JPH026289B2 - - 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、地絡による事故
電流に比例して発生する零相電圧を検出し、この
零相電圧と交流系統の各相の電圧に基づく信号と
の論理積をとり、更に積分し、最後に基準電圧と
比較することにより、地絡相を判別できる地絡相
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である電圧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、１１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〜１２ｃは遅延素子１０ａ，１０ｂ，
１０ｃの電圧u_a，u_b，u_cが０電圧以上となつたと
きにゲート信号を出力をする比較器、１２ｄ〜１
２ｆは電圧u_a，u_b，u_cが０電圧以下となつたとき
にゲート信号を出力する比較器、１３は分圧器１
１の電圧v₀を反転して電圧−v₀を得る反転器、１
４ａ〜１４ｃは比較器１２ａ〜１２ｃのゲート信
号により分圧器１１の電圧v₀をゲートさせるゲー
ト回路、１４ｄ〜１４ｆは反転器１３の電圧−v₀
を比較器１２ｄ〜１２ｆのゲート信号によりゲー
トさせるゲート回路、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは
ゲート回路１４ａ，１４ｄ；１４ｂ，１４ｅ；１
４ｃ，１４ｆの出力を加算して積分し、信号
Wa，Wb，Wcを得る積分器、１６ａ，１６ｂ，
１６ｃは積分器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの信号
Wa，Wb，Wcが基準電圧−Wt以下となつたとき
に信号ａ，ｂ，ｃを発生する比較器、１７は分圧
器１１の電圧v₀を微分して電圧v₀′を得る微分器、
１８ａ，１８ｂは電圧v₀′，v₀を２乗して信号
v₀′²，v₀ ²を得る掛算器、１９は信号v′₀ ²及びv₀ ²を
加算して電圧v₀の振幅値からなる信号V₀ ²を得る
加算器、２０は信号V₀ ²を定数A₁倍して定数A₀と
加算し、信号A₀＋A₁・V₀ ²を得る加算器、２１は
加算器２０の信号A₀＋A₁・V₀ ²を周波数変換して
遅延素子１０ａ〜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。

e_a＝Esinωt e_b＝Esin（ωt−２／３π） e_c＝Esin（ωt−４／３π） 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。

u_a0＝Esin（ωt＋α₀） u_b0＝Esin（ωt＋α₀−２／３π） u_c0＝Esin（ωt＋α₀−４／３π） 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，１０ｂ，１０
ｃ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。

u_a＝Esin（ωt−α） u_b＝Esin（ωt−α−３／２π） u_c＝Esin（ωt−α−４／３π） 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、 第４図は、電圧e_a〜e_c，u_a0〜u_c0，u_a〜u_c及び
v₀についてのベクトル図である。抵抗Rgの値が
変化すると、電圧v₀の足は円８上を移動する。こ
のような電圧u_a〜u_cは、比較器１２ａ〜１２ｃ，
１２ｄ〜１２ｆにより正、負の期間を弁別してゲ
ート信号を発生し、ゲート回路１４ａ〜１４ｃ，
１４ｄ〜１４ｆに供給する。ゲート回路１４ａ〜
１４ｃは、比較器１２ａ〜１２ｃのゲート信号に
よりゲートされると、電圧v₀を出力し、積分器１
５ａ〜１５ｃに供給する。一方、ゲート回路１４
ｄ〜１４ｆは、比較器１２ｄ〜１２ｆのゲート信
号によりゲートされると、電圧−v₀を出力し、積
分器１５ａ〜１５ｃに供給する。

積分器１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、ゲート回路
１４ａ，１４ｄ；１４ｂ，１４ｅ；１４ｃ，１４
ｆの出力を加算して信号w_a，w_b，w_c（図示なし）
を得、更に積分して信号Wa，Wb，Wcを出力す
る。

第５図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ電圧v₀，u_a及び信
号w_aの波形図である。図から明らかなように、
信号w_aは直流分w_a0をもち、次のようなものであ
る。

u_a＞０及びu_a＜０となる期間は、それぞれ α₁＋2nπ／ω＜ｔ＜α＋（2n＋１）π／ω α＋（2n−１）π／ω＜ｔ＜α＋（2n＋１）π／ω であるから、信号w_aは次式で表わされる。

従つて、直流分w_a0は 同様に、ｂ、及びｃ相の直流分w_b0、w_c0は次
式のようになる。

w_b0＝−2V₀／πcos（α−Θ＋２／３π） w_c0＝−2V₀／πcos（α−Θ＋４／３π） 上式においてΘ＝αとすると、 w_a0＝−２／πV₀ w_b0＝w_c0＝V₀／π 第４図に示すように、電圧v₀の足は抵抗Rgの
大きさによつて円８上を移動するため、角度Θは
一定でない。従つて、角度Θ、αを自動的に等し
くすることが必要である。

第６図は、事故相に関連する電圧u_a0，u_a，v₀
のベクトル図である。図から、電圧e_aの振幅Ｅと
電圧v₀の振幅V₀によつて角度Θは次式によつて
表わされる。

