JP5121585B2 - シースアース回路監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、シースアース回路監視装置に関し、特に、シースが両端接地された電力ケーブルに設けられたシースアース回路に不具合が生じたか否かを監視するのに好適なシースアース回路監視装置に関する。

従来、シースが両端接地された電力ケーブルを内部事故から保護するための電力ケーブル保護継電器として、電流差動方式のものが使用されている。
また、電力ケーブルにはシールドアースが施工されているが、電力ケーブル保護継電器用の変流器は貫通形であるため、電力ケーブルのシースに流れるシース電流を打ち消すようにシースアース線を変流器内に引き戻している。

たとえば図５に示すように、架空送電線Ｌに電力ケーブルＣが接続されている場合には、架空送電線Ｌの負荷端側に設置された送電線変流器２（貫通形）と電力ケーブルＣの負荷端と反対側に設置されたケーブル変流器３（貫通形）とを差接続し、送電線変流器２の２次出力電流（以下、「送電線変流器２次電流ｉ_L」と称する。）とケーブル変流器３の２次出力電流（以下、「ケーブル変流器２次電流ｉ_C」と称する。）との差電流（＝ｉ_L−ｉ_C）を入力電流ｉ_inとして電流差動方式電力ケーブル保護継電器１（以下、「電力ケーブル保護継電器１」と称する。）に入力することにより、電力ケーブル保護継電器１が入力電流ｉ_inに基づいて内部事故を検出すると、架空送電線Ｌの負荷端側に設置された遮断器４を遮断するようにしている。

また、ケーブル変流器３では、電力ケーブルＣのシースに流れるシース電流Ｉ_Sの２次出力電流がケーブル変流器２次電流ｉ_Cに含まれないようにするために、電力ケーブルＣのケーブル変流器３側のシースアース線（以下、「第１のシースアース線Ｅ₁」と称する。また、電力ケーブルＣのケーブル変流器３と反対側のシースアース線を「第２のシースアース線Ｅ₂」と称する。）をケーブル変流器３内に引き戻して、シース電流Ｉ_Sと第１のシースアース線Ｅ₁に流れるシースアース電流とを相殺するようにしている。

なお、下記の特許文献１には、ケーブル遮蔽層の切断とシースのメグ異常とを同時に検出してケーブル線路の健全性を確認できるように、中間に接地のないケーブル線路の片端をコンデンサ接地し、他端をコンデンサ若しくは高抵抗接地とし、コンデンサ接地端から常時遮蔽層に直流電圧を印加してシース洩れ電流の測定を行ってシースメグの異常を検出し、他端ではシース電位を常時測定して遮蔽層切断を検出するようにした、ケーブル遮蔽層，シース異常監視方法が開示されている。
また、下記の特許文献２には、高電圧で運転中の電力ケーブルの絶縁状態をそのまま診断、監視できるように、電力ケーブルの接地線に電流変流器が緩嵌されており、電流変流器に励磁電源が接続されており、電流変流器の二次側から商用周波数と異なる周波数の励磁電源により励磁すると、接地線に絶縁診断・監視用の電圧を重畳することが可能となり、また、電力ケーブルに零相変流器が緩嵌されており、零相変流器に絶縁監視盤が接続されており、零相変流器の出力と絶縁診断・監視用の電圧とを絶縁監視盤に入力すると、絶縁監視盤の内部でベクトル演算が行われ、電力ケーブルの絶縁抵抗および誘電正接が測定されるようにした、電力ケーブルの絶縁診断・監視システムが開示されている。
特開平６−２８９０９４号公報 特開平７−０２０１７１号公報

しかしながら、上述したようにケーブル変流器３では電力ケーブルＣの第１のシースアース線Ｅ₁を引き戻して、シース電流Ｉ_Sと第１のシースアース線Ｅ₁に流れるシースアース電流とを相殺するようにしているため、シースアース回路に不具合（シースアース線の地絡、シースアース線に接続されている保安用避雷器のパンク、シースアース線の絶縁被覆の損傷、ケーブル変流器３の内部劣化など）があると、シース電流Ｉ_Sと第１のシースアース線Ｅ₁に流れるシースアース電流とが相殺されず、両者の差電流の２次出力電流（以下、「２次シース差電流Δｉ_S」と称する。）がケーブル変流器２次電流ｉ_Cに含まれるため、電力ケーブル保護継電器１が外部事故によって誤動作するという問題があった。

すなわち、シースアース回路に不具合がない場合には、外部事故時に送電線変流器２次電流ｉ_Lとケーブル変流器２次電流ｉ_Cとは、架空送電線Ｌおよび電力ケーブルＣに流れる事故電流Ｉ_gの２次出力電流（以下、「２次事故電流ｉ_g」と称する。）となるため、図５に示すように電力ケーブル保護継電器１の入力電流ｉ_inは“０”となって、電力ケーブル保護継電器１は動作しない。

