JP6567230B1 - Arc ground fault detection method - Google Patents

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Abstract

直流系統(1)と負荷(4)とを接続する給電線(2)の電流を計測する変流器(3)で計測された電流をデジタル信号に変換するA/D変換部(20)と、変換されたデジタル信号を演算処理する演算処理部(30)と、を備えたアーク地絡検出装置(100)であって、演算処理部(30)では、A/D変換部(20)で変換された0.1kHz以上の所定の周波数の範囲に亘る前記給電線の電流信号をFFT信号処理し、予め取得された前記A/D変換部(20)で変換されFFT信号処理された所定の周波数範囲の周波数毎の初期電流信号と比較し、アーク地絡電流を検出しアーク地絡発生の有無を判断する。An A / D converter (20) for converting the current measured by the current transformer (3) for measuring the current of the feeder (2) connecting the DC system (1) and the load (4) into a digital signal; An arc ground fault detection device (100) comprising an arithmetic processing unit (30) for arithmetic processing of the converted digital signal, wherein the arithmetic processing unit (30) is an A / D conversion unit (20). The converted current signal of the power supply line over a predetermined frequency range of 0.1 kHz or more is subjected to FFT signal processing, converted in advance by the A / D converter (20), and subjected to FFT signal processing. Compared with the initial current signal for each frequency in the frequency range, an arc ground fault current is detected to determine whether an arc ground fault has occurred.

Description

本願は、アーク地絡検出装置に関する。   The present application relates to an arc ground fault detection apparatus.

配電線事故の1つである地絡事故およびその発生位置を検出する手法として、零相電流および零相電圧の大きさを検出する方法等が知られている(例えば特許文献1)。この特許文献1に記載の地絡検出システムにおいては、配電用変圧器の2次側で発生した地絡事故箇所を特定するために、配電用変圧器の2次側に設けられた零相電圧検出器と零相電流検出器、および配電用変圧器の2次側の電力ケーブルの各相に設けられた計器用変流器を備え、零相電圧と各電流値とから地絡箇所を特定している。この時、零相電圧および各電流値はバンドパスフィルターによって、特定交流成分(たとえば、商用周波数60Hz)のみ抽出されて検出処理に用いられている。   As a technique for detecting a ground fault, which is one of distribution line faults, and a position where the fault has occurred, a method for detecting the magnitude of a zero-phase current and a zero-phase voltage is known (for example, Patent Document 1). In the ground fault detection system described in Patent Document 1, a zero-phase voltage provided on the secondary side of the distribution transformer in order to identify the ground fault location that occurred on the secondary side of the distribution transformer. Equipped with a current transformer for each phase of the power cable on the secondary side of the detector, the zero-phase current detector, and the distribution transformer, and identifies the ground fault location from the zero-phase voltage and each current value doing. At this time, only the specific AC component (for example, commercial frequency 60 Hz) is extracted from the zero-phase voltage and each current value by the band-pass filter and used for the detection process.

また、再生可能エネルギの1つである太陽光発電システムに接続された電力変換装置において、地絡を検出する手法も開示されている(例えば、特許文献2)。特許文献2によれば、直流電源である太陽光発電システムから供給される電圧を検出する電圧センサと、直流電源から電力変換装置を介して商用系統に出力する交流の漏洩電流とから地絡を検出する手法により、生成電圧変動のある太陽光発電システムに対し、精度よく地絡を検出することが提案されている。   Moreover, the method of detecting a ground fault in the power converter connected to the photovoltaic power generation system which is one of the renewable energies is also disclosed (for example, Patent Document 2). According to Patent Document 2, a ground fault is detected from a voltage sensor that detects a voltage supplied from a photovoltaic power generation system that is a DC power supply, and an AC leakage current that is output from the DC power supply to a commercial system via a power converter. It has been proposed to detect a ground fault with high accuracy for a photovoltaic power generation system having a generated voltage fluctuation by a detection method.

特開2012−141232号公報(図1、段落0014から0020等参照)Japanese Patent Laying-Open No. 2012-141232 (see FIG. 1, paragraphs 0014 to 0020, etc.) 特開2017−153272号公報JP 2017-153272 A

特許文献1の地絡検出システムでは、バンドバスフィルターによって特定周波数かつ低周波数の電流および電圧を扱うため直流系統におけるアーク地絡の検出を行うことができない。
また、特許文献2の地絡検出方法においても、生成電圧変動を考慮しつつ太陽光発電システムから供給される電圧の変動と電力変換装置で変換された交流の漏洩電流の変動とを用いて地絡検出を行うもので、アーク地絡の検出を対象としていない。
In the ground fault detection system of Patent Document 1, since the current and voltage at a specific frequency and low frequency are handled by the band-pass filter, it is impossible to detect an arc ground fault in the DC system.
Also, in the ground fault detection method disclosed in Patent Document 2, the fluctuation of the voltage supplied from the photovoltaic power generation system and the fluctuation of the AC leakage current converted by the power conversion device are taken into account by taking into account the generated voltage fluctuation. This is to detect a fault and is not intended to detect an arc ground fault.

直流系統においては、微小アークが常時発生しており、アーク電流は通常の地絡より高周波領域に現れる。しかし、高周波領域においては低周波領域よりバックグラウンドノイズが大きく、ノイズに重なってしまうとアーク電流の検出及びアーク地絡の検出が困難という課題があった。   In a DC system, a micro arc is constantly generated, and the arc current appears in a higher frequency region than a normal ground fault. However, the background noise in the high frequency region is larger than that in the low frequency region, and if it overlaps with the noise, it is difficult to detect the arc current and the arc ground fault.

