JPS5950719A - 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配電線などの系統に使用される地絡
相検出装置に関するものである。

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、１ｃは３相平衡電源、２　ａ　ｓ　
２　ｂ　ｖ　２ｃはこの３相平衡電源に接続された３相
配電線、３ａ、３ｂ、３ｃはこの３相配電線がそれぞれ
有する対地静電容量、４は上記配電線中、どれか１相に
存在するかもしれない接地事故点、５ａ、５ｂ、５ｃは
配電線の各相の対地電圧ン検出する分圧器、６ａ、６ｂ
、６ｃは加算を行なう演算増幅器、７は電源中性点の接
地抵抗である。

次に動作について説明する。第１図のように、ａ相が接
地事故点４で抵抗Ｒｇ全全通て地絡した場合、第２図の
ベクトル図で示すように接地電位が０からＯ′に変化し
、地絡後の各相の対地電圧はＶａ、　Ｖｂ　、　Ｖｃの
ようになる。事故時に線路が有している静電容量や地絡
抵抗が変わると点ｏ１は円線図８上を移動する。第１図
の分圧器５　ａ　、　５ｂ、５ｃにより検出される電圧
Ｖａ、Ｖｂ、ＶｃＹ加算器６ａ。

６ｂ　ｖ　６ＣＹ通すことにより、次のような出方が得
られる。

Ｖ、　＝　ｖａ＋Ｖｂ／２　、　ｖ、　＝　ｖｂ＋”７
’２　、　ｖ、　＝　Ｖｃ＋”／２これらの電圧を、第
２図のベクトル図中に示したが、この第２図によっても
わかるように、このようにして合成されるベクトルの大
きさは事故相に対応するものが一番小さくなる。詳しく
言えば、ａ相で地絡事故が発生した時には、ベクトルの
振幅の間に ｌＶｌ　１　＜　１ｅａｌ　＜　ｌｖ、　Ｉ　？　ｌＶ
ｌ　１のような関係が成り立つ。他の相で事故が発生し
た場合にも同様な形の関係が成り立つ。そこで、適当な
論理回路Ｚ用いることにより、事故相を判別することが
できる。

従来の地絡相検出装置は、上述のように、事故の前後の
各相対地竜圧の絶対値の変動全検出してそれらの間の大
小がら地絡相を判別するものであるが事故時に線路が有
する対地静電容量Ｃｏおよび地絡抵抗Ｒｇが共に大きい
場合には、健全時と事故時の電圧の差が極めて小さくな
るので、検出が困難になったり、感度Ｚ向上させようと
すると、分圧器の分圧比および演算増幅器の増幅率等が
、各相間で高度に平衡していることが必要な上に、例え
、それが実現されたとしても、ノイズによる誤動作も起
こり易く、更には高圧ケーブルの接触不良等により欠相
が生じているかどうかを判別できないという欠点があっ
た。

この発明は、上記のような従来のものの欠点ン除去する
ためになされたもので、事故電流に比例して発生する零
相電圧を直接検出して、その波形全体から地絡相２判別
できる地絡相検出装置を提供することｔ目的としている
。

以下、この発明の一実施例を説明する。第１図と同一部
分と同一符号で示す第３図において、９は各相の星形相
電圧ｅａ　、　ｅｂ　、　ｅｃおよびそれから一定の位
相αだけ遅れたベクトルに相当する参照電圧Ｕａ　、Ｕ
ｂ、Ｌｉｅ　ｆ発生する３相移相変圧器（参照電圧発生
器）、１０は容量分圧器（零相電圧検出器）、［ｆａ、
１１ｂ、１１ｃはｅａ　、　ｅｂ　、　ｅａ’４ｆ全波
整流する余波整流回路、１２は整流回路１１から出力さ
れる余波整流された電圧を積分する積分回路、１３ａ、
１３ｂ、１３ｃは積分回路１２の出力音閾電圧■、と比
較して、積分出力が閾電圧ｖ１を越える場合、つまり各
相が高圧線に正常に接続されている場合に信号を出力す
る電圧比較器、１４は３個の電圧比較器１３ａ、１３ｂ
、１３゜の全てから信号が出力されている場合のみ、ゲ
ート信号を出力するＡＮＤ回路であり、１５はこのゲー
ト信号が入った期間のみ入力信号（零相電圧ｖｅ）の瞬
時値ン通過させるゲート回路であり、１６ａ、１＜Ｓｂ
、１＜ＳＣは零相電圧ｖ０と参照電圧Ｌｌａ、Ｌｌｂ、
　ｕｃ’ｖ掛は合わす掛算器、１７ＩＬ、１７ｂ、１７
Ｇは上記掛算器の出力を積分するための積分器、１８１
Ｌ、１８ｂ、１８ｃは上記積分器の出力ｔ１あらかじめ
与えられた閾値−Ｗｔｈと比較する比較器である。

