JPWO2003052897A1 - 地絡保護協調方式および地絡保護協調ユニット付漏電遮断器 - Google Patents
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Abstract
階層レベル設定手役42で地絡保護装置40が接続された配電系統の階層を設定し、配電線搬送通信によりキャリア送信手段43から地絡検出信号が有ったとき階層レベルを示すキャリア信号を配電線1に出力する。他の地絡保護装置からのキャリア信号をキャリア検出手段44で検出し、キャリア信号が自己の階層レベルより下位を示すものが存在するとき時延動作に、自己の階層レベルより下位を示すものが無いときは瞬時遮断動作に切替えてインターロックする。
Description
技術分野
この発明は、配電系統の各階層に設置された地絡保護装置や漏電遮断器間の協調を行う地絡保護協調方式および地絡保護協調ユニット付漏電遮断器に関する。
背景技術
第11図は、一般の地絡保護装置による地絡保護協調方式の構成を示す図、第12図は従来の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。
図において、1は受電トランスから分岐配電された配電線、2は分岐配電の要所に接続された回路遮断器、3は配電線1の地絡電流を検出する零相変流器(ZCT)、4は各回路遮断器2の近傍に設置された地絡保護装置、5は各回路遮断器2及び地絡保護装置4間にインターロック信号等を伝達する信号線である。6は地絡電流検出部、7は地絡電流検出部6からの地絡検出信号を受けてインターロック信号を発信するインターロック信号送信部、8はインターロック信号を外部に送出する信号出力端子、9は時限切替部、10は時限切替部9の時限の選択信号を取り入れる信号入力端子、11は高速動作用時限部、12は時延動作用時限部、13は回路遮断器2への開放信号を発生する内蔵リレー、14は遮断信号を回路遮断器2へ送出する遮断信号出力端子である。
次に従来の地絡保護協調方式の動作について説明する。地絡電流検出部6は零相変流器(ZCT)3が検出する地絡電流の大きさが所定の値を超えている場合には地絡検出信号をインターロック信号送信部7および時限切替部9に送る。インターロック信号送信部7は信号出力端子8から信号を送信し、配電系統上位に設置されている他の地絡保護装置4へ地絡検出を通知する。時限切替部9は配電系統下位に設置されている他の地絡保護装置4から送られるインターロック信号を信号入力端子10から入力し、通常は高速動作用時限部11から「高速動作」を選択しているが、受信信号が有る場合は時延動作用時限部12へ「時延動作」を選択し、選択されたいずれかの時限が所定の時間に達したとき内蔵リレー13を動作させて遮断信号端子14を経由して回路遮断器2へ遮断信号を出力する。
配電系統の分岐要点毎に回路遮断器2、地絡を検出する零相変流器(ZCT)3及び地絡保護装置4が設置されるので、配電系統の下位に設置される地絡保護装置4には地絡を検出したときインターロック信号を発信する機能を備え、配電系統の上位に設置される地絡保護装置4には該インターロック信号を受信する機能を備え、上位と下位に設置された各地絡保護装置4間は専用に敷設された信号線5によって接続される。
次に、この構成における動作について説明する。このような配電系統において、或る分岐回路において地絡が発生した場合、地絡保護装置4はその地絡を検出し、瞬時に併設されている回路遮断器2を遮断させる高速動作にて遮断信号を出力し地絡が発生している分岐回路を遮断するよう動作させる。同時に、地絡保護装置4は信号線5の通じて自己の系統で地絡を検出したことを上位に設置されている地絡保護装置4に通知する。配電系統の上位に設置された地絡保護装置4では、下位の分岐回路で発生した地絡が上位ZCT3によっても検出される。
一般には上位に設置される地絡保護装置4ほど地絡検出感度を鈍く設定して、下位の地絡保護装置4より先に動作しないようにしてあるが、地絡電流位相などにより、上位が先に動作したり、上位、下位が同時動作して、他の分岐回路に停電を及ぼすことがある。これの防止のために上位の地絡保護装置4に下位の地絡保護装置4から信号線5を通じてインターロック信号を与え、上位の地絡保護装置4は自己の遮断動作時間を長くする「時延動作」に切替え、予め設定してある時延時間後に当該回路遮断器2に対し遮断信号を送る。
これにより、下位に設置された地絡保護装置4からの高速動作遮断信号によって下位の回路遮断器2が地絡発生後瞬時に下位回路を遮断し、上位の地絡保護装置4はその時延動作時間に達するまでに地絡状態が解消されるため上位の回路遮断器2は遮断動作を行わないので、他の分岐回路の給電が継続される。
このようにして、配電系統の下位部分で発生した地絡に対しては、地絡が発生した下位の回路遮断器2のみが遮断動作を行い、他の健全な分岐回路への給電を継続することができ、配電系統の上位部分で発生した地絡に対しては上位の回路遮断器2が遮断動作を行うことによって、地絡が発生する位置に応じて地絡発生点の直近の回路遮断器2を遮断する地絡保護協調動作が実現されている。
従来の地絡保護協調方式では、特開2001−16765などに示されるように下位の各地絡保護装置と上位に設置された地絡保護装置の間を信号線で接続してインターロック信号を通知することによって地絡保護協調動作を実現しているが、配電線路とは別途に専用の信号線の敷設が必要であるという課題があった。
発明の開示
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、専用の信号線を必要とせず、地絡が発生した直近の遮断器のみを開放動作させ、他の健全な回路の給電を継続する地絡保護協調動作を実現することを目的としている。
上記目的を達成するため、この発明は電力配電系統の階層別の各分岐要所に、遮断器と、地絡電流が所定レベル以上且つ所定時限を越えたとき地絡検出信号を発生し、上記遮断器に遮断信号を出力する地絡保護装置とを設置した地絡保護協調方式において、上記各地絡保護装置は上記電力配電系統における自己の階層レベルを設定する階層レベル設定手段と、上記地絡検出信号が発生したとき上記階層レベル設定手段で設定された階層レベルに対応した信号を重畳したキャリア信号を上記電力配電系統の配電線へ送信するキャリヤ送信手段と、他の地絡保護装置のキャリヤ送信手段から発信され上記配電線を介して伝送されたキャリア信号を検出するキャリア検出手段と、このキャリヤ検出手段により検出された信号に基づいて上記遮断器の遮断動作を時延動作または瞬時遮断動作に選択的に切り替える動作時限切替手段とを備えている。
