JP2845535B2

JP2845535B2 - 高電圧開閉所の監視と故障保護

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Publication number: JP2845535B2
Application number: JP1503930A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムエリバレット，デビット
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Priority date: 1988-03-21
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH03504194A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、導体中を流れる電流の監視に関し、特に、
高電圧開閉所を監視してその故障状態を検出するための
装置に関する。

背景技術歳入メータ、機器の制御、バスおよびラインの保護の
ための高電圧電気開閉所の監視は、一般に変流器を用い
て行われる。変流器は高電圧の導体と電気的に結合され
ており、したがってそれ自身が高電圧機器であって開閉
所の損傷に至る故障の原因となり得るものであり現に故
障が生じている。

高電圧電流の監視において変流器の使用をなくす方法
の研究が行われ、多数の代替手段が提案されている。し
かしながら、これまでに提案されたすべての方法は、監
視しようとする高電圧システムに何らかの形で取り付け
る必要があるという共通の特徴を有している。提案され
ている方法の大半はファラデー効果を用いて導体を取り
巻く閉ループ内の磁場を監視する交換器に基づいてい
る。しかしながら監視しようとする導体にコイルを近接
させることから、その変換器はその導体と実質的に等電
位となる。

＜発明の開示＞本発明は、監視下にあるネットワークから物理的にも
電気的にも隔離された磁場検出器を用いるものであり、
その検出器は高電圧導体から安全な作動距離だけ離れた
位置にあるため、監視および防護の全システムを実質的
に接地電位に維持することができるものである。

本発明の第一の態様は、高電圧多相ネットワークの複
数の導体を経由して流れる電流を監視する装置におい
て、前記複数の導体を経由して流れる電流によって発生す
る磁場を検出するように配置され、かつ前記導体から電
気的に絶縁されるとともに、前記複数の導体を経由して
流れる電流によって発生する電場の影響から隔離される
ように電気的に遮蔽され、検出された前記磁場を表わす
アナログ信号を発生する複数の磁場検出器、前記アナログ信号を受け、所定の時刻毎に該アナログ
信号の値を測定して、該アナログ信号の測定値を表わす
第二の信号を発生する制御装置を有する、前記複数の磁
場検出器のそれぞれと組み合わされた複数の遠隔ステー
ション、および前記所定の時刻を決定するとともに、複数の前記第二
の信号を処理して前記ネットワークを構成する前記複数
の導体を経由して流れる電流の値を計算する中央処理装
置を有する中央制御部を備えたことを特徴とするもので
ある。

また本発明の第二の態様は、高電圧多相ネットワーク
の複数の導体を通って流れる電流を監視するための方法
において、前記複数の導体を経由して流れる電流によって発生す
る磁場を表わすアナログ信号を生成する磁場検出器を、
監視されるべき前記ネットワークの前記導体から安全な
作動距離だけ離れた位置に、そのコイルが前記磁場を検
出するように調整して配置し、前記各検出器によって生成された前記各アナログ信号
を所定の時刻毎に同時にサンプリングして該各アナログ
信号のサンプリング値を表わす第二の信号を各々生成
し、これら複数の第二の信号を処理することにより前記ネ
ットワークの前記複数の導体を通って流れる電流の値を
計算することを特徴とするものである。

図面の簡単な説明この発明の範囲内に含め得る他の任意の形態があるに
もかかわらず、本発明の一好適実施例を添付図面に基づ
いて説明する。

第１図は、典型的な三相高圧開閉所の高圧導体回路を
示す図、第２図は、本発明の好ましい実施例のブロック図第３図は、第２図に示す遠隔ステーションのブロック
図、および第４図は、サンプリングデータから電流波形を生成す
る方法を表した図である。

発明を実施するための最良の態様本発明の範囲内には、他の多くの態様も存在するが、
ここでは一つの例として本発明の一つの好ましい態様に
ついて添付図面を参照して説明する。

本発明では、通常は接地電位にあり高電圧システムか
ら安全な作動距離だけ離れているにも拘らず高電圧領域
内に配置される磁場検出器が用いられる。高電圧スイッ
チングの周辺は電気的な雑音の大きな環境にあり、適切
な遮蔽対策を通じなければならない。雑音は静電的なも
のと磁気的なものとの二つの型に分けることができる。
静電的な雑音は注意深く遮蔽することにより解い除くこ
とができる。磁気的な雑音は監視下にあるネットワーク
を構成しない電流によって発生する。監視下にある電流
によって発生する磁場は監視している磁場であり、した
がってこれは雑音とは考えない。高電圧の電流遮断器の
開閉により発生する大きなスイッチング電流は監視する
必要のある電流そのものであり、それ故この電流による
磁場も雑音とは見なされない。それ故、取り除く必要の
ある磁気的な干渉は低電圧制御回路内を流れる電流に起
因するものであり、その影響は検出器の位置を適切に選
ぶことにより最小にすることができる。その上、制御電
流は、高圧ネットワーク内の電流と比べ一般的に一桁小
さい。

