JP6790405B2 - 電流検出用センサ及び地絡点標定システム - Google Patents

Description

本発明は、電流検出用センサ及び地絡点標定システムに関する。

電力系統には、地絡事故が発生した場合にいち早く地絡地点を標定することで、地絡事故からの迅速な復旧を可能とするべく地絡点標定システムが設置されている。

地絡点標定システムは、電流や電圧などの電力系統の状態を検知するために各所に設置されるセンサと、これらのセンサからの信号を用いて地絡地点を特定する地絡点標定装置と、を有して構成されている。

電力系統に地絡事故が発生した場合には、電力系統によって大きさが異なる地絡電流が流れる。このため、地絡点標定システムに用いられる電流検出用のセンサは、各電力系統の地絡電流の大きさに応じて、適切な検出レンジを有するものが採用される。またこのようなセンサに関して様々な技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。

特開平６−３１４６２６号公報

しかしながら、例えば２２ｋＶ配電系統の場合は、同じ２２ｋＶ配電系統であっても、変電所に設けられる変圧器の接地方式が、変圧器の中性点と大地とを抵抗を介して導体で接続して接地する抵抗接地方式であるものと、中性点接地を行わない非接地方式であるものと、があり、変電所に設けられる変圧器の接地方式の違いによって、地絡電流のレンジが大きく異なる。例えば、抵抗接地方式の場合は、中性点が抵抗で接地されているため、地絡電流は数百Ａ（アンペア）程度になるが、非接地方式の場合は数十ｍＡ（ミリアンペア）程度である。

このため、抵抗接地方式の変圧器により電力供給を受ける２２ｋＶ配電系統の地絡点標定システムでは、数百Ａ程度の電流を計測可能な変流器（ＣＴ）を配電線の各相に設置し、これら各相の電流を合成することで零相電流を検出しているが、非接地方式の変圧器により電力供給を受ける２２ｋＶ配電系統の地絡点標定システムでは、配電線の各相の数十ｍＡ程度の電流をまとめて計測する零相変流器（ＺＣＴ）を用いて零相電流を検出している。

このように、同じ電力系統でありながら、変圧器の中性点接地方式によって異なるセンサが用いられる場合があり、これらの共通化が望まれている。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、地絡点標定システムに用いられる電流検出用のセンサの共通化を促進することを一つの目的とする。

一つの側面に係るセンサは、２２ｋＶの特別高圧配電系統である電力系統における地絡点を標定する地絡点標定システムに用いられる電流検出用のセンサであって、前記電力系統の電力線が貫通するように配置される環状の巻芯と、前記電力線が地絡した際に前記電力線に生ずる地絡電流を検出するべく前記巻芯に巻回されるコイルと、を有し、前記巻芯は、変電所に設けられる変圧器が抵抗接地方式及び非接地方式のいずれであっても、前記電力線に前記地絡電流が流れる際に生ずる磁束の磁束密度が、前記磁束密度と透磁率とが線形の関係を有する範囲になるような断面積及び長さを有して構成される。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。

本発明によれば、地絡点標定システムに用いられる電流検出用のセンサの共通化を促進することが可能となる。

本実施形態に係る地絡点標定システムを示す図である。 本実施形態に係るセンサ箱を示す図である。 本実施形態に係る電流検出用のセンサを示す図である。 本実施形態に係る巻芯の特性を示す図である。 本実施形態に係る巻芯の特性を示す図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

図１に、本発明の実施形態に係る地絡点標定システム１０００の全体構成を示す。

地絡点標定システム１０００は、電力系統（本実施形態では２２ｋＶ配電系統）において地絡が発生した場合に、地絡が発生した箇所（地絡点Ｐ）を標定するためのシステムである。

図１に示すように、地絡点標定システム１０００は、計測装置１０及び地絡点標定装置３００を備えて構成される。

計測装置１０は、配電系統における複数の箇所にそれぞれ設置され、配電系統の電力の状態に応じて変動する物理量を計測する装置である。計測装置１０は、配電線５００の電流あるいは電圧を含む配電系統の電力の状態に応じて変動する物理量を計測するセンサ１５０を収容するセンサ箱１００と、センサ１５０による計測結果を地絡点標定装置３００に送信する計測端末２００と、を有して構成される。

