JP5455430B2 - 漏電防止監視システム - Google Patents

Description

本発明は、高圧受電設備の二次側の電路の漏電を防止するとともに漏電や絶縁低下を監視する漏電防止監視システムに関する。

高圧受電設備の変圧器の二次側は、混触が発生した場合の高電圧発生を防止するために接地することが義務付けられている。従って、高圧受電設備の変圧器の二次側を接地するか、高圧受電設備の変圧器の二次側を非接地とする場合には、変圧器に混触防止板を設けて、混触が発生した場合の高電圧発生を防止するようにしている。

一般に、変圧器の二次側の電路には地絡保護継電器が設けられている。そして、変圧器の二次側の電路に地絡事故が発生した場合には、地絡保護継電器が動作し、地絡事故が発生した区間を除去する（例えば、特許文献１参照）。この場合、地絡事故の発生区間は停電となる。

特開２０００−３２４６７９号公報

しかし、変圧器に混触防止板を設けている場合には、変圧器の二次側を非接地としているので、地絡事故が発生しても地絡継電器の動作設定値以上の電流が流れず地絡保護継電器が動作しないので、地絡事故の発生が検知できないことがある。一方、変圧器の二次側を接地している場合に地絡事故が発生したときは、地絡電流が流れ、大きな地絡電流が流れると感電及び火災の危険性があり、また、地絡継電器の動作により停電区間が発生する。

従って、地絡事故を検知でき、しかも地絡状態においても、人身の安全を確保でき変圧器の二次側の電路における保安レベルを向上するとともに、電力供給を継続できることが望まれている。

本発明の目的は、高圧受電設備の変圧器の混触による二次側の電路の高電圧発生を防止でき、しかも二次側の電路の地絡事故を検知でき保安レベルを確保して電力供給を継続できる漏電防止監視システムを提供することである。

請求項１の発明に係わる漏電防止監視システムは、高圧受電設備の変圧器二次側の一端と大地との間に設けられ前記変圧器二次側の低圧電路の漏電を防止する漏電防止装置と、前記漏電防止装置に流れる電流が所定値以上となったとき警報を出力する監視装置とを備え、前記漏電防止装置は、変圧器二次側の一端と大地との間に流れる電流を地絡電流継電器の動作設定値未満に抑制する電流制限素子と、前記変圧器一次側と二次側とが混触した際に前記変圧器二次側の電圧を所定電圧未満に抑制する電圧制限素子とを並列接続して構成され、前記電流制限素子と前記電圧制限素子との並列回路に常時は閉じている直接接地用接点を並列接続し、前記監視装置は、前記変圧器の二次側に地絡事故が発生したことを検出したときは、前記直接接地用接点を開くことを特徴とする。

請求項２の発明に係わる漏電防止監視システムは、請求項１の発明において、前記直接接地用接点に代えて、半導体素子としたことを特徴とする。

請求項３の発明に係わる漏電防止監視システムは、請求項１または２の発明において、前記電流制限素子と前記電圧制限素子との並列回路に絶縁抵抗計を並列接続し、前記監視装置は、前記絶縁抵抗計で測定された抵抗値が所定値未満となったときは、前記警報を出力することを特徴とする。

請求項４の発明に係わる漏電防止監視システムは、請求項１乃至請求項３のいずれか１項の発明において、前記変圧器二次側の絶縁不良箇所を探査するための探査用電流を前記変圧器二次側の電路に供給する探査用電流発生部を設けたことを特徴とする。

請求項５の発明に係わる漏電防止監視システムは、請求項４の発明において、前記探査用電流発生部は、前記電流制限素子と前記電圧制限素子との並列回路に並列接続され抵抗値を変化させて前記探査用電流を調整する可変抵抗素子であることを特徴とする。

請求項６の発明に係わる漏電防止監視システムは、請求項４の発明において、前記探査用電流発生部は、前記変圧器二次側の電路に探査用電流を注入する電流変成器と、前記電流変成器に商用周波数と異なる周波数の探査用電流を供給する電源部とからなることを特徴とする。

