JP2596671B2 - 高圧配電線用ディジタル型地絡過電圧継電器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧配電線の増設工
事、あるいは線路切替等による暫定的な期間中における
配電線対地静電容量の変化により地絡抵抗の検出感度が
影響を受けることがないように、配電線の常規対地電圧
値と地絡時に発生する零相電圧の振幅比および位相差に
基づいて地絡抵抗値を算出し、前記算出値が所定値以下
となることをもって所定感度の地絡事故を検出する保護
継電機能を有する、非接地系高圧配電系統用ディジタル
型地絡過電圧継電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧配電線（３．３ｋＶ，６．６ｋＶ）
の接地方式には一般に非接地方式が適用されているが、
その１線に地絡事故が発生した場合にこの系統を保護す
るために地絡方向継電器（以下ＤＧＲと記す、概ね高感
度を示す）および地絡過電圧継電器（以下ＯＶＧＲと記
す、比較的低感度を示す）の直列回路に駆動される回路
遮断器（以下ＣＢと記す）を使用することが一般的であ
る。

【０００３】図６は上述の保護機能を有する高圧配電線
の系統構成の一例を示す。ＴＲは三相の主変圧器であ
る。

【０００４】Ａ，Ｂ，Ｃは高圧母線を構成する線路導体
で、主変圧器ＴＲの２次側に接続され、夫々の相をａ
相、ｂ相、ｃ相と呼ぶことにする。１Ｆ，２Ｆ・・・ｍ
Ｆは高圧母線Ａ，Ｂ，Ｃに連繋するフィーダで，夫々３
条の線路導体ａｉ，ｂｉ，ｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・
・ｍ）により構成され、夫々の相は、図６から明らかな
通り、ａ相、ｂ相、ｃ相である。

【０００５】また、電圧をＶ，電流をＩにより表示し、
複素ベクトルであることを示す・印は省略する。高圧母
線およびフィーダの長さは線路上の電圧・電流の波長に
較べれば微小であるから、同一相に属する線路上の電圧
は、位置に関わりなく、夫々一定と考えることができ
る。換言すれば、各導体の分布抵抗および分布インダク
タンスを無視し、その分布静電容量を考慮するのみで何
等支障はない。以下、ａ相、ｂ相、ｃ相の対地電圧をＶ
_a ，Ｖ_b ，Ｖ_c ，主変圧器ａ，ｂ，ｃ相の出力電流Ｉ
_{a ,} Ｉ_b ，Ｉ_c ，フィーダｉＦのａ，ｂ，ｃ相の電流を
Ｉ_ai，Ｉ_bi，Ｉ_ciにより夫々表示する。また簡単のため
に各フィーダｉＦの各線路導体の対地静電容量は完全に
平衡しているものと仮定し、その１相当たりの対地静電
容量をＣｉにより表す。地絡はフィーダ１Ｆのａ相にお
いて発生し、その地絡抵抗をＲ_g ，地絡電流をＩ_g とす
る。

【０００６】ＺＣＴ−ｉはフィーダｉＦ始端（変電所
内）に配置された零相変流器で、地絡事故発生時にフィ
ーダｉＦを流れる零相電流を検出する役割を果たす。Ｃ
Ｂ−ｉはＺＣＴ−ｉの至近の位置においてフィーダｉＦ
と直列に挿入された遮断器で、地絡フィーダを遮断する
機能を果たす。ＧＰＴは主変圧器ＴＲの近くに配置され
た接地型計器用変圧器で、その３つの１次巻線（高圧
側）はＹ結線され、その中性接続点は接地されるととも
に、他端は夫々高圧母線の導体Ａ，Ｂ，Ｃに接続され
る。ＧＰＴの３つの３次巻線（低圧側）はブロークン△
に結線され、その両端には限流抵抗ｒ_n が挿入される。
大地よりＧＰＴの１次巻線の中性点に流れ込む電流をＩ
_n により表示する。ＧＰＴの１次および３次巻線を夫々
Ｎ₁ およびＮ₃（Ｎ₃ ≪Ｎ₁ ）とすれば、ｒ_n の１次側
換算値Ｒ_n は Ｒ_n ＝（Ｎ₁ ／Ｎ₃ ）² ｒ_n ／９ （１） となり、Ｒ_n ≫ｒ_n であることは明らかである。即ち、
高圧配電線系統の中性点は高抵抗で接地されている。ｒ
_n 両端の電圧の１次側換算値の大きさは、後述するよう
に、系統の零相電圧Ｖ_o のそれに相等しい。このほかＧ
ＰＴにはＹ結線された２次巻線があるが、以下の説明と
直接の関係がないので記述を省略する。

