JP2004069382A

JP2004069382A - 他相誘導相殺回路

Info

Publication number: JP2004069382A
Application number: JP2002226402A
Authority: JP
Inventors: Arata Tanimura; 谷村　新; Takeshi Nakazawa; 中澤　剛; Kyoichi Fujii; 藤井　恭一; Hideki Iwatsuki; 岩月　秀樹; Masakatsu Arakane; 荒金　昌克; Nobutaka Fukui; 福井　信孝
Original assignee: HOKKEI INDUSTRIES CO Ltd; Hokkaido Electric Power Co Inc; Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: HOKKEI INDUSTRIES CO Ltd; Hokkaido Electric Power Co Inc; Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】非接触電界磁界センサにおける他相誘導電圧と電流を相殺することにより他相誘導分を含まない電圧と電流の値と波形を得られるようにする。
【解決手段】電力線三相の送電線３ａのみに電圧を印加して他の送電線３ｂ、３ｃを接地することで、送電線３ａに対応しない電界磁界センサ６ｂ、６ｃの出力を送電線３ａからの他相誘導量として対地間電圧相殺回路２１の加算出力Ｅ_ｂ、Ｅ_ｃに出力させ、その出力が０になるように対地間電圧相殺回路２１が有する抵抗の抵抗値を調節して他相誘導量を相殺する。送電線３ｂ、３ｃについても同様に調節し、また線電流についても線電流相殺回路２２で同様の処理を行い、電界磁界センサ６ａ、６ｂ、６ｃが受けている他相誘導分をなくす。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相電力設備である送配電線路や変電設備の送電電圧と送電電流現象を電力線に非接触で測定するために用いる非接触電界磁界センサに用いる他相誘導相殺回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力設備の送電時や故障時の電圧測定には、変成器、抵抗分圧器、コンデンサ分圧器、碍子分圧器、光ＰＴ、電界検出器等が用いられ、電流測定には変成器、Ｚ型ＣＴ、ホールＣＴ、光ＣＴ、磁界検出器等が用いられている。
【０００３】
電圧測定に用いる電界検出器以外の変成器、抵抗分圧器、コンデンサ分圧器、碍子分圧器及び光ＰＴと、電流測定に用いる磁界検出器以外の変流器、Ｚ型ＣＴ及び光ＣＴは、電力線に直接に接続するか、接触させて使用するため、耐電圧を考慮した設計をしなければならず、大型で高価になるが、自相以外の他相からの誘導誤差は微少である。
【０００４】
一方、電圧を検出する電界検出器と電流を検出する磁界検出器は、電力線から絶縁距離を確保した位置に設置できるため、小型で安価にできる利点はあるが、自相成分と他相誘導成分を同時に検出するため、正しい電圧と電流の値と波形を得ることができない。
【０００５】
従来、架空変電所において送電電圧と送電電流現象を非接触で測定するために用いている電界検出器と磁界検出器を利用したシステムの一例を図１、図２により説明する。
【０００６】
図１は架空送電線路の略図で、図中１は電気所の送電用設備、２は変圧器の中性点抵抗器、３は三相架空送電線、４は需要側の受電設備である。
【０００７】
また図２は送電設備１と受電設備４の略図で、図中３ａ、３ｂ、３ｃは三相の送電線、５ａ、５ｂ、５ｃは送電線３ａ、３ｂ、３ｃを絶縁するための碍子、６ａ、６ｂ、６ｃは非接触の電界部と磁界部を複合させた電界磁界センサ、７は変電設備の架台である。送電線３ａと電界磁界センサ６ａは非接触で対向している。同様に送電線３ｂと電界磁界センサ６ｂ、送電線３ｃと電界磁界センサ６ｃも非接触で対向している。なお以下では送電線３ａ、３ｂ、３ｃと電界磁界センサ６ａ、６ｂ、６ｃのいずれかを特定して示す以外は単に送電線３、電界磁界センサ６という。
【０００８】
