JP4456402B2 - 直流回路の地絡監視装置 - Google Patents

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本発明は、主に発変電設備や工場設備などの電源として使用される直流回路の地絡を監視する地絡監視装置および方法に関する。
従来、設備電源として使用される直流回路の地絡抵抗や地絡箇所電圧の計算・表示に関する技術が提案されている。
たとえば、特許文献1には、アースEへの出力電流Ieが正のときには、直流地絡過電圧継電器(64D)と同じ等価回路で測定した地絡抵抗値R64Dを、R64D=Ven/Ieによって計算し、アースEへの出力電流Ieが負のときには、R64D=Vpe/(−Ie)によって計算し、Ieの符号を地絡の極性としてその極性と共に計算した地絡抵抗値を表示するという技術が記載されている。
また、同文献には、まず、PE間の内部抵抗とEN間の内部抵抗が同じ状態でVpe、Ven、Ieの3測定量を測定し、続いて内部抵抗を変えて同様に3測定量を測定し、計6測定量から合成地絡抵抗や地絡箇所電圧Vzを計算する手法が記載されている。
特開平3−179272号公報
しかしながら、上述の従来の方式は、PN間の電圧箇所での地絡監視には有効であるがPN間電圧を外れた電圧箇所で地絡が発生すると誤った極性を表示してしまうという問題がある。たとえば、通常の地絡監視装置は、図10のように電池電圧をドロッパで調整して、ドロッパの入力電圧、たとえばDC120Vをドロッパで調整することによってDC110Vを得ている。このDC120Vの地点で地絡すると、従来方式では、RIN0=50kΩのとき、装置に流れ込む電流IEは2.6mAとなる。電圧VPEはー10Vであるので、表示抵抗値REはー3.8kΩとなる。
このため、P極側で地絡が発生しているにもかかわらずN極側で地絡しているという判定となってしまい、地絡箇所探索の妨げになる。
また、地絡の無い状態で地絡箇所電圧Vzを計算すると、測定ノイズや測定誤差の影響が大きくなり、このため計算結果のばらつきが大きくなるという問題がある。
本発明は、上述のかかる事情に鑑みてなされたもので、PN間電圧を外れた電圧箇所でも正しく地絡箇所の極性表示を行うことができ、地絡箇所電圧の表示を精度良く行うことのできる直流回路の地絡監視装置および方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係わる直流回路の地絡監視装置は、中性点接地のアース電流Ieを測定する手段と、直流回路のP極とアースEとの間の電圧Vpeを測定する手段と、直流回路のアースEとN極との間の電圧Venを測定する手段と、前記測定した各電気データIe、Vpe、Venを用いて直流回路ドロッパの前後の地絡事故判定可能な情報を出力する地絡抵抗監視手段とを備え、特に、前記事故判定可能な情報は、地絡抵抗値と地絡位置識別情報とからなることを特徴とする。
これにより、PN間電圧をはずれた電圧箇所を含む広い範囲で直流回路の地絡を監視することができ、保守性が向上する。
特に、前記地絡抵抗監視手段は、電流Ieが所定値以上であって、|Vpe/Ie|が所定値以下の条件のときに電圧Vpeが正ならば、Vpe/Ieの値を表示すると共にドロッパ後の地絡箇所識別表示を行い、当該条件のときに電圧Vpeが負ならば、|Vpe/Ie|の値を表示すると共にドロッパ前の地絡箇所識別表示を行うP極側監視手段と、電流Ieが所定値以下であって、|Ven/Ie|が所定値以下の条件のときに電圧Venが負ならば、Ven/Ieの値を表示すると共にドロッパ後の地絡箇所識別表示を行い、当該条件のときに電圧Venが正ならば、|Ven/Ie|の値を表示すると共にドロッパ前の地絡箇所識別表示を行うN極側監視手段とを有することを特徴とする。
