JP5529300B1 - 高圧絶縁監視方法及び高圧絶縁監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な手段でもって、高圧電力設備の絶縁劣化状態を安価に監視する。
【解決手段】 非接地系電路に接続している高圧電路１２の電力ケーブル１３に設置された零相変流器ＺＣＴ１５により、電力ケーブル１３での地絡事故の発生でもって電力ケーブル１３に流れる零相電流Ｉ₀を検出し、地絡事故が構内地絡であることを判定する高圧絶縁監視方法であって、高圧電路１２に設置された電力ケーブル１３のシールド線１７にクランプ式変流器１８を接続し、地絡事故の発生時にシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sをクランプ式変流器１８で検出し、零相電流Ｉ_0Sの位相を基準とする零相電流Ｉ₀の位相差を乗算することで地絡事故が構内地絡であることを判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地絡事故により非接地系電路に接続している高圧電路に発生する零相電流Ｉ₀を検出することにより、高圧電路の絶縁劣化状態を監視する高圧絶縁監視方法および高圧絶縁監視装置に関する。

非接地系電路に接続している高圧電路に、各種の電気機器（例えば、変圧器、進相コンデンサ、計器用変圧器、変流器など）が接続されており、その高圧電路に設置された零相変流器ＺＣＴにより、地絡事故の発生時に高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を検出することで、高圧電路の絶縁劣化状態を監視するようにしている。この高圧電路との接続点である受電点から負荷側を構内と称して保護範囲とし、前述の受電点から系統側を構外と称して保護範囲外としているのが一般的である。

このようにして、地絡事故の発生時に高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を零相変流器ＺＣＴで検出することにより、その地絡事故が構内地絡であるか否かを判定することで、高圧電路の絶縁劣化状態を監視するようにしている。従来、電路の絶縁劣化状態を監視する手段として、例えば、特許文献１に開示されたものが提案されている。

この特許文献１は、電路に零相変流器ＺＣＴ、零相変圧器、接地用変圧器を設置し、電路に発生した零相電流Ｉ₀、零相電圧Ｖ₀および相電圧Ｖを検出し、複素数で演算することにより、電路の絶縁劣化状態を監視するようにした絶縁劣化測定装置である。

特許第４１２１９７９号公報

ところで、特許文献１では、前述したように、電路に発生した零相電流Ｉ₀，零相電圧Ｖ₀および相電圧Ｖを検出することにより、電路の絶縁劣化状態を監視するようにしている。この監視方法を採用した場合、構内の対地間定数をあらかじめ計測または入力する必要はない。しかしながら、構内地絡による地絡電流Ｉｇを求めるためには、零相電流Ｉ₀，零相電圧Ｖ₀および相電圧Ｖを複素数で計測してベクトル演算しなければならない。そのため、絶縁劣化測定装置が高価なものになり、電路の絶縁劣化状態を定期的に監視する上で、高価な絶縁劣化測定装置を使用しなければならないという問題があった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、簡易な手段でもって、高圧電路の絶縁劣化状態を安価に監視し得る高圧絶縁監視方法および高圧絶縁監視装置を提供することにある。

本発明は、非接地系電路の地絡事故により、高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀と、高圧電路に設置された電力ケーブルのシールド線に流れる零相電流Ｉ_0Sとを検出し、地絡事故が構内地絡であることを判定する高圧絶縁監視方法および高圧絶縁監視装置である。

前述した地絡検出の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る高圧絶縁監視方法は、非接地系電路に接続している高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を検出し、地絡事故が構内地絡であることを判定する方法であって、高圧電路に設置された電力ケーブルのシールド線に変流器を接続し、地絡事故の発生時にシールド線に流れる零相電流Ｉ_0Sを変流器で検出し、零相電流Ｉ_0Sの位相を基準とする零相電流Ｉ₀の位相差から地絡事故が構内地絡であることを判定するようにしたことを特徴とする。また、本発明に係る高圧絶縁監視装置は、非接地系電路に接続している高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を検出し、地絡事故が構内地絡であることを判定する装置であって、高圧電路に設置された電力ケーブルのシールド線に着脱自在に接続され、地絡事故の発生時にシールド線に流れる零相電流Ｉ_0Sを検出する変流器と、その変流器で検出された零相電流Ｉ_0Sを変換した零相電圧Ｖ_0Sの大きさをゲイン調整により１とするゲイン調整部と、ゲイン調整により零相電圧Ｖ_0Sを１としたことにより零相電圧Ｖ_0Sの位相を基準とし、その基準とした零相電圧Ｖ_0Sに零相電流Ｉ₀をベクトル乗算することで地絡電流Ｉｇを算出する演算部とで構成されたことを特徴とする。

