JPH063479B2 - 一点接地系システムの地絡、短絡監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ この発明は一点接地系システムの地絡、短絡監視装置に
関し、さらに詳細にいえば、複数の分岐を有する一点接
地系システムの各分岐に地絡、短絡が発生しているか否
かを検出することができる新規な地絡、短絡監視装置に
関する。

＜従来技術＞ 従来から、一般に大電力を使用する試験システム、強大
な磁場を発生させるシステム等においては、システムの
保全、制御系の誤動作防止等の観点から、一点で接地す
る一点接地システムが採用されている。そして、一点接
地システムに地絡、短絡が発生しているか否かを常時監
視するために、例えば、接地電流を検出し、検出した電
流値が正常値からずれたことを検出して、地絡、短絡が
発生したことを報知するようにしている。

上記大電力を使用する試験システム等においては、地
絡、短絡が発生した状態でシステムを稼働させると、地
絡、短絡が発生している機器に対して大電流が流れ、上
記機器を破損するのみならず、接地ケーブルにも大電流
が流れることにより、接地ケーブルのインダクタンス成
分に基いて他の機器の電位が急激に増加し、他の機器を
破損し、或は誤動作させる等の不都合が発生する。

このような問題点に対しては、システム稼働後に地絡、
短絡を検出する上記のような検出方法を採用しても、何
ら本質的な解決とはなり得ず、システムを稼働させる以
前に、地絡、短絡の種別、および発生箇所を検出し、地
絡、短絡を迅速に除去できる監視システムの開発が切望
されている。

＜目的＞ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
システムの非稼働状態において、地絡、短絡が発生して
いるか否かのみならず、地絡、短絡の種別、および発生
箇所をも確実に検出することができる一点接地系システ
ムの地絡、短絡監視装置を提供することを目的としてい
る。

＜構成＞ 上記の目的を達成するための、この発明の地絡、短絡監
視装置は、一点接地系よりなる接地ケーブルの、各分岐
点から隣合う分岐点に至る経路、各分岐点から開放端に
至る経路、および各分岐点から接地点に至る経路に、各
１組の励磁用トランスと電流検出用トランスとを取付
け、励磁用トランスの励磁と同期させて、励磁用トラン
スと対になる電流検出用トランスにより各経路の電流を
検出し、検出電流に基いて各経路のループインピーダン
スを算出することにより、ループインピーダンス異常経
路を検出し、検出された異常経路より接地点側に連続す
る正常な経路が存在するか否かを第１の判別手段により
判別し、異常経路と接地点との間に正常な経路が存在す
ると判別された場合に、この正常な経路につながる他の
異常経路が存在するかどうかを第２の判別手段により判
別し、第１の判別手段により異常経路と接地点との間に
正常な経路が存在しないと判別された場合に当該異常経
路での地絡発生を示す信号を出力し、第２の判別手段に
より正常な経路につながる他の異常経路が存在すると判
別された場合に当該異常経路と当該他の異常経路間の短
絡発生を示す信号を出力し、第２の判別手段により正常
な経路につながる他の異常経路が存在しないと判別され
た場合に当該異常経路内での短絡発生を示す信号を出力
することにより、短絡、地絡の種別、および地絡、短絡
の発生箇所を検出するものである。すなわち、ループ電
流はループインピーダンスに逆比例するのであるから、
各分岐のループ電流を検出することにより、何れの分岐
が異常であるかを判別することができ、異常が検出され
た分岐を総合することにより、地絡、短絡の種別をも判
別することができる。

但し、励磁用トランスの励磁については、接地系の容量
成分、インダクタンス成分に影響されにくい低周波の正
弦波により行なうことが好ましく、地絡、短絡が発生し
ているか否かを確実に検出することができる。

＜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。

第３図は一点接地系の試験システムの概略図であり、電
力源(1)に対して機器(2)(3)(4)等を、電力ケーブル(12)
(13)(14)を介して接続し、各機器(2)(3)(4)等のケーシ
ング(22)(23)(24)および電力源(1)を、接地ケーブル(3
1)(32)(33)(30)を介して一点接地している。また、付属
機器(4a)(4b)(4c)等が機器(4)に対して接続されてお
り、これら付属機器(4a)(4b)(4c)のケーシング(24a)(24
b)(24c)も、接地ケーブル(33a)(33b)(33c)を介して上記
接地ケーブル(33)に接続されている。そして、上記機器
(3)のケーシング(23)と付属機器(4c)のケーシング(24c)
とが制御ケーブル(44)を介して接続されている。尚、上
記電力源(1)には、図示しない制御機器からのスタート
信号が印加されており、間歇的に、外部からのスタート
信号が印加されることにより起動される。

