JP2010044621A - 無効電力補償装置の地絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無効電力補償装置の地絡を検出する。
【解決手段】サイリスタ制御変圧器方式の無効電力補償装置における変圧器１０の各相独立した二次巻線の両端子間に接続された、サイリスタ１４ａ〜１４ｃが介挿された単相回路２０の各相における対地電圧を測定する複数の電圧測定器１７と、無効電力の補償過程における前記サイリスタの点弧制御に起因して各単相回路の各相に現れる特殊な電圧波形を有する各電圧測定器で測定された各対地電圧のピーク電圧値に対して所定の比較演算処理を実施することにより各単相回路の各相に地絡が発性したことを検出する地絡検出部１８とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電力系統を通流する交流電力の無効電力をサイリスタ制御リアクトル（Thyristor Controlled Reactor ）を用いて補償する無効電力補償装置に係わり、特に、無効電力補償装置自体の配線等の構成部材の地絡を検出する無効電力補償装置の地絡検出装置に関する。

一般に、交流電力系統を通流する交流電力の電圧波形に対する電流波形の位相差に起因する無効電力を補償するための無効電力補償装置として、種々の方式が実用化されているが、図１２にサイリスタ制御リアクトル法を採用した無効電力補償装置を示す。

Ｕ、Ｖ、Ｗの３相からなる三相交流電力系１ａに対してΔ結線されたサイリスタ制御リアクトル２が接続されている。このサイリスタ制御リアクトル２においては、図示するように、一対のコイル３ａ、３ｂの中間に互いに逆極性に並列接続された一対のサイリスタ４が介挿された３つの直列回路がΔ結線されている。

また、三相交流電力系１ｂの各相の電圧をＰＴ（電圧検出器）５で測定してサイリスタ制御部７に送出する。又、三相交流電力系１ｂの各相の電流をＣＴ（電流検出器）６で測定してサイリスタ制御部７に送出する。サイリスタ制御部７は検出された各相の電圧値と電流値とから必要とする無効電力を実現するためのサイリスタ４の点弧角を算出して、サイリスタ４を通電制御して無効電力を調整する。

また、三相交流電力系１ａに零相電圧計８を設けて、得られた零相電圧が許容値を超えると、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のいずれか１相が地絡したと判定できる。

さらに、特許文献１においては、コイルとコンデンサとサイリスタが組込まれた静止形無効電力補償装置が提唱されている。

また、図１３は、サイリスタ制御リアクトルを採用した他の無効電力補償装置の概略構成図である。この無効電力補償装置においては、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相からなる三相交流電力系１ｂに対して遮断器９を介して、高インピーダンスの三相変圧器１０の各一次巻線１１ａ、１１ｂ、１１ｃが接続されている。この三相変圧器１０の各一次巻線１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対応する各相独立した二次巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃには、それぞれ単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃが接続されている。各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中間位置に、互いに逆極性に並列接続された一対のサイリスタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが介挿されている。

単相回路１３ａにおいてはｕ相とｘ相とで構成され、単相回路１３ｂにおいてはｖ相とｙ相とで構成され、単相回路１３ｃにおいてはｗ相とｚ相とで構成されている。

また、この三相変圧器１０においては、各一次巻線１１ａ、１１ｂ、１１ｃと各二次巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃとの間には、静電シールド１５が介挿され、各一次巻線１１ａ、１１ｂ、１１ｃに印加された電圧が各二次巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃに静電誘導により漏れることが抑制される。

サイリスタ制御部７はＰＴ５、ＣＴ６で検出された各相の電圧値と電流値とから必要とする無効電力を実現するための各サイリスタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの点弧角を算出して、この点弧角で各サイリスタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを通電制御して、無効電力を調整する。
特開平８―１４９６９４号公報

しかしながら、図１３に示すサイリスタ制御リアクトルを採用した無効電力補償装置においてもまだ改良すべき、次のような課題があった。

すなわち、三相交流電力系１ｂの各相における地絡発生に起因する事故を抑制するために三相交流電力系１ｂに、図１２に示す零相電圧（電流）検出器８を設けて、検出された零相電圧が許容値を超えると、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のいずれか１相が地絡したと判定している。

しかし、近年、上述した三相交流電力系１ｂの地絡検出以外にも、無効電力補償装置自体の配線等の各構成部材における地絡発生に起因して、当該無効電力補償装置の動作不良、故障が生じることを防止する目的で、無効電力補償装置における地絡を検出することが要求されている。

しかし、図１３に示した無効電力補償装置においては、各単相回路の各相の地絡を検出する手法として、従来の３相回路の零相電圧を検出する方法が採用できない問題があった。以下、その理由を図１４、図１５を用いて説明する。

図１４に、図１３に示す構成の無効電力補償装置における一つの単相回路１３ａにおけるｕ相の接地間の電圧Ｖｕの波形（実線）と、ｘ相の接地間の電圧Ｖｘの波形（点線）とを、無効電力補償装置における動作条件毎に記載する。具体的には、
当該単相回路１３ａにおけるサイリスタ１４ａに対する通電制御として、
実施せず…（ａ）（ｂ）、 点弧角１００°…（ｃ）（ｄ） 点弧角１５０°…（ｅ）（ｆ）
の条件を示している。また、地絡の有無として、
ｕ相、ｘ相共に…地絡無し（ａ）（ｃ）（ｅ） ｘ相のみ…地絡（ｂ）（ｄ）（ｆ）
の条件を示している。さらに、三相変圧器１０に対する課電圧の有無として、
課電圧…あり（ａ）〜（ｆ） 課電圧…無し（ｇ）（ｈ）
の各条件を示している。

