JP6784541B2

JP6784541B2 - 地絡検出装置

Info

Publication number: JP6784541B2
Application number: JP2016170833A
Authority: JP
Inventors: 雅仁清水; 賢一中司; 弘米井; 崇史笠原
Original assignee: Nichiyu Giken Kogyo Co Ltd; Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Nichiyu Giken Kogyo Co Ltd; Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2036-09-01
Also published as: JP2018036192A

Description

本発明は、例えば鉄塔などの支持構造物に架設される送配電線路の地絡故障を検出し表示する地絡検出装置に関するものである。

送配電線路と、支持構造物である鉄塔との間は碍子により絶縁されているが、落雷、樹木の接触、鳥獣の接触等の原因で絶縁破壊を起こす。いわゆる地絡故障である。地絡故障は、三相送配電線路で一相だけが地絡する故障と、二相あるいは三相が同時に地絡故障する短絡故障（落雷によることが多い）がある。地絡検出は、このような地絡により送配電線路から鉄塔などの支持構造物に流れる電流を検出するものである。

中性点非接地系統の送配電線路では、一相が地絡故障した時に鉄塔に流れる地絡電流は、図４の地絡時の等価回路図に示すように、地絡した送配電線路２９が対地静電容量に蓄えていた放電電流分である。対地静電容量は送電電圧や線路こう長によって左右される。従来の地絡検出装置は、この僅かな地絡電流を非接触で検出するために、カレントトランスなどの磁界検出器を、鉄塔に取り付けていた。

一方、二相・三相地絡故障は、落雷によることが多いものである。鉄塔に落雷すると鉄塔の電位が上昇し大地との間で雷撃電流が流れる。雷撃電流が大きければ鉄塔と送配電線路を絶縁している碍子に支持されているアーキングホーンの間で絶縁破壊し、図５の等価回路図に示すように、送配電線路２９_１と２９_２が短絡７し、鉄塔１００には送配電線路２９_１と２９_２が対地静電容量に蓄えていた放電電流が地絡電流として流れる。短絡７によって送配電線路２９_１、２９_２に数千アンペアの電流が流れ、この電流によって強力な磁界５が発生する。地絡検出のための磁界検出装置を高感度にすると、大電流周辺に発生する磁界や誘導電流を検出して地絡検出装置が誤作動してしまう。そのため、地絡故障と、短絡故障との弁別が必要とされていた。

従来、地絡検出では、影響が避けられないものであった。特に送配電線路の支持構造物である鉄塔では、骨組み構造により複雑に錯交しているから、誘導電流の、または短絡故障による誘導電流の磁界により地絡検出にノイズとして入り込むという事態があった。

地絡故障を検出する装置および方法について、特許文献２に開示されている。特許文献１には、鉄塔の対角する２脚に電流センサを取り付け、誘導電流をキャンセルさせ、零相電圧と地絡故障レベルおよび位相差を検出する装置が示されている。

特開２０１５−１６５２０４号公報特開２０１０−２３７１２７号公報特開２０１３−１７８１０４号公報特開平１１−０４０３１５号公報

従来の地絡検出装置では、短絡故障時時の誘導電流により発生する誘導電流の影響を排除するには不十分であった。

図６に示すように、一相が地絡故障したときの地絡故障時の故障継続時間（送配電線路がしゃ断される時間）は通常１０００ｍs以上に設定し送配電の運用管理をしていることが多い。これに対し、短絡故障の発生する原因のほとんどが落雷による故障であり、短絡故障時の故障継続時間は短く設定されていることが常である。

