JP2705198B2

JP2705198B2 - 地絡検出装置

Info

Publication number: JP2705198B2
Application number: JP6734689A
Authority: JP
Inventors: 敬一田中; 光江南
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1989-03-18
Filing date: 1989-03-18
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH02246727A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、３相常用電源との間で切り替えられる高圧
電源車等の３相交流発電装置の地絡検出を行う装置に関
するものである。

B.発明の概要本発明は、３相交流発電装置に接地形変圧器を設け、
その２次側に地絡過電圧継電器及び制限抵抗を接続し、
この制限抵抗により等価的に３相交流電源側の中性点を
高抵抗に接地し、そこに生ずる零相電圧を検出して地絡
保護を行う装置において、接地形変圧器の２次側に接続状態を切り替える手段を
設け、単相配電区間に送電する場合であって、３相常用
電源との並列運転時は３相分の２次巻線のオープンデル
タ回路を地絡過電圧継電器に接続し、３相常用電源を切
り離した後は１相分の２次巻線を切り離すことによっ
て、接地形変圧器及びその２次側の回路を１組用意するだ
けで、単相、３相のいずれの配電区間に送電する場合に
も正常な地絡保護ができるようにしたものである。

C.従来の技術商用高圧配電系統中の配電用変電所は、通常第７図に
示すように３相回路からなり、構内母線並びに変電所か
ら送出される各配電線路の地絡検出、保護のため、接地
形変圧器1Aの２次側オープンデルタ回路に制限抵抗1Bを
挿入し、そこに生じる地絡電圧（零相電圧）成分を地絡
過電圧継電器1Cにより検出している。同図中Ｔは変圧
器、CBは交流遮断器、Ｓは交流負荷開閉器である。

このような商用配電系統において、配電線路の点検、
改修等を行うときに一時的に点検または改修区間より負
荷側を無停電送電するために、例えば３相交流同期発電
機２を用いた高圧電源車により無停電切替送電を行う場
合がある。この高圧電源車においては、３相常用電源即
ち配電用変電所と並列運転する他、発電機２による単独
送電も行わなければならないため一般には地絡検出装置
が必要である。

高圧電源車の地絡検出方式としては、単独送電時の地
絡検出が確実である等の理由から、一般には配電用変電
所と同様、接地形変圧器３の２次側オープンデルタ回路
に制限抵抗４を挿入し、そこに生じる地絡電圧（零相電
圧）成分を地絡過電圧継電器５により検出している。な
お第１図中6₁は常用バイパス用交流遮断器、6₂は発電機
送電用交流遮断器、7₁,7₂は遮断器である。

D.発明が解決しようとする課題高圧電源車の地絡検出保護を行うために従来から採用
している第７図の接地形変圧器２次接続方法では、３相
配電線に送電する場合には、常用電源側から電源車側に
切り替えるにあたって、常用電源と電源車との並列運転
時、及び電源車による単独送電時のいずれにおいても地
絡検出保護を正常に行うことができる。

一方配電線の途中から単相回路になっている区間に上
記の電源車を併入し、常用電源側を解列した後当該電源
車より単相配電線に単相送電する場合には、単相配電線
の対地静電容量が２相分しか存在しないため、発電機２
の中性点は大地に対して中性点残留電圧を生じる結果、
従来から行われている接地形変圧器の２次接続方法では
接地形変圧器３の２次側オープンデルタ回路に電圧を発
生し、送電距離如何によっては地絡過電圧継電器５が不
必要動作する等の不都合を生じていた。

こうした不都合を避けるため、従来では例えば地絡
過電圧継電器が不必要動作しない範囲で送電距離を制限
する、または発電機の使用しない（単相配電線に接続
しない）相に配電線の対地容量に見合う接地コンデンサ
をダミーとして接続する等の対応を要した。

また上記の不都合を避ける対応策として、３相送電用
の接地形変圧器と単相送電用の接地形変圧器とを別個に
用意し、各々の２次側に地絡過電圧継電器と制限抵抗と
を設ける方法もあるが、この場合には接地形変圧器を２
個必要とし、大形化してしまう。例えば電源車では車輌
搭載の関係から厳しい寸法、重量制限があるため、接地
形変圧器を２個搭載することは設計上可成りの制約を強
いられる結果になる。

本発明の目的は、装置を大形化することなく３相配電
線及び単相配電線のいずれに送電する場合にも、３相常
用電源側との間での無停電切替の過渡時を含め、正常な
地絡検出保護を図ることができ、しかも単相配電線の送
電時において送電距離が限定されることのない地絡検出
装置を提供することにある。

