JP6210299B2 - 漏電監視保護システム - Google Patents

Description

本発明は、各種の分散型電源が連系された交流配電系統において、漏電が発生していない回路が不要に遮断されるのを防止するようにした漏電監視保護システムに関するものである。

図６は、低圧配電系統における従来の漏電監視保護方式を示している。
図６において、１０は一次側が電力系統に接続された配電変圧器であり、その二次側は接地されていると共に、配線用遮断器２０を介してａ点により分岐して配線用遮断器２１，２２にそれぞれ接続されている。
配線用遮断器２１には線路３１を介して負荷５１が接続され、配線用遮断器２２には線路３２を介して負荷５２が接続されている。配線用遮断器２１は、線路３１上の零相変流器４１の検出信号が入力される漏電リレー２１Ｒによって駆動され、配線用遮断器２２は、線路３２上の零相変流器４２の検出信号が入力される漏電リレー２２Ｒによって駆動されるようになっている。
なお、配線用遮断器２１，２２及び漏電リレー２１Ｒ，２２Ｒに代えて、漏電遮断器が用いられることもある。

いま、配線用遮断器２０，２１，２２が全て投入されている状態において、例えば線路３２の地点（事故点）Ｆで漏電が発生すると、図中、実線で示すように、漏洩電流Ｉ_ｇ１が配線用遮断器２０，２２及び大地を経由して流れる。この漏洩電流Ｉ_ｇ１は零相変流器４２により検出されて漏電リレー２２Ｒを動作させ、配線用遮断器２２が遮断されるため、故障回路、すなわち線路３２及び負荷５２が系統から遮断されることになる。この時、電力系統から線路３１側に漏洩電流が流れることはなく、配線用遮断器２１は閉状態を保っているので、負荷５１に対しては支障なく電力を供給することができる。

次に、図７は、分散電源が連系された低圧配電系統に、図６と同様の漏電監視保護方式を適用した例である。
図７において、線路３１には負荷５１の他に分散型電源６０が接続されている。この分散型電源６０は、例えばエンジン発電機、太陽光発電機、風力発電機等であり、線路３１、配線用遮断器２１，２０及び配電変圧器１０を介して電力系統に連系している。なお、線路３１，３２には、有効電力、無効電力等を監視するための電力監視装置７１，７２がそれぞれ接続されている。

この低圧配電系統において、配線用遮断器２０，２１，２２が全て投入されている時に線路３２の地点Ｆで漏電が発生すると、前記同様の経路で漏洩電流Ｉ_ｇ１が流れるため、配線用遮断器２２が動作して線路３２及び負荷５２が系統から遮断される。
また、この系統構成では、配線用遮断器２２が遮断されるまでは、線路３１側の分散型電源６０から線路３１，３２を介して地点Ｆを経由する回路に漏洩電流Ｉ_ｇ２が流れるので、漏電リレー２１Ｒの動作により配線用遮断器２１も遮断される。すなわち、線路３１側では漏電が発生していないため電力系統から負荷５１に引き続き給電可能であるにも関わらず、配線用遮断器２１が不要な遮断動作を行うことになる。

このように配線用遮断器２１の不要遮断動作が発生するのは、線路３１に接続された分散型電源６０が発電していること、及び、分散型電源６０の非発電時における線路３１側の漏電発生を考慮して、漏電リレー２１Ｒにも漏電リレー２２Ｒと同レベルの動作感度、動作時限等が設定されていることによる。

ここで、低圧配電線路における他回路の遮断器の不要遮断動作を防止する従来技術としては、例えば図８，図９に示すものが知られている。
図８は、特許文献１に記載された漏電検出保護装置の構成図であり、１１は二次側が接地された配電変圧器、４３は零相変流器、８１は分圧コンデンサにより接地相−大地間電圧Ｖ_ｅを検出する電圧検出器、８２は分圧コンデンサにより零相電圧Ｖ_０を検出する零相電圧検出器、９１は漏電リレーである。
この従来技術では、漏電リレー９１が、接地相−大地間電圧Ｖ_ｅと零相電圧Ｖ_０とから求めた接地相の対地静電容量に対する充電電流を零相電流Ｉ_０から差し引いて抵抗成分漏洩電流Ｉ_ｇｒを検出し、検出した漏洩電流Ｉ_ｇｒが設定レベルを超えた場合に自回路の負荷側の地絡事故と判断して遮断器を動作させ、所定の保護動作を行っている。