次に本発明による第３図の装置の動作、原理を説明する
。考えている系統の３相平衡電源１ａ。

１ｂ、１ｃの相電圧は次のように表わすことができる。

ｅａ　＝＝　Ｂ　＠　ｓ鋤ωｔ ｅｂ＝Ｂ　＠５ｉｎ（ωｔ　−−π） ｅｃ＝＝Ｅ＊５ｉｎ（ωｔ　−−ｘ　）移相変圧器９に
よｉ）、これらの相電圧よＩ）も角度αだけ遅れたベク
トルに相当する参照電圧ｕａ、Ｌｌｂ、ＵＣＶ発生する
とすれば、これらは次のように表わすことができる。

ｕａ　＝　Ｅ−ｓｉｎ　（ωｔ　−ａ　）ｕｂ＝Ｅ−ｓ
ｉｎ（ωｔ−ａ　−−ｒ　）ｕｃ＝Ｒ＠ｓ和（ωを一α
−−π） これらの参照電圧は線間電圧に関係しているので、第３
図４に示したような色相のみの不平衡接地事故がある場
合にも変化がない。しかし、この３相回路の中性点電位
は変動し、零相電圧が発生する。

この零相電圧ｖ０が容量分圧器１０により検出される。

この零相電圧ｖ０は地絡抵抗Ｒｇと３相線路の静電容量
Ｃ０、中性点の接地抵抗ＲＮに関係しており、次のよう
に表わされる。

ｖ、＝−Ｖ、　−ｓｉｎ　（ωを一〇）第４図は、上記
の電圧ｅａ　、　ｅｂ　、　ｅｃ　、　ｕａ　、　ｕｂ
　、　Ｌｌｃおよびｖｏの間の関係をベクトル図で示し
たもので、Ｒｇの値が変わるとベクトルｖ０の足は円線
図８の上を移動する。

一方、参照電圧Ｌｌａ　、　ＬＪｂ　、　Ｌｉｅと同時
に３相移相変圧器９によ％）検出されるｅａ　、　ｅｂ
　、　ｅｃは高圧リード線の接続不良などによる欠相が
なければ、全波整流器１１ａ、１１ｂ、１１ｃｇ通すこ
とにより、常に正の電圧が得られる。逆に欠相があれば
、その相は零である。従って成る正の電圧Ｖ、と比較器
１３ａ、１３ｂ、１３ｃＹ用いて比較すると、健全な相
からは信号が出力され、欠相に当る相からは信号は出力
されない。そこで、これら比較器の出力ＹＡＮＤ回路に
入力することにより３相すべてから信号が入力された場
合、つまり、３相すべて健全に接続されている場合のみ
、ゲート回路１５ヘゲート信号がＡＮＤ回路１４から入
力される。そして、ゲート回路１５をゲート信号が入っ
て来た場合のみ、零相電圧Ｖ０の瞬時値をそのまま通過
させるようにし、さらにはゲート信号の電圧を使用して
接続良好のランプ等Ｚ点灯させれば、欠相が生じている
のを知らずに回路！運転して、誤判別を起すような事態
は避けられる。

次に、欠相が生じておらず、接続良好の状態を考える。

この場合、電相電圧Ｖ。が掛算器１６ａ。

１６ｂ、１６Ｃおよびゲート回路１５に入力される。こ
の零相電圧ｖ０と参照電圧ｕａ　、　Ｕｂ　、　ｕｃと
を第３図掛算器１６ａｔ１６ｂ１６ｃによって掛は合わ
せると１次のような積分Ｗａｇ　、　Ｗｂｘ　、Ｗｃ１
が得られる。

