JPS5944925A - 地絡相検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、非１客１也系配電線などの系統に使用され
る地絡相検出装置に関するものである３゜従来この種の
装置として第１図に示すものがあった。図において、１
ａ、１ｂ、１ｃは３相平衡電源、２　ａ　、　２　ｂ　
＊　２　ｃは前記３相平衡電源に接続された３相配電線
−３’　ｙ　３　ｂ　＝　３　ｃは前記３相配電線が有
する対地静電容量、４は前記配電線中とれか１相に存在
するかもしれない地絡ＩＧ故点、５ａ、５ｂ、５ｃは、
配電線の各相の対地電圧を検出する分圧器、（５ａ　、
　６　ｂ　＊　６　ｃは加算器、７は電源中性点の接地
抵抗である。

次に動作について説明する。第１図のように、例えば、
ａ相が地絡ｊｌｐ故点４で抵抗Ｒｇを通して地絡した場
合−第２図のベクトル図で示すように、接地電位が０か
らＯＩに変化し、地絡型散発生後の各相の対地電圧は、
Ｖａ　、　Ｖｂ　、　Ｖｃのようになる。

事故時に線路が有している静電容量や地絡抵抗が変わる
と、点０１は円線図８上を移動する。−’＋’４１図の
分圧器５ａ　、５ｂ　、５ｃにより検出される電圧Ｖａ
　、　Ｖｂ　、　Ｖｃを加算器６ａ、６ｂ、６ｃを通す
ことにより次のような出力が得られる。

ｖ、＝ｖ２Ｌ＋ｖｂ／２．ｖｔ＝ｖｂ＋ｖｃ／２Ｖ、＝
　ＶＣ＋　Ｖａ／２ これらの電圧を第２図のベクトル図中に示したが、この
図からもわかるように、このようにして合成されるベク
トルの大きさは事故相に対応するものが最も小さい。即
ち、ａ相で地絡事故が発生した時には、ベクトルの振幅
の間に、 Ｉｖｌｌ＜　１ｅａｌ　＜　ｌＶ、ｌ　、　ＩＶ３１と
いう関係が成り立ち、また他の相で事故が発生した場合
にも、同様な形の関係が成り立つ。

従って、上記関係式を利用して事故相を判別することが
できる。

従来の地絡相検出装置は上述のように、木質的には、事
故前後の各相対増電圧の絶対値の変動を検出し、それら
電圧間の大小がら地絡相を判別するが、事故時に線路が
有する対地静電容量Ｃ０および地絡抵抗Ｒｇがともに大
きい場合には、健全時と、事故時の電圧の差が極めて小
さいため、検出が困！Ｊ（ｔになり、感度を向上させよ
うとすると、分圧器の分圧比および加算器の精度が各相
間で高度に平衡していることが必要な上、例え、それが
実現されたとしても、ノイズによる誤動作が起こり易く
なるという欠点があった。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、事故電流に比例して、発生する零
相電圧を直接に検出し、その波形全体から地絡相を判別
できる地絡相検出方式を提供することを目的としている
。

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図と同一部分を同一符号で表わす第３図において、
９は零相電圧Ｖ。を検出する容量分圧器（零相電圧検出
器）１０は電源の星形（目電圧がら一定の角度遅れたベ
クトルに相当する参照゛電圧Ｕａ　。

ｕｂ　、　Ｌｌｃを発生する３相移相変圧器（参照電圧
発生器）、１１ａ、１１ｂ、１１ｃは各相電圧Ｖ。と参
照電圧ｕａ　、　Ｌｌｂ　、　Ｕｃを掛は合わす掛算器
、１２ａ、１２ｂ、１２ｃは上記掛算器の出力を積分す
る積分器、１３ａ、１３ｂ、１３ｃは上記積分器の出力
に重畳している直流成分を取り除く時定数の長い微分回
路、１４ａ、１４ｂ、１４ｃは前記微分回路の出力を閾
値とＸ較する比較器である。１５は微分回路の出力に含
まれる交流成分の振幅を求めるピーク値検出回路、１６
は増幅器、１７ａ。

１７ｂはダイオードである。

次に本発明による第３図の装置の動作、原理を説明する
。いま考えている系の３相平衡電源１ａ、１ｂ、１ｃの
相電圧ｅａ　、　ｅｂ　、　ｅｃは次のように表わすこ
とができる。

