JP5335032B2 - 直流地絡検出装置、直流回路の地絡検出方法および直流電源の切り替え方法 - Google Patents

直流地絡検出装置、直流回路の地絡検出方法および直流電源の切り替え方法 Download PDF

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Description

本発明は、直流地絡検出装置、直流回路の地絡検出方法、および直流電源の切り替え方法に関する。
直流電源を備えた直流回路における地絡事故の検出には、一般に、直流制御回路地絡継電器64D(以下、直流地絡検出装置と称する)が用いられている。
直流地絡検出装置は、例えば、グランドに対する正側母線および負側母線の電圧を検出し、これらの電圧のバランスの崩れ具合に基づいて地絡の度合いを検出することができる。例えば、特許文献1の図4では、上記正側および負側の電圧をそれぞれ分圧抵抗を用いて検出し、それらの差電圧と基準電圧との比較結果に基づいて地絡事故を検出する直流地絡検出装置が開示されている。
また、直流地絡検出装置は、例えば、正側母線および負側母線の間に直列に接続された2個の抵抗の接続点とグランドとの間の接地線に流れる電流を検出し、当該電流に基づいて地絡の度合いを検出することもできる。例えば、特許文献2の図2や特許文献3の図11では、上記接地線に流れる電流を電流検出抵抗や計器用変流器を用いて検出し、当該電流に基づいて地絡事故を検出する直流地絡検出装置が開示されている。
このようにして、正側および負側の電圧のバランスの崩れ具合や接地線に流れる電流に基づいて直流回路における地絡事故を検出することができる。
特開平7−177646号公報 特開平9−61484号公報 特開2010−187513号公報
ところで、発変電所内に設置された遮断器などの数多くの機器が接続された直流回路における直流電源の更新(取り替え)は、無停電で(機器に対する直流電源の供給を維持したまま)行う必要がある場合も多い。この場合、既設の直流電源を備えた直流回路(以下、既設回路と称する)のほかに、新設の直流電源を備えた直流回路(以下、新設回路と称する)を用意し、機器の接続を一旦ループ状にしながら、機器の接続先の直流電源を切り替えることとなる。
上記のような直流電源の切り替えの際、例えば図6に示すように、既設回路および新設回路にそれぞれ直流地絡検出装置1bを設けた場合、両回路が電気的に絶縁(例えば絶縁抵抗数百kΩ以上)されている間は、両回路における地絡事故をそれぞれ検出することができる。しかしながら、切り替えの過程において、短破線の矢印AC間またはDF間の何れか一方のみを接続すると、正側および負側の電圧のバランスが崩れ、両回路の直流地絡検出装置1bがともに誤動作してしまう。また、AC間およびDF間の両方を接続すると、両回路の直流地絡検出装置1bが備える母線間の抵抗11および12が並列に接続され、地絡事故の検出感度が低下してしまい、誤不動作となる場合もあり得る。
一方、新設回路に直流地絡検出装置1bを設けない場合、新設回路とグランドとの間のインピーダンスが高い状態となり、誘導などによって高い対地電圧が発生して機器に悪影響を与えたり、誤動作を引き起こしたりする恐れがある。また、この場合には、新設回路における地絡事故を検出することができないため、例えば、正側母線または負側母線のうちの一方の母線において接地事故が発生した状態で、他方の母線が接地状態となると、直流短絡となり、配線や機器の焼損を引き起こす恐れがある。
さらに、数多くの機器の接続先の直流電源を順次切り替える過程において、制御機器とその制御対象機器とが異なる直流電源に接続される状態も起こり得る。このような状態、例えば、制御機器7が既設の直流電源3に接続され、その制御対象機器8が新設の直流電源5に接続された状態では、制御機器7によって制御対象機器8を制御することができない場合がある。
そのため、既設回路および新設回路の両方における地絡事故を検出しつつ、無停電で直流電源を切り替えることができない。
