JP4028521B2

JP4028521B2 - 配電系統の保護装置及び配電系統の保護方法

Info

Publication number: JP4028521B2
Application number: JP2004176282A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　　弘; 孝之三浦
Original assignee: Energy Support Corp
Current assignee: Energy Support Corp
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: JP2005354882A

Description

本発明は、分散型電源が連系した配電系統を保護する配電系統の保護装置及び配電系統の保護方法に関するものである。

従来、過電流保護機能を有する負荷開閉器（例えばＳＯＧ形高圧負荷開閉器）の制御装置は、需要家側で設定値（負荷開閉器のロック電流値）を超過する過電流（又は短絡電流）が発生すると、負荷開閉器をロックして過電流中の開放を防止する。変電所の保護継電器が動作して異常発生区間を選択遮断し、当該配電線を切離すことにより停電が発生し、停電により過電流が消滅した後（即ち、配電線路が無電圧状態になった後）に事故原因のある需要家の負荷開閉器は開放される。所定時間経過後、前記配電線が再閉路される。事故原因のある需要家以外の需要家へ電力が供給され、事故原因のある需要家の引込線路は前記負荷開閉器により開放されたままなので、需要家構内は停電が継続される。その後事故原因を取り除いて、人手により負荷開閉器を投入して復旧するようになっている。

ところで、近年、構内に分散型電源（自家発電装置）を備え、商用電源の電力供給と併用して使用する需要家が増大すると共に当該需要家の発電容量が増大する傾向にある。また、配電系統に連係可能な分散型電源の発電容量が例えば２０００ｋＷ（キロワット）未満と規定されていることにより、分散型電源から供給される電流が過電流レベル（負荷開閉器のロック電流値を超えるレベル）を超えるケースが発生している。ところが、前記従来の負荷開閉器の制御装置は、需要家が電力会社から電力の供給を受けるのみということを前提として動作する。このため、需要家の構外で事故が発生すると、分散型電源から配電線側へ逆潮流が発生し、この逆潮流が過電流とみなされることにより需要家の設備で事故が発生していない健全な引込線路であるにもかかわらず負荷開閉器が開放される場合があった。

詳述すると、需要家の構外で事故が発生すると、配電線路は変電所のトリップにより停電となる。しかし、分散型電源を有する需要家から配電線側への電流の流れ込み、即ち逆潮流が発生する。この逆潮流は過電流レベルとなり、前記制御装置はこの過電流を検出し、所定のロック時間（例えば０．１秒間）経過後に負荷開閉器の開放動作をロックして無電圧状態まで開放動作の待機状態とする。分散型電源はその設備規格として配電線の停電時には停電の発生から所定の停止時間（２秒程度）までに停止することが義務付けられている。一般に、配電線停電時における分散型電源の停止時間は負荷開閉器のロック時間よりも長い。このため、制御装置は逆潮流を過電流とみなして検出すると共に、分散型電源の停止により配電線の無電圧状態を検知して負荷開閉器は自動開放する。

従って、他の需要家又は電力配電線路中の事故（需要家構外での事故）が原因で変電所の遮断器が遮断（トリップ）し、この遮断器が再投入された場合、事故を発生していない分散型電源を設置した需要家の負荷開閉器は開放状態にある。このため、前記遮断器が再投入された場合に再び配電線路に電源が供給されているにもかかわらず引き続き需要家構内では停電状態が継続する。また、この開放状態の負荷開閉器を投入するためには、有資格者による点検及び復帰操作等、それ相応の回復手順が必要であり、負荷開閉器の投入は時間を要するものであった。このように、需要家側での負荷開閉器の復旧作業は繁雑であるので、需要家構外での事故であるにもかかわらず、無闇に需要家構内の負荷開閉器が開放されることは好ましくなかった。需要家構内での事故（短絡）を検出したときだけ負荷開閉器を開放させることが望まれていた。

更に分散型電源を設置していないが、大型の誘導電動機（モータ）を負荷として使用している需要家においても、需要家の構外で事故が発生して配電線路が変電所のトリップによって停電となった場合に前記誘導電動機が回生により電流を流し続けようとするため逆潮流が発生する。制御装置はこの逆潮流を過電流とみなして検出すると共に、前記誘導電動機が構内系統から切り離されることにより配電線の無電圧状態を検知して負荷開閉器は自動開放する。前述の分散型電源を設置している場合と同様に需要家構外での事故であるにもかかわらず負荷開閉器が開放するため、同様の対策を施すことが望まれていた。即ち、配電線路の停電時において分散型電源からの電流もしくは大型の電動機からの電流により負荷開閉器が開放されないようにする必要があった。

