JP3155662B2 - 地絡電流抑制装置及び地絡電流抑制方法 - Google Patents

地絡電流抑制装置及び地絡電流抑制方法

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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/08—Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
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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、発電所から需要家など
の負荷に電力を供給する電力系統の保護システムに係
り、特に地絡故障における中性点接地装置の消弧リアク
トル、配電系の補償リアクトルの補償に好適な地絡電流
抑制装置および地絡電流抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力の供給に際しては、常に地絡故障の
問題が存在する。特に、昨今のように都市部の配電系統
の地中ケーブル化や配電系統当たりの配電線総亘長の増
大に伴って、あるいは将来的には配電用変圧器の並列運
転化による合計容量の増加によって、１線地絡電流が増
加する傾向にあり、これに対する対応が望まれている。
【０００３】地絡電流の抑制には、配電系に可変リアク
トルを設ける方式がよく知られている。例えば、２２ｋ
Ｖ〜７７ｋＶの特別高圧系の消弧リアクトルは主変圧器
の中性点と対地間に接続され、送電線故障時の接地電流
の大部分を占める対地静電容量分をリアクタンスにより
打ち消すようになっている。消弧リアクトルを使用する
場合は、系統の対地静電容量を完全補償することを目標
に常時補償方式としている。補償値は送電線の亘長に合
わせて設定するため、系統構成が変化した場合は、リア
クトルを停止し、手動切替えを行っているのが現状であ
る。
【０００４】しかし、手動切替えでは、手間がかかると
ともに、変化に即時対応できないので、タップ選択を自
動化する装置が提案されている。例えば、特開昭５７−
１９３９３６号には、予め系統構成に対応する対地静電
容量に合わせたタップ切換器のタップ位置を設定し、遮
断器の開閉器情報に基づき、最適タップ位置を選択する
方式が開示されている。
【０００５】また、６．６ｋＶ系の配電線に適用されて
いる補償リアクトルは、不足補償を前提として常時補償
方式としている。現状の対地充電電流最大値は２０Ａ程
度であり、これを考慮して第２種接地工事を行ってい
る。保安の確保は、地絡保護装置の設置により図ってお
り、このため地絡時の零相電圧を確保する目的から、限
流抵抗を大きくしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の配電
系統に適用されている補償リアクトルは、不足補償を前
提とし、常時補償方式をとっている。しかし、配電系統
は自動化などにより、常に系統が変化するのに対し、補
償値はこの変化に追随できてはおらず、配電系統の静電
容量補償の最適化は実質的に行われていない。すなわ
ち、リアクトルの最適値は配電線ごとに異なり、また日
々の系統運用による系統構成の変化によっても変わる。
従って、地絡電流補償の最適化を考えた場合、リアクト
ルを適宜変更できる方式が望まれる。
【０００７】対地静電容量の補償度を調整する方法とし
て補償用リアクトルのタップを切り換える方式が知られ
ている。しかし、機械式のものでは、応答速度が分オー
ダーであり、また切り換え頻度も多くはできない。した
がって、このような機械式で行われる補償リアクトルの
調整では、地絡故障が発生したときにすぐに対応するこ
とができず、対応に時間がかかることになる。言い換え
れば、地絡故障に追従して調整することができない。そ
のため、地絡故障の対応に際しては、実質的に補償リア
クトルを固定にしているのと同じである。
【０００８】また、上述のように都市部の配電系統の地
中ケーブル化や配電系統当たりの配電線総亘長の増大、
あるいは将来的には配電用変圧器の並列運転化による合
計容量の増加によって、１線地絡電流が増加する傾向に
ある。１線地絡電流が増加すると、第２種接地工事をさ
らに低抵抗化するために接地抵抗を並列に複数設けなく
