JP5171399B2 - 電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置に関し、特に、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流差動方式電力ケーブル保護継電器のシースアース回路不具合時における外部事故による誤動作を防止するのに好適な電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置に関する。

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。
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。

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。

そのため、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。

本発明の目的は、シースアース回路に不具合があっても電流差動方式電力ケーブル保護継電器の外部事故による誤動作を防止できる電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置を提供することにある。

本発明の電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置は、シースが両端接地された電力ケーブル（Ｃ）を内部事故から保護するための電流差動方式電力ケーブル保護継電器（１）の外部事故時の誤動作を防止するための電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置であって、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、前記電力ケーブルに設置されたケーブル変流器（３）の２次出力電流（ｉ_C）に含まれる２次シース電流を打ち消すための補償電流を発生する補償電流発生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、前記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、前記補償電流発生手段が、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）に基づいて前記補償電流（ｉ_4S）を発生し、該発生した補償電流を前記ケーブル変流器の２次側に流し込むための補償電流発生用変流器（１２）を備えてもよい。
前記ケーブル変流器の変流比（ｎ）の逆数を“ｋ”としたときに、前記第１および第２のアース変流器の変流比が１：１であり、前記補償電流発生用変流器の変流比が１：ｋであり、前記差電流が前記補償電流発生用変流器の１次側を流れ、前記補償電流が該補償電流発生用変流器の２次側に発生されてもよい。
前記差電流に基づいて動作し、該差電流の大きさが整定値以上になると不具合通知信号（Ｓ）を出力する過電流継電器（１３）と、該過電流継電器から前記不具合通知信号が入力されると、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ための警報装置（１４）とをさらに具備してもよい。
前記整定値が、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）の半分の電流値でも前記過電流継電器が動作するように整定されていてもよい。

本発明の電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置は、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、この差電流に基づいて補償電流を発生することによりシースアース回路不具合時の２次シース電流を補償電流で打ち消すことができるので、電流差動方式電力ケーブル保護継電器の外部事故による誤動作を防止することができる。
（２）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）過電流継電器および警報装置を用い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ことにより、シースアース回路の監視も行うことができる。

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に基づいて発生した補償電流をケーブル変流器の２次側に流し込むことにより実現した。

以下、本発明の電力ケーブル保護継電器誤動作防止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電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置は、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と、補償電流発生用変流器１２と、過電流継電器１３と、警報装置１４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が補償電流発生用変流器１２の１次側を通ったのちに過電流継電器１３に入力される。

補償電流発生用変流器１２は、図２および図３に示すように、変流比が１：ｋのものであり、補償電流発生用変流器１２の１次側を流れる２次シースアース差電流ｉ_3Sをｋ倍した補償電流ｉ_4Sを補償電流発生用変流器１２の２次側に発生するためのものである。
また、送電線変流器２とケーブル変流器３との差接続点からケーブル変流器３に戻ってくるケーブル変流器２次電流ｉ_Cと補償電流ｉ_4Sとが加算されるように、補償電流発生用変流器１２の一端は送電線変流器２とケーブル変流器３との差接続点からケーブル変流器３に戻ってくるケーブル変流器２次電流ｉ_Cの経路に接続されており、補償電流発生用変流器１２の他端は接地されている。

過電流継電器１３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の大きさが整定値以上になると不具合通知信号Ｓを警報装置１４に出力する。
なお、過電流継電器１３の整定値は、以下のようにして整定されている。
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でも過電流継電器１３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）となったときに過電流継電器１３が動作するように、過電流継電器１３の整定値は（２５０Ａ×０．１５）／２＝１８．５Ａよりも小さい値（たとえば、１５Ａ）に整定する。

警報装置１４は、過電流継電器１３から不具合通知信号Ｓが入力されると、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。

次に、電力ケーブル保護継電器誤動作防止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乃至図４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、補償電流発生用変流器１２の２次側に発生する補償電流ｉ_4Sも“０”となるため、図４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。
また、過電流継電器１３には整定値（＝１５Ａ）よりも小さい２次シースアース差電流ｉ_3Sが入力されるため、過電流継電器１３は動作せず、不具合通知信号Ｓは警報装置１４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、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）が補償電流発生用変流器１２の１次側に流れるため、補償電流発生用変流器１２の２次側に発生される補償電流ｉ_4S＝ｋ（Ｉ_S／２）となる。この補償電流ｉ_4Sは送電線変流器２とケーブル変流器３との差接続点からケーブル変流器３に戻ってくるケーブル変流器２次電流ｉ_C（＝ｉ_g）と加算されたのちにケーブル変流器３の２次側に流れ込む。

その結果、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）のうち−ｋ（Ｉ_S／２）は補償電流ｉ_4S＝ｋ（Ｉ_S／２）によって相殺されるため、ケーブル変流器３の２次側から流れ出るケーブル変流器２次電流ｉ_C＝ｉ_gとなるので、図４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、従来のような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できる。

なお、過電流継電器１３に入力される２次シースアース差電流ｉ_3Sの大きさはＩ_S／２（１８．５Ａ）と整定値（＝１５Ａ）以上となるため、過電流継電器１３が動作して、不具合通知信号Ｓが過電流継電器１３から警報装置１４に出力される。これにより、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。

以上の説明では、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ために過電流継電器１３および警報装置１４を具備したが、このような警報を表示する必要がない場合には過電流継電器１３および警報装置１４は具備しなくてもよい。

本発明の一実施例による電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置の構成を示す図である。 図１に示した電力ケーブル保護継電器誤動作防止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に示した電力ケーブル保護継電器誤動作防止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に示した電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置の効果について説明するための図である。 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 補償電流発生用変流器
１３ 過電流継電器
１４ 警報装置
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_S ２次シース電流
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
ｉ_4S 補償電流
Δｉ_S ２次シース差電流
ｋ 係数
ｎ 変流比
Ｓ 不具合通知信号

Claims (5)

1. シースが両端接地された電力ケーブル（Ｃ）を内部事故から保護するための電流差動方式電力ケーブル保護継電器（１）の外部事故時の誤動作を防止するための電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置であって、
   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、前記電力ケーブルに設置されたケーブル変流器（３）の２次出力電流（ｉ_C）に含まれる２次シース電流を打ち消すための補償電流を発生する補償電流発生手段と、
   を具備することを特徴とする、電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置。
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、前記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、
   前記補償電流発生手段が、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）に基づいて前記補償電流（ｉ_4S）を発生し、該発生した補償電流を前記ケーブル変流器の２次側に流し込むための補償電流発生用変流器（１２）を備える、
   ことを特徴とする、請求項１記載の電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置。
3. 前記ケーブル変流器の変流比（ｎ）の逆数を“ｋ”としたときに、
   前記第１および第２のアース変流器の変流比が１：１であり、
   前記補償電流発生用変流器の変流比が１：ｋであり、
   前記差電流が前記補償電流発生用変流器の１次側を流れ、前記補償電流が該補償電流発生用変流器の２次側に発生される、
   ことを特徴とする、請求項２記載の電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置。
4. 前記差電流に基づいて動作し、該差電流の大きさが整定値以上になると不具合通知信号（Ｓ）を出力する過電流継電器（１３）と、
   該過電流継電器から前記不具合通知信号が入力されると、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ための警報装置（１４）と、
   をさらに具備することを特徴とする、請求項１乃至３いずれかに記載の電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置。
5. 前記整定値が、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）の半分の電流値でも前記過電流継電器が動作するように整定されていることを特徴とする、請求項４記載の電力ケーブル保護継電器誤動作防止装置。