JP2013118755A

JP2013118755A - 断線検出装置

Info

Publication number: JP2013118755A
Application number: JP2011264519A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ueda; 修上田
Original assignee: TAKEMOTO DENKI KK
Current assignee: TAKEMOTO DENKI KK
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-13

Abstract

【課題】高圧三相配電路の何れか二相のそれぞれに電流センサーを取り付け、電源側及び負荷側の何れか一相で断線事故が発生たことの検出を可能にする断線検出装置の提供。
【解決手段】三相配電路１に設置された柱上変圧器３の二次側測定電圧Ｖ，２つの電流センサーＣＴ１，ＣＴ２で測定した電流をそれぞれＩａとＩｃを検出し、条件１：測定電圧Ｖが設定レベル以下、条件２：ＩａまたはＩｃ＝０［Ａ］、条件３：｜∠Ｉａ−∠Ｉｃ｜＝１８０°、条件４：Ｉａ／Ｉｃ≦０．６、条件５：｜∠Ｉａ−∠Ｉｃ｜≧１４３°、以上の条件１〜５の何れかの条件が満足した時に断線が発生したと判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧三相配電路の断線事故検出に関するものである。

高圧三相配電路における三相配電線の老朽化や雨水の浸透による心線腐食、自然災害やクレーン車ブーム接触事故等により配電線切断の断線事故が発生する。三相配電線の何れか単相の配電線に断線事故が発生すると、そこに繋がる需要家に停電を引き起こしたり、三相モータにおいては欠相してモータが加熱し焼損事故に繋がる可能性が生じたり、断線した配電線が垂れ下がって感電事故を引き起こすことがある。また、高圧三相配電路の断線事故発生を抑制するため、断線しそうな配電線に補強チューブを装着することが行われているが、断線は回避できないのが実状である。

高圧配電路に断線事故が発生した場合、断線発生と発生場所を速やかに検知して対処する必要があることから、断線発生の恐れのある場所に断線検出装置を設置することが行われている。この断線検出装置は、配電路の電圧や電流を測定し、測定した数値データを特定の判断条件に基づいて処理し、判断条件から逸脱したか否かを判断することにより、断線発生と断線発生場所を検知し、必要に応じ断線警報を通信手段にて遠隔地等に通報することが行われている。

高圧三相配電路に設置される断線検出装置による断線判断の条件は、多様な配電システムに応じた様々なものが提案されている。例えば、三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）配電路配電線の何れか二相の線電流を電流センサーで検出し、検出した二相の電流値と位相差を比較等して、断線の有無と断線発生場所を判断することが行われている（例えば、特許文献１参照）。また、三相配電線の各線電流の時間的前後における正相分と逆相分の比が一定の範囲内のとき断線とすることや、三相配電線の正線電流および逆線電流の変化分の比および位相を演算し、零相電圧変化分から大きさと位相を演算して断線を判断することが行われている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−８１９０５号公報特開２００４−２３３２５５号公報

三相配電路の二相間の電圧や、各相の線電流を電流センサーで測定して、測定した数値データを判断条件に従って演算処理して断線発生の有無や断線発生場所を判断する上記の断線検出装置は、三相配電路の需要家における負荷のアンバランス（不平衡）や配電線に設置される電流センサーの測定精度のアンバランスの影響を受け易くて、断線の検出精度が低く、検出精度を改善することが難しい。そのため、三相配電路の断線発生場所が断線検出装置を設置している場所から遠方になるほど、安定した断線検出が難しく、誤検出する可能性が高い不具合が生じていた。また、三相配電路の断線検出装置を設置している場所より上流側での断線検出が難しく、上流側での断線検出は別の検出装置を設置して対処する必要があり、断線検出システム全体が複雑、高価になる問題があった。

本発明は、三相配電路の負荷不平衡率を考慮し改善を図ることにより、三相配電路の負荷や電流センサー測定精度のアンバランスの影響を少なくして断線検出精度を高め、断線検出装置の設置位置より上流側・下流側のいずれの断線検出を確実性よく判断し得る断線検出装置を提供することを目的とする。

本発明の断線検出装置は、高圧三相配電路に設置した柱上変圧器二次側の電源電圧を測定する電源電圧測定部と、高圧三相配電路の何れか二相それぞれの線電流を測定する一対の電流センサーと、電源電圧測定部で測定された測定電圧Ｖと前記電流センサーで測定された二相それぞれの測定電流Ｉ₁、Ｉ₂を断線判断データとして処理する断線判断処理部とを有し、
前記断線判断処理部は、条件（１）測定電圧Ｖが通常許容下限電圧以下で断線発生、条件（２）測定電流Ｉ₁またはＩ₂が０［アンペア］で断線発生、条件（３）測定電流位相差｜∠Ｉ₁−∠Ｉ₂｜＝１８０°で断線発生、条件（４）測定電流実効値差Ｉ₁／Ｉ₂≦０．６で断線発生、条件（５）測定電流位相差｜∠Ｉ₁−∠Ｉ₂｜≧１４３°で断線発生、以上の条件（１）〜（５）の何れか１条件で断線発生と判断する。

