JPS61147728A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高抵抗接地系または非接地系配電線などの
３相電力系統に使用される地絡相検出装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、この種の地絡相検出装置として、第８図に示すも
のがあった。図中、ｌａ、ｌｂ、ＩＣは３相平衡電源、
２ａ、２ｂ、２Ｃはこの３相平衡電源に接続された３相
配電線、３ａ、３ｂ、３ｃはこの３相配電線がそれぞれ
有する対地静電容量、４は上記配電線のどれか１相に存
在するかもしれない接地事故点、５ａ、５ｂ、５ｃは上
記配電線の各相の対地電圧ｖａｔ　ｖｂｅ　ｖａを検出
するための容量分圧器、６ａ、６ｂ、６ｃは上記容量分
圧器の出力の加算を行なう演算増巾器、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８図のように、ａ相が接
地事故点４で抵抗Ｒｇを通して地絡した場合、第９図の
ベクトル図で示すように接地電位がＯから０′に変化し
、地絡後の各相の対地電圧はｖ、、　ｖｂｌ　ｖｅ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０′は円線図８上を動く。

第１図の容量分圧器５ａ、５ｂ、５ｃにより検出される
対地電圧Ｖａｔ　ｖｂ＋　ｖｅを加算器６ａ、６ｂ。

６ｃを通すことにより、次のような出力電圧ｖ１゜ｖ２
．ｖａが得られる。

ｖｌ＝Ｖ＠　＋　ｖｂ　／　２ｓ　ｖｚ　””Ｗｂ　＋
　Ｖｅ　／　２　Ｈｖｓ　＝ｖｅ　＋　ｖａ／’２これ
らの出力電圧ｖ１．■雪、ｖ３を、第２図のベクトル図
中に示したが、この図によってもわかるように、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
るものが一番小さくなる。

つまり、ａ相で地絡事故が発生した時、ベクトルの振巾
の間には ＩＹ、　　Ｉ＜Ｉｅ、ｌ＜ＩＹ２　＋、　　ＩＹ３１の
ような関係が成り立つ。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。そこで、適当な論理回路
を用いることにより、事故相を判別することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の地絡相検出装置は、上記のように事故前後の各相
対地電圧の給体値の変動を検出して、それらの間の大小
がら地絡相を判別するものであるが、事故時に線路が有
する対地静電容量ｃｏおよび地絡抵抗Ｒｇが共に大きい
場合には、健全時と事故時の電圧の差が極めて小さくな
ってしまうので、検出が難かしくなる。そこで、感度を
上げようとすると、分圧器の分圧比および演算増巾器の
増巾率等が各相間で、高度に平衡していることが必要な
上に、たとえそれが実現されたとしても、ノイズによる
誤動作が起こりやすくなるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、事故電流に比例して発生する零相電圧を直接
検出して、その波形全体から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している。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る地絡相検出装置は、分圧器等により検出
された３相配電線からの各相の対地電圧を入力信号とし
、これらから健全時の３相平衡各相電圧および零相電圧
、さらＫは３相平衡各相電圧からそれぞれ位相が６０’
遅れた各相参照電圧を算出した後、前記各相参照電圧お
よび零相電圧の瞬時値を掛け合わせたものに時間積分を
施こし。

これにより得られた零相電圧の各相方向成分に相当する
積分量により、地絡故障判別手段で地絡相を検出するよ
うにしたものである。

〔作用〕

この発明における地絡故障判別手段は、各相の積分器の
積分量を監視し、自相に相当する積分量が負の方向へ増
加し、かつ、その遅れ相に相当する積分量が正の方向へ
増加するような場合に、その相で地絡故障が生じたもの
と判別するから、ノイズによる影響を受けることなく、
正確に地絡相を検出することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を前記第８図と同一部分に同
一符号を付した第１図について説明する。

第１図において、９は零相電圧ＶＱを検出する零相電圧
検出手段としての容量分圧器、１０は電源の星形相電圧
ｅ＆＋　ｅｂ＋　ｅｓから角度が６０°遅れたベクトル
に相当する参照電圧ｕ、、　ｕｂ、　ｕｌｌを発生する
参照電圧発生手段としての３相移相変圧器、１１　ａ、
　　１　ｌ　ｂ、　　１１　ｃは零相電圧ｖ０　と参照
電圧”＆＋　ｕｂｅ　ｕｅを掛け合わす掛算器、１２ａ
、１２ｂ。

