JPS63265516A - 三相交流励磁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、三相界磁巻線を励磁するサイクロコンバータ
などにより低周波三相交流で励磁される三相交流回路の
地絡検出装置に関する。 〔従来の技術〕 従来、三相交流回路の地絡検出法としては、Ｃ株）重石
電機カタログ第７版１４５０頁に記載されたものが知ら
れている。上記公知例の原理を第４図に示し、以下説明
する。 この例は三相誘導電動機の固定子回路などに使用される
ものである０回路構成としては、三相星形結線された静
電容量Ｃ１その中性点ＮとアースＲに地絡時に流れる零
相電流による電圧降下を検出する抵抗ｒ、およびそれよ
れも電源側に設けられた零相変流器ＣＴより成る。 いま、第４図において、三相誘導電動機固定子側で地絡
が生ずると、この地絡点Ｓと三相星形結線の静電容量中
性点Ｎ間を通して零相電流ｉｏｚが流れ、この零相電流
ｉｏｚによって検出抵抗ｒの両端に電圧降下が生ずる。 この電圧降下と整定値を比較器ＣＭＰにより比較して負
荷側の地絡を検出することができる。 また、電源上流側で地絡が生じた場合その地絡点と三相
星形結線静電量中容中性点Ｎとアース間の検出抵抗ｒを
通して零相電流が流れるが、この場合は零相変流器ＣＴ
にも地絡による零相電流ｉｏｇが流れることになり、こ
の雨音（ｉｏｚとｉ　ｏｘ）を比較器ＣＭＰ路で判別す
ることにより、負荷側と電源側のいずれの側で地絡を生
じたのかを判別することができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来の地絡検出装置が有する問題点は、低周波数領
域（Ｏ〜数Ｈｚ　）で作動する三相交流回路における地
絡事故の検出ができないという点にある。 すなわち、上記従来の地絡検出装置は、静電容量Ｃと零
相変流器ＣＴという比較的高い周波数でしか所定の特性
が得られない回路構成であり、０〜数Ｈｚの低周波三相
交流回路の地絡検出には適さないようである。 なお、このような低周波数の電力が作用する例としては
１例えば、三相巻線形回転子を用いた可変速水車発電機
があり、その二次回路は常に交流励磁され、その周波数
がＯ〜数Ｈｚ間で変化する。 したがって、従来の水車発電機に用いられる地絡検出器
のように、一方向性の検出回路を設け、地絡時の電流増
加の現象をとらえるのみでは適用することができない。 そこで、本発明はＯＨｚの三相交流（すなわち。 極性が異なる三相直流状態）と、数Ｈｚ　（すなわち、
静電容量や零相変流器が作動しないような低周波領域）
が流れる三相交流回路においても地絡の検出を同時に共
通の回路構成で行いうる三相交流回路の地絡検出装置を
提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決し１本発明の目的を達成するために１
本発明は、三相交流回路の中性点とアースとの間に直列
接続された地絡検出用直流電源および地絡検出抵抗と、
前記地絡検出抵抗の両端電圧の整定値とを比較する第１
の比較器と、前記地絡検出抵抗の端子電圧またはその時
間的変化の絶対値と整定値とを比較する第２の比較器と
、を備えたことを特徴とするものである。 〔作用〕 上記本発明の構成によれば、三相交流回路の中性点およ
びその付近で地絡が生じた場合、この地絡による直流電
流が地絡検出用直流電源により地絡検出抵抗に流れる。 この直流電流によって地籍検出抵抗の両端に電圧が生じ
るので、この端子電圧の絶対値は第１の比較器において
整定値と比較され、端子電圧が整定値を超えた事をもっ
て地籍の発生が検出される。 一方、三相交流回路の電源側およびその付近で地絡が生
じた場合、三相交流回路の相電圧と検出用直流電圧とが
重畳される形となり、検出抵抗に流れる電流（直流＋交
流）による電圧は地絡の発生前後において時間的変化が
生ずる。この端子電圧自体またはその時間的変化の絶対
値は第２の比較器において整定値と比較され、同様にし
て地絡の発生が検出される。

【実施例】

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 第１図に本発明に係る地絡検出装置の実施例を示す、こ
の第１図において、１は地絡検出の対象となる三相交流
回路を示し１例えば三相誘導電動機の固定子側巻線等に
相当する。三相交流回路１の中性点Ｎとアースとの間に
