JP2006047121A - Earth fault detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧電線などの電力線に生じた地絡を検出する地絡検出装置に関するものである。 The present invention relates to a ground fault detection device that detects a ground fault generated in a power line such as a high-voltage electric wire.
この種の地絡検出装置は、特開平9−159718号公報に開示されているように、例えば電力線における地絡事故の発生(電流の発生)区間を特定するためのシステムに使用される。具体的には、同公報にはその詳細な構成は開示されてはいないが、一般的には、地絡検出装置は、電力線に間隔を設けて設置された電線毎に配設されて、対応する電線に流れる電流を電流センサで検出すると共に、この電流を検出したときには、検出した電流(またはこの電流を電流/電圧変換した電圧)をA/D(アナログ/デジタル)変換すると共にその波形データをメモリに記憶する機能を備えている。したがって、作業者は、各電線に配設された各地絡検出装置のメモリに記憶されている波形データを解析することにより、各地絡検出装置においてほぼ同じ日時に検出された電流の最初のピーク値(第一波のピーク値)およびそのピーク値の極性に基づいて、この日時に電力線において発生した地絡事故の発生区間(電流の発生区間)を特定することができる。
ところが、従来の地絡検出装置には、以下のような問題点がある。すなわち、この地絡検出装置では、地絡事故の発生時における電流をA/D変換すると共に変換によって得られた波形データをメモリに記憶させている。この場合、この電流のピーク値および極性を正確に特定できるようにするためには、この電流を極めて短い周期でサンプリングしてA/D変換しなければならず、高速なA/D変換器が必要になる。また、極めて短い周期でA/D変換するため、メモリに記憶させる波形データも大量となる結果、大容量のメモリが必要になる。したがって、高速なA/D変換器や大容量のメモリが高価であると共に消費電力も多いため、この地絡検出装置には、製品価格が上昇し、しかも消費電力が大きいという問題点が存在する。 However, the conventional ground fault detection apparatus has the following problems. That is, in this ground fault detection apparatus, the current at the time of occurrence of the ground fault accident is A / D converted and the waveform data obtained by the conversion is stored in the memory. In this case, in order to be able to accurately specify the peak value and polarity of this current, this current must be sampled and A / D converted at a very short period, and a high-speed A / D converter is required. I need it. In addition, since A / D conversion is performed with an extremely short period, a large amount of waveform data is stored in the memory, and thus a large-capacity memory is required. Therefore, since a high-speed A / D converter and a large-capacity memory are expensive and consume a lot of power, this ground fault detection device has a problem that the product price increases and the power consumption is large. .
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、安価で、しかも低消費電力の地絡検出装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and a main object of the present invention is to provide a ground fault detection device that is inexpensive and has low power consumption.
