JPS5950722A - 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図に示すもの方あつ六。

図中、１ａ、１ｂ、ｌｃは３相平衡の電源、２ａ、２ｂ
、２ｃは電圧ｅ　ａ　＃　ｅｂｔ　ｅＩ有する電源１ｍ
、１ｂ、１ｃに接続さｎ　＊　ａ　＊　ｂ　＋Ｃ相の配
電線、３ａ、３ｂ、３ｃは配電線２　ａ　ｅ２ｂ、２ｃ
と大地間に存在する静電容量、４は抵抗Ｒｇと共に接地
事故の発生を等測的に示すスイッチ、５ａ、５ｂ、５Ｃ
はコンデンサよりなり、配電線２ａ、２ｂ、２ｃの電圧
を分圧する分圧器、６ａ、６ｂ、６ｃは分圧器５ａ、５
ｂ、５ｃの重圧Ｖ　ａｒ　Ｖ　ｂｊ　Ｖ　ｃの２電圧に
つき加算をする加算器、７は電源１ａ、１ｂ、ｌｃの中
性点を接地する抵抗値Ｒ，の抵抗である。

次に、動作について説明する。分圧器５ａ、５ｂ。

５ｃの重圧ｖａ、ｖｂ、ｖ　は加算器６ａ　ｇ　６ｂ　
＋ＢｃＫ対で入力さｎ、とｔらの出力端には次式のよう
な重圧Ｖ□＋　Ｖ　２　＋　Ｖ　３が発生する。

スイッチ４亦投入さ汎、ａ相の配電線２ａが地絡すると
、静電容量３ａ、３ｂ、３ｃ及び抵抗Ｒｇの個が変化し
て、第２図のベクトル図で示すように、ベクｔルの中心
０が円８に沿って０′に移動し、事故相の電圧Ｖ□は電
圧Ｖ　２　＋　Ｖ　５より小さくカリ、ｌ　ｖ　□ｌ　
＜　ｌ　ｅａ　Ｉ　＜　ｌ　ｖ　２１又はＩｖ、１とな
る。この関係は、図示かしの論理回路により検出さ４、
事故ありに対応さ４る。

従来の地絡相検出装置は、以上述べ穴ように事故発生前
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穴。

しかし、事故時に配置Ｉ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
とがらず、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
していること力１必要である。例えこのような安定化が
達成でき穴としても接続部分に接触不良等により欠相が
生じていることでで判別はできない。

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：ｎｆｃ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、との零相電圧と交流系
統の各相の重圧に基づく信号との論理積なとり、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な提供することを目的とする
。

以下、この発明の一笑施例な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回路図である。図中、
９は配電線２ａ、２ｂ、２ｃＫデルタ接続された巻ｉＩ
ｊ！９ａと、ｘｉ圧ｅ　ａ　＋　ｅ　ｂｊ　ｅｅに対し
て所定位相だけ進んだ参照電圧である電圧ｕ　ｔＬ６　
ｅ　ｕ　ｂｏ＊　ｕ　ｃ６　　を発生する星形接続の巻
線９ｂと含有する変圧器、１０ａ、１０ｂ、１０ｃはバ
ケット・プリゲート・デバイス（ＢＢＤ）又はチャージ
・カップルド・デバイス（ＣＯＤ）よりなり、後述のク
ロック信号により重圧ｕａｏ、ｕｂｏ。

ｕｃＯ’＆遅延させ、電圧ｕ＆１ｕｂｅｕｌ得る遅延素
子、１１は配電線２ａ、２ｂ、２ｃに星形に接続し穴コ
ンデンサーｌａ、１１ｂ、１１ｃと、コンデンサーｌａ
、１１ｂ、１１ｃの接続の中心点とアースとの間に接続
さｊｔ　７ｃコンデンサーｉｄとを有する分圧器、１２
ａ〜１２ｃは遅延素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃの電圧ｕ
　ａ　＋　ｕ　ｂｒ　ｕ　ｃが０電圧以上とηつたとき
にゲート（ｉ　４　’ｈ出力をする比較器、１２ｄ〜１
２ｆは重圧ｕ　ａ　ｒ　ｕ　ｂｊＵ　がＯ重圧以１とη
ったときにゲート信月を出力をする比較器、１３は分圧
器１１０霜圧Ｖ。を反転して重圧−’ＶＱを得る反転器
、１４ａ〜１４ｃは比較器１２ａ〜１２ｃのゲート化上
により分圧器１１の電圧Ｖ。をゲートさせるゲート回路
、１４ｄ〜１４　ｆｔｉ反転器１３の電圧−ｙ　ｏ　９
比較器１２ｄ〜１２ｆのゲート（ｉ−Ｑによりゲートさ
せるゲート回路、１５ａ、１５ｂ、１５ｃはゲート回路
１４ａ。

