JP3666845B2 - スポットネットワーク受電設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビルディング用電気負荷等に電力を供給するスポットネットワーク受電設備に関するもので、特に、ネットワーク回線に設置されるネットワーク継電器の差電圧検出機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来のスポットネットワーク受電設備の一例を示すもので、（Ａ）は主回路機器構成、（Ｂ）はプロテクタ遮断器の極間に発生する差電圧のモデル回路、（Ｃ）は差電圧ベクトルとネットワーク継電器の差電圧検出機能の特性の関係、（Ｄ）はネットワーク継電器の差電圧検出機能のブロック図、（Ｅ）は差電圧検出機能の内部構成をそれぞれ示す図である。 図３（Ａ）に示すように、２本の配電線１ａ，１ｂは、それぞれ配電線遮断器２ａ，２ｂを介して商用電源３に接続されている。そして、各配電線１ａ，１ｂは所定位置でネットワーク回線４ａ，４ｂに分岐しており、ネットワーク母線５に接続している。各ネットワーク回線４ａ，４ｂは、それぞれ配電線１ａ，１ｂとネットワーク母線５との間に直列に挿入された一次開閉器６ａ，６ｂと、ネットワーク変圧器７ａ，７ｂと、ネットワーク変流器８ａ，８ｂと、プロテクタ遮断器９ａ，９ｂとを備えている。なお、１０ａ，１０ｂはネットワーク回線４ａ，４ｂに設けられたネットワーク継電器である。
【０００３】
スポットネットワーク受電設備の通常の運転状態では、一次開閉器６ａ，６ｂとプロテクタ遮断器９ａ，９ｂは投入状態であり、配電線１ａと配電線１ｂの負荷は平衡している。そして、ネットワーク継電器１０ａ，１０ｂが常時ネットワーク変圧器７ａ，７ｂの二次相電圧と電流とネットワーク母線５の相電圧を監視しており、ネットワーク継電器１０ａ，１０ｂの制御信号に基づいてプロテクタ遮断器９ａ，９ｂを自動開閉制御し、個々のネットワーク回線４ａ，４ｂを配電線１ａ，１ｂやネットワーク母線５から切り離したり、接続したりする。
【０００４】
上記制御の一例として、ネットワーク継電器１０ａによるプロテクタ遮断器９ａの自動開閉制御について述べる。
配電線１ａの計画停電のため配電線遮断器２ａを開放する場合は、ネットワーク回線４ａには配電線１ｂからネットワーク回線４ｂおよびネットワーク母線５を経由して逆電力が発生する。これをネットワーク継電器１０ａの逆電力検出機能が検出し、この制御信号によりプロテクタ遮断器９ａは開放され、配電線１ａは停電状態になる。
また、配電線１ａに短絡事故が発生した場合は、配電線遮断器２ａは開放されるが、計画停電と同様にネットワーク回線４ａには配電線１ｂからネットワーク回線４ｂおよびネットワーク母線５を経由して逆電力が発生する。これをネットワーク継電器１０ａの逆電力検出機能が検出し、この制御信号によりプロテクタ遮断器９ａは開放され、配電線１ａは停電状態になる。
計画停電の終了や短絡事故の復旧により配電線１ａが復電したときに、スポットネットワーク受電設備にある程度の負荷の発生に伴って有効電力が発生していれば、プロテクタ遮断器９ａの極間に差電圧が発生する。これをネットワーク継電器１０ａの差電圧検出機能が検出し、この制御信号によりプロテクタ遮断器９ａは投入され、通常の運転状態に戻る。これらの制御によって、スポットネットワーク受電設備は通常の運転状態においてネットワーク回線４ａ，４ｂの両方から受電することができ、負荷に電力を安定供給でき、かつ、電力供給信頼度を高めることができる。
【０００５】
また、図３（Ｂ）に示すように、上記差電圧検出機能への入力であるプロテクタ遮断器９ａの開放時の極間に発生する差電圧ベクトルＶについては、配電線インピーダンスベクトルＺＬ、ネットワーク変圧器インピーダンスベクトルＺＴ、負荷電流ベクトルＩＮ、不平衡電流ベクトルＩＲを用いたモデル回路で表される。また、インピーダンスベクトルの大きさの関係は、｜ＺＬ｜《｜ＺＴ｜である。配電線１ａの負荷が通常の運転状態のとき、すなわち不平衡電流ベクトルＩＲが０であるときの差電圧ベクトルＶの理論式は近似的に次のように表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】
図３（Ｃ）に示すように、数１式のベクトルの関係については、負荷電流ベクトル２８に対する差電圧ベクトル２７の位相はネットワーク変圧器インピーダンス角２９だけ進んでおり、その大きさは負荷電流ベクトル２８の大きさに比例して増減する。また、通常の運転状況では、ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対する負荷電流ベクトル２８の負荷電流位相角３０は、ネットワーク母線５の電圧上昇を防止するため、０度より遅れ方向に維持され、かつ、ネットワーク変圧器インピーダンス角２９の角度は８０度から８５度であるため、差電圧ベクトル２７は座標の第１象限又は第４象限に存在する。
【０００８】
また、ネットワーク継電器１０ａの差電圧検出機能は差電圧検出感度特性２１と差電圧位相特性２２を備えている。差電圧検出感度特性２１は、ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み方向へ最高感度角２４の固定された傾きを持つ最高感度直線２５と直交する直線で表され、その位置は最高感度直線２５上を原点から検出感度２６だけ移動した位置に配置される。最高感度角２４については、上記差電圧ベクトル２７が座標の第１象限又は第４象限に存在するため、最高感度角２４は０度でよいが、ネットワーク継電器１０ａ，１０ｂの製作上の容易さから、逆電力検出機能の逆電力検出感度特性３３の最高感度角である１度から５度程度としている場合が多い。
【０００９】
一方、差電圧位相特性２２は原点を通る直線で表され、その傾きである位相角整定値は可変であり、通常ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み方向に５度から遅れ方向に２０度の範囲内に整定される。最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が検出感度２６以上（差電圧ベクトル２７と差電圧検出感度特性２１が交差している状態を示している）であり、かつ、その位相が差電圧位相特性２２より進み１８０度以内である状態のときに差電圧検出機能が制御信号を出力し、プロテクタ遮断器９ａを投入制御する。上記の一連の動作は配電線１ｂにおいても同様である。