しかし、たとえば図６に示すように第１のシースアース線Ｅ₁のケーブル変流器３よりも負荷端と反対側で地絡が生じると、第１のシースアース線Ｅ₁に流れるシースアース電流はシース電流Ｉ_Sの１／２となるため、ケーブル変流器３の変流比ｎの逆数を“ｋ”とすると、ケーブル変流器２次電流ｉ_Cは、（１）式で示すように２次事故電流ｉ_gからｋ（Ｉ_S／２）を引いたものとなる。
ｉ_C＝ｉ_g−Δｉ_S
＝ｉ_g−ｋ（Ｉ_S／２） （１）
そのため、電力ケーブル保護継電器１の入力電流ｉ_inは、（２）式に示すようにｋ（Ｉ_S／２）となる。
ｉ_in＝ｉ_L−ｉ_C＝ｉ_g−｛ｉ_g−（ｋ（Ｉ_S／２）｝＝ｋ（Ｉ_S／２） （２）
その結果、電力ケーブル保護継電器１が誤動作してしまう。

特に、シースアース回路の不具合のうちケーブル変流器３の内部劣化によりケーブル変流器３内でシース線が接地したような場合には、目視による監視が非常に困難であり、これによる電力ケーブル保護継電器１の外部事故による誤動作を防止することが非常に難しいという問題があった。

本発明の目的は、電力ケーブルに設けられたシースアース回路に不具合があるか否かを監視することができるシースアース回路監視装置を提供することにある。

本発明のシースアース回路監視装置は、シースが両端接地された電力ケーブル（Ｃ）に設けられたシースアース回路に不具合が生じたか否かを監視するためのシースアース回路監視装置であって、シースアース線（Ｅ₁）の前記電力ケーブルからの引出点近傍を流れる電流と該シースアース線の接地点近傍を流れる電流との差電流を検出する差電流検出手段と、該差電流検出手段によって検出された前記差電流に基づいて、前記シースアース回路に不具合が生じたか否かを監視する監視手段とを具備することを特徴とする。
ここで、前記差電流検出手段が、前記シースアース線の前記電力ケーブルからの引出点近傍に設けられた第１のアース変流器（１１₁）と、該シースアース線の接地点近傍に設けられたかつ前記第１のアース変流器と差接続された第２のアース変流器（１１₂）とを備え、前記監視手段が、前記第１のアース変流器の２次出力電流（ｉ_1S）と前記第２のアース変流器の２次出力電流（ｉ_2S）との差電流（ｉ_3S）が所定の値以上になると「前記シースアース回路に不具合が生じた」と判定してもよい。
前記差電流検出手段が、前記シースアース線の前記電力ケーブルからの引出点近傍に設けられた第１のクランプ形変流器（２１₁）と、該シースアース線の接地点近傍に設けられた第２のクランプ形変流器（２１₂）とを備え、前記監視手段が、前記第１および第２のクランプ形変流器からそれぞれ入力される電流の差電流を求め、該求めた差電流が所定の値以上になると「前記シースアース回路に不具合が生じた」と判定してもよい。
前記所定の値が、隣接変電所を事故点とした場合の外部地絡事故時の事故電流（Ｉ_g）でも前記監視手段が動作するように設定されていてもよい。

本発明のシースアース回路監視装置は、以下に示す効果を奏する。
（１）シースアース回路不具合時にケーブル変流器の２次出力電流に含まれる２次シース電流はシースアース線の電力ケーブルからの引出点近傍を流れる電流とシースアース線の接地点近傍を流れる電流との差電流に応じた電流となるため、この差電流の大きさを検出することにより、シースアース回路に不具合があるか否かを監視することができる。
（２）シースアース回路に不具合があった場合には電流差動方式電力ケーブル保護継電器をロックすることにより、電流差動方式電力ケーブル保護継電器の誤動作を防止することができるため、不要な電力供給支障をなくすことができる。
（３）差電流の大きさを検出するのにクランプ形変流器を用いることにより、既設設備についても容易にシースアース回路監視装置を設置することができる。

上記の目的を、シースアース線の電力ケーブルからの引出点近傍に設けられた第１のアース変流器の２次出力電流とシースアース線の接地点近傍に設けられた第２のアース変流器の２次出力電流との差電流の大きさが所定の値以上になると「シースアース回路に不具合が生じた」と判定することにより実現した。