１２Ｃは上記掛算器の出力Ｗ、、　Ｗｂ、　Ｗ６を積分
するための積分器である。

Ａは地絡故障判別手段であり、その地絡故障判別手段は
、上記積分器１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出力Ｗａ、Ｗｂ
、Ｗｏをあらかじめ与えられた第１の閾値−Ｗｔｈｌと
比較する比較器１３ａ、１３ｂ。

１３Ｃと、上記積分器の出力をあらかじめ与えられた第
２の閾値＋Ｗ　ｔ、ｈ　２と比較する比較器１４ａ。

１４ｂ、１４ｃおよび２つの比較器１３ａと１４ｂ、１
３ｂと１４Ｇ、１３Ｃと１４ａの論理積をとるためのＡ
ＮＤ回路１５　ａ、　　１５　ｂ、　　１５　ｃとによ
り構成されている。

この発明の実施例は上記の構成からなるもので、以下、
その動作を説明する。今考えている３相電力系の３相平
衡電源１ａ、ｌｂ、ｌｃの相電圧ｅ、。

ｅｂ、　ｅ、は、次のように表わすことができる。

そして、３相移相変圧器１０により、上記相電圧よりも
それぞれ−だけ位相が遅れた参照電圧ｕａｔｕｂｅｕａ
を発生するとすれば、これら参照電圧ｕＩｌｌｕｂ＋ｕ
ｅは次のように表わすことができる。

これらの参照電圧は線間電圧忙関係しているので、第１
図に接地事故点４として示したよりなａ相のみの不平衡
接地事故がある場合にも変化がない。しかし、この３相
回路の中性点電位は変動し、零相電圧が発生する。

この零相電圧ｖ０は容量分圧器９により検出される。ま
た、この零相電圧ｖ０は地絡抵抗Ｒｇと３相線路の静電
容量ｃｏ、中性点の接地抵抗ＲＮに関係しており、次の
ように表わされる。

ＶＱ＝−ＶＱ・Ｓ市（ωを一θ） 第２図は上記の相電圧ｅａｔ　ｅｂ、　ｅ、　、参照電
圧ｕａ＋　ｕｂ＋　ｕｃおよび零相電圧ｖ（１の間の関
係をベクトル図で示したもので、地絡抵抗Ｒｇの値が変
わると、零相電圧ｖ０のベクトルの足は円線図８の上を
移動する。この零相電圧ｖ６　と各参照電圧ｕ＆＋　ｕ
ｂ、　ｕｅとを第１図の掛算器１１ａ、ｌｌｂ。

１１ｃで掛け合わすことにより、次に示すような出力電
圧Ｗ、　、　Ｗｂ、　Ｗ。が得られる。

これらの右辺第一項の直流成分は、ベクトル図における
零相電圧ｖ（１の各参照電圧方向成分に比例した量であ
る。

第２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、零相電圧ｖ（１のベクトルの足が円線
図８の上のどこか尤来るので、零相電圧ｖ（１と参照電
圧Ｕ、はほぼ反対向きとなり、上記出力電圧Ｗ、の直流
成分は負となるが、地絡相でない出力電圧Ｗｂ、　Ｗｅ
の直流成分は、正また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、上式第２項は商用周波の２倍の周波数で時
間的に撮動する項である。そこで、この項による影響を
軽減するために、第１図の積分器１２ａ、１２ｂ、１２
ｃで上記の出力電圧Ｗ　ａ　、　Ｗ　ｂ、　Ｗｅに対し
て時間積分を施こしてやることにより、積分器１２　ａ
、　　１２　ｂ、　　１２　ｃからＷａ、Ｗｂ、Ｗｃ　
なる積分量を得ろ。これらの積分量Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは
事故が発生しない場合にはすべてゼロとなるが、事故（
ここでは、ａ相での事故を仮定）が発生すると、次のよ
うな積分量となる。但し、ｔｌは事故発生の時刻である
。

これらの各積分量Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃが時間的に推移する
様子を第３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でわずかに振動しながら時
間と共に負の方向に増加し続け、七の遅れ相成分は正の
方向に増加する。これに対し、進み相成分はわずかに負
の方向へ増加したり、正の方向へ増加したりする。この
ようなことは、他相忙事故が発生した場合にも見られる
現象である。