上記目的を達成すべく請求項1記載の地絡検出装置は、入力波形についての正側のピーク値を検出する正側ピーク検出部と、前記入力波形についての負側のピーク値を検出する負側ピーク検出部と、前記入力波形が正側閾値よりも上昇したときに第1の検出信号を出力する正側比較部と、前記入力波形が負側閾値よりも低下したときに第2の検出信号を出力する負側比較部と、日時データを生成する時計部と、記憶部と、前記第1の検出信号を入力したときに前記正側ピーク検出部によって検出された前記ピーク値と正極性を示す極性データとを前記日時データと共に前記記憶部に記憶させ、前記第2の検出信号を入力したときに前記負側ピーク検出部によって検出された前記ピーク値と負極性を示す極性データとを前記日時データと共に前記記憶部に記憶させる制御部とを備えている。
In order to achieve the above object, a ground fault detection apparatus according to
また、請求項2記載の地絡検出装置は、請求項1記載の地絡検出装置において、前記制御部は、前記検出された前記ピーク値に基づいて前記入力波形についての実効値を算出して前記日時データと共に当該記憶部に記憶させる。
The ground fault detection device according to
請求項1記載の地絡検出装置によれば、正側ピーク検出部、負側ピーク検出部、正側比較部、負側比較部および時計部を備え、制御部が第1の検出信号を入力したときに正側ピーク検出部によって検出されたピーク値と正極性を示す極性データとを日時データと共に記憶部に記憶させ、第2の検出信号を入力したときに負側ピーク検出部によって検出されたピーク値と負極性を示す極性データとを日時データと共に記憶部に記憶させることにより、地絡検出装置を取り付けた電線において発生した電流についての第一波のピーク電流値およびその極性を示す極性データを、高速なA/D変換器および大容量のメモリを使用することなく、直接検出して記憶部に記憶させることができる。したがって、この地絡検出装置によれば、高速なA/D変換器および大容量のメモリという高価で、しかも高消費電力の電子部品の使用を回避することができるため、製品コストを低減できると共に消費電力を低減することができる。また、この地絡検出装置によれば、消費電力を低減できるため、バッテリで作動させる構成を採用したときには、所望の連続作動時間を確保しつつ、バッテリを小形化することができる結果、装置自体も小形化することができる。したがって、電力線に設けられた電線に対して地絡検出装置を容易に取り付けることができる共に容易に取り外すことができる。
According to the ground fault detection device according to
また、請求項2記載の地絡検出装置によれば、電流の実効値を算出することができるため、この実効値に基づいて電力線において発生した地絡事故の発生区間(電流の発生区間)を特定することができる。 In addition, according to the ground fault detection device of the second aspect, since the effective value of the current can be calculated, the occurrence section (current generation section) of the ground fault occurring in the power line based on the effective value is determined. Can be identified.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る地絡検出装置の最良の形態について説明する。 The best mode of a ground fault detection apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
最初に、地絡検出装置1の構成について図面を参照して説明する。
First, the configuration of the ground
地絡検出装置1は、図1に示すように、電流センサ部2、増幅部3、正側ピーク検出部4、負側ピーク検出部5、正側比較部6、負側比較部7、時計部8、表示部9、記憶部10、操作部11および制御部12を備えて構成されて、電線14に流れる電流Iを検出する。
As shown in FIG. 1, the ground
電流センサ部2は、一例として、カレントトランス2aと抵抗2bとを備えている。この場合、カレントトランス2aは、電線14がその中心部分を通過するように、この電線14に取り付けられている。抵抗2bは、カレントトランス2aによって検出された電流Iを電圧Vsに変換する。増幅部3は、入力した電圧Vsを予め設定された増幅率で増幅すると共に、正側ピーク検出部4、負側ピーク検出部5、正側比較部6および負側比較部7に電圧信号(本発明における入力波形)Siとして出力する。一例として、増幅部3は、電流Iが100アンペアのときに電圧信号Siが1ボルトとなるように、その増幅率が規定されている。
As an example, the
