との論理積をとり、更
に積分し、最後に基準電圧と比較することにより、地絡
相を判別できる地絡相検出装置を提供することを目的と
する。

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第３
図はこの発明の地絡相検出装置のブロック図である。図
中、９は配電線２ａ、２ｂ、２ｃにデルタ接続された巻
線９ａと、電圧ｅａ、ｅｂ。

（４） ｅｏに比例した電圧ｅａ　＊　ｅ　ｌ、　、　ｅ３及び
電圧ｅａ。

ｅｂ、ｅｏに対して角度αだけ遅れた参照電圧である電
圧１１ａ、１１ｂ、１１．を発生する星形接続の巻線９
ｂを有する変圧器、１０は配電線２ａ、２ｂ、２Ｃに星
形に接続されたコンデンサ１０ａ、１０ｂ。

１０Ｃと、コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０Ｃの接続の
中心点とアースとの間に接続されたコンデンサ１０ｄと
を有する分圧器、１１ａ、１１ｂ。

１１ｃは巻線９ｂの電圧ｅ　３　＋　ｅ　ｌ）　ｇ　ｅ
　Ｃを全波整流する整流器、１２ａ、１２ｂ、１２ｃは
整流器１１ａ、１１ｂ、１１Ｃの出力電圧を積分する積
分回路、１３ａ、１３ｂ、１３Ｃは積分回路１２ａ。

１２ｂ、１２Ｃの出力電圧と基準電圧ｖ１とを入力し、
前者が後者よりも太きいとき、即ち正常なときに出力を
１にする比較器、１４は比較器１３ａ、１３ｂ、１３Ｃ
の３出力間においてアンドをとるアンド・ゲート、１５
は分圧器１０から出力される零相の電圧ｖｏをアンド・
ゲート１４の出力により通過させるゲート回路、１６は
ゲート回路１５から出力される電圧Ｖ□を極性反転させ
る反転器、１７ａ、１７ｂ、１７ｃは変圧器９の電圧ｕ
８．ｕｂ、ｕｏの正の期間を検出してゲート信号を発生
する比較器、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆは電圧ｕａ、ｕｂ
、ｕｏの負の期間を検出してゲート信号を発生する比較
器、１８ａ、１８ｂ、１８ｃはゲート回路１５の電圧ｖ
ｏを比較器１７ａ、１７ｂ。

１７Ｃのゲート信号によりゲートさせるゲート回路、１
８　ｄ　ｅ　１８　ｅ　＝　１８　ｆは反転器１６の電
圧−ＶＯを比較器１７ｄ、１７ｅ、１７ｆのゲート信号
によりゲートさせるゲート回路、１９ａ、１９ｂ、１９
Ｃはゲート回路１８　ａ　−１８ｄ　；　１８　ｂ−１
８ｅ；１８ｃ、１８ｆの出力にライて加算し、かつ積分
して信号Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｏを出力する積分する積分器、
２０ａ、２０ｂ、２０Ｃは積分器１９ａ、１９ｂ、１９
ｃの信号Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｏが基準電圧−Ｗｉ以下となっ
たときに地絡を示す信号Ｓａ。

Ｓｂ、Ｓｏを出力する比較器である。

次にこの発明の動作について説明する。電源１ａｓｌｂ
ｓ１ｃの電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｏは次式で表わされる。

従って、（１）式の電圧ｅ３．ｅｂ、ｅｏを位相αだげ
移相した変圧器９の電圧１１　ａ　ｅ　ｕ　ｂｓ　ｕ　
Ｃは次式のようになる。

ｕ　ａ＝＝Ｅ　５ｉｎ（（７１ｔ−α）ｕ　ｂ＝Ｅｓｉ
ｎ（ωｔ　−ａ　−”−ｙｒ　）ｕ　ｏ＝Ｅ　５ｉｎ（
（７Ｊ　ｔ−α−１π）電圧ｕａ、　ｕｂ、ｕ、は、線
間電圧忙関係しているので、スイッチ４の投入で示すよ
うなＣ相のみの接地事故が発生しても変化しない。しか
し、中性点の電位は変動するので、零相の電圧ＶＯが分
圧器１０の出力に現われる。電圧ＶＯは、静電容量ｃｏ
、抵抗ＲＮと次式のような関係にある。