【００１０】
また、図３（Ｄ）に示すように、差電圧検出機能は中央処理部４１を中心にして、これに電圧入力部４２、差電圧検出感度特性検出感度入力器４４、差電圧位相特性位相角入力器４５、出力部４６をそれぞれ接続したものであり、これらはいずれもネットワーク継電器１０ａ，１０ｂに搭載される。電圧入力部４２はネットワーク変圧器７ａ，７ｂの二次相電圧とネットワーク母線５の相電圧を入力する。また、差電圧検出感度特性検出感度入力器４４は差電圧検出感度特性２１の検出感度２６の大きさの整定を行い、差電圧位相特性位相角入力器４５は差電圧位相特性２２の位相角の整定を行う。
電圧入力部４２と差電圧検出感度特性検出感度入力器４４と差電圧位相特性位相角入力器４５の出力は中央処理部４１に記憶された演算式のパラメータであり、中央処理部４１はこれらの情報を演算式に代入し、図３（Ｃ）の関係を演算する。中央処理部４１は演算結果の数値の符号が正のときに出力部４６に制御信号を出力する指令を出力する。出力部４６は中央処理部４１の指令に基づき外部に制御信号を出力する。
【００１１】
また、図３（Ｅ）に差電圧検出機能の内部構成を示す。電圧入力部４２は変圧器６１と高調波フィルタ６２とＡ／Ｄ変換器６３を直列に接続した回路で構成する。変圧器６１はネットワーク変圧器７ａ，７ｂの二次相電圧とネットワーク母線５の相電圧であるアナログ電圧入力を高調波フィルタ６２とＡ／Ｄ変換器６３の定格電圧以下に変圧する。高調波フィルタ６２は変圧器６１で変圧したアナログ電圧に含まれる高調波成分を除去し、正弦波成分のみを出力する。Ａ／Ｄ変換器６３は高調波フィルタ６２からの正弦波のアナログ電圧をデジタル信号に変換し、出力する。
差電圧検出感度特性検出感度入力器４４は検出感度選択部６４とメモリ６５を直列に接続した回路で構成する。検出感度選択部６４は差電圧検出感度特性２１の検出感度２６の整定値を複数備えており、そのうちの一つを人間が選択する。メモリ６５は検出感度選択部６４で選択された整定値に基づきデジタル信号を出力する。
【００１２】
差電圧位相特性位相角入力器４５は位相角選択部６６とメモリ６７を直列に接続した回路で構成する。位相角選択部６６は差電圧位相特性２２の位相角の整定値を複数備えており、そのうちの一つを人間が選択する。メモリ６７は位相角選択部６６で選択された整定値に基づきデジタル信号を出力する。
中央処理部４１はＣＰＵ７０で構成する。ＣＰＵ７０はＡ／Ｄ変換器６３とメモリ６５とメモリ６７からの入力を受け、これに基づいて演算し、デジタル信号を出力するか否かを判定する。
出力部４６はリレー駆動部７１とリレー７２で構成する。リレー駆動部７１はＣＰＵ７０からのデジタル信号が入力されたときにアナログ電圧を出力する。リレー７２はリレー駆動部７１からのアナログ電圧を受けて接点出力を行う。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスポットネットワーク受電設備では、通常の運転状態、すなわち配電線１ａ，１ｂの負荷が平衡している状態において、何らかの原因により負荷電流ベクトル２８の負荷電流位相角３０が進むことがある。このときに、プロテクタ遮断器９ａが開放状態になると、差電圧ベクトル２７の位相角は負荷電流位相角３０とネットワーク変圧器インピーダンス角２９を加えた角度になる。したがって、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分は減少する。
【００１４】
この状況において、プロテクタ遮断器９ａの投入制御を行うには、最高感度角２４を拡大させるか、又は、差電圧ベクトル２７の大きさを増加させる必要がある。しかし、最高感度角２４は固定値であるため、拡大することはできない。つまり、負荷電流ベクトル２８の大きさを増加させねばならない。言い換えれば、ネットワーク継電器１０ａによるプロテクタ遮断器９ａの投入制御は負荷電流ベクトル２８が小さいときには容易にはできない。さらに、差電圧ベクトル２７が最高感度直線２５に対して９０度以上進みになり、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が０になったときは、負荷電流ベクトル２８の大きさを無限大に増加させてもプロテクタ遮断器９ａの投入制御は不可能である。
【００１５】
また、通常運転時には配電線１ａ，１ｂの負荷は平衡しているが、何らかの原因により配電線１ａの負荷が配電線１ｂよりも重負荷となったとき、すなわち不平衡になったときは、差電圧ベクトルＶの理論式は次のように表される。
【００１６】
【数２】
【００１７】
配電線１ａ，１ｂ間の負荷が不平衡のときは数２式の右辺第２項の影響により、プロテクタ遮断器９ａの開放時における極間の差電圧は平衡時よりも減少し、差電圧ベクトル２７の大きさも同様に減少することがわかる。つまり、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分も減少する。この状況においても、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、プロテクタ遮断器９ａの投入制御を行うには、負荷電流ベクトル２８の大きさを増加させねばならない。
上記二つの課題は配電線１ｂにおいても同様である。
【００１８】
そこで、本発明は負荷電流を極力増大させることなく、容易にプロテクタ遮断器の投入制御ができ、これによって電力を安定供給でき、かつ、供給信頼度を高めることができるスポットネットワーク受電設備を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のスポットネットワーク受電設備においては、ネットワーク回線およびネットワーク母線の電圧を入力する電圧入力部と、感度特性の検出感度の大きさを整定する差電圧検出感度特性検出感度入力器と、位相特性の位相角を整定する差電圧位相特性位相角入力器と、前記電圧入力部と前記差電圧検出感度特性検出感度入力器と前記差電圧位相特性位相角入力器からの情報を演算し、出力部に制御信号を出力する指令を出力するか否かを判定する中央処理部で構成される差電圧検出機能においては、最高感度角を可変にする差電圧検出感度特性最高感度角入力器を設定する。