正側ピーク検出部4は、入力した電圧信号Siについての正側のピーク値Vp1を検出して保持すると共に、このピーク値Vp1を制御部12に出力する。また、正側ピーク検出部4は、リセット信号Srを入力したときに、保持しているピーク値Vp1を例えばゼロボルトにリセットする。負側ピーク検出部5は、入力した電圧信号Siについての負側のピーク値Vp2を検出して保持すると共に、このピーク値Vp2を制御部12に出力する。また、負側ピーク検出部5も、リセット信号Srを入力したときに、正側ピーク検出部4と同様にして、保持しているピーク値Vp2を例えばゼロボルトにリセットする。この場合、正側ピーク検出部4および負側ピーク検出部5は、いわゆるピークホールド回路であって、例えば、ダイオードと、ダイオードに直列に接続されて充電されるキャパシタと、キャパシタに並列に接続されてリセット信号Srの入力時にオン状態に移行してキャパシタを放電するトランジスタ等のリセット用スイッチ素子とを備えた公知の回路で構成されている。
The positive peak detection unit 4 detects and holds the positive peak value Vp1 for the input voltage signal Si, and outputs the peak value Vp1 to the
正側比較部6は、一例としてコンパレータで構成されて、入力した電圧信号Siと予め設定された正極性閾値Vre1とを比較し、電圧信号Siが正極性閾値Vre1よりも上昇したときにパルス状の検出信号(本発明における第1の検出信号)Sd1を制御部12に出力する。負側比較部7は、一例としてコンパレータで構成されて、入力した電圧信号Siと予め設定された負極性閾値Vre2とを比較し、電圧信号Siが負極性閾値Vre2よりも低下したときにパルス状の検出信号(本発明における第2の検出信号)Sd2を制御部12に出力する。
The positive
時計部8は、例えばリアルタイムクロック(RTC)で構成されて、日時データDtを制御部12に出力する。表示部9は、例えばLCDで構成されて、制御部12から入力したデータを表示する。記憶部10は、ROMおよびRAM等で構成されて、制御部12のための動作プログラムを記憶すると共に、電流Iについての第一波のピーク値(ピーク電流値Ip)、測定日時データDmt、および極性データDpoをそれぞれ記憶する。操作部11は、操作スイッチ(図示せず)を備え、制御部12に対する表示コマンドDdの出力を可能に構成されている。制御部12は、CPU等で構成されると共に、記憶部10に記憶されている動作プログラムに従って作動して、検出信号Sd1,Sd2のいずれかを入力したときに、電流Iについてのピーク値検出処理を実行することにより、電流Iについてのピーク値(ピーク電流値Ip)の算出と、このピーク値の極性データDpoの特定とを行い、ピーク電流値Ipと極性データDpoとを測定日時データDmtと共に記憶部10に記憶させる。また、制御部12は、操作部11から表示コマンドDdを入力したときには、過去に発生した電流Iについて検出および特定したピーク値(ピーク電流値Ip)と極性データDpoとを、測定日時データDmtと共に記憶部10から読み出して表示部9に表示させる。
The
次いで、地絡検出装置1の動作について図1を参照して説明する。
Next, the operation of the ground
地絡検出装置1では、電源が投入された際に、制御部12が、正側ピーク検出部4および負側ピーク検出部5にリセット信号Srを出力することにより、正側ピーク検出部4および負側ピーク検出部5によって保持されている各ピーク値Vp1,Vp2をリセットする。その後、正側ピーク検出部4は、入力した電圧信号Siに含まれている正側のピーク値Vp1を連続して検出する。一方、負側ピーク検出部5は、入力した電圧信号Siに含まれている負側のピーク値Vp2を連続して検出する。正側比較部6は、入力した電圧信号Siが正極性閾値Vre1よりも上昇したか否かを常に監視する。一方、負側比較部7は、入力した電圧信号Siが負極性閾値Vre2よりも低下したか否かを常に監視する。また、制御部12は、検出信号Sd1,Sd2が各比較部6,7から出力される都度、その検出信号Sd1,Sd2を繰り返して入力する。
In the ground
この状態において、電流Iが電線14を流れた際には、この電流Iに比例した電圧Vsが、電流センサ部2のカレントトランス2aに接続された抵抗2bの両端に発生する。増幅部3は、この電圧Vsを所定の増幅率で増幅して電圧信号Siを生成し、図1に示すように、正側ピーク検出部4、負側ピーク検出部5、正側比較部6および負側比較部7にその電圧信号Siをそれぞれ出力する。地絡が発生していない状態においては、電流Iは、通常、その周波数が商用周波数(例えば50Hz)と同じで、かつその振幅が低いレベルにある。このため、電圧信号Siは、正極性閾値Vre1および負極性閾値Vre2のいずれにも達することはない。一方、地絡が発生したときには、電流Iは、その振幅が急激に増大する。このため、電圧信号Siもその振幅が急激に増大する結果、電圧信号Siは、正極性閾値Vre1および負極性閾値Vre2のいずれかに最初に達する正極性または負極性の第一波を含むようになる。一例として、最初に正極性側の振幅が急激に増大する第一波(正極性の第一波)を含む電流Iが電線14に流れたときには、電圧信号Siは、図2に示すように、電流Iの第一波に対応する正極性の波(以下、「電圧信号Siの第一波」ともいう)を含んで構成される。この場合、電圧信号Siの第一波は、まず正極性閾値Vre1を超えてピーク値Vp1まで急速に上昇した後に、0ボルトに向けて急速に低下する。なお、同図に示す電圧信号Siは、この第一波に続いて発生する負極性の第二波を含んでいる。このため、正側比較部6が、電圧信号Siの第一波が上昇して正極性閾値Vre1を横切った時点で、検出信号Sd1を生成して制御部12に出力し、次いで、負側比較部7が、電圧信号Siの第二波が低下して負極性閾値Vre2を横切った時点で、検出信号Sd2を生成して制御部12に出力する。正側ピーク検出部4は、入力した電圧信号Siに含まれている正側のピーク値Vp1(第一波のピーク値)を検出して保持し、負側ピーク検出部5は、入力した電圧信号Siに含まれている負側のピーク値Vp2(第二波のピーク値)を検出して保持する。
