JP4114929B2 - 配電系統の地絡検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、配電系統の地絡検出装置に係り、特に、受変電設備の地絡電流を検出する技術に関する。

従来の非接地系統における地絡検出装置の回路を図３に示す。１００は三相非接地系統の母線、１０１は三相非接地系統の母線１００に接続した地絡検出対象となる配電線、１０２は三相非接地系統の母線１００と三相非接地系統の母線１００に接続した地絡検出対象となる配電線１０１を分離する遮断器、１０３は三相非接地系統の母線１０１に接続した地絡検出対象となる配電線１０２に流れる地絡電流ｉ１を検出する零相変流器、１０４は三相非接地系統の母線１００に接続した地絡検出対象となる配電線１０１に流れる電流を二次出力する三相分の変流器、１０５は地絡事故点、１０６は三相非接地系統の母線１００に接続させる接地形計器用変圧器であり、３次のオープンデルタ回路１０６(a)の構成となっている。１０７は制限抵抗、１０８は地絡過電圧継電器、１０９は過電流継電器、１１０は三相分の変流器１０４の二次回路、１１１は三相分の二次残留回路、１１２は地絡方向継電器である。
次に、動作について説明する。地絡事故点１０５で地絡が発生すると、三相非接地系統の母線１００には地絡電圧が発生する。この地絡電圧は、接地形計器用変圧器１０６の３次側オープンデルタ回路１０６（a）を介して検出される。一方、地絡電流は零相変流器１０３の二次出力により検出される
以上の接地形計器用変圧器１０６による地絡電圧と零相変流器１０３による地絡電流により地絡方向継電器１１２で地絡故障を判定し、遮断器１０２を開放して三相非接地系統の母線１００に接続した地絡検出対象となる配電線１０１を切り離す検出方式となっている。
一方、配電線１０１には短絡故障に備えた過電流継電器１０９が具備されており、これは上記の零相変流器１０３とは別に三相の変流器１０４の二次回路１１０に接続されている。また、接地形計器用変圧器１０６の３次側オープンデルタ回路１０６(a)には電路地絡時に発生する地絡電圧を検出する地絡過電圧継電器１０８が接続されている。
また、他の従来例として、上記の零相変流器（１０３）を省略するために、接地形計器用変圧器（１０６）の３次側オープンデルタ回路（１０６（ａ））に設けた制限抵抗（１０７）と並列に低インピーダンス回路を接続し、地絡事故時に地絡電流（ｉ１）をこの低インピーダンス回路を介して流し、地絡電流（ｉ１）を増加させ、増加した地絡電流（ｉ１）を上記の三相の変流器（１０４）の２次残留回路（１１１）により検出し、地絡故障を判定する地絡検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３５４６５５号公報

以上のように、従来の図３に示した非接地系統の地絡方向継電器１１２は、接地形計器用変圧器１０６の３次側オープンデルタ回路出力と三相非接地系統の母線１００に接続した地絡検出対象となる配電線１０１の零相変流器１０３の二次出力を用いて検出しており、三相非接地系統の母線１００に接続した地絡検出対象となる配電線１０１には、この外に過電流継電器１０９に対応した三相の変流器１０４が具備されている。このため、配電線１０１には三相の変流器１０４と零相変流器１０３の二種類を具備する必要があり、検出装置及び配電盤の大型化は避けられなかった。
また、定常状態での三相の変流器１０４の二次残留回路１１１には、短絡時の過電流に備えて変流比を大きくしてあるために、三相個別の変流器１０４の特性不揃いにより常時に零相電流が流れており、しかもその値は地絡電流発生時の接地形計器用変圧器１０６の３次側オープンデルタ回路１０６（a）に接続されている抵抗１０７で制限された地絡電流と比べて大きなものであり、検出が難しい点があった。
また、他の従来例として説明した地絡検出装置は、零相変流器（１０３）を省略するため、検出装置及び配電盤を小型化することができるが、地絡故障を判定する地絡検出に当たって、地絡事故時に地絡電流（ｉ１）を低インピーダンス回路を介して流し、この地絡電流（ｉ１）を増加させることによる検出であるため、地絡検出を高感度で検出することができない。

