JPS6373165A - 電力設備用事故区間検出装置 - 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、送電線における地絡の発生の有無および発
生区間の同定を行なうことのできる電力設備用事故区間
検出装置に関する。

［従来の技術］ 電力設備用送電線として管路気中送電１ｉ！（以下、Ｇ
ＩＬと記す）を−例として説明する。ＧＩＬは中心導体
と金属製シースとの間を絶縁スペーサで保持し、中心導
体と金属製シースによる区間内に絶縁性ガス、たとえば
ＳＦｇガスを充填して構成される。

このようなＧＩＬはシースンリットボンドで使用される
ため、シースには導体電流と逆方向にほぼ同じ大きさの
シース電流が流れる。

このようなＧＩＬにおいては十分に耐電圧構成がとられ
ているにもかかわらず地絡が生じることがあり、これに
対する対策が必要となる。このため、送電線に地絡が生
じたとき、ＧＩＬの定められた区間内で地絡が生じたの
かあるいはこのＧＩＬ区間につながる区間外で地絡が生
じたのかを監視する必要がある。

従来のこの種の対策の１つとして、送電線の定められた
区間の両端に各々変流器（以下、０丁と記す）を設置し
、このＣＴからの信号電流により事故点を検出する機器
がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、このＣＴを用いる方式においては、ＣＴからの
信号を検知判断する信り処理回路とＣＴとの間の距離が
長く、かつその信号伝達線が電線であるため、その途中
でノイズを拾うことや、ＣＴが露出して高圧線に取付け
られているためＣＴと高圧線との接触や、ＣＴの物理的
破壊等により誤判断が生ずることがある。また、ＣＴの
形状が大きいという欠点もあった。

それゆえ、この発明の目的は上述の従来のＣＴを用いる
方式の欠点を除去し、簡単な構成で誤判断の生じない事
故区間検出装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この発明による事故区間検出装置は、送電線の定められ
た区間の両端において、送電線を流れる電流が誘起する
磁界を検出して光信号の形態で送電ｉｔ電流情報を導出
した後電気信号に変換し、区間の一方端から他方端へこ
の変換された電気信号に対応する信号を伝送した後、他
方端側で区間の両端に対して得られた送電線電流情報か
ら送電線電流の位相の相ｆｉｌｌＩｌ係を求め、地絡事
故区間区間を検出するようにしたものである。

［作用］ この発明における磁界−光一電気信号変換手段は、光信
号の形態で送電線電流情報を導出するため、信号線に光
ファイバを用いることが可能となり、一方、区間内で地
絡が発生したときと区間外で地絡が発生したときとでは
区間両端が与える電流の位相の相関関係が異なるため、
この電流の位相の相関関係を検出することにより地絡事
故区間を検出することが可能となる。また、送電線電流
情報を区間の一方端から他方端へ送信しているので事故
区間の両端間距離が大きい場合でも事故区間検出を行な
うことができる。

［発明の実施例Ｊ 第１図はこの発明の一実施例である光学的磁界センサを
用いた事故区間検出装置の構成を示す図である。第１図
において電力送電線の区間りが竺視される。区間りの両
端地点△およびＢには各々光学的磁界センサ２ａおよび
２ｂが設置される。

両磁界センサ２ａ、２ｂが導出する送電線電流に対応し
た光信号出力は２心の光フアイバケーブル３ａ　、３ｂ
により信号処理回路４ａおよび４ｂにそれぞれ伝達され
る。地点へに設けられた信号処理回路４ａは、光ファイ
バ３ａを介して磁界センサ゛２ａより与えられた信号を
電気信号に変換して電流情報伝送装置５０へ与える。電
流情報伝送装置５０は与えられた電気信号を受けてその
電気信号に対応する信号を信号線２０を介して地点Ｂ側
に設けられた電流情報受信装置５１へ与える。この伝送
装置５０から受信装置５１への信号伝送形態は様々なも
のが利用可能である。たとえば、与えられた電気信号を
増幅した後再び光信号に変換し、光ファイバからなる信
＠線２０を介して受信装置５１へ送信する構成を用いて
もよい。また、伝送装Ｗ１５０において、与えられた電
気信号をコード化されたディジタル信号に変換した後、
受信装Ｗ１５１へ伝送し、受信装置５１でもとの電気信
号に復元するように構成してもよい。いずれにしても、
伝送り１Ｎ５０を設けることにより、区間りのＡ−ａｒ
ｍ距離を大きくすることが可能となる。