本発明の高圧絶縁監視方法および高圧絶縁監視装置では、地絡事故の発生時にシールド線に流れる零相電流Ｉ_0Sを変流器で検出し、この零相電流Ｉ_0Sが端末抵抗に流れる時の端末抵抗の両端電圧を零相電流Ｉ_0Sに基づく零相電圧Ｖ_0Sとし、この零相電圧Ｖ_0Sの大きさをゲイン調整により１とし、ゲイン調整でもって零相電圧Ｖ_0Sを１とすることにより零相電圧Ｖ_0Sの位相を基準とし、基準とした零相電圧Ｖ_0Sに零相電流Ｉ₀をベクトル乗算することから、地絡事故が構内地絡であることを判定するようにした。このことから、従来の絶縁監視方法（特許文献１）のように、零相電流Ｉ₀，零相電圧Ｖ₀および相電圧Ｖを複素数で計測することに基づく複雑なベクトル演算が不要となる。また、電力ケーブル１３の芯線と大地間の対地静電容量は、電力ケーブル１３の口径および長さにより異なる。したがって、零相電圧Ｖ₀を計測するには、その対地静電容量に流れる電流による誤差分を補正するための回路が必要となる。しかし、本発明では、ゲイン調整でもって零相電圧Ｖ_0Sを１とすることにより、前述の補正回路が不要となって簡易な回路構成で高圧絶縁監視装置を実現できる。このように高圧電路の絶縁劣化状態を常時監視する上で簡易かつ安価な高圧絶縁監視装置で地絡電流Ｉｇを簡単に得ることができる。

本発明の高圧絶縁監視方法では、高圧電路に設置された零相変流器ＺＣＴにより、地絡事故の発生時に電力ケーブルに流れる零相電流Ｉ₀を検出することが可能であるが、他の手段として、零相変流器ＺＣＴの二次側に変流器を接続し、その変流器により地絡事故の発生時に電力ケーブルに流れる零相電流Ｉ₀を検出することが望ましい。また、本発明の高圧絶縁監視装置では、零相変流器ＺＣＴの二次側に着脱自在に接続され、地絡事故の発生時に高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を検出する変流器を具備することが望ましい。このようにすれば、地絡保護継電器用として既設された零相変流器ＺＣＴの二次側に変流器を取り付けるだけで簡易に絶縁監視を行うことができ、しかも、高圧電路に雷サージ等の過電圧が印加されても、零相変流器ＺＣＴにより絶縁されるので、その過電圧に対する保護も確実となって信頼性の向上が図れる。

本発明の高圧絶縁監視方法では、高圧電路から分岐した複数のフィーダ線のそれぞれに変流器を接続し、その変流器により地絡事故の発生時に各フィーダ線に流れる零相電流Ｉ₀₁〜Ｉ_0Nを検出することが望ましい。また、本発明の高圧絶縁監視装置では、高圧電路から分岐した複数のフィーダ線のそれぞれに着脱自在に接続され、地絡事故の発生時に各フィーダ線に流れる零相電流Ｉ₀₁〜Ｉ_0Nを検出する変流器を具備することが望ましい。このようにすれば、高圧電路から分岐した複数のフィーダ線についても絶縁監視を容易に行うことができる。

本発明によれば、ゲイン調整により零相電流Ｉ_0Sに基づいて得られた零相電圧Ｖ_0Sを１とすることにより、この零相電圧Ｖ_0Sの位相を基準とする零相電流Ｉ₀の位相差から地絡事故が構内地絡であることを判定するようにしたことから、従来の絶縁監視方法（特許文献１）のように、零相電流Ｉ₀，零相電圧Ｖ₀および相電圧Ｖを複素数で計測することに基づく複雑なベクトル演算が不要となる。また、零相電流Ｉ_0Sに基づいて得られた零相電圧Ｖ_0Sについては、電力ケーブルの芯線と大地間の対地静電容量を決める電力ケーブルの口径および長さをパラメータとしてその対地静電容量に流れる電流による誤差分を補正するための回路が不要となる。このことから、高圧電路の絶縁劣化状態を常時監視する上で、簡易な回路構成で安価な高圧絶縁監視装置を使用することができ、その実用的価値は大きい。