E.課題を解決するための手段本発明は３相交流発電装置を備えた例えば高圧電源車
の地絡検出を行う装置において、前記発電装置の各相の
出力端に１次巻線がスター接続されると共に、２次巻線
がオープンデルタ回路となるように接続された接地形変
圧器と、この変圧器の２次側に接続された制限抵抗及び
地絡過電圧継電器の並列回路と、前記オープンデルタ回
路の両端を前記継電器に接続する第１の状態と１相分の
２次巻線を切り離して２相分の２次巻線の直列回路を前
記継電器に接続する第２の状態との一方を切り替えて選
択する切替手段と、単相配電区間への送電時において、
前記常用電源との間で無停電切り替えを行うために常用
電源と前記交流発電装置とが並列運転しているときには
切り替え手段を第１の状態とし、常用電源が切り離され
たときには切り替え手段を第２の状態とする切り替え制
御部とを設けたことを特徴とする。

F.作用３相配電区間への送電時には切替手段により第１の状
態を選択しておく。これにより正常時には、各相の端子
電圧に存在する僅少の零相分を無視すれば、オープンデ
ルタ回路の３つの２次巻線の電圧ベクトルの合成値は零
となり、地絡過電圧継電器は動作しないが、例えばＴ相
で地絡が生じると地絡電流が流れ、地絡過電圧に対応し
た電圧がオープンデルタ回路の両端間に発生するため、
地絡過電圧継電器が動作する。また単相配電区間への送
電時には切替手段を切り替えて第２の状態を選択してお
く。これにより正常時には、２相分の２次巻線の電圧ベ
クトルの合成値が零になるため、地絡過電圧継電器は動
作しないが、地絡事故が起きると、地絡過電圧に対応し
た電圧が前記直列回路の両端に発生し、同様にして検出
される。

また単相配電区間への送電時において、常用電源と並
列運転している場合には、３相配電区間の配電線路１線
あたりの対地静電容量の方が単相配電区間の配電線路１
線あたりの対地静電容量よりもはるかに大きくて支配的
であり、従って並列運転時は切替手段が第１の状態を選
択するため、発電装置側の中性点は常用電源側中性点と
同様に大地電位に略等しくなり、零相電流は流れない。
一方常用電源が切り離されているときには切替手段が第
２の状態を選択するため上述したように継電器は動作し
ない。

G.実施例以下に本発明を高圧電源車の地絡検出装置に適用した
実施例について述べる。本発明は、接地形変圧器の２次
側に切替手段を設けた点と、単相配電線に送電する場合
であって、３相常用電源との間で無停電切り替えを行う
ときの切替手段の切り替え制御に関する点との２つに特
徴があり、先ず１番目の点について第１図〜第３図を参
照しながら説明する。なお図中第７図と同符号のものは
同一部分を示す。

第１図において、X,Y,Zは夫々R,S,T相に対応する接地
形変圧器３の１次巻線であり、これら１次巻線X,Y,Zは
スター接続されていて、その中性点は接地されると共
に、他端側は発電機２の３相各端子に接続されている。
接地形変圧器３の各２次巻線x,y,zはオープンデルタ回
路となるよう結合されており、その一端ａは地絡過電圧
継電器５の一端側に接続されると共に、他端ｆ及び２次
巻線y,zの接続端は切替手段８を介して前記継電器５の
他端側に接続されている。前記切替手段８は、２つの切
替接点8₁,8₂とコモン接点8₃とを有しており、一方の切
替接点8₁を選択したとき（接点8₁,8₃を接続したとき）
には、３相分の２次巻線x,y,zのオープンデルタ回路の
両端a,fが継電器５に接続された第１の状態（第１図の
状態）となる。また他方の切替接点8₂を選択したとき
（接点8₂,8₃を接続したとき）には、１相分の２次巻線
ｚが切り離され、２相分の２次巻線x,yの直列回路が継
電器５に接続された第２の状態となる。

このような構成によれば、電源車により単独で３相配
電線に送電する場合には、切替手段８の接点8₁側を選択
しておく。これにより正常時には各相の端子電圧に存在
する零相分を無視すれば、各配電線路の静電容量Ｃが等
しいときオープンデルタ回路の３つの２次巻線x,y,zの
電圧ベクトルの合成値は零となり、地絡過電圧継電器３
は動作しないが、例えば第２図（ａ）に示すようにＲ相
で地絡が生じると地絡電流が流れ、地絡過電圧に対応し
て電圧がオープンデルタ回路の両端a,f間に発生するた
め前記継電器５が動作する。第２図（ｂ）は第２図
（ａ）の等価回路図であり、Rgは配電線路１線地絡抵
抗、R_NGは接点8₁,8₃を接続したときにおける制限抵抗４
の抵抗値を１次側に換算した等価抵抗、Ｅは地絡発生前
の発電機相電圧である。