なぜなら、この伝送装置５０を用いない場合、磁界セン
サ２ａと信号処理回路４ａとの距離は、磁界センサ２ａ
で導出される信号の大きさが小さく、光ファイバ３ａを
介して伝送される信号の減衰が大きいため、たとえ増幅
器を用いてもΔ−Ｂ間距離を５００１以上に大きくする
ことができないからである。電流情報受信装置５１は信
号線２０を介して伝送装置５０から与えられた送ｒｉ線
電流情報信号を受けて電気信号の形態で判別装置５へ与
える。判別装置５は、地点Ｂに設けられた信号処理回路
４ｂからの電気信号と電流情報受信装置５１からの電気
信号とを受けて地点Ａおよび地点Ｂを流れる交流電流の
位相の相関関係を検出し地絡の有無および地絡区間の判
定を行なう。

第２図はこの発明において用いられる磁界センサーの基
本動作原理を示す図である。以下、第２図を参照して磁
界センサの基本動作原理について説明する。

一定の偏光方向Ａを持つ直線偏光が、たとえばＢＳＯ単
結晶からなるファラデー素子１３へ与えられる。このフ
ァラデー素子１３には入射光の進行方向と平行に磁界Ｈ
が印加される。入射光はファラデー素子１３を通過する
際、ファラデー回転を生じ、入射光の振動方向へが一定
の角度φだけ回転される。したがって、このファラデー
素子１３の透過光は振動方向Ｂの直線偏光となる。磁界
の強さをＨ，ファラデー素子１３の長さを庭、ベルデ定
数をｖｅとすると、回転角φは φ−Ｖｅ−Ｈ−見　・・・（１） で表わされる。

第３図はこのファラデー回転を利用した磁界センサの構
造を示す図である。磁界センサ２は、ファラデー素子１
３として８８０１３１結晶を用いる。

このファラデー素子１３はその入射光側と透過光側とを
除いて誘電体多層反射Ｆ４１４で覆われる。

このファラデー素子１３の入射光側には入射光を直線偏
光に変換する偏光子１５が設置される。また、透過光側
には、光軸が偏光子１５と４５度の角度をなす検光子１
６が設置される。検光子１６とファラデー素子１３との
間には、透過光の光軸を一定角度回転させる施光子１７
が付置される。

このセンサ２の透過率Ｔ（透過光と入射光の強度比）は
、 Ｔ−（１＋５ｌｎ２φ）／２　　・（２）で表わされる
。２φくく１の条件では、式（２）％式％（３） となる。ここで磁界ＨがＨｏ５ｉｎω℃で表わされる交
番磁界の場合、透過率Ｔは式（１）と式（３）より、 Ｔ＝　（１＋２Ｖｅ　＃　Ｈａ　ｓｉｎ　ωｔ　＠　Ａ
）／２となる。したがって、透過光の直流成分と交流成
分の比率（変調の深さ）を求めることにより、磁界の強
さＨ，を求めることができる。