本発明の実施形態で、一線地絡時の高圧電路に接続された高圧絶縁監視装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態で、一線地絡時の高圧電路に接続された高圧絶縁監視装置の概略構成を示すブロック図である。 一線地絡事故の発生時の等価回路図である。 一線地絡事故の発生時のベクトル図である。 高圧電路において構外地絡が発生した状態を示す構成図である。 高圧電路において構内地絡が発生した状態を示す構成図である。 実際の地絡事故時の零相電流Ｉ₀を示す波形図である。

本発明の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、地絡事故により高圧電路に発生する零相電流Ｉｏを検出することにより、高圧電路の絶縁劣化状態を監視する高圧絶縁監視方法および高圧絶縁監視装置を説明する。

図１は本発明の一つの実施形態を示し、図２は本発明の他の実施形態を示す。図１および図２に示す６．６ｋＶの非接地系電路（三相回路）では、変電所１１から延びる高圧電路１２に設置された電力ケーブル１３に各種の電気機器（例えば、変圧器、進相コンデンサ、計器用変圧器、変流器など）が接続されており、地絡事故の発生時に流れる零相電流Ｉ₀を検出することにより、高圧電路１２の絶縁劣化状態を監視するようにしている。なお、図１および図２は電力ケーブル１３のＡ相に一線地絡事故が発生した場合を例示し、その時の地絡電流をＩｇとする。

この高圧電路１２と電力ケーブル１３の接続点である受電点から負荷側を構内と称して保護範囲とし、前述の受電点から系統側を構外と称して保護範囲外としている。図１および図２における符号Ｃ_A1，Ｃ_B1，Ｃ_C1は高圧電路１２と大地との間に存在する構外の対地静電容量であり、Ｃ_A2，Ｃ_B2，Ｃ_C2は電力ケーブル１３および各種電気機器と大地との間に存在する構内の対地静電容量である。電力ケーブル１３のシールド線１７に流れる電流Ｉ_0Sは、零相電圧Ｖ₀により電力ケーブル１３の芯線と大地間の対地静電容量Ｃ_AS，Ｃ_BS，Ｃ_CS（図示せず）により流れる電流である（Ｉ_0S＝ω・Ｃ_0S・Ｖ₀、ただし、ω＝２・π・電源周波数（Ｈｚ）、Ｃ_0S＝Ｃ_AS＋Ｃ_BS＋Ｃ_CS）。

非接地系電路では、電力を供給している電力会社や特別高圧変電設備の主力変圧器の中性極に接地用変圧器（ＥＶＴ）が設備されている。この接地用変圧器の二次（三次）巻線は、オープンデルタ結線で出力端子に制限抵抗が接続される。この制限抵抗を一次（高圧）側に換算した制限抵抗Ｒｎは、約１０ｋΩ〜４０ｋΩ程度になる（図１および図２参照）。図１および図２に示す非接地系電路で一線地絡事故が発生すると、図３に示すような等価回路となる。

ここで、本出願人が先に提案した地絡監視方法および装置（特許第２７７４４４３号公報参照）では、前述の制限抵抗Ｒｎの端子間と高圧電路１２の対地定数（対地静電容量）は並列接続になり、制限抵抗Ｒｎの端子間に零相電圧Ｖｏｔが生じる。また、非接地系電路の対地間定数（対地静電容量）の不平衡による零相電圧Ｖｏｒが生じる。この高圧電路１２の対地定数の不平衡による零相電圧Ｖｏｒは、一線完全地絡時の零相電圧〔線間電圧／√３＝６６００Ｖ／√３＝３８１０Ｖ（代表値）〕の５％以下の値で常に生じて変動している。また、高圧電路１２に生じている零相電圧Ｖ₀は、絶縁劣化により生じる零相電圧Ｖｏｔと対地定数の不平衡による（残留）零相電圧Ｖｏｒとからなる。本発明では、対地定数の不平衡による零相電圧Ｖｏｒは予測できないので取り扱わず、絶縁劣化により生じる零相電圧Ｖｏｔのみを取り扱う。

高圧電路１２の電力ケーブル１３および各種電気機器において、図４に示すように、零相電圧Ｖ₀と電力ケーブル１３および各種電気機器の対地静電容量により流れる零相電流Ｉ_0C（図１および図２参照）は、高圧電路１２に生じた零相電圧Ｖ₀（Ｖｏｔ）に対して進み９０度であるが、零相変流器１５から見た時に逆位相となり遅れ９０度となる。特に、電力ケーブル１３のシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sを基準位相とすることにより、零相電流Ｉ_0Cと地絡電流Ｉｇとを区別することができる。一方、高圧電路１２の絶縁劣化による地絡電流Ｉｇは、対地電圧Ｖｒｇ（図１および図２参照）と同位相である。

