JP3817555B2 - 配電線短絡検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、配電線の短絡を検知する配電線短絡検知装置に係り、特に、多相多線式の配電系統において、配電線の亘長および負荷の大小にかかわらず、末端短絡を確実に検知できる配電線短絡検知装置に関する。

配電線で短絡事故が発生した場合、短絡による過大な事故電流が系統に流れることになる。過電流保護リレーはその過電流を検出し事故判定を行い線路を遮断するが、配電線の亘長が長くなるとその末端で短絡事故が発生した場合、線路のインピーダンスが影響し短絡による系統に加えられる事故電流が少なくなる。そのため、従来の過電流保護リレー（電流振幅のしきい値を整定し、電流振幅値がその値を超えると事故と判定する保護リレー）では負荷電流の最大値と事故時に加えられる電流との差が少ないか、もしくは最大負荷電流の方が大きく、事故と判定する電流しきい値を整定できず、事故を検知できないという欠点があった。

上記欠点を解決するために、線間電流の変化分に基づいて配電系統の短絡を検知する短絡検知手段が提案されており、これは各線間電流変化分の、線間電圧に対する遅れ位相差が線路インピーダンス角である方向成分を基準値と比較し、その基準値を越えると系統に短絡が発生したと判断するものであった。
特開平１１−２７５７５６号公報

上記短絡検知手段は、電圧を位相基準とする電流の位相差演算による位相検出を行うために、過電流保護リレーであるにもかかわらず電流に加えて電圧も入力する必要があり、また電圧は変動するおそれがあるためその対策も必要となり、装置構成がハードウェア・ソフトウェア両面でコストアップおよび大型化するという問題を生じる。

本発明の目的は、上記した従来の短絡検知手段の問題を解決し、配電線の亘長および負荷の大小にかかわらず、末端短絡を確実に検知できる配電線短絡検知装置を提供することにある。

本発明は、多相多線式の配電系統を対象に短絡の有無を検知する配電線短絡検知装置において、配電線の電流変化分に基づいて短絡を検知する短絡検知手段を具備し、該短絡検知手段は、現時点の電流振幅値と所定時間前の電流振幅値との比較をして検出する電流振幅の増加分があらかじめ整定された電流増加しきい値を越え、かつ、現時点の電流と所定サイクル数前の電流との比較をして検出する位相があらかじめ整定された位相変化しきい値を越えると、配電系統に短絡が発生したと判定することを特徴としている。

本発明によれば、配電線の電流変化分で系統の事故を検知するため、配電線の亘長および負荷の大小にかかわらず、事故と判定する電流しきい値を整定でき、末端短絡を確実に検知できる。その際、配電線の電流変化分の、振幅の増加と位相の両方を電流のみで検出するため、電圧を入力する必要がなくなり、装置構成をハードウェア・ソフトウェア両面から大幅にコストダウンおよび小型化できるという顕著な作用効果を奏する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳述する。図１は本発明の一実施形態である配電系統短絡検知装置の主要部の構成を示したブロック図であり、図中１は電流入力変換部、２はアナログ／ディジタル変換部、３は演算処理部(ＣＰＵ)である短絡検知部である。短絡検知部３にはマイクロプロセッサが使用されている。また図中４は短絡検知部３の事故判定部であるＡＮＤ回路である。

電流入力変換部１は、補助変流器（ＣＴ）を内蔵し３相３線式の配電系統の各配電線に接続された変流器（ＣＴ）からの電流入力の絶縁を行うと共に、電子回路の処理に適した電圧レベルの電流値に変換する。

アナログ／ディジタル変換部２では、電流入力変換部１で適当な電圧レベルに変換された系統の電流入力を、サンプリングによる折り返し誤差の影響を避けるための低域通過フィルタ（ＡＦ）を通してから、サンプルホールド回路（Ｓ/Ｈ）に加え、所定時間（サンプリング間隔）ごとにサンプルホールド回路（Ｓ/Ｈ）でサンプリングし、マルチプレクサ（ＭＰＸ）で入力チャンネルを順次切り換えながらＡ−Ｄ変換器でディジタル量に変換し、短絡検知部３に出力する。

短絡検知部３では、Ａ−Ｄ変換されたディジタルデータは、バッファメモリの所定のアドレスに記憶される。ＣＰＵはプログラムメモリの内容にしたがって計算するが、バッファメモリから必要なデータを読み、加工し、一時記憶が必要な場合はデータメモリを使って記憶しておく。事故判定に必要な整定値は、整定メモリから読み出し、事故検出の計算を行う。ＡＮＤ回路４にて事故と判定する条件が成立すれば、出力回路へ引き外し信号を発生させ、ドライバを通して出力リレーを動作させ、線路を遮断する。各回路間は、データバス、アドレスバス、コントロールバスによって接続されている。
プログラムメモリ回路は、電源が落ちても内容の消えないＰＲＯＭなどを使用し、バッファメモリ回路、データメモリ回路には、自由に書き込み、読み出しできるＲＡＭを使用し、整定メモリ回路は人による整定変更が可能で、電源が落ちても内容の消えない不揮発性ＲＡＭを使用している。

事故を検出するためのプログラムの基本は図２のフローチャートのようになる。系統からＡ−Ｄ変換されたデータをデータメモリに取り込み、演算原理による短絡検知演算を行い、整定メモリデータを参照して事故判定をし、無事故であれば再び新しい入力データの取り込みに入る。判定が事故であれば出力回路を駆動し、次の入力データの取り込みに入る。

