JP2005143167A - 高圧配電線断線検出装置 - Google Patents

高圧配電線断線検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 安価でしかも適正に高圧配電線の断線を検出することができる高圧配電線断線検出装置を提供することである。
【解決手段】 モノサイクル回路14は、配電線12における変圧器13の三相の二次側電圧を入力し単相電圧を出力する。断線検出判定部15は、モノサイクル回路14の単相電圧値が所定範囲を逸脱したとき、配電線12に断線が発生したと判断し、その判定結果を送受信部16により監視制御所に送信する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、高圧配電線の配電線が断線したことを検出する高圧配電線断線検出装置に関する。
一般に、わが国の高圧配電系統では、ほとんどの系統において中性点非接地方式が採用され、電源変圧器のΔ巻線から配電線が引き出されている。通常、地絡事故検出のための接地変圧器(GPT)が設置され、その一次側中性点を接地しているため完全な非接地ではないが、二次側であるΔ巻線の開放端に数十〜数百Ωの抵抗を接続しているため、一次側から見れば数千Ω以上の高抵抗で設置されたことになり、その影響はほとんど無視できる。従って、この場合においても、事実上は中性点非接地方式である。
高圧配電線系統の地絡事故は、接地変圧器で零相電圧を検出し、この零相電圧と零相変流器で検出された零相電流とを地絡方向継電器に入力し、零相電圧及び零相電流の位相関係で故障配電線を判別し選択遮断するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
一方、高圧配電線系統の断線を検出する断線検出装置は、特に設置されていないのが現状である。これは、高圧配電線系統に断線検出装置を設置することは可能であるが、高圧配電線系統には中性点非接地方式が採用されていることから、断線事故を検出するための零相電圧検出器を新たに所定の箇所に設置する必要があり設備費用が高くなるからである。また、その場合、高圧配電線系統の電圧及び電流を検出しなければならないので、取り扱う電圧は高圧電圧となり、測定機器の絶縁設計や測定機器設置作業に格別の配慮が伴い、有益でない。
特開平11−258276号公報(図1、図4)
本発明の目的は、安価でしかも適正に高圧配電線の断線を検出することができる高圧配電線断線検出装置を提供することである。
請求項1の発明に係わる高圧配電線断線検出装置は、配電線における変圧器の三相の二次側電圧を入力し単相電圧を出力するモノサイクル回路と、前記モノサイクル回路の単相電圧値が所定範囲を逸脱したとき断線が発生したと判断する断線検出判定部と、前記断線検出判定部の判定結果を監視制御所に送信する送受信部とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、配電線に設けられた変圧器の二次側電圧を入力するので、特別の変圧器を用意する必要がなく安価にできる。また、変圧器の三相の二次側電圧を変換した単相電圧の電圧値に基づいて断線か否かの判定を行い、その判定結果を監視制御所に送信するので、適正に配電線の断線を検出でき迅速に断線検出情報を提供できる。
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の実施の形態に係わる高圧配電線断線検出装置11のブロック構成図である。高圧配電線断線検出装置11は、高圧配電線12の変圧器13の二次側に接続され、変圧器13で降圧された高圧配電線12の三相電圧は高圧配電線断線検出装置11のモノサイクル回路14に入力される。
モノサイクル回路14は高圧配電線12における変圧器13の三相の各相電圧の二次側電圧を入力して単相電圧Vを出力するものであり、抵抗R、r及びコンデンサC、Cとから構成され、抵抗R、rの抵抗値が所定の関係にあり、コンデンサC、Cの容量が等しく、かつ抵抗R、rとコンデンサC、Cの容量とが所定の関係にあるときに、出力端に現れる単相電圧Vは系統周波数fの単相電圧となる。抵抗R、r及びコンデンサC、C間の所定の関係にずれがあるときには、出力端に現れる単相電圧Vは系統周波数f以外の周波数を含んだ歪んだ波形の単相電圧となる。抵抗R、r及びコンデンサC、C間の所定の関係については後述する。