ｅａ　＝　Ｅ　ｓｉｎωを 位相変圧器１０により、上記相電圧よりもそれぞれ角度
αだけ遅れた位相の参照電圧ｕａ　、　Ｕｂ　、　Ｕｃ
を発生するとすれば、それらは次式で表わされる。

ｕａ　＝　Ｅ　＠Ｓｉｎ　（ωを一α）２ ｕｂ＝Ｅ＠５ｉｎ（ωｔ−ａ　−−π）ｕｃ　　＝　　
Ｅ　　−ｓｉｎ　　（ωｔ　−α　−−π　　）これら
の電圧は線間電圧に関係しているので、第３図に示した
ような＆相のみの非平衡地絡事故がある場合にも変化し
ない。

しかし、ａ相で地絡抵抗Ｒｇの事故が発生すると−この
３相回路の中性点電位が変動し、零相電圧Ｖ。

が発生し、容量分圧器の出力に現われる。上記零相電圧
Ｖ０は地絡抵抗Ｒ３と３相線路の静電容量へ、電源中性
点の接地抵抗Ｒ，にも関係して次のように表わされる。

ｖｏ＝　−ｖ。”　Ｓｊｎ　（（ｉ）ｊ−〇）ただし、 １△Ｎ＋　’／Ｒｇ 第４図は上記電圧ｅａ　、　ｅｂ　、　ｅｃ　、　Ｕａ
ｏ　、　ｕｂｏ　、　Ｌｌｃｏ　。

ｕａ　、　ｕｂ　、　ＬｌｃおよびＶ。の間の関係をベ
クトル図で示したもので、Ｒｇの値が変化するどベクト
ルＶ。の足は円線図８の上を移動する。

この零相電圧Ｖ０と各参照電圧ｕａ　、　Ｌｌｌ）　、
　Ｌｌｃとを第３図の１１ａ、ｆｉｂ、１１ｃにボす掛
Ｗ器で掛は合わすことにより１次のような電圧Ｗａ　、
Ｗｂ　、Ｗｅが得られる。

Ｗａ　＝　Ｖｏ’　ｕａ　＝−−■。−Ｆ：（ｃｏｓ（
θ−α）　−ｃｍ　（２ωを一θ−α））これらの右辺
第１項の直流成分はベクトル図における零相電圧の各参
照電圧に比例した量である。

第４図のベクトル図からもわかるように、ａ相で地絡が
起った場合には、Ｖｏのベクトルの足が円線図８の上の
どこかに来るので、αを０°から９０°の間の適当な角
度に選定して置けば、ＶｏとＬｌａはほぼ反対向きとな
り、上記のＷａの直流成分は負となるが、地絡相でない
Ｗｂ　、　Ｗｃの直流成分は正又は小さな負の値となる
。

従って、この直流成分から地絡相を検出することができ
る。しかし、上式の第２項は１１！を量的に振動する項
であり、この項の影響をＪ１５ζり除くためには、積分
器１２ａｔ１２ｂｙ１２ｃによりこれらの：迂を時間的
に°積分すればよい。このようにして得られるＷＰＬ、
　Ｗｂ　、　Ｗｃは事故が発生しない場合には零どなる
が一事故が生ずると次のような信壮が発生ずる。

翁（２ωを一θ−α）−ｓｉｎ（２ωｔｇ−ｏ−α））
〕−−−（ｓｉｎ（２ωを一一α−−ｘ　）−ｓｉｎ　
（２ωｔｇ−２ω　　　　　　　　　　　３ θ−α−−π）） ただし、ｔｇは事故発生の時刻である。

このような積分量Ｗａｏ　、　Ｗｂｏ　、　Ｗｃｏを時
定数の長い微分回路１！＋ａ、１５ｂ、１３ｃに通すと
、前記掛算器１１ａ、１１ｂ、１１ｃあるいは積分器１
２ａ、１２ｂ、１．２ｃなどの演算誤差などによる直流
成分がｗａｏ　、　Ｗｂｏ　、　Ｗｃｏに含まれている
場合には、それらの直流成分が取り除かれたｉｌｗａ。