地絡事故の発生時に流れる零相電流Ｉ₀を検出することにより、その地絡事故が構内地絡であるか否かを判定する高圧絶縁監視装置１４は、図１に示す実施形態の場合、地絡保護継電器用として既設された零相変流器ＺＣＴ１５により、地絡事故の発生時に流れる零相電流Ｉ₀を検出する構成を採用している。一方、図２に示す実施形態の場合、設置された零相変流器ＺＣＴ１５の二次側にクランプ式変流器１６を接続し、このクランプ式変流器１６により、地絡事故の発生時に流れる零相電流Ｉ₀を検出する構成を採用している。なお、零相変流器ＺＣＴ１５の二次側に接続する変流器としては、前述のクランプ式変流器１６以外に、例えば、貫通式変流器であってもよい。

図２に示す実施形態のように、零相変流器ＺＣＴ１５の二次側にクランプ式変流器１６を接続し、このクランプ式変流器１６により地絡事故の発生時に流れる零相電流Ｉ₀を検出することにより、地絡保護継電器３１が接続された既設の零相変流器ＺＣＴ１５の二次側にクランプ式変流器１６を取り付けるだけで簡易に絶縁監視を行うことができ、しかも、電力ケーブル１３に雷サージ等の過電圧が印加されても、その過電圧が高圧絶縁監視装置１４へ直接印加することがないので過電圧に対する保護も確実となって信頼性の向上が図れる。

前述のクランプ式変流器１６は、磁気回路を構成して電流を検出するリング状部が本体先端に開閉可能に設けられた構造を具備する。クランプ式変流器１６の零相変流器ＺＣＴ１５の二次側への装着は、リング状部を手動操作により開いてその内部に地絡保護継電器との接続線を取り込んだ後に閉じることで、磁気回路を構成するリング状部に接続線を貫通させるようにして行われる。このような簡単な操作でその取り付け作業が容易であるので、現場における作業も効率よく実施できてその実用的価値は大きい。

高圧絶縁監視装置１４は、高圧電路１２に設置された零相変流器ＺＣＴ１５（図１参照）、あるいはその零相変流器ＺＣＴ１５の二次側に接続されたクランプ式変流器１６（図２参照）により、電力ケーブル１３および各種電気機器で発生した地絡事故時に流れる零相電流Ｉ₀を検出し、地絡事故が構内地絡であることを判定するものである。

この高圧絶縁監視装置１４は、図１および図２に示すように、電力ケーブル１３のシールド線１７に着脱自在に接続され、地絡事故の発生時にシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sを検出するクランプ式変流器１８と、そのクランプ式変流器１８で検出された零相電流Ｉ_0Sが端末抵抗２１に流れる時の端末抵抗２１の両端電圧を零相電流Ｉ_0Sに基づく零相電圧Ｖ_0Sとし、この零相電圧Ｖ_0Sの大きさをゲイン調整により１とするゲイン調整部１９と、ゲイン調整により零相電圧Ｖ_0Sを１とすることにより零相電圧Ｖ_0Sの位相を基準とし、その基準とした零相電圧Ｖ_0Sに零相変流器ＺＣＴまたはクランプ式変流器１６により検出された零相電流Ｉ₀をベクトル乗算することで地絡電流Ｉｇを算出する演算部２０とで主要部が構成されている。前述の電力ケーブル１３のシールド線１７に取り付ける変流器としては、前述のクランプ式変流器１８以外に、例えば、貫通式変流器であってもよい。なお、ゲイン調整部１９および演算部２０の前段には、電流を電圧に変換するための端末抵抗２１，２２と、高調波ノイズを除去するためのロウパスフィルタ２３，２４とが設けられている。

