JP2009081905A - 配電線の断線検出装置および断線検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電流センサ設置点の負荷側で発生している断線事故を検出可能な断線検出装置を提供する。
【解決手段】信号処理部４０は、配電線１０に設置されている電流センサ３０で計測された三相電流の各相間の電流位相差（θａｂ、θｂｃ、θｃａ）を検出し、（１）“θａｂ＜１２０°、θｂｃ＞１２０°、θｃａ＜１２０°”のとき、または“θｂｃ≒１８０°”のときは、ａ相で断線発生、（２）“θａｂ＜１２０°、θｂｃ＜１２０°、θｃａ＞１２０°”のとき、または“θｃａ≒１８０°”のときは、ｂ相で断線発生、（３）“θａｂ＞１２０°＜θｂｃ＜１２０°＜θｃａ＜１２０°”のとき、または“θａｂ≒１８０°”のときは、ｃ相で断線発生と判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電線の断線検出装置あるいは配電線の断線検出方法、特に、センサ設置点より負荷側の配電線の断線を検出する断線検出装置あるいは断線検出方法に関するものである。

従来の配電線の断線検出方式または断線検出装置では、電圧センサで検出した三相電圧から逆相電圧あるいは零相電圧を算出し、算出した逆相電圧または零相電圧が所定の値を超過した場合に、当該センサ設置点より電源側に断線が発生しているものと判定しているものが多い。
また、電流センサで検出した三相電流で検出する方式としては、例えば、特開昭６１−７３５１６号公報（特許文献１）に示されているように、断線発生時に断線事故相の相電流と逆相電流の位相差が±１８０°になることを利用した方式がある。
特開昭６１−７３５１６号公報（第２頁右上欄）

特許文献１（特開昭６１−７３５１６号公報）に示す方式では、各相電流から逆相電流を求めているため、逆相電流を導出するための回路または演算が必要になると共に、負荷のアンバランスまたは各相電流を検出する電流センサの測定精度のアンバランスの影響を受けやすいという問題がある。
また、電圧要素で断線を検出方式では、センサ設置点よりも電源側に発生した断線しか検出できない。
そのため、当該配電線の電力供給エリア内での断線事故検出可能エリアを広くしようとすれば、配電線の幹線および分岐線の末端に電圧センサ付きの子局を設置しなければならないため、断線検出装置の台数が増えるという問題がある。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、三相の電流情報を使って、電流センサより負荷側の断線事故を検出することが可能な配電線の断線検出装置あるいは配電線の断線検出方法を提供すること目的とする。

この発明に係る配電線の断線検出装置は、三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線を区間に分割するために設置された開閉器の負荷側に配置され、上記配電線を流れる各相の電流を計測する電流センサと、上記電流センサが計測する各相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の電流の電流値データを収集する計測データ収集処理部と、上記計測データ収集処理部で収集される三相電流の各相関の電流位相差（θａｂ、θｂｃ、θｃａ）を検出する電流位相差検出処理部と、上記電流位相差検出処理部が検出する各相関の電流位相差差に基づいて上記配電線の断線および断線相を判定する断線判定処理部を備え、
上記断線判定処理部は、
（１） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＞１２０°、θｃａ＜１２０°”のとき、または“θｂｃ≒１８０°”のときは、ａ相で断線発生、
（２） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＜１２０°、θｃａ＞１２０°”のとき、または“θｃａ≒１８０°”のときは、ｂ相で断線発生、
（３） “θａｂ＞１２０°＜θｂｃ＜１２０°＜θｃａ＜１２０°”のとき、または“θａｂ≒１８０°”のときは、ｃ相で断線発生
と判定するものである。