ｗｂ　、　Ｗｃが出力される。

これらの積分量Ｗａ　、　Ｗｂ　、　Ｗｏが時間的に推
移する状態を第５図に示しである。これによると、事故
相成分（今の場合はＷａ　）は２ωで振動しながら時間
とともに負の方向に増加し続けているのに対し、事故の
無い相の成分は、正の方向に増加したり、或は、はとん
ど変化しない。

このようなことは他の相に事故が発生した場合にも同様
に発生する現象である。従って−ある負の閾値−ｗｔｈ
　＊設定して第３図１４＆、１４ｂ。

１４ｃの比較器に入れて置けば、どの相かの積分値が、
この閾値に達したときに地絡相に対応した信号ａ、ｂ、
ｃを発生することができる。

しかし、第５図かられかるように、積分量Ｗａ　。

Ｗｂ　、　Ｗｅには２ωの交流成分が含まれている。も
しこの交流成分が大きい場合に、第５図の−Ｗｔｈ。

Ｚ閾値に設定していると、　ｗｂも閾値−Ｗｔｈｏを超
えるため誤動作する恐れがある。それを防［１−するた
めには−交流的振動成分の大きさに応じて、閾値を変え
るようにし、交流的振動が大きい時１３ま、閾値が高く
なるようにすれば良い。

この機能を備えたのが、第３図のピーク値検出回路１５
、増幅器１６、ダイオード１７ａ、１７ｂで構成される
回路である。この回路によると、比較器１４ａ、１４ｂ
、１４ｃに入力される閾値−ｗｔｈ　ハ、ピーク値検出
回路１５によって検出される交流的振動成分のピーク値
Ｅ、と増幅器１６の増幅率Ａによって、次のように設定
できる。

従って、閾値−ｗｔｈを積分量Ｗａ　、　Ｗｂ　、　Ｗ
ｅの交流的振動成分の大きさによって、自動的に設定で
きるため、誤動作を阻止できる。

上述の場合、積分器１２ａ、１２ｂ、１２ｃが完全な時
間積分を行なう場合を考慮したが、掛算器１１ａ、１　
ｌｂ、１１ｃの演ＷｆｌｌＪ度などが原因で少しでも直
流成分があれば、これが蓄積する。

これを避けるため、積分器１２ａ、１２ｂ、１２Ｃの特
性を適当な時定数をもつ積分、すなわち、１次遅れ要素
の伝達関数 １　＋　ＳＴ となるようにすることが必要である。なお、積分の時定
数Ｔは検出すべき地絡事故の現象に比較し、適当に長く
選定しておけば、上記で説明した機能はそのまま保持さ
れる。

上記実施例では、参照電圧ｕａ　、　Ｕｂ　、　Ｕｃを
正弦波として用いているが、これらを正弦波と同位相で
振幅一定の矩形波にしても、上記実施例と同様のｔ；：
Ｃ能をもつ装置を得ることができる。このことを波形で
表わした場合Ｚ第６図に示す。この第６図は、ａ相で地
絡事故が発生した萌後の各部の波形が示してあり、第６
図（（）は参照電圧Ｌｊａを矩形波に変換した波形−１
０１は零相電圧ｖ、、、　（ｔ−ＪはＶ。、！：ｕａの
積Ｗａ、四はＷａの積Ｗａである。

上の例では、参照電圧を矩形波としたが、零相電圧Ｖ。

の方をそれらの位相情報だけをもつ、一定振幅の矩形波
に成形して掛算器に入力しても、上記実施例と同様の機
能をもつ装置を得ることができる。

また、零相電圧の検出感度を」二げて一地絡相の検出７
行なおうとした場合、演丑回路のダイナミックレンジの
制約から、大きな零相電圧の信号に対しては、Ｖｏを求
める回路に飽和現象が起る場合もあるが、この極端な場
合が上の矩形波の零相電圧を用いるものに対応すること
を考慮するど、演算回路に飽和が起っても、零相電圧の
位相の情報は残るので問題なく、地絡相の検出が可能で
ある。

上記実施例では、参照電圧Ｕａ　、　Ｌｌｂ　、　ｕｃ
を算出するのに３相移相変圧器を利用したがこれに限定
することなく、容量分圧器を利用して参照電圧を算出す
ることも可能である。

