WO2013153596A1 - 地絡検出回路およびそれを用いた電力変換装置 - Google Patents

地絡検出回路およびそれを用いた電力変換装置 Download PDF

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voltage
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彰修 安藤
宏之 荻野
松本　泰明
重幸 中林
靖彦 細川
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東芝三菱電機産業システム株式会社
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    • H02P6/24—Arrangements for stopping

Definitions

  • the present invention relates to a ground fault detection circuit and a power converter using the same, and more particularly to a ground fault detection circuit for detecting a ground fault and a power converter using the ground fault detection circuit.
  • the thyristor starter includes a converter that converts commercial-phase three-phase AC power into DC power, a DC reactor that smoothes the DC power, and DC power supplied from the converter via the DC reactor to three-phase power of a desired frequency. And an inverter that converts the AC power into the synchronous motor through first to third AC lines. By controlling the three-phase AC power applied to the synchronous motor, the stopped synchronous motor can be started and rotated at a predetermined rotational speed (see, for example, JP-A-2003-61380 (Patent Document 1)). ).
  • such a thyristor starting device is provided with a ground fault detection circuit for detecting a ground fault.
  • a ground fault detection circuit for detecting a ground fault.
  • a three-phase transformer is connected to the first to third AC lines between the thyristor starter and the synchronous motor, and a ground fault is detected based on the output voltage of the three-phase transformer.
  • a ground fault is detected based on the output voltage of the three-phase transformer.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-131048
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-130704
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-130634
  • one terminal of each of the first and second resistance elements is connected to two input terminals of the inverter, respectively, and a third resistance element is provided between the other terminals of the first and second resistance elements and the ground voltage line. , And the occurrence of a ground fault is detected based on the voltage across the terminals of the third resistance element (for example, “Thyristor starter for thermal power plant”, Mitsubishi Electric Technical Report, Vol. 67, No. 1). 5, 1993 (see Non-Patent Document 1).
  • the ground fault detection circuits of Patent Documents 2 to 4 use a three-phase transformer, so there is a problem that the circuit is large and expensive. Further, the ground fault detection circuit of Non-Patent Document 1 has a problem that the detection accuracy is poor.
  • a main object of the present invention is to provide a small-sized, low-cost, high-accuracy ground fault detection circuit and a power conversion device using the same.
  • the ground fault detection circuit converts the first three-phase AC power into DC power, converts the DC power into the second three-phase AC power, and loads through the first to third AC lines.
  • a ground fault detection circuit for detecting a ground fault in a power converter supplied to the power converter comprising first to fourth resistance elements. One terminal of each of the first to third resistance elements is connected to each of the first to third AC lines, and the other terminal of each of the first to third resistance elements is connected to one terminal of the fourth resistance element. The other terminal of the fourth resistance element receives a ground voltage.
  • the ground fault detection circuit further includes a determination circuit that determines whether or not a ground fault has occurred in the power conversion device based on the voltage across the terminals of the fourth resistance element.
  • the power converter according to the present invention also includes a converter that converts the first three-phase AC power into DC power, a DC reactor that smoothes the DC power, and DC power that is supplied from the converter via the DC reactor.
  • the ground fault detection circuit includes first to fourth resistance elements. One terminal of each of the first to third resistance elements is connected to each of the first to third AC lines, and the other terminal of each of the first to third resistance elements is connected to one terminal of the fourth resistance element. The other terminal of the fourth resistance element receives a ground voltage.
  • the ground fault detection circuit further includes a determination circuit that determines whether or not a ground fault has occurred in the power conversion device based on the voltage across the terminals of the fourth resistance element.
  • the determination circuit determines that a ground fault has occurred in the power converter when the voltage between the terminals of the fourth resistance element exceeds a predetermined voltage.
  • the determination circuit includes an absolute value calculator that calculates an absolute value of the voltage between the terminals of the fourth resistance element, and an absolute value of the voltage between the terminals of the fourth resistance element that is calculated by the absolute value calculator. And a comparator that outputs a signal indicating that a ground fault has occurred in the power conversion device when a predetermined value is exceeded.
  • the frequency of the second three-phase AC power is changeable
  • the load is a synchronous motor
  • the power converter is a thyristor starter that starts the synchronous motor.
  • the thyristor starter starts the synchronous generator of the power plant as a synchronous motor.
  • one terminals of the first to third resistance elements are connected to the first to third AC lines, respectively, and the other terminals of the first to third resistance elements are both the fourth terminal.
