JPS5950724A - 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図に示すものかあつ−ｆ
ｅ。図中、ｌａ、１ｂ、ｌｃは３相平衡の電源、２ａ、
２ｂ、２ｃｔｉｉｉ圧ｅ　ａ　Ｔ　ｅ　ｂＴ　ｅ　ｅを
有する電源１ａ、１ｂ、１ｃに接続さｆｉ７’ｔａｌｂ
ｌＣ相の配Ｎ線、３ａ、３ｂ、３ｃは配電線２ａ＋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測的に示すスイッチ、５ａ＝５ｂ
ｅ５ｃはコンデンサよりなり、配”１線２ａ、２ｂ、２
ｃの電圧を分圧する分圧器、６ａ、６ｂ、６ｅは分圧器
５ａ、５ｂ、５ｃの電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｃの２電圧につ
き加算をする加算器、７は電源１ａ、Ｉｂ、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　１
５ｃの重圧ｖａ、ｖｂ、ｖ　は加算器６　ａ　１６ｂ　
＋６ｃに対で入力さね、と４らの出力端には次式のよう
な電圧Ｖ□ｒ　７２　＊　Ｖ３が発生する。

スイッチ４が投入され、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か円８に沿つ′″ｃｏに移動し、事故相の重圧ｖ１は
、電圧Ｖ　２　ｅ　Ｖ　３より／Ｊ）さく彦り、ｌ　ｖ
　１　ｌ　＜　ｌ　ｅ　、ｌＬＩ　＜　ｌ　ｖ　２　＋
又はＩＶ、１となる。この関係は、図示がしの論理回路
により検出さね、事故ありに対応される。

従来の地絡相検出装置は、り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化するのを検出
し、−ｔｎらの間の大小関係から地絡相な判定していた
。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
と彦らず、検出の精度づ１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
定していることか必要でちる。例えこのような安定化が
達成でき六としても接新部分に接触不良等により欠相が
生じていること１で判別はでき々い。

この発明は、上記のようが従来のものの欠点を除去する
ためになさね六もので、地絡による事故霜汗に比例して
発生する零相重圧を検出し、この零相重圧と交流系統の
各相の重圧に基づく山角との論理積なとり、更に積分し
、最後に基準重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な目的とする。

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にコンデンサ９ａ、９
ｂ、９ｃの一端を接続し、他端をコンデンサ９ｄ’＆介
して接地し、コンデンサ９ａ〜９ｄの接続点より零相の
重圧Ｖ。を得る分圧器、１０は重圧Ｖ。を微分して重圧
Ｖ。′（＝ｌ　　　ｄｖ。

ｍ−）を得る微分器、１１ａは電圧Ｖ。を極性ω　　ｄ
ｔ 反転して電圧−Ｖ。″Ｉｔｆｔ発生反転器、１１ｂは電
圧ｖｏ′を極性反転して重圧Ｖ。′舌得る反転器、１２
は配電線２ａ、２ｂ、２ｃＫデルタ接続さ１に巻１１２
ａと、星形に接続さネ、電圧ｅ　ａ　＊　ｅ　ｂ＋ｅ　
ｃより角度α。だけ進相の参照電圧である重圧ｕａ（１
＋１１ｂＯｎｕｃ（１’！ｅ発生する巻ａ１２ｂ？有す
る変圧器、１３ａ、１３ｂ、１３ｃは重圧ｕ　ａ　ｏ＋
ｂｏ　　Ｃｏ　　を入力し、電圧ｅ　ａ　＋　ｅ　ｂ＋
　（ｌ　ｃから角度α１だけ遅延しに重圧１１ａ１＋ｕ
ｂ１＋ｕｃ１を発生する移相回路、１４ａ、１４ｂ、１
４ｃは電圧ｕ　ａＯ＊　ｕ　ｂｏ＊　ｕ　、　ｏ　　か
ら角度９０°だけ進相の電圧ｕａ１’＋ｕｂ１’＋ｕｃ
１’　Ｖ発生する移相回路、１５ａ。

１５ｂ、１５ｅは電圧ｕａ□＋ｕｂＯｎｕｃｏ　１入力
し、電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｃから角度α２だけ遅延し大電
圧ｕａ□＋ｕｂ２＋ｕｃ２　　″ｆｔ発生する移相回路
、１６ａ、１６ｂ、１６ｃはｕ　ａ　２　＋　ｕ　ｂ２
　＋　ｕ　、　２よシ９０°だけ進相の電圧ｕ　ＥＬ２
’　＋　ｕ　ｂ２’　＋　ｕ　ｅ２”ｆｔ発生する移相
回路である。