請求項２記載のスポットネットワーク受電設備においては、最高感度角の範囲は０度からネットワーク変圧器インピーダンス角の間とする。
【００２０】
上記スポットネットワーク受電設備においては、従来と比較して差電圧ベクトルの有効分が検出感度以上になるときの負荷電流ベクトルの大きさを削減でき、より小さい負荷電流で差電圧検出機能の制御信号の出力が可能になる。また、負荷電流ベクトルの位相角が極端な進みのときや、配電線間の負荷が不平衡のときでも差電圧検出機能の制御信号の出力が可能になる。すなわち、プロテクタ遮断器の投入制御を容易に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の一例で、（Ａ）はネットワーク継電器の差電圧検出機能のブロック図、（Ｂ）は差電圧検出機能の内部構成をそれぞれ示している。図２は差電圧検出機能の位相特性と差電圧ベクトルの関係を示しており、（Ａ）は負荷力率が遅れのとき、すなわち負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して遅れのとき、（Ｂ）は負荷力率が進みのとき、すなわち負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して進みのとき、（Ｃ）は負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して進み９０度、すなわち負荷電流の有効分が０のとき、（Ｄ）は配電線間の負荷が不平衡のとき、（Ｅ）は最高感度角の整定方法をそれぞれ示している。
図１（Ａ）において、ネットワーク継電器の差電圧検出機能には、中央処理部５１を中心にして、これに電圧入力部４２、差電圧検出感度特性検出感度入力器４４、差電圧位相特性位相角入力器４５、出力部４６、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７がそれぞれ接続され、これらはいずれもネットワーク継電器１０ａ，１０ｂに搭載される。差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７は差電圧検出感度特性２１の最高感度角２４の整定を行う。中央処理部５１は電圧入力部４２、差電圧検出感度特性検出感度入力器４４、差電圧位相特性位相角入力器４５、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７から入力を受ける。電圧入力部４２と差電圧検出感度特性検出感度入力器４４と差電圧位相特性位相角入力器４５と差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７の出力は中央処理部５１に記憶された演算式のパラメータであり、中央処理部５１はこれらの情報を演算式に代入し、後述の図２（Ａ）の関係を演算する。
【００２２】
図１（Ｂ）において、差電圧検出機能の内部構成では、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７は整定値選択部６８とメモリ６９を直列に接続した回路で構成する。最高感度角選択部６８は差電圧検出感度特性２１の最高感度角２４の整定値を複数備えており、そのうちの一つを人間が選択する。メモリ６９は最高感度角選択部６８で選択された整定値に基づきデジタル信号を出力する。
中央処理部５１はＣＰＵ８０で構成する。ＣＰＵ８０はＡ／Ｄ変換器６３とメモリ６５とメモリ６７とメモリ６９からの入力を受け、これに基づいて演算し、デジタル信号を出力するか否かを判定する。
【００２３】
図２（Ａ）において、差電圧検出機能の位相特性には、差電圧検出感度特性２１と差電圧位相特性２２が備えられる。差電圧検出感度特性２１は、ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み方向へ最高感度角２４の傾きを持つ最高感度直線２５と直交する直線で表され、その位置は最高感度直線２５上において原点から検出感度２６だけ移動した位置に配置される。最高感度角２４は可変であり、その整定範囲は０度以上ネットワーク変圧器インピーダンス角２９以下で、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が増加する方向に増大され、整定される。
【００２４】
一方、差電圧位相特性２２は原点を通る直線で表され、その傾きは可変であり、通常ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み方向に５度から遅れ方向に２０度の範囲内に整定される。最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が検出感度２６以上であり、かつ、差電圧ベクトル２７の位相が差電圧位相特性２２より進み１８０度以内である状態のときに差電圧検出機能が制御信号を出力する。
【００２５】
上記発明のスポットネットワーク受電設備においては、図２（Ｂ）に示すように、負荷力率が進みのとき、すなわち負荷電流ベクトル２８の負荷電流位相角３０がネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進みのときは、差電圧ベクトル２７の進み位相角はネットワーク変圧器インピーダンス角２９に負荷電流位相角３０を加えた角度になるが、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７によって最高感度角２４を拡大して整定することにより、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、検出感度２６以上とすることができる。
【００２６】
次に、図２（Ｃ）に示すように、負荷電流ベクトル２８の負荷電流位相角３０がネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み９０度、すなわち負荷電流の有効分が０のときは、差電圧ベクトル２７の進み位相角は負荷電流位相角３０である９０度にネットワーク変圧器インピーダンス角２９を加えた角度になる。このとき、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７によって最高感度角２４を整定範囲の最大値であるネットワーク変圧器インピーダンス角２９と同じ角度まで拡大して整定すると、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分は０になる。この状態から負荷が発生し、負荷電流の有効分が増加すると、負荷電流ベクトル２８と差電圧ベクトル２７は遅れ方向に推移し、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が増加する。
