JP2013217870A - 事故点標定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構成で事故区間及び事故点の双方を正確に検出する。
【解決手段】区間を構成する地中ケーブル10、210の各端末部40、50、240、250よりも内側に配設された光電流センサ101、102、301、302の出力信号から商用周波数帯域の地絡電流を抽出し出力する商用周波数成分検出部306を有し、前記地絡電流に基づいて事故区間を検出する事故区間検出部108と、各光電流センサ101、102、301、302の出力信号から前記商用周波数帯域よりも高周波のサージ電流を抽出し出力するサージ電流成分検出部312を有し、当該サージ電流に基づいて事故点距離を標定し、事故区間検出部108が事故区間を検出したときにのみ事故点情報として出力する事故点標定部314を備えている。
【選択図】図2

Description

本発明は、電力搬送用地中ケーブルの事故区間の検出及び事故点の標定を行う事故点標定装置に関する。
従来から、電力を地中搬送するために地中ケーブルが利用されている。地中ケーブルは、洞道等に電力ケーブルを敷設し電力を地中搬送するもので、経年変化等による絶縁破壊によってケーブル事故が発生する場合がある。
そこでケーブル事故の発生位置を検出するために、送電設備に各種センサを取り付け、地中ケーブルの事故が発生した区間(事故区間)を検出する事故区間検出装置や、地中ケーブルの事故が発生した地点(事故点)を標定する機能を持つ事故点標定装置が開発されている。
例えば、商用周波数帯域の零相電流により事故区間を検出するようにした地絡電流差動リレー方式の事故区間検出装置では、地中ケーブルの各区間の両端に電流センサを取り付け、各電流センサから電流差動リレーに流入する電流に基づいて事故区間を判定するように構成している。
また、特許文献1に記載された事故点標定装置では、事故によって発生するサージ電流を検出し、当該サージ電流に基づいて事故点を標定するようにしている。
前述した事故区間検出装置と事故点標定装置の両方を各々使用することによって、事故区間及び事故点を判定することが可能である。しかしながら、事故区間検出装置と事故点標定装置の両方が必要となるため、装置規模が大きくなり又、高価になるという問題がある。
この問題を解消可能な発明として、特許文献2に記載された発明がある。従来、事故区間検出装置では商用周波数帯域の零相電流に基づいて地絡電流差動リレー方式により事故区間検出を行い又、事故点標定装置では高周波領域のサージ電流に基づいて事故点の標定を行っていたが、特許文献2記載の発明では、サージ電流を用いて事故区間検出及び事故点標定を行えるようにしている。これにより、前述した問題を解決することが可能である。
しかしながら、サージ電流が発生する原因には雷サージ、開閉サージ等、事故以外の原因があり、特許文献2記載の発明ではサージ電流の第1波の極性だけで事故区間検出を行っているため、事故以外の原因によるサージ電流に基づいて誤った事故区間検出を行う恐れがある。
一方、特許文献3に記載されているように、地中ケーブルの3相に一括に光電流センサを取り付ける構成等の場合には、各相毎に光電流センサを取り付ける構成に比べて簡素な構成になる。
しかしながら、地中ケーブル端部の各相のケーブル間隔が広い場合、光電流センサ長の制約の関係で、光電流センサによる3相一括周回が不可能になる場合があり単相周回としている。
特許第3124637号公報 特開平6−213957号公報 特開平6−235748号公報
本発明は、簡単な構成で事故区間及び事故点の双方を正確に検出できるようにすることを課題としている。
また本発明は、簡単な構成で、事故サージ電流以外のサージ電流によって誤検出することなく正確に、事故区間及び事故点の双方を検出できるようにすることを課題としている。
本発明によれば、区間を構成する地中ケーブルの各端末部よりも内側に周回するように配設され、前記地中ケーブルの端末部に一端が接続されると共に他端が接地された接地線が通され、事故点で発生する電流を検出して出力する複数の光電流センサと、光ファイバ伝送路を介して入力された前記各光電流センサの出力信号から、ローパスフィルタによって商用周波数帯域の事故電流を抽出して出力する商用周波数成分検出部を有し、前記商用周波数成分検出部が前記各区間の両端末部内側に配設された光電流センサの出力信号から抽出した複数周期の事故電流に基づいて事故区間を検出する事故区間検出部と、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記各光電流センサの出力信号から、ハイパスフィルタによって前記商用周波数帯域よりも高周波のサージ電流を抽出して出力するサージ電流成分検出部を有し、前記サージ電流成分検出部が前記各区間の両端末部内側に配設された光電流センサの出力信号から抽出したサージ電流に基づいて、サージ電流が当該各光電流センサに到達した時間差を算出することにより、事故点情報である事故点距離を標定する事故点標定部を有する事故点検出部と、を備えて成ることを特徴とする事故点標定装置が提供される。
本発明に係る事故点標定装置によれば、簡単な構成で事故区間及び事故点の双方を正確に検出することができる。
また本発明に係る事故点標定装置によれば、簡単な構成で、事故サージ電流以外のサージ電流によって誤検出することなく正確に、事故区間及び事故点の双方を検出することができる。
本発明の第1の実施の形態に係る事故点標定装置の概要構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施の形態に係る事故点標定装置の詳細ブロック図である。 本発明の第1の実施の形態に係る事故点標定装置の部分詳細ブロック図である。 本発明の第1の実施の形態に係る事故点標定装置の動作説明図である。 本発明の第2の実施の形態に係る事故点標定装置の概要構成を示すブロック図である。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る事故点標定装置の概要を示すブロック図である。
図1において、電力搬送用ケーブルは、区間を構成する地中ケーブル10、地中ケーブル10の両側に接続された外部ケーブル20、30によって構成されている。地中ケーブル10は3相の地中ケーブル10a〜10cによって構成され又、外部ケーブル20、30は、各々、3相の外部ケーブル20a〜20c、3相の外部ケーブル30a〜30cによって構成されている。
尚、図1では概略構成を示すに止めるため1つの地中ケーブル10しか示していないが、後述するように、分岐線が接続されており、複数の区間を有する地中送電系統においても事故が発生した区間(事故区間)の検出及び事故が発生した地点(事故点)の標定が可能なように構成されている。