問題としている磁場は小さい（数十マイクロテスラの
オーダー）のため、測定点に近い信号を調整することが
好ましい。所望とするバンド幅と感度を得るために、本
発明の好ましい実施例においては、最初の検出器として
空芯コイルが用いられる。この測定においてはリアルタ
イム処理のためにデジタル化する必要があり、全ての磁
場測定を同期に行わなければならず、このため、各測定
の際の一組の測定値群は瞬時（スナップショット）の磁
場ベクトルを表わすものとなる。即ち、ネットワークを
流れる複数の電流の全体に亘り同時的に観察を得るため
に全測定が時間的に同時に行われる。ここにおける測定
タイミングの制約はかなり厳しいものである。さらに、
各瞬時（スナップショット）の測定に基づく瞬時電流の
計算は線形的な処理であるため、原理的には測定された
磁場のフーリエ成分を求めるのと同じ変換が電流のフー
リエ成分を直接計算することに適用することができる。
融通性を与えるとともにできるだけ正確性を維持するた
めに、各磁場検出器の近傍に配置された各遠隔ステーシ
ョン内にマイクロプロセッサが備えられており、この各
遠隔ステーション内では磁場信号のA/D変換が行われ
る。これにより、多数の瞬間的な読取りが正確な時間間
隔で行なわれる。その読み取られたデータがより遅い速
度で制御コンピュータへ伝送される間、そのデータが遠
隔ステーション内のマイクロプロセッサのメモリ内に一
時的に蓄えられることとなる。

上記遠隔ステーション内のマイクロプロセッサは、50
Vのバッテリからその駆動電力が供給されており、この
電力は保護回路の作動用としても用いられる。この電力
はフィルタを通されそして分離されている。また、上記
遠隔ステーションは、中央制御コンピュータと放射状に
接続されている。好ましい実施例においては、この接続
は一部変更の加えられた電流ループを介して行なわれ、
各遠隔ステーションからデータが発せられ制御室にある
光学的に分離（オプトアイソレート）された接続を介し
て伝達される。このことにより各ステーションからのデ
ータ伝送がパケットごとに行われることとなる。オプト
アイソレートされた後、そのデータは標準的なUART（Un
iversal Asynchronous Receiver Transmitter）に入力
され、そこでは制御コンピュータで処理できるようにそ
のデータがデコードされる。各電流ループの変更は、制
御室側（端末）における第二の光学的に分離されたスイ
ッチングトランジスタからなり、このスイッチングトラ
ンジスタは遠隔ステーションに電圧パルスを送ることが
できる。このパルスを全ての遠隔ステーションに同時に
送ることによって、各測定（スナップショット）のタイ
ミング（即ち、読取りの１バーストの開始）を指示する
正確な基準時刻が提供される。

制御コンピュータによって送られたパルスは、パルス
の立上がりにより各スナップショットの同期時刻が決定
される。そのパルスの持続時間は、要求される測定項目
のタイプを符号化するのに用いられる。このようにして
一連の測定機能が各遠隔ステーションにおいて（ROMに
蓄積された）ソフトウェアが実行されることによって行
なわれる。

その装置は長時間に亘って連続的に作動することが要
求されるため、基本的な保護および監視機能は、オペレ
ータによる走査やディスクに記録する動作の間一時的で
あっても中断することはできない。このため、リアルタ
イムで動作するソフトウエアを注意深く設計する必要が
あり、また特注のタイミング信号を生成するハードウエ
アで裏付けられなければならない。このことについて以
下においてさらに説明する。

好ましくは、そのシステムは、オペレータによるこの
システムへの問い合わせ、波形の表示、種々のセグメン
トの電流（及び電力）の流れの記録等を行なうことがで
きるようにする必要がある。ここで説明する実施例で
は、RT11、即ちレベルの高い機能を実現するために用い
られるプログラム言語であるフォートランにインターフ
ェースすることのできるリアルタイムオペレーディング
システムを備えたDEC PDP11/73制御コンピュータで実
現できた。このようにして、アセンブラ言語でコールド
化する必要があるのは、そのシステムの時間的に厳しい
核心の部分だけである。

電圧変換測定器を上記制御コンピュータとインターフ
ェース接続することによって、瞬間的な電力の流れが計
算され、ネットワークに流れるワット数およびバール数
を得る。

ハードウエアの概要ここでは好ましい実施例20として、第１図の概略平面
図に示すような８つの三相導体11を有する典型的な132k
Vの開閉所ネットワーク10を監視するために設置された
装置（第２図参照）について説明する。このネットワー
ク10は通常の作業で行なうように複数のセグメントに分
けて監視される。