これにより、負荷電流位相角３０が極端な進みであっても、ある程度負荷電流ベクトル２８を増加させることにより、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、検出感度２６以上とすることができる。
【００２７】
次に、図２（Ｄ）に示すように、配電線１ａ，１ｂの負荷が不平衡のときは、差電圧ベクトル２７は負荷差電圧ベクトル３１と不平衡差電圧ベクトル３２の合成で表され、その大きさは平衡時よりも減少し、その位相も推移する。このため、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分は減少するので、検出感度２６以上とすることができる。しかし、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７によって最高感度角２４を拡大することにより最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、検出感度２６以上とすることができる。
【００２８】
次に、図２（Ｅ）に最高感度角２４の整定方法を示す。最高感度角２４が負荷電流位相角３０とネットワーク変圧器インピーダンス角２９を加え９０度を引いた角度に等しい場合は、差電圧ベクトル２７が差電圧検出感度特性２１と平行な状態になるが、負荷電流ベクトル２８の大きさに係わらず最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分は０であり、検出感度２６以上にすることはできない。この状態から負荷電流ベクトル２８が遅れ方向に推移すると、差電圧ベクトル２７も遅れ方向に推移し、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が増加するので、ある程度負荷電流ベクトル２８を増加させることにより、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、検出感度２６以上とすることができる。したがって、最高感度角２４の整定方法としては、スポットネットワーク受電設備ごとに差電圧の検出に必要な最大進み負荷電流位相角を決定しておき、これにネットワーク変圧器インピーダンス角２９を加え９０度を引いた角度を最高感度角２４に整定する。これにより、負荷電流位相角３０が負荷電流最大進み位相角よりも遅れ方向の範囲で差電圧の検出が可能になる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明のスポットネットワーク受電設備によれば、最高感度角が可変であるので、自由に最高感度角を拡大して整定することができる。
請求項２記載の発明のスポットネットワーク受電設備によれば、小さい負荷電流のときや、負荷電流の位相の極端な進みのときや、配電線間の負荷が不平衡のときでも差電圧検出機能の制御信号の出力が可能になる。すなわち、プロテクタ遮断器の投入制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスポットネットワーク受電設備の実施の形態の一例で、（Ａ）はネットワーク継電器の差電圧検出機能のブロック図、（Ｂ）は差電圧検出機能の内部構成をそれぞれ表した図である。
【図２】そのネットワーク継電器の差電圧検出機能の位相特性と差電圧ベクトルの関係を表しており、（Ａ）は負荷力率が遅れのとき、すなわち負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して遅れのとき、（Ｂ）は負荷力率が進みのとき、すなわち負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して進みのとき、（Ｃ）は負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して進み９０度、すなわち負荷電流の有効分が０のとき、（Ｄ）は配電線間の負荷が不平衡のとき、（Ｅ）は最高感度角の整定方法をそれぞれ表した図である。
【図３】従来のスポットネットワーク受電設備の実施の形態の一例で、（Ａ）は主回路機器構成、（Ｂ）はプロテクタ遮断器の極間に発生する差電圧のモデル回路、（Ｃ）は差電圧ベクトルとネットワーク継電器の差電圧検出機能の位相特性の関係、（Ｄ）はネットワーク継電器の差電圧検出機能を示すブロック図、（Ｅ）は差電圧検出機能の内部構成をそれぞれ表した図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 配電線
４ａ，４ｂ ネットワーク回線
５ ネットワーク母線
７ａ，７ｂ ネットワーク変圧器
９ａ，９ｂ プロテクタ遮断器
１０ａ，１０ｂ ネットワーク継電器
２１ 差電圧検出感度特性
２２ 差電圧位相特性
２３ ネットワーク母線相電圧ベクトル
２４ 最高感度角
２５ 最高感度直線
２６ 検出感度
２７ 差電圧ベクトル
２８ 負荷電流ベクトル
２９ ネットワーク変圧器インピーダンス角
３０ 負荷電流位相角
３１ 負荷差電圧ベクトル
３２ 不平衡差電圧ベクトル
４１ 中央処理部
４２ 電圧入力
４４ 差電圧検出感度特性検出感度入力器
４５ 差電圧位相特性位相角入力器
４６ 出力部
４７ 差電圧検出感度特性最高感度角入力器
５１ 中央処理部
６３ Ａ／Ｄ変換器
６８ 最高感度角整定部
６９ メモリ
７０ ＣＰＵ
７１ リレー駆動部
