JPH10267981A - 電力機器の地絡検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、電力機器の地絡の確実な検出
が可能な地絡検出器を提供する。 【解決手段】 接地線１を流れる電流は、変流器２によ
り検出され、整流回路４により直流電流に変換され、コ
イル７に流れる。この電流値が所定レベル以上である
と、残留磁気特性の強い材料で形成された磁性体６は、
その着磁極性が変更される。これにより永久磁石９とそ
れに一体の表示板８は機械的に駆動され、外部に対して
地絡の有無の表示を行う。また、その表示状態は磁性体
６の残留磁気により自己保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス遮断器（ＧＣ
Ｂ）などの電力機器に流れる地絡電流を検出することに
より、電力機器の地絡を検出する地絡検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電力機器において地絡を検出する
には、零相変流器とトランジスタなどの能動素子を用い
た検出回路により地絡電流を検出する。所定値以上の地
絡電流が検出された時、電力機器に地絡が発生したと判
定し、地絡検出を表示する出力、あるいはそれに関わる
保護動作指令が行われる。また、地絡検出の表示出力又
は保護動作指令を保持する場合には、検出回路からの出
力信号を、外部制御電源を使用したリレー回路で自己保
持させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の地絡検出回
路には、以下の課題がある。 （１）検出回路は、外部からの電源供給が必要であるた
め、ケーブルの敷設作業などが伴い、検出記載設置に当
たって多くの時間を費やしている。これは、地絡検出の
情報伝送線についても同様である。

【０００４】（２）検出回路が多部品化してきているこ
と、及び、検出回路が能動素子を多く用いていることか
ら、それらを雷サージなどから保護する保護素子を必要
とする。 （３）トランジスタ、ＩＣなどの半導体を使用するた
め、外部からのサージ性ノイズ、電波ノイズ、その他の
影響によるノイズで誤動作する危険性がある。このた
め、商用周波の１／４又は１／２サイクル（数ｍｓｅｃ
以上）時間だけ地絡検出が継続したとき地絡を検出した
ものとしている。一方、電力機器に多く使用されている
ＳＦ６ガス中での、雷などの過電圧に起因する地絡現象
においては、ＳＦ６ガスの自己消弧能力によって速やか
に自力消弧がされ、条件によっては、数百μｓｅｃ程度
で地絡電流が復帰してしまうことがある。この場合は、
上記の長時間の地絡検出を必要とする一般的な地絡検出
器では検出不可能であった。

【０００５】本発明は、簡単な構成で、電力機器の地絡
の確実な検出が可能な地絡検出器を提供することを目的
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためなされたものである。本発明においては、地
絡電流を変流器により検出し、この変流器の出力電流を
整流器により整流する。また、残留磁気特性の強い磁性
体と、この磁性体に巻回され、整流素子の出力側に接続
されたコイルと、磁性体の着磁により機械的に動作し、
前記地絡電流の有無の表示を行う表示器とが設けられ
る。このコイルは、整流器の出力側に接続される。

【０００７】電力機器に地絡が発生して、地絡電流が変
流器により検出されると、コイルに電流が流れることに
より、表示器が機械的に駆動され、その状態を変えるこ
とにより、地絡の発生の有無の表示を行う。表示器の地
絡表示を解除するためには、磁性体の着磁を極性反転さ
せる回路が使用される。この回路の使用により、磁性体
の着磁が反転してもとの状態に戻り、表示器の状態も通
常の状態に戻る。

【０００８】また、本発明においては、磁性体の着磁に
より接点が閉じてラッチするように、磁性体の磁路にリ
ード接点を配置することができる。この場合、リード接
点は、地絡電流が流れるとオンとなり、外部に対して接
点出力を行う。リード接点を用いた場合、接点出力によ
る地絡表示を解除するため、磁性体に対して徐々に減少
する交流電流又はパルス電流を通電する回路が使用され
る。この回路の使用により、磁性体が消磁され、リード
接点は元の接点状態に戻る。

【０００９】以上説明した地絡検出器によれば、表示器
又はリード接点は、地絡電流により駆動され、磁性体の
残留磁気によりその表示状態が自己保持（ラッチ）され
るので、外部からの電源供給が不必要となる。また、構
成は単純で安価なものとなり、外来ノイズなどの影響を
受けずに、確実に地絡検出を行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図を用
いて説明する。 〔実施形態１〕図１は、本発明を適用した地絡検出器の
回路図である。図において、１は、電力機器の接地線で
ある。２は、接地線１に流れる電流を検出する変流器で
あり、１０：１〜２０：１程度の変流比を有する。。３
は、変流器２の２次側に接続されたシャント抵抗であ
る。４は整流器である。なお、整流器の２次側には、必
要に応じて、保護用のツェナーダイオード、バリスタな
どが挿入される。

