JP2008039549A - 地絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡故障に起因する誤作動を防止して、地絡故障のみを的確に検出することのできる地絡検出装置を提供する。
【解決手段】短絡故障に起因する誘導電流Ｉｃが逆方向に流れ、地絡故障に起因する故障電流Ｉａが同一方向に流れる送電鉄塔１の２つの脚２，３の一方に第１のカレントトランス１１が設けられ、２つの脚２，３の他方に第２のカレントトランス１２が設けられる。第１および第２のカレントトランス１１，１２から短絡故障または地絡故障に起因する交流電圧出力が与えられた場合に、これらの交流電圧出力を合成し、この合成出力に基づいて短絡故障を検出することなく地絡故障のみを検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は送電鉄塔の地絡故障を検出する地絡検出装置に関する。

本発明に関連する従来技術として、例えば特許文献１に記載の電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路がある。これは、発電所や変電所に設けられている短絡用継電器と地絡用継電器とでは、短絡用継電器の方が地絡用継電器よりも故障発生時点から短時間で送電を遮断することに着目して、短絡故障では作動させることなく地絡故障の場合にのみ地絡点表示器を作動させるようにしたものである。すなわち、短絡故障の発生時点から短絡用継電器による送電遮断までの間の短い時間幅では時定数回路が予め設定された設定電圧まで充電されないようにし、地絡故障の発生時点から地絡用継電器による送電遮断までの長い時間幅の場合にだけ時定数回路が上記設定電圧に充電されるようにすることにより、地絡故障のみを検出して表示するようにしたものである。

特開平１１−１４２４６３号公報

このような特許文献１は有効に機能するものであるが、発電所や変電所の短絡用継電器および地絡用継電器の作動時間を考慮することなく地絡故障のみを検出することができれば、これら継電器の作動時間に応じた個々の設定を行う必要がなくなるなど、利便性を向上させることができる。

本発明は、このような観点に基づいてなされたものであり、発電所や変電所の短絡用継電器および地絡用継電器の作動時間を考慮することなく、短絡故障に起因する誤作動を防止して地絡故障のみを的確に検出することのできる地絡検出装置を提供することを目的とする。

本発明においては、短絡故障に起因する誘導電流が逆方向に流れ、地絡故障に起因する故障電流が同一方向に流れる送電鉄塔の２つの脚のうちの一方の脚に設けられ、前記一方の脚を流れる電流を検出して交流電圧出力を与える第１のカレントトランスと、前記送電鉄塔の前記２つの脚のうちの他方の脚に設けられ、前記他方の脚を流れる電流を検出して交流電圧出力を与える第２のカレントトランスと、前記第１のカレントトランスの交流電圧出力と前記第２のカレントトランスの交流電圧出力とを合成し、この合成出力に基づいて地絡故障のみを検出する検出手段とを有する地絡検出装置によって、上記目的を達成する。

これによれば、発電所や変電所の短絡用継電器および地絡用継電器の作動時間を考慮することなく、地絡故障のみを検出することができる。また、第１および第２のカレントトランスは、短絡故障の場合には逆方向に流れる誘導電流を検出して夫々交流電圧出力を与え、地絡故障の場合には同一方向に流れる故障電流を検出して夫々交流電圧出力を与えるので、短絡故障の場合の合成出力と地絡故障の場合の合成出力とにおいて顕著な差異をもたせることができ、短絡故障を検出することなく地絡故障のみを的確に検出することができる。

また、本発明は架空地線をもたない送電鉄塔に適用することができ、この場合、前記第１および第２のカレントトランスは前記送電鉄塔の送電線を支持する腕金よりも下方に設けられる。これにより、架空地線のない送電鉄塔の場合でも地絡故障を確実に検出することができる。なお、これは架空地線を有する送電鉄塔への適用を除外するものではなく、架空地線を有する送電鉄塔にも適用可能であり、この場合、地絡故障による故障電流は抵抗の小さい架空地線に多く流れ込むので、前記第１および第２のカレントトランスは送電線を支持する腕金よりも上方の送電鉄塔の脚に設けられることが望ましい。

また、前記検出手段は前記第１および第２のカレントトランスの交流電圧出力を動作電源として作動させられる。そのため、バッテリ等の動作電源を設ける必要がなく、バッテリ交換等のメインテナンスが不要で、メインテナンスの容易性を図ることができる。