８０ ＣＰＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビルディング用電気負荷等に電力を供給するスポットネットワーク受電設備に関するもので、特に、ネットワーク回線に設置されるネットワーク継電器の差電圧検出機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来のスポットネットワーク受電設備の一例を示すもので、（Ａ）は主回路機器構成、（Ｂ）はプロテクタ遮断器の極間に発生する差電圧のモデル回路、（Ｃ）は差電圧ベクトルとネットワーク継電器の差電圧検出機能の特性の関係、（Ｄ）はネットワーク継電器の差電圧検出機能のブロック図、（Ｅ）は差電圧検出機能の内部構成をそれぞれ示す図である。 図３（Ａ）に示すように、２本の配電線１ａ，１ｂは、それぞれ配電線遮断器２ａ，２ｂを介して商用電源３に接続されている。そして、各配電線１ａ，１ｂは所定位置でネットワーク回線４ａ，４ｂに分岐しており、ネットワーク母線５に接続している。各ネットワーク回線４ａ，４ｂは、それぞれ配電線１ａ，１ｂとネットワーク母線５との間に直列に挿入された一次開閉器６ａ，６ｂと、ネットワーク変圧器７ａ，７ｂと、ネットワーク変流器８ａ，８ｂと、プロテクタ遮断器９ａ，９ｂとを備えている。なお、１０ａ，１０ｂはネットワーク回線４ａ，４ｂに設けられたネットワーク継電器である。
【０００３】
スポットネットワーク受電設備の通常の運転状態では、一次開閉器６ａ，６ｂとプロテクタ遮断器９ａ，９ｂは投入状態であり、配電線１ａと配電線１ｂの負荷は平衡している。そして、ネットワーク継電器１０ａ，１０ｂが常時ネットワーク変圧器７ａ，７ｂの二次相電圧と電流とネットワーク母線５の相電圧を監視しており、ネットワーク継電器１０ａ，１０ｂの制御信号に基づいてプロテクタ遮断器９ａ，９ｂを自動開閉制御し、個々のネットワーク回線４ａ，４ｂを配電線１ａ，１ｂやネットワーク母線５から切り離したり、接続したりする。
【０００４】
上記制御の一例として、ネットワーク継電器１０ａによるプロテクタ遮断器９ａの自動開閉制御について述べる。
配電線１ａの計画停電のため配電線遮断器２ａを開放する場合は、ネットワーク回線４ａには配電線１ｂからネットワーク回線４ｂおよびネットワーク母線５を経由して逆電力が発生する。これをネットワーク継電器１０ａの逆電力検出機能が検出し、この制御信号によりプロテクタ遮断器９ａは開放され、配電線１ａは停電状態になる。
また、配電線１ａに短絡事故が発生した場合は、配電線遮断器２ａは開放されるが、計画停電と同様にネットワーク回線４ａには配電線１ｂからネットワーク回線４ｂおよびネットワーク母線５を経由して逆電力が発生する。これをネットワーク継電器１０ａの逆電力検出機能が検出し、この制御信号によりプロテクタ遮断器９ａは開放され、配電線１ａは停電状態になる。
計画停電の終了や短絡事故の復旧により配電線１ａが復電したときに、スポットネットワーク受電設備にある程度の負荷の発生に伴って有効電力が発生していれば、プロテクタ遮断器９ａの極間に差電圧が発生する。これをネットワーク継電器１０ａの差電圧検出機能が検出し、この制御信号によりプロテクタ遮断器９ａは投入され、通常の運転状態に戻る。これらの制御によって、スポットネットワーク受電設備は通常の運転状態においてネットワーク回線４ａ，４ｂの両方から受電することができ、負荷に電力を安定供給でき、かつ、電力供給信頼度を高めることができる。
【０００５】
また、図３（Ｂ）に示すように、上記差電圧検出機能への入力であるプロテクタ遮断器９ａの開放時の極間に発生する差電圧ベクトルＶについては、配電線インピーダンスベクトルＺＬ、ネットワーク変圧器インピーダンスベクトルＺＴ、負荷電流ベクトルＩＮ、不平衡電流ベクトルＩＲを用いたモデル回路で表される。また、インピーダンスベクトルの大きさの関係は、｜ＺＬ｜《｜ＺＴ｜である。配電線１ａの負荷が通常の運転状態のとき、すなわち不平衡電流ベクトルＩＲが０であるときの差電圧ベクトルＶの理論式は近似的に次のように表される。
【０００６】
【数１】
図３（Ｃ）に示すように、数１式のベクトルの関係については、負荷電流ベクトル２８に対する差電圧ベクトル２７の位相はネットワーク変圧器インピーダンス角２９だけ進んでおり、その大きさは負荷電流ベクトル２８の大きさに比例して増減する。また、通常の運転状況では、ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対する負荷電流ベクトル２８の負荷電流位相角３０は、ネットワーク母線５の電圧上昇を防止するため、０度より遅れ方向に維持され、かつ、ネットワーク変圧器インピーダンス角２９の角度は８０度から８５度であるため、差電圧ベクトル２７は座標の第１象限又は第４象限に存在する。
【０００８】
また、ネットワーク継電器１０ａの差電圧検出機能は差電圧検出感度特性２１と差電圧位相特性２２を備えている。差電圧検出感度特性２１は、ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み方向へ最高感度角２４の固定された傾きを持つ最高感度直線２５と直交する直線で表され、その位置は最高感度直線２５上を原点から検出感度２６だけ移動した位置に配置される。最高感度角２４については、上記差電圧ベクトル２７が座標の第１象限又は第４象限に存在するため、最高感度角２４は０度でよいが、ネットワーク継電器１０ａ，１０ｂの製作上の容易さから、逆電力検出機能の逆電力検出感度特性３３の最高感度角である１度から５度程度としている場合が多い。
【０００９】
一方、差電圧位相特性２２は原点を通る直線で表され、その傾きである位相角整定値は可変であり、通常ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み方向に５度から遅れ方向に２０度の範囲内に整定される。最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が検出感度２６以上（差電圧ベクトル２７と差電圧検出感度特性２１が交差している状態を示している）であり、かつ、その位相が差電圧位相特性２２より進み１８０度以内である状態のときに差電圧検出機能が制御信号を出力し、プロテクタ遮断器９ａを投入制御する。上記の一連の動作は配電線１ｂにおいても同様である。
【００１０】
また、図３（Ｄ）に示すように、差電圧検出機能は中央処理部４１を中心にして、これに電圧入力部４２、差電圧検出感度特性検出感度入力器４４、差電圧位相特性位相角入力器４５、出力部４６をそれぞれ接続したものであり、これらはいずれもネットワーク継電器１０ａ，１０ｂに搭載される。電圧入力部４２はネットワーク変圧器７ａ，７ｂの二次相電圧とネットワーク母線５の相電圧を入力する。また、差電圧検出感度特性検出感度入力器４４は差電圧検出感度特性２１の検出感度２６の大きさの整定を行い、差電圧位相特性位相角入力器４５は差電圧位相特性２２の位相角の整定を行う。