これにより、直流回路のドロッパ前の地絡でも極性を正しく表示することが可能となる。
好ましくは、P極ドロッパ前の地絡箇所識別表示は「♯」、P極ドロッパ後の地絡箇所識別表示は「+」、N極ドロッパ前の地絡箇所識別表示は「=」、N極ドロッパ後の地絡箇所識別表示は「−」にすると良い。
「#」の符号は、「+」の符号を位置をずらして2度印刷した形をしており、P極の電圧よりも+の箇所で地絡していることを表示するのに適している。また、「=」の符号は「―」の符号を位置をずらして2度印刷した形をしており、N極の電圧よりもーの箇所で地絡していることを表示するのに適している。「#」「=」の文字を使うことにより、2度印刷の負担を軽減できる。また、作業員が感覚的に認識しやすく、認識ミスの削減を図ることができる。
また、本発明に係わる直流回路の地絡監視装置は、直流回路のP極とアースEとの間の内部抵抗と、アースEとN極との間の内部抵抗を設定することによって分圧電圧を変える分圧電圧設定手段と、前記分圧電圧設定手段の設定による第1の分圧電圧に基づくPE間の電圧Vpe1、EN間の電圧Ven1、アース電流Ie1を読み込んだ後に、前記分圧電圧設定手段を切り替えて第2の分圧電圧に基づくPE間の電圧Vpe2、EN間の電圧Ven2、アース電流Ie2を読み込み、両設定のアース電流の差Ie1−Ie2の差が所定の範囲内にあるか否かを判定し、所定の範囲内にあるときは、地絡箇所電圧Vz=Ven1として、所定の範囲内に無いときは、近似式Vz=(Ie1*Ven2−Ie2*Ven1)/(Ie1−Ie2)に基づいて演算する地絡箇所電圧演算手段とを備えたことを特徴とする。
近似式によるVzの計算の前に、アース電流の差Ie1−Ie2の差が所定の範囲内にあるか否かを判定して、所定の範囲内にあるときは地絡箇所電圧をVen1として表示するため測定誤差の影響を受けず精度の高い地絡箇所電圧表示が可能となる。
なお、前記地絡箇所電圧演算手段は、地絡抵抗監視手段が地絡発生判定を行ったときに起動し、前記地絡電圧表示と地絡抵抗値表示とを切り替える表示分圧電圧設定手段を備えるようにすれば、作業員は、地絡判定を迅速に行うことができる。
また、本発明に係わる直流回路の地絡監視方法は、中性点接地のアース電流Ie、直流回路のP極とアースEとの間の電圧Vpe、直流回路のアースEとN極との間の電圧Venを測定し、前記電流Ieの絶対値が所定値以下のときは、地絡抵抗R64Dを無限大として表示し、前記電流Ieの絶対値が所定値以上のときは、次に電流値が所定値以上か以下かを判定し、前記電流Ieが所定値以上であって、|Vpe/Ie|が所定値以下の条件のときに電圧Vpeが正ならば、Vpe/Ieの値を表示すると共にドロッパ後の地絡箇所識別表示を行い、当該条件のときに電圧Vpeが負ならば、|Vpe/Ie|の値を表示すると共にドロッパ前の地絡箇所識別表示を行い、電流Ieが所定値以下であって、|Ven/Ie|が所定値以下の条件のときに電圧Venが負ならば、Ven/Ieの値を表示すると共にドロッパ後の地絡箇所識別表示を行い、当該条件のときに電圧Venが正ならば、|Ven/Ie|の値を表示すると共にドロッパ前の地絡箇所識別表示を行うことを特徴とする。
なお、電流Ieの絶対値が所定値以下という演算は、電流Ieが微小であることを判定するための演算であるため、実質的にこれと同じ内容の演算方法も含む。
このように、まず電流Ieについて判定を行うことによって、計算機の負荷を軽減することができる。
さらに、本発明に係わる直流回路の地絡監視方法は、中性点接地のアース電流Ie、直流回路のP極とアースEとの間の電圧Vpe、直流回路のアースEとN極との間の電圧Venを測定して記憶部へ保存し、前記電流Ieの絶対値が所定値以上のときは、地絡箇所電圧演算手段を起動すると共に前記記憶部に保存されている各電気データを用いて地絡抵抗演算処理を行うことを特徴とする。
