JPS5950723A - 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
る袋詰に関する。

従来、この種の装置として第１図に示すものがあった０
図中、１ａ、Ｉｂ、１ｃは３相平衡の１源、２ａ、２ｂ
、２ｃは電圧ｅ　ａ　ｒ　ｅ　ｂ＊　ｅｃｌ有する雪泥
１　ａ　、　１　ｂ　、　１　ｃＫ接続され大配電線、
３ａ、３ｂ、３ｃは配’！１１１２ａ、２ｂ、２ｃと大
地間に存在する静電容量、４＃′ｉ抵抗Ｒｇと共に接地
事故の発注を等測的に示すスイッチ、５ａ＋５ｂ。

５ｃはコンデンサより々す、配電線２ａ、２ｂｔ２ｃの
電圧な分圧する分圧器、６ａ、６ｂ、６ｃは分圧器５ａ
、５ｂ、５ｃの笥圧ｖ＆、ｖｂ、ｖｃの２雷圧につき加
算をする加算器、７は電源１ａ＋Ｉｂ、１ｃの中性漬を
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５　ａ　ｒ　５　ｂ
　＋５ｃの電圧Ｖ　ａ　ｒ　Ｖ　ｂ＋　Ｖ　ｃは加算器
６　ａ　＊　６ｂ　＋６ｃＫ対で入力され、これらの出
力端には次式のようη動圧Ｖ　１　＋　’Ｖ　２　ｒ　
Ｖ　５が発生する。

スイッチ４が投入され、ａ相の配ＪＦＩｉ線２ａ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０′に移動し、事故相の電圧
ｖ　Ｉ　Ｆｉ、電圧Ｖ　２　＋　Ｖ　３より小さくなシ
、ｌｖｌ　１＜Ｉｅ、ｌ＜１ｖ２１又け１ｖ、１となる
。この関係は、図示でしの論理回路により検出さね、事
故ありに対応さむる。

従来の地絡相検出装置は、り上述べ大ように事故発生前
後において名相の対地雷圧の絶対漬方変化するのを検出
し、七４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ｋ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Ｉえとのような安定化か達
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１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ηさｆｌにもので、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く伯旬との積をとり、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Ｍを提供することを目的とする。

以下、この発明の一実施例について説明する。

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、２ｃにデルタ接続さｆ−１
大巻線９ａと、電圧ｅ　ａ　＋　ｅ　ｂ＋　ｅ　　に対
して所定位相だけ進んだ参照電圧である電圧ｕａｏ、ｕ
ｂｏ、ｕｏｏ　を発生する星形接続の巻線９ｂ及び電圧
ｅ　ａ　ｒ　ｅ　ｂ＊　ｅ　ｃに対して所定位相だけ進
んだ参照電圧である電圧ｕ　ａＯ’＋　ｕｂ６Ｚ　ｕ　
ｃ６’　１発生する星形接続の巻線９ｃを有する変圧器
、１０は配電線１０ａ、１０ｂ、１０ｃに星形に接続し
大コンデンｔｌＯａ〜１０ｃと、コンデンサ１０ａ〜１
０ｃの接続の中心点とアースの間に接続さ４たコンデン
サ１０ｄを有する分圧器、１１ａ〜１１ｅは巻１１ｉ１
９ｂの電圧Ｕ＆ｏ、Ｕｂｏ、Ｕｅｏをクロック信号によ
り移相させて電圧Ｕ　　、Ｕｂ、Ｕ　　を発生ａ　　　
　　　　　　　　　　　Ｃ させるもので、パケット・ブリゲート・デバイス（ＢＢ
Ｄ）又はチャージ・カップルド・デバイス（ＣＣＤ）よ
りなる遅延素子、ｌｌｄ〜１１ｆは巻線９ｃの電圧Ｕａ
”＋Ｕｂｏ’ｔＵｃ、）”＆クロック信号によシ移相さ
せて電圧ｕ　ａ　＋　ｕ　ｌ、　＋　ｕ　ｃ　　を発生
させるもので、遅延素子１１ａ〜１１ｃと同一構成の遅
延素子、１２は分圧器１０の電圧ｖｏｔｉ１分する微分
器、１３＆〜１３ｅは分圧器１０の電圧ＶＯと遅延素子
１１ａ〜１１ｃの電圧ｕ　ａ　ｍ　Ｕ　ｂ　＋Ｕｃとの
積をとり％信号ｗａ１ｔ１ｂ１°１ｃ１　を発生する掛
算器、１３ｄ〜１３ｆは微分器１２の電圧ｖ　Ｏ’と遅
延素子Ｕａ、Ｕ≦、Ｕ≦との積をとシ、信号Ｖｌｒ、　
２　ｔ　ＶＩｂ２　＊　Ｗｃ２　　ｆ＆発生する掛算器
、１４ａ。

