JP5283521B2 - 零相基準入力装置 - Google Patents

Description

本発明は零相基準入力装置および地絡保護継電器に関し、特に、零相基準入力装置と接地変圧器とで同一の継電器を共用させる方法に関する。

電力系統では、高圧ケーブルの絶縁劣化等の原因で地絡事故が発生することがある。この地絡事故対策として、地絡方向継電器や地絡過電圧継電器などの地絡保護継電器を高圧配電系統に設け、地絡事故発生時に事故設備を系統から切離することが行われている。この地絡保護継電器では、保護対象設備の零相電圧と零相電流を検出し、その大きさが双方共に基準レベルを上回り、かつ零相電圧と零相電流の位相差が所定範囲内にあって、地絡が自設備側で発生していることを示している状態が一定期間続いた場合に地絡事故と判定され、トリップ動作が行われる。

ここで、接地をとることができる地点では、零相電圧を検出するために接地変圧器が用いられる。この接地変圧器では、十分な零相電流が流れるため、零相電圧は、“電気学会
電気規格調査会標準規格 計器用変成器（保護継電器用）ＪＥＣ−１２０１”で規定された値を確保することができる。なお、この零相電圧の値は、完全地絡時に１１０Ｖと規定されている。

一方、接地をとることができない地点では、零相電圧を検出するために零相基準入力装置が用いられる。この零相基準入力装置では、微弱な零相電流しか流れないため、接地変圧器から出力されるような大きな零相電圧値を確保することができず、例えば、完全地絡時に７Ｖとなる。

また、特許文献１には、零相基準入力装置から送られた零相電流を変成手段に直接出力し、接地変圧器から送られた零相電圧を抵抗器を介して零相電流に変換して出力することにより、零相基準入力装置を用いた場合と接地変圧器を用いた場合とで、変成手段を共通に用いる方法が開示されている。

特開平１０−１０８３５２号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、接地変圧器から出力される零相電圧の値（完全地絡時に１１０Ｖ）と、零相基準入力装置から出力される零相電圧の値（完全地絡時に７Ｖ）とが異なる。このため、それぞれの零相電圧の値に対応するように地絡保護継電器の仕様を変更する必要があり、接地変圧器と零相基準入力装置とで同一の仕様の地絡保護継電器を用いることができないことから、地絡保護継電器のコストアップを招くという問題があった。

また、特許文献１に開示された方法では、接地変圧器から出力される零相電流を抵抗器にてレベル変換し、零相基準入力装置から出力される零相電圧のレベルに一致させるようにしている。このため、接地変圧器から出力される信号のレベルが低下し、ノイズの影響を受け易くなるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送時のノイズ耐性を低下させることなく、接地変圧器と零相基準入力装置とで同一の仕様の地絡保護継電器を用いることが可能な零相基準入力装置および地絡保護継電器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の零相基準入力装置は、送電線の零相電圧を検出する零相電圧検出部と、前記零相電圧検出部にて検出された零相電圧を増幅する増幅部とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、伝送時のノイズ耐性を低下させることなく、接地変圧器と零相基準入力装置とで同一の仕様の地絡保護継電器を用いることが可能となり、地絡保護継電器を共用できるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る零相基準入力装置および地絡保護継電器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る零相基準入力装置が適用される電力系統の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。図１において、電力系統には、３相分の送電線Ｈが設けられ、高圧系ＨＶの送電線Ｈは、高圧を低圧に変換する変圧器Ｔ２を介して低圧系ＬＶの送電線Ｈと接続されている。また、高圧系ＨＶの送電線Ｈには、送電線Ｈを所定の単位で遮断する遮断器ＣＢ２が設置されるとともに、低圧系ＬＶの送電線Ｈには、送電線Ｈを所定の単位で遮断する遮断器ＣＢ１が設置されている。

そして、高圧系ＨＶ側には、零相変流器ＺＣＴ２、地絡方向継電器２１および接地変圧器２２が設けられ、低圧系ＬＶ側には、零相変流器ＺＣＴ１、地絡方向継電器１１および零相基準入力装置１２が設けられている。

ここで、接地変圧器２２には、１次巻線Ｍ１１〜Ｍ１３および２次巻線Ｍ２１〜Ｍ２３が設けられ、１次巻線Ｍ１１〜Ｍ１３はスター結線されるとともに、２次巻線Ｍ２１〜Ｍ２３はデルタ結線されている。そして、１次巻線Ｍ１１〜Ｍ１３の一端は共通に接地されるとともに、１次巻線Ｍ１１〜Ｍ１３の他端は、パワーヒューズＰＦ１〜ＰＦ３をそれぞれ介して送電線Ｈの各相に接続されている。また、２次巻線Ｍ２１の一端は、零相電圧検出用出力端子Ｂ１に接続されるとともに、２次巻線Ｍ２３の一端は、零相電圧検出用出力端子Ｂ２に接続され、零相電圧検出用出力端子Ｂ１、Ｂ２間には抵抗器Ｒ２１が接続されている。また、接地変圧器２２自体は、接地端子Ｅを介して接地されている。