本発明の課題は、配電線に流れる地絡電流及び過電流を検出する三相分変流器により、地絡事故時の地絡電流を高感度で検出するに好適な配電系統の地絡検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、常時三相配電線に生じる線間電圧および零相電流を数サイクル分記憶保持する第１および第２の記憶保持手段と、地絡過電圧継電器により三相配電線に生じる零相電圧を検出した時点に、第１の記憶保持手段から三相配電線に生じる線間電圧１サイクル分の記憶保持値を取出し、三相配電線に生じる線間電圧の現状値との位相差を求める位相差検出手段と、当該位相差を用いて第２の記憶保持手段に記憶保持した零相電流値の位相補正を行う位相補正手段と、この位相補正を行った零相電流値と現在の零相電流値との差分演算を随時行って電流変化分を求める零相電流差分演算手段と、当該電流変化分を地絡電流として連続して検出する地絡方向継電器演算手段とを備える。

本発明によれば、常時配電線の線間電圧の波形値を取得し、地絡電圧発生時に、前記取得した線間電圧の波形値と現在の線間電圧波形値との位相差を検出し、この位相差を用いて常時取得した配電線の零相電流の波形値の位相補正を行い、この位相補正を行った零相電流の波形値と現在の零相電流の波形値との差分演算を行って電流変化分を求め、地絡電流として検出するので、連続して地絡電流の検出が可能となり、検出感度の高精度化を図ることができる。
また、三相分の変流器の二次残留回路による地絡電流を零相電流差分方式による地絡方向継電器で地絡故障を判定するので、零相変流器の設置を省略でき、地絡検出装置及び地絡検出装置を使用した配電盤を小型化することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例１である配電系統の地絡検出装置を説明するための地絡検出回路図を示す。
図１において、２００は三相非接地系統の母線、２０１は三相非接地系統の母線２００に接続した地絡検出対象となる配電線、２０２は三相非接地系統の母線１と三相非接地系統の母線２００に接続した地絡検出対象となる配電線２０１を分離する遮断器、２０３は三相非接地系統の母線２００に接続した地絡検出対象となる配電線２０１に流れる電流を二次出力する三相分の変流器、２０４は地絡事故点、２０５は三相非接地系統の母線２００に接続させる接地形計器用変圧器であり、３次のオープンデルタ回路２０５(a)の構成となっている。２０６は制限抵抗、２０７は地絡過電圧継電器、２０８は過電流継電器、２０９は三相分の変流器２０３の二次回路、２１０は三相分の二次残留回路であり、２１１が変流器２０３の二次残留回路に流れる零相電流の位相差を調整した状態で変化分を入力とする地絡方向継電器である。地絡方向継電器２１１は、地絡電流ｉ１が接地Ｅ１とＥ２間にてどの方向に流れるか否か見ているので、一種の方向性継電器とみなすことができる。
地絡事故点２０４で地絡が発生すると、配電線２０１に生じた地絡事故点２０４の地絡電流ｉ１が接地Ｅ２から接地形計器用変圧器２０５の接地Ｅ１と三相母線２００及び三相配電線２０１を介して接地Ｅ２に循環して流れる。この電流は、三相分の変流器２０３の二次残留回路２１０にも変流比に応じた値の電流が流れる。一方、三相分の変流器２０３の二次残留回路２１０には、変流器２０３の三相個々の特性不揃いにより定常的に地絡電流を超えるような零相電流に地絡による地絡電流が加算されて検出を行っている。