Ｖ　□−Ｖ６５ｌｎ（ωを一θ） ただし、 （７〕 ア 第４図は電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｃ、ｕａ、ｕｂ、ｕｃ、７
０間の関係を示すベクトル図である。抵抗Ｒｇの値が変
化すると、電圧ｖｏは点線で示す円８に沿って移動する
。一方、各相の電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｏは高圧リード線の
接続不良などによる欠相がない限り、整流器１１ａ、１
１ｂ、１１ｃの出力電圧は正の値をとる。もし、欠相が
あれば、その相の出力電圧は零となる。従って、アンド
・ゲート１４は比較器１３ａ、１３ｂ、１３ｃが全て１
を出力したときにゲート回路１５を開にして電圧ＶＯを
導き出す。ゲート回路１５の雷、圧ｖｏは、ゲート回路
１８３〜１８Ｃに送られ、また反転器１６により反転さ
れてからゲート回路１８ｄ〜１８ｆに送ら（８） れる。

ゲート回路１８ａ、１８ｄ；１８ｂ、１８ｅ；１３ｃ、
１３ｆの出力は、積分器１９ａ、１９ｂ。

１９Ｃにおいて加算されて信号Ｗａ、Ｗｂ、Ｗ０（図示
なし）Ｋなり、更に積分されて信号Ｗａ、Ｗｂ。

ＷＣとなる。

第５図は第３図に示す装置の動作を説明する波形図であ
る。図中、（ａｌは電圧ｅａ、（ｂ）は電圧Ｈａ、（Ｃ
）は信号Ｗａを示し、ＷａＯは信号Ｗ３の直流分を表わ
す。信号ｕ２が負及び正となる期間は、それぞれ α＋２１π　　α＋（２ｎ＋１　）π −＜１＜−−−。

ω　　　　　　　　　　　　　　ω であり、信号’Ｎ３は次式のようになる。

従って、信号Ｗａの直流分ＷａＯは、 ω　　　　　　　　　　　　　　　　　ωとなる。この
ような関係は、ｂ及びＣ相の直流分ｗｂ□　、　ｗ、Ｏ
Ｋついても成立する。整理すると、次のようになる。

Ｗ２Ｏ−−２Ｖ−Ｏｏｏ５（α−β） π ２ｖｏ　　　　　　　２ Ｗｌ）Ｏ＝　−−ｃｏｓ（α＋−π−θ）π　　　　　
　　　　　３ ２ｖｏ　　　　　　　４ Ｗｏｏ−一　−Ｃ０５（α＋−π−θ）π　　　　　　
　　　　３ ここでは、α相が抵抗地絡するので、電圧ｖ。

の足が第４図の円８上に来るので、角度αをＯ〜９０°
の間の適当な角度に選んでおけば電圧ｖｏ、ｕａは互に
逆向となり、直流分Ｗａｏは負となるが、地絡相でない
直流Ｗｂｏ、Ｗｏｏは正又は小さな負の値となるので、
これより地絡相を検出することができる。しかし、信号
Ｗａは第５図（Ｃ１に見られるように時間的に振動する
交流分を含んでいろ。

事故が発生していない場合は、積分器２５ａ。

２５ｂ、２５ｃは、積分により、信号Ｗａ、Ｗｂ。

Ｗｃの交流分がゼロとなる。事故が発生した時刻をｔ８
とすると、 Ｗａｊ３ｏΦ（ｔ−ｔｇ）＝　−ｃｏｓ（α−β）・（
１−１，）（１１） となる。信号Ｗ３．Ｗｂ、Ｗｏは、事故相のものが第６
図に示すように、地絡直後から小さな脈動で時間と共に
負の方向へ増加し続け、これに対し、事故相でないもの
は正の方向へ増加又はほとんど変化しない。このような
現象はｂ相又はＣ相で地絡事故が発生した場合にもあて
はまる。

