JPS5950721A - 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、非接地系の配電線における地絡相を検出す
る装置に関する。

従来、この種の装置として第１図に示すものがあった。

図中、１　ａ　＝　１　ｂ　＊　ｌ　ｃは３相平衡の電
源、２ａ、２ｂ、２ｃは電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｏを有する
電源１　ａ　ｅ　１　ｂ　−１ｃに接続されたａ、ｂ、
ｃ相の配電線、３ａ、３ｂ、３ｃは配電線２ａ　、’ｌ
ｂ＋　２　ｃと大地間に存在する静電容量、４は抵抗Ｒ
ｇと共に接地事故の発生を等測的に示すスイッチ、５ａ
、５ｂ、５ｃはコンデンサよりなり、配電線２ａ、２ｂ
、２ｃの電圧を分圧する分圧器、６ａ＋６ｂ、６Ｃは分
圧器５ａ、５ｂ、５ｃの電圧ｖａ。

ｖｂ、ｖｏの２電圧につき加算をする加算器、７は電源
ｉａ、１ｂ、ｉｃの中性点を接地する抵抗値ＲＭの抵抗
である。

次に、動作について説明する。分圧器５　ａ　、５ｂ、
５Ｃの電圧ｖａ、ｖｂ、ｖｏは加算器Ｂａｔ６ｂｔ６Ｃ
に対で入力され、これらの出力端には次式のような電圧
Ｖ　１　、　Ｖ　２　、　Ｖ　３が発生する。

ηｂ ｖｌ−ｖａ＋　　　ｔ　　ｖ２＝ｖｂ＋Ｙ　　ｔ　　ｖ
３＝ＶＣ”−’Ｔ”スイッチ４が投入され、ａ相の配電
線２ａが、地絡すると、静電容量３ａ、３ｂ、３ｃ及び
抵抗Ｒｇの値が変化して、第２図のベクトル図で示すよ
うに、ベクトルの中心０が円８に沿ってげに移（３） 動し、事故相の電圧ｖ１は、電圧Ｖ２．Ｖ３より小さく
なり、Ｉｖ、Ｉ　＜　１ｅａｌ　＜Ｉｖ２１又は１ｖ３
１　　となる。

この関係は、図示なしの論理回路により検出され、事故
ありに対応される。

従来の地絡相検出装置は、以上述べたように事故発生前
後において各相の対地電圧の絶対値が変化するのを検出
し、それらの間の大小関係から地絡相を判定していた。

しかし、事故時に配電線が有する静電容量及び地絡抵抗
が共に大きい場合は健全時のものとの差が顕著なものと
ならず、検出の精度が低下する。検出感度を高めるため
には、分圧器の分圧比及び加算器の動作が高度に安定し
ていることが必要である。例えこのような安定化が達成
できたとしても接続部分に接触不良等により欠相が生じ
ていることまで判別はできない。

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、地絡による事故電流に比例して
発生する零相電圧を検出し、この零相電圧と交流系統の
各相の電圧に基づく信号との論理積をとり、更に積分し
、最後に基準電圧と（４） 比較することにより、地絡相を判別できる地絡相検出装
置を提供することを目的とする。

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第３
図はこの発明の地絡相検出装置のブロック図である。図
中、９は配電線２ａ、２ｂ、２Ｃにデルタ接続された巻
線９ａと、星形に接続され、電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｏより
角度α０だけ進相の参照電圧である電圧ＬｌａＯ”　ｕ
ｂｏ　ｔ　ｕｃｏを発生する巻線９ｂと、電圧ｕａＯ、
０１）０　、　ｕに０より９０°進相の参照電圧である
電圧ｕａｏ　ｔ　ｕｂＯ、ｕｃｏ’を発生する巻線９Ｃ
を有し、移相回路の機能をもつ変圧器、１０は配電ｉ２
ａ、２ｂ、２Ｃにコンデンサ１０　ａ　、　１０ｂ。