電圧入力部４２と差電圧検出感度特性検出感度入力器４４と差電圧位相特性位相角入力器４５の出力は中央処理部４１に記憶された演算式のパラメータであり、中央処理部４１はこれらの情報を演算式に代入し、図３（Ｃ）の関係を演算する。中央処理部４１は演算結果の数値の符号が正のときに出力部４６に制御信号を出力する指令を出力する。出力部４６は中央処理部４１の指令に基づき外部に制御信号を出力する。
【００１１】
また、図３（Ｅ）に差電圧検出機能の内部構成を示す。電圧入力部４２は変圧器６１と高調波フィルタ６２とＡ／Ｄ変換器６３を直列に接続した回路で構成する。変圧器６１はネットワーク変圧器７ａ，７ｂの二次相電圧とネットワーク母線５の相電圧であるアナログ電圧入力を高調波フィルタ６２とＡ／Ｄ変換器６３の定格電圧以下に変圧する。高調波フィルタ６２は変圧器６１で変圧したアナログ電圧に含まれる高調波成分を除去し、正弦波成分のみを出力する。Ａ／Ｄ変換器６３は高調波フィルタ６２からの正弦波のアナログ電圧をデジタル信号に変換し、出力する。
差電圧検出感度特性検出感度入力器４４は検出感度選択部６４とメモリ６５を直列に接続した回路で構成する。検出感度選択部６４は差電圧検出感度特性２１の検出感度２６の整定値を複数備えており、そのうちの一つを人間が選択する。メモリ６５は検出感度選択部６４で選択された整定値に基づきデジタル信号を出力する。
【００１２】
差電圧位相特性位相角入力器４５は位相角選択部６６とメモリ６７を直列に接続した回路で構成する。位相角選択部６６は差電圧位相特性２２の位相角の整定値を複数備えており、そのうちの一つを人間が選択する。メモリ６７は位相角選択部６６で選択された整定値に基づきデジタル信号を出力する。
中央処理部４１はＣＰＵ７０で構成する。ＣＰＵ７０はＡ／Ｄ変換器６３とメモリ６５とメモリ６７からの入力を受け、これに基づいて演算し、デジタル信号を出力するか否かを判定する。
出力部４６はリレー駆動部７１とリレー７２で構成する。リレー駆動部７１はＣＰＵ７０からのデジタル信号が入力されたときにアナログ電圧を出力する。リレー７２はリレー駆動部７１からのアナログ電圧を受けて接点出力を行う。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスポットネットワーク受電設備では、通常の運転状態、すなわち配電線１ａ，１ｂの負荷が平衡している状態において、何らかの原因により負荷電流ベクトル２８の負荷電流位相角３０が進むことがある。このときに、プロテクタ遮断器９ａが開放状態になると、差電圧ベクトル２７の位相角は負荷電流位相角３０とネットワーク変圧器インピーダンス角２９を加えた角度になる。したがって、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分は減少する。
【００１４】
この状況において、プロテクタ遮断器９ａの投入制御を行うには、最高感度角２４を拡大させるか、又は、差電圧ベクトル２７の大きさを増加させる必要がある。しかし、最高感度角２４は固定値であるため、拡大することはできない。つまり、負荷電流ベクトル２８の大きさを増加させねばならない。言い換えれば、ネットワーク継電器１０ａによるプロテクタ遮断器９ａの投入制御は負荷電流ベクトル２８が小さいときには容易にはできない。さらに、差電圧ベクトル２７が最高感度直線２５に対して９０度以上進みになり、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が０になったときは、負荷電流ベクトル２８の大きさを無限大に増加させてもプロテクタ遮断器９ａの投入制御は不可能である。
【００１５】
また、通常運転時には配電線１ａ，１ｂの負荷は平衡しているが、何らかの原因により配電線１ａの負荷が配電線１ｂよりも重負荷となったとき、すなわち不平衡になったときは、差電圧ベクトルＶの理論式は次のように表される。
【００１６】
【数２】
配電線１ａ，１ｂ間の負荷が不平衡のときは数２式の右辺第２項の影響により、プロテクタ遮断器９ａの開放時における極間の差電圧は平衡時よりも減少し、差電圧ベクトル２７の大きさも同様に減少することがわかる。つまり、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分も減少する。この状況においても、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、プロテクタ遮断器９ａの投入制御を行うには、負荷電流ベクトル２８の大きさを増加させねばならない。
上記二つの課題は配電線１ｂにおいても同様である。
【００１８】
そこで、本発明は負荷電流を極力増大させることなく、容易にプロテクタ遮断器の投入制御ができ、これによって電力を安定供給でき、かつ、供給信頼度を高めることができるスポットネットワーク受電設備を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のスポットネットワーク受電設備においては、ネットワーク回線およびネットワーク母線の電圧を入力する電圧入力部と、感度特性の検出感度の大きさを整定する差電圧検出感度特性検出感度入力器と、位相特性の位相角を整定する差電圧位相特性位相角入力器と、前記電圧入力部と前記差電圧検出感度特性検出感度入力器と前記差電圧位相特性位相角入力器からの情報を演算し、出力部に制御信号を出力する指令を出力するか否かを判定する中央処理部で構成される差電圧検出機能においては、最高感度角を可変にする差電圧検出感度特性最高感度角入力器を設定する。
請求項２記載のスポットネットワーク受電設備においては、最高感度角の範囲は０度からネットワーク変圧器インピーダンス角の間とする。
【００２０】