モノサイクル回路14から出力される単相電圧Vは断線検出判定部15に入力され、断線検出判定部15において、単相電圧Vの電圧値に基づいて高圧配電線12に断線が発生したか否かが判定される。高圧配電線に断線が発生していない場合には単相電圧Vは高圧配電線の相電圧に比例した所定の電圧値となり、一方、高圧配電線のいずれかの配電線に断線が発生したときは、健全時の所定電圧の範囲を逸脱した電圧値となる。すなわち、断線検出判定部15は、モノサイクル回路14の出力である単相電圧Vの電圧値が所定範囲を逸脱したとき断線が発生したと判断することになる。断線検出判定部15での判定結果は、送受信部16により、例えば電話回線や携帯電話回線等の公衆回線を介して監視制御所に送信される。
図2は、モノサイクル回路14で高圧配電線の変圧器13の二次側の三相電圧から単相電圧Vを得る場合の回路動作の説明図である。系統周波数fの三相電圧から系統周波数fの単相電圧Vを得るには以下の関係が必要である。
(1)コンデンサC、Cの容量Cが同じであること
(2)R=√3X、r=X/√3の関係があること
ただし、X=1/jωC、ω=2πf
図2において、いま、高圧配電線の変圧器13の二次側の各相電圧v、v、vをモノサイクル回路14のabc端にそれぞれ接続し、vab=V、vbc=aV、vca=aV(aはベクトルオペレータ、a=(−1+j√3)/2)とする。コンデンサC及び抵抗rを流れる電流i、コンデンサC及び抵抗Rを流れる電流iとすると、下記の(1)〜(4)式が成り立つ。
V=−jX・i …(1)
V=−i・R …(2)
=v/(r−jX) …(3)
=v/(R−jX) …(4)
上記(1)式及び(3)式より(5)式が得られ、上記(2)式及び(4)式より(6)式が得られる。
V=−jX・v/(r−jX) …(5)
V=−R・v/(R−jX) …(6)
上記(5)式、(6)式及びベクトルオペレータaがa=(−1+j√3)/2であることから下記の(7)式が成り立つ。
(√3XR/2−X/2)−j(XR/2+√3X/2)=Rr−jRX …(7)
(7)式の実数部と虚数部とを常に等しくする恒等式を解くと、下記の(8)式及び(9)式が得られる。
R=√3X=√3/2πfC …(8)
r=X/√3=1/2√3πfC …(9)
すなわち、コンデンサC、Cの容量Cが同じであり、抵抗R、rがR=√3X、r=X/√3の関係にあるときは、コンデンサCと抵抗rとの直列回路及びコンデンサCと抵抗Rとの直列回路の電圧値及び位相が同じになり、モノサイクル回路14の出力端子に現れる電圧は系統周波数fの単相電圧となる。
従って、モノサイクル回路14の出力である単相電圧Vは、上記の(5)式及び(9)式より下記の(10)式で示される。
={1+j・(1/√3)}・V …(10)
このように、高圧配電線に断線が発生していない健全時には、モノサイクル回路14の単相電圧Vは高圧配電線の相電圧に比例した所定の電圧値となる。
図3は、高圧配電線のa相で断線が発生した場合のモノサイクル回路14の回路動作の説明図である。いま、高圧配電線のa相で断線が発生したとすると、a相からの電圧の入力がなくなることから、図3に示すように、b相電圧及びc相電圧のみが高圧配電線の変圧器13の二次側からモノサイクル回路14のbc端に入力されることになる。このa相断線発生時に高圧配電線の変圧器13の二次側からモノサイクル回路14のbc端に入力される電圧を、以下a相断線時配電線電圧Vafということにする。
コンデンサC及び抵抗Rを流れる電流をi、コンデンサC及び抵抗rを流れる電流をiとすると、下記の(11)、(12)式が成り立ち、これら(11)、(12)式及び(8)式、(9)式より(13)式に示す単相電圧Vが得られる。
=Vaf/(R−jX) …(11)
=Vaf/(r−jX) …(12)
={(−jX)・i−r・i
=(−j√3/2)・Vaf …(13)
従って、高圧配電線のa相で断線が発生した場合には、モノサイクル回路14の出力である単相電圧Vは上記の(13)式で示され、(13)式中のa相断線時配電線電圧Vafは高圧配電線に接続された誘導性負荷により変化するが、(10)式で示される健全時の単相電圧Vとは異なる電圧値となる。
図4は、高圧配電線のb相で断線が発生した場合のモノサイクル回路14の回路動作の説明図である。いま、高圧配電線のb相で断線が発生したとすると、b相からの電圧の入力がなくなることから、図4に示すように、a相電圧及びc相電圧のみが高圧配電線の変圧器13の二次側からモノサイクル回路14のac端に入力されることになる。このb相断線発生時に高圧配電線の変圧器13の二次側からモノサイクル回路14のac端に入力される電圧を、以下b相断線時配電線電圧Vbfということにする。
