JPH07123329B2 - 三相交流励磁装置 - Google Patents

三相交流励磁装置

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JPH07123329B2
JPH07123329B2 JP62097378A JP9737887A JPH07123329B2 JP H07123329 B2 JPH07123329 B2 JP H07123329B2 JP 62097378 A JP62097378 A JP 62097378A JP 9737887 A JP9737887 A JP 9737887A JP H07123329 B2 JPH07123329 B2 JP H07123329B2
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保弘 八坂
理 名倉
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、三相界磁巻線を励磁するサイクロコンバータ
などにより三相交流で励磁される三相交流励磁装置に関
する。
〔従来の技術〕
従来、三相交流励磁装置の地絡検出法としては、(株)
立石電機カタログ第7版1450頁に記載されたものが知ら
れている。上記公知例の原理を第4図に示し、以下説明
する。
この例は三相誘導電動機の固定子回路などに使用される
ものである。回路構成としては、三相星形結線された静
電容量C、その中性点NとアースRに地絡時に流れる零
相電流による電圧降下を検出する抵抗r、およびそれよ
れも電源側に設けられた零相変流器CTより成る。
いま、第4図において、三相誘導電動機固定子側で地絡
が生ずると、この地絡点Sと三相星形結線の静電容量中
性点N間を通して零相電流i01が流れ、この零相電流i01
によつて検出抵抗rの両端に電圧降下が生ずる。この電
圧降下と整定値を比較器CMPにより比較して負荷側の地
絡を検出することができる。
また、電源上流側で地絡が生じた場合その地絡点と三相
星形結線静電量中容中性点Nとアース間の検出抵抗rを
通して零相電流が流れるが、この場合は零相変流器CTに
も地絡による零相電流i02が流れることになり、この両
者(i01とi02)を比較器CMP路で判別することにより、
負荷側と電源側のいずれの側で地絡を生じたのかを判別
することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来の地絡検出装置が有する問題点は、低周波数領
域(0〜数Hz)で作動する三相交流回路における地絡事
故の検出ができないという点にある。
すなわち、上記従来の地絡検出装置は、静電容量Cと零
相変流器CTという比較的高い周波数でしか所定の特性が
得られない回路構成であり、0〜数Hzの低周波三相交流
回路の地絡検出には適さない。
なお、このような低周波数の電力が作用する例として
は、例えば、三相巻線形回転子を用いた可変速水車発電
機があり、その二次回路は常に交流励磁され、その周波
数が0〜数Hz間で変化する。したがつて、従来の水車発
電機に用いられる地絡検出器のように、一方向性の検出
回路を設け、地絡時の電流増加の現象をとらえるのみで
は適用することができない。
そこで、本発明は0Hzの三相交流(すなわち、極性が異
なる三相直流状態)と、数Hz(すなわち、静電容量や零
相変流器が作動しないような低周波領域)が流れる三相
交流回路においても地絡の検出を同時に共通の回路構成
で行いうる三相交流回路の地絡検出装置を提供すること
を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するため、本発明では三相界磁巻線を
三相交流電流で励磁する三相交流励磁装置において、三
相界磁巻線回路の中性点とアースとの間に直列接続され
た直流電流を出力する地絡検出用直流電源および地絡検
出抵抗と、地絡検出抵抗の両端電位差に基づく第1の電
圧値と第1の整定値とを比較する第1の比較器と、地絡
検出抵抗に流れる直流電流および三相交流電流による、
地絡検出抵抗の両端電位差の時間的な電圧変化に基づく
第2の電圧値と第1の電圧値との差電圧値を求め、この
差電圧値と第2の整定値とを比較する第2の比較器とを
備えたことを特徴としたものである。
〔作用〕
上記本発明の構成によれば、三相交流回路の中性点およ
びその付近で地絡が生じた場合、この地絡による直流電
流が地絡検出用直流電源により地絡検出抵抗に流れる。
この直流電流によつて地絡検出抵抗の両端に電圧が生じ
るので、この端子電圧の絶対値は第1の比較器において
整定値と比較され、端子電圧が整定値を超えた事をもつ
て地絡の発生が検出される。
一方、三相交流回路の電源側およびその付近で地絡が生
じた場合、三相交流回路の相電圧と検出用直流電圧とが
重畳される形となり、検出抵抗に流れる電流(直流+交
流)による電圧は地絡の発生前後において時間的変化が
生ずる。この端子電圧自体またはその時間的変化の絶対
値は第2の比較器において整定値と比較され、同様にし
て地絡の発生が検出される。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図に本発明に係る地絡検出装置の実施例を示す。こ