  • the other terminal of the fourth resistance element receives the ground voltage.
  • the determination circuit determines whether a ground fault has occurred based on the voltage across the terminals of the fourth resistance element. When normal, no current flows through the fourth resistance element, and when a ground fault occurs, a current flows through the fourth resistance element, so that the occurrence of the ground fault can be detected with high accuracy.
  • a three-phase transformer is not used, it is possible to reduce the size and cost of the device.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram illustrating a configuration of a ground fault detection circuit illustrated in FIG. 1. It is a circuit block diagram which shows the comparative example of embodiment. It is a time chart which shows the voltage change before and behind a ground fault when the R phase line shown in FIG. 2 has a ground fault. It is a time chart which shows the voltage change before and behind a ground fault when the high voltage side input terminal of the inverter shown in FIG. 2 has a ground fault.
  • the thyristor starting device receives the three-phase AC power from the AC power source 1 and starts the synchronous motor 8.
  • the three-phase transformer 2 converts a three-phase AC voltage having a commercial frequency from an AC power source (electric power system) 1 into a predetermined three-phase AC voltage.
  • the three-phase AC voltage generated by the three-phase transformer 2 is supplied to the converter 3 via the U-phase line UL, the V-phase line VL, and the W-phase line WL.
  • the converter 3 converts the three-phase AC power from the three-phase transformer 2 into DC power.
  • the DC reactor 4 is connected between the high voltage side output terminal 3 a of the converter 3 and the high voltage side input terminal 5 a of the inverter 5, and smoothes the DC power generated by the converter 3.
  • the low voltage side output terminal 3b of the converter 3 and the low voltage side input terminal 5b of the inverter 5 are directly connected.
  • the DC reactor 4 may be connected between the low voltage side output terminal 3 b of the converter 3 and the low voltage side input terminal 5 b of the inverter 5. Further, the DC reactor 4 includes a high voltage side output terminal 3 a of the converter 3 and a high voltage side input terminal 5 a of the inverter 5, a low voltage side output terminal 3 b of the converter 3 and a low voltage side input terminal 5 b of the inverter 5. May be connected to each other.
  • Inverter 5 converts DC power supplied from converter 3 via DC reactor 4 into three-phase AC power having a desired frequency, and converts the three-phase AC power into R-phase line RL, S-phase line SL, and T-phase. This is given to the synchronous motor 8 via the line TL.
  • the synchronous motor 8 is rotationally driven by the three-phase AC power from the inverter 5.
  • the rotational speed (number of revolutions / minute) of the synchronous motor 8 is gradually increased.
  • the switching frequency of the inverter 5 is increased in accordance with the rotational speed of the synchronous motor 8. Thereby, the rotational speed of the synchronous motor 8 gradually increases from 0 to a predetermined value, and the frequency of the three-phase AC power gradually increases from 0 to a predetermined value.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the converter 3 and the inverter 5.
  • converter 3 includes thyristors 11-16.
  • the anodes of thyristors 11 to 13 are connected to U-phase line UL, V-phase line VL, and W-phase line WL, respectively, and their cathodes are all connected to high-voltage side output terminal 3a.
  • the cathodes of thyristors 14 to 16 are connected to U-phase line UL, V-phase line VL, and W-phase line WL, respectively, and their anodes are all connected to low-voltage side output terminal 3b.
  • the thyristors 11 to 16 are controlled by the control circuit 7. By turning on the thyristors 11 to 16 at a predetermined timing, the three-phase AC power can be converted into DC power.
  • the inverter 5 includes thyristors 21 to 26.
  • the anodes of thyristors 21 to 23 are all connected to high-voltage side input terminal 5a, and their cathodes are connected to R-phase line RL, S-phase line SL, and T-phase line TL, respectively.
  • the anodes of thyristors 24 to 26 are connected to R-phase line RL, S-phase line SL, and T-phase line TL, respectively, and their cathodes are all connected to low-voltage side input terminal 5b.
  • the thyristors 21 to 26 are controlled by the control circuit 7. By turning on the thyristors 21 to 26 at a predetermined timing, it is possible to convert DC power into three-phase AC power having a desired frequency.
  • the ground fault detection circuit 6 is a circuit that detects the occurrence of a ground fault in the thyristor starter. As shown in FIG. 3, the ground fault detection circuit 6 includes resistance elements 31 to 34, an amplifier 35, and a comparator 36.