前述した課題を解決する主たる本発明は、第1の直流電源の正側母線または負側母線のうちの一方の母線に接続される第1の端子と、前記第1の直流電源の正側母線または負側母線のうちの他方の母線に接続される第2の端子と、前記第1の端子と前記第2の端子との間に直列に接続された第1および第2の電圧検出素子と、前記第1の電圧検出素子と前記第2の電圧検出素子との接続点をグランドに接続するための第3の端子と、第2の直流電源の正側母線または負側母線のうちの前記一方の母線に接続される第4の端子と、前記第1の端子と前記第4の端子とを容量結合するコンデンサと、前記第1および第2の電圧検出素子によって検出される電圧、および前記接続点と前記第3の端子との間に流れる電流の少なくとも一方に基づいて、前記第1の直流電源を含む第1の直流回路または前記第2の直流電源を含む第2の直流回路で地絡事故が発生したか否かを判定する判定部と、を有することを特徴とする直流地絡検出装置である。
また、前述した課題を解決するその他の主たる本発明は、第1の直流電源の正側母線または負側母線のうちの一方の母線に接続される第1の端子と、前記第1の直流電源の正側母線または負側母線のうちの他方の母線に接続される第2の端子と、前記第1の端子と前記第2の端子との間に直列に接続された第1および第2の電圧検出素子と、前記第1の電圧検出素子と前記第2の電圧検出素子との接続点をグランドに接続するための第3の端子と、前記第1および第2の電圧検出素子によって検出される電圧、および前記接続点と前記第3の端子との間に流れる電流の少なくとも一方に基づいて、前記第1の直流電源を含む第1の直流回路で地絡事故が発生したか否かを判定する判定部と、を有する直流地絡検出装置を用いて、前記第1の端子を、前記第1の直流電源の前記一方の母線に接続し、前記第2の端子を、前記第1の直流電源の前記他方の母線に接続し、前記第3の端子を、グランドに接続し、第2の直流電源の正側母線または負側母線のうちの前記一方の母線を、コンデンサを介して前記第1の直流電源の前記一方の母線に接続し、前記第2の直流電源の正側母線または負側母線のうちの前記他方の母線を、前記第1の直流電源の前記他方の母線に接続し、前記判定部の判定結果に基づいて、前記第1の直流回路または前記第2の直流電源を含む第2の直流回路で地絡事故が発生したことを検出することを特徴とする直流回路の地絡検出方法である。
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
本発明によれば、複数の直流回路における地絡事故を検出するとともに、無停電で直流電源を切り替えることができる。
本発明の一実施形態における直流地絡検出装置の構成、および各端子の接続状態を示す回路ブロック図である。 本発明の一実施形態における直流地絡検出装置を用いて、無停電で直流電源を切り替える方法を説明する図である。 本発明の一実施形態における直流地絡検出装置を用いて、無停電で直流電源を切り替える方法を説明する図である。 本発明の一実施形態における直流地絡検出装置を用いて、無停電で直流電源を切り替える方法を説明する図である。 一般的な直流地絡検出装置を用いて、複数の直流回路における地絡事故を検出する方法を説明する図である。 一般的な直流地絡検出装置をそれぞれ備えた2つの直流回路間で、無停電で直流電源を切り替える場合の直流地絡検出装置の動作を説明する図である。
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
===直流地絡検出装置の構成===
以下、図1を参照して、本発明の一実施形態における直流地絡検出装置の構成について説明する。
図1に示されている直流地絡検出装置1aは、端子21ないし25を備え、電圧検出素子11、12、抵抗13、コンデンサ14、ヒューズ15、および判定部16を含んで構成されている。
(第1の)電圧検出素子11および(第2の)電圧検出素子12は、例えばインピーダンスが12kΩ程度の抵抗であり、端子21および22間に直列に接続されている。また、電圧検出素子11および12の接続点Oは、端子23に接続されている。
抵抗13は、例えば5Ω程度の低インピーダンスの抵抗であり、コンデンサ14は、例えば100μF程度の無極性のコンデンサである。また、抵抗13およびコンデンサ14は、端子21および24間に直列に接続されている。さらに、ヒューズ15は、端子22および25間に接続されている。なお、判定部16には、電圧検出素子11および12によってそれぞれ検出される電圧V1およびV2、および接続点Oと端子23との間に流れる電流Iの少なくとも一方が入力される。