このような問題を解決するために、従来、線路電流の潮流方向をその判断材料とし、分散型電源からの逆潮流に対しては負荷開閉器の開放動作を禁止するようにした負荷開閉器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。即ち、負荷開閉器の制御装置は、停電発生時に相電圧及び負荷電流を検出し、この検出した相電圧及び負荷電流の位相差により潮流方向を決定すると共に、この潮流方向と過電流検出手段からの信号とにより過電流方向を検出する。過電流事故が構内又は構外のどちらか一方で発生したかを特定できるので、構外での事故に起因した過電流による負荷開閉器の開放動作が防止される。このため、変電所の遮断器の再投入後において、投入状態を維持した負荷開閉器を介して需要家へ円滑に電力の供給が行われる。
特開２００３−１５８８２０号公報

ところが、前記従来の負荷開閉器の制御装置においては、相電圧を検出する相電圧検出センサを設ける必要があった。相電圧は線路電流の潮流方向を決定するために必要不可欠であるので、相電圧検出センサを省略することは困難であり、負荷開閉器及びその制御装置の構成の簡素化を阻害する一因となっていた。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、負荷開閉器の構成の簡素化が図られる配電系統の保護装置及び配電系統の保護方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、配電線路に引込線路及び当該引込線路上に設けられた負荷開閉器を介して接続された需要家負荷に対して前記配電線路から供給される電力とは別に電力を供給する分散型電源を備えた配電系統の保護装置において、前記配電線路の３相各相のうちいずれか１相の負荷電流を検出する負荷電流検出部と、前記負荷電流検出部により検出された負荷電流が過電流レベルであるか否かを判別する過電流検出部と、前記負荷開閉器に内蔵された制御電源及び需要家構内の制御電源のうちいずれか一方の電流を検出する制御電源電流検出部と、前記制御電源電流検出部により得られた電流と前記負荷電流検出部により検出された負荷電流との位相差を演算する位相差演算部と、前記位相差演算部により算出された位相差に基づいて前記配電線路の潮流方向を判定する潮流方向判定部と、前記過電流検出部による判別結果及び前記潮流方向判定部による判定結果に基づいて前記負荷開閉器を開放又は投入維持する制御部とを備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記負荷開閉器に内蔵された制御電源及び前記需要家構内の制御電源は、それぞれ制御電源用変圧器であり、前記制御電源電流検出部は前記制御電源用変圧器の二次側に設けられた変流器であることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記配電線路が停電してから再閉路された復電時において、前記負荷電流検出部により検出された負荷電流と前記制御電源電流検出部により得られた電流との位相差を新たに位相差演算部にて演算するようにし、その演算結果を記憶する記憶部を備えたことを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、配電線路に引込線路及び当該引込線路上に設けられた負荷開閉器を介して接続された需要家負荷に対して前記配電線路から供給される電力とは別に電力を供給する分散型電源を備えた配電系統の保護方法において、前記配電線路の３相各相のうちいずれか１相の負荷電流が過電流レベルであるか否かを判別する段階と、前記負荷開閉器に内蔵された制御電源及び需要家側の制御電源のうちいずれか一方の電流を検出する段階と、前記電流検出により得られた電流と前記負荷電流との位相差を演算する段階と、前記算出された位相差に基づいて前記配電線路の潮流方向を判定する段階と、前記負荷電流が過電流レベルであるか否かの判別結果及び前記配電線路の潮流方向の判定結果に基づいて前記負荷開閉器を開放又は投入維持する段階とを備えたことを要旨とする。

（作用）
請求項１又は請求項４に記載の発明によれば、負荷開閉器に内蔵された制御電源の電流及び需要家構内の制御電源の電流のうちいずれか一方の電流が制御電源電流検出部により検出される。また、検出された負荷電流が過電流レベルであるか否かが判別され、その上で、当該負荷電流と前述の制御電源電流検出部により得られた電流との位相差により潮流方向が判定される。その潮流方向の判定結果に基づいて負荷開閉器は開閉制御される。潮流方向が構内（即ち、負荷開閉器の負荷側）であると判断された場合には負荷開閉器が開放される。潮流方向が構外（即ち、負荷開閉器の電源側）であると判断された場合には負荷開閉器が投入維持される。このため、構内の分散型電源が連系した配電系統において、構外事故が原因の過電流発生による負荷開閉器の不必要な開放を抑制することができる。このように、負荷開閉器に内蔵された制御電源又は需要家側の制御電源を利用することにより、例えば負荷開閉器内に電圧検出センサを別途設ける必要はない。従って、負荷開閉器の構成の簡素化、ひいては配電系統の保護装置の構成の簡素化が図られる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、制御電源用変圧器の二次側に流れる電流は、当該制御電源用変圧器の二次側に設けられた変流器により電流変換される。この電流変換により得られた電流と前記負荷電流（相電流）との位相差に基づいて潮流方向の判定がなされる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、配電線路が停電されてから再閉路された復電時において、前記負荷電流検出部により検出された負荷電流と前記制御電源電流検出部により得られた電流との位相差が位相差演算部により新たに演算され、この演算結果が記憶部に記憶される。このため、負荷電流が過電流レベルと判別された時の当該負荷電流と前記制御電源電流検出部により得られた電流との位相差が、前記配電線路が停電してから再閉路された復電時において記憶された位相差と大幅（例えば１８０度程度）に変化したことをもって潮流方向が逆潮流と判断できる。ただし、これは復電時の潮流方向が順潮流の場合を想定している。従って、制御電源電圧の位相を位相差演算部に予め入力する必要がない。換言すれば、制御電源電流の位相が、配電線路における各線間電圧の位相に対して何度ずれているかを入力する必要がない。

