JP2003164055A

JP2003164055A - 非接地系電路の地絡検出装置とこれを用いた地絡保護継電器及び地絡検出方法

Info

Publication number: JP2003164055A
Application number: JP2001361227A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yagi; 力八木; Hiroaki Kamigaki; 博昭上垣
Original assignee: KANSAI DENKI HOAN KYOKAI
Current assignee: KANSAI DENKI HOAN KYOKAI
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-06
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: JP3532182B2

Abstract

(57)【要約】【課題】正弦波状の零相電圧および零相電流だけでな
く、急峻なパルス状または間欠状の零相電圧および零相
電流に基づいても地絡発生箇所が構内であるか否かを容
易かつ確実に判定することにある。【解決手段】非接地系電路１で発生した地絡事故によ
りその非接地系電路１に現出した零相電圧Ｖｏを検出す
る計器用変圧器６と、その地絡事故の発生により非接地
系電路１に流れる零相電流Ｉｏを検出する零相変流器７
とが接続された地絡検出装置２０において、計器用変圧
器６により得られた零相電圧Ｖｏの瞬時値を時間で微分
する微分回路１１と、零相変流器７により検出された零
相電流Ｉｏを、微分回路１１により算出された零相電圧
Ｖｏの微分値で除算する除算回路１２と、その除算回路
１２により算出された除算値に基づいて地絡事故の発生
箇所が構内あるいは構外のいずれであるかを判定する判
定回路１４とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば６．６ｋＶ
高圧の非接地系電路で発生した地絡事故を検出し、その
地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいずれである
かを判定する地絡検出装置とこれを用いた地絡保護継電
器および地絡検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、６．６ｋＶの高圧配電線からな
る非接地系電路において、抵抗地絡や間欠地絡などの地
絡事故が発生した場合、地絡事故を検出すると共に、そ
の地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいずれであ
るかを判定する地絡保護継電器を設けることにより、構
内における電気設備の保護を図る必要がある。

【０００３】図９は、例えば６．６ｋＶの高圧配電線か
らなる非接地系電路１を示す。この非接地系電路１で
は、高圧配電線（系統母線）に開閉器２を介して各種の
負荷３が接続されており、その受電点である開閉器２か
ら負荷側の電路を構内と称して保護範囲とし、系統側の
電路を構外と称して保護範囲外としているのが一般的で
ある。この非接地系電路１の構内では、地絡事故を検出
してその地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいず
れであるかを判定する地絡検出装置５と、その地絡検出
装置５から出力される判定結果に基づいて開閉器２を選
択的に開閉動作させるリレー４とからなり、受電する負
荷設備を保護するための地絡保護継電器１０が設置され
ている。

【０００４】地絡事故の発生により非接地系電路１に現
出した零相電圧Ｖｏを検出する計器用変圧器（ＺＰＣ）
６と、その地絡事故の発生により非接地系電路１に流れ
る零相電流Ｉｏを検出する零相変流器（ＺＣＴ）７とが
地絡検出装置５に接続されている。この地絡検出装置５
は、零相電圧Ｖｏおよび零相電流Ｉｏの大きさ、および
零相電圧Ｖｏに対する零相電流Ｉｏの位相差を監視する
位相差検出回路８と、その検出結果に基づいて地絡事故
の発生箇所が構内あるいは構外のいずれであるかを判定
する判定回路９とで主要部が構成されている。なお、位
相差検出回路８では、零相電圧Ｖｏに対する零相電流Ｉ
ｏの位相差の監視を容易にするため、零相電圧Ｖｏ及び
零相電流Ｉｏの双方について波形整形回路を用いるのが
通例である。

【０００５】この地絡保護継電器１０では、非接地系電
路１において地絡事故が発生した場合、その非接地系電
路１に現出した零相電圧Ｖｏを計器用変圧器６により検
出すると共に、その地絡事故の発生により非接地系電路
１に流れる零相電流Ｉｏを零相変流器７により検出す
る。位相差検出回路８では、この検出された零相電圧Ｖ
ｏを所定の角度だけ移相し、その移相後の零相電圧Ｖｏ
および零相電流Ｉｏを波形整形した上で、その波形整形
後の零相電圧Ｖｏおよび零相電流ＩｏをＡＮＤ回路に入
力し、そのＡＮＤ回路の出力を位相角に変換することに
より、零相電圧Ｖｏに対する零相電流Ｉｏの位相差を監
視する。判定回路９では、零相電圧Ｖｏおよび零相電流
Ｉｏの双方が所定の大きさを超えたという条件に加え
て、零相電圧Ｖｏに対して零相電流Ｉｏが例えば遅れ３
０度から進み１２０度の範囲内であれば、地絡事故の発
生箇所が構内であると判定し、その他の位相差の時は、
地絡事故の発生箇所が構外であると判定する。

