WO2019142574A1 - 電路故障検知装置 - Google Patents

Abstract

電路故障を正確に検知できる電路故障検知装置を提供する。そのため、三相の変圧器（１５６）の一次巻線（１５６ａ）と、電力源（１５０）との間に接続された電路（１５４）に流れる一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）を計測する電流センサ（１０１）と、変圧器（１５６）の二次側電圧（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）を計測する電圧センサ（１１４）と、一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）の位相関係と、二次側電圧（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）と、に基づいて電路（１５４）における開放故障の有無を判別し、判別結果を出力する制御部（２００）と、を設けた。

Description

電路故障検知装置

　本発明は、電路故障検知装置に関する。

　変圧器一次側の電路開放故障を検知する技術として、下記特許文献１の請求項１には、「原子力発電所に使われる待機変圧器の１次側Ｙ結線の中性線に設置されるロゴスキーコイル(Ｒｏｇｏｗｓｋｉ Ｃｏｉｌ)；前記待機変圧器の２次側遮断器がオープン(Ｏｐｅｎ)された状態で、前記ロゴスキーコイルに誘導された電流が既設定された基準値以上に既設定された基準時間以上維持される場合、前記１次側に欠相が発生したと判断して警報信号を生成する欠相検出部；及び、前記欠相検出部が提供する警報信号によって警報を管理者に表示する主制御部；を含むことを特徴とする原子力発電所における待機変圧器の連結線路の欠相検出装置。」と記載されている。

　また、下記特許文献２の要約書には、「保護リレー装置は、Ｙ－Ｙ－Δ結線で構成された３相変圧器の負荷側に出力される３相の負荷電流の入力を受け付ける入力手段と、３相の負荷電流のうち少なくとも１相の負荷電流の実効値が基準電流値以下であるか否かを判断する判断手段と、判断結果に基づいて３次巻線に設けられた開閉器を開閉するための制御信号を出力する出力手段と、３相の負荷電流の不平衡を検出する検出手段とを備える。出力手段は、少なくとも１相の負荷電流の実効値が基準電流値以下の場合には開閉器を開放する制御信号を出力し、３相のすべての負荷電流の実効値が基準電流値よりも大きい場合には開閉器を閉成する制御信号を出力する。」と記載されている。

　また、下記特許文献３の明細書、段落００１８には、「送電線または配電線に接続された変圧器の二次側が無負荷状態において一次側の欠相検出は、電流が小さいために困難なものではあるが、負荷が接続されて使用状態となるまでに検出できればよいので、欠相状態の検出には充分な時間が掛けられるという特徴がある。本発明者はこの特徴を利用して、微小電流ながら充分な時間を掛けて検出することによって、高精度で欠相検出することが可能な欠相検出器を考案したものである。」と記載されている。

特許第５９７６９５９号公報 特開２０１６－４６９７２号公報 特許第５９２６４１９号公報

　上記特許文献１に記載された技術は、ロゴスキーコイルを変圧器の中性点接地電路に取り付けて低負荷時の挙動の変化を捉えるものである。しかし、電路構成上、変圧器が非接地である場合は、ロゴスキーコイルを取り付けること自体が困難である。また、上記特許文献２に記載された技術は、Ｙ－Ｙ－Δ結線の変圧器、すなわち三次巻線を有する変圧器を適用することが前提であり、他の変圧器には適用不可能である。また、上記特許文献３に記載された技術は、電流値の計測時間を長くすれば検出精度を向上できるという前提に基づいている。しかし、外部系統の電路状態（不平衡、静電容量）や計測電路の長距離化によって、たとえ計測時間を長くしてもノイズ成分を充分に除去できない場合があると考えられる。

　さらに、上記特許文献１～３に記載された技術は、何れも変圧器一次側の一相開放事象を対象としたものであり、二相開放の検出用としてそのまま適用することは困難であると考えられる。このように、特許文献１～３に記載された技術は、何れも適用回路、事故様相が限定されるという問題があった。
　この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、電路開放故障を確実に検知できる電路故障検知装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため本発明の電路故障検知装置は、三相の変圧器の一次巻線と、電力源との間に接続された電路に流れる一次側電流を計測する電流センサと、前記変圧器の二次側電圧を計測する電圧センサと、前記一次側電流の位相関係と、前記二次側電圧と、に基づいて前記電路における開放故障の有無を判別し、判別結果を出力する制御部と、を有することを特徴とする。

