JP5150582B2 - ６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、６．６ｋＶ非接地系統の地絡事故に対処するためその６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量を測定する対地静電容量測定方法に関する。

特許文献１は、接地変圧器（接地変圧器は非接地系統の母線に接続されている。非接地系統の母線は、非接地系統の配電線に三相電力を供給する。）の二次側においてその非接地系統で発生する三相不平衡電圧（三相不平衡電圧が発生するのは地絡、各相の対地静電容量の不平衡などによる）を計測し、その計測した二次側電圧を用いて演算装置が非接地系統の対地静電容量を算出する対地静電容量測定装置を開示している。ここで、三相不平衡電圧とは、上記三相の電圧がその位相差を１２０度にしかつ大きさを揃えて平衡状態に予め設定してある（いわゆる零相電圧がゼロ値となるよう予め設定してある）ところ、地絡等によりその位相又は電圧の大きさが変化して上記平衡状態が崩れることから現れる上記零相電圧をいう。

特許文献１に記載の発明は、非接地系統で三相不平衡電圧が発生していない場合やその三相不平衡電圧が微小で二次側で二次側電圧として計測できない場合にはその測定ができないという問題があった。これに対し、特許文献２に記載の発明は、接地変圧器の二次側で二次側電圧として三相不平衡電圧（以下、二次側三相不平衡電圧）を発生させてその問題を解決している。具体的には、接地変圧器の二次側のオープンデルタ結線の一相の巻線に抵抗器を並列接続することにより二次側三相不平衡電圧をオープンデルタ結線に発生させている（特許文献２の図１参照）。そして、その発生した二次側三相不平衡電圧と抵抗器のインピーダンス値とに基づいて非接地系統の対地インピーダンス値（対地静電容量の逆数と定数との積算値に相当）を算出している。

特許第１９７２６８８号公報 特許第３８４４５５１号公報

しかし、特許文献２に記載の発明において、取り付けた抵抗器は、対地インピーダンスの測定中に、その抵抗器に流れた電流が熱に変換されることが原因となって、高温で発熱するおそれがある。このため、特許文献２に記載の発明は、その抵抗器の熱対策をも考慮したものでなければならない。例えば、抵抗器の取り付け位置（例えば通風の良い場所）を工夫してその取り付け位置に応じた取付具を別途用意したり、抵抗器用に断熱部材を別途用意したりしなければならない。

本発明は、熱対策が不要なことから簡素な設備で接地変圧器のオープンデルタ結線に二次側三相不平衡電圧を発生させることができ、その二次側三相不平衡電圧に基づいて６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量を測定する６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、配電線に三相電力を供給する６．６ｋＶ非接地系統の母線に接続された接地変圧器の二次側のオープンデルタ結線に二次側三相不平衡電圧を発生させてその二次側三相不平衡電圧を計測する二次側電圧発生計測ステップと、
前記二次側三相不平衡電圧の計測値に基づいて６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量を演算する対地静電容量演算ステップとを含む対地静電容量測定方法であって、
前記二次側のオープンデルタ結線の三相のうち一相又は二相の巻線が巻数比を変更可能で残る巻線が巻数比を変更不能に構成されており、
前記二次側電圧発生計測ステップにおいて、前記二次側のオープンデルタ結線の三相のうち一相又は二相の巻線巻数を変更することにより前記二次側三相不平衡電圧を発生させることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記二次側電圧発生計測ステップにおいて、前記二次側のオープンデルタ結線の一相の巻線巻数を増加させてその一相の巻線巻数比を増加させることにより前記一相の巻線巻数比の増加分に応じて前記二次側三相不平衡電圧を増加させることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、前記オープンデルタ結線の一相の巻線は、第１，２巻線と、スイッチとを有し、前記第１巻線の巻数が他の相の巻線と巻数が同一であり、前記第１，２巻線が前記スイッチにより直列で電気的に接続又は非接続できるように構成され、
前記二次側電圧発生計測ステップにおいて、前記第１巻線と第２巻線とを前記スイッチにより直列で電気的に接続することにより前記一相の巻線巻数比を増加させることを特徴とする。