１７ａ、１７ｂは電圧ｕａ１と零電圧と比較して電圧ｕ
ａ１が正、負とがる期間を検出してゲート信号を発生す
る比較器、１７ｃ、１７ｄは重圧ｕａ１と零電圧と比較
して電圧ｕａ１１が正、負となる期間を検出してゲート
信号を発生する比較器、１７ｅ。

１７ｆＦｉｉｌ圧ｕａ２と零電圧と比較して重圧ｕａ２
が正、負となる期間を検出してゲート信号な発生する比
較器、１７ｇ、１７ｈは電圧ｕａ　２と比較して電圧ｕ
ａ２′が正、負となる期間を検出してゲート信号を発生
する比較器である。

１８ａ〜１８ｄは比較器１７ａ〜１７ｄのゲート信号に
より電圧Ｖ。ｌ−Ｖ。＊　Ｖ　Ｑ　＊　　’Ｖを通過さ
せるゲート回路、１８ｅ〜１８ｈは比較器１７ｅ〜１７
ｈのゲート信号により重圧Ｖ。、−Ｖ　ｏ＊　Ｖｏ’＋
　　Ｖｆ＆通過させるゲート回路、１９ａ。

１９ｂ、１９ｃ、１９ｄｔ）ゲート回路１８ａ、１８ｂ
；１８ｃ、１８ｄ：１８ｅ、１８ｆ；１８ｇ、１８ｈの
出力信号を入力して加算して０月Ｗａ１．Ｗａ１′；ｗ
ａ２　＋　Ｖｌ　、　２’を発生する加算器、２０ａは
加薯器１９ａ、１９ｂの信号Ｗａ１．Ｗａ□　；　Ｗａ
２　ｒ　ＷＩＬ２’（６） を入力し、１ず加算し、次に積分して伯号ａ−ｃを発生
する積分器である。２０ｂ〜２０ｆは積分器２０ａと同
じような構成と機能の積分器で、重圧ｕｂ、ｕｃ’　　
Ｃ２ｂ２　　Ｃ２に対応して設けられ伯号Ｗｂ１．Ｗｏ
１１Ｗａ２．ｗｂ２．Ｗｃ２　’ｆ出力している。積分
器２０ｄは１３月ｗａ２２ｗａ２′を入力している。

２１ａ　〜２１ｆは積分器２０ａ　〜２０ｃ、２０ｄ〜
２０ｆの伯号Ｗ　〜Ｗ　　　、Ｗ　　−Ｗ　　　な入３
１　　　Ｑｌ　　　Ｃ２Ｃ２ 力し、こねらか基準電圧−Ｗｔ以下となったときに地絡
の検出を示す伯号ａ　−ｃ　ｅ　ａ’〜Ｃ′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。市源ｉａ、１
ｂ、１ｃの電圧ｅａ、ｅｂ、ｅ　は次式％式％ 変圧器１２は、巻線１２ａＫｍ圧ｅ　、　、　ｅ　ｂ。

ｅ’ｆ導入しているので、巻ａ１２ｂの重圧ｕ　ａ　ｏ
＋１）ｏ　　　ｅｏ　　は次式のように角度α。だけ移
相さｔｌ大ものと彦る。

重圧ｕａｏ、ｕｂｏ、ｕｃｏ　は、線間電圧に関係して
いるので、スイッチ４の投入で示すようなａ相のみ、非
平衡接地の事故点が発生しても変化しない０ 更に、移相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１４ａ。