  • Resistive elements 31 to 33 have one terminals connected to R-phase line RL, S-phase line SL, and T-phase line TL, respectively, and their other terminals are all connected to node N31.
  • One terminal of resistance element 34 is connected to node N31, and the other terminal of resistance element 34 is connected to a line of ground voltage GND.
  • the amplifier 35 amplifies the inter-terminal voltage V31 of the resistance element 34.
  • the comparator 36 compares the output voltage V35 of the amplifier 35 with a predetermined reference voltage VR, and outputs a signal ⁇ D having a level corresponding to the comparison result.
  • the signal ⁇ D is set to the “L” level.
  • signal ⁇ D is set to “H” level.
  • a ground fault point for example, the R-phase line RL
  • the other terminal the line of the ground voltage GND
  • a loop through which a current flows is created.
  • a voltage V31 is generated between the terminals of the resistance element 34.
  • VR ⁇ V35, and the signal ⁇ D becomes the activation level “H” level.
  • the control circuit 7 receives signals indicating the input current of the converter 3, the output voltage of the inverter 5, the rotational speed of the synchronous motor 8, and the like from a plurality of sensors (not shown), and the converter 3 and the inverter 5 are based on the received signals. To control.
  • the control circuit 7 when starting the synchronous motor 8 in the stopped state, the control circuit 7 outputs the three-phase alternating current output from the inverter 5 as the rotational speed of the synchronous motor 8 gradually increases from 0 to a predetermined value.
  • the power frequency is gradually increased from 0 to a predetermined value.
  • the control circuit 7 stops the operation of the converter 3 and the inverter 5 and interrupts a plurality of circuit breakers (not shown).
  • a plurality of circuit breakers not shown
  • Such a thyristor starting device is used for starting a stopped synchronous generator as a synchronous motor in a power plant, for example. While the synchronous generator is driven to rotate at a predetermined rotational speed as a synchronous motor, the thyristor starter is disconnected from the synchronous generator and the synchronous generator is rotated by a gas turbine or the like to generate AC power.
  • resistance elements 31 to 33 are connected between AC lines RL, SL, and TL and node N31, respectively, and resistance element 34 is connected between node N31 and a line of ground voltage GND. It is determined whether or not a ground fault has occurred on the basis of the inter-terminal voltage V31. When a ground fault has not occurred, the voltage V31 is about 0 V. When a ground fault has occurred, the voltage V31 is significantly higher than 0 V. Therefore, the occurrence of a ground fault must be detected with high accuracy. Can do. In addition, since a three-phase transformer is not used as in the prior art, it is possible to reduce the size and cost of the device.
  • FIG. 4 is a circuit block diagram showing a configuration of a ground fault detection circuit 40 as a comparative example of the embodiment, and is a diagram contrasted with FIG.
  • the ground fault detection circuit 40 includes resistance elements 41 to 43, an amplifier 44, and a comparator 45.
  • Resistive elements 41 and 42 have one terminals connected to input terminals 5a and 5b of inverter 5, respectively, and the other terminals connected to node N41.
  • One terminal of resistance element 43 is connected to node N41, and the other terminal of resistance element 43 is connected to the line of ground voltage GND.
  • the amplifier 44 amplifies the terminal voltage V41 of the resistance element 43.
  • the comparator 45 compares the output voltage V44 of the amplifier 44 with a predetermined voltage range VRL to VRH (VRL ⁇ VRH), and outputs a signal ⁇ D having a level corresponding to the comparison result.
  • signal ⁇ D is set to “L” level.
  • signal ⁇ D is set to “H” level.
  • the voltage obtained by dividing the voltage between the input terminals 5a and 5b of the inverter 5 by the resistance elements 41 and 42 becomes the voltage V41 of the node N41.
  • the voltage V41 is a voltage that has an amplitude with a certain width.
  • VRL ⁇ V44 ⁇ VRH the signal ⁇ D becomes the “L” level of the inactivation level.
  • a ground fault point for example, the R-phase line RL
  • the other terminal of the resistance element 43 the line of the ground voltage GND
  • a loop is formed in which a current flows.
  • a voltage V41 is generated between the terminals of the resistance element 43.
  • FIGS. 5A to 9A are time charts showing the output voltage V44 of the amplifier 44 of FIG. 4 (comparative example).
  • FIGS. 5B to 9B are time charts showing the output voltage V35 of the amplifier 35 of FIG. 3 (embodiment).
