JP2002300735A

JP2002300735A - 電力線におけるデータ収集装置

Info

Publication number: JP2002300735A
Application number: JP2001100364A
Authority: JP
Inventors: Masanori Toi; 雅則戸井; Koji Yutani; 浩次湯谷; Hideki Ota; 英樹太田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】電力線の電流、電圧等を収集するデータ収集
装置において、自然エネルギーによらずに安定した安価
な電源を得る。また、系統の各種把握に最適な電気量取
得手段を実現する。【解決手段】アナログフィルタ４３及び増幅回路４４
と、Ａ／Ｄ変換器４５と、その出力信号を特性可変のデ
ィジタルフィルタを介し入力して電気量を演算する演算
部４６と、演算された電気量を伝送する伝送機能部４９
と、電力線１０から取り込んだ電力を用いて電源を生成
する電源部３０と、を備える。また、電力線からのアナ
ログ電気量を、フィルタ特性や増幅度に関する複数の特
性を有するアナログ入力手段を介してＡ／Ｄ変換器に入
力する。更に、演算部４６は、ＧＰＳにより取得した時
刻情報を電気量の演算に使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送電線、配電線、
機器の電源線等の電力線を流れる電流や電圧等の各種電
気量を収集するデータ収集装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電力線は長い空間を占有するので、その
途中で様々な事象が発生する。例えば、突発的な事象と
して落雷やクレーン接触等の事故があり、また、恒常的
な事象として、送電線や配電線の分岐点における電気の
分流、すなわち負荷への分電がある。更に、分散電源等
からの電気の合流もある。電力線におけるこれらの事象
を正確に把握することは、電力線にかかわる全体システ
ムの安定性、合理性及び効率等を考える上で重要であ
る。また、そのために電力線の途中における各種の事象
を全て計測する必要がある。

【０００３】一方で、アナログ量をディジタル量に変換
する技術や、半導体を用いたディジタル演算技術を用い
た計測機器では、一般に安定した電源が必要とされる。
このため、例えば電力系統のように長時間、連続稼働す
る設備を長時間計測する計測機器においては、電池のよ
うに電力が有限である電源を使用することができない。
この場合、計測機器は、安定した連続電源の供給可能な
施設内、例えば発変電所や工場施設内に限定して据え付
けることとなり、電力線の途中における各種の事象を把
握することが困難になる。

【０００４】電力線の途中に設置される計測手段とし
て、太陽電池等の自然エネルギーを電源とした装置や、
電力線の途中で電力線・接地間の電位差を電源として用
いる各種計測装置が実現されている。この種の計測手段
としては、例えば本出願人による特開２０００−３４１
８８２号公報（特願平１１−１５０８４０号）記載の電
力系統におけるデータ収集装置が知られている。

【０００５】また、被覆電線を使用しない送電線では、
着氷雪した電力線が強風になびいたり跳躍することで他
相電力線等との接触事故や絶縁破壊事故を起こすギャロ
ッピング及びスリートジャンプ現象がある。これらの事
故に起因する電力供給の支障を予防し、かつ迅速に復旧
する観点からは、これらの現象の発生場所を正確に検知
したり、発生可能性を事前に検知することが望ましい。

【０００６】これらの現象に至る電力線の振動等を検出
する手法としては、送電線鉄塔に設置したＩＴＶカメラ
による画像監視、電力線張力測定、光ジャイロによる振
動測定などがある（ＩＴＶカメラや張力測定の例とし
て、旭電機（株）「ＡＥＷ技報」第２８号（1999）等が
あり、また、光ジャイロによる振動測定の例として、
「電気共同研究」第５３巻第２号、平成７年電気学会全
国大会No.1598、日立電線No.１５号（1995）等があ
る）。

【０００７】更に、クレーン車アーム等の建設用重機類
が電力線に接触して突発事故を引き起こす例がある。こ
の場合も、事故発生地点を早急に特定する必要がある
が、現状では、電力線に近付いたことを重機に知らせる
検出器を設置したり、ＩＴＶ画像で監視する技術が知ら
れている（「電気共同研究」第４６巻第４号の４−５
章）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した各種従来技術
による計測手段には、次のような問題がある。まず、太
陽電池等の自然エネルギーを使用する場合、エネルギー
源が自然であるため不安定である。また、不安定性を解
消するために大容量の蓄電手段及び電圧安定化手段を必
要とし、複雑かつ高価になる。更に、太陽電池は経年的
にエネルギー変換効率が低下するというセル寿命があ
り、風力発電等の機械的駆動部を有するものは、摩耗や
力学的ストレスに起因する寿命がある。これらは計装装
置全体の寿命制約となる。

【０００９】電力線と接地との間の電位差を計測機器の
電源とする場合、絶縁手段が必要になるが、この絶縁
は、電力線に発生した一過性の異常電圧や事故時短絡電
流に耐える必要がある。また、計測機器を介して異常電
流が流れるような事態も好ましくない。通常は、絶縁に
関するこれらの事情に十分耐えうるような過大な絶縁耐
量をとったり、光ＣＴや光ファイバー応用の光変換によ
る絶縁をとるようにしている。しかしながら、これらの
絶縁手段は計測機器本来の機能以上に複雑かつ高価なも
のになりやすいという問題がある。

