JPH0522852A - 配電線の地絡区間決定方法及び決定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】配電線の各区間の測定点における零相電流及び
少なくとも１相の電圧Ｖa を測定し、測定した１相の電
圧の変化量（Ｖa ′−Ｖa ）が現れた場合に、その電圧
変化量に対する零相電流の位相を算出し、当該位相の進
み遅れを判定することにより方向地絡情報を得る。 【効果】各端末局において一相分の電圧Ｖa を検出し
て、その時間変化データに基づいて配電線の地絡区間を
決定することができる。３相分の電圧を測定する必要は
ないので、従来のように３線電圧を測定していたのと比
較して、端末局の構成が簡単になり、コストを下げるこ
とができ、端末局を多数配置する場合に特に有利にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配電線上の一定区間ご
とに設けた端末局において配電線のいずれか１相の電
圧、及び配電線を流れる零相電流を測定することにより
方向地絡情報を検出して配電線の地絡区間を決定するこ
とができる配電線の地絡区間決定方法及び決定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】配電線は、変電所から需要家までの間に
設置される電線路であり、１つの変電所から多数本の配
電線が供給される。各配電線には、遮断器の他、一定間
隔ごとに区分開閉器が設けられている。配電線の途中に
おいて地絡等の事故が起こると、遮断器が開路され、そ
れに応じて区分開閉器も開路され、配電線が保護される
が、この場合、地絡故障の原因を究明し地絡区間以外に
電力供給を行うために地絡区間がいずれにあるかを決定
することが重要である。

【０００３】そこで、従来においては、配電線の一定間
隔ごとに端末局（区分開閉器と同じ場所に設けてもよ
く、別の場所に設けてもよい。また、区分開閉器の数と
一致していなくてもよい）を設けていた。この端末局
は、各相電流を測定する３つの電流センサと、各相電圧
Ｖa,Ｖb,Ｖc を測定する３つの電圧センサとを有し、３
つの電流センサから零相電流ｉ0 、正相電流ｉ1 及び逆
相電流ｉ2 を算出し、３つの電圧センサから零相電圧Ｖ
0 を算出し、「零相電圧Ｖ0 が発生していることと、零
相電流ｉ0 、正相電流ｉ1 又は逆相電流ｉ2 と零相電圧
Ｖ0 との位相差を算出すること」により端末局内におい
て地絡情報と方向地絡情報とを収集して親局に送信し、
親局は、変電所の存在する方向に地絡を検出した端末局
と負荷の存在する方向に地絡を検出した端末局との間に
位置する区間を地絡区間であるとしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の端末局には零相
電圧を求めるため３つの電圧センサが必要であるが、こ
れらの電圧センサには、通常布設されている配電線に直
接取り付けて大地との電圧を光学的に測定するタイプの
ものが用いられる。しかし、高電圧（例えば６．６ｋ
Ｖ）を測定するので、大地との絶縁抵抗に大きく左右さ
れるという欠点がある。例えば、天候や電圧センサ表面
の汚損等により大地との絶縁抵抗が変動すると測定電圧
の位相角が実際の電圧の位相角とずれたり、測定電圧の
大きさそのものに誤差が生じたりする。

【０００５】そこで、電圧センサを変圧器ＰＴにより構
成し端末局に内蔵すれば前記の欠点は生じないが、零相
電圧Ｖ0 を検出するために高価な変圧器ＰＴを３つも設
けなければならないという問題がある。端末局は、各配
電線に多数配置されるものであり、配電線の数が多いこ
とを考えると端末局の構成はできるだけ簡単にすること
が好ましいので、１つの端末局に使用する電圧センサの
数はできるだけ少ない方がよい。

【０００６】そこで本発明は、従来と比べて電圧センサ
を３つも設置することなく、配電線の地絡区間を決定す
ることができる配電線の地絡区間決定方法及びその決定
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の配電線の
地絡区間決定方法は、配電線を複数区間に区分し、各区
間の測定点における零相電流及び少なくとも１相の電圧
を測定し、測定した１相の電圧の変化量が現れた場合
に、その電圧変化量に対する零相電流の位相を算出し、
当該位相の進み遅れを判定することにより当該測定点は
地絡点より電源側にあるか地絡点より負荷側にあるかを
判定して地絡区間を決定する方法である。

