JP2609793B2 - 電気設備の地絡監視装置 - Google Patents
電気設備の地絡監視装置Info
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Description
V0と零相電流I0により、地絡事故の予兆を検出して警
報すると共に、その前後の零相電圧V0と零相電流I0を
記憶して、地絡事故の未然防止および、事故点探索の容
易化による迅速な保守作業を可能とする電気設備の地絡
監視装置に関する。
で、地絡事故が発生することがある。この対策として従
来は、地絡保護継電器を設け、地絡事故発生時に事故設
備を系統から切離している。
相電圧V0と零相電流I0を検出し、その大きさが双方共
に基準レベルを上回り、かつ零相電圧V0と零相電流I0
の位相差が所定範囲内にあって地絡が自設備側で発生し
ていることを示している状態が、一定期間続いたとき地
絡事故と判定し、トリップ動作を行う。
は、地絡事故の発生後に、事故設備をトリップさせる事
後対応の装置で、事前の予報はしない。また、地絡時の
零相電流等を記録として残すものでもないので事故原因
及び事故点探索には役立たない。
前の対策が要求される。すなわち事前に地絡事故の起り
そうな箇所を発見し、その部分を補修して未然に地絡事
故を防止する必要がある。
行の結果として起こるものである。この見地から、本発
明者は、地絡が起りそうな箇所には、その予兆として零
相電圧V0と零相電流I0に、地絡の種類によって特徴付
けられる変化(地絡保護継電器では検出されない小さな
レベル)が現れるのではないかと考えた。
零相電圧V0と零相電流I0の測定器を設置し、その波形
を観測することを試みた。この方法によれば、地絡事故
の事前予報が得られ、その波形によって識別される地絡
の種類から事故予想箇所を絞り込むことができ、これに
よって、地絡事故の未然防止という目的が達成できるこ
とがわかった。
短期間にのみ発生するものであり、保安管理のためこれ
を常時監視するのは、現実的には不可能である。
するためには、この予兆を的確に検出して警報するとと
もに、この期間の零相電圧V0と零相電流I0を記録する
必要がある。
出回路を利用し、その感度を向上させて行うことも考え
られる。しかし、これは、動作原理上不適当である。
ナログ回路で構成され、検出対象とする零相電圧V0と
零相電流I0の商用周波数成分を取出すのに、フィルタ
を採用している。このため、一般にフィルタにおいて位
相遅れと波形歪みが発生する。したがって、地絡事故の
際に生じる変化より、かなり小さな変化である予兆を検
出しようとすると誘導等によって生じるノイズと区別す
ることが困難で、的確な警報を出せない。
に記録を開始したのでは、不良原因の解明および不良箇
所の特定には不十分である。地絡の原因を特徴づける変
化は、予兆であると判断した変化開始時の波形そのもの
に、最もよく表れるからである。
な変化をノイズと区別して精度高く検出し、警報出力す
ると同時に、原因究明に必要かつ十分な期間の零相電圧
V0と零相電流I0を、検出の前後に亘って記憶する装置
を提案することにより、電気設備の保護管理における地
絡事故の予防措置を迅速に行うことを目的とする。
監視装置1の基本構成(請求項1に対応)は、予兆検
出回路Aで、電気設備の地絡の予兆を検出して警報を発
生し、同時に、波形記憶回路Bで、その原因を検討する
ために必要な予兆検出前後所定期間の零相電圧V0と零
相電流I0を記憶し、管理者に呼び出されたとき、この
記憶内容を出力するものである。
以下の要素から構成される。
する電気設備に設置される零相電圧センサ2及び零相電
流センサ3と、両センサ2,3の出力をデジタル化する
A/Dコンバータ4,5と、デジタル変換された零相電
圧V0と零相電流I0をフーリエ変換し、商用周波数成分
の大きさ及び位相を算出するフーリエ変換回路6,7
と、フーリエ変換回路6,7の出力する商用周波数の零
相電圧V0と零相電流I0の大きさが、共に、地絡の予兆
を検出すべく設定された値を越え、かつ、この商用周波
数の零相電圧V0と零相電流I0の位相差が設定範囲内に
あって、地絡原因が監視対象設備側にあることを示す状