本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、直流系統に接続される給電線に発生するアーク地絡を検出するためのアーク地絡検出装置を提供することを目的とする。   This application discloses the technique for solving said subject, and it aims at providing the arc ground fault detection apparatus for detecting the arc ground fault which generate | occur | produces in the feeder connected to a DC system. To do.

本願に開示されるアーク地絡の検出方法は、直流系統と負荷とを接続する給電線の電流を計測する変流器と、計測された電流をデジタル信号に変換するA/D変換部と、変換されたデジタル信号を演算処理する演算処理部と、を備ええた装置を用いたアーク地絡の検出方法であって、前記A/D変換部で変換された0.1kHz以上の予め定められた周波数の範囲に亘る前記給電線の電流信号をフーリエ変換して、初期パワースペクトルとして保存するステップ、前記負荷の運転時に計測され、前記A/D変換部で変換された0.1kHz以上の予め定められた前記周波数の範囲に亘る前記給電線の電流信号をフーリエ変換して、運転時パワースペクトルを取得するステップ、前記パワースペクトルから前記初期パワースペクトルを減算し、真のパワースペクトルを取得するステップ、前記真のパワースペクトルを逆フーリエ変換し、アーク地絡電流を算出するステップ、算出された前記アーク地絡電流と予め設定された閾値とを比較するステップ、及び算出された前記アーク地絡電流が前記予め設定された閾値を超えた場合アーク地絡発生と判断するステップ有するものである。 An arc ground fault detection method disclosed in the present application includes a current transformer that measures a current of a feeder line that connects a DC system and a load, an A / D conversion unit that converts the measured current into a digital signal, a converted arithmetic processing unit and method for detecting arc ground fault using the apparatus E with a for processing a digital signal, a defined transformed 0.1kHz or more in advance the a / D converter A step of Fourier transforming the current signal of the feeder line over a frequency range and storing it as an initial power spectrum; a predetermined value of 0.1 kHz or more measured during operation of the load and converted by the A / D converter Fourier transforming the current signal of the feeder line over the range of the obtained frequency, obtaining an operating power spectrum, subtracting the initial power spectrum from the power spectrum, Obtaining the power spectrum, inverse Fourier transforming the true power spectrum to calculate an arc ground fault current, comparing the calculated arc ground fault current with a preset threshold, and calculating If the arc grounding current that is exceeds the preset threshold and has a step of determining that arcing ground fault occurs.

本願に開示されるアーク地絡の検出方法によれば、バックグラウンドノイズの除去された精度の高いアーク地絡電流を算出することで、アーク地絡発生有無を検出することができるAccording to the detection method of the arc ground fault disclosed herein, by calculating the background noise accurate arc grounding current removed, it is possible to detect the arc locations絡発raw existence.

実施の形態1に係るアーク地絡検出装置を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an arc ground fault detection apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るアーク地絡検出装置のハードウエア構成図である。2 is a hardware configuration diagram of the arc ground fault detection device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るアーク地絡検出装置を用いてアーク地絡を検出する手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a procedure for detecting an arc ground fault using the arc ground fault detection apparatus according to the first embodiment. アーク地絡電流とバックグラウンドノイズとの関係を示すスペクトル図である。It is a spectrum figure which shows the relationship between an arc ground fault electric current and background noise. 実施の形態2に係るアーク地絡検出装置を用いてアーク地絡を検出する手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a procedure for detecting an arc ground fault using the arc ground fault detection apparatus according to the second embodiment. 実施の形態3に係るアーク地絡検出装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the arc ground fault detection apparatus which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係るアーク地絡検出装置を用いてアーク地絡を検出する手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a procedure for detecting an arc ground fault using the arc ground fault detection apparatus according to the third embodiment.

以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol shall show the same or an equivalent part.

実施の形態1.
以下、実施の形態1に係るアーク地絡検出装置について図1を用いて説明する。
図において、直流系統1は、接地されていないあるいは高抵抗接地、もしくは非絶縁の状態である。直流系統1から分岐した給電線(フィーダ)2には負荷4が接続されているが、本実施の形態では給電線2でグランド5に対し発生したアーク地絡6の検出について説明する。給電線2を流れる地絡電流は零相変流器(ZCT)3で計測され、アーク地絡検出装置100の地絡電流計測部10に入力される。アーク地絡検出装置100は、零相変流器(ZCT)3に接続された地絡電流計測部10、A/D変換部20、演算処理部30、記憶部40、出力部50、通信回路60を備える。
地絡電流計測部10に入力された地絡電流は、次のA/D変換部20での処理に必要な信号レベルに変換(増幅)され、A/D変換部20で離散化されたデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたデータは、演算処理部30で演算処理され、異常判定(アーク地絡の判定)を行う。
なお、負荷4は単独であっても複数であってもよく、また給電線2に接続された電力変換器(図示せず)により交流に変換された電力が供給される負荷であってもよい。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the arc ground fault detection apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
In the figure, the DC system 1 is not grounded, is a high-resistance ground, or is not insulated. Although a load 4 is connected to a feeder 2 that is branched from the DC system 1, detection of an arc ground fault 6 generated with respect to the ground 5 in the feeder 2 will be described in the present embodiment. The ground fault current flowing through the feeder line 2 is measured by a zero phase current transformer (ZCT) 3 and input to the ground fault current measuring unit 10 of the arc ground fault detector 100. The arc ground fault detection device 100 includes a ground fault current measurement unit 10, an A / D conversion unit 20, an arithmetic processing unit 30, a storage unit 40, an output unit 50, and a communication circuit connected to a zero phase current transformer (ZCT) 3. 60.
The ground-fault current input to the ground-fault current measuring unit 10 is converted (amplified) into a signal level necessary for processing in the next A / D conversion unit 20, and is digitized by the A / D conversion unit 20. Converted to a signal. The data converted into the digital signal is arithmetically processed by the arithmetic processing unit 30 to perform abnormality determination (determination of arc ground fault).
The load 4 may be a single load or a plurality of loads, and may be a load to which power converted into alternating current by a power converter (not shown) connected to the feeder line 2 is supplied. .