【０００６】この判定回路９からの判定出力に基づい
て、地絡事故の発生箇所が構内である場合には、リレー
４を動作させることにより開閉器２を開放して負荷側を
系統から切り離し、構内における負荷設備を保護すると
共に、構内での地絡事故の復旧作業を実行する。一方、
地絡事故の発生箇所が構外である場合には、構内での地
絡事故発生の場合と異なり、リレー４を動作させる必要
がないことから、開閉器２を開放することなく系統から
の切り離しはない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した地
絡検出装置５では、地絡事故の発生時、零相電圧Ｖｏお
よび零相電流Ｉｏの大きさに加え、零相電圧Ｖｏに対す
る零相電流Ｉｏの位相差を監視することにより、その地
絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいずれであるか
を判定することから以下のような問題があった。

【０００８】前述した地絡事故が抵抗地絡の場合、零相
電圧Ｖｏおよび零相電流Ｉｏが正弦波状の波形となるた
め、零相電圧Ｖｏに対する零相電流Ｉｏの位相差を監視
することは容易であるが、地絡事故が間欠地絡の場合に
は、非接地系電路１と大地間に形成された対地静電容量
に充電された電荷が間欠地絡により瞬時に放電する現象
を繰り返すため、零相電圧Ｖｏおよび零相電流Ｉｏが正
弦波状の波形とはならず、急峻なパルス状の波形とな
る。

【０００９】特に、６．６ｋＶの高圧配電線からなる非
接地系電路１では、間欠地絡が発生する場合が多いとい
うのが現状である。これに対して、従来の地絡検出装置
５では、位相差検出回路８の波形整形回路が基本周波数
に対応して整形された波形を出力するものであって、不
規則かつ高周波成分を含む波形、つまり、間欠地絡にお
ける急峻なパルス状の波形を持つ零相電圧Ｖｏおよび零
相電流Ｉｏでは、その零相電圧Ｖｏに対する零相電流Ｉ
ｏの位相差を監視することで、地絡事故の発生箇所が構
内あるいは構外のいずれであるかを判定することが困難
であった。

【００１０】なお、前述した間欠地絡の場合だけでな
く、抵抗地絡の場合でも零相電流Ｉｏが短時間で間欠的
に流れることがあり、この場合も、不規則かつ高周波成
分を含む波形を持つ零相電圧Ｖｏおよび零相電流Ｉｏと
なるため、零相電圧Ｖｏに対する零相電流Ｉｏの位相差
を監視することで、地絡事故の発生箇所が構内あるいは
構外のいずれであるかを判定することが困難であった。

【００１１】また、零相電圧Ｖｏおよび零相電流Ｉｏの
高周波成分の極性から、地絡事故の発生箇所が構内ある
いは構外のいずれであるかを判定する手段がある。つま
り、零相電圧Ｖｏおよび零相電流Ｉｏの高周波成分の立
上がりまたは立下りが同一方向であれば、地絡事故の発
生箇所が構内であり、その立上りまたは立下りが異なる
方向であれば、地絡事故の発生箇所が構外であると判定
するようにしている。

【００１２】しかしながら、この零相電圧Ｖｏおよび零
相電流Ｉｏの高周波成分の極性に基づく判定では、高周
波成分において零相電流Ｉｏが大きいにもかかわらず、
零相電圧Ｖｏが小さい場合が多い。つまり、高圧の非接
地系電路１において形成される零相回路では、地絡抵抗
のほかに高圧ケーブルによる対地静電容量が形成されて
いることから、地絡事故により零相電圧Ｖｏの高周波成
分が発生した場合、零相電流Ｉｏが対地静電容量に流れ
ることになり、その零相電流Ｉｏの周波数が高いほどよ
く流れることから、零相電流Ｉｏが大きいにもかかわら
ず、零相電圧Ｖｏが小さい。

【００１３】一方、地絡保護継電器１０は、零相電圧Ｖ
ｏおよび零相電流Ｉｏについてその動作可能範囲が規定
されているため、前述したように零相電圧Ｖｏが小さく
なると、地絡保護継電器１０の動作可能範囲を逸脱する
ことになり、地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外の
いずれであるかを判定することが困難となってくる。特
に、最近の配電系統では規模が大きくなる傾向にあり、
地絡事故時に零相電圧Ｖｏが出にくい傾向もあり、事故
判定のための零相電圧Ｖｏの閾値が定めにくくなってい
るという課題もある。

【００１４】そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、正弦波状の零
相電圧および零相電流に基づいて地絡発生箇所が構内で
あるか否かを判定できるだけでなく、急峻なパルス状ま
たは間欠状の零相電圧および零相電流に基づいても地絡
発生箇所が構内であるか否かを容易かつ確実に判定し、
また、配電系統の規模が大きくなって零相電圧が出にく
い状況下にあっても、地絡事故が構内で発生したかどう
かを確実に判定し得る非接地系電路の地絡検出装置とこ
れを用いた地絡保護継電器及び地絡検出方法を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明装置は、非接地系電路で発
生した地絡事故によりその非接地系電路に現出した零相
電圧を検出する零相電圧検出手段と、前記地絡事故の発
生時に非接地系電路に流れる零相電流を検出する零相電
流検出手段とが接続された地絡検出装置において、前記
零相電圧検出手段により得られた零相電圧の瞬時値を時
間で微分する零相電圧微分手段と、その零相電圧微分手
段により算出された微分値を前記零相電流に対して所定
の演算式でもって演算する演算手段と、その演算結果に
基づいて前記地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外の
いずれであるかを判定する判定手段とを具備したことを
特徴とする。