地絡箇所電圧演算は、内部抵抗の分圧を切り替えて電気データを測定するため、測定のために通常数分オーダの時間を要する。地絡抵抗演算処理において、収集した電気データのうち、電流Ieの値によって地絡電圧演算手段を起動してから記憶部に保存されている電気データを用いて地絡抵抗演算処理を行うようにすれば、地絡電圧演算結果を迅速に得ることができ、地絡事故等の復旧処理の効率が向上する。
以上の如く本発明によれば、PN間電圧を外れた電圧箇所でも正しく地絡箇所の極性表示を行うことができ、地絡が発生していないような場合でも地絡箇所電圧の表示を精度良く行うことが可能となる。
以下、本発明の第1の実施の形態を説明する。図1は、本実施の形態による直流回路の地絡監視装置のブロック図である。ここで、地絡監視装置1は、中性点接地のアース電流Ieを測定するIeデータ測定手段6、直流回路のP極とアースEとの間の電圧Vpeを測定するVpeデータ測定手段5、直流回路のアースEとN極との間の電圧Venを測定するVenデータ測定手段7、これら各測定手段5〜7の電気データを入力してデータ処理を行う中央演算処理部2、入力したデータや演算結果を記憶する記憶部3、演算結果を表示する表示部4、および、内部抵抗の設定制御を行う内部抵抗設定手段8a、8bから構成されている。測定手段5〜7は、図2に示すようにオペアンプ回路で構成することができる。
また、中央演算処理部2は、測定手段5〜7の電気データを入力し、また、内部抵抗設定手段8a、8bへ制御指令を出力する入出力処理手段21、測定した各電気データIe、Vpe、Venのデータを用いて地絡判定のための演算を行い、その演算結果を表示部4に対して出力する地絡抵抗監視手段22を備えている。この地絡抵抗監視手段22は、P極側監視手段221とN極側監視手段222を有している。
次に、上記の構成を有する地絡監視装置1の動作を図4のフローチャートを用いて説明する。
まず、地絡抵抗監視手段22は、一定周期、たとえば、一秒周期で起動され、P極とアースEの間(以下、PE間)およびアースEとN極の間(以下、EN間)の内部抵抗を設定する(S101)。
内部抵抗の設定は、内部抵抗設定手段8a、8bの切替スイッチによって、内部抵抗Rp、RnをそれぞれP極側、N極側と接続することによって実行されるが、図3に示すように、トランジスタQ1、Q2を地絡抵抗監視手段21からの制御指令により動作させることによって抵抗Rp、抵抗RnをそれぞれアースEと接続させるようにしても良い。これによって、電圧Vpeと、電圧Venが測定可能となる。
ここで、アース電流Ieは、図1に示すようにアースから装置内部へ流れ込む方向を正とする。また、電圧Vpeは、アースに対するP極の電圧であり、電圧Venは、N極に対するアースの電圧である。なお、抵抗Rpと抵抗Rnは、中性点接地となるように分圧比を定める。
制御指令を出力してから一定時間後に電圧Vpe、電圧Ven、電流IeをAD変換器を介してデジタル信号として読み込んで記憶部3に保存する(S102、S103)。
その後、電流Ieの値がアース電流に関する所定値―δiから+δiの範囲内にあるか否かを判定して(S104)、この範囲内にある場合は表示部4に対して地絡抵抗R64Dが無限大「∞」(あるいは十分大きい)として表示出力を行う(S105)。
一方、電流Ieの値が所定値+δi以上のときは、P極側監視手段221によって、