【０００７】図７は遮断器ＣＢ−ｉ，地絡方向継電器Ｄ
ＧＲ−ｉ，地絡過電圧継電器ＯＶＧＲおよび前述のＺＣ
Ｔ−ｉ，ＧＰＴの協働動作を示す回路で、紙面の都合に
より図６においては図示を省略したものである。ＧＰＴ
３次巻線の誘導電圧（零相電圧Ｖ_O に比例する）はＯＶ
ＧＲおよびＤＧＲ−ｉの入力端子に並列的に供給され
る。以後、電圧、電流の値は全て１次側換算値により表
示することにする。またＺＣＴ−ｉの２次巻線電圧（フ
ィーダｉＦの零相電流３Ｉ_oiに対応する）はＤＧＲ−ｉ
の他の入力端子へ供給される。

【０００８】ＯＶＧＲは、前記入力電圧Ｖ_o が予め定め
られた値（整定値Ｖ_vg）を超えると作動して接点がメイ
クされる。ＤＧＲ−ｉの動作はやや複雑である。すなわ
ち、入力電圧Ｖ_o が整定値Ｖ_dgを超えると共に、３Ｉ_oi
が図８（Ｖ_o を基準ベクトルとするベクトル線図）のベ
クトルが斜線領域にある場合に動作する（接点がメイク
される）。Ｖ_o を基準とする３Ｉ_oiの位相角をθ，ＤＧ
Ｒ−ｉの最大感度角をφ（通常φは４５℃）とすれば、
θがφ−π／４＜θ＜φ＋π／４の範囲にある場合には ３Ｉ_oi≧Ｉ_dg （Ｉ_dg：整定値） （２） のときにＤＧＲ−ｉの接点はメイクされる。前記角度範
囲外では３Ｉ_oiに関する動作限界値はθと共に急速に増
加する。後述の解析から明らかな通り、３Ｉ_oiの位相角
θは地絡の有無により著しく相違するので、ＤＧＲ−ｉ
は、前記機能により、自己の分担するフィーダに限界地
絡抵抗値以下の地絡事故が発生した場合にこれに応答し
て接点がメイクされる。

【０００９】図７から明らかな通り、遮断器ＣＢ−ｉ
は、ＯＶＧＲおよびＤＧＲがともに接点メイクの状態に
ある時に動作してフィーダｉＦへの電力供給を遮断す
る。この場合にＯＶＧＲには方向性がなく、配電系統内
のどのフィーダが地絡してもこれに応答し、また多くの
場合、ＤＧＲ−ｉに較べ低感度である。一方、ＤＧＲ−
ｉが過敏に反応することが多いので、ＯＶＧＲはその後
備保護機能を果たしている。このため、地絡事故を的確
に検出遮断するためには、両者の地絡抵抗検出感度を近
接適正化することが是非とも必要である。

【００１０】さて、図６に示すようにフィーダｉＦのａ
相に地絡事故が発生した場合には系統内各線路導体の対
地電位は健全時の値より変動する。しかし、この場合に
おいても線間電圧Ｖ_ab，Ｖ_bc，Ｖ_caの値は不変である。
従って健全時に正相の電圧・電流が配電されていた場合
には、地絡時にも逆相電圧・電流は発生せず、零相電圧
・電流のみを考慮に入れればよい。従って、Ｖ_a ，
Ｖ_b ，Ｖ_c は次の形に書くことができる。

【数１】

【数２】 Ｅ_a はａ相の常規対地電圧で、６，６００Ｖ配電線の場
合は

【数３】 である。また、Ｖ_o は Ｖ_o ＝（Ｖ_a ＋Ｖ_b ＋Ｖ_c ）／３ （６） により定義される零相電圧である。また地絡時点におい
ては Ｖ_a ＝Ｖ_o ＋Ｅ_a ＝Ｒ_g Ｉ_g （７） の関係が成り立つ。