の第1図において、1は地絡検出の対象となる三相交流
回路を示し、例えば三相誘導電動機の固定子側巻線等に
相当する。三相交流回路1の中性点Nとアースとの間に
は、制限抵抗2,地絡検出用直流電源(以下、検出用電源
と略称する。)3、が地絡検出用抵抗(以下、検出抵抗
と略称する。)4、が直列に接続されている。検出抵抗
4には計器用アレスタ5が並列に接続されている。
制限抵抗2は三相交流回路1の中性点Nで地絡を生じた
時、および三相交流回路1の電源側ラインでの地絡発生
時に検出回路に流れる電流を検出に必要な範囲に制限
し、当該回路1を保護するものである。
検出用電源3は三相交流回路1の中性点Nは、中性点N
の付近の地絡を検出するための直流電源である。
検出用抵抗4は地絡時に検出回路に流れる電流に比例し
た検出用電圧をその両端に発生させる抵抗である。
計器用アレスタ5は被検出回路に不測の高電圧が発生し
たとき、それを抑制して検出器に耐電圧値以上の高電圧
が印加されないように保護するものである。
検出抵抗4の高電位側はローパスフイルタ16および光ア
イソレータ6を介して検出回路に接続されている。ロー
パスフイルタ16は三相交流回路1側からの高調波成分や
高周波ノイズをフイルタリングして検出回路への侵入を
阻止し、検出回路の誤動作を防止するためのものであ
る。光アイソレータ6は三相交流回路1側と検出回路と
を電気的に絶縁することにより不測の高電圧の侵入を防
止するためのものである。
検出回路は、地絡によつて発生した検出電圧が整定値
(例えば、10V)を超える場合に動作する第1の検出回
路と、検出電圧が整定値より低い場合に動作する第2の
検出回路と2系統からなる。
第1の検出回路は、光アイソレータ6からの検出電圧を
所定のサンプリング時間でサンプルホールドするサンプ
ルホールド回路9と、そのサンプリングされた電圧の絶
対値|B|をとる絶対値回路12と、その絶対値を整定値と
比較する比較器14とからなる。
第2の検出回路は、同様に光アイソレータ6かの検出電
圧を所定のサンプルホールド時間でサンプルホールドす
るサンプルホールド回路8と、そのサンプリングされた
電圧Aと第1の検出回路のサンプリング値Bとの差電圧
を算出する差動アンプ10と、その差電圧の絶対値|A−B|
を求める絶対値回路11と、その差電圧の絶対値|A−B|を
整定値と比較する比較器13とからなる。
なお、各サンプルホールド回路8,9のサンプリング時間
はクロツク信号発生器7からのクロツク信号に基づいて
設定される。15は各検出回路からの出力信号を保持する
ための保持回路である。
次に、動作を説明する。まず、第1図において、検出抵
抗rの両端電圧(すなわち、検出電圧)Vxは、 Vx=V×r/(Rm+R+r) …(1) ここに、Vは検出用電源3の電圧、Rmは三相交流回路1
の対地間絶縁抵抗、Rは制限抵抗である。
(1)式において、絶縁抵抗Rmは三相交流回路の状態
(すなわち、地絡の発生の有無)により数kΩ〜数100M
Ωに変化する。一方、検出用電源3の電圧Vは数100V程
度が限度である。これは、三相交流回路1の対地間電圧
に検出用電圧Vが重畳されることになるため、高い値に
すると三相交流回路1の絶縁耐力を上げなければならな
くなるからである。また、検出精度を確保するため、地
絡発生時に検出抵抗4に流れる電流は50mA程度は必要で
ある。
これらの条件から制限抵抗2と検出抵抗4の抵抗値の和
を求めると、検出用電源3の電圧を500Vと仮定すれば (R+r)=500/50×10-3 =10×103 10kΩ程度となる。
さらに、光アイソレータ6に取り込むため検出抵抗4で
1/10程度に分圧するとすれば検出抵抗4の抵抗値rは1k
Ωとなる。
これらの条件を(1)式に代入すると、三相交流回路1
の絶縁抵抗Rmが100MΩと高いとき(すなわち、地絡発生
なしのとき)の検出電圧Vxは、 であり、約5mV程度である。これに対して絶縁抵抗Rmが1
0kΩと低いとき(すなわち、地絡発生時)の検出電圧Vx
であり、25Vに変化することになる。
このように、検出電圧Vxは絶縁抵抗Rmの変化に伴い変動
する。したがつて、この検出電圧Vxの絶対値|Vx|を監視
することにより、絶縁抵抗Rmの変化を監視(すなわち、
地絡の発生を監視)することができる。
地絡が発生した場合の検出電圧Vxは、三相交流回路1の
相電圧Vαが重畳されるため、次の式となる。
Vx=(V+Vα)/(R+r) ……(2) ここで、 Vα=Vα×sin(ω×t) である。
第2図に比較的電圧が高く周波数が3Hzの場合の検出電
圧Vxを、第3図に比較的電圧が低く周波数が0.6Hzの場
合の検出電圧Vxの波形をそれぞれ示す。
検出電圧Vxの絶対値で地絡検出をおこなつた場合、例え
ば整定値を10Vとすると、第2図の場合は地絡事故発生
後1サンプルホールド時間内に検出電圧Vxが整定値を越
えるため、ただちに検出可能である。
しかし、第3図の場合、例えば時刻t2以降のように地絡
により発生した電圧が整定値10V以下となる場合は長い
時間にわたつて地絡検出が不可能となることがある。こ
の場合、整定値を下げれば不感帯は短かくなるが、前述
の絶縁抵抗Rmの監視条件からむやみに整定値を下げるこ
とはできない。
そこで、一定時間毎に検出電圧Vxをサンプルホールド
