JPH0692997B2 - 電力系統の対地静電容量の測定装置 - Google Patents

電力系統の対地静電容量の測定装置

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JPH0692997B2
JPH0692997B2 JP4257666A JP25766692A JPH0692997B2 JP H0692997 B2 JPH0692997 B2 JP H0692997B2 JP 4257666 A JP4257666 A JP 4257666A JP 25766692 A JP25766692 A JP 25766692A JP H0692997 B2 JPH0692997 B2 JP H0692997B2
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ground
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zero
capacitance
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信 宮田
正弘 橋本
浩 菊池
定 藤原
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Tohoku Electric Power Co Inc
Hasegawa Electric Co Ltd
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Tohoku Electric Power Co Inc
Hasegawa Electric Co Ltd
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人工地絡試験を行なう
ことなく、地絡継電器の動作点決定用のデータである電
力系統の対地静電容量を測定する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電力系統における地絡事故は、零相電圧
が地絡継電器の所定の動作点を越えることにより検出さ
れる。零相電圧は、系統の対地静電容量によって大きく
変化し、対地静電容量は、系統の切換え・増設等によっ
て変化するので、その都度、動作点の再設定を行なう必
要がある。
【0003】従来、動作点設定は人工地絡試験を実施し
て行なっていた。これは、図9に示すように所定の地絡
抵抗Rg(例えば、6.6kv高圧回路では、6600Ω)で一線
地絡を起こさせ、このときの地絡継電器用の接地変圧器
(3)の三次側電圧を測定し、これを動作点として設定
するものである。なお、図9において、(1)は系統の
電源側変圧器の2次回路、(2)は電力系統の母線、C
a,Cb,Ccは各相の対地静電容量、R1は共振防止・高
調波抑制のため接地変圧器の2次側に常時接続されてい
る制限抵抗である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】人工地絡試験は、系統
の運転を継続するため系統の地絡継電器をロックし、ト
リップ信号が出力されないようにして行なう。このため
試験中に本当の地絡事故が発生しても、これを検出でき
ず系統が保護されないため、頻繁に行なうことは好まし
くない。
【0005】また人工地絡試験は、活線状態の高圧線に
試験装置を直接に接続するため危険を伴い、地絡電流発
生用の高圧トランスを持ち運び数人で行なう大掛りな作
業である。
【0006】このような事情から、地絡継電器の動作点
の見直しは、定期的(長期間毎)にまたは大掛りな工事
を行なった後に行なうのが通常であった。
【0007】しかし、系統の対地静電容量は、工事によ
る以外にも配電線末端の切換え、負荷機器の接続状態等
によって日々刻々と変動するものであり、なるべく短期
間毎、あるいは刻々と動作点を設定し直すことが、適切
な地絡事故検出のため好ましい。
【0008】そこで、本発明は危険で手間がかかり系統
保護の面からも好ましくない人工地絡試験を行なうこと
なく、地絡継電器の動作点決定用のデータ(系統の対地
静電容量)を簡単に測定できる装置を提供することを目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、次に列挙する
装置I.II.III.IV.を提供する。
【0010】
【外3】 る演算装置を具備したことを特徴とする電力系統の対地
静電容量の測定装置。