この高圧絶縁監視装置では、電力ケーブル１３のシールド線１７に着脱自在に接続されたクランプ式変流器１８により、地絡事故の発生時に電力ケーブル１３のシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sを検出する。クランプ式変流器１８の二次側で検出された零相電流Ｉ_0Sが端末抵抗２１に流れる時にその端末抵抗２１の両端で得られた零相電圧Ｖ_0Sは、零相電圧Ｖ₀と電力ケーブル１３の対地間静電容量のベクトル積となる零相電流Ｉ_0S（＝−ｊωＣＶ₀、ただし、Ｃ＝電力ケーブル１３の対地間静電容量）と同位相である。さらに、電力ケーブル１３の対地間静電容量のパラメータ部(変数Ｃ)を標準化するために、零相電流Ｉ_0Sの大きさをゲイン調整により１（｜−ｊωＣ｜＝１）とすると、得られた零相電圧Ｖ_0Sは零相電圧Ｖ₀の位相から９０度遅れた位相（基準）を示すことになる。

従って、この零相電圧Ｖ_0Sと零相変流器ＺＣＴにより検出された零相電流Ｉ₀を演算部２０でベクトル乗算（電力計算）することにより、地絡事故が構内地絡であることを判定するようにした。このことから、従来の絶縁監視方法（特許文献１）のように、零相電流Ｉ₀，零相電圧Ｖ₀および相電圧Ｖを複素数で計測することに基づく複雑なベクトル演算が不要となる。また、零相電流Ｉ_0Sに基づいて得られた零相電圧Ｖ_0Sについては、電力ケーブル１３の芯線と大地間の対地静電容量を決める電力ケーブル１３の口径および長さをパラメータとしてその対地静電容量に流れる電流による誤差分を補正するための回路が不要となる。このように高圧電路１２の絶縁劣化状態を常時監視する上で、簡易な回路構成で安価な高圧絶縁監視装置１４を使用することができる。

演算部２０における乗算演算のベクトル計算は、一般によく使用される電力計測用演算素子（Ｗ＝Ｖ・Ｉ・cosφ）を応用したもので、この電力計測用演算素子は一般市場に多く供給されており安価に入手可能な素子である。この電力計測用演算素子を用いた演算部２０の電流および電圧入力を、零相変流器１５あるいはクランプ式変流器１６で検出された零相電流Ｉ₀と、クランプ式変流器１８の二次側で検出された零相電流Ｉ_0Sが端末抵抗２１に流れる時の端末抵抗２１の両端電圧をゲイン調整した零相電圧Ｖ_0Sとする。その零相電圧Ｖ_0Sの大きさを自動的に基準値の１に調整して得られた零相電圧Ｖ_0Sを基準位相とし、その基準とした零相電圧Ｖ_0Sに零相変流器ＺＣＴにより検出された零相電流Ｉ₀をベクトル乗算（Ｉｇ＝Ｉ₀・Ｖ_0S・cosφ）することで、その計算結果の地絡電流Ｉｇの符号が負であるとき、地絡電流Ｉｇが構内事故で生じたことを判定できる。

図５は高圧電路１２で地絡事故が発生した場合の構外地絡を説明するもので、図６は電力ケーブル１３から分岐した複数のフィーダ線２５〜２７で地絡事故が発生した場合の構内地絡を説明するものである。図５および図６では、前述したように電力ケーブル１３から分岐した三つのフィーダ線２５〜２７を例示するが、その数は任意である。これらフィーダ線２５〜２７には各種の電気機器（例えば、変圧器、進相コンデンサ、計器用変圧器、変流器など）が接続されている。

なお、電力ケーブル１３から分岐したフィーダ線２５〜２７については、図１および図２において図示省略している。また、図５および図６では、電力ケーブル１３に設置された零相変流器ＺＣＴ１５により零相電流Ｉｏを検出する場合（図１の実施形態）を例示している。図示しないが、電力ケーブル１３に設置された零相変流器ＺＣＴ１５の二次側にクランプ式変流器１６を接続する場合（図２の実施形態）も以下の説明は同様である。

高圧絶縁監視装置１４は、図５および図６に示すように、電力ケーブル１３から分岐した複数のフィーダ線２５〜２７のそれぞれに着脱自在に接続され、地絡事故（構外地絡あるいは構内地絡）の発生時に各フィーダ線２５〜２７に流れる零相電流Ｉ₀₁〜Ｉ₀₃を検出するクランプ式変流器２８〜３０を具備する。このように、電力ケーブル１３から分岐した各フィーダ線２５〜２７にクランプ式変流器２８〜３０を接続することにより、それら各フィーダ線２５〜２７についても絶縁監視を容易に行うことができる。