また、図９は、特許文献２に記載された絶縁監視装置の構成図であり、１２は二次側が非接地の配電変圧器、１３は接地用変圧器（ＥＶＴ）、４３は零相変流器、８２は分圧コンデンサからなる零相電圧検出器、８３は同じく分圧コンデンサからなる相電圧検出器、９２は絶縁監視部である。
この従来技術では、絶縁監視部９２が、零相電圧検出値、相電圧検出値及び零相電流Ｉ_０を用いてベクトル演算を行い、地点Ｆの絶縁抵抗値や抵抗成分漏洩電流Ｉ_ｇｒを算出して表示出力等を行っている。

更に、他の従来技術として、配電系統の電圧、電流等を検出して複数の負荷回路の電力、電力量等を監視すると共に、線路の漏電・絶縁監視機能を備えた監視装置や監視システムが特許文献３，４に記載されている。

特開２００１−３５２６６３号公報（図７等） 特開２００６−１０６０８号公報（図５等） 特開２０１２−１３２８１２号公報（図３等） 特開２００５−３０４１４８号公報（図１等）

特許文献１，２に記載された従来技術では、零相電圧を基準にして漏洩電流の方向判別を行うため零相電圧検出器が必要であり、特に、非接地系統を対象とする特許文献２では、更に接地用変圧器を設置する必要があるので、これらが回路の大型化やコスト増加の原因となっていた。また、線路の相線式（三相三線式など）の初期設定等も煩雑であった。
更に、特許文献３，４には、回路や設備の状態監視用に求めた電力情報を、漏電・絶縁監視に有効利用する着想は示されていない。

そこで、本発明の解決課題は、零相電圧を検出することなく、また、接地系統、非接地系統を問わずに、分散型電源の発電時における線路の電力情報を利用して自己の線路の不要遮断を防止するようにした漏電監視保護システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る漏電監視保護システムは次のように構成されている。
すなわち、本発明の漏電監視保護システムは、図１に示すように、一次側が電力系統Ａに接続された配電変圧器Ｂの二次側に主開閉手段Ｃを介して接続され、かつ、互いに分岐している第１の線路Ｄ_１及び第２の線路Ｄ_２と、第１の線路Ｄ_１に設置されて漏電発生時に開動作する第１の開閉手段Ｅ_１と、第２の線路Ｄ_２に設置されて漏電発生時に開動作する第２の開閉手段Ｅ_２と、第１の線路Ｄ_１の電圧及び電流から有効電力を演算する有効電力演算手段Ｈと、この有効電力が、第１の開閉手段Ｅ_１を介して第１の線路Ｄ_１及び第２の線路Ｄ_２の分岐点に向かう逆潮流電力であることを判別して動作遅延指令Ｓ_ＴＤを出力する方向判別手段Ｉと、動作遅延指令Ｓ_ＴＤにより、第１の開閉手段Ｅ_１の開動作を第２の開閉手段Ｅ_２の開動作よりも一定時間遅延させる遅延手段Ｊと、を備え、第１の線路Ｄ_１には、第１の開閉手段Ｅ_１を介して電力系統Ａから給電される第１の負荷Ｆ_１と、第１の開閉手段Ｅ_１を介して電力系統Ａに連系する分散型電源Ｇと、が接続され、第２の線路Ｄ_２には、第２の開閉手段Ｅ_２を介して電力系統Ａから給電される第２の負荷Ｆ_２が接続されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る漏電監視保護システムは、請求項１において、前記主開閉手段Ｃが、この主開閉手段Ｃと、第１の線路Ｄ_１及び第２の線路Ｄ_２の分岐点と、の間の線路の漏電発生時に開動作するものである。

請求項３に係る漏電監視保護システムは、請求項１または２における有効電力演算手段Ｈ及び方向判別手段Ｉが、第１の線路Ｄ_１の電力を監視する電力監視装置の一部を構成することを特徴とする。