記憶部40は、演算処理部30に接続され、演算処理部30とデータのやり取りを行う。
出力部50は演算処理部30からの異常状態(アーク地絡発生)および警告等の信号を外部に出力する。
アーク地絡検出装置100は、保護継電器等他の計器に組み込まれることも多く、その場合、出力部50からの信号は主体の保護継電器へ送信される。
The storage unit 40 is connected to the arithmetic processing unit 30 and exchanges data with the arithmetic processing unit 30.
The output unit 50 outputs signals such as an abnormal state (arc ground fault occurrence) and a warning from the arithmetic processing unit 30 to the outside.
The arc ground fault detection device 100 is often incorporated in another instrument such as a protective relay. In this case, a signal from the output unit 50 is transmitted to the main protective relay.

外部の監視装置200はPC(パーソナルコンピュータ)等から構成され、1つあるいは複数のアーク地絡検出装置100に接続されており、演算処理部30の情報を通信回路60を介して適宜受信するとともにアーク地絡検出装置100の動作状況を監視する。この外部の監視装置200とアーク地絡検出装置100の通信回路60との接続は、ケーブルを用いてもよいし、無線によるものであってもよい。複数のアーク地絡検出装置100との間にネットワークを構成してインターネットを介した接続であってもよい。   The external monitoring device 200 is configured by a PC (personal computer) or the like, and is connected to one or a plurality of arc ground fault detection devices 100, and receives information from the arithmetic processing unit 30 through the communication circuit 60 as appropriate. The operation status of the arc ground fault detection device 100 is monitored. The connection between the external monitoring device 200 and the communication circuit 60 of the arc ground fault detection device 100 may be a cable or may be wireless. A network may be configured between the plurality of arc ground fault detection devices 100 to connect via the Internet.

なお、上述のようにアーク地絡検出装置100が保護継電器等他の計器に組み込まれる場合は、アーク地絡検出装置100自身に通信回路60を具備する必要はなく、また監視装置200に接続される必要もない。   In addition, when the arc ground fault detection apparatus 100 is incorporated in another instrument such as a protective relay as described above, the arc ground fault detection apparatus 100 itself does not need to include the communication circuit 60 and is connected to the monitoring apparatus 200. There is no need to

図2は、アーク地絡検出装置100のハードウエアの構成例を示した図である。プロセッサ110と記憶装置120から構成される。記憶装置120は図示していないが、ランダムアクセスメモリ(RAM:Random Access Memory)等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ110は、記憶装置120から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置(EEPROM:Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)介してプロセッサ110にプログラムが入力される。また、プロセッサ110は、演算結果等のデータを記憶装置120の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。プロセッサ110は、演算処理装置として、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)等各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。   FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the arc ground fault detection apparatus 100. It comprises a processor 110 and a storage device 120. Although not shown, the storage device 120 includes a volatile storage device such as a random access memory (RAM) and a nonvolatile auxiliary storage device such as a flash memory. Further, an auxiliary storage device of a hard disk may be provided instead of the flash memory. The processor 110 executes the program input from the storage device 120. In this case, a program is input from the auxiliary storage device to the processor 110 via a volatile storage device (EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). The processor 110 may output data such as a calculation result to the volatile storage device of the storage device 120, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device. The processor 110 may include various logic circuits such as an application specific integrated circuit (ASIC), an integrated circuit (IC), and a digital signal processor (DSP), various signal processing circuits, and the like as an arithmetic processing unit.

次に、このアーク地絡検出装置100を用いたアーク地絡検出方法について、図3のフローチャートに従って説明する。
本実施の形態におけるアーク地絡検出のためには、給電線2のバックグラウンドノイズを取得し、計測する地絡電流から除去する必要がある。そのため、まず給電線2の初期状態の地絡電流を計測する。
Next, an arc ground fault detection method using the arc ground fault detection apparatus 100 will be described with reference to the flowchart of FIG.
In order to detect an arc ground fault in the present embodiment, it is necessary to acquire the background noise of the feeder 2 and remove it from the measured ground fault current. Therefore, first, the ground fault current in the initial state of the feeder 2 is measured.

給電線2の初期状態である初期地絡電流が記憶部40に記憶されていない場合(ステップS1でNO)、零相変流器(ZCT)3で地絡電流を計測し、計測された地絡電流を地絡電流計測部10に入力する。地絡電流計測部10で所定レベルの信号に変換後、A/D変換部20でサンプリングし、離散化されたデジタル信号に変換する(ステップS2)。この時、0.1kHz以上の所定の周波数範囲に亘るデジタル信号を取得する。周波数範囲は予め定めておく。   When the initial ground fault current that is the initial state of the feeder 2 is not stored in the storage unit 40 (NO in step S1), the ground fault current is measured by the zero-phase current transformer (ZCT) 3, and the measured ground The fault current is input to the ground fault current measuring unit 10. After the ground fault current measuring unit 10 converts the signal to a predetermined level, it is sampled by the A / D converter 20 and converted into a digitized digital signal (step S2). At this time, a digital signal over a predetermined frequency range of 0.1 kHz or more is acquired. The frequency range is determined in advance.