本発明によれば、変圧器二次側の一端と大地との間に流れる電流を地絡電流継電器の動作設定値未満に抑制する電流制限素子と、変圧器一次側と二次側とが混触した際に変圧器二次側の電圧を所定電圧未満に抑制する電圧制限素子とを並列接続して漏電防止装置を構成し、監視装置は漏電防止装置に流れる電流が所定値以上となったとき警報を出力するので、高圧受電設備の変圧器の混触による二次側の電路の高電圧発生を防止でき、しかも二次側の電路の地絡事故を検知できる。また、変圧器二次側の一端と大地との間に流れる電流を地絡電流継電器の動作設定値未満に抑制するので、保安レベルを確保して電力供給を継続できる。

また、電流制限素子と電圧制限素子との並列回路に常時閉じている直接接地用接点を並列接続するので、高圧受電設備の変圧器の混触による二次側の電路の高電圧発生を防止できる。そして、監視装置が変圧器の二次側に地絡事故が発生したことを検出したときに直接接地用接点を開くので、変圧器二次側の一端と大地との間に流れる電流を地絡電流継電器の動作設定値未満に抑制しつつ保安レベルを確保して電力供給を継続できる。

直接接地用接点に代えて、半導体素子を用いた場合には、応答速度が速く小型化が図れる。

さらに、電流制限素子と電圧制限素子との並列回路に絶縁抵抗計を並列接続した場合には、監視装置は絶縁抵抗計で測定された抵抗値が所定値未満となったときは、警報を出力するので、二次側の電路の地絡事故を確実に検知できる。

また、変圧器二次側の絶縁不良箇所を探査するための探査用電流を変圧器二次側の電路に供給する探査用電流発生部を設けた場合には、活線状態で探査用電流発生部から探査用電流を変圧器二次側の電路に供給できるので、活線状態で絶縁不良箇所の探査を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図。 本発明の第２の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図。 本発明の第３の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図。 本発明の第４の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図。 本発明の第５の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図。 本発明の第６の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図である。高圧受電設備の変圧器１１は、一次巻線１２の高圧を降圧して二次巻線１３に低圧を発生し、二次巻線１３から二次側の低圧電路１４に電力を供給する。

変圧器１１の二次巻線１３側の一端には漏電防止装置１５が設けられている。漏電防止装置１５は、変圧器１１の二次側の低圧電路１４の漏電を防止する電流制限素子１６と電圧制限素子１７とが並列接続されて構成されている。

電流制限素子１６は、例えばコンデンサで構成され、二次側の低圧電路１４に地絡事故が発生した場合に地絡電流を地絡保護継電器が動作しない程度に抑制するものである。すなわち、二次側の低圧電路１４に地絡事故が発生した場合には、変圧器１１の二次巻線１３、低圧電路１４、地絡地点１８、電流制限素子１６の閉回路が形成される。このとき、電流制限素子１６であるコンデンサＣに流れる電流Ｉは、変圧器１１の二次巻線１３の電圧をＶとしたとき、Ｉ＝ｊωＣＶで表される。このコンデンサＣに流れる電流Ｉが地絡保護継電器の動作設定値未満となるように、電流制限素子１６であるコンデンサの容量Ｃは設定される。

電流制限素子１６としてコンデンサを用いているのは、以下の理由による。変圧器１１の二次側を完全に非接地化してしまうと、変圧器の一次・二次間の静電容量と変圧器の二次側大地静電容量との分圧比で、一次側の電圧が二次側にかかることになる。従って、二次側の対地静電容量によっては、二次側の対地電圧が上昇してしまうことがあるので、二次側に電流制限素子１６としてコンデンサを接続し、二次側の対地電圧の抑制を図っている。

一方、電圧制限素子１７は、例えばアレスタで構成され、変圧器１１の一次巻線と二次巻線とが混触した場合に、変圧器１１の二次側の電圧を所定電圧未満に抑制するものであり、例えば、１００Ｖ程度に抑制するものを用いる。

監視装置１９は、電流変成器２０で検出された漏電防止装置１５に流れる電流を入力し、漏電防止装置１５に流れる電流が所定値以上となったとき、警報装置２１に警報を出力する。また、必要に応じて中央監視センターに無線装置２２で警報を伝送する。これにより、変圧器１１の二次側の低圧電路１４に地絡事故が発生した場合や、混触が生じたことを監視員に報知することができる。