【０００８】請求項２記載の配電線の地絡区間決定装置
は、配電線を流れる零相電流により地絡故障の発生を検
出し、地絡故障の発生を検出した場合に地絡区間を決定
する配電線の地絡区間決定装置であって、複数区間に区
分された配電線の各区間に端末局を配置し、各端末局に
は当該端末局で得られたデータを送信する送信手段が設
けられ、さらに、前記端末局からデータを受信するため
の親局を配置し、端末局には手段(a) 〜(f) のうち手段
(a) 及び(b) を、親局には手段(f) を設け、他の手段
(c) 〜(e) は端末局又は親局のいずれかに設けたもので
ある。

【０００９】手段(a) は各区間の測定点における少なく
とも１相の電圧を検出する電圧センサであり、端末局に
設けられるものである。手段(b) は各区間の測定点にお
いて配電線の各相の電流を検出する電流センサであり、
端末局に設けられるものである。手段(c) は各区間の測
定点における配電線の零相電流を合成する手段であり、
合成方法は問わない。

【００１０】手段(d) は、電圧センサにより検出した検
出電圧の変化量の位相に対する、零相電流合成手段によ
り検出した零相電流の位相差を求める手段である。手段
(e) は比較手段により比較された位相の進み遅れにより
当該端末局は地絡点より電源側にあるか、地絡点より負
荷側にあるかを判定する手段である。手段(f) は、判定
手段の判定結果に基づいて、判定結果の異なる端末局群
を区別し、これら区別された端末局群のうち互いに隣接
する端末局の間に存在する区間を配電線の地絡区間とし
て決定するものであり、親局に備えるものである。

【００１１】

【作用】図２は３相の配電線を示す図であり、例えばａ
相において地絡故障（地絡抵抗Ｒｇ）が発生していると
する。図３は、この場合の、対称座標法を用いたよく知
られた等価回路を示している。図３において、電源Ｅｇ
は正相回路にのみ現れ、零相回路、逆相回路には現れな
い。零相回路には中性点抵抗Ｒｎが存在するが、この抵
抗値は対地インピーダンスよりも十分大きく無限大とし
てもよい。地絡故障点から見た電源側のインピーダンス
及び地絡故障点から見た負荷側のインピーダンスは、対
地静電容量Ｃ1,Ｃ2 で決定される。地絡抵抗は等価的に
は３Ｒｇとなり、等価地絡電流（１／３）ｉｇが流れ
る。この電流は、正相回路、逆相回路においてはインピ
ーダンスの小さい電源側を流れるが、零相回路において
は地絡故障点から見た電源側のインピーダンス及び地絡
故障点から見た負荷側のインピーダンスに応じて地絡故
障点で分流する。

【００１２】地絡設定点の両側に存在する端末局に設け
られた電流センサをＣＴ1,ＣＴ2 とする。地絡発生時に
おいては、地絡点の零相電圧Ｖ0は、 Ｖ0 ＝−Ｅａ／（１＋３ｊωＣＲｇ） (1) で表され、地絡電流は、 ｉｇ＝３ｊωＣＥａ／（１＋３ｊωＣＲｇ） で表される。ここに、 Ｃ＝Ｃ1 ＋Ｃ2 である。零相電圧Ｖ0 と地絡電流ｉｇとの位相は９０°
ずれている。零相電流ｉ0 は、電流センサＣＴ1 で検出
されるものは、 ｉ0 ＝Ｃ1 ｉｇ／３Ｃ であり、電流センサＣＴ2 で検出されるものは、 ｉ0 ＝−Ｃ2 ｉｇ／３Ｃ である。