【００１１】次にフィーダｉＦの始端における１相当り
の零相電流を Ｉ_oi＝（Ｉ_ai＋Ｉ_bi＋Ｉ_ci）／３ （８） により定義する。健全なフィーダの零相電流は ３Ｉ_oi＝−ｊ３ωＣ_i Ｖ_o （９） 一方、地絡したフィーダの零相電流Ｉ_o1は、図６より ３Ｉ_o1＝−ｊ３ω（Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ＋・・・＋Ｃ_m ）Ｖ_o ＋Ｉ_n （１０） 地絡電流Ｉ_g は Ｉ_g ＝−ｊ３ω（Ｃ₁ ＋Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ＋・・＋Ｃ_m ）Ｖ_o ＋Ｉ_n （１１） 従って、 ３Ｉ _o1 ＝Ｉ _g ＋ｊ３ωＣ ₁ Ｖ _o （１２ａ） また、同図のｒ _n の１次側換算値はＲ_n であるから Ｖ_o ＝−Ｉ_n Ｒ_n （１２ｂ） 以上の関係より Ｖ_o ＝−Ｅ_a ／〔１＋Ｒ_g ｛（１／Ｒ_n ）＋ｊ３ω （Ｃ₁ ＋Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ＋・・・＋Ｃ_m ）｝〕 （１３） を得る。これによりＶ_o が明らかとなり、更に式（１２
ａ），（９），（１２ｂ）よりＩ_g ，Ｉ_oi，Ｉ_n の値が
全て明らかになる。

【００１２】系統保護の観点から言えば、遮断器ＣＢ−
１はＲ_g が予め設定された値（例えばＲ_g ＝６ｋΩ）以
下の場合にフィーダ１Ｆを遮断し、それ以上の場合には
健全と見做して導通状態を維持するように系統を構成す
ることが最も望ましい。すなわち、Ｒ_g ＝６ｋΩの場合
のＶ_o およびＩ_oiの値を式（５）〜（１３）を用いて予
め算出し、これに基づいてＯＶＧＲおよびＤＧＲ−１の
整定値を設定すればよい。しかし、後述するように、こ
れらの数値は線路導体の対地静電容量Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃
・・Ｃ_m により大きく左右され、しかもその値を予め推
定し、または実測することが難しく、更に仮りに前記整
定値が合理的に設定されても、その後に配電線の増設工
事が行われた場合には、整定値を変更することが必要と
なる。あるいは、停電工事または大規模停電等により一
時的に系統規模の変動を余儀なくされたときは、その検
出感度の変更は容易なことではない。以下この問題につ
き定量的に考察する。

【００１３】最初にＯＶＧＲの動作について考察する。
式（１３）より直ちに、

【数４】 Ｂ_o は次式により定義され、全線路導体の対地サスセプ
タンスの絶対値を意味する。すなわち、 Ｂ_o ＝３ω（Ｃ₁ ＋Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ＋・・＋Ｃ_m ） （１５） 式（１４）より

【数５】 Ｒ_n の値は通常１０ｋΩ程度と極めて大きい事実に着目
し、式（１４），（１６）右辺において１／Ｒ_n を含む
項を無視すれば、

【数６】

【数７】 を得る。概略の傾向を知るためには略算式（１７），
（１８）を用いて差支えない。

【００１４】ここで、ＯＶＧＲの整定値をＶ_vgとすれ
ば、前述したようにＯＶＧＲは ｜Ｖ_o ｜≧Ｖ_vgのときに接点メイク状態 ｜Ｖ_o ｜＜Ｖ_vgのときに開放状態 となる。

【００１５】次に、式（１８）右辺において｜Ｖ_o ｜を
ＯＶＧＲの整定値Ｖ_vgにより置換して

【数８】 なる量を導入すれば、ＯＶＧＲは Ｒ_g ≦Ｒ_vgのときに接点メイク状態 Ｒ_g ＞Ｒ_vgのときに開放状態 となる。すなわち、与えられた整定値について、Ｒ_g ＞
Ｒ_vgの場合にはフィーダは健全なものと判断される。以
上の観点よりＲ_vgを地絡抵抗検出限界値と呼ぶこととす
る。Ｒ_vgの値が大なるほど保護機能は高感度と言うこと
ができる。Ｒ_vgはＢ_o に無関係に一定値（例えば６ｋ
Ω）を保つことが最も望ましいが、現実にはＢ_o に反比
例することがわかる。

【００１６】次に、ＤＧＲ−ｉの動作について考察す
る。ＤＧＲ−ｉの動作については既に図８により概略の
説明を行ったが、フィーダ１Ｆに地絡が発生した場合、
１Ｆの零相電流Ｉ_o1の位相角θは通常φ−π／４＜θ＜
φ＋π／４の範囲にあることが多く、更に整定値Ｖ_dgは
一般に低い値に設定されているため、実際上は ３Ｉ_o1≧Ｉ_dg （２０） をＤＧＲ−１の動作条件と考えて差支えない。簡単のた
めに式（１３）においてＲ_n ＝∞とし、従って、式（１
１）においてＩ_n ＝０すれば、式（１５）より