１４ｂ、１４ｃは重圧ｕａ（、−ｕｃＯ’？移相して次
式のような重圧ｕ、ｌ　、１ｌｂ１＋ｕｅ１＋ｕａｌ’
＋ｕｂｌ’１ｕｃ１′を出力する。

ｕｃ１′＝Ｅ＠ｅｏｌ＋〔ωを一α１　ａπ〕１大、移
相回路１５　ａ　、　１３　ｃ　、　１５　ｃ　、　１
６ａ。

１４ｃ、１６ｃは電圧ｕＢＯ”ｕ、Ｏ’ｅ移相して次式
のようｉｉｉ圧ｕ、２＋ｕｂ２＋ｕｅ２＋ｕａ２＋ｕｂ
２ｕｃ２′を出力する。

こむらの重圧ｕａ２〜ｕ　ｃ　２　＋　ｕ　ａ　２′〜
ｕｃ２′　も線間電圧に関係している大め、地絡事故か
発生しても変化しない。

しかし、ａ相で抵抗Ｒｇの事故力３発生すると、３相回
路の中性点の電位が変動し、零相の重圧Ｖ。

が分圧器９の出力に現わする。電圧Ｖ。は、静電容量ｃ
ｏ、抵抗ＲＮと次式のようη関係にある。

ｖ。＝−■。−８Ｉｔｌ（ωｔ−θ） 六だし、 月 第４図は、地絡事故のａ相に関係する重圧ｅ　ａ　１ｕ
　ａ　Ｏ＋　ｕ　ａ　Ｉ　Ｔ　ｕ　ａ　□’　ｒ　ｕ　
ａ　２１　ｕ　ａ　２′及び零相の電圧ｖｏのベクトル
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Ｖ。は円８の上を移動する。比較器１７ａ〜１
７ｈは、電圧ｕ＆１゜ｕ　ａ　１　　＋　ｕ　ａ　２　
＋　ｕ　ａ　２′の正、負となる期間でゲート信号を発
生し、ゲート回路１８ａ〜１８ｈをゲートさセる。

このようにしてゲート回路１８ａ〜１８ｈ’＆通過した
電圧Ｖ。ｒ　　Ｖ　ｏ＊　Ｖ　ｏ’　＊　　Ｖ。′は加
算器１９ａ　〜１９ｄＫ入力さｎて加算さね、信号Ｗ＆
、。

−ａ、′、Ｗａ２９ｗａ２′となる。

ｕ＆１＞Ｏ，ｕａ□〈０　となる期間はそｊぞれα１＋
２ｎπ 〈ｔ□　であるから、積分器２０ａＫ人ω 刀さむる佃月ｗａ□は次式のように表わせる。

α１＋２ｎπ ＜ｔ＜−〕 ω 従って、信号Ｗａ□　の平均値Ｗ１１．はω　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　ωこのように、加鳶器１
９の信−＠ｗ　　　Ｋは直流１ 分ｗａ□、がある。

第５図は第３図に示す装置の動作の波形−である。第５
図において、（ａ）は電圧ｅ　ａ　ｓ缶）は電圧Ｖ。

及びｖ。′、（ｅ）は電圧ｕａ、及びｕａ′、（ｄ）は
伯４　ｗ　ａｌ、Ｗ＆□’　、（ｅ）は積分器２０ａの
伯勺ｗａ□、の波形を示す。

電圧Ｖ。ｌ微分しに電圧Ｖ。′は、第５図（ｂ）に示す
ように電圧ＶＯより９０だけ進相である。第５図（ｄ）
　Ｋ示すように、信号ｗ、Ｌ□Ｔ　Ｗ　ａ　１′　　間
には１８０　’の位相差があり、積分器２０ａで両者を
加算することにより交流分の基本波成分が打ち消さｎる
。

このような加算は、積分器２０ａで行なわれ、得らｎる
直流分Ｗａ□。は図示の直流分Ｗａ１ｄの２倍となる。

直流分Ｗ８Ｌ１０は次式で示さ４る０ＷａＩＱ＝　　、
ｖｏ面（α□−θ） 第６図は、第３図に示す加算器１９ｃ、１９の（ｉｌＷ
ａ２．Ｗａ２’　＋Ｗａ２０ＩＷａ２ｔ　Ｋついて示す
波形図でおり、第５図と同じような対応関係で示しであ
る。第６図（ｅ）に示す直流分Ｖｉ’　ａ　２０は次式
で示さむる。

Ｖｉｒ　＆２　ｏ２Ｖ　ＯＩＩ　房（α２°θ〕π ｂ及びＣ相についても１以上説明しπＣ相の場合と同じ
ように説明さ４、直流分Ｗｂ□。Ｉ’Ｗｃ１０１ＶＩｂ
２　ｏ＊　ｖ／、　２０は次式のように耽る。

Ｃ相の抵抗地絡の場合、電圧Ｖ。の足が第４図の円８上
のいずｎかにあるので、角度α□、α２を０〜９０間の
適当な値に選んでおけば、電圧Ｖ。

と電圧ｕａ□＊　ｕ　ａ　２　　とはほぼ反対間さとな
り、直流分ｗａ１ｏ、Ｗａ２ｏは負の値となるが、地絡
相でない直流分Ｗｂ１ｏＩＷｂ２ｏｌＷｃ１ｏｔＷｃ２
０　は正又は小さη負の債となる。