演算処理部30では、所定の周波数範囲に亘る離散化されたデジタル信号を、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:以下、FFTと称す)により演算処理し、各周波数のパワースペクトル成分(初期値)SECinを算出する(ステップS3)。算出されたパワースペクトル成分は初期値データとして記憶部40に記憶する(ステップS4)。   The arithmetic processing unit 30 performs arithmetic processing on a digitized digital signal over a predetermined frequency range by a fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT), and a power spectrum component (initial value) SECin of each frequency. Is calculated (step S3). The calculated power spectrum component is stored in the storage unit 40 as initial value data (step S4).

次に、負荷4の運転時の動作について、説明する。
零相変流器(ZCT)3で地絡電流を計測し、計測された地絡電流を地絡電流計測部10に入力する。地絡電流計測部10で所定レベルの信号に変換後、A/D変換部20でサンプリングし、離散化されたデジタル信号に変換する(ステップS5)。この時、初期値の取得時と同様に、0.1kHz以上の所定の周波数範囲に亘るデジタル信号を取得する。
Next, the operation during operation of the load 4 will be described.
The ground fault current is measured by the zero phase current transformer (ZCT) 3, and the measured ground fault current is input to the ground fault current measuring unit 10. After the ground fault current measuring unit 10 converts the signal to a predetermined level, it is sampled by the A / D converter 20 and converted into a digitized digital signal (step S5). At this time, a digital signal over a predetermined frequency range of 0.1 kHz or more is acquired in the same manner as when the initial value is acquired.

演算処理部30では、所定の周波数範囲に亘る離散化されたデジタル信号を、FFTにより演算処理し、各周波数のパワースペクトル成分(運転時)SECopを算出する(ステップS6)。
各周波数において、パワースペクトル成分(運転時)SECopからパワースペクトル成分(初期値)SECinを減算し、各周波数のパワースペクトル成分(真値)SECtrを算出する(ステップS7)。
The arithmetic processing unit 30 performs arithmetic processing on the digitized digital signal over a predetermined frequency range by FFT, and calculates the power spectrum component (during operation) SECop of each frequency (step S6).
At each frequency, the power spectrum component (initial value) SECin is subtracted from the power spectrum component (during operation) SECop to calculate the power spectrum component (true value) SECtr of each frequency (step S7).

所定の周波数範囲に亘るパワースペクトル成分(真値)SECtrをFFT逆変換することにより、バックグラウンドノイズの除去されたアーク地絡電流を算出する(ステップS8)。
算出されたアーク地絡電流が予め設定された閾値を超えていれば、アーク地絡発生と判断し(ステップS9においてYES)、出力部50より異常信号等を出力し、警告を発する(ステップS10)。
An arc ground fault current from which background noise has been removed is calculated by performing inverse FFT on the power spectrum component (true value) SECtr over a predetermined frequency range (step S8).
If the calculated arc ground fault current exceeds a preset threshold value, it is determined that an arc ground fault has occurred (YES in step S9), an abnormal signal or the like is output from output unit 50, and a warning is issued (step S10). ).

ステップS8で算出されたアーク地絡電流が予め設定された閾値を超えていない場合(ステップS9においてNO)、零相変流器(ZCT)3での地絡電流計測に戻る。 If arc grounding current calculated in step S8 does not exceed the predetermined threshold value (in step S9 NO), returns to the ground fault current measured at the zero-phase current transformer (ZCT) 3.

零相変流器(ZCT)3で計測された地絡電流と初期地絡電流との差分を用いて、アーク地絡電流を算出してアーク地絡の発生を判断するよりも、FFTで信号処理後のスペクトルを用い、スペクトル成分での初期値との差分を解析することで、アーク地絡時に発生するアーク地絡電流の周波数成分のみを検出するので、精度の高いアーク地絡の検出が容易となる。   Rather than calculating the arc ground fault current by using the difference between the ground fault current measured by the zero-phase current transformer (ZCT) 3 and the initial ground fault current to determine the occurrence of the arc ground fault, the signal is generated by FFT. Only the frequency component of the arc ground fault current generated at the time of the arc ground fault is detected by analyzing the difference from the initial value in the spectral component using the processed spectrum, so the arc ground fault can be detected with high accuracy. It becomes easy.

以上のように、実施の形態1によれば、直流系統に接続された給電線2に零相変流器(ZCT)3を設けて地絡電流を計測し、0.1kHz以上であって予め定められた所定の周波数範囲の信号をFFTで処理したスペクトル成分とFFT処理された初期の信号スペクトル成分との差分を用いることで、バックグラウンドノイズの除去された精度の高いアーク地絡電流を算出することで、アーク地絡発生有無を検出することが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, the ground fault current is measured by providing the zero-phase current transformer (ZCT) 3 in the feeder 2 connected to the DC system, and the frequency is 0.1 kHz or more in advance. By using the difference between the spectrum component obtained by FFT processing of a signal in a predetermined frequency range and the initial signal spectrum component after FFT processing, a highly accurate arc ground fault current from which background noise has been removed is calculated. By doing so, it is possible to detect whether or not an arc ground fault has occurred.

実施の形態2.
上述の実施の形態1では、0.1kHz以上であって所定の周波数範囲の信号をFFT処理する方法について説明したが、アーク地絡発生時の周波数帯域は0.1から100kHzが主であるため、0.1kHz以上であって所定の周波数範囲、好ましくは0.1から100kHzの所定の周波数範囲に亘るデジタル信号に絞って演算処理することで、演算負荷を軽減すると共に、アーク地絡に絞った検出をすることで検出精度を向上させることが可能となる。本実施の形態では、実施の形態1で示した図1のアーク地絡検出装置100において周波数範囲を絞ったアーク地絡電流検出の処理方法について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment described above, the method of performing FFT processing on a signal having a predetermined frequency range of 0.1 kHz or more has been described, but the frequency band at the time of occurrence of an arc ground fault is mainly from 0.1 to 100 kHz. The calculation processing is reduced to a digital signal over a predetermined frequency range of 0.1 kHz or higher and preferably within a predetermined frequency range of 0.1 to 100 kHz, thereby reducing the calculation load and limiting to the arc ground fault. Detection accuracy can be improved. In the present embodiment, a processing method of arc ground fault current detection in which the frequency range is narrowed down in the arc ground fault detection apparatus 100 of FIG. 1 shown in the first embodiment will be described.