　本発明によれば、電路開放故障を確実に検知できる。

本発明の一実施形態による電路故障検知装置のブロック図である。 一次側開放故障が発生した場合の動作説明図である。 一実施形態における制御部のブロック図である。 一実施形態における一次側電流の波形図である。 一実施形態における一次側電流の他の波形図である。 一実施形態における一次側電流の他の波形図である。 一実施形態における二次側電圧の波形図である。 一実施形態における二次側電圧の他の波形図である。

〈一実施形態の全体構成〉
　図１は、本発明の一実施形態による電路故障検知装置Ａのブロック図である。
　図１において、電力系統１５０は、例えば商用電力系統である。三相の変圧器１５６は、一次巻線１５６ａと、二次巻線１５６ｂと、を備えている。一次巻線１５６ａは、遮断器１５２および電路１５４を介して電力系統１５０に接続されている。ここで、電路１５４は、Ｒ相電路１５４ｒと、Ｓ相電路１５４ｓと、Ｔ相電路１５４ｔと、を有している。遮断器１５２は、電力系統１５０と変圧器１５６との間の接続をオン／オフするとともに、そのオン／オフ状態を、遮断器状態信号Ｓｂとして出力する。変圧器１５６は、電力系統１５０から供給された電圧を変換し（例えば降圧し）、電路１５８を介して電力を負荷装置１６０に供給する。

　電路故障検知装置Ａは、巻線型光ファイバ電流センサ１０１（電流センサ）と、光ファイバ１０２と、電圧センサ１１２，１１４と、信号処理部１３３と、制御部２００と、を備えている。電流センサ１０１は、信号処理部１３３とともに、電路１５４に流れるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔを検出する。

　電流センサ１０１は、可撓性のある棒状に形成されている。電流センサ１０１を電路１５４に装着する際には、電路１５４の導電部の解線や分解の必要はなく、導電部に電流センサ１０１を巻き付けるだけで装着可能である。光ファイバ１０２は、電流センサ１０１の検出結果を光信号として伝送する。電圧センサ１１２は、電力系統１５０における一次側電圧ｖｒ，ｖｓ，ｖｔを検出する。また、電圧センサ１１４は、変圧器１５６の二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを検出する。

　信号処理部１３３は光源（図示せず）を有し、光ファイバ１０２を介して電流センサ１０１に光を出力する。電流センサ１０１の先端部には、伝送された光を反射するミラー（図示せず）が装着されている。このミラー反射された光は、信号処理部１３３に戻る。ここで、電路１５４に流れる電流により、電路１５４の周囲には磁界が発生し、電流センサ１０１内の光はファラデー効果により、磁界に応じて偏波する。そこで、信号処理部１３３は、その偏波量に基づいて、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔを検出し、その結果を出力する。また、一次側電圧ｖｒ，ｖｓ，ｖｔは、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔの検出結果の補正のために信号処理部１３３に入力されている。

　また、制御部２００は、遮断器１５２から出力された遮断器状態信号Ｓｂと、信号処理部１３３にて検出された一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔと、電圧センサ１１４にて検出された二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗと、を受信する。制御部２００は、これら受信した信号と、後述するアルゴリズムと、に基づいて、電路１５４に故障が生じているか否かを判定し、その結果を判定信号Ｓｊとして出力する。なお、判定信号Ｓｊは、「警報」や「トリップ出力」のような形式であってもよい。

〈変圧器の一次側開放故障に関する問題〉
　ここで、変圧器１５６の一次側、すなわち電路１５４に開放故障が発生した場合の問題点について説明しておく。
　図２は、この開放故障が発生した場合の動作説明図である。図示のように、変圧器１５６の一次巻線１５６ａが中性点接地の星形結線であり、二次巻線１５６ｂが三角結線であったと仮定する。そして、開放故障点１７０において、Ｒ相電路１５４ｒに開放故障が発生したと仮定する。電路１５４は、例えば数百メートルから数キロメートル程度の長さを有している。そして、電路１５４は、接地電位との間に比較的大きな充電容量を有している。図２においては、この充電容量を破線のコンデンサ（符号なし）によって示している。

　なお、図２において、ベクトルＶｒ，Ｖｓ，Ｖｔは一次側電圧ｖｒ，ｖｓ，ｖｔに対応し、ベクトルＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗは二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに対応する。そして、一次巻線１５６ａにおけるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の巻線は、それぞれ二次巻線１５６ｂにおけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線に対応して巻回されていることとする。