次に、地絡方向継電器２１１の回路構成と動作を図２を用いて説明する。
３００は地絡方向継電器２１１の演算回路、３０１は接地形計器用変圧器２０５の３次側オープンデルタ回路２０５（a）を介して検出される零相電圧、３０２は三相分の変流器２０３の二次残留回路２１０に流れる零相電流、３０３は配電線２０１の線間電圧である。
３０４は、三相分の変流器２０３の二次残留回路２１０を用いて零相電流を検出し、随時現在値を更新する零相電流波形記憶保持回路である。３０５は、配電線２０１の線間電圧を検出し、随時現在値を更新する線間電圧波形記憶保持回路である。３０６は、零相電圧波形監視回路であり、三相非接地系統の母線２００に接続させる接地形計器用変圧器２０５にて３次側オープンデルタ回路２０５（a）より零相電圧を検出し、随時現在値を更新する回路である。３０７は、線間電圧波形記憶保持領域３１３に記憶保持している波形値と、現在の波形値により位相差を検出する位相差検出回路である。３０８は、位相差検出回路３０７より計測された位相差分を用いて零相電流波形記憶保持領域３１４に記憶保持された１サイクル分の零相電流の位相を補正する位相補正回路である。３０９は、位相補正回路３０８により位相補正を行った零相電流波形記憶保持領域３１４に記憶保持された零相電流値と現在値の差分演算を行い、三相分の変流器２０３の二次残留回路２１０に流れる零相電流の変化分を検出する零相電流差分演算回路である。３１０は、３次側オープンデルタ回路２０５（a）より検出した零相電圧の現在値３１２と差分演算３０９により演算された零相電流のノイズ分を除去するための基本波抽出用フィルタ回路である。

次に、この回路の動作について説明する。
接地形計器用変圧器２０５で零相電圧（Ｖ０）３０１を計測し、零相電圧波形監視回路３０６で定常状態と判断している時、異常検出する異常スイッチ３１１がＯＦＦの状態となり、零相電流波形記憶保持回路３０４と線間電圧波形記憶保持回路３０５では異常スイッチの監視の結果が異常スイッチＯＮでないので、零相電流（Ｉ０）３０２および線間電圧（Ｖｒｓ）３０３の波形を常時数サイクル分を零相電流波形記憶保持領域３１４および線間電圧波形記憶保持領域３１３に記憶する。
しかし、零相電圧波形監視回路３０６にて異常時と判断した場合、異常スイッチ３１１がＯＮの状態となり、零相電流波形記憶保持領域３１４と線間電圧波形記憶保持領域３１３より１サイクル分の波形値を出力する。
線間電圧波形記憶保持回路３０５では、現在の線間電圧値（Ｖｒｓ）３０３および線間電圧波形記憶保持領域３１３に記憶保持された線間電圧（Ｖｒｓ）３１３を１サイクル分を抽出し、位相差検出回路３０７に入力し、位相差を検出する。
位相差検出回路３０７により検出した位相差を位相補正回路３０８に入力する。位相補正回路３０８では、零相電流波形記憶保持領域３１４に記憶保持された１サイクル分の零相電流（Ｉ０）を取出し、当該位相補正回路３０８に入力し、この記憶保持された零相電流（Ｉ０）３１４と現在の零相電流（Ｉ０）３０２との位相差の補償を行うため、位相差検出回路３０７により検出した位相差分を用いて記憶保持された零相電流（Ｉ０）３１４の位相を補正する。
その後、位相補正を行った零相電流波形記憶保持領域３１４に記憶保持された零相電流値（Ｉ０）３１４を差分演算回路３０９に入力すると共に、現在の零相電流（Ｉ０）３０２を入力し、差分演算を行う。

ここで、零相電流の差分演算法の原理について図４を用いて説明する。この差分演算法は、事故前後の電流について行うが、零相電圧（Ｖ０）が整定値より大きくなったとき、スイッチを開いて現在取り込んだ残留回路電流（現在データ）（１）と、予めメモリに記憶していた１サイクル前の電流（２）で差分計算した値（３）を真の零相電流として検出する。この様子を波形で表すと、同右図のようになる。