本発明において熱対策は不要であることから、簡素な設備で接地変圧器のオープンデルタ結線に二次側三相不平衡電圧を発生させることができ、その二次側三相不平衡電圧に基づいて６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量を測定することができる。

本実施形態の一例である６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法を使用する６．６ｋＶ非接地系統を示す回路図である。 本実施形態の一例である６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法を簡略的に示したフローチャート図である。 不平衡電圧を発生させたときの等価回路図である。 本実施形態の別例である６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法に用いる接地変圧器の二次側回路図である。

以下、本発明に係る６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法の好適な実施形態を図面に基づき説明する。

図１は、本実施形態の一例である６．６ｋＶ非接地系統（６．６ｋＶ配電系統）の対地静電容量測定方法を使用する６．６ｋＶ非接地系統を示す回路図である。図１の６．６ｋＶ非接地系統１では、配電用変圧器２から三相の母線３ａ，３ｂ，３ｃへと三相の高圧電圧が供給される（母線３ａにａ相の高圧電圧が供給され、母線３ｂにｂ相の高圧電圧が供給され、母線３ｃにｃ相の高圧電圧が供給される。以下、ａ相である構成要素には符号ａを付し，ｂ相の構成要素には符号ｂを付し，ｃ相の構成要素には符号ｃを付する）。これら母線３ａ，３ｂ，３ｃは配電線４ａ，４ｂ，４ｃに各相毎に接続されるとともに、接地変圧器５に接続されている。ここで各配電線の対地静電容量はＣａ，Ｃｂ，Ｃｃで示されている。

接地変圧器５はスター・オープンデルタ結線の変圧器であり、スター結線５１及びオープンデルタ結線５２はそれぞれの三相の巻線を所定の巻数比になるように一対一対応で備えている。６．６ｋＶ非接地系統１の母線３ａ，３ｂ，３ｃは接地変圧器５のスター結線５１に接続され、そのスター結線５１の中性点５１ｎは接地されている。またオープンデルタ結線５２には電圧計５３と補償手段５４とが接続されている。電圧計５３はオープンデルタ結線５２の電圧（本実施形態に即してより具体的に述べると、補償手段５４にかかる電圧）を計測するものである。補償手段５４は、高い地絡電流の発生に伴ってオープンデルタ結線５２側で誘導電流が生じた場合にその誘導電流の大きさを制限するためのものである。この補償手段５４は、例えば抵抗器で構成されている。

接地変圧器５の二次側のオープンデルタ結線５２は一相（ａ相）の巻線５２ａがその巻数比を変更可能に構成されている。この一相の巻線５２ａは、第１巻線５２ａ_１と、第２巻線５２ａ_２と、スイッチ（例えば半導体スイッチ）５２ａｓとを有する。第１巻線５２ａ_１の巻数は他の相（ｂ相，ｃ相）の巻線５２ｂ，５２ｃと巻数が同一である。第１巻線５２ａ_１，第２巻線５２ａ_２は上記スイッチ５２ａｓにより直列で電気的に接続又は非接続できるように構成されている。したがって上記スイッチ５２ａｓにより（スイッチ５２ａｓをオンにすることにより）第１巻線５２ａ_１と第２巻線５２ａ_２とを直列に電気的に接続させて一相の巻線５２ａの巻数を第２巻線５２ａ_２の巻数分だけ増加させ、この巻数の増加によりａ相の巻線巻数比を増加させることができる。

図２は、本実施形態の一例である６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法を簡略的に示したフローチャート図である。図２に示すように、６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法は、二次側電圧発生計側ステップＳ１と、対地静電容量演算ステップＳ２とを含む。

二次側電圧発生計測ステップＳ１は、６．６ｋＶ非接地系統１の母線３ａ，３ｂ，３ｃに接続された接地変圧器５の一相又は二相の巻線巻数比を変更することにより二次側のオープンデルタ結線５２に二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２を発生させ、その二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２を計測するステップである。このステップＳ１においては、オープンデルタ結線５２の一相又は二相の巻線巻数を変更してその巻数巻線比を変更することにより二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２を発生させ、この二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２をオープンデルタ結線５２に接続された電圧計５３により計測する。