本発明によれば、例えば負荷開閉器内に電圧検出センサを別途設ける必要はないので、当該負荷開閉器の構成の簡素化が図られる。

＜参考実施形態＞
以下、分散型電源が連系した配電系統の保護装置に具体化した参考実施形態を図１及び図２（ａ），（ｂ）に従って説明する。

図１に示すように、電力会社側の配電線路１１には引込線路１３を介して需要家負荷１４が接続されており、通常の受電時には需要家構外の配電線路１１からの電力が需要家負荷１４へ順方向潮流として供給される。配電線路１１上において、需要家負荷１４の電源側には分散型電源１５が接続されており、当該分散型電源１５により発電された電力を需要家負荷１４へ供給可能とされている。参考実施形態において、分散型電源１５は発電機とされている。

また、配電線路１１上において、需要家負荷１４の電源側には需要家構内制御電源用変圧器１６が設けられている。需要家構内制御電源用変圧器１６の一次側巻線の両端は一例としてそれぞれ引込線路１３のＳ相，Ｔ相に接続されており、同じく二次側巻線の両端はそれぞれ前記制御装置１８に接続されている。需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側巻線には一次側巻線との巻数比に応じた起電圧が発生する。

引込線路１３上において、分散型電源１５及び需要家構内制御電源用変圧器１６の接続点よりも電源側には負荷開閉器１７が設けられており、この負荷開閉器１７は制御装置１８により開閉制御される。また、負荷開閉器１７は責任分界点上に設置されている。負荷開閉器１７及び制御装置１８は配電系統の保護装置を構成している。

＜負荷開閉器＞
図１に示すように、負荷開閉器１７内において、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相からなる各相の引込線路１３上には、開閉部２０、零相変流器２１、零相電圧検出用コンデンサ２２及び過電流検出用の２つの変流器２４ｒ，２４ｔが設けられている。開閉部２０は引込線路１３の各相に設けられた複数のスイッチ２０ｒ，２０ｓ，２０ｔを備えている。零相変流器２１は開閉部２０の電源側に設けられており、引込線路１３のＲ相，Ｓ相，Ｔ相の零相電流（地絡電流）を検出する。零相電圧検出用コンデンサ２２は開閉部２０の負荷側に設けられており、負荷側の地絡故障と電源側の地絡故障との選択保護を行うための零相電圧を検出する。引込線路１３上において、零相電圧検出用コンデンサ２２よりも負荷側には２つの変流器２４ｒ，２４ｔが配置されている。両変流器２４ｒ，２４ｔはそれぞれ引込線路１３のＲ相，Ｔ相に設けられている。

また、負荷開閉器１７内には開閉部２０を自動でトリップ動作（開放動作）させるためのトリップコイル２５が設けられている。ちなみに、自動トリップ動作には地絡トリップ動作及び過電流トリップ動作がある。地絡トリップ動作とは、負荷側に発生した地絡事故によって引込線路１３に地絡電流が流れたとき、この地絡電流を検出して整定値以上である場合、トリップコイル２５を励磁して開閉部２０を自動開放する動作である。過電流トリップ動作とは、短絡事故において、ある設定値以上の過電流を検出したときには開閉部２０を自動開放しないようにロックさせ、変電所の図示しない遮断器がトリップして配電線路１１及び引込線路１３が無電圧状態になった後に、トリップコイル２５を励磁して自動的に開閉部２０を瞬時に開放する動作である。

＜制御装置＞
制御装置１８は、制御電源部３０、地絡電流検出部３１、過電流検出部３２、位相差演算部３３、潮流方向判定部３４、制御部３５及び制御電源電圧位相判定部３６を備えている。