上記スポットネットワーク受電設備においては、従来と比較して差電圧ベクトルの有効分が検出感度以上になるときの負荷電流ベクトルの大きさを削減でき、より小さい負荷電流で差電圧検出機能の制御信号の出力が可能になる。また、負荷電流ベクトルの位相角が極端な進みのときや、配電線間の負荷が不平衡のときでも差電圧検出機能の制御信号の出力が可能になる。すなわち、プロテクタ遮断器の投入制御を容易に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の一例で、（Ａ）はネットワーク継電器の差電圧検出機能のブロック図、（Ｂ）は差電圧検出機能の内部構成をそれぞれ示している。図２は差電圧検出機能の位相特性と差電圧ベクトルの関係を示しており、（Ａ）は負荷力率が遅れのとき、すなわち負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して遅れのとき、（Ｂ）は負荷力率が進みのとき、すなわち負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して進みのとき、（Ｃ）は負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して進み９０度、すなわち負荷電流の有効分が０のとき、（Ｄ）は配電線間の負荷が不平衡のとき、（Ｅ）は最高感度角の整定方法をそれぞれ示している。
図１（Ａ）において、ネットワーク継電器の差電圧検出機能には、中央処理部５１を中心にして、これに電圧入力部４２、差電圧検出感度特性検出感度入力器４４、差電圧位相特性位相角入力器４５、出力部４６、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７がそれぞれ接続され、これらはいずれもネットワーク継電器１０ａ，１０ｂに搭載される。差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７は差電圧検出感度特性２１の最高感度角２４の整定を行う。中央処理部５１は電圧入力部４２、差電圧検出感度特性検出感度入力器４４、差電圧位相特性位相角入力器４５、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７から入力を受ける。電圧入力部４２と差電圧検出感度特性検出感度入力器４４と差電圧位相特性位相角入力器４５と差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７の出力は中央処理部５１に記憶された演算式のパラメータであり、中央処理部５１はこれらの情報を演算式に代入し、後述の図２（Ａ）の関係を演算する。
【００２２】
図１（Ｂ）において、差電圧検出機能の内部構成では、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７は整定値選択部６８とメモリ６９を直列に接続した回路で構成する。最高感度角選択部６８は差電圧検出感度特性２１の最高感度角２４の整定値を複数備えており、そのうちの一つを人間が選択する。メモリ６９は最高感度角選択部６８で選択された整定値に基づきデジタル信号を出力する。
中央処理部５１はＣＰＵ８０で構成する。ＣＰＵ８０はＡ／Ｄ変換器６３とメモリ６５とメモリ６７とメモリ６９からの入力を受け、これに基づいて演算し、デジタル信号を出力するか否かを判定する。
【００２３】
図２（Ａ）において、差電圧検出機能の位相特性には、差電圧検出感度特性２１と差電圧位相特性２２が備えられる。差電圧検出感度特性２１は、ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み方向へ最高感度角２４の傾きを持つ最高感度直線２５と直交する直線で表され、その位置は最高感度直線２５上において原点から検出感度２６だけ移動した位置に配置される。最高感度角２４は可変であり、その整定範囲は０度以上ネットワーク変圧器インピーダンス角２９以下で、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が増加する方向に増大され、整定される。
【００２４】
一方、差電圧位相特性２２は原点を通る直線で表され、その傾きは可変であり、通常ネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み方向に５度から遅れ方向に２０度の範囲内に整定される。最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が検出感度２６以上であり、かつ、差電圧ベクトル２７の位相が差電圧位相特性２２より進み１８０度以内である状態のときに差電圧検出機能が制御信号を出力する。
【００２５】
上記発明のスポットネットワーク受電設備においては、図２（Ｂ）に示すように、負荷力率が進みのとき、すなわち負荷電流ベクトル２８の負荷電流位相角３０がネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進みのときは、差電圧ベクトル２７の進み位相角はネットワーク変圧器インピーダンス角２９に負荷電流位相角３０を加えた角度になるが、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７によって最高感度角２４を拡大して整定することにより、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、検出感度２６以上とすることができる。
【００２６】
次に、図２（Ｃ）に示すように、負荷電流ベクトル２８の負荷電流位相角３０がネットワーク母線相電圧ベクトル２３に対して進み９０度、すなわち負荷電流の有効分が０のときは、差電圧ベクトル２７の進み位相角は負荷電流位相角３０である９０度にネットワーク変圧器インピーダンス角２９を加えた角度になる。このとき、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７によって最高感度角２４を整定範囲の最大値であるネットワーク変圧器インピーダンス角２９と同じ角度まで拡大して整定すると、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分は０になる。この状態から負荷が発生し、負荷電流の有効分が増加すると、負荷電流ベクトル２８と差電圧ベクトル２７は遅れ方向に推移し、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が増加する。
これにより、負荷電流位相角３０が極端な進みであっても、ある程度負荷電流ベクトル２８を増加させることにより、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、検出感度２６以上とすることができる。
【００２７】
