JP2007057319A - 地絡事故点検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズ対策用のコンデンサが接続された直流回路であっても地絡事故点を容易に探査できる地絡事故点検出装置を提供することである。
【解決手段】 電気所の電気機器を操作するためのシーケンス回路１５ａ〜１５ｎに直流電源を供給すると共にシーケンス回路１５ａ〜１５ｎに混入するノイズ除去のためのコンデンサＣが接続された直流回路の地絡事故点Ｆを検出する地絡事故点検出装置は、発信機２０と探査機２１とを有する。発信機２０は、直流回路の地絡事故点の検出のために直流電源供給回路１４に周波数の異なる２種類の交流電圧を同時に印加する。探査機２１は、発信機２０から印加された周波数の異なる２種類の交流電圧により、それぞれ直流電源供給回路１４に流れる周波数成分ごとの電流値に基いて地絡事故点Ｆを判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電気所の電気機器を操作するためのシーケンス回路に直流電源を供給する直流回路の地絡事故点を検出する地絡事故点検出装置に関する。

変電所や開閉所等の電気所では、遮断器や断路器等の電気機器を操作するためのシーケンス回路に直流電源を供給する直流回路が設けられている。図５は、そのような電気所の直流回路の回路図である。電気所の直流回路は、直流電源装置１１から直流電源盤１２の開閉器１３を介して複数の直流電源供給回路１４ａ〜１４ｎにそれぞれ直流電源が供給される。

各々の直流電源供給回路１４ａ〜１４ｎのシーケンス回路１５ａ〜１５ｎの入力端には、ノイズ対策用のコンデンサＣが並列に接続されている。これは、シーケンス回路１５ａ〜１５ｎは、デジタル演算装置（例えば、マイクロコンピュータ）を用いて構成されることが多く、デジタル演算装置に混入するノイズを除去するためである。一方、直流回路の地絡を検出するために、直流回路の正極線と負極線との間に中性線を接地した直流地絡継電器１６が設置され、直流回路の地絡を検出するようにしている。

このような電気所の直流回路に地絡が発生すると直流の地絡電流が流れる。例えば、直流電源供給回路１４ｂのＦ点で地絡事故が発生したとすると、図５の点線矢印で示すように、直流電源装置１１の正極から直流電源盤１２の開閉器１３ｂ１、地絡事故点Ｆ、直流地絡継電器１６の接地点、負極側の直流地絡継電器１６を通って、直流電源装置１１の負極に戻る回路が形成され直流の地絡電流が流れる。これにより、直流地絡継電器１６が動作するので、直流電源供給回路１４ａ〜１４ｎのいずれかに地絡事故が発生したことが分かる。さらに、地絡事故点Ｆを探査するには、各々の直流電源供給回路１４ａ〜１４ｎについて、直流の地絡電流が流れているか否かを調査し、地絡事故が発生している直流電源供給回路１４ａ〜１４ｎを特定することになる。この場合、交流の地絡電流の場合にはクランプＣＴにより容易に検出できるが、直流の地絡電流を検出することが難しい。

そこで、直流地絡継電器１６が動作し地絡事故が発生したことが検出されると、各々の直流電源供給回路１４ａ〜１４ｎに交流電流を強制的に流し、クランプＣＴにより、その流した交流電流の有無や変化状態で地絡事故点Ｆを探査するようにしている。

例えば、配電線路に発生した事故点を探査するものとして、配電線路に高電圧パルスを繰り返し印加し、その高電圧パルスにより発生する配電線のパルス電流を検出器（クランプＣＴ）により検出することにより事故点を探査するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開昭５７−３０５６号公報

しかし、各々の直流電源供給回路１４ａ〜１４ｎのシーケンス回路１５ａ〜１５ｎの入力端には、ノイズ対策用のコンデンサＣが接続されているので、高電圧パルスを印加した場合に、印加した直流電源供給回路１４ａから１４ｎに地絡事故点Ｆがなくてもノイズ対策用のコンデンサＣに交流電流が流れることになり、事故点Ｆを探査することができない。