また、地絡方向継電器２１には、地絡判定部２１ａおよび遮断指令部２１ｂが設けられている。そして、地絡判定部２１ａは、接地変圧器２２にて検出された零相電圧および零相変流器ＺＣＴ２にて検出された零相電流に基づいて地絡判定を行うことができる。遮断指令部２１ｂは、地絡判定部２１ａによる判定結果に基づいて送電線の遮断指令を遮断器ＣＢ２に出力することができる。

ここで、地絡方向継電器２１の電源端子Ｐ１、Ｐ２間には、ＡＣ電源が接続されている。また、地絡方向継電器２１の零相電圧検出用入力端子Ｙ１、Ｙ２には、接地変圧器２２の零相電圧検出用出力端子Ｂ１、Ｂ２がそれぞれ接続されている。また、地絡方向継電器２１の零相電流検出用入力端子Ｚ１、Ｚ２間には、零相変流器ＺＣＴ２が接続されている。また、地絡方向継電器２１自体は、接地端子Ｅを介して接地されている。

また、零相基準入力装置１２には、送電線Ｈから送られる零相電圧を検出する零相電圧検出部が設けられ、この零相電圧検出部は、コンデンサＣ１〜Ｃ３、変圧器Ｔ１および抵抗器Ｒ１にて構成されている。ここで、コンデンサＣ１〜Ｃ３はスター結線され、コンデンサＣ１〜Ｃ３の一端は、変圧器Ｔ１の１次巻線Ｍ１に共通に接続されるとともに、コンデンサＣ１〜Ｃ３の他端は、送電線Ｈの各相に接続されている。また、変圧器Ｔ１の１次巻線Ｍ１の端子間には、サージアブソーバＺＮＲが接続され、変圧器Ｔ１の２次巻線Ｍ２の端子間には、抵抗器Ｒ１が接続されている。

また、零相基準入力装置１２には、変圧器Ｔ１から出力された零相電圧を増幅する増幅部１３が設けられている。ここで、増幅部１３は、接地変圧器２２から出力される零相電圧のレベルに一致するように、変圧器Ｔ１から出力された零相電圧を増幅することができる。例えば、接地変圧器２２から出力される零相電圧の値が完全地絡時に１１０Ｖ、変圧器Ｔ１から出力される零相電圧の値が完全地絡時に７Ｖの場合、７Ｖという電圧を１１０Ｖに増幅することができる。

そして、増幅部１３の入力端子間には、変圧器Ｔ１の２次巻線Ｍ２が接続され、増幅部１３の出力端子には、零相電圧検出用出力端子Ａ１、Ａ２がそれぞれ接続されている。

また、地絡方向継電器１１には、地絡判定部１１ａおよび遮断指令部１１ｂが設けられている。そして、地絡判定部１１ａは、零相基準入力装置１２にて検出された零相電圧および零相変流器ＺＣＴ１にて検出された零相電流に基づいて地絡判定を行うことができる。遮断指令部１１ｂは、地絡判定部１１ａによる判定結果に基づいて送電線の遮断指令を遮断器ＣＢ１に出力することができる。

ここで、地絡方向継電器１１の電源端子Ｐ１、Ｐ２間には、ＡＣ電源が接続されている。また、地絡方向継電器１１の零相電圧検出用入力端子Ｙ１、Ｙ２には、零相基準入力装置１２の零相電圧検出用出力端子Ａ１、Ａ２がそれぞれ接続されている。また、地絡方向継電器１１の零相電流検出用入力端子Ｚ１、Ｚ２間には、零相変流器ＺＣＴ１が接続されている。また、地絡方向継電器１１自体は、接地端子Ｅを介して接地されている。

以下、図１の電力系統の動作を説明する。高圧系ＨＶにおいて、送電線Ｈに零相電流が発生すると、その零相電流は零相変流器ＺＣＴ２にて検出され、地絡方向継電器２１に送られる。また、送電線Ｈに零相電圧が発生すると、その零相電圧は接地変圧器２２にて検出され、地絡方向継電器２１に送られる。