センサ１５０により計測される物理量は、配電線５００の電流あるいは電圧を含む配電系統の電力の状態に応じて変動する物理量であるが、力率や周波数などを含んでいても良い。本実施形態では、これらの物理量の個々の計測器を総称してセンサ１５０と称している。また詳細は後述するが、センサ１５０には、配電線５００を流れる電流を計測する電流計測用のセンサ１５０Ａも含まれている。

地絡点標定装置３００は、複数の箇所の計測装置１０によってそれぞれ計測された物理量の計測値に基づいて地絡点を標定する装置である。

なお配電線５００は３相であることが多いが、図１には、記載の簡略化のために配電線５００を１本のみ記載している。そのため、図１には、各計測端末１０は、一つのセンサ箱１００を有するように記載されているが、図２に示すように、配電線５００の各相にそれぞれセンサ箱１００を有している。

そしてセンサ箱１００は、各相の配電線５００にそれぞれ装着されて、各センサ箱１００に収容されるセンサ１５０によって、配電系統の電力の状態に応じて変動する物理量が計測される。

センサ箱１００は、センサ１５０と、センサ１５０を覆う金属製の外箱１１０と、外箱１１０を電柱６００の腕金６２０に固定するための装柱金具１２０と、を有して構成される。

センサ箱１００を電柱６００に設置する場合は、先に地上で各相のセンサ箱１００を腕金６２０に固定して全体を一体化しておき、腕金６２０ごと柱上の所定の装着位置に持ち上げて、腕金装着具６１０によって電柱６００に固定するようにすればよい。このため、センサ箱１００の設置工事も容易に行うことができる。

計測端末２００は、配電線５００の各相のセンサ１５０によって計測された物理量の計測値を、通信路４００を介して地絡点標定装置３００に送信する装置である。

また計測端末２００は、センサ１５０によって直接計測された配電線５００の各相の物理量の値（直接計測値）を用いて、配電系統の電力の状態に応じて変動する他の物理量の値（間接計測値）を算出して、地絡点標定装置３００に送信することもできる。

例えば計測端末２００は、センサ箱１００から配電線５００の各相の電流値（直接計測値）を取得して、これらの電流値を合成することで零相電流（間接計測値）を算出し、地絡点標定装置３００に送信するようにすることができる。あるいは計測端末２００は、センサ箱１００から配電線５００の各相の電圧値（直接計測値）を取得して、これらの電圧値を合成することで零相電圧（間接計測値）を算出し、地絡点標定装置３００に送信するようにすることができる。

なお計測端末２００は、ＧＰＳ衛星２０００から現在時刻を受信しており、上記直接計測値や間接計測値を時刻情報と対応付けて地絡点標定装置３００に送信している。

地絡点標定装置３００は、配電系統における複数の箇所に設置されている計測装置１０によって計測されたそれぞれの計測値に基づいて、地絡点Ｐを標定する装置である。

地絡点Ｐを標定する方法としては様々な方法が開発されているが、例えば地絡点標定装置３００は、各地の計測端末２００から送信されてくる零相電流及び零相電圧から、各地の計測装置１０におけるサージ電流及びサージ電圧の到達時刻を特定することにより、地絡点Ｐを標定する。

ところで、本実施形態に係る配電系統は２２ｋＶ配電系統であるため、変電所（不図示）に設けられる変圧器（不図示）の接地方式が、抵抗接地方式である場合と非接地方式である場合と、がある。抵抗接地方式は変圧器の中性点と大地とを抵抗を介して導体で接続して接地する方式であり、非接地方式は中性点接地を行わない方式である。

そのため、配電線５００に地絡が発生した場合に、変電所に設けられる変圧器の接地方式の違いによって、地絡電流のレンジが大きく異なる。例えば、抵抗接地方式の場合は、中性点が抵抗で接地されているため、地絡電流は数百Ａ（アンペア）程度になるが、非接地方式の場合は数十ｍＡ（ミリアンペア）程度である。