また、この発明に係る配電線の断線検出方法は、開閉器より負荷側の三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線の各相の電流を計測するステップと、計測された各相の電流値データを収集するステップと、計測された三相電流の各相関の電流位相差（θａｂ、θｂｃ、θｃａ）を検出するステップと、検出された各相関の電流位相差差に基づいて上記配電線の断線および断線相を判定するステップを有し、
上記配電線の断線および断線相を判定するステップは、
（１） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＞１２０°、θｃａ＜１２０°”のとき、または“θｂｃ≒１８０°”のときは、ａ相で断線発生、
（２） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＜１２０°、θｃａ＞１２０°”のとき、または“θｃａ≒１８０°”のときは、ｂ相で断線発生、
（３） “θａｂ＞１２０°＜θｂｃ＜１２０°＜θｃａ＜１２０°”のとき、または“θａｂ≒１８０°”のときは、ｃ相で断線発生
と判定するものである。

この発明によれば、開閉器の負荷側に配置された電流センサで配電線の三相電流を計測・監視することにより、電流センサ設置点より負荷側で発生した断線事故の検出および断線事故相の判定ができるので、配電線の断線による停電の検出、三相機器の過熱および誤動作を防止することができると共に、断線した電線による感電事故を防止できるという効果がある。
また、断線事故相が判別できるため、保守作業員による断線個所の探査時間が短縮されるという効果がある。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による配電線の断線検出装置が適用された配電線システムの要部の構成を示す図である。
図１において、１０は三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線（例えば、高圧配電線）、２０は三相の配電線１０を区間に分割するために設置された開閉器、３０は開閉器２０の負荷側に配置されて三相の配電線１０を流れる各相の電流を計測する電流センサである。
４０は、電流センサ３０が計測する各相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の電流の電流値データを定周期で収集し、断線判定処理を行う信号処理部である。なお、信号処理部４０の構成と動作については後述する。
信号処理部４０で判定された判定結果は、通信回線５０、通信親局６０を介して計算機７０へ伝送される。

本実施の形態による配電線の断線検出装置は、三相の配電線１０を流れる各相の電流を計測する電流センサ３０と信号処理部４０とで構成されたものである。
なお、信号処理部４０と開閉器２０の間の信号線は、信号処理部４０によりいずれかの相の断線が判定された場合に、開閉器２０を「開」とする信号を送信するための信号線である。
また、図１では、電流センサ３０は開閉器２０の外部に設けられている場合を示しているが、電流センサ３０は開閉器２０に内蔵されていてもよい。
また、図１では、１つの開閉器２０に対応して電流センサ３０および信号処理部４０を配置している場合を示しているが、配電線１０に所定の間隔を有して複数個の開閉器２０を配置し、それぞれの開閉器２０に対応して電流センサ３０および信号処理部４０を配置してもよい。
即ち、配電線１０に所定の間隔を有して本実施の形態による配電線の断線検出装置を複数個配置してもよい。
複数個の断線検出装置装置からの断線事故情報や各電流センサ３０の設置箇所を示す開閉器データは、通信回線５０および通信親局６０を介して計算機７０に送られる。
複数個の断線検出装置のそれぞれで検出した断線事故事故情報を活用して断線事故箇所の判定と復旧を行う場合には、各電流センサ３０の設置箇所を示す開閉器データを使って計算機７０で処理することが可能となる。

図２は、図１に示した信号処理部４０の構成を示すブロック図である。
図２において、計測データ収集処理部４１は定周期で三相の配電線１０の各相を流れる電流の電流値データを収集する。
電流位相差検出処理部４２は、計測データ収集処理部４１で収集された三相電流の各相間の位相差を求める。
断線判定処理部４３は、電流位相差検出処理部４２で得られる位相差３要素（即ち、後述するθａｂ、θｂｃ、θｃａ）の関係から、配電線１０の断線発生の有無および断線相を判定する。
判定結果通知処理部４４は、前線判定処理部４３で断線発生と判定された場合に、判定結果を計算機７０または運転員に通知する。