次に、図２（Ｄ）に示すように、配電線１ａ，１ｂの負荷が不平衡のときは、差電圧ベクトル２７は負荷差電圧ベクトル３１と不平衡差電圧ベクトル３２の合成で表され、その大きさは平衡時よりも減少し、その位相も推移する。このため、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分は減少するので、検出感度２６以上とすることができる。しかし、差電圧検出感度特性最高感度角入力器４７によって最高感度角２４を拡大することにより最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、検出感度２６以上とすることができる。
【００２８】
次に、図２（Ｅ）に最高感度角２４の整定方法を示す。最高感度角２４が負荷電流位相角３０とネットワーク変圧器インピーダンス角２９を加え９０度を引いた角度に等しい場合は、差電圧ベクトル２７が差電圧検出感度特性２１と平行な状態になるが、負荷電流ベクトル２８の大きさに係わらず最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分は０であり、検出感度２６以上にすることはできない。この状態から負荷電流ベクトル２８が遅れ方向に推移すると、差電圧ベクトル２７も遅れ方向に推移し、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分が増加するので、ある程度負荷電流ベクトル２８を増加させることにより、最高感度直線２５に対する差電圧ベクトル２７の有効分を増加させ、検出感度２６以上とすることができる。したがって、最高感度角２４の整定方法としては、スポットネットワーク受電設備ごとに差電圧の検出に必要な最大進み負荷電流位相角を決定しておき、これにネットワーク変圧器インピーダンス角２９を加え９０度を引いた角度を最高感度角２４に整定する。これにより、負荷電流位相角３０が負荷電流最大進み位相角よりも遅れ方向の範囲で差電圧の検出が可能になる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明のスポットネットワーク受電設備によれば、最高感度角が可変であるので、自由に最高感度角を拡大して整定することができる。
請求項２記載の発明のスポットネットワーク受電設備によれば、小さい負荷電流のときや、負荷電流の位相の極端な進みのときや、配電線間の負荷が不平衡のときでも差電圧検出機能の制御信号の出力が可能になる。すなわち、プロテクタ遮断器の投入制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスポットネットワーク受電設備の実施の形態の一例で、（Ａ）はネットワーク継電器の差電圧検出機能のブロック図、（Ｂ）は差電圧検出機能の内部構成をそれぞれ表した図である。
【図２】そのネットワーク継電器の差電圧検出機能の位相特性と差電圧ベクトルの関係を表しており、（Ａ）は負荷力率が遅れのとき、すなわち負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して遅れのとき、（Ｂ）は負荷力率が進みのとき、すなわち負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して進みのとき、（Ｃ）は負荷電流ベクトルの位相がネットワーク母線相電圧ベクトルに対して進み９０度、すなわち負荷電流の有効分が０のとき、（Ｄ）は配電線間の負荷が不平衡のとき、（Ｅ）は最高感度角の整定方法をそれぞれ表した図である。
【図３】従来のスポットネットワーク受電設備の実施の形態の一例で、（Ａ）は主回路機器構成、（Ｂ）はプロテクタ遮断器の極間に発生する差電圧のモデル回路、（Ｃ）は差電圧ベクトルとネットワーク継電器の差電圧検出機能の位相特性の関係、（Ｄ）はネットワーク継電器の差電圧検出機能を示すブロック図、（Ｅ）は差電圧検出機能の内部構成をそれぞれ表した図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 配電線
４ａ，４ｂ ネットワーク回線
５ ネットワーク母線
７ａ，７ｂ ネットワーク変圧器
９ａ，９ｂ プロテクタ遮断器
１０ａ，１０ｂ ネットワーク継電器
２１ 差電圧検出感度特性
２２ 差電圧位相特性
２３ ネットワーク母線相電圧ベクトル
２４ 最高感度角
２５ 最高感度直線
２６ 検出感度
２７ 差電圧ベクトル
２８ 負荷電流ベクトル
２９ ネットワーク変圧器インピーダンス角
３０ 負荷電流位相角
３１ 負荷差電圧ベクトル
３２ 不平衡差電圧ベクトル
４１ 中央処理部
４２ 電圧入力
４４ 差電圧検出感度特性検出感度入力器
４５ 差電圧位相特性位相角入力器
４６ 出力部
４７ 差電圧検出感度特性最高感度角入力器
５１ 中央処理部
６３ Ａ／Ｄ変換器
６８ 最高感度角整定部
６９ メモリ
７０ ＣＰＵ
７１ リレー駆動部
８０ ＣＰＵ
Claims (2)
- 複数の配電線とネットワーク母線を各配電線ごとに、一次開閉器とネットワーク変圧器とネットワーク変流器とプロテクタ遮断器を有するネットワーク回線により接続し、前記ネットワーク回線には前記プロテクタ遮断器の極間の差電圧を検出する差電圧検出機能を備えたネットワーク継電器を実装し、前記ネットワーク継電器の差電圧検出機能は、前記ネットワーク回線および前記ネットワーク母線の電圧を入力する電圧入力部と、検出感度特性の検出感度の大きさを整定する差電圧検出感度特性検出感度入力器と、位相特性の位相角を整定する差電圧位相特性位相角入力器と、前記電圧入力部と前記差電圧検出感度特性検出感度入力器と前記差電圧電圧位相特性位相角入力器からの情報を演算し、出力部に制御信号を出力する指令を出力するか否かを判定する中央処理部とを備え、前記ネットワーク継電器からの制御信号に基づいて前記プロテクタ遮断器を投入するようにしたスポットネットワーク受電設備において、
前記ネットワーク継電器の差電圧検出機能は、検出感度特性の最高感度角の整定範囲を０度からネットワーク変圧器インピーダンス角度の間の範囲にし、最高感度角を可変にしたことを特徴とするスポットネットワーク受電設備。 - 最高感度角の整定範囲を０度からネットワーク変圧器インピーダンス角度の間の範囲にした、
ことを特徴とする請求項１記載のスポットネットワーク受電設備。
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