JPS6350930B2 - - Google Patents

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JPS6350930B2
JPS6350930B2 JP3331081A JP3331081A JPS6350930B2 JP S6350930 B2 JPS6350930 B2 JP S6350930B2 JP 3331081 A JP3331081 A JP 3331081A JP 3331081 A JP3331081 A JP 3331081A JP S6350930 B2 JPS6350930 B2 JP S6350930B2
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JP
Japan
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phase
voltage
zero
ground fault
ground
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Expired
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JP3331081A
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English (en)
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JPS57148527A (en
Inventor
Kazuo Inoe
Koichi Endo
Giichi Shibuya
Hiroaki Kato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高抵抗接地系統または非接地系配
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
があつた。図中、1a,1b,1cは3相平衡電
源、2a,2b,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
各相の対地電圧を検出するための分圧器、6a,
6b,6cは、加算を行なう演算増巾器、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を通して地絡した
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0′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0′は円線図
8上を動く。第1図の分圧器5a,5b,5cに
より検出される電圧va,vb,vcを加算器6a,6
b,6cを通すことにより、次のような出力が得
られる。
v1=va+vb/2、v2=vb+vc/2、v3=vc+va
2 これらの電圧を、第2図のベクトル図中に示し
たが、この図によつてもわかるように、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、ベクトルの振巾
の間に |v1|<ea|<|v2|、|v3| 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、
適当な論理回路を用いることにより、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、今まで述べてきたよ
うに、本質的には、事故の前後の各相対地電圧の
絶対値の変動を検出して、それらの間の大小から
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Cp及び、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
めて小さくなつてしまうので、検出が難かしくな
つたり、感度を上げようとすると、分圧器の分圧
比及び演算増巾器の増巾率等が各相間で、高度に
平衡していることが必要な上に、たとえそれが実
現されたとしても、ノイズによる誤動作が起こり
やすくなるという欠点があつた。
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、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
全体から地絡相を判別できる地絡相検出装置を提
供することを目的としている。
以下、この発明の一実施例を説明する。第3図
において、1a,1b,1cは、3相平衡電源、
2a,2b,2cは、この3相平衡電源に接続さ
れた3相配電源、3a,3b,3cは、この3相
配電線が、それぞれに有する対地静電容量、4は
3相配電線のどれか1相に存在するかもしれない
接地事故点、7は電源中性点の接地抵抗であり、
9は零相電圧を検出するための容量分圧器、10
は電源の星形相電圧から一定の角度遅れたベクト
ルに相当する参照電圧ua,ub,ucを発生する3相
移相変圧器、11a,11b,11cは、零相電
圧vpと参照電圧ua,ub,ucを掛け合わす掛算器、
12a,12b,12cは、上記掛算器の出力を
積分するための積分器、13a,13b,13c
は、上記積分器の出力を、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。今考えている系の3相平衡電源1
a,1b,1cの相電圧ea,eb,ecは、次のよう
に表わすことができる。
ea=E・sinωt eb=E・sin(ωt−2/3π) ec=E・sin(ωt−4/3π) 移相変圧器10により、上記相電圧よりもそれ
ぞれ角度αだけ遅れた位相の参照電圧ua,ub,uc
を発生するとすれば、これらは次のように表わす
ことができる。
ua=E・sin(ωt−α) ub=E・sin(ωt−α−2/3π) uc=E・sin(ωt−α−4/3π) 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a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vpが、容量分圧器により検出され
る。vpは地絡抵抗Rgと3相線路の静電容量Cp
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。
vp=−Vp・sin(ωt−θ) 但し、 θ=tan-13ωCp/1/RN+1/Rg 第4図は、上記の電圧ea,eb,ec,ua,ub,uc
およびvp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vpの足は円線図
8の上を移動する。この零相電圧vpと、各参照電
圧ua,ub,ucとを第3図11a,11b,11c
に示す掛算器により、掛け合わすことにより、次
に示すような電圧wa,wb,wcが得られる。
wa=vp・ua=−1/2VpE{cos(θ−α)−cos(2ωt
−θ−α)} wb=vp・ub=−1/2VpE{cos(θ−α−2/3π)
−cos(2ωt−θ−α−2/3π)} wc=vp・uc=−1/2VpE{cos(θ−α−4/3π)
−cos(2ωt−θ−α−4/3π)} これらの右辺第一項の直流成分は、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、a相で地絡が起つた場合にはvpのベクトル
の足が円線図8の上のどこかに来るので、αを0
〜90゜の間の適当な角度に選んでおけば、vpとua
はほぼ反対向きとなり、上記waの直流成分は負
となる。ここで適当な角度αというのは、接地事
故点の抵抗値Rgが小さい時にはα=0゜付近、Rg
が大きい時にはα=90゜付近で感度よく検出でき
るので、予想される事故点に応じてαを予め定め
ることができる。地絡相でないWb,Wcの直流成
分は正または小さな負の値となり、大きな負の値
となるWaと区別することができる。従つて、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、この項の影響を取り除くためには、第3図の
積分器12a,12b,12c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
ゼロとなるが、事故が発生すると次のような信号
が発生する。
Wa=∫wadt=−1/2VpE{cos(θ−α)・(t−tg