===直流回路の地絡検出方法===
以下、本実施形態における直流地絡検出装置を用いた直流回路の地絡検出方法について説明する。
図1は、直流地絡検出装置1aを用いて、既設回路または新設回路で地絡事故が発生したことを検出する場合における、直流地絡検出装置1aの各端子の接続状態を示している。
既設回路(第1の直流回路)は、(第1の)直流電源3、直流電源3の正極に接続された正側母線4p、および直流電源3の負極に接続された負側母線4nを備えている。一方、新設回路(第2の直流回路)は、(第2の)直流電源5、直流電源5の正極に接続された正側母線6p、および直流電源5の負極に接続された負側母線6nを備えている。
なお、図1は、制御機器7および制御対象機器8の展開接続図(シーケンス図)も示しており、図1においては、制御機器7および制御対象機器8がいずれも既設回路側の直流電源3に接続されている。なお、制御機器7は、例えば遠隔監視制御装置の制御継電器であり、制御対象機器8は、例えば当該制御継電器によって制御される遮断器の動作コイルである。
図1に示すように、(第1の)端子21は、既設回路側の正側母線4p(一方の母線)に接続され、(第2の)端子22は、既設回路側の負側母線4n(他方の母線)に接続される。また、(第3の)端子23は、グランドに接続される。さらに、(第4の)端子24は、新設回路側の正側母線6p(一方の母線)に接続され、(第5の)端子25は、新設回路側の負側母線6n(他方の母線)に接続される。
ここで、ヒューズ15は、正側母線4pおよび負側母線6n間、または正側母線6pおよび負側母線4n間のように、既設回路と新設回路との間で異極間の短絡事故が発生した場合に、両回路の負側母線間を切り離し、短絡電流を遮断する目的で設けられている。したがって、ヒューズ15には、通常の機器の操作で流れる制御電流よりも遮断電流が若干大きいものが用いられる。ここで、通常の制御電流は、一般に5A程度以下であるため、ヒューズ15として、例えば遮断電流が7.5Aないし10A程度のものを用いることができる。なお、ヒューズ15を用いないで、直流地絡検出装置1aに端子25を設けない場合には、端子22を両回路の負側母線に共通に接続することとなる。
このように接続することによって、既設回路側および新設回路側の負側母線は共通化されて同電位となり、正側母線間は容量結合される。そして、当該接続状態において、判定部16は、一般的な直流地絡検出装置1bと同様に、電圧V1およびV2、および電流Iの少なくとも一方に基づいて、既設回路または新設回路で地絡事故が発生したか否かを判定する。
ここで、両回路で地絡事故が発生していない場合には、コンデンサ14の両端に直流電源3および5の差電圧が印加された状態となる。したがって、一般的な直流地絡検出装置1bを既設回路側の母線間のみに接続した場合と同様に、電圧V1およびV2のバランスがとれ、また、電流Iが流れないため、判定部16は、地絡事故が発生したと誤判定することはない。
また、既設回路側の正側母線4pまたは負側母線4nで地絡事故が発生した場合には、一般的な直流地絡検出装置1bと同様に動作するため、判定部16は、地絡事故が発生したと正常に判定することができる。さらに、既設回路側の負側母線4nと共通化された新設回路側の負側母線6nで地絡事故が発生した場合も、判定部16は、地絡事故が発生したと正常に判定することができる。
一方、新設回路側の正側母線6pで地絡事故が発生した場合、正側母線6pと直流地絡検出装置1aの端子23との間は、地絡抵抗Rgおよびグランドを介して接続されるため、電圧検出素子12には、地絡抵抗Rgに応じた電圧Vgが印加されることとなる。また、電圧検出素子11には、直流電源3の電圧と電圧Vgとの差電圧が印加されることとなる。一例として、直流電源3および5の電圧をいずれもVDCとし、地絡抵抗Rg=0とすると、V1=0、V2=VDCとなる。したがって、判定部16は、電圧V1およびV2のバランスが崩れたこと、または、電流Iが流れたことを検出し、地絡事故が発生したと正常に判定することができる。