図６は、強制的に交流電流を流し地絡事故点Ｆを探査する従来例の説明図である。直流電源供給回路１４ｂの地絡事故点Ｆで地絡が発生したとする。そうすると、直流地絡継電器１６により地絡事故が検出される。この状態では、直流の地絡電流が流れるので、直流地絡継電器１６の接地点に設けられたスイッチ１７をオンオフし、断続する交流の地絡電流に変換する。直流の地絡電流を交流の地絡電流に変換することにより、地絡事故点Ｆを通る地絡電流も交流電流となり、この地絡電流をクランプＣＴ１８により検出し電流計１９に出力する。

ところが、図６の点線矢印で示すように、直流電源装置１１の正極から地絡事故点Ｆを通り直流電源装置１１の負極に戻る回路が形成されるだけでなく、交流の地絡電流に変換したことに伴い、直流電源装置１１の正極からノイズ対策用のコンデンサＣを通り直流電源装置１１の負極に戻る回路も形成される。従って、地絡事故点Ｆからノイズ対策用のコンデンサＣまでの間においても電流が流れることになり、その間にクランプＣＴ１８を配置した場合に電流を検出してしまうので、地絡事故点Ｆの特定が困難になる。また、健全な直流電源供給回路１４ａにおいても、直流の地絡電流が交流の地絡電流に変換されたことに伴い、ノイズ対策用のコンデンサＣに電流が流れることになり、地絡事故点Ｆの特定が困難になる。

本発明の目的は、ノイズ対策用のコンデンサが接続された直流回路であっても地絡事故点を容易に探査できる地絡事故点検出装置を提供することである。

請求項１の発明に係わる地絡事故点検出装置は、電気所の電気機器を操作するためのシーケンス回路に直流電源を供給すると共に前記シーケンス回路に混入するノイズ除去のためのコンデンサが接続された直流回路を構成する直流電源供給回路の地絡事故点を検出する地絡事故点検出装置において、前記直流電源供給回路の地絡事故点の検出のために前記直流電源供給回路に周波数の異なる２種類の交流電圧を同時に印加する発信機と、前記発信機から印加された周波数の異なる２種類の交流電圧によりそれぞれ前記直流電源供給回路に流れる周波数成分ごとの電流値に基いて地絡事故点を判定する探査機とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係わる地絡事故点検出装置は、請求項１の発明において、前記発信機は、商用電源周波数とは異なる第１の周波数の交流電圧を発信する第１の電圧信号発信回路と、第１の周波数より高く商用電源周波数とは異なる第２の周波数の交流電圧を発信する第２の電圧信号発信回路と、第１の周波数の交流電圧および第２の周波数の交流電圧を合成した交流電圧を前記直流電源供給回路の正極側電力線または負極側電力線に印加する出力部と、前記直流電源供給回路から印加される異常電圧および異常電流に対して保護動作を行う保護回路とを備えたことを特徴とする。

請求項３の発明に係わる地絡事故点検出装置は、請求項１の発明において、前記探査機は、前記直流電源供給回路から入力した電流から商用電源周波数の電流を除去するフィルタ回路と、前記フィルタ回路を通過した電流から異なる周波数成分毎の電流を取り出しその電流値を比較して地絡事故点を判定する比較判定部と、比較判定部の判定結果を出力する出力装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、直流回路に周波数の異なる２種類の交流電圧を同時に印加し、周波数の大小により変化するコンデンサ成分に流れる電流と、周波数の大小により変化しない地絡事故点に流れる電流とを判別して地絡事故点を判定するので、ノイズ対策用のコンデンサが接続された直流回路であっても地絡事故点を容易に探査できる。

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地絡事故点検出装置を電気所の直流回路に適用した構成図である。電気所の直流回路は図５に示したものと同じであるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