地中ケーブル10の各端末部40、50(地中ケーブル10のシースの各端末部に相当する。)からその長さ方向の所定距離内側の位置には、1対の光電流センサ101、102が地中ケーブル10を3相一括して周回するように配設されている。各光電流センサ101、102は、ファラデー効果を利用して地中ケーブル10に流れる電流を検出するセンサである。尚、本発明の第1の実施の形態では、対を成す光電流センサ101、102は、電流の検出極性が相互に異なる極性になるように設けられている。
以降の説明では、対を成す光電流センサ101、102及び、後出の301、302が、電流の検出極性が相互に異なる極性になるように設けられている場合を主に説明する。また電流の検出極性が相互に同じ極性になるように設けられている場合もある。この場合については、以降の段落[0038]、[0042]、[0050]に付記する。
各相の地中ケーブル10a〜10cの一方の端末部40には接地線60の一端が共通接続され、接地線60の他端は光電流センサ101の内側を通って接地されている。各相の地中ケーブル10a〜10cの他方の端末部50には接地線70の一端が共通接続され、接地線70の他端は光電流センサ102の内側を通って接地されている。このように、各光電流センサ101、102には、当該光電流センサ101、102が周回する地中ケーブル10a〜10cの端末部40、50に一端が接続されると共に他端が接地された接地線60、70が通されている。
地中ケーブル10の端末部40と光電流センサ101の間は第1端部領域80を構成している。地中ケーブル10の端末部50と光電流センサ102の間は第2端部領域90を構成している。
接地線60、70の引き戻し(端末部の接地線を光電流センサの内側を通して接地すること)効果によって光電流センサ101、102が地絡電流及びサージ電流を検出できるため、端部領域80、90内での事故を地中ケーブル10の区間事故として検出することができる。また、同様に事故点標定することができる。
光電流センサ101、102は各々、光ファイバ伝送路103、104を介して、事故点標定装置本体100に接続されている。複数の光電流センサ101、102、複数の光電流センサ101、102の出力信号を導く複数の光ファイバ伝送路103、104、及び、複数の光ファイバ伝送路103、104を介して入力される複数の光電流センサ101、102の出力信号に基づいて事故区間の検出及び事故点の標定を行う事故点標定装置本体100によって事故点標定装置が構成されている。
事故点標定装置本体100は、光電流センサ101、102の光出力信号を各々、光ファイバ伝送路103、104を介して受け取り、前記光出力信号に対応する電気信号に変換して出力する光電変換部105を備えている。また、事故点標定装置本体100は、事故区間を検出する事故区間検出部108、事故点を標定する事故点検出部109、及び、事故点標定装置本体100の各電気的構成要素に駆動電力を供給する電源部110を備えている。
光電流センサ101、102は、地中ケーブル10や接地線60、70に流れる電流を検出し、前記電流の大きさを表す光信号を出力する。電力搬送用ケーブルに地絡事故が発生した場合、光電流センサ101、102は、商用周波数(日本の場合には50Hz又は60Hz)の事故電流や前記商用周波数よりも高周波のサージ電流を検出し、光信号に変換して光ファイバ伝送路103、104に出力する。
光電変換部105は、光ファイバ伝送路103を介して入力される光電流センサ101からの光信号を対応する電気信号に変換して出力する光電変換器(O/E)106、光ファイバ伝送路104を介して入力される光電流センサ102からの光信号に対応する電気信号に変換して出力する光電変換器(O/E)107を備えている。
事故区間検出部108は、光電変換部105の出力信号に基づいて事故が発生した事故区間を検出し、事故区間を表す事故区間情報を出力する。
事故点検出部109は、光電変換部105の出力信号に基づいて事故が発生した点を標定し、事故点を表す事故点情報を出力する。詳細は後述するが、事故点検出部109は、事故区間検出部108から事故区間情報が入力されるように構成されており、事故区間検出部108が事故区間を検出したときにのみ、事故点を表す事故点情報を出力する。前記事故点情報は、所定位置から事故点までの距離(事故点距離)を表す。
図2は本発明の第1の実施の形態に係る事故点標定装置の詳細ブロック図であり、区間が2区間の場合を示している。尚、図2において図1と同一部分には同一符号を付している。
図2において、本線である地中ケーブル10と分岐線である地中ケーブル210は、Y分岐接続部200によって接続されている。地中ケーブル10は、Y分岐接続部200に接続された部分の反対側に端末部40、50を有している。
地中ケーブル10の各端末部40、50には外部ケーブル20、30が接続されている。地中ケーブル210は、一方の端末部240側がケーブル及びY分岐接続部200を介して地中ケーブル10に接続され、他方の端末部250側が外部ケーブル230に接続されている。地中ケーブル10は第1区間を構成し、地中ケーブル210は第2区間を構成している。
簡略化のため詳細は図示していないが、地中ケーブル10、210、外部ケーブル20、30、230は、図1の場合と同様に3相のケーブルである。
地中ケーブル10の各端末部40、50(地中ケーブル10を構成する3相の地中ケーブルの各端末部に相当する。)からその長さ方向の所定距離内側の位置には、光電流センサ101、102が地中ケーブル10を3相一括して周回するように配設されている。光電流センサ101、102は地中ケーブル10に対応して設けられた1対の光電流センサである。尚、前述したように、対を成す光電流センサ101と102は、電流の検出極性が相互に異なる極性になるように設けられている。
地中ケーブル10の一方の端末部40には接地線60の一端が接続され、接地線60の他端は光電流センサ101の内側を通って接地されている。また地中ケーブル10の他方の端末部50には接地線70の一端が接続され、接地線70の他端は光電流センサ102の内側を通って接地されている。
地中ケーブル10の一方の端末部40と一方の光電流センサ101の間は第1端部領域80を構成している。また、地中ケーブル10の他方の端末部50と他方の光電流センサ102の間は第2端部領域90を構成している。
地中ケーブル210の各端末部240、250(地中ケーブル210を構成する3相の地中ケーブルの各端末部に相当する。)からその長さ方向の所定距離内側の位置には、光電流センサ301、302が地中ケーブル210を3相一括して周回するように配設されている。また、光電流センサ301、302は地中ケーブル210に対応して設けられた1対の光電流センサである。