態が所定時間継続したとき、地絡と判定してトリガ信号
を出力する判定回路8と、このトリガ信号を警報信号と
して外部に出力する警報出力部9とから構成される。
4,5の出力する上記零相電圧V0と零相電流I0を、過
去に一定時間遡って常時保持するバッファ回路10と、
上記トリガ信号が発生したとき、上記バッファ回路10
の保持データを取出すことにより、不良原因検討に必要
となるトリガ信号発生前後所定期間の零相電圧V0と零
相電流I0を記憶する波形記憶メモリ11と、この波形
記憶メモリ11に記録された零相電圧V0と零相電流I0
を出力する記憶データ出力部12とから構成される。
性を向上するために付加される回路として、次の回路
(夫々請求項2,3,4に対応)を提供する。
成し、これを逓倍したクロック信号で A/Dコンバー
タ4,5のサンプリングタイミングを決定するととも
に、この電源同期信号でフーリエ変換回路6,7の各演
算周期を決定する。
センサ3の出力する零相電流I0を監視し、一定レベル
を越える過大パルスが所定期間内に所定個数発生したと
き、地絡事故と判定して強制的に、警報信号となり記憶
の開始信号となる上記トリガ信号を発生する。
換回路6,7に、雷ノイズの到来によっては発生しない
所定次数の高調波を算出させ、これが一定レベルを越え
ないとき、予兆検出回路Aのトリガ信号の発生を禁止す
る。この回路15は判定回路8の内部に組込まれる。
となる現象を検出したとき、その原因を検討するために
必要な検出前後所定期間の零相電圧V0と零相電流I0の
波形をデジタル化して記憶する。
変換して得た、零相電圧V0と零相電流I0の商用周波数
成分の大きさが、ともに地絡事故の予兆を示す所定値を
越え、かつその電流と電圧の位相差が監視対象とする設
備側のものであることを示す角度範囲内であるという条
件が、所定時間続いたという条件によって行われる。
に対して行うので精度が高く、判定レベル(大きさ、位
相、継続時間)のマージン(裕度)を小さくしても、誘
導ノイズの影響を受けにくい。したがって誤検出を少な
くして、高感度且つ高速に予兆を検出できる。
ァ回路10が常に直前のデータを一時記憶し、前記予兆
検出でトリガ信号が発生したとき、バッファ回路10に
保持されていた一定期間前のデータと、これに続く所定
期間のデータを波形記憶メモリ11に記録する。これに
よって、不良原因の追求に必要なデータのみが記録さ
れ、記憶回路の構成を簡素化できると同時に、波形解析
が容易になる。
は、A/Dコンバータ4,5のサンプリングタイミング
及びフーリエ変換回路6,7の演算周期を、系統電圧に
同期させる。これによって、予兆検出の精度と記憶され
る零相電圧V0と零相電流I0の精度を高める。
したものは、突発的な原因で地絡事故が発生した場合
に、高速に検出を行ない(例えば商用周波の1サイク
ル)、原因の究明と事故点探索に最も必要な地絡前後の
波形の記憶を可能とする。
たものは、雷ノイズ発生によって、上述した商用周波数
の零相電圧V0と零相電流I0に関する大きさと位相の所
定条件が成立しても、これによっては予兆検出回路Aに
トリガ信号を発生させないようにし、管理者に必要な警
報と記憶データのみが報告されるようにする。
に、付加回路 の全てを組み込んだものであ
る。
零相電圧V0と零相電流I0を監視し、地絡の予兆を検出
する。この回路の構成要素を次に説明する。
で、夫々監視対象とする受電系統に図2に示すように設
置される。なお、図2において、16は配電用ケーブ
ル、17は受電トランス、18は受電設備側配線(構内
配線等)、19は需要家の地絡保護継電器、20は負荷
設備である。
2,3の出力を所定のサンプリングタイミングでデジタ
ル化する。なお、このA/D変換のスケールは、波形記
憶回路Bのメモリ容量を有効に利用するため、予兆検出
の対象として用いられる零相電圧V0と零相電流I0の振
幅に対応させてある。すなわち、雷ノイズ等による過大
パルスに対してはオーバーフローし、記憶可能な一定の
最大値を出力する。
された零相電圧V0と零相電流I0をフーリエ変換し、必
要な周波数の実効値(大きさ)と位相を算出する。この
フーリエ変換は、例えば商用周波数の1サイクル期間を