本発明者は上記の運用に着目し、従来の課題を解決する本発明がなされた。本発明は、地絡故障と、短絡故障時の誘導電流との弁別をして地絡故障を確実に検出できる地絡検出装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された地絡検出装置は、支持構造物に架設された中性点非接地系統の送配電線路の地絡故障を検出する地絡検出装置であって、該支持構造物の少なくとも一箇所に取り付けられた交流電流センサと、該交流電流センサの出力電流を積分し整流した時定数出力をレベル判定する地絡電流レベル判定回路と、該支持構造物の該一箇所とは別な箇所に取り付けられ、該支持構造物に流れる雷撃電流による磁界で生ずる誘導電流を検知する雷電流センサ、および該雷電流センサの出力電流を整流した時定数出力をレベル判定する雷電流レベル判定回路と、該地絡電流レベル判定回路の判定出力の有、および該雷電流レベル判定回路の判定出力の有のいずれかでオン信号を出力する論理和回路と、該オン信号を表示する表示部を有することを特徴とする。

請求項２に記載された地絡検出装置は、請求項１に記載のものであり、前記交流電流センサが取り付けられた前記一箇所が、前記雷電流センサが取り付けられた前記別な箇所で前記支持構造物の同一の脚上にあって、最下部であることを特徴とする。

請求項３に記載された地絡検出装置は、請求項１または２に記載のものであり、前記地絡電流レベル判定回路、前記雷電流センサ、前記雷電流レベル判定回路、および前記論理和回路を含む検出部と、前記表示部とが一体構造物となり、前記支持構造物との距離を調整可能に取り付けられていることを特徴とする。

請求項４に記載された地絡検出装置は、請求項１から３のいずれかに記載のものであり、前記交流電流センサの出力電流の時定数を、短絡故障時の故障継続時間よりも長く、且つ地絡故障時の故障継続時間よりも短く調整してあることを特徴とする。

本発明の地絡検出装置によれば、支持構造物の一箇所に取り付けられた交流電流センサと、別な箇所に取り付けられ雷電流センサを有することにより、交流電流センサで地絡電流を、雷電流センサで二相以上の地絡が発生し得る雷撃電流を検知できるようになる。

交流電流センサと、雷電流センサとが隔てられ、交流電流センサが支持構造物の最下部に取り付けられることにより誘導の影響を受け難くなり地絡故障の動作が確実なものとなる。

検出部と表示部とが一体構造物の装置本体となっており支持構造物と距離調整可能に取り付けられるので、容易に取付けることができ、支持構造物の大きさは多様であり大きさが変わっても距離調整することで、雷撃電流の流れる位置とコイルとの位置を一定にすることができ、内蔵されている雷電流センサの感度との整合を容易に調整できる。

交流電流センサの出力電流の時定数を、一相地絡故障時の実際的な故障継続時間に調整することにより、ノイズによる過剰反応を避けて正確な地絡検出が可能となる。

本発明を適用する地絡検出装置の回路ブロック図である。本発明を適用する地絡検出装置の外観斜視図である。本発明を適用する地絡検出装置を支持構造物に取付けた状態を示す概略図である。地絡故障時の電流状態を示す等価回路図である。短絡故障時の電流状態を示す等価回路図である。本発明を適用する地絡検出装置の回路に使用される時定数回路の検出電流に対する動作時間の関係を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。

本発明を適用する地絡検出装置のブロックを図１に示す。同図に示すように地絡検出装置１は、検出部本体１０と、交流（ＡＣ）電流センサ２０と、表示出力部２５を有する。交流電流センサ２０は、検出部本体１０に搭載される積分回路１１に繋がれている。検出部本体１０には、積分回路１１に接続するオペアンプ等の増幅回路１２、整流回路１３、時定数回路１４、地絡電流レベル判定回路１５を有している。また検出部本体１０には、雷電流センサ３０、雷電流センサ３０に繋がる整流回路１６、時定数回路１７、雷電流レベル判定回路１８を有している。さらに検出部本体１０には論理和（ＯＲ）回路１９を有し、論理和回路１９が表示出力部２５に繋がっている。