また、前記第１および第２のカレントトランスは、地絡故障の場合には同位相となる交流電圧出力を前記検出手段に与え、短絡故障の場合に逆位相となる交流電圧出力を前記検出手段に与えるように設けられる。これにより、地絡故障では大きな合成出力となり、短絡故障ではこれよりも遥かに小さな合成出力となるようにすることが可能となり、短絡故障を検出することなく地絡故障のみを正確に検出することができる。

更に、前記検出手段は、地絡故障の場合に前記同位相の交流電圧出力に基づいて大きな合成出力を生成し、短絡故障の場合には、前記逆位相の交流電圧出力に基づいて、地絡故障の場合の前記合成出力よりも遥かに小さな合成出力を生成する合成部と、前記合成部の出力によって充電される充電回路と、前記充電回路の充電電圧が、短絡故障の場合の充電電圧では到達することができず且つ地絡故障の場合の充電電圧では必ず到達するように設定された閾値以上になった場合に、地絡故障の検出を表わす検出出力を与える検出回路とを有する。これにより、地絡故障時に大きな合成出力によって充電回路が充電されるので、地絡故障時に検出回路の検出出力として所望の電力が得やすくなり、この検出出力によって例えば表示器等を駆動する場合に表示器等の確実な動作を図ることができる。

本発明によれば、発電所や変電所の短絡用継電器および地絡用継電器の作動時間を考慮することなく地絡故障のみを検出することができ、また、短絡故障の場合の合成出力と地絡故障の場合の合成出力とにおいて顕著な差異をもたせることができ、短絡故障を検出することなく地絡故障のみを的確に検出することができる。

また、架空地線をもたない送電鉄塔でも地絡故障を確実に検出することができる。

また、バッテリ等の動作電源を設ける必要がなく、メインテナンスの容易性の向上を図ることができる。

また、地絡故障では大きな合成出力を与え、短絡故障ではこれよりも遥かに小さな合成出力を与えるようにすることができるので、短絡故障を検出することなく地絡故障のみを正確に検出することができる。

更に、地絡故障時に検出回路の検出出力として所望の電力が得やすくなり、この検出出力によって例えば表示器等を駆動する場合に、表示器等の確実な動作を図ることができる。

発明を実施するための最良の形態として、以下に本発明の一実施例を説明する。

図１は本発明の実施例の一例を示す図である。

図１において、参照番号１は送電鉄塔で、第１の脚２、第２の脚３、第３の脚４および第４の脚５の４つの脚を有している。本例では、この送電鉄塔１には架空地線は設けれていない。送電鉄塔１の各腕金６には、送電線７が図示しない碍子を介して支持されている。

地絡検出装置１０は、第１のカレントトランス１１、第２のカレントトランス１２、検出部１３および表示部１４を有している。第１および第２のカレントトランス１１，１２は、送電鉄塔１の腕金６よりも下方で、送電線７と略平行する面ＡＢＣＤを形成する第１および第２の脚２，３、または、面ＡＢＣＤに対向し同様に送電線７と略平行する面ＥＦＧＨを形成する第３および第４の脚４，５に設けられる。本例では、第１のカレントトランス１１が、面ＡＢＣＤを形成する第１の脚２に設けられ、第１の脚２を流れる電流を検出して交流電圧出力を検出部１３に与えるようになっており、第２のカレントトランス１２が、同様に面ＡＢＣＤを形成する第２の脚３に設けられ、第２の脚３を流れる電流を検出して交流電圧出力を検出部１３に与えるようになっている。後述するように、第１の脚２と第２の脚３とでは、地絡故障時の故障電流は大地に向かって同一方向に流れ、短絡故障時の誘導電流は互いに逆方向に流れる。これは、第３の脚４と第４の脚５とにおいても同様である。検出部１３は、第１および第２のカレントトランス１１，１２の交流電圧出力を入力してこれらを合成し、この合成出力に基づいて地絡故障のみを検出し、その検出出力を表示部１４に与え、表示部１４を駆動させる。地絡故障時の故障電流が同一方向に流れ、短絡故障時の誘導電流が互いに逆方向に流れることから、短絡故障の場合の合成出力と地絡故障の場合の合成出力とにおいて顕著な差異をもたせることができ、短絡故障を検出することなく地絡故障のみを的確に検出することができる。なお、表示部１４としては、火薬を用いた表示手段やソレノイドを用いた表示手段等の従来周知の表示手段を用いることができ、また、検出部１３の検出出力を地絡故障の検出信号とし、地絡故障の発生を送信するように構成することも可能である。

