JPH0113299B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、非接地系の配電線における地絡相
を検出する装置に関する。

従来、この種の装置として第１図に示すものが
あつた。図中、１ａ，１ｂ，１ｃは３相平衡の電
源、２ａ，２ｂ，２ｃは電圧e_a，e_b，e_cを有する
電源１ａ，１ｂ，１ｃに接続されたａ，ｂ，ｃ相
の配電線、３ａ，３ｂ，３ｃは配電線２ａ，２
ｂ，２ｃと大地間に存在する静電容量、４は抵抗
Rgと共に接地事故の発生を等価的に示すスイツ
チ、５ａ，５ｂ，５ｃはコンデンサよりなり、配
電線２ａ，２ｂ，２ｃの電圧を分圧する分圧器、
６ａ，６ｂ，６ｃは分圧器５ａ，５ｂ，５ｃの電
圧v_a，v_b，v_cの２電圧につき加算をする加算器、
７は電源１ａ，１ｂ，１ｃの中性点を接地する抵
抗値R_Mの抵抗である。

次に、動作について説明する。分圧器５ａ，５
ｂ，５ｃの電圧v_a，v_b，v_cは加算器６ａ，６ｂ，
６ｃに対で入力され、これらの出力端には次式の
ような電圧v₁，v₂，v₃が発生する。

v₁＝v_a＋v_b／２、v₂＝v_b＋v_c／２、v₃＝v_c＋v_a／２ スイツチ４が投入され、ａ相の配電線２ａが地
絡すると、静電容量３ａ，３ｂ，３ｃ及び抵抗
Rgの値が変化して、第２図のベクトル図で示す
ように、ベクトルの中心０が円８に沿つて０′に
移動し、事故相の電圧v₁は電圧v₂，v₃より小さく
なり、｜v₁｜＜｜e_a｜＜｜v₂｜又は｜v₃｜となる。
この関係は、図示なしの論理回路により検出さ
れ、事故ありに対応される。

従来の地絡相検出装置は、以上述べたように事
故発生前後において各相の対地電圧の絶対値が変
化するのを検出し、それらの間の大小関係から地
絡相を判定していた。しかし、事故時に配電線が
有する静電容量及び地絡抵抗が共に大きい場合は
健全時のものとの差が顕著なものとならず、検出
の精度が低下する。検出感度を高めるためには、
分圧器の分圧比及び加算器の動作が高度に安定し
ていることが必要である。例えこのような安定化
が達成できたとしても接続部分に接触不良等によ
り欠相が生じていることまで判別はできない。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、事故電流に比例
した零相電圧を検出し、検出した零相電圧と、こ
の零相電圧に基づき移相された系統の各相の電圧
との積をとり、この積の結果について積分し、そ
して所定の基準電圧と比較することにより、雑音
により影響されない、信頼性の高い地絡相の検出
信号を得ることができる地絡相検出装置を提供す
ることを目的とする。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第３図はこの発明の地絡相検出装置の回路図
である。図中、９は配電線２ａ，２ｂ，２ｃにデ
ルタ接続された巻線９ａと、電圧e_a，e_b，e_cに対
して所定位相だけ進んだ参照電圧としての電圧
U_a0，U_b0，U_c0を発生する星形接続の巻線９ｂと
を有する変圧器、１０ａ，１０ｂ，１０ｃはバケ
ツト・ブリゲード・デバイス（BBD）又はチヤ
ージ・カツプルド・デバイス（CCD）よりなり、
後述のクロツク信号により電圧U_a0，U_b0，U_c0を
遅延させ、電圧U_a，U_b，U_cを得る遅延素子、１
１は配電線２ａ，２ｂ，２ｃに星形に接続したコ
ンデンサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、コンデンサ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃの接続の中心点とアース
との間に接続されたコンデンサ１１ｄとを有する
分圧器、１２ａ，１２ｂ，１２ｃは分圧器１１か
ら出力される零相の電圧v₀と遅延素子１０ａ，１
０ｂ，１０ｃの電圧U_a，U_b，U_cとを掛算して信
号w_a，w_b，w_cを得る掛算器、１３ａ，１３ｂ，
１３ｃは掛算器１２ａ，１２ｂ，１２ｃの信号
w_a，w_b，w_cを積分する積分器、１４ａ，１４
ｂ，１４ｃは積分器１３ａ，１３ｂ，１３ｃの出
力が基準電圧w_t以上となつたときに信号ａ，ｂ，
ｃを発生する比較器、１５は分圧器１１の電圧v₀
を微分して電圧v₀′を得る微分器、１６ａは微分
器１５の電圧v₀′を２乗して信号v₀′²を発生する掛
算器、１６ｂは分圧器１１の電圧v₀を２乗して信
号v₀ ²を発生する掛算器、１７は掛算器１６ａ，
１６ｂの出力を加算して電圧v₀の波高値V₀の２
乗値からなる信号V₀ ²を求める加算器、１８は加
算器１７の信号V₀ ²のＡ倍と定数A₀とを加算して
信号A₀＋A₁V₀ ²を求める加算器、１９は加算器１
８の出力A₀＋A₁V₀ ²を電圧・周波数変換して遅延
素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃを駆動するクロツク
信号を発生する変換器である。