ここで、二次側三相不平衡電圧とは二次側のオープンデルタ結線に発生した三相不平衡電圧をいう。この三相不平衡電圧とは、上記三相の電圧がその位相差を１２０度にしかつ大きさを揃えて平衡状態に予め設定してあるところ（すなわち、対称座標法によって算出される零相電圧がゼロ値となるよう予め設定してあるところ）から、その位相又は電圧の大きさが変化して上記平衡状態が崩れることにより現れる上記零相電圧をいう。

図１に示す接地変圧器５の二次側のオープンデルタ結線５２の一相（ａ相）の巻線５２ａにおいては、スイッチ５２ａｓにより（スイッチ５２ａｓをオンにして）第１巻線５２ａ_１と第２巻線５２ａ_２とを直列で電気的に接続させ、そのａ相の巻線巻数比を第２巻線５２ａ_２の巻数分だけ増加させる。この巻数比の増加分により二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２が誘導されて発生する。なお上記オープンデルタ結線５２はａ相のみが巻線巻数比を変更可能であるが、ｂ相又はｃ相が巻線巻数比を変更可能であってもよい。また一相（ａ相）のみがその巻線巻数比を変更可能にして二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２を発生させているが、残り一相（ｂ相又はｃ相）（すなわち合計でニ相）についても同様に各巻数比を変更可能にしてこれら巻数比を変更して二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２を発生させてもよい。

対地静電容量演算ステップＳ２は、二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２の計測値に基づいて６．６ｋＶ非接地系統１の対地静電容量Ｃを演算するステップである。

以下、図３を参照して対地静電容量演算ステップＳ２について説明する。この図３は、二次側電圧発生計測ステップＳ１において二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２を発生させた場合に成立する等価回路を示す。ここで、配電用変圧器、接地変圧器の各相内部インピーダンス、配電線の線路インピーダンスは、地絡インピーダンスと比して小さいので無視する。

具体的には、オープンデルタ結線５２に二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２を発生させた場合、二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２に対応してオープンデルタ結線５２に電流が流れる。この二次側の電流に誘導されて一次側のスター結線５１の中性点５１ｎと接地面との間に中性点電流Ｉｎが一次側の三相不平衡電圧Ｖ_０１（以下、一次側三相不平衡電圧）で流れる。一次側三相不平衡電圧は、二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２の発生に対応して生じる電圧である。本実施形態において、この中性点電流Ｉｎを地絡電流とみなす。この中性点電流Ｉｎの発生により６．６ｋＶ非接地系統１の配電線３ａが人工的に地絡したとみなす。

中性点電流Ｉｎが流れたことにより、６．６ｋＶ非接地系統１の配電線３ａと接地面との間には、上述した人工地絡に伴う地絡インピーダンスＺｇ（図３参照）が存在するとみなすことができる。地絡インピーダンスＺｇの大きさは、オープンデルタ結線５２のａ相の第２巻線５２ａ_２の巻数に対応しているとみなすことができる。そのようにみなすことができるのは、第１巻線５２ａ_１と第２巻線５２ａ_２とを直列で電気的に接続させることにより二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２（すなわち、中性点電流Ｉｎが流れる原因）が生じているためである。その他、図３の等価回路には、抵抗Ｒが存在する。抵抗Ｒは二次側の補償手段５４のインピーダンスを一次側換算したものである。また、図３の等価回路には、６．６ｋＶ非接地系統１の配電線３ａ，３ｂ，３ｃと接地面との間の対地静電容量Ｃによるインピーダンス１/（ｊωＣ）が存在する（ｊωはｊとωとの積であり、ｊは虚数単位であり、ωは配電用変圧器２から供給される高圧電圧のその相電圧Ｅａの角速度を示す）。

