JP2007159318A

JP2007159318A - 地絡方向検出装置

Info

Publication number: JP2007159318A
Application number: JP2005353788A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakada; 一夫中田; Takeshi Hotta; 剛堀田
Original assignee: Hokuriku Electric Power Co
Current assignee: Hokuriku Electric Power Co
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: JP5020508B2

Abstract

【課題】正確で簡素な地絡方向検出装置の提供。
【解決手段】配電設備に設置する検出部１に、零相電流検出手段４及び電源電圧検出手段５と地絡事故と判定した際の零相電流、電源電圧を同期保存する地絡判定手段６とを備え、前記検出部１で得た情報に基づき地絡方向を判定する判定部２に、変電所で検出された地絡が発生した相を示す地絡発生相データを受信するための通信手段３を備えると共に、地絡判定手段６が保存した零相電流と電源電圧との位相差と前記地絡発生相データから地絡点の方向を導く地絡方向判定手段７を備え、前記地絡方向判定手段７が位相算定モジュール８と判定モジュール９を具備する地絡方向検出装置。
【選択図】図１

Description

配電線に間欠的な地絡が発生している場合、地絡点の位置を絞り込むために、地絡点の方向が電源側か負荷側かを判定するための装置（以下、地絡方向検出装置）、及びその検出方法に関する。

配電用変電所の変圧器には、通常、複数の配電線が接続されており地絡が発生した場合、各配電線から一様に地絡点に向かって零相電流が流れる(図２参照)。この地絡が間欠的で巡視等で地絡箇所が発見できない場合、地絡点の位置を絞り込むために、地絡点の方向が電源側か負荷側かを判定するための地絡方向検出装置を設置する。

また、配電線において、地絡が発生したかを判定する手段は、当該配電線に電気を供給する変電所に設置された地絡継電器により、当該配電線に地絡が発生したかどうかを検出しており、前記地絡継電器が動作して初めて前記巡視等を開始する。一般的には、前記地絡継電器が動作した場合、地絡が発生した相（以下、地絡発生相と記す。）を表示する。

従来、前記地絡方向検出装置は、配電線の零相電圧および零相電流を測定する機能を必要とし、前記零相電圧と零相電流の位相差を比較することにより、地絡点が装置の電源側か負荷側かを判定していた。（例えば、下記特許文献１参照）

特開平５−２２８５２号公報

配電線において、零相電圧を測定するためには、零相電圧測定装置を新たに設置する必要があり、装置および工事費が高額になると言う問題がある。しかも、装置を設置したい柱に他に多くの機器が取り付けられている場合においては、新たに零相電圧測定装置を設置できないという問題もあった。

また、零相電圧を測定する装置を省略する手段として、１相の対地電圧を観測し、その時間変化データに基づいて地絡方向を決定する手法も考案されているが、この手法では、地絡発生時に、負荷の変化による電圧変動や、変電所もしくは配電線途中に設置された電圧調整装置の動作に伴う電圧変動が発生した場合、対地電圧も変動するため、地絡方向を決定できないという問題点があり、さらに、零相電圧測定装置の代わりに、１相の対地電圧を低圧に変圧する変圧器が別途必要となり、装置を設置したい柱に他に多くの機器が取り付けられている場合においては設置できないという問題点は解決されない（前記特許文献１参照）。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、地絡発生時に変電所において検出された地絡発生相のデータを基に、零相電圧測定装置を用いないで、開閉器等に内蔵された零相電流を測定できる装置のみにより、地絡方向を検出できる装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために為された本発明による地絡方向検出装置は、配電設備に設置する検出部と、当該検出部で得た情報に基づき地絡方向を判定する判定部とからなり、当該検出部に、零相電流検出手段及び電源電圧検出手段と、前記零相電流検出手段により配電線から取り込んだ零相電流の大きさを所定の閾レベルと比較して地絡事故の有無を判定すると共に、地絡事故と判定した際の零相電流、及び前記零相電流と同時に検出された電源電圧を同期保存する地絡判定手段とを備え、前記判定部に、変電所で検出された地絡が発生した相を示す地絡発生相データを受信するための通信手段と、地絡事故と判定した地絡判定手段が保存した零相電流と電源電圧との位相差と、前記地絡発生相データから地絡点の方向を導く地絡方向判定手段を備え、前記地絡方向判定手段が、地絡事故と判定した地絡判定手段が保存した零相電流と電源電圧との位相差から、前記地絡が発生した相の電圧を基準とした零相電流の位相を算定する位相算定モジュールと、当該算定位相により、地絡点が装置の電源側にあるか負荷側にあるかを判定する判定モジュールを具備することを特徴とする。

