JP3137029B2 - 系統連系装置における素子故障検出装置 - Google Patents
系統連系装置における素子故障検出装置Info
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系と自家発電系とのように、それぞれ1または複数の発
電装置と多数の負荷とを有する電力系統を連系させるた
めに用いられる系統連系装置において、その素子故障を
検出するための装置に関する。
明するための図である。需要家内に引込まれた商用電源
線2は、受電母線3に接続され、この受電母線3には、
一般負荷に接続される多数の配電線4が接続されてい
る。また、コジェネ母線5へは、自家発電装置6と、た
とえば自家発電容量の60〜70%を占める重要負荷へ
の配電線7が接続されている。前記受電母線3とコジェ
ネ母線5とは、該系統連系装置1によって、相互に接続
されている。
列接続された2つのサイリスタ8,9から構成されてい
る。母線3,5間の連系時には、継電器からの出力によ
ってこれらのサイリスタ8,9のゲートが駆動され、該
サイリスタ8,9は導通しており、短絡や地絡および受
電系の開放等の故障が発生すると、前記継電器は、これ
らのサイリスタ8,9のゲートをブロックして、該サイ
リスタ8,9を遮断する。
いて、サイリスタ8,9の素子故障は、電流変成器や電
圧変成器を用いて、素子通過電流および素子端子間電圧
を検出することによって行われている。
装置1では、前記故障が発生すると、その故障検知を半
周期で行い、続く半周期の零クロス点で遮断駆動が行わ
れる。したがって、直流オフセット電流を考慮すると、
前記故障の発生からほぼ1周期(50Hzで、20ms
ec)以内で、母線3,5間を遮断することができる。
しかしながら、この間、完全短絡電流が流れ、大きな電
圧降下を生じることは避けられず、このような不具合を
解決するために、本件出願人は先に特願平8−9153
8号で、図5に示すような系統連系装置11を提案して
いる。なお、この図5において、前述の図4の構成に対
応する部分には同一の参照符号を付して、その説明を省
略する。
接続する母線12に介在され、整流性スイッチング素子
である一対のサイリスタTH1,TH2と、一対のダイ
オードD1,D2と、直流リアクトルLとを備えて構成
されている。
AC1,AC2の、いずれか一方に前記一対のサイリス
タTH1,TH2が接続され、いずれか他方に一対のダ
イオードD1,D2が接続される(図5の例では、交流
端子AC1にサイリスタTH1,TH2が接続され、交
流端子AC2にダイオードD1,D2が接続されてい
る)。これに対して、直流端子DC1,DC2間には直
流リアクトルLが接続されている。
おいて、定常時には、サイリスタTH1,TH2のゲー
トが駆動され、該サイリスタTH1,TH2が導通し、
参照符i1またはi2で示す経路で電流が流れている。
したがって、直流リアクトルLの電流減衰時定数を系統
周波数の2.5倍以上に選ぶことによって、直流リアク
トルLに流れる電流は振幅がほぼ一定の直流電流とな
り、該直流リアクトルLのインピーダンスZ(=ωL)
は零となっている。
ような故障が発生し、コジェネ母線5側から受電母線3
側に過電流が流れようとすると、直ちに、直流リアクト
ルLは、その端子間に流れる電流を一定に保持しようと
して前記インピーダンスZが大きくなって、端子間電圧
を上昇する。これによって、交流端子AC1,AC2側
から見たインピーダンスが増大することになり、母線1
2を介してコジェネ母線5側から受電母線3側へ流れる
電流を抑制する限流作用を実現することができ、その間
に短絡や地絡継電器の出力によってサイリスタTH1,
TH2のゲートがブロックされ、コジェネ母線5が受電
母線3から、1周期以内の高速で、かつ確実に遮断さ
れ、自家発電装置6が過負荷となることによる瞬時電圧
低下を抑制している。
リスタTH1,TH2やダイオードD1,D2の素子故
障を検出するにあたって、素子に電流が流れなくなる非
導通故障の場合には、通常、直流リアクトルLに流れる
べき電流が流れなくなるので、従来のように電流変成器
や電圧変成器を用いて電流状態を監視しておくことによ
って検出することができる。これに対して、ほとんどの
時間、素子は導通状態で運転されるので、導通したまま
となる導通故障は検出することができないという問題が
ある。
検時に逆導通の可否を検出して判断するしか方法がな
く、定常運転時に判別することができないという問題が
ある。前記定期点検は、通常、年に1度程度であるの
で、その間に素子故障が発生すると、該系統連系装置1
1は、その機能を喪失した状態で運転されることにな