また、図１５の（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）は、図１４における（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）の各条件下において、三相変圧器１０の静電シールド１５を除去した条件のｕ相の接地間の電圧Ｖｕの波形（実線）と、ｘ相の接地間の電圧Ｖｘの波形（点線）とを示す。

このように、各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃのｕ、ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚの各相の電圧Ｖｕ、Ｖｘ、Ｖｖ、Ｖｙ、Ｖｗ、Ｖｚの電圧波形は、高インピーダンスの三相変圧器１０が課電されていない状態もしくは受電中、サイリス１４ａ、１４ｂ、１４ｃが停止中もしくは運転中、さらに運転中には点弧角（１００°、１５０°等）によっても異なる電圧波形となる。

また、図１５に示すように、高インピーダンスの三相変圧器１０における静電シールド１５の有無によっても、各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各相ｕ〜ｚの電圧Ｖｕ〜Ｖｚの波形も大きく異なる。

このように、無効電力補償装置における各動作状態（動作条件）に応じて、検査対象の各相の電圧の電圧波形が大きく変化する。この波形変化は地絡発生有無の波形変化より大きいので、従来の零相電圧測定手法においては、各相の地絡を検出できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、三相変圧器の各二次巻線に接続された各単相回路の各相の電圧のピーク値に対して種々の比較演算を実施することによって、各単相回路の各相の地絡の発生を検出でき装置全体の信頼性を向上できる無効電力補償装置の地絡検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、交流電力系統の各相間に三相変圧器の各一次巻線を接続してこの三相変圧器の各相独立した二次巻線の両端子間にサイリスタが介挿された単相回路を接続し、このサイリスタの点弧角を制御することによって交流電力系統の無効電力を補償する無効電力補償装置における各単相回路の各相の地絡を検出する無効電力補償装置の地絡検出装置である。

そして、上記課題を解消するために、請求項１の地絡検出装置においては、各単相回路の各相における対地電圧を測定する複数の電圧測定器と、無効電力の補償過程におけるサイリスタの点弧制御に起因して各単相回路の各相に現れる特殊な電圧波形を有する各電圧測定器で測定された各対地電圧のピーク電圧値に対して所定の比較演算処理を実施することにより各単相回路の各相に地絡が発生したことを検出する地絡検出部とを備えている。

このように構成された無効電力補償装置の地絡検出装置においては、各単相回路の各相の周波数で定まる１周期（１波長）分の電圧波形は各条件に応じて大きく変化するが、ピーク電圧値は大きく変化しない。その結果、このピーク電圧値に対して、各種の比較演算処理を実施することにより各単相回路の各相の地絡発生を特定できる。

また、請求項２は、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における地絡検出部は、各電圧測定器で測定された対地電圧の交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値が予め定められた下限値以下で、かつ交流電力系統が課電状態時に、当該電圧測定器が設けられた単相回路の相の地絡検出を出力する。

このように構成された地絡検出装置においては、各相の電圧のピーク電圧値が下限値以下の場合は、該当相は地絡していると判断する。

また、請求項３においては、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における地絡検出部は、各電圧測定器で測定された対地電圧の交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値又は負側のピーク電圧値の絶対値が予め定められた下限値以下で、かつ交流電力系統が課電状態時に、当該電圧測定器が設けられた単相回路の相の地絡検出を出力する。

このような構成においては、請求項２における、地絡の判定を電圧波形における正側波形と、負側波形とを区別して地絡の判定処理を実施している。

また、請求項４においては、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における地絡検出部は、各単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値が予め定められた上限値以上のときに、同一単相回路の他方の相の地絡検出を出力する。

このように構成された地絡検出装置においては、一つの単相回路の２つの相の一方相のピーク電圧値が上限値以上のとき、他方の相は地絡していると判断する。

また、請求項５においては、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における地絡検出部は、各単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された前記交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値又は負側のピーク電圧値の絶対値が予め定められた上限値以上のときに、同一単相回路の他方の相の地絡検出を出力する。

このような構成においては、請求項４における、地絡の判定を電圧波形における正側波形と、負側波形とを区別して地絡の判定処理を実施している。

また、請求項６においては、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における地絡検出部は、各単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値が予め定められた上限値以上のときで、かつ、同一単相回路の他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値が予め定められた下限値以下のとき、他方の相の地絡検出を出力する。

このように構成された地絡検出装置においては、一つの単相回路の２つの相の一方相のピーク電圧値が上限値以上で、他方の相のピーク電圧値が下限値以下の場合は、この他方の相が地絡していると判断している。

また、請求項７においては、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における地絡検出部は、各単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値又は負側のピーク電圧値の絶対値が予め定められた上限値以上のときで、かつ、同一単相回路の他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値又は負側のピーク電圧値の絶対値が予め定められた下限値以下のとき、他方の相の地絡検出を出力する。

