JPS5828810B2 - 地絡検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はブリッジ結線の整流器回路を系統内に持つ３相
交流配電系統において、接地形計器用変圧器を利用し、
かつこれと若干の器具を組合せ、整流器から見た交流側
での地絡及び整流器から見た直流側での地絡を検出して
これらを明確に判別し得るようにした地絡検出装置に関
する。

一般に交流配電線の地絡を検出するには、系統の一部を
直接またはインピーダンスを介して接地してふき、地絡
事故が発生した場合には地絡点から接地点に電流を流し
、このときの系統の零相電圧または零相電流を検出する
ようにしている。

特に零相電圧は接地形計器用変圧器（以下ＧＰＴと略す
）を用いれば簡単に得られることから、通常は第１図に
示すようなＧＰＴを使用した地絡検出装置が広く採用さ
れている。

すなわち、第１図は非接地系交流配電線の地絡検出をＧ
ＰＴを用いて行なう場合の一例を示すもので、１は３相
交流電源、２は変圧器、３は負荷への給電系、４はＧＰ
Ｔ−次回路の保護用ヒユーズ、５はＧＰＴ、 ６はＧＰ
Ｔ三次側の開放３角巻線端に接続された地絡電圧継電器
である。

従って、かかる構成の地絡検出装置において、給電系に
地絡事故が発生し、地絡点よりＧＰＴ５の一次側接地点
に電流が流れると、そのときＧＰＴ５の三次側に発生す
る零相電圧により地絡電圧継電器６が動作するので、給
電系３の地絡が簡単に検出できる。

一方、系統内に整流器を持つ直流回路での地絡検出には
一般に第２図に示すような地絡検出装置が採用されてい
る。

すなわち、第２図は３相ブリツジ結線の整流器の直流出
力側に直流地絡検出装置を設置した場合の一例を示すも
ので、１１は３相交流配線、１２はブリッジ結線の整流
器、１３は直流電圧を分圧しその中性点を接地するため
の抵抗器、１４は抵抗器１３に印加される電圧で動作し
、地絡時に抵抗器１３の分担電圧が変化した場合の電圧
変化を検出する継電器、１５は負荷である。

従って、かかる直流地絡検出装置において、直流回路で
の地絡を検出するには、整流器１２の正、負両極間に接
続された抵抗器１３の中点を接地しておき、直流の配電
線で地絡事故が発生した場合には中点で分割された２個
の抵抗器１３の分担電圧が変ることを利用し電圧変化検
出継電器１４により地絡検出を行なうようにしている。

ところが近時非常に多く使われるようになった３相の交
流電源と整流器負荷を絶縁変圧器を介さず直接接続した
電気設備で前記のＧＰＴによる交流側地絡検出装置と直
流側地絡検出装置を併用すると、直流側での接地点電位
は３相交流電源の相回転に伴なって絶えず変化するもの
であるから、ＧＰＴの中点電位とは常に電位差を有する
ことになり、両接地点を通して常に電流が流れることに
なる。

つまり地絡電流がなくても接地電流が流れることになり
、ＧＰＴの三次開放三角巻線端子間には常に電圧を生じ
、このためこの回路に挿入した継電器が誤動作する結果
になる。

従って、両装置を同時に系統内に設置することは不可能
である。

但し、当然のことながら交流電源との間に絶縁変圧器を
おいた系統ではこのようなことは起らない。

また交流側にのみＧＰＴによる地絡検出装置を設けた場
合で直流側に地絡を生ずると、地絡電流は若干の交流分
が重畳した直流、すなわち、脈流であり、ＧＰＴの三次
側にはほとんど電圧が現われないため、検出は困難であ
る。

次に直流側にのみ地籍検出装置を設けた場合で、交流側
に地絡が発生すると、整流器の転流動作に従って正、負
両極が交互に地絡していることと等価となり、結局交流
側の地絡は直流側の検出装置では検出は困難である。