この点に関し、本実施形態に係る電流検出用のセンサ１５０Ａは、いずれの接地方式であっても地絡電流を検出可能に構成されている。

本実施形態に係る電流検出用のセンサ１５０Ａを図３に示す。

図３に示すように、センサ１５０Ａは、配電線５００が貫通するように設けられる環状の巻芯１５１と、配電線５００が地絡した際に配電線５００に生ずる地絡電流を検出するべく巻芯１５１に巻回されるコイル１５２と、を有して構成されている。

配電線５００に地絡電流が流れると、巻芯１５１の磁束Φが変化し、それに伴ってコイル１５２を流れる電流が変化する。コイル１５２を流れる電流を不図示の検出器により検出することにより、配電線５００に流れる地絡電流を検出することができる。

ここで、本実施形態に係るセンサ１５０Ａの巻芯１５１は、配電線５００に地絡電流が流れる際に生ずる磁束の磁束密度Ｂが所定値以下となるように形成されている。

以下に説明するように、巻芯１５１に生ずる磁束の磁束密度Ｂがなるべく小さくなるようにセンサ１５０Ａを形成することにより、センサ１５０Ａが検出可能な地絡電流のレンジを拡大することができる。これにより、２２ｋＶ配電系統の変圧器の接地方式が抵抗接地方式あるいは非接地方式のいずれであっても、地絡電流を検出することが可能となる。

つまり、巻芯１５１に生ずる磁束の磁束密度Ｂが所定値以下になるように小さくすることにより、以下に説明するように、各相の配電線５００に装着されるセンサ１５０Ａの計測値のばらつきを小さくすることができ、これにより地絡電流を広帯域に計測することが可能となる。以下に、図４及び図５を参照しながら詳細に説明する。

まず、巻芯１５１の比透磁率μｒと、巻芯１５１に生ずる磁束の磁束密度Ｂと、の関係を図４に示す。図４には、巻芯１５１がパーマロイコアである場合の特性曲線を例示するが、比透磁率μｒの値は、磁束密度Ｂによって大きく異なることがわかる。

このため、各相のセンサ１５０Ａの特性のばらつきを抑えるためには、できるだけ比透磁率μｒの変動が小さくなるような範囲の磁束密度Ｂが巻芯１５１に発生するようにする必要がある。

図４を参照すると、磁束密度Ｂが小さいほど比透磁率μｒの変動が小さいことがわかる。そこで、磁束密度Ｂが３０００ガウス以下の場合の磁束密度Ｂと比透磁率μｒとの関係を拡大して図５に示す。

比透磁率μｒの変化と磁束密度Ｂの変化が線形の関係、つまり配電線５００に地絡電流が流れる際の磁束密度Ｂの増加率と比透磁率μｒの増加率とが一致する関係にあれば、磁束密度Ｂの変化に対して比透磁率μｒの変化が安定する。そしてこの比透磁率μｒが安定する磁束密度Ｂの範囲が各相のセンサ１５０Ａのばらつきが少ない領域となる。

そして、図５を参照すると、磁束密度Ｂの増加に伴って比透磁率μｒがリニアに増加する範囲は、磁束密度Ｂが所定値以下の範囲であることが分かる。図５に示す場合では、磁束密度Ｂが１０００ガウス以下となる範囲が好ましい。

もちろん、比透磁率μｒの変化と磁束密度Ｂの変化は完全に線形の関係を有さなくても良く、それぞれの増加率あるいは変化率が所定範囲内にあれば良い。

このように、配電線５００に地絡電流が流れる際に巻芯１５１に生ずる磁束の磁束密度Ｂが、磁束密度Ｂの変化に対する比透磁率μｒの変化の度合いに基づいて定められる所定値以下となるようにすることで、センサ１５０Ａが検出可能な電流のレンジを拡大することができ、２２ｋＶ配電系統の変圧器の接地方式が抵抗接地方式あるいは非接地方式のいずれであっても、地絡電流を検出することが可能となる。

またこのように、磁束密度Ｂの変化に対する透磁率μｒの変化の度合いに基づいて磁束密度Ｂの上限値である上述した所定値を定めることにより、巻芯１５１に用いる材料について図４に示したような比透磁率μｒと磁束密度Ｂとの特性を基に、磁束密度Ｂの上限値を定めることが可能となる。