本発明の断線検出装置は、三相配電路の負荷不平衡率を考慮し、負荷状態に即した計算を行い数値化して判断条件にすることにより確度が向上し、また、断線検出装置設置位置より上流側および下流側の配電路、さらには断線検出装置設置位置より遠方の配電路の断線でも高い確率、検出精度で配電路の断線が検出できて、多種多様な三相配電路に対応できるという実質上に優れた効果を奏する。

実施の形態を示す三相高圧配電路の回路図。図１の配電路に適用した断線検出装置のブロック図。図１で断線検出装置設置位置直近の負荷側ａ相が断線（×印）と標定した回路図。図１で断線検出装置設置位置直近の電源側ａ相が断線と標定した回路図。図４で負荷状態を表した回路図。図１で断線検出装置設置位置直近の負荷側ｂ相が断線と標定した回路図。図１で断線検出装置設置位置直近の電源側ｂ相が断線と標定した回路図。図１で断線検出装置設置位置より離れた負荷側ａ相が断線と標定した回路図。図８で負荷状態を表した回路図。図１で断線検出装置設置位置より離れた負荷側ｂ相が断線と標定した回路図。図１０で負荷状態を表した回路図。

図１に示す実施の形態は、高圧三相配電路１の三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）配電線２の断線を検知する付近に断線検出装置（検出器）４を設置したものである。断線検出装置４は、三相配電路１の線間電圧を柱上変圧器３の二次側電圧および三相配電線２の何れか二相に電流センサーを取り付けて線電流を測定し、三相配電線２の断線検出において後述の断線判断条件（１）〜（５）を演算することにより実現した。

断線検出装置４は、図２に示すように、高圧三相配電路１に設置した柱上変圧器３の二次側の電源電圧Ｖを測定する電源電圧測定部４１と、高圧三相配電路１の何れか二相それぞれの線電流を測定する一対の電流センサーＣＴ１，ＣＴ２と、電源電圧測定部４１で測定された測定電圧Ｖと一対の電流センサーＣＴ１、ＣＴ２で測定された二相それぞれの測定電流Ｉ₁、Ｉ₂を断線判断データとして処理する断線判断処理部４２を有する。断線判断処理部４２における断線判断条件は、次の５つの条件（１）〜（５）である。
条件（１）測定電圧Ｖが通常許容下限電圧以下で断線発生、
条件（２）測定電流Ｉ₁またはＩ₂が０［アンペア］で断線発生、
条件（３）測定電流位相差｜∠Ｉ₁−∠Ｉ₂｜＝１８０°で断線発生、
条件（４）測定電流実効値差Ｉ₁／Ｉ₂≦０．６で断線発生、
条件（５）測定電流位相差｜∠Ｉ₁−∠Ｉ₂｜≧１４３°で断線発生、
以上の各条件（１）〜（５）の何れか１条件を満足することで断線発生と判断でき、満足した条件内容で断線発生場所が特定できる。

図１は、三相配電路１の二相例えばａ相とｂ相に接続された柱上変圧器３の二次側に電力供給を受ける断線検出装置４を設置し、何れか二相に例えばａ相とｃ相に電流センサーＣＴ１、ＣＴ２を取り付け、負荷インピーダンス６で構成する配電システムを示す。この配電システムにおいて、例えば図３に示すように、断線が断線検出装置設置位置直近の負荷側ａ相で断線（×印）が発生した場合を標定して、断線判断条件（２）を説明する。なお、図１において、電流センサーＣＴ１、ＣＴ２で測定される各条件（１）〜（５）における測定電流Ｉ₁と測定電流Ｉ₂をａ〜ｃ相電流のいずれかであることを明確にするため以下、電流Ｉａ、電流Ｉｃとする。

図３の断線発生状況の場合、

となるので電流センサーＣＴ１で測定される電流値が０［アンペア］であるとき、断線が発生したことが検出できる。なお、図示しないが断線がｃ相の場合には、電流センサーＣＴ２の電流値が０［アンペア］で断線が発生したことが検出できる。また、Ｉａ＝０またはＩｃ＝０で、断線が断線検出装置設置位置直近の負荷側ａ相またはｃ相で断線が発生したことが検出できる。このような断線検出の情報は、図示しない通信手段を介して遠隔地等に送信されて速やかに断線修復の処置が実施される。このような断線修復は、他の条件（１）、（３）〜（５）においても同様に実施される。

図４は、断線判断条件（１）を説明するためのものであり、断線検出装置設置位置より電源側ａ相で断線が発生したと標定したものである。図５は、図４において負荷の状態を表した回路である。ここで、負荷インピーダンス不平衡率を考慮して断線検出装置４で測定される電圧Ｖａｂを計算すると、