図３は、本実施の形態において、断線相検出の原理を説明するための電流ベクトル図である。
図３のベクトル図において、Ｉａ１、Ｉｂ１、Ｉｃ１は、それぞれ断線発生前のａ相、ｂ相、ｃ相電流であり、Ｉａ２、Ｉｂ２、Ｉｃ２はａ相で断線が発生した後のａ相、ｂ相、ｃ相電流である。
図３のケースのように、ａ相で断線が発生した場合、各相の電流ベクトルの動きは次のようになる。
ａ相は、線分ＯＡ上をＯ側に移動する。ｂ相は、線分ＡＢ上をＢからＰへ事故発生前のベクトル方向から０〜３０°進み方向へ移動する。ｃ相は、線分ＣＡ上をＣからＱへ事故発生前のベクトル方向から０〜３０°遅れ方向へ移動する。
従って、θａｂとθｃａは１２０°より減少し、θｂｃは１２０°より増大する。
即ち、以下の条件式が成立する。
θａｂ ＜ １２０°
θｂｃ ＞ １２０°
θｃａ ＜ １２０°

図４は、本実施の形態において、電流センサの直近で断線が発生した場合の電流ベクトル図である。
電流センサ３０の直近でａ相断線が発生した場合、断線発生後の各電流ベクトルＩａ２、Ｉｂ２、Ｉｃ２は、図４のようになる。
即ち、“Ｉａ２＝０”となり、Ｉｂ２とＩｃ２は逆位相となり、以下の条件式が成立する。
θｂｃ≒１８０°

なお、負荷変動により相電流が変化した場合は、以下のようになり負荷変動による相電流の変化と断線による相電流の変化を混同することは無い。
例えば、ｂｃ相間の負荷が変動した場合、図５に示すようにｂ相電流、ｃ相電流は線分ＢＣ上を動くため、各相電流の位相関係は次のようになる。
（１）ａ相電流を基準に考えた場合、遅れ相との位相差が１２０°より大、進み相との位相差が１２０°より大、遅れ相と進み相の位相差が１２０°より小となる。
従って、断線検出の判定条件には該当しない。
（２）また、ｂ相電流を基準に考えた場合、遅れ相との位相差が１２０°より小、進み相との位相差が１２０°より大、遅れ相と進み相の位相差が１２０°より大となる。
従って、断線検出の判定条件には該当しない。
（３）また、ｃ相電流を基準に考えた場合、遅れ相との位相差が１２０°より大、進み相との位相差が１２０°より小、遅れ相と進み相の位相差が１２０°より大となる。
従って、断線検出の判定条件には該当しない。

以上説明したように、本実施の形態による配電線の断線検出装置は、三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線１０を区間に分割するために設置された開閉器２０の負荷側に配置され、配電線１０を流れる各相の電流を計測する電流センサ３０と、電流センサ３０が計測する各相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の電流の電流値データを収集する計測データ収集処理部４１と、計測データ収集処理部４１で収集される三相電流の各相関の電流位相差（θａｂ、θｂｃ、θｃａ）を検出する電流位相差検出処理部４２と、電流位相差検出処理部４２が検出する各相関の電流位相差差に基づいて配電線１０の断線および断線相を判定する断線判定処理部４３を備え、
断線判定処理部４３は、
（１） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＞１２０°、θｃａ＜１２０°”のとき、または“θｂｃ≒１８０°”のときは、ａ相で断線発生、
（２） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＜１２０°、θｃａ＞１２０°”のとき、または“θｃａ≒１８０°”のときは、ｂ相で断線発生、
（３） “θａｂ＞１２０°＜θｂｃ＜１２０°＜θｃａ＜１２０°”のとき、または“θａｂ≒１８０°”のときは、ｃ相で断線発生
と判定する。

また、本実施の形態による配電線の断線検出方法は、開閉器２０より負荷側の三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線１０の各相の電流を計測するステップと、計測された各相の電流値データを収集するステップと、計測された三相電流の各相関の電流位相差（θａｂ、θｂｃ、θｃａ）を検出するステップと、検出された各相関の電流位相差差に基づいて上記配電線の断線および断線相を判定するステップを有し、
配電線１０の断線および断線相を判定するステップは、
（１） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＞１２０°、θｃａ＜１２０°”のとき、または“θｂｃ≒１８０°”のときは、ａ相で断線発生、
（２） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＜１２０°、θｃａ＞１２０°”のとき、または“θｃａ≒１８０°”のときは、ｂ相で断線発生、
（３） “θａｂ＞１２０°＜θｂｃ＜１２０°＜θｃａ＜１２０°”のとき、または“θａｂ≒１８０°”のときは、ｃ相で断線発生
と判定する。