  • FIGS. 5C to 9C are time charts showing the voltage Vr of the R-phase line RL, the voltage Vs of the S-phase line SL, and the voltage Vt of the T-phase line TL in FIG. 5D to 9D show the voltage Vn of the low voltage side output terminal 3b (low voltage side input terminal 5b of the inverter 5) of the converter 3 of FIG. 4 is a time chart showing a voltage Vp1 and a voltage Vp2 of a high voltage side input terminal 5a of the inverter 5.
  • the voltages Vr, Vs, Vt, Vn, Vp1, and Vp2 are the same in the comparative example and the embodiment.
  • FIGS. 5A to 5D show voltage changes before and after a ground fault when the R-phase line RL has a ground fault at time t0.
  • the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt all change with a predetermined amplitude.
  • the R-phase voltage Vr becomes 0V, and the amplitudes of the S-phase voltage Vs and the T-phase voltage Vt increase.
  • each of the DC voltages Vn, Vp1, and Vp2 does not become a constant value even at normal time, and changes with a certain amplitude.
  • the amplitudes of the DC voltages Vn, Vp1, and Vp2 increase.
  • the output voltage V44 of the amplifier 44 of the comparative example changes according to the voltage obtained by dividing the DC voltage (Vp2-Vn). For this reason, as shown in FIG. 5A, the voltage V44 changes with a certain amplitude even when it is normal, and the amplitude of the voltage V44 increases when a ground fault occurs in the R-phase line RL at time t0. . Since the amplitude of the voltage V44 changes before and after time t0 in this way, it is possible to detect the occurrence of a ground fault. However, since the change before and after time t0 is small, it is not easy to determine whether a ground fault has occurred.
  • the output voltage V35 of the amplifier 35 of the present embodiment changes according to the voltage obtained by adding the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt. For this reason, as shown in FIG. 5B, the voltage V35 is about 0 V when it is normal, and the amplitude of the voltage V35 suddenly increases when a ground fault occurs in the R-phase line RL at time t0. Thus, since the amplitude of the voltage V35 changes significantly before and after the time t0, it is possible to easily determine whether or not a ground fault has occurred.
  • FIGS. 6A to 6D show voltage changes before and after a ground fault when the high voltage side input terminal 5a of the inverter 5 has a ground fault at time t0.
  • each of the DC voltages Vn, Vp1, and Vp2 does not have a constant value even at normal time, and changes with a certain amplitude.
  • the DC voltage Vp2 becomes 0V, and both the DC voltages Vn and Vp1 shift to the negative voltage side.
  • the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt all change with a predetermined amplitude during normal operation. If a ground fault occurs at the high voltage side input terminal 5a of the inverter 5 at time t0, the three-phase AC voltages Vr, Vs, Vt are all shifted to the negative voltage side.
  • the output voltage V44 of the amplifier 44 of the comparative example changes according to the voltage obtained by dividing the DC voltage (Vp2-Vn). For this reason, as shown in FIG. 6A, the voltage V44 changes with a certain amplitude even when it is normal, and when a ground fault occurs at the high voltage side input terminal 5a of the inverter 5 at time t0, the voltage V44. Shifts to the negative voltage side. Thus, since the voltage V44 is shifted before and after time t0, it is possible to detect the occurrence of a ground fault. However, since the change before and after time t0 is small, it is not easy to determine whether a ground fault has occurred. Further, since the amplitude of the voltage V44 decreases due to a ground fault, it is impossible to determine whether or not a ground fault has occurred based on the magnitude of the amplitude of the voltage V44.
  • the output voltage V35 of the amplifier 35 of the present embodiment changes according to the voltage obtained by adding the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt. For this reason, as shown in FIG. 6B, the voltage V35 is about 0V when it is normal, and the amplitude of the voltage V35 suddenly increases when a ground fault occurs at the high voltage side input terminal 5a of the inverter 5 at time t0. To do. Thus, since the amplitude of the voltage V35 changes significantly before and after the time t0, it is possible to easily determine whether or not a ground fault has occurred.
  • each of the DC voltages Vn, Vp1, and Vp2 does not become a constant value even when normal, and changes with a certain amplitude.
  • the DC voltage Vn becomes 0V, and both the DC voltages Vp1 and Vp2 shift to the positive voltage side.
  • the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt all change with a predetermined amplitude.
  • the three-phase AC voltages Vr, Vs, Vt are all shifted to the positive voltage side.