これら従来の電界磁界センサ６は、送電線３に非接触で電圧値と電流値に正比例し、距離に対しては反比例する特性を有する。また商用周波から高周波までの周波数特性がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで図２に示した電界磁界センサ６は、送電線３に対して非接触であるため、対向した送電線３以外の他相成分を合成して検出していることになり、正しい対地間電圧や線電流を得ることができないという問題がある。すなわち、電界磁界センサ６ａの出力は、例えば、送電線３ａの成分を７０％、送電線３ｂの成分２０％、送電線３ｃの成分１０％の合成したものになることが知られている。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点にかんがみ、前述のような他相からの成分を相殺して、他相誘導を含まない三相の対地間電圧と三相の線電流の波形出力を得ることができる他相誘導相殺回路を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る他相誘導相殺回路は、上記目的を達成するために、送配電線路や変電設備の送電電圧と送電電流現象を非接触で測定する電界磁界センサに用いて、自相以外の他相誘導成分を相殺して自相成分のみを出力することを特徴とし、送電線路の各相ごとに他相誘導を含まない三相対地間電圧及び三相線電流、あるいは２回線路のような複数電力線の対地間電圧値と線電流値と波形を得ることを特徴とする。
【００１２】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の他相誘導相殺回路において、電力線三相の送電線のうちの一相の送電線のみに電圧を印加して他の送電線を接地し、該他の送電線に対応する電界磁界センサ部からの出力を加算回路に入力するとともに、上記一相の送電線に対応する電界磁界センサ部の反転出力を調整抵抗を介して該加算回路に入力し、該加算回路の出力を零とするように前記調整抵抗を調整して自相以外の他相誘導成分を相殺するものであることを特徴とする。
【００１３】
同請求項３に係るものは、上記目的を達成するために、請求項１の他相誘導相殺回路において、上記電界磁界センサが有する電力線三相の送電線とそれぞれ対応する複数のセンサ部にそれぞれ接続する複数の電界積分回路の電圧出力から他相誘導量を相殺するための対地間電圧相殺回路と、上記電界磁界センサの上記センサ部にそれぞれ接続する複数の磁界積分回路の線電流出力から他相誘導量を相殺するための線電流相殺回路とを有し、上記対地間電圧相殺回路が、電力線三相の送電線のうちの一相の送電線のみに電圧を印加して他の送電線を接地し、該他の送電線に対応する電界積分回路からの出力を加算回路に入力するとともに、上記一相の送電線に対応する電界積分回路の反転出力を調整抵抗を介して該加算回路に入力し、該加算回路の出力を零とするように前記調整抵抗を調整して自相以外の他相誘導成分を相殺するものであり、上記線電流相殺回路が、電力線三相の送電線のうちの一相の送電線のみに電流を印加して他の送電線を接地し、該他の送電線に対応する上記磁界積分回路からの出力を加算回路に入力するとともに、上記一相の送電線に対応する磁界積分回路の反転出力を調整抵抗を介して該加算回路に入力し、該加算回路の出力を零とするように前記調整抵抗を調整して自相以外の他相誘導成分を相殺するものであることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお以下では従来と共通する部分には共通する符号を付すにとどめ重複する説明は省略する。
図３は本発明に係る他相誘導相殺回路の一実施形態を用いた非接触電界磁界センサの回路構成を示すブロック図、図４は電界磁界センサが他相誘導を受ける状態の説明図、図５は他相誘導電圧を相殺する対地間電圧相殺回路の具体的な回路例を示す図である。本実施形態において、各非接触電界磁界センサ６ａ、６ｂ、６ｃは、それぞれ積分回路１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備え、これらが、他相誘導相殺回路２０を構成する対地間電圧相殺回路２１と線電流相殺回路２２に接続している。なお以下では積分回路１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれかを特定して示す以外は単に積分回路１０という。
【００１５】
各積分回路１０は、電界積分回路１１と磁界積分回路１２を備え、センサ部で検出する電界と磁界の波形（微分波形）を積分することにより、送電線３に印加されている電圧と電流波形に対応する波形とする。図中、Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｃは電界積分後の出力、Ｊ_Ａ、Ｊ_Ｂ、Ｊ_Ｃは磁界積分後の出力である。また、図中Ｅ_ａ、Ｅ_ｂ、Ｅ_ｃは他相誘導電圧を含まないようにした対地間電圧相殺回路２１の対地間電圧波形出力、Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃは同様に他相誘導電流を含まないようにした線電流相殺回路２２の線電流波形出力である。
【００１６】
次に、他相誘導相殺回路２０の対地間電圧相殺回路２１における他相誘導分の相殺を説明する。
送電線３の対地電圧をＶ_１、Ｖ_２、Ｖ_３として、上述のような他相誘導を含んでいる電界磁界センサ６の出力電圧Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｃは数式１で表せる。
【数１】