地絡事故が構外地絡の場合、図５の矢印で示すように、電力ケーブル１３に流れる零相電流Ｉ₀、電力ケーブル１３のシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0S、および各フィーダ線２５〜２７に流れる零相電流Ｉ₀₁〜Ｉ₀₃の全ての零相電流は零相電圧Ｖ₀に対して遅れ９０°の位相を持つ。一方、地絡事故が例えばフィーダ線２７で発生した構内地絡の場合、図６の矢印で示すように、そのフィーダ線２７に流れる零相電流Ｉ₀₃および電力ケーブル１３に流れる零相電流Ｉ₀は零相電圧Ｖ₀に対して進み９０°の位相を持つ。逆に、残りのフィーダ線２５，２６に流れる零相電流Ｉ₀₁，Ｉ₀₂および電力ケーブルのシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sは遅れ９０°の位相を持つ。つまり、電力ケーブル１３に流れる零相電流Ｉ₀は、Ｉ₀＝−Ｉ_0S−Ｉ₀₁−Ｉ₀₂＋Ｉ₀₃となる。

実際の高圧電路の多回路分岐設備で地絡事故が発生した時の零相電流波形の計測例を図７に示す。図７において、Ｍａｉｎは電力ケーブル１３、ＣＨ１〜ＣＨ５は電力ケーブル１３から分岐した５本のフィーダ線、ＣＨ６は電力ケーブル１３のシールド線１７についての計測結果である。この地絡事故時の地絡電流Ｉｇが大きかった（約２Ａ）ので、測定装置の零相電流波形計測範囲を超えている。従って、電流波形のＭａｉｎ，ＣＨ１，ＣＨ３，ＣＨ６の４波形は矩形波のような記録であるが、実際の地絡電流Ｉｇは商用周波数の正弦波に近い波形が生じていたと考えられる。電流値と位相については別の手段で計測しており結果を次に示す。

図７に示す電流波形から、Ｍａｉｎは電力ケーブル１３に流れる零相電流Ｉ₀（＝２０００ｍＡ、位相２６２度）、ＣＨ１はフィーダ線に流れる零相電流Ｉ₀₁（＝３３６ｍＡ、位相８２度）、ＣＨ２はフィーダ線に流れる零相電流Ｉ₀₂（＝４１ｍＡ、位相８４度）、ＣＨ３はフィーダ線に流れる零相電流Ｉ₀₃（＝２６２０ｍＡ、位相２６２度）、ＣＨ４はフィーダ線に流れる零相電流Ｉ₀₄（＝６２ｍＡ、位相８４度）、ＣＨ５はフィーダ線に流れる零相電流Ｉ₀₅（＝３３ｍＡ、位相８４度）、ＣＨ６は電力ケーブル１３のシールド線１７に流れる零相電流Ｉ₀₆（＝１４９ｍＡ、位相８２度）を示している。

零相電流の測定値：
Ｉ₀＝−Ｉ₀₁−Ｉ₀₂＋Ｉ₀₃−Ｉ₀₄−Ｉ₀₅−Ｉ_0S
２０００＝−３３６−４１＋２６１９−６２−３３−１４９ 単位[ｍＡ]
位相計算：（電力ケーブル１３のシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0S位相を基準）
Ｉ₀φ−Ｉ_0Sφ＝２６２−８２＝１８０度
Ｉ₀₁φ−Ｉ_0Sφ＝８２−８２＝０度
Ｉ₀₂φ−Ｉ_0Sφ＝８４−８２＝２度
Ｉ₀₃φ−Ｉ_0Sφ＝２６２−８２＝１８０度
Ｉ₀₄φ−Ｉ_0Sφ＝８４−８２＝２度
Ｉ₀₅φ−Ｉ_0Sφ＝８４−８２＝２度

この位相計算の結果、電力ケーブル１３および各種電気機器の地絡事故を検出している零相電流Ｉ₀φとフィーダ線ＣＨ３のＩ₀₃φは、零相電流Ｉ_0Sを基準位相とすると１８０度の位相を検出している。従って、零相電流Ｉ₀φとフィーダ線のＩ₀₃φのベクトル計算結果は逆位相（１８０度）となる。なお、健全なフィーダ線ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ４，ＣＨ５の零相電流位相Ｉ₀₁φ、Ｉ₀₂φ、Ｉ₀₄φ、Ｉ₀₅φは、零相電流Ｉ_0Sを基準位相とするとほぼ０度の同位相を検出している。従って、零相電流Ｉ₀φとフィーダ線ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ４，ＣＨ５のＩ₀₁φ、Ｉ₀₂φ、Ｉ₀₄φ、Ｉ₀₅φのベクトル計算結果はすべて正位相（０度，２度）となる。