In this state, when the current I flows through the
制御部12は、正側ピーク検出部4および負側ピーク検出部5をリセットした後の状態において、検出信号Sd1および検出信号Sd2のいずれか早い方を入力したときに、電流Iについてのピーク値検出処理を実行して、電流Iに含まれている第一波のピーク値(ピーク電流値Ip)と、このピーク値の極性を示す極性データDpoと、電流Iの検出日時を示す測定日時データDmtとを対応付けて記憶部10に記憶させる。具体的には、制御部12は、検出信号Sd1および検出信号Sd2のいずれか早い方を入力したときに、時計部8から日時データDtを入力して、測定日時データ(タイムスタンプ)Dmtとして記憶部10に記憶させる。次いで、制御部12は、検出信号Sd1および検出信号Sd2のいずれか早く入力した方の種類に応じて(最初に入力した検出信号が検出信号Sd1であるか、または検出信号Sd2であるかに応じて)、電流Iに含まれている第一波のピーク値の極性を特定して、極性データDpoとして測定日時データDmtに対応させて記憶部10に記憶させる。この場合、制御部12は、検出信号Sd1をより早く入力したときには、電流Iに含まれている第一波のピーク値の極性を正極性と特定し、検出信号Sd2をより早く入力したときには、電流Iに含まれている第一波のピーク値の極性を負極性と特定する。
When the
次いで、制御部12は、特定した極性が正極性のときには正側ピーク検出部4からピーク値Vp1を入力し、特定した極性が負極性のときには負側ピーク検出部5からピーク値Vp2を入力し、入力したピーク値Vp1(またはVp2)に基づいて電流Iについての第一波のピーク値(ピーク電流値Ip)を算出する。本例では、上述したように、電流Iが100アンペアのときに電圧信号Siが1ボルトとなるように増幅部3の増幅率が規定されているため、制御部12は、ピーク電流値Ipの算出に際して、正側ピーク検出部4から取り込んだピーク値Vp1または負側ピーク検出部5から取り込んだピーク値Vp2をピーク電流値Ipとして算出する。また、制御部12は、算出した電流Iについての第一波のピーク値(ピーク電流値Ip)を測定日時データDmtに対応させて記憶部10に記憶させる。最後に、制御部12は、リセット信号Srを出力することにより、正側ピーク検出部4および負側ピーク検出部5によって保持されているピーク値Vp1,Vp2をそれぞれリセットする。これにより、1回の電流Iに対するピーク値検出処理が完了する。一例として、図2に示す電圧信号Siについては、その第一波が正極性の波であるため、制御部12は、検出信号Sd1を最初に入力する。したがって、制御部12は、正極性を示す極性データDpoと正側ピーク検出部4において検出された正側のピーク値Vp1(ピーク電流値Ip)とを、測定日時データDmtに対応させて記憶部10にそれぞれ記憶させる。制御部12は、地絡検出装置1の電源がオフされるまでの間、電線14に電流Iが発生する都度、上述した電流Iに対するピーク値検出処理を繰り返し実行して、発生した電流I毎のピーク電流値Ip、極性データDpoおよび測定日時データDmtを、測定日時データDmtによって示される日時順に記憶部10に記憶させる。
Next, the
また、図2に示した波形に限らず、電圧信号Siは、電流Iに応じて、例えば図3や図4に示すようになることがある。具体的には、図3に示す電圧信号Siは、第一波と第二波の極性が異なり、かつ第一波のピーク値Vp1の絶対値よりも第二波のピーク値Vp2の絶対値の方が大きくなる。また、図4に示す電圧信号Siは、第二波が第一波に対して逆極性とならずに、第一波と第二波とが同一の極性となる。制御部12は、いずれの電圧信号Siに対しても、各比較部6,7から最初に入力した信号の種類(検出信号Sd1または検出信号Sd2)に基づいて第一波を特定して、この第一波の極性データDpoとピーク値(ピーク電流値Ip)とを、測定日時データDmtに対応させて記憶部10に記憶させる。したがって、制御部12は、地絡の態様に応じて波形が様々に変化する電流Iについての正極性閾値Vre1を超えたかまたは負極性閾値Vre2よりも低下した第一波のピーク値を正確に検出して記憶部10に記憶させることができる。