図２に示すように交流電流センサ２０は、ケイ素鋼板などの磁性材で円環状に形成されたコア２１に、コイル２２が巻かれた変流器である。コア２１は、その円環が支持構造物である鉄塔１００の脚を貫通し、留め具２６の嵌め合いで固定して取り付けられる。鉄塔１００に流れる地絡電流Ｉｇにより発生する磁界Ｂがコア２１にて集束される。コイル２２はカレントトランスとして機能するもので、コア２１に集束された磁界Ｂにより電流を発生し、ケーブル２４を通じて検出部本体１０に出力する。

検出部本体１０の中に組み込まれている雷電流センサ３０は、急峻なμｓオーダーの電流を検出するものであり、空芯のボビンにコイル（図示省略）を巻いてある。ボビンの中空に磁性材を挿入してもよい。コイルからリード線が導出され整流回路１６に繋がる。整流回路１６はダイオードがブリッジに組まれて全波整流をする。整流回路１６の出力はコンデンサおよび抵抗からなる時定数回路１７でノイズ調整がされ雷電流レベル判定回路１８に入力する。時定数回路１７はノイズが少なければ必ずしも必要としない。

雷電流レベル判定回路１８は、時定数回路１７からの出力を閾値電圧と比較し出力する比較回路（コンパレータ）を有するものである。閾値は、二相以上の地絡故障が発生する雷撃電流ありと判定できる適正な電圧に設定する。時定数回路１７の出力が雷電流レベル判定回路１８に入力し、閾値を超えたら判定出力を論理和回路１９にオン出力する。

検出部本体１０とは別体でケーブル２４により繋がれた交流電流センサ２０は、その出力が検出部本体１０内の積分回路１１に入力する。積分回路１１は非接地系地絡故障時にみられる針状波を安定的な地絡電圧と相似の波形形状にする。

増幅回路１２では例えばダイオードブリッジの整流回路１３で全波整流される。全波整流出力は時定数回路１４を経て地絡電流レベル判定回路１５に入力する。

地絡電流レベル判定回路１５は、時定数回路１４からの出力を閾値電圧と比較し出力する比較回路を有するものである。閾値は地絡電流ありと判定できる適正な電圧に設定する。時定数回路１４の出力が地絡電流レベル判定回路１５に入力し、閾値を超えたら判定出力を論理和回路１９にオン出力する。

ここで時定数回路１４の時定数は、図６に示すとおり、地絡電流継続時間は１０００ｍｓであるから、実線に示すレベルに調整する。

論理和（ＯＲ）回路１９は、地絡電流レベル判定回路１５からのオン入力または／および雷電流レベル判定回路１８からのオン入力により表示出力部２５にオンを出力する。

検出部本体１０は、スライド式の取付金具２８で鉄塔１００（雷撃電流、地絡電流の流路）に取付けられるものでスライドにより鉄塔１００との距離で内蔵されている雷電流センサ３０の感度との整合を調整できるようにしてある。

図２に示す検出部本体１０と一体になっている表示出力部２５は、本発明で採用する公知の表示機構の一例である。入力信号でオン・オフするソレノイド（図示せず）と、ソレノイドと係合しているキャップ２７に連結する表示布とが折りたたまれて内蔵されている。ソレノイドのアクチュエータ動作でキャップ２７が離脱、落下し（一点鎖線参照）、表示布が垂れ下がって外部からの視認が可能になる。

図３は，検出部本体１０および交流電流センサ２０を、支持構造物である鉄塔１００に取付けた状態を図示している。交流電流センサ２０は鉄塔１００の地面に近い位置（送配電線路２９から離れた位置）に取付けられ、送配電線路２９からの磁界に影響されないようになっている。検出部本体１０は鉄塔１００の上部に取付けられ、保安要員が遠方からでも視認できやすいようになっている。

上記構成の本発明を適用する地絡検出装置は、以下ように動作する。

平時においては、送配電線路から支持構造物に電流が流れ込むことはなく、磁界の影響が少ない交流電流センサ２０は無反応である。一方、雷電流センサ３０は、送配電線路に比較的近くに磁界の発生源があり、風等の影響で磁界の強度変化もみられるが、検出電流は僅かであるため、雷電流レベル判定回路１８の回路処理によりオン信号は出されない。

