JPH01214221A - 高圧配電線瞬時地絡故障回線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、高圧配電系統において、継続時間がきわめ
て短かい瞬時地絡故障が発生したときの地絡故障囲障を
検出し、警報および表示する装置に関する。

〈従来の技術〉 高圧配！！！線の地絡故障検出のために、通常は地絡方
向継電器が用いられており、これにより地絡故障が一定
時間以上継続するものについて地絡故障回線を選択検出
している。

ところで高圧配電線に発生する地絡故障には前述のよう
に一定時間以上故障が継続する場合と、故障継続時間の
きわめて短かいいわゆる瞬時地絡の場合がある。

この瞬時地絡故障は、前述の地絡方向継電器では句作時
間の関係で検出できないため、母線の零相電圧を監視す
ることで瞬時地絡故障の発生したことを知るようにして
おり、具体的には零相電圧を置指針（残針）付の零相電
圧計を用いて計測し、置指針の値を読みとることで対処
している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし高圧配電線が母線に複数の回線を連ねて構成され
るのが一般的である今日において、複数回線の何れかに
瞬時地絡故障が発生した場合、従来の方法ではこの瞬時
地絡故障の発生した回線を特定することができない。

しかし通常は、回線に瞬時地絡故障が発生しても瞬時に
故障が回復するため、配電線はそのまま運転を続行して
差支えないが、地絡故障の予防保全の見地から、配電線
を踏査し瞬時地絡故障点を発見しようとすることが試み
らｉている。

ところが従来の方法では前述のよう逍瞬時地絡故障回線
が特定できないため、配′ｆｔ線の踏査に多大の時間と
労力を費するという問題がある。

本発明は上記の点に遁みてなされたもので、瞬時地絡故
障回線を特定することができる装置を提供することを目
的とする。

・く課題を解決するための手段〉 本発明は上記の問題点を解決するために第１図のように
前記零相電圧および各回線の零相電流を母線電圧の周波
数をでい倍した周波数でサンプリングし、ディジタル化
したデータを用いて、母線の零相電圧、または地絡故障
前後の零相電圧の変化分が所定の値以上のとき、前記零
相電圧と各回線の零相電流との位相関係を演算する。そ
してこれらの位相関係にもとすいて地絡故障回線を特定
して記憶し、前記零相電圧または零相電圧の変化分が発
生してから一定時間以内に消滅したとき、記憶されてい
る地絡故障回線を表示し、警報を発するようにしたもの
である。

なお前述の位相関係の演算、および処理の例としては、
零相電圧または零相電圧の変化分と、各回線の零相電流
または零相電流の変化分との位相差を求め、これらの位
相差の最小のものを地絡故障回線として記憶するよう構
成したもの。

あるいは零相電圧または零相電圧の変化分と、各回線の
零相電流または零相電流の変化分との位相角を求め、こ
れらの位相角が、前記零相電圧またはその変化分に対す
る遅れ４５度から零度までの任意の位相を一方の領域限
界とし、この限界から進み１８０°の位相を他方の領域
限界とする領域内にある回線を地絡故障回線として記憶
するよう構成したもの等がある。

く作用〉 第４図はＡ、　Ｂ、　Ｃの各相の母線に複数の回線１Ｆ
〜ｎＦを接続した配電線を示すものである。なお同図に
おいて、母線の線間電圧をＥａｂ、Ｅｂｃ、穴ｃａ。

対地電圧を？ａ、　Ｖｂ、　’Ｊｃ、相電流をｉａ、　
ｊｂ、　ｊｃ、各回線の相電流ヲｆ１ａ、　ｆｌｂ、　
ｔ１ｃ〜Ｉｎａ、　ｉｎｂ、　ｉｎｃ。

各回線の対地容量をＣ１ａ、　Ｃ１ｂ、　Ｃｌｃｍｗｃ
ｎａ、　Ｃｎｂ　。

Ｃｎｃとする。このときの各回線の合成対地容Ｊ％ｌＣ
１〜ｃｎ、逆相容ｔ　Ｃ′１〜Ｃ’ｎ　ヲＣ１＝Ｃ１ａ
＋Ｃ１ｂ−４−Ｃｔｃ、σ１＝　Ｃ１ａ−４−ａ”ｃ１
ｂ＋　ａｃ１ｃＣｎ＝Ｃｎａ＋Ｃｎｂ十Ｃｎｃ、Ｃ’ｎ
＝Ｃｎａ＋ａ２ｃｎｂ＋ａＣｎｃ１＋Ｊｄ （α＝□） とする。