24個の検出用コイルは各セグメントの下方にあって、
そのコイルの法線が水平かつ上方のセグメントに対し垂
直という本来の方向に向けて据え付けられる。第１図内
の小さなＶ字形12は、上方にあるセグメントの下方に置
かれた各検出コイルの（平面的な）位置を示しており、
そのＶ字形12の方向によってそのコイルの法線の方向が
示されている。

各検出コイル31は、静電的に遮蔽されており、その遮
蔽は磁気遮蔽を避けるためにそのコイルの周囲に不連続
に形成されている。そのコイルはエポキシ封入されてお
り、低容量シールドツイストペア線32を介して各コイル
に近接して配置された各遠隔ステーション30に接続され
ている。

各遠隔ステーションにはアナログ信号の調整、A/D変
換および制御と通信の回路が備えられている。この各遠
隔ステーションは同期パルスを受けて正確な時刻におけ
る一つもしくは複数の読取りデータを収集し、その後、
これらのデータは誤り検出用情報とともに制御室15の制
御コンピュータ21に伝送される。

制御コンピュータ21には、比較と校正の目的のために
存在している変流器をインターフェースするインタフェ
ースハードウエアとともに、24個の遠隔ステーション30
のための全ての必要なインターフェースハードウエアが
内蔵されている。第２図は、このシステムのブロック図
である。ここでは各構成要素の機能について説明する。

制御コンピュータ制御コンピュータ21としてPDP11/73プロセッサが用い
られている。参照メイン周波数を利用しての毎日の各時
刻の参照タイミングに加え、利用した際はメイン周波数
を固定してしまうが故障時に自走モードを継続する独立
型タイマーが備えられている。これにより参照タイミン
グが供給され全ての記録された事象について時刻を割り
当てることが可能となる。

オペレータコンソール22は、波形等を表示することの
できるグラフィック端末（ビジュアル550）であって、
このシステムにはプリンタ23とプロッタ24も取り付けら
れている。そのコンピュータには以下に述べるいくつか
の特注インターフェース回路基板が備えられている。

Ｑ−バスインターフェース回路基板（25）この回路基板は標準的なDECチップを用いており、こ
のDECチップは割り込みを取り扱うとともにUART/タイマ
ー回路基板26上の全てのレジスタのメモリマップが作成
されるように設定される。このため全ての特注論理回路
は仮想メモリの読取りと仮想メモリへの書き込みによっ
て制御することができる。

UART/タイマー回路基板（26）この回路基板は、遠隔ステーション30からのデータを
集収するための24個の受信器を備えている。またこの回
路基板はライン時刻参照クロックを用い、そして全体に
伝送される同期パルスを生成する一組６個のプログラマ
ブルタイマーとそれに関連する論理回路とを有してい
る。そのタイマーは、単一のソフトウエア時刻同期パル
スから、次のライン時クロックエッジで開始して所定量
に達した際に分離する同期パルスの自動シーケンスまで
の可能性のある種々のタイミングを作り出すように構成
されている。さらに、その同期パルスの幅はプログラマ
ブルタイマーによって制御され、各同期パルスの後の所
定の遅延時間の後に割り込みを発生させることができ
る。UARTは３バイトのデータを干渉なしに受け取ること
のできる４つのバッファを有している。このようにし
て、同期パルスをライン周波数の間を通じて一定の時間
間隔で自動的に生成することができ、そして各チャンネ
ルがその一束のデータを受信しようとする時の優先度の
高い処理によってのみ割り込まれる。

その各バイトデータは、ハードウエアでパリティチェ
ックが行なわれ、そして各データパケットは誤り検出バ
イトを含み、このため割り込み時にUART状態をチェック
し、そして誤り検出バイトを再計算することが、遠隔ス
テーション30からの正しいデータの伝達の信頼の高い指
示を与えることとなる。

この回路基板は、高電圧回路遮断器制御回路40に接続
される。

オプトアイソレート回路基板（27）開閉所14からの24チャンネルのそれぞれが、遠隔ステ
ーションによって生成されたデータを電流ループ29内の
オプトアイソレータから受け取る。また、同期パルスは
光学的に分離（オプトアイソレート）され電圧パルスと
して電流ループ29に入力される（後述する（ｄ）参
照）。

バリスタ／終端回路基板（28）開閉所14から入って来た電流ループ29は、この回路基
板上で結合され、過電圧に対する最初の保護はここでバ
リスタによって行なわれる。遠隔ユニットは通常接地電
位であるけれども上記のことはルーチンとしての予防措
置であることに注意されたい。

遠隔ステーション（30）第３図に示すように、24個の遠隔ステーションのそれ
ぞれは、EPROMに書き込まれたソフトウエアを備えたイ
ンテル8749マイクロコンピュータ34によって制御され、
以下のものを備えている。