第１の実施の形態によれば、変圧器１１の二次側の低圧電路１４に地絡事故が発生した場合には、電流制限素子１６に地絡保護継電器の動作設定値未満となる電流が流れ、監視装置１９はこの電流を検出して警報出力するので、地絡事故が発生したことを報知できる。この場合、地絡事故による漏電電流は地絡保護継電器の動作設定値未満であるので、地絡継電器が動作することはなく、人身の安全を確保しつつ電力供給を継続できる。

また、変圧器１１の一次巻線１２と二次巻線１３とが混触した場合には、電圧制限素子１７に電流が流れ、監視装置１９はこの電流を検出して警報出力するので、混触が発生したことを報知できる。この場合、電圧制限素子１７で変圧器１１の二次側の電圧を所定電圧未満に抑制するので、変圧器１１の二次側に高電圧が発生することを防止できる。なお、地絡事故の場合と混触の場合とでは電流値が異なるので、それらの識別は可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、電流制限素子１６と電圧制限素子１７との並列回路に直接接地用接点２３ａを並列接続し、監視装置１９は、変圧器１１の一次側と二次側とが混触したことを検出したときは、直接接地用接点２３ａを閉じるようにしたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図２において、電流制限素子１６と電圧制限素子１７との並列回路には、常時は開いている直接接地用接点２３ａが並列接続されている。すなわち、直接接地用接点２３ａは、常時は開放しており、変圧器１１の二次側の一端は、常時は直接接地されていない状態である。従って、二次側の低圧電路１４に地絡事故が発生した場合には、第１の実施の形態の場合と同様に、監視装置１９は、電流変成器２０で検出された漏電防止装置１５に流れる電流により、地絡事故が発生したことを警報装置２１に警報を出力する。

一方、変圧器１１の一次巻線１２と二次巻線１３とが混触した場合には、電圧抑制素子１７は、変圧器１１の二次側の電圧を所定電圧未満に抑制する。監視装置１９は、電流変成器２０で検出された漏電防止装置１５に流れる電流により混触が発生したことを検出したときは、警報を出力するとともに、直接接地用接点２３ａを閉じて、変圧器１１の二次側の一端を直接接地する。これにより、変圧器１１の二次側が高電圧になることを防止できる。

以上の説明では、直接接地用接点２３ａを用いた場合について説明したが、直接接地用接点２３ａに代えて、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）やＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）などのスイッチング機能を有した半導体素子を用いるようにしてもよい。半導体素子を用いた場合には、応答速度が速く小型化が図れる。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、変圧器１１の一次巻線１２と二次巻線１３とが混触した場合には、まず、電圧抑制素子１７により変圧器１１の二次側の電圧を所定値以下に抑制し、直接接地用接点２３ａ（半導体素子）により変圧器１１の二次側の電圧をほぼ零電圧にできるので、混触が生じた場合に、より安全性を向上させることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、電流制限素子１６と電圧制限素子１７との並列回路に常時は閉じている直接接地用接点２３ｂを並列接続し、監視装置１９は、地絡事故が発生したことを検出したときは直接接地用接点２３ｂを開くようにしたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図３において、電流制限素子１６と電圧制限素子１７との並列回路には、常時は閉じている直接接地用接点２３ｂが並列接続されている。直接接地用接点２３ｂは、常時は閉じており、変圧器１１の二次側の一端は、常時は直接接地されている状態である。従って、変圧器１１の二次側の低圧電路１４に地絡事故が発生した場合であっても、変圧器１１の二次側の対地電圧はほぼ零である。

いま、変圧器１１の二次側の低圧電路１４に地絡事故が発生したとすると、地絡電流は直接接地用接点２３ｂを通って流れる。監視装置１９は、電流変成器２０で検出された漏電防止装置１５に流れる電流により、地絡事故が発生したことを検知し警報装置２１に警報を出力するとともに直接接地用接点２３ｂを開く。この場合、監視装置１９が直接接地用接点２３ｂを開く動作時間は、地絡保護継電器の動作時間より短く設定しておく。これにより、地絡事故が発生した場合には、地絡保護継電器が動作することなく、第１の実施の形態の場合と同様な動作となる。

すなわち、変圧器１１の二次側の低圧電路１４に地絡事故が発生して直接接地用接点２３ｂを開いた後は、電流制限素子１６は、地絡電流を地絡保護継電器の動作設定値未満の電流に制限する。これにより、人身の安全を確保しつつ電力供給を継続できる。

