JP6646066B2 - 三相送電系統における地絡の検知のための方法および装置 - Google Patents
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Description
本願は、2015年1月15日に出願された欧州特許出願第15000988.3号に基づく優先権を主張するものであり、この欧州特許出願の全ての内容は本願に組み込まれるものである。
本発明は、補償されて稼働するあるいは非接地で稼働する三相送電系統(elektrisches Drehstromnetz)における地絡の検知のための方法に関する。
さらに本発明は、本方法のいずれにもそれぞれ使用される、三相送電系統における地絡の検知のための装置に関する。
中性点は、大がかりな接地装置を介して、出来る限りインピーダンスの少ない接続を介して、接地電位と接続される。この利点としては、関係しない電線上には過電圧を全く生成しないこと、そして適合した過電流保護を用いて故障位置特定が容易であることである。欠点としては、この地絡が接地短絡となることであり、接地短絡電流による電線の大きな熱的負荷を生じ、そしてこの故障部位で大きな接触電圧が起こり得ることである。さらなる欠点は、この接地装置の高いコストであり、そして稼働停止による電源供給中断である。
ここでは、電源中性点は大地と接続されない。利点としては、コストが低いこと、そして容量性地絡電流による電線の負荷が小さいこと、および故障部位での接触電圧が小さいことである。送電系統はこの地絡の場合でも、続けて稼働することができ、アーク放電故障は自然消弧し得る。欠点としては、故障が起こっていない電線上に√3倍の過電圧が生じることであり、そして大きな送電線網では、地絡電流がさらに大ききなり得ることである。方向検知には、さらに特別な地絡方向継電器が必要である。
ここでは、電源中性点は、1つの規定された抵抗性インピーダンスを介して接地電位と接続される。この変形例は、直接接地が許容できない地絡電流をもたらす場合に使用され、ただし上記の非接地で稼働する送電系統の過電圧が受け入れ難い場合である。利点としては、地絡電流および発生する過電圧が制限されることである。さらに適合した過電流保護を用いて故障位置特定が容易であることである。欠点としては、故障が起こっていない電線上に過電圧が生じることであり、そしてこの地絡が接地短絡となることであり、こうして接地短絡電流による電線の熱的負荷が生じることである。さらに故障部位で大きな接触電圧となり得ることである。さらに、この接地装置の高いコスト、および稼働停止による電源供給中断が生じることである。
ここでは電源中性点は通常稼働時は絶縁されている。方向検出のために、一時的にオーミック抵抗がこの中性点に接続され、そして地絡は接地短絡に移行される。方向検知および関連した範囲の稼働停止の後、送電系統は再び絶縁されて稼働する。利点としては、地絡電流が制限されること、そして適合した過電流保護を用いた容易な故障位置特定が可能であることである。欠点としては、故障が起こっていない電線上に√3倍の過電圧が生じることであり、そして地絡が接地短絡となることである。以上のように接地短絡による電線の熱的負荷が生じ、そして故障個所で大きな接触電圧となり得る。さらに、この接地装置の高いコストが発生し、そして稼働停止による電源供給中断が発生する。
ここでは電源中性点は、1つの調整可変なインダクタンスを介して接地電位に接続されている。このインダクタンスあるいは地絡消弧コイル(発明者に因んでペテルゼンコイルとも呼ばれている)の大きさは、補償電流を規定する。利点としては、最も小さな地絡電流および故障個所での最も小さな接触電圧を生じることである。送電系統はこの地絡の場合でも、続けて稼働することができ、アーク放電故障は自然消弧し得る。欠点としては、地絡コイルの大きな初期費用およびメンテナンス費用、この接地装置の大きな費用であり、故障が起こっていない電線上での√3倍の過電圧が挙げられる。さらに小さな電流ならびにとりわけ間欠的な地絡故障のために、地絡故障方向検知のための費用が高くなる。
は、この電圧三角形の中央からの地絡の方向を示す(図3においては、見易さのために原点からのベクトルで示す)。ここで以下の式が成り立つ。
(1)
この電流は電圧によって引き起こされ、その90%は遅れて印加される。図7,8,9はこの状況を示している。この補償電流の大きさに依存して、上記の故障部位に流れる充電電流は多少補償される。理想的な補償では、有効整定電流(Wirkreststrom)IWRのみが、この故障部位における電流として残る。よく知られているように、地絡においては、検知装置あるいは保護装置(地絡継電器)によって方向検知が以下のように行われる。
正弦波回路に対しては以下のようになる。
=>進み方向 (2)
=>遅れ方向 (3)
余弦波回路に対しては以下のようになる。
=>進み方向 (4)
=>遅れ方向 (5)
(6)
(7)
E0 零相有効電力量
u0(n) 零相電圧
i0(n) 零相電流
nFE サンプリング点における、設定された積分時間ウィンドウ
nX 現在の時刻
(8)
Eb0 零相無効電力量
N 電源周期当たりのサンプリング点の数
(f=50Hz → N=20)
(9)
(10)
(11)
IWE > 第1の閾値、E0 > 0 → 進み方向フラグ設定
IWE > 第1の閾値、E0 < 0 → 遅れ方向フラグ設定
IWE < 第1の閾値 → 方向フラグ設定無し
ICE > 第2の閾値、Eb0 > 0 → 進み方向フラグ設定
ICE > 第2の閾値、Eb0 < 0 → 遅れ方向フラグ設定
ICE < 第2の閾値 → 方向フラグ設定無し
Claims (16)