以下、本発明のシースアース回路監視装置の実施例について図面を参照して説明する。
本発明の一実施例によるシースアース回路監視装置は、図１に示すように、差接続された第１および第２のアース変流器１１₁，１１₂（貫通形）と、監視装置１２とを具備する。

ここで、第１のアース変流器１１₁は第１のシースアース線Ｅ₁の電力ケーブルＣからの引出点近傍に設けられている。
また、第１のアース変流器１１₁は、図２および図３に示すように、変流比が１：１のものであり、第１のアース変流器１１₁の２次側からは、第１のシースアース線Ｅ₁の引出点近傍（第１のアース変流器１１₁の１次側）を流れるシースアース電流と同じ大きさの第１の２次シースアース電流ｉ_1Sが出力される。

第２のアース変流器１１₂は第１のシースアース線Ｅ₁の接地点近傍に設けられている。
また、第２のアース変流器１１₂は、図２および図３に示すように、変流比が１：１のものであり、第２のアース変流器１１₂の２次側からは、第１のシースアース線Ｅ₁の接地点近傍（第２のアース変流器１１₂の１次側）を流れるシースアース電流と同じ大きさの第２の２次シースアース電流ｉ_2Sが出力される。

なお、第１および第２のアース変流器１１₁，１１₂は差接続されているため、第１および第２の２次シースアース電流ｉ_1S，ｉ_2Sの差電流である２次シースアース差電流ｉ_3Sが監視装置１２に入力される。

監視装置１２は、２次シースアース差電流ｉ_3Sに基づいて動作し、２次シースアース差電流ｉ_3Sの大きさが所定の値以上になると「シースアース回路に不具合が生じた」と判定して、シースアース回路の不具合を知らせるための警報を表示するとともに、電力ケーブル保護継電器１をロックするためのロック信号Ｓ_LOCKを電力ケーブル保護継電器１に出力する。

なお、所定の値は、以下のようにして設定されている。
たとえば、隣接変電所を事故点とした場合の外部地絡事故時の事故電流Ｉ_g（１線電流）が５００Ａであるとすると、遠方外部地絡事故を考慮して、事故電流Ｉ_gがその半分の電流値である２５０Ａでも監視装置１２が動作するようにする。
そこで、シース電流Ｉ_Sが事故電流Ｉ_g（１線電流）の１５％であるとすると、後述するようにシースアース回路に不具合が生じたときの２次シースアース差電流ｉ_3Sがシース電流Ｉ_Sの１／２（＝Ｉ_S／２）となったときに監視装置１２が動作するように、所定の値は（２５０Ａ×０．１５）／２＝１８．５Ａよりも小さい値（たとえば、１５Ａ）に設定する。

次に、シースアース回路監視装置の動作について、シースアース回路に不具合がない場合とシースアース回路に不具合がある場合とに分けて、図２および図３を参照して説明する。

（１）シースアース回路に不具合がない場合
シースアース回路に不具合がない場合には、図２に示すように、第１および第２の２次シースアース電流ｉ_1S，ｉ_2Sは共にシース電流Ｉ_Sとなるため、２次シースアース差電流ｉ_3S（＝ｉ_1S−ｉ_2S）は“０”となる。その結果、監視装置１２は動作しないので、シースアース回路の不具合を知らせるための警報は表示されず、また、ロック信号Ｓ_LOCKも電力ケーブル保護継電器１に出力されない。

（２）シースアース回路に不具合がある場合
たとえば図３に示すように第１のシースアース線Ｅ₁の第１のアース変流器１１₁とケーブル変流器３との間で地絡が生じると、ケーブル変流器３の１次側を流れるシースアース電流はシース電流Ｉ_Sの１／２となるため、ケーブル変流器３の２次側に電磁誘導されるケーブル変流器２次電流ｉ_C＝ｉ_g−ｋ（Ｉ_S／２）となる（（１）式参照）。

また、第１のアース変流器１１₁の１次側を流れるシースアース電流はシース電流Ｉ_Sとなるため、第１の２次シースアース電流ｉ_1S＝Ｉ_Sとなるが、第２のアース変流器１１₂の１次側を流れるシースアース電流はシース電流Ｉ_Sの１／２となるため、第２の２次シースアース電流ｉ_2S＝Ｉ_S／２となる。
したがって、所定の値（＝１５Ａ）以上の大きさの２次シースアース差電流ｉ_3S＝Ｉ_S／２（＝ｉ_1S−ｉ_2S＝Ｉ_S−Ｉ_S／２）が監視装置１２に入力されるため、監視装置１２が動作して、シースアース回路の不具合を知らせるための警報が表示されるとともに、ロック信号Ｓ_LOCKが電力ケーブル保護継電器１に出力される。
これにより、シースアース回路の不具合を容易に監視することができる（特に、目視による監視が困難であるケーブル変流器３内における第１のシースアース線Ｅ₁の接地も容易に監視することができる）とともに、シースアース回路不具合時の電力ケーブル保護継電器１の外部事故による誤動作による遮断器４の遮断を防止することができる。