また、この発明による地絡保護協調ユニット付漏電遮断器は、電力配電系統に接続された配電回路の地絡電流または漏電電流が所定レベル以上且つ所定時限を越えたことを漏電電流検出手段により検出して上記配電回路を遮断する漏電遮断器と、この漏電遮断器に組み合わせられる地絡保護協調ユニットとからなり、この地絡保護協調ユニットは上記漏電遮断器が上記電力配電系統で接続される階層を設定する階層レベル設定手段と、上記漏電遮断器の接続された配電線に複数のキャリア周波数信号により配電線搬送通信を行うマルチキャリア送信手段及びマルチキャリア検出手段とを具備し、上記漏電遮断器の漏電電流検出手段からの漏電検出信号により上記階層レベル設定手段で設定された階層レベルに対応したキャリア周波数信号を選択して上記配電線へ出力すると共に、他の地絡保護協調ユニットから発信され上記配電線を介して伝送されたキャリア周波数信号を検出し、検出されたキャリア周波数信号に基づいて上記漏電遮断器の遮断動作を時延動作または瞬時遮断動作に選択的に切り替えるようにされている。
この発明によれば、地絡検出信号を配電線搬送通信により各接続階層の地絡保護装置または漏電遮断器に伝送するようにしたので、配電線路とは別途に専用の信号線を敷設することなく、所望の地絡協調動作を実現することができる。
また、配電系統の階層別の各分岐要所に地絡保護協調ユニットと漏電遮断器が一体化された地絡保護協調ユニット付漏電遮断器を接続するだけで簡便に漏電保護協調機能を付与することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
実施の形態1.
第1図はこの発明の地絡保護協調方式の構成を示す図、第2図はこの発明の実施の形態1の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図、第3図は遮断器動作の条件真理表である。図において、1〜3、6、9〜14は上記従来装置での説明と同様のものである。40、400は地絡保護装置である。発明の説明において配電系統における一群の回路遮断器2、ZCT3、地絡保護装置40、400の配電系統における設置階層レベルを明確にするためそれぞれに階層レベル対応の補助符合a〜cを用いている。後述のレベル判別のためにaが上位、cは下位レベルを判読できるように符合そのものに大小関係の意味づけ(例えばa>b>c)をしておく。
なお、20b、30b、400bは回路遮断器2b、ZCT3b、地絡保護装置40bと配電系統の同階層に接続された回路遮断器、ZCT、地絡保護装置である。
41は配電線1へ配電線搬送信号を授受するための結合回路、42はレベル設定部であり、配電系統における当該地絡保護装置40が設置される階層レベル(この例ではa〜cのいずれか)を選定する。選定された階層レベルの符合はメモリ装置46に記憶され必要に応じて読み出される。
43はキャリア送信部であり、地絡電流検出部6が地絡発生の判定をしたときレベル設定部42で設定され、メモリ装置46に記憶されている階層レベルに該当するa〜cのいずれかの階層レベルが識別できる階層識別符合を重畳したキャリア信号を結合回路41を介して配電線1へ送信する。例えば、配電系統における第2階層レベルに地絡保護装置40が設置されている場合は、レベル設定部42には階層識別符合bが設定され、キャリア送信部43はメモリ装置46に記憶されている階層識別符合bを含んだキャリア信号を送出する。ここで、キャリアは電文形式であってもよい。
44はキャリア検出部、45はキャリア信号判読部である。キャリア検出部44は配電線1に他の地絡保護装置40から送信されたキャリア信号を検出して、検出したキャリア信号をキャリア信号判読部45に送り、キャリア信号判読部45はこの信号に含まれる地絡が検出された階層識別符号を抽出し、時限切替部9へ送る。
例えば、第2階層レベルに設置されたZCT3bを介して地絡保護装置40bが地絡を検出した場合は、地絡保護装置40bはキャリア送信部43からキャリア周波数信号に階層識別符合bを重畳したキャリア信号を配電線1に送出する。このとき、上位階層に設置されているZCT3aも地絡を検出するので、地絡保護装置40aはキャリア送信部43から階層識別符合aを重畳したキャリア信号を配電線1に送出する。
即ち、地絡発生の配電系統に直列に設置された各層の地絡保護装置40からの自己の階層識別符号を重畳したキャリア信号が配電線1上にほぼ同時に送出される。
配電線1上に送出されたキャリア信号は配電線1に接続されている全ての地絡保護装置40a、40b、40c、400bの各キャリア検出部44で検出される。
各キャリア信号判読部45はキャリア信号の電文解析を行い階層別符号aおよびbを検出し、時限切替部9にその結果を送り、時限切替部9はこれらの階層識別符号と自己に設定された階層レベルの識別符合との比較をおこなう。上述の符合そのものに大小関係の意味づけ(例えばa>b>c)することで階層の上位、下位の判定が大小比較だけとなり、判定処理を迅速化できる。
次に、遮断動作の「瞬時遮断動作」と「時延動作」(時延インターロック)の選別について第3図の条件真理表を用いて説明する。
地絡保護装置40内の時限切替部9は地絡電流検出部6とキャリア信号判読部45からの2種の信号のアンド条件で作動するようになっている。従って、地絡に関係しない健全回路に設置された地絡保護装置(第1図の例では400b、40c)は地絡検出をしないのでキャリア信号を受信してもなにも動作しない。
時限切替部9では第3図の条件真理表にしたがって、自分に設定されている階層レベルより下位の信号を検出した場合は「時延動作」を選択し、自己階層レベルを含まない自分の階層レベルより下位の信号が検出されない場合は「瞬時遮断動作」を選択するように構成されている。
配電系統上位に設置された地絡保護装置40aは自分が送出したキャリア信号と地絡保護装置40bのキャリア信号を受信して電文解読を行う。階層識別符合は符合aと符合bの両方が検出され、これを自己に設定されている階層レベルaと対比して下位の符合bが存在するので、時限切替部9は「時延動作」を選択する。この場合、下位を示す符合であれば符合cであっても「時延動作」を選択する。。
一方、地絡保護装置40bは受信解読した階層識別符合が符合aと符合bであり、自己階層レベルを含まない自分より下位を示す符合が存在しないときは「瞬時遮断動作」を選択して、高速動作用時限部11を介して地絡発生該当回路である回路遮断器2bを瞬時遮断動作させる。
これにより、地絡発生の回路は遮断されるが、他の健全な回路には給電を継続することができる。
実施の形態2.