尚、前記地絡発生相データは、地絡方向検出装置が可搬型であることが一般的であることから、常設の通信線ではなく、無線にてデータを伝送する方法がより簡便である。又、当該地絡方向検出装置を、検出部と判定部で分割する構成を採り、検出部を配電設備に設置して、判定部を設備管理担当事業所に設置し得る様に下記の構成を持った地絡方向検出装置とすることも出来る。

即ち、配電設備に設置する検出部と、当該検出部で得た情報に基づき地絡方向を判定する判定部とからなり、当該検出部に、零相電流検出手段及び電源電圧検出手段と、前記零相電流検出手段により配電線から取り込んだ零相電流の大きさを所定の閾レベルと比較して地絡事故の有無を判定すると共に、地絡事故と判定した際の零相電流、及び前記零相電流と同時に検出された電源電圧を同期保存する地絡判定手段と、地絡事故と判定した地絡判定手段が保存した零相電流及び前記電源電圧を前記判定部へ送信する為の通信手段を備え、前記判定部に、前記検出部から送信された零相電流及び電源電圧並びに変電所で検出された地絡が発生した相を示す地絡発生相データを受信するための通信手段と、当該通信手段を介して受けた前記零相電流及び電源電圧並びに地絡発生相データから地絡点の方向を導く地絡方向判定手段を備え、前記地絡方向判定手段が、前記零相電流と電源電圧との位相差から、前記地絡が発生した相の電圧を基準とした零相電流の位相を算定する位相算定モジュールと、当該算定位相により、地絡点が装置の電源側にあるか負荷側にあるかを判定する判定モジュールを具備する地絡方向検出装置である。

具体例としては、前記判定モジュールが、前記算定位相が１８０度から２７０度を含む範囲にある場合を地絡点が装置の電源側に存在すると判定し、位相が０度から９０度を含む範囲にある場合を地絡点が装置の負荷側に存在すると判定する処理を行う地絡方向検出装置が挙げられる。

地絡方向を判定する際に用いる電源電圧にあっては、採取相の違いによって幾種類も取り得ることから、正確な処理を期すに際しては電源電圧の採取相を明確に把握することが必要となる。また、実際には、地絡抵抗及びノイズ等（以下、地絡状況と記す。）の影響に配慮して地絡方向を判定する必要もある。

そこで、前記位相算定モジュールが、零相電流の位相を算定するに際し、電源電圧の相の確認処理、対電源電圧相補正処理を含む演算処理を行い、前記判定モジュールが、地絡点の方向を判定するに際し、対地絡状況補正処理を含む演算処理を行う地絡方向検出装置とすることが望ましい。

具体例としては、前記判定モジュールが、前記対地絡状況補正処理を行うに際し、前記零相電流の位相の９０度から１８０度および２７０度から３６０度の範囲をそれぞれ２分割し、当該零相電流の位相が、１８０度から２７０度に近い範囲を１８０度から２７０度に存在するものと擬制すると共に、０度から９０度に近い範囲を０度から９０度に存在するものと擬制する処理を行う地絡方向検出装置が挙げられる。

これらの構成を適宜付加することによって、装置を設置した箇所の採取相の相異に応じて適格な位相補正を施した判定処理を行え、地絡点の方向を正確に導くことができることとなる。また、地絡時に電圧変動が生じても、電源電圧は位相のみを地絡方向の判定に利用しているため、地絡方向の検出ができないという問題は生じない。

本発明は、高価かつ電柱の状態によっては設置できない零相電圧測定装置を新たに設置する必要がなく、かつ、１台の装置により、変電所で検出された地絡相のデータを用いることで、地絡方向を検出することが可能となる。