図２は地絡故障時の故障電流および短絡故障時の誘導電流を示す図で、図１と同符号のものは同一のものを示している。

送電鉄塔１に落雷や鳥獣害などによって地絡故障が発生すると、架空地線をもたない送電鉄塔１では、送電鉄塔１の４つの脚２〜５に大地に向かって同一方向に数十Ａの故障電流Ｉａが流れる。

これに対して、送電線７に短絡故障が発生すると、数十Ａの故障電流Ｉａと比較して極めて大きな数千Ａの短絡電流Ｉｂが送電線７に流れ、これによる磁界Ｍが送電鉄塔１の面ＡＢＣＤおよび面ＥＦＧＨを水平方向に貫き、送電鉄塔１の４つの脚２〜５に誘導電流Ｉｃが流れる。この誘導電流Ｉｃは磁界Ｍを打消すように流れ、面ＡＢＣＤの第１の脚２と第２の脚３とでは誘導電流Ｉｃの方向が逆方向になり、また、面ＥＦＧＨの第３の脚４と第４の脚５とでも同様に誘導電流Ｉｃの方向が逆方向になる。

図３は図１における地絡検出装置の取付け部分を示す図で、図１および図２と同符号のものは同一のものを示している。本例では、上述したように、第１のカレントトランス１１が送電鉄塔１の第１の脚２に設けられ、第２のカレントトランス１２が第２の脚３に設けられている。そして、地絡故障の場合には送電鉄塔１の第１および第２の脚２，３に故障電流Ｉａが大地に向かって同一方向に流れ、短絡故障の場合には第１および第２の脚２，３に誘導電流Ｉｃが逆方向に流れる。第１および第２のカレントトランス１１，１２は、同一方向に流れる故障電流Ｉａを検出した場合には同位相の正弦波交流電圧出力を与え、逆方向に流れる誘導電流Ｉｃを検出した場合には逆位相の正弦波交流電圧出力を与えるように設けられている。

図４は図１における検出部１３の一例を示す回路図で、図１および図２と同符号のものは同一のものを示している。検出部１３は検出手段を構成し、振幅制限回路２０、整流回路２１、充電回路２２および検出回路２３を有している。振幅制限回路２０および整流回路２１は、第１のカレントトランス１１の交流電圧出力と第２のカレントトランス１２の交流電圧出力とを合成し、その合成出力を与える合成部を構成している。

合成部の振幅制限回路２０は、直列接続の２つの双方向ツェナーダイオード２０１，２０２を有し、第１および第２のカレントトランス１１，１２からの正弦波交流電圧出力を入力して、それらの振幅制限を行うと共に合成し、その合成出力を抵抗２４を介して整流回路２１に与える。抵抗２４は整流回路２１の保護抵抗で、整流回路２１を構成するダイオード２１０，２１１，２１２，２１３が破壊されないように整流回路２１に定格電流以上の電流が流入することを防止する。合成部の整流回路２１は、振幅制限回路２０からの合成出力を全波整流し、全波整流された合成出力を充電回路２２に与える。

図５は地絡故障の場合の合成部の波形図、図６は短絡故障の場合の合成部の波形図である。

地絡故障の場合には、図５の（ａ）および（ｂ）に示されるように、振幅制限された第１のカレントトランス１１の交流電圧出力と第２のカレントトランス１２の交流電圧出力とは同位相で、振幅制限回路２０から出力される合成出力は、図５の（ｃ）に示されるように、本例では略２倍の振幅になる。そして、この合成出力が全波整流され、図５の（ｄ）に示される全波整流された合成出力が充電回路２２に与えられる。一例として、振幅制限された第１および第２のカレントトランス１１，１２の交流電圧出力の電圧は例えば＋１０Ｖ〜−１０Ｖで、合成出力の電圧は例えば＋２０Ｖ〜−２０Ｖとなり、全波整流された合成部からの合成出力として２０Ｖの合成出力が与えられる。

これに対して、短絡故障の場合には、図６の（ｅ）および（ｆ）に示されるように、振幅制限された第１のカレントトランス１１の交流電圧出力と第２のカレントトランス１２の交流電圧出力とは逆位相になり、振幅制限回路２０から出力される合成出力は、図６の（ｇ）に示されるように、本例では略０の振幅になる。そして、この合成出力が全波整流されることとなり、図６の（ｈ）に示されるように、全波整流された合成出力は本例では略０になる。