また、一次側の電圧の大きさは、配電用変圧器２から供給される高圧電圧の相電圧Ｅａによって決定する。この相電圧Ｅａは、図３に示されるように、二次側三相不平衡電圧が発生するに伴って一次側で生じた一次側三相不平衡電圧Ｖ_０１と、上記地絡インピーダンスＺｇでもって中性点電流Ｉｎが流れるときの電圧Ｖｇとの和で表される。

上記中性点電流Ｉｎ，対地静電容量Ｃ，地絡インピーダンスＺｇ，相電圧Ｅａ，一次側三相不平衡電圧Ｖ_０１，地絡インピーダンス電圧Ｖｇの間には、（ａ）〜（ｅ）の関係がある。
（ａ）等価回路に流れる電流が中性点電流Ｉｎであること。
（ｂ）抵抗Ｒと対地静電容量Ｃによるインピーダンス１／（ｊωＣ）とが並列に接続され、この並列接続したインピーダンスと地絡インピーダンスＺｇとが直列に接続されていること。
（ｃ）相電圧Ｅａが一次側三相不平衡電圧Ｖ_０１と地絡インピーダンス電圧Ｖｇとの和であること。
（ｄ）上記並列接続したインピーダンスに一次側三相不平衡電圧Ｖ_０１の電圧がかかっていること。
（ｅ）地絡インピーダンスＺｇに地絡インピーダンス電圧Ｖｇの電圧がかかっていること。
これら（ａ）〜（ｅ）の一次側の関係から、
Ｖ_０１＝{Ｅａ／（ｊω・Ｃ＋１／Ｒ）}／{１／（ｊω・Ｃ＋１／Ｒ）＋Ｚｇ}‥（１）
という式が成立する。

上記式（１）を変形して、ｊω・Ｃの算出式
ｊω・Ｃ＝Ｅａ／（Ｖ_０１・Ｚｇ）−（Ｚｇ＋Ｒ）／（Ｚｇ・Ｒ）‥‥‥（２）
を導出する。この式（２）にＶ_０１，Ｅａ，Ｒ及びＺｇを代入してω・Ｃを算出し、このω・Ｃをωで割ってＣを算出する。

ここで６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量Ｃは、三相の配電線３ａ，３ｂ，３ｃの対地静電容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃの和
Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ＋Ｃｃ
に相当する。

また式（２）に代入するＶ_０１，Ｒ及びＺｇは次のように算出される。Ｖ_０１は、オープンデルタ結線５２で発生させた二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２の計測値（二次側電圧発生計側ステップＳ１により計測された計測値）を一次側換算して算出される。Ｒは、オープンデルタ結線５２の補償手段５４のインピーダンスを一次側換算した一次側インピーダンス値として算出される。地絡インピーダンスＺｇは、二次側三相不平衡電圧Ｖ_０２を発生させたオープンデルタ結線５２の一相の巻線巻数比の増加分に基づいて算出される。

なお、６．６ｋＶ非接地系統１の対地静電容量Ｃの精度を上げるため、オープンデルタ結線５２の少なくとも一相（例えばａ相）の巻線巻数比を段階的に変更（例えば増加）し、この巻数比を変更する度に上記ステップＳ１、ステップＳ２を実行してＣの測定値を求め、次いで、巻数比の変更毎のＣの各測定値からその平均値を算出して６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量としてもよい。このためには、オープンデルタ結線のａ相の巻線は、その巻数比を少なくとも上記変更回数だけ変更できるように構成されている必要がある。

すなわち、ａ相の巻線が第１巻線５２ａ_１以外に単数の巻線（第２巻線５２ａ_２）のみを有する図１の接地変圧器５と比較して、巻線巻数比を多段階に変更可能な接地変圧器は、そのオープンデルタ結線のａ相の巻線が第１巻線にさらに複数（少なくとも上記変更回数と同数）の巻線と、スイッチとを有する。これら複数の巻線はスイッチにより第１巻線から順に直列で電気接続させてそのａ相の巻線巻数を段階的に増加できるように構成されている必要がある。

