JP4093619B2 - 電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力送配電線の地絡点を表示する表示器、およびその表示器に使用される短絡と地絡を判別する回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
発電所や変電所の間で高電力エネルギを給配電するために、支持体、例えば鉄塔、パンザマスト、コンクリート電柱等に支持されて電力送配電線が張られている。かかる電力送配電線で、電力線に雷撃があると、電力線の電位が大幅に上がり、碍子の絶縁能力を超えて雷サージ電流が電力線から支持体に流れ込む、いわゆる正閃絡が発生する。このような雷撃の予防策として電力線の上部に架空地線が張られているが、張られていない送配電線もある。架空地線の有無に拘わらず、支持体に雷が落ちたときには支持体の電位が大幅に上がり、やはり碍子の絶縁能力を超えると雷サージ電流が電力線に流れ込み、いわゆる逆閃絡が発生する。
【0003】
このような閃絡で、一旦、放電路が形成されると、その放電路に沿って送配電線から電流が大地に流れ込む地絡故障が発生し、碍子を破損することも多い。また鳥獣が碍子の近傍に来て感電し、地絡故障が発生することもある。
【0004】
従来、地絡故障の発生した支持体を知るため、例えば特開平1−282473号公報に、架空地線のある場合には電力線より上部の支持体と同じく下部の支持体とに変流器を取付け、支持体に分流する地絡電流を検出し、架空地線のない場合には電力線より下部に流れる地絡電流を検出し、その出力で微少火薬を発火させて表示体を表示する地絡点表示器が記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】
同公報に記載の地絡点表示器は、架空地線のある電力送配電線では、地絡故障が発生した支持体だけを表示することが可能である。しかし架空地線のない電力送配電線で、図3(A)に示す送電線1と2の間が短絡し数千アンペアの電流Idが流れる短絡故障が発生すると、検出コイル6に誘起される二次側出力電圧が大きいため、故障点より電源側の支持体に取り付けた地絡点表示器7のすべてが動作してしまい、故障の発生箇所を特定できないという問題があった。
【0006】
本発明は、前記のような従来の地絡点表示器の欠点を解消するためなされたもので、単独の電流センサにより、架空地線の有無に拘わらず短絡電流で誤動作することがなく、正確に地絡故障箇所を検出できる電力送配電線の地絡点表示器およびその表示器に使用される短絡地絡判別回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
電力の送配を司る発電所や変電所には設備保護のため、送配電線に発生する短絡故障があったときに作動する継電器(ブレーカー)と、地絡故障があったときに作動する継電器とが設置されている。通常、短絡故障の電流は地絡故障の電流に比べて大きいため、短絡用継電器は地絡用継電器よりも短時間で作動するようになっている。本発明の発明者はこの点に着目し、前記の目的を達成するための本発明を完成するに至った。本発明を適用する電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路を実施例に対応する図面により説明すると、以下のとおりである。
【0008】
本発明の地絡点表示器は、支持体4(図3参照)に張架され、短絡発生時に電力供給を遮断する短絡用継電器(不図示)および地絡発生時に電力供給を遮断する地絡用継電器(不図示)を接続してある電力送配電線1・2・3の、各支持***置における地絡を表示する表示器において、図1に示すように、短絡電流Idまたは地絡電流Ieの磁界を検出する検出コイル6に生じた誘導電流を整流する整流回路11と、整流回路11の出力を定電流に抑える定電流回路12と、定電流回路12の出力により充電される時定数回路13と、時定数回路13の両端電圧を検出する電圧レベル検出回路14とを有する判別回路部10に、電圧レベル検出回路14による検出電圧を動作トリガとする表示部7が接続されている。
時定数回路13がRC回路で構成され、その時定数は、定電流回路12の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまで充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでに充電するとその設定電圧に充電される値である。
【0009】
また本発明の短絡地絡判別回路は、図1に示すように、短絡発生時に電力供給を遮断する短絡用継電器および地絡発生時に電力供給を遮断する地絡用継電器を接続してある電力送配電線1・2・3の、短絡電流Idまたは地絡電流Ie(図3参照)の磁界を検出して誘導電流を生ずる検出コイル6と、その誘導電流を整流する整流回路11と、整流回路11の出力を定電流に抑える定電流回路12と、定電流回路12の出力により充電される時定数回路13と、時定数回路13の両端電圧を検出する電圧レベル検出回路14とを有している。