【００１３】ここで、零相電圧Ｖ0 に着目する。地絡前
の各相電圧をＶａ，Ｖｂ，Ｖｃとすると、 Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＝０ であるが、地絡後の各相電圧Ｖａ′，Ｖｂ′，Ｖｃ′
は、 Ｖａ′＋Ｖｂ′＋Ｖｃ′＝３Ｖ0 となる。

【００１４】線間電圧は地絡によって変化しないので、
各相電圧は、図１に示すように地絡によって同じ方向に
同じ大きさだけ変化する。したがって、 Ｖａ′−Ｖａ＝Ｖ0 Ｖｂ′−Ｖｂ＝Ｖ0 Ｖｃ′−Ｖｃ＝Ｖ0 となり、地絡相の電圧、例えばＶａの変化ΔＶａを監視
することにより、零相電圧Ｖ0 を知ることができる。す
なわち、 Ｖ0 ＝ΔＶａ である。このＶ0 を(1) 式に代入すると、 ΔＶａ＝−Ｅａ／（１＋３ｊωＣＲｇ） (2) となる。

【００１５】図４は、地絡抵抗Ｒｇをパラメータとし
て、Ｒｇ＝０からＲｇ＝∞まで変化させたときの、前記
ΔＶａと、電流センサＣＴ1 の側で求められる零相電流
ｉ0 と、電流センサＣＴ2 の側で求められる零相電流ｉ
0 との位相関係を示すグラフである。ΔＶａと電流セン
サＣＴ1 の側で求められるｉ0 との位相差、及び、ΔＶ
ａと電流センサＣＴ2 の側で求められるｉ0 との位相差
は、それぞれ常に＋９０°、−９０°となっている。

【００１６】したがって、本発明では、いずれかの相の
電圧を測定し、当該相に電圧変化分が現れたときに、そ
の電圧変化分と零相電流との位相差を検出することによ
り、地絡方向を知ることができる。そして、送電端の存
在する方向に地絡点を検出する端末局群と、送電端の存
在する方向と反対の方向に地絡点を検出する端末局群と
を区別できるので、これら区別された端末局のうち互い
に隣接するものの間に位置する区間を配電線の地絡区間
として決定することができる。

【００１７】

【実施例】以下実施例を示す添付図面によって詳細に説
明する。図５は、配電系統図であり、配電用変電所１に
はΔ−Δ結線の変圧器１１が備えられており、変圧器１
１により６．６ｋＶに降圧された電力が遮断器３ａ，３
ｂ，・・・・を通して配電線４ａ，４ｂ，・・・・に供給され
る。配電線４ａ，４ｂ，・・・・には、需要家に対して電力
を分配するためのＹ−Ｙ結線の変圧器５a1，５a2，・・・
・，５b1，５b2，・・・・が接続され、各変圧器５a1，５a
2，・・・・の近傍に端末局７a1，７a2，・・・・，７b1，７b
2，・・・・が設けられている。

【００１８】各端末局７a1，７a2，・・・・はすべて同じ構
成を有し、各相の電流を検出するＣＴ1,ＣＴ2,ＣＴ3 か
ら取り出される各相電流情報、及び１つのＰＴから取り
出される一相（この実施例ではａ相とする）の電圧情報
に基づいて、零相電流Ｉ0 、正相電流Ｉ1 、逆相電流Ｉ
2 、ａ相電圧Ｖa を算出し、地絡、短絡又は断線の判定
を行う演算処理部７１と、演算処理部７１によって得ら
れた判定結果のデータを親局９（図９参照）に送信する
送信部７２とを備えている。