第4図はこの発明の実施の形態2の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。図において、1〜3、6、9〜14、40〜42は上記実施の形態1の説明と同様のものである。
47は複数のキャリア周波数信号を選択発信可能なマルチキャリア送信部、48は複数のキャリア周波数信号を同時に受信可能なマルチキャリア受信部である。
第5図はマルチキャリア送信部47の構成例を示す図である。図において、47aは配電系統の階層に対応する複数のキャリア信号(fa〜fc)を発生する発信部であり、47bはレベル設定部42の信号を受けて発信部47aの信号を選択する送信キャリア選択部、47cは地絡電流検出部6の信号によりキャリア信号の送信を開始/停止する送信制御部である。
マルチキャリア送信部47は地絡電流検出部6から地絡発生の信号を受けたときレベル設定部42で設定されている階層レベルに該当するfa〜fcのいずれかのキャリア周波数信号を結合回路41を介して配電線1へ送信する。
第6図はマルチキャリア検出部48の構成例を示す図である。図において、48aは配電系統の階層に対応する複数キャリア周波数信号(fa〜fc)ごとに設けられたバンドパスフィルタ、48bはバンドエリミネートフィルタにより各キャリア周波数信号の信号成分を除外し配電系統のノイズのレベルを判定するノイズ検出部、48cはノイズ検出部のノイズレベルと各キャリア周波数信号レベルを比較する比較部である。
マルチキャリア検出部48は他の地絡保護装置40から送信されたキャリア信号を入力し、各キャリア周波数信号ごとに配電系統のノイズのレベルと比較することによって、キャリア信号(fa〜fc)の有り“1”無し“0”を判別して時限切替部9に通知する。
マルチキャリア送信部47は地絡電流検出部6から地絡発生の信号を受けたときレベル設定部42で設定されている階層レベルに該当するfa〜fcのいずれかのキャリア周波数信号を結合回路41を介して配電線1へ送信する。マルチキャリア検出部48は他の地絡保護装置40から送信されたキャリア周波数信号を検出する。
第7図に実施の形態2のキャリア周波数信号の割り付け状況を示す。この事例では配電系統は3階層で構成されているので、第1階層をa、第2階層をb、第3階層をcにして説明する。ここで、キャリア周波数信号の大きさは階層順にfa>fb>fcとしているが、逆順であってもよい。
配電系統における自己の階層が第2レベルに地絡保護装置40bが設置されている場合は、レベル設定部42に「b」が設定される。
例えば、地絡保護装置40bが地絡検出した場合、地絡電流検出部6から時限切替部9へ地絡検出信号を伝えると同時に、地絡保護装置40bはマルチキャリア送信部47からキャリア周波数信号fbを配電線1に送出する。
また、地絡保護装置40bより上位階層に設置されているZCT3aも地絡を検出するので、地絡保護装置40aも地絡検出して地絡保護装置40aのマルチキャリア送信部47から第1レベルを示すキャリア周波数信号faが送出される。
送出された複数のキャリア周波数信号は配電線1に接続されている全ての地絡保護装置40a、40b、40c、400bのマルチキャリア検出部48で検出される。
各地絡保護装置40のマルチキャリア検出部48で検出される複数のキャリア周波数信号の値はそのまま階層レベルを示す。
実施の形態2においても時限切替部9での動作条件真理は上記第3図の条件真理表と同一であり、時限切替部9は地絡電流検出部6とマルチキャリア検出部48からの2種の信号のアンド条件で作動することも同一である。従って、地絡に関係しない健全回路に設置された地絡保護装置(第1図の例では400b、40c)は地絡検出をしないのでキャリア信号を受信してもなにも動作しない。
一方、地絡に関係する地絡保護装置(第1図の例では40a,40b)は、時限切替部9において自分に設定されている階層レベルを示す周波数信号値と受信検出されたキャリア周波数信号値の大小比較を行うことにより、他の地絡保護装置の地絡検出階層を判別する。その結果、自分より下位を示すキャリア周波数信号が存在すれば「時延動作」を選択、自分より下位を示すキャリア周波数信号が存在しないときは「瞬時遮断動作」を選択する。以下の動作は実施の形態1と同様であり説明を省略する。
上記実施の形態1ではキャリア信号の電文から識別符合を読み取り、自己の設定レベル符合との対比処理をしてインターロックの要否を判定するので、判定処理に時間がかかっていた。これに対し実施の形態2では階層レペル対応の周波数の有無を大小比較で行えるので高速処理となり、インターロック遅れが無くなる。
実施の形態3.
第8図は実施の形態3のキャリア周波数信号の割り付けを示す図である。配電系統に接続される電力負荷はその種類、消費電力の大きさ等により種々のノイズを発生しており、ノイズとの干渉のためキャリア信号が届き難くなる周波数帯が発生することがある。この対応としては、第8図に示すように周波数帯域が異なる複数の帯域ブロックを設けて、それぞれのキャリアブロック内で各階層レベル対応のキャリア周波数信号を割り付けする。即ち、第一階層を示すキャリア周波数信号としてfaおよびfdを設け、以下第二、第三階層についても同様とする。こうして、地絡検出したとき地絡検出階層レベルに該当する複数のキャリア周波数信号を同時発信させ、これを受信した他の地絡検出装置では当該レベルより下位を示すキャリア周波数信号の少なくとも一つを検出した場合時延動作へ切替えるようにする。これにより、インターロック信号の伝達信頼性を向上させることができる。
実施の形態4.
