JP2009201272A - 異常検出装置および配電系統システム - Google Patents

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伯浩 菅野
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Abstract

【課題】 自動電圧調整器の異常を個々に特定し、異常が生じた自動電圧調整器を迅速かつ確実に配電線路から切り離すことにより、本来の配電系統システムの機能の早期回復を図ることを目的としている。
【解決手段】 本発明にかかる異常検出装置150の代表的な構成は、開閉ユニット140の第2開閉部144の電源側端子の電流を検出する第1変流器152と、第3開閉部146の負荷側端子の電流を検出する第2変流器154と、第1変流器が検出した電流値と第2変流器が検出した電流値とを比較し、所定値以上の差分があった場合、切替フラグを立てる差分検出部156と、切替フラグが立った後、第1開閉部を閉路し第2開閉部および第3開閉部を開路して自動電圧調整器130を配電線路から切り離す開閉操作部158と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、自動電圧調整器の異常を検出する異常検出装置および配電系統システムに関する。
配電系統における需要者の引込口では、電気事業法に定められた範囲に供給電圧を維持しなくてはならない。そのため電圧降下や電圧変動により供給電圧が維持すべき範囲を逸脱しないように電圧を管理する必要がある。この管理手法の1つとして、配電線路には線路中の電圧を調整し引込口の電圧を補償する自動電圧調整器(SVR:Step Voltage Regulator、配電用自動電圧調整器、高圧自動電圧調整器とも呼ばれる。)が配設されている。
また、このような自動電圧調整器の保守点検時、取り替え時、故障時には、需要者への給電を維持しつつ自動電圧調整器を配電線路から電気的に切り離す必要がある。かかる切り離しは、配電線路と自動電圧調整器との間に開閉器を設け、その接続関係を変更することで為される。
図7は、自動電圧調整器10と開閉器12(12A、12B、12C)との接続関係を示した回路図である。ここでは、開閉器12Aが配電線路14の電源側と負荷側を開閉し、開閉器12Bが開閉器12Aの電源側端子と自動電圧調整器10の1次側端子とを開閉し、開閉器12Cが開閉器12Aの負荷側端子と自動電圧調整器10の2次側端子とを開閉する。かかる開閉器12Aと開閉器12B、12Cとは、排他的に開閉され、自動電圧調整器10に給電している間は、図7(a)のように、開閉器12Aを開路し、開閉器12B、12Cを閉路している。
また、自動電圧調整器10の保守点検時や取り替え時には、図7(b)のように、開閉器12Aを閉路し、開閉器12B、12Cを開路することで配電線路14と自動電圧調整器10とが電気的に切り離され、需要者への給電を維持したまま、自動電圧調整器10の保守点検作業を行うことができる。
図8は、従来の自動電圧調整器10および開閉器12A、12B、12Cの配置を説明するための配置図である。従来では、自動電圧調整器10が占有体積およびその重量も大きかったので、2本の電力柱16A、16Bを用いたH柱装柱によりその自動電圧調整器10を支持していた。また、自動電圧調整器10のみならず、図8に示すように、3つの開閉器12A、12B、12Cも大きな設置スペースを必要としている。近年、自動電圧調整器10の開発も進み、単柱装柱用の自動電圧調整器10も実現され、それに伴って単柱装柱を可能とする開閉器12の小型・軽量化が望まれるようになった。
こうして、3つの開閉器12A、12B、12Cの機能を1つの装置に集約し、配電線路14への自動電圧調整器10の接続を統合化する技術が開発された(例えば、特許文献1)。また、このように集約した開閉器の各開閉動作タイミングを、回動する歯車を使った簡易な構成で実現する技術も公開されている(例えば、特許文献2、3)。
特開平11−54000号公報 特開2003−16884号公報 特開2005−32497号公報