（ａ）遮蔽された低容量ケーブル32を介して接続され信
号を調整する磁場コイル31。入力段は過電圧保護がなさ
れ、また整合積分器（RC＝コイルのL/R）を有してい
る。この整合積分器により、その出力が一定の（周波数
に依存しない）利得をもって、対応する磁束の導関数で
はなくその磁束自身を追跡することとなる。各遠隔ステ
ーションの上記積分器は試験器具内の矩形波磁場を用い
て調整され、設置に先立って利得の調整が行われる。

（ｂ）サンプルホールドユニット35。これは磁場の所望
とする読取りを固定し、ディジタル化するための準備を
行なう。静止状態においては、遠隔ステーションは、同
期パルスを待っており、またその出力端子を用いて論理
回路の制御を行なっており、同期パルスを直接にサンプ
ルホールド回路に導くことによりスナップショットのた
めの正確な参照時刻を提供する。また同期パルスは遠隔
ステーション内でソフトウエア割込みの原因となり、時
刻調整された読取りの１バーストのソフトウエア制御、
即ち正しく参照同期時刻において読取りを開始するよう
にソフトウエア制御が行なわれる。

（ｃ）A/Dコンバータ36。12ビットのディジタル化され
た読取り値がマイクロコンピュータ34のバスに接続され
ており、２バイトデータとして読み込まれる。変換時間
はほぼ25マイクロ秒である。

（ｄ）電流ループ／同期検出37。マイクロコンピュータ
からのオン／オフ制御の下で50mAの電流ループが発生す
る。静止状態の下では、その電流ループは同期パルスを
待っているオン状態にある。そのループの他端側のツェ
ナーダイオードにより大きな電圧降下が生じ、これが比
較器によって検出される。同期パルスはスイッチングオ
プトトランジスタがこのツェナーダイオードをショート
カットするように働かせ、そして発生した電圧パルスが
コンパレータにより検出されて必要な参照タイミングが
与えられる。A/D変換は直ちに開始し、同期パルス持続
時間−これはソフトウエアで測定される−に依存して、
多数の測定項目の一つが開始される。データパケットが
集められ電流ループ29を経由してシリアルに制御コンピ
ュータ21に伝送される。

（ｅ）スイッチ部38。８個のデュアルインライン（DI
L）スイッチによりこの遠隔ステーションの特定化が行
なわれる。また、このスイッチ部によりその遠隔ステー
ションのための電源投入時の試験のオプションも設定さ
れる。

（ｆ）DC/DC変換電力供給部39。50V直流の分局の電池が
分離されており、これから±15Vおよび5VにDC−DC変換
されて供給される。

遠隔ステーション30の全体は、ほぼ６×４インチのサ
イズのプリント回路基板上に組立てられている。その回
路基板は、耐候性のダイキャストの箱内に収納されて、
その磁場コイル31の近くに置かれる。

光ファイバーは、通信路としての実用的なオプション
であり、これによりユニットを簡単に光学的に分離する
ことができる。磁場コイルとこのコイル側の端末（フロ
ントエンド）はより大きなダイナミックレンジとバンド
幅の信号を扱うには再設計する必要があるかも知れな
い。DC−DC変換電源39は、それ自体独立したものである
が、カプセル化されたユニットとして利用できる適当な
コンバータに置き換えることができよう。

磁場測定この装置を用いた磁場の値の測定は瞬時の読取り、即
ち監視されているネットワーク内の種々の電流が流れて
いる複数の導体により磁場のスナップショットにより行
なわれる。電流は主に50Hzもしくは60Hzの正弦波であ
る。現在の磁場は、これらの電流の幾何学的な配置に比
例した定数をもって線形的に重ね合わせたものである。
その磁場は、通常存在する多数の鉄製構造物によっても
影響を受け、これらは典型的にはマイクロテスラのオー
ダーであって、これらの非線形領域のはるかに下方であ
り、そのための影響は一定の幾何学的効果と見なすこと
もできる。

一組の正弦波の重ね合わせの結果も位相と強度が異な
る同一周波数の正弦数となる。さらに、電流から磁場へ
の写像（マッピング）も線形であるため、必要に応じて
各フーリエ成分を別々に取り扱うことができる。各測定
位置において、磁場は、実際のところ（近くの）各電流
セグメントによって生じる磁場のベクトル的な合計であ
る。検出コイル31（または他の磁場測定デバイス）は磁
場とある定まった方向のベクトル（コイルの場合は、そ
のコイルの平面に垂直なベクトル）との内積を測定する
ことになる。

各検出器は、磁場の全ての源からの寄与を検出するけ
れども、最も近い源によって支配され、その法線をこの
磁場のベクトルの方向と一致させることによってその寄
与を最大にすることができる。

考慮すべき実際的な環境においては、電流を運ぶ導体
11は直線的なセグメントであり、それらはしばしば矩形
状上に配置されることに注意されたい。主に一つの方向
に伸びる一本もしくは一組の導体からの磁場を検出する
ように配置されるコイルは、それとも垂直の方向に延び
る導体からの寄与を受けることはない。