- 補償されて稼働される三相送電系統における地絡および地絡方向の検出のための方法であって、
a)零相電圧と零相電流の値の組が続いて所定のサンプリングレートで測定されるステップであって、当該値の組は、それぞれ1つの測定時刻に対応しており、そして、検出された値の組およびこれに対応する測定時刻の格納が行われるステップと、
b)各々の測定時刻に対してそれぞれ測定された零相電圧および測定された零相電流の積の生成によって有効電力量が続いて計算され、そして続いて当該積の総和が生成されるステップであって、当該総和は、最も新しい測定時刻のものに対応する積および当該積に先行する複数の積から形成されるステップと、
c)最も新しい測定点に対し、当該測定点に対応する零相電圧が第1の閾値より大きい場合には、電圧フラグが1に設定され、そうでなければ0に設定され、そして対応する零相電流が第2の閾値よりも大きい場合には電流フラグが1に設定され、そうでなけれな0に設定されるステップと、
d)前記電圧フラグと前記電流フラグとのブール結合ANDが、それぞれ前記最も新しい測定時刻に対して形成されるステップであって、前記ブール結合ANDの結果が第1の時間区間だけオン遅延されかつ第2の時間区間だけオフ遅延され、前記結果が0である場合は地絡は無く、そして結果が1である場合は、地絡が存在しているとするステップと、
地絡が存在する場合は、
e)前記ステップa)〜d)がさらに実行され、そして前記最も新しい測定時刻に対して計算された有効電力量の符号が確認され、当該確認の結果は、第3の時間区間だけオン遅延され、そして第4の時間区間だけオフ遅延されるステップと、
f)少なくとも前記有効電力量の符号に基づいて、符号が正の場合には、前記地絡方向が進み方向であるとして、または符号が負の場合には、遅れ方向であるとして決定して通知するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - 絶縁されて稼働される三相送電系統における地絡および地絡方向の検出のための方法であって、
a)零相電圧と零相電流の値の組が続いて所定のサンプリングレートで測定されるステップであって、当該値の組は、それぞれ1つの測定時刻に対応しており、そして、検出された値の組およびこれに対応する測定時刻の格納が行われるステップと、
b)各々の測定時刻に対してそれぞれ測定された零相電圧および測定された零相電流の積の生成によって無効電力量が続いて計算され、そして続いて当該積の総和が生成されるステップであって、当該総和は、最も新しい測定時刻のものに対応する積および当該積に先行する複数の積から形成されるステップと、
c)前記最も新しい測定時刻に対し、当該測定時刻に対応する零相電圧が第1の閾値より大きい場合には、電圧フラグが1に設定され、そうでなければ0に設定され、そして対応する零相電流が第2の閾値よりも大きい場合には電流フラグが1に設定され、そうでなければ0に設定されるステップと、
d)前記電圧フラグと前記電流フラグとのブール結合ANDが、それぞれ前記最も新しい測定時刻に対して形成されるステップであって、前記ブール結合ANDの結果が第1の時間区間だけオン遅延されかつ第2の時間区間だけオフ遅延され、前記結果が0である場合は地絡は無く、そして結果が1である場合は、地絡が存在しているとするステップと、
地絡が存在する場合は、
e)前記ステップa)〜d)がさらに実行され、そして前記最も新しい測定時刻までに計算された無効電力量の符号が確認され、当該確認の結果は、第3の時間区間だけオン遅延され、そして第4の時間区間だけオフ遅延されるステップと、
f)少なくとも前記無効電力量の符号に基づいて、符号が正の場合には、前記地絡方向が進み方向であるとして、または符号が負の場合には、遅れ方向であるとして決定して通知するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - 前記有効電力量の符号に基づく決定に加えて、前記有効電力の符号の確認が、上記の零相電圧と零相電流との積が送電系統の1周期に渡って積分されることによって行われ、当該周期は前記最も新しい測定時刻を含み、前記有効電力量と前記電力との符号が一致する場合、上記の地絡方向が確定されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記無効電力量の符号に基づく決定に加えて、前記無効電力の符号の確認が、上記の零相電圧と零相電流との積が送電系統の1周期に渡って積分されることによって行われ、当該周期は前記最も新しい測定時刻を含み、前記無効電力量と前記電力との符号が一致する場合、上記の地絡方向が確定されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 前記第3の時間区間および/または前記第4の時間区間は、零相電流および零相電圧の最初の測定の前に設定され、具体的には当該第3および第4の時間区間は、30ms〜2000msの範囲で選択され、具体的には300msの値が前記補償されて稼働される三相送電系統に好適であることを特徴とする、請求項1または3に記載の方法。
- 前記第3の時間区間および/または前記第4の時間区間は、零相電流および零相電圧の最初の測定の前に設定され、具体的には当該第3および第4の時間区間は、30ms〜2000msの範囲で選択され、具体的には50msの値が前記絶縁されて稼働される三相送電系統に好適であることを特徴とする、請求項2または4に記載の方法。
