JP2912990B2 - 絶縁診断装置 - Google Patents

絶縁診断装置

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JP2912990B2
JP2912990B2 JP5170334A JP17033493A JP2912990B2 JP 2912990 B2 JP2912990 B2 JP 2912990B2 JP 5170334 A JP5170334 A JP 5170334A JP 17033493 A JP17033493 A JP 17033493A JP 2912990 B2 JP2912990 B2 JP 2912990B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力系統の絶縁診断装
置に係り、特に電気工作物の絶縁を常時監視し、絶縁劣
化地絡点を算定する絶縁診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電力ケーブルの絶縁劣化は、徐々に進展
し、最終的に地絡事故に至る場合が多い。絶縁劣化の進
展メカニズムは、概ね次の2ケースが一般的である。ま
ず、第1のケースは、電力ケーブル被覆や導体支持絶縁
体の損傷や劣化部分から電流が漏洩しはじめ、その漏洩
電流により発生する熱,圧力,イオン等により損傷や劣
化が進展するケースである。第2のケースは、ケーブル
等にみられる、絶縁物にツリー状に水分が浸透したのち
一気に絶縁破壊を発生するがその後、絶縁を回復する場
合である。後者は、間欠弧光地絡と呼ばれ、検出及び地
絡発生点の検出が難しい。しかし、最近の電気設備は、
間欠弧光地絡電流を活線状態で検出する技術の要求があ
る。
【0003】従来は、接地電圧変成器(以降、GPTと
略記する。)の中性点と大地との間に開閉装置を設け、
通常運転時は閉路し、絶縁劣化診断時に開路して開閉装
置の両極に直流電圧を印加し、電気設備から大地への漏
洩電流を計測しその結果が予め定めた基準値を超過して
いる場合には、電気設備を停止させ、電力線の絶縁劣化
を、個々に検査していた。
【0004】また、特開平4−42726号公報では、
基準の線間電圧信号及びたの二相分の線間電圧信号のそ
れぞれと零相電流検出により地絡信号を取出しその位相
から地絡相を検出することにより地絡区間を判断してい
るが地点の検出はできない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、絶縁劣
化検出後、電力設備を停止させた上で、改めて各部を切
り離して個々の部分の絶縁抵抗を測定する等の方法が取
られており、設備の保守に要する労力が大きかった。更
に、地絡事故発生時には、GPT中性点と大地間に高電
圧が発生するので、常時、絶縁監視装置を設置して、計
測を行う事ができず、定期的に短時間の診断を実施する
に止めざるを得ないため、急速に進展する絶縁劣化に対
処する事や、間欠弧光地絡時の地絡点の推定が難しかっ
た。
【0006】本発明の目的は、電力設備を停止せず、安
全でかつ常時、絶縁劣化を監視し、間欠弧光地絡発生時
には、地絡点を特定できる絶縁診断装置を提供すること
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、電力系統の零相電流を検出して電気工作物の絶縁を
診断する絶縁診断装置において、複数のフィーダのそれ
ぞれから検出された高周波電流の周波数を検出する周波
数検出手段と、前記高周波電流を入力し前記電力系統周
波数成分を取り出すバンドパスフィルタと、該周波数検
出手段の出力と前記電力系統の定数から間欠弧光地絡地
点を算出し、前記バンドパスフィルタの複数の出力を比
較して出力値が最大のフィーダを求める演算処理部を備
えたことを特徴とする絶縁診断装置としたのである。
【0008】前記バンドパスフィルタが、複数のフィー
ダのそれぞれから検出された零相電流の前記電力系統周
波数成分を取り出し、前記演算処理部が、前記バンドパ
スフィルタの出力をN個の段階的に設定されたレベルと
比較してN段階に区分するようにしてもよい。
【0009】
【作用】このように構成することにより、本発明によれ
ば次の作用により上記の目的が達成される。一般に電力
系統においては、三相が不平衡になれば零相電流が流れ
るので零相電流を検出すれば系統の異常が発見できる。
間欠弧光地絡は地絡の継続が短いが電流は高周波である
特徴がある。検出された零相電流を高周波増幅してその
周波数を検出する。波高値の測定は困難であるが高周波
周波数の検出はゼロクロス間の時間を計測するなど多く
の手段が用いられる。この周波数は電力系統の浮遊容量
と測定点と間欠弧光地絡点の距離で定まるインダクタン
スの関数となり、周波数と前記距離との関係を決定する
ことができる。従って周波数から間欠弧光地絡地点を決
定できる。
【0010】また、高周波電流を増幅し前記電力系統周
波数成分を取り出すバンドパスフィルタへ入力すると、
その出力の波高値は前記高周波電流の波高値に比例した