【００１９】演算処理部７１は、図６に示すように、ａ
相電流、ｂ相電流及びｃ相電流の値を加算する加算回路
716 と、ａ相電流Ｉa の値をサンプリングするサンプル
ホールド回路711 と、ｂ相電流Ｉb の値をサンプリング
するサンプルホールド回路712 と、ｃ相電流Ｉc の値を
サンプリングするサンプルホールド回路713 と、零相電
流Ｉ0 の値をサンプリングするサンプルホールド回路71
4 と、ａ相電圧Ｖa の値をサンプリングするサンプルホ
ールド回路715 を有し、それぞれサンプルホールドされ
た値を時間順に並べて送り出すマルチプレクサ720 と、
マルチプレクサ720 から出力されるデータをＡ／Ｄ変換
する変換回路730 と、Ａ／Ｄ変換されたデータをディジ
タル演算して各相電流Ｉa,Ｉb,Ｉc 、零相電流Ｉ0 、正
相電流Ｉ1 及び逆相電流Ｉ2 、ａ相電圧Ｖa の値と位相
とをそれぞれ算出する算出回路740 と、過去のサイクル
のａ相電圧Ｖa のデータを集計して、それぞれの過去の
ｍ（ｍは例えば５とする）サイクル分のａ相電圧Ｖa の
平均値＜Ｖａ＞を記憶しておくメモリ770 と、算出回路
740 の算出データ、並びにメモリ770 に記憶されたａ相
電圧Ｖa の数〜１０サイクル前の平均値＜Ｖａ＞と現在
の平均値＜Ｖａ＞との差ΔＶａに基づくａ相電圧Ｖa の
変化量ΔＶa に対する零相電流Ｉ0 の位相差θから地
絡、短絡及び断線の判定を行う判定回路750 とを有す
る。過去のｍサイクル分の平均をとるのはノイズ対策の
ためであり、数〜１０サイクル前の平均値＜Ｖａ＞と現
在の平均値＜Ｖａ＞との差を採るのは、故障後、数〜１
０サイクルは遮断器が働かないので電流が流れるからで
ある。

【００２０】さらに、演算処理部７１は、電源電圧の１
周期ごとに基本波パルスを発生させる基本波パルス発生
回路760 と、このように発生したパルスを所定の分周比
率（例えば１／１２倍）で分周する分周器761 と、分周
器761 の分周比をサンプルホールド回路の数で割ったさ
らに細かな分周比率（例えば１／６０倍）で分周する分
周器762 と、分周器762 の出力パルスに基づいてサンプ
ルホールド回路711 〜714 に切換え制御信号を供給する
切換え制御器763 とを有する。算出回路740 は分周器76
1 の出力パルスを同期信号として算出処理を行ってい
る。

【００２１】算出回路740 が電流の大きさや位相角を算
出する方法は、従来公知の方法を使用できる。例えば、
１周期にわたるフーリエ正弦成分とフーリエ余弦成分と
を求め、両方の成分の二乗平均をとることによって大き
さを求めることができる。また、フーリエ正弦成分とフ
ーリエ余弦成分との比のｔａｎ^-1をとることにより位相
角を求めることができる。

【００２２】判定回路750 の行う地絡、短絡、断線判定
の手順を表わすフローチャートを図７に示す。図７によ
れば、判定回路750 は、算出回路740 から供給される各
種電流データに基づいて、短絡判定（ステップ(1) ）を
行い、短絡と判定されれば短絡を表わす符号を送信部７
２に送出する。前記ステップ(1) の短絡判定は、例えば
各相電流Ｉa,Ｉb,Ｉc のいずれかの大きさが基準電流
（例えば定格電流の１．２倍）を越えたかどうかで判定
する。

【００２３】短絡でないと判定されれば、断線判定（ス
テップ(2) ）を行い、断線と判定されれば、断線を表わ
す符号を送出する。ステップ(2) の断線判定は、例え
ば、各相電流Ｉa,Ｉb,Ｉc の何れかの大きさが定格電流
の１％を越え、かつ正相電流Ｉ1 と逆相電流Ｉ2 の大き
さの比率Ｉ2/Ｉ1 が０．６倍を越えたことをもって判定
する。０．６倍という数字は経験的に決定されるもので
ある。