【００１０】特開２０００−３４１８８２号公報記載の
データ収集装置は、電力線の電流及び電圧を計測して出
力するものであるが、その電源部としては太陽電池等を
明示するにとどまっており、前述したように自然エネル
ギーを利用した電源に関わる問題を内包している。

【００１１】ところで、電力線の状態及び系統全体の状
態を監視する場合に、基本波交流ではなく直流成分や高
調波成分に着目することがある。この場合、電力線監視
や電力量計測に通常使用する基本波交流成分はノイズ成
分になるので、フィルタによる除去が必要となる。特開
２０００−３４１８８２号公報では明確にされていない
が、電力線の何を計測するかで必要なフィルタ特性が異
なる。同公報記載のデータ収集装置は、電力線の途中に
直結する形態であるため、計測対象に応じて収集装置設
置後のフィルタ等の特性を変更する際には、電力供給を
停止したり、収集装置を設置した状態のまま伝送路を介
して特性情報を伝送する必要があるので、特に多数の収
集装置の特性を一括変更する場合に多くの時間や労力が
かかるといった問題がある。

【００１２】特開２０００−３４１８８２号公報記載の
データ収集装置では、電気量計測の一つとして電流計測
を実施形態の一つに挙げている。また、計測電流を、落
雷等の電力線故障発生における故障発生位置計測すなわ
ち故障点標定に使用することを事例としている。しかる
に、計測電流の用途は故障発生時だけではなく、負荷電
流や漏電電流及び充電電流等の小電流から、雷サージに
伴う大電流領域まで様々である。アナログ−ディジタル
変換（Ａ／Ｄ変換）技術を用いて大電流から小電流まで
を計測する場合、Ａ／Ｄ変換部フルスケールは計測可能
最大電流値で決定される。この時、Ａ／Ｄ変換の量子化
誤差という定量誤差のために、特に小電流計測において
大きな比率誤差を有するという問題がある。

【００１３】また、前述した如く計測対象に応じてフィ
ルタ特性を変更する場合において、フーリエ変換による
調波分析を含むディジタルフィルタ処理に限定すれば、
計測装置内ではなく伝送路経由で計測値をディジタル値
情報として受信した受信側装置で行うことも考えられる
が、アナログ情報段階における計測値の増幅及びフィル
タ特性の変更は不可能である。更に、ディジタルフィル
タ処理、特に原理的に無限の過去データを必要とする非
再帰形特性、すなわちＩＩＲディジタルフィルタ特性を
使用する場合、長時間にわたる計測値を受信側装置に伝
送する必要があり、伝送路に大きな負荷がかかる。

【００１４】特開２０００−３４１８８２号公報記載の
データ収集装置では、無線電波により不特定多数地点で
高精度時刻を検知する汎用時刻取得技術、具体的には、
ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）技術
を使用し、計測情報に計測時刻を付加することで複数地
点の鉄塔・電柱近傍に設置したデータ収集装置の各計測
値の同時性を確保する方法が開示されている。また、系
統故障発生時に各鉄塔の各相データ収集装置の計測情報
から故障点標定を高精度に実施する技術が開示されてい
る。しかし、高抵抗接地または非接地の送配電線では、
１線地絡故障時のように故障電流が小さく、負荷電流と
の分別が不可能な場合がある。すなわち、１線地絡故障
では、系統故障自体は各相電圧の変化で検出することが
できるが、故障発生前後で相電流がほとんど変化しない
ので、電流情報を使用する故障点標定が正確に実施でき
ない可能性がある。

【００１５】更に、ギャロッピング現象やスリートジャ
ンプ現象の監視手法としてのＩＴＶカメラによる画像監
視、電力線張力測定、光ジャイロによる振動測定は、露
出したセンサ部や機械的駆動部の保守費用まで考慮する
と、必ずしも長寿命かつ安価なものとは言えない。ま
た、建設用重機類が電力線に接触したことを検出器によ
り検出する方法やＩＴＶによる画像監視は、実用上制約
があったり、目視に頼らざるを得ないといった問題があ
る。

【００１６】そこで本発明は、上述した種々の問題点を
解決することができるデータ収集装置を提供しようとす
るものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、電力線の任意地点に設置さ
れるデータ収集装置において、前記電力線の任意地点か
ら収集したアナログ電気量をフィルタ処理し、かつ増幅
するアナログ入力手段（アナログフィルタ、増幅回路
等）と、このアナログ入力手段の出力信号をディジタル
値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段の
出力信号を特性可変のディジタルフィルタを介し入力し
て電気量を演算する演算手段と、この演算手段により演
算された電気量を外部に伝送する伝送手段と、電力線か
ら変流器を介して取り込んだ電力を用いて各部の電源を
生成する電源手段と、を備えたものである。本発明にお
いては、電力線に接続された変流器の出力を利用して装
置の電源を得ているため、電流の流れる電力線の任意地
点での電気量の収集、計測が可能である。また、特定の
電圧源電源を使用せず、データ収集装置全体を電力線に
密着させれば、対地及び他相電力線と物理的に切り離す
ことができ、絶縁対策が不要となる。更に、従来技術で
示した問題があるにしても、フーリエ変換を含むディジ
タルフィルタ特性を遠隔からの伝送や収集装置内のプロ
グラムにより可変とすることで、各種用途に適した計測
値特性を得ることができる。