このような構成においては、請求項６における、地絡の判定を電圧波形における正側波形と、負側波形とを区別して地絡の判定処理を実施している。

また、請求項８においては、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における地絡検出部は、同一の単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値と他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値との偏差電圧値が予め定められた許容値以上のとき、前記単相回路のいずれか１相の地絡検出を出力する。

このような構成においては、一つの単相回路を構成する二つの相の相互間の電圧偏差が許容値以上になると、いずれか一方が地絡していることになる。

また、請求項９においては、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における地絡検出部は、同一の単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値と他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の交流電力の１周期の期間における負側のピーク電圧値の絶対値との偏差電圧値が予め定められた許容値以上のとき、又は、一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間における負側のピーク電圧値の絶対値と他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値との偏差電圧値が予め定められた許容値以上のとき、単相回路の他方の相の地絡検出を出力する。

このような構成においては、請求項８における、地絡の判定を電圧波形における正側波形と、負側波形とを区別して地絡の判定処理を実施している。

また、請求項１０においては、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における各電圧測定器は、前記各単相回路の各相と接地間に介挿された単相変圧器の二次巻線の両端子間に接続された負担調整用抵抗の両端子間に接続されている。

このように、負担調整用抵抗を設けることによって、単相変圧器の一次巻線から二次巻線への静電誘導による移行電圧の影響を抑制して、各相の電圧を平均化することにより、各相の地絡検出精度を向上できる。

また、請求項１１においては、上記発明の無効電力補償装置の地絡検出装置における各電圧測定器で測定された対地電圧に含まれる高調波成分を除去する複数の高調波除去フィルタを備えている。

このように、高調波除去フィルタでもって、電圧測定器で測定された対地電圧に含まれる、前述した無効電力補償装置の動作条件以外の雑音等の高調波成分が除去されるので、各相の地絡検出精度をより一層向上できる。

本発明においては、無効電力補償装置における各単相回路の各相の電圧の電圧波形が無効電力補償装置における種々の動作条件に応じて大幅に変更になったとしても、各単相回路の各相の地絡を確実に検出でき、無効電力補償装置の信頼性を大幅に向上できる。

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる地絡検出装置が組込まれた無効電力補償装置の全体構成を示す図である。この実施形態の地絡検出装置は図１３に示す無効電力補償装置に組込まれている。したがって、図１に示す無効電力補償装置自体は図１３の無効電力補償装置と同一構成である。したがって、重複する部分に詳細説明を省略する。

この第１実施形態装置においては、三相交流電力系１に対して遮断器９を介して、三相変圧器１０の各一次巻線１１ａ、１１ｂ、１１ｃが接続されている。この三相変圧器１０の各一次巻線１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対応する独立した各二次巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃには、それぞれ単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃが接続されている。各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中間位置に互いに逆極性に並列接続された一対のサイリスタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが介挿されている。

単相回路１３ａにおいてはｕ相とｘ相とで構成され、単相回路１３ｂにおいてはｖ相とｙ相とで構成され、単相回路１３ｃにおいてはｗ相とｚ相とで構成されている。

また、この三相変圧器１０においては、各一次巻線１１ａ、１１ｂ、１１ｃと各二次巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃとの間には、静電シールド１５が介挿されている。

サイリスタ制御部７はＰＴ（電圧計）５、ＣＴ（電流計）６で検出された各相の電圧値と電流値から必要とする無効電力を実現するための各サイリスタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの点弧角を算出して、この点弧角で各サイリスタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを通電制御して、無効電力を調整する。

したがって、各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各相ｕ、ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚの接地間の電圧、Ｖｕ、Ｖｘ、Ｖｖ、Ｖｙ、Ｖｗ、Ｖｚの電圧波形は、図１４，図１５に示すように、無効電力補償装置における種々の動作条件に応じて種々に変更する。

次に、このような構成の無効電力補償装置に組込まれた地絡検出装置を説明する。各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各相ｕ、ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚと接地間には、単相変圧器１６が介挿されており、この各単相変圧器１６の二次巻線に各ｕ、ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚの接地間の各電圧Ｖｕ、Ｖｘ、Ｖｖ、Ｖｙ、Ｖｗ、Ｖｚを測定する電圧測定器１７が接続されている。各電圧測定器１７で測定された６個の各電圧Ｖｕ、Ｖｘ、Ｖｖ、Ｖｙ、Ｖｗ、Ｖｚは、例えば、地絡検出部１８へ送出される。

また、課電圧検出回路１９は、ＰＴ（電圧計）５で電圧が検出されている場合は、三相変圧器１０に電圧が課電されているので、地絡検出部１８へハイレベルの課電状態信号ａを送出する。さらに、課電圧検出回路１９は、ＰＴ（電圧計）５で電圧が検出されない場合は、三相変圧器１０に電圧が課電されていないので、地絡検出部１８へローレベルの非課電状態を送出する。地絡検出部１８は、各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各相ｕ〜ｚに地絡を検出すると、各遮断器９へ遮断指令ｂを出力して、無効電力補償装置を三相交流電力系１から切離す。

地絡検出部１８においては、図２に示すように、各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各相ｕ、ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚ毎の合計６個の相地絡検出部２０が組込まれている。各相地絡検出部２０は同一構成であるので、ｕ相の相地絡検出部２０を例にして説明する。