また単相配電線に送電する場合には、切替手段８の接
点8₂側を選択する。これにより正常時には各配電線路の
静電容量Ｃが等しいとき電源側中性点は大地と同電位と
なり、地絡電流は流れず継電器５は動作しないが、例え
ば第３図（ａ）に示すようにＲ相で地絡が生じると地絡
電流が流れて零相電圧が発生し、継電器５が動作する。
第３図（ｂ）は第３図（ａ）の等価回路図であり、
R_NG′は接点8₂,8₃を接続したときにおける制限抵抗４の
抵抗値を１次側に換算した等価抵抗である。

以上述べたように電源車のみで配電系統に送電する場
合には、３相または単相送電に合わせて切替手段を切り
替えればよい。しかしながら３相常用電極との間で無停
電切替送電を行う場合には、３相常用電源と並列運転中
も地絡検出に支障が生じないように考慮する必要があ
る。このため本発明では切替手段８の切替制御を以下に
述べるようにして行っている。

先ず３相常用電源により３相配電区間を介して単相配
電区間に送電している状態において、単相配電区間に電
源車の発電機２を単相併入し、常用電源側から電源車側
へ無停電切り替えを行う順序について第４図を参照しな
がら説明する。

電源車の電源側及び負荷側ケーブルの相順を確認の
上、単相配電線に活線接続する。

電源車の断路器7₁,7₂を投入の上、常用バイパス用交
流遮断器6₁を投入し、配電線上の交流負荷開閉器S₂を開
放する。

３相交流同期発電機２を始動し、発電機送電用交流遮
断器6₂を投入し、常用バイパス単相電源と同期併入して
負荷移行する。

しかるのち、遮断器6₁及び断路器7₁を開放すれば、負
荷側単相配電線に対して発電機２による無停電切替送電
が可能となる。

同様に、発電機２側から常用電源側に復電する場合
は、断路器7₁を投入後、遮断器6₁を投入して単相負荷運
転中の発電機２を常用電源に同期併入し、負荷移行後遮
断器6₂を開放して発電機２を停止する。

しかるのち、開閉器S₂を投入し、遮断器6₁及び断路器
7₁,7₂を開放し、電源側並びに負荷側ケーブルを外せば
現状に復帰する。

このような一連の手順において、常用の単相配電区間
に３相交流同期発電機２が単相併入している段階におい
ては、第４図に示すように通常は単相配電区間の配電線
路１線あたりの対地静電容量C₂よりも、３相配電区間の
配電線路１線あたりの対地静電容量C₁の方がはるかに大
きく支配的であり、このため正常時は、常用電源側の中
性点電位は略大地電位に等しくなっている。従ってこの
段階では、発電機２側の中性点電位は、常用電源側の中
性点電位と同電位であることが必要である。よって単相
配電区間に発電機２が単相併入している段階では、即ち
常用電極と発電機２との並列運転時には、電源車の地絡
検出回路は、切替手段８の接点が8₁−8₃間接続になって
いる必要がある。この場合の地絡検出等価回路を第５図
に示す。ただしR_NCは制限抵抗1Bの抵抗値を１次側に換
算した等価抵抗、V_N,V_N′は夫々常用電源側、発電機側
の中性点電位である。しかし、その後、第４図の常用バ
イパス用交流遮断器6₁を開放すると、３相交流同期発電
機２による単相送電に切り替わるため、この時点で切替
手段の接点は8₂−8₃間接続に切り替わることが必要であ
る。また常用電源復電の際の常用電源側と発電機２の並
列運転を行う際こ上記と同様に切替手段８の接点を切り
替える必要がある。

本発明では、このような切替手段８の切り替え制御を
実行する制御回路を有しており、その一例を第６図に示
す。この例においては、単相配電区間への送電モードの
選択と、常用バイパス用交流遮断器6₂の開放との２つの
アンド条件が成立したときに切替手段８が第２の状態即
ち接点8₂−8₃間を接続した状態を選択するように切替制
御回路を構成している。

第６図中９は送電モード選択スイッチであり、閉成状
態で単相配電区間への送電モードを選択し、開成状態で
３相配電区間への送電モードを選択するものである。10
は常用バイパス用交流遮断器6₁の補助ｂ接点であり、遮
断器6₁が投入されているときには付勢（開成）される。
11は切替手段８の接点を切り替える励磁コイルであり、
消磁されているときには接点8₁−8₃間を接続し（第１の
状態）、励磁されているときには接点8₂−8₃間を接続す
る（第２の状態）。