制御電源部３０には需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側巻線の両端がそれぞれ接続されている。需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側に誘起される制御電源電圧Ｖｐ（ＡＣ１００Ｖ）が入力される。制御電源部３０は動作電源を制御装置１８の各部に供給する。

地絡電流検出部３１は零相変流器２１から出力される零相電流（地絡電流）を検出し、この検出結果を制御部３５へ出力する。過電流検出部３２は両変流器２４ｒ，２４ｔから出力される負荷電流（正確には、引込線路１３のＲ相，Ｔ相を流れる負荷電流）を検出すると共にこの検出した負荷電流が過電流レベルか否か（即ち、負荷開閉器１７のロック電流値を超えているか否か）を判断し、この判断結果を制御部３５へ出力する。

位相差演算部３３には、需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側巻線の両端がそれぞれ分岐接続されている。位相差演算部３３は需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側に誘起された制御電源電圧Ｖｐ及び変流器２４ｒにより検出された負荷電流Ｉ_Ｒの各値に基づいて、当該制御電源電圧Ｖｐと負荷電流Ｉ_Ｒとの位相差を演算し、その演算結果を潮流方向判定部３４へ送る。

制御電源電圧位相判定部３６は、外部からの情報入力により、制御電源電圧Ｖｐが配電線路１１における各線間電圧Ｖ_ＲＳ，Ｖ_ＳＴ，Ｖ_ＴＲ又はこれらの逆相電圧のどれと同相かどうかを判定し、その判定結果を潮流方向判定部３４へ送る。

潮流方向判定部３４は、位相差演算部３３により算出された制御電源電圧Ｖｐと負荷電流Ｉ_Ｒとの位相差及び制御電源電圧位相判定部３６からの制御電源電圧Ｖｐの位相に基づいて潮流方向を判定し、その判定結果を制御部３５へ送る。

制御部３５は地絡電流検出部３１により地絡電流が検出されたときにはトリップコイル２５を励磁して開閉部２０を自動開放させる。また、制御部３５は過電流検出部３２により設定値（負荷開閉器１７のロック電流値）以上の過電流を検出したときには、潮流方向判定部３４により判定された潮流方向に基づいて、負荷開閉器１７を開放又は投入維持する。即ち、制御部３５は短絡事故が需要家構外（負荷開閉器１７の電源側）及び需要家構内（負荷開閉器１７の負荷側）のいずれの側で発生したのかの判断結果に基づいて、負荷開閉器１７を開放又は投入維持する。

具体的には、潮流方向判定部３４は、制御電源電圧Ｖｐ（正確には、電圧ベクトル）と負荷電流Ｉ_Ｒ（正確には、電流ベクトル）との位相差、即ち制御電源電圧Ｖｐに対する負荷電流Ｉ_Ｒの位相が、０度から＋１８０度の時に順潮流と判定し、また、０度から−１８０度の時に逆潮流と判定する。この潮流方向判定部３４の判定結果（順／逆潮流判定）に基づいて、制御部３５は需要家構内短絡事故、または構外短絡事故の判定をする。そして、制御部３５は負荷開閉器１７の開放動作、または投入維持の判定をする。

図２（ａ）に示すように、需要家構内及び構外負荷の力率が１００％、且つ制御電源電圧Ｖｐが配電線路１１における線間電圧Ｖ_ＳＴと同相の場合、この制御電源電圧Ｖｐに対する負荷電流Ｉ_Ｒの位相が９０度のとき、潮流方向判定部３４は順潮流であると判定する。同じく、図２（ｂ）に示すように、制御電源電圧Ｖｐに対する負荷電流Ｉ_Ｒの位相が−９０度の場合、潮流方向判定部３４は逆潮流であると判定する。そして、制御部３５は、順潮流と判定した場合には負荷開閉器１７の開放動作を行い、逆潮流と判定した場合には負荷開閉器１７を投入維持する。

＜参考実施形態の作用＞
次に、前述のように構成した配電系統の保護装置の短絡事故時の作用を説明する。
需要家構内又は需要家構外での短絡事故時、引込線路１３には短絡電流（負荷開閉器１７のロック電流値を超える過電流レベルの電流）が流れる。この短絡電流は過電流検出部３２により検出される。また、各変流器２４ｒ，２４ｔにより検出されたＲ相の負荷電流Ｉ_Ｒと、需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側に誘起された制御電源電圧Ｖｐとに基づいて、位相差演算部３３は前記負荷電流Ｉ_Ｒと前記制御電源電圧Ｖｐとの位相差を演算する。この位相差演算部３３により算出された負荷電流Ｉ_Ｒと前記制御電源電圧Ｖｐとの位相差及び制御電源電圧位相判定部３６からの制御電源電圧Ｖｐの位相に基づいて、潮流方向判定部３４は潮流方向を判定する。