てはならなくなったり、地絡保護リレーの検出感度の維
持といった問題が生じる。
【０００９】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、電力系統の保護シス
テムの信頼性の向上を図ることにある。また、他の目的
は、地絡故障発生後に速やかに地絡電流抑制制御を行え
る地絡電流抑制装置および抑制方法を提供することにあ
る。さらに他の目的は、地絡保護リレーの検出感度を維
持できる地絡電流抑制装置を提供することにある。ま
た、さらに他の目的は、第２種接地工事をさらに低抵抗
化する必要のない地絡電流抑制装置および抑制方法を提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、電力系統の
対地静電容量補償用中性点接地リアクトルのリアクトル
量を補償して、前記電力系統の地絡電流を抑制する地絡
電流抑制装置において、前記電力系統の零相電流を検出
する零相電流検出手段と、前記電力系統の零相電圧を検
出する零相電圧検出手段と、この零相電圧検出手段によ
り検出した零相電圧値、および前記零相電流検出手段に
よって検出した零相電流値から前記電力系統の地絡故障
発生を検知する地絡故障検知手段と、前記零相電圧、お
よび零相電流から補償リアクトル量を判定する補償リア
クトル量判定手段と、前記地絡故障検知手段が前記電力
系統の地絡故障発生を検知したときに、前記補償リアク
トル量判定手段による補償リアクトル量の判定を行い、
この判定した補償リアクトル量に応じて前記リアクトル
量を制御するリアクトル量制御手段とを備えることによ
って達成される。
【００１１】この場合、対地静電容量は補償リアクトル
量判定手段が判定したリアクトル量によって補償される
ようにすればよい。この補償は、常時は完全に補償する
値より低いあらかじめ設定した値にリアクトル量を決め
て概略的に補償できるようにしておくことが望ましく、
その手段としては、例えば固定リアクトルが使用され
る。
【００１２】また、リアクトル量制御手段は、地絡故障
検知手段が地絡故障を検知したとき、速やかにリアクト
ル量を変更する。リアクトル量を変更するときには、零
相電流と零相電圧から位相差を求め、この位相差から補
償すべきリアクトル量を演算するように設定される。そ
して、接地リアクトルとしては、複数のリアクトルを直
列に接続して構成し、リアクトル量の制御は、各リアク
トルに並列に設けられ、各リアクトルの断接を行うスイ
ッチ手段とこのスイッチ手段の断接を制御する制御手段
により行われる。なお、スイッチ手段としては、半導体
スイッチを使用するとよい。
【００１３】また、上記目的は、電力系統の対地静電容
量補償用中性点接地リアクトルのリアクトル量を補償し
て、前記電力系統の地絡電流を抑制する地絡電流抑制方
法において、前記電力系統の零相電流と零相電圧を検出
し、検出した零相電圧値および零相電流値から前記電力
系統の地絡故障発生を検知し、前記電力系統の地絡故障
発生を検知したときに、前記零相電圧、および零相電流
から補償リアクトル量を判定し、この判定した補償リア
クトル量に応じて前記リアクトル量を制御することによ
っても達成される。
【００１４】
【作用】上記手段によれば、零相電流検出手段と零相電
圧検出手段とから電力系統の零相電流と零相電圧を検出
し、検出された零相電流値と零相電圧値とから地絡故障
検知手段は地絡故障の発生を検知する。一方、補償リア
クトル量判定手段は、零相電圧と零相電流とから補償リ
アクトル量を判定し、リアクトル量制御手段は地絡故障
の発生が検知されたとき、前記補償リアクトル量判定手
段による補償リアクトル量の判定を行い、この判定した
補償リアクトル量に応じて前記リアクトル量を制御す
る。これによってリアクトル量制御手段は、より適切な
リアクトル量に設定することができる。また、リアクト
ル量を対地静電容量を補償するように設定することで、
地絡電流を抑えることができる。
【００１５】この対地静電容量の補償に際しては、常時
は完全に補償する値より低いあらかじめ設定した値にリ
アクトル量を決めて概略的に補償できるようにしておけ
ば、最大の対地充電電流は減少する。そこで、地絡故障
が生じたときには、概略的な補償で補償しきれていない
分を補償するようにリアクトル量制御手段によりリアク
トル量を変更する。なお、接地リアクトルとして複数の
リアクトルを直列に接続し、各リアクトルに対してスイ