Θ＝cos^-1V₀／Ｅ いま、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１ ０ａ，１０ｂ，１０ｃを駆動するクロツク信号の
周波数、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＝nω／α₀＋cos^-1V₀／Ｅ 前式は近似的に次式で表わされる。

ｆA₀＋A₁・V₀ ² A₀＝ｎ・ω／α₀＋π／２ A₁＝2π／３・ｎ・ω／（α₀＋π／３）（α₀＋
π／２）・１／E² 前式を満足するように変換器２１は信号A₀＋
A₁V₀ ²に従い、クロツク信号を出力し、角度α、
Θを一致させる。このため、信号w_a0＝−２／πV₀、 w_b0＝w_c0＝V₀／πとなり、レベル差から地絡相の検 出が可能となる。ゲート回路１４ａの信号w_aは、
第５図ｃに示すように時間的に振動する成分を含
んでおり、前述のようにこの成分が積分器１５ａ
の加算により除去され、更に積分されて信号Wa
となる。信号w_b，w_cも同様である。

積分器１５ａ，１５ｂ，１５ｃの信号Wa，
Wb，Wcは、事故が発生していない状態では零
となるが、事故が発生すると、振動成分を無視し
た場合は次のようになる。

W_a＝−２／πV₀・（ｔ−t_g） W_b＝１／πV₀・（ｔ−t_g） W_c＝１／πV₀・（ｔ−t_g） 第７図は信号Wa，Wb，Wcの時間的変化を事
故発生の時刻t_g前後について示す波形図である。
時刻t_gから信号Waは負の方向へ増加し、信号
Wb，Wcは正の方向へ増加する。事故がｂ又は
ｃ相の場合も第７図と同じような現象が信号Wb
又はWcについて見られる。信号Waは、事故に
より基準電圧−Wt以下に達するので、比較器１
６ａはこれに応答して信号ａを出力する。

なお、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、これらを波形変換器により正
弦波と同位相で、振幅一定の矩形波としても上記
実施例と同様の効果を得ることができる。

第８図はこのような矩形波による実施例の波形
図である。図中、ａは電圧v₀（点線）及び電圧v₀
を矩形波に変換した波形（実線）、ｂは電圧u_a、
ｃは直流分w_a0、ｄは信号Wa，Wb，Wcを示す。
ここでα＝Θとすると、 w_a0＝−２／πV₀（α−Θ＋π／２）＝−V₀ w_b0＝−２／πV₀（α−Θ＋π／６）＝−１／３V₀ w_c0＝−２／πV₀（α−Θ−π／６）＝＋１／３V₀ となり、直流分w_a0，w_b0，w_a0はそれぞれ負、負
（w_b0＜w_a0）、正となる。従つて、上記実施例と
同様に事故相の判別ができる。この場合、上記実
施例より振動成分は大きくなる。

以上では、積分器１５ａ，１５ｂ，１５ｃが完
全な時間積分を行なう場合を説明したが、演算素
子の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１５ａ，１５ｂ，１５ｃ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、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９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１０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基準電圧の信号とを掛算
し、更に所定期間積分し、基準電圧とレベルの判
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図は第３図に示す装置の電
圧のベクトル図、第５図は第３図に示す装置の動
作の波形図、第６図は第３図に示す装置の電圧の
ベクトル図、第７図は第３図に示す装置の動作の
波形図、第８図はこの発明の他の実施例による地
絡検出装置の動作の波形図、第９図及び第１０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〜３ｂ，５ａ〜５ｃ，１１ａ〜１１ｄ，ｃ
……コンデンサ、４……スイツチ、６ａ〜６ｃ，
１９，２０……加算器、１０ａ〜１０ｃ……遅延
素子、１２ａ〜１２ｆ，１６ａ〜１６ｃ……比較
器、１５ａ〜１５ｃ……積分器、１７……微分
器、１８ａ，１８ｂ……掛算器、２１……変換
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する遅延素子
   と、この遅延素子の出力信号がそれぞれ正及び負
   となる期間を検出してゲート信号を発生する第１
   の比較器と、上記交流系統の零相電圧及びその反
   転信号を上記第１の比較器のゲート信号により通
   過させるゲート回路と、上記ゲート回路から対応
   する相の対の出力信号を導入して加算し、かつ積
   分をする積分器と、この積分器の出力信号が所定
   の基準電圧以上となるのを比較により検出したと
   きは地絡を示す信号を出力する第２の比較器と、
   上記交流系統の零相電圧を微分して微分電圧を得
   る微分器と、上記零相電圧及び上記微分器の微分
   電圧をそれぞれ２乗して加算することにより上記
   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 零相電圧及びその微分電圧を矩形波に変換す
   る波形変換回路を介してそれぞれゲート回路に供
   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 積分器に直流遮断用のコンデンサと直列接続
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の地絡相検出装置。