２ ｗｂ＝ｖ、−ｕｂ＝　−−■。−Ｅ（ｃｔＪｓ（θ−ａ
　−−π）　−ｃｍ（２ωを一〇３ 一α−−π）） ４ ｗｅ　＝　ｖ　０・ｕｃ＝７ＨＶ、−Ｅ（ｃｏｓ　（θ
−ａ−：ｉ）　−ｃｏｇ　（２ωｔ　−６一α−−π）
） これらの右辺第１項の直流成分は、ベクトル図における
零相電圧の各参照電圧方向成分に比例した量である。第
４図のベクトル図からもわかるように、色相で地絡が起
った場合には零相電圧ｖ０のベクトルの足が円線図８の
上のどこかに来るので、αＺＯ°〜９００の間の適当な
角度に選んでおけば、零相電圧Ｖ。と参照電圧Ｕａは、
はぼ反対方向とな＃）、上記Ｗａの直流成分は負となる
が、地絡相でないｗｂ、Ｗｅの直流成分は正または小さ
な負の値となる。

従って、この直流成分から地絡相を検出することができ
る。しかし、上式第２項は、時間的に振動する項であり
、この項の影響！取％）除くためには、第３図の積分器
１７ａ、１７ｂ、１７ｃによりこれらの量を時間的に積
分すればよい。このようにして得られるＷａ　、　Ｗｂ
　、　ＷＣは事故が発生しない場合には零となるが、事
故が発生すると次のような一α）−ｓ和（２ωｔ「θ−
α）〕） 但し、ｔｇは事故発生の時刻である。

これらの各積分量Ｗａ　、　Ｗｂ　、　Ｗｅが時間的に
推移する様子を第５図に示しである。これによると、事
故相成分（今の場合はＷａ　）は２ωで振動しながら時
間と共に、負方向に増加し続けているのに対し、事故の
ない相の成分は正の方向に増加し１）、或はほとんど変
化しない。このようなことは、他の相に事故が発生した
場合にも見られる現象である。

従って、ある負の閾値−ｗｔｈ　Ｙあらかじめ設定して
、８３図、１８ａ、１８ｂ、１８ｃの比較器に入れてお
けば、どこかの相の積分がこの閾値に達したときに、地
絡相に対応した信号ａ　ｔ　ｂ　ｔ　ａｗ全発生ること
ができる。この他にも適当な論理回路が考えられるだろ
うが、積分量に対して一定の閾値ン用いる方法によれば
、大きな零相電圧が生じるような地絡事故に対しては積
分量が急速に変化するので、判定までの時間が速いが、
小さな零相電圧の事故に対しては、ある程度までの時間
が長くなる点は共通している。

上述の場合では積分器１７ａ、１７ｂ、１７ｃが完全な
時間積分を行なう場合を考えたが、掛算器１６ａ、１６
ｂ、１６ｃの演算精度などが原因で少しでも直流成分が
あれば、これが蓄積する。

これｔ避けるために積分器１７ａ、１７ｂ、１７ｃの特
性を適当な時定数を持つ積分、すなわち１次遅れ要素の
伝達関数 １＋ＳＴ となるようにすることが必要である。なお積分の時定数
Ｔは検出すべき地絡事故の現象に比べて適当に長く取っ
ておけば、上述の機能はそのまま保たれる。

上記実施例では、参照電圧Ｕａ　、　Ｕｂ　、　ｕｃ　
ｆ正弦波として用いているが、これン正弦波と同位相で
振幅一定の矩形波電圧にしても、上記実施例と同様の機
能ン持つ装置ン得ることができる。このことン波形で表
わしたもの７８６図に示す。この第６図にはａ相で地絡
事故が発生した（　ｔ＝ｔｇ　）　　前後の各部の波形
が示してあり、（イ）は参照電圧Ｌｌａ、（ロ）は零相
電圧ｖ。、し４はｖｏとｕａの積Ｗａ　、に）はＷａ（
７）積分Ｗａである。上の例では参照電圧を矩形波とし
だが、零相電圧の方Ｚ零相電圧の位相だけの情報を持つ
一定振幅の矩形波に成形して掛算器に入力しても上記実
施例と同様の機能ビ持つ装置を得ることができる。