一方、変圧器１１の一次巻線１２と二次巻線１３とが混触した場合には、直接接地用接点２３ｂが常時閉じているので、変圧器１１の二次側の低圧電路１４はほぼ零に保持できる。監視装置１９は、混触発生時の電流変成器２０で検出された電流により警報出力するので、混触が発生したことを報知できる。なお、地絡事故の場合と混触の場合とでは電流値が異なるので、それらの識別は可能である。

以上の説明では、直接接地用接点２３ｂを用いた場合について説明したが、第２の実施の形態と同様に、直接接地用接点２３ｂに代えて、半導体素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなど）を用いるようにしてもよい。半導体素子を用いた場合には、応答速度が速く小型化が図れる。

第３の実施の形態によれば、変圧器１１の二次側の低圧電路１４に地絡事故が発生した場合には、直接接地用接点２３ｂ（半導体素子）を開き、電流制限素子１６により地絡保護継電器の動作設定値未満となる電流を流すので、地絡保護継電器を動作させることなく地絡事故を報知でき、人身の安全を確保しつつ電力供給を継続できる。

一方、変圧器１１の一次巻線１２と二次巻線１３とが混触した場合には、直接接地用接点２３ｂ（半導体素子）により二次側の低圧電路１４の電位上昇をほぼ零に保持できるので、より安全性を向上させることができる。また、直接接地用接点２３ｂ（半導体素子）を開いている状態で、混触が発生したとしても電圧制限素子１７により変圧器１１の二次巻線１３の電位上昇を所定電圧未満に抑制できる。

次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図４は本発明の第４の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図である。この第４の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、電流制限素子１６と電圧制限素子１７との並列回路に絶縁抵抗計２４を並列接続し、監視装置１９は、絶縁抵抗計２４で測定された抵抗値が所定値未満となったときは警報を出力するようにしたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図４に示すように、電流制限素子１６と電圧制限素子１７との並列回路には、絶縁抵抗計２４が並列接続されている。絶縁抵抗計２４は、常時、変圧器１１の二次側の低圧電路１４の絶縁抵抗を測定しており、絶縁抵抗計２４で測定された抵抗値は監視装置１９に入力される。監視装置１９は、絶縁抵抗計２４で測定された抵抗値が予め定めた所定値未満となったときは警報装置２１に警報を出力するとともに、必要に応じて無線装置２２を介して中央監視センターに警報を伝送する。

以上の説明では、第１の実施の形態に対し、絶縁抵抗計２４を設けた場合について説明したが、第２の実施の形態や第３の実施の形態に対し、絶縁抵抗計２４を設けるようにしてもよい。

第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態の効果に加え、地絡事故発生時に生じる電流変成器２０で検出された漏電防止装置１５に流れる電流とは独立して、変圧器１１の二次側の低圧電路１４の絶縁不良を検出するので、変圧器１１の二次側の低圧電路１４の絶縁不良を早期に発見できる。

次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。図５は本発明の第５の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図である。この第５の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、変圧器１１の二次側の絶縁不良箇所を探査するための探査用電流を変圧器の二次側の低圧電路１４に供給する探査用電流発生部２５を設けたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図５において、探査用電流発生部２５は、漏電防止装置１５の電流制限素子１６と電圧制限素子１７との並列回路に並列接続され、可変抵抗素子２６にスイッチ２７が直列接続されて構成されている。地絡事故が発生した場合には、電流制限素子１６により地絡電流が抑制されるので、活線状態で変圧器１１の二次側の低圧電路１４の地絡事故箇所を判定することは困難である。

そこで、活線状態で探査用電流発生部２５から探査用電流を発生させ、変圧器１１の二次側の低圧電路１４に探査用電流を重畳させる。すなわち、地絡事故が発生した場合には、活線状態で探査用電流発生部２５のスイッチ２７を閉じ、可変抵抗器２６にて抵抗値を変化させて探査用電流を調整する。この場合、スイッチ２７を閉じる際は、可変抵抗器２６の抵抗値を大きくしておき、徐々に可変抵抗器２６の抵抗値を小さくし探査用電流を大きくしていく。なお、地絡継電器が動作しない範囲で探査用電流を重畳させることは言うまでもない。

