JP2647365B2 - 地絡方向継電器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、地絡方向継電器に係り、特にアーク地絡時
等の零相電流波形の乱れによる誤動作を防止したこの種
継電器に関する。

従来の技術 地絡方向継電器は、地絡事故があった場合零相変流器
を境にして電源側の方向か負荷側の方向かどちらかを検
知して保護動作を行う継電器であるが、ある回線で地絡
事故が発生すると、その回線に設けられている地絡方向
継電器が動作して、しゃ断器を動作させ、事故回線を電
源側からしゃ断する。この場合、しゃ断動作後の過渡現
象により電源側の事故回線でない回線に設定されている
地絡方向継電器が誤動作をする場合がある。

この誤動作を防止することを目的とした地絡方向継電
器が特公昭57−58854号で提案されている。

しかし、上記の原因以外に、わが国の高圧配電線路
は、非接地となっており、この配電線路は、対地静電容
量をもっているため、アーク地絡時には、高調波分が多
く含まれて対地静電容量を通じて電流が流れる。

第４図はアーク地絡時の零相電圧と零相電流の波形図
であるが、零相電流波形に高調分が多く含んでいるの
で、対地静電容量のインピーダンスが低くなり、零相電
流は非常に乱れ、且つ完全地絡事故電流の約10倍の電流
が流れる。

この零相電流をフィルタで濾波し、基本波を取り出し
て半波の方形波に波形整形する場合、フィルタ効果を十
分持たせるために、フィルタのＱを大きくすると、フィ
ルタの時定数が増し、継電器の動作に遅延時間が現れ
る。此の種の継電器では、動作時間が0.2sec以内で確実
に動作するように規定されているため、フィルタのＱの
値はおのずと制限され、あまり大きくできない。従っ
て、完全な正弦波を取り出すことはできない。

一方、アーク地絡の特有の現象として、零相電流はア
ークを通して流れることである。このアーク電流は不安
定であり、且つ、アーク放電中には状況によってアーク
の消弧、発弧が繰り返され、アーク電流が断・続するの
で、配電線路のインピーダンスの影響により、複雑に振
動する過渡電圧が発生する。この過渡電圧により流れる
電流は大きく、フィルタでは濾波しきれずに基本波上に
現れ、これを方形波に波形整形した場合、第３図に示す
ように断続した方形波となって、これに起因した誤動作
を発生していた。

地絡方向継電器は、第５図に示すように、零相電圧V₀
を時間巾の短いパルス状の零相電圧整形信号V₁に変換
し、零相電流I₀を方形波の零相電流整形信号I₁に変換し
て位相比較し、動作位相の範囲内にあるとこの両者の信
号V₁とI₁とが時間的に重なるアンド条件（V₁＋I₁）が成
立し、（Ａ）図のように出力（動作）信号OUTを出力
し、電源側の他配電線で地絡事故があった場合は、
（Ｂ）図の実線で示すように零相電流の位相が180度異
なり、不動作位相関係となるので、位相比較回路で時間
的に波形が重なることはないため、出力信号は出ない。

しかし、位相比較し、両波形が時間的に重なったとき
に信号を出させる場合、第３図（Ａ）に示すように動作
位相側の零相電流I₀の方形波の零相電流整形信号I₁の中
に信号の切れたａ部が現れ、ここに零相電圧V₀のパルス
状の零相電圧整形信号V₁が重なって動作状態にあって
も、動作信号を出さず。まだ不動作位相側では、第３図
（Ｂ）に示すように方形波の零相電流整形信号I₁の零信
号の中にパルスｂが発生し、ここに零相電圧整形信号V₁
のパルス信号が重なり、第５図（Ｂ）の他配電地絡の不
動作状態であるにかかわらず動作信号を出して誤動作を
する場合がある。

また、電源側の他配電線のしゃ断後の過渡現象で極く
短時間零相電流の位相が第５図（Ｂ）の点線のようにず
れて動作位相範囲に入り誤動することがある。

発明が解決しようとする問題点 上記の点に鑑み、本発明はアーク接地事故時の零相電
流波形の乱れによる誤動作防止と併せて他の事故回線し
ゃ断後の過渡現象による影響で誤動作を生じない地絡方
向継電器を得ようとするものである。

問題点を解決するための手段 零相電流整形信号の波形を立ち上がりから強制的に一
定の方形波に成形する波形強制回路を設けて零相電流波
形がいかに乱れても、断続のない方形波を成形すると共
に、この方形波を反転して零相電圧整形信号のパルス波
形とのアンド条件をとって、不動作位相関係のときアン
ド条件が成立するようにし、このアンド条件が成立した
とき、タイマで所定時間抑止信号を送出して零相電流整
形信号を位相判別回路に入力するのを抑止し、不動作位
相時の誤動作を防止し、更に、他回線のしゃ断後の過渡
現象に対しても、タイマで所定時間抑止信号出力して誤
動作を防止する。