|Vpe/Ie|を計算して、それが地絡抵抗に関する所定値RMAXよりも大きいか否かを判定する(S106)。そして、RMAXよりも大きい場合は、表示部4に対して地絡抵抗R64Dが無限大「∞」として表示出力を行う(S107)。一方、ステップS106において、|Vpe/Ie|がRMAX以下の場合は、次に電圧Vpeの正負を判定し(S108)、電圧Vpeが0または正のときは、地絡抵抗R64Dとして「+」表示と共にVpe/Ieの値を表示する(S109)。ステップS108で電圧Vpeが負のときは、地絡抵抗R64Dとして「♯」表示と共に|Vpe/Ie|の値を表示する(S110)。
この「+」表示は、P極のドロッパの後方(通過後)の位置で地絡の可能性があることを示すものである。また、「♯」表示は、P極のドロッパの通過前、即ち、整流器側で地絡の可能性があることを示すものである。
以上のように、Vpe/IeまたはVen/Ienの極性で地絡箇所がP極側かN極側かの判定を行うと直流回路のドロッパ通過前(ドロッパの整流器側)で地絡事故が起きた場合は、間違った判定となり事故調査に支障を来たすことになるが本実施の形態では、VpeまたはVenの値に基づいてP極側、N極側の地絡箇所の判定を正確に行うことが可能となる。
特に電流Ieを常時監視し、その値が所定値を超えたかどうかでP極側監視手段221またはN極側監視手段222を起動するようにしたので、地絡監視処理の負荷を軽減することができる。
次に、第2の実施の形態を説明する。図5は本実施の形態による地絡監視装置1のブロック図である。図1との違いは、中央演算処理部2の機能として、地絡箇所電圧演算手段25と、地絡抵抗と地絡箇所電圧の表示を切り替える表示切替手段26を備えたことである。また、図3の内部抵抗設定手段は、図6のように複数の抵抗を切り替えて設定可能になっている。
地絡箇所電圧Vzの計算式として、以下の近似式情報が記憶部3に保存されている。
Vz=(Ie1*Ven2−Ie2*Ven1)/(Ie1−Ie2) ・・・ (1)
次に地絡箇所電圧演算手段25の動作を図7のフローチャートを用いて説明する。
地絡箇所電圧演算手段25は、装置1に設けられた測定開始ボタン(RPNボタン)を押すことによって起動される。
地絡箇所電圧演算手段25は起動されると、まず、PE間、EN間の内部抵抗を設定する(S201)。具体的には、内部抵抗設定手段8a、8bに切替指令を出力して、中性点接地となる抵抗の組合せである抵抗R1p、R1nを選択する。そして、対地静電容量およびAD変換器の動作時間を考慮した一定時間後に(S202)、Vpe1、Ven1、Ie1を同時に読み込んで記憶部3に保存する(S203)。
次に、PE間、EN間の内部抵抗を切り替えて分圧電圧を変える(S204)。このとき、地絡抵抗監視手段22の地絡判定結果に基づいて分圧比を変えるようにするとよい。すなわち、P極地絡ならば、P極側抵抗値を相対的に小さく、N極側抵抗値を相対的に大きくする方向で分圧比を変える。逆に、N極地絡ならば、P極側抵抗値を相対的に大きく、N極側抵抗値を相対的に大きくする方向で分圧比を変える。図6において、P極地絡の場合は、抵抗R2pと抵抗R2n(R2p<R2n)を選択し、N極地絡の場合は、抵抗R3pと抵抗R3n(R3p>R3n)を選択するようにする。このように地絡発生方向へ分圧電圧を振らすことによって機器へのダメージを少なくすることができる。
そして、一定時間後に分圧電圧を変更して測定した電気データVpe2、Ven2、Ie2を同時に読み込む(S205、S206)。
その後、(1)式の分母が所定値の範囲内にあるか否かを判定して(S207)、所定値の範囲内にある場合は、Vz=Ven1として(S208)、Vzの値を表示する(S210)。一方、ステップS207で所定値の範囲にない場合は、上記(1)式に基づいて地絡箇所電圧Vzを演算して(S209)、この結果を表示する(S210)。