は、制限抵抗２．地籍検出用直流電源（以下、検出用電
源と略称する、）３．が地絡検出用抵抗（以下、検出抵
抗と略称する。）４．が直列に接続されている。検出抵
抗４には計器用アレスタ５が並列に接続されている。 制限抵抗２は三相交流回路ｌの中性点Ｎで地絡を生じた
時、および三相交流回路１の電源側ラインでの地絡発生
時に検出回路に流れる電流を検出に必要な範囲に制限し
、・当該口Ｈ１を保護するものである。 検出用電源３は三相交流回路１の中性点Ｎは。 中性点Ｎの付近の地絡を検出するための直流電源である
。 検出用抵抗４は地絡時に検出回路に流れる電流に比例し
た検出用電圧をその両端に発生させる抵抗である。 計器用アレスタ５は被検出回路に不測の高電圧が発生し
たとき、それを抑制して検出器に耐電圧値以上の高電圧
が印加されないように保護するものである。 検出抵抗４の高電位側はローパスフィルタ１６および光
アイソレータ６を介して検出回路に接続されている。ロ
ーパスフィルタ１６は三相交流回路１側からの高調波成
分や高周波ノイズをフィルタリングして検出回路への侵
入を阻止し、検出回路の誤動作を防止するためのもので
ある。光アイソレータ６は三相交流回路１側と検出回路
とを電気的に絶縁することにより不測の高電圧の侵入を
防止するためのものである。 検出回路は、地絡によって発生した検出電圧が整定値（
例えば、ｌ０Ｖ）を超える場合に動作する第１の検出回
路と、検出電圧が整定値より低い場合に動作する第２の
検出回路と２系統からなる。 第１の検出回路は、光アイソレータ６からの検出電圧を
所定のサンプリング時間でサンプルホールドするサンプ
ルホールド回路９と、そのサンプリングされた電圧の絶
対値ＩＢ＋をとる絶対値回路１２と、その絶対値を整定
値と比較する比較器１４とからなる。 第２の検出回路は、同様に光アイソレータ６かの検出電
圧を所定のサンプルホールド時間でサンプルホールドす
るサンプルホールド回路８と、そのサンプリングされた
電圧Ａと第１の検出回路のサンプリング値Ｂとの差電圧
を算出する差動アンプ１０と、その差電圧の絶対値ＩＡ
−Ｂｌを求める絶対値回路１１と、その差電圧の絶対値
ＩＡ−Ｂｌを整定値と比較する比較器１３とからなる。 なお、各サンプルホールド回路８．９のサンプリング時
間はクロック信号発生器７からのクロック信号に基づい
て設定される。１５は各検出回路からの出力信号を保持
するための保持回路である。 次に、動作を説明する。まず、第１図において、検出抵
抗ｒの面端電圧（すなわち、検出電圧）Ｖｘは。 Ｖｘ＝ＶＸ　ｒ／　　（Ｒ，＋Ｒ＋　ｒ）　　　　　　
　−（１）ここに、■は検出用電源３の電圧、Ｒ１は三
相交流回路１の対地間絶縁抵抗、Ｒは制限抵抗である。 （１）式において、絶縁抵抗Ｒ１は三相交流回路の状態
（すなわち、地絡の発生の有無）により数にΩ〜数数１
００ロΩ変化する。一方、検出用電源３の電圧Ｖは数１
００ｖ程度が限度である。 これは、三相交流回路１の対地間電圧に検出用電圧Ｖが
重畳されることになるため、高い値にすると三相交流回
路１の絶縁耐力を上げなければならなくなるからである
。また、検出精度を確保するため、地絡発生時に検出抵
抗４に流れる電流は５０ｍＡ程度は必要である。 これらの条件から制限抵抗２と検出抵抗４の抵抗値の和
を求めると、検出用電源３の電圧を５００Ｖと仮定すれ
ば （Ｒ＋ｒ）＝５ｏＯ１５０ｘｌＯ−８ ＝１０Ｘ１０’ １０にΩ程度となる。 さらに、光アイソレータ６に取り込むため検出抵抗４で
１／１０程度に分圧するとすれば検出抵抗４の抵抗値ｒ
は１にΩとなる。 これらの条件を（１）式に代入すると、三相交流回路１
の絶縁抵抗Ｒ１が１００ＭΩと高いとき（すなわち、地
絡発生なしのとき）の検出電圧Ｖｘは。 １００Ｘ１０’＋１０Ｘ１０’ す５Ｘ１０−” であり、約５　ｍ　Ｖ程度である。これに対して絶縁抵
抗Ｒ１が１０にΩと低いとき（すなわち、地絡発生時）
の検出電圧Ｖχは １００Ｘ１０ａ＋１０Ｘ１０’ ＝２５ であり、２５ｖに変化することになる。 このように、検出電圧Ｖｘは絶縁抵抗Ｒ１の変化に伴い
変動する。したがって、この検出電圧Ｖｘの絶対値１Ｖ
ｘｌを監視することにより、絶縁抵抗Ｒ１の変化を監視
（すなわち、地絡の発生を監視）することができる。 地絡が発生した場合の検出電圧Ｖｘは、三相交流回路１