第9図はこの発明の実施の形態4の漏電遮断器と付属の地絡保護協調ユニットを備えた地絡保護協調ユニット付漏電遮断器の構成を示す図、第10図は地絡保護協調ユニット付漏電遮断器の上面図である。図において、41、42、47〜48は上記実施の形態2の説明と同様のものである。該実施の形態4においては漏電と地絡とを同意語として扱う。
21は地絡(漏電)を検出したとき負荷を遮断する漏電遮断器、22は開閉接点、23は零相変流器(ZCT)、24は過電流検出部、25は開閉接点22をオン・オフさせる開閉機構、26は開閉機構25に引外し指令を送る引外し部、27は漏電電流検出部であり、ZCT23で検出される漏電電流のレベルが所定値、所定時限を越えるとき遮断信号を引外し部26へ出力して開閉機構25を作動させ、開閉接点22を開離させる。
50は地絡保護協調ユニット、51は地絡保護協調ユニット50の動作電力を供給する電源回路、52はキャリア周波数信号判定部、53はレベル設定部42の外部設定子である。地絡保護協調ユニット50は漏電遮断器21へ一体に取り付けされ、結合回路41及び電源回路51は漏電遮断器21の開閉接点22より電源側に接続されて、漏電遮断器21が遮断動作後でも地絡保護協調ユニット50の動作電源確保と上位の配電系統へのキャリア信号授受を可能にしている。
マルチキャリア検出部48は他の地絡保護協調ユニット50から送信された漏電発生を知らせるキャリア周波数信号を受信し、地絡検出階層レベルに対応したキャリア周波数信号の有無をキャリア周波数信号判定部52に送る。キャリア周波数信号判定部52は検出したキャリア周波数信号と自己に設定された階層レベルを比較し、自己の階層レベル以下を示す周波数のキャリア周波数信号が有る場合は引外し部26へ時延動作時間に相当する時間だけインターロック信号を送り漏電遮断器を時延動作させる。また、自己の階層レベル以下を示す周波数のキャリア周波数信号信号が無い場合はインターロック信号を送らず、漏電遮断器を瞬時遮断動作させる。
上記実施の形態1、実施の形態2では、配電系統の階層別の各分岐要所に遮断器と零相変流器及び地絡電流検出部の3つの機器を設置しなければならず、各機器間に制御線の接続も必要である。
漏電遮断器21には開閉接点22、零相変流器(ZCT)23、過電流検出部24、開閉機構25、引外し部26、漏電電流検出部27が組み込まれており、漏電保護協調システムの構成要素の多くが組み込まれている。その他に必要とする機能を地絡保護協調ユニット50に収容して漏電遮断器21と合体させた実施の形態4の地絡保護協調ユニット付漏電遮断器は工場等で制御線接続と一体化がなされており、配電系配電線に漏電遮断器部を接続設置するだけで簡便に漏電保護協調システムを形成することができる。
なお、上記において地絡保護協調のものを説明したが、過電流保護協調であっても過電流保護特性が伝送信号で選択可能な電子式回路遮断器に配電線搬送通信、キャリア周波数信号の判定機能を持たせた遮断保護協調部を組み合わせて構成することは容易である。
産業上の利用可能性
以上のようにこの発明による地絡保護協調方式および地絡保護協調ユニット付漏電遮断器は、専用の信号線を必要とせず、電力配電系統の地絡保護協調動作を容易に実現できるので、各種工場、ビルなどの配電系統や電気設備に組み込んで使用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の地絡保護協調方式の構成を示す図である。
第2図は実施の形態1の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。
第3図は実施の形態1における遮断器動作の条件真理表である。
第4図はこの発明の実施の形態2の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。
第5図は実施の形態2におけるマルチキャリア送信部の構成を示す回路図である。
第6図は実施の形態2におけるマルチキャリア検出部の構成を示す回路図である。
第7図は実施の形態2のキャリア周波数信号の割り付けを示す図である。
第8図はこの発明の実施の形態3のキャリア周波数信号の割り付けを示す図である。
第9図はこの発明の実施の形態4の地絡保護協調ユニット付漏電遮断器の構成を示すブロック図である。
第10図は実施の形態4の地絡保護協調ユニット付漏電遮断器の上面図である。
第11図は従来の地絡保護装置による地絡保護協調方式の構成を示す図である。
第12図は従来の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。
この発明は、配電系統の各階層に設置された地絡保護装置や漏電遮断器間の協調を行う地絡保護協調方式および地絡保護協調ユニット付漏電遮断器に関する。
背景技術
第11図は、一般の地絡保護装置による地絡保護協調方式の構成を示す図、第12図は従来の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。
図において、1は受電トランスから分岐配電された配電線、2は分岐配電の要所に接続された回路遮断器、3は配電線1の地絡電流を検出する零相変流器(ZCT)、4は各回路遮断器2の近傍に設置された地絡保護装置、5は各回路遮断器2及び地絡保護装置4間にインターロック信号等を伝達する信号線である。6は地絡電流検出部、7は地絡電流検出部6からの地絡検出信号を受けてインターロック信号を発信するインターロック信号送信部、8はインターロック信号を外部に送出する信号出力端子、9は時限切替部、10は時限切替部9の時限の選択信号を取り入れる信号入力端子、11は高速動作用時限部、12は時延動作用時限部、13は回路遮断器2への開放信号を発生する内蔵リレー、14は遮断信号を回路遮断器2へ送出する遮断信号出力端子である。