となる。ただし、Ｚａｂ、Ｚｃａは各負荷のインピーダンスである。ここで、ＺａｂとＺｃａの不平衡率が最大３０％発生したとき、断線していないときの電圧と断線したときの電圧比を計算したのが表１である。

表１から様々な負荷条件において最低の電圧比が０．４１であることが解る。断線していないときの線間電圧が１００ボルトとすると、断線時の発生電圧が４１ボルトであり、断線検出装置４の電源電圧が４１ボルト以上で正常に動作させる。一方測定電圧は、設定レベル、例えば通常許容下限電圧以下の８５ボルト以下で断線が発生したことを検出する。

図６は、断線判断条件（３）を説明するためのものであり、断線が断線検出装置設置位置直後の負荷側ｂ相で発生の場合を想定している。この場合、電流センサーＣＴ１とＣＴ２で測定する電流値はＩａ＝−Ｉｃであり、

で断線が発生したことを検出する。

図７は断線判断条件（３）を説明するもので、断線が断線検出装置設置位置より電源側ｂ相で発生の場合を標定する。この場合は、図４と同様に式（３）で断線が発生したことを検出できる。

図８は、断線判断条件（４）を説明するためのもので、断線検出装置設置位置より遠く離れて負荷１と負荷２の間でａ相断線が発生した場合を標定する。図９では、図８において負荷の接続状態を表した回路である。ここで、負荷１は最大不平衡率３０％と負荷２においては平衡負荷を条件として断線検出装置電流センサーＣＴ１とＣＴ２で測定する電流値ＩａとＩｃを計算すると、

但し、Vab=V，Vbc=a² V , Vca=aV 、Zab=Z₀，Zbc=αZ₀，Zca=βZ₀ ，Z＝γZ₀
α，β，γは、負荷不平衡率またａは三相交流電圧で

とする。
ここで、V/Zo＝１［アンペア］として電流を計算すると、

となる。
負荷不平衡率の比例定数α，β，γを変えて計算したのが表２である。

ここで解ることは、ＩａとＩｃの位相差は、断線していない時の位相差１２０度に対して、断線した時の最悪位相差が１１７度で両者の差が小さいので断線と判断することは困難である。一方、ＩaとＩcの実効値の差が最悪値でも０．６倍以下であり断線と判断することができる。

図１０は、断線判断条件（５）を説明するためのもので、断線検出装置設置位置より遠く離れて負荷１と負荷２の間でｂ相断線の場合を標定する。図１１では、図１０において負荷の接続状態を表した回路である。ここで、負荷１の最大不平衡率３０％と負荷２においては平衡負荷を条件として断線検出装置の電流センサーＣＴ１とＣＴ２で測定した電流値ＩａとＩｃを計算すると、

となる。
負荷不平衡率の比例定数α，β，γを変えて計算したのが表３である。

ここで解ることは、ＩａとＩｃの位相差が、断線していない時の位相差１２０度に対して、断線した時の最悪値が１４３度以上で断線を検出できる。

従って、式（１），（３），（４），（１０），（１３）の何れかの５条件が成立したときに断線が発生したと判断することができ、成立した条件の内容で断線発生場所が判断できる。

また、上記各条件（１）〜（５）を満足するか否かを判断する断線判断工程における各条件（１）〜（５）は数値データの演算処理で行うため、各条件（１）〜（５）の同時処理が可能であり、同時処理することで迅速な断線復旧処理が図れる。

高圧配電線の断線にて欠相が発生すると、需要稼の停電や動力機器が損傷する可能性がある。確実に断線を検出することは、断線事故を迅速に復旧させることに対して不可欠である。本発明は、断線検出器設置位置より離れた場所で断線が発生しても検出できる可能性を提供する。

１高圧三相配電路
２三相配電線
３柱上変圧器
４断線検出装置
４１電源電圧測定部
ＣＴ１、ＣＴ２電流センサー
４２断線判断処理部
６需要家電気負荷
× 断線点

Claims

高圧三相配電路に設置した柱上変圧器二次側の電源電圧を測定する電源電圧測定部と、前記高圧三相配電路の何れか二相それぞれの線電流を測定する一対の電流センサーと、前記電源電圧測定部で測定された測定電圧Ｖと前記電流センサーで測定された二相それぞれの測定電流Ｉ₁、Ｉ₂を断線判断データとして処理する断線判断処理部とを有し、
前記断線判断処理部は、
条件（１）測定電圧Ｖが通常許容下限電圧以下で断線発生、
条件（２）測定電流Ｉ₁またはＩ₂が０［アンペア］で断線発生、
条件（３）測定電流位相差｜∠Ｉ₁−∠Ｉ₂｜＝１８０°で断線発生、
条件（４）測定電流実効値差Ｉ₁／Ｉ₂≦０．６で断線発生、
条件（５）測定電流位相差｜∠Ｉ₁−∠Ｉ₂｜≧１４３°で断線発生、
以上の条件（１）〜（５）の何れか１条件で断線発生と判断することを特徴とする断線検出装置。