第４図は上述の磁界センサ２を用いて印加磁場Ｈの大ぎ
さを求める磁界センリ°回路の基本構成を示す図である
。発光ダイオード１９は、信号処理回路４からの一定の
電位信号に応答してそこを流れる電流に応じた光を発生
して磁界センサ２へ与える。磁界センサ２は発光ダイオ
ード１９から与えられた光を受けてそこに与えられる磁
界に応じた透過光をフォトダイオード２０へ与える。フ
ォトダイオード２０は磁界センサ２からの透過光に応じ
た電気信号を発生して信号処理回路４へ与える。信号処
理回路４は、フォトダイオード２０から与えられた電気
信号の直流成分が予め定められた成る値になるように発
光ダイオード１９に印加する電圧をコントロールし、直
流成分と交流成分の比を求める代わりに交流成分よりな
る磁界センサ２に印加される磁界Ｈの大きさおよび周波
数に応じた電気信号を出力する。この磁界センサ２に印
加される磁界Ｈは送電線シース電流により誘起される。

したがって、磁界Ｈの強さはシース電流の大きさに比例
しているので、この磁界Ｈの強さＨＯの変化がシース電
流の変化に対応する。すなわち、信号処理回路４が導出
する電圧信号のレベルはシース電流の大きさに対応する
。したがって、信号処理回路４が導出する信号を検知判
断することによりシース［流の大きさの変化を検知する
ことが可能となる。

第５図は第１図の判別装置５の構成を示すブロック図で
ある。判別装置５は、地点Ａおよび地点Ｂからの信号入
力を方形波に波形整形して増幅する増幅器６ａ、６ｂと
、増幅器６ａ、６ｂが導出する信号の排他的論理和をと
る排他的論理和回路７を含む。この排他的論理和回路７
からの出力信号は積分器８へ与えられる。積分器８は与
えられた信号を積分し比較器９へ与える。比較器９は積
分器８からの信号を予め定められた基準電位と比較し、
与えられた信号が基準電位より高ければ“１（”の信号
を、そうでない場合には“Ｌ”の信号をＡＮＤ回路１０
へ与える。ＡＮＤ回路１０は比較器９からの信号と、地
Ｍ時に導通状態となる一方が接地されるリレー回路３０
出力信号を反転回路３１で反転した信号とを入力する。

ＡＮＤ回路１０からの信号により表示回路１２で地絡の
有無および地絡区間の表示を行なう。表示回路１２は、
ＡＮＤ回路１０出力によりセットされてＱ出力より“Ｈ
”の信号を出力するフリップフロップ回路４０と、フリ
ツプフロツプ回路４０のＱ出力を受けて反転して出力す
るインバータ４１と、インバータ４１出力により発光す
る発光ダイオードＬＥＤと音声を発生するブザー８Ｚと
を備える。

フリップフロップ回路４０はリセットボタンＲＥＳＥＴ
によりリセットされる。

第６図は常時（地絡の生じないとき）および区１ｍＬ内
の地絡および区１１１Ｌ外の地絡における、地点Ａ、Ｂ
における電流波形と信号処理回路４ａ。

４ｂの出力信号波形を一覧にした図である。

第７図は常時および区間り内での地絡における排他的論
理和回路７および積分器８の出力信号波形を表わした図
である。以下、第５図２Ｍ６図および第７図を参照して
判別装置５の動作について説明する。

まず、地絡が生じたとき、リレー回路３０が導通状態と
なる。このことにより事故の有無がまず判別される。

次に地絡の区間判別について説明する。

区間り内の地絡のとき、第６図に見られるように信号処
理回路４ａ、４ｂの出力波形は互いに位相が１８０度異
なるとともにその振幅が大きくなる。この信号は増幅Ｂ
６ａ　、６ｂによりパルス状に波形整形されかつ増幅さ
れる。この増幅された信号は排他的論理和回路７へ与え
られ、そこで排他的論理和がとられる。排他的論理和回
路７は、与えられた信号レベルが一致する場合には“Ｌ
”の信号を出力し、与えられた信号レベルが不一致の場
合に“Ｈ”の信号を出力する。したがって、区１１ｍＬ
内で地絡が発生した場合、排他的論理和回路７の出力は
高い出力レベルの幅の広いパルス信号となる。積分器８
はその入力が正レベルのときのみ積分動作を行なう。し
たがって、第７図に見られるように、このときの積分器
８の出力信号波形は三角波であり、その出力レベルの一
部はコンパレータ９の基準設定値を越える。したがって
コンパレータ９は与えられた信号が基準設定値を越える
場合にのみ“Ｈ”の信号を出力するため、コンパレータ
９出力信号とリレー回路３０からの反転回路３１を介し
た信号とを受けるＡＮＤ回路１０は”Ｈ”の信号を発生
して表示回路１２の７リツプフロツプ回路４０のセット
人力Ｓへ与える。