なお、巻芯１５１に生ずる磁束の磁束密度Ｂは、磁束Φに比例するが、巻芯１５１の断面積Ｓ及び長さ（円周長）Ｌに反比例する。そのため、巻芯１５１は、地絡電流が発生した場合に巻芯１５１に生ずる磁束の磁束密度Ｂが所定値以下に抑制されるように、断面積Ｓ及び長さＬが所定値以上になるように構成される必要がある。しかしながら一方で、巻芯１５１の大型化にもある程度の限度があることから、巻芯１５１は、磁束密度Ｂが所定値以下に抑制されつつも、ある下限値以上になるような断面積Ｓ及び長さＬを有するように構成されることになる。

また、配電線５００が地絡した際にコイル１５２に流れる電流は、コイル１５２の巻回数に反比例する。そのため、本実施形態に係るセンサ１５０Ａは、コイル１５２の巻回数が所定値以下になるように定められている。コイル１５２の巻数を所定値以下にすることによって、微弱な地絡電流であっても２次電流のレベルが増加することで検出することが可能となるため、地絡電流の検出可能なレンジを広げることが可能となる。

例えば、非接地方式の配電系統の地絡を検出する場合に、一つの巻芯１５１内に３相分の配電線５００をまとめて貫通させるようなことを行わなくても、各相の配電線５００にそれぞれセンサ１５０Ａを設け、それぞれ数十ｍＡ程度の地絡電流を検出することが可能となる。

このため、２２ｋＶ配電系統の変圧器の接地方式が抵抗接地方式であっても非接地方式であっても、地絡電流を検出することが可能となる。

以上、本実施形態に係る電流検出用のセンサ１５０Ａ及び地絡点標定システム１０００について説明したが、本実施形態によれば、地絡点標定システム１０００に用いられる電流検出用のセンサ１５０Ａの共通化を促進することが可能となる。

また中性点接地の方式が複数ある２２ｋＶ配電系統のような電力系統においても、共通の電流検出用のセンサ１５０Ａを用いることが可能となるので、コスト低減を図ることも可能となる。

なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１０ 計測装置
１００ センサ箱
１１０ 外箱
１２０ 装柱金具
１５０ センサ
１５０Ａ 電流検出用センサ
１５１ 巻芯
１５２ コイル
２００ 計測端末
３００ 地絡点標定装置
４００ 通信路
５００ 配電線
６００ 電柱
６１０ 腕金装着具
６２０ 腕金
１０００ 地絡点標定システム
２０００ ＧＰＳ衛星

Claims (2)

1. ２２ｋＶの特別高圧配電系統である電力系統における地絡点を標定する地絡点標定システムに用いられる電流検出用のセンサであって、
   前記電力系統の電力線が貫通するように配置される環状の巻芯と、
   前記電力線が地絡した際に前記電力線に生ずる地絡電流を検出するべく前記巻芯に巻回されるコイルと、
   を有し、
   前記巻芯は、変電所に設けられる変圧器が抵抗接地方式及び非接地方式のいずれであっても、前記電力線に前記地絡電流が流れる際に生ずる磁束の磁束密度が、前記磁束密度と透磁率とが線形の関係を有する範囲になるような断面積及び長さを有して構成される
   ことを特徴とするセンサ。
2. ２２ｋＶの特別高圧配電系統である電力系統における地絡点を標定する地絡点標定システムであって、
   前記電力系統における複数の箇所にそれぞれ設置され、前記電力系統の電力線を流れる地絡電流を計測するセンサと、
   前記複数の箇所に設置された前記センサによってそれぞれ計測された前記地絡電流の計測値を用いて、前記地絡点を標定する地絡点標定装置と、
   を備え、
   前記センサは、
   前記電力線が貫通するように配置される環状の巻芯と、
   前記電力線が地絡した際に前記電力線に生ずる前記地絡電流を検出するべく前記巻芯に巻回されるコイルと、
   を有し、
   前記巻芯は、変電所に設けられる変圧器が抵抗接地方式及び非接地方式のいずれであっても、前記電力線に前記地絡電流が流れる際に生ずる磁束の磁束密度が、前記磁束密度と透磁率とが線形の関係を有する範囲になるような断面積及び長さを有して構成される
   ことを特徴とする地絡点標定システム。

Images