【００１８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
力線におけるデータ収集装置において、電力線の任意地
点から収集したアナログ電気量を、フィルタ特性または
増幅度に関する複数の特性を有するアナログ入力手段を
介してＡ／Ｄ変換手段に入力するものである。本発明に
おいては、データ収集装置内に、例えば予め使用が見込
まれる種々の増幅度やアナログフィルタ特性を内蔵して
おき、これらの諸特性を選択した上で計測値として必要
な出力のみを外部へ伝送する。ただし、外部の受信装置
側でも加工可能な特性については、必ずしもデータ収集
装置に内蔵する必要はない。

【００１９】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の電力線におけるデータ収集装置において、ＧＰＳ
を用いた時刻管理手段を備え、演算手段は、前記時刻管
理手段により取得した時刻情報を電気量の演算に使用す
るものである。本発明は、データ収集装置を多相交流電
力線の各相に設置することを前提としており、ＧＰＳに
より取得した時刻情報を用いて各相電気量の座標変換処
理、例えば対象座標法に基づく正相、逆相、零相電気量
等の、単相のみからでは直接計測できない電気量を計測
可能とする。

【００２０】請求項４記載の発明は、請求項１，２また
は３記載の電力線におけるデータ収集装置において、ア
ナログ入力手段、Ａ／Ｄ変換手段及びディジタルフィル
タを多相交流電力線の相数分備え、演算手段は、各相の
電力線から収集した電気量を用いて演算を行うものであ
る。本発明においては、１台のデータ収集装置に相数分
の計測機能を備え、同時刻に収集した電気量を用いて演
算を行う。この場合、１つのデータ収集装置内で複数相
の電気量を収集するため、収集起動回路は１つで済む。
また、各相の収集データを集約目的で伝送することが不
要になる。

【００２１】請求項５記載の発明は、請求項１，２，３
または４記載の電力線におけるデータ収集装置におい
て、電力線に作用する加速度を検出する加速度検出手段
を備え、この加速度検出手段の出力信号を演算手段に入
力して伝送手段を介し電力線の振動情報（警報を含む）
を伝送するものである。近年、電子回路技術の進歩によ
り半導体技術に基づく加速度検出器が実用化されてお
り、この検出器は、半導体ベースであるため半導体素子
が一般的に備えている長所、すなわち、省電力、機械的
ストレスがない、小形化（集積化）が容易等の利点があ
る。本発明はこの利点に着目して電線の振動や跳躍を検
出する。但し、計測値は加速度であるため、時間による
二階積分により変位量を計算し、各時刻における電力線
の変位量すなわち振動を計測することで、電線でのギャ
ロッピング・スリートジャンプ等を良好に検出する。ま
た、ギャロッピングに至りそうな強風状態では、常に大
きな変位量を検出できる特徴を用い、ギャロッピング発
生の危険や予兆をも検出することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、図１は本発明の第１実施形態を示
すブロック図であり、請求項１の発明の実施形態に相当
する。図１において、１００Ａは本実施形態のデータ収
集装置、１０は電気量を計測するべき送配電線等の電力
線、２０は電力線１０を流れる電流を検出すると共にそ
の二次側からデータ収集装置１００Ａの電源用電力を得
るための変流器である。ここで、データ収集装置１００
Ａは、例えば電柱や鉄塔間に架設された配電線途中の任
意の場所に設置される。

【００２３】データ収集装置１００Ａにおいて、４１は
入力電気量のレベル変換を行う入力変換部、４２は後続
の回路を電力線１０側から保護する保護回路、４３は高
調波成分等の不要成分や折り返し誤差を除去するアナロ
グフィルタ、４４は増幅回路、４５はアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４６は入力デー
タを用いて電気量を演算したり伝送機能部４９の制御、
操作部４７の制御等を行う演算部、４７は設定値の書き
込みや電気量の収集動作の起動等の操作指令を行うため
の操作部、４８は演算部４６による演算結果やプログラ
ムを記憶するメモリ、４９は上記演算結果の電気量デー
タを遠隔の受信側装置（中央の監視場所に設けられたパ
ソコンや電線途中の他の地点に設置されたデータ収集装
置）に送信して１カ所に集約したり、演算部４６への書
き込みデータや収集起動指令を受信するために他のデー
タ収集装置やパソコンと無線伝送または有線伝送するた
めの伝送機能部である。

【００２４】一方、３０は変流器２０の二次側に接続さ
れた電源部であり、以下のように構成されている。すな
わち、電源部３０は、変流器２０の二次側に接続された
整流回路３１と、自励チョッパ制御による定電圧ＤＣ出
力回路３２と、その出力側に接続されたバックアップ電
源回路３３と、定電圧ＤＣ出力回路３２及びバックアッ
プ電源回路３３の出力側に接続された一対のダイオード
からなるダイオード回路３４と、そのカソード側に接続
されて所定レベルの直流電源電圧を得るレベル変換回路
３５とから構成されている。