１０Ｃの一端を接続し、他端をコンデンサ１０ｄを介し
て接地し、コンデンサ１０８〜１０ｄの接続点より零相
の電圧ｖｏを得る分圧器、１１は分圧器１０の電圧Ｖ（
１を微分して電圧ｖｏ′（＝ンＷ）を得る微分器、１２
ａ、１２ｂは電圧ｖｏ、ｖ′ｏを導入してそれぞれを２
乗した信号ｖｏ２．ｖｏ２を得る掛算器、１３は信号ｖ
ｏ２．ｖｏ″　　を加算して電圧ｖ。

の振幅Ｖ（、を２乗した信号ｖｏ２を得る加算器、１４
は信号ｖｏ２を定数Ａ１倍して定数ＡＱと加算し、信号
Ａｏ　＋ＡＩＶｏ２　　を得る加算器、１５は信号ＡＱ
　＋　ＡＩＶＱ　　を導入し、これを電圧−周波数変換
したクロック信号を発生する変換器、１６ａ〜１６ｆは
変圧器９の電圧ｕａＯ９ｕｂｏ、ｕｏＯ９ｕａ′ｏ、ｕ
ｂｏ′ｕ、、／、を変換器１５のクロック信号に従って
遅延させ、電圧０３　ｇ　１１ｂｇ　ｕ（ｇ　１３ａ’
　ｇ　１１ｂ’　ｇ　ｕｏ’を発生するもので、バゲッ
ト・ブリゲート・デバイス（ＢＢＤ）又はチャージ・カ
ップルド・デバイス（ＣＣＤ）からなる遅延素子、１７
ａ〜１７沼は遅延素子１６ａ〜１６ｆの電圧、ａ／　〜
ｕ、、／を導入し、それらの正及び負期間を零電圧との
比較により検出してゲート信号を発生する比較器、１８
ａは分圧器９の電圧ｖｏを極性反転させて電圧−ｖｏを
得る反転器、１８ｂは微分器１１の電圧ｖｏ′を極性反
転させて電圧−ｖｏ′を得る反転器、１９ａ〜１９．８
は比較器１７ａ〜１７石のゲート信号により電圧ｖｏ、
−ｖｏ、ｖｏ′、−ｖｏ′を通過させるゲート回路、２
０３〜２０ｆはゲート回路１９　ａ　、　１９ｂ；１９
Ｃ，１９ｄ；〜；１９に、１９．ａのゲート信号を導入
して加算し、信号Ｗａ１．Ｗｂｌ、Ｗｃ１゜Ｗａ２　、
　Ｗｂ２　、　Ｗ（２を発生する加算器、２１ａ、２１
ｂ、２１ｃは加算器２０２〜２０ｆの信号Ｗａ□。

Ｗａ２　；　Ｗｂｌ　、　Ｗｂ２　；　Ｗ（１、Ｗｏ２
を導入して加算し。

更に積分し、信号Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｏ　　を得る積分器、
２２ａ、２２ｂ、２２Ｃは積分器２１ａ、２１ｂ。

２１Ｃの信号Ｗ３．　Ｗｂ、　ＷＣが基準電圧−Ｗｔ以
下となるのを比較により検出したときは地絡を示す信号
ａ、ｂ、ｃを出力する比較器である。

次にこの発明の動作について説明する。電源１ａｓ１ｂ
、１Ｃの電圧ｅａ、ｅｂ、ｅ（は次式で表わされる。

従って、これらを角度α０だげ移相した変圧器９の電圧
ｕａＯｔ　ｌ１ｂ０１　ｕｏＯ及び更に９０°進めた電
圧１１ａ’ｏｓ　ｕｂ’ｏ　ｓ　ｕｃ’ｏは次のように
なる。