【００１１】５は整流器４の２次側に接続された表示装
置である。この表示装置５において磁性体６は、磁気残
留特性の強い磁性体である。７は磁性体６に巻回され、
整流器４の出力電流により励磁されるコイルである。８
は、永久磁石９を有する表示板で、磁性体の着磁に応じ
て磁気駆動され、その位置を変えることにより、表示装
置５の外部から見える状態を変化させて地絡の有無の表
示を行う。この表示板８の構造の詳細については後述す
る。

【００１２】ここで、上記構成の地絡検出器の動作につ
いて説明する。磁性体６は、予め、図で（ ）で示すよ
うに、上方がＳで下方がＮに着磁されている。したがっ
て、表示板８の永久磁石９は、上方がＮで下方がＳの状
態に駆動されている。このとき、表示板８の状態は地絡
がない状態を表示する。電力機器に地絡事故が発生して
接地線１に地絡電流が流れると、その地絡電流は変流器
２により検出され、整流器４により直流信号に変換さ
れ、この信号電流が表示装置５のコイル７に流れる。コ
イル７に所定値以上の電流Ｉが流れると、磁性体６の極
性は、図示のように、上方がＮで下方がＳの状態に着磁
の状態が変化する。これにより、表示板８の永久磁石９
は、上方がＳで下方がＮになるように、磁気駆動されて
位置を変える。この位置の変更により、表示板８は地絡
がある状態を表示する。

【００１３】地絡事故に対する対処が終了した後、磁性
体６の着磁を逆極性とすることにより、表示の復帰を行
う。復帰のための手段については後述するが、これによ
り、表示板８が再度回転して、表示状態を元に戻す。な
お、表示板８による地絡の有無の表示方法は任意であ
り、色、記号、文字その他の方法で表示できる。次に、
表示装置５の詳細について説明する。

【００１４】図２は、磁性体６の変形例を示す。本例の
磁性体も、図１の磁性体６と同様に、残留磁気特性の強
い磁気材料が使用される。（ａ）は、コの字形の磁性体
６の代わりに１本のまっすぐな磁性体６−１を使用し
て、コイル７−１を巻回した例である。（ｂ）は、それ
ぞれにコイル７−２，７−３を巻回した２本の磁性体６
−２，６−３で構成した例である。いずれの例も、コイ
ル７−１〜３に所定値以上の電流が流れたとき、磁性体
６−１〜３の端部の着磁の極性を変化させて、永久磁石
９及び表示板８を駆動して、その表示状態を切り換え
る。

【００１５】図３は、表示板８の具体例を示す。（ａ）
は、着磁された円板状の永久磁石９−１により表示板８
が形成される。この表示板８の両側に軸１１を取り付
け、各軸１１を軸受け１２で支持する。この表示板８
は、表と裏とで表示分けがされる。例えば、表が赤色
で、裏が青で塗られ、通常は、外部から青色の面が見え
るようにセットされる。地絡電流が検出されて、磁性体
６の着磁状態が変化すると、表示板８は回転をして表裏
を切り換える。これにより、外部から赤色の面が見え、
地絡が発生したことを判別する。

【００１６】（ｂ）は、棒状の永久磁石９−２を円板状
の表示板８−２の１面に取付け、他面で円板の中心に軸
１３を付け、この軸１３を軸受け１４により支持をす
る。永久磁石９−２は、磁性体６と対向させられるの
で、磁性体６の着磁状態の変更により表示板８−２は上
下が逆となる。表示方法としては、例えば、表示板８−
２の一部が外部に見えるようにしておき、その見える部
分に地絡の有無の表示を行う。

【００１７】（ｃ）は、棒状の永久磁石９−３の一端を
軸１６で回転可能に支持し、他端に棒状の表示板８−３
を取り付ける。この表示板８−３の一端は、表示装置５
のケース１５の一部に開けた孔に望んで配置される。常
時は、永久磁石９−３が磁性体６により吸引されるた
め、表示板８−３はケース１５の内側に引っ込んでい
て、外部から見えない状態となっている。地絡電流の検
出により磁性体６の着磁状態が変更されると、永久磁石
９−３が反発力を受け、ケース１６の外部に表示板８−
３の一端が飛び出して、外部に地絡の発生を表示する。