上述した保守点検時、取り替え時のみならず自動電圧調整器10自体が故障した場合にも、図7で説明したように自動電圧調整器10を配電線路から切り離すことができる。例えば、自動電圧調整器10内部に地絡や短絡が生じると、変電所における配電用変圧器がそのような事象による異常電流を検知してトリップする。かかる停電状態を早期に解除し、需要者への給電を一刻も早く再開するため事故原因となった自動電圧調整器10を配電線路14から切り離さなければならない。
しかし、現行の配電系統システムにおいては、自動電圧調整器10の故障を個別に特定することができないので、事故原因が完全に取り除かれないまま給電を再開してしまい再度の停電を誘発しかねない。また、事故が生じている配電区間を特定するとその他の配電区間の給電は再開できるが、事故配電区間の停電は事故箇所の特定、除去まで継続し、事故地点の把握に長時間を要してしまうと停電時間も長くなってしまう。
また、配電線路14の末端近傍等における短絡電流が小さい事故の場合、変電所における短絡電流変電所リレーにてその事故を検知できず、自動電圧調整器10の異常を認識することができない場合がある。このような異常が残ったまま配電系統システムを引き続き運用することで、他の設備被害のリスクが増大する。
さらに、図7のように自動電圧調整器10に避雷器(LA:Lightning Arrester)が設けられ、雷によって、避雷器が短絡箇所となった場合、短絡箇所を速やかに遮断できる構造となっているため、やはり短絡電流を変電所リレーにて検知できず、他の設備被害のリスクが増大することとなる。
本発明は、このような課題に鑑み、自動電圧調整器の異常を個々に特定し、異常が生じた自動電圧調整器を迅速かつ確実に配電線路から切り離すことにより、本来の配電系統システムの機能の早期回復を図ることが可能な異常検出装置および配電系統システムを提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明にかかる代表的な構成は、配電線路を開閉する第1開閉部と、第1開閉部の電源側端子と自動電圧調整器の1次側端子とを開閉する第2開閉部と、第1開閉部の負荷側端子と自動電圧調整器の2次側端子とを開閉する第3開閉部とを有し、第1開閉部と、第2開閉部および第3開閉部とが排他的に開閉される開閉ユニットに接続された異常検出装置であって、第2開閉部の電源側端子の電流を検出する第1変流器と、第3開閉部の負荷側端子の電流を検出する第2変流器と、第1変流器が検出した電流値と第2変流器が検出した電流値とを比較し、所定値以上の差分があった場合、切替フラグを立てる差分検出部と、切替フラグが立った後、第1開閉部を閉路し第2開閉部および第3開閉部を開路して自動電圧調整器を配電線路から切り離す開閉操作部と、を備えることを特徴とする。
本発明では、第1変流器が検出した電流値と第2変流器が検出した電流値とを比較し、所定値以上の差分があった場合に当該自動電圧調整器に事故があったと判断する。かかる構成により、異常検出装置は、自動電圧調整器の異常を個々に特定することができ、異常が生じた自動電圧調整器を迅速かつ確実に配電線路から切り離すことが可能となる。
また、短絡電流が小さい場合や、避雷器が動作する場合であっても、第1変流器と第2変流器との電流値の差分によりその異常を確実に検出することができるので、事故地点の早期の特定、除去が可能となり、他の設備被害のリスクを削減することができる。
第2変流器はさらに異常電流を検知し、当該異常検出装置は異常電流の検知を周囲に報知する異常報知部をさらに備えてもよい。
かかる構成により、既存の短絡電流通過表示器(SI)同様、第3開閉部の負荷側端子の異常電流が検出され、当該開閉ユニットより下流において短絡または地絡による事故が起きていることをその周囲で視覚的に把握することが可能となる。
本発明にかかる他の代表的な構成は、配電線路の任意の位置に配設され配電線路の電圧を調整する自動電圧調整器と、配電線路を開閉する第1開閉部、第1開閉部の電源側端子と自動電圧調整器の1次側端子とを開閉する第2開閉部、および第1開閉部の負荷側端子と自動電圧調整器の2次側端子とを開閉する第3開閉部を有する開閉ユニットと、開閉ユニットに接続される異常検出装置と、開閉ユニットおよび異常検出装置に通信網を介して接続された管理サーバとを含む配電系統システムであって、異常検出装置は、第2開閉部の電源側端子の電流を検出する第1変流器と、第3開閉部の負荷側端子の電流を検出する第2変流器と、第1変流器が検出した電流値と第2変流器が検出した電流値とを比較し、所定値以上の差分があった場合、切替フラグを立てる差分検出部と、切替フラグが立つと、その旨管理サーバに伝達する異常伝達部と、を備え、管理サーバは、切替フラグが立ったことを受け、開閉ユニットに対して第1開閉部の閉路ならびに第2開閉部および第3開閉部の開路を指令することを特徴とする。