各単相回路１３ａのｕ相の電圧測定器１７で測定されたｕ相の時間的に変化する例えば図１４に示す正側成分と負側成分とを有する電圧波形の電圧Ｖｕは、高調波除去フィルタ３５で高周波の雑音成分が除去されたのち、絶対値算出部２１及び１サイクル保持部２３でもって、三相交流電力系１の１サイクル分（５０Hzの場合０．０２秒）に相当する期間における電圧波形の片側振幅を示す絶対値｜Ｖｕ｜が算出される。

そして、この１サイクル分（５０Hzの場合０．０２秒）の時間をかけて算出されたu相の電圧Ｖｕの絶対値｜Ｖｕ｜は、次のレベル検出部２２で、この絶対値｜Ｖｕ｜が予め定められた下限値ＶＫ以下であるか否かを判定する。すなわち、測定された電圧Ｖｕの交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値が予め定められた下限値ＶＫ以下であるかを判定することを示す。

そして、その判定結果は、状態確認部２４で、例えば５秒間継続して同一判定結果が出力されることを確認する。前述した、５０Hzの場合は、ピーク電圧値が下限値ＶＫ以下であることを２５０回連続した場合に、ハイレベルのｕ相の地絡信号を次のアンドゲート２５の一方の入力端子に印加する。なお、この状態確認部２４は、雑音等にて、ピーク電圧値が下限値ＶＫ以下になる電圧波形が生じたとしても、誤って地絡発生を出力することを防止する。

アンドゲート２５の他方の入力端子には、課電圧検出回路１９から課電状態信号ａが印加されている。したがって、このアンドゲート２５は、三相変圧器１０に対する課電状態を示すハイレベルの課電状態信号ａが印加されている条件下において、状態確認部２４から入力されたハイレベルのｕ相の地絡信号ｃをこのｕ相の相地絡検出部２０から出力する。ｕ相の相地絡検出部２０から出力されたハイレベルのｕ相の地絡信号ｃはオアゲート２６を介して遮断出力部２７へ入力する、遮断出力部２７は、各遮断器９へ遮断指令ｂを出力して、無効電力補償装置を三相交流電力系１から切離す。

なお、三相変圧器１０に電圧が課電されていない状態においては図１４（ｇ）、（ｈ）に示すように、電圧Ｖｕは無条件に０であるので、誤って、ハイレベルのｕ相の地絡信号ｃが出力されることが防止される。

このように、ｕ相の相地絡検出部２０は、ｕ相の電圧測定器１７で測定された電圧Ｖｕの交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｕ｜が下限値ＶＫ以下で、かつ交流電力系統１が課電状態時に、当該電圧測定器１７が設けられた単相回路１３ａのｕ相の地絡検出信号ｃを出力し、無効電力補償装置を三相交流電力系１から切離す。

図２の地絡検出部１８内に組込まれたｕ相以外の、ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚの各相地絡検出部２０もｕ相の相地絡検出部２０と同様に、自己の相の地絡発生を検出する。

このように構成された第１実施形態の無効電力補償装置の地絡検出装置においては、各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各相の電圧波形は図１４に示すように各条件に応じて大きく変化するが、ピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｕ｜は大きく変化しない。したがって、各相の電圧のピーク電圧値が下限値ＶＭ以下の場合は、該当相は地絡していると判定できるので、各相の地絡を確実に検出できる。

（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係わる地絡検出装置の地絡検出部１８内に組込まれたｕ相の相地絡検出部２０ａの概略構成図である。図２に示す第１実施形態のｕ相の相地絡検出部２０と同一部分には、同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

この第２実施形態においては、単相回路１３ａのｕ相の電圧測定器１７で測定されたｕ相の時間的に変化する例えば図１４に示す正側成分と負側成分とを有する電圧波形の電圧Ｖｕは、高調波除去フィルタ３５で高周波の雑音成分が除去されたのち、正負分割部２８にて、正側電圧Ｖｕｐと負側電圧Ｖｕｎとに分割される。

そして、絶対値算出部２１ａ、１サイクル保持部２３ａ、レベル検出部２２ａで、正側電圧Ｖｕｐの１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｕｐ｜が下限値ＶＫ以下であるか否かを判定する。また、絶対値算出部２１ｂ、１サイクル保持部２３ｂ、レベル検出部２２ｂで、負側電圧Ｖｕｎの１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｕｎ｜が下限値ＶＫ以下であるか否かを判定する。

そして、正側電圧Ｖｕｐ、負側電圧Ｖｕｎの各判定結果は、オアゲート２９で論理和されて、次のアンドゲート２５の一方の入力端子に印加される。このアンドゲート２５の他方の入力端子には、課電圧検出回路１９から課電状態信号ａが印加されている。したがって、このアンドゲート２５は、三相変圧器１０に対する課電状態を示すハイレベルの課電状態信号ａが印加されている条件下において、正側電圧Ｖｕｐのピーク電圧値又は負側電圧Ｖｕｎのピーク電圧値が下限値ＶＫ以下になると、ハイレベルのｕ相の地絡信号をこのｕ相の相地絡検出部２０ａから出力する。

これ以降の動作は、図２に示した第１実施形態のｕ相の相地絡検出部２０と同じである。したがって、先に説明した第１実施形態の地絡検出装置とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

さらに、この第２実施形態においては、各相の地絡判定を電圧波形における正側波形と、負側波形とを区別して実施しているので、より詳細に地絡要因を解明できる。

（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係わる地絡検出装置が組込まれた無効電力補償装置の全体構成を示す図である。図１に示す第１実施形態と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

