JP2008206229A

JP2008206229A - 直流地絡検出装置および２重化直流電源回路

Info

Publication number: JP2008206229A
Application number: JP2007036713A
Authority: JP
Inventors: Akira Hotta; 明堀田; Masanao Uchiyama; 政直内山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】常時並列に負荷に電源を供給する２重化直流電源回路において、直流地絡発生時に地絡電流の回り込みにより、両系列の地絡検出装置が動作し、地絡側回路の判別がつかない問題がある。
【解決手段】直流電源回路の正極と負極の間に２組の抵抗を直列に接続し、前記２組の抵抗の中間点を第三の抵抗を介して接地する接地回路を有する直流地絡検出回路を具備した直流電源回路において、第１の直流電源回路と第２の直流電源回路に具備された前記直流地絡検出回路の、各々の前記接地回路の電流分を入力する入力部と、入力部に取込まれた第１の直流電源回路の接地回路の電流分と第２の直流電源回路の接地回路の電流分とから直流地絡発生箇所を判定する判定部とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、変電所や発電所等の直流制御電源の地絡検出に係るものであり、特に２重化された直流電源の地絡検出に関する。

一般に変電所や発電所等（以下電気所）の直流制御電源は、バッテリーを複数個接続して、１１０Ｖから１２５Ｖを定格電圧として構成される。特に重要な電気所では直流電源回路を第１系列と第２系列と設けて２重化している。（以下の説明ではＡ系列とＢ系列として説明する。）その直流電源回路の地絡を検出する方法として、正極と負極間に１０ｋΩ程度の抵抗を２組直列接続し、その中間点を１０ｋΩ程度の抵抗を介して接地しておき、その接地した回路に接地電流が流れることを検出することにより地絡を検出する方法が採用されている。図４は、直流電源を２重化して負荷に供給する場合の例を、等価回路で表したものである。直流電源回路１は、Ａ系列とＢ系列とあり、混触を防止するためにダイオード２を介して負荷６に接続している。直流電源回路１Ａ、１Ｂにはそれぞれ直流地絡検出回路７Ａ、７Ｂが設けてあり、正極と負極の間に抵抗３と４を接続し、その中間点より抵抗５を介して接地している。常時、抵抗３と４には微小電流Ilが流れているが、抵抗５には電流が流れていない。ここで直流電源回路１Ａの正極側に地絡８が発生した場合、地絡電流Ifaが接地点をとおり、抵抗５Ａを介して流れるため、直流地絡を検出することができる。その他の直流電源の不良を検出する方法として、特許文献１では電圧を監視する方法が提案されている。
特開平５−３２８６０６号公報

図４で示したような２重化した直流電源回路では、地絡が発生したときに、地絡が発生している電源回路をできるだけ速やかに切り離し、健全側の電源回路を使用して運転を継続したい。そのために、２重化している直流電源で、地絡が発生している側を確実に判別する必要がある。ところが、図４の方法では、直流電源回路１Ａと１Ｂの間で、地絡電流の回り込みを生じ、直流地絡検出回路７Ａと７Ｂの両者が地絡検出をしてしまうという問題があった。図５は、直流電源回路１Ａの正極側に地絡が発生した場合の、直流電源回路１Ｂへの地絡電流Ifbの回り込みを示したものである。直流電源回路１Ａの正極から接地点を経由し、抵抗５Ｂ、３Ｂ、ダイオード２、負荷６を介して、直流電源回路１Ａの負極へ還流するものである。また、図６は、直流電源回路１Ｂの負極側に地絡が発生した場合の、直流電源１Ｂへの地絡電流Ｉ’fbの回り込みを示したものである。直流電源回路１Ａの正極からダイオード２、負荷６、抵抗４Ｂ、５Ｂ、接地点を経由し、地絡点９から直流電源回路１Ａの負極側に還流するものである。以上の回り込みルートにより、直流電源回路１Ａ側の地絡の場合に、直流地絡検出回路７Ａのみならず、７Ｂも地絡を検出してしまうという問題を生じる。一方、電気所の直流制御電源は大容量であることに加え、常時の電圧変動も定格の１０％程度あり、充電器が動作したときには、最高で１３０％近い電圧となることもある。従って、特許文献１に記載の電圧を監視する方法では、電気所の制御電源である直流電源回路の不良を精度よく検出することはできない。