１４ｄ；１４ｂ、１４ｅ；１４ｃ、１４ｆの出力を加算
して積分し、信号Ｗａ　＋Ｗｂ　＠Ｗｃを得る積分器、
１６ａ、１６ｂ、１６ｃは積分１１５ａ。

１５ｂ、１５ｃの伯”ｒＷａ　＊Ｗｂ　ｒＷａが基準電
圧−Ｗｔ以下となったときに口重ａ　ｙ　ｂ　＃　ｅを
発生する比較器、１７は分圧器１１の電圧Ｖ。を微分し
て電圧ｖ′ｏを得る微分器、１８ａ、１８ｂは電圧ｖ　
□’　＊　ｖ　（１’（ｅ　２乗して旧刊ｖＪ２．ｖｏ
２ｆ＆得る掛算器、１９は伯−１９Ｖ　’。’及びＶ。

′を加算して重圧Ｖ。

の振幅値からなる４８月Ｖ。ｖｅ得る加算器、２０は侶
−＠Ｖｏ”＆定数Ａ□倍して定数Ａ。と加算し、口重Ａ
。＋Ａ１’Ｖｏ　を得る加算器、２１は加算器２０の信
号Ａ。＋Ａ□・７０７周波数変換して遅延素子１０ａ〜
１０ｃを駆動するクロック信刀１発生する変換器である
。

次に、動作について説明する。電源１ａ＋１ｂ＋１ｃの
電圧ｅ　ａ　ｒ　ｅ　ｂｒ　ｅ　ｅは次式で表わさする
。

変圧器９は、重圧ｅ　ａ　ｅ　ｅ　ｂｒ　ｅ　ｃヲ次式
のように角度α。だけ進めた重圧ｕａ□＋ｕｂｏ＋ｕｃ
Ｏを発生する。

重圧ｕ　ａ　Ｏ＋　ｕ　ｂＯＴ　ｕ　ｃ。は線間電圧に
関係しているので、第３図に示したようにスイッチ４に
よるａ相のみの非平衡地絡事故があっても変化し力い○
電圧ｕａｏｌｕｂ□ｔｕｃｍ　　は遅延素子１０ａ。

１０ｂ、１０ｃにより遅延さｎ５ｉｉ圧ｅ　ａ　ｒ　ｅ
　ｂｅｃより次式のように角度αだけ遅延さネタ電圧ｕ
　、　＋　ｕ　ｌ、　ｒ　ｕ　ｃとなる。

（ｕ　、　＝　Ｅ山（ωを一α） これらの重圧ｕａ、ｕｂ、ｕ　も重圧ｕ　ａＯＩｕｂｏ
”ｃｏ　　と同様に線間電圧に関係しているので、地絡
事故が発生しても変化しない。

しかし、ａ相で抵抗Ｒｇの事故が発生すると、３相回路
の中性涜の電位が変動し、重圧Ｖ。が分圧器１１より出
力される。重圧Ｖ。は抵抗Ｒｇと３相線路の静電容量Ｃ
６及び中性涜の抵抗ＲＮにも関係して次式のように表わ
嘔ネる。

ｖｏ＝−７８６石（ωを一θ） 穴だし、 」［ ＮＲｇ 第４図は、重圧ｅ　”ｅｃ’　　ａｏ　　ｃｏ　　ａＵ
ｃ及びＶ。についてのベクトル図である。抵抗Ｒｇの値
か変化すると、電圧Ｖ。の足は円８上を移動する。この
ような重圧１１　ａ”　１１　ｃは、比較器１２ａ〜１
２ｃ、１２ｄ〜１２ｆにより正、負の期間を弁別してゲ
ート信号な発生し、ゲート回路１４ａ〜１４ｅ、１４ｄ
　〜１４ｆに供給する。ゲート回路１４ａ〜１４ｃは、
比較器１２ａ〜１２ｃのゲート信号によりゲートさねる
と、重圧Ｖ。ｌ出力し、積分器１５ａ〜１５ｃに供給す
る。一方、ゲート回路１４ｄ〜１４ｆは、比較器１２ｄ
〜１２ｆのゲート信号によりゲートされると、重圧−ｖ
。を出力し、積分器１５ａ〜１５ｃに供給する。