)−1/2ω(sin(2ωt−θ−α)−sin(2ωtg−θ−
α))} Wb=∫wbdt=−1/2VpE{cos(θ−α−2/3π)
・(t−tg) −1/2ω(sin(2ωt−θ−α−2/3π)−sin
(2ωtg−θ−α−2/3π))} Wc=∫wcdt=−−VpE{cos(θ−α−1/2π)・(
t−tg) −1/2ω(sin(2ωt−θ−α−4/3π)−sin
(2ωtg−θ−α−4/3π))} 但し、tgは事故発生の時刻である。
これらの各積分量Wa,Wb,Wcが、時間的に
推移する様子を第5図に示してある。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、負の方向に増加し続けて
いるのに対し、事故でない相の成分は正の方向に
増加したり、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。従つて、ある負の閾
値−Wthをあらかじめ設定して、第3図13a,
13b,13c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時に地絡相に対応
した信号a,b,cを発生することができる。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を用いる方法によれ
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、ある程度判定までの時間が長くなる点は共通
している。
上では、積分器12a,12b,12cが完全
な時間積分を行なう場合を考えたが、掛算器11
a,11b,11c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。
これをのがれるために積分器12a,12b,
12cの特性を純積分に対する伝達関数1/Sか
ら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/(1+ST)に変更することが
必要である。なぜならt→∞において(S→0に
対応)、純積分(1/S)では出力が無限大とな
るのに対し、1/(1+ST)は有限となるから
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つておけば上記で
説明した機能はそのまま保たれる。
上記実施例では、参照電圧ua,ub,ucを正弦波
として用いるが、これらを正弦波と同位相で、振
巾一定の矩形波電圧にしてもよく、上記実施例と
同様の機能を持つ装置を得ることができる。この
ことを波形で示したものを第6図に示す。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、aは参照電圧ua、bは
零相電圧vp、cはvpとuaの積wa、dはwaの積分
Waである。
上の例では参照電圧を矩形波としたが、零相電
圧の方を零相電圧の位相だけの情報を持つ一定振
巾の矩形波に成形して掛算器に入力しても上記実
施例と同様の機能を持つ装置を得ることができ
る。
また、零相電圧の検出感度を上げて地絡相の検
出を行なおうとした場合、演算回路のダイナミツ
クレンジの制約から大きな零相電圧の信号に対し
ては飽和が起こつてしまう場合があるが、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
つ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を防ぐため積分回路に時
定数を持たせている。
従つて、不平衡が原因で出てくるwa,wb,wc
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の後に置か
れた抵抗Rは常時の出力ベースをゼロにするため
のもので、全体の伝達関数はS/(S+CR)の
ようになる。系全体では積分回路12a,12
b,12cの伝達関数1/(1+ST)が(t→
∞においてS→0で有限の値となる)、上記のも
のとカスケードに入ることになるので、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を勘案
して選ぶようにする。また、CRの回路と積分回
路の位置を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を算出す
るのに、3相移相変圧器を利用したが、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=30゜の場合に、容量分圧
器を利用して参照電圧を算出する一例を示したも
のである。
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を掛算器で処理し、積
分器である期間の情報を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
定に動作するもの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構造を示す
図、第2図は、地絡事故発生時の各相電圧及び、
零相電圧のベクトル関数を示す図、第3図は、本
発明に基づく地絡相検出装置の一実施例の構造を
示す図、第4図は、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
推移する様子を示す図、第6図は、参照電圧を矩
形波とした場合の、aは参照電圧ua、bは零相電
圧vp、cはuaとvpの積、dはuaとvpの積を積分し
たものの時間的に推移する様子の一例を示す図、
第7図は、正常時に発生している零相電圧による
影響を取り除く方法の一例を示す図、第8図は、
容量分圧器を利用して、参照電圧を算出する場合
の一例を示す図である。 図において、2a,2b,2cは3相配電線、
9は容量分圧器、10は移相変圧器、11a,1
1b,11cは掛算器、12a,12b,12c
は積分器、13a,13b,13cは比較器であ
る。なお、各図中の一符号は同一または相当部分
を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 3相電力系統において、各相の対地電圧から
    零相電圧を検出すると同時に、各相の相電圧より
    0゜から90゜の間の一定の角度遅れたベクトルに相
    当する3個の参照電圧を発生し、上記零相電圧の
    瞬時値と、参照電圧の瞬時値の積を掛算器により
    発生し、この3個の積を積分器で積分して得られ
    る3個の積分量を監視し、上記3個の積分量のう
    ち負の方向に増加するものがあるときはその積分
    量に対応する相で地絡故障が生じたものと判別す
    る地絡相検出装置。 2 参照電圧として、各相の相電圧に対し0゜から
    90゜の間の一定の角度遅れたベクトルに相当する
    3個の正弦波電圧と同じ位相を持つ矩形波電圧を
    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 各相の対地電圧から、零相電圧v0を検出する
    部分に、振巾一定で、零相電圧と同位相の矩形波
    電圧を発生する回路を用いることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項または第2項記載の地絡相検
    出装置。 4 各相の対地電圧から、零相電圧v0を検出する
    部分が或るレベル以上の入力に対して、検出部分
    の出力が飽和するものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項または第2項記載の地絡相検
    出装置。 5 積分器の前または後に直流成分を除去するコ
    ンデンサを接続したことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項、第2項、第3項または第4項記載の
    地絡相検出装置。
JP3331081A 1981-03-09 1981-03-09 Ground-fault phase detector Granted JPS57148527A (en)

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JPS57148527A JPS57148527A (en) 1982-09-13
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