この第３実施形態の地絡検出装置においては、図１における課電圧検出回路１９は設けられていない。

この第３実施形態の地絡検出装置における地絡検出部１８においては、図５に示すように、各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各相ｕ、ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚ毎の合計６個の相地絡検出部２０ｂが組込まれている。但し、ｕ相の相地絡検出部２０ｂにはｘ相の電圧Ｖｘが入力され、ｘ相の相地絡検出部２０ｂにはｕ相の電圧Ｖｕが入力される。このようのに、各相地絡検出部２０ｂには当該相が所属する単相回路に所属する他方の相の電圧が入力される。ｕ相の相地絡検出部２０ｂを例にして説明する。

の時間的に変化する例えば図１４に示す正側成分と負側成分とを有する電圧波形の電圧Ｖｘは、高調波除去フィルタ３５で高周波の雑音成分が除去されたのち、絶対値算出部２１、１サイクル保持部２３で１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｘ｜が求められる。そして、レベル検出部３０でこの１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｘ｜が予め定められた上限値ＶＭ以上であるか否かを判定する。その判定結果を状態確認部２４で５秒間に亘って継続することを確認する。

すなわち、１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｘ｜が予め定められた上限値ＶＭ以上の場合は、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、同一単相回路１３ａに所属するｕ相が地絡していると見なせるので、このｕ相の地絡状態を５秒間継続することを確認ののち、ハイレベルのｕ相の地絡信号ｃをこのｕ相の相地絡検出部２０ｂから出力する。

これ以降の動作は、図２に示した第１実施形態のｕ相の相地絡検出部２０と同じである。したがって、先に説明した第１実施形態の地絡検出装置とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

同様に、単相回路１３ａのｕ相の電圧測定器１７で測定されたｕ相の電圧Ｖｕで同一単相回路１３ａのｘ相の地絡を検出することができる。

（第４実施形態）
図６は本発明の第４実施形態に係わる地絡検出装置の地絡検出部１８内に組込まれたｕ相の相地絡検出部２０ｃの概略構成図である。図５に示す第３実施形態のｕ相の相地絡検出部２０ｂと同一部分には、同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。その他の構成は、第１，３実施形態とほぼ同じである。

この第４実施形態においては、単相回路１３ａのｘ相の電圧測定器１７で測定されたｘ相の時間的に変化する例えば図１４に示す正側成分と負側成分とを有する電圧波形の電圧Ｖｘは、高調波除去フィルタ３５で高周波の雑音成分が除去されたのち、正負分割部２８にて、正側電圧Ｖｘｐと負側電圧Ｖｘｎとに分割される。

そして、絶対値算出部２１ａ、１サイクル保持部２３ａ、レベル検出部３０ａで、正側電圧Ｖｘｐの１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｘｐ｜が上限値ＶＭ以上のであるかを判定する。

同様に、絶対値算出部３０ｂ、１サイクル保持部２３ｂ、レベル検出部３０ｂで、負側電圧Ｖｘｎの１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｘｎ｜が上限値ＶＭ以上であるかを判定する。

そして、正側電圧Ｖｘｐ、負側電圧Ｖｘｎの各判定結果は、オアゲート２９で論理和されて、次の状態確認部２４で例えば５秒等の同一判定結果が継続したことを確認する。

すなわち、ｘ相の電圧Ｖｘの正側電圧Ｖｘｐ又は負側電圧Ｖｘｎのいずれか一方のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｘｐ｜、｜Ｖｘｎ｜が上限値ＶＭ以上となると、他方のｕ相に地絡が発生したことを示すハイレベルのｕ相の地絡信号ｃがこのｕ相の相地絡検出部２０ｃから出力される。

これ以降の動作は、図２に示した第１実施形態のｕ相の相地絡検出部２０と同じである。したがって、先に説明した第１実施形態の地絡検出装置とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

（第５実施形態）
図７は本発明の第５実施形態に係わる地絡検出装置の地絡検出部１８の概略構成図である。図５に示す第３実施形態のｕ相の相地絡検出部２０ｂと同一部分には、同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。その他の構成は、第１、３実施形態とほぼ同じである。

この第５実施形態の地絡検出部１８においては、各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各相ｕ、ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚ毎の合計６個の相地絡検出部２０ｃが組込まれている。但し、ｕ相の相地絡検出部２０ｃにはｘ相の電圧Ｖｘとｕ相の電圧Ｖｕが入力され、ｘ相の相地絡検出部２０ｃにはｕ相の電圧Ｖｕとｘ相の電圧Ｖｘとが入力される。このようのに、各相地絡検出部２０ｃには当該相が所属する単相回路に所属する２つの相の各電圧が入力される。ｕ相の相地絡検出部２０ｃを例にして説明する。

単相回路１３ａのｘ相の電圧測定器１７で測定されたｘ相の時間的に変化する例えば図１４に示す正側成分と負側成分とを有する電圧波形の電圧Ｖｘは、高調波除去フィルタ３５で高周波の雑音成分が除去されたのち、絶対値算出部２１と１サイクル保持部２３とで、１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｘ｜が求められ、レベル検出部３０でこの１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｘ｜が予め定められた上限値ＶＭ以上であるかを判定する。