そして、零相変流器ＺＣＴ２にて検出された零相電流および接地変圧器２２にて検出された零相電圧が地絡方向継電器２１に送られると、地絡判定部２１ａにおいて、それらの零相電流および零相電圧に基づいて地絡判定が行われ、その判定結果が遮断指令部２１ｂに出力される。そして、地絡判定部２１ａにて地絡が発生したと判定された場合、遮断指令部２１ｂから遮断指令が遮断器ＣＢ２に出力され、遮断器ＣＢ２にて送電線Ｈが遮断されることで、高圧系ＨＶの事故設備が電力系統から切離される。

一方、低圧系ＬＶにおいて、送電線Ｈに零相電流が発生すると、その零相電流は零相変流器ＺＣＴ１にて検出され、地絡方向継電器１１に送られる。また、送電線Ｈに零相電圧が発生すると、その零相電圧は零相基準入力装置１２にて検出され、増幅部１３にて増幅された後、地絡方向継電器１１に送られる。

そして、零相変流器ＺＣＴ１にて検出された零相電流および増幅部１３にて増幅された零相電圧が地絡方向継電器１１に送られると、地絡判定部１１ａにおいて、それらの零相電流および零相電圧に基づいて地絡判定が行われ、その判定結果が遮断指令部１１ｂに出力される。そして、地絡判定部１１ａにて地絡が発生したと判定された場合、遮断指令部１１ｂから遮断指令が遮断器ＣＢ１に出力され、遮断器ＣＢ１にて送電線Ｈが遮断されることで、低圧系ＬＶの事故設備が電力系統から切離される。

ここで、零相基準入力装置１２にて検出された零相電圧を増幅部１３にて増幅してから地絡方向継電器１１に送ることにより、接地変圧器２２にて検出された零相電圧を低下させることなく、零相基準入力装置１２から出力される零相電圧の値を接地変圧器２２から出力される零相電圧のレベルと一致させることが可能となる。このため、伝送時のノイズ耐性を低下させることなく、接地変圧器２２と零相基準入力装置１２とで用いられる地絡方向継電器１１、２１の仕様を一致させることが可能となり、それぞれの零相電圧の値に対応するように地絡方向継電器１１、２１の仕様を別個に決定する必要がなくなることから、地絡方向継電器１１、２１の仕様変更にかかるコストを削減することができる。

図２は、図１の零相基準入力装置の詳細な構成を示す図である。図２において、零相基準入力装置１２には、交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１４がさらに設けられている。また、増幅部１３には、トランジスタＴＲ、抵抗器Ｒ２、Ｒ３、ＲＬ、ＲｅおよびコンデンサＣ４、Ｃ５が設けられている。

ここで、トランジスタＴＲのコレクタは、抵抗器ＲＬを介して電源電位Ｖｃｃに接続されている。また、トランジスタＴＲのエミッタは、抵抗器Ｒｅを介して接地されている。また、トランジスタＴＲのベースは、抵抗器Ｒ２を介して電源電位Ｖｃｃに接続されるとともに、抵抗器Ｒ３を介して接地されている。また、トランジスタＴＲのベースは、コンデンサＣ４を介して変圧器Ｔ１の２次巻線Ｍ２の一端に接続され、トランジスタＴＲのコレクタは、コンデンサＣ５を介して零相電圧検出用出力端子Ａ１に接続されている。

そして、例えば、変圧器Ｔ１から出力された７Ｖの零相電圧は、トランジスタＴＲのベースに入力され、トランジスタＴＲにて１１０Ｖに増幅された後、零相電圧検出用出力端子Ａ１に出力される。

なお、抵抗器Ｒ２、Ｒ３は、トランジスタＴＲの動作点を設定することができる。また、抵抗器ＲＬの値をＲＬ、抵抗器Ｒｅの値をＲｅとすると、増幅部１３の電圧利得Ｇは、Ｇ＝ＲＬ／Ｒｅで与えられる。このため、７Ｖの零相電圧を１１０Ｖに増幅させるためには、Ｇ＝１６となるように抵抗器ＲＬ、Ｒｅの値を設定すればよい。

また、図２構成では、トランジスタＴＲを用いて増幅部１３を構成する方法について説明したが、オペアンプなどを用いて増幅部１３を構成するようにしてもよい。

実施の形態２．
図３は、本発明に係る地絡方向継電器が適用される電力系統の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。図３において、高圧系ＨＶ側には、図１の地絡方向継電器２１の代わりに地絡方向継電器４１が設けられ、低圧系ＬＶ側には、図１の地絡方向継電器１１および零相基準入力装置１２の代わりに地絡方向継電器３１および零相基準入力装置３２が設けられている。