【００２５】図２は図１における電源部３０の回路構成
図であり、図３はその動作説明図である。電源部３０で
は、一次側を系統電流Ｉ１が流れる変流器２０の二次電
流Ｉ２ａが整流回路３１によって整流され、その出力電
流Ｉ２ｂがコンパレータ３２ａとスイッチング素子とし
てのＦＥＴ３２ｂとを備えた自励チョッパ制御回路から
なる定電圧ＤＣ出力回路３２に入力されて一定の直流電
圧Ｖａに変換される。

【００２６】定電圧ＤＣ出力回路３２は、変流器２０か
らの入力電流を抑制し、過電流入力時にはコンパレータ
３２ａの出力信号でＦＥＴ３２ｂをオンすることにより
出力側への電流供給を過渡的に停止し、これによって直
流電圧Ｖａを低下させるように動作する。すなわち、Ｆ
ＥＴ３２ｂのオンオフ制御を繰り返すことによって一定
の出力電圧Ｖａを維持するものであり、通常は、ダイオ
ード回路３４の上側のダイオード３４ａを流れる電流Ｉ
２ｃにより、前記演算部４６や伝送機能部４９その他の
回路に対する電源を供給することになる。

【００２７】また、バックアップ電源回路３３には、定
電圧ＤＣ出力回路３２の出力電流の分流電流が抵抗及び
ダイオードを介して流れ込む大容量のバックアップコン
デンサ３３ａが設けられており、このコンデンサ３３ａ
が常時、充電されている。上記コンデンサ３３ａが十分
に充電されている状態において、電力線１０の停電によ
ってＣＴ２０からの供給電圧が低下したり不安定になっ
た場合、ダイオード３４ｂのアノード−カソード間に電
位差が生じるとダイオード３４ｂがオンして電流Ｉ２ｄ
が流れ、バックアップ電源回路３３による電源供給へ自
動的に切り替わる。

【００２８】つまり、電流Ｉ２ｃによる電源供給から電
流Ｉ２ｄによる電源供給へと切り替わる。このバックア
ップ電源回路３３によるバックアップ状態は、図１のＡ
／Ｄ変換器４５を介して演算部４６へ入力されており、
演算部４６がバックアップ状態を監視している。また、
バックアップ電源回路３３の構成は図２の例に限られる
ものではなく、例えば電力線１０の停電を検出した演算
部４６からの切替信号ａ（図１参照）によってスイッチ
をオンし、バックアップ電源回路３３の出力をレベル変
換回路３５へ加えるようにしても良い。

【００２９】ここで、図１，図２のバックアップ電源回
路３３は、単に変流器２０からの電源供給が不可能な場
合のバックアップ機能だけでなく、前記定電圧ＤＣ出力
回路３２の出力電圧が何らかの理由により不安定になっ
た場合の補償機能も兼ね備えており、総じて電源部３０
により各部へ安定した直流電源電圧を供給することに寄
与している。

【００３０】次いで、図４は、図１の演算部４６におい
てロジック処理またはプログラム処理によって実行され
る機能ブロック図である。図１のＡ／Ｄ変換器４５によ
りディジタル値に変換された電気量はディジタルフィル
タ４６１を介して電気量演算部４６２に入力され、後述
する故障検出リレー判定部４６３の種類に応じて、保護
継電器分野で一般に用いられる振幅値、実効値、位相
差、インピーダンス、変化幅等の諸電気量が演算され
る。

【００３１】これらの電気量は故障検出リレー判定部４
６３に送られ、その判定出力がゲート４６４の一方の入
力端子に入力される。ゲート４６４の他方の入力端子に
は、収集指令部４７０からの収集指令が入力されてお
り、ゲート４６４の出力が「High」レベルのときに伝送
出力部４６６に故障検出信号が送られると共に、遅延タ
イマ４６５を介して一定時間経過後にｂ接点４６８が引
き外されるようになっている。なお、収集指令部４７０
からの収集指令は、上述した伝送機能部４９からの指令
によるほか、図１の操作部４７からの入力（イベント起
動）や起動時刻の設定値に従って定周期で発生させても
良い。

【００３２】メモリ４８には、ディジタルフィルタ４６
１を経た電気量とＡ／Ｄ変換器４５からの電気量がｂ接
点４６８を介して入力され、保存されている。このメモ
リ４８のデータは、ゲート４６４からの故障検出信号を
受信した伝送出力部４６６が参照して伝送出力部４６６
に取り込み、その後、伝送機能部４９を介して外部へ伝
送される。なお、伝送出力部４６６からは伝送出力の終
了報告信号ｂが収集指令部４７０へ送られており、この
信号ｂによって収集指令を解除するようになっている。