なお、ステップS110で演算結果を表示する場合は、表示分圧電圧設定手段26に切替指令を出力して地絡抵抗値表示から地絡箇所電圧表示へ切り替えるようにする。
本実施の形態によれば、地絡箇所電圧Vzの算出で使用される2つのアース電流の差が小さいときは、Vz値として電圧Ven1の値を用いることとしたので、不安定な表示を防止することができる。特に、外来ノイズ進入を防止することによって不安定な表示を回避することもできるが、本実施の形態によれば、そのようなノイズ対策は必要なくなり、ノイズの大きな環境でも精度よく、迅速な演算が可能となる。
なお、地絡箇所電圧演算手段25は、地絡抵抗監視手段22の処理で抵抗が無限大以外の判定になったときに起動するようにしても良い。地絡箇所電圧の測定は抵抗を切り替えて演算するため、対地静電容量により測定表示に数分の時間がかかる。抵抗が無限大以外の判定、即ち、地絡事故の可能性ありの判定になったときに起動するようにしてその結果を保存しておけば作業員は直ちに地絡箇所電圧情報を取得することが可能となる。
以下、地絡箇所電圧を効率的に取得するための実施例を説明する。
図8は、本実施例に係わる地絡抵抗監視手段22のフローチャートである。
ここで、ステップS101からステップS103の処理は、図4と同様であるが、中性点接地として、抵抗R1p、R1nを選択して、そのときの電気データVpe1、Ven1、Ie1を読み込んで記憶部3に保存する。
そして、ステップS104において、アース電流Ieが所定値δi以上のときは、P極側地絡発生可能性ありとして、内部抵抗をR2p、R2nに設定して(S116)、地絡箇所電圧演算手段25を起動した後に(S117)、ステップS106以降を実行する。
また、ステップS104において、アース電流Ieが所定値―δi以下のときは、N極側地絡発生可能性ありとして、内部抵抗をR3p、R3nに設定して(S118)、地絡箇所電圧演算手段25を起動した後に(S119)、ステップS111以降を実行する。
そして、ステップS106あるいはステップS111以降の処理では、記憶部3に保存されている電気データVpe1、Ven1、Ie1を用いて処理を実行する。その他、各ステップの処理は図4の対応するステップの処理と同様である。
次に、図9を用いて、本実施例による地絡箇所電圧表示手段25の動作を説明する。この図の各ステップ番号は、図7のステップ番号に対応している。図9において、地絡箇所電圧表示手段25は起動されると、まず、対地静電容量およびAD変換器の動作時間を考慮した一定時間後に(S205)、電気データVpe2、Ven2、Ie2を読み込む(S206)。この電気データは、地絡抵抗監視手段22によって分圧電圧が変更された状態の電気データである。
そして、これらの伝記データと記憶部3に保存されている中性点接地での電気データVpe1、Ven1、Ie1を用いてステップS207以降の処理を実行する。
本実施例によれば、中性点接地での電気データを記憶部に保存しつつ、地絡抵抗監視手段22によって、地絡抵抗の演算を行い、地絡発生可能性ありの判定となったときに、地絡箇所電圧演算手段25を起動すると共に地絡抵抗監視手段22は、記憶部のデータを用いながら地絡抵抗演算を継続する。また、地絡箇所電圧演算手段25は、一定時間後に分圧電圧の変更された状態での電気データを読み込むと共に記憶部3に保存されている中性点接地での電気データを用いて地絡箇所電圧の演算を行うので、地絡抵抗の監視に支障を来たすことなく地絡発生時の地絡箇所電圧データを早く取得することができ、地絡事故等における調査復旧作業を迅速に行うことが可能となる。