また、単相回路１３ａのｕ相の電圧測定器１７で測定されたｕ相の時間的に変化する例えば図１４に示す正側成分と負側成分とを有する電圧波形の電圧Ｖｕは、高調波除去フィルタ３５で高周波の雑音成分が除去されたのち、絶対値算出部２１と１サイクル保持部２３で、１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｕ｜が求められ、レベル検出部２２でこの１サイクル分のピーク電圧値としての絶対値｜Ｖｕ｜が予め定められた下限値ＶＫ以下であるかを判定する。

ｘ相のピーク電圧値が上限値ＶＭ以上であり、補しｕ相のピーク電圧値が下限値以下である場合に、アンドゲート３１が成立して、ハイレベルのｕ相の地絡信号は状態確認部２４へ送出される。この状態確認部２４は例えば５秒間、ハイレベルのｕ相の地絡信号が継続することを確認したのち、このｕ相の相地絡検出部２０ｃから、ハイレベルのｕ相の地絡信号ｃを出力する。

このように、同一単相回路に所属する一方の相のピーク電圧値が低くて、他方の相のピーク電圧が高い場合は、ピーク電圧の低い方の相が地絡していると判断して、地絡を検出している。したがって、上述した各実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。

（第６実施形態）
図８は本発明の第６実施形態に係わる地絡検出装置の地絡検出部１８内に組込まれたｕ相の相地絡検出部２０ｄの概略構成図である。図７に示す第５実施形態のｕ相の相地絡検出部２０ｃと同一部分には、同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。その他の構成は、第１、３実施形態とほぼ同じである。

この第６実施形態においては、ｕ相の相地絡検出部２０ｄにおいて、ｘ相の電圧測定器１７で測定された時間的に変化する例えば図１４に示す正側成分と負側成分を有するｘ相の電圧Ｖｘは、高調波除去フィルタ３５で雑音等の高調波成分が除去されたのち、正負分割部２８で、正側電圧Ｖｘｐと負側電圧Ｖｘｎとに分割して、それぞれ、絶対値算出部２１ａ、２１ｂ、１サイクル保持部２３ａ、２３ｂで正側電圧Ｖｘｐ、負側電圧Ｖｘｎの１サイクル分のピーク電圧値｜Ｖｘｐ｜、｜Ｖｘｎ｜を算出する。そして、レベル検出部３０ａ、３０ｂでもって、ピーク電圧値｜Ｖｘｐ｜、｜Ｖｘｎ｜が上限値ＶＫ以上であるかを判定する。

また、ｕ相の電圧測定器１７で測定された時間的に変化する例えば図１４に示す相地絡検出部２０ｄにおいて正側成分と負側成分を有するｕ相の電圧Ｖｕは、高調波除去フィルタ３５で雑音等の高調波成分が除去されたのち、正負分割部２８で、正側電圧Ｖｕｐと負側電圧Ｖｕｎとに分割して、それぞれ、絶対値算出部２１ａ、２１ｂ、１サイクル保持部２３ａ、２３ｂで正側電圧Ｖｕｐ、負側電圧Ｖｕｎの１サイクル分のピーク電圧値｜Ｖｕｐ｜、｜Ｖｕｎ｜を算出する。そして、レベル検出部２２ａ、２２ｂでもって、ピーク電圧値｜Ｖｕｐ｜、｜Ｖｕｎ｜が下限値ＶＫ以下であるか否かを判定する。

そして、ｘ相の正のピーク電圧値｜Ｖｘｐ｜が上限値ＶＫ以上で、かつ、ｕ相の負のピーク電圧値｜Ｖｕｎ｜が下限値ＶＫ以下の場合（アンドゲート３１ａ）に、ｕ相の地絡をオアゲート２９を介して、状態確認部２４へ送出する。

また、ｘ相の負のピーク電圧値｜Ｖｘｎ｜が上限値ＶＫ以上で、かつ、ｕ相の正のピーク電圧値｜Ｖｕｐ｜が下限値ＶＫ以下の場合（アンドゲート３１ｂ）においても、ｕ相の地絡をオアゲート２９を介して、状態確認部２４へ送出する。

状態確認部２４は、上述した２条件の各ｕ相の地絡判定が、例えば、５秒間以上継続することを確認すると、このｕ相地絡検出部２０ｄから、ｕ相の地絡検出信号ｃを出力する。

このように、同一単相回路に所属する一方の相のピーク電圧値が低くて、他方の相のピーク電圧が高い場合は、ピーク電圧の低い方の相が地絡していると判断して、地絡を検出している。したがって、上述した第５実施形態の地絡検出装置とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。

（第７実施形態）
図９は本発明の第７実施形態に係わる地絡検出装置の地絡検出部１８の概略構成図である。その他の構成は第１、３実施形態とほぼ同じである。

この第７実施形態の地絡検出部１８内には、単相回路１３ａのｕ、ｘ相の相地絡検出部２０ｅ、単相回路１３ｂのｖ、ｙ相の相地絡検出部２０ｅ、単相回路１３ｃのｗ、ｚ相の相地絡検出部２０ｅが設けられている。