【００１６】なお、前記地絡検出装置に、その地絡検出
装置の出力でもって、非接地系電路に設けられた開閉器
を動作させるリレーを付加すれば、地絡保護継電器を構
成することが可能である。

【００１７】また、本発明方法は、非接地系電路で発生
した地絡事故によりその非接地系電路に現出した零相電
圧および零相電流を検出し、その検出された零相電圧の
瞬時値を時間で微分した微分値を前記零相電流に対して
所定の演算式でもって演算し、その演算結果に基づいて
前記地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいずれで
あるかを判定することを特徴とする。

【００１８】前記本発明装置および本発明方法における
演算は、零相電流を、前記零相電圧の瞬時値を時間で微
分した微分値で除算する演算式に基づいて処理すること
が望ましく、また、零相電流と、前記零相電圧の瞬時値
を時間で微分した微分値とを乗算する演算式に基づいて
処理することも可能である。

【００１９】本発明では、零相電圧の瞬時値を時間で微
分した微分値を零相電流に対して所定の演算式、つま
り、零相電流を、前記零相電圧の瞬時値を時間で微分し
た微分値で除算する演算式、あるいは、零相電流と、前
記零相電圧の瞬時値を時間で微分した微分値とを乗算す
る演算式でもって演算することにより、その演算結果
は、地絡事故の発生箇所が構内であれば、常に正の値と
なり、地絡事故の発生箇所が構外であれば、常に負の値
となる。これは、零相電圧および零相電流が商用周波数
に限らず任意の周波数について成立するため、急峻なパ
ルス状または間欠状の波形を持つ零相電圧および零相電
流が現出しても、地絡事故の発生箇所が構内あるいは構
外のいずれであるかを容易かつ確実に判定することがで
きる。

【００２０】また、この非接地系電路では、地絡電流が
零で、しかも零相電圧が無い場合でも残留零相電流が存
在する場合がある。これは、非接地系電路の構内におけ
る対地静電容量（対地アドミタンス）の不平衡によって
生じるもので、この不平衡は、例えば非接地系電路に接
続される電気設備によって生じ、この接続または切り離
しにより零相電流が変動する。従って、零相電流を検出
しても地絡電流自体を検出していることにはならず、地
絡していない状態で発生している残留零相電流の大きさ
だけ誤差が生じる。そこで、本発明では、前記零相電流
検出手段および零相電圧検出手段に接続され、非接地系
電路の構内における対地静電容量の不平衡により流れる
零相電流の不平衡成分を検出する不平衡成分検出手段
と、その不平衡成分検出手段により検出された不平衡成
分を前記零相電流から差し引いた値を算出する減算手段
とを具備することが望ましい。

【００２１】このように非接地系電路の構内における対
地静電容量の不平衡により流れる零相電流の不平衡成分
を検出し、前記零相電流からその不平衡成分を差し引い
た値に対して零相電圧の微分値を所定の演算式でもって
演算することにより、対地静電容量の不平衡による零相
電流の不平衡成分を除外することができるので、演算精
度が高くなり、微小な地絡事故の検出が可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態で、例え
ば６．６ｋＶの高圧配電線からなる非接地系電路１に設
けられた地絡検出装置２０を有する地絡保護継電器２１
を示す。非接地系電路１においては、高圧配電線（系統
母線）に開閉器２を介して各種の負荷３が接続され、そ
の受電点である開閉器２から負荷側の電路を構内と称し
て保護範囲とするのに対してその系統側の電路を構外と
称して保護範囲外とする。この非接地系電路１の構内に
設置された地絡検出装置２０は、地絡事故を検出してそ
の地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいずれであ
るかを判定する。受電する負荷設備を保護するため、非
接地系電路１に設置された地絡保護継電器２１は、前記
地絡検出装置２０と、その地絡検出装置２０から出力さ
れる判定結果に基づいて開閉器２を選択的に開閉動作さ
せるリレー４とからなる。なお、地絡検出装置２０は、
前述した高圧配電線以外の特別高圧配電線や低圧配電線
からなる他の非接地系電路にも適用可能である。

【００２３】図１のハードウェア構成で示すように地絡
事故の発生により非接地系電路１に現出した零相電圧Ｖ
ｏを検出する零相電圧検出手段である計器用変圧器（Ｚ
ＰＣ）６と、地絡事故の発生により流れる零相電流Ｉｏ
を検出する零相電流検出手段である零相変流器（ＺＣ
Ｔ）７とが地絡検出装置２０に接続されている。

【００２４】この地絡検出装置２０は、計器用変圧器６
から出力される零相電圧Ｖｏの瞬時値を時間で微分する
零相電圧微分手段である微分回路１１と、零相変流器７
から出力される零相電流Ｉｏを、微分回路１１により算
出された微分値で除算する演算手段である除算回路１２
と、その除算値に基づいて地絡事故の発生箇所が構内あ
るいは構外のいずれであるかを判定する判定手段である
判定回路１４とで主要部が構成されている。なお、この
実施形態の地絡検出装置２０では、除算回路１２と判定
回路１４との間に、除算回路１２から出力される除算値
を所定の時間内で積分する積分回路１３を介挿してい
る。