このような制御回路では、単相配電区間に電源車によ
り無停電切替送電を行う場合には、スイッチ９を閉成す
るが、常用電源と発電機２が並列運転中は常用バイパス
用交流遮断器6₁が投入されているため、補助ｂ接点10が
開成されている。従って励磁コイル11は消磁されている
から、接点8₁−8₃間が接続された状態であり、正常な地
絡検出回路を構成している。この段階で前記遮断器6₁を
開放すると、常用電源が切り離されて発電機２による単
相配電区間送電に切り替わると共に、補助ｂ接点10が復
帰して閉成し、励磁コイル11が励磁される。この結果切
替手段８の接点8₂−8₃間が接続され、先述したように単
相配電区間送電に適した地絡検出回路が構成される。従
って単相配電区間送電に際して無停電切り替えのための
常用電源との並列、解列時の過渡状態を含め、正常な地
絡検出機能を満足することができる。

上述の例では送電モード選択スイッチ９を設けて半自
動で切替制御を行っているが、電源側ケーブル及び負荷
側ケーブルを夫々単相のみ接続した場合は自動的にスイ
ッチ９が閉成されるように制御回路を構成すれば全自動
で切替制御を行うことができる。

以上において本発明は、常用電源と無停電切り替え送
電するシステムであれば、電源車に限らず一般自家用ク
ラスの発電装置や受変電設備に適用することができ、ま
た電圧についても高圧に限定されるものではない。

H.発明の効果本発明によれば、切替手段を設け、これにより単相配
電区間への送電時には接地形変圧器の２次側オープンデ
ルタ回路の１相分の２次巻線を切り離しているため、地
絡事故が生じていない正常時に不必要な地絡電流が流れ
ることがなくて地絡過電圧継電器が不必要動作するおそ
れがない。ここに従来では電源車による単相配電区間送
電は、発電機の単相送電可能容量に余裕がある場合で
も、地絡保護装置が不必要動作しない範囲で送電距離を
限定して使用せざるを得なかったが、本発明によれば、
地絡保護装置の不必要動作の制約から単相送電距離が限
定されることはなく、発電機本来の単相送電可能容量ま
で使用できる。

そして高圧電源車では、その性格上常用電源と並列中
または３相配電区間への単独送電中と、単相配電区間へ
の単独送電中とにおいて、本来は別個の地絡検出保護方
式が必要なところを、１組の接地形変圧器と制限抵抗と
を用い、切替手段による接地形変圧器の２次側の切り替
えのみで無停電切り替えの過渡時を含め、正常な地絡検
出保護を行うことが可能となった。従って特に寸法、重
量制限の厳しい電源車等については、余裕をもった設計
ができるので実用上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図（ａ），
（ｂ）は３相送電時の地絡検出等価回路を示す回路図、
第３図（ａ），（ｂ）は単相送電時の地絡検出等価回路
を示す回路図、第４図は無停電切り替え送電時の接続例
を示す回路図、第５図は電源車単相併入時の地絡検出等
価回路を示す回路図、第６図は切り替え制御回路を示す
回路図、第７図は従来例を示す回路図である。 1A,3……接地形変圧器、1B,4……制限抵抗、1C,5……地
絡過電圧継電器、6₁,6₂……交流遮断器、7₁,7₂……断路
器、８……切替手段、９……送電モード選択スイッチ、
10……常用バイパス用交流遮断器の補助ｂ接点、11……
切替手段の切替用励磁コイル。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】共通の３相交流発電装置を用いて３相配電
区間及び単相配電区間に対して切り替えて送電すると共
に、３相常用電源との間で無停電送電切り替えが行われ
るシステムの地絡検出を行う装置において、前記発電装置の各相の出力端に１次巻線がスター接続さ
れると共に、２次巻線がオープンデルタ回路となるよう
に接続された接地形変圧器と、この変圧器の２次側に接
続された制限抵抗及び地絡過電圧継電器の並列回路と、
前記オープンデルタ回路の両端を前記継電器に接続する
第１の状態と１相分の２次巻線を切り離して２相分の２
次巻線の直列回路を前記継電器に接続する第２の状態と
の一方を切り替えて選択する切替手段と、単相配電区間
への送電時において、前記常用電源との間で無停電切り
替えを行うために常用電源と前記交流発電装置とが並列
運転しているときには切り替え手段を第１の状態とし、
常用電源が切り離されたときには切り替え手段を第２の
状態とする切り替え制御部とを設けたことを特徴とする
地絡検出装置。