このように、地絡故障の場合には合成部から大きな合成出力が与えられ、短絡故障の場合には地絡故障の場合と比較して遥かに小さな合成出力が与えられることとなる。

図４に戻り、充電回路２２は充電用コンデンサ２２０とこれに並列挿入された抵抗２２１とを有し、充電用コンデンサ２２０が抵抗２２１との時定数に従って整流回路２１からの全波整流された合成出力により充電される。上述したように、地絡故障では大きな合成出力となり、短絡故障では極めて小さな合成出力となるので、地絡故障では充電電圧が大きくなり、短絡故障では地絡故障の場合と比較して遥かに小さくなり、充電電圧に顕著な差が生じることとなる。

検出回路２３は、抵抗２３０とツェナーダイオード２３１とトリガ抵抗２３２との直列接続と、トリガ抵抗２３２に並列挿入されたノイズ防止用コンデンサ２３３と、サイリスタ２３４とを有している。トリガ抵抗２３２はサイリスタ２３４のゲートにゲート電圧を与えるものであり、ノイズ防止用コンデンサ２３３はノイズによるサイリスタ２３４の誤動作を防止するためのものである。

抵抗２３０とツェナーダイオード２３１とトリガ抵抗２３２との直列接続は、充電回路２２に並列挿入されていると共に、一方の出力端子２５ａに接続されている。ツェナーダイオード２３１は、短絡故障の場合の充電回路２２の充電電圧では到達することができず且つ地絡故障の場合の充電回路２２の充電電圧では必ず到達するように設定された閾値を与えるもので、充電回路２２の充電電圧が所定の電圧以上になることでオン状態になる。一例として、地絡故障時に前述したように全波整流された合成出力として例えば２０Ｖの合成出力が与えられる場合、ツェナーダイオード２３１は例えば１０Ｖ〜２０Ｖの間の所定の電圧値でオンするように設定される。これにより、短絡故障時に第１のカレントトランス１１と第２のカレントトランス１２の交流電圧出力の一方が何らかの理由で小さくなり、両者の交流電圧出力に差が生じ、その結果として例えば比較的大きい合成出力が生成されても、その合成出力は上記例の１０Ｖを越えることはないので、ツェナーダイオード２３１がオン状態になることはない。

サイリスタ２３４は、カソードとゲートがトリガ抵抗２３２に並列挿入されたノイズ防止用コンデンサ２３３に並列挿入され、アノードが他方の出力端子２５ｂに接続されている。出力端子２５ａ，２５ｂには表示部１４が接続され、地絡故障の場合に表示部１４に検出出力が与えられるようになっている。

このような構成で、短絡故障が発生すると、短絡故障に起因する誘導電流Ｉｃの検出によって第１および第２のカレントトランス１１，１２から逆位相の交流電圧出力が検出部１３の振幅制限回路２０に与えられる。短絡故障の場合には交流電圧出力が逆位相であるため、振幅制限回路２０から出力される合成出力が図６の（ｇ）に示されるように略０の振幅になり、全波整流された合成出力が図６の（ｈ）に示されるように略０になる。そのため、充電回路２２の充電電圧は検出回路２３のツェナーダイオード２３１がオン状態になる閾値よりも遥かに小となり、短絡故障で検出出力が与えられることはない。

一方、地絡故障が発生すると、地絡故障に起因する故障電流Ｉａの検出によって第１および第２のカレントトランス１１，１２から同位相の交流電圧出力が検出部１３の振幅制限回路２０に与えられる。地絡故障の場合には交流電圧出力が同位相であるので、振幅制限回路２０から出力される合成出力が図５の（ｃ）に示されるように略２倍の振幅になり、全波整流された合成出力が図５の（ｄ）に示されるように高い電圧値となる。そのため、充電回路２２の充電電圧が検出回路２３のツェナーダイオード２３１がオン状態になる閾値以上となり、ツェナーダイオード２３１のオンによりトリガ抵抗２３２を介してサイリスタ２３４にゲート電圧が与えられる。これにより、サイリスタ２３４がオンし、出力端子２５ａ，２５ｂから検出出力が表示部１４に与えられる。