以上の理由により従来の設備においては交流側、直流側
いずれか片方の地絡検出装置のみが設置され、他の側で
の地絡検出は困難とされていた。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的はブリッジ結線の整流器による直流回路を系統内
に持っ３相交流配電系統において、同−系統内での交流
側の地絡検出、直流側の地絡検出を可能とし、系統内の
全ての点での地絡を検出し保護することができ・る地絡
検出装置を提供しようとするものである。

以下本発明の一実施ワ１１を図面を参照して説明する。

第３図は本発明による地絡検出装置の回路構成例を示す
ものである。

すなわち、第３図において２１は３相交流電源、２２は
この交流電源２１に変圧器２３を介して接続された配電
線で、この配電線２２にはブリッジ結線の整流器２４の
入力端子が接続され、その出力端子には負荷２５が接続
されている。

また、２６は３相各相に対応する一次巻線２７、二次巻
線２８及び三次巻線２９を備えたＧＰＴで、このＧＰＴ
２６の各相−次巻線２２７の一端をＧＰＴ−次回路次回
用保護用ヒユーズ３０て配電線２２に接続し、その一次
巻線２７の他端を共通に接続し抵抗器３１を介して接地
する。

抵抗器３１の両端を単相全波整流器３２の入力端子に接
続し、その出力端子をコンデンサ３３及び抵抗３４から
なる平滑回路３５を介して直流地絡検出用直流電圧継電
器３６に接続する。

また、ＧＰＴ２６の各相三次巻線２９をオープンデルタ
に結線しその開放端に交流地絡電流制限用抵抗器３７を
接続し、この抵抗器３７に並列に地絡電圧継電器３８を
接続する。

一方、３９は交流側での地絡を検出する接点回路で、こ
の接点回路３９は地絡電圧継電器３８の常開接点３８ａ
と直流地絡検出用直流電圧継電器３６の常閉接点３６ｂ
を直列接続したものであり、また４０は直流地絡を検出
する接点回路で、この接点回路４０は上記直流電圧継電
器３６の常開接点３６ａを設けたものである。

図中Ａ点、Ｂ点はそれぞれ交流側、直流側での地絡点を
示し、４１，４２はそれぞれ地絡点の抵抗を示すもので
ある。

次に上記のように構成された地絡検出装置の作用につい
て述べる。

（１）系統内に地絡を生じていない場合 系統内の交流側或いは直流側に地絡を生じでいない場合
には接地点の抵抗器３１を流れる電流はほとんど配電線
２２の大地に対する静電容量の寄与分のみであり、しか
もこの電流は一般に小さいので地絡検出用継電器として
はこの電圧によるＧＰＴ三次電圧及び接地点の抵抗器３
１の両端電圧で動作しないようにそれぞれの継電器の感
度を選べば、従来の地絡保護装置と同等の取扱いが可能
であり、継電器の誤動作はない。

このため以下の説明には簡単のため静電容量の影響は無
視する。

（２）交流側に地絡を生じた場合 第３図において交流側のＡ点に地絡を生じた場合、ＧＰ
Ｔ２６の一次巻線２７対三次巻線２９の巻数比をＮ１抵
抗器３１の値をＲ２、抵抗器３７のＧＰＴ−次側に換算
した値をＲ１、地絡点抵抗４１の値をｒとすれば１．Ｇ
ＰＴ２６の三次巻線２９のオープンデルタ開放端子間に
現われる電圧は、 但し、Ｅは電源の相電圧 となる。

これを従来のＧＰＴ中性点に抵抗Ｒ２を挿入しない方式
の場合の電圧■。

′と比べると、 となる。

つまり本発明の方式により得られる電圧は従来の方式に
より得られる電圧より（２）式の右辺の値だけ減少する
ことになるが、これはあらかじめ地絡検出継電器３８の
感度をこの値に逆比「１１するようにしておけば、従来
方式と全く同等の地絡検出感度が得られる。