このようにして、判定部16は、既設回路側および新設回路側のいずれの母線で地絡事故が発生した場合も、地絡事故が発生したと正常に判定することができ、両回路で地絡事故が発生していない場合に誤判定することもない。そして、直流地絡検出装置1aは、判定部16の判定結果に基づいて、既設回路または新設回路で地絡事故が発生したことを検出することができる。なお、当該地絡検出方法は、直流電源の更新作業時に用いることができるほか、機器に対する直流電源を2重化した場合のように、一般的な直流地絡検出装置1bを用いることができない直流回路に用いることもできる。
===直流電源の切り替え方法===
以下、図2ないし図4を適宜参照して、本実施形態における直流地絡検出装置を用いた直流電源の切り替え方法について説明する。
まず、図2において、短破線の矢印AC間を接続して両回路の負側母線間を接続すると、A、C、負側母線6n、ヒューズ15、負側母線4n、B、Aのようなループ状の接続となる。そして、この状態でAB間の接続を切り離すと、図3に示すように、制御対象機器8が新設回路側の負側母線6nに接続された状態となる。
ここで、制御機器7(例えば制御継電器)が動作すると、直流電源3の正極から、正側母線4p、制御機器7、制御対象機器8(例えば遮断器の動作コイル)、負側母線6n、ヒューズ15、負側母線4nを介して、直流電源3の負極に制御電流が流れ、制御対象機器8は、正常に動作することができる。なお、前述したように、ヒューズ15の遮断電流は、通常の機器の操作で流れる制御電流よりも大きい。
次に、図3において、短破線の矢印DF間を接続して両回路の正側母線間を接続すると、D、F、正側母線6p、コンデンサ14、抵抗13、正側母線4p、E、Dのようなループ状の接続となる。ここで、低インピーダンスの抵抗13は、当該ループ状に接続された際にコンデンサ14が放電されることによって流れるサージ電流を抑制する目的で設けられている。そして、この状態でDE間の接続を切り離すと、図4に示すように、制御機器7および制御対象機器8がいずれも新設回路側の直流電源5に接続された状態となり、これらの機器に対する直流電源の切り替えが完了する。
このようにして、直流地絡検出装置1aを用いて、両回路における地絡事故を検出しつつ、無停電で直流電源を切り替えることができる。また、当該切り替え方法を用いることによって、直流電源の更新作業中も地絡事故を常時検出することができ、制御対象機器が制御不能となることもないため、作業時の制約を緩和したり、地絡事故の防止するための設備や要員を削減したりすることができる。
===直流回路の他の地絡検出方法===
上記実施形態では、一般的な直流地絡検出装置1bに対して抵抗13、コンデンサ14、およびヒューズ15が追加された直流地絡検出装置1aを用いて、地絡事故の検出や直流電源の切り替えを行っているが、これに限定されるものではない。例えば図5に示すように、一般的な直流地絡検出装置1bを用いて、両回路の正側母線間を抵抗13およびコンデンサ14を介して接続するとともに、両回路の負側母線間をヒューズ15を介して接続することによっても、同様に両回路における地絡事故を検出することができる。
前述したように、直流地絡検出装置1aにおいて、一般的な直流地絡検出装置1bに対して、新設回路側の正側母線6pに接続される端子24、および端子21と端子24とを容量結合するコンデンサ14をさらに備えることによって、判定部16は、既設回路側および新設回路側のいずれの母線で地絡事故が発生した場合も、地絡事故が発生したと正常に判定することができ、両回路で地絡事故が発生していない場合に誤判定することもない。したがって、直流地絡検出装置1aは、判定部16の判定結果に基づいて、既設回路および新設回路の両方における地絡事故を検出することができる。
また、端子21および24間に、コンデンサ14と直列に接続された低インピーダンスの抵抗13をさらに備えることによって、両回路の正側母線間をループ状に接続する際に流れるサージ電流(コンデンサ14の放電電流)を抑制することができる。
また、新設回路側の負側母線6nに接続される端子25、および端子22および25間に接続されたヒューズ15をさらに備えることによって、既設回路と新設回路との間で異極間の短絡事故が発生した場合に、両回路の負側母線間を切り離し、短絡電流を遮断することができる。
また、ヒューズ15を用いないで、直流地絡検出装置1aに端子25を設けない場合には、端子21および24をそれぞれ正側母線4pおよび6pに接続し、端子22を両回路の負側母線に共通に接続することによって、直流地絡検出装置1aを用いて、既設回路または新設回路で地絡事故が発生したことを検出することができる。