第１図は一点接地系システムの地絡、短絡監視装置の電
気的構成を示す図であり、接地ケーブル(30)(31)…(3n)
の、各分岐点（ケーシングとの接続点、接地点等をも含
む概念として使用する。）同士の間(80)(81)……(8n)
に、各１組の励磁用トランス(CT10)(CT11)……(CT1n)、
および電流検出用トランス(CT20)(CT21)……(CT2n)を取
付け、発信器(51)の出力信号を増幅器(52)により増幅し
て、切替器(53)に印加し、増幅された信号を、切替器(5
3)により順次励磁用トランス(CT10)(CT11)……(CT1n)に
印加するようにしている。そして、電流検出用トランス
(CT20)(CT21)……(CT2n)の出力信号を、上記切替器(53)
と同期して作動する切替器(61)に印加し、切替器(61)の
出力信号を増幅器(62)により所定レベルまで増幅し、Ａ
／Ｄ変換器(63)によりディジタル信号に変換し、中央演
算装置(CPU)に印加し、中央演算装置(CPU)により表示器
(64)を駆動するようにしている。

尚、中央演算装置(CPU)には、上記電流検出用トランス
(CT20)(CT21)……(CT2n)の出力信号についての信号レベ
ルの情報（接地点から離隔すれば信号レベルが高くな
る）と、各経路(8n)に対応させて、接地点側に先行する
経路を示す情報を記憶させている。

地絡や短絡などの異常の検出は、システムを稼働させる
以前の非稼働の状態で行われる。このときには、電力源
(1)からの電力の供給は行われず、このため、経路(80)
(82)(84)(88)(8n)のような端末の経路は、いずれも電気
的に開放状態となっている。したがって、システムが正
常な状態であれば閉ループが形成されることはないの
で、励磁用トランス(CT10)〜(CT1n)を励磁した場合に、
電流検出用トランス(CT20)〜(CT2n)の出力はいずれもほ
ぼ零となり、インピーダンスは非常に大きな値となる。

したがって、中央演算装置(CPU)において、各経路のイ
ンピーダンスを算出し、いずれかのインピーダンスが基
準ループインピーダンスより小さくなっていれば何らか
の異常が生じていることになる。

第２図は地絡、短絡を監視する動作を示すフローチャー
トであり、ステップにおいて発信器(51)を作動させ、
ステップにおいて互に同期して作動する切替器(53)(6
1)によりチャネルを切替え、ステップにおいて選択さ
れた励磁用トランス(CT1n)に増幅された信号を印加する
ことにより、接地ケーブルの各経路(8n)を励磁し、ステ
ップにおいて電流検出用トランス(CT2n)からの信号を
収集し、ステップにおいて電流検出用トランス(CT2n)
からの信号を中央演算装置(CPU)に印加することによ
り、例えば実効値を算出し、ステップにおいてループ
インピーダンスに換算する。次いで、ステップにおい
て、予め図示しないメモリに記憶されている基準ループ
インピーダンスと比較する。そして、基準ループインピ
ーダンスより小さければ、ステップにおいて基準ルー
プインピーダンスより小さい経路(8n)をメモリに記憶
し、ステップにおいて全ての経路に対するループイン
ピーダンスの算出が行なわれたか否かを判別する。一
方、基準ループインピーダンス以上であれば、ステップ
を省略して、そのままステップの判別を行なう。そ
して、ループインピーダンスの算出を全ての経路に対し
て完了していなければステップ以下の判別、処理を反
復する。