潮流方向判定部３４により潮流方向が順潮流であると判断された場合には、制御部３５は需要家構内での短絡事故と判断してトリップコイル２５を励磁し、負荷開閉器１７を開放する。潮流方向判定部３４により潮流方向が逆潮流であると判断された場合には、制御部３５は需要家構外での短絡事故と判断してトリップコイル２５を励磁することなく負荷開閉器１７を投入維持する。即ち、負荷開閉器の電源側及び負荷側のどちら側で短絡が発生しているかを判断することにより、分散型電源１５が連系された配電線路１１において、構外短絡事故が原因の過電流発生による負荷開閉器１７の不必要な開放が抑制される。

例えば、配電線路１１から需要家側が給電を受けている場合において、構内、即ち需要家側で短絡事故が発生したとき、配電線路１１からの電力が故障点へ流れ込む。この故障点へ流れ込む負荷電流Ｉ_Ｒを過電流検出部３２が過電流であると判定すると共に、潮流方向判定部３４は、前記位相差演算部３３により算出された負荷電流Ｉ_Ｒ（過電流）と前記制御電源電圧Ｖｐとの位相差及び制御電源電圧位相判定部３６からの制御電源電圧Ｖｐの位相に基づいて、負荷電流Ｉ_Ｒの潮流方向を判定する。この場合、制御電源電圧Ｖｐが配電線路１１における線間電圧Ｖ_ＳＴと同相のとき、当該制御電源電圧Ｖｐに対する負荷電流Ｉ_Ｒの位相は０度から＋９０度の範囲内となり、潮流方向判定部３４は負荷電流Ｉ_Ｒの潮流方向は順潮流であると判定する。負荷電流Ｉ_Ｒの潮流方向が順方向であることを受けて、制御部３５は構内、即ち需要家負荷１４側において短絡事故が発生していると判断する。そして、制御部３５はトリップコイル２５を励磁して開閉部２０の各スイッチ２０ｒ，２０ｓ，２０ｔをそれぞれ開放させる。

また、例えば他の需要家又は配電線路１１において短絡事故が発生し、変電所の遮断器がトリップして配電線路１１が停電した場合、若しくは予期しない配電線路１１の停電時には、分散型電源１５の電力が配電線路１１側へ流出する。この分散型電源１５からの電流を過電流検出部３２が過電流であると判定すると共に、潮流方向判定部３４は、前記位相差演算部３３により算出された負荷電流Ｉ_Ｒと前記制御電源電圧Ｖｐとの位相差及び制御電源電圧位相判定部３６からの制御電源電圧Ｖｐの位相に基づいて、負荷電流Ｉ_Ｒの潮流方向を判定する。この場合、構外負荷の力率１００％且つ制御電源電圧Ｖｐが配電線路１１における線間電圧ＶＳＴと同相のとき、当該制御電源電圧Ｖｐに対する負荷電流Ｉ_Ｒの位相は−９０度となり、潮流方向判定部３４は負荷電流Ｉ_Ｒの潮流方向は逆潮流であると判定する。負荷電流Ｉ_Ｒの潮流方向が逆方向であることを受けて、制御部３５は構外、即ち配電線路１１側において事故が発生していると判断する。そして、制御部３５は開閉部２０の各スイッチ２０ｒ，２０ｓ，２０ｔをそれぞれ投入状態に維持する。このように開閉部２０がロックされた状態において、変電所の遮断器がトリップして配電線路１１及び引込線路１３が無電圧状態になっても、制御部３５はトリップコイル２５を励磁することなく開閉部２０の各スイッチ２０ｒ，２０ｓ，２０ｔをそれぞれ投入状態に維持する。

このように、制御電源電圧Ｖｐに対する負荷電流Ｉ_Ｒの位相に基づいて潮流方向を判定することにより、短絡事故が需要家構内又は需要家構外のいずれで発生したかを特定できるので、需要家構外での短絡事故等による停電に起因した過電流による負荷開閉器１７の不必要な開放動作が防止される。従って、変電所の遮断器の再投入後において、投入状態に保たれている負荷開閉器１７を介して需要家負荷１４への電力の供給が確実に行われる。また、制御電源電圧Ｖｐを負荷電流Ｉ_Ｒの潮流方向を判定するため電圧基準とすることにより、基準電圧を検出するための電圧検出センサを例えば負荷開閉器１７に別途設ける必要はない。