尚、光電流センサ101と102の関係と同様に、対を成す光電流センサ301と302は、電流の検出極性が相互に異なる極性になるように設けられている。
地中ケーブル210の一方の端末部240には接地線260の一端が接続され、接地線260の他端は光電流センサ301の内側を通って接地されている。また地中ケーブル210の他方の端末部250には接地線270の一端が接続され、接地線270の他端は光電流センサ302の内側を通って接地されている。
端末部240と光電流センサ301の間は第1端部領域280を構成しており、端末部250と光電流センサ302の間は第2端部領域290を構成している。
光電流センサ101、102、301、302は各々、光ファイバ伝送路103、104、303、304を介して、事故点標定装置本体100に接続されている。光電流センサ101、102、301、302、光ファイバ伝送路103、104、303、304及び事故点標定装置本体100によって事故点標定装置が構成されている。
光電流センサ101、102、301、302からの光信号は各々、光ファイバ伝送路103、104、303、304を介して光電変換部105に入力される。地絡事故が生じた場合、光電流センサ101、102、301、302の出力信号には、商用周波数帯域(本第1の実施の形態では50Hzまたは60Hz)の事故電流成分と前記商用周波数帯域よりも高周波のサージ電流成分が含まれる。
光電変換部105は光電流センサ101、102、301、302に各々対応する複数(本第1の実施の形態では4つ)の光電変換器305を有している。光電変換部105は、光電流センサ101、102、301、302に各々対応する光電変換器305によって、光電流センサ101、102、301、302からの光信号を対応する電気信号に変換して出力する。
事故区間検出部108は、光電変換部105の出力信号から商用周波数帯域の事故電流を抽出する商用周波数成分検出部306、抽出した商用周波数帯域の事故電流に基づいて事故区間を判定する事故区間判定部308及び事故区間を表す事故区間情報を出力する出力部310を有している。
商用周波数成分検出部306は、光電変換部105の各光電変換器305に各々対応する複数(本第1の実施の形態では4つ)のローパスフィルタ307を有しており、各ローパスフィルタ307は、対応する光電変換器305の出力信号に含まれる商用周波数帯域の事故電流を抽出して事故区間判定部308に出力する。
事故区間判定部308は、検出対象区間の数(本第1の実施の形態では第1区間と第2区間の2区間)に対応する数の地絡電流差動リレー309を有している。各地絡電流差動リレー309は、区間の両端部近傍に配設され対を成す光電流センサ101、102、301、302に対応するローパスフィルタ307からの事故電流のベクトル和に基づいて事故が発生した区間を判定し、事故が発生したと判定した地絡電流差動リレー(即ち、事故区間に対応する地絡電流差動リレー)309は事故区間を表す事故区間情報を出力部310に出力する。
このとき各地絡電流差動リレー309は、雷サージや開閉サージなどのノイズによる誤判定を回避するために、光電流センサ101,102,301,302に対応するローパスフィルタから出力された、予め定めた複数周期の事故電流に基づいて(例えば予め定めた複数周期の事故電流の継続時間に基づいて)事故が発生した区間を判定するので高信頼度な判定を可能にしている。段落[0005]に記したように、第1波のサージ電流の極性に基づいて区間判定を行う場合は、他の事故以外の原因により発生するサージ電流によるノイズ成分の影響を受けることや、第1波のみのデータに基づく区間判定なので信頼度が低い。
出力部310は、各地絡電流差動リレー309に対応する数(本第1の実施の形態では2つ)の出力リレー311を有している。事故区間を検出した地絡電流差動リレー309に対応する出力リレー311は、地絡電流差動リレー309から事故区間情報を受け取り、事故点標定装置本体100の外部に事故区間情報を出力して事故区間の通知等を行うと共に、事故点検出部109の事故点標定部314にも事故区間情報を出力する。
一方、事故点検出部109は、光電変換部105の出力信号から商用周波数帯域よりも高周波のサージ電流成分を抽出するサージ電流成分検出部312、抽出したサージ電流に基づいて事故点を標定する事故点標定部314を有している。
サージ電流成分検出部312は、光電変換部105の各光電変換器305に各々対応する複数(本第1の実施の形態では4つ)のハイパスフィルタ313を有しており、各ハイパスフィルタ313は、対応する光電変換器305の出力信号に含まれるサージ電流成分を抽出して事故点標定部314に出力する。
事故点標定部314は、各ハイパスフィルタ313から最初に抽出した(即ち第1波の)各サージ電流に基づいて、事故点距離の算出や事故点の標定を行い、事故点を表す情報である事故点情報を出力する。
図3は、事故点標定部314の詳細ブロック図であり、図2と同一部分には同一符号を付している。
図3において、事故点標定部314は、第1コンパレータ401、第2コンパレータ402、サージ極性検出部403、事故点距離算出部407、AND回路410を備えている。
第1コンパレータ401には、サージ電流成分検出部312に含まれるハイパスフィルタ313のうち、各地中ケーブル10、210の一方の側に配設された光電流センサ(本第1の実施の形態では光電流センサ101、301)に対応するハイパスフィルタ313からサージ電流成分が入力される。第1コンパレータ401は、サージ電流成分検出部312から所定の基準値を超える大きさの最初(即ち第1波)の信号が入力されたことを検出した時点で、前記信号を検出したことを表す第1サージ検出信号をサージ極性検出部403及び事故点距離算出部407に出力する。
第2コンパレータ402には、サージ電流成分検出部312に含まれるハイパスフィルタ313のうち、各地中ケーブル10、210の他方の側に配設された光電流センサ(本第1の実施の形態では光電流センサ102、302)に対応するハイパスフィルタ313からサージ電流成分が入力される。第2コンパレータ402は、サージ電流成分検出部312から所定の基準値を超える大きさの最初(即ち第1波)の信号が入力されたことを検出した時点で、前記信号を検出したことを表す第2サージ検出信号をサージ極性検出部403及び事故点距離算出部407に出力する。
サージ極性検出部403は、第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の極性を検出する。サージ極性検出部403は、前記サージ電流が同極性のときは事故点距離算出部407に起動信号を出力する。