また零相電圧の感度！上げて、地絡相の検出を行なおう
とした場合、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飽和が起る場合がある
が、この極端な場合が上記の矩形波の零相電圧を用いる
ものに対応することを考えると、演算回路に飽和が起っ
ても零相電圧の位相情報は残るので、問題なく地絡相の
検出が可能であることがわかる。

上記実施例では、系統のわずかな不平衡とか検出器の不
平衡などにより、正常時にもわずかに生ずる零相電圧に
よる誤動作！防ぐため、積分回路に時定数を持たせてい
る。従って不平衡が原因で出て来るＷａ　、　Ｗｂ　、
　Ｗｅのわずかな直流分が積分器でどんどん積分される
ことはないが、この直流分により、積分器出力Ｗａ　、
　Ｗｂ　、　Ｗｃには地絡が発生する以前からそれぞれ
値の異なる直流のベースが発生するので、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
れを除去するには、第７図に示すように積分器（時定数
Ｔの１次遅れ要素）の出力乞コンデンサＣ７通せばよい
。

コンデンサＣの後に置かれた抵抗Ｒは常時の出力ペース
を零にするためのもので、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および常時の系統のじ
よう乱の程度暑勘案して選ぶようにする。

またＣＲの回路と積分回路の位置７入れ換えても動作は
変わらない。

上記実施例では、参照電圧Ｕａ　、　ｕｂ　、　ｕｃ　
ｆ算出するのに、３相移相変圧器を利用したが、これに
限定することなく、容量分圧器を利用して参照電圧を算
出することも可能である。第８図は、位相差α＝３００
の場合に、容量分圧器！利用して参照電圧Ｚ算出する一
例！示した回路である。