次に従来の地絡保護協調方式の動作について説明する。地絡電流検出部6は零相変流器(ZCT)3が検出する地絡電流の大きさが所定の値を超えている場合には地絡検出信号をインターロック信号送信部7および時限切替部9に送る。インターロック信号送信部7は信号出力端子8から信号を送信し、配電系統上位に設置されている他の地絡保護装置4へ地絡検出を通知する。時限切替部9は配電系統下位に設置されている他の地絡保護装置4から送られるインターロック信号を信号入力端子10から入力し、通常は高速動作用時限部11から「高速動作」を選択しているが、受信信号が有る場合は時延動作用時限部12へ「時延動作」を選択し、選択されたいずれかの時限が所定の時間に達したとき内蔵リレー13を動作させて遮断信号端子14を経由して回路遮断器2へ遮断信号を出力する。
配電系統の分岐要点毎に回路遮断器2、地絡を検出する零相変流器(ZCT)3及び地絡保護装置4が設置されるので、配電系統の下位に設置される地絡保護装置4には地絡を検出したときインターロック信号を発信する機能を備え、配電系統の上位に設置される地絡保護装置4には該インターロック信号を受信する機能を備え、上位と下位に設置された各地絡保護装置4間は専用に敷設された信号線5によって接続される。
次に、この構成における動作について説明する。このような配電系統において、或る分岐回路において地絡が発生した場合、地絡保護装置4はその地絡を検出し、瞬時に併設されている回路遮断器2を遮断させる高速動作にて遮断信号を出力し地絡が発生している分岐回路を遮断するよう動作させる。同時に、地絡保護装置4は信号線5の通じて自己の系統で地絡を検出したことを上位に設置されている地絡保護装置4に通知する。配電系統の上位に設置された地絡保護装置4では、下位の分岐回路で発生した地絡が上位ZCT3によっても検出される。
一般には上位に設置される地絡保護装置4ほど地絡検出感度を鈍く設定して、下位の地絡保護装置4より先に動作しないようにしてあるが、地絡電流位相などにより、上位が先に動作したり、上位、下位が同時動作して、他の分岐回路に停電を及ぼすことがある。これの防止のために上位の地絡保護装置4に下位の地絡保護装置4から信号線5を通じてインターロック信号を与え、上位の地絡保護装置4は自己の遮断動作時間を長くする「時延動作」に切替え、予め設定してある時延時間後に当該回路遮断器2に対し遮断信号を送る。
これにより、下位に設置された地絡保護装置4からの高速動作遮断信号によって下位の回路遮断器2が地絡発生後瞬時に下位回路を遮断し、上位の地絡保護装置4はその時延動作時間に達するまでに地絡状態が解消されるため上位の回路遮断器2は遮断動作を行わないので、他の分岐回路の給電が継続される。
このようにして、配電系統の下位部分で発生した地絡に対しては、地絡が発生した下位の回路遮断器2のみが遮断動作を行い、他の健全な分岐回路への給電を継続することができ、配電系統の上位部分で発生した地絡に対しては上位の回路遮断器2が遮断動作を行うことによって、地絡が発生する位置に応じて地絡発生点の直近の回路遮断器2を遮断する地絡保護協調動作が実現されている。
従来の地絡保護協調方式では、特開2001−16765などに示されるように下位の各地絡保護装置と上位に設置された地絡保護装置の間を信号線で接続してインターロック信号を通知することによって地絡保護協調動作を実現しているが、配電線路とは別途に専用の信号線の敷設が必要であるという課題があった。
発明の開示
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、専用の信号線を必要とせず、地絡が発生した直近の遮断器のみを開放動作させ、他の健全な回路の給電を継続する地絡保護協調動作を実現することを目的としている。
上記目的を達成するため、この発明は電力配電系統の階層別の各分岐要所に、遮断器と、地絡電流が所定レベル以上且つ所定時限を越えたとき地絡検出信号を発生し、上記遮断器に遮断信号を出力する地絡保護装置とを設置した地絡保護協調方式において、上記各地絡保護装置は上記電力配電系統における自己の階層レベルを設定する階層レベル設定手段と、上記地絡検出信号が発生したとき上記階層レベル設定手段で設定された階層レベルに対応した信号を重畳したキャリア信号を上記電力配電系統の配電線へ送信するキャリヤ送信手段と、他の地絡保護装置のキャリヤ送信手段から発信され上記配電線を介して伝送されたキャリア信号を検出するキャリア検出手段と、このキャリヤ検出手段により検出された信号に基づいて上記遮断器の遮断動作を時延動作または瞬時遮断動作に選択的に切り替える動作時限切替手段とを備えている。
また、この発明による地絡保護協調ユニット付漏電遮断器は、電力配電系統に接続された配電回路の地絡電流または漏電電流が所定レベル以上且つ所定時限を越えたことを漏電電流検出手段により検出して上記配電回路を遮断する漏電遮断器と、この漏電遮断器に組み合わせられる地絡保護協調ユニットとからなり、この地絡保護協調ユニットは上記漏電遮断器が上記電力配電系統で接続される階層を設定する階層レベル設定手段と、上記漏電遮断器の接続された配電線に複数のキャリア周波数信号により配電線搬送通信を行うマルチキャリア送信手段及びマルチキャリア検出手段とを具備し、上記漏電遮断器の漏電電流検出手段からの漏電検出信号により上記階層レベル設定手段で設定された階層レベルに対応したキャリア周波数信号を選択して上記配電線へ出力すると共に、他の地絡保護協調ユニットから発信され上記配電線を介して伝送されたキャリア周波数信号を検出し、検出されたキャリア周波数信号に基づいて上記漏電遮断器の遮断動作を時延動作または瞬時遮断動作に選択的に切り替えるようにされている。
この発明によれば、地絡検出信号を配電線搬送通信により各接続階層の地絡保護装置または漏電遮断器に伝送するようにしたので、配電線路とは別途に専用の信号線を敷設することなく、所望の地絡協調動作を実現することができる。
また、配電系統の階層別の各分岐要所に地絡保護協調ユニットと漏電遮断器が一体化された地絡保護協調ユニット付漏電遮断器を接続するだけで簡便に漏電保護協調機能を付与することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
実施の形態1.