また、ヒューズ15を用いて、直流地絡検出装置1aに端子25を設ける場合には、端子21および24をそれぞれ正側母線4pおよび6pに接続し、端子22および25をそれぞれ負側母線4nおよび6nに接続することによって、直流地絡検出装置1aを用いて、既設回路または新設回路で地絡事故が発生したことを検出することができる。
また、前述したように、既設回路側および新設回路側の負側母線を共通化して同電位とし、正側母線間を容量結合することによって、一般的な直流地絡検出装置1bを用いて、既設回路または新設回路で地絡事故が発生したことを検出することができる。
また、両回路の正側母線間を抵抗13およびコンデンサ14を介して接続することによって、両回路の正側母線間をループ状に接続する際に流れるサージ電流を抑制することができる。
また、両回路の負側母線間をヒューズ15を介して接続することによって、既設回路と新設回路との間で異極間の短絡事故が発生した場合に、両回路の負側母線間を切り離し、短絡電流を遮断することができる。
また、直流地絡検出装置1aを用いて、または、既設回路側および新設回路側の正側母線間を容量結合しつつ一般的な直流地絡検出装置1bを用いて、直流電源の更新作業を行うことによって、両回路における地絡事故を検出しつつ、無停電で直流電源を切り替えることができる。したがって、直流電源の更新作業中も地絡事故を常時検出することができ、制御対象機器が制御不能となることもないため、作業時の制約を緩和したり、地絡事故の防止するための設備や要員を削減したりすることができる。
なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
上記実施形態では、1つの既設回路および1つの新設回路における地絡事故を検出しているが、これに限定されるものではない。複数の新設回路(第2の直流回路)に対しても同様に、正側母線間を容量結合することによって、3つ以上の直流回路における地絡事故を検出することができる。
上記実施形態では、直流地絡検出装置を既設回路側の母線間に接続しているが、これに限定されるものではない。上記実施形態とは反対に、直流地絡検出装置を新設回路側の母線間に接続した場合も、同様に両回路における地絡事故を検出することができる。
上記実施形態では、既設回路側および新設回路側の正側母線間を容量結合しているが、これに限定されるものではない。上記実施形態とは反対に、両回路の負側母線間を抵抗13およびコンデンサ14を介して接続するとともに、両回路の正側母線間をヒューズ15を介して接続した場合も、同様に両回路における地絡事故を検出することができる。
上記実施形態では、負側母線、正側母線の順に接続を一旦ループ状にしているが、これに限定されるものではない。上記実施形態とは反対に、正側母線、負側母線の順に接続を一旦ループ状にした場合も、同様に無停電で直流電源を切り替えることができる。
1a、1b 直流地絡検出装置
3、5 直流電源
4p、6p 正側母線
4n、6n 負側母線
7 制御機器
8 制御対象機器
11、12 電圧検出素子(抵抗)
13 抵抗
14 コンデンサ
15 ヒューズ
16 判定部
21〜25 端子

Claims (9)

  1. 第1の直流電源の正側母線または負側母線のうちの一方の母線に接続される第1の端子と、
    前記第1の直流電源の正側母線または負側母線のうちの他方の母線に接続される第2の端子と、
    前記第1の端子と前記第2の端子との間に直列に接続された第1および第2の電圧検出素子と、
    前記第1の電圧検出素子と前記第2の電圧検出素子との接続点をグランドに接続するための第3の端子と、
    第2の直流電源の正側母線または負側母線のうちの前記一方の母線に接続される第4の端子と、
    前記第1の端子と前記第4の端子とを容量結合するコンデンサと、
    前記第1および第2の電圧検出素子によって検出される電圧、および前記接続点と前記第3の端子との間に流れる電流の少なくとも一方に基づいて、前記第1の直流電源を含む第1の直流回路または前記第2の直流電源を含む第2の直流回路で地絡事故が発生したか否かを判定する判定部と、
    を有することを特徴とする直流地絡検出装置。