＜参考実施形態の効果＞
従って、参考実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
・短絡事故発生時には、引込線路１３上に配置された負荷開閉器１７の電源側及び負荷側のいずれの側で短絡事故が発生したのかを判断し、その判断結果に基づいて前記負荷開閉器１７を開放又は投入維持するようにした。即ち、潮流方向が構内（順潮流；負荷開閉器１７の負荷側）であると判断した場合には、制御部３５はトリップコイル２５を励磁し、負荷開閉器１７を開放する。潮流方向が構外（逆潮流；負荷開閉器１７の電源側）であると判断した場合には、制御部３５はトリップコイル２５を励磁することなく負荷開閉器１７を投入維持する。このため、構内の分散型電源１５が連系した配電線路１１において、構外短絡事故等による停電が原因の過電流発生による負荷開閉器１７の不必要な開放を抑制することができる。即ち、需要家負荷１４側での短絡事故のみを検出して負荷開閉器１７を開放させることができる。換言すれば、配電線路１１の停電時において分散型電源１５から供給される電流で負荷開閉器１７を不必要にトリップさせないようにすることができる。さらに、参考実施形態では、需要家負荷１４側の動作電源電圧を潮流方向判定の基準電圧としたことにより、例えば負荷開閉器１７内に電圧検出センサを別途設ける必要はない。従って、負荷開閉器１７の構成の簡素化が図られる。

＜実施形態＞
次に、本発明の実施形態を図３（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。本実施形態は、潮流方向の判定手法の点で前記参考実施形態と異なる。従って、前記参考実施形態と同一の部材構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

＜内蔵ＶＴの利用＞
図４に示すように、負荷開閉器１７に制御電源用変圧器４１が内蔵されている場合には、制御装置１８は前記需要家構内制御電源用変圧器１６からではなく制御電源用変圧器４１から動作電源を得る。この制御電源用変圧器４１は引込線路１３上における変流器２４ｒ，２４ｔよりも下流側に設けられている。制御電源用変圧器４１の一次側巻線の両端はそれぞれ引込線路１３のＳ相，Ｔ相に接続されており、同じく二次側巻線は制御電源部３０に接続されている。

制御電源用変圧器４１の二次巻線の一方の端部には変流器４２が設けられている。変流器４２により制御電源用変圧器４１の二次側電流が電流Ｉｖ１に変換され、この変換された電流Ｉｖ１は位相差演算部３３へ出力される。位相差演算部３３は、前述の制御電源用変圧器４１の２次側電流から変換された電流Ｉｖ１及び変流器２４ｒにより検出された負荷電流Ｉ_Ｒの各値に基づいて、当該電流Ｉｖ１と負荷電流Ｉ_Ｒとの位相差を演算し、その演算結果を潮流方向判定部３４へ送る。

制御装置１８は制御電源電圧位相判定部３６に換えて、制御電源電流位相判定部３７を備えている。この制御電源電流位相判定部３７は、外部からの情報入力により、電流Ｉｖ１又は電流Ｉｖ２（制御電源電流）の位相が配電線路１１における各線間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴ，ＶＴＲの位相に対して何度ずれているかを判定し、その判定結果を潮流方向判定部３４へ送る。潮流方向判定部３４は位相差演算部３３により算出された電流Ｉｖ１と負荷電流Ｉ_Ｒとの位相差及び制御電源電流位相判定部３７からの電流Ｉｖ１の力率に基づいて潮流方向を判定する。

具体的には、潮流方向判定部３４は、電流Ｉｖ１（正確には、電流ベクトル）と負荷電流Ｉ_Ｒ（正確には、電流ベクトル）との位相差、即ち電流Ｉｖ１の力率が１００％の場合、電流Ｉｖ１に対する負荷電流Ｉ_Ｒの位相が０度から＋１８０度のときに順潮流と判定し、また、０度から−１８０度のときに逆潮流と判定する。この潮流方向判定部３４の判定結果（順／逆潮流判定）に基づいて、制御部３５は需要家構内短絡事故又は構外短絡事故の判定をする。そして、制御部３５は負荷開閉器１７の開放動作又は投入維持の判定をする。

図３（ａ）に示すように、需要家構内及び構外負荷の力率が１００％、且つ電流Ｉｖ１の力率が１００％の場合、この電流Ｉｖ１に対する負荷電流Ｉ_Ｒの位相が９０度のとき、潮流方向判定部３４は順潮流であると判定する。同じく、図３（ｂ）に示すように、電流Ｉｖ１に対する負荷電流Ｉ_Ｒの位相が−９０度のとき、潮流方向判定部３４は逆潮流であると判定する。そして、制御部３５は、順潮流と判定した場合には負荷開閉器１７の開放動作を行い、逆潮流と判定した場合には負荷開閉器１７を投入維持する。