以下、本発明による地絡方向検出装置の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示す例は、配電設備（配電線等）に適宜設けた検出部１及び判定部２からなるものであり、当該検出部１に、零相電流検出手段４、電源電圧検出手段５、及び地絡判定手段６を備え、前記判定部２に、変電所で検出された地絡が発生した相を示す地絡発生相データ（例えば、「地絡発生相＝Ｒ相」という形のデータ）を受信するための通信手段３を備えると共に、前記零相電流検出手段４にて検出された零相電流と、前記電源電圧検出手段５にて検出された電源電圧との位相差、及び前記地絡発生相データから地絡点の方向を判定する地絡方向判定手段７を備えたものである。

当該例においては、前記検出部１の前記零相電流検出手段４は、地絡時の零相電流の検出を目的として開閉器等に内蔵された零相電流計（ＺＣＴ）を用いて三相交流配電線路の零相電流の一括サンプリングを常時行い、信号ケーブル１２を介して前記地絡判定手段６へ出力する。また、前記電源電圧検出手段５は、定められた所定二相間の電源電圧（以下、電源電圧と記す。）を変圧器で降圧し（例えば、６６００Ｖから１１０Ｖ）、降圧後の電圧のサンプリングを常時行い前記地絡判定手段６へ出力する。

当該地絡判定手段６は、所定データ量（例えば、サンプリング数等）毎に零相電流値のピーク値および実効値を検出し、基準の閾レベルを超えているか否かを判定する。そして、更に、当該閾レベルを超えた継続時間が、基準の閾時間を超えているか否かを判定し、超えたと判定した場合に地絡事故の発生と位置づけ、当該地絡事故と判断した対象たる前記零相電流、及びそれと同時にサンプリングした前記電源電圧をメモリ等の記憶媒体に保存する。

前記判定部２は、変電所で検出された地絡発生相データを受け、その地絡方向判定手段７は、零相電流と電源電圧の位相差、及び電源電圧の相、並びに前記地絡発生相のデータから地絡点の方向（地絡相が装置の電源側にあるか負荷側にあるか）を判定する。

当該地絡方向判定手段７は、先ず、その位相算定モジュール８によって、前記地絡判定手段６の記憶媒体に保存された前記電源電圧と前記零相電流からそれらの位相差を導出する。当該位相差の導出は、前記記憶媒体に保存した電源電圧及び零相電流の信号データに対し、電源周波数の基本波のみを抽出するバンドパスフィルタを通過させた波形を導く演算処理を施すものである。即ち、以下の数式（１）乃至（６）で第１次高調波についてフーリエ変換し、それらのベクトルの位相を算出する演算処理を行うことによって前記位相差を導くものである。その他、例えば、バンドパスフィルタ通過後の前記電源電圧及び前記零相電流のゼロと交わる点の時間差から位相差を導出することもできる。

Ｉ_Re(1)、Ｉ_Im(1)：零相電流をフーリエ変換した値（第１次高調波成分）、
Φ(I(1))：I(1)の位相、Ｎ：サンプリング数

Ｖ_Re(1)、Ｖ_Im(1)：電源電圧をフーリエ変換した値（第１次高調波成分）、
Φ(V(1))：Ｖ(1)の位相、Ｎ：サンプリング数

次に、当該位相算定モジュール８によって、電源電圧の相の確認並びに補正を行う。この理由は、電源電圧の採取相の相異によって、当然に前記電源電圧と零相電流との位相差が相異し、それらを行わなければ、電源電圧の相に応じて地絡点の方向の判定結果が異なってしまうからである。例えば、電源電圧をＲ−Ｓ相から採取した場合とＳ−Ｔ相およびＴ−Ｒ相から採取した場合では、それぞれ＋２４０度進む分および＋１２０度進む分を算入する必要がある。

当該判定部２は、上記の如く零相電流及び電源電圧のベクトルの位相差を算出すると共に、電源電圧の相および前記地絡発生相データにより、下記表１に基づく換算を行い、地絡相電圧を基準とした零相電流の位相を算定する。