単相回路１３ａのｕ，ｘ相の相地絡検出部２０ｅにおいて、各電圧測定器１７で測定された各電圧Ｖｕ、Ｖｘは、それぞれ、個別に、高調波除去フィルタ３５で雑音等の高調波成分が除去されたのち、１サイクル保持部２３、減算部３２で、ｕ相の電圧Ｖｕのピーク電圧｜Ｖｕ｜とｘ相の電圧Ｖｘのピーク電圧｜Ｖｘ｜との偏差電圧｜Ｖｄ｜を求める。

そして、レベル検出部３３で、偏差電圧｜Ｖｄ｜が許容値ＶＤ以上の場合は、ｕ相，ｘ相のいずれか一方の相に地絡が生じたと判定する。そして、ハイレベルのｕ、ｘ相の地絡信号は状態確認部２４へ送出される。この状態確認部２４は例えば５秒間、ハイレベルのｕ、ｘ相の地絡信号が継続することを確認したのち、このｕ、ｘ相の相地絡検出部２０ｅから、ハイレベルのｕ、ｘ相の地絡信号ｃを出力する。

このような構成の第７実施形態においては、同一単相回路に所属する一対の相の電圧の偏差が許容値以上になると、いずれか一方の相が地絡していると判断して、地絡を検出している。したがって、上述した各実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。

（第８実施形態）
図１０は本発明の第８実施形態に係わる地絡検出装置の地絡検出部１８内に組込まれたｕ相の相地絡検出部２０ｆの概略構成図である。図９に示す第７実施形態のｕ、ｘ相の相地絡検出部２０ｅと同一部分には、同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。その他の構成は、第１、３実施形態とほぼ同じである。

この第８実施形態においては、図１０のｕ相の相地絡検出部２０ｆにおいて、ｘ相の電圧Ｖｘを高調波除去フィルタ３５で雑音等の高調波成分を除去したのち、正負分割部２８で、正側電圧Ｖｘｐと負側電圧Ｖｘｎとに分割する。また、ｕ相の電圧Ｖｕを高調波除去フィルタ３５で雑音等の高調波成分を除去したのち、正負分割部２８で、正側電圧Ｖｕｐと負側電圧Ｖｕｎとに分割する。

そして、それぞれ、絶対値算出部２１ａ、２１ｂ、１サイクル保持部２３ａ、２３ｂでもって、正側電圧Ｖｘｐ、Ｖｕｐ、負側電圧Ｖｘｎ、Ｖｕｎの１サイクル分のピーク電圧値｜Ｖｘｐ｜、｜Ｖｘｎ｜、｜Ｖｕｐ｜、｜Ｖｕｎ｜を求める。

そして、減算部３２ａ、３２ｂにて、それぞれの偏差電圧｜Ｖｄｐ｜＝｜Ｖｘｐ｜―｜Ｖｕｎ｜、偏差電圧｜Ｖｄｎ｜＝｜Ｖｘｎ｜―｜Ｖｕｐ｜を求める。

次に、各レベル検出器３３ａ、３３ｂにて、偏差電圧｜Ｖｄｐ｜、｜Ｖｄｎ｜がそれぞれ、許容値ＶＤ以上であるか否かを判断する。

そして、ｘ相の正側のピーク電圧値｜Ｖｘｐ｜からｕ相の負側のピーク電圧｜Ｖｕｎ｜を差引いた偏差電圧｜Ｖｄｐ｜が許容値ＶＤ以上である場合、及び、ｘ相の負側のピーク電圧値｜Ｖｘｎ｜からｕ相の正側のピーク電圧｜Ｖｕｐ｜を差引いた偏差電圧｜Ｖｄｎ｜が許容値ＶＤ以上である場合（オアゲート２９）においては、ｕ相に地絡が生じたと判定する。

そして、ハイレベルのｕ相の地絡信号は状態確認部２４へ送出される。この状態確認部２４は例えば５秒間、ハイレベルのｕ相の地絡信号が継続することを確認したのち、このｕ相の相地絡検出部２０ｆから、ハイレベルのｕ相の地絡信号ｃを出力する。

このような構成の第８実施形態においては、同一単相回路に所属する一対の相の電圧における互いに異なる極性（正、負）間の偏差が許容値以上になると、偏差における値が小さい方の相に地絡が発生したと判定している。したがって、上述した各実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。

（第９実施形態）
図１１は本発明の第９実施形態に係わる地絡検出装置が組込まれた無効電力補償装置の全体構成を示す図である。図１に示す第１実施形態と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

この第１０実施形態の地絡検出装置においては、各単相回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃにおける各相ｕ、ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚと接地間に介挿された単相変圧器１６の二次巻線の両端子間にそれぞれ負担調整用抵抗３４が接続されている。

このように、負担調整用抵抗３４を設けることによって、単相変圧器１６の一次巻線から二次巻線への静電誘導による移行電圧の影響を抑制して、各相の電圧を平均化することにより、各相の地絡検出精度を向上できる。