　図２において、開放相ではないＳ相およびＴ相電圧ベクトルＶｓ，Ｖｔによって、二次巻線１５６ｂには、Ｖ相およびＷ相電圧ベクトルＶｖ，Ｖｗが発生する。すると、このＶ相およびＷ相電圧ベクトルＶｖ，Ｖｗによって、二次巻線１５６ｂには、Ｕ相電圧ベクトルＶｕが発生する。Ｕ相電圧ベクトルＶｕが発生すると、これによって一次巻線１５６ａには、Ｒ相電圧ベクトルＶｒが発生する。このように、一次側開放故障の発生前後において、変圧器１５６における一次/二次の電圧関係の変化は小さくなることが解る。

　また、二次巻線１５６ｂに流れる二次電流は、二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ（図１参照）と、負荷装置１６０の負荷インピーダンスと、によって決定される。従って、二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗが故障発生前から変化しないと仮定すると、二次電流の大きさや位相の変化も、変化しないことになる。実際には、一次側開放故障の前後で二次側の電気量にも多少の変化は生じるが、この変化によって一次側開放故障を検知することは、困難であることが多い。

　一方、変圧器１５６の一次側開放故障が起こると、変圧器１５６の一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔには、有意な変化が現れる。すなわち、開放相に係る一次側電流ｉｒの振幅値はほぼ零になるが、残りの一次側電流ｉｓ，ｉｔの振幅値は、故障発生前よりも大きくなる。図１に示した遮断器１５２は、過負荷や短絡時等に対し変圧器１５６を保護するために設けられており、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔのうち何れかが所定の電流閾値を超えると、全相をオフ状態にするように構成されている。そこで、遮断器１５２の保護装置（図示せず）によって一次側電流の変化を検出し、一次側開放故障を検出することが考えられる。しかし、一般的に、電流保護のために設けられている保護装置において、遮断動作を行う電流閾値は、比較的高い値に設定されている。従って、低負荷状態で変圧器一次側の開放故障が起こった場合には、遮断器１５２によって開放故障を検出することは困難である。

　また、本実施形態においては、上述したように、変圧器１５６の一次側に、巻線型光ファイバ電流センサ１０１を設けたが、通常の変圧器では、電流計測用の鉄心型変流器（図示せず）が適用される場合が多い。この種の鉄心型変流器は、変圧器一次側の定格電流相当を所定の二次側電流（例えば５Ａまたは１Ａ程度）に対応させている。従って、変圧器が無負荷または低負荷状態であるとき、鉄心型変流器の二次側電流は微小な値になる。従って、変圧器が無負荷または低負荷状態であるとき、鉄心型変流器によって変圧器一次側の開放故障を検出することは、やはり困難な場合が多い。

　変圧器１５６に一次側開放故障が発生した場合、変圧器１５６の二次側に、負荷装置１６０を接続すると、一次側中性点の接地状態や、巻線構成等によって程度は異なるものの、二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは不平衡になる。この負荷装置１６０が、例えば誘導電動機を含む場合、誘導電動機の各相電流が不平衡になるため異音や振動が生じ、場合によっては誘導電動機が焼損する。従って、変圧器１５６の一次側開放故障が発生した場合に、これを早期に検知し、操作員に把握させることが望まれている。特に、近年、原子力発電所等の付帯設備に適用される負荷装置１６０では、本事象に関する保護が強く要求されている。

〈制御部２００の構成〉
　図３は、制御部２００のブロック図である。なお、制御部２００は、リレー回路等によって構成されている。
　制御部２００は、相電流偏差検出部２０２と、線間電流偏差検出部２０４と、一次側電流検出部２０６と、相電流位相差検出部２０８と、相電圧偏差検出部２１０と、不足電圧検出部２１２と、ＡＮＤ回路２２２，２２４，２３４，２４０と、ＯＲ回路２２６，２３０，２３２，２４４と、ＮＯＴ回路２２０，２２８，２３８と、タイムアップ回路２３６，２４２と、を備えている。