なお、対を成す光電流センサ101と102が電流の検出極性が相互に同じになるように設けられた場合には、サージ極性検出部403は、前記サージ電流が異極性のときに事故点距離算出部407に起動信号を出力するようにする。即ち、サージ極性検出部403が事故点距離算出部407に起動信号を出力する前記サージ電流の極性条件は、対を成す光電流センサ101と102の電流の検出極性の相互関係に応じて予め設定する。
また、第1コンパレータ401からの第1サージ検出信号及び第2コンパレータ402からの第2サージ検出信号は事故点距離算出部407に入力される。事故点距離算出部407は、サージ極性検出部403からの起動信号により、前記第1、第2サージ検出信号を検出した時間差に基づいて所定位置を基準とする事故点距離を算出し、AND回路410に出力する。
一方、事故区間検出部108は事故区間を検出すると、AND回路410に事故区間情報を出力する。事故区間検出部108が事故区間を検出した場合、即ち、AND回路410に事故区間情報が入力された場合にのみ、事故点距離算出部407が算出した事故点距離を表す事故点情報が、AND回路410を介して装置外部に出力される。
尚、本第1の実施の形態では、事故点検出部109は事故区間検出部108から事故区間情報を受け取らない場合でも事故点の標定を行い、事故区間検出部108から事故区間情報を受け取った場合にはじめて事故点情報を装置外部へ出力するように構成している。しかしながら、事故点検出部109は事故区間検出部108から事故区間情報を受け取った場合に事故点情報の検出を行って事故点の標定を行い、事故点情報を装置外部へ出力するように構成してもよい。
図4は、本発明の第1の実施の形態に係る事故点標定装置の動作説明図であり、図2と同一部分には同一符号を付している。
図4には、事故点である地絡点が、(1)外部ケーブル20内の場合、(2)第1端部領域80内の場合、(3)光電流センサ101、102の間(内部領域)の場合、(4)第2端部領域90内の場合、(5)外部ケーブル30内の場合の各々について示している。地絡事故が発生したとき、商用周波数帯域の事故電流である地絡電流は実線矢印方向に流れ、商用周波数帯域よりも高周波のサージ電流は破線矢印方向に流れるように示している。また、図4には、事故点が前記各々の場合において、サージ電流の検出動作及び事故区間の検出動作を併せて示している。
図4中の500は発電機である。「サージ電流、事故電流の流れ方」の欄において、短破線600は導体サージの流れ、長破線700はシースサージの流れを表している。
また、「サージ検出」の欄において、三角波形はサージ電流であり又、一点鎖線は、サージ電流が発生したことを検出するためにコンパレータ401、402が用いる所定の基準値である。コンパレータ401、402は、前記基準値を超える(正負のいずれの方向に超えてもよい。)電流をサージ電流成分として検出する。
各対になる光電流センサは、検出極性が相互に異なる極性になっているため、同一方向に流れる電流を検出した場合には、相互に異なる極性の信号を出力することになる。
なお、各対になる光電流センサは、検出極性が相互に同じ極性になっている場合には、同一方向に流れる電流を検出した場合には、相互に同一の極性の信号を出力することになる。
事故区間検出部108が事故区間を検出できなかった場合すなわち事故区間検出部108が事故区間情報を出力しない場合を「不動作」、事故区間を検出できた場合すなわち事故区間検出部108が事故区間情報を出力した場合を「動作」と表している。
以下、図2〜図4を用いて、本発明の第1の実施の形態に係る事故点標定装置の動作を説明する。
(1)事故点が外部ケーブル20内の場合
地絡事故が外部ケーブル20において発生した場合、図4(1)に示すように、商用周波数帯域の地絡電流が実線矢印方向に流れ、前記商用周波数帯域よりも高周波のサージ電流が、導体サージとシースサージが対になって、破線矢印で示すように地絡点から両側に流れる。
この場合、地絡電流は地絡点に流れるため、いずれの光電流センサ101、102も地絡電流を検出しない。
一方、導体サージとシースサージは大きさが同じで逆極性であるため、地中ケーブル中を伝搬中は相殺されて検出されないが、端末部でシースサージが接地線を伝搬するとき、光電流センサ101、102は、図4(1)に示すようなタイミングでサージ電流を検出する。したがって、光電流センサ101は光電流センサ102よりも先行してサージ電流を検出する。またこのとき、光電流センサ101、102は検出極性が相互に異なる極性に設定されているため、サージ電流を検出して出力される光電流センサ101、102の出力信号は相互に異なる極性となる。
このように、光電流センサ101は光電流センサ102よりも先行してサージ電流を検出し又、光電流センサ101、102はサージ電流を相互に異なる極性で検出して出力する。尚、光電流センサ101と102がサージ電流を検出する時間差Tは、サージ電流が地中ケーブル10の長さに相当する距離を伝搬する時間となる。
このようにして光電流センサ101、102からは、地絡電流成分は含まないがサージ電流成分を含む出力信号が出力される。
光電流センサ101、102の出力信号は、光伝送ケーブル103、104を介して光電変換部105に入力され、光電変換器305中の光電流センサ101、102に対応する光電変換器305によって電気信号に変換された後、事故区間検出部108と事故点検出部109に入力される。
光電変換部105の出力信号には、地絡電流成分は含まれないため、商用周波数成分検出部306からは信号が出力されない。したがって、事故区間検出部108は事故区間を検出することができず、事故区間情報を出力しない。
一方、事故点検出部109のサージ電流成分検出部312では、光電流センサ101、102に対応する1対のハイパスフィルタ313が、光電変換部105の出力信号に含まれるサージ電流成分を抽出して出力する。
事故点標定部314では、図3の第1コンパレータ401が光電流センサ101からのサージ電流成分を所定の基準値と比較し、前記基準値を超える最初(第1波)のサージ電流を検出した時点で第1サージ検出信号を出力する。また、第2コンパレータ402が光電流センサ102からのサージ電流成分を所定の基準値と比較し、前記基準値を超える最初(第1波)のサージ電流を検出した時点で第2サージ検出信号を出力する。
この場合、第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の態様は、第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の極性が相互に異なる極性であり且つ、第1サージ検出信号が第2サージ検出信号よりも先行して出力される態様(第1態様)である。
因みに、後述するように地絡点が外部ケーブル30内の場合は、第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の極性が相互に異なる極性であり且つ、第2サージ検出信号が第1サージ検出信号よりも先行して出力される態様(第2態様)となる。