ものとなる。したがって、複数のフィーダがあるときは
この出力値をそれぞれ求めその中から最大値のフィーダ
を選ぶことにより間欠弧光地絡したフィーダを特定する
ことができる。
【0011】また、常時は、バンドパスフィルタから出
力される基本周波数成分値を求め、予め絶縁劣化により
生ずる零相電流をn個の段階に分類したものと比較する
ことにより、常時絶縁状態の診断ができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の一実施例とその対象となる電気
設備2の構成例を示している。まず、図に於いて対象と
なる電気設備2は、商用電源または、自家発電機等に接
続される受電部10と、これに接続される母線11と、
母線11から引き出される複数のフィーダ12と、フィ
ーダ12用遮断器13、零相変流器14とから構成され
ている。フィーダ12の先に電力ケーブルを用いて負荷
15へ電力を供給している。
【0013】本発明の一実施例である絶縁監視装置1
は、電気設備2の各フィーダ12毎に設けられた零相変
流器14の零相電流信号16を取り込み、零相電流信号
16を増幅する増幅器17と、その出力信号を入力する
バンドパスフィルター18と、同じく零相電流信号16
を取り込み、高調波を含む前記信号16を増幅する高周
波増幅器21と、その出力信号を入力する周波数検出手
段22と、バンドパスフィルター18の出力信号及び、
周波数検出手段22の信号を取り込み間欠弧光地絡時の
地絡点を特定する演算を行なう演算処理部19と、演算
処理部19から出力により絶縁劣化したフィーダを示す
検出信号30と間欠弧光地絡時の地絡点を特定する検出
信号31を受けて診断結果を示す表示部20から構成さ
れている。
【0014】図2に、ケーブルの絶縁が劣化するとき零
相電流の時間的変化の一例を示す。一般にケーブルの絶
縁が劣化すると、零相電流が時間と共に増加する。零相
電流が、予め定められた値I2に達すると、保護装置に
より遮断器13が開放されるので零相電流がI2に達す
る前のI1の段階で、電気設備保守者に絶縁劣化の発生
を知らしめる事が出来れば、突然の電力供給停止は避け
られる。保護装置により遮断器13を開放する零相電流
2は200ミリアンペア程度が一般的であり、電気設
備の保守者が余裕を持って対処するためには、零相電流
が数十ミリアンペアであるI1になったt1時点で、保守
作業を実施する必要がある。したがって、絶縁監視装置
としては、数ミリアンペア程度の零相電流を検出可能で
ある必要となる。そこで、本実施例における絶縁監視装
置の零相変流器14は、通常のものよりも高感度である
2ミリアンペアまで検出可能なように2次巻線の巻数を
多くしてある。
【0015】しかし、零相電流信号16は、基本周波数
の波形に高調波やノイズが重畳した波形になっている。
本装置では、基本周波数の波形成分が小さな領域を扱わ
ねばならないためバンドパスフィルタ18に要求される
性能としては、基本周波数を中心とし、Q=5程度が必
要となる。零相電流信号16は、増幅器17により所定
のレベルまで増幅され、バンドパスフィルタ18により
基本周波数成分が抽出された後演算部19に入力され
る。演算部19では、前記入力信号に基づいて絶縁劣化
が生じたケーブルの特定とその絶縁劣化の程度の推定を
行う。
【0016】絶縁劣化が、生じていない状態でもフィー
ダを構成する各相の浮遊容量に不揃いがあるため零相電
流が各フィーダに流れる。この状態で特定のフィーダに
絶縁劣化状態が発生した場合は、その地絡電流によりフ
ィーダに流れる電流ベクトルが大きくなる。その他のフ
ィーダの零相電流ベクトルは、絶縁劣化フィーダと比べ
逆方向となる。従って劣化フィーダの特定のためには、
各零相電流の大きさと方向を検出すればよい。また絶縁
劣化は、フィーダ全体が劣化している場合がほとんど
で、劣化位置の検出をする必要性は無い。
【0017】図3(a)は間欠弧光地絡電流波形の例
を、図3(b)はバンドパスフィルタ18に印加される
高周波電流のピーク電流とバンドパスフィルタ出力の最
大値との関係の一例を示したものである。増幅器17と
バンドパスフィルタ18は、図3(a)に示すようなバ
ンドパス周波数の10倍以上の高周波電流が印加される
とき、図3(b)に示すように入力された高周波電流の
ピーク電流とバンドパスフィルタ18出力の最大値は、
比例する関係がある。従って演算処理部19に於いて
は、各バンドパスフィルタ18出力の実効値を算出し、
その値が最大となるフィーダを検出しすればよく、更に
そのフィーダ電流の方向が他のフィーダと比較し逆方向
となっている事を検出してもよい。
【0018】次に、上述した演算処理部19での演算結
果により特定された絶縁劣化フィーダの零相電流の絶対
値を、n個の段階的基準電流値と比較することにより絶
縁劣化の程度を判定することもできる。絶縁劣化フィー
ダを特定する信号30とそのフィーダの絶縁劣化の程度
をn段階で示す信号31が演算処理部19より表示部2
0に送られ、表示部20では、絶縁劣化が生じたフィー
