JP2011141203A - Ground fault detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電源回路における地絡を検出する地絡検出装置に関する。 The present invention relates to a ground fault detection device that detects a ground fault in a DC power supply circuit.
従来より、発電所、変電所等における電気機器及びその制御装置は、直流電源回路を有しており、この直流電源回路により電気機器及びその制御装置に対して電源が供給される。直流電源回路は、雨季等の湿度の高い時期に絶縁不良が発生し、地絡事故が発生する場合がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, electric devices and control devices in power plants, substations, and the like have a DC power supply circuit, and power is supplied to the electric devices and the control device by the DC power supply circuit. In a DC power supply circuit, an insulation failure may occur during a period of high humidity such as a rainy season, and a ground fault may occur.
このような地絡事故を防ぐために、直流地絡検出リレー(64D)により電圧の変化を検出する回路や、電流の変化を検出するセンサ等で直流電源回路を保護する技術が提案されている(例えば、特許文献1から3参照)。
In order to prevent such a ground fault accident, a technique for protecting a DC power supply circuit with a circuit for detecting a change in voltage by a DC ground fault detection relay (64D), a sensor for detecting a change in current, or the like has been proposed ( For example, see
しかし、直流地絡検出リレー(64D)により電圧の変化を検出する回路や、電流の変化を検出するセンサ等の特許文献1から3に記載された技術では、直流電源回路における地絡電流を検出する検出レベルが低いため、ケーブルの絶縁不良のように、高抵抗で地絡した場合等において地絡電流を検出できない場合が多い。そのため、直流電源回路に地絡電流が流れ込み、例えば、制御装置の直流回路に付随するヒューズが断線する等の地絡事故が発生する。このような地絡事故が発生すると、電気機器や、その制御装置の故障を復帰するために時間を要してしまう。
However, the techniques described in
そこで、本発明は、直流電源回路における地絡電流を高感度で検出できる地絡検出装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a ground fault detection device capable of detecting a ground fault current in a DC power supply circuit with high sensitivity.
本発明の地絡検出装置は、直流電源回路における地絡を検出する地絡検出装置であって、前記直流電源回路を構成する直流電源の正極側の接地間電圧を測定する正側電圧測定手段と、前記直流電源の負極側の接地間電圧を測定する負側電圧測定手段と、前記正極側の接地間電圧と前記負極側の接地間電圧との比である不平衡率を算出する不平衡率算出手段と、前記不平衡率算出手段により算出された前記不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定する不平衡率判定手段と、前記不平衡率判定手段により前記不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源回路において前記地絡電流が流れていると判定することにより前記地絡を検出する地絡判定手段とを備えることを特徴とする。 The ground fault detection device of the present invention is a ground fault detection device for detecting a ground fault in a DC power supply circuit, and measures positive side voltage measuring means for measuring a voltage between the positive sides of the DC power source constituting the DC power supply circuit. And negative voltage measuring means for measuring the negative side ground voltage of the DC power source, and an unbalance for calculating an unbalance rate that is a ratio of the positive side ground voltage and the negative side ground voltage. The unbalance rate is determined by the rate calculation means, the unbalance rate determination means for determining whether the unbalance rate calculated by the unbalance rate calculation means exceeds a predetermined threshold, and the unbalance rate determination means. And a ground fault determining means for detecting the ground fault by determining that the ground fault current is flowing in the DC power supply circuit when it is determined that the predetermined threshold value is exceeded. .
この発明によれば、正極側の接地間電圧と負極側の接地間電圧との比である不平衡率を算出し、算出された不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定する。そして、不平衡率が所定の閾値を超えると判定された場合には、直流電源回路において地絡電流が流れていると判定することにより地絡を検出する。 According to the present invention, the unbalance rate that is the ratio of the positive side ground voltage and the negative side ground voltage is calculated, and it is determined whether or not the calculated unbalance rate exceeds a predetermined threshold. When it is determined that the unbalance rate exceeds a predetermined threshold, a ground fault is detected by determining that a ground fault current is flowing in the DC power supply circuit.