従って、比較器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、ある負の閾
値即ち基準電圧Ｗｊを信号Ｗａ、Ｗｂ、Ｗ。

と比較しているので、地絡が発生すれば、信号ｓａ。

Ｓｂ、Ｓｏを発生する。

以上テハ、積分５１９ａ、１９ｂ、１９ｃが完全な時間
積分を行なう場合を説明したが、分圧器の各相の分圧比
のわずかな誤差などが原因で少しでも直流分があると、
これが蓄積する。これを避けるために、積分器１９ａ、
１９ｂ、１９ｃの特性を適当な時足数を持つ要素、即ち
一次遅れの伝連関数、工「にすることが必要である。な
お、積分の時定数Ｔを検出すべき地絡事故の現象に比（
１２） 較して大きく取っておけば、上記で説明した機能はその
まま保たれる。

上記実施例では電圧Ｕ　２４　＊　Ｕ　ｂｅ　Ｕ　（ｅ
　ｖ　ｏ　　が正弦波であったが、これらを波形変換器
により正弦波と同位相で、振幅一定の矩形波に変換して
も上記実施例と同様の効果を得ることができる。このこ
とを波形で示す第７図において、（ａ）は′重圧ｖｏと
矩形波に変換された電圧の波形、（ｂｌは電圧Ｕａの波
形、（Ｃ１は信号Ｗａと直流分Ｗａｏの波形、（ｅ）は
信号Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｏの波形を示す。このように、信号
Ｗａには直流分Ｗａｏを含む。他の相の信号Ｗｂ９ｗ。

についても同様であり、式で示すと、次のようになる。

ｗａＯ＝　−ｇ（α−θ十−） π　　　　　２ Ｗｌ）０：”　　、（α−０＋τ） Ｗｏｏ−←α−θ−−） π　　　　６ α相での抵抗地絡ではα２θとなるので、直流分Ｗ３ｏ
が負、直流分Ｗｂ□　、　Ｗ（０が正又は直流分Ｗａｏ
より小さい負の値となる。従って、前記実施例と同様に
事故相を判別できる。なお、この場合の信号Ｗａ、Ｗｂ
、Ｗｏの時間的推移は第７図（ｄｌに示しである。

また、零相電圧の検出感度を上げて地絡相の検出を行な
った場合、演算回路のダイナミック・レンジの制約から
大きな零相電圧の信号に対しては、電圧ｖｏ又はｖｏ′
を求める回路に飽和が生じることがある。しかし、零相
電圧として矩形波であっても良いことを考えると、演算
回路に飽和が生じても位相情報が保持されているので、
地絡相の検出は可能である。

また、上記実施例では、系統のわずかな不平衡とか、検
出器の不平衡による誤動作を防ぐため、積分回路に適当
な時定数をもたせである。従って、不平衡が原因で生ず
る信号Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｏのわずかな直流分が積分器で蓄
積されることはないが、この直流分により、積分出力の
信号Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｏ忙は地絡が発生する以前からそれ
ぞれ値の異なる直流分が発生するので、これが閾値によ
る地絡相検出に悪影響を与えることが考えられる。これ
を除去するためには、第９図に示すように時定数Ｔのｗ
ｂ′２ｗｏ′をコンデンサＣを通してやればよい。コン
デンサＣの後に接続された抵抗Ｒは、常時の出力基準を
ゼロにするためのもので、これらによる時定数ＣＲの値
は積分の時定数Ｔと同様に予想される地絡現象及び常時
の系統の擾乱の程度を勘案して選択したものにする。Ｃ
Ｒの回路と積分回路を前後に入れ換えても効果は同様と
なる。