本発明は、上記問題を解決するために、直流電源回路の正極と負極の間に２組の抵抗を直列に接続し、前記２組の抵抗の中間点を第三の抵抗を介して接地する接地回路を有する直流地絡検出回路を具備した直流電源回路において、第１の直流電源回路と第２の直流電源回路に具備された前記直流地絡検出回路の、各々の前記接地回路の電流分を入力する入力部と、入力部に取込まれた第１の直流電源回路の接地回路の電流分と第２の直流電源回路の接地回路の電流分とから直流地絡発生箇所を判定する判定部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、２重化直流電源回路において、地絡が発生した場合に、地絡している側の電源の判別容易になり、地絡が発生している電源回路を切り離し、電気所設備を健全側電源で運転継続することが可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例を示したものである。既に図４等で説明した符号と同一の要素については、説明を省略する。図１において、１０Ａ、１０Ｂは、５Ａ、５Ｂを流れる接地電流を取り込む入力部である。なお図１では１０の位置を５と接地点の間としたが、５と抵抗接続の中間点側としても良い。また、３と４の電流を取込み、５を流れる電流分を求めても良いことは言うまでもない。１１は、１０Ａ、１０Ｂで取り込まれた電流値から、直流地絡の発生有無と地絡が発生している回路を判定する判定部である。次に、判定部１１での地絡判別方法について説明する。地絡が発生していない状態で、抵抗３Ａから４Ａに向かって流れる電流をIlとする。抵抗３Ｂから４Ｂに向かって流れる電流もほぼ同じIlとなる。ここで直流電源回路１Ａの正極側に地絡が発生した場合の図５の電流を考える。抵抗３Ａから４Ａに通過していく電流分および抵抗３Ｂから４Ｂに通過していく電流分は、地絡が発生している状態でも、抵抗値が大であるため、略Ilで変わらないとしてよい。そこへ、地絡電流分である、IfaまたはIfbが加算される。また、図６に示す直流電源回路１Ａの負極側に地絡が発生した場合の電流も、略地絡が発生していない場合の電流に、地絡電流分I’faまたはI’fbが加算されると考えてよい。抵抗３Ａから抵抗３Ａと４Ａの接続の中間点に流れる電流の方向を正極性、中間点より抵抗４Ａに流れる電流の方向を正極性、中間点より抵抗５Ａに流れる電流の方向を正極製とし、同様に抵抗３Ｂから抵抗３Ｂと４Ｂの接続の中間点に流れる電流の方向を正極性、中間点より抵抗４Ｂに流れる電流の方向を正極性、中間点より抵抗５Ｂに流れる電流の方向を正極性として、地絡が発生している状態での電流値をまとめると、表１となる。

表１
地絡点抵抗３Ａの電流抵抗４Ａの電流抵抗５Ａの電流抵抗３Ｂの電流抵抗４Ｂの電流抵抗５Ｂの電流
直流電源回路１Ａの正極 Il Il＋Ｉfa −Ifa Il−Ifb Il −Ifb
直流電源回路１Ａの負極 Il＋I’fa Il I’fa Il Il−I’fb I’fb
表１の値より、抵抗５Ａおよび５Ｂの電流に着目すると、Ifbは負荷６を介して回り込む電流であるため
｜Ifa｜＞｜Ifb｜・・・・式（１）
の関係が成立する。よってこの大きさの関係から直流回路１Ａ側地絡か、１Ｂ側地絡かの判定ができる。また直流電源回路１Ａの正極側地絡の場合は、Ifa、Ifbともに符号が負（マイナス）となり、直流電源回路１Ａの負極側地絡の場合は、Ifa、Ifbともに符号が正（プラス）となる。この関係より、直流電源回路１Ａの正極側地絡か負極側地絡かの判定が可能となる。

図２を用いて第２の実施例を説明する。なお第１の実施例と同じ部分については説明を省略する。図２において、１２Ａ、１２Ｂは、３Ａ、３Ｂを流れる電流を取り込む入力部である。１１は１２Ａと１２Ｂで取り込まれた、３Ａと３Ｂを流れる電流から直流地絡の発生した回路を判定する判定部である。表１との関係から、直流地絡が発生する前の電流分を差し引くと、直流電源回路１Ａの正極側地絡の場合は、３Ａを流れる電流が略“０”、３Ｂを流れる電流が“−Ifb”となり、直流電源回路１Ａの負極側地絡の場合は、３Ａを流れる電流が略“I’fa”、３Ｂを流れる電流が“０”となる。この関係より絶対値が大の電流値の符号が負（マイナス）のときは、反対側の直流電源回路の正極側地絡、絶対値が大の電流値の符号が正（プラス）のときは、絶対値大の側の直流電源回路負極側地絡と判定できる。

次に図３を用いて第３の実施例を説明する。なお第１の実施例と同じ部分については説明を省略する。図３において、１３Ａ、１３Ｂは、４Ａ、４Ｂを流れる電流を取り込む入力部である。１１は１３Ａと１３Ｂで取り込まれた、４Ａと４Ｂを流れる電流から直流地絡の発生した回路を判定する判定部である。表１との関係から、直流地絡が発生する前の電流分を差し引くと、直流電源回路１Ａの正極側地絡の場合は、４Ａを流れる電流が略“Ifa”、４Ｂを流れる電流が“０”となり、直流電源回路１Ａの負極側地絡の場合は、４Ａを流れる電流が略“０”、４Ｂを流れる電流が“−I’fb”となる。この関係より絶対値が大の電流値の符号が正（プラス）のときは、絶対値大の側の直流電源回路の正極側地絡、絶対値が大の電流値の符号が負（マイナス）のときは、反対側の直流電源回路負極側地絡と判定できる。

以上の関係を用いた直流地絡検出装置を具備した直流電源回路を、２重化して負荷に供給することにより、地絡が発生しても地絡発生側回路の判別が容易な２重化直流電源回路が構成できる。