り、故障が発生してもサイリスタTH1,TH2を消弧
することはできず、前記瞬時電圧低下を招いてしまうと
いう問題がある。
を確実に検出することができる素子故障検出装置を提供
することである。
統連系装置における素子故障検出装置は、2つの電力系
統間に介在され、両系統の各相連系端子間に接続される
2つの交流端子のうち、いずれか一方には一対の整流性
スイッチング素子が接続され、いずれか他方には一対の
整流性素子が接続されて構成される単相整流回路と、前
記整流性スイッチング素子と整流性素子との各接続点で
ある2つの直流端子間に接続される直流リアクトルとを
備え、両系統を相互に連系させて電力の融通を行うため
の系統連系装置における素子故障検出装置であって、前
記直流リアクトルに流れる電流中のリップル電流を検出
する検出手段と、前記リップル電流の基本波成分を抽出
する抽出手段と、前記抽出手段の出力が予め定める弁別
レベル以上であるときには、前記整流性スイッチング素
子および整流性素子が故障であると判定する判定手段と
を含むことを特徴とする。
現される2つの整流性スイッチング素子と、ダイオード
やサイリスタなどで実現される2つの整流性素子とから
成る低コストな単相整流回路の直流端子間に直流リアク
トルを接続し、交流端子を2つの電力系統にそれぞれ接
続することによって構成され、前記直流リアクトルの電
流減衰時定数を系統周波数に対応して適宜選択すること
によって、定常時のインピーダンスが略零であり、故障
時には直流リアクトルの電流保存作用によって瞬時に高
インピーダンスとなって瞬時電圧低下を抑えることがで
きる系統連系装置に関して、前記整流性スイッチング素
子や整流性素子の素子故障を、直流リアクトルに流れる
リップル電流の基本波成分から検出する。
の正常時には、常時、半波毎、すなわち基本波周波数の
2倍のリップルを少量含んだ直流電流が流れており、前
記素子が導通故障してしまうと、その素子が整流できな
くなってしまうので、前記リップル電流は基本波周波数
となり、これを利用する。また、非導通故障について
も、同様にリップル電流は基本波周波数となり、検出す
ることができる。
監視を行うことができ、素子故障の発生を速やかに、か
つ正確に検出することができ、系統連系装置の信頼性を
向上することができる。
における素子故障検出装置では、前記検出手段は、前記
直流リアクトルの磁界を検出するサーチコイルであるこ
とを特徴とする。
ルには空芯コイルが用いられるので、その空芯コイルの
中心に、比較的感度が良好なサーチコイルを配置するこ
とができ、また系統電位の空芯コイルに対して、ほぼ大
地電位の該サーチコイルとの絶縁も容易に確保すること
ができる。
図1〜図3に基づいて説明すれば以下のとおりである。
検出装置21の電気的構成を示すブロック図である。こ
の素子故障検出装置21は、前述の図5で示す系統連系
装置11におけるサイリスタTH1,TH2およびダイ
オードD1,D2の素子故障を検出するために用いられ
る。空芯コイルで構成される前記直流リアクトルL内
に、図2で示すようにサーチコイル22が配置されてお
り、この空芯コイルを流れる電流の変動による磁場変動
によって該サーチコイル22に誘起された電圧は、検出
抵抗23および過電圧防止用のツェナダイオード24を
介して、アンプ25に入力される。
Hzの系統周波数に対応した通過帯域を有するバンドパ
スフィルタ26によって、その基本波成分が抽出されて
全波整流回路27に入力される。全波整流回路27で
は、前記基本波成分の脈動のピーク値が検出され、その
ピーク値に対して、加算器28において、バイアス電源
29からの所定のバイアス電圧が加算された後、比較器
30に入力される。比較器30は、前記加算器28の出
力電圧を所定の閾値電圧でレベル弁別し、前記閾値電圧
以上であるときには、ハイレベルの故障判定出力をAN
Dゲート31の一方の入力へ出力する。ANDゲート3
1の他方の入力には、継電器などの検知手段32から、
正常運転時にはハイレベルの出力が入力されている。
常運転状態で、比較器30から素子故障を表す出力が入
力されたときに、素子故障を報知するための出力が導出
され、ランプやブザーなどによって運転員に報知され
る。
21において、直流リアクトルLの定格電流を直流30
0(A)、コイルの中心磁場が0.15(T)程度とす
ると、直流リアクトルLのコイルのリップル電流は、2
0(Ap-p )であり、このリップル電流によって生じる
磁場変動幅ΔBは、 ΔB=0.15×(20/2)/300=0.005(T) …(1) となる。この磁場変動によって、サーチコイル22に誘
起される電圧Vsは、磁束をφとし、該サーチコイル2