一方、ステップにおいて全ての経路に対してループイ
ンピーダンスの算出を行なったと判別された場合には、
ステップにおいて、メモリに記憶した経路のうち、信
号レベルが最も高い経路を異常端末経路として選定し、
ステップにおいて上記選定された経路を異常端末経路
としてメモリに記憶し、ステップにおいて異常端末経
路の接地点側に先行する経路が異常であるか否かを判別
する。そして、先行経路が異常であれば、ステップに
おいて先行経路を異常端末経路として設定し、再びステ
ップ以下の処理を行なう。一方、先行経路が異常でな
ければ、ステップにおいて、メモリに記憶した全ての
経路についての判別、処理を終了したか否かを判別し、
終了していなければ、ステップにおいて、信号レベル
が同じか低い経路を次の異常端末経路として選定し、再
びステップ以下の判別、処理を行なう。また、終了し
ていれば、ステップにおいて、異常端末経路から接地
点に至る経路まで異常であるか否かを判別し、異常であ
れば、ステップにおいて異常端末経路に地絡が発生し
ていることを表示し、途中までしか異常でなければ、ス
テップいに進む。ステップでは、接地点側に連続し
ている正常な経路が他の異常端末経路と共通しているか
どうか判断される。すなわち、異常端末経路に対して接
地点側に連続している正常な経路を共有する他の異常端
末経路が存在しているか否かが判断される。ただし、こ
の判断は、ある異常端末経路に対して接地点側に先行す
る１つ又は複数の経路が異常端末経路であるときには、
この一群の異常端末経路を１つの異常端末経路とみなし
て行われる。このような異常端末経路のグループ化は、
既に述べたステップ〜ステップの処理により達成さ
れる。すなわち、ステップ〜ステップの処理を適宜
繰り返すことにより、ある異常端末経路に対して接地点
側に先行するいくつかの異常端末経路が存在するときに
は、この一群の異常端末経路が１つの異常端末経路を形
成するものとしてメモリに記憶される。そして、ステッ
プ以下の処理は、グループ化された異常端末経路を単
位として行われる。さて、ステップにおいて先行する
正常な経路を共有する他の異常端末経路が存在している
と判断されると、ステップにおいて異常端末経路同士
が短絡していることが表示される。また、異なる異常端
末経路同士が接地点側に先行する正常な経路を共有して
いなければ、ステップにおいて最も接地点側の経路と
異常端末経路との間が短絡していることが表示される。

次に、具体的な場合を例にとって、第１図に基づいて説
明する。

〔１〕Ａ点での地絡 まず、経路(86)の開放端側の位置Ａで地絡が生じた場合
について説明する。この場合には、電流検出用トランス
(CT26)(CT25)(CT23)及び(CT20)の出力が異常と（ループ
インピーダンスが小さく）なる。このため、第２図のス
テップ〜の処理によって、メモリには経路(86)(85)
(83)(80)が１つの異常端末経路を形成するものとして記
憶される。

そして、接地点に至る経路(80)までが異常であるから、
ステップからステップに進み、端末経路(86)に異常
が生じていると判別されることになる。

〔２〕Ｂ−Ｃ間の短絡 次に、経路(81)の開放端側の位置Ｂと経路(82)の開放端
側の位置Ｃとの間で短絡が生じた場合について説明す
る。このときには、電流検出用トランス(CT21)及び(CT2
2)の出力が異常となり、経路(81)(82)がそれぞれ異常端
末経路としてメモリ(70)に記憶される。

この場合には、接地点に至る経路(80)は異常端末経路で
はないので、第２図の処理はステップからステップ
に進む。

そして、異常端末経路(81)(82)は、接地点側に先行する
正常な経路(80)を共有しているから、さらにステップ
に進んで、異常端末経路(81)(82)間に短絡が生じている
ものと判別されることになる。

〔３〕Ｂ−Ｄ間の短絡 次に、経路(81)の開放端側の位置Ｂと経路(80)の開放端
側の位置Ｄとの間で短絡が生じた場合を想定する。この
とき、電流検出用トランス(CT21)のみが異常を検出す
る。このため、経路(81)が異常端末経路としてメモリ(7
0)に記憶される。

接地点に至る経路(80)は異常端末経路とはならないか
ら、第２図における処理は、ステップからステップ
に進む。

そして、異常端末経路が１つだけあるので、処理はステ
ップに移ることになる。この場合最も接地点側の経路
とは、電流検出用トランス(CT21)から電流検出用トラン
ス(CT20)に至る経路(81)(80)の両方にまたがる経路部分
(91)に相当する。

すなわち、電流検出用トランス(CT21)の出力のみが異常
であれば、経路(81)の開放端側と、電流検出用トランス
(CT21)から(CT20)に至る経路部分(91)との間に短絡が生
じたものと判別されることになる。

〔４〕Ａ−Ｅ間の短絡 経路(86)の開放端側の位置Ａと、経路(84)の開放端側の
位置Ｅとの間で短絡が生じた場合を想定する。このとき
には、電流検出用トランス(CT26)(CT25)及び(CT24)の出
力が異常となり、経路(86)(85)及び(84)が異常端末経路
としてメモリ(70)に記憶される。経路(85)は経路(86)に
対して接地点側に先行する経路であるから、第２図のス
テップ〜の処理により、経路(86)(85)が１つの異常
端末経路を形成しているものとしてメモリに記憶され
る。

このとき、異常端末経路(86)(85)に対して接地点側に先
行する経路(83)は異常端末経路ではない。このため、第
２図の処理では、ステップからステップに処理が移
る。