（相電流偏差検出部２０２）
　相電流偏差検出部２０２は、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔの振幅値を求め、これら各振幅値の相互間の比率のうち、所定の相電流偏差検出レート以上であるものが存在すると“１”になり、それ以外の場合に“０”になる相電流偏差信号Ｓ２を出力する。
　ここで、相電流偏差検出部２０２の動作例を説明する。
　図４は、（ａ）負荷装置１６０（図１参照）が誘導電動機を含む設備を有し、その設備が運転されている、および（ｂ）一次巻線１５６ａ（図１参照）は中性点接地の星形結線である、という条件における一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔの波形図である。
　波形群Ｇ３１，Ｇ３２，Ｇ３３の何れにおいても、横軸が時間、縦軸が電流値である。また、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔは、それぞれ実線、点線および破線によって描かれている。

　波形群Ｇ３１は、一次側開放故障が生じていない場合の電流波形であり、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔの振幅値がほぼ等しくなっている。この場合、相電流偏差検出部２０２は、相電流偏差信号Ｓ２を“０”に設定する。また、波形群Ｇ３２は、一相の（Ｔ相の）一次側開放故障が生じた場合の電流波形である。図示の例においては、一次側電流ｉｔの振幅値は、他の一次側電流ｉｒ，ｉｓの振幅値よりも有意に小さくなっている。この場合、相電流偏差検出部２０２は、相電流偏差信号Ｓ２を“１”に設定する。なお、一次側電流ｉｔの振幅値が完全に零になっていないのは、電路１５４および変圧器１５６の各部に充電容量が存在するためである。また、波形群Ｇ３３は、二相の一次側開放故障が生じた場合の電流波形であり、開放相（Ｒ相、Ｔ相）の電流が有意に小さくなっている。この場合も、相電流偏差検出部２０２は、相電流偏差信号Ｓ２を“１”に設定する。

　また、図５を参照し、相電流偏差検出部２０２の他の動作例を説明する。ここで、図５は、図４の条件と同様の条件下における一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔの波形図である。但し、図５においては、負荷装置１６０に含まれる該誘導電動機が低出力で運転されていることとする。波形群Ｇ６１は、一次側開放故障が生じていない場合の電流波形であり、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔの振幅値はほぼ等しい。また、波形群Ｇ６２は、二相の一次側開放故障が生じた場合の電流波形である。この場合、一次側電流ｉｒの振幅値は、一次側電流ｉｓ，ｉｔの振幅値よりも有意に大きくなっている。
　従って、相電流偏差検出部２０２は、負荷装置１６０に誘導電動機が含まれている場合であっても、正確な相電流偏差信号Ｓ２を出力することができる。

　図４および図５に示したように、一相開放事象は、基本的には各相電流値の偏差にて検出可能である。しかし、変圧器１５６が無負荷または低負荷状態であるとき、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔは、ほぼ変圧器１５６ｎ励磁電流に等しくなる。そして、図２において、開放故障点１７０と変圧器１５６との間における充電容量が大きい場合には、充電容量に流れる充電電流によって、励磁電流の各相の偏差が顕著に現れないケースが生じる。

　ここで、一次巻線１５６ａの中性点が非接地である場合には、一相開放事象によって中性点が移動するため、電流偏差よりも二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ（図１参照）の偏差の方が顕著になる。また、一次巻線１５６ａの中性点が非接地であって、二相開放事象が生じた場合には、変圧器１５６に印加される有効な電圧ベクトルがなくなるため、変圧器の通電電流および二次電圧は、三相とも減少傾向を示し、有効な相間偏差が現れなくなる。

　このように、変圧器１５６の一次側開放故障時の電圧および電流の様相には種々のケースがある。そこで、本実施形態においては、図３に示す他の構成要素（詳細は後述する）によって、開放故障の各モードに有効なアルゴリズムを選定し、そのアルゴリズムを並列に実装している（ＯＲ演算を行っている）。これにより、変圧器１５６の結線種別、接地方式、系統側の電路状態を問わず、変圧器１５６の無負荷時～定格負荷時において一次側で発生した一相開放および二相開放故障を正確に検知することが可能になる。

（相電流位相差検出部２０８）
　図３に戻り、相電流位相差検出部２０８は、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔの位相関係に基づいて、一次側開放故障を検出するものである。すなわち、相電流位相差検出部２０８は、各一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ間の位相差を計算する。ここで、一次側電流が三相平衡状態であれば、各一次側電流間の位相差は１２０°になる。そこで、この位相差１２０°に計算誤差を考慮し、位相差検出部２０８は、各一次側電流間の位相差が１２０°±α（αは所定の定数）の範囲であれば、“０”になり、それ以外の場合に“１”になる位相差検出信号Ｓ８を出力する。