【数９】 また、式（１１），（１２ａ），（２１）より

【数１０】 ここでＢ' _o は次式により定義される。 Ｂ ^' _o ＝ｊＢ_o −ｊ３ωＣ₁ （２３） 式（２２）より

【数１１】 これより直ちに

【数１２】 が得られる。式（２５）右辺の｜３Ｉ_o1｜をＤＧＲ−１
の整定値Ｉ_dgにより置換して

【数１３】 なる量を導入すれば、ＯＶＧＲの場合と相似的に、ＧＤ
Ｒは Ｒ_g ≦Ｒ_dgのときに接点メイク状態 Ｒ_g ＞Ｒ_dgのときに開放状態 となる。以下、Ｒ_dgは整定値をＩ_dgに設定した場合の、
地絡抵抗検出限界値と呼ぶ。式（２６）から明らかな通
り、Ｒ_dgはＢ_o およびＢ ^' _o の値に大きく依存すること
が明らかである。

【００１７】図９は、式（１９）および式（２６）に基
づいてＲ_vgおよびＲ_dgとＢ_o の関係を算出し、その結果
を図示したものである。ここで、Ｂ_o はそのままの値を
用いず、これにＥ_a （６，６００／√３）を乗じて電流
値（Ａ）に換算している。Ｒ_dgは３ωＣ₁ Ｅ_a （地絡フ
ィーダ１Ｆの対地アドミタンス×Ｅ_a ）をパラメータと
して図示している。なお、Ｖ_vgは６００Ｖ，Ｉ_dgは０．
２Ａとしている。

【００１８】このようにＯＶＧＲ，ＤＧＲの整定値を固
定すると、配電線の規模により地絡抵抗の検出感度は著
しく変動することが定量的に明らかである。図７の遮断
器ＣＢ−ｉ（ｉ＝１）が作動するのは図９のＲ_vg，Ｒ_dg
を示す曲線双方の下側にある領域である。Ｂ_o が小さい
場合にはＯＶＧＲが高感度を示し、Ｂ_o が大きい場合に
はＤＧＲ−１が高感度を示す。また、系統全体としての
検出感度は低感度の継電器により支配されることがわか
る。

【００１９】以上説明した各継電器の動作区分を示した
ものが図１０である。領域ＩではＤＧＲ，ＯＶＧＲが共
に動作して正常遮断するが、領域Ｉ−１ではＯＶＧＲの
方が高感度であり、Ｉ−２ではＤＧＲの方が高感度であ
る。一方、領域ＩＩ〜ＩＩＩではその一方のみの動作に
止まり（すなわち図７の保護機能は動作せず）、領域Ｉ
Ｖでは双方とも動作しないことが分かる。表１は、この
関係を表示したもので、×印は「動作せず」、○印は
「動作する」、◎印は「○印より高感度である」ことを
夫々意味している。

【００２０】ここで、領域Ｉでの動作を吟味すると、配
電系統の規模が比較的小さい、３ωＣ₁ Ｅ_a ＝５Ａ程度
以下のときはＤＧＲの検出感度が最終動作を決定し、か
なりの高抵抗値を検出遮断することになる。しかし、両
曲線の交叉点を超えると、事故配電線の規模に関りな
く、ＯＶＧＲの検出感度に支配されて急速に低下し、１
０Ａ程度以上となると検出抵抗値は１〜２ｋΩの範囲と
なる。この値は、必要な地絡抵抗検出値を下廻るものと
考えられ、より適正な検出値へ改善する必要がある。

【表１】

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】現在、ＯＶＧＲの一次
側換算の動作電圧整定値Ｖ _vg は一般的に６００Ｖが採用
されており、またＤＧＲの一次側換算電流整定値Ｉ _dg ＝
０．２Ａ（固定）とされている。すなわち、１配電バン
クに属する全高圧系統の規模、環境条件等の如何にかか
わりなく、地絡検出抵抗と直接結びつかない間接的で画
一的な整定方式をとっている。この方式では、図９の感
度曲線にみるとおり、各配電線引出口のＤＧＲ及び母線
設置のＯＶＧＲの検出感度が全く整合されておらず、こ
のため配電線で地絡事故が発生した場合、関連継電器に
よる的確迅速な検出動作、除去が不能なケースが生ずる
可能性がある。 従って、その配電系統の架空・地中の区
分、都市・地方の地域別差異等を考慮し、その系統に最
適な地絡検出感度Ｒ _vg を直接的に設定できると共に、こ
の設定値以下の地絡事故は、ＯＶＧＲ及びＤＧＲとも整
合性のとれた接点メイクができるようなＯＶＧＲの開発
が切望されている。