ＧＰＴは巻線比を１：ｎとする接地変圧器、ｉｎは接地
変圧器ＧＰＴの６次巻線のプロークンデルタにそう人さ
れるインピーダンス、Ｉｎは中性点に流れる電流である
。

このような配電系統において今、回線１Ｆのａ相線路に
故障点抵抗Ｒｇを介して地絡が生じたとすると、このと
きの母線の零相電圧！０と、各回線の零相電流１１ｏ〜
Ｉｎｏとの関係は次式で与えられる。

ここで Ｙ＋ｏ＝　ｊωｃ１．−−・−、Ｙｎｏ＝　ｊωｃｎ’
ｈｚ＝　ｊωｃ′１．　■、　Ｙｎｚ＝　ｊωｃ’ｎ？
ｏ　＝　ｒ１ｏ＋’？ｏ＋・−・−・・十′ｆｎ。

＝ｊω（Ｃ１＋Ｃｚ＋−＝−＋Ｃｎ） ’ｆ２＝’ｆ１２＋’１２ｚ＋・・・・・・＋Ｙｎｚ＝
ｊω（σ１＋Ｃ′２＋・・・・・・十Ｃｎ）（ω＝２π
ｆ　　ｆ：系統の周波数） 第４図に示す系統の零相等価回路を、（１）〜（３）式
に基いて画いたのが第５図である。ここでｊωＣ’ｔＶ
ｔ。

ｊωＣ′２Ｖ１．・・・・・・ｊωＣ′ｎψ１等は、地
絡故障の有無にかかわらず、各回線の相ごとの対地容量
のアンバランスで生ずるものであり、常時残留零相電流
１０が流九る。故障がない場合（すなわちＲｇが無限大
の場合）にも、この残留零相電流１０により残留零相電
流ぐ０が発生している。

今対地容量のアンバランスがないとしたとき、すなわち
、Ｙ１２　＝　Ｙ２２＝・・・・・・＝　”？ｎｚ　＝
　０であるときは、（１）〜（３）式より （３）、（７）式から理解できるように故障回路の零相
電流１１０と、健全回線の零相電流工２０．・・・・・
・、　ｊｎｏとは異なる値を呈し、故障回線では対地充
電電流にｉｇが加わった値となる。

ｉｇは（５）式から理解されるように、インピーダンス
Ｚｎにより変化し、Ｚｎは一般的に、抵抗方式或いは抵
抗と消弧コイルとの並列方式が採られている。以下後者
をＰＣ系、前者を非ＰＣ系と呼ぶことにする。ＰＣ系の
場合、消弧コイルの容量は系統のトータル対地容量ｔｏ
を補償する値とされる。

上記の各点及び第５図から、１線地絡故障時のベクトル
図を示したのが第６図乃至第８図である。

第６図は非ＰＣ系のベクトル図、第７図は不足補償時の
ＰＣ系のベクトル図、第８図は過補償時のＰＣ系のベク
トル図である。なおこれらの各ベクトル図は回線を４回
路（ＩＦ〜４Ｆ）として示している。第６〜８図から理
解されるように、ＰＣ系、非ＰＣ系を問わず、故障回線
の零相電流１１０と、健全回線の零相電流ｊｚｏ〜Ｉ４
ｏとは、−９０からの位相角に茅があり、かつ故障回線
の零相電流は、健全回線の零相電流よりも、−！０に対
する位相差が最も小さい。すなわち各回線の零相電流の
うち、−９０と最も位相差角が近い零相［流を知り、こ
れを記憶装置内に記憶させておけば、零相電圧−Ｖ。

が瞬時に中途消滅したときこれを故障回線として表示し
、警報を発することができる。

次に対地容量にアンバランスがある場合について説明す
る。この場合は、ｔ１２．〜Ｙｎ２は必ずしも零とはな
らない。したがって（２）　、　（３）式より３ｊｎｏ
＝Ｙｎｏｒｏ＋Ｙｎ２？＋ トナル。シカｌ、　Ｙ１２？１ｊｚｚ？１．・・・−、
’ｆｎｚＪ１等ｔＤ影響により、たとえば第９図のよう
に、健全回線の零相電流ｉ２ｏの、−０に対する位相差
が、故障回線の零相電流ｉ１０のそれより小さくなるこ
とがある。そのためこのようにアンバランス分があると
きは、前に説明したアンバランス分がないときのような
方式で故障回線を検出しようとすると、誤検出が生ずる
ようになるのである。