【００２５】図２はこの実施形態の地絡検出装置２０を
デジタル処理により実現する場合の制御アルゴリズムを
示す。この地絡検出装置２０では、非接地系電路１にお
いて地絡事故が発生した場合、その非接地系電路１に現
出した零相電圧Ｖｏを計器用変圧器６により検出すると
共に、その零相電圧Ｖｏの発生により非接地系電路１に
流れる零相電流Ｉｏを零相変流器７により検出する（ST
EP１）。この検出された零相電圧Ｖｏおよび零相電流Ｉ
ｏをＡ／Ｄ変換（STEP２）した上でメモリに格納する
（STEP３）。

【００２６】なお、従来の場合と同様、地絡事故の発生
箇所が構内あるいは構外のいずれであるかを判定するに
際しては、所定の演算処理に移行するに先立って、これ
ら零相電圧Ｖｏおよび零相電流Ｉｏの双方が所定の大き
さを超えたという条件を加味することも可能である。

【００２７】次に、零相電圧Ｖｏの瞬時値を微分回路１
１により時間微分する。この微分回路１１では、ある時
間ｔにおける零相電圧Ｖｏの瞬時値Ｖｏ（ｔ）と、所定
数のサンプリング時間経過後ｔ’の零相電圧Ｖｏの瞬時
値Ｖｏ（ｔ’）との差を算出することにより、零相電圧
Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔを得る（STEP４）。なお、零
相電圧Ｖｏの時間微分は、その零相電圧Ｖｏのフリーエ
変換を行った後に逆フリーエ変換を行い、その関数を微
分することによっても可能である。

【００２８】そして、除算回路１２では、零相電流Ｉｏ
を零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔで除算する（STEP
５）。ここで、除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）の分母と
なる零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔがゼロとなる場
合には除算処理が不可能となる。その場合には、除算処
理の結果である除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）がゼロと
なるような例外的な処理が必要となる。

【００２９】この除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）に基づ
いて地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいずれで
あるかを判定する。つまり、地絡事故の発生箇所が構内
である場合、零相電圧Ｖｏに対して零相電流Ｉｏが９０
°進み位相となっている。そこで、計器用変圧器６によ
り検出される零相電圧ＶｏをＶｓｉｎωｔとすると、零
相変流器７により検出される零相電流Iｏは、Ｉｓｉｎ
（ωｔ＋９０°）＝Ｉｃｏｓωｔとなる。

【００３０】一方、前述したように計器用変圧器６によ
り検出された零相電圧Ｖｏの瞬時値を微分回路１１によ
り時間微分した微分値ｄＶｏ／ｄｔは、ｄ（Ｖｓｉｎω
ｔ）／ｄｔ＝ωＶｃｏｓωｔとなる。従って、前述の零
相電流Ｉｏを除算回路１２により微分値ｄＶｏ／ｄｔで
除算すると、その除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）は、Ｉ
／ωＶとなり、常に正の値となる。

【００３１】このようにして除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄ
ｔ）が正の値となれば、判定回路１４では地絡事故の発
生箇所が構内であると判定し、その判定出力に基づいて
リレー４を動作させることにより、開閉器２を開放して
負荷側を系統から切り離し、構内における負荷設備を保
護すると共に、構内での地絡事故の復旧作業を実行す
る。

【００３２】図３は高圧ケーブルに地絡事故が発生した
箇所が構内である場合を例示し、上段が零相電流Ｉｏ、
中段が零相電圧Ｖｏ、下段が判定出力をそれぞれ示す実
測波形および判定出力である。同図に示すように急峻な
パルス状の波形を持つ零相電流Ｉｏおよび零相電圧Ｖｏ
が現出した場合であっても、前述したように零相電流Ｉ
ｏを零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔで除算した結果
が正の値となることから、地絡事故の発生箇所が構内で
あることを容易かつ確実に判定することができる。

【００３３】なお、図４は小動物（ネズミ）接触による
地絡事故の発生箇所が構内である場合において、零相電
流Ｉｏ、零相電圧Ｖｏおよび判定出力の各実測波形およ
び判定出力を例示する。同図に示すように正弦波状の波
形を持つ零相電流Ｉｏおよび零相電圧Ｖｏが現出した場
合であっても、前記急峻なパルス状波形の場合と同様、
零相電流Ｉｏを零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔで除
算した結果が正の値となることから、正弦波状波形の場
合であっても地絡事故の発生箇所が構内であると判定す
ることが容易かつ確実である。

【００３４】また、地絡事故の発生箇所が構外である場
合、零相電圧Ｖｏに対して零相電流Ｉｏが９０°遅れ位
相となっている。そこで、計器用変圧器６により検出さ
れる零相電圧ＶｏをＶｓｉｎωｔとすると、零相変流器
７により検出される零相電流Ｉｏは、Ｉｓｉｎ（ωｔ−
９０°）＝−Ｉｃｏｓωｔとなる。

【００３５】一方、計器用変圧器６により検出された零
相電圧Ｖｏの瞬時値を微分回路１１により時間微分した
微分値ｄＶｏ／ｄｔは、ｄ（Ｖｓｉｎωｔ）／ｄｔ＝ω
Ｖｃｏｓωｔとなる。従って、前述の零相電流Ｉｏを除
算回路１２により微分値ｄＶｏ／ｄｔで除算すると、そ
の除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）は、−Ｉ／ωＶとな
り、常に負の値となる。