  • the output voltage V44 of the amplifier 44 of the comparative example changes according to the voltage obtained by dividing the DC voltage (Vp2-Vn). For this reason, as shown in FIG. 7A, the voltage V44 changes with a certain amplitude even when it is normal, and when a ground fault occurs at the low voltage side input terminal 5b of the inverter 5 at time t0, the voltage V44. Shifts to the positive voltage side. Thus, since the voltage V44 is shifted before and after time t0, it is possible to detect the occurrence of a ground fault. However, since the change before and after time t0 is small, it is not easy to determine whether a ground fault has occurred. Further, since the amplitude of the voltage V44 decreases due to a ground fault, it is impossible to determine whether or not a ground fault has occurred based on the magnitude of the amplitude of the voltage V44.
  • the output voltage V35 of the amplifier 35 of the present embodiment changes according to the voltage obtained by adding the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt. For this reason, as shown in FIG. 7B, the voltage V35 is about 0V when it is normal, and the amplitude of the voltage V35 suddenly increases when a ground fault occurs at the low voltage side input terminal 5b of the inverter 5 at time t0. To do. Thus, since the amplitude of the voltage V35 changes significantly before and after the time t0, it is possible to easily determine whether or not a ground fault has occurred.
  • FIGS. 8A to 8D show voltage changes before and after a ground fault when the high voltage side output terminal 3a of the converter 3 has a ground fault at time t0.
  • each of the DC voltages Vn, Vp1, and Vp2 does not become a constant value even at normal time, and changes with a certain amplitude.
  • the DC voltage Vp1 becomes 0V, and both the DC voltages Vn and Vp2 shift to the negative voltage side.
  • the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt all change with a predetermined amplitude.
  • the three-phase AC voltages Vr, Vs, Vt are all shifted to the negative voltage side.
  • the output voltage V44 of the amplifier 44 of the comparative example changes according to the voltage obtained by dividing the DC voltage (Vp2-Vn). For this reason, as shown in FIG. 8A, the voltage V44 changes with a certain amplitude even when it is normal, and when a ground fault occurs at the high-voltage side output terminal 3a of the converter 3 at time t0, the voltage V44. Shifts to the negative voltage side. Thus, since the voltage V44 is shifted before and after time t0, it is possible to detect the occurrence of a ground fault. However, since the change before and after time t0 is small, it is not easy to determine whether a ground fault has occurred.
  • the output voltage V35 of the amplifier 35 of the present embodiment changes according to the voltage obtained by adding the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt. For this reason, as shown in FIG. 8B, the voltage V35 is about 0V when it is normal, and the amplitude of the voltage V35 suddenly increases when a ground fault occurs at the high voltage side output terminal 3a of the converter 3 at time t0. To do. Thus, since the amplitude of the voltage V35 changes significantly before and after the time t0, it is possible to easily determine whether or not a ground fault has occurred.
  • FIG. 9A to 9D show voltage changes before and after the ground fault when the U-phase line UL has a ground fault at time t0.
  • the three-phase AC voltages Vr, Vs, Vt all change with a predetermined amplitude.
  • the amplitudes of the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt increase.
  • each of the DC voltages Vn, Vp1, and Vp2 does not become a constant value even at normal time, and changes with a certain amplitude.
  • the amplitudes of the DC voltages Vn, Vp1, and Vp2 increase.
  • the output voltage V44 of the amplifier 44 of the comparative example changes according to the voltage obtained by dividing the DC voltage (Vp2-Vn). Therefore, as shown in FIG. 9A, the voltage V44 changes with a certain amplitude even when it is normal, and the amplitude of the voltage V44 increases when a ground fault in the U-phase line UL occurs at time t0. . Since the amplitude of the voltage V44 changes before and after time t0 in this way, it is possible to detect the occurrence of a ground fault. However, since the change before and after time t0 is small, it is not easy to determine whether a ground fault has occurred.
  • the output voltage V35 of the amplifier 35 of the present embodiment changes according to the voltage obtained by adding the three-phase AC voltages Vr, Vs, and Vt. For this reason, as shown in FIG. 9B, the voltage V35 is about 0 V when it is normal, and the amplitude of the voltage V35 suddenly increases when a ground fault occurs in the U-phase line UL at time t0. Thus, since the amplitude of the voltage V35 changes significantly before and after the time t0, it is possible to easily determine whether or not a ground fault has occurred.
  • FIG. 10 is a circuit block diagram showing a configuration of a ground fault detection circuit 50 which is a modified example of the present embodiment, and is a diagram to be compared with FIG.