ここで、不平衡率と、地絡発生時の地絡抵抗との関係を求めた結果、不平衡率は、地絡抵抗の値が高い場合にも、正常時と地絡発生時とで明確に異なる値となることがわかった。 Here, as a result of obtaining the relationship between the unbalance rate and the ground fault resistance at the time of the occurrence of the ground fault, the unbalance rate is clear between the normal time and the time of the ground fault occurrence even when the value of the ground fault resistance is high. It turned out that it becomes a different value.
したがって、本発明の地絡検出装置は、不平衡率を用いて地絡電流が流れているか否かを判定するため、地絡発生時の地絡抵抗の値が高い場合であっても、地絡電流が流れていることを判定可能であり、地絡を高感度で検出することができる。 Therefore, since the ground fault detection device of the present invention determines whether or not the ground fault current flows using the unbalance rate, even if the value of the ground fault resistance when the ground fault occurs is high, It can be determined that a fault current is flowing, and a ground fault can be detected with high sensitivity.
また、前記不平衡率算出手段は、前記負極側の接地間電圧に対する前記正極側の接地間電圧の比である第1の不平衡率、及び前記正極側の接地間電圧に対する前記負極側の接地間電圧の比である第2の不平衡率を算出し、前記不平衡率判定手段は、前記第1の不平衡率及び前記第2の不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定し、前記地絡判定手段は、前記第1の不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源の正極側において前記地絡電流が流れていると判定し、前記第2の不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源の負極側において前記地絡電流が流れていると判定することが好ましい。 Further, the unbalance rate calculation means includes a first unbalance rate that is a ratio of the positive side ground voltage to the negative side ground voltage, and the negative side ground relative to the positive side ground voltage. A second unbalance rate that is a ratio of the voltage between the two is calculated, and the unbalance rate determination means determines whether or not the first unbalance rate and the second unbalance rate exceed a predetermined threshold value. The ground fault determination means determines that the ground fault current flows on the positive electrode side of the DC power supply when it is determined that the first unbalance rate exceeds the predetermined threshold. When it is determined that the second unbalance rate exceeds the predetermined threshold, it is preferable to determine that the ground fault current is flowing on the negative electrode side of the DC power supply.
この発明によれば、地絡判定手段は、第1の不平衡率が所定の閾値を超えると判定された場合には、直流電源の正極側において地絡電流が流れていると判定し、第2の不平衡率が所定の閾値を超えると判定された場合には、直流電源の負極側において地絡電流が流れていると判定する。 According to this invention, when it is determined that the first unbalance rate exceeds the predetermined threshold value, the ground fault determination means determines that the ground fault current flows on the positive electrode side of the DC power supply, When it is determined that the unbalance rate of 2 exceeds a predetermined threshold, it is determined that a ground fault current is flowing on the negative electrode side of the DC power supply.
これにより、本発明の地絡検出装置は、第1の不平衡率及び第2の不平衡率を用いて、直流電源の正極側、または負極側で地絡が発生しているか、或いは、直流電源回路において地絡が発生していないかを判定することができる。 As a result, the ground fault detection device of the present invention uses the first unbalance rate and the second unbalance rate to cause a ground fault on the positive electrode side or the negative electrode side of the DC power source, or It can be determined whether a ground fault has occurred in the power supply circuit.