磁場検出器31は各導体セグメントから“安全な作動距
離（セーフ・ワーキング・ディスタンス）”離れた位置
に配置することができ、近接したセグメントからの寄与
が最大となる方向に配置することができる。それらの磁
場検出器31が適切に配置されると、リアルタイムで監視
を行なうために必要となる（固定された）線形関係の測
定が校正処理として行なわれる。

監視下にあるＮ個のセグメント電流をX_I（ｔ）、Ｉ＝
1,………,Nとし、それらＮ個のセグメント電流の近くの
磁場検出器によって検出された磁場をμ_Ｊ（ｔ）、Ｊ＝
1,………,Nとする。このとき瞬時的な電流は、（一定
の）結合行列Ｑを用いた以下の関係式により瞬時的な磁
場の線形写像から演繹される（論理的基礎の項も参
照）。

このため、磁場測定は同一の瞬時ｔに行なうことが重
要である。正弦波的な磁場μ_Ｊ（ｔ）＝A_Jcos（ω＋φ
_Ｓ）については、互いに異なる瞬時ｔにサンプリングし
たことに起因する誤差は、導関数μ′_Ｊ（ｔ）＝δｔで
与えられこれは高々A_Jω・δｔの大きさである。これ
は、磁場の振幅A_Jの割合でいうと、ω・δｔの誤差を表
している。ここでω＝２π・50sec^-1（又は２π・60sec
^-1）である。0.1％の精度でμ_Ｊを測定するには、δｔ
はほぼ３μsecに制限される。ここでは全ての測定ステ
ーションに0.5μsecの精度もしくはそれ以上の精度の同
期パルスを供給することによって上記原因による誤差を
さらに減少することが試みられている。この誤差をさら
に削減するには、各遠隔ユニットは典型的には数百メー
トル離れており、信号伝達時間は１μsecあたり100メー
トル程度であるため、各遠隔ユニットにおいて時間補正
を組み込む必要がある。この補正はソフトウエアによっ
て、同期パルス到達時間と（固定された）空間的な配置
とに基づいて隣接した磁場の読取りのタイミングを内挿
することにより行なうことができる。

論理的基礎このネットワークは接続点によって電流セグメントに
分けられる。通常これらのセグメントは、三相のシステ
ムの各相に対応して一組３本となる。この装置の目的
は、非故障状態において各セグメントの電流を測定し、
故障が生じたときはその故障が生じたセグメントもしく
は接続点をつきとめ、さらにその故障の性質（例えば青
色相と黄色相間のライン→ライン等）をつきとめること
である。

電流は磁場を発生させ、この磁場は開閉所のまわりの
多数の点において検出コイルを用いて測定される。これ
らのコイルの数は、電流セグメントの数と同数に選ば
れ、これにより電流の分布を磁場に対応づける結合正方
行列が生成される。このことに限定されるものではない
ことに注意されたい。というのも理論的な接続点を導入
することによって、各セグメントをさらに任意に分けて
各保護ゾーンを所望とするだけ小さく設定することがで
きるためである。

各コイルは各セグメントの近く（ただし安全な作動距
離離れた位置）に配置され、最も近接した頭上のセグメ
ントだけでなく、必然的に近くにある全ての電流セグメ
ントからの磁場の寄与分を測定することになる。結合正
方行列は（校正の際に一回だけ）反転され一組の任意の
時点における測定された磁場分布を一組の瞬時的な電流
群に対応づける行列が生成される。

ネットワーク内の正規の電流はキルヒホッフの法則に
よるループ電流の任意の線形組み合わせによって制限さ
れる。このため正規の電流について、任意の時点におけ
る一組の磁場は一般的なものではない。故障のない状態
で測定された一組の磁場が一組の正規の磁場とされる。
上記の制限は、対応する電流に対する正規の正しい磁場
分布を求める、唯一ではなく多くの（無限の）行列が存
在することを意味している。校正処理においてこの分布
（マッピング）を求めるＱ行列と呼ばれる一つの行列の
みが選択される。

Ｑ行列は、ループ電流と磁場との間の結合状態の測定
結果を開閉所の配置設計上の幾何学的なデータから計算
されたセグメント電流と磁場との結合状態の論理的な評
価値とに基礎を置いて選択される。Ｑ行列の選定に適用
される制限はリアルタイム処理の間ではなく、校正処理
の間に決定される。下式（１）は、リアルタイム測定の際の式である。Ｑ行列は、リア
ルタイム測定の際の式である。Ｑ行列は、瞬間的な電流
X_Iが瞬間的なループ電流ｌに式によって関係づけられることを知る校正の間に導出され
る。ここで行列σには一般的には1,−1,0の値のみが含
まれる。式（２）において、インデックスＩは、１から
各電流セグメントの総数Ｎまで変化し、等価的にikと記
述される。ここで三相のセグメント数ｉ（ｉ＝N/3）と
各相ｋ（１＝赤色相、２＝黄色相、３＝青色相）とを用
いてＩ＝３（ｉ−１）＋ｋの関係にある。加算インデッ
クスαはα＝1,………,Mであり、は選定された線形的な
独立なループの数である。μ_Ｊ（ｔ）で示される瞬時的
な磁場の値は、結合行列によって瞬時的な電流と関係づ
けられ、したがって以下の式によりループ電流と関係づ
けることができる。