サージ極性検出部403では、第1、第2コンパレータ401、402からの第1、第2サージ検出信号を受け取ると、両サージ電流の極性及びいずれのサージ電流が先行しているかを判定する。サージ極性検出部403は、サ−ジ電流の極性が逆極性であることを検出すると、事故点距離算出部407に起動信号を出力しない。
なお、サージ極性検出部403が事故点距離算出部407に起動信号を出力するサージ電流の極性条件は、段落[0038]に示したように対を成す光電流センサの検出極性の相互関係に応じて予め設定するものであり、各対になる光電流センサは、検出極性が相互に同じ極性になっている場合には、前記サージ電流の極性が「逆極性であること」は、予め「同極性であること」と設定されている。
以降の(2)第1端部領域80内の場合、(3)光電流センサ101、102の間(内部領域)の場合、(4)第2端部領域90の場合、(5)外部ケーブル30内の場合の動作説明においても同様に、対を成す光電流センサの検出極性の相互関係に応じて、サージ電流の極性条件は逆極性と同極性とを入れ替えて予め設定されているが、各部での説明は省略する。
事故点距離算出部407は、サージ極性検出部403から起動信号が出力されないため事故点距離は算出しない。
(2)事故点が第1端部領域80内の場合
地絡事故が第1端部領域80において発生した場合、図4(2)に示すように、地絡電流は、発電機500から地中ケーブル10のシースに接続された接地線60及び光電流センサ101の内側を通って接地へ流れる。したがって、地絡電流は、光電流センサ101によって検出されるが、光電流センサ102では検出されない。
また、サージ電流は大きさが同じで逆極性の導体サージとシースサージが対になって事故点から異なる方向に伝搬し、端末部でシースサージが接地線を伝搬するときに、光電流センサ101、102を同一方向に通る。光電流センサ101は光電流センサ102よりも地絡点に近いため、先行してサージ電流を検出し又、光電流センサ101、102はサージ電流を相互に同じ極性で検出して出力する。尚、光電流センサ101と102がサージ電流を検出する時間差Tは、サージ電流が事故点から地中ケーブル10の端末部までの距離を伝搬する時間の差となる。
このようにして光電流センサ101からは、地絡電流成分とサージ電流成分を含む信号が出力され又、光電流センサ102からは地絡電流成分は含まれないがサージ電流成分が含まれる信号が出力される。
光電流センサ101、102の出力信号は、光電変換器305中の光電流センサ101、102に対応する1対の光電変換器305によって電気信号に変換された後、事故区間検出部108と事故点検出部109に入力される。
事故区間検出部108の商用周波数成分検出部306では、光電流センサ101、102に対応する1対のローパスフィルタ307が、光電変換部105の出力信号に含まれる地絡電流成分を抽出して出力する。事故区間判定部308では、第1区間に対応する地絡電流差動リレー309が、前記1対のローパスフィルタ307の出力信号(例えば予め定めた所定周期分の出力信号)の和が所定の基準値を超えるため第1区間で事故が発生したと判定して、第1区間で事故が生じたことを表す事故区間情報を出力する。
出力部310では、第1区間に対応する地絡電流差動リレー309から事故区間情報を受け取ると、第1区間に対応する出力リレー311が、事故点検出部109及び装置外部へ、第1区間で事故が発生したことを表す事故区間情報を出力する。このように、接地線60の引き戻し効果によって地絡電流を検出できるため、第1端部領域80内での事故を地中ケーブル10の区間事故として検出することができる。
一方、事故点検出部109のサージ電流成分検出部312では、光電流センサ101、102に対応する1対のハイパスフィルタ313が、前記1対の光電変換器305の出力信号に含まれるサージ電流成分を抽出して出力する。
事故点標定部314では、第1コンパレータ401が光電流センサ101からのサージ電流成分を所定の基準値と比較し、前記基準値を超える最初のサージ電流を検出した時点で第1サージ検出信号を出力する。また、第2コンパレータ402が光電流センサ102からのサージ電流成分を所定の基準値と比較し、前記基準値を超える最初のサージ電流を検出した時点で第2サージ検出信号を出力する。
この場合、第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の態様は、第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の極性が同じ極性であり且つ、地絡点の位置に依存して第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の時間間隔幅や先後関係が定まる態様(第3態様)である。
サージ極性検出部403では、第1、第2コンパレータ401、402からの第1、第2サージ検出信号を受け取ると、両サージ電流の極性を判定する。サージ極性検出部403は、サージ電流の態様が第3態様であることを検出すると、事故点距離算出部407に起動信号を出力する。事故点距離算出部407は、サージ極性検出部403から起動信号が出力されるため事故点距離を算出する。
AND回路410には事故区間検出部108から事故区間情報が入力されているため、事故点距離情報が事故点情報として装置外部に出力される。
事故区間情報及び事故点距離情報により、地絡点が地中ケーブル10に含まれること及びその事故点距離が通知される。必要に応じて、事故区間情報や事故点情報により、継電器の遮断制御等が行われる。
(3)事故点が光電流センサ101、102間(内部領域)の場合
地絡事故が光電流センサ101と102の間で発生した場合、図4(3)に示すように、地絡電流は、発電機500から光電流センサ101を通って地絡点へ流れ、地中ケーブル10のシースを介して光電流センサ101を逆方向に通った後、地中ケーブル10の端末部から接地線60及び光電流センサ101を通って接地へ流れる。したがって、光電流センサ101によって検出される地絡電流の合計は、光電流センサ101から光電流センサ102方向へ流れる1回分の地絡電流となる。この場合、光電流センサ102では地絡電流が検出されない。
また、サージ電流は、事故点から相互に異なる方向に大きさが同じで逆極性の導体サージとシースサージが対になって伝搬し、端末部でシースサージが接地線を伝搬するときに光電流センサ101、102を通って流れる。したがって、地絡点に近い光電流センサ101又は102は地絡点から遠い光電流センサ102又は101よりも先行してサージ電流を検出し又、光電流センサ101、102はサージ電流を同じ極性で検出して出力する。光電流センサ101と102で検出するサージ電流の時間差Tは、地絡点の位置に依存する時間となる。