1演算周期とし、商用周波数と特定次数の高調波成分に
ついて、DFT演算を行う。
この予兆検出は、フーリエ変換によって得られた零相電
圧V0と零相電流I0の大きさと位相について、次の条件
(イ)(ロ) (ハ) が同時に成立し、かつ、この状態が所定時
間継続したことによって地絡の予兆と判定する。
I0の大きさ(例えば、実効値)が、共に設定値を越え
ていること。この設定値は、予兆検出を目的とするた
め、地絡保護継電器の動作レベルに比べ、かなり低い値
に設定される。
I0の位相差が、自設備側の地絡であることを示す所定
の角度範囲にあること。この範囲は、地絡保護継電器で
決める範囲と同様のものであるが、フーリエ変換によっ
て得た精度の高いデータで判断するため、より厳密な値
に設定できる。
あるいは第64次)の高調波成分の大きさが、設定値を
越えていること(前記雷ノイズ除去回路15の機能とし
て与えられる)。この条件は、雷ノイズに対して検出動
作をさせないため設けられるもので、設定値を、この目
的に適合する値とする。これは、雷ノイズが系統電源と
無関係に発生するため、上記高調波成分が含まれないこ
とを利用している。
めるために設定される。
リエ変換が商用周波数の1サイクル毎に行なわれるた
め、これと同じ回数行なわれ、継続時間は、この判定に
おいて、前記条件が何回継続したかという条件設定であ
る。この回数を少なくし過ぎると、地絡の予兆ではない
ノイズを検出して誤報をする確率が高くなり、この回数
を大きくすると検出速度が遅くなり、地絡原因解明に最
も必要な異常の始まりを記録し難くする。そこで、この
条件は、3サイクルの異常状態では動作してはならない
という地絡保護継電器の規格にも対応させ、例えば、2
乃至3サイクルと設定される。
のようになる。すなわち、(イ) 商用周波数の零相電圧V
0と零相電流I0の大きさ(例えば、実効値)が共に設定
値を越えていることを検出するレベル判定回路21、
(ロ) 零相電圧V0と零相電流I0の位相差が所定の角度範
囲にあることを検出する位相差判定回路22、(ハ) 特定
次数の高調波レベルが設定値を超えていないとき出力す
る雷ノイズ除去回路15を設け、各出力の論理積をAN
Dゲート23で得る。そして、ANDゲート23の出力
を継続時間判定回路24に入力し、上記判定条件が2乃
至3サイクル継続したとき、トリガ信号を発生させる。
ゲート25を通して受け、警報信号として外部に出力す
る。具体的には、本監視装置1の付近に設置された表示
灯及び発音器で警報すると同時に、電話回線等によって
つながれた保安管理センターに通報する。
の回路Bは、予兆検出前後の所定期間の零相電圧V0と
零相電流I0の波形をデジタル量で記憶し、異常原因の
分析時に出力する。この回路Bの構成要素は以下の通り
である。
4,5の出力する上記零相電圧V0と零相電流I0を、過
去に一定時間遡って常時保持する。この記憶方式は最も
古いデータを捨てつつ、現在データを取り込むもので、
記憶容量は、少なくとも、前記判定回路8の継続時間中
(2乃至3サイクル)のデータを保持できる大きさを確
保する。この容量があれば、異常の始まり以後のデータ
を保存できることになる。
必要となるトリガ信号発生前後の所定期間の零相電圧V
0と零相電流I0の波形をデジタル量で記憶する。このメ
モリ11は、上記トリガ信号が発生したとき、上記バッ
ファ回路10の保持データを取り込み、さらに、これ以
後の所定期間のA/Dコンバータ4,5出力を続けて記
憶する。この記憶期間の一例を挙げると、例えば商用周
波数で表して、予兆検出の前2〜3サイクルから予兆検
出の後32サイクル(0.5秒)とする。前側の期間
は、前に述べたように異常開始直後のデータを確保する
ためであり、後側の期間は動作時間を最も長く整定され
る変電所の地絡保護継電器に対応させてある。これ以降
は意味のあるデータが得られないからである。なお、メ
モリ11の記憶容量は、上記予兆検出前後の記憶の1ブ
ロックを複数回分記憶できるものとする。
メモリ11に記録された零相電圧V 0と零相電流I0の波
形データを、外部からの要求に応じ、RS−232Cと
いったインターフェース回路を通して出力する。