実施例 第１図（Ａ）は、本発明の一実施例を示す回路図，
（Ｂ）は本発明の不動作位相関係のタイムチャートで、
1,2及び３はそれぞれ零相電流I₀の高調波分を除去して
基本波を取り出すフィルタ回路、該フィルタ回路の出力
を増巾する増巾器及び零相電流I₀のレベルを検出し所定
レベルのときレベル信号I₃を出力するレベル検出回路を
示す。４は波形整形回路で、フィルタ回路１の出力信号
を半波の方形波の零相電流整形信号I₁に変換する。５は
波形強制回路で、波形整形回路４の出力を入力し、零相
電流整形信号I₁の波形の立ち上がりを基準にして、その
波形に無関係に例えば10msecの方形波を成形し、第２図
（Ａ）の出力信号I₅として出力する。6,7及び８は零相
電圧V₀の波形に含まれる高調波分を除去して基本波を取
り出すフィルタ回路，その出力を増巾する増巾器及び零
相電圧V₀のレベルを検出して所定レベルのときレベル信
号を出力するレベル検出回路を示す。９は波形整形回路
で、フィルタ回路６の出力信号を時間巾の短いパルスに
変換して零相電圧整形信号V₁を出力する。10は反転回路
で、波形強制回路５の出力を反転して反転信号I₁₀を得
る。11,12は第１および第２のアンド回路で、この第１
のアンド回路11は反転回路10の出力I₁₀と零相電圧V₀側
の波形整形回路９の出力の零相電圧整形信号V₁が同時に
入力されたときにタイマ13に信号I₁₁を与える。このタ
イマ13は、第１のアンド回路11の出力信号が入力したと
き所定時間（例えば40msec〜100msec）第３のアンド回
路14に出力を停止させる（アンド条件を不成立とする）
抑止信号I₁₃を与える。第２のアンド回路12は、零相電
圧側の波形整形回路９とレベル検出回路８の出力信号が
同時に入力したときに出力信号を出し、位相判別回路15
に信号を送る。第３のアンド回路14は、零相電流側のレ
ベル検出回路３のレベル信号I₃,波形強制回路５の出力
信号I₅が同時に入力されたとき出力信号を出し、前記の
位相判別回路15に信号を送る。但し、タイマ13からの抑
止信号I₁₃が入っているときは出力信号を出さない。該
位相判別回路15は、第２図および第３のアンド回路12と
14の出力が同時に入力されたとき出力信号を出し、タイ
マ16を介して継電器17を付勢する。

以上のように構成されているので、今事故が発生して
零相電流I₀及び零相電圧V₀の値が動作レベルに達する
と、レベル検出回路３及び８からレベル信号が出力さ
れ、この出力信号が第３のアンド回路14及び第２のアン
ド回路12に入力される。更に、この第３のアンド回路14
には波形強制回路５の出力信号、即ち、波形整形回路４
の出力波形の立ち上がりを基準に、その波形とは無関係
な方形波の出力信号I₅が入力され、また第２のアンド回
路12には波形整形回路９の零相電圧整形信号V₁が入力さ
れる。そして、これらアンド回路14及び12は夫々上記の
両入力信号が重なったときに出力信号を出し、位相判別
回路15に入力される。この位相判別回路15で零相電流I₀
と零相電圧V₀の位相関係が第５図（Ａ）の動作位相関係
にあり、事故と判断したときにタイマ16を付勢し、一定
時間後継電器17を動作させ事故回線を電源からしゃ断す
る等の指令を発する。このとき、第１のアンド回路11
は、アンド条件が成立しないので、抑止信号I₁₃は出力
しない。

以上の事故がアーク接地事故で零相電流I₀の波形が乱
れ第２図（Ａ）のイに示すように波形整形回路４の出力
波形が継続した波形となった場合は、波形強制回路５で
強制的に成形され、同図ロのように完全な方形波の出力
信号I₅が得られ、この出力信号I₅がアンド回路14に入力
されるので、従来のように波形の断続に起因する誤動作
は発生しない。

次に、第５図（Ｂ）のような他配電線地絡で、不動作
位相関係にあるとき、零相電流整形信号I₁の零信号の中
に第３図（Ｂ）のようなパルスｂが発生した場合につい
て第１図（Ｂ）によって説明する。

不動作位相関係のときは、波形強制回路５の断続のな
い出力信号I₅が第３のアンド回路14に入力されるが、同
時に、その断続のない出力信号I₅はそのまま反転回路10
で反転され反転信号I₁₀となり、零相電圧整形信号V₁が
発生していると、第１のアンド回路11のアンド条件が成
立して出力信号I₁₁を出力し、タイマ13を介して第３の
アンド回路14への抑止信号I₁₃を所定のｔ時間出力し、
第３のアンド回路14の出力を抑えている。