このようにして光電流センサ101からは地絡電流成分とサージ電流成分を含む信号が出力され又、光電流センサ102からは地絡電流成分は含まれないがサージ電流成分が含まれる信号が出力される。
光電流センサ101、102の出力信号は、光電変換器305中の光電流センサ101、102に対応する光電変換器305によって電気信号に変換された後、事故区間検出部108と事故点検出部109に入力される。
事故区間検出部108の商用周波数成分検出部306では、光電流センサ101、102に対応する1対のローパスフィルタ307が、光電変換部105の出力信号に含まれる地絡電流成分を抽出して出力する。事故区間判定部308では、第1区間に対応する地絡電流差動リレー309は前記1対のローパスフィルタ307の出力信号(例えば予め定めた所定周期分の出力信号)の和が所定レベルを超えるため第1区間で事故が発生したと判定して、第1区間で事故が生じたことを表す事故区間情報を出力する。
出力部310では、第1区間に対応する地絡電流差動リレー309から事故区間情報を受け取ると、第1区間に対応する出力リレー311が、事故点検出部109及び装置外部へ第1区間で事故が発生したことを表す事故区間情報を出力する。
一方、事故点検出部109のサージ電流成分検出部312では、光電流センサ101、102に対応する1対のハイパスフィルタ313が、光電変換部105の出力信号に含まれるサージ電流成分を抽出して出力する。
事故点標定部314では、第1コンパレータ401が光電流センサ101からのサージ電流成分を所定の基準値と比較し、前記基準値を超える最初のサージ電流を検出した時点で第1サージ検出信号を出力する。また、第2コンパレータ402が光電流センサ102からのサージ電流成分を所定の基準値と比較し、前記基準値を超える最初のサージ電流を検出した時点で第2サージ検出信号を出力する。
この場合、第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の態様は、第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の極性が相互に同じ極性であり且つ、地絡点の位置に依存して第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の時間間隔や先後関係が定まる態様(第3態様)である。
サージ極性検出部403は、第1、第2コンパレータ401、402からの第1、第2サージ検出信号を受け取り、第3態様であることを検出すると、事故点距離算出部407に起動信号を出力する。
事故点距離算出部407は、サージ極性検出部403から起動信号が出力されるため、第1、第2コンパレータ401、402からの第1、第2サージ検出信号の時間差に基づいて所定位置を基準とする事故点距離を算出し、AND回路410に出力する。
AND回路410には事故区間検出部108の出力リレーから事故区間情報が入力されており、AND回路410は事故点距離算出部407が算出した事故点距離情報を事故点情報として装置外部に出力する。
これにより、事故区間情報及び事故点情報が通知される。必要に応じて、事故区間情報や事故点情報により、継電器の遮断制御等が行われる。
(4)事故点が第2端部領域90内の場合
地絡事故が第2端部領域90において発生した場合、第1サージ検出信号と第2サージ検出信号の態様は前述した第3態様となる。
即ち、図4(4)に示すように、地絡電流は、発電機500から光電流センサ101、102を通った後、地中ケーブル10のシースに接続された接地線70を介して光電流センサ102を逆方向に通って接地へ流れる。光電流センサ102には相互に逆方向の地絡電流が2回が流れるため、合計として光電流センサ102では地絡電流が検出されない。したがって、光電流センサ101によってのみ地絡電流が検出されることになる。
また、サージ電流は、前述した「(2)事故点が第1端部領域80内の場合」と同様に、シースサージが両端末の接地線を伝搬するときに光電流センサ102、101を通って流れる。光電流センサ102は光電流センサ101よりも地絡点に近いため、先行してサージ電流を検出し又、光電流センサ101、102はサージ電流を相互に同じ極性で検出して出力する。尚、光電流センサ101と102がサージ電流を検出する時間差Tは、事故点からサージ電流が地中ケーブル10の両端末までの距離を伝搬する時間の差に相当する。
このようにして光電流センサ101からは地絡電流成分とサージ電流成分を含む信号が出力され又、光電流センサ102からはサージ電流成分を含む信号が出力される。
光電変換部105、事故区間検出部108、事故点検出部109は、前述した「(2)事故点が第1端部領域80内の場合」と同様に動作する。
これにより、事故区間検出部108は、光電流センサ101と102の出力信号に基づいて地絡点が第1区間であることを表す事故区間情報を事故点検出部109及び装置外部に出力する。このように、接地線70の引き戻し効果によって地絡電流を検出できるため、端部領域90内での事故を地中ケーブル10の区間事故として検出することができる。
サージ極性検出部403は第3態様であることを検出して、事故点距離算出部407に起動信号を出力する。この場合も、サージ極性検出部403が起動信号を出力しているため、事故点距離算出部407は事故点距離を算出する。AND回路410は、事故区間検出部108から事故区間情報を受け取っているため、事故点距離情報を事故点情報として装置外部に出力する。
事故区間情報及び事故点情報により、地絡点が地中ケーブル10に含まれること及びその事故点距離が通知される。必要に応じて、事故区間情報や事故点情報により、継電器の遮断制御等が行われる。
(5)事故点が外部ケーブル30内の場合
地絡事故が外部ケーブル30において発生した場合、図4(5)に示すように、地絡電流は、発電機500から光電流センサ101、102を通って地絡点へ流れるため、光電流センサ101、102は地絡電流を相互に異なる極性で検出して出力する。
また、サージ電流は、導体サージとシースサージが対になって、光電流センサ102、101を通って外部ケーブル20側へ同一方向に流れる。光電流センサ102は光電流センサ101よりも地絡点に近いため、先行してサージ電流を検出し又、光電流センサ101、102はサージ電流を相互に異なる極性で検出して出力する。尚、光電流センサ101と102がサージ電流を検出する時間差Tは、サージ電流が地中ケーブル10長相当の距離を伝搬する時間に相当する。
このようにして光電流センサ101、102の両方から、地絡電流成分とサージ電流成分を含む信号が出力される。
光電変換部105、事故区間検出部108、事故点検出部109は、前述した「(1)事故点が外部ケーブル20内の場合」と同様に動作する。