第1図はこの発明の地絡保護協調方式の構成を示す図、第2図はこの発明の実施の形態1の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図、第3図は遮断器動作の条件真理表である。図において、1〜3、6、9〜14は上記従来装置での説明と同様のものである。40、400は地絡保護装置である。発明の説明において配電系統における一群の回路遮断器2、ZCT3、地絡保護装置40、400の配電系統における設置階層レベルを明確にするためそれぞれに階層レベル対応の補助符合a〜cを用いている。後述のレベル判別のためにaが上位、cは下位レベルを判読できるように符合そのものに大小関係の意味づけ(例えばa>b>c)をしておく。
なお、20b、30b、400bは回路遮断器2b、ZCT3b、地絡保護装置40bと配電系統の同階層に接続された回路遮断器、ZCT、地絡保護装置である。
41は配電線1へ配電線搬送信号を授受するための結合回路、42はレベル設定部であり、配電系統における当該地絡保護装置40が設置される階層レベル(この例ではa〜cのいずれか)を選定する。選定された階層レベルの符合はメモリ装置46に記憶され必要に応じて読み出される。
43はキャリア送信部であり、地絡電流検出部6が地絡発生の判定をしたときレベル設定部42で設定され、メモリ装置46に記憶されている階層レベルに該当するa〜cのいずれかの階層レベルが識別できる階層識別符合を重畳したキャリア信号を結合回路41を介して配電線1へ送信する。例えば、配電系統における第2階層レベルに地絡保護装置40が設置されている場合は、レベル設定部42には階層識別符合bが設定され、キャリア送信部43はメモリ装置46に記憶されている階層識別符合bを含んだキャリア信号を送出する。ここで、キャリアは電文形式であってもよい。
44はキャリア検出部、45はキャリア信号判読部である。キャリア検出部44は配電線1に他の地絡保護装置40から送信されたキャリア信号を検出して、検出したキャリア信号をキャリア信号判読部45に送り、キャリア信号判読部45はこの信号に含まれる地絡が検出された階層識別符号を抽出し、時限切替部9へ送る。
例えば、第2階層レベルに設置されたZCT3bを介して地絡保護装置40bが地絡を検出した場合は、地絡保護装置40bはキャリア送信部43からキャリア周波数信号に階層識別符合bを重畳したキャリア信号を配電線1に送出する。このとき、上位階層に設置されているZCT3aも地絡を検出するので、地絡保護装置40aはキャリア送信部43から階層識別符合aを重畳したキャリア信号を配電線1に送出する。
即ち、地絡発生の配電系統に直列に設置された各層の地絡保護装置40からの自己の階層識別符号を重畳したキャリア信号が配電線1上にほぼ同時に送出される。
配電線1上に送出されたキャリア信号は配電線1に接続されている全ての地絡保護装置40a、40b、40c、400bの各キャリア検出部44で検出される。
各キャリア信号判読部45はキャリア信号の電文解析を行い階層別符号aおよびbを検出し、時限切替部9にその結果を送り、時限切替部9はこれらの階層識別符号と自己に設定された階層レベルの識別符合との比較をおこなう。上述の符合そのものに大小関係の意味づけ(例えばa>b>c)することで階層の上位、下位の判定が大小比較だけとなり、判定処理を迅速化できる。
次に、遮断動作の「瞬時遮断動作」と「時延動作」(時延インターロック)の選別について第3図の条件真理表を用いて説明する。
地絡保護装置40内の時限切替部9は地絡電流検出部6とキャリア信号判読部45からの2種の信号のアンド条件で作動するようになっている。従って、地絡に関係しない健全回路に設置された地絡保護装置(第1図の例では400b、40c)は地絡検出をしないのでキャリア信号を受信してもなにも動作しない。
時限切替部9では第3図の条件真理表にしたがって、自分に設定されている階層レベルより下位の信号を検出した場合は「時延動作」を選択し、自己階層レベルを含まない自分の階層レベルより下位の信号が検出されない場合は「瞬時遮断動作」を選択するように構成されている。
配電系統上位に設置された地絡保護装置40aは自分が送出したキャリア信号と地絡保護装置40bのキャリア信号を受信して電文解読を行う。階層識別符合は符合aと符合bの両方が検出され、これを自己に設定されている階層レベルaと対比して下位の符合bが存在するので、時限切替部9は「時延動作」を選択する。この場合、下位を示す符合であれば符合cであっても「時延動作」を選択する。。
一方、地絡保護装置40bは受信解読した階層識別符合が符合aと符合bであり、自己階層レベルを含まない自分より下位を示す符合が存在しないときは「瞬時遮断動作」を選択して、高速動作用時限部11を介して地絡発生該当回路である回路遮断器2bを瞬時遮断動作させる。
これにより、地絡発生の回路は遮断されるが、他の健全な回路には給電を継続することができる。
実施の形態2.
第4図はこの発明の実施の形態2の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。図において、1〜3、6、9〜14、40〜42は上記実施の形態1の説明と同様のものである。
47は複数のキャリア周波数信号を選択発信可能なマルチキャリア送信部、48は複数のキャリア周波数信号を同時に受信可能なマルチキャリア受信部である。
第5図はマルチキャリア送信部47の構成例を示す図である。図において、47aは配電系統の階層に対応する複数のキャリア信号(fa〜fc)を発生する発信部であり、47bはレベル設定部42の信号を受けて発信部47aの信号を選択する送信キャリア選択部、47cは地絡電流検出部6の信号によりキャリア信号の送信を開始/停止する送信制御部である。
マルチキャリア送信部47は地絡電流検出部6から地絡発生の信号を受けたときレベル設定部42で設定されている階層レベルに該当するfa〜fcのいずれかのキャリア周波数信号を結合回路41を介して配電線1へ送信する。
第6図はマルチキャリア検出部48の構成例を示す図である。図において、48aは配電系統の階層に対応する複数キャリア周波数信号(fa〜fc)ごとに設けられたバンドパスフィルタ、48bはバンドエリミネートフィルタにより各キャリア周波数信号の信号成分を除外し配電系統のノイズのレベルを判定するノイズ検出部、48cはノイズ検出部のノイズレベルと各キャリア周波数信号レベルを比較する比較部である。