【００２４】断線でもないと判定されれば、地絡判定
（ステップ(3),(4) ）を行う。ステップ(3) では、零相
電流Ｉ0 をしきい値ｋ0 と比較し、零相電流Ｉ0 がしき
い値ｋ0 を越えていれば地絡発生とみなし、ステップ
(4) においてａ相電圧Ｖａの変化分ΔＶａと零相電流Ｉ
0 の位相差θがしきい値９０°を超えているかどうかを
判定する。

【００２５】ステップ(4) においてＹＥＳであれば、端
末局よりも負荷側に地絡点があるとみなして「負荷側地
絡」を表わす符号を送出する。ステップ(4) においてＮ
Ｏであれば、端末局よりも電源側に地絡点があるとみな
して「電源側地絡」を表わす符号を送出する。なお、こ
の「負荷側地絡」を表わす符号や、「電源側地絡」を表
わす符号は、例えば図８に示すように、３６０°の角度
を６つの区分し、いずれの領域に入るかの符号であって
もよい。

【００２６】なお、このステップ(3),(4) での地絡判定
は１線地絡を判定を意味し、２線地絡、３線地絡の場合
は、ステップ(1) の短絡判定により判定できるので、ス
テップ(3),(4) で２線地絡、３線地絡を判定することは
ない。また、短絡、断線時にもステップ(4) にＹＥＳの
結果が現れるが、ステップ(1) (2) の判定を優先するの
で断線や短絡の判定を誤ることはない。

【００２７】地絡がないと判定されればステップ(9) に
おいて故障なしの符号を送出する。送信部７２は判定回
路750 から受け取った符号を、親局９に、無線、光、赤
外線等の媒体を通して送信する（ステップ(10)）。親局
９は、図９に示すように受信部９１と、故障区間決定部
９２とからなるものである。親局９の故障区間決定部９
２は各端末の送信部７２から受け取った符号に基づき、
どの区間において地絡、短絡又は断線があったのかを判
定する。その判定の手法は、次のとおりである。

【００２８】図１０に示すように配電線に沿って端末局
７a1，・・・・，７a6が配列されている場合を想定する。端
末局７a3と端末局７a4との間で１線地絡故障が発生した
場合（図１０(a) 参照）、地絡点より送電側の端末局７
a1，７a2，７a3から送られてくる情報は「負荷側地絡」
を表わす情報である。ところが、地絡点より負荷側の端
末局７a4，７a5，７a6から送られてくる情報は「電源側
地絡」を表わす情報である。したがって親局９は、情報
の内容が異なる端末局７a3と端末局７a4との間で地絡故
障が発生していることが分かる。

【００２９】次に、端末局７a3と端末局７a4との間で短
絡故障が発生した場合（図１０(b)参照）、故障点より
送電側にある端末局７a1，７a2，７a3から送られてくる
情報は、「短絡」情報であるのに対し、故障点より負荷
側にある端末局７a4，７a5，７a6から送られてくる情報
は、「断線」情報（２線短絡の場合）あるいは「故障な
し」（３線短絡の場合）の情報である。したがって、端
末局７a3と端末局７a4との間で短絡故障が発生している
ことが明らかとなる。

【００３０】次に、端末局７a3と端末局７a4との間で断
線故障が発生した場合（図１０(c)参照）、故障点より
送電側にある端末局７a1，７a2，７a3から送られてくる
情報は、「故障なし」の情報であるのに対し、故障点よ
り負荷側にある端末局７a4，７a5，７a6から送られてく
る情報は、「断線」情報である。したがって、親局９
は、端末局７a3と端末局７a4との間で断線故障が発生し
ていることが分かる。

【００３１】以上、実施例に基づき本発明を説明してき
たが、本発明は前記の実施例に限定されるものではな
い。例えば、基本波パルス発生回路760 は電源電流に同
期してパルスを発生させていたが、電源と全く独立に同
期を採るものであってもよい。また、前記の各実施例で
は、端末局７a1，７a2，・・・・，７b1，７b2，・・・・に算出
回路740 、判定回路750 が設けられていたが、親局９に
設けてもよい。この場合は端末局の送信部７２は、測定
した電圧電流の生データを親局９に送信することにな
り、親局で各端末局のデーを集めて判定することとな
る。その他本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更
を施すことが可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の配電線の地
絡区間決定方法の発明によれば、いずれか一相の電圧を
測定するだけで、当該相に電圧変化分が現れたときに、
その電圧変化分と零相電流との位相差を検出することに
より、地絡方向を知り、配電線の地絡区間を決定するこ
とができる。