いま、直流電源供給回路１４ｂのＦ点で地絡事故が発生したとすると、直流地絡継電器１６が動作し、直流電源供給回路１４ａ〜１４ｎのいずれかに地絡事故が発生したことが検出される。次に、本発明の実施の形態に係わる地絡事故点検出装置により地絡事故点Ｆを探査することになる。

本発明の実施の形態に係わる地絡事故点検出装置は、直流電源供給回路１４ａ〜１４ｎに周波数の異なる２種類の交流電圧を同時に印加する発信機２０と、この発信機２０から印加された周波数の異なる２種類の交流電圧による交流電流を検出するクランプＣＴ１８と、クランプＣＴ１８により検出された周波数成分ごとの電流値に基いて地絡事故点を判定する探査機２１とから構成される。

地絡事故点Ｆの探査のために、まず、発信機２０の一方端子を直流電源装置１１近傍の正極線に接続し他方端子を接地する。そして、周波数の異なる２種類の交流電圧を印加する。これにより、直流電源供給回路１４ａの正極線に接続された少なくともノイズ対策用のコンデンサＣを通る回路が形成され、また、もし直流電源供給回路１４ａの正極線が地絡している場合には地絡事故点を通る回路が形成される。直流電源供給回路１４ａの正極線には地絡事故点は発生していないので、ノイズ対策用のコンデンサＣを通る回路のみ形成される。

クランプＣＴ１８は、発信機２０から印加された周波数の異なる２種類の交流電圧により直流電源供給回路１４ａを流れる電流を検出する。探査機２１は、クランプＣＴ１８により検出された周波数成分ごとの電流値に基いて地絡事故点Ｆを判定する。

ここで、探査機２１での地絡事故点Ｆの判定の仕方について説明する。発信機２０から印加する交流印加電圧Ｖに対し、直流電源供給回路１４のノイズ対策用のコンデンサＣに流れる電流Ｉｃは、角周波数をω（ω＝２πｆ、ｆ：周波数）としたとき、下記（１）式で示される。

Ｉｃ＝−ｊωＣＶ …（１）
一方、直流電源供給回路１４に地絡が発生している場合の地絡電流Ｉｇは、地絡抵抗をＲとしたとき、交流印加電圧Ｖに対し下記（２）式で示される。

Ｉｇ＝（１／Ｒ）Ｖ …（２）
つまり、（１）式から分かるように、コンデンサＣに流れる電流Ｉｃは周波数ｆ（ω＝２πｆ）が大きくなれば大きくなるが、地絡事故点に流れる電流Ｉｇは、（２）式から分かるように周波数ｆの影響を受けない。

そこで、周波数だけが異なる２種類の交流電圧として、一方の周波数をｆとし、他方の周波数をｎｆとした交流電圧Ｖ１、Ｖ２を用意する。そして、探査機２１は、クランプＣＴ１８で検出された電流から周波数ｆ成分の電流と、周波数ｎｆ成分の電流を抽出し、周波数成分ごとの電流値Ｉｆ、Ｉｎｆを求める。そして、周波数ｆ成分の電流値Ｉｆと、周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆとを比較し、（３）式が成立するときは地絡事故点Ｆがない場合と判定し、（４）式が成立するときは地絡事故点Ｆがある場合と判定する。

ｎ・Ｉｆ−Ｉｎｆ≒０ …（３）
ｎ・Ｉｆ−Ｉｎｆ＞０ …（４）
すなわち、地絡事故点Ｆがない場合には、周波数ｆの交流電圧Ｖｆおよび周波数ｎｆの交流電圧Ｖｎｆによる電流は、ノイズ対策用のコンデンサＣにのみ流れる。従って、（１）式より、周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆは周波数ｆ成分の電流値Ｉｆよりｎ倍の値となる。このことから、地絡事故点Ｆがない場合には（３）式が成立する。