該時定数回路13がRC回路で構成され、その時定数は、定電流回路12の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまで充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでに充電するとその設定電圧に充電される値である。
【0010】
この短絡地絡判別回路の動作は以下のとおりである。短絡があると電力送配電線1と2の間に短絡電流Idが流れ、地絡があると電力送配電線1と支持体4の間に地絡電流Ieが流れるから、検出コイル6はこれら短絡電流Idまたは地絡電流Ieによる磁界により誘導電流が生ずる。検出コイル6に、短絡による誘導電流を生ずるのは短絡発生から短絡用継電器が遮断するまでの時間で相対的に短く、地絡による誘導電流を生ずるのは地絡発生から地絡用継電器が遮断するまでの時間で長い。この誘導電流は判別回路部10に流入し、整流回路11で整流されてから定電流回路12により一定に抑えられ、時定数回路13に充電される。このとき短絡による誘導電流は短時間であるから、時定数回路13に充電される電気量が少ないので両端電圧は低い。地絡による誘導電流は長時間流れるから、時定数回路13に充電される電気量が多いので、両端電圧は高くなる。この両端電圧を電圧レベル検出回路14で検出することにより短絡故障と地絡故障の判別をすることができる。
【0011】
短絡地絡判別回路が上記のとおり動作するので、判別回路部10に表示部7が接続した本発明の地絡点表示器は、検出コイル6が地絡電流Ieの磁界を検出すると、その誘導電流により判別回路部10が動作して、表示部7が動作する。しかし短絡電流Idの磁界を検出コイル6が検出しても、その誘導電流によっては表示部7が動作しない。したがって地絡電流が流れたときだけ動作することになる。
【0012】
時定数回路13は、図2に示すとおり、抵抗22とコンデンサー21のRC回路で構成することができる。その時定数は、定電流回路12の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまでの時間を充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでの時間を充電するとその設定電圧に充電される値であるように、抵抗22とコンデンサー21の値を定める。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
【0014】
図1は本発明を適用する電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路の実施例の全体ブロック図である。図2は同じく地絡点表示器および短絡地絡判別回路の実施例の要部の回路図である。図3は同じく地絡点表示器および短絡地絡判別回路の取り付け状態を示す図である。
【0015】
図1に示すとおり本発明の短絡地絡判別回路は、検出コイル6に判別回路部10が接続されている。同じく本発明の地絡点表示器は、検出コイル6に判別回路部10が接続され、さらに表示部7が接続されている。判別回路部10には、整流回路11、定電流回路12、時定数回路13、および電圧レベル検出回路14を有している。
【0016】
検出コイル6は、図3に示すとおり、支持体4の脚に、地絡電流Ieによる磁界を検知できるように取り付けられる。表示部7は、ニクロム線など発熱抵抗体に接して火薬が配置してあり、その火薬が発火したガス圧により、折り畳んで収納されている表示布が広がって垂れ下がるような従来から知られたものである。この表示部7は、同じく支持体4の広範囲な遠方から視認できるような位置に取り付けられる。尚、判別回路部10は、検出コイル6と表示部7との中間の任意の位置に取り付けることができるが、本例では表示部7に一体化してある。
【0017】
判別回路部10の整流回路11は、従来知られた回路が使用される。同じく定電流回路12は、図2に示すとおり、定電流ダイオード20により構成される。このため整流回路11の出力は波形を有する脈流であるが、整流回路11の出力レベルが一定以上のところでは、定電流ダイオード20のカソードから定電流が取り出される。時定数回路13は、抵抗22とコンデンサ21からなるRC回路である。このRC回路の時定数は抵抗22の抵抗値とコンデンサ21の容量で定められ、コンデンサ21が短絡発生から電力供給が遮断されるまでの時間内に設定電圧になるまで充電されず、地絡発生から電力供給が遮断されるまでの時間内に設定電圧になるまで充電される値にする。
【0018】
電圧レベル検出回路14は、サイリスタ24が直列に挿入され、入力側であるアノードとゲートの間は抵抗25とコンデンサ26のRC回路で連結されている。サイリスタ24のゲートはツェナーダイオード23のカソードが接続されている。このため電圧レベル検出回路14に入力し抵抗25を介してツェナーダイオード23に加えられる電圧が、ツェナー電圧より低く維持されれば、ツェナーダイオード23は遮断状態でサイリスタ24のゲート電圧は降下しないから、サイリスタ24はオフを維持する。同様にしてツェナーダイオード23に加えられる電圧が、ツェナー電圧より高くなると、ツェナーダイオード23は導通するから、抵抗25によりサイリスタ24のゲート電圧は降下してサイリスタ24はオンとなる。したがってツェナーダイオード23のツェナー電圧と抵抗25の値は、電圧レベル検出回路14の動作電圧を決定することになる。