フリツプフロツプ回路４０はこのセット入力に与えられ
た“Ｈ”の信号に応答してＱ出力より“Ｈ”の信号を発
生しインバータ４１を介して発光ダイオードＬＥＤおよ
びブザーＢＺを動作させる。

地絡が区間り外で発生した場合、第６図から見られるよ
うにＡ地点電流とＢ地点電流の位相がほぼ揃っている。

したがって、増幅器５ａ、（３ｂから地絡発生に伴なっ
て、たとえ信号レベルの高い信号が排他的論理和口Ｗ１
７へ与えられたとしても、排他的論理和回路７出力は常
時と同様となる。したがって、排他的論理和回路７より
後段の回路はリレー回路３０からの信号を除いて常時と
同様の信号を導出するので、地絡の表示は現われない。

このことにより、地絡は区間り外で生じたと判定される
。

このようにして送電線事故区間の検出は可能であるが、
信号処理回路４ａ　、　４ｂ　、判定回路５に故障があ
る場合、区間り内で事故が発生したときの事故区間検出
を行なうことができない。

第８図はこの発明の他の実施例を示す図であり、信号処
理回路および判別装置の故障診断を可能にする構成を示
す図である。以下、第８図を参照して故障診断回路の構
成について説明する。

地点へに対しては、信号処理回路４８出力を受け、コン
トロール信＠２５に応答して故障診断時にのみ与えられ
た信号をサンプルアンドホールドするサンプルホールド
回路２１ａと、コントロール信号２５に応答して動作し
、故障診断時にのみ商用周波数の信号を発生する発振器
２４と、サンプルホールド回路２１ａ出力をその負入力
に受け、発振器２４出力をその正入力に受ける差動アン
プ２２ａと、差動アンプ２２ａ出力に応答して流れる電
流に応じた光信号を発生して光ファイバ３ａを介して磁
界センサ２ａへ与える発光ダイオード１９ａと、磁界セ
ンサ２ａからの光ファイバ３ａを介した光信号に応答し
た電気信号を発生するフォトダイオード２０ａとが設け
られる。

地点Ｂに対しては、信号処理回路４ｂ出力を受け、コン
トロール信号２５に応答して故障診断時にのみ与えられ
た信号をサンプルアンドホールドするサンプルホールド
回路２１ｂと、発振器２４出力を受けて反転して差動増
幅器２２ｂの正入力へ与える反転回路２３と、反転回路
２３出力を正入力に受けかつサンプルホールド回路２１
ｂ出力を負入力に受ける差動アンプ２２ｂと、差動アン
プ２２ｂ出力に応答した光信号を発生して光ファイバ３
ｂを介して磁界センサ２ｂへ光信号を与える発光ダイオ
ード１９ｂと、磁界センサ２ｂからの光ファイバ３ｂを
介して光信号を電気信号に変換して信号処理回路４ｂへ
与えるフォトダイオード２０ｂとから構成される。

サンプルホールド回路２１５．２１ｂは常時は“Ｌ”に
あるコントロール信号２５に応答して利１１０ｄＢのア
ンプとして作動する。発振器２４は、“Ｌ”のコントロ
ール信号２５に応答して不活性状態にありその出力はＯ
ｖに保たれている。一方、発娠回路２４は“Ｈ″のコン
トロール信号が与えられると活性状態となり商用周波数
の信号を出力する。