ここで、地絡方向継電器４１には、変圧器Ｔ４、地絡判定部４１ａおよび遮断指令部４１ｂが設けられている。そして、変圧器Ｔ４は、零相基準入力装置３２から出力された零相電圧と接地変圧器２２から出力される零相電圧とが同一のレベルになるように変圧することができる。地絡判定部４１ａは、変圧器Ｔ４にて変圧された零相電圧および零相変流器ＺＣＴ２にて検出された零相電流に基づいて地絡判定を行うことができる。遮断指令部４１ｂは、地絡判定部４１ａによる判定結果に基づいて送電線の遮断指令を遮断器ＣＢ２に出力することができる。

また、零相基準入力装置３２は、図１の増幅部１３が除去されている以外は零相基準入力装置１２と同様の構成をとることができる。

また、地絡方向継電器３１には、変圧器Ｔ３、地絡判定部３１ａおよび遮断指令部３１ｂが設けられている。そして、変圧器Ｔ３は、零相基準入力装置３２から出力された零相電圧と接地変圧器２２から出力される零相電圧とが同一のレベルになるように変圧することができる。地絡判定部３１ａは、変圧器Ｔ３にて変圧された零相電圧および零相変流器ＺＣＴ１にて検出された零相電流に基づいて地絡判定を行うことができる。遮断指令部３１ｂは、地絡判定部３１ａによる判定結果に基づいて送電線の遮断指令を遮断器ＣＢ１に出力することができる。

図４は、図３の地絡方向継電器に用いられる変圧器の概略構成を示す図である。図４において、図３の変圧器Ｔ３、Ｔ４には、１次巻線Ｍ３１、Ｍ３２および２次巻線Ｍ４１が設けられている。ここで、１次巻線Ｍ３１の一端には零相電圧検出用入力端子Ｙ１１が設けられ、１次巻線Ｍ３１の他端および１次巻線Ｍ３２の一端には零相電圧検出用入力端子Ｙ１２が共通に設けられ、１次巻線Ｍ３２の他端には零相電圧検出用入力端子Ｙ１３が設けられている。また、２次巻線Ｍ４１の一端には零相電圧出力端子Ｓ１１が設けられ、２次巻線Ｍ４１の他端には零相電圧出力端子Ｓ１２が設けられている。

なお、１次巻線Ｍ３１の巻数は、零相基準入力装置３２から出力される零相電圧が同一値で出力されるように設定し、１次巻線Ｍ３２の巻数は、接地変圧器２２から出力される零相電圧の値が零相基準入力装置３２から出力される零相電圧のレベルに変換されて出力されるように設定することができる。

例えば、零相電圧検出用入力端子Ｙ１１、Ｙ１２間には、零相基準入力装置３２から７Ｖの零相電圧が入力され、零相電圧検出用入力端子Ｙ１１、Ｙ１３間には、接地変圧器２２から１１０Ｖの零相電圧が入力され、零相電圧出力端子Ｓ１１、Ｓ１２間に７Ｖの電圧を出力させるものとする。この場合、１次巻線Ｍ３１の巻数は３００Ｔ（ターン）、１次巻線Ｍ３２の巻数は４７１４Ｔ（ターン）、２次巻線Ｍ４１の巻数は３００Ｔ（ターン）に設定することができる。

そして、図３において、地絡方向継電器４１の零相電圧検出用入力端子Ｙ１１、Ｙ１３には、接地変圧器２２の零相電圧検出用出力端子Ｂ１、Ｂ２がそれぞれ接続されている。また、地絡方向継電器３１の零相電圧検出用入力端子Ｙ１１、Ｙ１２には、零相基準入力装置３２の零相電圧検出用出力端子Ａ１、Ａ２がそれぞれ接続されている。

以下、図３の電力系統の動作を説明する。高圧系ＨＶにおいて、送電線Ｈに零相電流が発生すると、その零相電流は零相変流器ＺＣＴ２にて検出され、地絡方向継電器４１に送られる。また、送電線Ｈに零相電圧が発生すると、その零相電圧は接地変圧器２２にて検出され、地絡方向継電器４１に送られる。

そして、接地変圧器２２にて検出された零相電圧が地絡方向継電器４１に送られると、変圧器Ｔ４において、その零相電圧の値が零相基準入力装置３２から出力される零相電圧のレベルに変換され、地絡判定部４１ａに出力される。そして、地絡判定部４１ａにおいて、接地変圧器２２にて検出された零相電流および変圧器Ｔ４から出力された零相電圧に基づいて地絡判定が行われ、その判定結果が遮断指令部４１ｂに出力される。そして、地絡判定部４１ａにて地絡が発生したと判定された場合、遮断指令部４１ｂから遮断指令が遮断器ＣＢ２に出力され、遮断器ＣＢ２にて送電線Ｈが遮断されることで、高圧系ＨＶの事故設備が電力系統から切離される。