光電流センサ101、102が検出して出力する地絡電流の大きさはほぼ等しく逆極性の信号である。したがって、事故区間検出部108は、光電流センサ101と102の出力信号(例えば予め定めた所定周期分の出力信号)の和が所定の基準値を超えないため、事故区間を検出することができず、事故区間情報を出力しない。
一方、光電流センサ102は光電流センサ101よりも先行してサージ電流を検出する。また、光電流センサ101、102はサージ電流を相互に異なる極性で検出して出力する。
事故点標定部314は、サージ電流成分検出部312の出力信号に基づいて地絡点を検出する。サージ極性検出部403は第2態様であることを検出すると、事故点距離算出部407に起動信号を出力しない。
この場合、地絡点が外部ケーブル30内でありサージ極性検出部403が起動信号を出力しなため、事故点距離算出部407は事故点距離は算出しない。
また、事故点標定部314は、事故区間検出部108から事故区間情報が入力されないため、事故点情報を出力しない。
地中ケーブル210側で事故が生じた場合も前記同様の動作を行う。即ち、事故区間検出部108は、光電流センサ301、302の出力信号に基づいて地中ケーブル210で事故が生じたことを検出し、地中ケーブル210で事故が生じたことを表す事故区間情報を事故点標定部314及び装置外部へ出力する。
また、事故点検出部109は、光電流センサ301、302の出力信号に基づいて、端部領域280、290を含めた事故点距離の算出を行い、事故区間検出部108が事故区間を検出して事故区間情報を出力したときのみ、事故点距離を事故点情報として装置外部へ出力する。
以上のようにして、商用周波数帯域の事故電流に基づいて事故区間の検出が行われ又、商用周波数より高周波のサージ電流に基づいて事故点の標定が行われる。
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る事故点標定装置の概要を示すブロック図であり、図1に対応する部分には同一符号を付している。
前記第1の実施の形態では、3相の地中ケーブルを一括して周回するように各地中ケーブルに1対の光電流センサを設けたが、本第2の実施の形態では、地中ケーブルの各相毎に1対の光電流センサを設けるように構成している点で相違している。
即ち、図5において、地中ケーブル10を構成する3相の地中ケーブル10a〜10cには、各々、1対の光電流センサ601a、602a、1対の光電流センサ601b、602b、1対の光電流センサ601c、602cが配設されている。
対を成す光電流センサ601a、601b、対を成す光電流センサ602a、602b、対を成す光電流センサ601c、601cは、電流の検出極性が相互に異なる極性になるように設けられている。
各相の地中ケーブル10a〜10cの一方の端末部40には、各々、接地線60の一端が共通接続され、接地線60の他端は各光電流センサ601a〜601cの内側を通って接地されている。各相の地中ケーブル10a〜10cの他方の端末部50には接地線70の一端が共通接続され、接地線70の他端は各光電流センサ602a〜602cの内側を通って接地されている。
地中ケーブル10の端末部40と各光電流センサ601a〜601cの間は第1端部領域80を構成している。地中ケーブル10の端末部50と光電流センサ602a〜602cの間は第2端部領域90を構成している。
光電流センサ601a〜601c、602a〜602cは各々、光ファイバ伝送路103a〜103c、104a〜104cを介して、事故点標定装置本体100に接続されている。
複数の光電流センサ601a〜601c、602a〜602c、複数の光ファイバ伝送路103a〜103c、104a〜104c及び複数の光電流センサ601a〜601c、602a〜602cの出力信号に基づいて事故区間の検出及び事故点の標定を行う事故点標定装置本体100によって事故点標定装置が構成されている。
事故点標定装置本体100は、前記第1の実施の形態とは使用する光電流センサの数が異なっているため、これに対応する構成要素の数が異なっているが、それ以外は前記第1の実施の形態と同様の構成であり、同様の動作を行う。
即ち、事故点標定装置本体100は、光電流センサ601a〜601c、602a〜602cの光出力信号を各々、光ファイバ伝送路103a〜103c、104a〜104cを介して受け取り、前記光出力信号に対応する電気信号に変換して出力する光電変換部105を備えている。光電変換部105は、光電流センサの数に対応する対(本第2の実施の形態では3対)の光電変換器603を有している。
また、事故点標定装置本体100は、事故区間を検出する事故区間検出部108、事故点を標定する事故点検出部109、及び、事故点標定装置本体100の各電気的構成要素に駆動電力を供給する電源部110を備えている。
本第2の実施の形態の動作は、光電流センサの数が異なる以外は前記第1の実施の形態と同じであるので、詳細な動作説明は省略し、概要を以下に説明する。
図5において、光電流センサ601a〜601c、602a〜602cの出力信号は、各々、光ファイバ伝送路103a〜103c、104a〜104cを介して、光電流センサ601a〜601c、602a〜602cに対応付けられた光電変換部105の光電変換器603に入力される。
各光電変換器603は、対応する光電流センサ601a〜601c、602a〜602cの出力信号を電気信号に変換して事故区間検出部108および事故点検出部109に入力する。
事故区間検出部108は、各対の光電流センサ601a、602a、光電流センサ601b、602b、光電流センサ601c、602cからの商用周波数帯域の事故電流に基づいて前記第1の実施の形態と同様にして事故区間を検出した場合、事故点検出部109及び装置外部へ事故区間情報を出力する。
事故点検出部109は、各対の光電流センサ601a、602a、光電流センサ601b、602b、光電流センサ601c、602cが検出したサージ電流に基づいて、前記第1の実施の形態と同様にして事故点距離の算出を行い、事故区間検出部108が事故区間を検出したとき(即ち、事故区間検出部108から事故区間情報を受け取ったとき)のみ事故点情報として装置外部へ出力する。
このようにして、商用周波数帯域の事故電流に基づいて事故区間の検出が行われ又、商用周波数より高周波のサージ電流に基づいて事故点の標定が行われる。