次に動作について説明する。常時はサンプルホールド回
路２１ａ、２１ｂむよび発振器２４のコントロール信号
２５は“Ｌ″に保たれている。したがってサンプルホー
ルド回路２１ａ、２１ｂは共に利１？ｏｄＢのアンプと
して作動し、一方発振器２４の出力は０■に保たれてい
る。したがって発光ダイオード１９ａおよび発光ダイオ
ード１９ｂには各々信号処理回路４ａから与えられる２
１流制御信号レベルに応じた電流（通常は直′流）が流
れている。

装置の故障自己診断を行なう場合には、コントロール信
号２５が“ＨＩＩにされる。この結果サンプルホールド
回路２１ａ、２１ｂはそれぞれ活性状態となり、それぞ
れ発光ダイオード１９ａ１発光ダイオード１９ｂの各々
の電流１１１ｔＩｌ信号をホールドする。一方発振器２
４は“ＨＩＩのコント０−ル信号２５に応答して活性状
態となり商用周波数の信号を出力する。したがって、差
動アンプ２２ａの出力はサンプルホールド回路２１ａの
反転出力に発振器２４の出力を加算した値となる。一方
、差動アンプ２２ｂの出力は反転回路２３により、サン
プルホールド回路２１ｂの反転出力から発振器２４の出
力を減算した値になる。この結果、フォトダイオード２
０ａ　、２０ｔｌにはそれぞれ発光ダイオ−、ド１９ａ
、１９ｂを流れる電流に対応した出力、すなわち区間り
内事故と同様の出力が得られる。これによりたとえば地
絡発生時における装置の故障自己診断が可能となる。す
なわち、通常、地絡が発生した後にはすぐにその送電線
経路は遮断されその送電線には電流が流れないようにさ
れる。この状態においてコントロール信＠２５を“Ｈ”
にするとともに７リツプ７０ツブ回路４０をリセット状
態とすると、装置が正常に働いておれば表示装置１２が
動作し発光ダイオードＬＥＤおよびブザーＢＺが動作す
る。一方、装置が故障している場合には、フリップフロ
ップ回路４０をリセットした後においては、表示装置２
１２は何ら作動しない゛ことになり、表示装置１２の故
障自己診断動作前後の表示状態を比較することにより装
置の故障を検出することができる。

なお、電流情報伝送装置５０がコード化されたディジタ
ル信号形態で光ファイバ５２を介して１ｍ情報受信装置
５１へ送電線電流情報を送信する場合には、磁界センサ
異常検出信号を送電Ｉｊｌ？Ｉｉ流情報と多型情報て送
信することが可能である。すなわち、磁界センサ２ａに
光電流が正常に流れているか否かを検出する異常検出器
を設け、この異常検出器出力を伝送装置５０へ与え、そ
こで送電線電流情報と多重化（たとえば、送を線電流情
報を８ビツトで表わす場合、９ビツト目に磁界センサ状
態情報を付加）して受信装置５１へ送信することができ
る。この場合、受信装置５１で多重化情報がデコードさ
れ磁界センサ異常が検出される。