探査用電流を重畳させた状態で、探査用電流発生部２５を上流側とし、変圧器１１の二次側の低圧電路１４の分岐点を下流側とし、その分岐点でクランプメータにより探査用電流を測定する。そして、順次下流側に探査用電流が測定される分岐点を辿って最終的に地絡事故箇所を特定する。

以上の説明では、第１の実施の形態に対し、探査用電流発生部２５を設けた場合について説明したが、第２の実施の形態乃至第４の実施の形態に対し、探査用電流発生部２５を設けるようにしてもよい。

第５の実施の形態によれば、第１の実施形態乃至第４の実施の形態の効果に加え、活線状態で探査用電流発生部２５から探査用電流を変圧器１１の二次側の低圧電路１４に供給できるので、活線状態で絶縁不良箇所の探査を行うことができる。

次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。図６は本発明の第６の実施の形態に係わる漏電防止監視システムの構成図である。この第６の実施の形態は、図５に示した第５の実施の形態に対し、探査用電流発生部２５として、可変抵抗素子２６とスイッチ２７との直列接続回路で構成したことに代えて、探査用電流発生部２５は、変圧器１１の二次側の低圧電路１４に探査用電流を注入する電流変成器２８と、電流変成器２８に商用周波数と異なる周波数の探査用電流を供給する電源部２９とで構成したものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図６において、探査用電流発生部２５では、電源部２９から商用周波数と異なる周波数の探査用電流を供給し、電流変成器２８から変圧器１１の二次側の低圧電路１４に探査用電流を注入する。

商用周波数と異なる周波数の探査用電流を注入した状態で、探査用電流発生部２５を上流側とし、変圧器１１の二次側の低圧電路１４の分岐点を下流側とし、その分岐点でクランプメータにより探査用電流を測定する。そして、順次下流側に探査用電流が測定される分岐点を辿って最終的に地絡事故箇所を特定する。第６の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様に、活線状態で絶縁不良箇所の探査を行うことができる。

１１…変圧器、１２…一次巻線、１３…二次巻線、１４…低圧電路、１５…漏電防止装置、１６…電流制限素子、１７…電圧制限素子、１８…地絡地点、１９…監視装置、２０…電流変成器、２１…警報装置、２２…無線装置、２３…直接接地用接点、２４…絶縁抵抗計、２５…探査用電流発生部、２６…可変抵抗素子、２７…スイッチ、２８…電流変成器、２９…電源

Claims (6)

1. 高圧受電設備の変圧器二次側の一端と大地との間に設けられ前記変圧器二次側の低圧電路の漏電を防止する漏電防止装置と、
   前記漏電防止装置に流れる電流が所定値以上となったとき警報を出力する監視装置とを備え、
   前記漏電防止装置は、変圧器二次側の一端と大地との間に流れる電流を地絡電流継電器の動作設定値未満に抑制する電流制限素子と、前記変圧器一次側と二次側とが混触した際に前記変圧器二次側の電圧を所定電圧未満に抑制する電圧制限素子とを並列接続して構成され、
   前記電流制限素子と前記電圧制限素子との並列回路に常時は閉じている直接接地用接点を並列接続し、
   前記監視装置は、前記変圧器の二次側に地絡事故が発生したことを検出したときは、前記直接接地用接点を開くことを特徴とする漏電防止監視システム。
2. 前記直接接地用接点に代えて、半導体素子としたことを特徴とする請求項１に記載の漏電防止監視システム。
3. 前記電流制限素子と前記電圧制限素子との並列回路に絶縁抵抗計を並列接続し、前記監視装置は、前記絶縁抵抗計で測定された抵抗値が所定値未満となったときは、前記警報を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の漏電防止監視システム。
4. 前記変圧器二次側の絶縁不良箇所を探査するための探査用電流を前記変圧器二次側の電路に供給する探査用電流発生部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の漏電防止監視システム。
5. 前記探査用電流発生部は、前記電流制限素子と前記電圧制限素子との並列回路に並列接続され抵抗値を変化させて前記探査用電流を調整する可変抵抗素子であることを特徴とする請求項４に記載の漏電防止監視システム。
6. 前記探査用電流発生部は、前記変圧器二次側の電路に探査用電流を注入する電流変成器と、前記電流変成器に商用周波数と異なる周波数の探査用電流を供給する電源部とからなることを特徴とする請求項４に記載の漏電防止監視システム。

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