積分器２０ａは、他力ｗａ□ＩＷ＆□′について加算し
、更に積分して、（ｉ月Ｗａ１　な出力する。同じよう
にして積分回路２０ｂ〜２０ｆは（Ｉ　勺Ｗ６□〜Ｗｃ
２　な出力する。伯勺Ｗａ□〜Ｗ０２　は事故が発生し
ていがいときは零である方、時刻ｔｇで事故が発生する
と、振動成分な無視し大場合は、次式のようになる。

４Ｂ　’ｉ３　Ｗ　Ｂ　１〜Ｗｃ２は比較器２１ａ〜２
１ｆにおいて基準電圧−Ｗｔと比較される。この場合、
第４図のベクトル図で示すように、地絡事故によって発
生する重圧Ｖ。のベクトルの足が円８上の１θ−α□ｌ
＞ｌθ−α２１と彦るように角度α□。

α２を選択しであるので、 罵（θ−α１）〈邸（θ−α２） となり、直流分Ｗａ、。がＮ流分Ｗユ、。よりも傾きが
大きく、急速に負の方向へ増加する（第７図）０比較器
２１ａ、２１ｄは、（ｉＭＷａ　１　ｚ　Ｗａ　２　　
が基準電圧−Ｗｔｖ下に低下するのを検出するので、倍
角１Ｌ　ｒ　＆’を出力し、配電線２ａＫ地絡が発生し
たことな示す。以上ては配電ｉ２ａに地絡力ｉあるもの
とし大が、配電線２ｂ又は２Ｃに地絡があっても同じよ
うに説明され、七ねらに対応する信号ｂ　ｅ　ｂ’　！
　ｅ　ｔ　ｅ’が出力さ才する。

なお、上記実施例では、参照重圧の遅ね角が２個の場合
である〃１、そ４より多くすると、零相電圧のベクトル
の足は、１θ−αｉＩ、（ｉ−１゜２、・・・ｎ）がよ
り小さい値となるようη位置に釆る茂め、検出時間を更
に速くすることができる。

′！Ｉ′に１上記実施例では積分器２０ａ〜２０ｆが完
全な時間積分を行なう場合な説明したが、演算素子の演
算精度などが原因で、少しでも直１′７ｉｆ分があれば
、これが蓄積する。このため、積分器２０ａ２０ｆの特
性を適当な時定数をもつ積分、即ち一次遅れ要素の伝達
関数□＋８Ｔ　となるようにすることが必要とカる。こ
の積分の時定数Ｔは検出すべき地絡事故の現象に比較し
て長くしておけば上記実施例と同様が効果を奏する。

１ｈ上記実施例では電圧Ｖ。＃　ｖ６”ｋ正弦波として
用いていたが、これらを波形変換回路により正弦波と同
位相で振幅一定の矩形波に波形変換しても上記実施例と
同様の効果を奏する。このような場合の動作の波形を第
８図及び第９図に示す。

第８図において、（ａ）　ｔｒｉ電圧ｅ　ａ、（ｂ）は
電圧ＶＯ及び七の矩形波信号、（Ｃ）は電圧ｕ　ａ　２
の矩形波信号、（ｄ）は零相の重圧Ｖ。及びその矩形波
４’Ｂ月、（ｅ）は重圧ｕａ２′、（ｆ）はｉ月ｗ、□
、及びその直流分Ｗａ　２０１示す。

第９図において、（ａ）は電圧ｅ　ａ　ｓ缶）は電圧Ｖ
。

及び七の矩形波信号、（ｅ）は重圧ｕａ□の矩形波信号
、（ｄ）は重圧Ｖ。′及び七の矩形波信号、（ｅ）は電
圧ｕａ□；（ｆ）は倍角ｗａ２を及び七の直流分Ｗａｌ
ｏを示す０第１０図は、第８図に示す（ｉ号Ｗ＆２ｔを
積分した倍角ＷＥＬ□及び第９図に示す信号Ｗ４２．を
積分しπ伯月Ｗ８□の波形図である。伯月Ｗ＆□、Ｗ８
□は第７０のものに比較して振動成分が多いが、基準値
−Ｗｔにより事故相の判定が上記実施例と同じようにで
きる。ｉｓ分Ｗａ１ｏ−Ｗｃ１ｏ、Ｗａ２０〜Ｗ　ｃ２
０は次式のようになる０ ら、直流分Ｗａ１ｏ、Ｗａ２ｏ　は負、＠流分Ｗｂ□。

。 ｗｂ２ｏ２ｗｃｍ。＋Ｗｃ２ｏは正又は小さな負の個と
々る０１穴、零相重圧の検出感度ｌ上げ１地絡相の検出
１行々つに場合、演算回路のダイナミック・レンジの制
約から零相重圧の倍角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４るので、地絡相の検出は
司能である。