マルチキャリア検出部48は他の地絡保護装置40から送信されたキャリア信号を入力し、各キャリア周波数信号ごとに配電系統のノイズのレベルと比較することによって、キャリア信号(fa〜fc)の有り“1”無し“0”を判別して時限切替部9に通知する。
マルチキャリア送信部47は地絡電流検出部6から地絡発生の信号を受けたときレベル設定部42で設定されている階層レベルに該当するfa〜fcのいずれかのキャリア周波数信号を結合回路41を介して配電線1へ送信する。マルチキャリア検出部48は他の地絡保護装置40から送信されたキャリア周波数信号を検出する。
第7図に実施の形態2のキャリア周波数信号の割り付け状況を示す。この事例では配電系統は3階層で構成されているので、第1階層をa、第2階層をb、第3階層をcにして説明する。ここで、キャリア周波数信号の大きさは階層順にfa>fb>fcとしているが、逆順であってもよい。
配電系統における自己の階層が第2レベルに地絡保護装置40bが設置されている場合は、レベル設定部42に「b」が設定される。
例えば、地絡保護装置40bが地絡検出した場合、地絡電流検出部6から時限切替部9へ地絡検出信号を伝えると同時に、地絡保護装置40bはマルチキャリア送信部47からキャリア周波数信号fbを配電線1に送出する。
また、地絡保護装置40bより上位階層に設置されているZCT3aも地絡を検出するので、地絡保護装置40aも地絡検出して地絡保護装置40aのマルチキャリア送信部47から第1レベルを示すキャリア周波数信号faが送出される。
送出された複数のキャリア周波数信号は配電線1に接続されている全ての地絡保護装置40a、40b、40c、400bのマルチキャリア検出部48で検出される。
各地絡保護装置40のマルチキャリア検出部48で検出される複数のキャリア周波数信号の値はそのまま階層レベルを示す。
実施の形態2においても時限切替部9での動作条件真理は上記第3図の条件真理表と同一であり、時限切替部9は地絡電流検出部6とマルチキャリア検出部48からの2種の信号のアンド条件で作動することも同一である。従って、地絡に関係しない健全回路に設置された地絡保護装置(第1図の例では400b、40c)は地絡検出をしないのでキャリア信号を受信してもなにも動作しない。
一方、地絡に関係する地絡保護装置(第1図の例では40a,40b)は、時限切替部9において自分に設定されている階層レベルを示す周波数信号値と受信検出されたキャリア周波数信号値の大小比較を行うことにより、他の地絡保護装置の地絡検出階層を判別する。その結果、自分より下位を示すキャリア周波数信号が存在すれば「時延動作」を選択、自分より下位を示すキャリア周波数信号が存在しないときは「瞬時遮断動作」を選択する。以下の動作は実施の形態1と同様であり説明を省略する。
上記実施の形態1ではキャリア信号の電文から識別符合を読み取り、自己の設定レベル符合との対比処理をしてインターロックの要否を判定するので、判定処理に時間がかかっていた。これに対し実施の形態2では階層レペル対応の周波数の有無を大小比較で行えるので高速処理となり、インターロック遅れが無くなる。
実施の形態3.
第8図は実施の形態3のキャリア周波数信号の割り付けを示す図である。配電系統に接続される電力負荷はその種類、消費電力の大きさ等により種々のノイズを発生しており、ノイズとの干渉のためキャリア信号が届き難くなる周波数帯が発生することがある。この対応としては、第8図に示すように周波数帯域が異なる複数の帯域ブロックを設けて、それぞれのキャリアブロック内で各階層レベル対応のキャリア周波数信号を割り付けする。即ち、第一階層を示すキャリア周波数信号としてfaおよびfdを設け、以下第二、第三階層についても同様とする。こうして、地絡検出したとき地絡検出階層レベルに該当する複数のキャリア周波数信号を同時発信させ、これを受信した他の地絡検出装置では当該レベルより下位を示すキャリア周波数信号の少なくとも一つを検出した場合時延動作へ切替えるようにする。これにより、インターロック信号の伝達信頼性を向上させることができる。
実施の形態4.
第9図はこの発明の実施の形態4の漏電遮断器と付属の地絡保護協調ユニットを備えた地絡保護協調ユニット付漏電遮断器の構成を示す図、第10図は地絡保護協調ユニット付漏電遮断器の上面図である。図において、41、42、47〜48は上記実施の形態2の説明と同様のものである。該実施の形態4においては漏電と地絡とを同意語として扱う。
21は地絡(漏電)を検出したとき負荷を遮断する漏電遮断器、22は開閉接点、23は零相変流器(ZCT)、24は過電流検出部、25は開閉接点22をオン・オフさせる開閉機構、26は開閉機構25に引外し指令を送る引外し部、27は漏電電流検出部であり、ZCT23で検出される漏電電流のレベルが所定値、所定時限を越えるとき遮断信号を引外し部26へ出力して開閉機構25を作動させ、開閉接点22を開離させる。
50は地絡保護協調ユニット、51は地絡保護協調ユニット50の動作電力を供給する電源回路、52はキャリア周波数信号判定部、53はレベル設定部42の外部設定子である。地絡保護協調ユニット50は漏電遮断器21へ一体に取り付けされ、結合回路41及び電源回路51は漏電遮断器21の開閉接点22より電源側に接続されて、漏電遮断器21が遮断動作後でも地絡保護協調ユニット50の動作電源確保と上位の配電系統へのキャリア信号授受を可能にしている。
マルチキャリア検出部48は他の地絡保護協調ユニット50から送信された漏電発生を知らせるキャリア周波数信号を受信し、地絡検出階層レベルに対応したキャリア周波数信号の有無をキャリア周波数信号判定部52に送る。キャリア周波数信号判定部52は検出したキャリア周波数信号と自己に設定された階層レベルを比較し、自己の階層レベル以下を示す周波数のキャリア周波数信号が有る場合は引外し部26へ時延動作時間に相当する時間だけインターロック信号を送り漏電遮断器を時延動作させる。また、自己の階層レベル以下を示す周波数のキャリア周波数信号信号が無い場合はインターロック信号を送らず、漏電遮断器を瞬時遮断動作させる。
上記実施の形態1、実施の形態2では、配電系統の階層別の各分岐要所に遮断器と零相変流器及び地絡電流検出部の3つの機器を設置しなければならず、各機器間に制御線の接続も必要である。