１４ｂ、１４ｃは掛算器１３ａ、１３ｄ：１３ｂ。

１３ｅ：１３ｃ、１３ｆの信号Ｗ＆１　＋　Ｗ＆２　：
　　ｂＩＷｂ２　＊ＶＩｃ１’＋　Ｗｃ２　　’ｆｔ加
算して積分し、信号Ｗａ。

Ｗｂ　＃Ｗｃを発生する積分器、１５ａ　、　１５ｂ　
−１５ｃは積分器１４　ａ　＊　１４　ｂ　＋　１４　
ｃの伯−’！Ｗａ　ｔＷｂ、Ｗｅと基準電圧Ｗｔとを比
較し、前者が後者以下になったときは地絡を示す信号ｊ
Ｌ　ｅ　ｂ　ｒ　ｃな発生する比較器、１６ａ、１６ｂ
は分圧器１０の電圧Ｖ。、微分器１２の電圧Ｖ。′を２
乗して偏角Ｖ。２．ｖ二２を発生する掛算器、１７は信
号Ｖ。′。

ｖｏ′２を加算して電圧Ｖ。の振幅Ｖ。からなる信号■
ｏを発生する加算器、１８は個月Ｖ。の定数Ａ１倍と定
数Ａ。とを加算して伯−＠Ａｏ十Ａ１ｖｏ　を発生する
加算器、１９は信号Ａ。十Ａ１■ｏ　を電圧・周波数変
換して遅延素子１１ａ〜１１ｆ′ｌｉｔ駆動するクロッ
ク信号な発生する変換器である。

次に、動作について説明する。電源１　ａ　＋　１　ｂ
＋１ｃの電圧ｅ　ａ　＋　ｅ　ｂｔ　ｅ　　は次式で表
わせる。

Ｃ 変圧器９は、電圧ｅａ＋ｅｂｒｅｃを位相α。たけ移相
して電圧Ｕａｏ−Ｕｃｏ、Ｕａｏ−Ｕｏｏ　を次式のよ
うにする。

電圧ｕ　　−１１ｅ　ｕ　’〜Ｕ　′は参照電圧として
ａ　　　　　　　　ｃ　　　　　　　　ａ　　　　　　
　　ｅの電圧ｕ＆　’　””’　ｕ６　Ｑ　＋　ｕ　ａ
　ｏ〜ｕｃｏ′　と同様に線間電圧と関係している大め
、地絡事故が発生しても変化し万い。しかし、ａ相で抵
抗Ｒｇの事故が発生すると、３相回路の中性点の電位が
変動し、電圧ｖｏが発生する。Ｎ圧Ｖ。は抵抗Ｒｇと３
相線路の静電容量Ｃ６，電源１ａ〜１ｃの中性点の抵抗
ＲＮにも関係し、次のように表わさｎる。

ｖｏ＝−■。−５Ｌｎ（ωを一θ） 穴だし、 第４図は、電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｃ、ｕａｏ、ｕｂｏ。

ｕ　ｃ　Ｑ　ｒ　ｕ　ａ　＋　ｕ　ｂｒ　ｕ　ｃ及びｖ
。の関係をベクトル図で示し穴もので、抵抗Ｒｇの値が
変化すると、電圧Ｖ。の足は線８上を移動する。

零相の電圧Ｖ。と電圧ｕ　ａ＊　ｕ　ｂｒ　ｕ　０とは
掛算器１３ａ〜１３ｃにより掛算さｔ、次式のような信
号ｗａ□２ｗｂ１．Ｗｃ１　になる。

上記各式の右辺第１項は電圧ｕ　ａ　ｅ　ｕ　ｂｒ　１
１　ｃに比例した直流成分であり、第２項は電源周波数
の２倍の角周波数で変化する交流成分である。事故相に
関する情報は第１項の直流成分に含１むており、第２項
は事故相を判定する上で障害となるので、以下のように
積分器１４ａ〜１４ｃで消去される。

電圧Ｖ。は微分器１２に入力さ１て微分され、電圧Ｖ。

′＝１焦となる。電圧Ｖ。′は電圧Ｖ。

ω　　ｄｔ よシ次式で示すように位相か９０進んでいる。

１３ｅ、１３ｆにより次式で示すような伯号Ｗａ２゜Ｗ
ｂ２．Ｗｃ２　となる。

（２ωを一θ−α）） 上式右辺第２項の交流分は伯号ｗａ□、Ｗｂ□。

ｗｃｏ　の交流分と逆符月になっているので、両式な加
算することにより、交流分は消去さむる。この加算は積
分器１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより行ηわ４る。式で示
すと次のようになる。