また、上記実施例においては管路気中送電線のシース電
流に誘起される磁界を検出しているが、導体電流に誘起
される磁界を検知対象とすれば、他の送電線においても
本願発明は適用可能である。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、従来のＣＴ方式のＣ
Ｔに代えて光学的磁界センサを用い、この磁界センサを
用いて送電線電流が誘起する磁界の変化を光信号の形態
で検出した後電気信号に変換し、区間両端の一方端から
他方端へこの得られた電気信号に対応する信号を送信し
、他方端側で区間両端における送電１Ｑｒｉ流の位相の
相関関係を検出し地絡の有無および地絡の発生区間の同
定を行なうように構成しているので、小形で簡単な装置
構成で判別区間距離を大きくすることができ、かつ誤判
断のない確実な地絡の有無および地絡区間の判定が可能
であるばかりでなく装置の故障自己診断をもすることが
できる事故区間検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である事故区間検出ｖ４置
の構成を示す図である。第２図は第１図に示される光学
的磁界センサの原理を示す図である。 第３図は第１図の光学的磁界センサの構成を示す図であ
る。第４図はこの発明において用いられる磁界センサの
回路構成を示す図である。第５図は第１図の判別ｖｉ置
の構成を示すブロック図である。 第６図は第１図の地点Ａ、ＢにおけるＮ流波形と信号処
理回路の出力信号波形との関係を一覧にして示す図であ
る。第７図は正常時および区間り内での地絡発生時にお
ける第５図の差動アンプおよび積分器の出力波形を示す
図である。第８図はこの発明の他の実施例である信号処
理回路の構成を示す１０７２図であり、装置の故障の自
己診断を可能にするための構成を示す図である。 図において、１はＧＩＬ、２，２ａ　、２ｂ　Ｇ；ｉ光
学的磁界センサ、４ａ、４ｂは信号処理回路、５は判別
装置、６８．６ｂは増幅器、７は排他的論理和回路、８
は積分器、９は比較器、１０はＡＮＤ回路、１２は表示
装置、３０はリレー回路、５０は電流情報伝送装置、５
１は電流情報受信装置である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第２図 第３図 第４図 第７図 （１）”−、Ｉ４（理大１４大二Ｋ　−Ａ　ｆｉ２．Ｂ
、押、イ寞号＆１ＦＩＡＪＩ）’ＤＣＪ）ｔ’１）ｔｔ
Ａし、）７出”　　　　ｏｖ□ ８出力　　　０、□

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）送電線の地絡事故発生区間を検出するための装置
   であつて、 前記送電線の定められた区間の両端の各々に設置され、
   前記送電線を流れる電流により誘起される磁界を光信号
   に変換する磁界−光信号変換手段と、 前記磁界−光信号変換手段の各々に対して設けられ、対
   応する磁界−光信号変換手段からの光信号を電気信号に
   変換する光−電気変換手段と、前記定められた区間の一
   方端の光−電気変換手段からの電気信号を受けて前記定
   められた区間の他方端へ受けた電気信号に対応する信号
   を伝達する電流情報送信手段と、 前記定められた区間の他方端側に設けられ、前記電流情
   報送信手段から伝達された信号を受けて受けた信号に対
   応する電気信号を発生する電流情報受信手段と、 前記定められた区間の他方端側の光−電気変換手段から
   の電気信号と前記電流情報受信手段からの電気信号との
   位相の相関関係を検出して地絡事故発生区間の判定を行
   なう事故区間判定手段とを備える、電力設備用事故区間
   検出装置。
2. （２）前記事故区間判定手段は、 与えられた電気信号の排他的論理和をとる回路手段と、 前記回路手段出力を積分する積分手段と、 前記積分手段出力を予め定められた基準電位と比較する
   比較手段とを含む、特許請求の範囲第１項記載の電力設
   備用事故区間検出装置。
3. （３）前記送電線の地絡の発生を検出する手段と、前記
   地絡検出手段の出力と前記比較手段の出力とに応答して
   前記地絡の地点が前記定められた区間の内または外であ
   ることを表示する手段をさらに備える、特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の電力設備用事故区間検出装置
   。
4. （４）前記磁界−光信号変換手段および前記光−電気変
   換手段の故障の有無を検出する故障検出手段をさらに備
   える、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
   記載の電力設備用事故区間検出装置。
5. （５）前記故障検出手段は、前記定められた区間の両端
   の各々に設置された光学的磁界センサに各々位相の異な
   る商用周波数の光を供給する手段である、特許請求の範
   囲第４項記載の電力設備用事故区間検出装置。
6. （６）前記電流情報送信手段は、前記故障検出手段出力
   をも送信する、特許請求の範囲第４項または第５項に記
   載の電力設備用事故区間検出装置。