In addition to the waveform shown in FIG. 2, the voltage signal Si may be as shown in FIGS. 3 and 4, for example, depending on the current I. Specifically, the voltage signal Si shown in FIG. 3 is different in polarity between the first wave and the second wave, and has an absolute value of the peak value Vp2 of the second wave rather than the absolute value of the peak value Vp1 of the first wave. Will be bigger. In the voltage signal Si shown in FIG. 4, the second wave does not have a reverse polarity with respect to the first wave, and the first wave and the second wave have the same polarity. For any voltage signal Si, the
一方、操作部11から表示コマンドDdを制御部12に入力したときには、制御部12は、記憶部10に記憶されている電線14についての電流Iのピーク電流値Ip、極性データDpoおよび測定日時データDmtを読み出して表示部9に表示させる。したがって、作業者は、電力線の各電線14に配設された各地絡検出装置1によってその記憶部10に自動的に記憶されたピーク電流値Ip、極性データDpoおよび測定日時データDmtの内の、ほぼ同じ日時に検出されたピーク電流値Ipおよび極性データDpoに基づいて、この日時に電力線において発生した地絡事故の発生区間(電流の発生区間)を特定することができる。
On the other hand, when the display command Dd is input from the
このように、この地絡検出装置1によれば、正側ピーク検出部4、負側ピーク検出部5、正側比較部6、負側比較部7および時計部8を備え、制御部12が、検出信号Sd1を入力したときに、正側ピーク検出部4によって検出されたピーク値Vp1に基づいて算出した電流Iについての第一波のピーク電流値Ipと正極性を示す極性データDpoとを測定日時データDmtと共に記憶部10に記憶させ、検出信号Sd2を入力したときに、負側ピーク検出部5で検出されたピーク値Vp2に基づいて算出した電流Iについての第一波のピーク電流値Ipと負極性を示す極性データDpoとを測定日時データDmtと共に記憶部10に記憶させることにより、地絡検出装置1を取り付けた電線14において発生した電流Iについての第一波のピーク電流値Ipおよびその極性を示す極性データDpoを、高速なA/D変換器および大容量のメモリを使用することなく、直接検出して記憶部10に記憶させることができる。したがって、この地絡検出装置1によれば、高速なA/D変換器および大容量のメモリという高価で、しかも高消費電力の電子部品の使用を回避することができるため、製品コストを低減できると共に消費電力を低減することができる。また、この地絡検出装置1によれば、消費電力を低減できるため、バッテリで作動させる構成を採用したときには、所望の連続作動時間を確保しつつ、バッテリを小形化することができる結果、装置自体も小形化することができる。したがって、例えば電線14として、地中配電線の接続部などに設けられた接地用電線、架空配電線、屋内用配電線、その他、電力線などの誘導電流を流す電線を想定した場合においても、これらの電線に対して地絡検出装置1を容易に取り付けることができる共に、容易に取り外すことができる。
As described above, according to the ground
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、入力したピーク電流値Ipに基づいて電流Iについての実効値(実効電流値)Irmsを算出すると共に、算出した実効値Irmsをピーク電流値Ipと共に、またはピーク電流値Ipに代えて、測定日時データDmtと共に記憶部10に記憶させるように制御部12を構成することもできる。この場合、制御部12は、例えば、電流Iの波形を正弦波とみなして、ピーク電流値Ipを2の平方根で除算することにより、実効値Irmsを算出する。この構成により、この実効値Irmsに基づいて、電力線において発生した地絡事故の発生区間(電流の発生区間)を特定することができる。
In addition, this invention is not limited to said structure. For example, an effective value (effective current value) Irms for the current I is calculated based on the input peak current value Ip, and the calculated effective value Irms is measured together with the peak current value Ip or in place of the peak current value Ip. The