【００３６】このようにして除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄ
ｔ）が負の値となれば、判定回路１３では地絡事故の発
生箇所が構外であると判定し、その判定出力に基づい
て、構内での地絡事故発生の場合と異なり、リレー４を
動作させる必要がないことから、開閉器２を開放するこ
となく系統との切り離しはない。

【００３７】図５は高圧ケーブルに地絡事故が発生した
箇所が構外である場合を例示し、上段が零相電流Ｉｏ、
中段が零相電圧Ｖｏ、下段が判定出力をそれぞれ示す実
測波形および判定出力である。同図に示すように急峻な
パルス状の波形を持つ零相電流Ｉｏおよび零相電圧Ｖｏ
が現出した場合であっても、前述したように零相電流Ｉ
ｏを零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔで除算した結果
が負の値となることから、地絡事故の発生箇所が構外で
あることを容易かつ確実に判定することができる。

【００３８】なお、図６は気中放電による地絡事故の発
生箇所が構外である場合において、零相電流Ｉｏ、零相
電圧Ｖｏおよび判定出力の各実測波形および判定出力を
例示する。同図に示すように正弦波状の波形を持つ零相
電流Ｉｏおよび零相電圧Ｖｏが現出した場合であって
も、前記急峻なパルス状波形の場合と同様、零相電流Ｉ
ｏを零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔで除算した結果
が負の値となることから、正弦波状波形の場合であって
も地絡事故の発生箇所が構外であると判定することが容
易かつ確実である。

【００３９】なお、地絡事故の発生箇所が構内あるいは
構外のいずれの場合も、地絡事故の発生時には、その直
後に基本周波数よりも低く、かつ、振幅の大きな分数調
波が現出する。この分数調波は、零相電流Ｉｏには現出
しにくく、零相電圧Ｖｏには現出しやすくなっている
（例えば図６参照）。従来の場合には、零相電圧に対す
る零相電流の位相差に基づいて地絡検出を行っていたこ
とから、分数調波が現出している間、地絡検出装置をロ
ック状態としていたため、地絡検出に遅れが生じていた
が、本発明に係る地絡検出装置の場合、前述した演算式
に基づいて地絡事故を検出するようにしたことから、分
数調波の現出により地絡検出に遅れが生じることなく、
迅速な地絡検出が可能となる。

【００４０】前述したように零相電圧Ｖｏの瞬時値を時
間微分した微分値ｄＶｏ／ｄｔは、ωＶｃｏｓωｔで表
されるようにωを係数とした値となっている。その係数
ωが基本周波数に関与するため、零相電圧Ｖｏの微分値
ｄＶｏ／ｄｔをωで除算した値を後段の演算処理、つま
り、除算回路１２での処理で前記微分値ｄＶｏ／ｄｔの
代わりに使用するようにしてもよい。このようにすれ
ば、基本周波数が異なってもそれに影響されることな
く、基本周波数が異なる地域において地絡検出装置２０
を使用することが容易となる。なお、前述した基本周波
数に関与するω以外に、高調波成分に関与するωが存在
する場合にもこれを除去することにより高精度の演算処
理が可能となってより一層正確な判定が実現容易とな
る。

【００４１】以上のように除算回路１２で算出された除
算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）に基づいて、判定回路１４
では、地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいずれ
であるかを判定する。この実施形態では、図１に示すよ
うに除算回路１２と判定回路１４との間に積分回路１３
を介挿している。

【００４２】この積分回路１３では、図２に示すように
所定の時間内の除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）を積分し
（STEP６）、その積分値Σ〔Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）〕
の絶対値が所定の設定値よりも大きいか否かを判断する
（STEP７）。積分値Σ〔Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）〕の絶
対値が設定値よりも小さければ、判定誤差の許容範囲内
であるとして地絡事故なしとし、積分値Σ〔Ｉｏ／（ｄ
Ｖｏ／ｄｔ）〕の絶対値が設定値よりも大きければ、地
絡事故ありとする。

【００４３】その上で、前述した除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ
／ｄｔ）に基づく積分値Σ〔Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）〕
が正の値かどうかを判断し（STEP８）、正の値であれ
ば、地絡事故の発生箇所が構内である判定を出力し、負
の値であれば、地絡事故の発生箇所が構外である判定を
出力する（STEP９）。なお、積分回路１３は、必ずしも
必要なものではなく、判定誤差を考慮する必要がない場
合には、積分回路１３を省略することができる。従っ
て、判定回路１４の判定出力は、原則的に零相電流Ｉｏ
を零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔで除算した除算値
Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）に基づくものである。前述した
ように判定出力後は、異常時波形格納メモリに前記零相
電圧Ｖｏおよび零相電流Ｉｏのデータを格納する（STEP
１０）。