ッチ手段を接続していれば、このスイッチ手段の断接を
制御することによって高速でリアクトル量を変更するこ
とができる。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照し、本発明の実施例につい
て説明する。
【００１７】図１は、本発明の一実施例に係る地絡電流
抑制装置を配電系統に設置した状態を示す概略図であ
る。同図に示した系統は一般的な配電系統である。同図
において、配電変圧器１は遮断器２を介して、配電変電
所の母線３に連結され、母線３に対して配電線用遮断器
４ａ，４ｂを介して配電線５ａ，５ｂが接続され、この
配電線５ａ，５ｂを介して図示しない負荷に電力を供給
している。母線３にはさらに、接地型計器用変圧器６が
接続されている。図中、７は地絡故障時の地絡抵抗、８
ａ，８ｂは配電線５ａ，５ｂの対地静電容量、９ａ，９
ｂは零相変流器をそれぞれ示す。このように構成した配
電系統で、配電変圧器１の２次側のスター結線に可変リ
アクトルを持つ地絡電流抑制装置（以下、「地絡電流補
償装置」とも称する。）１０が接続されている。
【００１８】このような配電系統において、配電線５ａ
に地絡故障、すなわち１線地絡故障が発生したとする。
すると、故障電流は、地絡電流１１のＩF の成分とし
て、地絡故障が起こっている回線である故障回線５ａの
対地静電容量８ａを通じて流れる電流ＩC1、同一母線の
健全回線である健全回線５ｂの対地静電容量８ｂを通じ
て流れる電流ＩC2、接地型計器用変圧器６に流れる電流
ＩRn、および地絡電流補償装置１０を流れる電流ＩLnを
有する。故障回線５ａの零相電流ＩO1の成分は、ＩC2，
ＩRn，ＩLnである。
【００１９】図２は、このように構成された配電系統に
おける接地型計器用変圧器６での零相電圧を基準とし
て、地絡電流のベクトル関係を示したものである。地絡
電流抑制装置１０がない場合には、地絡電流ＩF は故障
回線５ａの零相電流ＩO1の電流成分ＩC1，ＩC2，ＩRnを
合成した電流となる。それに対し、地絡電流補償装置１
０がある場合は、地絡電流補償装置１０を流れる電流Ｉ
Lnによって故障回線５ａの零相電流ＩO1の電流成分
ＩC1，ＩC2，の成分が打ち消されるため、地絡電流ＩF
が抑制される。
【００２０】本実施例における地絡電流抑制装置の動作
の特徴は、概略の静電容量補償に相当するリアクトル分
を最初から挿入しておき、故障発生時、零相電圧、零相
電流からリアクトル補償量を制御装置において演算し、
補償量の調整によりＩLnを高速で可変することにある。
【００２１】図３は、図１における地絡電流補償装置１
０の構成を示す回路図である。ここでは９個のリアクト
ル１０１，１０２，１０３，・・・・，１０９を直列に
接続し、各リアクトルに並列に高速でオン・オフできる
半導体スイッチ１２２，１２３，１２３，・・・・，１
２９を接続して構成したもので、リアクトル１０１は固
定分とし、半導体スイッチは並列に接続されていない。
半導体スイッチとしては、例えばサイリスタまたはゲー
ト・ターンオフ・サイリスタを逆並列接続して構成し、
図示されていないがそれぞれに過電圧抑制素子、アノー
ドリアクトル、スナバ回路を持っている。また、各半導
体スイッチ１２２，１２３，１２３，・・・・，１２９
には、ゲート回路１３がそれぞれ接続され、ゲート回路
１３はそれぞれ制御装置１４に接続されている。また、
前記リアクトル１０１，１０２，１０３，・・・・，１
０９に並列に非接地系の高抵抗接地用の抵抗１５および
過電圧抑制素子１６がそれぞれ接続されている。また、
この地絡電流補償装置１０は、開閉器１７を介して配電
変圧器１に接続され、地絡電流抑制装置全体を変圧器１
の中性点から分離できるようになっている。
【００２２】このように構成すると、常時はこれまでの
実績から概略の補償となるリアクトル、例えば１０１〜
１０６を部分的に中性点に入れておき、故障発生時に
は、制御装置１４の指令に従うゲート回路１３からの信
号により、各半導体スイッチ１２２，１２３，・・・，
１２９をオン・オフし、地絡電流を高速に抑制すること
ができる。
【００２３】これをさらに具体的に説明する。例えば系
統電圧が６．６ｋＶ，最大対地充電電流が３０Ａ（アン
ペア）の場合、３Ａ間隔の補償リアクトルとすると、リ
アクトル１０１のインピーダンスは３０Ａに相当する１
２７Ω、リアクトル１０２のインピーダンスは、補償量