＜需要家側変圧器の利用＞
ところで、負荷開閉器１７に制御電源用変圧器４１が内蔵されていない場合には、例えば需要家構内制御電源用変圧器１６から制御電源を得るようにする。その際、需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側巻線の一端には、変流器４３を設ける。変流器４３により需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側電流が電流Ｉｖ２に変換され、この変換された電流Ｉｖ２は位相差演算部３３へ出力される。位相差演算部３３は、前述の制御電源用変圧器２次側電流から電流変換された電流Ｉｖ２及び変流器２４ｒにより検出された負荷電流Ｉ_Ｒの各値に基づいて、当該電流Ｉｖ２と負荷電流Ｉ_Ｒとの位相差を演算し、その演算結果を潮流方向判定部３４へ送る。潮流方向判定部３４は位相差演算部３３により算出された電流Ｉｖ２と負荷電流Ｉ_Ｒとの位相差及び制御電源電流位相判定部３７からの電流Ｉｖ２の力率に基づいて潮流方向を判定する。以下、潮流方向判定部３４による潮流方向の具体的判定手法については、前述した電流Ｉｖ１と負荷電流Ｉ_Ｒとの位相差に基づいて判定する場合と同様であるので、その詳細な説明を省略する。尚、本実施形態において、変流器４２及び変流器４３はそれぞれ電流変換部を構成する。

従って、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
・負荷開閉器１７に制御電源用変圧器４１が内蔵されている場合には、この制御電源用変圧器４１の二次側巻線の一端に変流器４２を設ける。負荷開閉器１７に制御電源用変圧器４１が内蔵されていない場合には、需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側巻線の一端に変流器４３を設ける。そして、潮流方向判定部３４は、変流器４２により検出された電流Ｉｖ１又は変流器４３により検出された電流Ｉｖ２と、負荷電流Ｉ_Ｒとの位相差に基づいて潮流方向を判定するようにした。このように、負荷開閉器１７に内蔵された制御電源用変圧器４１又は需要家構内制御電源用変圧器１６を利用することにより、例えば負荷開閉器１７内に電圧検出センサを別途設ける必要はない。従って、負荷開閉器１７の構成の簡素化が図られる。

・制御電源用変圧器４１又は需要家構内制御電源用変圧器１６の二次側に誘起された制御電源電流を変流器４２又は変流器４３により電流Ｉｖ１又は電流Ｉｖ２に変換するようにした。そして、この変換した電流Ｉｖ１又は電流Ｉｖ２を位相差演算部３３に取込むようにした。このため、例えば制御電源電圧Ｖｐを位相差演算部３３に直接的に取込むようにした前記第１実施形態と比較して、位相差演算部３３に対する絶縁設計が容易となる。

（別の実施形態）
尚、前記実施形態は、次のように変更して実施してもよい。
・前記実施形態において、電圧メモリ機能を持たせるようにしてもよい。即ち、制御装置１８内に記憶部６０を設け、当該記憶部６０に電圧位相検出可能状態時の電圧位相を記憶する。この記憶部６０に記憶される電圧位相は所定周期毎に更新される。例えば需要家の至近で短絡事故が発生した場合、３相各相間電圧が消滅するおそれがある。この場合、潮流方向判定部３４は記憶部６０に記憶された電圧位相に基づいて潮流方向を判定する。従って、何らかの原因で検出された電圧が極端に低下して電圧位相が検出不能な状態になった場合、又は各相間電圧が消滅した場合においても、記憶部６０に格納された電圧位相に基づいて潮流方向の判断を行うことができる。

・参考実施形態において、前記配電線路１１が停電してから再閉路された復電時において、変流器２４ｒ，２４ｔにより検出された負荷電流と需要家構内の制御電源電圧Ｖｐとの位相差を位相差演算部３３により新たに演算し、その演算結果を記憶部６０に記憶するようにしてもよい。このようにすれば、制御電源電圧位相の事前の入力が不要となり、制御電源電圧位相判定部３６及び当該制御電源電圧位相判定部３６への外部からの情報入力が不要となる。

・実施形態において、前記配電線路１１が停電してから再閉路された復電時において、変流器２４ｒ，２４ｔにより検出された負荷電流と制御電源電流位相判定部３７により得られた電流との位相差を新たに位相差演算部３３により演算し、その演算結果を記憶部６０に記憶するようにしてもよい。このようにすれば、制御電源電流位相の事前の入力が不要となり、制御電源電流位相判定部３７及び当該制御電源電流位相判定部３７への外部からの情報入力が不要となる。

