JP3128368U

JP3128368U - 光絶縁型地絡保護継電器付高圧気中開閉器

Info

Publication number: JP3128368U
Application number: JP2006008645U
Authority: JP
Inventors: 市吉忠三郎
Original assignee: 市吉忠三郎
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2016-10-24

Abstract

【課題】架空配電線の近くに落雷があり、雷サージが受電設備に侵入すると
避雷器が放電し、電柱装備機器の接地電位上昇が発生するので
地絡保護継電器付高圧気中開閉器の電位が上昇する。
一方、地絡保護継電器の電位は、離れた受電キュービクル内の電灯変圧器の
二次側より供給しているので 0 電位である。
この為、高圧気中開閉器の外箱とトリップコイルの間や地絡保護継電器の
外箱と内部回路間に高い電圧が印加され焼損事故の原因になっていた。
【解決手段】
地絡保護継電器の電源供給に、電気-光、光-電気変換を行う、絶縁エネルギー
伝送を行い、電位差の影響を受けないようにした。
【選択図】図３

Description

6000V受電の受電設備の地絡保護継電器付高圧気中開閉器に関する。

受電設備の運用に於いて、電力の供給信頼度を高度に維持する為に、
特に波及事故の防止が強く求められている。
特開2002-93292 特開平9-180598 特開平7-131426 特開平11-185575

受電設備の責任分界点(3)より負荷側の電路(以下構内と言う)に地絡事故が
発生した場合、地絡保護継電器(5)が正常に動作すれば、高圧気中開閉器(4)
が開き配電系統と受電設備の接続を断ち、地絡事故による停電の範囲を
責任分界点(3)以降に限定する事ができる。

もしも、受電設備の構内で地絡事故が発生し、高圧気中開閉器(4)が
開かなかった場合は、配電用の変電所の遮断器が遮断し、広範囲の需要家
が停電し、構内事故が他の需要家に波及する。

図１に示す様に、従来の地絡保護継電器(5)の制御電源(22)は、受電設備の中の
電灯用変圧器(8)の二次側から供給するのが信頼度が高く一般的である。

図２に示す様に、架空配電線(1)に雷サージ(2)が侵入し避雷器(6)が放電した時
雷サージ放電電流(2’)は接地線(23)を通り接地電極(19)より大地へ流れる。

この時、雷サージ放電電流(2’)と接地抵抗(18)、接地線(23)の誘導リアクタンス
(17)によるインピーダンスの積の値だけ接地線(23)の a 点の対地電位が上昇する。
大地面(20)の表面の電位上昇も、接地極(19)を中心として略円錐状に上昇すると
考えられる。
接地極(19)と接地極(21)の間の距離は通常数mから数十m離れているので
接地極(19)の電位が上昇しても、接地極(21)までは影響が及ばない。

つまり、高圧気中開閉器(4)や地絡保護継電器(5)の外箱の電位も上昇する。
その大きさは、接地抵抗(18)の値を 10Ω、雷サージ放電電流(2’)を 5000A
とするとa 点の対地電位は 50,000V以上になる。

雷サージ放電電流(2’)に含まれる周波数成分は極めて高い場合が多く、僅かな
接地線(23)の誘導リアクタンス(17)でも無視できない大きさになり、インピーダンスを
大きくする。

一方、電灯用変圧器(8)は、接地電極(21)に接続されており、大地と同じ 0 電位で
ある。

従って、電灯用変圧器(８)の二次側に直接接続されている高圧気中開閉器(4)の
トリップコイル(15)や地絡保護継電器(5)の内部回路も0 電位である。

即ち、高圧気中開閉器(4)のトリップコイル(15)や地絡保護継電器(5)の内部回路
は、外箱との間に50,000V以上の電位差に曝され、焼損事故の原因となっていた。

特に、地絡保護継電器(5)の内部回路はマイコンを使用するものが多く、3.3Vで
動作しているので、50,000V以上の電位差は極めて過酷である。

図１に示す様に、電位差の対策として、トリップコイル(15)や零相変流器(16)の
二次側と高圧気中開閉器(4)の外箱の間に低圧アレスター(27)を挿入する事が
行われているが、低圧アレスター(27)が放電すると雷サージ放電電流(2’)を
高圧受電キュービクル(13)に引き込む結果になり、被害の範囲を拡大する。

特開平11-185575では、地絡保護継電器(5)を高圧気中開閉器(4) に内蔵しているが地絡保護継電器(5)の試験ができないので変電所の地絡継電器との協調がとれない。又、避雷器(6)の接地と高圧気中開閉器(4)の外箱の接地を分離する考えであるが、同じ電柱に装柱する機器の接地を2つ互いに影響を及ぼさない様に施工するのは極めて困難です。接地線を長くすれば、リアクタンスの増加により接地の効果を削減してしまう。

雷サージ放電電流(2’)が流れても、高圧気中開閉器(4)のトリップコイル(15)や
地絡保護継電器(5)の内部回路と外箱の間に電位差が生じないようにし、この
電位差対策を根本的に解決する。
しかも、極力既に設置されている設備に容易に追加できる様にする。
しかし、自然は偉大であり、直撃雷を受けた場合は保証されない。