を２７Ａとすれば、全体のインピーダンスは１４１Ωと
なるため、リアクトル１０１との差分である１４Ωとな
る。以下同様に、各リアクトル１０３〜１０９の値が決
定できる。この決定値は、図にも示すようにリアクトル
１０３では１８Ω、リアクトル１０４では２２Ω、リア
クトル１０５では３０Ω、リアクトル１０６では４３
Ω、リアクトル１０７では６３Ω、リアクトル１０８で
は１０６Ω、リアクトル１０９では２１２Ωとなる。一
般に不足補償となるリアクトル設定とするので、最大対
地充電電流３０Ａに対して、補償充電電流２７Ａ相当の
リアクトルを用いることになる。このため半導体スイッ
チ１２２はオフし、他の半導体スイッチ１２３〜１２９
はオン状態となる。
【００２４】図４は実施例に係る地絡電流補償装置１０
を適用した場合の解析例である。地絡故障発生時、実効
値で３４Ａの電流が流れているが、２７Ａ相当のリアク
トルを高速投入することで大幅に地絡電流が抑制できて
いることが示されている。なお、図では地絡故障発生直
後には２５０Ａ程度のピーク値がでているが、地絡故障
発生時から１０ｍｓ程度の時間は過渡状態である。
【００２５】図５は、実施例に係る地絡電流抑制装置１
０をシステムに適用した場合の全体構成を示す回路図で
ある。適用系統は、配電変圧器１、母線３ａ，３ｂ、遮
断器４、複数の配電線５１，５２，５３，５４，５５，
５６を介して負荷に電力を供給する系統である。基本的
に地絡電流抑制装置１０主機、その制御装置１４で構成
される。符号６，６ａ，６ｂは接地型計器用変圧器、符
号６０１は接地型計器用変圧器６から制御装置１４への
伝送線路である。また、零相変流器９１，９２，９３，
９４，９５，９６は遮断器４に図に示すように接続さ
れ、電送線路９１１，９２１，９３１，９４１，９５
１，９６１を介してそれぞれ制御装置１４に接続されて
いる。また、符号８は各配電線５１〜５６の対地静電容
量（Ｃ1 , Ｃ2 , Ｃ3 , Ｃ4 , Ｃ5 , Ｃ6)である。制御
装置１４には零相変流器９１〜９６及び接地型計器用変
圧器６により検出した零相電流、零相電圧の信号が伝送
線路９１１・９２１〜９６１・６０１を介して入力さ
れ、演算後の出力命令（オン・オフ信号）を伝送線路１
３２を介して、半導体スイッチ１２２〜１２９のゲート
ドライブ回路１３に伝達する。
【００２６】なお、図５の例では、地絡電流抑制装置１
０を配電変圧器１の２次側中性点に接続した場合を示し
たが、本発明のシステムにおいては、接地型計器用変圧
器６の一次側中性点、または３次巻線中に接続するか、
さらには専用の接地変圧器を使用しても、地絡電流抑制
に同様の効果を有する。
【００２７】図６に制御装置１４の構成を示すブロック
図である。制御装置は、図６から分かるように電流、電
圧のアナログ量をサンプリングしてディジタル値に変換
する入力部１０１０、入力データを基に保護リレ−演算
処理を実行する処理部１０２０、処理結果から地絡電流
抑制装置１０に対して制御指令を伝達する出力部１０３
０、そして整定操作を実施するための整定部１０４０な
どから構成される。各入力部１０１０、処理部１０２
０、出力部１０３０の構成及び機能を以下に示す。
【００２８】入力部１０１０は伝送線路９１１〜９６１
及び６０１を介して、各配電線５１〜５６の零相電流信
号及び零相電圧が入力され、入力トランスユニット１０
１１、フィルタ部（ＦＩＬ）１０１２、サンプリングホ
ールド部（Ｓ／Ｈ）１０１３、ホールドされたデータを
順次伝達するマルチプレクサ回路（ＭＰＸ）１０１４，
アナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ）１０１５を通
して、ディジタル信号に変換され処理部１０２０に入力
される。処理部１０２０は中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１０２１およびリレー演算プログラム・演算結果等を記
憶するメモリ１０２２から構成され、ＣＰＵ１０２１に
よりサンプリングされたディジタルの入力信号の零相電
流と零相電圧から位相差を求め、地絡故障が発生したと
きに位相差からリアクトルの制御量を計算し、リアクト
ルタップの増減を判定する。そして、判定した結果をオ
ン・オフ信号として、出力部１０３０に伝達する。出力
部１０３０はディジタル出力（Ｄ／Ｏ）１０３１、補助
リレーユニット１０３２から構成され、伝送線路１３２