以上のように、この発明によれば系統の零相電圧の波形
全体からの情報Ｚ掛算器で処理し積分器である時間の情
報暑集積して事故相を判別するようにしたので、ノイズ
が存在する場合にも、安定に、しかも正確に地絡相の検
出効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地絡相検出装置の構造ン示す回路図、第
２図は、第１図における地絡事故発生時の各相電圧及び
、零相電圧のベクトル関係Ｚ示すベクトル図、第３図は
本発明に基づく地絡相検出装置の構造を示す回路図、第
４図は第３図における参照電圧と各相電圧及び零相電圧
のベクトル関係を示すベクトル図、第５図は零相電圧の
各参照電圧方向成分の積分量が、時間的に推移する様子
ン示す特性図、第６図は参照電圧を矩形波として使用し
た場合の波形図で、９）は参照電圧Ｌｌａ、（ｃｒｌは
零相電圧Ｖ。、し９はＵａとＶｏの積、ば）はＵａとｖ
ｏの積ビ積分したものが、時間的に推移する様子の一例
を示す波形図、第７図は正常時に発生している零相電圧
ｖ０による影響７取り除く回路図、第８図は、容量分圧
器を利用して、参照電圧を算出する回路図である。 １ａ、１ｂ、Ｉｃ−−−３相平衡電源、２ａ、２ｂ、２
０・・・３相配電線、３ａ、３ｂ、３ｃ・・・対地静電
容量、４・・・地絡事故点、７・・・電源中性点接地抵
抗、８・・・円線図、９・・・３相移相変圧器、１０・
・・容量分圧器、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・全波整
流器、１２・・・積分回路、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・
＝電圧比較器、１４・・・ＡＮＤ回路、１５・・・ゲー
ト回路、１６ａ、１６ｂ、１６ｃｍ掛算器、１７ａ　、
　１７ｂ　。 １７　ｃ−−−積分器、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ・−・
比較器。 なお図中、同一符号は同一、又は相当部分Ｚ示す。 代理人　葛野信−（ほか１名） 彫　　′、３　２ 第６図 Ｗａ＝Ｓｗａｄｔ （ニ）ｔｇ −一一−−−−−−Ｗｔｈ 第　　７　　図 特許庁長官殿 １．事件の表示　　　　特願昭５７−１６２８０４号２
、発明ノ名称　　　　地絡相検出装置３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片山仁
八部 ４、代理人 ５、補正の対象 （１）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 （３）図面 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４頁第６行目に「これらの電圧を」とあ
るのを「これらの電圧のベクトル関係を」と補正する。 （３）明細書第５頁第１６行目に「同一部分と」とある
のを「同一部分を」と補正する。 （４）明細書第９頁第１７行目に「積分」とあるのを「
各成分」と補正する。 （５）第３図を別紙の通り補正する。 ７、添付書類の目録 （１）補正後の第３図を記載した書面　　　１通（２）
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 （１）平衡３相電力を供給する中性点が有効に接地され
ていない電力系統と、この電力系統の各相の対地電圧か
ら零相電圧を検出する零相電圧検出器と、前記各相の星
形相電圧及び該各相の星形電圧より所定角度だけ遅れた
参照電圧を発生させる径路の出力とそれぞれの前記参照
電圧を掛算する掛算器群と、この掛算器の出力がそれぞ
れ供給される積分器を介設して入力され、かつ第２閾値
電圧が入力されて比較判定をする第２比較器とよりなる
地絡相検出装置。 （２）参照電圧として、各相の星形相電圧より０°から
９０°間の所定！！２渚度遅れたベクトルに相当する３
個の正弦波電圧と、同位相を有する矩形波電圧を用いる
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）上記各相の対地電圧から、零相電圧を検出する部
分に電圧比較器などを用いることにより、振幅一定で、
零相電圧と同位相の矩形波電圧を発生し、これを零相電
圧として用いることを特徴とする特許請求の範囲第１ま
たは２項記載の地絡相検出装置。 （４）上記各相の対地電圧から零相電圧を検出する部分
の増幅器の感度をあげ、所定レベル以上の入力に対して
検出部分の出力が飽和する様にしたことを特徴とする特
許請求の範囲第１または２項記載の地絡相検出装置。 （５）上記参照電圧と零相電圧の積を積分する積分回路
の前または後にコンデンサを挿設し、これらの積分量に
含まれている常時発生している直流成分により地絡相の
検出が妨害されないようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第１．２．３または第４項記載の地絡相検出装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１平衡３相電力を供給する中性点が有効に接地され
   ていない電力系統と、この電力系統の各相の対地電圧か
   ら零相電圧を検出する零相電圧検出器と、前記各相の星
   形相電圧及び該各相の星形電圧より所定角度だけ遅れた
   参照電圧！発生させる参照電圧発生器と、この参照電圧
   発生器のそれぞれ星形相電圧出力をそれぞれ整流器ン介
   設して供給され、かつ第１閾電圧が供給される電圧比較
   器群と、前記零相電圧検出器の出カフ前記電圧比較器の
   出力で動作するＡＮＤ回路によって制御されるゲート回
   路と、このゲート回路の出力とそれぞれの前記参照電圧
   ン掛算する掛算器群と、この掛算器の出力がそれぞれ供
   給される積分器馨介設して入力され、かつ第２閾値電圧
   が入力されて比較判定をする第２比較器とよりなる地絡
   相検出装置。 （２）参照電圧として、各相の星形相電圧よりθ°から
   ９０°間の所定の角速度遅れたベクトルに相当する３個
   の正弦波電圧と、同位相を有する矩形波電圧Ｚ用いるこ
   と全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）上記各相の対地電圧から、零相電圧を検出する部
   分に電圧比較器などを用いることにより、振幅一定で、
   零相電圧と同位相の矩形波電圧を発生し、これｔ零相電
   圧として用いることン特徴とする特許請求の範囲第１ま
   たは２項記載の地絡相検出装置。 （４）上記各相の対地電圧から零相電圧ン検出する部分
   の増幅器の感度をあげ、所定レベル以上の入力に対して
   検出部分の出力が飽和する様にしたこと全特徴とする特
   許請求の範囲第１または２項記載の地絡相検出装置。 （５）上記参照電圧と零相電圧の積を積分する積分回路
   の前または後にコンデンサタ挿設し、これらの積分量に
   含まれている常時発生している直流成分に上り地絡相の
   検出が妨害されないようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１．２．３または第４項記載の地絡相検出装
   置。