ここで、ａ_１、ａ_２、ａ_３、ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３は、送電線３と電界磁界センサ６の距離などで定まる定数である。
【００１７】
対地間電圧相殺回路２１の加算回路２３ａ、２３ｂ、２３ｃの出力電圧を−Ｅ_ａ、−Ｅ_ｂ、−Ｅ_ｃとし、図中イ、ロ、ハ各点を仮想接地することにより次の数式２を得る。
【数２】

この数式２より、
【数３】

を得る。ただし、
【数４】

である。
【００１８】
ここで下記数式５数式６数式７が成立するように調整抵抗Ｒ_１２、Ｒ_２１、Ｒ_２３、Ｒ_３２、Ｒ_３１、Ｒ_１３の抵抗値を調整する。
【数５】

【数６】

【数７】

【００１９】
そして、数式１及び数式５数式６数式７を数式３へ代入すれば、下記数式８となる。
【数８】

ここで、数式５数式６数式７が成立するように調整することにより、対地間電圧相殺回路２１の対地間電圧波形出力Ｅ_ａは送電線３ｂ、３ｃの対地電圧Ｖ_２、Ｖ_３の成分を含まない、送電線３ａの対地電圧Ｖ_１成分のみを得ることができる。また、対地間電圧波形出力Ｅ_ｂ、Ｅ_ｃも同様にそれぞれ対地電圧Ｖ_１、Ｖ_３及びＶ_１、Ｖ_２の成分を含まない対応する送電線３ｂ、３ｃの対地電圧Ｖ_２及びＶ_３成分のみ検出できる。
【００２０】
上記調整方法の一例として、図２に示す変電設備の架台７に電界磁界センサを配置した形態で対地電圧Ｖ_１のみ通電し、対地電圧Ｖ_２、Ｖ_３は接地して、抵抗Ｒ_２１、Ｒ_３１の値を調整してＥ_ｂ＝０、Ｅ_ｃ＝０となるようにすれば、上記数式５が成立する。次いで、対地電圧Ｖ_２のみ通電し、他の対地電圧Ｖ_１、Ｖ_３は上記と同様に接地して出力Ｅ_ａ、Ｅ_ｂが０となるように抵抗Ｒ_１２、Ｒ_３２の値を調整すれば、数式６が成立する。さらに対地電圧Ｖ_３のみ通電し、他の対地電圧Ｖ_１、Ｖ_２は、上記と同様に接地して出力Ｅ_ａ、Ｅ_ｂが０となるように抵抗Ｒ_１３、Ｒ_２３の値を調整すれば、数式７が成立する。なお上記の調整作業中においては、調整を行う調整抵抗以外の調整抵抗は加算回路に接続せず、回路を開放にしておく。以上の調整により数式５から数式７を満足し、相殺回路の出力電圧Ｅ_ａ、Ｅ_ｂ、Ｅ_ｃは数式８のようにそれぞれ対地電圧Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３に比例した電圧となる。
【００２１】
なお、上記調整抵抗Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２３、Ｒ_３１、Ｒ_３２の代わりに出力電圧−Ｅ_ａ、−Ｅ_ｂ、−Ｅ_ｃを分圧するような可変分圧器を用いてもよい。なお図５において、２４ａ、２４ｂ、２４ｃは出力増幅用のオペアンプである。
【００２２】
また、線電流相殺回路２２については電界検出部と磁界検出部が一体であること、相殺原理及び回路構成とも対地間電圧相殺回路２１と同様であることから、対地間電圧相殺調整を行った調整抵抗値と線電流相殺回路２２の調整抵抗値を合わせればよいので説明を省略する。
【００２３】
さらに、電界磁界センサ６は印加電圧と電流に正比例で、距離に対して反比例することを利用し、計算にて調整抵抗値を求めて合わせる方法等が考えられるが他相誘導相殺における調整抵抗値の決定が異なるだけであるので、これも説明を省略する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係る他相誘導相殺回路は以上説明してきたように、電力設備の電圧と電流の値と波形を得る手段である非接触電界磁界センサを用いて測定するにあたり、致命的欠点である他相誘導を相殺することで、正しい電圧と電流の値と波形を安価に出力でき、そのことから、その出力を利用して線間電圧、零相電圧電流、正相電圧電流、高調波電圧電流、サージ電圧電流等を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】電力設備の系統を示す架空送電線路の概念図である。
【図２】変電設備の架台に電界磁界センサを配置した状態を示す概念図である。
【図３】本発明に係る他相誘導相殺回路の一実施形態を用いた非接触電界磁界センサの回路構成を示すブロック図である。
【図４】電界磁界センサが他相誘導を受ける状態の説明図である。
【図５】他相誘導電圧を相殺する対地間電圧相殺回路の具体的な回路例を示す図である。
【符号の説明】
１　供給側の電気所
２　変圧器の中性点抵抗器
３、３ａ、３ｂ、３ｃ　三相架空送電線
４　受電側の電気所
５、５ａ、５ｂ、５ｃ　碍子
６、６ａ、６ｂ、６ｃ　非接触電界磁界センサ
７　変電設備の架台
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ　積分回路
２０　他相誘導相殺回路
２１　対地間電圧相殺回路
２２　線電流相殺回路
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ　加算回路
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ　オペアンプ
Ｒ_１２、Ｒ_１３、Ｒ_２１、Ｒ_２３、Ｒ_３１、Ｒ_３２、調整抵抗