抵抗Rを流れる電流をi、コンデンサC、抵抗r及びコンデンサCを流れる電流をiとすると、下記の(14)、(15)式が成り立ち、(15)式及び(8)式、(9)式より(16)式に示す単相電圧Vが得られる。
=Vbf/R …(14)
=Vbf/(r−j2X) …(15)
=(r−jX)・i
=(7+j√3)・Vbf/13 …(16)
従って、高圧配電線のb相で断線が発生した場合には、モノサイクル回路14の出力である単相電圧Vは上記の(16)式で示され、(16)式中のb相断線時配電線電圧Vbfは高圧配電線に接続された誘導性負荷により変化するが、(10)式で示される健全時の単相電圧Vとは異なる電圧値となる。また、(13)式で示されるa相断線発生時の単相電圧Vとも異なる電圧値となる。
図5は、高圧配電線のc相で断線が発生した場合のモノサイクル回路14の回路動作の説明図である。いま、高圧配電線のc相で断線が発生したとすると、c相からの電圧の入力がなくなることから、図5に示すように、a相電圧及びb相電圧のみが高圧配電線の変圧器13の二次側からモノサイクル回路14のab端に入力されることになる。このc相断線発生時に高圧配電線の変圧器13の二次側からモノサイクル回路14のab端に入力される電圧を、以下c相断線時配電線電圧Vcfということにする。
コンデンサCを流される電流をi、抵抗R、コンデンサC及び抵抗rを流れる電流をiとすると、下記の(17)、(18)式が成り立ち、(17)式、(18)式及び(8)式、(9)式より(19)式に示す単相電圧Vが得られる。
=Vcf/−jX …(17)
=Vcf/(R+r−jX) …(18)
=(−jX)・i−(R+r−jX)・i
=(15−j√3)・Vcf/19 …(19)
従って、高圧配電線のc相で断線が発生した場合には、モノサイクル回路14の出力である単相電圧Vは上記の(19)式で示され、(19)式中のc相断線時配電線電圧Vcfは高圧配電線に接続された誘導性負荷により変化するが、(10)式で示される健全時の単相電圧Vとは異なる電圧値となる。また、(13)式で示されるa相断線発生時の単相電圧Vや(16)式で示されるb相断線発生時の単相電圧Vとも異なる電圧値となる。
図6は本発明の高圧配電線断線検出装置11の検出動作を試験した高圧配電線系統の一例を示す模擬系統図である。変電所17から地中ケーブル18にて架空高圧配電線12Aに電力を配電する系統であり、架空高圧配電線12Aを所定間隔Dで区切り、X1、X2、X3の各ポイントにおいて、断線箇所、誘導性負荷の設置、高圧配電線断線検出装置の設置を組み合わせて試験を行った。つまり、変電所17と高圧配電線断線検出装置11の設置位置との間の断線を検出することを想定し、誘導性負荷の設置位置を変化させて試験を行った。その試験結果を表1に示す。
まず、変電所から最も遠いポイントX3に高圧配電線断線検出装置11を設置し、ポイントX2に誘導性負荷を設置し、ポイントX1において、高圧配電線の健全時のモノサイクル回路14の単相電圧Vを計測し、高圧配電線の各相(a相、b相、c相)を断線して(開閉器を開いて)高圧配電線断線検出装置11のモノサイクル回路14の単相電圧Vを計測した。
表1のNo.1〜No.4はその場合の測定結果である。高圧配電線が健全時であるときのモノサイクル回路14の単相電圧Vを100%とした場合、abc相ともに断線時には健全時の単相電圧Vより大きな値を示した。c相断線時のモノサイクル回路14の単相電圧Vが最も大きく、次にa相断線時のモノサイクル回路14の単相電圧Vが大きく、b相断線時は健全時のモノサイクル回路14の単相電圧Vより大きいが、ac相の断線時のモノサイクル回路14の単相電圧Vよりは小さいものであった。
この測定結果から、断線位置と高圧配電線断線検出装置11との間に誘導性負荷が設置されている場合には、abc相ともに断線発生時には健全時の単相電圧vより大きな値となることが分かった。
次に、断線検出区間外に誘導性負荷が設置された場合について試験を行った。表1のNo.5〜No.8はその場合の測定結果である。すなわち、変電所から最も遠いポイントX3に誘導性負荷を設置し、ポイントX2に高圧配電線断線検出装置11を設置し、ポイントX1において、高圧配電線の健全時のモノサイクル回路14の単相電圧Vを計測し、高圧配電線の各相(a相、b相、c相)を断線して(開閉器を開いて)高圧配電線断線検出装置11のモノサイクル回路14の単相電圧Vを計測した。