上記実施例では、電圧Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｏを導出するのに
３相の移相変圧器を利用したが、容量分圧器を利用して
これらを導出することも可能である。

以上のように、この発明によれば、系統の零相電圧につ
いて所定期間積分することにより、事故相の判別を行な
うようにしたので、雑音による影響を少なくすることが
でき、安定に動作する装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地絡相検出装置の回路図、第２図は地絡
相発生時の各相及び零相電圧のベクトル（１５） 図、第３図はこの発明の一実施例による地絡相検出装置
の回路図、第４図は第３図に示す装置に入力される電圧
のベクトル図、第５図乃至第７図は第３図に示す装置の
動作の波形図、第８図及び第９図はこの発明の他の実施
例による地絡相検出装置の回路図である。 ３ａ〜３ｂ、５ａ〜５ｃ、１０ａ〜１０ｄ、Ｃ・・・コ
ンデンサ、４−・・スイッチ、６ａ〜６Ｃ・・・加算器
、９・・・変圧器、Ｉｌａ〜１１ｃ・・・整流器、１３
ａ〜１３Ｃ９１７ａ〜１７ｆ、２０ａ〜２０Ｃ・・・比
較器、１４・・・アンドゲート、１５．１８ａ〜１８ｆ
・・・ゲート回路、１９ａ〜１９Ｃ・・・積分器。 なお、図中、同一符号は同一部分を示す。 代理人　葛野信−（ほか１名） （１６） 謁　　１　　ｂ 第　　３　　囚 トｔ １　　１１ ｅａ　　ａｔ　　　ｉ　　　；１０　　工ゝ３ａｅｃｅ
ｂ’　　　＋１１０！／〆 １　１１　　１ ′°パ・　＝１−１ ；Ｉ；−３ｂ １　　１１　　　１ ｒ　−−−−−−Ｊ　　　　　　Ｉ　　Ｉ　　　　　　
　　ｌ　　　　　　　　　ノ３Ｃ１１１、。。　１　　
工　　１６ １ ＋　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１ｒＯ
−１１０＋　　「７ｇ　　ニー、Ｔ、ｌ　　　０■ １　　　　　　　　　　　　　　　ｌ−一　Ｊ１３ａ　
　” 、　　９３１ｅら　〉 ”ｂ’　　１２ｂＥ−ニー：、３゜ １　（１゜ １１ｅｂｔ）１ １’＋＄１ ■ ｌ　　　ｅｅｌ　　　　　ｒ−１１３ｃ〉 １　　　　　　　〆　　　、−１ ４図 ｕａ ） ・・・。ｌｌ、７．・′−゛Ｆ・１１、：、”　Ｚ’。 １に卯　　　１し！２二 １　　　：　　　１　　　； ：　　　１　　　　　　　； 」ＩＫ＼　　： ：；／−＼：°。 ｔｈ　　　　　　　　　　　　　　Ｉ 第　　８　　図 第９図 手続補正書（自発） ５８１２６ 昭和　　年　　月　　日 １、事件の表示　　　　特願昭５７−１６２８０３号３
、補正をする者 代表者片山仁へ部 ４、代理人 （，１＼ ５、補正の対象 （す明細書の特許請求の範囲の欄 （２）明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）別紙の通り特許請求の範囲を補正する。 （２）明細書第３頁第２行目に「Ｗｅの」とあるのを「
ｗｃ中の」と補正する□ （３）明細書第３頁第４行目のｒＲＭＪとあるのを［Ｒ
，Ｊと補正する。 （４）明細書第３頁第１４行から第１７行目に「又は１
ｖ、１となる。この関係は・・・・・対応される。 」とあるのを［及び１ｖ３１となる。他の相でもこの関
係は成り立つ。そこで、適当な論理回路を用いることに
より、事故相を判別することができる。 」と補正する。 （５）明細書第４頁第１４行目に「論理積」とあるのを
「ベクトルの内積」と補正する。 （６）明細書第４頁第１５行目に「により、地絡相を」
とあるのを「により、零相電圧と各相電圧の位相関係か
ら地絡相を」と補正する。 （７）明細書第６頁の第７行目及び第１０行目に「ゲー
トさせる」とあるのを「通過させる」と補正する０ （８）明細書第６頁第１６行目に「地絡を」とあるのを