【００３３】前記故障検出リレー判定部４６３は公知の
故障検出継電器により構成されており、例えば過電流継
電器や変化幅過電流継電器等である。電気量として電圧
も検出している場合には、過電圧継電器や不足電圧継電
器、電流・電圧の両方を用いたインピーダンスで動作判
定する距離継電器等であり得る。前述のように故障検出
リレー判定部４６３の動作時に電気量を伝送する構成と
すれば、前述のイベント起動と同様に、電気量を常時伝
送する必要がない分だけ伝送出力（無線出力）が周囲に
及ぼす電磁障害等を低減でき、消費電力も抑えられる。
更に、保護継電装置や故障点標定装置にとって不要なデ
ータ、例えば健全相の電気量の伝送を省くことが可能で
あり、大容量伝送手段を用いずに本発明を実施すること
ができる。

【００３４】また、図４において、４６９はフィルタ特
性制御部であり、収集指令部４７０と同様に、伝送機能
部４９からの指令や操作部４７からのイベント起動によ
り起動される。このフィルタ特性制御部４６９はディジ
タルフィルタ４６１の定数を変化させてその特性を可変
とするためのものである。すなわち、伝送する電気量が
何であるか（例えば直流成分、高調波成分、基本波成分
等）によって適当なフィルタ特性も変わることに着目し
て、フーリエ変換による調波分析に関する特性を含むフ
ィルタ特性を適宜、変更できるようにした。また、この
ように特性を可変としたディジタルフィルタ４６１を経
た電気量をメモリ４８に保存することにより、計測値と
して必要な電気量のみを伝送するようにした。なお、伝
送出力の受信側で加工可能な特性については、フィルタ
特性制御部４６９及びディジタルフィルタ４６１による
特性変更の対象にしなくても良い。また、フィルタ特性
を決定する定数は予めフィルタ特性制御部４６９に保存
したり、伝送経由で外部から得たりすればよい。

【００３５】次に、図５は本発明の第２実施形態を示す
ブロック図であり、図１と同一の構成要素には同一の符
号を付してある。この実施形態は請求項２の発明の実施
形態に相当する。図５のデータ収集装置１００Ｂでは、
変流器２０の出力量の多重化を図り、アナログフィルタ
４３の出力側に異なる増幅度を有する複数の増幅回路４
４ａ，４４ｂ，４４ｃとその出力信号を切り替えて出力
するマルチプレクサ５０とを追加したものである。ここ
で、増幅回路の数は任意の複数であれば良い。なお、図
５ではアナログフィルタ４３が１種類であるが、増幅回
路と同様に異なる特性のアナログフィルタを複数設けて
も良い。いずれにしても、フィルタ特性または増幅度に
関する複数の特性を有するアナログ入力手段として、ア
ナログフィルタ及び増幅回路を備えていれば良い。ま
た、アナログフィルタと増幅回路とを１機能に集約し、
増幅の種類分だけアナログフィルタと増幅回路との集約
回路を設けても良い。

【００３６】図６は、図５の実施形態において電力系統
の送電線を事例として具体的に増幅度を規定した例であ
る。大電流領域、中電流領域、小電流領域の３レンジを
設け、各々目的とする電流種類を図５の増幅回路４４
ａ，４４ｂ，４４ｃに振り分けている。例えば、変流器
２０からアナログフィルタ４３の出力との間で１００Ｋ
ＡをＡ／Ｄ変換器４５のフルスケール電圧に変換できる
と仮定した場合、増幅回路４４ａのゲインは１倍、増幅
回路４４ｂのゲインは１０倍、増幅回路４４ｃのゲイン
は１００倍とすればよい。また、この実施形態では変流
器が１個であるが、各増幅レンジに適合した複数の変流
器を設けても良い。

【００３７】次に、図７は本発明の第３実施形態を示す
ブロック図であり、電力線１０から収集する電気量とし
て電圧を追加したものである。この実施形態は請求項
１，請求項２の発明の他の実施形態でもある。１００Ｃ
はデータ収集装置であり、抵抗分圧、コンデンサ分圧、
光ＰＤ等を利用した電圧検出部２１によって電圧量がデ
ータ収集装置１００Ｃ内の入力変換部４１ａに取り込ま
れる。電流用の入力変換部４１及び電圧用の入力変換部
４１ａの出力信号は、データ収集装置主回路部８０に入
力される。

【００３８】この主回路部８０は、図１や図５の保護回
路４２から伝送機能部４９までの構成全体を含むもの
で、電圧用・電流用の保護回路、アナログフィルタ、増
幅回路、Ａ／Ｄ変換器、更には必要に応じてマルチプレ
クサを含むと共に、単一の演算部４６、伝送機能部４９
及び電源部３０を含んでいる。このように本実施形態で
は電流収集機能の他に電圧収集機能を有するため、演算
部４６の故障検出リレー判定部４６３には、過電圧継電
器や不足電圧継電器、距離継電器等も使用される。

【００３９】図８は、本発明の第４実施形態を示すブロ
ック図である。この実施形態は請求項３の発明の実施形
態に相当する。データ収集装置１００Ｄは、図１のデー
タ収集装置１００Ａを基本として、ＧＰＳアンテナ５
１，時刻管理部５２を追加し、更に演算部５５を図１０
のように構成してある。すなわち、図９に示すＧＰＳ衛
星２００からＧＰＳアンテナ５１及び時刻管理部５２を
介して取得した高精度の時刻情報をデータ収集装置１０
０Ｄ内の演算部５５に送り、各相のデータ収集装置１０
０Ｄが同時刻の計測電流量（必要に応じて電圧量を含め
ても良い）を収集して相互に伝送し合うようにしてい
る。