本発明の第1の実施の形態による直流回路の地絡監視装置のブロック図である。 図1の各データ測定手段5〜7の回路構成図の一例である。 図1の内部抵抗設定手段の他の実施例である。 図1の地絡抵抗監視手段22の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施の形態による直流回路の地絡監視装置のブロック図である。 図5の内部抵抗設定手段8a、8bの切替動作の説明図である。 図5の地絡箇所電圧演算手段25の処理手順を示すフローチャートである。 図5の地絡抵抗監視手段22の他の実施例による処理手順を示すフローチャートである。 図5の地絡箇所電圧演算手段25の他の実施例による処理手順を示すフローチャートである。 直流回路のドロッパ前で地絡が発生したときの説明図である。
符号の説明
1 地絡監視装置
2 中央演算処理部
3 記憶部
4 表示部
5 Vpeデータ測定手段
6 Ieデータ測定手段
7 Venデータ測定手段
8、8a、8b 内部抵抗設定手段
22 地絡抵抗監視手段
25 地絡箇所電圧演算手段
26 表示切替手段
221 P極側監視手段
222 N極側監視手段

Claims (3)

  1. 直流電源と該直流電源の電圧を調整するドロッパとを有し、該ドロッパ通過後の電圧調整された電流を出力する直流回路の地絡を監視する装置であって、
    中性点接地のアース電流Ieを測定する手段と、
    前記直流回路の出力のP極とアースEとの間の電圧Vpeを測定する手段と、
    アースEと前記直流回路の出力のN極との間の電圧Venを測定する手段と、
    前記測定した各電気データIe、Vpe、Venを用いて地絡判定の演算を行う地絡抵抗監視手段と、を備え
    前記地絡抵抗監視手段は、アース電流Ieが所定値以上であって、|Vpe/Ie|が所定値以下の条件のときに電圧Vpeが正ならば、Vpe/Ieの値を表示すると共に前記ドロッパ通過後の地絡であることを示す表示を行い、当該条件のときに電圧Vpeが負ならば、|Vpe/Ie|の値を表示すると共に前記ドロッパ通過前の地絡であることを示す表示を行うP極側監視手段と、電流Ieが所定値以下であって、|Ven/Ie|が所定値以下の条件のときに電圧Venが負ならば、Ven/Ieの値を表示すると共に前記ドロッパ通過後の地絡であることを示す表示を行い、当該条件のときに電圧Venが正ならば、|Ven/Ie|の値を表示すると共に前記ドロッパ通過前の地絡であることを示す表示を行うN極側監視手段と、を有することを特徴とする直流回路の地絡監視装置。
  2. 前記直流回路の出力のP極とアースEとの間の内部抵抗と、アースEと前記直流回路の出力のN極との間の内部抵抗を夫々接続することによって分圧電圧を設定する分圧電圧設定手段と、
    前記分圧電圧設定手段の設定による第1の分圧電圧に基づくPE間の電圧Vpe1、EN間の電圧Ven1、アース電流Ie1を読み込んだ後に、前記分圧電圧設定手段の設定を切り替えて第2の分圧電圧に基づくPE間の電圧Vpe2、EN間の電圧Ven2、アース電流Ie2を読み込み、両設定のアース電流の差Ie1−Ie2の差が略零であるか否かを判定し、略零の場合は、地絡箇所電圧Vz=Ven1とし、略零でない場合は、近似式Vz=(Ie1*Ven2−Ie2*Ven1)/(Ie1−Ie2)に基づいて演算する地絡箇所電圧演算手段と、
    を備えたことを特徴とする請求項に記載の直流回路の地絡監視装置。
  3. 請求項2に記載の直流回路の地絡監視装置において、前記地絡箇所電圧演算手段は、前記地絡抵抗監視手段が地絡発生判定を行ったときに起動し、さらに、地絡電圧表示と地絡抵抗値表示とを切り替える表示分圧電圧設定手段を備えたことを特徴とする直流回路の地絡監視装置。
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