本発明によれば、直流電源回路における地絡を高感度で検出できる地絡検出装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ground fault detection apparatus which can detect the ground fault in a DC power supply circuit with high sensitivity can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態である地絡検出装置1の構成を示す回路図である。図1の回路図は、直流電源回路10を構成する直流電源Eの正極側において、地絡が発生し、地絡電流Igが流れた際の状態を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a ground
図1に示すように、本実施形態の地絡検出装置1は、直流電源回路10の地絡電流を検出する。直流電源回路10は、直流電源Eと、抵抗R1と、抵抗R2と、抵抗RDと、地絡抵抗rgとを備える。地絡検出装置1は、制御回路11(正側電圧測定手段、負側電圧測定手段、不平衡率算出手段、不平衡率判定手段、地絡判定手段)を備える。
As shown in FIG. 1, the ground
抵抗R1及び抵抗R2は、直流電源Eと直列に接続される。抵抗R1は、一端が直流電源EのP側(正極側)に接続され、他端が抵抗R2と接続される。抵抗R2は、一端が直流電源EのN側(負極側)に接続され、他端が抵抗R1と接続される。 The resistor R 1 and the resistor R 2 are connected in series with the DC power source E. One end of the resistor R 1 is connected to the P side (positive electrode side) of the DC power source E, and the other end is connected to the resistor R 2 . Resistor R 2 has one end connected to the N side of the DC power source E (negative side), is connected to the other end and a resistor R 1.
抵抗RDは、一端が抵抗R1と抵抗R2との間に接続され、他端がグランドに接続される。
制御回路11は、抵抗R1のP側、及び抵抗R2のN側と接続し、後述する接地間電圧VP、及び接地間電圧VNを測定可能に構成される。
Resistor R D has one end connected between the resistors R 1 and R 2, the other end connected to ground.
The
そして、地絡発生時には、直流電源回路10において、地絡抵抗rgが発生するとみなされる。地絡抵抗rgは、一端が抵抗R1の正極側と接続され、他端がグランド(GND)と接続される。
地絡発生時には、地絡抵抗rgのグランド側と、抵抗RDのグランド側とが電気的に接続し、地絡電流Igが地絡抵抗rgからグランドを介して、抵抗RDへと流れる。このとき、直流電源Eでは、電流I0が流れ、抵抗R1では、電流Iが流れる。
At the time of ground fault occurs, the DC
During ground fault occurs, the ground-side ground fault resistor r g, and the ground side of the resistor R D is electrically connected, the ground fault current I g is through the ground from the ground-fault resistance r g, the resistance R D And flow. At this time, the current I 0 flows in the DC power source E, and the current I flows in the resistor R 1 .
本実施形態の地絡検出装置1において、制御回路11は、上述したような地絡発生時に、以下のような処理を実行することにより地絡電流を検出する。
まず、地絡発生時に、制御回路11は、直流電源回路10を構成する直流電源EのP側の接地間電圧VP、及び直流電源EのN側の接地間電圧VNを測定する。
In the ground
First, when a ground fault occurs, the
ここで、正極側の接地間電圧VP及び負極側の接地間電圧VNは、下記の式(1)及び(2)を用いて、それぞれ測定することができる。なお、抵抗R1及び抵抗R2の抵抗値は、Rであるものとする。 Here, the ground voltage V N at the ground voltage V P and the negative electrode side of the positive electrode side may be using equation (1) and (2) below, is measured. Note that the resistance values of the resistors R 1 and R 2 are R.