一方、地絡事故点Ｆがある場合には、周波数ｆの交流電圧Ｖｆおよび周波数ｎｆの交流電圧Ｖｎｆによる電流は、ノイズ対策用のコンデンサＣだけでなく地絡事故点Ｆにも流れる。地絡事故点Ｆの地絡抵抗に流れる電流は、（２）式に示すように周波数の影響を受けないので、周波数ｆ成分の電流値Ｉｆと周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆとは同じ値となる。従って、周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆは周波数が大きくなっても大きくならないことから、周波数ｆ成分の電流値Ｉｆをｎ倍した電流値ｎ・Ｉｆは、周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆよりも大きくなる。このことから、地絡事故点Ｆがある場合には（４）式が成立する。

図１において、直流電源供給回路１４ａの正極線には地絡事故点は発生していないので、ノイズ対策用のコンデンサＣを通る回路のみ形成される。従って、周波数ｆの交流電圧Ｖｆおよび周波数ｎｆの交流電圧Ｖｎｆによる電流は、ノイズ対策用のコンデンサＣにのみ流れるので、周波数ｆ成分の電流値Ｉｆと周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆとの関係として（３）式が成立する。つまり、探査機２１は、（３）式が成立することから直流電源供給回路１４ａの正極線には地絡事故点が発生していないと判定する。

図２は、本発明の実施の形態に係わる地絡事故点検出装置を地絡事故点Ｆのある直流電源供給回路１４ｂの正極線に接続した場合の説明図である。直流電源供給回路１４ｂの正極線には地絡事故点Ｆが発生しているので、直流電源盤１２近傍の直流電源供給回路１４ｂの正極線に発信機２０を接続すると、発信機２０からの周波数の異なる２種類の交流電圧の印加により、ノイズ対策用のコンデンサＣを通る回路だけでなく地絡事故点Ｆを通る回路も形成される。

発信機２０から地絡故障点Ｆまでの間においては、地絡事故点Ｆの地絡抵抗Ｒに流れる電流とノイズ対策用のコンデンサＣに流れる電流とが流れる。従って、この間の位置Ｐ１にクランプＣＴ１８を配置し直流電源供給回路１４ｂの正極線に流れる電流を検出すると、この間には（１）式と（２）式で示される電流が検出される。そして、探査機２１で周波数ｆ成分の電流値Ｉｆと周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆとを求め、その関係を求めると、周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆの一部が地絡抵抗Ｒを流れることから、周波数ｆ成分の電流値Ｉｆをｎ倍した電流値ｎ・Ｉｆは、周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆよりも大きくなるので（４）式が成立する。従って、直流電源供給回路１４ｂの正極線には地絡事故点Ｆが発生していると判定する。

一方、地絡故障点Ｆからノイズ対策用のコンデンサＣまでの間においては、地絡事故点Ｆの地絡抵抗Ｒに流れる電流は流れず、ノイズ対策用のコンデンサＣに流れる電流だけが流れる。従って、その間の位置Ｐ２にクランプＣＴ１８を配置し直流電源供給回路１４ｂの正極線に流れる電流を検出すると、この間には（１）式で示される電流が検出される。探査機２１で周波数ｆ成分の電流値Ｉｆと周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆとを求め、その関係を求めると、周波数ｆ成分の電流値Ｉｆをｎ倍した電流値ｎ・Ｉｆは、周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆとほぼ等しくなり（３）式が成立する。従って、地絡事故点Ｆが発生していないと判定する。

このことから、発信機２０から地絡故障点Ｆまでの間のクランプＣＴ１８を配置した位置Ｐ１と、地絡故障点Ｆからノイズ対策用のコンデンサＣまでの間のクランプＣＴ１８を配置した位置Ｐ２との間に、地絡故障点Ｆが発生していることが分かる。

図３は、本発明の実施の形態に係わる地絡事故点検出装置の発信機２０のブロック構成図である。発信機２０は、周波数が異なる電圧信号を発生する第１の電圧信号発信回路２２および第２の電圧信号発信回路２３を有する。第１の電圧信号発信回路２２および第２の電圧信号発信回路２３は、電圧実効値は同じで周波数だけが異なる電圧信号をそれぞれ発信する。第１の電圧信号発信回路２２は、商用電源周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）およびその第３調波とは異なる第１の周波数ｆの交流電圧Ｖ１を発信し、第２の電圧信号発信回路２３は、第１の周波数ｆより高く商用電源周波数およびその第３調波とは異なる第２の周波数ｎｆの交流電圧Ｖ２を発信する。