（７） 電圧ｕａｏ−ｕｏｏ、１１ａ′ｏ−ｕｏ′ｏは、線間電
圧に関係しているので、スイッチ４０投入で示すような
ａ相のみ、非平衡接地の事故点が発生しても変化しない
。従って、電圧ｕ３ｏ〜”ｃｏ　ｔ　ｕａｏ〜ｕｏ′ｏ
を用い、電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｏより角度αだげ遅れた移
相回路１６ａ〜１６ｆの電圧ｕａ、ｕｂ、ｕｃ、ｕａ’
。

ｕｂ、ｕｏは次のようになる。

（８） スイッチ４で示すａ相で抵抗Ｒ２の地絡事故が発生する
と、この３相回路の中性点の電位が変動し、零相の電圧
Ｖ（１が分圧器１０の出力に現われる。電圧ｖｏは、静
電容量ｃｏ、抵抗ＲＮと次式のような関係にある。

ｖ　（、＝−Ｖ　□　＊　５ｉｎ（ωｔ−θ）ただし、 ■ 第４図は、電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｏ、ｕａｏ、ｕｂｏ、ｕ
ｏｏ。

ｕａＯ／　Ｉ　”ｂｏ’　ｅ　ｕＣＯ’　Ｉ　１１３　
　ｔ　ｕｂＩ　ｌｌＣｅ　　ｕ３’　ｅ　Ｌｌｌ）’　
ｇｕｏ／　及び零相の電圧ｖｏのベクトル関係を示すベ
クトル図である。抵抗Ｒｇの値が変化すると、電圧ｖｏ
は円８の上を移動する。

電圧ｕａ、ｕｂ、ｕｏ、ｕａ′、ｕｂ′、ｕｏ′は、遅
延素子１６３〜１６ｆに入力され、信号Ａｏ＋Ａ１ｖ０
２に比例した量だけ移相され、電圧ｕａ−ｕｏ、ｕａ′
〜ｕｏ′　となって以下で説明するようにして出力され
る。

第６図は、ａ相に関連する電圧ｅａ、ｕａ、ｕａｏ。

Ｖ□　　間のベクトル関係を説明するベクトル図である
。第６図から明らかなように、電圧ｖｏの振幅ＶＱと角
度θとの間には θ−６゜８−１狗 の関係があるので、α−ＣＯ８−”　　となるように遅
延素子１６ａ〜１５ｆが変換器１５のクロック信号によ
り制御される。

遅延素子１６３〜１６ｆがｎ段のＢＢＤよりなるものと
すると、それらの出力である電圧ｕａ−ｕ。

は、電圧ｕａＯｔｕｂｏ　Ｉ　ｕ（０より角度１血だけ
遅れｆ る。ただし、ｆは変換器１５のクロック信号の周波数で
あり、ωは電源ｅａの角周波数である。電圧ｕ２０が電
圧ｅ３より遅れる角度αは、であるから、電圧ｖｏの角
度θと一致するためには、次式が満足されなければなら
ない。

（１０＋ＣＯ３”　ＶｆＩ 上式は近似的に次式で表わされる。

ｆ　：　ＡＱ　　＋　　Ａｌ−ＶＱ２ 定数ＡＱ、Ａｌは既に述べたように加算器１４に対して
設定されたものである。また、加算器１３は、次式によ
り、信号ｖｏ２．ｖｏ″　　から電圧ｖｏの（１１） 振幅Ｖｏの２乗値をもつ信号Ｖ０２を導出する。

加算器１４の信号Ａｏ＋Ａ１ｖｏ２は変換器１５に入力
されているので、変換器１５は信号ＡＯ＋ＡＩＶ（ｆに
対応した周波数ｆをもつクロック信号を発生し、遅延素
子１６ａ〜１６ｆを駆動し、角度α、θを一致させるよ
うにして電圧ｕａ　”’−１１（＊　Ｌｌａ’〜ｕｏ′
を発生する。