以上の説明では、貫通形の第１および第２のアース変流器１１₁，１１₂を用いて第１のシースアース線Ｅ₁の引出点近傍および接地点近傍を流れるシースアース電流をそれぞれ検出したが、既設の設備に本発明のシースアース回路監視装置を設置する場合には図４に示すように第１および第２のクランプ形変流器２１₁，２１₂（変流比１：１）を用いて第１のシースアース線Ｅ₁の引出点近傍および接地点近傍を流れるシースアース電流をそれぞれ検出してもよい。
このときには、監視装置１２は、第１および第２のクランプ形変流器２１₁，２１₂からそれぞれ入力される電流の差電流を求め、求めた差電流の大きさが所定の値以上になると「シースアース回路に不具合が生じた」と判定すればよい。

本発明の一実施例によるシースアース回路監視装置の構成を示す図である。 図１に示したシースアース回路監視装置のシースアース回路に不具合がない場合の動作について説明するための図である。 図１に示したシースアース回路監視装置のシースアース回路に不具合がある場合の動作について説明するための図である。 図１に示した第１および第２のアース変流器１１₁，１１₂の代わりに第１および第２のクランプ形変流器２１₁，２１₂を用いた場合のシースアース回路監視装置の構成を示す図である。 シースが両端接地された電力ケーブルを内部事故から保護するための電力ケーブル保護継電器１について説明するための図である。 シースアース回路不具合時における図５に示した電力ケーブル保護継電器１の外部事故による誤動作について説明するための図である。

符号の説明

１ 電力ケーブル保護継電器
２ 送電線変流器
３ ケーブル変流器
４ 遮断器
１１₁，１１₂ 第１および第２のアース変流器
１２ 監視装置
２１₁，２１₂ 第１および第２のクランプ形変流器
Ｃ 電力ケーブル
Ｌ 架空送電線
Ｅ₁，Ｅ₂ 第１および第２のシースアース線
Ｉ_g 事故電流
Ｉ_S シース電流
ｉ_L 送電線変流器２次電流
ｉ_C ケーブル変流器２次電流
ｉ_in 入力電流
ｉ_g ２次事故電流
ｉ_1S，ｉ_2S 第１および第２の２次シースアース電流
ｉ_3S ２次シースアース差電流
Δｉ_S ２次シース差電流
ｋ 係数
ｎ 変流比
Ｓ_LOCK ロック信号

Claims (4)

1. シースが両端接地された電力ケーブル（Ｃ）に設けられたシースアース回路に不具合が生じたか否かを監視するためのシースアース回路監視装置であって、
   シースアース線（Ｅ₁）の前記電力ケーブルからの引出点近傍を流れる電流と該シースアース線の接地点近傍を流れる電流との差電流を検出する差電流検出手段と、
   該差電流検出手段によって検出された前記差電流に基づいて、前記シースアース回路に不具合が生じたか否かを監視する監視手段と、
   を具備することを特徴とする、シースアース回路監視装置。
2. 前記差電流検出手段が、前記シースアース線の前記電力ケーブルからの引出点近傍に設けられた第１のアース変流器（１１₁）と、該シースアース線の接地点近傍に設けられたかつ前記第１のアース変流器と差接続された第２のアース変流器（１１₂）とを備え、
   前記監視手段が、前記第１のアース変流器の２次出力電流（ｉ_1S）と前記第２のアース変流器の２次出力電流（ｉ_2S）との差電流（ｉ_3S）が所定の値以上になると「前記シースアース回路に不具合が生じた」と判定する、
   ことを特徴とする、請求項１記載のシースアース回路監視装置。
3. 前記差電流検出手段が、前記シースアース線の前記電力ケーブルからの引出点近傍に設けられた第１のクランプ形変流器（２１₁）と、該シースアース線の接地点近傍に設けられた第２のクランプ形変流器（２１₂）とを備え、
   前記監視手段が、前記第１および第２のクランプ形変流器からそれぞれ入力される電流の差電流を求め、該求めた差電流が所定の値以上になると「前記シースアース回路に不具合が生じた」と判定する、
   ことを特徴とする、請求項１記載のシースアース回路監視装置。
4. 前記所定の値が、隣接変電所を事故点とした場合の外部地絡事故時の事故電流（Ｉ_g）でも前記監視手段が動作するように設定されていることを特徴とする、請求項２または３記載のシースアース回路監視装置。