　ここで、相電流位相差検出部２０８の動作例を説明する。
　図６は、（ａ）負荷装置１６０（図１参照）が無負荷状態である、および（ｂ）一次巻線１５６ａは中性点接地の星形結線である、（ｃ）変圧器１５６に三角結線が含まれている、という条件における一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔの波形図である。なお、本実施形態においては、二次巻線１５６ｂは三角結線であるため、上記条件（ｃ）は充足されている。
　波形群Ｇ４１は、一次側開放故障が生じていない場合の電流波形すなわち励磁電流の波形である。図示のように、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔは、相互にほぼ１２０°の位相差を有している。この場合、相電流位相差検出部２０８は、位相差検出信号Ｓ８を“０”に設定する。

　また、波形群Ｇ４２は、一次側開放故障が発生した場合の電流波形である。上述したように、各電路１５４（図１参照）は、比較的長距離であり、接地電位との間に大きな充電容量を有しているものとする。そして、一次側の何れかの相で開放故障が発生すると、開放相の電路１５４に誘導された電圧により、充電容量と変圧器１５６の一次側中性点を通して閉ループが構成され充電電流が還流する。この充電電流は、一次巻線１５６ａの開放相に通電するため、対応する電流が変圧器１５６の二次巻線１５６ｂに誘導される。二次巻線１５６ｂに誘導される電流は、三角結線である二次巻線を還流し、結果的に一次巻線１５６ａの各相に誘導される。図２において、開放故障点１７０から変圧器１５６までの距離が長く、充電容量が大きい場合には、励磁電流よりも充電電流が支配的となる。これにより、波形群Ｇ４２に示すように、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔは、ほぼ同相で、かつほぼ同じ電流値になる。この場合、相電流位相差検出部２０８は、位相差検出信号Ｓ８を“１”に設定する。

（線間電流偏差検出部２０４）
　一次巻線１５６ａが中性点接地の星形結線である場合、一次巻線１５６ａには、中性点を介して零相電流が流れる。ここで、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔが比較的小さい場合には、電路１５４等、送電系統の状態によっては、相電流である一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔのうち、零相電流の割合が多くなる場合がある。零相電流の割合が多くなると、一次側開放故障が発生していなかったとしても、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔの位相関係が崩れ、上述した位相差検出信号Ｓ８が“１”になる可能性がある。このような状況下において、上述した位相差検出信号Ｓ８に基づいて一次側開放故障の有無を判定する場合には、零相電流の影響を考慮することが必要である。

　図３において、線間電流偏差検出部２０４は、零相電流の影響が大きいか否かを判定するために設けられている。まず、線間電流偏差検出部２０４は、線間電流ｉｒ－ｉｓ，ｉｒ－ｉｔ，ｉｓ－ｉｔの振幅値を求める。さらに、線間電流偏差検出部２０４は、これら各振幅値の相互間の比率のうち、所定の線間電流偏差検出レート以上であるものが存在すると“１”になり、それ以外の場合に“０”になる線間電流偏差信号Ｓ４を出力する。

（一次側電流検出部２０６）
　上述したように、線間電流偏差検出部２０４は、線間電流ｉｒ－ｉｓ，ｉｒ－ｉｔ，ｉｓ－ｉｔの振幅値によって零相電流の影響を除外した判定ができる。しかし、零相電流の影響の除外は、開放故障が発生していないときの電流位相差を検出する際の誤動作防止用であるため、変圧器１５６の無負荷時における一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔに相当する、小電流領域でのみ適用する。

　一次側電流検出部２０６は、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔが無負荷電流相当か否かを判定するために設けられている。すなわち、一次側電流検出部２０６は、一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔのうち何れかの振幅値が所定の一次側電流検出閾値以上になると“０”になり、それ以外の場合に“１”になる一次側電流検出信号Ｓ６を出力する。

（相電圧偏差検出部２１０）
　図３において、相電圧偏差検出部２１０は、変圧器１５６の二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの振幅値を求める。さらに、相電圧偏差検出部２１０は、これら各振幅値の相互間の比率のうち、所定の相電圧偏差検出レート以上であるものが存在すると“１”になり、それ以外の場合に“０”になる相電圧偏差信号Ｓ１０を出力する。