【００２２】この要請に応えるものとして、地絡時の零
相電圧と地絡フィーダの零相電流に基づいて地絡抵抗値
を算出し、その計算値が所定値以下であることによって
地絡事故の発生を検出する機能をもつディジタル型方向
地絡継電器が特開平２−１３６０２５（出願人：日新電
機（株））に開示されている。以下その原理を簡単に説
明する。式（１２ａ）より Ｉ_g ＝３Ｉ ₀₁ −ｊ３ωＣ₁ Ｖ_o （２７） 上式および式（７）より Ｖ_a ＝Ｒ_g Ｉ_g ＝３Ｉ ₀₁ Ｒ _g−ｊ３ωＣ₁ Ｖ_o Ｒ_g （２８） 式（２８）の両辺にＶ₀ の共役複素量Ｖ₀ ^* を乗ずれ
ば、 Ｖ_a Ｖ_o ^* ＝３Ｖ_o ^* Ｉ ₀₁ Ｒ_g −ｊ３ωＣ₁ Ｖ_o Ｖ_o ^* Ｒ_g （２９） Ｖ_o Ｖ_o ^* は正数（実数）であることが明白であり、ま
たＲ_g も正数と考えられることから Ｒ_e （Ｖ_a Ｖ_o ^* ）＝３Ｒ_e （Ｖ_o ^* Ｉ ₀₁ ）Ｒ_g Ｒ_g ＝Ｒ_e （Ｖ_a Ｖ_o ^* ）／３Ｒ_e （Ｖ_o ^* Ｉ ₀₁ ） （３０） の関係を導くことができる。ここでＲ_e は実数部を意味
する記号である。Ｖ_o 、Ｖ_a 、Ｉ ₀₁ はいずれも図６の構
成において実測可能な複素量であるから、Ｒ_g の値は式
（３０）を用いてディジタル的に算出することが可能で
ある。このようにして算出されたＲ_g の値を予め定めら
れた値（例えば６ｋΩ）と比較し、その結果に基づいて
保護継電器を作動させるものである。

【００２３】しかし、この装置を図７の構成のＤＧＲ−
ｉとして使用する場合、後備保護機能を果たすＯＶＧＲ
の検出感度との整合が達成されない限り、問題の解決と
はならない。

【００２４】

【問題点を解決するための手段】本発明は以上に鑑みて
なされたものであり、ＤＧＲおよびＯＶＧＲの検出感度
を近接させ、後者に適正な後備保護機能を具備させるよ
うに、次の手段をとる。すなわち、接地型計器用地絡継
電器により検出された零相電圧Ｖ_o および地絡相の常規
対地電圧Ｅ_a から地絡抵抗値Ｒ_g をディジタル的に算出
し、その結果に基づいて希望の検出感度でＯＶＧＲを動
作させようとするものである。

【００２５】

【実施例】最初に地絡抵抗値Ｒ_g の算出の原理について
説明する。厳密な式（１３）を次の形に書き直す。 Ｅ_a ／Ｖ_o ＝−（１＋Ｒ_g ／Ｒ_n ） −ｊ３ω（Ｃ₁ ＋Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ＋・・・＋Ｃｍ）Ｒ_g （３１）

【００２６】式（３１）右辺の第１項は実数、第２項は
虚数であることから、次の関係が導かれる。 Ｒ_e （Ｅ_a ／Ｖ_o ）＝−（１＋Ｒ_g ／Ｒ_n ） （３２）

【００２７】これより直ちに Ｒ_g ＝−｛１＋Ｒ_e （Ｅ_a ／Ｖ_o ）｝Ｒ_n （３３） を導くことができる。Ｒ_e は実数部を意味する記号であ
ることは既に述べた。Ｖ_o 、Ｅ_a は実測可能な複素量で
あり、Ｒ_n も既知量であることから式（３３）右辺の演
算をディジタル的に処理することは可能である。

【００２８】図１は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。ＧＰＴの３次巻線はＹ結線され、その中性接続点は
接地されている。３つの３次巻線の両端には限流抵抗３
ｒ_nが接続され、このため、零相電流に対する１次側抵
抗値は図６の構成のそれのＲ_n と等しくなる。