この場合、高圧配電線断線検出装置11のモノサイクル回路14の単相電圧Vは、ac相断線時には健全時の単相電圧Vより大きな値を示し、b相断線時には健全時の単相電圧Vより小さな値を示した。a相断線時は健全時のモノサイクル回路14の単相電圧Vより大きいが、c相の断線時のモノサイクル回路14の単相電圧Vよりは小さいものであった。
この測定結果から、断線検出区間外に誘導性負荷が設置された場合には、ac相ともに断線発生時には健全時の単相電圧Vより大きな値となり、b相は断線発生時には健全時の単相電圧Vより小さな値となることが分かった。
次に、断線検出区間内において誘導性負荷を変電所に最も近い箇所に設置した場合について試験を行った。表1のNo.9〜No.12はその場合の測定結果である。すなわち、変電所から最も近いポイントX1に誘導性負荷を設置し、変電所から最も遠いポイントX3に高圧配電線断線検出装置11を設置し、ポイントX2において、高圧配電線の健全時のモノサイクル回路14の単相電圧Vを計測し、高圧配電線の各相(a相、b相、c相)を断線して(開閉器を開いて)高圧配電線断線検出装置11のモノサイクル回路14の単相電圧Vを計測した。
この場合、高圧配電線断線検出装置11のモノサイクル回路14の単相電圧Vは、ab相断線時には健全時の単相電圧Vより小さな値を示し、c相断線時には健全時の単相電圧Vより大きな値を示した。a相断線時は健全時のモノサイクル回路14の単相電圧Vより小さいが、b相の断線時のモノサイクル回路14の単相電圧Vよりは大きいものであった。つまり、b相の断線時のモノサイクル回路14の単相電圧Vが最も小さい値であった。
この測定結果から、断線検出区間内において誘導性負荷より遠い箇所で断線が発生した場合には、ab相ともに断線発生時には健全時の単相電圧Vより小さな値となり、c相は断線発生時には健全時の単相電圧Vより大きな値となることが分かった。
以上の測定結果を総合すると、変電所17と高圧配電線断線検出装置11の設置位置との間の断線検出区間において、健全時におけるモノサイクル回路14の単相電圧Vがある値より大きくなったとき、又はある値より小さくなったときに断線が発生したと判定できることが分かる。そこで、高圧配電線断線検出装置11の断線検出判定部15では、モノサイクル回路14の単相電圧値が所定範囲を逸脱したときに、断線検出区間内で断線が発生したと判断することとした。なお、断線か否かを判定するための単相電圧値の所定範囲は、高圧配電線に接続される実際の誘導性負荷の影響や高圧配電線断線検出装置11の設置箇所を考慮して決めることになる。
本発明の実施の形態に係わる高圧配電線断線検出装置のブロック構成図。 モノサイクル回路で高圧配電線の変圧器の二次側の三相電圧から単相電圧Vを得る場合の回路動作の説明図。 高圧配電線のa相で断線が発生した場合のモノサイクル回路の回路動作の説明図。 高圧配電線のb相で断線が発生した場合のモノサイクル回路の回路動作の説明図。 高圧配電線のc相で断線が発生した場合のモノサイクル回路の回路動作の説明図。 本発明の高圧配電線断線検出装置の検出動作を試験した高圧配電線系統の一例を示す模擬系統図。
符号の説明
11…高圧配電線断線検出装置、12…高圧配電線、13…変圧器、14…モノサイクル回路、15…断線検出判定部、16…送受信部、17…変電所、18…地中ケーブル

Claims (1)

  1. 配電線における変圧器の三相の二次側電圧を入力し単相電圧を出力するモノサイクル回路と、前記モノサイクル回路の単相電圧値が所定範囲を逸脱したとき断線が発生したと判断する断線検出判定部と、前記断線検出判定部の判定結果を監視制御所に送信する送受信部とを備えたことを特徴とする高圧配電線断線検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008228393A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Chubu Electric Power Co Inc 配電線の断線区間検出システムおよびこのシステムに使用する断線検出装置
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