この式より、 Σ_JQ_ik,JΔ_J,αｋ′＝δ_kk′σ_id （４）となる。ここで、Δ_J,αｋ′は式（３）を介して直接的
に測定することができ、δ_kk′はクロネッカーデルタ
（ｋ＝ｋ′のとき１、他の場合は０）であり、σ_idは正
確に知られる。

Ｑ行列は、式（１）の計算を簡単化するために許され
る限り零の要素をもち、かつ幾何学的に導き出された評
価値に実用上できるだけ近づけるようにして、式（４）
を満足するように選定することができる。

測定された結果Δは、非故障状態において、ネットワ
ーク又は開閉所の監視により全ての電流の正確に測定さ
れることを保証し、一方、Ｑ行列を幾何学的に導出され
た評価値に近い値に保持するという制限は、故障の際に
その故障の領域が正確に特定されることを保証する。

校正処理の他の重要な特色は、できる限り多くの値の
小さいＱ行列の要素を零とすることによって、そのＱ行
列の要素のダイナミックレンジを削減することである。
このことには二重の利点がある。第一は、このことが実
験的な磁場を測定するステーションの必要なダイナミッ
クレンジへの要求を少なくし、精度を向上することがで
きる。第二は、Ｑ行列の要素の大半を正確に零とするこ
とは、一組の磁場の読取値から一組の電流を求めるのに
ずっと少ない回数の掛け算で済むことになる。この電流
を求めること（マッピング）は、制御コンピュータによ
りリアルタイムで繰り返し行なわれ、このことが有効な
作業上の利益をもたらすことになる。

校正処理においてループ電流と磁場との間の測定され
た結合状態に基づいてＱ行列を選定することは、非常故
障状態において精度の低下を引き起こすものではないこ
とに注意することは重要である。校正はオフラインコン
ピュータによってＱの計算を行なうことによりなされ
る。この装置が一旦校正されると、Ｑは制御コンピュー
タに入力され、オンラインの測定と故障の検査をリアル
タイムで実行することができる。コンピュータのハード
ウエアに適切な投資を行なうことにより、50Hz又は60Hz
の各周期の間に、電流値の完全な計算と故障の位置を特
定する筋道の通った検査を多数回容易に行なわれる。

電流の計算は磁場の瞬時測定をとり、この測定結果に
Ｑ行列を掛け算することによって行なわれる。

故障検査は以下からなる。

（ｉ）ネットワークに流入する正味の外部電流と接続点
の電流の代数学的な総計を計算すること、（ii）等価的なループ電流の最良の組l_dk、即ちX_Iと比
較することのできる一組の適合された電流_ｊとを与え
る電流X_Iの最小二乗近似。

（ｉ）と（ii）の双方は、オンラインでX_Iの計算より
もかなり短時間で行なれる。（ｉ）の全ての総計と（i
i）の全ての差分X_j−X_Iは非故障状態では零となる。外
部電流の合計は直ちに故障の性質（ライン−ライン、ラ
イン−グランド等及びその位相）を表わし、一方残りの
情報は故障に最も近い接続点とセグメントを表わし、故
障電流と開閉所内の他の正常な電流との双方の大きさの
指示を与える。

ソフトウエアの概要最初の開発は測定と校正のシステムを構築し、そして
波形の表示ができるようにすることに集中した。このこ
とは（１）式の関係を用いて各スナップショットの後に
24の電流のベクトルを計算し次に故障検査を行なうリア
ルタイム制御システムの開発に先行して行なわれた。

校正の目的のために、一組の電流の配置に対し、瞬時
的な電流X_I,I＝1,………,Nのベクトルと瞬時的な磁場μ
_Ｊ、Ｊ＝1,………,Nのベクトルとをできる限り正確に測
定することが好ましい。もし校正の間定常的な正弦波が
存在すると考えられる場合は、精度の向上のために、一
連の測定を正弦波で行なって決定することができる。遠
隔ステーションは、１バーストの読取りを行なうことが
可能であるけれども、校正の目的のために存在する変流
器（CT）に対するインターフェースは、やや単純であ
り、全てのチャンネルのためにA/C変換器をただ一つだ
け有しているため、１バーストのベクトルを読み取るこ
とはできない。このため、同一の目的を達成するために
サンプリング技術が用いられている。