ここでは、信号ｗａが事故相のものであり、伯’Ｊｗｂ
＊ｗｃが健全相のものである。上式において、θ＝αと
すると、信号Ｗ　と信号ｗｂ２ｗｃとの間の判別が容易
な次式のものと々る。

Ｗａ＝−Ｖｏ＠Ｅ ｗ　ｂ＝ｗ　ｅ＝ＨＶ□°Ｅ Ｍ４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は一定ででい。

従って、θ＝αとする大めには、事故の程度に応じて自
動的に角度αを調整することが必要である。

第５図は、事故相（ここではａ相）の電圧ｕ　ａ　ｏ＊
ｕａ及び電圧Ｖ。のベクトル図である。第５図によると
、電圧ｅユの振幅Ｅと、電圧Ｖ。の振幅■。

によって角度θは次式で表わされる。

θ＝（２）−１」へ ここで、遅延素子１１ａ〜１１ｃがｎ段のＢＢＤからな
り、電圧ｕＦＬｏ−ｕｏｏ　を角度〒だけ遅延させて電
圧ｕ！Ｌ””’　ｕｅを得るものとする。πだし、ｆは
クロック信号の周波数、ωは電源ｅ　〜ｅｃの角周波数
である。

このとき、電圧ｕ　ａ　Ｏ””’　ｕ　ｃＯが電圧ｅａ
から遅わる角度αは、 α＝〒−α０ となり、角度θと一致する霞めには、次式を満足する必
要がある。

従って、 上式は近似的に次式で表わされる。

加算器１７は信号Ｖ。、ｖｏ　の加算により信号ｙ　ｏ
２　を求めている。次で示すと、信号Ｖ　と定数Ａ。は
加算器１８に入力さね、伯号Ａ。十Ａ１ｖｏ　となる０
　信’３　Ａ　。＋　Ａ　Ｉ　Ｖ　ｏは、変換器１９で
七の値に比例し大周波数のクロック信号に変換器ねる０
このクロック信号は遅延素子１１ａ〜１１ｃに入力さ４
、電圧ｕａｏ−ｕｃｏ　が角度θに等しい角度αとなる
ように遅延素子１１ａ〜１１ｃを駆動する。遅延素子１
１ｄ〜１１ｆは、同一のクロック信号に駆動されている
ので、遅延素子１１ａ〜１１ｃと同じような結果を得る
。

以上のようにして、α＝θの信号ｗａ１１ｗｂ□。

Ｗｃｍ、Ｗｃ２．Ｗｂ２．Ｗｃ２　か掛算器１３ａ〜１
３ｆから出力さね、積分器１４ａ〜１４ｃは次式の演算
により、口重Ｗａ−Ｗｃｌ得る。

前述し大ように、信号ｗ”−’ｗ　　は、電圧Ｕ　。

ａ　　　　　　Ｃａ ｕｂ”ｃに比例し六価を有し、地絡がなく、３相が平衡
していれば、いすねも零となる。従って、偏重Ｗａ−Ｗ
ｅも零と々る。

第６図は、信号Ｗ　ａ　−Ｗ　ｃの波形図で、事故が発
生し大時刻ｔｇから信号Ｗａは負の方向へ、伯４Ｗｂ　
、Ｗｃは正の方向へ増加する。

比較器１５ａ〜１５ｃは、事故発生時に第６図に示すよ
うに変化する信号Ｗａ−Ｗｃを基準電圧−Ｗｔと比較し
、前者が後者ｖ下となると、偏重ａ　＝　ｃ　’９出力
し、こｔｒｔもって事故相の検出を示す〇 以上では、積分器１４ａ、１４ｂ、１４ｃか完全な時間
積分を行なう場合を説明したが、掛算器１３ａ〜１３ｅ
の演算精度弘どを原因として少しでも直治成分があれば
、こ４が蓄積する。これを避ける大めに、積分器１４ａ
、１４ｂ＋１４ｃの特性を適当な時定数なもつ積分、即
ち一次遅ｌｔｔ要素の伝達関数□＋ＳＴ　　”ることか
必要である。

なお、積分の時定数Ｔを、検出ブベき地絡事故に比較し
て大きく散っておけば、上記で説明し六機能はその’ｉ
’−１保大ねる。

Ｌ１上記実施例では重圧ｕ　　””’　ｕ　ｃ＊　１１
、〜Ｕ　′を正弦波として用いているが、とわらを波形
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奏する。

第７図はこのよう力実施例の波形を示し、図中、（ａ）
は電圧ｕａＫよる矩形波、（ｂ）は重圧ｕｂによる矩形
波、（Ｃ）は重圧Ｖ。、（ｄ）は重圧Ｖ。′、（ｅ）は
伯月ｗａ１．（ｆ）はｆ８月ｗａ２、（ｇ）は＠号ｗ　
、　ｌ示す。