比較器１７ａ〜１７ｆは電圧ｕ８〜ｕｏ、を入力してい
るが、これらと電圧ｖｏとのベクトル関係は第４図に示
すようになっている。抵抗陣の値が変化すると、電圧ｖ
ｏの足は円８上を移動する。

比較器１７ａ〜１７１は電圧ｕ２−ＬＩＣｔ　ｌｌａ’
〜ｕｏ／。

についてそれぞれ正、負となる期間でゲート信号を発生
し、ゲート回路１９３〜１９．６をゲートさせる。

このようにしてゲート回路１９ａ〜１９１を通過した電
圧ｖｏ、−ｖｏ、ｖθ′、−ｖｏ′は加算器２０ａ〜２
０ｆに入力される。

（１２） ｕａ〉０．ｕａく０となる期間はそれぞれα】＋２ｎπ □　であるから、加算器２０ａの信号 ω Ｗ２１は次式のように表わせる。

従って、信号Ｗ、、１の平均値Ｗａｌｏは一一二Ｖ。

π このように、加算器２０ａの信号ＮＶａ　１には直流分
Ｗａ　１　ｏ　　がある。

第５図は第３図に示す装置の動作の波形図である。第５
図において、（ａ）は電圧ｅａ、（ｂ）は電圧ｖ。

及びｖｏ’　、（ｃ）は電圧ｕａ及びｕａ′、（ｄ）は
信号ｗａ１゜Ｗａ２、（ｅ）は信号ｗａの波形を示す。

電圧ｖｏを微分した市、圧ｖｏ′は、第５図（ｂ）に示
すように電圧ｖｏより９０°だけ進相である。第５図（
ｄｌに示すように、信号Ｗａ１．Ｗａ２間には１８０゜
の位相差があり、両者を加算することにより第５図（ｆ
ｌのように交流会の基本波成分が打ち消される。

このような加算は、積分器２１ａで行なわれ、得られる
直流分Ｗａｏは直流分”ａｌｏ　　の２倍となる。

直流分Ｗａｏは次式で示される。

一４ Ｗａｏ−ＹｖｏＣＯ５（α−θ） このような関係は他のｂ及びＣ相にも同じように成立し
、それらの直流分ｗｂｏ９ｗｏｏは次のようになる。

Ｗｌ）Ｏ−−”　ＶＯＣＯ３（α−θ＋ム）π　　　　
　　　３ Ｗｃｏ　＝　　　　１ＶＯｃｏｓ（α　−θ　−ト　／
（π）従って、上式においてθ＝αとすると、信号’Ｖ
ｉａ　ｏ−Ｗｃ　Ｏは次式のようになる。

２ ＷｂＯ＝＝　’Ｗｃ０　７．　”０ 積分器２１ａ〜２１Ｃから出力される信号Ｗ３〜Ｗｃ　
　は式で示すと次のようになる。

前述したように、信号ｗａ９ｗｂ９ｗｏは、電圧ｕａ　
＊　’ｂ　ｅ　ｕｃに比例した量をもち、地絡がなく、
（１５） ３相が平衡していれば零となるので、その場合は信号Ｗ
ａ、Ｗｂ、Ｗｏ　　も零となる。

第７図は信号Ｗａ、Ｗｌ）、Ｗｏ　　を地絡事故が発生
した時刻ｔｇの前後について示す波形図である。

図示のように、事故相の信号Ｗａは時刻騒から負方向へ
増加し、基準電圧−Ｗｊを超えている。これに対し、非
事故相の信号Ｗｂ、Ｗｏは正方向へ増加している。

このような信号Ｗ、１　ｅ　Ｗｂ、　ＷＣは、比較器２
２ａ。

２２ｂ　、　２２Ｃにおいて基準電圧−Ｗｉ　　と比較
される。

この場合は、第７図に示す関係により、比較器２２ａか
ら信号ａが出力され、Ｃ相に地絡があったことを示す。

なお、上記実施例の電圧ＶＯ，’ＶＯを波形変換器によ
り振幅が一定の矩形波に変換してもよい。第８図は、こ
のような場合の波形図を示す。第８図において、（ａｌ
は電圧ｖｏを矩形波に変換した信号、（ｂｌは電圧ｕａ
、（Ｃ）は電圧ｖｏ′を矩形波に変換した信号、（ｄ）
は信号Ｕば（ｅ）は信号ｕａ、ｕａ′　に関連したゲー
ト回路より出力される信号ｗａの波形を示す。