例えば、第１の周波数ｆを１０Ｈｚとし、第２の周波数ｎｆを３２Ｈｚとする。これは、１０Ｈｚ以下の低周波数域ではクランプＣＴの感度が悪くなるからである。一方、周波数を上げると、電気所の直流回路のノイズ対策用のコンデンサＣに流れる電流が多くなり設備に悪影響を与える可能性がある。また電気所の商用電源周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を避けておかないと商用電源周波数による誘導電圧や誘導電流の影響を受けて検出が困難になる。そこで、第１の周波数ｆを１０Ｈｚとし、第２の周波数ｎｆを３２Ｈｚとする。また、第２の周波数ｎｆを３２Ｈｚとしたのは第１周波数ｆの第３調波（３０Ｈｚ）となるのを避けるためである。

第１の電圧信号発信回路２２および第２の電圧信号発信回路で発信された周波数の異なる２つの交流電圧Ｖ１、Ｖ２は、ゲイン調整回路２４でゲイン調整され増幅回路２５で増幅されて出力部２６に入力される。出力部２６は、第１の周波数ｆの交流電圧Ｖ１および第２の周波数ｎｆの交流電圧Ｖ２の合成電圧を直流電源供給回路１４に印加するものであり、直流電源供給回路１４の正極線または負極線に接続する接続端子を有すると共に絶縁トランスと直流カットコンデンサを有する。絶縁トランスおよび直流カットコンデンサを有するのは、接続端子を直流電源供給回路１４に接続したときに直流電源供給回路１４の直流電圧が直接的に発信機２０に印加されるのを防止すると共に、直流電圧による急峻な電流が流れることを防止するためである。

保護回路２７は、発信機２０が接続された直流電源供給回路１４から印加される異常電圧および異常電流に対して保護動作を行うものである。発信機２０が接続された直流電源供給回路１４の電圧は、保護回路２７の電圧検出部２８で検出され電圧監視部２９に入力される。電圧監視部２９は、例えば、直流電源供給回路１４の電圧が商用電源周波数による誘導電圧の影響を受けているときは、出力部２６をロックして周波数の異なる２つの交流電圧Ｖ１、Ｖ２の出力を阻止したり、直流電源供給回路１４の正極線または負極線を識別して出力部２６の出力極性を切り替えたりする。

一方、発信機２０が接続された直流電源供給回路１４の電流は、保護回路２７の電流検出部３０で検出され電流監視部３１に入力される。電流監視部３１は、地絡事故点Ｆの地絡抵抗Ｒが小さい場合には、周波数の異なる２つの電圧信号の印加による地絡電流が過大になるので、ゲイン調整回路２４のゲインを調整し地絡電流が過大にならないようにする。

次に、図４は、本発明の実施の形態に係わる地絡事故点検出装置の探査機２１のブロック構成図である。探査機２１はクランプＣＴ１８で検出された電流を入力部３２により入力し、入力した電流をフィルタ回路３３に出力する。フィルタ回路３３は、クランプＣＴ１８で検出された直流電源供給回路１４の電流から商用電源周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の電流を除去するものである。これにより、電気所の商用電源周波数の誘導電流の影響を除去する。

フィルタ回路３３で商用電源周波数の電流を除去された電流は、第１の抽出部３４および第２の抽出部３５に入力され、第１の抽出部３４によりフィルタ回路３３を通過した電流から第１の周波数ｆ成分の電流値Ｉｆを取り出し、第２の抽出部３５によりフィルタ回路３３を通過した電流から第２の周波数ｆ成分の電流値Ｉｎｆを取り出す。第１の抽出部３４で取り出された周波数ｆ成分の電流値Ｉｆおよび第２の抽出部３５で取り出された周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆは比較判定部３６に入力され、周波数ｆ成分の電流値Ｉｆと周波数ｎｆ成分の電流値Ｉｎｆとを比較して地絡事故点Ｆを判定する。そして、その比較判定部３６での判定結果を出力装置３７に出力し作業員に報知する。