【００２９】同図において、ＳＨは一定時間間隔ごとに
入力電圧をサンプルして保持するサンプルホルダ、Ａ／
ＤはＡＤ変換器、ＤＦはディジタルフィルタであり、Ｄ
Ｃは遅延回路で、これらの末尾に附したａ、ｂ、ｃはこ
れらの回路素子が所属する相を示す。また、ＡＤＤ−
ｏ、ＡＤＤ−ｐは加算器、ＭＰＵはマイクロプロセッサ
である。

【００３０】ＧＰＴの３次巻線出力（夫々Ｖ_a 、Ｖ_b 、
Ｖ_c ）は各相ごとにサンプルホルダＳＨ、ＡＤ変換器Ａ
／Ｄによりパルス列に変換され、ディジタルフィルタＤ
Ｆにより雑音成分および歪成分を除去され、２分されて
夫々加算器ＡＤＤ−ｏ、ＡＤＤ−ｐへ向かう。加算器Ａ
ＤＤ−ｏには前記パルス列が夫々入力し、 （Ｖ_a ＋Ｖ_b ＋Ｖ_c ）／３＝Ｖ_o （６） に相当する演算がディジタル的に処理される。一方、Ａ
ＤＤ−ｐへ向かうパルス列は、ａ相では直接に、ｂ相で
はＤＣ−ｂにより２４０°（２／３サイクル）遅延され
た後に、またｃ相ではＤＣ−ｃにより１２０°（１／３
サイクル）遅延された後に、夫々加算器ＡＤＤ−ｐに入
力する。式（３）、（４）および １＋α＋α² ＝０、 α³ ＝１ （３４） の関係から容易に理解できるように、 （Ｖ _a ＋αＶ _b ＋α ² Ｖ _c ）／３＝Ｅ _a （３５） に相当する演算が、ここにおいて、ディジタル的に処理
される。なお、遅延回路ＤＣはシフトレジスタを用いて
構成するのが最も簡単と考えられる。ＡＤＤ−ｏ、ｐの
出力（夫々Ｖ_o 、Ｅ_a ）は並列的にマイクロプロセッサ
ＭＰＵへ供給され、式（３３）の演算が遂行され、Ｒ_g
が整定値（Ｒ_gcと記す）以下の場合にＯＶＧＲを投入す
べき旨の指令信号を発する。どのフィーダが地絡したか
は各フィーダに挿入されたＺＣＴ−ｉの出力を通じて判
断することができ、またどの相が地絡したかについては
既に多くの弁別法が開示されているので（例えば森下、
松村「配電線地絡相判別装置の開発・実用化について」
日本電気協会通常総会研究発表会論文（平成３年）ｐ．
８０）、言及を省略する。なお、前述の式（６）、（３
５）の演算はＭＰＵ内で行わせてもよいが、図１に示す
構成によればリアルタイムにこれを処理することがで
き、系統の応答を迅速化し、またＭＰＵの負担を軽減で
きる利点がある。

【００３１】図２は上述の地絡有無の判別操作のフロー
チャートの一例を示す。図１には図示されていないが、
ＺＣＴ−ｉにより検出されたフィーダｉＦの零相電流値
３Ｉ_oiはＭＰＵへ供給され、本操作の基礎データとな
る。ＫはＶ_o に関する整定値で、Ｖ_o ≧Ｋの場合には
「地絡事故の可能性あり」と判断される。当然にＫの値
は図１０のＶ_vgに較べれば極めて小さい。フィーダの番
号ｉは１より出発し、「フィーダｉＦ内に地絡事故な
し」と判断されれば、ｉ→ｉ＋１の変更が行われ、地絡
したフィーダが発見されるまでこの操作を繰り返す。な
お、図２中のＲ _gc は地絡抵抗Ｒ _g の許容限界値を示す。

【００３２】図３は本発明の他の実施例を示すもので、
ＧＰＴの機能は図６の場合と変わりなく、３次巻線は零
相電圧Ｖ_o を出力する。ＰＴ−ａｂは導体Ａ，Ｂ間の電
圧（線間電圧）Ｖ_abを導出する接地型変圧器である。Ｓ
Ｈ，Ａ／Ｄ，ＤＦ，ＭＰＵの意義および機能については
図１の場合と変わりない。ＤＦ−ｏ，ＤＦ−ａｂは夫々
Ｖ_o ，Ｖ_abに対応するパルス列を出力する。ＤＦ−ｏの
出力は直接に、またＤＦ−ａｂの出力は遅延回路ＤＣを
経由して、夫々ＭＰＵに供給される。ＤＣはパルス列を
３０°（１／１２サイクル）遅延させる機能を果たす。
正常状態の相電圧Ｖ_a と線間電圧Ｖ_abの間には周知の通
り