次に、動作について説明する。電源１ａ，１
ｂ，１ｃの電圧e_a，e_b，e_cは次式で表わされる。

変圧器９は、電圧e_a，e_b，e_cを次式のように角
度α₀だけ進めた電圧u_a0，u_b0，u_c0を発生する。

電圧U_a0，U_b0，U_c0は線間電圧に関係している
ので、第３図に示したようにスイツチ４によるａ
相のみの非平衡地絡事故があつても変化しない。
電圧U_a0，U_b0，U_c0は、遅延素子１０ａ，１０
ｂ，１０ｃにより遅延され、電圧e_a，e_b，e_cより
次式のように角度αだけ遅延された電圧u_a，u_b，
u_cとなる。

これらの電圧U_a，U_b，U_cも電圧U_a0，U_b0，
U_c0と同様に線間電圧に関係しているので、地絡
事故が発生しても変化しない。

しかし、ａ相で抵抗Rgの事故が発生すると３
相回路の中性点の電位が変動し、電圧v₀が分圧器
１１より出力される。電圧v₀は抵抗Rgと３相線
路の静電容量C₀及び中性点の抵抗R_Nにも関係し
て次式のように表わされる。

v₀＝V₀sin（ωt−Θ） ただし、 Θ＝tan^-13ωC₀／１／R_N＋１／R_g 第４図は電圧e_a，e_b，e_c，U_a0，U_b0，U_c0，U_a，
U_b，U_c及びv₀についてのベクトル図である。抵
抗R_gの値が変化すると、電圧v₀の足は円８上を
移動する。電圧v₀と電圧U_a，U_b，U_cとを掛算器
１２ａ，１２ｂ，１２ｃで掛け合すことにより次
式で示すような電圧w_a，w_b，w_cが得られる。

w_a＝v₀・u_a＝−１／２V₀・Ｅ｛cos（Θ−α）
−cos（2ωt−Θ−α）｝ w_b＝v₀・u_b＝−１／２V₀・Ｅ｛cos（Θ−α−
２／３π）−cos（2ωt−Θ−２／３π）｝ w_c＝v₀・u_c＝−１／２V₀・Ｅ｛cos（Θ−α−
４／３π）−cos（2ωt−Θ−α−４／３π）｝ 上記各式の右辺第１項は電圧u_a，u_b，u_cに比例
した直流成分である。第４図から明らかなよう
に、ａ相で地絡が発生した場合は、電圧v₀の足は
角度Θにより決定される円８上の位置に来る。

従つて、電圧U_a，U_b，U_cの角度αと角度Θが
一致するように選べば、電圧v₀，u_aは逆向きとな
り、信号w_aの直流成分は−１／２V₀Eであるが、地 絡相でない信号w_b，w_cの直流成分は共に１／４ V₀・Ｅとなるので、これより地絡相のものを検
出できる。

次に、遅延素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃにより
角度α，Θを一致させる方法を述べる。