第８図は、第７図に示す伯月Ｗ８を積分し大口重Ｗａを
事故発生の時刻ｔｇ前後について示す波形図である。図
示の（８月Ｗａは、第６図のものと異カリ、振動成分を
もっているが、地絡相１判定する大めの基準電圧との比
較は上記実施例と同様に可能である。

１穴、上記実施例では参照重圧を矩形波とし六が、零相
電圧を矩形波に成形して掛算器に入力しても上記実施例
と同様の効果を奏する０１ｋ、零相電圧の検Ｗ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・レンジの制約から零相電圧の信号に飽和が生じる
ことがあるが、零相重圧の位相の情報は保持されるので
、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女め、積分回路に適当な
時定数を持たせている。従直流のペースが発生するので
、これが閾値による地絡検出に悪影響を与える。この女
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を通してや負げよい。コン
デンサＣの後に置かれ大抵抗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４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ｋものにする。ＣＲの回路と積分回
路の位置を前後入ね換えても効果は同様となる。

上記饗施例では、角度α、θが一致するようにし穴が、
角度α、θはほぼ一致するものであって４よい。

上記実施例では、重圧ｕａｏ〜ｕ　ｃ　□　ｒ　ｕ　ａ
　Ｏ〜Ｕバな導出するのに３相の移相変圧器を用い大が
、容量分圧器を用いて第１０図及び第１１図のように導
出してもよい。第１０図及び１１１１１Ｚに示す回路図
は、進み位相αが３０°の場合である。

第１θ図では、分圧器５ａ、５ｂ、５ｅの出力を加算器
６ａ、６ｂ、６ｃＫ入力して重圧Ｕａ０１Ｕ　ｂｏ＋　
Ｕ　ｃ　Ｏ’ｆｔ導出し、更に微分器２０ａ、２０ｂ。

２０ｃに入力して重圧Ｕａｏ’ＩＵｂｏ’ＩＵｃｏ”ｆ
導出している。

ｉｌ１図では、加算器５ａ、５ｂ、５ｃの電圧ｕａＯ＋
ｕｂ（１＋１１ｃ０　１加算器６ｄ、６ｅ、６ｆに入力
してこれより電圧ｕ　ａ　ｇ　＊　ｕ　ｂ（１＋　ｕ　
ｃ　Ｏ”！−得ている。

なお、上記実施例では角度θ、αが互に一致するように
しているが、両者はほぼ一致するようにしても同様の効
果を奏する。

以上のように、この発明によりば、系統の零相電圧の０
月と移相さね六基準電圧の０月とを掛算し、更に用足期
間積分し、基準電圧とレベルの判定をすることにより事
故相の判別なするようにし女ので、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４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
図及び第５図は第３図に示す装置の重圧のベクトル図、
第６図は第３図に示す装置の動作の波形図、第７図及び
第８図にこの発明の他の実施例による地絡相検出装置の
動作の波形図、第９図乃至第１１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、１１ａ　〜ｌｉｄ、ｃ・・・
コンデンサ、４・・・スイッチ、６ａ〜６　ｆ　、　１
７゜１８・・・加算器、９・・・変圧器、１０・・・分
圧器、１１ａ〜１１ｆ・・・遅延素子、１２．２０ａ〜
２０ｃ・・・微分器、１３ａ　〜１３ｆ　、１６ａ、１
６ｂ−損算器、１４ａ〜１４ｃ・・・積分器、１５ａ〜
１５ｃ・・・比較器、１９・・・変換器。なお、図中、
同一符号は同一部分を示す。 代理人　　葛　野　伯　−（ほか１名）＼ α１ 第　　７　　図 Ｗａ 第８図 第　　９　　図

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、かつ移相され大部１及び第２の電圧信号を発生す
   る回路と、上記第１及び第２の電圧信号をクロック信号
   に従って遅延させる複数の遅延素子と、上記遅延素子よ
   り出力さｊる電圧信号と上記交流系統の零相電圧及びこ
   の零相電圧の微分電圧との積ｌとる第１及び第２の掛算
   器と、上記第１及び第２の掛算器の各対応相の出力な加
   算する各相別の第１の加算器と、この第１の加算器の各
   出力が予め設定し六基準電圧以上となつ大ときに地絡相
   の検出を示す信号を出力する比較器と、上記零相電圧及
   び微分電圧なそ４ぞ：ｆｉ２乗して加算し上記零相電圧
   の振幅の２乗Ｍ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な発生する変換
   器とを備え穴地絡相検出装置。
2. （２）零相電圧及びその微分電圧を矩形波に変換する波
   形変換回路を介してそれぞｔ′Ｎ第１及び第２の掛算器
   に供給す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. （３）積分器Ｋｍ流遮断用のコンデンサを直列接続した
   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。