積分器１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、ゲート回路１４ａ、
１４ｄ；１４ｂ、１４ｅ；１４ｃ、１４ｆの出力を加算
して偏角ｗ　　ｙｗｂ＊ｗｃ（図示なし）を得、更に積
分して口重Ｗａ＊Ｗｂ＊Ｗｃを出力する。

第５図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）はソネぞれ電圧
Ｖ　（１＊　ｕ　ａ及び（ＩＷａの波形回である。図か
ら明らかかように、信号ｗａはＷｉ分ｗａｏをもち、次
のようなものである。

ｕａ〉０及びｕａ〈０と彦る期間は、それぞれであるか
ら、口重ｗａは次式で表わさｊる。

ω　　　　　　　　　　　　　　　　　　ωω ２ｖ。

ニー　□・房（α−θ） π 同様に、ｂ、及びＣ相の直流分ｗｂｏ１ｗｃｏは次式の
ようになる。

上式においてθ＝αとすると、 第４図に示すように、電圧Ｖ。の足は抵抗Ｒｇの大きさ
によって円８上を移動するため、角度θは一定でない。

従って、角度θ、αを自動的に等しくすることが必要で
ある。

第６図は、事故相に関連する電圧ｕ　ａ　Ｑ　＋　ｕ　
ａ＊ＶＯのベクトル図である。図から、電圧ｅａの振幅
Ｅと電圧Ｖ。の振幅Ｖ。にょって角度θは次式によって
表わさねる。

θ＝−−１−丘 いま、遅延素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃがｎ段のＢＢＤ
からηるものとすると、その出力である電圧ｕ　ａ　ｖ
　ｕ　ｂｅ　ｕ　　はその入力の電圧ｕａｏ　。

ｕｂＯｌｕｃＯより角度−丁だけ遅４る。ここで、ｆは
遅延素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃを駆動するクロック０
号の周波数、ωは電圧ｅ　ａ　Ｔ　ｅ　ｂＴ　ｅ　ｃの
角周波数である。電圧Ｕ　が電圧ｅａより遅ねる角度α
は、 ためには、次式が満足さｎる必要がある。

従って、 前式は近似的に次式で表わされる。

ｆｚＡＯ＋Ａ１−Ｖ。

前式を満足するように変換器２１は伯号Ａ。十Ａ□■ｏ
に従い、クロック伯旬ヲ出力し、角度α、θ可能となる
。ゲート回路１４ａの山号ｗ１は、第５図（ｃ）に示す
ように時間的に振動する成分を含んでおり、前述のよう
にこの成分か積分器１５ａの加算により除去さ１、更に
積分さｆｉｔ化−＠Ｗａとなる。大月ＷＩＷｃも同様で
ある。

積分器１５ａ、１５ｂ、１５ｃの信’ｊ３　Ｗａ　ｒ　
Ｗ　ｂ　ｅＷ　ｃ　ｉｔ、事故が発生していない状態で
は零となるが、事故が発生すると、振動成分を無視し大
場合は次のようになる。

Ｗｃ＝−；Ｖｏ−（ｔ−ｔｇ） 第７図は信号Ｗ　ａ　＃　Ｗ　ｂ　＋　Ｗ　ｃの時間的
変化を事故発生の時刻２ｇ前後について示す波形図であ
る。時刻ｔｇから伯号Ｗａは負の方向へ増加し、伯−ｑ
Ｗｂ　、Ｗｃは正の方向へ増加する。事故がｂ又はＣ相
の場合も第７因と同じような現象が侶号ｗｂ又はＷｅに
ついて見られる。伯−＠Ｗａは、事故により基準電圧−
Ｗｔ以下に達するので、比較器１６ａはこ；ｆｉｌ’（
応答して伯号ａを出力する。

なお、上記実施例では、電圧ｕ　ａ　Ｔ　ｕ　ｂＴ　ｕ
　ｃを正弦波として用いているが、と４らを波形変換器
により正弦波と同位相で、振幅一定の矩形波としても上
記実施例と同様の効果を得ること、７１できるＯ 第８図はこのような矩形波による実施例の波形図である
。図中、（ａ）は電圧Ｖ。〔点心〕及び電圧ｖｏを矩形
波に変換し女波形（実線）　、（ｂ）は電圧ｕ　、　、
　（ｃ）はｉｓ分Ｗａｏ、（ｄ）は伯’ｉ３　Ｗ　ａ　
、　Ｗｂ　、　Ｗ　ｃを示す。ここで、α＝θとすると
、 となり、直流分’９１ｒ　ａＱ　＋　Ｖｌｒ　ｂ６　＋
　Ｗｃｏ　　はそ４ぞ４負、負（ｗｂ。＜ｗａ□）＋正
となる。従ってま記実施例と同様に事故相の判別ができ
る。この場合、上記実施例より振動成分は大きくなる。