一方、交流側の地絡時に抵抗器３１に流れる電流は交流
であり、この電流の流れる回路にはＧＰＴ２６の三次側
の電流制限抵抗器３７が等価的に直列に入ることになる
。

従って、この電流値は直流地絡時に抵抗器３１に流れる
電流よりはるかに小さい。

このため、直流地絡検出用直流電圧継電器３６は交流地
絡時には不動作とすることができる。

（３）直流側に地絡を生じた場合 第３図において、直流側の一端Ｂ点（ここでは例として
（１）側とした）が地絡すると、地絡点の抵抗４２及び
ＧＰＴ２６の一次側中性点に挿入された抵抗器３１を通
して地絡点とＧＰＴ２６の一次側中性点が結ばれる。

このとき第３図のＢ点とＣ点との間には第４図の１のよ
うな電圧が印加され、Ｃ点につながるＧＰＴ２６の一次
巻線２７は直流励磁を受ける。

Ｄ、Ｅ点に関しても位相が１２００ずつ遅れるだけでり
。

Ｅ点とＢ点に印加される電圧はＣ−Ｂ間に印加されるも
のと同等である。

すなわち、第４図は第３図の回路で直流側が地絡した場
合、ＧＰＴ２６の一次巻線２７の交流電源側端子と接地
点の間に印加される電圧波形を示すもので、太線■の波
形が印加電圧波形であり、■サイクルの区間は■として
示しである。

従って、このような電圧波形により直流励磁を受ければ
、ＧＰＴ２６の鉄心は偏磁され、ＧＰＴ２６の一次巻線
２７のインピーダンスは極端に減少する。

抵抗器３１の値をＲ２，地絡点の抵抗４２の値をｒとす
ると、ｒ＋Ｒ２が小さい程これの減少の度合は犬である
。

第３図の場合、（羽側が地絡した場合を考えるので、整
流素子Ｕ＋、ｖ＋、Ｗ＋が導通する１２０°間隔毎に導
通している素子を通じて第５図の■のような地絡電流が
流れる。

すなわち、第５図は第３図の回路において直流側が地絡
した際の地絡電流波形を示すもので、電源の相電圧をＥ
ｕ ＨＥ ｖ ２ Ｅｗとし、相回転順序をｕ−＋ｖ
→ｗとした場合■はＥｕ１ＶはＥｖ、 ＶＩはＥｗの電
圧波形であり、また太線の■は地絡電流の波形、さらに
■、■、■はそれぞれＵ＋、Ｖ＋Ｗ＋の素子が導通して
いる区間である。

ＧＰＴ２６の一次巻線２７のインピーダンスは直流励磁
のために減少し、中性点に挿入された抵抗器３１の抵抗
値Ｒ２に比して小さいと見なせば地絡電流の平均値１ｇ
は として得られる。

この場合地絡電流は第３図の整流器２４の極性から明ら
かなように地絡点からＧＰＴ２６の一次巻線２７の中点
方向に流れる。

一方、直流の（→側で地絡を生ずれば、回路の対称性か
ら考えて明らかなように地絡電流は大きいが、（１）側
の場合と同じで電流の向きだけが逆になる。

この電流は第５図の■のようにリップルを含んだ直流で
あり、この電流による第３図の抵抗器３１の両端の電圧
をとり出し、第図の整流器３２、平滑回路３５を通せば
地絡電流に比例した直流電圧が得られる。

さらにこの電圧を直流電圧継電器３６により検出すれば
、直流側での地絡を検出することが可能である。

一方、直流地絡時にはＧＰＴ２６の一次巻線２７に直流
電流が流れ直流励磁されるため、ＧＰＴ２６の三次巻線
２９に現われる電圧は交流地絡時に現われる電圧に比較
して小さいので、第３図の地絡検出継電器３８が動作す
る機会は少ないが、ＧＰＴ２６の鉄心特性によっては動
作することもあり得る。

従って、交流側地絡、直流側地絡をはっきり区別するに
は、直流側地絡時に動作するのは直流電圧継電器３６の
みであることに着目して、第３図の接点出力回路３９．
４０を形成すればよいことになる。

このようにすれば接点出力回路３９．４０から得られる
出力により地絡事故点が交流側にあるのか直流側にある
のかを明確に区別できるので、故障点の早期発見が可能
となる。

