JP6383523B2 - 事故点標定装置 - Google Patents
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Description
そこで地中ケーブルの事故が発生した地点(事故点)を標定する機能を持つ事故点標定装置が開発されている。
地中ケーブルに地絡事故が発生すると急峻な立ち上がりを持つサージ電流が事故点から地中ケーブルの両端末部に向かって伝搬していく。このサージ電流は地中ケーブルの構造及び材料から決まる速度で伝搬するため、両端末部に配設した電流センサによってサージ電流を検出することによって、サージ電流が地中ケーブルの両端末部に到達した時刻の差を検出し、事故点位置を標定することができる。
X=(L−Vs・(T−TL))/2 ・・・・・(1)
但し、Tはサージ電流が地中ケーブルの各端末部に到達するまでの時間差(サージ到達時間差)、Lは地中ケーブルの長さ、Vsは地中ケーブルにおけるサージ電流の伝搬速度、TLは地中ケーブルの両端末部に配設した光電流センサと事故点標定装置を結ぶ両光ファイバの伝送時間の差である。
光電流センサが所定の閾値を超えるサージ電流を検出した時刻をサージ電流の到達時刻(サージ到達時刻)と認識するため、このような波形鈍りが生じるとサージ到達時刻を実際よりも遅れて認識することになり、標定精度が低下するという問題がある。
このような波形鈍りに対処すべくサージ到着時刻をより正確に検出する方法として、2つの閾値とサージ電流との両交点を結んだ直線と、零レベルとの交点をサージ到達時刻とすることによって事故点の標定を行う二電位法がある(特許文献1、非特許文献2参照)。
尚、非特許文献3には、地絡事故点で発生した方形波電圧が地中ケーブルを伝搬する際の挙動が解説されている。
サージ電流波形の鈍りの程度は伝搬距離に依存するため、図6に示すように両端末部A、Bでのサージ電流波形の鈍りの程度に差が生じると、これによって二電位法で求めた各端末部A、Bでのサージ到達時刻の誤差ε1(=tr1−t1)、ε2(=tr2−t2)の大きさが異なることになる。
T=tr2−tr1=t2−t1+(ε2―ε1) ・・・(2)
ここで、t1は端末部Aへのサージ電流の真の到達時刻、t2は端末部Bへのサージ電流の真の到達時刻、tr1は二電位法によって算出した端末部Aへのサージ電流の到達時刻、tr2は二電位法によって算出した端末部Bへのサージ電流の到達時刻、ε1は二電位法によって算出した端末部Aへのサージ到達時刻に含まれる誤差、ε2は二電位法によって算出した端末部Bへのサージ到達時刻に含まれる誤差である。
同図に示すように事故点が地中ケーブル102の端末部A近傍の場合、サージ電流波形の鈍りの程度は端末部A(A端)では小さいが、他方の端末部B(B端)では大きくなる。このため二電位法によって求められるサージ到達時間差Tにはプラス誤差が生じ、(1)式から標定距離にはマイナス誤差が生じる。
事故点が地中ケーブル102の中央近傍の場合には、サージ電流波形の鈍りの程度は両端末部A、Bとも同程度である。このため、二電位法によって求められる到達時間差Tへの影響は相殺されて標定距離の誤差は小さい。
図1において、発電機101の電力を搬送する電力搬送用ケーブルは、地中ケーブル102、地中ケーブル102の両側に接続された外部ケーブル103によって構成されている。
各光電流センサ105、106は、ファラデー効果を利用して地中ケーブル102に流れる電流を検出するセンサである。
地中ケーブル102の他方の端末部Bのシースには接地線108の一端が接続され、接地線108の他端は光電流センサ106の内側を通って接地されている。
このように、各光電流センサ105、106には、当該光電流センサ105、106が周回する地中ケーブル102の端末部A、Bに一端が接続されると共に他端が接地された接地線107、108が通されている。
事故点標定装置本体100は、第1光電変換部(0/E)111、第2光電変換部112、第1閾値部115、第2閾値部116、第1サージ到達時刻検出部113、第2サージ到達時刻検出部114、事故点標定部117を備えている。
光電流センサ105、106は、地中ケーブル102や接地線107、108に流れる電流を検出し、前記電流の大きさを表す光信号を出力する機能を有している。地中ケーブル102に地絡事故が発生した場合、光電流センサ105、106は、サージ電流104を検出し、対応する光信号に変換して光ファイバ伝送路109、110に出力する。
光電流センサ105、106は、端末部A、B近傍に配設され又接地線107、108も短いため実質的に端末部A、Bに配設された構成となっている。これにより、光電流センサ105、106は端末部A、Bに配設され、地中ケーブル102全長に亘る電流検出が可能な構成となっている。
第1閾値部115は、サージ電流104を検出する第1の基準レベルである第1閾値L1を記憶しており、第1閾値L1をサージ到達時刻検出部113、114に出力する機能を有している。第2閾値部116は、サージ電流104を検出する第2の基準レベルであり前記第1閾値L1よりも高い第2閾値L2を記憶しており、第2閾値L2をサージ到達時刻検出部113、114に出力する機能を有している。