【数１４】 の関係があるので、ＤＣはＶ_ab（パルス列）を√３Ｅ_a
（パルス列）に変換することが明らかである。ＭＰＵ内
部では図１および図２の場合と相似のディジタル演算が
行われる。

【００３３】前述した通り、Ｖ_abは地絡の有無により全
く影響を受けない（従って雑音および波形歪の発生もし
ない）と考えられるので、ＤＦ−ａｂは多くの場合省略
し得ると予想される。省略する場合はＤＦ−ｏの遅延時
間を考慮してＤＣの遅延時間を合理的に設定する必要が
ある。

【００３４】このほか、常時、Ｖ_a の数サイクルを記憶
・更新する手段を設け、地絡時は更新を中止して、記憶
されたＶ_a （すなわちＥ_a ）と、地絡時のＶ_o を用いて
式（３３）の演算を行わせることができる。この方法
は、後述の零相電圧・電流を消去する方法と相似的であ
るので、説明はその折りに譲る。

【００３５】なお、式（３３）に代えて、次の演算によ
りＲ_g を算出することも可能である。式（１３）を変形
して、 Ｖ_O ＝−〔１＋Rg｛１／Rn＋j3ω(C₁ ＋C₂＋C₃・・ C_m ) ｝〕Ｅ _a （３７） を導き、その両辺にＶ_o ^* を乗じ、両辺の実数部を等置
することにより、次の関係を得る。

【数１５】

【００３６】これにより直ちに Ｒ_g ＝−｛１＋Ｒ_e （Ｅ_a Ｖ_o ^* ）／｜Ｖ_o ｜² ｝Ｒ_n （３９） の関係を得る。なお式（３３）および（３９）の演算
は、Ｅ_a とＶ_o の振幅比および位相差を知れば遂行する
ことができることは明白である。

【００３７】これまでは、各フィーダーｉＦにおいて、
これを構成する各線路導体のａｉ，ｂｉ，ｃｉの対地静
電容量が完全に平衡しているものと仮定し、正常時には
零相電圧・電流は存在しないものと考えてきた。しか
し、実際には前記対地静電容量には若干の不平衡があ
り、このため、正常時にも若干の零相電圧・電流（以下
「残留成分」と記す）が存在する。残留成分は、従来か
らも（例えば図６に示す構成においても）問題視され、
ＤＧＲ高感度化の妨げとされていた。これに対しては既
に残留成分を除去する方式が提案され試用されている。

【００３８】図４は零相電圧より残留成分を除去する手
段の一例を示すもので、図１および図３の実施例のＭＰ
Ｕ内で行われるディジタル信号処理の一環をなすもので
ある。まず原理について説明する。いま、Ｖ_o の１サイ
クルを１／１２サイクルごとにサンプルしてパルス列に
変換すると共に、その１サイクル分をメモリに貯蔵す
る。この記憶されたデータを、便宜上、「残留データ」
と呼ぶ。現時刻のＶ_o をＶ_on，１サイクル前のＶ_o をＶ
_on-12 とし、両者の差ｖ _on（以下「変化分」と記す）を
求める。すなわち ｖ _on＝Ｖ_on−Ｖ_on-12 （４０）

【００３９】図５の（ａ）はＶ_o を、（ｂ）はｖ _onを時
間の函数として夫々図示したものである。（ａ）に示す
ように、Ｖ_o においては、地絡発生前には残留成分が認
められるのみであるが、地絡継続中には地絡に起因する
本来の零相電圧が重畳するため大きな値となり、地絡終
了後には再び残留成分のみとなる。次に（ｂ）に示すよ
うに、変化分ｖ _onは地絡発生直後および地絡終了直後に
その１サイクル分が観測されるのみで、地絡継続中は消
滅する。地絡事故直後に観測される１サイクルのｖ _onは
地絡に起因する本来の零相電圧（残留成分が除去された
零相電圧）であるから、地絡継続中にもｖ _onを繰り返し
発生させるように、図４に示す方法を採る。すなわち、
地絡発生前は前述の残留データは１サイクルごとに更新
されるが、地絡発生（（ｂ）のｖ _onを通じて判別する）
と同時に、図５（ｃ）に示すように、残留データ更新の
操作を中止し（地絡前の残留データを引き続きメモリ内
に保持し）、地絡終了と同時にこの操作を再開する。