第５図は地絡相であるａ相の電圧u_a0，U_a，e_a
及び零相の電圧v₀の関係を示すベクトル図であ
る。角度α，Θが一致するときは、 α＝Θ≡cos^-1V₀／Ｅ である。遅延素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃがｎ段
のBBDからなるものとすると、その出力である
電圧U_a，U_b，U_cはその入力の電圧U_a0，U_b0，
U_c0より角度nω／ｆだけ遅れる。ここで、ｆは遅延 素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃを駆動するクロツク
信号の周波数であり、ωは電圧e_a，e_b，e_cの角周
波数である。

電圧u_aが電圧e_aより遅れる角度αは、 α＝ｎ・ω／ｆ−α₀ である。角度αが角度Θ＝cos^-1V₀／Ｅと一致する ためには、次式が満足される必要がある。

ｎ・ω／ｆ−α₀＝cos^-1V₀／Ｅ 従つて、 ｆ＝ｎ・ω／α₀＋cos^-1V₀／Ｅ 前式は近似的に次式で表わされる。

ｆA₀＋A₁V₀ ² A₀＝ｎ・ω／α₀＋π／２ A₁＝2π／３・ｎ・ω／（α₀＋π／３）（α₀＋
π／２）・１／E² 上式を満足するように変換器１９がクロツク信
号を出力し、角度α，Θが一致すると、信号w_a，
w_b，w_cは次式のようになる。

w_a＝−１／２V₀E｛１−cos（2ωt−2Θ）｝ w_b＝−１／２V₀E｛−１／２−cos（2ωt−2Θ−２／３
π）｝ w_c＝−１／２V₀E｛−１／２−cos（2ωt−2Θ−４／３
π）｝ 上記式の右辺第１項に示す直流分から地絡相を
検出するため、積分器１３ａ，１３ｂ，１３ｃは
上記式を下記のように積分し、右辺第２項の振動
項を消去し、信号W_a，W_b，W_cを出力する。

W_a＝∫^t _tgw_adt＝−１／２V₀・Ｅ〔ｔ−t_g−１／2ω｛si
n（2ωt−2Θ）−sin（2ωt_g−2Θ）｝〕 W_b＝∫^t _tgw_bdt＝−１／２V₀E〔−１／２（ｔ−t_g）−１
／2ω｛sin（2ωt−2Θ−２／３π） −sin（2ωt_g−2Θ−2π／３）｝〕 W_c＝∫^t _tgw_cdt＝−１／２V₀E〔−１／２（ｔ−t_g）−１
／2ω｛sin（2ωt−2Θ−４／３π） −sin（2ωt_g−2Θ−4π／３）｝〕 ただし、t_gは事故発生の時刻である。

第６図はａ相に事故があつた場合に、信号W_a，
W_b，W_cの時間的な推移を示す波形図である。図
示のように、事故相の信号W_aは2ωで振動しなが
ら時間と共に負の方向に増加し続け、信号W_b，
W_cは正の方向に増加し続けるか、又はほとんど
変化しない。ｂ又はｃ相に事故が発生しても同じ
ような対応関係が成立する。

比較器１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、信号W_a，
W_b，W_cが第６図に示すように基準電圧−W_t以下
となるのを検出すると、地絡を示す信号ａ，ｂ，
ｃを出力する。

以上では、積分器１３ａ，１３ｂ，１３ｃが完
全な時間積分を行なう場合を説明したが、掛算器
１２ａ，１２ｂ，１２ｃの演算精度などを原因と
して少しでも直流成分があれば、これが蓄積す
る。これを避けるために、積分器１３ａ，１３
ｂ，１３ｃの特性を適当な時定数をもつ積分、即
ち一次遅れ要素の伝達関数１／１＋STにすることが 必要である。

なお、積分の時定数Ｔを、検出すべき地絡事故
に比較して大きく取つておけば、上記で説明した
機能はそのまま保たれる。

また、上記実施例では電圧U_a，U_b，U_cを正弦
波として用いるが、これらを波形変換回路により
正弦波と同位相で、振幅一定の矩形波に変換して
も上記実施例と同様の効果を得ることができる。
このことを波形で示す第７図において、(a)は電圧
u_aの矩形波、(b)は電圧v₀、(c)は信号w_a、(d)は信
号W_aの波形を示し、t_gは地絡事故が発生した時
刻である。