尚、第1、第2サージ到達時刻検出部113、114、第1、第2閾値部115、116及び事故点標定部117は、中央処理装置(CPU)、記憶部及びソフトウェアによって構成することができる。
先ず、二電位法によって求められるサージ到達時間差Tの誤差項(前記(2)式の(ε2−ε1)と事故点位置との関係を解析する。
(1)サージ電流波形解析
地絡事故点で発生した方形波電圧Eが図2に示すように、導線とシースとによって構成された同軸ケーブル中をX(m)伝搬した後の電圧eは次式となる(非特許文献3参照)。
但し、eは方形波電圧EがX(m)伝搬した後の電圧進行波の電圧値、Eは方形波電圧進行波の電圧値、vは進行波の伝搬速度、tは時間(但し、t>X/v)、erfは誤差関数である。
但し、Zはサージインピーダンス、aは導線半径(m)、hは導線の地上高(m)、σcは導線の固有抵抗(Ω・m)、σeはシースの固有抵抗(Ω・m)、μcは導線の透磁率(μc=1)、μeはシースの透磁率(μe=1)である。
事故点から両端末部A、Bまでの伝搬距離の相違によって二電位法により得られる各端末部A、Bにおける到達時刻の誤差ε1、ε2が異なる。
X(m)伝搬後のサージ電流波形が閾値Lに到達するまでの時間tは次式で表すことができる。但し、erf−1はerfの逆関数である。
i=P・t+Q ・・・・(13)
但し、傾きPと切片Qは次式で表される。
P=(L2−L1)/(tL2−tL1)
Q=L2−P・tL2
図3に示すように二電位法による標定誤差は、地中ケーブル中央点から事故点までの距離に比例する。
即ち、事故点が中央よりも端末部A寄りの場合には、前記事故点距離に応じた補正値を加算(プラス補正)することにより標定誤差を低減することができる。また、事故点が中央よりも端末部B寄りの場合には、前記事故点距離に応じた補正値を減算(マイナス補正)することにより標定誤差を低減することが可能になる。
図1において、地中ケーブル102において地絡事故が発生すると、事故点から両端末部A、Bに向かってサージ電流104が進行する。
サージ電流104は、両端末部A、Bに配設された光電流センサ105、106によって検出される。光電流センサ105、106は、サージ電流104の大きさを表す光信号を光出力信号として出力する。
第2光電変換部112は、光ファイバ伝送路110を介して光電流センサ106からの光出力信号を受け取り、前記光出力信号に対応する電気信号に変換して出力する。
ここで、前記補正処理は、地中ケーブル102の構造及び材料によって決まる定数と前記2つの異なる閾値L1、L2に基づいて得られるサージ波形の鈍りにより生じる誤差を相殺する補正値によって行う処理であるように構成することができる。
尚、本実施の形態ではサージ波としてサージ電流の例を説明したが、サージ電圧の場合も同様に補正処理することによって高精度な事故点標定が可能になる。
101・・・発電機
102・・・地中ケーブル
103・・・外部ケーブル
104・・・サージ電流
105、106・・・光電流センサ
107、108・・・接地線
109、110・・・光ファイバ伝送路
111・・・第1光電変換部
112・・・第2光電変換部
113・・・第1サージ到達時刻検出部
114・・・第2サージ到達時刻検出部
115・・・第1閾値部
116・・・第2閾値部
117・・・事故点標定部
Claims (1)
- 地中ケーブルの一方の端末部で検出したサージ波が2つの異なる閾値をともに超えたとき、前記サージ波と各閾値との交点を通る直線と零レベルとの交点を前記一方の端末部へ前記サージ波が到達した時刻と近似する第1サージ到達時刻検出部と、
前記地中ケーブルの他方の端末部で検出したサージ波が2つの異なる閾値をともに超えたとき、前記サージ波と各閾値との交点を通る直線と零レベルとの交点を前記他方の端末部へ前記サージ波が到達した時刻と近似する第2サージ到達時刻検出部と、
前記地中ケーブル中央から両方の端末部までの距離を複数の区間に区分し前記各区間に対応して設けられた補正値を予め記憶した記憶部を有し、前記第1サージ到達時刻検出部によって近似して得られたサージ波の到達時刻と前記第2サージ到達時刻検出部によって近似して得られたサージ波の到達時刻との差及び前記地中ケーブルにおけるサージ波の伝搬速度を用いて事故点位置を算出すると共に、前記算出した事故点位置と前記地中ケーブルの中央の距離に応じた補正処理を行うことによって事故点位置を標定する事故点標定部とを備え、
前記補正処理は、前記地中ケーブルの構造及び材料によって決まる定数と前記2つの異なる閾値に基づいて得られるサージ波形の鈍りにより生じる誤差を相殺する補正値によって行う処理であって、前記算出した事故点位置に該当する区間の補正値を前記記憶部から求め、当該補正値を前記算出した事故点位置に加算又は減算することにより、当該補正値で前記事故点位置を補正する処理であることを特徴とする事故点標定装置。
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