2の巻数をnとし、系統周波数をfとするとき、 Vs=n(δφ/δt)=2πf・nφ=2πf・n・SΔB =2π×50×0.005×nS=1.57×nS …(2) となる。ただし、Sはサーチコイル22の面積(m2 )
である。また、f=50(Hz)で近似している。
Vs=1(Vp-p )程度であれば充分であり、サーチコ
イル22の直径を、たとえば50(mm)とすると、 S=(π/4×0.052 )=0.001963(m2 ) …(3) となり、巻数nが、 n=1/(1.57×0.001963)=324(ターン) …(4) 程度のコイルで実現することができる。
クトルLの、たとえば直径で240(mm)のほぼ1/
5程度で実現することができ、前述の図2で示すように
該直流リアクトルLの中心にサーチコイル22を配置し
ても、系統電位の直流リアクトルLに対して、ほぼ大地
電位の該サーチコイル22に特に絶縁を行う必要がな
く、安価な構成で前記リップル電流の検出を行うことが
できる。なお、サーチコイル22は、良好な感度で、直
流リアクトルLを流れる電流を検知することができる場
所であれば、前記直流リアクトルLの中心に限らず、他
の箇所に設けられてもよい。
検出装置21の各部の動作波形を示す図である。前記図
5において、参照符i1で示す経路の電流波形を、たと
えば図3(a)で示すとき、参照符i2で示す経路の電
流波形は、図3(b)で示すようになる。これらの電流
i1,i2を加算して、全波整流すると、図3(c)で
示すようになる。
の2.5倍以上の前記直流リアクトルLによって平滑化
されて図3(d)で示すようになり、サイリスタTH
1,TH2およびダイオードD1,D2の正常時におい
て、直流リアクトルLを流れる電流には、該直流リアク
トルLの充放電によって、1/2fのリップル成分が現
れることになる。
およびダイオードD1,D2のいずれか1つにでも導通
故障が生じると、その導通故障した素子が非導通である
べき期間には、直流リアクトルLに電流が流れなくなっ
てしまう。たとえば、サイリスタTH1に導通故障が生
じると、該サイリスタTH1−直流リアクトルL−ダイ
オードD2の経路で流れる前記電流i1は正常に流れる
けれども、ダイオードD1−直流リアクトルL−サイリ
スタTH2の経路で流れるべき電流i2が該サイリスタ
TH1で短絡されてしまい、この電流i2が直流リアク
トルLを流れなくなる。したがって、直流リアクトルL
を流れる電流には、図3(e)で示すように、1/fの
リップル成分が現れることなる。
に非導通故障が発生すると、前記電流i2は正常に流れ
るけれども、電流i1が流れず、この場合も同様に、1
/fのリップル成分が現れることになる。
トルLを流れる電流をサーチコイル22で検知し、その
検知結果に1/fのリップル成分が含まれているか否か
から、系統連系装置11を構成するサイリスタTH1,
TH2およびダイオードD1,D2の素子故障を検知す
るので、通電状態で、すなわち常時、監視を行うことが
でき、素子故障の発生を速やかに、かつ正確に検出する
ことができ、系統連系装置の信頼性を向上することがで
きる。
リスタで構成されていてもよい。
ける素子故障検出装置は、以上のように、2つの電力系
統の各相連系端子間に接続される2つの交流端子のう
ち、いずれか一方に一対の整流性スイッチング素子を接
続し、いずれか他方に一対の整流性素子を接続して単相
整流回路を構成し、その直流端子間に直流リアクトルを
接続して構成した系統連系装置の素子故障を検出するに
あたって、前記直流リアクトルに流れる電流中には、素
子の正常時には、半波毎、すなわち基本波周波数の2倍
のリップルが少量含まれており、素子故障時には、該直
流リアクトルを流れる電流がその素子でバイパスまたは
遮断されて基本波周波数のリップル成分が現れることを
利用する。
視を行うことができ、素子故障の発生を速やかに、かつ
正確に検出することができ、系統連系装置の信頼性を向
上することができる。
における素子故障検出装置は、以上のように、前記検出
手段を、前記直流リアクトルの磁界を検出するサーチコ
イルとする。
れる空芯コイルの中心に、比較的感度が良好な該サーチ
コイルを配置することができ、また系統電位の空芯コイ
ルに対して、ほぼ大地電位の該サーチコイルとの絶縁も
容易に確保することができる。
気的構成を示すブロック図である。
イルの直流リアクトルへの設置状態を示す断面図であ
る。
図である。
ある。
めの図である。
子)
Claims (2)
- 【請求項1】2つの電力系統間に介在され、両系統の各
相連系端子間に接続される2つの交流端子のうち、いず
れか一方には一対の整流性スイッチング素子が接続さ