図４は、一相（ａ相）の巻線巻数比を４段階に増加することが可能な接地変圧器５のオープンデルタ結線５２の回路図を簡略に示したものである（図１の接地変圧器と同一の構成要素に対しては同一の符号を付している）。ａ相の巻線５２ａは、第１巻線５２ａ_１と、第２巻線５２ａ_２と、第３巻線５２ａ_３と、第４巻線５２ａ_４と、スイッチ５２ａｓｓとを有する。そして、スイッチ５２ａｓｓにより、第１巻線５２ａ_１と第２巻線５２ａ_２との直列による電気的な接続又は非接続と、第１巻線５２ａ_１と第２巻線５２ａ_２と第３巻線５２ａ_３との直列による電気的な接続又は非接続と、第１巻線５２ａ_１と第２巻線５２ａ_２と第３巻線５２ａ_３と第４巻線５２ａ_４との直列による電気的な接続又は非接続とを可能にするように構成されている。

以上の通り、本発明は、接地変圧器のオープンデルタ結線の巻線巻数を変更してその変更分により二次側三相不平衡電圧を発生させ、それに伴って一次側三相不平衡電圧を発生させるものである。このようにして二次側三相不平衡電圧ひいては一次側三相不平衡電圧を発生させるので、それらの発生に伴い生じる熱は、特許文献２に係る発明の抵抗器において生じる熱に比べると、ごくわずかである。特許文献２に係る発明においては、二次側三相不平衡電圧を発生させるため、上述した抵抗器（巻線に並列接続されたもの）は電力を熱エネルギーに変換する。このため、特許文献２にかかる発明において、二次側三相不平衡電圧の発生に伴い生じる熱はかなりの量となるからである。

１ ６．６ＫＶ非接地系統
３ａ 母線（ａ相の母線）
３ｂ 母線（ｂ相の母線）
３ｃ 母線（ｃ相の母線）
４ａ 配電線（ａ相の配電線）
４ｂ 配電線（ｂ相の配電線）
４ｃ 配電線（ｃ相の配電線）
５ 接地変圧器
５２ オープンデルタ結線
５２ａ_１ 第１巻線
５２ａ_２ 第２巻線
５２ａｓ スイッチ
Ｃ ６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量
Ｓ１ 二次側電圧発生計側ステップ
Ｓ２ 対地静電容量演算ステップ
Ｖ_０２ 二次側三相不平衡電圧

Claims (3)

1. 配電線に三相電力を供給する６．６ｋＶ非接地系統の母線に接続された接地変圧器の二次側のオープンデルタ結線に二次側三相不平衡電圧を発生させてその二次側三相不平衡電圧を計測する二次側電圧発生計測ステップと、
   前記二次側三相不平衡電圧の計測値に基づいて６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量を演算する対地静電容量演算ステップとを含む対地静電容量測定方法であって、
   前記二次側のオープンデルタ結線の三相のうち一相又は二相の巻線が巻数比を変更可能で残る巻線が巻数比を変更不能に構成されており、
   前記二次側電圧発生計測ステップにおいて、前記二次側のオープンデルタ結線の三相のうち一相又は二相の巻線巻数を変更することにより前記二次側三相不平衡電圧を発生させることを特徴とする６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法。
2. 前記二次側電圧発生計測ステップにおいて、前記二次側のオープンデルタ結線の一相の巻線巻数を増加させてその一相の巻線巻数比を増加させることにより前記一相の巻線巻数比の増加分に応じて前記二次側三相不平衡電圧を増加させることを特徴とする請求項１に記載の６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法。
3. 前記オープンデルタ結線の一相の巻線は、第１巻線と、第２巻線と、スイッチとを有し、前記第１巻線の巻数が他の相の巻線と巻数が同一であり、前記第１巻線と前記第２巻線とが前記スイッチにより直列で電気的に接続又は非接続できるように構成され、
   前記二次側電圧発生計測ステップにおいて、前記第１巻線と第２巻線とを前記スイッチにより直列で電気的に接続させることにより前記一相の巻線巻数比を増加させることを特徴とする請求項２に記載の６．６ｋＶ非接地系統の対地静電容量測定方法。

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