　ここで、相電圧偏差検出部２１０の動作例を説明する。
　図７は、（ａ）負荷装置１６０（図１参照）が無負荷状態である、および（ｂ）一次巻線１５６ａは中性点非接地の星形結線である、という条件における二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの波形図である。換言すれば、相電圧偏差検出部２１０は、一次巻線１５６ａが中性点非接地である場合のために設けられている。
　波形群Ｇ５１は、一次側開放故障が生じていない場合の二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの波形であり、これらの振幅値はほぼ等しくなっている。この場合、相電圧偏差検出部２１０は相電圧偏差信号Ｓ１０を“０”に設定する。

　また波形群Ｇ５２は、一次側開放故障が発生した場合における二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの波形であり、電圧振幅の差が大きくなっていることが解る。この場合、相電圧偏差検出部２１０は相電圧偏差信号Ｓ１０を“１”に設定する。
　このように、一次巻線１５６ａの中性点が非接地である無負荷状態においては、二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの振幅偏差に基づいた相電圧偏差信号Ｓ１０によって、一次側開放故障の有無を判定することができる。

（不足電圧検出部２１２）
　図３に戻り、不足電圧検出部２１２は、変圧器１５６の二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの振幅値を求め、これらの過去の振幅値（換言すれば、正常時の振幅値）との比率すなわち振幅比を求める。そして、不足電圧検出部２１２は、これら振幅比のうち、何れかが所定の不足電圧検出レートβ以下である場合に“１”になり、それ以外の場合に“０”になる不足電圧検出信号Ｓ１２を出力する。

　ここで、不足電圧検出部２１２の動作例を説明する。
　図８は、（ａ）負荷装置１６０（図１参照）に誘導電動機が含まれ該誘導電動機が低出力で運転されている、および（ｂ）一次巻線１５６ａ（図１参照）は中性点非接地の星形結線である、という条件における二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの波形図である。換言すれば、不足電圧検出部２１２も、一次巻線１５６ａが中性点非接地である場合のために設けられている。
　波形群Ｇ７１は、一次側開放故障が生じていない場合の二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの波形である。ここで、電路１５４のうち、二相において一次側開放故障が発生すると、誘導電動機には変圧器１５６からは電力が供給されなくなる。しかし、誘導電動機は惰性で回転し続けながら、比較的短い時間内（例えば数百ミリ秒程度）では、徐々に出力電圧すなわち二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを低下させつつ「誘導発電機」として機能する。

　波形群Ｇ７２は、出力電圧が低下した二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの波形である。図示のように、波形群Ｇ７１，Ｇ７２における二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの振幅値は相違している。不足電圧検出部２１２は、誘導電動機の出力電圧すなわち二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの振幅値の変化を検出する。そして、不足電圧検出部２１２は、二次側電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗのうち何れかの現在値が、これらの正常時の値の「１／β」以上であるときは、“０”になり、「１／β」未満であるときは“１”になる不足電圧検出信号Ｓ１２を出力する。なお、不足電圧検出レートβは、「１」を超える所定の定数である。

（構成要素２０２～２１２の後段の回路）
　以下、構成要素２０２～２１２の後段の回路構成について説明するが、以下の説明において、論理和は「＋」、論理積は「×」、論理否定は「－」で表記する。
　まず、ＡＮＤ回路２２２は、線間電流偏差信号Ｓ４と一次側電流検出信号Ｓ６との論理積「Ｓ４×Ｓ６」を信号Ｓ２２として出力し、ＯＲ回路２２６は、信号Ｓ２２と一次側電流検出信号Ｓ６の論理否定との論理和「Ｓ２２＋（－Ｓ６）」を信号Ｓ２６として出力する。また、ＡＮＤ回路２２４は、信号Ｓ２６と信号Ｓ８との論理積「Ｓ２６×Ｓ８＝（Ｓ４×Ｓ６＋（－Ｓ６））×Ｓ８」を信号Ｓ２４として出力する。すなわち、ＡＮＤ回路２２４が出力する信号Ｓ２４は、「線間電流の偏差が大きく（Ｓ４＝１）」、「一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔが比較的小さく（Ｓ６＝１）」、かつ「位相の相互間の偏差１２０°±αよりも大きい（Ｓ８＝１）」場合、または、「一次側電流ｉｒ，ｉｓ，ｉｔが比較的大きく（Ｓ６＝０）」かつ「位相の相互間の偏差が１２０°±αよりも大きい（Ｓ８＝１）」場合に“１”になる信号である。そして、ＯＲ回路２３０は、「Ｓ２＋Ｓ２４」となる信号Ｓ３０を出力する。すなわち、信号Ｓ３０は、一次巻線１５６ａの中性点が接地されている条件下において、一次側開放故障が発生した旨を示す信号になる。