【００４０】図１０は、本実施形態の演算部５５の構成
を示している。図４の演算部４６と比較すると、前記時
刻管理部５２によって取得した時刻を故障検出情報に付
加する時刻付加部４７３と、他相のデータ収集装置１０
０Ｄの伝送機能部４９との間で、時刻が付加された電気
量データを送受信する座標変換部４７１及び出力制御部
４７２が追加されている。

【００４１】高抵抗接地系及び非接地系における１線地
絡故障時の故障電流に代表される、各相電気量では明確
に分別できない電気量も、座標変換によって明確になる
ことがある。例えば、対称座標法による正相、逆相、零
相成分である。つまり、１線地絡故障などの地絡故障時
の故障電流には零相成分が存在し、同時に電力線に存在
し得る負荷電流には一般的に零相電流成分は殆ど無いこ
とから、零相電流成分に着目することで、負荷電流の影
響を排した故障点標定が可能となる。

【００４２】このため本実施形態における座標変換部４
７１では、例えば、自相（ｒ相とする）及び他の２相
（ｓ相、ｔ相）の電流量Ｉ_ｒ（ｔ），Ｉ_ｓ（ｔ），Ｉ_ｔ
（ｔ）を用いて、下記の数式により零相電流Ｉ_０（ｔ）
を演算し、また、必要に応じて正相電流Ｉ_１（ｔ）、逆
相電流Ｉ_２（ｔ）を演算する。Ｉ_０（ｔ）＝（Ｉ_ｒ（ｔ）＋Ｉ_ｓ（ｔ）＋Ｉ_ｔ（ｔ））
／３，Ｉ_１（ｔ）＝（Ｉ_ｒｓ（ｔ）＋Ｉ_ｓｔ（ｔ−240°）＋
Ｉ_ｔｒ（ｔ−120°））／３，ただし、Ｉ_ｒｓ（ｔ）＝Ｉ_ｒ（ｔ）−Ｉ_ｓ（ｔ），Ｉ_ｓｔ（ｔ）＝Ｉ_ｓ（ｔ）−Ｉ_ｔ（ｔ），Ｉ_ｔｒ（ｔ）＝Ｉ_ｔ（ｔ）−Ｉ_ｒ（ｔ）Ｉ_２（ｔ）＝（Ｉ_ｒｓ（ｔ）＋Ｉ_ｓｔ（ｔ−120°）＋
Ｉ_ｔｒ（ｔ−240°））／３ここで、（ｔ−ｘ）は着目した周波数成分において、電
気角ｘ°分だけ時刻ｔより過去のデータを示す。ｘ°分
の過去データは、例えば交流周波数ｆ〔Ｈｚ〕におい
て、時刻ｔより（ｘ°／３６０）・（１／ｆ）時刻だけ
過去のデータとすれば良く、時刻管理手段を有する本発
明においては当該データの特定が容易である。上記計算
結果は、遠隔の受信側装置に送信したり、他相のデータ
収集装置の伝送機能部４９を介し収集指令部４７０に送
って収集指令を起動させても良い。

【００４３】以上のように、各相に設置したデータ収集
装置１００Ｄの同時刻におけるディジタル値化された相
電流値を、常時またはトリガにより起動する伝送手段を
用いて１相のデータ収集装置に集約し、対称座標法原理
に基づいた各相電流値の数値演算を行って零相成分を算
出したり、遠隔の受信側装置に集約して零相成分を算出
するほか、個々のデータ収集装置が零相成分の算出を必
要とする場合には図９のように相互に計測値を伝送し、
各装置内で数値演算を行えばよい。αβ０法などの別の
座標変換を使う場合、使用する公知の原理は異なってい
ても手法は同様であり、すべて本発明の技術的範囲に包
含される。

【００４４】図１１は、図１０における出力制御部４７
２の動作を示すフローチャートである。ここでは、ｒ相
のデータ収集装置１００Ｄの出力制御部４７２が実行す
る場合を示している。図１１（ａ）は定時刻起動、同
（ｂ）は定周期起動、同（ｃ）はリレー判定や収集指令
部４７０からの起動による場合である。

【００４５】まず、図１１（ａ）では図８の時刻管理部
５２から現在時刻を取得し（Ｓ１）、その時刻が予め設
定された伝送時刻Ｔになったらメモリ４８の電流量デー
タを伝送機能部４９を介してｓ相、ｔ相のデータ収集装
置に伝送する（Ｓ２，Ｓ３）。なお、ステップＳ３にお
いて伝送時刻Ｔを△Ｔ増加させれば、このフローチャー
トは△Ｔの定周期起動となる。

【００４６】図１１（ｂ）では、ｔを現在時刻、△ｔを
プログラム実行周期とした場合、まずタイマによる積算
動作によりｔ＝ｔ＋△ｔを演算する（Ｓ１１）。次に、
現在時刻ｔがＫ（周期時間）以降となったか否かを判断
し（Ｓ１２）、Ｋ以降である場合にはメモリ４８の電流
量データを伝送機能部４９を介してｓ相、ｔ相のデータ
収集装置に伝送し（Ｓ１３）、その後、タイマを初期化
する（Ｓ１４）。