ここで、比較判定部３６での判定基準は、前述したように、（３）式および（４）式により地絡事故点Ｆの有無を判定する。例えば、第１の周波数ｆが１０Ｈｚで、第２の周波数ｎｆが３２Ｈｚである場合には、（３）式および（４）式のｎはｎ＝３．２として判定することになる。

このように、本発明の実施の形態によれば、周波数だけが異なる交流電圧Ｖ１、Ｖ２による周波数ｆの電流Ｉｆと周波数ｎｆによる電流Ｉｎｆとの電流値の大きさにより、ノイズ対策用のコンデンサに流れる電流と、地絡事故点に流れる電流とを判別するので、ノイズ対策用のコンデンサが接続された直流回路であっても地絡事故点を容易に探査できる。

本発明の実施の形態に係わる地絡事故点検出装置を電気所の直流回路に適用した構成図。 本発明の実施の形態に係わる地絡事故点検出装置を地絡事故点のある直流電源供給回路の正極線に接続した場合の説明図。 本発明の実施の形態に係わる地絡事故点検出装置の発信機のブロック構成図。 本発明の実施の形態に係わる地絡事故点検出装置の探査機のブロック構成図。 電気所の直流回路の回路図。 電気所の直流回路に強制的に交流電流を流し地絡事故点を探査する従来例の説明図。

符号の説明

１１…直流電源装置、１２…直流電源盤、１３…開閉器、１４…直流電源供給回路、１５…シーケンス回路、１６…直流地絡継電器、１７…スイッチ、１８…クランプＣＴ、１９…電流計、２０…発信機、２１…探査機、２２…第１の電圧信号発信回路、２３…第２の電圧信号発信回路、２４…ゲイン調整回路、２５…増幅回路、２６…出力部、２７…保護回路、２８…電圧検出部、２９…電圧監視部、３０…電流検出部、３１…電流監視部、３２…入力部、３３…フィルタ回路、３４…第１の抽出部、３５…第２の抽出部、３６…比較判定部、３７…出力装置

Claims (3)

1. 電気所の電気機器を操作するためのシーケンス回路に直流電源を供給すると共に前記シーケンス回路に混入するノイズ除去のためのコンデンサが接続された直流回路を構成する直流電源供給回路の地絡事故点を検出する地絡事故点検出装置において、
   前記直流電源供給回路の地絡事故点の検出のために前記直流電源供給回路に周波数の異なる２種類の交流電圧を同時に印加する発信機と、
   前記発信機から印加された周波数の異なる２種類の交流電圧によりそれぞれ前記直流電源供給回路に流れる周波数成分ごとの電流値に基いて地絡事故点を判定する探査機とを備えたことを特徴とする地絡事故点検出装置。
2. 前記発信機は、商用電源周波数とは異なる第１の周波数の交流電圧を発信する第１の電圧信号発信回路と、
   第１の周波数より高く商用電源周波数とは異なる第２の周波数の交流電圧を発信する第２の電圧信号発信回路と、
   第１の周波数の交流電圧および第２の周波数の交流電圧を合成した交流電圧を前記直流電源供給回路の正極側電力線または負極側電力線に印加する出力部と、
   前記直流電源供給回路から印加される異常電圧および異常電流に対して保護動作を行う保護回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の地絡事故点検出装置。
3. 前記探査機は、前記直流電源供給回路から入力した電流から商用電源周波数の電流を除去するフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路を通過した電流から異なる周波数成分毎の電流を取り出しその電流値を比較して地絡事故点を判定する比較判定部と、
   比較判定部の判定結果を出力する出力装置とを備えたことを特徴とする請求項１記載の地絡事故点検出装置。
   

Images