の相電圧Ｖαが重畳されるため１次の式となる。 Ｖｘ＝　（Ｖ＋Ｖ（１）’／　（Ｒ＋ｒ）　　　　　−
（２）ここで。 Ｖａ＝ＶａＸｓｉｎ　（ωＸｔ） である。 第２図に比較的電圧が高く周波数が３Ｈｚの場合の検出
電圧Ｖｘを、第３図に比較的電圧が低く周波数が０．６
Ｈｚ　　の場合の検出電圧Ｖｘの波形をそれぞ九示す。 検出電圧Ｖｘの絶対値で地絡検出をおこなった場合、例
えば整定値を１０ｖとすると、第２図の場合は地絡事故
発生後１サンプルホ一ルド時間内に検出電圧ＶＷが整定
値を越えるため、ただちに検出可能である。 しかし、第３Ｅｌの場合１例えば時刻を息以降のように
地絡により発生した電圧が整定値１０Ｖ以下となる場合
は長い時間にわたって地絡検出が不可能となることがあ
る。この場合、整定値を下げれば不感帯は短かくなるが
、前述の絶縁抵抗Ｒ。 の監視条件からむやみに整定値を下げることはできない
。 そこで、一定時間毎に検出電圧Ｖｘをサンプルホールド
し、一定時間後の電圧変化を監視することにより絶対値
のみを監視した場合に比べ次に述べるメリットが生ずる
。 すなわち、地絡発生以前では検出電圧Ｖｘは絶縁抵抗Ｐ
、の変化により変動するがサンプルホールド時間を短く
（例えば５０ｍ５θＣ）すればサンプルホールド時間の
前後で絶縁抵抗Ｒ１が大きく変化することはないため、
検出電圧Ｖｘの電圧変化は弁０といえる。 一方、地絡事故発生時点で検出電圧Ｖｘは（１）式から
（２）式に変わるため、電圧変動が発生するとともにそ
の後も電圧は変動する。よって、検出電圧Ｖχの時間変
化は常に発生する。 したがって、検出電圧Ｖｘの電圧変化は地絡事故前は〜
０であり、整定値レベルは絶縁抵抗Ｒ１の値に関係なく
低くできるため、第３図の時刻ｔｚ以降に地絡が発生し
てもサンプルホールド時間後には地絡を検出することが
可能となる。 以上をまとめると第１図の回路においてＩＢ＋は絶縁抵
抗の関係から整定値をあまり低く整定することができな
いため、検出困難な場合、すなわち不感帯が大きくなる
。一方、１Ａ−Ｂｌは正常時においては４０であり、整
定値はＩＢ＋に比べ低くすることが可能であり、１Ｂ１
で検出困難な不感帯においても１サンプルホ一ルド時間
で検出することが可能となる。 以上の実施例において、次の効果を得ることができる。 （１）ｌＯＨｚ以下の三相交流回路のいかなる位置にお
ける地絡も、整定値以内の不感帯以外で１サイクル以内
に検出できる。 （２）上記により低周波三相励磁回路を持つ各種交流回
転電機の地絡が検出できるので、１腺地絡を検出して２
線地絡を未然に防止し、地絡点間を通して大電流が流れ
る場合に生ずる被害を防止できる。 （３）本検出装置は被検出回路と直流結合されており、
検出電源３の直流電圧により、被検出機が停止時にその
回路の絶縁抵抗測定も併用でき。 それにより１線地絡も未然防止の手段が可能。 （４）　　（１）〜（３）により被検出回路、即ち、当
該電気品の絶縁を最適化できるので、経済性の高い絶縁
システムと良好な冷却を備えた電気品が得られる。 〔発明の効果〕 以上に述べたように１本発明によれば、低周波の交流電
圧が作用する三相交流回路における地絡事故を確実に検
出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は比
較的高電圧、高周波の場合の検出電圧変化を示す説明図
、第３図は比較的低電圧、低周波の場合の検出電圧の変
化を示す説明図、第４図は従来の検出装置の例を示す回
路図である。 １・・・三相交流回路、２・・・制限抵抗、３・・・検
出用電源、４・・・検出抵抗、５・・・計器用アレスタ
、６・・・光アイソレータ、７・・・クロック信号発生
器、８・・・サンプルホールド回路、９・・・サンプル
ホールド回路。 １０・・・差動アンプ、１１・・・絶対値回路、１２・
・・絶対値回路、１３・・・比較器、１４・・・比較器
、１５・・・保持回路、１６・・・ローパスフィルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、三相交流回路の中性点とアースとの間に直列接続さ
   れた地絡検出用直流電源および地絡検出抵抗と、前記地
   絡検出抵抗の両端電圧の絶対値と整定値とを比較する第
   １の比較器と、前記地絡検出抵抗の端子電圧又はその時
   間的変化の絶対値と整定値とを比較する第２の比較器と
   、を備えたことを特徴とする三相交流回路の地絡検出装
   置。