そこでアンバランス分があっても、−？０と各回線の零
相電流との位相差角から誤検出することな−く故障回線
を検出するためには、故障の前後における零相電圧と各
零相電流の変化分を用いて検出するようにすればよい。

以下これについて説明する。

前述したように、１線地絡故障時の、？ｏ、ｊｏの関係
は（１）〜（３）式に示すとおりである。故障前は鞄は
無限大であるが、各回線の相間で、対地容量裔ζアンバ
ランスがあるとすると、常時残留零相電圧、残留零相電
流が発生する。これらの大きさは３１１ｏ＝Ｙ＋ｏＶｏ
＋Ｙ１ｚＶｔ　　　　　　　　　　　　　　ｃｌ）３Ｉ
２０：Ｙ２０ＶＱ＋Ｙ２２Ｖ１ として与えられるう ここで故障前後の変化分）こ着目すると３ａｆ、ｏ＝３
Ｉ＊ｏ−３１１ｏ＝Ｙ１ｏａ９゜十’−（ｖｏ　＋　ｖ
ｌ）ｇ −・　　　１　　・ ＝Ｙ１ｏ△Ｖｏ＋（Ｖｏ−Ｖｏ＋ｖｏ＋Ｖ１）ｇ １　　　・　　　　・　　　・　　　・＝−（＝＋ＹＯ
）△ＶＯ＋Ｙ１０△Ｖ”ＯＱ４ｎ ３△ｔｚｏ＝３ｉｚｏ−３Ｉｚｏ＝Ｙｚｏ△Ｖ。

となる。

このように変化分を求めると、Ｃ４，（至）式のいずれ
にもアンバランス分９１２〜？ｎ２の項はなく、すなわ
ち原理的に対地容量のアンバランス分がキャンセルされ
た形となる。したがって△窒０に対する△ｊ。

の関係式は（３）、　（７）式におけるψ０．ＩＯをΔ
ψＯ２Δ１０に置換えたものとして取扱うことができる
ようになる。以上の結果、変化分を使用すれば、第６図
乃至ｆｓ８図に示すベクトル図普こおいて述べたところ
から理解されるように、−Δ９０との位相差が最も小さ
い零相電流変化分を呈した回線を検出することによって
、故障回線を特定することができる。

ところでここからは最も一般的な配電系統、すなわち配
電系統の中性点が非接地、または抵抗接地（これは前者
はど一般的ではないが・・・・・・）の場合について考
える。

この場合前述の（１）式、（４）〜（３）式、９０式、
α■〜α導式においてインピーダンスＺｎを抵抗りに置
き換えたものとして考えることができる。たゾしＲｎ＝
°ｑ　ｒｎ　（抵抗ｒｎの１次側換算値）である。

つまり対地容量にアンバランスのない場合は、櫨＝−（
工＋Ｙｏ）−％ｔ。

ｈ　　　　　　　　　　　αη ３ｊ１ｏ＝−（Ｙ＋Ｙｏ）ｔｏ　＋　Ｙ１ｏψ０　　　
　　　　（至）となる。故障電流ｉｇはＣ１７）式から
理解されるように抵抗Ｒｎにより変化するが、一般的に
ｈの値が数百キロオーム以上のものを非接地系配電線、
数千オーム以下のものを抵抗接地系配電線として扱って
いる。

また単に高圧配電線といった場合は非接地系配電線を指
すことが多い。

一線地絡故障時のベクトル図は、回線数を４回線として
第６図の非ＰＣ系の関係になる（た望し−！０／之ｎは
−９０／Ｒｎと置き換える）。

第１０図は第６図の−９０と各ｉ１ｏ、　ｉｚｏ、　ｊ
ｓｏ、　ｉ４゜の関係だけを抽出して記載したものであ
り、これら第６図、第１０図から理解されるように、−
ｑＯに対する故障回線１１０、および健全回線ｊｚｏ、
　ｊｓｏ。