検出部１３は、上述から明らかなように、第１および第２のカレントトランス１１，１２の交流電圧出力を動作電源として動作する。そのため、バッテリ等の動作電源を設ける必要がなく、バッテリ交換等のメインテナンスが不要で、メインテナンスの容易性を図ることができる。また、地絡故障時に大きな合成出力によって充電回路２２が充電されるので、地絡故障時に検出部１３の検出出力として所望の電力が得やすくなり、この検出出力によって例えば表示器等を駆動する場合に表示器等の確実な動作を図ることができる。

また、前述の特許文献１による従来の地絡点表示器は、短絡用継電器と地絡用継電器の作動時間にほとんど差がない送電線路には適用することができなかったが、本発明にによる地絡検出装置１０は、そのような送電線路にも問題なく適用することが可能である。更に、本発明による地絡検出装置１０は地絡故障時に大きな合成出力が得られるような構成であるため、従来の地絡点表示器では検出することができないような軽微な地絡故障についても検出が可能となり、地絡検出の精度を向上させることができる。

上記実施例では架空地線をもたない送電鉄塔への適用について述べたが、これは架空地線を有する送電鉄塔への適用を除外するものではなく、架空地線を有する送電鉄塔にも適用することができる。架空地線を有する送電鉄塔に適用する場合には、地絡故障による故障電流が大地よりも抵抗の小さい架空地線に多く流れ込むこととなるので、地絡故障時の故障電流を有効に検出するという観点から、第１および第２のカレントトランス１１，１２は送電線を支持する腕金よりも上方の送電鉄塔の脚に設けられることが望ましい。その他の構成は前述した通りである。

本発明は、架空地線をもたない送電鉄塔でも短絡故障を検出することなく地絡故障のみを確実に検出する検出装置として利用することができ、また、架空地線を有する送電鉄塔に対しても地絡故障のみを確実に検出する検出装置として利用することができる。

図１は本発明の実施例の一例を示す図である。 図２は地絡故障時の故障電流および短絡故障時の誘導電流を示す図である。 図３は図１における地絡検出装置の取付け部分を示す図である。 図４は図１における検出部１３の一例を示す回路図である。 図５は地絡故障の場合の合成部の波形図である。 図６は短絡故障の場合の合成部の波形図である。

符号の説明

１ 送電鉄塔
２，３，４，５ 脚
６ 腕金
７ 送電線
１０ 地絡検出装置
１１ 第１のカレントトランス
１２ 第２のカレントトランス
１３ 検出部
２０ 振幅制限回路
２１ 整流回路
２２ 充電回路
２３ 検出回路

Claims (5)

1. 短絡故障に起因する誘導電流が逆方向に流れ、地絡故障に起因する故障電流が同一方向に流れる送電鉄塔の２つの脚のうちの一方の脚に設けられ、前記一方の脚を流れる電流を検出して交流電圧出力を与える第１のカレントトランスと、
   前記送電鉄塔の前記２つの脚のうちの他方の脚に設けられ、前記他方の脚を流れる電流を検出して交流電圧出力を与える第２のカレントトランスと、
   前記第１のカレントトランスの交流電圧出力と前記第２のカレントトランスの交流電圧出力とを合成し、この合成出力に基づいて地絡故障のみを検出する検出手段とを有することを特徴とする地絡検出装置。
2. 前記送電鉄塔が架空地線をもたない送電鉄塔であり、前記第１および第２のカレントトランスが前記送電鉄塔の送電線を支持する腕金よりも下方に設けられることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
3. 前記検出手段が、前記第１および第２のカレントトランスの交流電圧出力を動作電源として作動することを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
4. 前記第１および第２のカレントトランスが、地絡故障の場合には同位相となる交流電圧出力を前記検出手段に与え、短絡故障の場合には逆位相となる交流電圧出力を前記検出手段に与えるように設けられることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
5. 前記検出手段が、
   地絡故障の場合に前記同位相の交流電圧出力に基づいて大きな合成出力を生成し、短絡故障の場合には、前記逆位相の交流電圧出力に基づいて、地絡故障の場合の前記合成出力よりも遥かに小さな合成出力を生成する合成部と、
   前記合成部の出力によって充電される充電回路と、
   前記充電回路の充電電圧が、短絡故障の場合の充電電圧では到達することができず且つ地絡故障の場合の充電電圧では必ず到達するように設定された閾値以上になった場合に、地絡故障の検出を表わす検出出力を与える検出回路とを有することを特徴とする請求項４に記載の地絡検出装置。

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