このため、事故の復旧が迅速となり、一部分の故障が全
体に大きな影響を及ぼすようなことがない。

以上は本発明による地絡検出装置における回路構成の一
例ニついて述べたが、その一部を次のように変形しても
前述同様にして実施できるものである。

（ａ） 直流地絡検出の場合、第３図では抵抗器３１
の両端電圧を整流器３２、平滑回路３５を通して直流電
圧に変換した例を示したが、抵抗器３１を２分割にして
第６図に示す如く回路構成してもよい。

すなわち、第６図に示すように２分割された抵抗器３１
ａ 、３１ ｂの両端電圧を整流器３２ａ 、３２ｂ
で整流し、これをコンデンサ３３ａ ｊ ３３ｂと抵抗
３４ ａ ） ３４ ｂからなる平滑回路３５ａ 、３
５ｂを通して地絡電流の向きを判別する継電器３６ａ
、３６ｂに加えるようにしてもよい。

従って、このようにすれば直流側での地絡発生時にその
極性を判別することが可能となる。

つまり、第６図において例えば地絡電流が接地極からＧ
ＰＴ２６の一次側中性点の方向に流れた場合には整流器
３２ｂが通電し継電器３６ｂのみが動作し、逆に地絡電
流の向きがこれと反対の場合には整流器３２ａが通電し
、継電器３６ａのみが動作する。

このように構成しても交流側での地絡検出に関しては特
性の変化がなく、一方ＧＰＴ２６の三次巻線２９の各相
に従来から行なわれているような接地表示灯を設ければ
、交流側地絡時の地絡相も容易に検出することができる
。

また直流地絡に対しては極性をも併せて検出できるので
、故障点に対する検出エリアをさらに狭くすることが可
能となり、より一層故障点の早期発見が可能になる。

（ｂ） 直流地絡検出の際、第３図では、地絡電流に
よる抵抗器３１の両端電圧を利用したが、最終的に直流
電圧継電器３６に印加する電圧を得る手段としては抵抗
器３１に可変タップを設け、これにより抵抗器３１の電
圧を分圧して得ても、或いは平滑回路３５の出力回路に
可変の抵抗器を挿入しこの抵抗器により平滑された直流
出力電圧を分圧して得ても本発明の主旨を変えない地絡
検出装置を構成できる。

（ｃ） 直流地絡検出の際、第３図では地絡電流のレ
ベルを検出するのに継電器３６を使用した例を示したが
、検出器としては継電器に限らず、例えば電子装置を用
いた電位検出器のように直流の電位を検出できるもので
あれば何でもよい。

（ｄ） 直流地絡検出の場合、第３図では地絡電流に
よる抵抗器３１の電圧降下を利用する例を示したが、地
絡電流を検出するには抵抗器３１に直列に電流動作型の
直流継電器を挿入しても効果は同じである。

電流継電器を適用し且つ（ａ）項で述べた如く電流の向
きを判別するためには、第７図に示す如く構成すれば容
易に実現可能である。

すなわち、第７図に示すように、直流地絡の検出のため
にＧ Ｐ Ｔ＝２６の一次側中性点と接地極との間に挿
入した抵抗器３１に直列に整流器３２ａ ｔ ３２ｂを
それぞれ介して電流継電器４３ａ 、４３ｂを設は直流
地絡の極性を判別するようにするものである。

（ｅ） 第３図に示す実施例では三相接地形計器用変
圧器ＧＰＴを使用したが、単相の変圧器を３台用いても
ＧＰＴから二次巻線を省いたものと同等の結線が可能で
あり、従って単相の変圧器３台をＧＰＴの代りとして用
いても本発明の装置は容易に実現できる。

（ｆ） 系統内に位相制御付整流回路を有し、位相制
御により直流出力電圧を変化している場合には、位相制
御角αの状態によって直流地絡電流の値が変る。

前記（ｃ）項で述べた如く直流側地絡時のＧＰＴ２６の
一次巻線２７のインピーダンスを無視し導通している素
子の区間に回路を分けて地絡電流を求めると地絡電流の
平均値Ｉｇはおよそ 但し、Ｅは電源の相電圧、αは位相制御角で得られる。