【００１８】図４は、地絡電流として大きな値の電流が
得られる場合の地絡検出器の例を示す。図４の回路は、
図１の回路とほぼ同様であるので、図１の回路と異なる
点についてのみ説明する。本例の変流器２として、変流
比が１００：１ないし数百：１程度のものが使用され
る。また、変流器２の２次側のシャント抵抗は省略され
る。

【００１９】以上説明した地絡検出器によれば、表示板
８は、地絡電流により駆動され、磁性体６の残留磁気に
よりその表示状態が自己保持（ラッチ）される。したが
って、表示駆動及びその保持のために、外部から制御電
源を供給する必要性がなくなる。また、構造は単純で安
価なものとなり、更に、トランジスタ、ＩＣなどの素子
を使用しないため、外来ノイズなどの影響を受けずに、
確実に地絡検出を行うことができる。

【００２０】さらに、今まで一般的に検出不可能であっ
た、数百μｓｅｃ程度で復帰してしまうような瞬時の地
絡現象、或いは、碍子などで発生する痕跡の残らない瞬
時地絡についても、これを検出し、自己保持できるの
で、地絡点位置標定を確実に行うことができる。

【００２１】〔実施形態２〕以上、実施形態１において
説明した例は、表示装置では、地絡が検出されたとき、
外部へ視覚による表示を行っている。この視覚による表
示の代わりに、接点のオン・オフを切換ることにより接
点出力を行うこともできる。以下、この接点出力を行う
例について説明する。

【００２２】図５は、地絡検出器の構成を示す。図５の
回路は、図１の回路とほぼ同様であるので、図１の回路
と異なる点についてのみ説明する。図において、２１は
リード接点であり、そのリード端子２２，２３を磁性体
６の磁極部分に対向して配置する。このリード接点２１
は公知のものであるので、詳細な説明は省略するが、磁
性体６の着磁により磁界が加えられることにより、その
極性に応じて接点がオン又はオフとなる。磁性体６は、
残留磁気特性の強いものであるから、このオン状態は磁
性体６が消磁されるまで自己保持される。リード接点２
１のオン状態からオフ状態への復帰は、磁性体６の着磁
を消す（消磁）ことにより行われる。この消磁のための
装置については後述する。

【００２３】この接点のオン・オフ出力は外部回路にお
いて検出される。外部回路においては、このリード接点
２１に電圧を印加し、電流が流れたことを検知すると、
電力機器に地絡が発生したと判定をする。図６は、磁性
体６の変形例を示すものである。本例では、磁性体６の
一方の磁極とリード接点２１の一方の端子２２が対向さ
せられる。図６に示した部分の構成は図５と同様であ
る。また、本例における動作も、図５の回路の動作と同
様である。

【００２４】以上説明した例においても、前述の実施形
態１において説明した効果と同様の効果を奏する。

【００２５】〔実施形態３〕地絡検出器が地絡を検出表
示し、その表示に応じて適当な措置がとられると、地絡
検出器の表示を元の状態に戻す必要がある。この復帰方
法について説明をする。図７は、上記実施形態１（図１
〜４）の地絡検出器に対する表示復帰手段を示す図であ
る。本例の説明においても、図１，図４と異なる点につ
いてのみ説明する。

【００２６】２５は、携帯用のリセットユニットであ
り、表示装置５の表示の復帰作業時に、整流器４の２次
側に接続される。リセットユニット２５の出力電流ｉの
極性は、整流器４の出力電流（図１の電流Ｉ）と逆極性
に設定される。復帰作業時には、最初に第１のスイッチ
Ｓ１を押す。すると、第１のバッテリＢ１から抵抗Ｒを
通して第１のダイオードＤ１に電流が流れ、第１のダイ
オードＤ１のインピーダンスが低下する。この状態で第
２のスイッチＳ２を押すと、第２のバッテリＢ２から第
２のダイオードＤ２を通して、パルス電流ｉが表示装置
５の磁性体６（図１）に流れる。このパルス電流ｉは、
コイル７において地絡検出時に流れる電流Ｉと反対向き
に流れるため、磁性体６の極性が反転する。

【００２７】この極性の反転により、永久磁石９と磁性
体６との間に反発力が発生し、表示板８は機械的に駆動
されて定常状態（地絡なしを表示する状態）に戻る。こ
れにより、表示装置５の表示のラッチが解除される。図
８に、表示復帰手段の変形例を示す。本例の説明におい
ても、図１，図４と異なる点についてのみ説明する。