で、電源回路26に接続されている。このPLL回路1
3は、この電源同期信号を逓倍(例えば1サイクル期間
を256分割する)したクロック信号を発生し、A/D
コンバータ4,5にサンプリング信号として出力する。
これによって、零相電圧V0と零相電流I0の波形を精度
高くデジタル化することができる。また、この電源同期
信号は、フーリエ変換回路6,7に1回の演算周期を決
定する信号としても与えられる。これにより、フーリエ
変換を商用周波の1サイクル期間毎に正確に行なわせ、
演算精度を確保する。
ウント回路で、突発的な地絡事故が発生した場合でも、
その原因の検討をするために零相電圧V0と零相電流I0
を記憶するために設けられる。このパルスカウント回路
14は、零相電圧センサ3の出力する零相電流を監視し
一定レベルを越える過大パルスが、所定期間(例えば商
用周波の1サイクル期間)内に所定個数発生したとき、
地絡事故と判定してトリガ信号を発生する。このトリガ
信号は、前記ORゲート25に入力され、警報信号とな
り波形記憶メモリ11に記憶動作を開始させる
絡保護継電器9が動作したときにも発生させている。こ
れは、本監視装置1の記憶機能を有効に利用しようとす
るものである。このために、電源回路27に接続された
停電検出回路27と、自設備の地絡保護継電器19に接
続されたGR動作信号検出器28を設け、各出力を、前
記ORゲート25に入力している。
気設備に設置されて、次のように使用される。
号が発生すると、警報出力部9が警報を発生する。警報
を受けて駆けつけた保安要員は、波形記憶回路Bの波形
記憶メモリ11に記憶された、予兆検出前後の零相電圧
V0と零相電流I0の波形を、記憶データ出力部12を通
して読み出し、波形解析から地絡原因と不良箇所を推定
する。
携帯する図4に示すようなラップトップパソコン29を
接続して行なう。このパソコン29には、読み出した零
相電圧V0と零相電流I0のデジタルデータを、スケール
を任意に変化させて、図6,図7,図8に示すようにグ
ラフィック表示させるプログラムがインストールされて
いる。
地絡形態毎のモデル波形と、比較して行う。地絡の形態
には、完全地絡、抵抗地絡、アーク地絡、表面漏洩、ギ
ャップ放電、ケーブルの間欠地絡等といった種類があ
り、夫々が特有の波形を示す。読みだされてグラフィッ
ク表示されるデータは、異常の始まりから定常状態に達
するまでの解析に必要な全期間の波形である。そこで、
全体波形(図6)から特徴部分の波形(図7,図8)へ
とスケールを変えながら表示させ、地絡の種類を判定す
る。
絡事故を発生した場合の記録データであり、同図中の四
角枠で囲まれた部分の前側を拡大して表示させた図7の
aの時点でアーク地絡が起こり、次に後側の部分を拡大
して表示させた図8の波形から完全地絡の状態となった
ことがわかる。
デジタルデータから零相電圧V0と零相電流I0の実効値
と位相差を演算し、表示する機能(図6,図7,図8の
右側部分の表示)をも持つ。
備で不良が発生したのかを推定できる。これによって該
当箇所を調べれば、不良箇所の迅速な補修が可能とな
る。
すように自動遠隔通報装置30を併設して、電話回線を
通じてつながれた保安管理センターのコンピュータによ
って行うことも可能である。
て零相電圧V0と零相電流I0の所定周波数成分を高精度
に取り出し、これによって地絡の予兆検出を行うので、
その判定レベルを厳密に定めることができ、誤検出が少
ない状態で高速検出を可能とする。
変換を、PLL回路が作成する電源に同期したクロック
信号をサンプリングタイミングとして行うので、波形記
憶回路に記憶されるデータの精度を高くし、波形解析の
信頼性を向上できる。
前のデータを常時保持させることにより、地絡の予兆検
出がされてトリガ信号が発生したとき、その前後の所定
期間の零相電圧V0と零相電流I0のデジタル化データを
記憶する。この記憶方式によって、異常発生直後からの
記憶が可能となる。また、この記憶方式は波形解析に必
要なデータのみが残されるという点で、必要な記憶容量
の削減によるコストダウンと、波形解析作業の容易化を
達成できる。これは、監視期間全てのデータを記録する