この地絡事故例からもわかることは、クランプ式変流器１８の二次側で検出された零相電流Ｉ_0Sが端末抵抗２１に流れる時の端末抵抗２１の両端電圧を零相電流Ｉ_0Sに基づく零相電圧Ｖ_0Sとし、その大きさを自動的に基準値の１に調整して得られた零相電圧Ｖ_0Sを基準位相とし、その基準とした零相電圧Ｖ_0Sに零相変流器ＺＣＴにより検出された零相電流Ｉ₀をベクトル乗算（Ｉｇ＝Ｉ₀・Ｖ_0S・cosφ）することで、その計算結果の地絡電流Ｉｇの符号が負であるとき、地絡電流Ｉｇが構内事故で生じたことを判定することができる。

ここで、零相電圧Ｖ_0Sについては、地絡事故の発生時に電力ケーブル１３のシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sをクランプ式変流器１８で検出し、その零相電流Ｉ_0Sが端末抵抗２１に流れる時の端末抵抗２１の両端電圧を零相電圧Ｖ_0Sとしてそのまま基準とすると、電力ケーブル１３の芯線と大地間の対地静電容量を決める電力ケーブル１３の口径および長さをパラメータとして対地静電容量に流れる電流による誤差分を補正しなければならない。このことから、この実施形態の高圧絶縁監視装置１４では、クランプ式変流器１８の二次側で検出された零相電流Ｉ_0Sが端末抵抗２１に流れる時の端末抵抗２１の両端電圧をゲイン調整により１とし、これを基準の零相電圧Ｖ_0Sとする。

この零相電圧Ｖ_0Sの位相を基準とする零相電流Ｉ₀の位相差から地絡事故が構内地絡であることを判定する。つまり、図１および図２に示すように、電力ケーブル１３に流れる零相電流Ｉ₀を零相変流器ＺＣＴ１５（図１の実施形態の場合）あるいはクランプ式変流器１６（図２の実施形態の場合）により検出すると共に、その電力ケーブル１３のシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sをクランプ式変流器１８で検出する。この電力ケーブルのシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sを、端末抵抗２１で零相電流Ｉ_0Sに基づいて得られた零相電圧Ｖ_0Sに変換し、その零相電圧Ｖ_0Sをゲイン調整部１９でゲイン調整することにより１とする。

その結果、演算部２０では、電力ケーブル１３に流れる零相電流Ｉ₀に、シールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sの位相を基準とする零相電流Ｉ₀の位相差cosφを乗算する（Ｉ₀・cosφ）。つまり、ゲイン調整により零相電流Ｉ_0Sに基づいて得られた零相電圧Ｖ_0Sを１とすることにより、零相電流Ｉ_0Sの位相情報のみを使用することで、地絡事故が構内地絡であるか否かを判定する。地絡事故が構内地絡の場合（図６参照）、電力ケーブル１３のシールド線１７に流れる零相電流Ｉ_0Sに対して電力ケーブル１３に流れる零相電流Ｉ₀が逆位相（１８０度）となることから、演算部２０から出力されるベクトル計算（Ｉｇ＝Ｉ₀・Ｖ_0S・cosφ：但し、零相電流Ｉ_0Sに基づいて得られた零相電圧Ｖ_0Sが１であることから、Ｉ₀・cosφ）が地絡電流Ｉｇに相当することになる。この零相電流Ｉ₀と零相電圧Ｖ_0Sをベクトル計算（Ｉｇ＝Ｉ₀・Ｖ_0S・cosφ）した結果の符号が負であるとき構内地絡と判定する。

このように、ゲイン調整により零相電流Ｉ_0Sに基づいて得られた零相電圧Ｖ_0Sを１とすることにより、零相電流Ｉ_0Sの位相を基準とする零相電流Ｉ₀の位相差cosφから地絡事故が構内地絡であることを判定するようにしたことから、従来の絶縁監視方法（特許文献１）のように、零相電流Ｉ₀，零相電圧Ｖ₀および相電圧Ｖを複素数で計測することに基づく複雑なベクトル演算が不要となる。また、零相電流Ｉ_0Sに基づいて得られた零相電圧Ｖ_0Sについては、電力ケーブル１３の芯線と大地間の対地静電容量を決める電力ケーブルの口径および長さをパラメータとしてその対地静電容量に流れる電流による誤差分を補正するための回路が不要となる。このことから、高圧電路１２の絶縁劣化状態を定期的に監視する上で、簡易な回路構成で安価な高圧絶縁監視装置１４を使用することができる。