・実施形態において、制御電源電圧Ｖｐに対するＲ相の負荷電流Ｉ_Ｒに対する位相に基づいて潮流方向を判定するようにしたが、次のようにしてもよい。即ち、Ｒ相に代えてＳ相の負荷電流Ｉ_Ｓ又はＴ相の負荷電流Ｉ_Ｔを検出し、制御電源電圧Ｖｐに対するＳ相の負荷電流Ｉ_Ｓ又はＴ相の負荷電流Ｉ_Ｔの位相差に基づいて潮流方向を判定する。

・実施形態では制御電源を制御電源用変圧器４１又は需要家構内制御電源用変圧器１６から取るようにしたが、次のようにしてもよい。即ち、前記実施形態において、制御電源を負荷開閉器１７の電源側から取るようにしてもよい。

参考実施形態における配電系統の保護装置の概略構成図。（ａ）は順潮流時における需要家構内の制御電源電圧に対する相電流の位相を示す位相特性図、（ｂ）は、逆潮流時における需要家構内の制御電源電圧に対する相電流の位相を示す位相特性図。（ａ）は順潮流時において制御電源変圧器の２次側電流から変換された電流に対する相電流の位相を示す位相特性図、（ｂ）は、逆潮流時において制御電源変圧器の２次側電流から変換された電流に対する相電流の位相を示す位相特性図。実施形態における配電系統の保護装置の概略構成図。

符号の説明

１１…配電線路、１３…引込線路、１４…需要家負荷、１５…分散型電源、
１６…需要家側制御電源用変圧器、
１７…配電系統の保護装置を構成する負荷開閉器、
１８…配電系統の保護装置を構成する制御装置、
２４ｒ，２４ｔ…負荷電流検出部を構成する変流器、３２…過電流検出部、
３３…位相差演算部、３４…潮流方向判定部、３５…制御部、
３６…制御電源電圧位相判定部、３７…制御電源電流位相判定部、
４１…制御電源用変圧器、４２，４３…制御電源電流検出部を構成する変流器、
６０…記憶部、Ｉ_Ｒ，Ｉ_Ｓ，Ｉ_Ｔ…負荷電流、Ｉｖ１，Ｉｖ２…電流（制御電源電流）、
Ｖｐ…制御電源電圧。

Claims

配電線路に引込線路及び当該引込線路上に設けられた負荷開閉器を介して接続された需要家負荷に対して前記配電線路から供給される電力とは別に電力を供給する分散型電源を備えた配電系統の保護装置において、
前記配電線路の３相各相のうちいずれか１相の負荷電流を検出する負荷電流検出部と、
前記負荷電流検出部により検出された負荷電流が過電流レベルであるか否かを判別する過電流検出部と、
前記負荷開閉器に内蔵された制御電源及び需要家構内の制御電源のうちいずれか一方の電流を検出する制御電源電流検出部と、
前記制御電源電流検出部により得られた電流と前記負荷電流検出部により検出された負荷電流との位相差を演算する位相差演算部と、
前記位相差演算部により算出された位相差に基づいて前記配電線路の潮流方向を判定する潮流方向判定部と、
前記過電流検出部による判別結果及び前記潮流方向判定部による判定結果に基づいて前記負荷開閉器を開放又は投入維持する制御部とを備えた配電系統の保護装置。
前記負荷開閉器に内蔵された制御電源及び前記需要家構内の制御電源は、それぞれ制御電源用変圧器であり、
前記制御電源電流検出部は前記制御電源用変圧器の二次側に設けられた変流器である請求項１に記載の配電系統の保護装置。
前記配電線路が停電してから再閉路された復電時において、前記負荷電流検出部により検出された負荷電流と前記制御電源電流検出部により得られた電流との位相差を新たに位相差演算部にて演算するようにし、その演算結果を記憶する記憶部を備えた請求項１又は請求項２に記載の配電系統の保護装置。
配電線路に引込線路及び当該引込線路上に設けられた負荷開閉器を介して接続された需要家負荷に対して前記配電線路から供給される電力とは別に電力を供給する分散型電源を備えた配電系統の保護方法において、
前記配電線路の３相各相のうちいずれか１相の負荷電流が過電流レベルであるか否かを判別する段階と、
前記負荷開閉器に内蔵された制御電源及び需要家側の制御電源のうちいずれか一方の電流を検出する段階と、
前記電流検出により得られた電流と前記負荷電流との位相差を演算する段階と、
前記算出された位相差に基づいて前記配電線路の潮流方向を判定する段階と、
前記負荷電流が過電流レベルであるか否かの判別結果及び前記配電線路の潮流方向の判定結果に基づいて前記負荷開閉器を開放又は投入維持する段階とを備えた配電系統の保護方法。