  • a ground fault detection circuit 50 according to this modification is obtained by adding an absolute value calculator 51 and a filter circuit 52 between amplifier 35 and comparator 36 of ground fault detection circuit 6 of FIG. It is.
  • the absolute value calculator 51 calculates an absolute value
  • the filter circuit 52 is a low-pass filter that removes a high frequency component from the output voltage V51 of the absolute value calculator 51.
  • the comparator 36 compares the output voltage V52 of the filter circuit 52 with a predetermined reference voltage VR, and outputs a signal ⁇ D having a level corresponding to the comparison result.
  • the signal ⁇ D When the output voltage V52 of the filter circuit 52 is smaller than the reference voltage VR (V52 ⁇ VR), the signal ⁇ D is set to the “L” level. When output voltage V52 of filter circuit 52 is higher than reference voltage VR (VR ⁇ V52), signal ⁇ D is set to “H” level. In this modified example, the occurrence of the ground fault can be easily and accurately detected regardless of whether the output voltage V35 of the amplifier 35 becomes a positive voltage or a negative voltage due to the ground fault.

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Abstract

　この地絡検出回路（６）では、第１～第３の抵抗素子（３１～３３）の一方端子をそれぞれ第１～第３の交流ライン（ＲＬ，ＳＬ，ＴＬ）に接続し、第１～第３の抵抗素子（３１～３３）の他方端子をともに第４の抵抗素子（３４）の一方端子に接続し、第４の抵抗素子（３４）の他方端子を接地電圧（ＧＮＤ）のラインに接続し、第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧に基づいて、地絡事故が発生したか否かを判別する。正常時は第４の抵抗素子（３４）に電流は流れず、地絡事故が発生すると第４の抵抗素子（３４）に電流が流れるので、地絡事故の発生を高精度で検出することができる。

Description

地絡検出回路およびそれを用いた電力変換装置
　この発明は地絡検出回路およびそれを用いた電力変換装置に関し、特に、地絡事故を検出する地絡検出回路と、それを用いた電力変換装置に関する。
　サイリスタ起動装置は、商用周波数の三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を平滑化させる直流リアクトルと、コンバータから直流リアクトルを介して与えられた直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換し、第１～第３の交流ラインを介して同期電動機に与えるインバータとを備える。同期電動機に与える三相交流電力を制御することにより、停止状態の同期電動機を起動させて所定の回転速度で回転駆動させることができる（たとえば、特開２００３－６１３８０号公報（特許文献１）参照）。
　また、このようなサイリスタ起動装置には、地絡事故を検出する地絡検出回路が設けられている。地絡検出回路によって地絡事故が検出されると、サイリスタ起動装置の運転が停止される。
　従来の地絡検出回路としては、サイリスタ起動装置と同期電動機の間の第１～第３の交流ラインに三相変圧器を接続し、その三相変圧器の出力電圧に基づいて地絡事故の発生を検出するものがある（たとえば、特開２００９－１３１０４８号公報（特許文献２）、特開２０１０－１３０７０４号公報（特許文献３）、特開２０１１－１３０６３４号公報（特許文献４）参照）。
　また、第１および第２の抵抗素子の一方端子をインバータの２つの入力端子にそれぞれ接続し、第１および第２の抵抗素子の他方端子と接地電圧のラインとの間に第３の抵抗素子を接続し、第３の抵抗素子の端子間電圧に基づいて地絡事故の発生を検出するものがある（たとえば、「火力発電所用サイリスタ起動装置」、三菱電機技報、Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．５、１９９３（非特許文献１）参照）。