請求項４に係る漏電監視保護システムは、請求項１または２における遅延手段Ｊが、第１の線路Ｄ_１の漏電を検出して第１の開閉手段Ｅ_１を遮断するための漏電リレーの一部を構成することを特徴とする。

本発明によれば、零相電圧を検出する方法によらず、分散型電源が接続された自己の線路の有効電力が逆潮流電力であることを判別して他の線路における漏電発生を検出し、自己の線路の開閉手段の動作を遅延させて不要な遮断動作を防止することができる。このため、零相電圧検出器や非接地系統における接地用変圧器が不要であり、接地、非接地を問わずに簡単な回路構成によって不要な遮断動作の解消が可能である。
また、有効電力の演算やその方向判別による逆潮流電力の検出は、線路の有効電力、無効電力等を監視する既存の電力監視装置がもともと有する機能を利用して容易に実現できるから、低コストにて提供することができる。

本発明の請求項１に対応する構成図である。 本発明の実施形態に係る漏電監視保護システムの構成図である。 図２の主要部の構成図である。 図２における漏電発生時の動作説明図である。 図２における漏電発生時の動作説明図である。 低圧配電系統における従来の漏電監視保護方式の説明図である。 低圧配電系統における従来の漏電監視保護方式の説明図である。 特許文献１に記載された漏電検出保護装置の構成図である。 特許文献２に記載された絶縁監視装置の構成図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図２は、図１に示した漏電監視保護システムを具体化した本発明の実施形態の構成図であり、図７における各部と同一の機能を有するものには同一の参照符号を付してある。

図２において、図７との相違点を中心に説明すると、配電変圧器１０に接続された配線用遮断器２０の負荷側には零相変流器４３が設けられ、その検出信号は配線用遮断器２０を動作させるための漏電リレー２０Ｒに入力されている。
また、線路３１の配線用遮断器２１を動作させる漏電リレー１１０、及び線路３１の有効電力、無効電力等を監視する電力監視装置１２０は、図７に示した漏電リレー２１Ｒ及び電力監視装置７１に、後述する機能をそれぞれ追加して構成されている。なお、電力監視装置１２０には、線路３１の電圧を検出する電圧検出器４４と、同じく電流を検出する電流検出器４５が接続されている。
ここで、電圧検出器４４は必要不可欠なものではなく、線路３１の電圧を電力監視装置１２０に直接入力できる場合には不要であり、場合によっては、電圧検出器４４の代わりに計器用変圧器（ＰＴ）を用いて線路３１の電圧を電力監視装置１２０に入力しても良い。

ここで、図２の配電変圧器１０は図１における配電変圧器Ｂに、配線用遮断器２０，零相変流器４３及び漏電リレー２０Ｒは同じく主開閉手段Ｃに、線路３１，３２は同じく第１，第２の線路Ｄ_１，Ｄ_２に、配線用遮断器２１，零相変流器４１及び漏電リレー１１０は同じく第１の開閉手段Ｅ_１に、配線用遮断器２２，零相変流器４２及び漏電リレー２２Ｒは同じく第２の開閉手段Ｅ_２に、負荷５１，５２は同じく第１，第２の負荷Ｆ_１，Ｆ_２にそれぞれ対応している。また、図２の漏電リレー１１０及び電力監視装置１２０は、図１における有効電力演算手段Ｈ、方向判別手段Ｉ及び遅延手段Ｊとしても機能する。

次に、図３は、上記漏電リレー１１０及び電力監視装置１２０を備えた漏電監視保護装置１００の構成図であり、この漏電監視保護装置１００は、図１の有効電力演算手段Ｈ、方向判別手段Ｉ及び遅延手段Ｊを実現するものである。

図３において、漏電リレー１１０は、零相変流器４１に接続された漏洩電流検出部１１１と、漏洩電流検出値が設定レベルを超えた時に漏電検出信号を出力するレベル判定部１１２と、漏電検出信号を動作遅延指令Ｓ_ＴＤにより一定時間（遅延時間）遅延させるタイマ１１３と、その出力信号に基づいて配線用遮断器２１に対する遮断指令Ｓ_ＣＢを出力する出力部１１４と、を備えている。ここで、タイマ１１３に設定される上記の遅延時間は、図２の線路３２に漏電が発生してから漏電リレー２２Ｒの動作により配線用遮断器２２が遮断動作するまでの時間よりも長くなっている。