（１６） 信号Ｗａは、電圧ｕａと電圧ｖＯとが逆位（θ−α）で
あるため、直流分Ｗａｏのみとなるが、ｂ及びＣ相の信
号Ｗｂ、Ｗｏの直流分Ｗｂｏ、Ｗｏｏには交流分が重畳
する。直流分Ｗａｏ、Ｗｂｏ、ＷｏＯは次式％式％ 従って、直流分Ｗａｏが負、直流分Ｗｂｏが直流分Ｗａ
Ｏより小さい負、直流分Ｗ。０が正の値となる。

従って、直流分Ｖｉ’ａＱ−Ｖｌ’ｏＱを積分した信号
Ｗａ〜Ｗｏ　は、第９図に示すものとなり、上記実施例
と同じように、基準電圧−Ｗｔと比較され、事故相の判
定対象となる。第９図に示すように、信号Ｗｂ９　Ｗｏ
　は、振動成分が太きいが、事故相の判定を可能とする
ものである。

また、積分器２１ａ、２１ｂ、２１Ｃが完全な時間積分
を行なう場合を説明したが、演算素子の精度などを原因
として少しでも直流成分があれば、これが蓄積する。こ
れを避けるために、積分器２１ａ、２１ｂ、２１Ｃの特
性を適当な時定数をもつ積分、即ち一次遅れ要素の伝達
関数−ユーにす１＋ＳＴ ることか必要である。

なお、積分の時定数Ｔを、検出すべき地絡事故に比較し
て大きく取っておけば、上記で説明した機能はそのまま
保たれる。

また、零相電圧の検出感度を上げて地絡相の検出を行な
った場合、演算回路のダイナミック・レンジの制約から
零相電圧の信号に飽和が生じることがあるが、零相電圧
の位相の情報は保持されるので、地絡相の検出は可能で
ある。

上記実施例では系統のわずかの不平衡とか検出器の不平
衡などにより、正常時にもわずかに生じる零相電圧によ
って誤動作が発生するのを防ぐため、積分回路に適当な
時定数を持たせている。従って、不平衡が原因で生ずる
信号Ｗａ、Ｗｂ、Ｗ。

には地絡が発生する以前からそれぞれ値の異なる直流の
ベースが発生するので、これが閾値による地絡検出に悪
影譬を与える。このため、第１０図に示すように、積分
器（時定数Ｔの一次遅れ要素）の出力をコンデンサＣを
通してやればよい。コンデンサＣの後に置かれた抵抗Ｒ
は常時の出力べ一スを零にするためのもので、時定数Ｃ
Ｒの値は積分の時定数Ｔと同様に予想される地絡現象及
び常時の系統の擾括の程度を勘案して選択したものにす
る。ＣＲの回路と積分回路の位置を前後入れ換えても効
果は同様となる。

上記実施例では、角度α、θが一致するようにしたが、
角α、θはほぼ一致するものであってもよい。

上記実施例では、電圧ｕａｏ、ｕｂｏ、ｕｏｏ、ｕａ′
。

”ｂ’ｏ　ｔ　ｕｃ’ｏを導出するのに３相の移相変圧
器を用いたが、容量分圧器を用いて第１１図及び第１２
図のように導出してもよい。第１１図では分圧器５ａ、
５ｂ、５ｃの出力を加算器６ａ、６ｂ、６Ｃに供給して
電圧ｕａｏ　ｓ　ｕｂｏ　ｅ　ｕｃｏを算出し、更に微
分器１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより電圧ｕａ′。