図７に示すように地絡現象は数サイクル継続する現象が多く観測される。本発明の地絡電流Ｉｇは、零相変流器ＺＣＴにより検出された零相電流Ｉ₀を零相電圧Ｖ_0Sにベクトル乗算（Ｉｇ＝Ｉ₀・Ｖ_0S・cosφ）することで、その計算結果の地絡電流Ｉｇの符号を波形サイクル毎に判定している。この地絡電流Ｉｇの検出レベルを予め設定して、地絡電流Ｉｇがこの設定値を超えて、なおかつ、予め設定した継続時間を超える場合に地絡事故判定を行い警報出力する装置を構成することができる。

なお、本発明の地絡電流Ｉｇは、零相変流器ＺＣＴにより検出された零相電流Ｉ₀と零相電圧Ｖ_0Sとの商用周波数（１次）の高調波成分(ｎ次)をベクトル乗算（Ｉｇｎ＝Ｉ_0n・Ｖ_0Sn・cosφ）することで地絡電流Ｉｇｎを計測することも可能である。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１２ 高圧電路
１３ 電力ケーブル
１４ 高圧絶縁監視装置
１５ 零相変流器ＺＣＴ
１６ 変流器（クランプ式変流器）
１７ 電力ケーブルのシールド線
１８ 変流器（クランプ式変流器）
１９ ゲイン調整部
２０ 演算部
２５〜２７ フィーダ線
２８〜３０ 変流器（クランプ式変流器）
Ｉ₀ 高圧電路に流れる零相電流
Ｉ_0S 電力ケーブルのシールド線に流れる電流
Ｉ_0Sφ Ｉ_0Sに基づいて得られた基準位相

Claims (7)

1. 非接地系電路に接続している高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を検出し、前記地絡事故が構内地絡であることを判定する高圧絶縁監視方法であって、
   前記高圧電路に設置された電力ケーブルのシールド線に変流器を接続し、前記地絡事故の発生時に前記シールド線に流れる零相電流Ｉ_0Sを前記変流器で検出し、前記零相電流Ｉ_0Sの位相を基準とする前記零相電流Ｉ₀の位相差から地絡事故が構内地絡であることを判定するようにしたことを特徴とする高圧絶縁監視方法。
2. 前記高圧電路に設置された零相変流器ＺＣＴにより、地絡事故の発生時に前記高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を検出するようにした請求項１に記載の高圧絶縁監視方法。
3. 前記高圧電路に設置された零相変流器ＺＣＴの二次側に変流器を接続し、前記変流器により地絡事故の発生時に前記高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を検出するようにした請求項１に記載の高圧絶縁監視方法。
4. 前記高圧電路から分岐した複数のフィーダ線のそれぞれに変流器を接続し、前記変流器により地絡事故の発生時に各フィーダ線に流れる零相電流Ｉ₀₁〜Ｉ_0Nを検出するようにした請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧絶縁監視方法。
5. 非接地系電路に接続している高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を検出し、前記地絡事故が構内地絡であることを判定する高圧絶縁監視装置であって、
   前記高圧電路に設置された電力ケーブルのシールド線に着脱自在に接続され、前記地絡事故の発生時に前記シールド線に流れる零相電流Ｉ_0Sを検出する変流器と、前記変流器で検出された前記零相電流Ｉ_0Sを検出し、この零相電流Ｉ_0Sを変換した零相電圧Ｖ_0Sの大きさをゲイン調整により１とするゲイン調整部と、ゲイン調整により零相電圧Ｖ_0Sを１としたことにより零相電圧Ｖ_0Sの位相を基準とし、その基準とした零相電圧Ｖ_0Sに前記零相電流Ｉ₀をベクトル乗算することで地絡電流Ｉｇを算出する演算部とで構成されたことを特徴とする高圧絶縁監視装置。
6. 前記高圧電路に設置された零相変流器ＺＣＴの二次側に着脱自在に接続され、地絡事故の発生時に前記高圧電路に流れる零相電流Ｉ₀を検出する変流器を具備した請求項５に記載の高圧絶縁監視装置。
7. 前記高圧電路から分岐した複数のフィーダ線のそれぞれに着脱自在に接続され、地絡事故の発生時に各フィーダ線に流れる零相電流Ｉ₀₁〜Ｉ_0Nを検出する変流器を具備した請求項５又は６に記載の高圧絶縁監視装置。

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