漏電遮断器21には開閉接点22、零相変流器(ZCT)23、過電流検出部24、開閉機構25、引外し部26、漏電電流検出部27が組み込まれており、漏電保護協調システムの構成要素の多くが組み込まれている。その他に必要とする機能を地絡保護協調ユニット50に収容して漏電遮断器21と合体させた実施の形態4の地絡保護協調ユニット付漏電遮断器は工場等で制御線接続と一体化がなされており、配電系配電線に漏電遮断器部を接続設置するだけで簡便に漏電保護協調システムを形成することができる。
なお、上記において地絡保護協調のものを説明したが、過電流保護協調であっても過電流保護特性が伝送信号で選択可能な電子式回路遮断器に配電線搬送通信、キャリア周波数信号の判定機能を持たせた遮断保護協調部を組み合わせて構成することは容易である。
産業上の利用可能性
以上のようにこの発明による地絡保護協調方式および地絡保護協調ユニット付漏電遮断器は、専用の信号線を必要とせず、電力配電系統の地絡保護協調動作を容易に実現できるので、各種工場、ビルなどの配電系統や電気設備に組み込んで使用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の地絡保護協調方式の構成を示す図である。
第2図は実施の形態1の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。
第3図は実施の形態1における遮断器動作の条件真理表である。
第4図はこの発明の実施の形態2の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。
第5図は実施の形態2におけるマルチキャリア送信部の構成を示す回路図である。
第6図は実施の形態2におけるマルチキャリア検出部の構成を示す回路図である。
第7図は実施の形態2のキャリア周波数信号の割り付けを示す図である。
第8図はこの発明の実施の形態3のキャリア周波数信号の割り付けを示す図である。
第9図はこの発明の実施の形態4の地絡保護協調ユニット付漏電遮断器の構成を示すブロック図である。
第10図は実施の形態4の地絡保護協調ユニット付漏電遮断器の上面図である。
第11図は従来の地絡保護装置による地絡保護協調方式の構成を示す図である。
第12図は従来の地絡保護装置の内部構成を示すブロック図である。
Claims (7)
- 電力配電系統の階層別の各分岐要所に、遮断器と、地絡電流が所定レベル以上且つ所定時限を越えたとき地絡検出信号を発生し、上記遮断器に遮断信号を出力する地絡保護装置とを設置した地絡保護協調方式において、
上記各地絡保護装置は上記電力配電系統における自己の階層レベルを設定する階層レベル設定手段と、
上記地絡検出信号が発生したとき上記階層レベル設定手段で設定された階層レベルに対応した信号を重畳したキャリア信号を上記電力配電系統の配電線へ送信するキャリヤ送信手段と、
他の地絡保護装置のキャリヤ送信手段から発信され上記配電線を介して伝送されたキャリア信号を検出するキャリア検出手段と、
このキャリヤ検出手段により検出された信号に基づいて上記遮断器の遮断動作を時延動作または瞬時遮断動作に選択的に切り替える動作時限切替手段とを備えたことを特徴とする地絡保護協調方式。 - 上記動作時限切替手段は、上記キャリヤ検出手段により検出された信号に、自己の階層レベルより下位を示すものが存在する場合は上記遮断器を時延動作させ、自己の階層レベルより下位を示すものが無い場合は瞬時遮断動作させるようにしたことを特徴とする請求項1記載の地絡保護協調方式。
- 上記地絡保護装置は上記キャリア送信手段及びキャリア検出手段として、同時に複数周波数の送受信を行うためのマルチキャリア送信手段とマルチキャリア検出手段とを備え、
上記マルチキャリア送信手段は上記地絡検出信号が発生したとき上記階層レベル設定手段で設定された階層レベルに対応したキャリア周波数信号を選択して上記配電線へ送信し、
上記マルチキャリア検出手段は他の地絡保護装置から発信され上記配電線を介して伝送されたキャリア周波数信号を検出し、
上記動作時限切替手段は上記検出されたキャリア周波数信号が自己の階層レベルより下位を示す場合は上記遮断器を時延動作させ、自己の階層レベルより下位を示すものが無い場合は瞬時遮断動作させるようにしたことを特徴とする請求項1記載の地絡保護協調方式。 - 1つの階層レベル対応を示す複数のキャリア周波数信号を設定して、上記地絡検出信号が発生したとき上記複数のキャリア周波数信号を送信し、上記複数のキャリア周波数信号のいずれかを検出した場合に上記遮断器を時延動作に切り替えることを特徴とする請求項2記載の地絡保護協調方式。
- 電力配電系統に接続された配電回路の地絡電流または漏電電流が所定レベル以上且つ所定時限を越えたことを漏電電流検出手段により検出して上記配電回路を遮断する漏電遮断器と、この漏電遮断器に組み合わせられる地絡保護協調ユニットとからなり、
この地絡保護協調ユニットは上記漏電遮断器が上記電力配電系統で接続される階層を設定する階層レベル設定手段と、上記漏電遮断器の接続された配電線に複数のキャリア周波数信号により配電線搬送通信を行うマルチキャリア送信手段及びマルチキャリア検出手段とを具備し、
上記漏電遮断器の漏電電流検出手段からの漏電検出信号により上記階層レベル設定手段で設定された階層レベルに対応したキャリア周波数信号を選択して上記配電線へ出力すると共に、
他の地絡保護協調ユニットから発信され上記配電線を介して伝送されたキャリア周波数信号を検出し、検出されたキャリア周波数信号に基づいて上記漏電遮断器の遮断動作を時延動作または瞬時遮断動作に選択的に切り替えるようにしたことを特徴とする地絡保護協調ユニット付漏電遮断器。 - 上記検出されたキャリア周波数信号に、自己の階層レベルより下位を示すものが存在する場合は上記漏電遮断器を時延動作させ、自己の階層レベルより下位を示すものが無い場合は瞬時遮断動作させるようにしたことを特徴とする請求項5記載の地絡保護協調ユニット付漏電遮断器。
- 1つの階層レベル対応を示す複数のキャリア周波数信号を設定して、上記地絡検出信号が発生したとき上記複数のキャリア周波数信号を送信し、上記複数のキャリア周波数信号のいずれかを検出した場合に上記漏電遮断器を時延動作に切り替えることを特徴とする請求項記載の地絡保護協調ユニット付漏電遮断器。
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