「地絡相を」と補正する。 （９）明細書第８頁下から１１１行目「電圧Ｖ。」とあ
るのを「零相電圧ｖｏＪと補正する。 αＱ明細書第８頁下から３行目に「電圧へ」とあるのを
「出力電圧Ｖ。」と補正する。 αカ明細書第９頁第８行目に「Ｎ圧ｅａ」とあるのを「
電圧ν。」と補正する。 （２）明細書第１１頁第１１行目に「交流分を含んでい
る。」とあるのを「交流分を含んでいる。この交流分に
よる影響を軽減するためにｗａ、ｗｂ、ｗｃの各信号を
積分する。」と補正する。 （至）明細書第１１貫第１４行目に「ゼロ」とあるのを
「はぼゼロ」と補正する。 α◆明細書第１２頁第９行目の「基準電圧Ｗｔを」とあ
るのを「基準電圧−Ｗｔと」と補正する。 （ハ）明細書第１２頁第１Ｏ行目に「と比較」とあるの
を「を比較」と補正する。 ０→明細書第１５頁第１５行目に「雑音」とあるのを「
ノイズ」と補正する。 ６、添付書類の目録 補正後の特許請求の範囲を記載 した書面　　　　　　　　　　　　１通以上 補正後の特許請求の範囲 して積分する整流回路と、上記回路の各相の出力電圧が
第１の基準電圧以上となったときに信号ケそれぞれ出力
する第１の比較器と、上記第１の比較器の出力による論
理積信号で上記系統の零相電圧ケ通過させる第１のゲー
ト回路と、上記参照電圧信号の正の期間で上記第１のゲ
ート回路の出力である零相電圧信号を通過させる第２の
ゲート回路と、上記参照電圧信号の負の期間で上記第１
のゲート回路の出力である零相電圧信号を反転信号を通
過させる第３のゲート回路と、上記第２及び第３のゲー
ト回路の出力を加算し、かつ積分する積分器と、上記積
分器の出力が第２の基準電圧（号を発生する第２の比較
器とを備えた地絡相検出装置。 （２）零相電圧及びその反転信号を矩形波に変換する波
形変換回路を介してそれぞれ第２及び第３のゲート回路
に供給するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の地絡相検出装置。 （３）積分器に直流遮断用のコンデンサと直列接続した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の地絡相検出装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流系統から各相の電圧を導入して上記電圧に比
   例した第１の電圧信号と上記電圧に比例し、かつ移相さ
   れた第２の電圧信号を発生する回路と、上記第１の電圧
   信号を各相毎に整流して積分する整流回路と、上記回路
   の各相の出力電圧が第１の基準電圧以上となったときに
   信号をそれぞれ出力する第１の比較器と、上記第１の比
   較器の出力による論理信号で上記交流系統の零相電圧を
   通過させる第１のゲート回路と、上記第２の電圧信号の
   正の期間で上記第１のゲート回路の出力を通過させる第
   ２のゲート回路と、上記第２の電圧信号の負の期間で上
   記第１のゲート回路の出力の反転信号を通過させる第３
   のゲート回路と、上記第２及び第３のゲート回路の出力
   を加算し、かつ積分する積分器と、上記積分器の出力が
   第２の基準電圧する第２の比較器とを備えた地絡相検出
   装置。
2. （２）零相電圧及びその反転信号を矩形波に変換する波
   形変換回路を介してそれぞれ第２及び第３のゲート回路
   に供給するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の地絡相検出装置。
3. （３）積分器に直流遮断用のコンデンサと直列接続した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の地絡相検出装置。