本発明では、管理サーバが、異常検出装置を通じて特定の自動電圧調整器の異常を個々に把握することができ、異常が生じた自動電圧調整器を迅速かつ確実に配電線路から切り離すことが可能となる。
第2変流器はさらに異常電流を検知し、異常伝達部は異常電流を検知したことも管理サーバに伝達してもよい。
かかる構成により、管理サーバは、特定の開閉ユニットより下流において短絡または地絡による事故が起きていることを把握することが可能となる。
以上説明したように本発明によれば、自動電圧調整器の異常を個々に特定し、異常が生じた自動電圧調整器を迅速かつ確実に配電線路から切り離すことにより、本来の配電系統システムの機能の早期回復を図ることが可能となる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
例えば、配電系統の一部で事故が発生した場合、発電所または変電所では電力事業所の管理下にある配電系統への電力の供給を一旦停止し、事故が起きた地点を大まかな配電区間に絞って、その事故配電区間以外の正常配電区間への電力供給を再開する。それに並行して事故配電区間内のさらに詳細な事故地点の捜査が行われる。
しかし、配電線路中の自動電圧調整器(以下、単にSVRという。)における再現性の少ない故障や偶発的な故障、さらに、SVR内の短絡事故であっても短絡電流が小さい場合や、避雷器が動作する場合には、その事故地点を特定するのに長時間を要し、ついには特定できないこともある。従って、このような異常が残ったまま需要者への給電を再開すると、再度の停電を招き、また、他の設備被害のリスクが増大する。
本実施形態の配電系統システムでは、このようなSVRの異常を個々に特定し、異常が生じたSVRを迅速かつ確実に配電線路から切り離すことが可能となるので、本来の配電系統システムの機能の早期回復を図ることができる。以下、このような配電系統システムの構成を簡単に説明し、後にその具体的な動作を説明する。
(第1の実施形態:配電系統システム100)
図1は、配電系統システム100の概略的な構成を示す説明図である。ここで配電系統システム100は、配電用変電所110と、高圧配電線路(配電線路)120と、SVR130と、開閉ユニット140と、異常検出装置150とを含んで構成される。配電用変電所110は、配電用変圧器112を通じて母線114から受電した電力(6kV三相交流50/60Hz)を各配電系統の高圧配電線路120に配電している。高圧配電線路120は、配電用変圧器112から分岐し、放射状に広がる並行線路(フィーダ)(A)、(B)、(C)から形成されている。
図2は、SVR130と、開閉ユニット140と、異常検出装置150との接続関係を示した回路図であり、図3は、その位置関係を示した外観図である。SVR130は、開閉ユニット140を通じて高圧配電線路120に接続され、異常検出装置150は、開閉ユニット140を通じてSVR130の異常を検出する。
SVR130は、変電所の送り出し電圧では調整しきれない幅の電圧降下を補償すべく、その2次側(負荷側)における高圧配電線路120の負荷中心点の電圧を所定の値に維持するよう、自体に設けられた調整単巻き変圧器132の1次側のタップを切り替えて電圧を調整する。
図4は、SVR130の動作を説明するための説明図である。例えば同一の配電系統における任意の並行線路(フィーダ)に複数のSVR130A、130Bが順次配設されている場合、配電用変圧器112からの距離に応じて電圧降下が生じる。即ち、SVR130を配設していない状態では、図4中破線で示したように系統電圧が許容される最小値を逸脱してしまう。そこで、SVR130A、130Bにおいて図4中実線で示したように系統電圧を昇圧することで補償し、それ以降においても適切な電圧範囲を維持しつつ需要者への給電を継続する。