一方、低圧系ＬＶにおいて、送電線Ｈに零相電流が発生すると、その零相電流は零相変流器ＺＣＴ１にて検出され、地絡方向継電器３１に送られる。また、送電線Ｈに零相電圧が発生すると、その零相電圧は零相基準入力装置３２にて検出され、地絡方向継電器３１に送られる。

そして、零相基準入力装置３２にて検出された零相電圧が地絡方向継電器３１に送られると、変圧器Ｔ３において、その零相電圧の値がそのまま維持され、地絡判定部３１ａに出力される。そして、地絡判定部３１ａにおいて、接地変圧器２２にて検出された零相電流および変圧器Ｔ３から出力された零相電圧に基づいて地絡判定が行われ、その判定結果が遮断指令部３１ｂに出力される。そして、地絡判定部３１ａにて地絡が発生したと判定された場合、遮断指令部３１ｂから遮断指令が遮断器ＣＢ１に出力され、遮断器ＣＢ１にて送電線Ｈが遮断されることで、低圧系ＬＶの事故設備が電力系統から切離される。

ここで、接地変圧器２２にて検出された零相電圧の値を零相基準入力装置３２から出力される零相電圧のレベルに地絡方向継電器４１側で変換することにより、接地変圧器２２にて検出された零相電圧をそのまま地絡方向継電器４１に伝送することを可能としつつ、接地変圧器２２から出力される零相電圧の値を零相基準入力装置３２から出力される零相電圧のレベルに一致させることが可能となる。このため、伝送時のノイズ耐性を低下させることなく、接地変圧器２２と零相基準入力装置３２とで用いられる地絡方向継電器３１、４１の仕様を一致させることが可能となり、それぞれの零相電圧の値に対応するように地絡方向継電器３１、４１の仕様を別個に決定する必要がなくなることから、地絡方向継電器３１、４１の仕様変更にかかるコストを削減することができる。

以上のように本発明に係る零相基準入力装置は、接地変圧器にて検出された零相電圧を低下させることなく、接地変圧器から出力される零相電圧の値と零相基準入力装置から出力される零相電圧の値とを一致させることができ、ノイズ耐性を低下させることなく、接地変圧器と零相基準入力装置とで同一の仕様の地絡保護継電器を用いる方法に適している。

本発明に係る零相基準入力装置が適用される電力系統の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。 図１の零相基準入力装置の詳細な構成を示す図である。 本発明に係る地絡方向継電器が適用される電力系統の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。 図３の地絡方向継電器に用いられる変圧器の概略構成を示す図である。

ＨＶ 高圧系
ＬＶ 低圧系
Ｈ 送電線
１１、２１、３１、４１ 地絡方向継電器
１２、３２ 零相基準入力装置
１３ 増幅部
１４ ＡＣ／ＤＣコンバータ
２２ 接地変圧器
１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ 地絡判定部
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ 遮断指令部
Ｔ１〜Ｔ４ 変圧器
ＺＣＴ１、ＺＣＴ２ 零相変流器
ＣＢ１、ＣＢ２ 遮断器
Ｒ１〜Ｒ３、Ｒ２１、ＲＬ、Ｒｅ 抵抗器
Ｍ１、Ｍ１１〜Ｍ１３、Ｍ３１、Ｍ３２ １次巻線
Ｍ２、Ｍ２１〜Ｍ２３、Ｍ４１ ２次巻線
Ｃ１〜Ｃ５ コンデンサ
ＰＦ１〜ＰＦ３ パワーヒューズ
ＺＮＲ サージアブソーバ
ＴＲ トランジスタ

Claims (2)

1. 送電線の零相電圧を検出する零相電圧検出部と、
   前記零相電圧検出部にて検出された第１の零相電圧を増幅する増幅部と、
   を備え、
   前記増幅部は、接地変圧器から出力される相対的に高い第２の零相電圧のレベルを変更することなく、前記零相電圧検出部にて検出された相対的に低い前記第１の零相電圧のレベルが前記第２の零相電圧のレベルに一致するように前記第１の零相電圧を増幅して出力することを特徴とする零相基準入力装置。
2. 前記零相電圧検出部は、
   スター結線された３個のコンデンサと、
   前記３個のコンデンサの接続点に１次巻線の一端が接続された変圧器と、
   前記変圧器の２次巻線の端子間に接続された抵抗器と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の零相基準入力装置。

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