そして、制御回路11は、測定されたP側の接地間電圧VP及びN側の接地間電圧VNに基づいて、不平衡率αを算出する。具体的には、制御回路11は、測定されたP側の接地間電圧VPと、N側の接地間電圧VNとの比である不平衡率αを、下記の式(3)を用いて、算出する。
Then, the
なお、正常時(平衡状態)の直流電源回路10では、地絡抵抗rg=∞となるため、式(3)において、α≒1となる。
そして、制御回路11は、算出された不平衡率αが所定の閾値Tを超えるか否かを判定する。
In the normal state (equilibrium state) of the DC
Then, the
具体的には、制御回路11は、不平衡率αとして、測定されたP側の接地間電圧VPと、N側の接地間電圧VNとの比である不平衡率α1(第1の不平衡率)及びα2(第2の不平衡率)を、用いる。不平衡率α1及びα2は、下記の式(4)及び(5)を用いて算出する。なお、式(3)及び(4)に示すように、不平衡率αと不平衡率α1とは、同一の値である。
Specifically, the
図2は、制御回路11において、地絡が発生しているか否かを判定する際の処理を示す図である。
図2に示すように、制御回路11は、算出された不平衡率α1及びα2が所定の閾値T(T=1.5)を超えるか否か判定する。制御回路11は、不平衡率α1が所定の閾値Tを超える場合には、P側に地絡電流が流れていると判定し、P側に地絡が発生していることを検出する。なお、T=1.5とする根拠については、後述する。
FIG. 2 is a diagram illustrating processing in the
As shown in FIG. 2, the
一方、制御回路11は、不平衡率α2が所定の閾値Tを超える場合には、N側に地絡電流が流れていると判定し、N側に地絡が発生していることを検出する。
また、制御回路11は、不平衡率α1及びα2が所定の閾値Tを超えない場合には、地絡電流が流れていないと判定する。
On the other hand, the
In addition, the
そして、制御回路11により直流電源回路10のP側またはN側に地絡が発生していることが検出されると、例えば、警報装置により直流電源回路10のP側またはN側に地絡が発生していることを警報表示する。
When the
図3は、不平衡率αと地絡抵抗rgとの関係について示すグラフである。図3において、縦軸は、不平衡率αを示し、横軸は、地絡抵抗rgを示す。なお、不平衡率αは、R1=R2=20kΩ、RD=10kΩであるとして算出した。 Figure 3 is a graph showing the relationship between the unbalance index α and ground fault resistance r g. 3, the vertical axis represents the unbalance index alpha, the horizontal axis shows the ground fault resistance r g. The unbalance rate α was calculated assuming that R 1 = R 2 = 20 kΩ and R D = 10 kΩ.
図3に示すように、不平衡率αと地絡抵抗rgとの関係を求めた結果、地絡抵抗rg=80kΩのときに、不平衡率α=1.5となる。つまり、不平衡率αは、平衡状態(α≒1)に対して約150%の変化があるため、正常時(平衡状態)と地絡発生時(不平衡状態)とで明確に異なる値となる。これにより、制御回路11は、所定の閾値TをT=1.5とすることで、地絡電流が流れているか否かを検出することができる。
As shown in FIG. 3, the results of the obtained relation between the unbalanced ratio alpha and fault resistance r g, when the ground fault resistance r g = 80k ohms, the unbalanced ratio alpha = 1.5. In other words, since the unbalance rate α has a change of about 150% with respect to the equilibrium state (α≈1), the value is clearly different between the normal state (equilibrium state) and the occurrence of ground fault (unbalanced state). Become. Thereby, the
このように、本実施形態の地絡検出装置1は、地絡抵抗が80kΩ程度であっても地絡を検出することができる。
Thus, the ground
以上説明したように、本実施形態の地絡検出装置1によれば、制御回路11は、直流電源EのP側の接地間電圧VP及びN側の接地間電圧VNを測定し、P側の接地間電圧VPとN側の接地間電圧VNとの比である不平衡率αを算出する。そして、制御回路11は、算出された不平衡率αが所定の閾値Tを超えるか否かを判定し、不平衡率αが所定の閾値Tを超えると判定された場合には、直流電源回路10において地絡電流が流れていると判定することにより地絡を検出する。
As described above, according to the ground
ここで、上述したように、不平衡率と、地絡発生時の地絡抵抗との関係を求めた結果、不平衡率は、地絡抵抗の値が高い場合にも、正常時と地絡発生時とで明確に異なる値となることがわかった。 Here, as described above, as a result of obtaining the relationship between the unbalance rate and the ground fault resistance at the time of occurrence of the ground fault, the unbalance rate is the same as that at normal time even when the value of the ground fault resistance is high. It was found that the values were clearly different at the time of occurrence.