ステップでは、１つの異常端末経路を形成する経路(8
5)(86)に対して接地点側に先行する正常な経路(83)を共
有する他の異常端末経路が存在するか否かが判断され
る。今の場合には、異常端末経路(84)は異常端末経路(8
6)(85)とともに、正常な経路(83)を共有しているから、
処理はステップからステップに進むことになる。そ
して、経路(86)(85)が形成している異常端末経路の開放
端側（Ａ点）と経路(84)の開放端側（Ｅ点）との間に短
絡が発生しているものと判別される。

〔５〕Ａ−Ｆ間の短絡 次に、経路(86)の開放端側の位置Ａと経路(83)の開放端
側の位置Ｆとの間で短絡が生じた場合について考察す
る。このときには、電流検出用トランス(CT26)及び(CT2
5)の出力が異常となり、経路(86)及び(85)が異常端末経
路としてメモリ(70)に記憶される。そして、第２図のス
テップ〜の処理により、経路(86)(85)が１つの異常
端末経路を形成するものとしてメモリに記憶される。

この場合、第２図における処理は、ステップからステ
ップに移る。ステップでは、１つの異常端末経路を
形成する経路(86)(85)に対して接地点側に先行する正常
な経路(83)を共有する他の異常端末経路が存在するか否
かが判断される。

今の場合には、経路(83)を接地点側に先行する経路とし
て共有する経路(84)は異常端末経路ではない。このた
め、処理はステップからステップに移ることにな
る。

そして、異常端末経路のうち最も接地点側の異常端末経
路、すなわち電流検出用トランス(CT25)から(CT23)に至
る経路部分(92)と一連の異常端末経路(86)(85)の開放端
側との間で短絡が生じたものと判別される。

〔６〕Ａ−Ｅ−Ｃ間の短絡 経路(86)の開放端側の位置Ａと経路(84)の開放端側の位
置Ｅと、経路(82)の開放端側の位置Ｃとが短絡した場合
を想定する。

このとき、電流検出用トランス(CT26)(CT25)(CT24)(CT2
3)及び(CT22)の出力が異常となり、経路(86)(859(84)(8
3)及び(82)が異常端末経路としてメモリ(70)に記憶され
る。そして、第２図のステップ〜の処理により、経
路(86)(85)(83)が１つの異常端末経路を形成し、経路(8
4)(83)が別の１つの異常端末経路を形成し、経路(82)が
さらに別の１つの異常端末経路を形成するものとしてメ
モリ(70)に記憶される。この３つの異常端末経路(86)(8
5)(83),(84)(83),(82)は、接地点側に先行する正常な経
路(80)を共有している。このため、処理はステップ，
を経てステップに進み、３つの異常端末経路(86)(8
5)(83),(84)(83),(82)の各開放端側の位置Ａ，Ｅ，Ｃ間
で短絡が生じているものと判別されることになる。

要約すれば、接地ケーブルの経路(80)から経路(8n)ま
で、順次ループインピーダンスを算出し、基準ループイ
ンピーダンスより小さい経路を検出し、各検出経路から
順次接地点側の経路のループインピーダンスが基準ルー
プインピーダンスより小さいか否か、および接地点側の
経路が共通であるか否かを判別することにより、地絡、
短絡の種別、および発生箇所を表示することができる。

したがって、例えば、第３図に示すように、機器(2)の
内部で地絡が発生している場合（前回の試験の履歴で発
生し、或は人為的な作業ミスで発生する場合等が考えら
れる）には、経路(80)(82)で形成されるループのインピ
ーダンスが小さくなり、電流検出用トランス(CT20)(CT2
2)の出力信号が大きくなるので、表示装置(64)を駆動し
て、一点接地系の試験システムの機器(2)に地絡が発生
していることを表示することができ、地絡発生状態にお
いて電力源(1)を起動させることに伴なう機器の破損を
未然に防止することができるとともに、地絡発生箇所の
把握を迅速に行ない、地絡に対する対処をも迅速に行な
うことができる。

また、第３図に示すように、機器(4)の接地ケーブル(3
3)に回路リターン電流を流すよう設計されている場合で
あって、この接地ケーブル(33)が付属機器(4c)と混触し
ている場合には、付属機器(4c)の接地ケーブル(33c)に
思わぬ大電流が流れ、その結果、接地ケーブル(33c)の
インピーダンス成分により付属機器(4c)の電位が大幅に
はね上がり、制御装置を破損し、或は誤動作させること
が考えられるが、接地ケーブルの経路(84)(85)(87)(88)
で形成されるループのインピーダンスが小さくなり、電
流検出用トランス(CT24)(CT25)(CT27)(CT28)の出力信号
が大きくなるので、表示装置(64)を駆動して、一点接地
系の試験システムの機器(3)と付属機器(4c)との間に短
絡が発生していることを表示することができ、この場合
にも、短絡発生状態において電力源(1)を起動させるこ
とに伴なう機器の破損を未然に防止することができる。