第７図はα＝６００の場合の例を示す電気回路図である
。

以上のように、この発明によれば、系統の零相電圧の波
形全体からの情報を掛算器で処理し、積分器である期間
の情報を集積して、事故相を判別するようにしたので、
ノイズが存在する場合にも正確にしかも安定に動作する
地絡相検出装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の地絡相検出装置の構造を示す回路図、第
２図は地絡事故発生時の各相電圧および零相電圧のベク
トル関係を示すベクトル図、第３図は本発明による地絡
相検出装置の構造を示す回路図、第４図は参照電圧、各
相電圧および零相電圧のベクトル関係を示すベクトル図
、第５図は零相電圧の各参照電圧方向成分の積分量が時
間的に推移する様子Ｚ示す特性図、第６図は参照電圧を
矩形波に変換して用いる場合の規、象を示す波形図で−
（イ）は参照電圧Ｕａ、（ロ）は零相電圧Ｖ。−バ）は
Ｕａとｖｏの積Ｗａ％四はＷａの積分Ｗａが時間的に変
化する様子の一例を示す特性図、第７図は容Ｃｄ分圧器
を利用して、参照電圧を算出するときの実施例を示す回
路図である。 １ａ、１ｂ、１ｃｍ−−３相平衡電源、２ａ、２ｂ、２
ａ・−３相配電’ｌ’ｊ＋１−３　ａ　？　３ｂ　Ｔ　
’）　ｃ　・・・対地静電容量、４・・・地絡事故点、
５ａ、５ｂ、５ｃ・・・容量分圧器−６ａｙ６ｂｔ６ｃ
・・・加算器−７・・・？ｊ（源中性点接地抵抗、８・
・・円線図−９・・・容１辻分圧器、１０−・・移相変
圧器、１１ａ、１１ｂ、１１ｃｍ、・掛算器、１２ａ、
１２ｔｙ　、１２０−・−積分器、１ろａ、１５ｂ、１
５ａ−・−微分回路、１４　ａ　ｖ　１４　ｂ＋１４ｃ
・・・比較器、１５・・・ピーク値検出回路、１６・・
・増幅器、１７ａ、１７ｂ・・・ダイオード。なお図中
、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　葛野信−（ほか１名） 第　　Ｊ　　図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）平衡３相電力を供給する中性点が有効に接地され
   ていない電力系統と、この電力系統の各相の対地電圧か
   ら零相電圧を検出する零相電圧検出器と、各相の星形相
   電圧よりθ°から９００間の所定の角度だけ遅れたベク
   トルに相当する３個の参照電圧を発生させる参照電圧発
   生器と、上記参照電圧の積をそれぞれ掛算する掛算器群
   と、この掛算器の出力を積分する積分器群と、この積分
   器の出力が供給され、上記電力系統の地絡相に相当成分
   の負閾値が供給され、事故相を判定する比較器群と。 前記積分器群に接続され、前記積分量の変化量が大きい
   ときは、前記閾値の絶対値が大きくなるように積分量の
   変化［１に応じて閾値が自動的に設定するピーク値検出
   回路を備えた地絡相検出装置。 （２１，４：記参照電圧どして、各相の星形相電圧より
   。 θ°から９００間、零相電圧の振幅によって決定される
   角だけ遅れたベクトルに相当する３個の正弦波電圧と同
   じ位相をもつ矩形波電圧を用いることを特徴とする特許
   請求の範囲ｆ第１項記載の地絡相検出装置。 （３）上記零相電圧を検出し、上記参照電圧の遅れ角α
   を決定し、電圧比較器などを用い、振ＩＦ・ｉ一定で、
   零相電圧と同位相の矩形波電圧を発生させて、前記掛算
   器に供給することを特徴とする特許請求の範囲第１頌９
   巳第２項記載の地絡相検出袋；べ。 （４）上記零相電圧を検出し、上記参照電圧の遅れ角α
   を決定し、該零相電圧を増幅器にて増幅し、所定レベル
   以上の零相電圧に対して、増幅器の出力が飽和するよう
   にして、前記掛算器に供給する（５）上記参照電圧と上
   記零相電圧の積を積分器で積分し、該積分器の前又は後
   にコンデンサを挿設し、これらの積分量に含まれている
   直流成分を除去する微分回路を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項、第２項、第３項」・よび第、ｉ
   １嗜ヒ載の地絡相検出装置１’ｌｊ。