を介して半導体スイッチ１２２ないし１２９を制御する
ゲート回路１３に、判定した結果のオン・オフ信号を伝
達する。なお、図中Ｄ／Ｉ１０５０は外部信号を取り入
れるディジタル入力である。これによって演算形の制御
装置１４により、地絡電流抑制装置１０を高速に制御す
ることが可能である。図６のＣＰＵ１０２１での処理に
ついては後述する。
【００２９】図７は、図５の配電線５１において、１線
地絡故障が発生した場合の等価回路を示す回路図であ
る。この図から分かるように、地絡電流抑制装置１０の
効果として、高低圧混触時の低圧側電圧上昇を抑えるこ
とができる。すなわち図７の等価回路において、地絡が
発生した部分１１のＲg の両端電圧であるＶg を抑える
ように高速で補償リアクトルを可変制御することができ
る。符号６１は接地型計器用変圧器６の３次限流抵抗器
ｒn の１次換算抵抗Ｒn を示す。図７の等価回路から、
電源電圧ＶS 、零相電圧ＶO 、地絡が発生した部分の両
端電圧Ｖg をそれぞれベクトルとして（次式では、ベク
トルをアンダーライン で示す。）、 Ｖ S ＝Ｖ O ＋Ｖ g ・・・（１） であり、電源電圧ＶS は一定であることから、零相電圧
｜ＶO ｜を最大とするよう制御すれば、地絡が発生した
部分の両端電圧｜Ｖg ｜を最小にすることは可能であ
る。すなわち、 Ｖ0 ＝（Ｖ／√３）／〔１＋Ｒg ｛１／Ｒn ＋ｊωＣ＋１／ｊωＬ｝〕 ・・・（２） ただし、Ｃ＝Ｃ1 ＋Ｃ2 ＋Ｃ3 ＋Ｃ4 ＋Ｃ5 ＋Ｃ6 であ
るから、 ωＣ＝１／ωＬ ・・・（３） とするよう補償リアクトルＬを制御すれば、 Ｖ0 ＝（Ｖ／√３）｛Ｒn ／（Ｒn ＋Ｒg ）｝ ・・・（４） Ｖg ＝ＶS −Ｖ0 ＝Ｖ／√３−（Ｖ／√３）｛Ｒn ／（Ｒn ＋Ｒg ）｝ ＝（Ｖ／√３）｛Ｒg ／（Ｒn ＋Ｒg ）｝ ・・・（５） となり、Ｉg はＶ0 と同相となる。但し、零相変流器９
１のＺＣＴ1 を流れる電流ｉ01は、Ｉg からＶo に対し
て進みの電流ｉC1を引いた電流であるから、Ｖ0に対し
ては遅れ位相となる。このため、図示していないが、配
電線地絡保護リレー (方向地絡) は遅れ位相範囲で判定
することとなる。
【００３０】以上のことから、地絡保護リレー（方向地
絡）との関係で、以下に示す零相電圧最大制御方式およ
び零相電圧・零相電流同相制御方式の２つの制御方式が
考えられる。
【００３１】（ａ）零相電圧（Ｖ0)最大制御方式 この方式は零相電圧Ｖ0 に着目し、１線地絡故障時、零
相電圧Ｖ0 が最大となるよう補償リアクトルを制御する
方式である。すなわち、低圧側電圧上昇は、（５）式よ
り、 ３８１０｛Ｒg ／（Ｒn ＋Ｒg ）｝〔Ｖ〕 となることから、Ｒn によってのみ接地抵抗が規定さ
れ、いわゆる補償残りはなく、完全に地絡電流を抑制で
きる効果がある。
【００３２】このときのＣＰＵ１０２１における制御手
順を示すフローチャートを図８に示す。この制御では、
まず、故障前のリアクトルタップの初期位置を決定する
（ステップＳ１）。例えば初期位置を最大対地静電容量
の５０％程度に設定する。常時はサンプリングした零相
電圧Ｖ0 から実効値演算し（ステップＳ２，Ｓ３）、ほ
ぼ同時刻に零相電圧Ｖ0 と零相電流ｉ0 から位相差θ01
を演算する（ステップＳ４，Ｓ５）。そして、常時の整
定値と比較することにより地絡故障発生を判定する（ス
テップＳ６）。この判定で、地絡故障が発生していなけ
れば、ステップＳ１に戻って演算を繰り返す。もし、地
絡故障が発生していれば、零相電圧Ｖ0 の最大判定を実
施し、最大であればリアクトルタップを変更することな
く（ステップＳ８）、ステップＳ２およびステップＳ４
に戻って以降の処理を実行する。もし、零相電圧Ｖ0 が
最大でなければ、位相差判定を実施し（ステップＳ
９）、位相差θ01が負であればリアクトルのタップを減
じ（ステップＳ１０）、位相差θ01が正であればリアク
トルのタップを増し（ステップＳ１１）、ステップＳ２
およびステップＳ４に戻って以降の処理を実行する。
【００３３】この方式の方向地絡リレーは遅れ位相範囲
で判定するため、特性を零相変流器（ＺＣＴ）電流が接
地型計器用変圧器（ＧＰＴ）の３次電圧に対して、同相
から遅れ相を動作範囲とし、各配電線の零相変流器（Ｚ
ＣＴ）電流間の位相比較から、唯一方向が逆の配電線を
故障回線として遮断させることにより、地絡電流抑制装
置システムとしての効果がある。