従って、ある負の閾値−Ｗｔｈｌ、正の閾値＋Ｗｔｈ２
をあらかじめ設定（ただし、ｌ　Ｗｔｈｔ　Ｉ　＞　ｌ
　Ｗｔｈｓｌ　）して、第１図の比較器１３ａ、１３ｂ
、１３ｃおよび１４　ａ、　　１４　ｂ、　　１４　ｃ
にそれぞれ入れておけば、どこかの相の積分量が負の閾
値−Ｗｔｈｌに達して、さらにその遅れ相の積分量が正
の闇値＋Ｗｔｈｔに達した時に、地絡相忙対応した信号
ａ、ｂ、ｃを発生することができる。

この他にも、適当な論理回路が考えられるだろうが、積
分量に対して一定の閾値を用いる方法によれば、大きな
零相電圧が生じるような地絡事故に対しては積分量が急
速に変化するので、判定までの時間が短いが、小さな零
相電圧の事故に対しては、ある程度判定までの時間が長
くなる点は共通している。

上記では、積分器１２ａ、１２ｂ、１２ｃが完全な時間
積分を行なう場合を考えたが、掛算器１１　ａ、　　１
　ｌ　ｂ、　　１１　ｃの演算精度などが原因で少しで
も直流成分があればこれを蓄積する。そこで、これをの
がれるために積分器１２ａ、１２ｂ。

１２　Ｃの特性を適当な時定数を持つ積分すなわち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
べて適当に長く取っておけば、上記で説明した機能はそ
のまま保たれる。

上記実施例では、参照電圧ｕ、ｕｂ、ｕｅ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、撮巾一定
の矩形波電圧にしても、上記実施例と同様の機能を持つ
地絡相検出装置を得ることができろ。

このことを波形で示したものを第４図に示す。

この第４図には、ａ相で地絡事故が発生した（ｔ＝ｔ、
）前後の各部の波形が示してあり、（ａ）は参照電圧Ｕ
１、（ｂｌは零相電圧ｖｏ、（Ｃ１はｖｏとＵ、のｆｆ
Ｗａ、（ｄはＷｌの積分量Ｗａである。

上記例では参照電圧を矩形波としたが、零相電圧の方を
零相電圧の位相だけの情報を持つ一定振巾の矩形波に成
形して掛算器に入力しても、上記実施例と同様の機能を
持つ地絡相検出装置を得ることができる。

また、零相電圧の検出感度を上げて地絡相の検出を行な
おうとした場合、演算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飽和が起こってし
まう場合があるが、この極端な場合が上記の矩形波の零
相電圧を用いるものに対応することを考えると、演算回
路に飽和が起っても零相電圧の位相情報は残るので、問
題なく地絡相の検出が可能であることがわかる。

上記実施例では系統のわずかな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ずる零相電圧によ
る誤動作を防ぐため積分回路九時定数を持たせている。

従って、不平衡が原因で出てくる掛算器１１　ａ、　　
１　ｌ　ｂ、　　１１　ｃの出力電圧ｗ、、　Ｗ＞、　
Ｗｃのわずかな直流分が、積分器１２ａ。

１２ｂ、１２ｃでどんどん積分されることはないが、こ
の直流分により積分器の積分量Ｗａ、Ｗｂ。

Ｗｃには地絡が発生する以前から、それぞれ値の異なる
直流のペースが発生するので、これが閾値による地絡相
検出に悪影響を与えることが考えられる。

これを除去するには第５図に示すように積分器１２ａ、
１２ｂ、１２ｃ（時定数Ｔの１次遅れ要素）の積分量を
コンデンサＣＫ通してやればよい。

コンデンサＣの後に置かれた抵抗Ｒは常時の出力ベース
をゼロにするためのもので、時定数ＣＲの値は積分の時
定数Ｔと同様に予想される地絡現象および常時の系統の
じよう乱の程度を勘案して選ぶようにする。また、ＣＲ
の回路と積分回路の位置を入れ換えても動作は変わらな
い。

上記実施例では、参照電圧ｕ、、　ｕｂ＊　ｕ、を算出
するのに、３相移相変圧器１０を利用したが、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６図は、容量分圧器５ａ、５ｂ、５ｃを利用して参照
電圧を算出する一例を示したもので、１６ａ、１６ｂ、
１６ｃは各容量分圧器５ａ、５ｂ。