場合を想像してみれば、よくわかることである。
ロック図
た,通常の監視状態を示す図
形解析を行う状態を示す図
たせた実施例を示す図
と零相電流I0を、パソコンに表示させた全体波形図
図
図
Claims (4)
- 【請求項1】 電気設備の地絡の予兆を検出する予兆検
出回路と、予兆検出時にその原因を検討するために必要
な予兆検出前後所定期間の零相電圧V0と零相電流I0を
記憶する波形記憶回路を備えた地絡監視装置であって、 前記予兆検出回路を、 監視対象とする電気設備に設置される零相電圧センサ及
び零相電流センサと、 両センサの出力をデジタル化するA/Dコンバータと、 デジタル変換された零相電圧V0と零相電流I0をフーリ
エ変換し、商用周波数成分の大きさ及び位相を算出する
フーリエ変換回路と、 フーリエ変換回路の出力する商用周波数の零相電圧V0
と零相電流I0の大きさが、共に地絡の予兆を検出すべ
く設定された値を越えた状態と、この商用周波数の零相
電圧V0と零相電流I0の位相差が設定範囲内にあって、
地絡原因が監視対象設備側にあることを示す状態が、同
時に所定時間継続したとき、地絡発生と判定して、警報
信号及び記憶開始の信号となるトリガ信号を出力する判
定回路とから構成し、 前記波形記憶回路を、 A/Dコンバータの出力する上記零相電圧V0と零相電
流I0を、過去に一定時間遡って常時保持するバッファ
回路と、 上記トリガ信号が発生したとき、上記バッファ回路の保
持データを取出すことにより、不良原因検討に必要とな
るトリガ信号発生前後所定期間の零相電圧V0と零相電
流I0を記憶する波形記憶メモリと、 この波形記憶メモリに記録された零相電圧V0と零相電
流I0を出力する記憶データ出力部とから構成した;こ
とを特徴とする電気設備の地絡監視装置。 - 【請求項2】 PLL回路により取出した電源同期信号
を逓倍したクロック信号でA/Dコンバータのサンプリ
ングタイミングを決定し、この電源同期信号でフーリエ
変換回路の演算周期を決定することを特徴とする請求項
1記載の電気設備の地絡監視装置。 - 【請求項3】 零相電流を監視し一定レベルを越える過
大パルスが、所定期間内に所定個数発生したとき、地絡
事故と判定して強制的に、警報信号となり記憶開始の信
号となるトリガ信号を発生するパルスカウント回路を併
設したことを特徴とする請求項1記載の電気設備の地絡
監視装置。 - 【請求項4】 フーリエ変換回路に、雷ノイズの到来に
よっては発生しない所定次数の高調波を算出させ、これ
が一定レベルを越えないとき、予兆検出回路のトリガ信
号の発生を禁止する雷ノイズ除去回路を具備したことを
特徴とする請求項1記載の電気設備の地絡監視装置。
Priority Applications (1)
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JP5066379A JP2609793B2 (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 電気設備の地絡監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH06300806A JPH06300806A (ja) | 1994-10-28 |
JP2609793B2 true JP2609793B2 (ja) | 1997-05-14 |
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ID=13314142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5066379A Expired - Lifetime JP2609793B2 (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 電気設備の地絡監視装置 |
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Cited By (1)
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