【0019】
上記した図1および図2に示す短絡地絡判別回路は、以下のように動作する。
【0020】
短絡があると電力送配電線1と2の間に短絡電流Idが流れる。検出コイル6は地絡電流Ieの磁界を検知できるように取り付けられてはいるが、短絡電流Idの磁界も検出してしまい誘導電流を生ずる。この誘導電流は整流回路11で整流されてから定電流ダイオード20により一定電流以下となり、コンデンサ21に蓄えられる。このとき短絡による誘導電流は短時間であるから、コンデンサ21と抵抗22の時定数により抵抗22の両端電圧、すなわち電圧レベル検出回路14に入力する電圧は低い。入力電圧が低いと、ツェナーダイオード23は遮断状態のままであるから、サイリスタ24はオフとなっており、電圧レベル検出回路14から出力がない。
【0021】
一方、地絡があると電力送配電線1と支持体4の間に地絡電流Ieが流れ、これによる磁界を検出してコイル6に誘導電流が生ずる。この誘導電流は整流回路11で整流されてから定電流ダイオード20により一定電流以下となり、コンデンサ21に蓄えられる。このとき地絡による誘導電流は長時間であるから、コンデンサ21と抵抗22の時定数により抵抗22の両端電圧、すなわち電圧レベル検出回路14に入力する電圧は高い。入力電圧が高いと、ツェナーダイオード23は導通するから、サイリスタ24はオンとなって、電圧レベル検出回路14から出力が得られる。このように短絡地絡判別回路は、地絡があると電圧レベル検出回路14から出力が得られるが、短絡があっても前記のように出力がないので短絡と地絡の判別ができることになる。
【0022】
上記した検出コイル6に判別回路部10が接続された短絡地絡判別回路に、さらに表示部7が接続されている地絡点表示器は、短絡があっても電圧レベル検出回路14から出力がないので、表示部7は動作しない。地絡があると電圧レベル検出回路14から出力があるから、表示部7の発熱抵抗体に電流が流れて発熱し、火薬が発火しそのガス圧により、折り畳んで収納されている表示布が広がって垂れ下がり、広範囲な遠方からでも地絡があった支持体4を視認できる。
【0023】
上記した構成の短絡地絡判別回路は、検出コイル6で検出した電流値が定電流回路12で一定電流以下に抑えられて、短絡用継電器が遮断するまでの時間よりも、地絡発生から電圧レベル検出回路14から出力が得られるまでの時間を長くできる。すなわち図4に示すように、検出コイル6が検出した電流値に対して、定電流回路12のある短絡地絡判別回路の作動(実線示)の不感帯の時間T1を、短絡用継電器の作動時間T0より長くしかも一定にできる。したがって、短絡によって誤動作することがない。仮に定電流回路12がない短絡地絡判別回路についてみると、その作動(点線示)の不感帯の時間T2は短絡用継電器の動作より短く、短絡によって誤動作する可能性がある。
【0024】
判別回路部10の動作確認のため、図5に示す試験回路で試験した。試験回路は、交流電源ACにスライドレギュレーター27およびステップダウントランス29が接続され、その出力にスイッチ28、電流計30を経て継電器31が接続され閉回路になっている。その閉回路部分に検出コイル6が取り付けられ、継電器31が接続されている。検出コイル6の出力はオシロスコープ32に接続される一方で判別回路部10に接続され、判別回路部10の出力が同じくオシロスコープ32に接続されている。前記のように、送配電線における短絡電流は地絡電流に比べて大きいため、短絡用継電器は地絡用継電器よりも短時間で作動するようになっているので、短絡電流を模擬して試験する場合の継電器31は遮断動作時間が100msのものを取り付け、地絡電流を模擬して試験する場合の継電器31は遮断動作時間が300msのものを取り付ける。
【0025】
この試験回路で、先ず地絡の模擬電流について試験した。回路から継電器31を外して短絡しておき、電流計30が10A、100A、200Aになる電圧をスライドレギュレーター27に記しておく。遮断動作時間が300msの継電器31を繋ぎ、スライドレギュレーター27を通電電流が10Aになる位置に設定してからスイッチ28を入れると、検出コイル6の出力および判別回路部10の出力がオシロスコープ32に表示される。このときの検出コイル6の出力時間はスイッチ28を入れてから300ms(継電器31の遮断動作時間に同じ)であったが、判別回路部10の出力はスイッチ28を入れてから200ms後に信号が現れた。同様に通電電流が100A、200Aについて調べたところ判別回路部10の出力時間はともに150msとなった。
【0026】
同様に短絡の模擬電流について試験した。遮断動作時間が100msの継電器31を繋ぎ、スライドレギュレーター27を通電電流が50A、100A、200A、300Aについて調べた。検出コイル6の出力時間はスイッチ28を入れてから100ms(この時間で継電器31が遮断)で、一方、判別回路部10の出力は現れなかった。