【００３３】請求項２記載の配電線の地絡区間決定装置
の発明によれば、各端末局において一相分の電圧を検出
して、その時間変化データに基づいて配電線の地絡区間
を決定することができる。この場合、端末局においては
３相分の電圧を測定する必要はないので、従来のように
３線電圧を測定していたのと比較して、端末局の構成が
簡単になり、コストを下げることができ、端末局を多数
配置する場合に特に有利になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための、地絡故障が発
生した配電線の、各相電圧成分に着目したベクトル図で
ある。

【図２】地絡故障が発生した配電線の回路図である。

【図３】地絡故障が発生した配電線の対称３相等価回路
図である。

【図４】地絡抵抗値をパラメータとした零相電圧と零相
電流のベクトル軌跡図である。

【図５】端末局が配置された配電系統図である。

【図６】端末局に設けられた演算処理部の内部構成を示
すブロック図である。

【図７】判定回路の行う地絡、短絡、断線判定の手順を
表わすフローチャートである。

【図８】検出された位相差θを、全角度を６等分した領
域に配分した図である。

【図９】親局の要部構成を示すブロック図である。

【図１０】配電線の故障区間の決定手法を説明するため
の端末局配置図である。

【符号の説明】

４ａ，４ｂ 配電線 ７a1，７a2，７b1，７b1 端末局 ７２ 送信部 ７４０ 算出回路 ７５０ 判定回路 ９ 親局 ９２ 故障区間決定部 ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３ 電流センサ ＰＴ 電圧センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配電線を流れる零相電流により地絡故障の
   発生を検出し、地絡故障の発生を検出した場合に配電線
   の地絡区間を決定する方法であって、 配電線を複数区間に区分し、各区間の測定点における零
   相電流及び少なくとも１相の電圧を測定し、測定した１
   相の電圧の変化量が現れた場合に、その電圧変化量に対
   する零相電流の位相を算出し、当該位相の進み遅れを判
   定することにより当該測定点は地絡点より電源側にある
   か地絡点より負荷側にあるかを判定して地絡区間を決定
   することを特徴とする配電線の地絡区間決定方法。
2. 【請求項２】配電線を流れる零相電流により地絡故障の
   発生を検出し、地絡故障の発生を検出した場合に地絡区
   間を決定する配電線の地絡区間決定装置であって、 複数区間に区分された配電線の各区間に端末局を配置
   し、各端末局には当該端末局で得られたデータを送信す
   る送信手段が設けられ、 さらに、前記端末局からデータを受信するための親局を
   配置し、 端末局には次の手段(a) 〜(f) のうち手段(a) 及び(b)
   を、親局には手段(f)を設け、他の手段(c) 〜(e) は端
   末局又は親局のいずれかに設けたことを特徴とする配電
   線の地絡区間決定装置。 (a) 各区間の測定点において配電線の少なくとも１相の
   電圧を検出する電圧センサ、 (b) 各区間の測定点において配電線の各相の電流を検出
   する電流センサ、 (c) 各区間の測定点における配電線の零相電流を求める
   零相電流合成手段、 (d) 電圧センサにより検出した検出電圧の変化量の位相
   に対する、零相電流合成手段により検出した零相電流の
   位相を求める位相算出手段、 (e) 前記比較手段により比較された位相の進み遅れによ
   り当該端末局は地絡点より電源側にあるか、地絡点より
   負荷側にあるかを判定する判定手段、 (f) 前記の判定結果の異なる端末局群を区別し、これら
   区別された端末局群のうち互いに隣接する端末局の間に
   存在する区間を配電線の地絡区間として決定する手段。