第４図は、そのチャンネルのサンプリングされた波形
図を作り上げるために、一つの参照位相点から、オフセ
ット量を順次Δ,2Δ,3Δ…………と増加させて一連のサ
ンプリング点においていかにしてスナップショットが行
なわれたかを示す図である。実際、Δ＝１μsecの間隔
をもって50回そのようなスナップショットが行なわれ、
次に各チャンネルに対し、各電流配置における校正のた
めに用いられる電流のベクトルと磁場のベクトルとを得
るための最小二乗近似が行なわれる。校正工程のための
制御用プログラムは全ての読取りをディスクに記録する
こと、波形を表示すること、任意に選択されたチャンネ
ルについて最小二乗近似とその残差を計算することがで
きる。

リアルタイム制御用プログラムも制御コンピュータの
ために開発されている。これはRT11リアルタイムオペレ
ーティングシステムを用いている。（時間的に厳しい）
優先度の高い処理では、各スナップショット後の磁場の
読取りのベクトルの集収、（１）式に従って電流ベクト
ルを求めるためのＱ行列の掛け算、およびその後の故障
検査である。どのような故障が検出された場合でも、も
しこのシステムが開閉所の制御に用いられていても当然
に、存在しているバス保護リレー等がトリガされるため
に用いられる。

優先度の高い処理にはＱ行列が組み入れられる。Ｑ行
列は構成データからより大きなコンピュータでオフライ
ンで計算される。Ｑ行列による掛け算（式（１））はこ
のリアルタイム処理中で最も時間のかかる処理である。
Ｑ行列中の零の要素については何も処理する必要がない
ので、Ｑ行列をできるだけまばらにする（零を多くす
る）ことが大に役立つ。掛け算時間を最小にするために
オフラインで生成されたＱ行列は、この特定のＱ行列に
合わせて作成された、必要な掛け算のみを行う機械語の
サブルーチンを作り出すコード生成ユーティリティに通
される。時間全体を最小にするために、全てのループは
展開され、Ｑ行列の零でない全ての要素は、そのコード
内に定数として組み込まれる。

各スナップショットが行われた後、直接読み込まれた
磁場のベクトルと、Ｑ行列の掛け算によって得られた電
流のベクトルとの双方が大きなサーキュラーバッファの
所定位置に一時に蓄えられる。PDP11/73は、50Hzの１サ
イクルにつき最低６スナップショットを受け入れる処理
することができる。単純により高速のハードウエアを採
用することにより比較的抵コストでこの処理回数を増や
すことができる。現在用いられているサーキュラーバッ
ファには最終の50回のスナップショットのみが蓄えられ
るが、制御コンピュータにメモリを付加することにより
何千回にまで簡単に増やすことができる。このサーキュ
ラーバッファの大きさは、故障時に遡ることのできる履
歴の量を決定し、この履歴は後で故障の始まりを学習す
るため貯えられて分析される。

（優先度の低い）バックグランド処理は、オペレータ
に接続される。その処理では、優先度の高い処理によっ
て作成されているサーキュラーバッファ全体の現在の状
態のコピーを得ることができ、その後、余裕のある時に
オペレータが種々の方法でこれを調べることができる。
オペレータは、全スクリーン表示で、あるいは最大４個
までの選択されたチャンネルを４分割された各表示領域
により小さな表示で磁場や電流波形を見ることができ
る。また、複数のチャンネルを各表示に重ねることもで
きハードコピー出力機能を利用することもできる。ま
た、バックグラウンド処理ソフトウエアを適切に変更し
てオペレータが種々の情報を利用できるようにし、また
ディスクに記録するようにしてもよい。

各スナップショットのタイミングは、原理的には任意
であるが、監視の目的のために数サイクルにわたる詳細
な波形図を作成することが有用である。優先度の高い処
理では各サイクル内の等時間間隔の６回のスナップショ
ットが終る毎に自動的に割り込みがはいるようにハード
ウエアレジスタを組み立てる。