特開２００３－６１３８０号公報 特開２００９－１３１０４８号公報 特開２０１０－１３０７０４号公報 特開２０１１－１３０６３４号公報
「火力発電所用サイリスタ起動装置」、三菱電機技報、Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．５、１９９３
　しかし、特許文献２～４の地絡検出回路では、三相変圧器を使用するので、回路が大型で高価格になるという問題があった。また、非特許文献１の地絡検出回路には、検出精度が悪いという問題があった。
　それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で低価格で高精度の地絡検出回路と、それを用いた電力変換装置を提供することである。
　この発明に係る地絡検出回路は、第１の三相交流電力を直流電力に変換し、直流電力を第２の三相交流電力に変換し、第１～第３の交流ラインを介して負荷に供給する電力変換装置において地絡事故を検出する地絡検出回路であって、第１～第４の抵抗素子を備えたものである。第１～第３の抵抗素子の一方端子はそれぞれ第１～第３の交流ラインに接続され、第１～第３の抵抗素子の他方端子はともに第４の抵抗素子の一方端子に接続され、第４の抵抗素子の他方端子は接地電圧を受ける。この地絡検出回路は、さらに、第４の抵抗素子の端子間電圧に基づいて、電力変換装置において地絡事故が発生したか否かを判別する判別回路を備える。
　また、この発明に係る電力変換装置は、第１の三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を平滑化させる直流リアクトルと、コンバータから直流リアクトルを介して与えられた直流電力を第２の三相交流電力に変換し、第１～第３の交流ラインを介して負荷に供給するインバータと、電力変換装置の地絡事故を検出する地絡検出回路と、地絡検出回路によって地絡事故が検出された場合に電力変換装置の運転を停止させる制御回路とを備えたものである。地絡検出回路は、第１～第４の抵抗素子を含む。第１～第３の抵抗素子の一方端子はそれぞれ第１～第３の交流ラインに接続され、第１～第３の抵抗素子の他方端子はともに第４の抵抗素子の一方端子に接続され、第４の抵抗素子の他方端子は接地電圧を受ける。地絡検出回路は、さらに、第４の抵抗素子の端子間電圧に基づいて、電力変換装置において地絡事故が発生したか否かを判別する判別回路を含む。
　好ましくは、判別回路は、第４の抵抗素子の端子間電圧が予め定められた電圧を超えた場合に、電力変換装置において地絡事故が発生したと判別する。
　また好ましくは、判別回路は、第４の抵抗素子の端子間電圧の絶対値を求める絶対値演算器と、絶対値演算器によって求められた第４の抵抗素子の端子間電圧の絶対値が予め定められた値を超えた場合に、電力変換装置において地絡事故が発生したことを示す信号を出力する比較器とを含む。
　また好ましくは、第２の三相交流電力の周波数は変更可能になっていて、負荷は同期電動機であり、電力変換装置は、同期電動機を起動させるサイリスタ起動装置である。
　また好ましくは、サイリスタ起動装置は、発電所の同期発電機を同期電動機として起動させる。
　この発明に係る地絡検出回路では、第１～第３の抵抗素子の一方端子がそれぞれ第１～第３の交流ラインに接続され、第１～第３の抵抗素子の他方端子がともに第４の抵抗素子の一方端子に接続され、第４の抵抗素子の他方端子が接地電圧を受ける。判別回路は、第４の抵抗素子の端子間電圧に基づいて地絡事故が発生したか否かを判別する。正常時は第４の抵抗素子に電流は流れず、地絡事故が発生すると第４の抵抗素子に電流が流れるので、地絡事故の発生を高精度で検出することができる。また、三相変圧器を使用しないので、装置の小型化、低価格化を図ることができる。
この発明の一実施の形態によるサイリスタ起動装置の構成を示す回路ブロック図である。 図１に示したコンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。 図１に示した地絡検出回路の構成を示す回路ブロック図である。 実施の形態の比較例を示す回路ブロック図である。 図２に示したＲ相ラインが地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。 図２に示したインバータの高電圧側入力端子が地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。 図２に示したインバータの低電圧側入力端子が地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。 図２に示したコンバータの高電圧側出力端子が地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。 図２に示したＵ相ラインが地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。 実施の形態の変更例を示す回路ブロック図である。
　本発明の一実施の形態によるサイリスタ起動装置は、図１に示すように、交流電源１からの三相交流電力を受けて同期電動機８を起動させるものであり、三相変圧器２、コンバータ３、直流リアクトル４、インバータ５、地絡検出回路６、および制御回路７を備える。
　三相変圧器２は、交流電源（電力系統）１からの商用周波数の三相交流電圧を所定の三相交流電圧に変換する。三相変圧器２で生成された三相交流電圧は、Ｕ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬを介してコンバータ３に与えられる。