即ち、第１アンド回路11は、不動作位相関係のときは
常にアンド条件が成立し、第３のアンド回路14に出力を
抑止する抑止信号I₁₃を与え続けているので、誤動作を
することはない。

また、電源側の他回線で地絡事故が発生し、その他回
線の地絡方向継電器が動作して、しゃ断器がしゃ断され
た時、しゃ断後の過渡現象で極く短時間、零相電流整形
信号I₁を波形強制回路５で成形した出力信号I₅が第１図
（Ｂ）の点線のように動作位相範囲内に入ることがあ
る。かかる場合、一時的に動作位相範囲に入るので、第
３のアンド回路14から出力信号が出されて位相判別回路
15から出力信号が出され、高感の場合は誤動する恐れが
ある。

しかし、本発明では、第１図（Ｂ）に示すように、反
転回路10の反転信号I₁₀と零相電圧整形信号V₁とのアン
ド条件が成立したとき、タイマ13によって所定のｔ時間
抑止信号I₁₃を出力し第３のアンド回路14に抑止信号I₁₃
を与え続けているので、位相判別回路15には、第３のア
ンド回路14の出力信号は入らないので、誤動作すること
はない。

なお、本実施例において、波形強制回路５を１段とし
た場合について説明したが、第２図（Ｂ）のイ，ロ，ハ
に示すように零相電流I₀を波形整形回路４で整形したイ
の波形を１段目の波形強制回路でロのように次の零相電
流波形の立上がりの直後までつづく方形波I_5aとし、２
段目でハのように所望の例えば10msecの方形波1_5bを作
るようにしてもよい。この場合は不動作位相範囲に現れ
た方形波を消すことができ、確実性を増す。また波形整
形回路４自身に波形強制特性をもたせても同様の効果か
得られることは勿論である。

発明の効果 以上の如く本発明は、保護回路に地絡事故が発生し、
零相電流がいかに乱れて方形波が断続するような場合で
も、波形強制回路で断続の無い方形波に強制的に成形す
るので、動作位相のときは確実に動作し、また不動作位
相の場合は、常に抑止信号で位相判別回路の出力を抑止
しているので、波形の断続による誤動作、更に他回線の
地絡方向継電器が動作し、回線をしゃ断したときの過渡
現象による誤動作も防止することができるので、不確実
な不動作指令を出すこともない等の優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ），（Ｂ）は本発明の一実施例を示す回路
図、および動作説明タイムチャート、第２図（Ａ），
（Ｂ）は本発明を説明するための零相電流の波形図、第
３図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ従来の此種継電器の動
作を説明するための動作位相側及び不動作位相側の零相
電流及び電圧の波形図、第４図はアーク地絡時の零相電
圧、電流波形図、第５図（Ａ），（Ｂ）は位相判別の説
明図を示す。 1,6……フィルタ回路、2,7……増巾器、3,8……レベル
検出回路、4,9……波形整形回路、５……波形強制回
路、10……反転回路、11,12,14……アンド回路、13,16
……タイマ、15……位相判別回路、17……継電器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】零相電流をフィルタ回路に入力して基本波
   を取り出し、該基本波を方形波の零相電流整形信号に変
   換するとともに、この基本波のレベルを検出して該レベ
   ルが所定のレベルに達したとき零相電流整形信号を位相
   判別回路に送出し、且つ、零相電圧をフィルタ回路に入
   力して基本波を取り出し、該基本波を時間巾の短いパル
   ス状の零相電圧整形信号に変換するとともに、この基本
   波のレベルを検出して該レベルが所定のレベルに達した
   とき零相電圧整形信号を前記位相判別回路に送出し、該
   位相判別回路で前記零相電流整形信号と零相電圧整形信
   号の位相関係を判別して位相関係が動作範囲のとき動作
   するようにした地絡方向継電器において、 前記零相電流整形信号を入力し、該零相電流整形信号の
   立ち上がりを基準にその波形と無関係に強制的に一定の
   方形波を成形する波形強制手段を設けて、この波形強制
   手段で成形した方形波を、前記零相電流の基本波が所定
   レベルに達したとき零相電流整形信号として位相判別回
   路に送出するようになし、更に、波形強制手段で形成し
   た方形波を反転する反転手段、および、該反転した方形
   波と前記零相電圧整形信号とのアンド条件をとる手段を
   設けて、アンド条件が成立したとき、タイマを介して前
   記位相判別回路に入力する零相電流整形信号を所定時間
   抑止する信号を出力して、該位相判別手段の出力を抑え
   るようにしたことを特徴とする地絡方向継電器。