、　”ｂｏ　、　１３ｏ□を発生している。一方、第１
２図で（１９） は、加算器６ａ、５ｂ、（ｉｃの出力である電圧ｕａｏ
　＊　ｕｂｏ　ｙ　ｕｃｏを加算器ｆｉｄ、ｆｉｅ、６
ｆで２つ組み合せで加算し、電圧　”ｏ、ｕｂ’ｏ　、
　ｕ　、／、を得る。

以上のように、この発明によれば、系統の零相電圧の信
号と移相された基準電圧の信号とを掛算し、更に所定期
間積分し、基準電圧とレベルの判定をすることにより事
故相の判別をするようにしたので、雑音による影響を少
なくすることができ、安定に動作する装置が得られる効
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回路図、第２図は地絡
相発生時の各相及び零相電圧のベクトル図、第３図はこ
の発明の一実施例による地絡相検出装置の回路図、第４
図は第３図に示す装置の電圧のベクトル図、第５図は第
３図に示す装置の動作の波形図、第６図は第３図に示す
装置の電圧のベクトル図、第７図は第３図に示す装置の
動作の波形図、第８図及び第９図はこの発明の他の実施
例による地絡相検出装置の波形図、第１０図乃至（２０
） 第１２図はこの発明の他の実施例による地絡相検出装置
の回路図である。 ３ａ〜３ｃ、５ａ〜５ｃ、１０ａ〜１０ｄ、ｃ−・−コ
ンデンサ、４・・・スイッチ、６ａ〜６ｆ。 １３．１４，２０ａ　〜２０ｆ−−−加算器、９・・・
変圧器、１０・・・分圧器、１１，１１ａ〜１１ｃφ・
・微分器、１２ａ、１２ｂ・・６掛算器、１５・・・変
換器、１６ａ〜１６ｆ・・・遅延素子、１７ａ〜１７看
、２２ａ〜２２Ｃ・・・比較器、１９ａ〜１９２・・・
ゲート回路、２１ａ〜２１ｃ・・・積分器。 なお、図中、同一符号は同一部分を示す。 代理人　葛野信−（ほか１名） 犀　　Ｖ　　λ 電エ　第゛；図 第　　ε　　区 （ｅ）ｔ ！　１０図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流系統から各相の電圧を導入して上記電圧に比
   例し、かつ移相された第１及び第２の電圧信号を発生す
   る回路と、上記第１及び第２の電圧信号をクロック信号
   により移相する遅延素子と、この遅延素子の出力信号が
   それぞれ正及び負となる期間を検出してゲート信号を発
   生する第１の比較器と、上記交流系統の零相電圧を微分
   して微分信号を発生する微分器と、上記零相電圧、微分
   信号、上記電相電圧の反転信号及び上記微分信号の反転
   信号を上記ゲート信号によりそれぞれ通過させるゲート
   回路と、上記ゲート回路を介した上記零相電圧及びその
   反転信号を加算する第１の加算器と、上記ゲート回路を
   介した上記微分信号及びその反転信号を加算する第２の
   加算器と、上記第１及び第２の加算器の出力信号をカロ
   算し、かつ積分する積分器と、上記積分器の出力信号が
   所定の基準電圧を超えたときに地絡を示す信号を出力す
   る第２の比較器と、上記零相電圧及び微分電圧に基づく
   所定の演算により上記零相電圧の振幅を導出する演算回
   路と、上記演算回路により導出された上記振幅を電圧・
   周波数変換して上記クロック信号を発生する変換器とを
   備えた地絡相検出装置。
2. （２）零相電圧及びその微分電圧並びにこれらの極性の
   反転信号を矩形波に変換する波形変換回路を介してそれ
   ぞれゲート回路に供給するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の地絡相検出装置。
3. （３）積分器に直流遮断用のコンデンサを直列接続した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の地絡相検出装置。