また、電力監視装置１２０は、電圧検出器４４の出力信号により線路３１の電圧を検出する電圧検出部１２１と、電流検出器４５の出力信号により線路３１の電流を検出する電流検出部１２２と、これらの検出部１２１，１２２による各検出値を用いて線路３１の有効電力を演算する有効電力演算部１２３と、有効電力の方向（極性）が負荷５１側でなく逆方向（図２における配線用遮断器２１から分岐点ａに向かう方向）であり、いわゆる逆潮流電力が発生していることを検出する方向判別部１２４と、を備えている。ここで、逆潮流電力の発生は、周知のように、ベクトルとしての電流，電圧を用いて演算される有効電力の極性に基づいて、容易に検出可能である。なお、電圧検出器４４が必要不可欠なものではない点は、前述したとおりである。
上記の有効電力演算部１２３及び方向判別部１２４には、線路３１の有効電力、無効電力等を監視する電力監視装置がもともと有する機能を利用することができる。

次に、この実施形態の動作を図４，図５を参照しつつ説明する。
図４に示すように、配線用遮断器２０，２１，２２が全て投入されている状態で、負荷５２に近い線路３２上の地点Ｆで漏電が発生した場合を想定する。この場合、図７と同様に配電変圧器１０から線路３２及び地点Ｆを介した実線の経路で漏洩電流Ｉ_ｇ１が流れるため、配線用遮断器２２が動作して線路３２及び負荷５２が系統から遮断される。

このとき、線路３１の分散型電源６０が発電中であると、配線用遮断器２２が遮断されるまでの期間は、線路３１，３２から地点Ｆを介した経路で漏洩電流が流れる。従って、図３，図４の電力監視装置１２０では、図３における有効電力演算部１２３が演算した有効電力の極性を方向判別部１２４が判別することにより、逆潮流電力Ｐ_Ｒが発生していることを検出可能である。

これにより、方向判別部１２４からタイマ１１３に向けて動作遅延指令Ｓ_ＴＤが出力され、タイマ１１３は、線路３１を流れる漏洩電流によりレベル判定部１１２から出力された漏電検出信号を、前記遅延時間だけ遅延させて漏電リレー１１０内の出力部１１４に送出する。このため、出力部１１４からは、漏電を検出してから前記遅延時間を経過した後に遮断指令Ｓ_ＣＢが出力されることになるが、遅延時間を経過する以前に線路３２の配線用遮断器２２が遮断動作することにより、線路３１の漏洩電流すなわち逆潮流電力Ｐ_Ｒが消失するので、レベル判定部１１２の出力や動作遅延指令Ｓ_ＴＤがリセットされ、出力部１１４から遮断指令Ｓ_ＣＢが出力されることはない。
従って、漏電が発生した線路３２のみを配線用遮断器２２が電力系統から切り離し、漏電が発生していない線路３１については、配線用遮断器２１を動作させずに電力系統から引き続き負荷５１に給電することが可能になる。

次に、図５に示すように、線路３１，３２の分岐点ａと配線用遮断器２２との間で漏電が発生した場合を想定する。
この場合、配電変圧器１０から配線用遮断器２０及び線路３２を介して地点Ｆを経由する漏洩電流Ｉ_ｇ３が流れるので、漏電リレー２０Ｒが動作して配線用遮断器２０が遮断される。これにより、電力系統から負荷５１，５２側に給電されることはない。

一方、分散型電源６０が発電中であると、線路３１、配線用遮断器２１及び線路３２を介して地点Ｆを経由する漏洩電流Ｉ_ｇ４が流れる。この漏洩電流Ｉ_ｇ４は逆潮流電力Ｐ_Ｒを発生させるため、前述したように、図３の有効電力演算部１２３及び方向判別部１２４が動作して動作遅延指令Ｓ_ＴＤを発生させ、その後に出力される遮断指令Ｓ_ＣＢにより配線用遮断器２１が遮断されることになる。
この場合には、地点Ｆでの漏電発生から線路３１の配線用遮断器２１が遮断されるまでに時間遅れが生じるが、漏電リレー１１０内のタイマ１１３による遅延時間を必要最小限に設定しておけば、運用上の不都合は特に生じない。