図３に示す様に、地絡保護継電器(５)の電源として、電気-光変換部(9)、
光ファイバーケーブル(11)、光-電気変換部(10)を増設し、絶縁エネルギー伝送を
行い、電灯用変圧器(８)の二次側と地絡保護継電器(5)の間を完全に絶縁する。

この様にすれば、雷サージ放電電流（2’）が流れて、高圧気中開閉器(4)や
地絡保護継電器(5)外箱の電位が上昇しても、トリップコイル(15)や
地絡保護継電器(5)の内部回路の電位を一緒に上昇させる事ができるので
電位差が生じない。

特開2002-93292では、地絡保護継電器(5)の電源回路に絶縁変圧器を使用して、電灯用変圧器(8)と地絡保護継電器(5)の間を絶縁する方式であるが、小型の絶縁変圧器で 50,000V以上の絶縁耐圧を確保するのは無理があると思われる。

近くの落雷や誘導雷による、高圧気中開閉器(4)や地絡保護継電器(5)の事故を
防止できるので事故停電を大幅に減少し、電力の供給信頼度が一段と向上する。

高圧気中開閉器(4)や地絡保護継電器(5)の故障は、波及事故に発展しがちで
あるが、これを防止できる。

本考案を実施する為の最良の形態を図３、図４で説明する。図5では
電気-光変換部(9)、光ファイバーケーブル(11)及び光-電気変換部(10)の
信頼度向上策を、図6は他の応用例を示す。

図３で光-電気変換部(10)の出力をAC100Vになる様にインバータを装備すれば
既設の設備に容易に追加設置できる。

図３で光-電気変換部(10)の出力を直流電圧とし、3.3V及び140Vの２種類と
すれば、既設の設備に容易に追加できる。
図４でAC100V電源を発光ダイオード(24)に印加し発光させる。直列数を
AC100Vに合わせれば変圧器が不要で経済的である。
光ファイバー(11)は多数の素線が束で構成され、２束に分けられる。
受光素子(25)は主として並列に構成され、低電圧大電流出力となる。
受光素子(26)は主として直列に構成され、高電圧小電流出力を得る。
この場合はインバータが不要で経済的である。

図5に一例を示す。電気-光変換部(9)の発光素子、光ファイバーケーブル(11)
及び光-電気変換部(10)の受光素子は、経年劣化による性能低下や断芯等
の断線故障モードが有り得るが、特に素子の直列数が多いと装置とし受ける影響
が大きくなるし確率も高くなる。
保護装置の電源は高い信頼度を求められる。
この対策として、バイパス接点(31)を設け、劣化した素子を切離し、新しい素子を
使用できる様にする。
予め、必要な直列数よるも多めに素子を準備し、この予備の素子は
バイパス接点(31)を閉じて置く。
出力電圧を監視し、電圧が低下したら、調べて劣化した素子のバイパス接点(31)
を閉じて、予備の素子のバイパス接点(31)を開く。

図６で、落雷に曝される屋外設置のディジタルセンサー(28)の情報を
屋内に設置した情報機器(29)に取込む場合に、電源供給を電線で行うと
雷害を受け故障し易かった。
電源を電池から供給する事もできるが電池の取替え等保守費用が
嵩む問題があった。
電源供給と情報伝送を光ファイバー経由で行えば、これらの問題が
一挙に解決する。
超高圧送電線の電流測定等にも応用できる。

従来の地絡保護継電器システム避雷器放電時の接地電位上昇考案の地絡保護継電器システム電気−光−電気変換部電気−光−電気変換部の劣化対策絶縁エネルギー伝送の実施例

符号の説明

１架空配電線
２、２’雷サージ
３責任分界点
４高圧気中開閉器
５地絡保護継電器
６避雷器
７接地抵抗及び接地
８電灯用変圧器
９電気-光変換部
１０光-電気変換部
１１光ファイバーケーブル
１２装柱機器
１３高圧受電キュービクル
１４高圧ケーブル
１５トリップコイル
１６零相変流器
１７接地線の誘導リアクタンス
１８接地抵抗
１９引込み柱の接地電極
２０大地地面
２１受電キュービクルの接地電極
２２制御電源
２３接地線
２４発光ダイオード群
２５受光素子群(主として並列)
２６受光素子群(主として直列)
２７低圧アレスター
２８屋外ディジタルセンサー
２９情報機器
３０ AC100V電源
３１バイパス接点
３２整流ダイオード
３３平滑コンデンサー
a 接地線上の点

Claims

高圧受電設備に於いて、避雷器放電時に装柱機器の電位が上昇し
電位の上昇しない電灯用変圧器(8)との間に高い電位差が発生する
事を防止する為に、地絡保護継電器(５)の電源として、電気-光変換部(9)
と光ファイバーケーブル(11)及び光-電気変換部(10)を備えた
地絡保護継電器(5)システム。
電気-光変換部(9)の光源より光ファイバーケーブル(11)に光を注入し
光-電気変換部(10)では、必要な制御電圧に応じて受光素子を直列又は
並列に構成した、請求項１に記載の地絡保護継電器(5)システム。
電気-光変換部(9)、光ファイバーケーブル(11)及び光-電気変換部(10)
の信頼度向上策として、発光素子及び又は受光素子と並列にバイパス
接点を装備した請求項１に記載の地絡保護継電器(5)システム。