図4は、アーク地絡電流とバックグラウンドノイズとの関係を示すスペクトル図である。横軸は周波数、縦軸は電流値である。アーク発生時の電流値は実線で、アークが発生していないバックグラウンドの値を破線で示している。図で示した0から200kHzの範囲では、バックグラウンドであるノイズは離散的にピークをもつ様相で出現し、アーク地絡電流は周波数の増加とともに徐々に減衰している。この図より、アーク地絡電流とノイズが重畳するが、アーク地絡電流を検出すべき領域は概ね、0より大きく150kHzの範囲、好ましくは0.1から150kHzの範囲であり、さらに好ましくは0.1から100kHzの範囲であり、この周波数範囲に絞ってアーク地絡電流の検出を行えば、演算負荷を軽減すると共に、アーク地絡に絞った検出をすることで検出精度を向上させることが可能となることがわかる。   FIG. 4 is a spectrum diagram showing the relationship between the arc ground fault current and the background noise. The horizontal axis is frequency and the vertical axis is current value. The current value at the time of arc generation is indicated by a solid line, and the background value at which no arc is generated is indicated by a broken line. In the range of 0 to 200 kHz shown in the figure, the noise as the background appears in a state having discrete peaks, and the arc ground fault current gradually attenuates as the frequency increases. From this figure, although the arc ground fault current and noise are superimposed, the region where the arc ground fault current is to be detected is generally larger than 0 in the range of 150 kHz, preferably in the range of 0.1 to 150 kHz, more preferably 0. .1 to 100 kHz, and by detecting the arc ground fault current in this frequency range, the calculation load can be reduced and the detection accuracy can be improved by detecting in the arc ground fault. It turns out that it is possible.

周波数範囲に絞って、アーク地絡検出を行う方法について、図5のフローチャートに従って説明する。
なお、図5のフローチャートにおいて、ステップS1からステップS4までの初期状態の地絡電流の検出および記憶は図3と同様であるので説明を省略する。
A method for detecting an arc ground fault in the frequency range will be described with reference to the flowchart of FIG.
In the flowchart of FIG. 5, detection and storage of the ground fault current in the initial state from step S1 to step S4 is the same as in FIG.

負荷4の運転時の動作について、説明する。
零相変流器(ZCT)3で地絡電流を計測し、計測された地絡電流を地絡電流計測部10に入力する。地絡電流計測部10で所定レベルの信号に変換後、A/D変換部20でサンプリングし、離散化されたデジタル信号に変換する(ステップS5)。この時、初期値の取得時と同様に、0.1kHz以上の予め定められた所定の周波数範囲に亘るデジタル信号を取得する。
The operation during operation of the load 4 will be described.
The ground fault current is measured by the zero phase current transformer (ZCT) 3, and the measured ground fault current is input to the ground fault current measuring unit 10. After the ground fault current measuring unit 10 converts the signal to a predetermined level, it is sampled by the A / D converter 20 and converted into a digitized digital signal (step S5). At this time, similarly to the acquisition of the initial value, a digital signal is acquired over a predetermined frequency range of 0.1 kHz or higher.

演算処理部30では、所定の周波数範囲に亘る離散化されたデジタル信号を、FFTにより演算処理し、各周波数のパワースペクトル成分(運転時)SECopを算出する(ステップS6)。
各周波数において、パワースペクトル成分(運転時)SECopからパワースペクトル成分(初期値)SECinを減算し、各周波数のパワースペクトル成分(真値)SECtrを算出する(ステップS7a)。
The arithmetic processing unit 30 performs arithmetic processing on the digitized digital signal over a predetermined frequency range by FFT, and calculates the power spectrum component (during operation) SECop of each frequency (step S6).
At each frequency, the power spectrum component (initial value) SECin is subtracted from the power spectrum component (during operation) SECop to calculate the power spectrum component (true value) SECtr of each frequency (step S7a).

各周波数のパワースペクトル成分(真値)SECtrのうち、0.1から150kHzあるいは0.1から100kHzの周波数範囲のパワースペクトル成分(真値)SECtr-aに絞り込む(ステップS7b)。
0.1から150kHzあるいは0.1から100kHzの周波数範囲に亘るパワースペクトル成分(真値)SECtr-aをFFT逆変換することにより、バックグラウンドノイズの除去されたアーク地絡電流を算出する(ステップS8)。
算出されたアーク地絡電流が予め設定された閾値を超えていれば、アーク地絡発生と判断し(ステップS9においてYES)、出力部50より異常信号等を出力し、警告を発する(ステップS10)。
The power spectrum component (true value) SECtr of each frequency is narrowed down to the power spectrum component (true value) SECtr-a in the frequency range of 0.1 to 150 kHz or 0.1 to 100 kHz (step S7b).
An arc ground fault current from which background noise has been removed is calculated by performing inverse FFT on the power spectrum component (true value) SECtr-a over the frequency range of 0.1 to 150 kHz or 0.1 to 100 kHz (step) S8).
If the calculated arc ground fault current exceeds a preset threshold value, it is determined that an arc ground fault has occurred (YES in step S9), an abnormal signal or the like is output from output unit 50, and a warning is issued (step S10). ).