当該地絡方向判定手段７の判定モジュール９は、上記の如く位相算定モジュール８により導かれた位相を基に、その値が１８０度から２７０度を含む範囲にある場合には地絡点が前記検出部１の電源側に存在すると判定し、位相が０度から９０度を含む範囲にある場合には地絡点が前記検出部１の負荷側に存在すると判定する処理を行う。

一般的に、配電線に地絡が発生すると、地絡相の相電圧（3.810Ｖ、ただし、正規の電源に対して位相が１８０度異なる）を電源として、地絡回路に零相電流が流れる。地絡回路は、対地静電容量と地絡抵抗のみの回路として単純化できる（図３参照）。当該単純化された地絡回路に基づいて計算すると、地絡点が当該地絡方向判定装置の電源側の場合は、零相電流の位相は地絡相電圧の位相に対して約１８０度から２７０度進んだ範囲内となる。また、地絡時の零相電流は、地絡点の電源側と負荷側で１８０度位相が異なるため、地絡点の負荷側では、地絡相電圧の位相から約０度から９０度進んだ範囲内に地絡時の零相電流の位相が存在することになる（図４参照）。

しかしながら、地絡方向検出装置にて検出された零相電流波形は、実際には、前記地絡状況（地絡抵抗、及びノイズ等）の影響を受けることによって、前記位相算定モジュール８による算定結果が前記判定モジュール９での判定対象となる位相差の範囲外となる場合もある。

そこで、当該判定モジュール９における実際の判定処理では、９０度から１８０度および２７０度から３６０度の範囲を、処理の便宜上それぞれ２分割し、１８０度から２７０度に近い範囲を１８０度から２７０度に存在するものと擬制すると共に、０度から９０度に近い範囲を０度から９０度に存在するものと擬制し、その上で上記判定処理を行うことにより、前記地絡状況の影響にあっても実用上の精度を担保した地絡方向の判定が出来るようにした。

なお、現場の配電線に設置する設備をコンパクト化するために、現地には、地絡方向検出装置のうち前記検出部１のみを設置し、設備管理担当事業所に地絡方向検出装置の前記判定部２を分離して置き、前記地絡判定手段６に保存された、地絡発生時の零相電流と電源電圧に関するデータを通信手段１０を用いて前記判定部２に伝送し、前記地絡方向判定手段７における上記実施の形態と同様の処理態様を以って地絡点の方向を判定する方法も取り得る。

図５に示す地絡方向検出装置はその一例であって、配電設備（配電線等）に適宜設置する検出部１と、当該検出部１で得た情報に基づき地絡方向を判定する判定部２とからなる地絡方向検出装置である。

当該検出部１は、零相電流検出手段４及び電源電圧検出手段５と、前記零相電流検出手段４により配電線から取り込んだ零相電流の大きさを所定の閾レベルと比較して地絡事故の有無を判定すると共に、地絡事故と判定した際の零相電流、及び前記零相電流と同時に検出された電源電圧を同期保存する地絡判定手段６と、地絡事故と判定した地絡判定手段６が保存した零相電流及び前記電源電圧を前記判定部２へ送信する為の通信手段１０を備えている。

前記、前記判定部２は、前記検出部１から送信された零相電流及び電源電圧並びに変電所で検出された地絡発生相データを受信するための通信手段１１と、当該通信手段を介して受けた前記零相電流及び電源電圧並びに地絡発生相データから地絡点の方向を導く地絡方向判定手段７を備え、前記地絡方向判定手段７が、前記零相電流と電源電圧との位相差から、前記地絡が発生した相の電圧を基準とした零相電流の位相を算定する位相算定モジュール８と、当該算定位相により、地絡点が装置の電源側にあるか負荷側にあるかを判定する判定モジュール９を具備するものである。

本願地絡方向検出装置は、地絡時の零相電流と電源電圧の位相差及び変電所で検出された地絡発生相に関するデータに基づき、新たに零相電圧測定装置を設置する必要が無く、また、１台で、地絡方向を正確に検出できることができるので、より簡便に、配電線地絡時の地絡点の方向検出が実現できる。