れ、いずれか他方には一対の整流性素子が接続されて構
成される単相整流回路と、前記整流性スイッチング素子
と整流性素子との各接続点である2つの直流端子間に接
続される直流リアクトルとを備え、両系統を相互に連系
させて電力の融通を行うための系統連系装置における素
子故障検出装置であって、 前記直流リアクトルに流れる電流中のリップル電流を検
出する検出手段と、 前記リップル電流の基本波成分を抽出する抽出手段と、 前記抽出手段の出力が予め定める弁別レベル以上である
ときには、前記整流性スイッチング素子および整流性素
子が故障であると判定する判定手段とを含むことを特徴
とする系統連系装置における素子故障検出装置。 - 【請求項2】前記検出手段は、前記直流リアクトルの磁
界を検出するサーチコイルであることを特徴とする請求
項1記載の系統連系装置における素子故障検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09106289A JP3137029B2 (ja) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | 系統連系装置における素子故障検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09106289A JP3137029B2 (ja) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | 系統連系装置における素子故障検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10304556A JPH10304556A (ja) | 1998-11-13 |
JP3137029B2 true JP3137029B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=14429908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09106289A Expired - Fee Related JP3137029B2 (ja) | 1997-04-23 | 1997-04-23 | 系統連系装置における素子故障検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3137029B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6294601B1 (en) | 1997-10-29 | 2001-09-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Silica glass composition |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10021602A1 (de) | 2000-05-04 | 2001-11-08 | Bayerische Motoren Werke Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung einer Unterbrechung in der Ladeleitung zwischen einen Generator und einer elektrischen Batterie in einem Kraftfahrzeug |
DE102011078672A1 (de) | 2011-07-05 | 2013-01-10 | Robert Bosch Gmbh | Elektronisch kommutierter Elektromotor mit einer Defektabschaltung |
-
1997
- 1997-04-23 JP JP09106289A patent/JP3137029B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6294601B1 (en) | 1997-10-29 | 2001-09-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Silica glass composition |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10304556A (ja) | 1998-11-13 |
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