この電流もまたリップルを含んだ直流であり、この電流
による抵抗器３１の両端電圧を第３図の整流器３２、平
滑回路３５を通して平滑化された直流電圧に変換すれば
直流電圧継電器３６により直流側での地絡が検出できる
。

またこの場合も（ｂ）項、（Ｃ）項で述べたと同様の変
形が可能である。

なお、交流側での地絡検出はこのように構成しても特性
に変化はない。

（ｇ） 本発明は三相交流電源から変換器（整流器）
を通じて負荷へ直流電力を供給する順変換システムで説
明したが、位相制御付整流器を用いてインバータ動作を
逆変換システムにおいても交流系に本発明による地絡検
出装置を設けておけば、その動作は原理的に（ｆ）項で
述べた場合と同じであり、本装置の適用が可能である。

以上述べたように本発明によればブリッジ結線の整流器
による直流回路を系統内に持つ３相交流配電系統におい
て、同−系統内での交流側の地絡検出、直流側の地絡検
出を可能とし、系統内の全ての点で地絡を検出し保護す
ることができる地絡検出装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は非接地系交流配電線の地絡検出を行なうために
ＧＰＴを用いた地絡検出装置の一例を示す回路図、第２
図は３相ブリツジ結線の整流器の直流出力側に直流地絡
検出装置を設けた場合の一例を示す回路図、第３図は本
発明による地絡検出装置の一実施例を示す回路図、第４
図は第３図の回路で直流側が地絡した場合ＧＰＴ−次巻
線の交流電源側端子と接地点の間に印加される電圧の波
形図、第５図は第３図の回路で直流側が地絡した際の地
絡電流の波形図、第６図及び第７図は本発明の他の実施
例における要部をそれぞれ示す回路図である。 ２１・・・・・・３相交流電源、２２・・・・・・配電
線、２３・・・・・・変圧器、２４・・・・・・整流器
、２５・・・・・・負荷、２６・・・・・・ＧＰＴ１２
７〜２９・・・・・・ＧＰＴの一次、二次。 三次巻線、３０・・・・・・保護ヒユーズ、３１・・・
・・・抵抗器、３２・・・・・・整流器、３５・・・・
・・平滑回路、３６・・・・・・直流地絡検出用直流電
圧継電器、３７・・・・・・抵抗器、３８・・・・・・
交流地絡検出用継電器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ブリッジ結線の整流器回路を系統内に有する３相交
   流配電系統において、交流配電系に設けられその一次側
   中性点を抵抗器を介して接地された接地形計器用変圧器
   と、この接地形計器用変圧器の三次側オープンデルタ巻
   線の開放素子間に現われる電圧で系統内の交流側での地
   絡を検出する交流地絡検出器と、前記接地形計器用変圧
   器の一次巻線が直流励磁を受けると前記抵抗器を通して
   流れる地絡電流により系統内の整流器直流側での地絡を
   検出する直流地絡検出器と、前記交流地絡検出器の動作
   時前記直流地絡検出器が動作していないことを条件に交
   流地絡検出力を送出する第１の出力回路と、前記直流地
   絡検出器の動作を条件に直流地絡検出出力を送出する第
   ２の出力回路とから成る地絡検出装置。 ２ 直流地絡検出器は抵抗器を通して流れる地絡電流が
   接地形計器用変圧器の一次側中性点から接地極の方向に
   流れているか、これとは逆方に流れているかを検出して
   直流地絡の極性を判別すると共に系統内の整流器直流側
   で地絡を検出するようにした特許請求の範囲第１項記載
   の地絡検出装置。 ３ 直流地絡検出器は抵抗を通して流れる地絡電流が接
   地形計器用変圧器の一次側中性点から接地極の方向に流
   れているか、これとは逆方向に流れているかを検出して
   直流地絡の極性を判別すると共に系統内の整流器直流側
   での地絡を検出するものとし、また第２の出力回路は直
   流地絡検出器の動作を条件に直流地絡の極性に応じた検
   出出力を送出するものとした特許請求の範囲第１項記載
   の地絡検出装置。