本発明の第１実施形態に係わる地絡検出装置が組込まれた無効電力補償装置の全体構成を示す図 同実施形態の地絡検出装置における地絡検出部の構成を示すブロック図 本発明の第２実施形態に係わる地絡検出装置に組込まれたｕ相の相地絡検出部 本発明の第３実施形態に係わる地絡検出装置が組込まれた無効電力補償装置の全体構成を示す図 同実施形態の地絡検出装置における地絡検出部の構成を示すブロック図 本発明の第４実施形態に係わる地絡検出装置に組込まれたｕ相の相地絡検出部の構成を示すブロック図 本発明の第５実施形態に係わる地絡検出装置に組込まれた各相の相地絡検出部の構成を示すブロック図 本発明の第６実施形態に係わる地絡検出装置に組込まれたｕ相の相地絡検出部の構成を示すブロック図 本発明の第７実施形態に係わる地絡検出装置に組込まれた地絡検出部構成を示すブロック図 本発明の第８実施形態に係わる地絡検出装置に組込まれたｕ相の相地絡検出部の構成を示すブロック図 本発明の第９実施形態に係わる地絡検出装置が組込まれた無効電力補償装置の全体構成を示す図 一般的な無効電力補償装置の構成図 サイリスタ制御リアクトルを採用した無効電力補償装置の概略構成図 同無効電力補償装置における各単相回路の各相の接地間電圧の波形を示す図 同じく各単相回路の各相の接地間電圧の波形を示す図

符号の説明

１，１ａ、１ｂ…三相交流電力系、５…ＰＴ、６…ＣＴ、７…サイリスタ制御部、９…遮断器、１０…三相変圧器、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…単相回路、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…サイリスタ、１５…静電シールド、１６…単相変圧器、１７…電圧測定器、１８…地絡検出部、１９…課電圧検出回路、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ…相地絡検出部、２１，２１ａ，２１ｂ…絶対値算出部、２２，２２ａ，２２ｂ、３０，３０ａ、３０ｂ，３３，３３ａ，３３ｂ…レベル検出部、２３、２３ａ，２３ｂ…１サイクル保持部、２４…状態確認部、２５，３１…アンドゲート、２６，２９…オアゲート、２７…遮断出力部、２８…正負分割部、３２，３２ａ，３２ｂ…減算部、３４…負荷調整用抵抗、３５…高調波除去フィルタ

Claims (11)

1. 交流電力系統の各相間に三相変圧器の各一次巻線を接続してこの三相変圧器の各相独立した二次巻線の両端子間にサイリスタが介挿された単相回路を接続し、このサイリスタの点弧角を制御することによって前記交流電力系統の無効電力を補償する無効電力補償装置における前記各単相回路の各相の地絡を検出する無効電力補償装置の地絡検出装置であって、
   前記各単相回路の各相における対地電圧を測定する複数の電圧測定器と、
   前記無効電力の補償過程における前記サイリスタの点弧制御に起因して前記各単相回路の各相に現れる特殊な電圧波形を有する前記各電圧測定器で測定された各対地電圧のピーク電圧値に対して所定の比較演算処理を実施することにより前記各単相回路の各相に地絡が発生したことを検出する地絡検出部と
   を備えたことを特徴とする無効電力補償装置の地絡検出装置。
2. 前記地絡検出部は、
   前記各電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値が予め定められた下限値以下で、かつ前記交流電力系統が課電状態時に、当該電圧測定器が設けられた単相回路の相の地絡検出を出力すること
   を特徴とする請求項１記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。
3. 前記各電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値又は負側のピーク電圧値の絶対値が予め定められた下限値以下で、かつ前記交流電力系統が課電状態時に、当該電圧測定器が設けられた単相回路の相の地絡検出を出力すること
   を特徴とする請求項２記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。
4. 前記地絡検出部は、
   前記各単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値が予め定められた上限値以上のときに、同一単相回路の他方の相の地絡検出を出力すること
   を特徴とする請求項１記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。
5. 前記各単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された前記交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値又は負側のピーク電圧値の絶対値が予め定められた上限値以上のときに、同一単相回路の他方の相の地絡検出を出力すること
   を特徴とする請求項４記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。
6. 前記地絡検出部は、
   前記各単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値が予め定められた上限値以上のときで、かつ、同一単相回路の他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値が予め定められた下限値以下のとき、前記他方の相の地絡検出を出力すること
   を特徴とする請求項１記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。
7. 前記各単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値又は負側のピーク電圧値の絶対値が予め定められた上限値以上のときで、かつ、同一単相回路の他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値又は負側のピーク電圧値の絶対値が予め定められた下限値以下のとき、前記他方の相の地絡検出を出力すること
   を特徴とする請求項６記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。
8. 前記地絡検出部は、
   同一の単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値と他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間におけるピーク電圧値との偏差電圧値が予め定められた許容値以上のとき、前記単相回路のいずれか１相の地絡検出を出力すること
   を特徴とする請求項１記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。
9. 前記地絡検出部は、
   同一の単相回路の一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値と他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間における負側のピーク電圧値の絶対値との偏差電圧値が予め定められた許容値以上のとき、
   又は、前記一方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間における負側のピーク電圧値の絶対値と他方の相の電圧測定器で測定された対地電圧の前記交流電力の１周期の期間における正側のピーク電圧値の絶対値との偏差電圧値が予め定められた許容値以上のとき、
   前記単相回路の他方の相の地絡検出を出力すること
   を特徴とする請求項１記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。
10. 前記各電圧測定器は、前記各単相回路の各相と接地間に介挿された単相変圧器の二次巻線の両端子間に接続された負担調整用抵抗の両端子間に接続されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。
11. 前記各電圧測定器で測定された対地電圧に含まれる高調波成分を除去する複数の高調波除去フィルタを備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の無効電力補償装置の地絡検出装置。

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