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じる零相電圧によ
る誤動作を防ぐ大め、積分器Ｉ！２！に時定数をも大せ
ている。従って、不平衡が原因で生じるわずかなＭＲ分
が積分器で積分されることはないが、この直流分により
積分器の出力が地絡発生以前からそれぞれ値の異なる直
流のペースを有するので、これが閾値による地絡相検出
に悪影響を与える。

第１１図は、このような悪影響を除去するため、積分器
（時定数Ｔの一次遅ね要素）の出力をコンデンサｃｌ介
して取り出すようにした回路図である。この場合、時定
数ＣＨの値は、積分の時定数と同様に、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ぶように
する。ＣＲの回路と積分回路の位Ｍを前後に入ｊ替えて
も動作は同じである。

１大、上記実施例では、電圧ｕａＯ１ｕｌ）ＯｌｕｃＯ
な導出するのに、３相の移相変圧器ｌ利用し六が、容量
分圧器を利用してこわらで導出してもよい。

第１１図は位相差α。＝３０°の場合を示す。

第１２図では、分圧器５ａ、５ｂ、５ｃの出力を加算器
６ａ、６ｂ、６ｃに入力して電圧ｕａｏ。

ｕｌ）ＯｌｕｃＯを導…している。

以上のように、この発明によ４ば、系統の零相電圧の（
ｉ−Ｑと、移相さね大系統の参照電圧との論理積例月を
得、とｔ′Ｌを積分し、そして基準電圧とレベルの比較
判定をすることにより、事故相の判別をするようにし穴
ので、雑音による影響な少なくすることができ、安定に
動作する装置か得ら力る効果がある。

【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図乃至第１θ図は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１１図及び第１２図はこ
の発明の他の実施例による地絡相検出器の回路図である
。 ３　ａ　〜３　ｂ　、　９　ａ　〜９　ｄ　、　ｃ−・
・コンデンサ、４・・・スイッチ、６ａ〜６ｆ、’１９
ａ〜１９ｄ・・・加Ａ器、９・・・分圧器、１０・・・
微分器、１１ａ、１１ｂ・・・反転器、１２・・・変圧
器、１３ａ〜１３　ｃ　、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１
５ｃ、１６ａ〜１６ｃ・・・移相回路、１７ａ　〜１７
ｈ、２１ａ　〜２１ｆ−比較器、１８　ａ　〜１８　ｈ
　・＝ゲート回路、２０ａ〜２０ｆ・・・積分器。なお
、図中、同−符号は同一符号を示す０ 代理人　　葛　野　伯　−（１１！が１名）第１図 Ｗａｌｌ 第　　６　　図 １０層１ 上−町 ａ２ｔ 第　　１２　　　図 第１１図 ２、発明の名称 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１Ｆ１区丸の内二Ｊ−１４
２番３″Ｉ″ｊ−名　称（６０１）　　　三菱電機株式
会社代表者片由仁八部 ４、代理人 に−″ ＼ｌ゛ ５、補正の対象 明細１の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 明細書第５頁第１３省に「電圧ｕ　ａ　Ｏ＋　ｕ　ｂ　
ｏｚｕ　ｃ　（）　Ｊとあるのを「電圧ｕ　ａ　１　＋
　ｕ　ｂｌ　＋　ｕ　ｃ　Ｉ　Ｊと補正する。

Claims (2)

【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７’（電圧信号を発生する回路と、上記電圧（！号
   をそ４ぞね所定量移相する複数の移相回路と、上記各移
   相回路の出力［Ｑの正及び負期間な検出してゲート（Ｍ
   −Ｑを発生する第１及び第２の比較器と、上記第１の比
   較器のゲート信号により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の比較器のゲート
   信号により上記零相電圧の微分電圧を通過させる第２の
   ゲート回路と、互に対応した相の上記第１及び第２のゲ
   ート回路の出力＠号を加算して交汗分を消去し、かつ積
   分する積分器と、−上記積分器の出力信号が所定の基準
   電圧を超え大ときに事故の検出を示す山角な発生する第
   ３の比較器とを備え穴地絡相検出装０
2. （２）零相電圧及び（の微分電圧を矩形波に変換する波
   形変換回路をして掛算器に供給するようにしたことを特
   徴とする特許請求の箭囲第１項記載の地絡相検出装置。 １ｓ１８分器に直流遮断用のコンデンサを直列接続し六
   ことを特徴とする特許請求の嵯囲第１項又は第２項記載
   の地絡相検出装置。