このように、本実施の形態による配電線の断線検出装置あるいは配電線の断線検出方法においては、配電線の三相電流の位相差をもとに断線事故の発生有無および断線事故相の判定を行うため、断線検出装置を配電線の末端に設置する必要がない。
そのため、断線検出装置と計算機間の通信線が少なくてすむと共に、断線検出装置の個数を減らすことができる。
また、断線による需要家機器の誤動作、不動作を防止できると共に、断線時の逆相電圧による需要家機器の過熱損傷を防止できる。
つまり、開閉器の負荷側に配置された電流センサで配電線の三相電流を計測・監視することにより、電流センサ設置点より負荷側で発生した断線事故の検出および断線事故相の判定ができる。
従って、配電線の断線による停電の検出、三相機器の過熱および誤動作を防止することができると共に、断線した電線による感電事故を防止できるという効果がある。
また、断線事故相が判別できるため、保守作業員による断線個所の探査時間が短縮されるという効果がある。

この発明は、三相の電流情報を使って電流センサより負荷側の断線事故を検出することが可能な配電線の断線検出装置の実現に有用である。

実施の形態１による配電線の断線検出装置が適用された配電線システムの要部の構成を示す図である。 実施の形態１における信号処理部４０の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における断線相検出の原理を説明するための電流ベクトル図である。 実施の形態１において、電流センサの直近で断線が発生した場合の電流ベクトル図である。 実施の形態１において、ｂｃ相間で負荷変動があった場合の電流ベクトル図である。

符号の説明

１０ 配電線 ２０ 開閉器
３０ 電流センサ ４０ 信号処理部
４１ 計測データ収集処理部 ４２ 電流位相差検出処理部
４２ 断線判定処理部 ４４ 判定結果通知処理部
５０ 通信回線 ６０ 通信親局
７０ 計算機

Claims (2)

1. 三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線を区間に分割するために設置された開閉器の負荷側に配置され、上記配電線を流れる各相の電流を計測する電流センサと、上記電流センサが計測する各相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の電流の電流値データを収集する計測データ収集処理部と、上記計測データ収集処理部で収集される三相電流の各相関の電流位相差（θａｂ、θｂｃ、θｃａ）を検出する電流位相差検出処理部と、上記電流位相差検出処理部が検出する各相関の電流位相差差に基づいて上記配電線の断線および断線相を判定する断線判定処理部を備え、
   上記断線判定処理部は、
   （１） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＞１２０°、θｃａ＜１２０°”のとき、または“θｂｃ≒１８０°”のときは、ａ相で断線発生、
   （２） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＜１２０°、θｃａ＞１２０°”のとき、または“θｃａ≒１８０°”のときは、ｂ相で断線発生、
   （３） “θａｂ＞１２０°＜θｂｃ＜１２０°＜θｃａ＜１２０°”のとき、または“θａｂ≒１８０°”のときは、ｃ相で断線発生
   と判定することを特徴とする配電線の断線検出装置。
2. 開閉器より負荷側の三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線の各相の電流を計測するステップと、計測された各相の電流値データを収集するステップと、計測された三相電流の各相関の電流位相差（θａｂ、θｂｃ、θｃａ）を検出するステップと、検出された各相関の電流位相差差に基づいて上記配電線の断線および断線相を判定するステップを有し、
   上記配電線の断線および断線相を判定するステップは、
   （１） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＞１２０°、θｃａ＜１２０°”のとき、または“θｂｃ≒１８０°”のときは、ａ相で断線発生、
   （２） “θａｂ＜１２０°、θｂｃ＜１２０°、θｃａ＞１２０°”のとき、または“θｃａ≒１８０°”のときは、ｂ相で断線発生、
   （３） “θａｂ＞１２０°＜θｂｃ＜１２０°＜θｃａ＜１２０°”のとき、または“θａｂ≒１８０°”のときは、ｃ相で断線発生
   と判定することを特徴とする配電線の断線検出方法。

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