以上には、試験システムに適用した場合についてのみ説
明したが、試験システム以外のシステムであってもよ
く、要は一点接地系システムであれば、同様に適用する
ことが可能である。

＜効果＞ 以上のようにこの発明では、電力源を起動させていない
状態において、接地ケーブルの分岐点間の経路に各１組
の励磁用トランスおよび電流検出用トランスを設け、全
経路に関して時間的に分割して収集した電流検出用トラ
ンスからの信号に基づいて各経路のインピーダンスを算
出することができる。

このインピーダンス算出値が基準値よりも小さいか否か
によって各経路が正常か異常かが判別される。そして、
異常経路が検出されると、当該異常経路よりも接地点側
の経路が異常であるか否かなどが判別され、これに基づ
いて、異常発生箇所や地絡・短絡の種別が判別される。

このようにして、異常発生箇所及び異常の種別を、狭帯
域バンドパスフィルタや出力ラッチ回路等の複雑な回路
を用いることなく識別することができる。これにより、
回路構成が簡素化されるとともに、コストの低減も図る
ことができる。

さらに、システムを稼働する以前に異常を検出できるか
ら、機器の破損、制御装置の破損及び誤動作等が確実に
防止されるとともに、地絡や短絡等の異常に迅速に対処
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一点接地系システムの地絡、短絡監視装置の電
気的構成を示す図、 第２図は地絡、短絡を監視する動作を示すフローチャー
ト、 第３図は一点接地系の試験システムの概略図。 (1)…電力源、(2)(3)(4)…機器、 (4c)(4b)(4c)…付属機器、 (30)(31)…(39)(33a)(33b)(33c)…接地ケーブル、 (CT10)(CT11)…(CT19)…励磁用トランス、 (CT20)(CT21)…(CT29)…電流検出用トランス、 (53)(61)…切替器、(CPU)…中央演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−77318（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−8464（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−22565（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−132768（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単一の接地点及び複数の分岐点を有する一
   点接地系システムにおいて、接地ケーブルの各分岐点か
   ら隣合う分岐点に至る経路、各分岐点から開放端に至る
   経路、および各分岐点から接地点に至る経路に、各１組
   の励磁用トランスおよび電流検出用トランスを取付け、 各励磁用トランスをそれぞれ異なる時刻に励磁させる信
   号供給手段と、 励磁用トランスの励磁と同期させて、励磁用トランスと
   対になる電流検出用トランスにより当該経路の電流を検
   出する電流検出手段と、 検出電流に基づいて各経路のループインピーダンスを算
   出することにより、ループインピーダンスの異常経路を
   検出する異常経路検出手段と、 検出された異常経路と接地点との間に正常な経路が存在
   するか否かを判別する第１の判別手段と、 第１の判別手段により異常経路と接地点との間に正常な
   経路が存在すると判別された場合に、この正常な経路に
   つながる他の異常経路が存在するかどうかを判別する第
   ２の判別手段と、 第１の判別手段により異常経路と接地点との間に正常な
   経路が存在しないと判別された場合に当該異常経路での
   地絡発生を示す信号を出力し、第２の判別手段により正
   常な経路につながる他の異常経路が存在すると判別され
   た場合に当該異常経路と当該他の異常経路間の短絡発生
   を示す信号を出力し、第２の判別手段により正常な経路
   につながる他の異常経路が存在しないと判別された場合
   に当該異常経路内での短絡発生を示す信号を出力する第
   ３の判別手段 とを具備していることを特徴とする一点接地系システム
   の地絡、短絡監視装置。
2. 【請求項２】各経路の電流検出レベルを、接地点からの
   離隔状態に対応させて設定するとともに、各経路より接
   地点側に先行する経路を示す情報を予め設定している上
   記特許請求の範囲第１項記載の一点接地系システムの地
   絡、短絡監視装置。
3. 【請求項３】励磁用トランスの励磁を、接地系の容量成
   分、インダクタンス成分に影響されにくい低周波の正弦
   波により行うものである上記特許請求の範囲第１項記載
   の一点接地系システムの地絡、短絡監視装置。