ｉ４ｏの各位相は、ｉｌｏが進み位相となり、ｉｚｏ、
　ｊｓｏ。

ｉ４ｏが遅れ位相となる。

したがって第１０図に示すように、−９０に対して遅れ
θ度（０°≦θ≦４５°）の位相を一方の領域限界とし
、この限界から進み１８０度の位相を他方の領域限界と
する領域内に零相電流がある回線を知れば地絡故障回線
を特定できるため、これを記憶し、零相電圧−９０が瞬
時に中途消滅したときこれを故障回線として表示し、警
報を発することができる。

また対地容量がアンバランスの場合は、やはり前述同様
９０、各１０間の関係に不都合を生ずるので、このとき
も地絡故障前後の零相電圧および各零相電流の変化分を
用いればよい。この場合はであり、対地容量にアンバラ
ンスのない場合の９０゜各Ｉｏの関係を△？０、各△ｊ
ｏに置き換えたものとすることができる。

〈実施例〉 この発明の一つの実施例を第１図〜第６図によって説明
する。

高圧配電線の零相電圧ＭＯと、各回線の零相電流１１０
〜ｊｎｏをサンプルホールド回路１Ａ〜１Ｎによりサン
プルホールドする。このときのサンプリング信号は、変
化量検出時の誤差を避けるため母線の線間電圧等の周波
数に同期していることが望ましいところから、第１図の
ようにたとえば線間電圧Ａａｂを周波数てい倍回路２に
与え、その周波数をてい倍した周波数のサンプリング信
号を発生させ、これによって各サンプルホールド回路１
Ａ〜１Ｎを動作させるとよい。

各サンプルホールド回路１Ａ〜１Ｎでホールドされた値
はマルチプレクサ３を経てＡ／Ｄ変換器４によりディジ
タル環に変換され、これが故障回線を特定する故障回線
検出手段５に供給される。以下は第６図のフローチャー
トとともに説明する関係上、高圧配電系統に残留零相電
圧、および残留零相電流が発生しているものとして説明
を進める。

さて故障回線検出手段５では、Ａ／Ｄ変換器４からのデ
ィジタル値を記憶手段（メモリ）５１に一定時間分（た
とえば２秒間）格納するとともに、以前の零相電圧と、
現在の零相電圧との差を零相電圧の変化分Δ魁（以下Δ
窒０という）として演算する（第６図ステップ■参照）
。このΔ窒０を、零相電圧検出手段５２で所定値である
かどうかを判定し、所定値以上の場合は地絡故障が発生
したものとして位相演算手段５６を機能させる（第６図
ステップ■参照）。もし、△＜１’０が所定値に満ない
ときは、そのときの零相電圧、各回線の零相電流のデー
タ（この場合は残留零相電圧■０、残留零相電流ＩＯと
なる）を記憶手段５１に最新データとじてセーブ（保持
）する。つまり現時点から一定時間前までのデータをセ
ーブする（第６図ステップ■。

■参照）。

位相演算手段５６では、Δ！０が所定値以上であ一タ更
新を停止しく第３図ステップ■参照）、記憶手段５１か
ら必要なデータを取り出して故障前後の各回線の零相電
流の変化分△ｉ０いｉ１ｏ〜△Ｉｎｏ　）を求め、△ｑ
Ｏと、各回線のへｔＯとの位相を演算して記憶手段５１
に格納する（第３図ステップ■。

■参照）。

位相判別手段５４では、記憶手段５１に格納されている
前記各位相から、地絡故障回線を特定できる位相関係の
ものを選別して記憶し、瞬時故障判別手段６で瞬時地絡
故障を判定する。

位相関係を選別する方法の例としては、−Δψ０と各△
１０の位相関係のうち最も位相差の小さいものを地絡故
障回線とする方法や、−へ９０と各ΔＩ。

との位相角が一定の領域内、たとえば、第１０図に示す
ような地絡故障領域内にあるものを地絡故障回線とする
方法がある。

次に、瞬時故障判別手段６では零相電圧継続検出手段６
１により、△ψ０が中途消滅したかどうかを判定しく第
６図ステップ■、■参照）、中途消滅した場合は第６図
ステップ■で記憶した故障回線を瞬時地絡故障回線とし
て表示するとともに警報を発する（第６図ステップ［相
］参照）。もしΔ９０が中途で消滅せず、つまり△ｔＯ
が継続して発生している場合は、地絡故障回線を遮断す
ることになる（第６図ステップ■参照）。

