JPS5950721A - 地絡相検出装置 - Google Patents

地絡相検出装置

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JPS5950721A
JPS5950721A JP16280682A JP16280682A JPS5950721A JP S5950721 A JPS5950721 A JP S5950721A JP 16280682 A JP16280682 A JP 16280682A JP 16280682 A JP16280682 A JP 16280682A JP S5950721 A JPS5950721 A JP S5950721A
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直毅 増田
義一 渋谷
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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。
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