【0027】
上記の各試験からわかるように、地絡を模擬した電流を通電した場合、確実に判別回路部10は動作し、動作に150ms以上の時間が必要なことがわかった。また短絡を模擬した電流を通電した場合、通電電流値が大きくても通電時間が短いため、判別回路部10は動作せず、継電器31が先に通電電流を遮断していることがわかった。
【0028】
尚、前記した本発明の地絡点表示器の実施例では、電圧レベル検出回路14は一定レベル以上の電圧を検出したとき導通するスイッチ回路となる構成で、検出コイル6の誘導電流を由来とし時定数回路13に蓄えられたエネルギーがそのスイッチ回路を通って表示部7に供給される。すなわち電圧レベル検出回路14の検出電圧は、動作トリガとして機能するとともに動作電圧そのものでもある。しかし、別途に独立の動作電源を設け、電圧レベル検出回路14の検出電圧は信号としての動作トリガ機能をだけ持たせ、そのトリガ信号により動作電源からのエネルギーを表示部7に供給する構成でも実施できる。
【0029】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明を適用した電力送配電線の地絡点表示器は、装置がコンパクトかつ安価であるとともに、短絡故障で誤動作することがないので、確実かつ正確に地絡箇所を表示することができる。
【0030】
また本発明を適用した電力送配電線の短絡地絡判別回路は、単独の電流センサにより、架空地線の有無に拘わらず短絡と地絡を判別することができ、誤判別することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路の実施例の全体ブロック図である。
【図2】本発明を適用する電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路の実施例の要部の回路図である。
【図3】電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路の取り付け状態を示す図である。
【図4】本発明を適用する電力送配電線の短絡地絡判別回路の作動時間を説明する図である。
【図5】本発明を適用する電力送配電線の短絡地絡判別回路の作動を試験する回路図である。
【符号の説明】
1・2・3は電力送配電線、4は支持体、6は検出コイル、7は表示部、10は判別回路部、11は整流回路、12は定電流回路、13は時定数回路、14電圧レベル検出回路、20は定電流ダイオード、21はコンデンサ、22は抵抗、23はツェナーダイオード、24はサイリスタ、25は抵抗、26はコンデンサ、27はスライドレギュレーター、28はスイッチ、29はステップダウントランス、30は電流計、31は継電器、32はオシロスコープ、Idは短絡電流、Ieは地絡電流、T0・T1・T2は作動までの不感帯の時間である。
Claims (2)
- 支持体に張架され、短絡発生時に電力供給を遮断する短絡用継電器および地絡発生時に電力供給を遮断する地絡用継電器を接続してある電力送配電線の、各支持体の位置における地絡を表示する表示器において、
短絡電流または地絡電流の磁界を検出する検出コイルに生じた誘導電流を整流する整流回路と、該整流回路の出力を定電流に抑える定電流回路と、該定電流回路の出力により充電される時定数回路と、該時定数回路の両端電圧を検出する電圧レベル検出回路とを有する判別回路部に、該電圧レベル検出回路による検出電圧を動作トリガとする表示部が接続されており、
該時定数回路がRC回路で構成され、その時定数は、該定電流回路の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまで充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでに充電するとその設定電圧に充電される値であることを特徴とする地絡点表示器。 - 短絡発生時に電力供給を遮断する短絡用継電器および地絡発生時に電力供給を遮断する地絡用継電器を接続してある電力送配電線の、短絡電流または地絡電流の磁界を検出して誘導電流を生ずる検出コイルと、その誘導電流を整流する整流回路と、該整流回路の出力を定電流に抑える定電流回路と、該定電流回路の出力により充電される時定数回路と、該時定数回路の両端電圧を検出する電圧レベル検出回路とを有し、
該時定数回路がRC回路で構成され、その時定数は、該定電流回路の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまで充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでに充電するとその設定電圧に充電される値であって、
該電圧レベル検出回路が検出する電圧により短絡または地絡を判別することを特徴とする短絡地絡判別回路。
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