開閉ユニット140は、高圧配電線路120を開閉する第1開閉部142、第1開閉部142の電源側端子とSVR130の1次側端子とを開閉する第2開閉部144、および第1開閉部142の負荷側端子とSVR130の2次側端子とを開閉する第3開閉部146とを含んでなる。ここでは、3つの開閉部142、144、146を開閉ユニット140内にそれぞれ埋設する例を挙げているが、かかる場合に限られず、全ての開閉部を別体に独立して形成することもでき、いずれかの組合せのみ独立して形成することもできる。
開閉ニット140は、通常時、即ち、SVR130による電圧調整を遂行している場合には、第1開閉部142を開路し、第2開閉部144、第3開閉部146を閉路し、SVR130の保守点検時、取り替え時、故障時には、第1開閉部142を閉路し、第2開閉部144、第3開閉部146を開路する。ただし、SVR130による電圧調整を行っているときには、通常、その1次側端子と2次側端子とに電位差が生じているので、SVR130を高圧配電線路120から切り離す際に、その電位差を0(ゼロ)にする必要がある。
異常検出装置150は、電源線170からの給電を受け停電時であっても内蔵されたバッテリーの畜電力を利用して動作可能であり、第1変流器152と、第2変流器154と、差分検出部156と、開閉操作部158と、異常報知部160とを含んで構成される。第1変流器152は、例えば、計器用変流器(CT:Current Transformers)や零相変流器(ZCT:Zero phase Current Transformer)で構成され、第2開閉部144(第1開閉部142)の電源側端子の電流を検出する。第2変流器154は、第3開閉部146(第1開閉部142)の負荷側端子の電流を検出する。ここで、第1変流器152および第2変流器154は、同相1相分の電流を検出してもよいし、2相または3相の電流をそれぞれ検出してもよい。
差分検出部156は、第1変流器152が検出した電流値と第2変流器154が検出した電流値とを比較し、所定値以上の差分があった場合、切替フラグを立てる。開閉操作部158は、切替フラグが立っていれば、避雷器LAを用いて電流を遮断し第1開閉部142を閉路し、第2開閉部144および第3開閉部146を開路してSVR130を高圧配電線路120から自己完結的に切り離す。また、開閉操作部158は、SVR130を切り離してから所定時間経過後に切替フラグをリセットする。異常報知部160は、切替フラグが立っている間、例えば、パトライトやスピーカ等を通じて当該SVR130の異常を視聴覚的に周囲に報知する。
ここでは、開閉操作部158が、切替フラグが立った時点でSVR130を切り離す例を挙げたが、かかる場合に限られず、高圧配電線路120の給電停止を確認後、即ち、変電所リレーの動作により事故電流が消滅したことを確認した後、SVR130を高圧配電線路120から切り離すことも可能である。
異常検出装置150では、第1変流器152が検出した電流値と第2変流器154が検出した電流値とを比較し、所定値以上の差分があった場合に当該SVR130に事故があったと判断する。かかる構成により、異常検出装置150は、SVR130の異常を個々に特定することができ、異常が生じたSVR130を迅速かつ確実に高圧配電線路120から切り離すことが可能となる。
また、短絡電流が小さい場合や、避雷器LAが動作する場合であっても、その時点で差分検出部156は、第1変流器152と第2変流器154との電流値の差分によりその異常を確実に検出することができるので、事故地点の早期の特定、除去が可能となり、他の設備被害のリスクを削減することができる。
当該SVR130より下流における故障が生じた場合にも事故による異常電流が発生するが、第1変流器152と第2変流器154との電流値には差分が生じないので、異常検出装置150は、異常を検出せず(誤動作せず)、開閉ユニット140の各開閉部の開閉は行われない。
しかし、第2変流器154が第3開閉部146(第1開閉部142)の負荷側端子の電流を検出する上で電流値の通常範囲を超える所謂異常電流を検知した場合、異常報知部160は、その異常電流の検知を周囲に報知してもよい。このとき、異常電流の報知パターンをSVR130の異常と変え、どちらの異常であるかを識別できるようにする。