【００４７】図１１（ｃ）では、収集指令部４７０の出
力信号によってゲート４６４の出力が「１」になったか
どうかを判断し（Ｓ２１）、「１」になった場合にはメ
モリ４８の電流量データを伝送機能部４９を介してｓ
相、ｔ相のデータ収集装置に伝送する（Ｓ２２）。

【００４８】次に、図１２は本発明の第５実施形態を示
す説明図であり、１台のデータ収集装置をｒ，ｓ，ｔ相
の電力線（三相送電線）に適用した例である。この実施
形態は請求項４の発明の実施形態に相当する。この例で
は各相電気量を取得するため、相間絶縁を勘案し、絶縁
特性に優れた電気量収集用変流器２０ａ、例えば光ＣＴ
によって電流量を収集している。電圧の収集が必要な場
合も同様の回路構成となる。電気量収集用変流器２０ａ
に光ＣＴを使用した場合、このＣＴからデータ収集装置
の電源用電力を得ることはできないので、データ収集装
置の電源部３０の入力側には、電源用変流器２０ｂとし
て電磁誘導原理に基づく専用のＣＴ、鉄心ＣＴもしくは
空心ＣＴなどを使用する。なお、データ収集装置の構成
は、三相各相の電気量の収集に対応できるものであれ
ば、前述した各実施形態と実質的に同一構成でよい。

【００４９】図１３は、本発明の第６実施形態を示すブ
ロック図であり、請求項５の発明の実施形態に相当す
る。この実施形態のデータ収集装置１００Ｅにおいて、
５３ｙ，５３ｚは加速度検出器であり、その出力側は保
護回路４２ａ，４２ｂを介して増幅回路４４ｄ，４４ｅ
に接続され、増幅回路４４ａ，４４ｄ，４４ｅの出力側
は前記マルチプレクサ５０を介してＡ／Ｄ変換器４５に
接続されている。

【００５０】上記加速度検出器５３ｙ，５３ｚは電力線
の振動や跳躍に伴う加速度を検出するためのものであ
る。被覆されていない電力線では、着氷雪した電力線が
強風によりなびいたり跳躍して他相の電力線と接触し、
絶縁破壊を起こすことがあり、これらは電線のギャロッ
ピング現象、スリーとジャンプ現象として知られてい
る。また、建設用重機の接触により電力線が振動する場
合もある。その際の電力線の振動方向は、図１４に示す
如く「電力線を支える２本の電柱もしくは鉄塔を結ぶ線
（Ｘ軸）に対して直角方向（Ｙ，Ｚ軸方向）」であるた
め、これらＹ，Ｚ２軸方向の加速度を加速度検出器５３
ｙ，５３ｚによって検出し、その値から電力線１０の変
位を算出する。

【００５１】具体的には、データ収集装置１００Ｅ内の
演算部４６は、加速度検出器５３ｙ，５３ｚにより検出
した加速度ａ_ｙ，ａ_ｚを、数式１により２回、時間積分
してＹ軸，Ｚ軸方向の変位量Ｙ（ｔ_０），Ｚ（ｔ_０）を
演算する。なお、ｔ_０は装置起動時からの経過時間であ
る。

【００５２】

【数１】

【００５３】そして、これらの変位量Ｙ（ｔ_０），Ｚ
（ｔ_０）をそのまま遠隔地に送信したり、演算部４６自
身がしきい値と比較すること等により、ギャロッピング
現象等の発生を検出し、あるいはその発生を未然に予測
するものである。

【００５４】本実施形態では、加速度検出器５３ａ，５
３ｂがデータ収集装置１００Ｅと一体化されているた
め、データ収集装置１００Ｅを電力線１０に固定すれ
ば、加速度検出器５３ａ，５３ｂが電力線１０の振動状
態を高精度に検出することができる。また、強風等によ
り連続して大きく送電線が変位する場合にもその変位を
検出し、ギャロッピング現象等が発生する可能性を警報
情報として受信側装置に伝送することができる。

【００５５】上記警報を発生するためのプログラム処理
のフローチャートを、図１５に示す。図１５において、
演算部４６は数式１により変位量Ｙ（ｔ_０），Ｚ
（ｔ_０）をそれぞれ演算し（Ｓ３１，Ｓ３２）、√（Ｙ
(ｔ_０)^２＋Ｚ(ｔ_０)^２）が規定値ε以上になったときに
ギャロッピング警報を出力する（Ｓ３３，Ｓ３４）。こ
こで、規定値εは、（他相電力線までの最短距離）×ｘ
％（ｘは０〜１００までの設定値）とする。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の発
明によれば、電力線の任意地点から自然エネルギーによ
らずに低コストで安定した電源を得ることができると共
に、電源の絶縁対策に煩わされるおそれもない。また、
計測する電気量に応じてフィルタ特性を変更する場合に
も、その作業を短時間かつ少ない労力で行うことができ
る。