Claims

送配電線路や変電設備の送電電圧と送電電流現象を非接触で測定する電界磁界センサに用いて、自相以外の他相誘導成分を相殺して自相成分のみを出力することを特徴とする他相誘導相殺回路。
請求項１の他相誘導相殺回路において、電力線三相の送電線のうちの一相の送電線のみに電圧を印加して他の送電線を接地し、該他の送電線に対応する電界磁界センサ部からの出力を加算回路に入力するとともに、上記一相の送電線に対応する電界磁界センサ部の反転出力を調整抵抗を介して該加算回路に入力し、該加算回路の出力を零とするように前記調整抵抗を調整して自相以外の他相導成分を相殺するものであることを特徴とする他相誘導相殺回路。
請求項１の他相誘導相殺回路において、上記電界磁界センサが有する電力線三相の送電線とそれぞれ対応する複数のセンサ部にそれぞれ接続する複数の電界積分回路の電圧出力から他相誘導量を相殺するための対地間電圧相殺回路と、上記電界磁界センサの上記センサ部にそれぞれ接続する複数の磁界積分回路の線電流出力から他相誘導量を相殺するための線電流相殺回路とを有し、上記対地間電圧相殺回路が、電力線三相の送電線のうちの一相の送電線のみに電流を印加して他の送電線を接地し、該他の送電線に対応する電界積分回路からの出力を加算回路に入力するとともに、上記一相の送電線に対応する電界積分回路の反転出力を調整抵抗を介して該加算回路に入力し、該加算回路の出力を零とするように前記調整抵抗を調整して自相以外の他相誘導成分を相殺するものであり、上記線電流相殺回路が、電力線三相の送電線のうちの一相の送電線のみに電流を印加して他の送電線を接地し、該他の送電線に対応する上記磁界積分回路からの出力を加算回路に入力するとともに、上記一相の送電線に対応する磁界積分回路の反転出力を調整抵抗を介して該加算回路に入力し、該加算回路の出力を零とするように前記調整抵抗を調整して自相以外の他相導成分を相殺するものであることを特徴とする他相誘導相殺回路。