かかる構成により、既存の短絡電流通過表示器(SI)同様、第3開閉部146の負荷側端子の異常電流が検出され、当該開閉ユニット140より下流において短絡または地絡による事故が起きていることをその周囲で視覚的に把握することが可能となる。
(第2の実施形態:配電系統システム200)
第1の実施形態においては、異常検出装置150が単独でSVR130の異常を特定、分離する構成を述べたが、近年、配電系統に並設された通信網も発達し、遠隔地で情報を集約、判断して開閉器個々の操作まで遂行することが可能となった。本実施形態では、SVR130の異常を配電系統システム200全体として受信し、その対応を行う例を説明する。
図5は、配電系統システム200の概略的な構成を示す説明図である。ここで配電系統システム200は、配電用変電所110と、高圧配電線路120と、SVR130と、開閉ユニット140と、異常検出装置250と、管理サーバ260と、通信網270とを含んで構成される。通信網270は、高速専用回線、ISDN(Integrated Services Digital Network)回線やインターネット等の通信媒体をいう。第1の実施形態における構成要素として既に述べた配電用変電所110と、高圧配電線路120と、SVR130と、開閉ユニット140とは、実質的に機能が同一なので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違する、異常検出装置250と、管理サーバ260を主に説明する。
図6は、SVR130と、開閉ユニット140と、異常検出装置250と、管理サーバ260との接続関係を示した回路図である。異常検出装置250は、第1変流器152と、第2変流器154と、差分検出部156と、異常伝達部258と、異常報知部160とを含んで構成される。上述した構成要素に関しては説明を省略し、異常伝達部258に関して説明する。異常伝達部258は、差分検出部156により操作される切替フラグが立っていれば、その旨管理サーバ260に通信網270を介して伝達する。
管理サーバ260は、複数の異常検出装置250に通信網270を介して接続され、異常検出装置250からの情報を集約すると共に各開閉ユニット140の開閉制御も行う。そして、異常伝達部258からSVR130の異常が伝達されると、配電用変電所110における変電所リレーの動作により事故電流が消滅した後に、伝達があった異常検出装置250に接続された開閉ユニット140に対してSVRの高圧配電線路120からの切り離しを指令する。ここでは異常伝達部258から切替フラグが立っている旨管理サーバ260に伝達される構成を述べているが、管理サーバ260が異常検出装置250を監視し、切替フラグの状態をロードする構成を採用することもできる。
開閉ユニット140は、管理サーバ260からの指令を受けて、自体における、第1開閉部142を閉路し、第2開閉部および第3開閉部を開路してSVR130を配電線路から切り離す。
かかる配電系統システム200では、配電系統上の事故地点を上位である管理サーバ260が把握することができるので、事故地点が複数あるときの統括的な対応や、事故原因の分析等事故に関する様々な傾向を把握することが可能となる。また、第1の実施形態同様、SVR130の異常を個々に特定し、異常が生じたSVR130を迅速かつ確実に高圧配電線路120から切り離すことができるので、本来の配電系統システム200の機能の早期回復を図ることが可能となる。
また、第2変流器154が第3開閉部146(第1開閉部142)の負荷側端子の電流を検出する上で電流値の通常範囲を超える所謂異常電流を検知した場合、異常伝達部258は、異常電流を検知したことも管理サーバ260に伝達する。
かかる構成により、管理サーバ260は、特定の開閉ユニット140より下流において短絡または地絡による事故が起きていることを把握することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、SVRの異常を検出する異常検出装置および配電系統システムに適用可能である。