【００３４】（ｂ）零相電圧（Ｖ0 ）・零相電流（ＺＣ
Ｔ電流）同相制御方式 この方式は、零相電圧Ｖ0 、零相電流（ＺＣＴ電流）ｉ
0 の両方に着目し、１線地絡故障時、零相電圧Ｖ0 と零
相電流ｉ0 が同相となるように補償リアクトルＬを制御
する方式である。この方式では、零相電圧Ｖ0 と零相電
流ｉ0 が同相となるため、地絡方向リレーは進み位相判
定の特性でよいが、いわゆる補償残りが生じる。すなわ
ち、零相電圧Ｖ0 と零相電流ｉ0 が同相であるという条
件より、 ω（Ｃ−Ｃ1 ）＝１／ωＬ ・・・（６） であるから、故障点電流Ｉg は、 Ｉg ＝（Ｖ／√３）｛（１／Ｒn ）＋ｊωＣ1 ｝ ／｛１＋Ｒg （１／Ｒn ＋ｊωＣ1 ） ・・・（７） となり、低圧側電圧上昇Ｖg は、 ｜Ｖg ｜＝｜Ｉg ｜・Ｒg ＝｜Ｖ／√３｜・√｛（Ｒg ／Ｒn ）2 ＋（ωＣ1 Ｒg ）2 ｝ ／√｛（１＋Ｒg ／Ｒn ）2 ＋（ωＣ1 Ｒg ）2 ｝ ・・・（８） となる。この方式におけるＣＰＵ１０２１の制御手順を
図９のフローチャートに示す。この制御では、まず、故
障前のリアクトルタップの初期位置を決定する（ステッ
プＳ２１）。常時はサンプリングした零相電圧Ｖ0 （ス
テップＳ２２）と零相電流ｉ0 （ステップＳ２３）から
位相差θ01を演算する（ステップＳ２４）。そして、常
時の整定値と比較することにより地絡故障発生を判定す
る（ステップＳ２５）。この判定で、地絡故障が発生し
てなければ、ステップＳ２１に戻って演算を繰り返す。
もし、地絡故障が発生していると判定されれば、零相電
圧Ｖ0 と零相電流ｉ0 の位相差θ01を判定し（ステップ
Ｓ２６）、概略θ01＝０の同相であればリアクトルタッ
プを変化させず（ステップＳ２７）、判定で位相差があ
り、θ01が正であればリアクトルタップを増し（ステッ
プＳ２８）、θ01が負であればリアクトルタップを減じ
て（ステップＳ２９）、ステップＳ２２およびＳ２３以
降の処理を繰り返す。
【００３５】これらの実施例では、配電系統を対象に説
明したが、特別高圧系の消弧リアクトルとして、主変圧
器の中性点と対地間に接続し、送電線故障時の接地電流
の大部分を占める容量分をリアクタンスにより打ち消す
方式に適用しても、地絡電流抑制の同様の効果がある。
消弧リアクトルを使用する場合は、系統の対地静電容量
を完全補償することを前提とするため、先に説明した零
相電圧最大制御方式を適用すると良い。
【００３６】
【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、請求
項１記載の発明によれば、零相電圧検出手段により検出
した零相電圧値、および零相電流検出手段によって検出
した零相電流値から地絡故障検知手段が電力系統の地絡
故障発生を検知したときに、リアクトル量制御手段が、
補償リアクトル量判定手段によって判定された補償リア
クトル量に応じて電力系統の対地静電容量補償用中性点
接地リアクトルのリアクトル量を制御するので、小電流
時の事故においても高感度で地絡事故を検出することが
できるとともに、地絡故障に対応したリアクトル量の変
更を高精度で行うことが可能になり、電力系統の保護シ
ステムの信頼性の向上を図ることができる。また、第２
種接地工事のさらなる低抵抗化を行う必要もなくなり、
配電線総亘長の増大や配電用変圧器の並列運転化にも対
応することができる。
【００３７】さらに具体的には、請求項１記載の発明に
よれば、補償リアクトル量判定手段が零相電圧および零
相電流から補償リアクトル量を判定し、前記地絡故障検
知手段が前記電力系統の地絡故障発生を検知したとき
に、前記補償リアクトル量判定手段が判定した補償リア
クトル量に応じて前記リアクトル量を制御するので、地
絡故障に対応したリアクトル量の変更が可能になり、電
力系統の保護システムの信頼性の向上を図ることができ
る。
【００３８】請求項２記載の発明によれば、補償リアク
トル量判定手段が判定した補償リアクトル量によって対
地静電容量を補償するので、地絡電流を抑えることが可
能になり、第２種接地工事のさらなる低抵抗化は不要と
なる。
【００３９】請求項３記載の発明によれば、接地リアク
トル量を、対地静電容量を完全に補償できる値より低い
あらかじめ設定した値にして概略的に補償しているの
で、最大対地充電電流を低く抑えることが可能となり、
地絡故障発生時のリアクトル量の制御量も小さく、その
分対応を迅速に行える。