【００２８】図示の例は、表示装置５の磁性体６にリセ
ット専用のコイル７−５を巻回したもので、このリセッ
ト用コイル７−５にリセットユニット２５−１が接続さ
れる。復帰作業時、リセットユニット２５−１のスイッ
チＳ３を押すと、バッテリＢ３からリセット用コイル７
−５に地絡検出時に流れる電流Ｉと反対向きにパルス電
流ｉが流れ、磁性体６の着磁極性を反転させる。これに
より、表示板の表示状態が復帰する。

【００２９】〔実施形態４〕図９は、上記実施形態２
（図５，図６）に対する表示復帰手段を示す図である。
図９の装置は、前述の図７の装置と類似であるので、こ
こでの説明では、図７のリセットユニット２５と異なる
点についてのみ説明する。図９のリセットユニット２５
−２は、図５のリセットユニット２５における第２のバ
ッテリＢ２の代わりに、減衰交流電流又は減衰パルス電
流を正負交互に発生する電流発生器２６を使用する。こ
の電流発生器２６は、第２のスイッチＳ２を押すと、図
１０（ａ）に示す減衰交流電流又は、（ｂ）に示す正負
交互の減衰パルス電流を発生する。この減衰交流電流又
は減衰パルス電流がコイル７又は７−１に流れることに
より、磁性体６が消磁され、着磁が０となり、リード接
点２１は接点の出力状態を元に戻す。

【００３０】〔その他の実施形態〕図１１は、図５、図
６に示したリード接点出力をする地絡検出器の１利用形
態を示すものである。図１１において、参照符号１〜５
については、既述のものと同様である。表示装置５にお
けるリード接点３１に、太陽電池３２と発振器３３が直
列に接続される。発振器３３は、電圧が供給されること
により発振を開始し、固有のアドレス信号を含む信号を
出力する。また、太陽電池３２と並列にコンデンサ３４
が接続される。このコンデンサ３４に代えて、充電可能
なバッテリを接続しても良い。発振器３３の出力はアン
テナ３５から外部に送出される。以上のような地絡検出
器は、複数の電力機器に対して設けられる。

【００３１】このアンテナ３５から送出される信号は、
データ収集局３６においてキャッチされる。データ収集
局３６は、信号を受信してアドレスを判定し、地絡が発
生した電力機器を特定する。このように、発振器３３ご
とにアドレス信号を変えることにより、複数の電力機器
の同時監視が可能となる。本例では、地絡検出器の電源
として太陽電池を使用しているので、外部からの電源の
供給、又は、電池の交換などを必要とせず、実用性の高
い、地絡検出器を得ることができる。

【００３２】図１２は、瞬時地絡と長時間継続する地絡
を区別して検出する地絡検出器の回路構成を示す。図１
２において、参照符号１〜４に示すものは、既述のもの
と同様である。整流器４の２次側に、ローパスフィルタ
４１とハイパスフィルタ４２を並列に接続する。そし
て、両フィルタ４１，４２の出力側に検出装置５−３，
５−４を接続する。

【００３３】地絡発生時に、長時間継続する地絡による
電流は、ローパスフィルタ４１を通過して商用周波地絡
表示装置５−３に入力され、そこで長時間継続する地絡
が発生したことを表示する。一方、地絡が発生した後、
瞬時に復帰する地絡は、ハイパスフィルタ４２を通過し
て瞬間地絡表示装置５−４に入力され、そこでサージ性
地絡が発生したことを表示する。したがって、本例によ
れば、瞬時地絡と長時間継続する地絡を区別して検出し
て表示することができる。

【００３４】図１３は、サージ性地絡におけるサージ電
流の瞬時値を効率良く検出する例を示す。（ａ）は回路
構成を示す。全体の回路構成については、既述のものと
同様であるが、本例では整流器４の出力側にコンデンサ
４３が並列に接続される。地絡電流が（ｂ）に示すよう
な瞬時的に復帰をするサージ電流は、コンデンサ４３に
チャージをすることで、（ｃ）に示すように、長時間継
続する信号波形に変換される。これにより、表示装置５
のコイルに流れる電流Ｉを、磁性体６の着磁に十分な時
間継続させ、確実に表示装置５を動作させることができ
る。

【００３５】図１４、図１５は、地絡電流の値により表
示を変える例を示す。既に説明してきた各例は、地絡電
流があらかじめ定めた１つの所定値を超えたことを表示
している。本例では、地絡電流のレベルを複数段階で表
示することを可能にする。図１４に示す表示装置５−５
では、整流器４の出力側に、多数の同一定格のコイルを
多段に接続する。このコイル１段目では、１つのコイル
７−１１を接続し、２段目では、２つのコイル７−２
１，２２を直列接続し、３段目では、３つのコイル７−
３１，３２，３３を直列接続する。これらのコイル７−
１１〜３３は、それぞれ別の磁性体上に巻回され同一定
格とされている。また、各段では、それぞれ１つのコイ
ル７−１１，７−２１，７−３１が巻回された磁性体に
より表示板又はリード接点を駆動する。