以上述べたように、本発明の各実施の形態に係る事故点標定装置は、区間を構成する地中ケーブルの各端末部よりも内側に周回するように配設され、前記地中ケーブルの端末部に一端が接続されると共に他端が接地された接地線が通され、事故点で発生する電流を検出して出力する複数の光電流センサと、光ファイバ伝送路を介して入力された前記各光電流センサの出力信号から、ローパスフィルタによって商用周波数帯域の事故電流を抽出して出力する商用周波数成分検出部を有し、前記商用周波数成分検出部が前記各区間の両端末部内側に配設された光電流センサの出力信号から抽出した複数周期の事故電流に基づいて事故区間を検出する事故区間検出部と、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記各光電流センサの出力信号から、ハイパスフィルタによって前記商用周波数帯域よりも高周波のサージ電流を抽出して出力するサージ電流成分検出部を有し、前記サージ電流成分検出部が前記各区間の両端末部内側に配設された光電流センサの出力信号から抽出したサージ電流に基づいて、サージ電流が当該各光電流センサに到達した時間差を算出することにより、事故点情報である事故点距離を標定する事故点標定部を有する事故点検出部と、を備えている。
したがって、事故区間検出装置と事故点標定装置の双方を個別に使用する必要がないため、簡単な構成で事故区間及び事故点の双方を正確に検出することができる。
また、光電流センサの出力信号から、商用周波数帯域の事故電流と前記商用周波数帯域よりも高周波のサージ電流をフィルタによって抽出し、前記事故電流とサージ電流を用いて事故区間の検出や事故点距離を標定するようにしているため、構成が簡単である。
また、単発のサージ電流によって区間検出を行う場合には、事故サージ電流以外のサージ電流によって誤検出する恐れがあるが、本発明の各実施の形態では、複数周期分の商用周波数帯域の事故電流を用いて事故区間を検出するように構成することができるため、簡単な構成で、事故サージ電流以外のサージ電流によって誤検出することを防止でき、正確に事故区間及び事故点の双方を検出することが可能である。
ここで、前記事故点標定部は、前記事故区間検出部が事故区間を検出したときにのみ事故点を表す事故点情報を出力するように構成することができる。これにより、事故区間と事故点の双方を検出することができる。このとき、前記事故点標定部は、前記事故区間検出部が事故区間として検出した地中ケーブルの両端部内側に配設された光電流センサの出力信号から抽出した各々のサージ電流の極性に基づいて事故点情報を出力するように構成することができる。
また、第1の実施の形態のように、前記各光電流センサは、3相一括して前記地中ケーブルに周回するように取り付けられて成るように構成することができ、これにより構成が簡単になる。尚、第2の実施の形態のように各相毎に光電流センサを配設すれば、事故点を詳細に検出することが可能になる。
光電流センサによって3相一括して周回するように構成した場合、各相の地中ケーブル端末部間の距離が大きいときは、光電流センサの径の関係から光電流センサの配設位置と各相の地中ケーブル端末部との距離が大きくなり、端部領域が大きくなる。
また、地中ケーブルの端末部ではインピーダンスが大きく変化するため大きな反射波が生じる。端部領域を小さくするために地中ケーブル端末部と光電流センサ間の距離を小さくした場合、反射によるノイズの影響で光電流センサが誤検出し、事故区間や事故点を正確に検出できない恐れがある。
本発明の実施の形態では、接地線の引き戻し効果によって端部領域の大きさに依存することなく事故点距離及び事故区間を検出することができるため、地中ケーブル端末部と光電流センサの距離が大きい場合でも高精度な事故位置の検出が可能になり、光電流センサによって3相一括して周回する構成の事故点標定装置に適用して特に効果的である。
地中ケーブルの各種事故発生時の事故区間検出や事故点標定に適用可能である。
10、210・・・地中ケーブル
20、30、230、20a〜20c、30a〜30c・・・外部ケーブル
40、50、250・・・端末部
60、70、260、270・・・接地線
80、90、280、290・・・端部領域
100・・・事故点標定装置本体
101、102、301、302、601a〜601c、602a〜602c・・・光電流センサ
103、104、103a〜103c、104a〜104c、303、304・・・光ファイバ伝送路
105・・・光電変換部
106、107、305・・・光電変換器
108・・・事故区間検出部
109・・・事故点検出部
110・・・電源部
200・・・Y分岐接続部
306・・・商用周波数成分検出部
307・・・ローパスフィルタ
308・・・事故区間判定部
309・・・地絡電流差動リレー
310・・・出力部
311・・・出力リレー
312・・・サージ電流成分検出部
313・・・ハイパスフィルタ
314・・・事故点標定部
401、402・・・コンパレータ
403・・・サージ極性検出部
407・・・事故点距離算出部
410・・・AND回路
500・・・発電機
603・・・光電変換器

Claims (4)

  1. 区間を構成する地中ケーブルの各端末部よりも内側に周回するように配設され、前記地中ケーブルの端末部に一端が接続されると共に他端が接地された接地線が通され、事故点で発生する電流を検出して出力する複数の光電流センサと、
    光ファイバ伝送路を介して入力された前記各光電流センサの出力信号から、ローパスフィルタによって商用周波数帯域の事故電流を抽出して出力する商用周波数成分検出部を有し、前記商用周波数成分検出部が前記各区間の両端末部内側に配設された光電流センサの出力信号から抽出した複数周期の事故電流に基づいて事故区間を検出する事故区間検出部と、
    前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記各光電流センサの出力信号から、ハイパスフィルタによって前記商用周波数帯域よりも高周波のサージ電流を抽出して出力するサージ電流成分検出部を有し、前記サージ電流成分検出部が前記各区間の両端末部内側に配設された光電流センサの出力信号から抽出したサージ電流に基づいて、サージ電流が当該各光電流センサに到達した時間差を算出することにより、事故点情報である事故点距離を標定する事故点標定部を有する事故点検出部と、を備えて成ることを特徴とする事故点標定装置。
  2. 前記事故点標定部は、前記事故区間検出部が事故区間を検出したときにのみ事故点を表す事故点情報を出力することを特徴とする請求項1記載の事故点標定装置。
  3. 前記事故点標定部は、前記事故区間検出部が事故区間として検出した地中ケーブルの両端内側に配設された光電流センサの出力信号から抽出した各々のサージ電流の極性に基づいて事故点情報を出力することを特徴とする請求項1記載の事故点標定装置。
  4. 前記各光電流センサは、3相一括して前記地中ケーブルに周回するように取り付けられて成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載の事故点標定装置。
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