また、上記実施例では、参照電圧を矩形波とし
たが、零相電圧を矩形波に成形して掛算器に入力
しても上記実施例と同様の効果を奏する。

また、零相電圧の検出感度を上げて地絡相の検
出を行なつた場合、演算回路のダイナミツクレン
ジの制約から零相電圧の信号に飽和が生じること
があるが、零相電圧の位相の情報は保持されるの
で、地絡相の検出は可能である。

上記実施例では系統のわずかの不平衡とか検出
器の不平衡などにより、正常時にもわずかに生じ
る零相電圧によつて誤動作が発生するのを防ぐた
め、積分回路に適当な時定数を持たせている。従
つて、不平衡が原因で生ずる信号w_a，w_b，w_cに
は地絡が発生する以前からそれぞれ値の異なる直
流のベースが発生するので、これが閾値による地
絡検出に悪影響を与える。このため、第８図に示
すように、積分器（時定数Ｔの一次遅れ要素）の
出力をコンデンサｃを通してやればよい。コンデ
ンサｃの後に置かれた抵抗Ｒは常時の出力ベース
を零にするためのもので、時定数CRの値は積分
の時定数Ｔと同様に予想される地絡現象及び常時
の系統の擾括の程度を勘案して選択したものにす
る。CRの回路と積分回路の位置を前後入れ換え
ても効果は同様となる。

上記実施例では、角度α，Θが一致するように
したが、角度α，Θはほぼ一致するものであつて
もよい。

上記実施例では、電圧u_a0，u_b0，u_c0を導出する
のに３相の移相変圧器を用いたが、容量分圧器を
用いて第９図のように導出してもよい。第９図に
示す回路図は、進み位相αが30゜の場合である。

以上のように、この発明によれば、系統の零相
電圧の信号と移相された参照電圧の信号とを掛算
し、更に積分し、基準電圧とレベルの比較判定を
することにより事故相の判別をするようにしたの
で、雑音による影響を少なくすることができ、安
定に動作する装置が得えられる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地絡相検出装置の回路図、第２
図は地絡相発生時の各相及び零相の電圧ベクトル
図、第３図はこの発明の一実施例による地絡相検
出装置の回路図、第４図及び第５図は第３図に示
す装置の電圧のベクトル図、第６図及び第７図は
第３図に示す装置の動作の波形図、第８図及び第
９図はこの発明の他の実施例による地絡相検出装
置の回路図である。 ３ａ〜３ｃ，５ａ〜５ｃ，１１ａ〜１１ｄ，ｃ
……コンデンサ、４……スイツチ、６ａ〜６ｃ，
１７，１８……加算器、９……変圧器、１０ａ〜
１０ｃ……遅延素子、１２ａ〜１２ｃ，１６ａ，
１６ｂ……掛算器、１３ａ〜１３ｃ，１９……積
分器、１４ａ〜１４ｃ……比較器、１５……微分
器。なお、図中、同一符号は同一部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流系統から各相の電圧を導入して上記電圧
   に比例した電圧信号を発生する回路と、上記電圧
   信号をクロツク信号に従つて遅延させる遅延素子
   と、この遅延素子より出力される電圧信号と上記
   交流系統の零相電圧との積をとる掛算器と、この
   掛算器の出力を積分する積分器と、この積分器の
   出力が所定の基準電圧以上となつたときに事故の
   検出を示す信号を発生する比較器と、上記零相電
   圧を微分する微分器と、この微分器の出力と上記
   零相電圧をそれぞれ２乗して加算し上記零相電圧
   の振幅の２乗値を算出する演算回路と、この演算
   回路の出力を周波数変換して上記クロツク信号を
   発生する変換器とを備えた地絡相検出装置。 ２ 電圧信号を矩形波に変換する波形変換回路を
   介して掛算器に供給するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の地絡相検出装
   置。 ３ 零相電圧を矩形波に変換する波形変換回路を
   介して掛算器に供給するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の地絡相検出装
   置。 ４ 積分器に直流遮断用のコンデンサを直列接続
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第３項のいずれかに記載の地絡相検出装置。