ダの名称あるいは番号の表示と、そのフィーダの絶縁劣
化の程度をn段階で示す表示がされる。
【0019】次に間欠弧光地絡電流の地絡点を特定する
手段について説明する。図4に間欠弧光地絡電流波形と
地絡点までのケーブル長との関係を示す。図4(a)は
地絡電流波形を示し、図中の波形に付したA、B、及び
Cは図4(b)に示したように、地絡地点までのケーブ
ル長を示すものである。地絡点までのケーブル長が大き
い程地絡電流の振動周波数が低くなる。
【0020】間欠弧光地絡電流が流れることにより零相
電流信号16が発生するので、その信号を高周波増幅器
21で増幅した後に周波数検出手段22で地絡電流の振
動周波数を検出する。零相変流器14の周波数特性を高
周波(通常50KHzから1MHz)まで伝達可能とす
るには、零相変流器14の負担を小さくする必要があ
り、そのために高周波増幅器21で微少信号電流を増幅
し零相変流器14の入力インピーダンスを低下させてい
る。
【0021】間欠弧光地絡模擬試験を実施し、下記現象
を発見した。 (1)間欠弧光地絡電流は、母線側の浮遊容量(Cb)
及び他フィーダの浮遊容量(Cx)の合計容量Ct=C
b+Cxに依存する。 (2)地絡フィーダのケーブル総延長をM(Km)と
し、地絡点までの距離をM1(km)とすると、間欠弧
光地絡電流は、M1に依存する。 (3)間欠弧光地絡電流の共振周波数は、Ct*Lの自
乗に反比例する。ここに、Lはケーブルのリアクタン
ス。 (4)間欠弧光地絡電流のピーク値は、Ctの自乗に比
例し、M1の自乗に反比例する。
【0022】間欠弧光地絡現象は、ケーブルのLとCの
共振振動波形であり、電流とその周波数は一般的には、
次の数式1及び数式2で表される。
【0023】
【数1】I=K1*V/(√(L/C)) I:電流,C=Ct,V=Cの電圧,K1=係数
【0024】
【数2】f=K2/(2π*(√(L*C)) f:周
波数,C=Ct,K2=係数 一方、地絡点までのケーブル長をM1とすると、Lは、
次式で表される。
【0025】
【数3】L=K3*M13=ケーブルによる係数 数式2及び数式3より数式4が導かれる。
【0026】
【数4】M1=K/((2πf)2*C) K=係数 従って、零相電流を零相変流器14で検出後、その周波
数を検出し、演算処理部19で数式4を演算する事によ
り地絡点までの距離が推定出来る。
【0027】上述した演算結果により特定された間欠弧
光地絡電流が流れたフィーダと、そのフィーダの地絡発
生地点の位置推定結果を示す信号31が演算部19より
表示部20に送られ、表示部20では、絶縁劣化により
間欠弧光地絡が発生したフィーダの名称叉は、番号の表
示と、その位置をケーブル長で示す表示がなされる。電
気設備の保守員は、表示装置の内容に従い、早急なる修
理あるいは修理の計画を行う。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、フィー
ダ単位での間欠弧光地絡地点の推定ができ、常時、絶縁
劣化の診断が可能となる効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示したものである。
【図2】絶縁劣化による零相電流の時間変化の1例を示
す図である。
【図3】(a)間欠弧光地絡電流波形と(b)間欠弧光
地絡電流を入力したときのバンドパスフィルター出力特
性を示した図である。
【図4】(a)間欠弧光地絡電流波形と地絡点までのケ
ーブル長の関係と、(b)地絡点までのケーブル長と間
欠弧光地絡電流周波数の関係を示した図である。
【符号の説明】
1 絶縁監視装置 2 電気設備 10 受電部 11 母線 12 フィーダ 13 遮断器 14 零相変流器 15 負荷 17 増幅器 18 バンドパスフィルタ 19 演算処理部 20 表示部 21 高周波増幅器 22 周波数検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01R 31/08 H02H 3/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力系統の零相電流を検出して電気工作
    物の絶縁を診断する絶縁診断装置において、複数のフィ
    ーダのそれぞれから検出された零相電流の周波数を検出
    する周波数検出手段と、前記零相電流を入力し前記電力
    系統周波数成分を取り出すバンドパスフィルタと、前記
    周波数検出手段の出力と前記電力系統の定数から間欠弧
    光地絡地点を算出し前記バンドパスフィルタの複数の出
    力を比較して出力値が最大のフィーダを求める演算処理
    部を備えたことを特徴とする絶縁診断装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、フィーダが絶縁ケー
    ブルであることを特徴とする絶縁診断装置。
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