以上では、積分器１５ａ、１５ｂ、１５ｃが完全な時間
積分な行なう場合を説明したが、演算素子の精度などｌ
原因として少しでも直流取分かあれば、これが蓄積する
。こわを避けるために、積分器１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
の特性を適当々時定にすることが必要である。

がお、積分の時定数Ｔを、検出すべき地絡事故に比較し
て大きく取っておけば、上記で説明し六機能は七の１１
保に４る。

１大、零相電圧の検出感度な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
零相電圧の山角に飽和が生じることがあるが、零相電圧
の位相の情報は保持さ看るので、地絡相の検出は可能で
ある。

上記実施例では系統のわずかの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じる零相電圧によ
って誤動作が発生するのを防ぐ大め、積分回路に適当な
時定数を持たせている。従って、不平衡が原因で生ずる
イに月ｗａ１ｗｂ１ｗ。

には地絡が発生する以前からそねそれ値の異なる直流の
ペースが発生するので、こね〃３閾値にょる地絡検出に
悪影響を与える。この穴め、第９図に示すように、積分
器〔時定数Ｔの一次遅れ要素〕の出力をコンデンサＣを
通してやねばよい。コンデンサＣの後に置かｔπ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Ｃ
Ｈの値は積分の時定数Ｔと同様に予想される地絡現象及
び常時の系統の擾括の程度を勘案して選択したものにす
る。ＣＲの回路と積分回路の位置を前後入４換えても効
果は同様となる。

上記実施例では、角度α、θが一致するようにしたが、
角度α、θはほぼ一致するものであってもよい。

上記実施例では、電圧ｕａｏ＋１１ＢＯ９ｕｃ（１’＆
導出するのに３相の移相変圧器を用い穴が、容量分圧器
を用いて第９図のように導出してもよい。第１Ｏ図に示
す回路■は、進み位相αが３０の場合である。

以上のように、この発明によ１ば、系統の零相電圧の信
号と移相さｔ１大基準電圧の山角とを掛算し、更に所定
期間積分し、基準電圧とレベルの判定なすることにより
事故相の判別をするようにし穴ので、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方得られる
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の電圧ベクトル図、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図に示す装置の電圧のベクトル図、第５図は第
３図に示す装置の動作の波形図、第６図は第３図に示す
装Ｕの電圧のベクトル図、第７図は第３図に示す装置の
動作の波形図、第８図はこの発明の他の実施例による地
絡検出装置の動作の波形図、第９図及び第１０図はとの
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、１１ａ〜１１ｄ、ｃ・・・コ
ンデンサ、４・・・スイッチ、６ａ〜５ｅ、１９゜２０
・・・加算器、１０ａ〜１０ｃ・・・遅延素子、１２ａ
　　　　”〜１２　ｆ　、　１６　ａ　〜１６　ｃ　・
＝比較器、１５ａ〜１５ｃ・・・積分器、１７・・・微
分器、１８ａ、１８ｂ・・・掛算器、２１・・・変換器
。なお、図中、同一符号は同一部分を示す０ 代理人　　葛　野　信　−（ほか１名）（ＩＩ 第５図 ｖ。 ％７図 第　　８　　図 電圧 ｃ （ｄ） 面り 第９図 第　１０　　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）交流系統から各相の電圧を導入して上記電圧に比
   例し大電圧信号を発生する回路と、上記電圧信号をクロ
   ック信号に従って遅延する遅延素子と、この遅延素子の
   出力信号が七ｊぞわ正及び負となる期間を検出してゲー
   ト信号を発生する第１の比較器と、上記交流系統の零相
   電圧及びその反転信号を上記第１の比較器のゲート信号
   により通過させるゲート回路と、上記ゲート回路から対
   応する相の対の出力信号を導入して加算し、かつ積分な
   する積分器と、この積分器の出力信号が所定の基準電圧
   以上となるのを比較により検出し穴ときは地絡透水す化
   上を出力する第２の比較器と、上記変流系統の零相電圧
   を微分して微分電圧を得る微分器と、上記零相電圧及び
   上記微分器の微分電圧な七ねぞｆ″１２乗して加算する
   ことにより上記零相電圧の振幅の２乗値を算出する演算
   回路と、この演算回路の出力を周波数変換して上記クロ
   ック信号を発生する変換器とを備え穴地絡相検出装置。 り２１零相電圧及び七の微分電圧を矩形波に変換する波
   形変換回路な介して−１１ぞ４ゲ一ト回路に供給するよ
   うにし大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。