現在の零相電圧値（Ｖ０）３１２と、差分演算回路３０９より演算し終えた零相電流値（ΔＩ）を基本波抽出フィルタに入力し、地絡方向継電器演算回路３００にて出力診断を行う。演算結果が［Ｖ０・（ΔＩ）・ｃｏｓΦ＞＝Ｖ０・Ｉ０］のとき、地絡方向継電器が動作する。

以上説明したように、本実施例１では、零相電圧波形監視回路３０６と零相電流波形記憶保持回路３０４と線間電圧波形記憶保持回路３０５および位相差検出回路３０７と位相補正回路３０８を備え付けたことにより、記憶保持された地絡事故前の零相電流の値と現状値とを零相電流差分演算回路３０９で演算することになるので、連続して地絡電流の検出が可能となり、高精度の検出感度を持たせることができる。
この結果、図１の三相分の変流器２０３の二次残留回路２１０による地絡電流を零相電流差分方式による地絡方向継電器２１１で地絡故障を判定し、遮断器２０３を開放して地絡対象の配電線２０２を切り離すことができる。
このように、変流器２０３により地絡電流ｉ１の検出感度を向上させ、検出させることにより、零相変流器が省略できるようになり、零相変流器を用いない地絡検出装置を提供できる。

本発明は、地絡電流の検出感度を向上させることができ、また、零相変流器の設置を省略したので、地絡検出装置及び地絡検出装置を使用した配電盤を小型化することができる。

本発明の配電系統の地絡検出装置を説明するための実施例１である地絡検出回路図

符号の説明

２００…三相非接地系統の母線、２０１…配電線、２０２…遮断器、２０３…三相分の変流器、２０４…地絡事故点、２０５…接地形計器用変圧器、２０５(a)…接地形計器用変圧器側の３次側オープンデルタ回路、２０６…制限抵抗、２０７…地絡過電圧継電器、２０８…過電流継電器、２０９…三相分の変流器２０３の二次回路、２１０…三相分の変流器２０３の二次残留回路、２１１…地絡方向継電器、２１２…線間電圧
３００…地絡方向継電器の演算回路、３０１…零相電圧、３０２…零相電流、３０３…線間電圧、３０４…零相電流波形記憶保持回路、３０５…線間電圧波形記憶保持回路、３０６…零相電圧波形監視回路、３０７…位相差検出回路、３０８…位相補正回路、３０９…零相電流差分演算回路、３１０…基本波抽出用フィルタ回路、３１１…異常スイッチ、３１２…現在の零相電圧、３１３…線間電圧波形記憶保持領域、３１４…零相電流波形記憶保持領域

Claims (1)

1. 三相母線に接続した３次側オープンデルタ回路を有する接地形計器用変圧器と、三相配電線に接続した遮断器および三相分の変流器と、前記３次側オープンデルタ回路を介して地絡過電圧継電器により検出される零相電圧、前記三相分の変流器の二次残留回路に流れる零相電流および前記三相配電線の線間電圧とを地絡方向継電器に入力し、前記地絡方向継電器により前記遮断器を開放する配電系統の地絡検出装置であって、
   常時前記三相配電線に生じる線間電圧および零相電流を数サイクル分記憶保持する第１および第２の記憶保持手段と、前記地絡過電圧継電器により前記三相配電線に生じる零相電圧を検出した時点に、前記第１の記憶保持手段から前記三相配電線に生じる線間電圧１サイクル分の記憶保持値を取出し、前記三相配電線に生じる線間電圧の現状値との位相差を求める位相差検出手段と、当該位相差を用いて前記第２の記憶保持手段に記憶保持した零相電流値の位相補正を行う位相補正手段と、前記位相補正を行った零相電流値と現在の零相電流値との差分演算を随時行って電流変化分を求める零相電流差分演算手段と、当該電流変化分を地絡電流として連続して検出する地絡方向継電器演算手段とを備えることを特徴とする配電系統の地絡検出装置。

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