【００４４】以上の実施形態では、地絡検出装置２０を
地絡保護継電器２１に組み込んだ構成としたが、地絡検
出装置２０を図７に示す実施形態で使用することも可能
である。つまり、地絡検出装置２０を現地に設置し、そ
の地絡検出装置２０の出力を取り出せるようにすれば、
その現地で得られた地絡検出装置２０の出力を判定デー
タとして作業員が現地から持ち帰り、あるいは通信回線
により伝送し、別の場所に設置された解析装置に入力す
ることにより、現地での判定データに基づく判断処理が
別の場所に設けられた解析装置で可能となる。

【００４５】また、他の実施形態における地絡検出装置
２０’を有する地絡保護継電器２１’を図８に示す。こ
の地絡保護継電器２１’に組み込まれた地絡検出装置２
０’では、非接地系電路１の構内における対地静電容量
（対地アドミタンス）の不平衡によって生じる零相電流
Ｉｏの不平衡成分を除去するため、計器変圧器６および
零相変流器７の後段に、非接地系電路１の構内における
対地静電容量の不平衡により流れる零相電流Ｉｏの不平
衡成分を検出する不平衡成分検出手段である検出回路１
５と、零相電流Ｉｏからその不平衡成分を差し引いた値
を算出する減算手段である減算回路１６とを具備してい
る。なお、この零相電流Ｉｏの不平衡成分を検出する検
出回路については、特開平１１−２７１３８４号公報に
開示されているように公知の技術であるため、詳細な説
明は省略する。

【００４６】この実施形態の地絡検出装置２０’によれ
ば、非接地系電路１の構内における対地静電容量の不平
衡により流れる零相電流Ｉｏの不平衡成分を検出回路１
５で検出し、零相電流Ｉｏからその不平衡成分を差し引
いた値を減算回路１６で算出することにより、零相電流
Ｉｏの不平衡成分、つまり、地絡していない状態で発生
している残留零相電流の大きさだけの誤差を除外するこ
とができ、実際の地絡電流自体が得られる。不平衡成分
を差し引いた零相電流Ｉｏを用いることにより、その零
相電流Ｉｏを零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔで除算
する処理において、演算精度が高くなり、その除算値に
基づく判定回路１４での判定結果がより一層正確にな
る。

【００４７】ところで、前述した実施形態では、零相電
圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔと零相電流Ｉｏの所定の演
算式として、零相電流Ｉｏを零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶ
ｏ／ｄｔで除算する場合について説明したが、本発明は
これに限定されることなく、零相電流Ｉｏと零相電圧Ｖ
ｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔとを乗算する演算式に基づいて
判定するようにしてもよい。

【００４８】前述の実施形態と同様、地絡事故の発生箇
所が構内である場合、零相電圧ＶｏをＶｓｉｎωｔとす
ると、零相電流Ｉｏは、Ｉｓｉｎ（ωｔ＋９０°）＝Ｉ
ｃｏｓωｔとなることから、零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶ
ｏ／ｄｔは、ｄ（Ｖｓｉｎωｔ）／ｄｔ＝ωＶｃｏｓω
ｔとなる。従って、前述の零相電流Ｉｏと零相電圧Ｖｏ
の微分値ｄＶｏ／ｄｔとを乗算回路（図示せず）により
乗算すると、その乗算値は、ωＶＩ（ｃｏｓωｔ）²と
なり、常に正の値となる。この乗算値が正の値となれ
ば、前述の除算処理の場合と同様、判定回路１４では地
絡事故の発生箇所が構内であると判定し、その判定出力
に基づいてリレー４を動作させることにより、開閉器２
を開放して負荷側を系統から切り離し、構内における負
荷設備を保護すると共に、構内での地絡事故の復旧作業
を実行する。

【００４９】また、地絡事故の発生箇所が構外である場
合、零相電圧ＶｏをＶｓｉｎωｔとすると、零相電流Ｉ
ｏは、Ｉｓｉｎ（ωｔ−９０°）＝−Ｉｃｏｓωｔとな
ることから、零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔは、ｄ
（Ｖｓｉｎωｔ）／ｄｔ＝ωＶｃｏｓωｔとなる。従っ
て、前述の零相電流Ｉｏと零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ
／ｄｔとを乗算回路（図示せず）により乗算すると、そ
の乗算値は、−ωＶＩ（ｃｏｓωｔ）²となり、常に負
の値となる。この乗算値が負の値となれば、前述の除算
処理の場合と同様、判定回路１４では地絡事故の発生箇
所が構外であると判定し、その判定出力に基づいて、リ
レー４を動作させる必要がないことから、開閉器２を開
放することなく系統との切り離しはない。

【００５０】なお、前述した除算処理または乗算処理に
おいては、正の値が出力されるべきサンプリング時に何
等かの原因により負の値が一部に現出する場合があり、
逆に、負の値が出力されるべきサンプリング時に何等か
の原因により正の値が一部に現出する場合があり、これ
が地絡検出装置の誤動作の原因となるおそれがある。こ
のような現象の発生回数は全サンプリング回数に対して
非常に少ないものであることから、地絡検出装置の誤動
作を未然に防止するため、除算処理または乗算処理後に
平均値を算出することにより、その演算結果が正負反転
することを回避することができる。この平均値を短い時
間間隔で算出すれば、判定精度の向上が図れるが、高い
判定精度が要求されない場合には、平均値を算出する際
の時間間隔を長くすればよい。