以上のように、実施の形態2によれば、直流系統に接続された給電線2に零相変流器(ZCT)3を設けて地絡電流を計測し、FFTで処理したスペクトル成分とFFT処理された初期の信号スペクトル成分との差分を用い、バックグラウンドノイズの除去された精度の高いアーク地絡電流を算出することで、アーク地絡発生有無を検出することが可能となる。その際に0.1から150kHzあるいは0.1から100kHzの周波数範囲の電流信号について信号処理するようにしたので、演算負荷を軽減すると共に、アーク地絡を高速に検出でき、またアーク地絡の検出精度を向上させることが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, the zero-phase current transformer (ZCT) 3 is provided in the feeder 2 connected to the DC system, the ground fault current is measured, and the FFT-processed spectral component and the FFT By using the difference from the processed initial signal spectrum component and calculating the highly accurate arc ground fault current from which background noise has been removed, it is possible to detect whether or not an arc ground fault has occurred. At this time, since signal processing is performed for a current signal in a frequency range of 0.1 to 150 kHz or 0.1 to 100 kHz, the calculation load is reduced and an arc ground fault can be detected at high speed. Detection accuracy can be improved.

実施の形態3.
以下、実施の形態2に係るアーク地絡検出装置について図6を用いて説明する。
実施の形態1では、直流系統は非接地または高抵抗接地であったが、本実施の形態では例えば鉄道設備の直流系統のように片側が接地されている場合の例について説明する。
Embodiment 3 FIG.
Hereinafter, the arc ground fault detection apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, the DC system is ungrounded or high-resistance grounding. However, in this embodiment, an example in which one side is grounded as in the DC system of a railway facility will be described.

図6において、直流系統1は、一方の線路が接地されている。直流系統1から分岐した給電線(フィーダ)2には負荷4が接続されているが、本実施の形態においても給電線2でグランド5に対し発生したアーク地絡6の検出について説明する。給電線2の各相を流れる電流は変流器(CT)3aで計測され、アーク地絡検出装置100の電流計測部10aに入力される。アーク地絡検出装置100は、変流器(CT)3aに接続された電流計測部10a、A/D変換部20、演算処理部30、記憶部40、出力部50、通信回路60を備える。
電流計測部10aでは入力された各相の電流の差分を算出し、その差分電流が次のA/D変換部20での処理に必要な信号レベルに変換(増幅)され、A/D変換部20で離散化されたデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたデータは、演算処理部30で演算処理され、異常判定(アーク地絡の判定)を行う。
In FIG. 6, in the DC system 1, one line is grounded. Although a load 4 is connected to a feeder 2 branched from the DC system 1, detection of an arc ground fault 6 generated with respect to the ground 5 in the feeder 2 will also be described in the present embodiment. The current flowing through each phase of the feeder 2 is measured by a current transformer (CT) 3a and input to the current measuring unit 10a of the arc ground fault detection device 100. The arc ground fault detection apparatus 100 includes a current measurement unit 10a, an A / D conversion unit 20, an arithmetic processing unit 30, a storage unit 40, an output unit 50, and a communication circuit 60 connected to a current transformer (CT) 3a.
The current measurement unit 10a calculates the difference between the input currents of the respective phases, and the difference current is converted (amplified) into a signal level necessary for processing in the next A / D conversion unit 20, and the A / D conversion unit 20 is converted into a digitized digital signal. The data converted into the digital signal is arithmetically processed by the arithmetic processing unit 30 to perform abnormality determination (determination of arc ground fault).

なお、負荷4は単独であっても複数であってもよく、給電線2に接続された電力変換器(図示せず)で交流に変換された電力が供給される負荷であってもよい。
また、演算処理部30、記憶部40、出力部50、通信回路60の構成は実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。通信回路60を介した外部の監視装置200への情報の送信、通信回路60と監視装置200への通信方法についても実施の形態1と同様である。アーク地絡検出装置100のハードウエア構成も実施の形態1と同様である。
The load 4 may be a single load or a plurality of loads, and may be a load to which power converted into alternating current by a power converter (not shown) connected to the feeder line 2 is supplied.
In addition, the configuration of the arithmetic processing unit 30, the storage unit 40, the output unit 50, and the communication circuit 60 is the same as that of the first embodiment, and thus description thereof is omitted. The transmission of information to the external monitoring device 200 via the communication circuit 60 and the communication method to the communication circuit 60 and the monitoring device 200 are the same as in the first embodiment. The hardware configuration of the arc ground fault detection apparatus 100 is the same as that of the first embodiment.

本実施の形態1では零相変流器(ZCT)で地絡電流を直接計測したが、上述の通り本実施の形態3では、各相に設けられた変流器(CT)で計測された電流を用いて、具体的には各相の電流の差分から地絡電流を算出する点で相違する。   In the first embodiment, the ground fault current is directly measured by the zero-phase current transformer (ZCT). However, as described above, in the third embodiment, the ground fault current is measured by the current transformer (CT) provided in each phase. Specifically, it is different in that the ground fault current is calculated from the difference between the currents of the respective phases using the current.

次に、このアーク地絡検出装置100を用いたアーク地絡検出方法について、図7のフローチャートに従って説明する。   Next, an arc ground fault detection method using the arc ground fault detection apparatus 100 will be described with reference to the flowchart of FIG.