本発明による地絡方向検出装置の実施態様例を示す機能ブロック図である。配電線を簡略化した一例を示す回路図である。地絡回路を簡略化した一例を示す回路図である。電源電圧と地絡電流との位相関係の一例を示す説明図である。本発明による地絡方向検出装置の検出部と判定部を分離した方式の実施態様例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１検出部，２判定部，３通信手段，
４零相電流検出手段，５電源電圧検出手段，
６地絡判定手段，７地絡方向判定手段，
８位相算定モジュール，９判定モジュール，１０，１１通信手段，
１２信号ケーブル，

Claims

配電設備に設置する検出部（１）と、当該検出部（１）で得た情報に基づき地絡方向を判定する判定部（２）とからなり、
当該検出部（１）に、
零相電流検出手段（４）及び電源電圧検出手段（５）と、
前記零相電流検出手段（４）により配電線から取り込んだ零相電流の大きさを所定の閾レベルと比較して地絡事故の有無を判定すると共に、地絡事故と判定した際の零相電流、及び前記零相電流と同時に検出された電源電圧を同期保存する地絡判定手段（６）とを備え、
前記判定部（２）に、
変電所で検出された地絡が発生した相を示す地絡発生相データを受信するための通信手段（３）と、
地絡事故と判定した地絡判定手段（６）が保存した零相電流と電源電圧との位相差と、前記地絡発生相データから地絡点の方向を導く地絡方向判定手段（７）を備え、
前記地絡方向判定手段（７）が、地絡事故と判定した地絡判定手段（６）が保存した零相電流と電源電圧との位相差から、前記地絡が発生した相の電圧を基準とした零相電流の位相を算定する位相算定モジュール（８）と、当該算定位相により、地絡点が装置の電源側にあるか負荷側にあるかを判定する判定モジュール（９）を具備する地絡方向検出装置。
配電設備に設置する検出部（１）と、当該検出部（１）で得た情報に基づき地絡方向を判定する判定部（２）とからなり、
当該検出部（１）に、
零相電流検出手段（４）及び電源電圧検出手段（５）と、
前記零相電流検出手段（４）により配電線から取り込んだ零相電流の大きさを所定の閾レベルと比較して地絡事故の有無を判定すると共に、地絡事故と判定した際の零相電流、及び前記零相電流と同時に検出された電源電圧を同期保存する地絡判定手段（６）と、
地絡事故と判定した地絡判定手段（６）が保存した零相電流及び前記電源電圧を前記判定部（２）へ送信する為の通信手段（１０）を備え、
前記判定部（２）に、
前記検出部（１）から送信された零相電流及び電源電圧並びに変電所で検出された地絡が発生した相を示す地絡発生相データを受信するための通信手段（１１）と、
当該通信手段を介して受けた前記零相電流及び電源電圧並びに地絡発生相データから地絡点の方向を導く地絡方向判定手段（７）を備え、
前記地絡方向判定手段（７）が、前記零相電流と電源電圧との位相差から、前記地絡が発生した相の電圧を基準とした零相電流の位相を算定する位相算定モジュール（８）と、当該算定位相により、地絡点が装置の電源側にあるか負荷側にあるかを判定する判定モジュール（９）を具備する地絡方向検出装置。
前記判定モジュール（９）が、前記算定位相が１８０度から２７０度を含む範囲にある場合を地絡点が装置の電源側に存在すると判定し、位相が０度から９０度を含む範囲にある場合を地絡点が装置の負荷側に存在すると判定する前記請求項１又は請求項２のいずれかに記載の地絡方向検出装置。
前記位相算定モジュール（８）が、零相電流の位相を算定するに際し、電源電圧の相の確認処理、対電源電圧相補正処理を含む演算処理を行い、前記判定モジュール（９）が、地絡点の方向を判定するに際し、対地絡状況補正処理を含む演算処理を行う前記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の地絡方向検出装置。
前記判定モジュール（９）が、前記対地絡状況補正処理を行うに際し、前記零相電流の位相の９０度から１８０度および２７０度から３６０度の範囲をそれぞれ２分割し、当該零相電流の位相が、１８０度から２７０度に近い範囲を１８０度から２７０度に存在するものと擬制すると共に、０度から９０度に近い範囲を０度から９０度に存在するものと擬制する処理を行う前記請求項４に記載の地絡方向検出装置。