【0011】
【外4】 地静電容量の測定装置。
【0012】III. 電力系統に接続された接地変圧器の
三次側に、異なるアドミッタンスを切換え接続する切換
えスイッチと、切換え前後の接地変圧器の三次電圧の位
相角φn0n1を測定する位相計と、上記切換えスイッ
チの切換え前後に生じる零相等価回路のアドミッタンス
の位相角差φn2について、三相を一括した対地静電容量
Cのアドミッタンスを変数として成立する方程式φn2
f(ωc)の解ωCを、接続する接地変圧器に合わせて
求めておき、この解に、上記位相計によって測定した位
相角の差φn0−φn1=φn2を代入して、三相一括の対地
静電容量Cを算出する演算装置を具備する電力系統の対
地静電容量の測定装置。
【0013】IV. 上記III.の測定装置の構成に、次の位
相補正機能を付加した装置。すなわち、接地変圧器の零
相内部インピ−ダンスによって、実際に測定した三次電
圧の位相角φn0n1の差φ02が、上記理論上の位相角
差φn2に対して生ずる位相誤差φ3=φn2−φ02を、使
用する接地変圧器について予め求めておき、この値φ3
で位相補正を行う。
【0014】
【作用】上記I.の装置は、本発明の基本構成である。
【外5】
【0015】上記II.の装置は、上記I.の装置におい
て、3線一括の対地アドミッタンス
【外6】00 の不平衡分00′を求める構成を付加したものであ
る。
【0016】上記III.の装置は、上記I.の装置で行なっ
ているベクトル演算を、簡略化した
【外7】 もので、三次側零相残留電圧N0N1を位相角変化の
みで捉えて演算を行う。すなわち、切換えスイッチ5に
より電力系統に接続された接地変圧器3の三次
【外8】 側に、異なるアドミッタンス を切換え接続すると、接地変圧器の三次側に現れる残留
零相電圧の位相角が変動する。変動した位相角の差は、
この切換え前後の零相等価回路のアドミッタンスの位相
角の差と同等である。系統の対地静電容量ωCは、この
アドミッタンスの位相角差φn0を代入すれば得られる解
として、使用する接地変圧器毎に用意されている。従っ
て、測定した零相電圧の位相角差φn2を代入することに
より、系統の地静電容量Cを求めることができる。
【0017】上記IV.の装置は、上記III.の装置を、実
際に使用する場合に、接地変圧器に起因する誤差を除去
するもので、使用する接地変圧器毎に求めた位相誤差φ
3で、φn2=φ02−φ3とする補正を行う。これによっ
て、前記アドミッタンスの一部である零相変圧器の零相
内部インピ−ダンスが、零相電圧測定部位の外側に存在
するため発生する誤差を修正し、正確な測定を行うこと
ができる。
【0018】
【実施例】本発明は、地絡故障が発生していないときで
も実際の電力系統では各相の対地静電容量(浮遊静電容
量)の不平衡によって、接地変圧器の三次側に若干の零
相電圧が生じており、この残留零相電圧は接地変圧器の
三次側に接続するアドミッタンスの変化に対して、ベク
トルで見て、一定の変動を起すことに着目したものであ
る。
【0019】図1は測定の対象となる電力系統を示すも
ので、(1)は変電所等の電源側変圧器の2次回路、
(2)は高圧母線、Ca,Cb,Ccは各相の対地静電容
量、(3)は地絡継電器用の接地変圧器、(4)は、接
地変圧器(3)の2次側に接続されたアドミッタンスで
ある。このアドミッタンス(4)は、既設の制限抵抗
【外9】 しが行なわれる。
【0020】上記構成の測定原理を、以下説明する。上
記系統の零相回路について、地絡故障のない状態を想定
すると、残留零相電
【外10】 で表される。
【0021】
【外11】
【0022】以上が上記I.に記載した本発明の基本装置
の原理である。このベクトル演算は、例えばコンピュー
タ・プログラムによって容易に行うことができ、この場
【外12】 の零相残留電圧N0N1のデータ入力形式は任意で、
例えば、電源側から取出した基準正弦波電圧に対する位
相差と、振幅で表わす。
【0023】
【外13】 さらに、00が求められると、式に代入して00′も
求めることができ、これが本発明の上記II.の装置の原
理となる。このベクトル演算も、コンピュータ・プログ
ラム等によって行うことができる。
【0024】この関係を零相等価回路で表すと、図2の
ようになる。
【外14】
【0025】上記点線の枠で囲まれた部分を、図1の回
路について具体的に示すと、図3のようになる。系統に
接続された接地変圧器3によって、上述した計算式に用
いる3線一括の