また、上記の正側比較部6および負側比較部7では、予め設定された固定値を正極性閾値Vre1および負極性閾値Vre2として使用する構成が採用されているが、この構成に代えて、操作部11で設定されて制御部12を介して入力した任意の値を正極性閾値Vre1および負極性閾値Vre2として使用する構成を採用することもできる。また、正極性閾値Vre1および負極性閾値Vre2用の候補値を記憶部10に予め複数記憶させておき、表示部9に表示されたこれらの候補値の内から任意の2つを操作部11を操作して特定し、この特定した2つの候補値を正極性閾値Vre1および負極性閾値Vre2として制御部12から正側比較部6および負側比較部7に出力させる構成を採用することもできる。このように、正極性閾値Vre1および負極性閾値Vre2を任意に設定できる構成を採用することにより、配設する電線毎に、この電線に流れる電流Iを検出するのに最適な値に正極性閾値Vre1および負極性閾値Vre2を設定することができる。したがって、配設された電線に発生した地絡を一層確実に検出することができる。具体的には、一例として、地絡が発生したときに流れる電流Iの最大測定値(ピーク電流値Ipの最大値)が200Aのときには、1A、4A、7A、10Aおよび15Aの5種類の値を正極性閾値Vre1用の候補値として、また−1A、−4A、−7A、−10Aおよび−15Aの5種類の値を負極性閾値Vre2用の候補値とすることができる。
The positive
また、図1に示すように、ブザー等の音発生機器やLED等の発光機器を用いて構成された出力部13をさらに設けることができる。この構成では、制御部12が、電流Iについての第一波のピーク電流値Ipおよびその極性を示す極性データDpoの記憶部10への記憶を完了した時点で、音や光を発生させるように出力部13を制御する。この構成によれば、作業者は、地絡検出装置1が電流Iについてのピーク電流値Ipおよび極性データDpoの検出完了を音や光で認識できる結果、電流Iについての発生検出作業を十分にやり易くすることができる。また、正側ピーク検出部4および負側ピーク検出部5の組に入力させる適正レベルと、正側比較部6および負側比較部7の組に入力させる適正レベルとが相違するときには、電圧信号Siの電圧レベルを増幅していずれか一方の組の適正レベルに合致させる増幅器を配設することもできる。
Moreover, as shown in FIG. 1, the
1 地絡検出装置
4 正側ピーク検出部
5 負側ピーク検出部
6 正側比較部
7 負側比較部
8 時計部
10 記憶部
12 制御部
Dt 日時データ
I 電流
Sd1,Sd2 検出信号
Si 電圧信号Si(入力波形)
Vp1,Vp2 ピーク値
DESCRIPTION OF
Vp1, Vp2 peak value
Claims (2)
前記入力波形についての負側のピーク値を検出する負側ピーク検出部と、
前記入力波形が正側閾値よりも上昇したときに第1の検出信号を出力する正側比較部と、
前記入力波形が負側閾値よりも低下したときに第2の検出信号を出力する負側比較部と、
日時データを生成する時計部と、
記憶部と、
前記第1の検出信号を入力したときに前記正側ピーク検出部によって検出された前記ピーク値と正極性を示す極性データとを前記日時データと共に前記記憶部に記憶させ、前記第2の検出信号を入力したときに前記負側ピーク検出部によって検出された前記ピーク値と負極性を示す極性データとを前記日時データと共に前記記憶部に記憶させる制御部とを備えている地絡検出装置。 A positive peak detector for detecting the positive peak value of the input waveform;
A negative peak detection unit for detecting a negative peak value for the input waveform;
A positive comparison section that outputs a first detection signal when the input waveform rises above a positive threshold;
A negative comparison unit that outputs a second detection signal when the input waveform falls below a negative threshold;
A clock section for generating date and time data;
A storage unit;
The peak value detected by the positive-side peak detection unit when the first detection signal is input and polarity data indicating positive polarity are stored in the storage unit together with the date / time data, and the second detection signal A ground fault detection device comprising: a control unit that stores the peak value detected by the negative peak detection unit and polarity data indicating a negative polarity in the storage unit together with the date / time data when the negative side peak detection unit is input.
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