給電線2の初期状態である初期地絡電流が記憶部40に記憶されていない場合(ステップS101でNO)、変流器(CT)3aで各相の電流を計測し、計測された電流を電流計測部10aに入力する。電流計測部10aにおいて各相の電流の差分から地絡電流を算出し、所定レベルの信号に変換する。所定レベルに変換された信号をA/D変換部20でサンプリングし、離散化されたデジタル信号に変換する(ステップS102)。この時、0.1kHz以上の所定の周波数範囲に亘るデジタル信号を取得する。   When the initial ground fault current that is the initial state of the feeder line 2 is not stored in the storage unit 40 (NO in step S101), the current of each phase is measured by the current transformer (CT) 3a, and the measured current is Input to the current measuring unit 10a. The current measuring unit 10a calculates the ground fault current from the difference between the currents of the respective phases, and converts it into a signal of a predetermined level. The signal converted to a predetermined level is sampled by the A / D converter 20 and converted into a digitized digital signal (step S102). At this time, a digital signal over a predetermined frequency range of 0.1 kHz or more is acquired.

演算処理部30では、所定の周波数範囲に亘る離散化されたデジタル信号を、FFTにより演算処理し、各周波数のパワースペクトル成分(初期値)SECinを算出する(ステップS103)。算出されたパワースペクトル成分は初期値データとして記憶部40に記憶する(ステップS104)。   The arithmetic processing unit 30 performs arithmetic processing on the digitized digital signal over a predetermined frequency range by FFT, and calculates a power spectrum component (initial value) SECin of each frequency (step S103). The calculated power spectrum component is stored in the storage unit 40 as initial value data (step S104).

次に、負荷4の運転時の動作について、説明する。
変流器(CT)3aで各相の電流を計測し、計測された電流を電流計測部10aに入力する。電流計測部10aにおいて各相の電流の差分から地絡電流を算出し、所定レベルの信号に変換する。所定レベルに変換された信号をA/D変換部20でサンプリングし、離散化されたデジタル信号に変換する(ステップS105)。この時、初期値の取得時と同様に、0.1kHz以上の所定の周波数範囲に亘るデジタル信号を取得する。
Next, the operation during operation of the load 4 will be described.
The current of each phase is measured by the current transformer (CT) 3a, and the measured current is input to the current measuring unit 10a. The current measuring unit 10a calculates the ground fault current from the difference between the currents of the respective phases, and converts it into a signal of a predetermined level. The signal converted to a predetermined level is sampled by the A / D converter 20 and converted into a digitized digital signal (step S105). At this time, a digital signal over a predetermined frequency range of 0.1 kHz or more is acquired in the same manner as when the initial value is acquired.

演算処理部30では、所定の周波数範囲に亘る離散化されたデジタル信号を、FFTにより演算処理し、各周波数のパワースペクトル成分(運転時)SECopを算出する(ステップS106)。
各周波数において、パワースペクトル成分(運転時)SECopからパワースペクトル成分(初期値)SECinを減算し、各周波数のパワースペクトル成分(真値)SECtrを算出する(ステップS107)。
The arithmetic processing unit 30 performs arithmetic processing on the digitized digital signal over a predetermined frequency range by FFT, and calculates a power spectrum component (during operation) SECop of each frequency (step S106).
At each frequency, the power spectrum component (initial value) SECin is subtracted from the power spectrum component (during operation) SECop to calculate the power spectrum component (true value) SECtr of each frequency (step S107).

所定の周波数範囲に亘るパワースペクトル成分(真値)SECtrをFFT逆変換することにより、バックグラウンドノイズの除去されたアーク地絡電流を算出する(ステップS108)。
算出されたアーク地絡電流が予め設定された閾値を超えていれば、アーク地絡発生と判断し(ステップS109においてYES)、出力部50より異常信号等を出力し、警告を発する(ステップS110)。
An arc ground fault current from which background noise has been removed is calculated by performing inverse FFT on the power spectrum component (true value) SECtr over a predetermined frequency range (step S108).
If the calculated arc ground fault current exceeds a preset threshold value, it is determined that an arc ground fault has occurred (YES in step S109), an abnormal signal or the like is output from output unit 50, and a warning is issued (step S110). ).

ステップS108で算出されたアーク地絡電流が予め設定された閾値を超えていない場合(ステップS109においてNO)、変流器(CT)3aでの電流計測に戻る。
If arc grounding current calculated in step S108 does not exceed the preset threshold (NO in step S109), it returns to the current measurement in the current transformer (CT) 3a.

以上のように、実施の形態3によれば、一方の線路が接地されている直流系統に接続された給電線に対しても、実施の形態1と同様に高い精度でアーク地絡の検出が可能であり、実施の形態1と同様の効果を奏する。   As described above, according to the third embodiment, an arc ground fault can be detected with high accuracy in the same manner as in the first embodiment, even for a feed line connected to a DC system in which one line is grounded. This is possible and has the same effect as in the first embodiment.

実施の形態3においても、実施の形態2のように、好ましくは0.1から150kHzの範囲、さらに好ましくは0.1から100kHzの範囲の周波数範囲に絞ってアーク地絡電流の検出を行えば、演算負荷を軽減すると共に、アーク地絡に絞った検出をすることで検出精度を向上させることが可能となる。   Also in the third embodiment, as in the second embodiment, the detection of the arc ground fault current is preferably performed in a frequency range of 0.1 to 150 kHz, more preferably 0.1 to 100 kHz. It is possible to reduce the calculation load and improve detection accuracy by performing detection focusing on the arc ground fault.