【外15】 対地アドミッタンス00は、3線一括の対値静電容量C
(=Ca+Cb+Cc)に、接地変圧器3の零相内部イ
ンピ−ダンス(L+R0)と上記制限抵抗R1の直列回路
【外16】 、並列接続したものとなる。また、既知のアドミッタン
01は、切替えスイッチ(5)の投入時に並列接続さ
れる試験用の制限抵抗R2となる。
【0026】次に、本発明の上記III.IV.の装置につい
て説明する。上記I.II.の装置は、ベクトル演算をする
ことによって、3線一括の対地アド
【外17】 ミッタンス00及び、その不平衡分00′を求めること
ができる。しかし、ベクトル演算は2種の成分について
行うので、零相電圧の測定器および演算装置が、複雑化
する。
【0027】そこで、振幅又は位相角の一方に着目し
て、演算が行えないか検討したところ、位相角のみで演
算できることに想到した。なお、振幅のみでも演算は可
能であ
【外18】 る(この明細書では述べない)が、既知のアドミッタン
を接続してときの変化が、位相角変化に比べて小さく、
より高精度の計器を必要とする。
【0028】位相角のみに、着目して演算する方法は、
三次側アドミッタンスを変化させたとき検出される零相
電圧の位相角変動は、このアドミッタンスの変化前後の
位相角差と一致し、この零相等価回路のアドミッタンス
の位相角の差は、求めるべき三相一括の対地静電容量C
のアドミッタンスのみを変数として表されるというもの
である。
【0029】位相角変化を利用する上記III.の装置は、
具体的には、次のように演算を行う。
【外19】 上記0002について、複素数計算を行うと、各アド
ミッタンスは図4のベクトル図で示されるような位相角
φn0n1を持つベクトルとして計算できる。そして、
その位相差φn2=φn0−φn1を、ωCのみを変数とする
方程式(L,R0,R1,R2等の他の値は既知であり定数と
なる)で表すことが出来る。
【0030】従って、測定に用いる接地変圧器3につい
て成立する方程式φn2=f(ωC)について、ωCの解
を求めておき、測定された位相差φn2を、この解に代入
することによって直接ωCを算出し、対地静電容量Cを
求めることができる。
【0031】以上のように系統の対地静電容量Cが求め
られると、図5に示す一線地絡時の零相等価回路に基づ
き、地絡継電器の動作点(動作電圧)VOを決定するこ
とができる。
【0032】図5において、Eは地絡相の対地電圧、R
gは地絡検出基準抵抗(例えば6.6kv高圧回路では6600
Ω)、Cは上記対地静電容量、R1は既設の制限抵抗で
ある。
【0033】なお、上記位相角の測定は、系統電圧を取
り出して基準位相とする位相差計によって行い、その演
算はパソコン等を用いて行う。演算結果はディスプレイ
表示及びプリンタによる印字出力によって行い、記憶装
置にその結果を保存させる。
【0034】次に、接地変圧器3の零相内部インピ−ダ
ンスによる位相ずれを補正する上記IV.の装置を説明す
る。
【0035】接地変圧器3の三次端子における位相ずれ
は、上記方程式φn2=f(ωC)が
【外20】 図3のアドミッタンスの両端に現れる残留零相電圧
N0N1の位相各φn0n1について立てられている
のに対し、実際には既設の制限抵抗R1の両端電圧の位
相角φ00,φ01でしか演算できないことに起因する。
【0036】そこで、上記位相角φn0n1と位相角φ
0001との位相関係から、この補正を行う。この位相
関係は、図3の回路の抵抗分をまとめて示した図6の回
路で考えることができる(R01=R0+R1,R02=R0
+(R1・R2)/(R1+R2))。
【0037】この位相関係は、リアクタンス成分jωL
に対する抵抗成分R01,R02の大きさの割合で定まり、
図7に示すようにφ00はφn0に対してφ1,φ01はφn1
に対してφ2遅れ位相となる。全ての位相角を、ベクト
ル図で表わすと図8のようになる。
【0038】ここでφn0=φ00−φ1…… φn1=φ01−φ2…… 図8から検出計算上必要なφn2は φn2=φn0−φn1…… 式に式を代入して、 φn2=(φ00−φ1)−(φ01−φ2) 整理すると、φn2=(φ00−φ01)+(φ2−φ1) 実測できる位相角φ02は、 φ02=φ00−φ01 であるから、接地変圧器3の零相リアクタンス分Lによ
る位相ずれ分をφ3とすると、 φ3=φ2−φ1 となる。
【0039】φ2とφ1は図7より明らかなように、ωL
とR01,R02の大きさの比で定まるから、φ3を、これら
の定数によって求めることができる。