【００５１】前述した零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄ
ｔと零相電流Ｉｏとの所定の演算については、乗算処理
よりも除算処理の方が有効である。つまり、地絡事故の
発生箇所が構内あるいは構外のいずれであるかを判定す
るに際しては、乗算処理または除算処理による演算結果
が正の値か負の値かで判断しているが、除算処理の場
合、さらに、除算結果の絶対値の大きさによっても、地
絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいずれであるか
を判定することができる。

【００５２】非接地系電路１において形成される零相回
路では、地絡抵抗や高圧ケーブルにより対地静電容量が
形成されるが、一般的に、構外の対地静電容量は構内の
対地静電容量の数十倍以上ある。従って、その零相回路
における対地アドミタンス（零相電流Ｉｏを零相電圧Ｖ
ｏで除算したもの）は対地静電容量に比例することか
ら、その対地アドミタンスの大きさから、地絡事故の発
生箇所が構内あるいは構外のいずれであるかを判定する
ことができる。

【００５３】一方、前述した地絡検出装置２０における
除算処理は、零相電流Ｉｏを零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶ
ｏ／ｄｔで除算するもので、分子を零相電流Ｉｏとし、
分母を零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔとする。ここ
で、零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔは零相電圧Ｖｏ
に比例することから、前記対地アドミタンスの代わり
に、地絡検出装置２０における除算処理による演算結
果、つまり零相電流Ｉｏを零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ
／ｄｔで除算した除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）の大き
さから、地絡事故の発生箇所が構内あるいは構外のいず
れであるかを判定することができることになる。このよ
うに除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）の正負とその絶対値
の大きさの両者に基づいて判定することにより、二重の
チェック機能を発揮させることができて信頼性が大幅に
向上する。

【００５４】前述したように零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶ
ｏ／ｄｔが零相電圧Ｖｏに比例することから、例えば零
相電圧Ｖｏが大きくなれば、零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶ
ｏ／ｄｔも大きくなる。地絡事故の発生箇所が構内の場
合、地絡検出装置２０の計器用変圧器６で検出される零
相電圧Ｖｏが小さくても、零相変流器７で検出される零
相電流Ｉｏが大きいため、零相電流Ｉｏを零相電圧Ｖｏ
の微分値ｄＶｏ／ｄｔで除算した除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ
／ｄｔ）が大きな値となる。このことから、除算値Ｉｏ
／（ｄＶｏ／ｄｔ）が所定の基準値よりも大きな値とな
れば、地絡事故の発生箇所が構内であると判定すること
ができる。

【００５５】また、地絡事故の発生箇所が構外の場合、
零相変流器７で検出される零相電流Ｉｏが小さくなるた
め、零相電流Ｉｏを零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶｏ／ｄｔ
で除算した除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）が小さな値と
なる。このことから、除算値Ｉｏ／（ｄＶｏ／ｄｔ）が
所定の基準値よりも小さな値となれば、地絡事故の発生
箇所が構外であると判定することができる。

【００５６】前述したように零相電圧Ｖｏの微分値ｄＶ
ｏ／ｄｔを用いることにより、零相電圧Ｖｏと零相電流
Ｉｏとが同相となり、零相電圧Ｖｏと零相電流Ｉｏの瞬
時値同士の除算により正確な演算結果が得られて判定精
度の向上が図れる。ここで、前述した演算結果の大小に
より構内または構外のいずれかを判断する所定の基準値
は、非接地系電路１において構外の電路長さと構内の電
路長さとの比率から規定されるものであり、地絡検出装
置２０が適用される非接地系電路１に応じて適宜設定さ
れる。

【００５７】前述した実施形態では、零相電圧Ｖｏを時
間で微分した微分値ｄＶｏ／ｄｔを利用しているが、逆
に、零相電流Ｉｏを時間で微分した微分値ｄＩｏ／ｄｔ
で演算処理することは、正弦波状の零相電流Ｉｏの場合
には可能であるが、急峻なパルス状の零相電流Ｉｏの場
合には不適である。すなわち、地絡事故の発生時、零相
電圧Ｖｏにおける波形の乱れは比較的少ないが、零相電
流Ｉｏは高周波成分が多く含まれているのでその波形の
乱れが大きすぎるため、その零相電流Ｉｏの微分値ｄＩ
ｏ／ｄｔを演算処理に使用することは、正確な判定が困
難となるからである。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、零相電圧の瞬時値を時
間で微分した微分値を零相電流に対して所定の演算式、
つまり、零相電流を、前記零相電圧の瞬時値を時間で微
分した微分値で除算する演算式、あるいは、零相電流
と、前記零相電圧の瞬時値を時間で微分した微分値とを
乗算する演算式でもって演算することにより、その地絡
事故の発生箇所が構内であれば、演算結果が常に正の値
となり、地絡事故の発生箇所が構外であれば、常に負の
値となる。これは、零相電圧および零相電流の本発明に
よる演算式が商用周波数に限らず任意の周波数について
成立するため、急峻なパルス状または間欠状の波形を持
つ零相電圧および零相電流に基づいて地絡事故の発生箇
所が構内あるいは構外のいずれであるかを容易かつ確実
に判定することができ、信頼性が大幅に向上する。ま
た、地絡事故の発生時には大きな分数調波を伴う場合が
多いが、このような場合にも地絡事故の発生箇所が構内
あるいは構外のいずれであるかを迅速に判定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態で、非接地系電路に設置され
た地絡検出装置を有する地絡保護継電器を示す概略構成
ブロック図である。