短絡検知部３において、Ａ−Ｄ変換されたディジタルデータに基づいて配電系統の末端における短絡事故を検知するための短絡検知手段について説明する前に、図３に示す模擬回路図（単相回路図）を参照して、短絡事故時に配電系統に流れる電流変化を確認する。
負荷（Ｒ）を接続した回路に、交流電圧（Ｖ）を加えたとき電流（Ｉ）が流れたとすれば、回路のインピーダンスは、
（Ｒ₁＋Ｒ）＋ｊＸ₁
と表現される。
ここで、Ｘはリアクタンスである。
そして、配電系統で短絡事故が発生した場合、系統の定数が急変することにより、電流振幅値および位相に変化が生じる。その電流変化は図４のようになる。
すなわち、
Ｒ＞＞Ｒ₁，Ｘ₁とすると、
事故前は線路のインピーダンスは無視でき、純抵抗とみなすことができる。
事故後は線路のインピーダンスのみとなる。
ゆえに、
電流振幅値は事故前の｜Ｖ/Ｒ｜から事故後｜Ｖ/（Ｒ₁＋ｊＸ₁｜に増加する。
電流の事故前と事故後の位相差θはｔａｎ ^-1 で与えられる。

上記説明からも、従来の過電流保護リレーのように、入力電流の振幅値のみを計算して、電流の大きさのみで事故の判定を行う単一量リレーでは、配電線の亘長が長くなるとその末端で短絡事故が発生し場合、線路のインピーダンスが影響し短絡による系統に加えられる事故電流が少なくなる。そのため、負荷電流の最大値と事故時に加えられる電流との差が少ないか、もしくは最大負荷電流の方が大きく、事故と判定する電流しきい値を整定できず、事故を検知できないということが分かる。

そこで、本実施形態の短絡検知手段は、配電線の定常時の負荷電流分が除去される電流変化分に基づいて系統の事故を検知することにより、配電線の亘長および負荷の大小にかかわらず、事故と判定する電流しきい値を整定でき、末端短絡を確実に検知できるようにしている。
また、配電線の電流変化分を電圧・電流を利用する振幅値演算による大きさの判定や、位相差演算による位相検出を行うと、装置構成をハードウェア・ソフトウェア両面から大幅にコストアップおよび大型化するため、配電線の電流変化分を電流のみを利用して検出できるようにしている。

したがって、本実施形態の短絡検知手段は、図５の短絡検知動作特性にも示すように、短絡検知部３の入力データに基づいて、現時点の電流振幅値ＴＩと所定時間前（例えば、３秒前）の電流振幅値ｔＩとを比較し、電流振幅値の増加分を検出（算出）する振幅演算を行うと共に、現時点の電流と所定サイクル数前（例えば、４サイクル前）の電流とを比較し、位相を検出（算出）する位相差演算を行い、電流のみを利用して、系統の電流変化を検出している。

そして、前記の振幅演算によって得られた電流振幅値の増加分（変化分）があらかじめ整定された基準値である電流増加しきい値ΔＩを越え、かつ、前記の位相差演算によって得られた位相差δΦがあらかじめ整定された基準値である位相変化しきい値ΔΦを越えると、配電系統に短絡が発生したと判定する。すなわち、次式（１）（２）の判定式がすべて成立する場合に、末端短絡事故の検知を行う。
（１）現時点の電流振幅値ＴＩ−所定時間前の振幅値ｔＩ＞ΔＩ
（２）現時点の電流と所定サイクル数前の電流との位相差δΦ＞ΔΦ

以上から明らかなように本実施形態の配電線短絡検知装置は、多相多線式の配電系統を対象に短絡の有無を検知する配電線短絡検知装置であって、配電線の電流変化分に基づいての短絡を検知する短絡検知手段を具備し、該短絡検知手段は、現時点の電流振幅値と所定時間前の電流振幅値との比較をして検出する電流振幅値の増加分があらかじめ整定された電流増加しきい値を越え、かつ、現時点の電流と所定サイクル数前の電流との比較をして検出する位相があらかじめ整定された位相変化しきい値を越えると、配電系統に短絡が発生したと判定する。このように、配電線の電流変化分で系統の事故を検知することで、配電線の亘長および負荷の大小にかかわらず、事故と判定する電流しきい値を整定でき、末端短絡を確実に検知できる。その際、配電線の電流変化分の、振幅と位相の両方を電流のみで検出するため、電圧を入力する必要がなくなり、装置構成をハードウェア・ソフトウェア両面から大幅にコストダウンおよび小型化できる。

本発明の一実施形態である配電系統短絡検知装置の主要部の構成を示したブロック図である。 事故を検出するためのプログラムの基本フローチャートである。 短絡事故時配電系統に流れる電流変化を確認するための模擬回路図である。 短絡事故時の系統に流れる電流変化の説明図である。 短絡検知部の動作特性を示す表図である。

符号の説明

１ 電流入力変換部
２ アナログ／ディジタル変換部
３ 短絡検知部３
４ ＡＮＤ回路（事故判定部）

Claims (1)

1. 多相多線式の配電系統を対象に短絡の有無を検知する配電線短絡検知装置において、配電線の電流変化分に基づいて短絡を検知する短絡検知手段を具備し、該短絡検知手段は、現時点の電流振幅値と所定時間前の電流振幅値との比較をして検出する電流振幅値の増加分があらかじめ整定された電流増加しきい値を越え、かつ、現時点の電流と所定サイクル数前の電流との比較をして検出する位相があらかじめ整定された位相変化しきい値を越えると、配電系統に短絡が発生したと判定することを特徴とする配電線短絡検知装置。

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