５Ｃの出力を入力とする演算増幅器、１７ａ、１７ｂ、
１７ｃは演算増幅器１６　ａ、　　１６　ｂ、　　１５
　ｃのいずれか２つの出力を入力とする演算増幅器であ
る。

上記実施例では、入力された各相の対地電圧の相順が正
常な場合について示したが、相順が逆の場合でも相順判
定および切換機能を付加することにより、正常な地絡相
の検出を行なうことができる。その実施例を第７図に示
す。第７図中、１３ａ＋　１３ｂ、１３ｃおよび１４　
ａ、　１４　ｂ、　　１４Ｃは第１図に示した電圧比較
器、１８ａ〜１８ｆは正相順もしくは逆相順の時にのみ
前記比較器の出力を通過させるだめのＡＮＤゲート、１
９ａ。

１９　ｂ、　　１９　ｃは前記ＡＮＤゲートの１８ａと
１８ｄ、１８ｂと１８ｅ、１８ｃと１８　ｆ（７）それ
ぞれの出力の論理和をとるためのＯＲ回路である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、３相電力系統の零相
電圧の波形全体からの情報を掛算器で処理し、積分器で
ある一定時間の情報を蓄積して事故相を判別するよ５に
構成したので、ノイズが存在する場合にも安定に動作す
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図はこの発明に基づく地絡相検出装置の一実施例の
回路構成を示す図、第２図は参照電圧と各相電圧および
零相電圧のベクトル関係を示す図、第３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を
示す図、第４図は参照電圧を矩形波とした場合の、参照
電圧ｕｈ、零相電圧ｖ６．ｕ、とｖ（、の積、ｕｌとｖ
ｏの積を積分したものの時間的に推移する様子の一例を
示す図、第５図は正常時に発生している零相電圧による
影響を取り除く手段の一例を示す図、第６図は容量分圧
器を利用して参照電圧を導出する場合の一例を示す図、
第７図は相順切換機能を備えた場合の検出の論理回路を
示す図、第８図は従来の地絡相検出装置の回路構成を示
す図、第９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図である。 １　ａ、１　ｂ、１　ｃ−−−３相平衡電源、２ａ、２
ｂ。 ２Ｃ・・・３相配電線、９・・・零相電圧検出手段（容
量分圧器）、１０・・・参照電圧発生手段（３相移相変
圧器）、ｌｌａ、ｌｌｂ、　　１１ｃ・−・掛算器、１
２ａ、１２ｂ、１２Ｃ・・・積分器、Ａ・・・地絡故障
判別手段。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）３相平衡電源に配電線を接続した３相電力系統と
   、前記配電線の各相の対地電圧から零相電圧を検出する
   零相電圧検出手段と、前記３相平衡電源の各相の相電圧
   より位相が６０°遅れた各相の参照電圧を発生する参照
   電圧発生手段と、前記各相の参照電圧および前記零相電
   圧の瞬時値を掛け合わす各相の掛算器と、前記各相の掛
   算器の出力を積分する各相の積分器と、前記各相の積分
   器の積分量を監視し、自相に相当する積分量が負の方向
   へ増加し、かつ、その遅れ相に相当する積分量が正の方
   向へ増加するような場合に、その相で地絡故障が生じた
   ものと判別する地絡故障判別手段と、を備えた地絡相検
   出装置。
2. （２）参照電圧として、各相の相電圧に対し位相が６０
   °遅れたベクトルに相当する３個の正弦波電圧と同じ位
   相を持つ矩形波電圧を用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の地絡相検出装置。
3. （３）零相電圧検出手段に、振巾一定で、零相電圧と同
   位相の矩形波電圧を発生する回路を用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の地絡相検
   出装置。
4. （４）零相電圧検出手段は、或るレベル以上の入力に対
   して検出出力が飽和するものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１または第２項記載の地絡相検出装置。
5. （５）積分器の前または後に直流成分を除去するコンデ
   ンサを接続したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   、第２項、第３項または第４項のいずれかに記載の地絡
   相検出装置。
6. （６）入力される各相の対地電圧の相順が逆の場合にも
   、正常な地絡検出ができるように相順判定及び切換機能
   を備え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、第４項または第５項のいずれかに記載の地
   絡相検出装置。