本発明の第１の実施例を示す図本発明の第２の実施例を示す図本発明の第３の実施例を示す図従来の２重化直流電源回路を示す図直流電源回路の正極で地絡が発生した場合の地絡電流の回り込みを示す図直流電源回路の負極で地絡が発生した場合の地絡電流の回り込みを示す図

符号の説明

１・・・直流電源回路
２・・・ダイオード
３・・・正極側接続抵抗
４・・・負極側接続抵抗
５・・・中間点接地抵抗
６・・・負荷
７・・・直流地絡検出回路
８・・・直流電源回路正極側地絡点
９・・・直流電源回路負極側地絡点
１０・・・電流入力部
１１・・・判定部
１２・・・電流入力部
１３・・・電流入力部

Claims

直流電源回路の正極と負極の間に２組の抵抗を直列に接続し、前記２組の抵抗の中間点を第三の抵抗を介して接地する接地回路を有する直流地絡検出回路を具備した直流電源回路において、第１の直流電源回路と第２の直流電源回路に具備された前記直流地絡検出回路の、各々の前記接地回路の電流分を入力する入力部と、入力部に取込まれた第１の直流電源回路の接地回路の電流分と第２の直流電源回路の接地回路の電流分とから直流地絡発生箇所を判定する判定部とを有することを特徴とする直流地絡検出装置。
請求項１の判定部において、前記抵抗接続の中間点から接地へ流れる電流の方向を正とした場合に、第１の直流電源回路の接地回路の電流分と第２の直流電源回路の接地回路の電流分が共に正であるとき、前記接地回路の電流分の絶対値が大である方の直流電源回路の負極側の回路に地絡が発生していると判定し、第１の直流電源回路の接地回路の電流分と第２の直流電源回路の接地回路の電流分が共に負であるとき、前記接地回路の電流分の絶対値が大である方の直流電源回路の正極側の回路に地絡が発生していると判定することを特徴とする直流地絡検出装置。
直流電源回路の正極と負極の間に２組の抵抗を直列に接続し、前記２組の抵抗の中間点を第三の抵抗を介して接地する接地回路を有する直流地絡検出回路を具備した直流電源回路において、第１の直流電源回路と第２の直流電源回路に具備された前記直流地絡検出回路の、各々の前記正極から抵抗接続の中間点へ流れる電流分を入力する入力部と、入力部に取込まれた第１の直流電源回路の正極から抵抗接続の中間点へ流れる電流分と第２の直流電源回路の正極から抵抗接続の中間点へ流れる電流分とから直流地絡発生箇所を判定する判定部とを有することを特徴とする直流地絡検出装置。
請求項３の判定部において、前記正極から抵抗接続の中間点に向かって流れる電流の方向を正とした場合、第１の直流電源回路と第２の直流電源回路について、各々の前記正極から抵抗接続の中間点に向かって流れる電流の直流地絡が発生している状態の電流値から直流地絡が発生していない状態に相当する電流値の差分を求め、第１の直流電源回路の前記電流値の差分と第２の直流電源回路の前記電流値の差分について比較し、前記比較した電流の絶対値が大である方の電流値の極性が正であるときはその電源回路の負極側の回路に地絡が発生していると判定し、絶対値が大である方の電流値の極性が負であるときは他方の電源回路の正極側の回路に地絡が発生していると判定することを特徴とする直流地絡検出装置。
直流電源回路の正極と負極の間に２組の抵抗を直列に接続し、前記２組の抵抗の中間点を第三の抵抗を介して接地する接地回路を有する直流地絡検出回路を具備した直流電源回路において、第１の直流電源回路と第２の直流電源回路に具備された前記直流地絡検出回路の、各々の前記抵抗接続の中間点から負極へ流れる電流分を入力する入力部と、入力部に取込まれた第１の直流電源回路の抵抗接続の中間点から負極へ流れる電流分と第２の直流電源回路の抵抗接続の中間点から負極へ流れる電流分とから直流地絡発生箇所を判定する判定部とを有することを特徴とする直流地絡検出装置。
請求項５の判定部において、前記抵抗接続の中間点から負極に向かって流れる電流の方向を正とした場合、第１の直流電源回路と第２の直流電源回路について、各々の前記抵抗接続の中間点から負極に向かって流れる電流の直流地絡が発生している状態の電流値から直流地絡が発生していない状態に相当する電流値の差分を求め、第１の直流電源回路の前記電流値の差分と第２の直流電源回路の前記電流値の差分について比較し、前記比較した電流の絶対値が大である方の電流値の極性が正であるときはその電源回路の正極側の回路に地絡が発生していると判定し、絶対値が大である方の電流値の極性が負であるときは他方の電源回路の負極側の回路に地絡が発生していると判定することを特徴とする直流地絡検出装置。
第１の直流電源回路と第２の直流電源回路とからなり、常時前記２組の直流電源回路を同一の負荷に接続した直流電源回路において、請求項１から請求項６に記載の直流検出装置のうち何れかを具備したことを特徴とする２重化直流電源回路。