地絡があると、送配電線路から対地静電容量による放電電流が支持構造物を通じて大地に電流が流れ込む。この電流を交流電流センサ２０が検知して積分回路１１に入力し、増幅回路１２で増幅され、整流回路１３にて直流化される。この直流出力が時定回路１４の設定時間遅れで地絡電流レベル判定回路１５に入力し、回路に設定してある閾値を超えると論理和回路１９にオン信号を送る。一方、地絡があっても磁界の変化はあまりないので、雷電流センサ３０は無反応である。

支持構造物への落雷により二相以上の地絡（送配電線路の間で短絡）があると、故障継続時間の間は送配電線路に巨大電流が流れて強力な磁界が発生する。雷電流センサ３０は、二相以上の地絡が発生する雷撃電流の磁界を検出して電流を出力する。この出力は整流回路１６にて整流され、直流が時定数回路１７によりノイズ調整されて雷電流レベル判定回路１８に入力され、設定してある閾値を超えると論理和回路１９にオン信号を送る。

その一方で、巨大電流による磁界の影響により支持構造物に誘導電流が流れ、更に地絡故障の発生した支持構造物では送電線路から対地静電容量による放電電流が支持構造物を通じて大地に電流が流れ、交流電流センサ２０が検知し、積分回路１１、増幅回路１２を通って整流回路１３で整流され時定数回路１４にいたる。しかし、短絡故障時の故障継続時間は短時間であるため、時定数回路１４の機能により地絡電流レベル判定回路１５の入力は低く、閾値を超えることはない。したがって、論理和回路１９は雷電流レベル判定回路１８からの入力に従うことになる。

上記により地絡電流を交流電流センサ２０が検知し、或いは落雷による雷撃電流を雷電流センサ３０が検知すると、論理和回路１９は表示出力部２５に信号を送る。表示出力部２５は動作を開始し、キャップ２７が離脱、落下して表示布が垂れ下がり、保安要員の監視下に入る。

１は地絡検出装置、１０は検出部本体、１１は積分回路、１２は増幅回路、１３は整流回路、１４は時定数回路、１５は地絡電流レベル判定回路、１６は整流回路、１７は時定数回路、１８は雷電流レベル判定回路、１９は論理和回路、２０は交流電流センサ、２１はコア、２２はコイル、２４はケーブル、２５は表示出力部、２６は留め具、２７はキャップ、２８はスライド式取付金具、２９は送配電線路、３０は雷電流センサ、１００は鉄塔である。

Claims

支持構造物に架設された中性点非接地系統の送配電線路の地絡故障を検出する地絡検出装置であって、
該支持構造物の少なくとも一箇所に取り付けられた交流電流センサと、
該交流電流センサの出力電流を積分し整流した時定数出力をレベル判定する地絡電流レベル判定回路と、
該支持構造物の該一箇所とは別な箇所に取り付けられ、該支持構造物に流れる雷撃電流による磁界で生ずる誘導電流を検知する雷電流センサ、および該雷電流センサの出力電流を整流した時定数出力をレベル判定する雷電流レベル判定回路と、
該地絡電流レベル判定回路の判定出力の有、および該雷電流レベル判定回路の判定出力の有のいずれかでオン信号を出力する論理和回路と、
該オン信号を表示する表示部を有することを特徴とする地絡検出装置。
前記交流電流センサが取り付けられた前記一箇所が、前記雷電流センサが取り付けられた前記別な箇所で前記支持構造物の同一の脚上にあって、最下部であることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
前記地絡電流レベル判定回路、前記雷電流センサ、前記雷電流レベル判定回路、および前記論理和回路を含む検出部と、前記表示部とが一体構造物となり、前記支持構造物との距離を調整可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の地絡検出装置。
前記交流電流センサの出力電流の時定数を、短絡故障時の故障継続時間よりも長く、且つ地絡故障時の故障継続時間よりも短く調整してあることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の地絡検出装置。