なお、本発明は、図２において線路３１が更に分岐してその分岐先の線路に配線用遮断器，負荷，分散型電源，漏電リレー，電力監視装置が接続される場合のように、電力系統から見て複数の階層の負荷に給電する低圧配電系統にも適用することができる。この場合には、最下層から最上層に向かうに従って漏電リレー内のタイマに設定する遅延時間を長くすれば良い。これにより、例えば、図４に示した線路３２側の地点Ｆにおける漏電発生時にも、線路３１側の最上層の配線用遮断器２１が真っ先に遮断されるような事態を回避することができ、電力系統から各階層の負荷に対して継続的に給電することができる。

本発明は、配電変圧器の二次側の接地、非接地を問わず、一部の線路に負荷及び分散型電源が並列的に接続されているような配電系統に利用可能である。

Ａ：電力系統
Ｂ：配電変圧器
Ｃ：主開閉手段
Ｄ_１：第１の線路
Ｄ_２：第２の線路
Ｅ_１：第１の開閉手段
Ｅ_２：第２の開閉手段
Ｆ_１：第１の負荷
Ｆ_２：第２の負荷
Ｇ：分散型電源
Ｈ：有効電力演算手段
Ｉ：方向判別手段
Ｊ：遅延手段
１０：配電変圧器
２０，２１，２２：配線用遮断器
２０Ｒ，２１Ｒ，２２Ｒ：漏電リレー
３１，３２：線路
４１，４２，４３：零相変流器
４４：電圧検出器
４５：電流検出器
５１，５２：負荷
６０：分散型電源
７１Ａ，７２：電力監視装置
１００：漏電監視保護装置
１１０：漏電リレー
１１１：漏洩電流検出部
１１２：レベル判定部
１１３；タイマ
１１４：出力部
１２０：電力監視装置
１２１：電圧検出部
１２２：電流検出部
１２３：有効電力演算部
１２４：方向判別部

Claims (4)

1. 一次側が電力系統に接続された配電変圧器の二次側に主開閉手段を介して接続され、かつ、互いに分岐している第１の線路及び第２の線路と、
   前記第１の線路に設置されて漏電発生時に開動作する第１の開閉手段と、
   前記第２の線路に設置されて漏電発生時に開動作する第２の開閉手段と、
   前記第１の線路の電圧及び電流から有効電力を演算する有効電力演算手段と、
   前記有効電力が、前記第１の開閉手段を介して前記第１の線路及び第２の線路の分岐点に向かう逆潮流電力であることを判別して動作遅延指令を出力する方向判別手段と、
   前記動作遅延指令により、前記第１の開閉手段の開動作を前記第２の開閉手段の開動作よりも一定時間遅延させる遅延手段と、
   を備え、
   前記第１の線路には、前記第１の開閉手段を介して前記電力系統から給電される第１の負荷と、前記第１の開閉手段を介して前記電力系統に連系する分散型電源と、が接続され、
   前記第２の線路には、前記第２の開閉手段を介して前記電力系統から給電される第２の負荷が接続されていることを特徴とする漏電監視保護システム。
2. 請求項１に記載した漏電監視保護システムにおいて、
   前記主開閉手段が、この主開閉手段と、前記第１の線路及び前記第２の線路の分岐点と、の間の線路の漏電発生時に開動作することを特徴とする漏電監視保護システム。
3. 請求項１または２に記載した漏電監視保護システムにおいて、
   前記有効電力演算手段及び前記方向判別手段が、前記第１の線路の電力を監視する電力監視装置の一部を構成していることを特徴とする漏電監視保護システム。
4. 請求項１または２に記載した漏電監視保護システムにおいて、
   前記遅延手段が、前記第１の線路の漏電を検出して前記第１の開閉手段を遮断するための漏電リレーの一部を構成していることを特徴とする漏電監視保護システム。

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