そして瞬時地絡故障回線の表示等、一連の処理が終れば
残留零相１圧■０、残留零相電流ＩＯのデータ更新を再
開し、新たな故障に備える（第６図ステップ■参照）。

なお高圧配電線系統の対地容量にアンバランスがなく残
留零相電圧、残留零相電流がない場合も同様にして瞬時
地絡故障回線を検出することができることはいうまでも
ないが、たゾこの場合は第６図のフローチャートの＊印
部すなわちステップ■、■、■、■、■の処理は必要な
く省略される。そして零相電圧、および零相電流の変化
分△ゾ０、各△１０はそれぞれ地絡故障によって発生し
た零相電圧窒０、各零相電流１０に読み換えればよい。

これによって記憶手段５１の記憶容竜の削減を図ること
ができる。

〈発明の効果〉 この発明は高圧配電線系統の地絡故障によって母線に生
ずる零相電圧と、各回線に流れる零相電流、あるいは地
絡故障前後の零相電圧の変化分と、各回線の零相電流の
変化分の位相関係にもとすいて地絡故障回線を特定し、
−旦発生した前記零相電圧が一定時間以内に中途消滅し
たとき、前記地絡故障回線を瞬時地絡故障回線として表
示し、警報するようにしたので、従来の方法では不可能
であった瞬間的な地絡故障回線の検出が可能となり、特
に零相電圧の変化分および各零相電流の変化分を適用し
たものは、系統の残留零相電圧、残留零相電流の影響を
排除できるといった高圧配電線運用上きわめて高い効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すブロック線図、第２図は
この発明の実施例を示す機能ブロック図、第６図は実施
例の動作を示すフローチャート、第４図は高圧配電線の
系統図、第５図は第４図の系統の零相等価回路図、第６
図〜第８図は一線地絡故障時のベクトル図、第９図は系
統の対地容量にアンバランスがある場合の一線地絡故障
時のベクトル図の一例、第１０図は系統の中性点が非接
地または抵抗接地系の場合の地絡故障回線判別機能を説
明したベクトル図である。 １Ａ〜１Ｎ・・・サンプルホールド回路６・・・マルチ
プレクサ ４・・アナログディジタル変換器 ５・・・故障回線検出手段 ６・・瞬時故障判別手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）母線と、前記母線に連なる複数の回線で構成された
   高圧配電系統において、 前記回線が地絡故障を起した際の前記母線の零相電圧と
   、前記複数の回線のそれぞれの零相電流とにより、前記
   零相電圧に対する前記零相電流の位相差を前記各回線毎
   に演算し、前記位相差の最小のものを故障回線として記
   憶する故障回線検出手段と、 前記零相電圧が発生してから一定時間以内に消滅したと
   き、前記故障回線検出手段に、記憶された地絡故障回線
   を表示し警報するための瞬時故障判別手段とを備えてな
   る高圧配電線瞬時地絡回線検出装置。 ２）回線が地絡故障を起した際の零相電圧および各回線
   の零相電流を、前記地絡故障の前後の変化分を求め、こ
   れら変化分を適用して地絡故障回線を検出するようにし
   た請求項１記載の高圧配電線瞬時地絡故障回線検出装置
   。 ３）中性点が非接地または抵抗接地である母線と、前記
   母線に連る複数の回線で構成された高圧配電系統におい
   て、 故障回線検出手段を、前記回線が地絡故障を起した際の
   前記母線の零相電圧に対する前記複数の回線毎の零相電
   流の位相角を演算し、前記位相角が、前記零相電圧に対
   する遅れ４５度から零度（同相）までの任意の位相を一
   方の領域限界とし、該限界から進み１８０度の位相を他
   方の領域限界とする領域内にある回線を地絡故障回線と
   して記憶するよう構成した請求項１記載の高圧配電線瞬
   時地絡故障回線検出装置。 ４）回線が地絡故障を起した際の零相電圧および各回線
   の零相電流を、前記地絡故障の前後の変化分を求め、こ
   れら変化分を適用して地絡故障回線を検出するようにし
   た請求項３記載の高圧配電線瞬時地絡故障回線検出装置
   。