しかしながら参照サイクルの開始からこの一連の６回
の読取りの最初までのオフセットは、サイクル毎に少し
ずつ変化し、これにより数サイクルの期間にわたるサン
プリングされた波形図を作り出すことができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高電圧多相ネットワーク中の複数の導体を
経由して流れる電流を監視する装置において、前記複数の導体を経由して流れる電流によって発生する
磁場を検出するように配置され、かつ前記導体から電気
的に絶縁されるとともに、前記複数の導体を経由して流
れる電流によって発生する電場の影響から隔離されるよ
うに電気的に遮蔽され、検出された前記磁場を表わすア
ナログ信号を発生する複数の磁場検出器、前記アナログ信号を受け、所定の時刻毎に該アナログ信
号の値を測定して、該アナログ信号の測定値を表わす第
二の信号を発生する制御装置を有する、前記複数の磁場
検出器のそれぞれと組み合われた複数の遠隔ステーショ
ン、および前記所定の時刻を決定するとともに、複数の前記第二の
信号を処理して前記ネットワークを構成する前記複数の
導体を経由して流れる電流の値を計算する中央処理装置
を有する中央制御部を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】前記磁場検出器が、不連続な遮蔽によって
電気的に遮蔽される請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記中央制御部が、ループ電流との磁場と
の間の結合度合を表わす測定値から導出されるととも
に、前記ネットワークの幾何学的配置のデータから計算
された部分電流と磁場との結合度合を表わす理論的な評
価値によって制約を受ける要素からなる行列を用いて、
前記複数の第二の信号から前記複数の導体を経由して流
れる電流を計算するものであることを特徴とする請求項
１または２に記載の装置。
【請求項４】前記中央制御部が、前記複数の導体を経由
して流れる電流の値を計算した後、外部から前記ネット
ワークに流入する正味の外部電流と所定の結合点に流入
する電流の代数的な総計との一方もしくは双方を計算
し、これらが零のとき非故障状態を表わす信号を出力
し、これらが零でないときには故障状態を表わす信号を
出力するものであることを特徴とする請求項１または２
に記載の装置。
【請求項５】故障状態を表わす信号が出力された際、前
記中央処理装置がその故障の性質を表わす値をも計算す
るものであることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】故障状態を表わす信号が出力された際、前
記中央処理装置がその故障の位置を表わす値をも計算す
るものであることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項７】故障状態を表わす信号が出力された際、前
記中央処理装置が故障電流の大きさを表わす値をも計算
するものであることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項８】前記磁場検出器が、不連続的な静電遮蔽を
有するエポキシに封入された空芯コイルであることを特
徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】前記各遠隔ステーションが、各サンプルホ
ールド回路によって所定の時刻毎にサンプリングされた
前記各アナログ信号をディジタル信号に変換するもので
あることを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の装
置。
【請求項１０】前記第二の信号が前記中央制御部内のバ
リスタ端末基板で終端される電流ループ信号として該中
央制御部にまで中継される装置であって、該中央制御部
が、前記第二の信号を前記中央処理装置から光学的に分
離するためのオプトアイソレート手段を備えたことを特
徴とする請求項１〜９いずれかに記載の装置。
【請求項１１】前記中央処理装置による処理が、前記検
出器によって検出された磁場の相互連鎖を考慮に入れた
ものであることを特徴とする請求項１〜10のいずれかに
記載の装置。
【請求項１２】高電圧多相ネットワークの複数の導体を
通って流れる電流を監視するための方法において、前記複数の導体を経由して流れる電流によって発生する
磁場を表わすアナログ信号を生成する磁場検出器を、監
視されるべき前記ネットワークの前記導体から安全な作
動距離だけ離れた位置に、磁場検出器が前記磁場を検出
するように調整して配置し、前記各検出器によって生成された前記各アナログ信号を
所定の時刻毎に同時にサンプリングして該各アナログ信
号のサンプリング値を表わす第二の信号を各々生成し、これら複数の第二の信号を処理することにより、前記ネ
ットワークの前記複数の導体を通って流れる電流の値を
計算することを特徴とする方法。
【請求項１３】前記複数の第二の信号から前記複数の導
体を経由して流れる電流の値を求める計算が行列を含
み、該行列の要素が、ループ電流と磁場との間の結合度
合を表わす測定値から導出されるとともに、前記ネット
ワークの幾何学的配置のデータから計算された部分電流
と磁場との結合度合を表わす理論的な評価値によって制
約を受けたものであることを特徴とする請求項12記載の
方法。
【請求項１４】前記複数の導体を通って流れる電流の値
が計算された後、外部から前記ネットワークに流れ込む
正味の外部電流と所定の結合点に流れ込む電流の代数的
な総計との一方もしくは双方が計算され、これらが零の
とき非故障状態を表わす信号を出力し、これらが零でな
いときに故障状態を表わす信号を出力することを特徴と
する請求項12または13に記載の方法。
【請求項１５】故障状態を表わす信号が出力された際、
中央処理装置がその故障の性質を表わす値をも計算する
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項１６】故障状態を表わす信号が出力された際、
中央処理装置がその故障の位置を表わす値をも計算する
ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項１７】故障状態を表わす信号が出力された際、
中央処理装置が故障電流の大きさを表わす値をも計算す
ることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項１８】前記第二の信号を処理するために該第二
の信号を計算機に伝達するステップを含むことを特徴と
する請求項12〜17のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】故障が検出された際、該故障が検出され
た領域を含む前記ネットワークの一部を絶縁するステッ
プを含むことを特徴とする請求項14〜18のいずれかに記
載の方法。
【請求項２０】前記第二の処理のステップが、前記検出
器によって検出された磁場なの相互連鎖とデータの校正
とを考慮するものであることを特徴とする請求項12〜19
のいずれかに記載の方法。