【００４０】請求項４記載の発明によれば、概略補償す
る手段が固定リアクトルからなるので、低コストで当該
手段を構成することができる。
【００４１】請求項５記載の発明によれば、サンプリン
グしている零相電圧と零相電流とから地絡事故の発生を
簡単に検知することができる。
【００４２】請求項６記載の発明によれば、リアクトル
量制御手段は、地絡故障検知手段が地絡故障を検知した
とき、速やかにリアクトル量を変更するので、迅速に地
絡故障の発生に対応して地絡電流を低く抑えることがで
きる。
【００４３】請求項７、８、９記載の発明によれば、リ
アクトル量制御手段は位相差を検出して演算するので、
高速で精度のよい演算が可能になり、リアクトル量の対
地静電容量の補償精度が向上する。
【００４４】請求項１０記載の発明によれば、制御手段
とスイッチ手段を介してリアクトルの断接を個々に行う
ので変更すべきリアクトル量に応じて速やかに制御で
き、迅速に地絡故障の発生に対応して地絡電流を低く抑
えることができる。
【００４５】請求項１１記載の発明によれば、スイッチ
手段を半導体スイッチによって構成しているので、切り
換え制御が高速に、かつ、確実に行える。
【００４６】請求項１２記載の発明によれば、前記電力
系統の零相電流と零相電圧を検出し、検出した零相電圧
値および零相電流値から前記電力系統の地絡故障発生を
検知し、前記電力系統の地絡故障発生を検知したとき
に、前記零相電圧、および零相電流から補償リアクトル
量を判定し、この判定した補償リアクトル量に応じて前
記リアクトル量を制御するので、請求項１記載の発明と
同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る地絡電流抑制装置の概略
構成を示す回路図である。
【図２】地絡電流抑制の原理を説明するための説明図で
ある。
【図３】実施例に係る地絡電流抑制装置におけるリアク
トルとリアクトル量変更のための要部を示す回路図であ
る。
【図４】実施例における抑制効果を示す測定図である。
【図５】実施例に係る地絡電流抑制装置のシステム構成
図である。
【図６】図５における制御装置の構成を示すブロック図
である。。
【図７】１線地絡故障が発生した場合の図５の等価回路
図である。
【図８】零相電圧最大制御方式における制御手順を示す
フローチャートである。
【図９】零相電圧・零相電流間同相制御方式における制
御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 配電変圧器 ３ 母線 ５ａ，５ｂ 配電線 ６ 計器用変圧器 ７ 地絡抵抗 ８ａ，８ｂ 対地静電容量 ９ａ，９ｂ 零相変流器 １０ 地絡電流抑制装置（地絡電流補償装置） １１ 地絡が発生した部分 １３ 半導体スイッチのゲート回路 １４ 制御装置 ５１〜５６ 配電線 ９１〜９６ 零相変流器 １０１ 固定リアクトル １０２〜１０９ リアクトル １２２〜１２９ 半導体スイッチ １０１０ 入力部 １０２０ 処理部 １０２１ 中央演算処理装置（ＣＰＵ） １０３０ 出力部 １０３２ 補助リレーユニット １０４０ 整定部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 義明 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株 式会社 日立製作所 国分工場内 (72)発明者 山極 時生 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株 式会社 日立製作所 国分工場内 (72)発明者 杉本 重幸 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の１ 中部電力株式会社 電力技術研 究所内 (72)発明者 根尾 定紀 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の１ 中部電力株式会社 電力技術研 究所内 (56)参考文献 特開 昭57−193935（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−227625（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−20243（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02H 9/08 H02H 3/34 H02H 3/38