したがって、本実施形態の地絡検出装置1は、不平衡率αを用いて地絡電流が流れているか否かを判定するため、地絡発生時の地絡抵抗rgの値が高い場合であっても、地絡電流が流れていることを判定可能であり、地絡を高感度で検出することができる。
Therefore, the
また、本実施形態の地絡検出装置1によれば、制御回路11は、不平衡率α1が所定の閾値Tを超えると判定された場合には、直流電源EのP側において地絡電流が流れていると判定し、不平衡率α2が所定の閾値Tを超えると判定された場合には、直流電源EのN側において地絡電流が流れていると判定し、不平衡率α1及び不平衡率α2が所定の閾値Tを超えないと判定された場合には、直流電源回路10において地絡電流が流れていないと判定する。
Further, according to the ground
これにより、制御回路11は、不平衡率α1及び不平衡率α2を用いて、直流電源回路10のP側、またはN側で地絡が発生しているか、或いは、直流電源回路10において地絡が発生していないかを判定することができる。
Thus, the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not restrict | limited to embodiment mentioned above, It can change suitably. The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
1 地絡検出装置
10 直流電源回路
11 制御回路(正側電圧測定手段、負側電圧測定手段、不平衡率算出手段、不平衡率判定手段、地絡判定手段)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記直流電源回路を構成する直流電源の正極側の接地間電圧を測定する正側電圧測定手段と、
前記直流電源の負極側の接地間電圧を測定する負側電圧測定手段と、
前記正極側の接地間電圧と前記負極側の接地間電圧との比である不平衡率を算出する不平衡率算出手段と、
前記不平衡率算出手段により算出された前記不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定する不平衡率判定手段と、
前記不平衡率判定手段により前記不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源回路において地絡電流が流れていると判定することにより前記地絡を検出する地絡判定手段とを備えることを特徴とする地絡検出装置。 A ground fault detection device for detecting a ground fault in a DC power supply circuit,
A positive side voltage measuring means for measuring a voltage between the positive side of the DC power source constituting the DC power source circuit and a ground;
Negative voltage measuring means for measuring the voltage between the negative electrode side ground of the DC power supply,
An unbalance rate calculating means for calculating an unbalance rate that is a ratio of the voltage between the ground on the positive electrode side and the voltage between the ground on the negative electrode side;
Unbalance rate determination means for determining whether or not the unbalance rate calculated by the unbalance rate calculation means exceeds a predetermined threshold;
When the unbalance rate is determined by the unbalance rate determination means to exceed the predetermined threshold, the ground fault is detected by determining that a ground fault current is flowing in the DC power supply circuit. A ground fault detection device comprising a fault determination means.
前記負極側の接地間電圧に対する前記正極側の接地間電圧の比である第1の不平衡率、及び前記正極側の接地間電圧に対する前記負極側の接地間電圧の比である第2の不平衡率を算出し、
前記不平衡率判定手段は、
前記第1の不平衡率及び前記第2の不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定し、
前記地絡判定手段は、
前記第1の不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源の正極側において前記地絡電流が流れていると判定し、
前記第2の不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源の負極側において前記地絡電流が流れていると判定することを特徴とする請求項1に記載の地絡検出装置。 The unbalance rate calculating means includes:
A first unbalance factor that is a ratio of the positive-side ground voltage to the negative-side ground voltage, and a second unbalance ratio that is a ratio of the negative-side ground voltage to the positive-side ground voltage. Calculate the equilibrium rate,
The unbalance rate determination means includes
Determining whether the first unbalance rate and the second unbalance rate exceed a predetermined threshold;
The ground fault determination means includes
If it is determined that the first unbalance rate exceeds the predetermined threshold, it is determined that the ground fault current is flowing on the positive electrode side of the DC power supply,
2. The method according to claim 1, wherein when it is determined that the second unbalance rate exceeds the predetermined threshold, it is determined that the ground fault current flows on a negative electrode side of the DC power supply. Ground fault detection device.
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JP2010002032A JP2011141203A (en) | 2010-01-07 | 2010-01-07 | Ground fault detection device |
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