【００５７】請求項２記載の発明によれば、データ収集
装置内でアナログフィルタ特性や増幅度を選択すること
ができるので、計測対象や計測値の大小に応じた適切な
特性を１台のデータ収集装置によって実現することがで
きる。

【００５８】請求項３記載の発明によれば、ＧＰＳを用
いて各相の同時刻における電気量を収集することがで
き、各相電気量の座標変換処理により単相からは直接計
測できない電気量を計測可能として１線地絡故障などの
故障点標定精度を高めることができる。特に各収集装置
間の伝送を例えば無線手段とすれば、各相間の電気的絶
縁を配慮する必要がなく、安価かつ電気的に安全に計測
が実現できる。

【００５９】請求項４記載の発明によれば、１台のデー
タ収集装置内で複数相の電気量を収集するため、収集起
動回路は１つで済む利点がある。また、ＧＰＳ等の時刻
取得手段、伝送手段等も、請求項３と異なって各相分用
意する必要がなく、１相分で足りる。その上、ＧＰＳ電
波断時においても、零相検出等の時刻情報を前提とした
各相電気量の演算が可能である。

【００６０】請求項５記載の発明によれば、ギャロッピ
ング現象やスリートジャンプ現象、建設用重機の接触等
に伴う電力線の変位を検出することができ、画像監視や
張力測定、光ジャイロによる振動測定等と比べてコスト
の低減、長寿命化、保守性の向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図であ
る。

【図２】図１における電源部の構成図である。

【図３】図２の動作説明図である。

【図４】図１における演算部の機能ブロック図である。

【図５】本発明の第２実施形態を示すブロック図であ
る。

【図６】図５の実施形態におけるＡ／Ｄ変換出力レンジ
の説明図である。

【図７】本発明の第３実施形態を示すブロック図であ
る。

【図８】本発明の第４実施形態を示すブロック図であ
る。

【図９】図８の実施形態の使用状態を示す図である。

【図１０】図８における演算部の機能ブロック図であ
る。

【図１１】図１０の実施形態の動作を示すフローチャー
トである。

【図１２】本発明の第５実施形態を示す説明図である。

【図１３】本発明の第６実施形態を示すブロック図であ
る。

【図１４】図１３の実施形態の使用状態を示す図であ
る。

【図１５】図１３の実施形態における警報出力動作を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１０電力線２０変流器２０ａ電気量収集用変流器２０ｂ電源用変流器２１電圧検出部３０電源部３１整流回路３２定電圧ＤＣ出力回路３３バックアップ電源回路３４ダイオード回路３５レベル変換回路４１，４１ａ入力変換部４２，４２ａ，４２ｂ保護回路４３アナログフィルタ４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ増幅
回路４５Ａ／Ｄ変換器４６，５５演算部４７操作部４８メモリ４９伝送機能部５０マルチプレクサ５１ＧＰＳアンテナ５２時刻管理部５３ｙ，５３ｚ加速度検出器８０データ収集装置主回路部１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ
データ収集装置２００ＧＰＳ衛星３００電柱

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田英樹神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内Ｆターム(参考） 2G033 AA01 AB01 AC06 AC08 AD18 AE05 AE07 AF05 AG01 5G064 AA01 AB03 AC03 AC09 CB08 DA03 5J062 AA13 BB08 CC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力線の任意地点に設置されるデータ収
集装置において、前記電力線の任意地点から収集したアナログ電気量をフ
ィルタ処理し、かつ増幅するアナログ入力手段と、このアナログ入力手段の出力信号をディジタル値に変換
するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段の出力信号を特性可変のディジタル
フィルタを介し入力して電気量を演算する演算手段と、この演算手段により演算された電気量を外部に伝送する
伝送手段と、電力線から変流器を介して取り込んだ電力を用いて各部
の電源を生成する電源手段と、を備えたことを特徴とする電力線におけるデータ収集装
置。
【請求項２】請求項１記載の電力線におけるデータ収
集装置において、電力線の任意地点から収集したアナログ電気量を、フィ
ルタ特性または増幅度に関する複数の特性を有するアナ
ログ入力手段を介してＡ／Ｄ変換手段に入力することを
特徴とする電力線におけるデータ収集装置。
【請求項３】請求項１または２記載の電力線における
データ収集装置において、グローバル・ポジショニング・システムを用いた時刻管
理手段を備え、演算手段は、前記時刻管理手段により取
得した時刻情報を電気量の演算に使用することを特徴と
する電力線におけるデータ収集装置。
【請求項４】請求項１，２または３記載の電力線にお
けるデータ収集装置において、アナログ入力手段、Ａ／Ｄ変換手段及びディジタルフィ
ルタを多相交流電力線の相数分備え、演算手段は、各相
の電力線から収集した電気量を用いて演算を行うことを
特徴とする電力線におけるデータ収集装置。
【請求項５】請求項１，２，３または４記載の電力線
におけるデータ収集装置において、電力線に作用する加速度を検出する加速度検出手段を備
え、この加速度検出手段の出力信号を演算手段に入力し
て伝送手段を介し電力線の振動情報を伝送することを特
徴とする電力線におけるデータ収集装置。