【図２】本発明の実施形態で、地絡検出装置をデジタル
処理により実現する場合の制御アルゴリズムを示すフロ
ーチャートである。

【図３】本発明の実施形態で、地絡事故の発生箇所が構
内である場合について、急峻なパルス状の零相電流およ
び零相電圧と演算結果を示す波形図である。

【図４】本発明の実施形態で、地絡事故の発生箇所が構
内である場合について、正弦波状の零相電流および零相
電圧と演算結果を示す波形図である。

【図５】本発明の実施形態で、地絡事故の発生箇所が構
外である場合について、急峻なパルス状の零相電流およ
び零相電圧と演算結果を示す波形図である。

【図６】本発明の実施形態で、地絡事故の発生箇所が構
外である場合について、正弦波状の零相電流および零相
電圧と演算結果を示す波形図である。

【図７】本発明の他の実施形態で、非接地系電路に設置
された地絡検出装置を示す概略構成ブロック図である。

【図８】本発明の他の実施形態で、非接地系電路に設置
された地絡検出装置を有する地絡継電器を示す概略構成
ブロック図である。

【図９】非接地系電路に設置された地絡検出装置を有す
る地絡継電器の従来例を示す概略構成ブロック図であ
る。

【符号の説明】

４リレー６零相電圧検出手段（計器用変圧器）７零相電流検出手段（零相変流器）１１零相電圧微分手段（微分回路）１２演算手段（除算回路）１４判定手段（判定回路）１５不平衡成分検出手段（検出回路）１６減算手段（減算回路）２０地絡検出装置２１地絡保護継電器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上垣博昭大阪府大阪市北区曾根崎１丁目２番６号新宇治電ビル８階財団法人関西電気保安協会内Ｆターム(参考） 2G033 AA01 AB01 AC02 AC05 AD13 AD14 AE02 AF03 AF05 AG14 5G058 EE06 EF03 EF04 EG01 EG05 EH01 EH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非接地系電路で発生した地絡事故により
その非接地系電路に現出した零相電圧を検出する零相電
圧検出手段と、前記地絡事故の発生時に非接地系電路に
流れる零相電流を検出する零相電流検出手段とが接続さ
れた地絡検出装置において、前記零相電圧検出手段によ
り得られた零相電圧の瞬時値を時間で微分する零相電圧
微分手段と、その零相電圧微分手段により算出された微
分値を前記零相電流に対して所定の演算式でもって演算
する演算手段と、その演算結果に基づいて前記地絡事故
の発生箇所が構内あるいは構外のいずれであるかを判定
する判定手段とを具備したことを特徴とする非接地系電
路の地絡検出装置。
【請求項２】前記演算手段は、零相電流を、前記零相
電圧の瞬時値を時間で微分した微分値で除算する演算式
に基づいて処理することを特徴とする請求項１に記載の
非接地系電路の地絡検出装置。
【請求項３】前記演算手段は、零相電流と、前記零相
電圧の瞬時値を時間で微分した微分値とを乗算する演算
式に基づいて処理することを特徴とする請求項１に記載
の非接地系電路の地絡検出装置。
【請求項４】前記零相電流検出手段および零相電圧検
出手段に接続され、非接地系電路の構内における対地静
電容量の不平衡により流れる零相電流の不平衡成分を検
出する不平衡成分検出手段と、その不平衡成分検出手段
により検出された不平衡成分を前記零相電流から差し引
いた値を算出する減算手段とを具備したことを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれかに記載の非接地系電路の地
絡検出装置。
【請求項５】前記請求項１乃至４のいずれかに記載の
地絡検出装置と、その地絡検出装置の出力でもって、非
接地系電路に設けられた開閉器を動作させるリレーとを
具備したことを特徴とする地絡保護継電器。
【請求項６】非接地系電路で発生した地絡事故により
その非接地系電路に現出した零相電圧および零相電流を
検出し、その検出された零相電圧の瞬時値を時間で微分
した微分値を前記零相電流に対して所定の演算式でもっ
て演算し、その演算結果に基づいて前記地絡事故の発生
箇所が構内あるいは構外のいずれであるかを判定するこ
とを特徴とする非接地系電路の地絡検出方法。
【請求項７】前記演算は、零相電流を、前記零相電圧
の瞬時値を時間で微分した微分値で除算する演算式に基
づいて処理することを特徴とする請求項６に記載の非接
地系電路の地絡検出方法。
【請求項８】前記演算は、零相電流と、前記零相電圧
の瞬時値を時間で微分した微分値とを乗算する演算式に
基づいて処理することを特徴とする請求項６に記載の非
接地系電路の地絡検出方法。
【請求項９】前記非接地系電路の対地静電容量の不平
衡により流れる零相電流の不平衡成分を検出し、前記零
相電流からその不平衡成分を差し引いた値に対して零相
電圧の微分値を所定の演算式でもって演算することを特
徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の非接地系電
路の地絡検出方法。