- 前記ステップb)の総和は、毎回の前記最も新しい測定時刻に対応して前記積が毎回計算されて、当該総和に集計され、そして当該総和の最も古い積が減算されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記総和は、設定可能な、一定の数の値の組から形成されることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記サンプリングレートは、前記零相電流および前記零相電圧の最初の測定の前に設定され、具体的にはサンプリングレートとして1ミリ秒が選択されることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の時間区間および/または前記第2の時間区間は、前記零相電流および前記零相電圧の最初の測定の前に設定され、具体的には当該第1および第2の時間区間は15msとなっていることを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の閾値および/または前記第2の閾値は、前記零相電流および前記零相電圧の最初の測定の前に設定されることを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記通知は、メモリにおける進み方向フラグあるいは遅れ方向フラグの設定または非設定によって行われることを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。
- 補償されて稼働される三相送電系統における地絡および地絡方向の検出のための装置であって、当該装置は、
零相電圧と零相電流の値の組を続いて所定のサンプリングレートで測定するための少なくとも1つの測定装置を備え、当該値の組は、それぞれ1つの測定時刻に対応するように構成されており、
検出された値の組およびこれに対応する測定時刻の格納のためのメモリと、
計算ユニットと、
を備え、
前記計算ユニットは、
各々の測定時刻に対してそれぞれ測定された零相電圧および測定された零相電流の積の生成によって有効電力量を続いて計算し、そして続いて当該積の総和を生成するために構成されており、当該総和は、最も新しい測定時刻のものに対応する積および当該積に先行する複数の積から形成されており、
前記最も新しい測定時刻に対し、当該測定時刻に対応する零相電圧が第1の閾値より大きい場合には、電圧フラグが1に設定され、そうでなければ0に設定され、そして対応する零相電流が第2の閾値よりも大きい場合には電流フラグが1に設定され、そうでなければ0に設定されるように構成されており、
前記電圧フラグと前記電流フラグとのブール結合ANDが、それぞれ前記最も新しい測定時刻に対して形成され、前記ブール結合ANDの結果が第1の時間区間だけオン遅延されかつ第2の時間区間だけオフ遅延され、前記結果が0である場合は地絡は無く、そして結果が1である場合は、地絡が存在しているとするように構成されており、
地絡が存在する場合は、
前記最も新しい測定時刻までに計算された有効電力量の符号を確認し、当該確認の結果は、第3の時間区間だけオン遅延され、そして第4の時間区間だけオフ遅延されるように構成されており、
少なくとも前記有効電力量の符号に基づいて、符号が正の場合には、前記地絡方向が進み方向であるとして、または符号が負の場合には、遅れ方向であるとして決定して通知できるように構成されている、
ことを特徴とする装置。 - 絶縁されて稼働される三相送電系統における地絡および地絡方向の検出のための装置であって、当該装置は、
零相電圧と零相電流の値の組を続いて所定のサンプリングレートで測定するための少なくとも1つの測定装置を備え、当該値の組は、それぞれ1つの測定時刻に対応するように構成されており、
検出された値の組およびこれに対応する測定時刻の格納のためのメモリと、
計算ユニットと、
を備え、
前記計算ユニットは、
各々の測定時刻に対してそれぞれ測定された零相電圧および測定された零相電流の積の生成によって無効電力量を続いて計算し、そして続いて当該積の総和を生成するために構成されており、当該総和は、最も新しい測定時刻のものに対応する積および当該積に先行する複数の積から形成されており、
前記最も新しい測定時刻に対し、当該測定時刻に対応する零相電圧が第1の閾値より大きい場合には、電圧フラグが1に設定され、そうでなければ0に設定され、そして対応する零相電流が第2の閾値よりも大きい場合には電流フラグが1に設定され、そうでなければ0に設定されるように構成されており、
前記電圧フラグと前記電流フラグとのブール結合ANDが、それぞれ前記最も新しい測定時刻に対して形成され、前記ブール結合ANDの結果が第1の時間区間だけオン遅延されかつ第2の時間区間だけオフ遅延され、前記結果が0である場合は地絡は無く、そして結果が1である場合は、地絡が存在しているとするように構成されており、
地絡が存在する場合は、
前記最も新しい測定時刻までに計算された無効電力量の符号を確認し、当該確認の結果は、第3の時間区間だけオン遅延され、そして第4の時間区間だけオフ遅延されるように構成されており、
少なくとも前記無効電力量の符号に基づいて、符号が正の場合には、前記地絡方向が進み方向であるとして、または符号が負の場合には、遅れ方向であるとして決定して通知できるように構成されている、
ことを特徴とする装置。 - 間欠的または高オーミック抵抗の地絡の検出、および補償されて稼働される三相送電系統における地絡方向の検出のための、請求項13に記載の装置を使用する方法。
- 間欠的または高オーミック抵抗の地絡の検出、および絶縁されて稼働される三相送電系統における地絡方向の検出のための、請求項14に記載の装置を使用する方法。
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