第1の実施形態における配電系統システムの概略的な構成を示す説明図である。 SVRと、開閉ユニットと、異常検出装置との接続関係を示した回路図である。 SVRと、開閉ユニットと、異常検出装置の位置関係を示した外観図である。 SVRの動作を説明するための説明図である。 第2の実施形態における配電系統システムの概略的な構成を示す説明図である。 SVRと、開閉ユニットと、異常検出装置と、管理サーバとの接続関係を示した回路図である。 従来技術における自動電圧調整器(SVR)と開閉器との接続関係を示した回路図である。 従来技術における自動電圧調整器(SVR)および開閉器の配置を説明するための配置図である。
符号の説明
100、200 …配電系統システム
120 …高圧配電線路(配電線路)
130 …自動電圧調整器(SVR)
140 …開閉ユニット
142 …第1開閉部
144 …第2開閉部
146 …第3開閉部
150、250 …異常検出装置
152 …第1変流器
154 …第2変流器
156 …差分検出部
158 …開閉操作部
160 …異常報知部
250 …異常検出装置
260 …管理サーバ

Claims (4)

  1. 配電線路を開閉する第1開閉部と、該第1開閉部の電源側端子と自動電圧調整器の1次側端子とを開閉する第2開閉部と、該第1開閉部の負荷側端子と該自動電圧調整器の2次側端子とを開閉する第3開閉部とを有し、該第1開閉部と、該第2開閉部および第3開閉部とが排他的に開閉される開閉ユニットに接続された異常検出装置であって、
    前記第2開閉部の電源側端子の電流を検出する第1変流器と、
    前記第3開閉部の負荷側端子の電流を検出する第2変流器と、
    前記第1変流器が検出した電流値と前記第2変流器が検出した電流値とを比較し、所定値以上の差分があった場合、切替フラグを立てる差分検出部と、
    前記切替フラグが立った後、前記第1開閉部を閉路し前記第2開閉部および第3開閉部を開路して前記自動電圧調整器を前記配電線路から切り離す開閉操作部と、
    を備えることを特徴とする異常検出装置。
  2. 前記第2変流器はさらに異常電流を検知し、
    前記異常電流の検知を周囲に報知する異常報知部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の異常検出装置。
  3. 配電線路の任意の位置に配設され該配電線路の電圧を調整する自動電圧調整器と、該配電線路を開閉する第1開閉部、該第1開閉部の電源側端子と該自動電圧調整器の1次側端子とを開閉する第2開閉部、および該第1開閉部の負荷側端子と該自動電圧調整器の2次側端子とを開閉する第3開閉部を有する開閉ユニットと、該開閉ユニットに接続される異常検出装置と、該開閉ユニットおよび該異常検出装置に通信網を介して接続された管理サーバとを含む配電系統システムであって、
    前記異常検出装置は、
    前記第2開閉部の電源側端子の電流を検出する第1変流器と、
    前記第3開閉部の負荷側端子の電流を検出する第2変流器と、
    前記第1変流器が検出した電流値と前記第2変流器が検出した電流値とを比較し、所定値以上の差分があった場合、切替フラグを立てる差分検出部と、
    前記切替フラグが立つと、その旨管理サーバに伝達する異常伝達部と、
    を備え、
    前記管理サーバは、前記切替フラグが立ったことを受け、前記開閉ユニットに対して前記第1開閉部の閉路ならびに前記第2開閉部および第3開閉部の開路を指令することを特徴とする配電系統システム。
  4. 前記第2変流器はさらに異常電流を検知し、
    前記異常伝達部は前記異常電流を検知したことも前記管理サーバに伝達することを特徴とする請求項3に記載の配電系統システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010020947A (ja) * 2008-07-09 2010-01-28 Toko Electric Corp 接点切替開閉器
CN114156885A (zh) * 2022-02-10 2022-03-08 北京美达龙源环保电气有限公司 配电管理方法、处理端、配电箱及计算机可读存储介质

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