  2. 前記第1の端子と前記第4の端子との間に、前記コンデンサと直列に接続された抵抗をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の直流地絡検出装置。
  3. 前記第2の直流電源の正側母線または負側母線のうちの前記他方の母線に接続される第5の端子と、
    前記第2の端子と前記第5の端子との間に接続されたヒューズと、
    をさらに有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の直流地絡検出装置。
  4. 請求項1または請求項2に記載の直流地絡検出装置を用いて、
    前記第1の端子を、前記第1の直流電源の前記一方の母線に接続し、
    前記第2の端子を、前記第1の直流電源の前記他方の母線および前記第2の直流電源の前記他方の母線に接続し、
    前記第3の端子を、グランドに接続し、
    前記第4の端子を、前記第2の直流電源の前記一方の母線に接続し、
    前記判定部の判定結果に基づいて、前記第1の直流回路または前記第2の直流回路で地絡事故が発生したことを検出する直流回路の地絡検出方法。
  5. 請求項3に記載の直流地絡検出装置を用いて、
    前記第1の端子を、前記第1の直流電源の前記一方の母線に接続し、
    前記第2の端子を、前記第1の直流電源の前記他方の母線に接続し、
    前記第3の端子を、グランドに接続し、
    前記第4の端子を、前記第2の直流電源の前記一方の母線に接続し、
    前記第5の端子を、前記第2の直流電源の前記他方の母線に接続し、
    前記判定部の判定結果に基づいて、前記第1の直流回路または前記第2の直流回路で地絡事故が発生したことを検出する直流回路の地絡検出方法。
  6. 第1の直流電源の正側母線または負側母線のうちの一方の母線に接続される第1の端子と、
    前記第1の直流電源の正側母線または負側母線のうちの他方の母線に接続される第2の端子と、
    前記第1の端子と前記第2の端子との間に直列に接続された第1および第2の電圧検出素子と、
    前記第1の電圧検出素子と前記第2の電圧検出素子との接続点をグランドに接続するための第3の端子と、
    前記第1および第2の電圧検出素子によって検出される電圧、および前記接続点と前記第3の端子との間に流れる電流の少なくとも一方に基づいて、前記第1の直流電源を含む第1の直流回路で地絡事故が発生したか否かを判定する判定部と、
    を有する直流地絡検出装置を用いて、
    前記第1の端子を、前記第1の直流電源の前記一方の母線に接続し、
    前記第2の端子を、前記第1の直流電源の前記他方の母線に接続し、
    前記第3の端子を、グランドに接続し、
    第2の直流電源の正側母線または負側母線のうちの前記一方の母線を、コンデンサを介して前記第1の直流電源の前記一方の母線に接続し、
    前記第2の直流電源の正側母線または負側母線のうちの前記他方の母線を、前記第1の直流電源の前記他方の母線に接続し、
    前記判定部の判定結果に基づいて、前記第1の直流回路または前記第2の直流電源を含む第2の直流回路で地絡事故が発生したことを検出することを特徴とする直流回路の地絡検出方法。
  7. 前記第2の直流電源の前記一方の母線を、前記コンデンサおよび前記コンデンサと直列に接続された抵抗を介して前記第1の直流電源の前記一方の母線に接続することを特徴とする請求項6に記載の直流回路の地絡検出方法。
  8. 前記第2の直流電源の前記他方の母線を、ヒューズを介して前記第1の直流電源の前記他方の母線に接続することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の直流回路の地絡検出方法。
  9. 請求項4ないし請求項8の何れかに記載の直流回路の地絡検出方法を用いて、前記第1の直流回路または前記第2の直流回路で地絡事故が発生したことを検出しつつ、
    前記第1の直流電源に接続された機器の接続先を、当該機器に対する直流電源の供給を維持したまま前記第2の直流電源に切り替えることを特徴とする直流電源の切り替え方法。
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