【００３６】各段では、直列接続されたコイルの数が異
なるため、総インピーダンスが異なる。したがって、検
出信号電流は、コイルの接続数によって定まる比によっ
て各段に分流され、その電流値が感動値を超えた段で、
磁性体の着磁が極性を逆転する。したがって、小さい地
絡電流の場合は１段目の磁性体のみが着磁の極性を反転
し、地絡電流が大きくなれば１段目と２段目の磁性体が
着磁の極性を反転し、更に大きくなれば１〜３段目の全
ての磁性体が着磁の極性を反転する。したがって、この
磁性体の着磁の極性の反転により、表示板又はリード接
点の状態が変更される。この状態の変更が何段目まで発
生しているかを見ることにより、地絡電流のレベルを表
示することが可能となる。

【００３７】図１５に示す表示装置５−６では、各段ご
とに１つずつコイル７−１１、７−２１，７−３１を設
け、２段目にダイオードＤを１個順方向に挿入し、３段
目にダイオードＤを２個順方向に挿入する。本例では、
段毎に挿入されたダイオードの数が異なることにより、
段毎に総インピーダンスが異なる。この段毎の総インピ
ーダンスが異なることによる動作は、図１４の例と同様
であるので、重複する説明は省略する。

【００３８】なお、図１５の例では、各段に「段数−
１」の数のダイオードＤを挿入しているが、各段ごと
に、定格のことなるダイオードを挿入することもでき
る。また、ダイオードはツェナーダイオードを使用して
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１における、地絡検出器の回
路図。

【図２】図１の磁性体の変形例を示す図。

【図３】図１の表示板の具体例を示す図。

【図４】図１の地絡検出器の変形例を示す図。

【図５】本発明の実施形態２における地絡検出器の回路
図。

【図６】図５の磁性体の変形例を示す図。

【図７】本発明の実施形態３における表示復帰手段を示
す図。

【図８】図７の表示復帰手段の変形例を示す図。

【図９】本発明の実施形態４における表示復帰手段を示
す図。

【図１０】図９の回路における信号波形を示す図。

【図１１】図５，図６の回路の利用形態を示す図。

【図１２】地絡継続時間を区別して検出する地絡検出器
の構成を示す図。

【図１３】サージ電流を効率良く検出する地絡検出器の
構成を示す図。

【図１４】地絡電流レベルを区別できる地絡検出器の構
成を示す図（その１）。

【図１５】地絡電流レベルを区別できる地絡検出器の構
成を示す図（その２）。

【符号の説明】

１…接地線 ２…変流器 ４…整流器 ５…表示装置 ６…磁性体 ７…コイル ８…表示板 ９…永久磁石 ２１…リード接点 ２５…リセットユニット

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地絡電流検出用変流器と、この変流器の
   出力電流を整流する整流器と、残留磁気特性の強い磁性
   体と、この磁性体に巻回され、前記整流素子の出力側に
   接続されたコイルと、前記磁性体の着磁により機械的に
   動作し、前記地絡電流の有無の表示を行う表示器とを具
   備することを特徴とする電力機器の地絡検出器。
2. 【請求項２】 前記表示器の地絡表示を解除するため、
   前記磁性体の着磁を極性反転させる回路を具備する請求
   項１記載の電力機器の地絡検出器。
3. 【請求項３】 地絡電流検出用変流器と、この変流器の
   出力電流を整流する整流器と、残留磁気特性の強い磁性
   体と、この磁性体に巻回され、前記整流素子の出力側に
   接続されたコイルと、前記磁性体の着磁により接点が閉
   じるように、前記磁性体の磁路に配置されたリード接点
   とを具備することを特徴とする電力機器の地絡検出器。
4. 【請求項４】 前記リード接点の出力を解除するため、
   前記磁性体に対して、徐々に減少する交流電流又はパル
   ス電流を通電する回路を具備する請求項３記載の電力機
   器の地絡検出器。
5. 【請求項５】 前記整流素子の出力側にコンデンサを接
   続した請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力機器の
   地絡検出器。
6. 【請求項６】 前記整流素子の出力側に、サージ性の電
   流を通過させるフィルタと、商用交流のサージを通過さ
   せるフィルタを接続した請求項１〜５のいずれか１項に
   記載の電力機器の地絡検出器。