し、一定時間後の電圧変化を監視することにより絶対値
のみを監視した場合に比べ次に述べるメリツトが生ず
る。
すなわち、地絡発生以前では検出電圧Vxは絶縁抵抗Pm
変化により変動するがサンプルホールド時間を短く(例
えば50msec)すればサンプルホールド時間の前後で絶縁
抵抗Rmが大きく変化することはないため、検出電圧Vxの
電圧変化は≒0といえる。
一方、地絡事故発生時点で検出電圧Vxは(1)式から
(2)式に変わるため、電圧変動が発生するとともにそ
の後も電圧は変動する。よつて、検出電圧Vxの時間変化
は常に発生する。
したがつて、検出電圧Vxの電圧変化は地絡事故前は≒0
であり、整定値レベルは絶縁抵抗Rmの値に関係なく低く
できるため、第3図の時刻t2以降に地絡が発生してもサ
ンプルホールド時間後には地絡を検出することが可能と
なる。
以上をまとめると第1図の回路において|B|は絶縁抵抗
の関係から整定値をあまり低く整定することができない
ため、検出困難な場合、すなわち不感帯が大きくなる。
一方、|A−B|は正常時においては≒0であり、整定値は
|B|に比べ低くすることが可能であり、|B|で検出困難な
不感帯においても1サンプルホールド時間で検出するこ
とが可能となる。
以上の実施例において、次の効果を得ることができる。
(1)10Hz以下の三相交流回路のいかなる位置における
地絡も、整定値以内の不感帯以外で1サイクル以内に検
出できる。
(2)上記により低周波三相励磁回路を持つ各種交流回
転電機の地絡が検出できるので、1線地絡を検出して2
線地絡を未然に防止し、地絡点間を通して大電流が流れ
る場合に生ずる被害を防止できる。
(3)本検出装置は被検出回路と直流結合されており、
検出電源3の直流電圧により、被検出機が停止時にその
回路の絶縁抵抗測定も併用でき、それにより1線地絡も
未然防止の手段が可能。
(4)(1)〜(3)により被検出回路、即ち、当該電
気品の絶縁を最適化できるので、経済性の高い絶縁シス
テムと良好な冷却を備えた電気品が得られる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、低周波の交流電圧
により作用する三相交流励磁装置において、三相交流回
路の中性点およびその付近で地絡が発生した場合、およ
び三相交流回路の電源側およびその付近で地絡が発生し
た場合を弁別して認識することが可能になり、装置全体
の地絡事故に対する安全性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示すブロツク図、第2図は比
較的高電圧,高周波の場合の検出電圧変化を示す説明
図、第3図は比較的低電圧,低周波の場合の検出電圧の
変化を示す説明図、第4図は従来の検出装置の例を示す
回路図である。 1……三相交流回路、2……制限抵抗、3……検出用電
源、4……検出抵抗、5……計器用アレスタ、6……光
アイソレータ、7……クロツク信号発生器、8……サン
プルホールド回路、9……サンプルホールド回路、10…
…差動アンプ、11……絶対値回路、12……絶対値回路、
13……比較器、14……比較器、15……保持回路、16……
ローパスフイルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八坂 保弘 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 名倉 理 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 原口 英二 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 中川 博人 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 大野 泰照 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−26524(JP,A) 特開 昭58−90180(JP,A) 特公 昭28−2569(JP,B1)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三相界磁巻線を三相交流電流で励磁する三
    相交流励磁装置において、前記三相界磁巻線回路の中性
    点とアースとの間に直列接続された直流電流を出力する
    地絡検出用直流電源および地絡検出抵抗と、前記地絡検
    出抵抗の両端電位差に基づく第1の電圧値と第1の整定
    値とを比較する第1の比較器と、前記地絡検出抵抗に流
    れる前記直流電流および前記三相交流電流による、前記
    地絡検出抵抗の両端電位差の時間的な電圧変化に基づく
    第2の電圧値と前記第1の電圧値との差電圧値を求め、
    該差電圧値と第2の整定値とを比較する第2の比較器と
    を備えたことを特徴とする三相交流励磁装置。
JP62097378A 1987-04-22 1987-04-22 三相交流励磁装置 Expired - Fee Related JPH07123329B2 (ja)

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