上述の実施の形態1から3では、FFTの演算処理はソフトウエア上で実行することを前提としたが、演算処理部30に、FPGA(Field Programmable Gate Array)を用いて、FPGAで実行するようにしてもよい。FPGAは、自由にプログラム可能であり、また記憶部40から読み込んでプログラムを変更、更新することも可能な演算処理装置である。そのため、A/D変換部20でサンプリングし、離散化されたデジタル信号が入力されることにより、また記憶部40から初期値を読み込むことにより、FFTの演算処理のみならず、アーク地絡発生の判断までの処理を組み込むことが可能となる。   In the first to third embodiments described above, it is assumed that the FFT arithmetic processing is executed on software. However, the arithmetic processing unit 30 is executed by the FPGA using an FPGA (Field Programmable Gate Array). It may be. The FPGA is an arithmetic processing device that can be freely programmed and can read from the storage unit 40 and change or update the program. For this reason, when the digital signal sampled and digitized by the A / D conversion unit 20 is input and the initial value is read from the storage unit 40, not only the FFT calculation processing but also the occurrence of an arc ground fault occurs. It is possible to incorporate processing up to the determination.

以上のように、本開示によれば、直流系統に接続される給電線のアーク地絡を検出することができるので、本開示による技術を上述した太陽光発電システムのような直流系統である再生可能エネルギシステムおよび鉄道設備に適用することでそれぞれにおいて信頼性の高い配電系統の構築が可能となる。   As described above, according to the present disclosure, it is possible to detect an arc ground fault of a power supply line connected to a DC system, so that the technology according to the present disclosure is a regeneration that is a DC system such as the solar power generation system described above. By applying it to possible energy systems and railway facilities, it is possible to construct highly reliable distribution systems.

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although this disclosure describes various exemplary embodiments and examples, various features, aspects, and functions described in one or more embodiments may be described in terms of particular embodiments. The present invention is not limited to the application, and can be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Accordingly, countless variations that are not illustrated are envisaged within the scope of the technology disclosed herein. For example, the case where at least one component is deformed, the case where the component is added or omitted, the case where the at least one component is extracted and combined with the component of another embodiment are included.

1:直流系統、 2:給電線(フィーダ)、 3:零相変流器(ZCT)、 3a:変流器(CT)、 4:負荷、 5:グランド、 6:アーク地絡、 10:地絡電流計測部、 10a:電流計測部、 20:A/D変換部、 30:演算処理部、 40:記憶部、 50:出力部、 60:通信回路、 100:アーク地絡検出装置、 110:プロセッサ、 120:記憶装置、 200:監視装置。   1: DC system, 2: Feeder (feeder), 3: Zero phase current transformer (ZCT), 3a: Current transformer (CT), 4: Load, 5: Ground, 6: Arc ground fault, 10: Ground Fault current measuring unit, 10a: current measuring unit, 20: A / D conversion unit, 30: arithmetic processing unit, 40: storage unit, 50: output unit, 60: communication circuit, 100: arc ground fault detection device, 110: Processor, 120: storage device, 200: monitoring device.

Claims (4)

直流系統と負荷とを接続する給電線の電流を計測する変流器と、
計測された電流をデジタル信号に変換するA/D変換部と、
変換されたデジタル信号を演算処理する演算処理部と、を備えた装置を用いたアーク地絡の検出方法であって、
前記A/D変換部で変換された0.1kHz以上の予め定められた周波数の範囲に亘る前記給電線の電流信号をフーリエ変換して、初期パワースペクトルとして保存するステップ、
前記負荷の運転時に計測され、前記A/D変換部で変換された0.1kHz以上の予め定められた前記周波数の範囲に亘る前記給電線の電流信号をフーリエ変換して、運転時パワースペクトルを取得するステップ、
前記パワースペクトルから前記初期パワースペクトルを減算し、真のパワースペクトルを取得するステップ、
前記真のパワースペクトルを逆フーリエ変換し、アーク地絡電流を算出するステップ、
算出された前記アーク地絡電流と予め設定された閾値とを比較するステップ、
及び算出された前記アーク地絡電流が前記予め設定された閾値を超えた場合アーク地絡発生と判断するステップ有するアーク地絡の検出方法
A current transformer for measuring the current of the feeder line connecting the DC system and the load;
An A / D converter that converts the measured current into a digital signal;
A transformed method of detecting arc ground fault using an arithmetic processing unit, an apparatus example Bei the arithmetically processing the digital signal,
Fourier transforming the current signal of the feeder line over a predetermined frequency range of 0.1 kHz or more converted by the A / D conversion unit and storing it as an initial power spectrum;
Fourier transform of the current signal of the feeder line over the predetermined frequency range of 0.1 kHz or more measured at the time of operation of the load and converted by the A / D conversion unit, the power spectrum during operation Step to get,
Subtracting the initial power spectrum from the power spectrum to obtain a true power spectrum;
An inverse Fourier transform of the true power spectrum to calculate an arc ground fault current;
Comparing the calculated arc ground fault current with a preset threshold;
And method for detecting arc ground fault where the arc grounding current calculated has a step of determining that if the arc ground fault occurs beyond the preset threshold.
前記予め定められた周波数の範囲が、0.1kHzから150kHzの範囲であることを特徴とする請求項1に記載のアーク地絡の検出方法 2. The arc ground fault detection method according to claim 1, wherein the predetermined frequency range is a range of 0.1 kHz to 150 kHz . アーク地絡発生と判断された場合、異常信号を出力するステップをさらに備えた請求項1または2に記載のアーク地絡の検出方法 The method for detecting an arc ground fault according to claim 1 , further comprising a step of outputting an abnormal signal when it is determined that an arc ground fault has occurred . アーク地絡発生と判断されなかった場合、前記運転時パワースペクトルを取得するステップに戻る請求項1または2に記載のアーク地絡の検出方法The arc ground fault detection method according to claim 1 or 2 , wherein if it is not determined that an arc ground fault has occurred, the process returns to the step of acquiring the operating power spectrum .
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