　また、ＯＲ回路２３２は、「Ｓ２＋Ｓ１０＋Ｓ１２」となる信号Ｓ３２を出力する。信号Ｓ３２は、一次巻線１５６ａの中性点が非接地である条件下において、一次側開放故障が発生した旨を示す信号になる。また、ＮＯＴ回路２２０は、遮断器状態信号Ｓｂの論理否定「－Ｓｂ」を出力する。ここで、遮断器状態信号Ｓｂは、遮断器１５２がオフ状態であるときに“１”、オン状態であるときに“０”になる信号である。
　また、中性点接地状態信号Ｓｅは、変圧器１５６の一次巻線１５６ａの中性点が接地されている場合に“１”、非接地の場合に“０”になる信号である。なお、中性点接地状態信号Ｓｅを介在させている理由は、変圧器１５６の運用状態（中性点接地の有無）を正しく検知装置に判断させるためである。

　ＡＮＤ回路２３４は、「Ｓｅ×（－Ｓｂ）×Ｓ３０」となる信号Ｓ３４を出力する。すなわち、信号Ｓ３４は、「一次巻線１５６ａの中性点が接地されており（Ｓｅ＝１）」、「遮断器１５２がオン状態であり（Ｓｂ＝０）」、かつ、「中性点接地であれば一次側開放故障が発生している（Ｓ３０＝１）」という条件下で“１”になる。

　また、ＡＮＤ回路２４０は、「（－Ｓｅ）×（－Ｓｂ）×Ｓ３２」となる信号Ｓ４０を出力する。すなわち、信号Ｓ４０は、「一次巻線１５６ａの中性点が非接地であり（Ｓｅ＝０）」、「遮断器１５２がオン状態であり（Ｓｂ＝０）」、かつ、「中性点非接地であれば一次側開放故障が発生している（Ｓ３２＝１）」という条件下で“１”になる。

　タイムアップ回路２３６は、信号Ｓ３４が所定時間以上連続して“１”であれば“１”になる信号Ｓ３６を出力する。同様に、タイムアップ回路２４２は、信号Ｓ４０が所定時間以上連続して“１”であれば“１”になる信号Ｓ４２を出力する。そして、ＯＲ回路２４４は、信号Ｓ３６，Ｓ４２の論理和を判定信号Ｓｊとして出力する。これにより、判定信号Ｓｊは、電路１５４に開放故障が発生した場合に“１”になり、それ以外の場合に“０”になる信号になる。

〈一実施形態の効果〉
　以上のように本実施形態によれば、三相の変圧器（１５６）の一次巻線（１５６ａ）と、電力源（１５０）との間に接続された電路（１５４）に流れる一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）を計測する電流センサ（１０１）と、変圧器（１５６）の二次側電圧（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）を計測する電圧センサ（１１４）と、一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）の位相関係と、二次側電圧（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）と、に基づいて電路（１５４）における開放故障の有無を判別し、判別結果を出力する制御部（２００）と、を有することを特徴とする。
　これにより、一次側電流の位相関係と、二次側電圧と、に基づいて、電路故障を正確に検知できる。

　また、電流センサ（１０１）は、入射した光を反射する機能を有する巻線型光ファイバ電流センサであり、電流センサ（１０１）に対して光を出力し、電流センサ（１０１）から反射された光を受信することによって一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）を検出する信号処理部（１３３）と、電流センサ（１０１）と信号処理部（１３３）とを接続する光ファイバ（１０２）と、をさらに有する。
　これにより、一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）を高精度に測定できるようになる。

　また、制御部（２００）は、各相の一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）の振幅値の相互間の比率のうち所定の相電流偏差検出レート以上であるものが存在する場合（Ｓ２＝１）、または、各相の一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）の相互間の位相差が所定の範囲（１２０°±α）を外れる場合（Ｓ８＝１）に、開放故障が生じた旨を示す判定信号（Ｓｊ＝１）を出力する。
　これにより、一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）の振幅値および位相に基づいて、電路故障を一層正確に検知できる。

　また、制御部（２００）は、変圧器（１５６）の二次側電圧（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）における各相の振幅値の相互間の比率のうち、所定の相電圧偏差検出レート以上であるものが存在すると（Ｓ１０＝１）、開放故障が生じた旨を示す判定信号（Ｓｊ＝１）を出力する。
　これにより、二次側電圧の振幅値に基づいて、電路故障を一層正確に検知できる。