【００４０】上述の残留成分除去は、ＺＣＴ−ｉにより
検出される零相電流Ｉ_oiにも適用可能であり、これによ
り地絡フィーダの検出の感度を向上させることができ
る。図４の右半部はこれらの操作のフローチャートを示
している。この図においてｉ_onがＩ_oiの変化分に相当す
る。また、フローチャートにはｖ _onとｉ_onの位相差を判
定する過程が含まれるが、これにより地絡がどのフィー
ダにおいて発生したかを知ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の配電線用デ
ィジタル型地絡過電圧継電器によれば、地絡時の零相電
圧と地絡相の常規対地電圧から地絡抵抗値をディジタル
的に算出するようにし、その地絡抵抗値がその配電系統
に最適な値（架空・地中別の区分、都市・地方の地区別
差異等を考慮した予め定められる）を下廻る場合にＯＶ
ＧＲを動作させることが可能になった。従来のＯＶＧＲ
は単に地絡零相電圧が画一的な整定値を超過した場合に
動作するように構成されており、このため図９および図
１０にみる通り、系統の規模によりその地絡抵抗検出感
度が著しく変動するが、この不合理は本発明により是正
される。更にＯＶＧＲの性格上、同一系統内のどのフィ
ーダに地絡が発生してもこれに応答するが、ＤＧＲ（自
己の分担するフィーダの地絡にのみ応答する）の後備保
護機能を有効に果たすことができ、特にＤＧＲの性能が
向上し、その地絡抵抗検出感度が適正化されつつある現
在、ＯＶＧＲ，ＧＤＲの検出感度を近接させ、系統の保
護機能を画期的に改善することができ、社会安全および
設備保全の信頼度を一層高めることが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成系統図。

【図２】図１に示す構成の動作を示すフローチャート。

【図３】本発明の他の実施例を示す構成系統図。

【図４】地絡時の零相電圧・電流より残留成分を除去す
る手段の一例を示す図。

【図５】図４の残留成分除去手段の原理を説明する図。

【図６】従来の高圧配電線の系統構成図。

【図７】従来のＯＶＧＲ，ＤＧＲ，ＣＢ，ＺＣＴの協働
動作を示す回路図。

【図８】ＤＧＲの動作領域を示す図。

【図９】ＯＶＧＲ，ＤＧＲの地絡抵抗の検出限界値を示
す図。

【図１０】各継電器の動作区分を示す図。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ，Ｃ 高圧母線を構成する線路導体 ｉ（１，２，３，・・・ｍ） 添字に使用される
フィーダの番号 ｉＦ フィーダ ａｉ，ｂｉ，ｃｉ フィーダｉＦを構成する線路
導体 ａ，ｂ，ｃは夫々ａ相，ｂ相，ｃ相に対応する ＴＲ 主変圧器 ＧＰＴ 計器用接地型変圧器 ＺＣＴ 零相変流器 ＣＢ 遮断器 ＯＶＧＲ 地絡過電圧継電器 ＤＧＲ 方向地絡継電器 ｒ_n 限定抵抗器 Ｒ_n ｒ_n の１次側換算器 Ｃｉ フィーダｉＦの１相当り対地静電容量 Ｒ_g 地絡抵抗 Ｖ_o 零相電圧 Ｖ_a ，Ｖ_b ，Ｖ_c ａ相，ｂ相，ｃ相の対地電圧 Ｅ_a ａ相の常規対地電圧 Ｉ_g 地絡電流 Ｉ_o 全零相電流 Ｉ_n ＧＰＴ１次側中性点に流入する電流 Ｉ_oi フィーダｉＦの零相電流 ＳＨ サンプルホルダ Ａ／Ｄ Ａ／Ｄ変換器 ＤＦ ディジタルフィルタ ＡＤＤ 加算器 ＤＣ 遅延回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧配電線の常規対地電圧と零相電圧の
   振幅比および位相差に基づいて地絡抵抗値を算出し、 前記算出された値が所定値以下であることをもって所定
   感度の地絡事故を検出する保護機能を有すること特徴と
   する高圧配電線用ディジタル型地絡過電圧継電器。
2. 【請求項２】 前記地絡抵抗値を算出する演算過程は、
   零相電圧をその残留成分により補正する過程を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高圧配電線用
   ディジタル型地絡過電圧継電器。