【0040】よって、使用する接地変圧器の零相内部イ
ンピ−ダンス(jωL+R0)と制限抵抗R1,R2から予
め求めたφ3により、次の補正演算を行って位相誤差を
修正することができる。
【0041】φn2=φ02−φ3…… 上記補正を、異なる接地変圧器3に接続されて測定を行
う演算装置毎に行い、対地静電容量Cを求めることによ
り、誤差を解消して正確な測定を行うことができる。
【0042】
【発明の効果】本発明装置は、地絡状態を起こさない
で、地絡継電器の動作点決定用のデータ(系統の対地静
電容量)を安全・簡単に何時でも測定できる。従って、
周囲環境の変化によって刻々と変動する対地静電容量に
即応して動作点を設定し直すことができ適切な地絡保護
が可能になる。
【0043】特に、上記位相差による対地静電容量Cの
計算方式は、切換えスイッチ5の投入前後の零相電圧位
相差の変動率が、同じ零相電圧の絶対値の変動率に比べ
でかなり大きいので、特に高精度の計器を使用しなくて
も十分に実用になるという利点を有する。また、これに
関連して、測定した位相差の信頼性が高くなるので、例
えば切換えスイッチ5を多数回切換えて、複数のデータ
を求め、その平均値を使用すると行った煩わしい操作も
不要となる。したがって、取扱いやすく実用性の高い装
置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 系統の接地関係三相回路図
【図2】 図1の零相等価回路
【図3】 図2の回路で位相角計算に係る部分を図1の
回路に則して具体的に示した回路図
【図4】 図3の回路で測定される残留零相電圧の位相
角変化を示すベクトル図
【図5】 測定された対地静電容量から地絡継電器の動
作点を求めるための一線地絡時の零相等価回路
【図6】 零相変圧器の三次端子における位相ずれを説
明する零相等価回路
【図7】 図6における位相角φn0n1と位相角φ00,
φ01の位相関係図
【図8】 図7における全ての位相角を系統電圧の位相
を基準に示したベクトル図
【図9】 人工地絡試験のため電力系統における地絡抵
抗を接続した状態を示す図 1 電源側変圧器の2次回路 2 高圧母線 3 接地変圧器 4 接地変圧器の2次側に接続されたアドミッタンス 5 切換えスイッチ C 三相を一括した対地静電容量Cのアドミッタンス
【外21】0002切替え接続されるアドミッタンスφn2 切換
え前後の位相角差 φ3 位相誤差(補正値)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 浩 岩手県盛岡市紺屋町1−25 東北電力株式 会社 岩手支店内 (72)発明者 藤原 定 兵庫県尼崎市尾浜町3丁目29番3号 長谷 川電機工業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力系統に接続され、零相等価回路につ
    いて未知のアドミッ 【外1】 る演算装置を具備したことを特徴とする電力系統の対地
    静電容量の測定装置。
  2. 【請求項2】 【外2】 する請求項1記載の電力系統の対地静電容量の測定装
    置。
  3. 【請求項3】 電力系統に接続された接地変圧器の三次
    側に、異なるアドミッタンスを切換え接続する切換えス
    イッチと、 切換え前後の接地変圧器の三次電圧の位相角φn0n1
    を測定する位相計と、 上記切換えスイッチの切換え前後に生じる零相等価回路
    のアドミッタンスの位相角差φn2について、三相を一括
    した対地静電容量Cのアドミッタンスを変数として成立
    する方程式φn2=f(ωc)の解ωCを、接続する接地
    変圧器に合わせて求めておき、この解に、上記位相計に
    よって測定した位相角の差φn0−φn1=φn2を代入し
    て、三相一括の対地静電容量Cを算出する演算装置を具
    備したことを特徴とする電力系統の対地静電容量の測定
    装置。
  4. 【請求項4】接地変圧器の零相内部インピ−ダンスによ
    って、実際に測定した三次電圧の位相角φn0n1の差
    φ02が、上記理論上の位相角差φn2に対して生ずる位相
    誤差φ3=φn2−φ02を、使用する接地変圧器について
    予め求めておき、この値φ3で位相補正を行うことを特
    徴とする請求項3記載の電力系統の対地静電容量の測定
    装置。
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