　また、制御部（２００）は、変圧器（１５６）の二次側電圧（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）における電圧の過去の値と現在の値との比率が所定の不足電圧検出レート以下である（Ｓ１２＝１）場合に、開放故障が生じた旨を示す判定信号（Ｓｊ＝１）を出力する。
　これにより、一次側電圧または二次側電圧の電圧に基づいて、電路故障を一層正確に検知できる。

　また、制御部（２００）は、各相の一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）の相互間の位相差が所定の範囲（１２０°±α）を外れる場合であり（Ｓ８＝１）、変圧器（１５６）の一次側における線間電流（ｉｒ－ｉｓ，ｉｒ－ｉｔ，ｉｓ－ｉｔ）の振幅値の相互間の比率は全て所定の線間電流偏差検出レート以上であり（Ｓ４＝１）、かつ、一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）の振幅値の全てが所定の一次側電流検出閾値未満である（Ｓ６＝１）場合、または、各相の一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）の相互間の位相差が所定の範囲（１２０°±α）を外れる場合であり（Ｓ８＝１）、かつ、一次側電流（ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ）の振幅値の全てが所定の一次側電流検出閾値以上である（Ｓ６＝０）場合に、開放故障が生じた旨を示す判定信号（Ｓｊ＝１）を出力する。
　これにより、一次側電流の位相と、線間電流の振幅値と、一次側電流の振幅値と、に基づいて、電路故障を一層正確に検知できる。

〈変形例〉
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記実施形態の構成に他の構成を追加してもよく、構成の一部について他の構成に置換をすることも可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

　上記実施形態において、制御部２００はリレー回路等によって構成したが、制御部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを有するものを適用してもよい。

１０１　巻線型光ファイバ電流センサ（電流センサ）
１０２　光ファイバ
１３３　信号処理部
１５０　電力系統（電力源）
１５４　電路
１５６　変圧器
１５６ａ　一次巻線
１５６ｂ　二次巻線
１６０　負荷装置
２００　制御部
Ａ　電路故障検知装置
ｉｒ，ｉｓ，ｉｔ　一次側電流
ｖｒ，ｖｓ，ｖｔ　一次側電圧
ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ　二次側電圧

Claims (6)

1. 　三相の変圧器の一次巻線と、電力源との間に接続された電路に流れる一次側電流を計測する電流センサと、
   　前記変圧器の二次側電圧を計測する電圧センサと、
   　前記一次側電流の位相関係と、前記二次側電圧と、に基づいて前記電路における開放故障の有無を判別し、判別結果を出力する制御部と、
   　を有することを特徴とする電路故障検知装置。
2. 　前記電流センサは、入射した光を反射する機能を有する巻線型光ファイバ電流センサであり、
   　前記電流センサに対して光を出力し、前記電流センサから反射された光を受信することによって前記一次側電流を検出する信号処理部と、
   　前記電流センサと前記信号処理部とを接続する光ファイバと、
   　をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電路故障検知装置。
3. 　前記制御部は、各相の前記一次側電流の振幅値の相互間の比率のうち所定の相電流偏差検出レート以上であるものが存在する場合、または、各相の前記一次側電流の相互間の位相差が所定の範囲を外れる場合に、前記開放故障が生じた旨を示す判定信号を出力する
   　ことを特徴とする請求項１に記載の電路故障検知装置。
4. 　前記制御部は、前記変圧器の二次側電圧における各相の振幅値の相互間の比率のうち、所定の相電圧偏差検出レート以上であるものが存在すると、前記開放故障が生じた旨を示す判定信号を出力する
   　ことを特徴とする請求項３に記載の電路故障検知装置。
5. 　前記制御部は、前記変圧器の二次側電圧における電圧の過去の値と現在の値との比率が所定の不足電圧検出レート以下である場合に、前記開放故障が生じた旨を示す判定信号を出力する
   　ことを特徴とする請求項４に記載の電路故障検知装置。
6. 　前記制御部は、各相の前記一次側電流の相互間の位相差が所定の範囲を外れた場合であっても、前記変圧器の一次側における線間電流の振幅値の相互間の比率が所定の線間電流偏差検出レート未満であり、かつ、前記一次側電流の振幅値の全てが所定の一次側電流検出閾値未満である場合には、前記開放故障が生じた旨を示す判定信号を出力しない
   　ことを特徴とする請求項１に記載の電路故障検知装置。

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