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電力系統の対地静電容量補償用中性点接
    地リアクトルのリアクトル量を補償して、前記電力系統
    の地絡電流を抑制する地絡電流抑制装置において、 前記電力系統の零相電流を検出する零相電流検出手段
    と、 前記電力系統の零相電圧を検出する零相電圧検出手段
    と、 この零相電圧検出手段により検出した零相電圧値、およ
    び前記零相電流検出手段によって検出した零相電流値か
    ら前記電力系統の地絡故障発生を検知する地絡故障検知
    手段と、 前記零相電圧、および零相電流から補償リアクトル量を
    判定する補償リアクトル量判定手段と、 前記地絡故障検知手段が前記電力系統の地絡故障発生を
    検知したときに、前記補償リアクトル量判定手段による
    補償リアクトル量の判定を行い、この判定した補償リア
    クトル量に応じて前記リアクトル量を制御するリアクト
    ル量制御手段と、 を備えていることを特徴とする地絡電流抑制装置。
  2. 【請求項２】 前記補償リアクトル量判定手段が判定し
    た補償リアクトル量によって対地静電容量を補償するこ
    とを特徴とする請求項１記載の地絡電流抑制装置。
  3. 【請求項３】 常時は前記対地静電容量を完全に補償す
    る値より低いあらかじめ設定した値に接地リアクトル量
    を規定する手段をさらに備えていることを特徴とする請
    求項２記載の地絡電流抑制装置。
  4. 【請求項４】 前記あらかじめ設定した値に規定する手
    段が、固定リアクトルからなることを特徴とする請求項
    ３記載の地絡電流抑制装置。
  5. 【請求項５】 前記地絡故障検知手段は、サンプリング
    した零相電圧と零相電流との間の位相差と、常時の整定
    値との比較によって地絡故障発生の有無を検知すること
    を特徴とする請求項１記載の地絡電流抑制装置。
  6. 【請求項６】 前記リアクトル量制御手段は、地絡故障
    検知手段が地絡故障を検知したとき、速やかにリアクト
    ル量を変更することを特徴とする請求項１記載の地絡電
    流抑制装置。
  7. 【請求項７】 前記リアクトル量制御手段は、零相電流
    と零相電圧から位相差を求め、この位相差から補償すべ
    きリアクトル量を演算し、リアクトル量を変更すること
    を特徴とする請求項６記載の地絡電流抑制装置。
  8. 【請求項８】 前記リアクトル量制御手段は零相電圧の
    最大値を判定し、最大でないときに前記位相差の正負に
    よってリアクトル量を増減することを特徴とする請求項
    ７記載の地絡電流抑制装置。
  9. 【請求項９】 前記リアクトル量制御手段は、零相電圧
    と零相電流との位相差を比較し、同相でないときに位相
    差の正負によってリアクトル量を増減することを特徴と
    する請求項７記載の地絡電流抑制装置。
  10. 【請求項１０】 前記接地リアクトルが複数のリアクト
    ルを直列に接続してなり、リアクトル量制御手段が各リ
    アクトルに並列に設けられ、各リアクトルの断接を行う
    スイッチ手段及びこのスイッチ手段の断接を制御する制
    御手段からなることを特徴とする請求項１記載の地絡電
    流抑制装置。
  11. 【請求項１１】 前記スイッチ手段が半導体スイッチか
    らなることを特徴とする請求項１０記載の地絡電流抑制
    装置。
  12. 【請求項１２】 電力系統の対地静電容量補償用中性点
    接地リアクトルのリアクトル量を補償して、前記電力系
    統の地絡電流を抑制する地絡電流抑制方法において、 前記電力系統の零相電流と零相電圧を検出し、 検出した零相電圧値および零相電流値から前記電力系統
    の地絡故障発生を検知し、 前記電力系統の地絡故障発生を検知したときに、前記零
    相電圧、および零相電流から補償リアクトル量を判定
    し、この判定した補償リアクトル量に応じて前記リアク
    トル量を制御することを特徴とする地絡電流抑制装置。
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