　コンバータ３は、三相変圧器２からの三相交流電力を直流電力に変換する。直流リアクトル４は、コンバータ３の高電圧側出力端子３ａとインバータ５の高電圧側入力端子５ａとの間に接続され、コンバータ３で生成された直流電力を平滑化させる。コンバータ３の低電圧側出力端子３ｂとインバータ５の低電圧側入力端子５ｂとは直接接続される。
　なお、直流リアクトル４は、コンバータ３の低電圧側出力端子３ｂとインバータ５の低電圧側入力端子５ｂとの間の方に接続されていてもよい。また、直流リアクトル４は、コンバータ３の高電圧側出力端子３ａとインバータ５の高電圧側入力端子５ａとの間と、コンバータ３の低電圧側出力端子３ｂとインバータ５の低電圧側入力端子５ｂとの間との各々に接続されていてもよい。
　インバータ５は、コンバータ３から直流リアクトル４を介して与えられた直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換し、その三相交流電力をＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬを介して同期電動機８に与える。同期電動機８は、インバータ５からの三相交流電力によって回転駆動される。三相交流電力を徐々に増大させると、同期電動機８の回転速度（回転数／分）が徐々に増大する。同期電動機８の回転速度に合わせて、インバータ５のスイッチング周波数を増大させる。これにより、同期電動機８の回転速度は０から所定値まで徐々に増大し、三相交流電力の周波数は０から所定値まで徐々に増大する。
　図２は、コンバータ３およびインバータ５の構成を示す回路図である。図２において、コンバータ３は、サイリスタ１１～１６を含む。サイリスタ１１～１３のアノードはそれぞれＵ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬに接続され、それらのカソードはともに高電圧側出力端子３ａに接続される。サイリスタ１４～１６のカソードはそれぞれＵ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬに接続され、それらのアノードはともに低電圧側出力端子３ｂに接続される。サイリスタ１１～１６は、制御回路７によって制御される。サイリスタ１１～１６を所定のタイミングでオンさせることにより、三相交流電力を直流電力に変換することができる。
　また、インバータ５は、サイリスタ２１～２６を含む。サイリスタ２１～２３のアノードはともに高電圧側入力端子５ａに接続され、それらのカソードはそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続される。サイリスタ２４～２６のアノードはそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続され、それらのカソードはともに低電圧側入力端子５ｂに接続される。サイリスタ２１～２６は、制御回路７によって制御される。サイリスタ２１～２６を所定のタイミングでオンさせることにより、直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換することができる。
　図１に戻って、地絡検出回路６は、サイリスタ起動装置において地絡事故の発生を検出する回路である。地絡検出回路６は、図３に示すように、抵抗素子３１～３４、増幅器３５、および比較器３６を含む。
　抵抗素子３１～３３の一方端子はそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続され、それらの他方端子はともにノードＮ３１に接続される。抵抗素子３４の一方端子はノードＮ３１に接続され、抵抗素子３４の他方端子は接地電圧ＧＮＤのラインに接続される。
　増幅器３５は、抵抗素子３４の端子間電圧Ｖ３１を増幅する。比較器３６は、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５と所定の参照電圧ＶＲとを比較し、比較結果に応じたレベルの信号φＤを出力する。増幅器３５の出力電圧Ｖ３５が参照電圧ＶＲよりも小さい場合は（Ｖ３５＜ＶＲ）、信号φＤは「Ｌ」レベルにされる。増幅器３５の出力電圧Ｖ３５が参照電圧ＶＲよりも大きい場合は（ＶＲ＜Ｖ３５）、信号φＤは「Ｈ」レベルにされる。
　サイリスタ起動装置において地絡事故が発生していない場合は、Ｒ相、Ｓ相、およびＴ相の交流電圧の和は約０Ｖになり、抵抗素子３４の端子間電圧Ｖ３１は約０Ｖになる。この場合は、Ｖ３５＜ＶＲとなり、信号φＤは非活性化レベルの「Ｌ」レベルになる。
　サイリスタ起動装置において地絡事故が発生した場合は、地絡した地点（たとえばＲ相ラインＲＬ）が抵抗素子３４の他方端子（接地電圧ＧＮＤのライン）に接続され、電流が流れるループができて、抵抗素子３４の端子間に電圧Ｖ３１が発生する。この場合は、ＶＲ＜Ｖ３５となり、信号φＤは活性化レベルの「Ｈ」レベルになる。
　制御回路７は、複数のセンサ（図示せず）からコンバータ３の入力電流、インバータ５の出力電圧、同期電動機８の回転速度などを示す信号を受け、受けた信号に基いてコンバータ３およびインバータ５を制御する。
　また、制御回路７は、停止状態にある同期電動機８を起動させる場合は、同期電動機８の回転速度が０から所定値まで徐々に増大するのに応じて、インバータ５から出力される三相交流電力の周波数を０から所定値まで徐々に上昇させる。
　また、制御回路７は、地絡検出回路６の出力信号φＤが「Ｈ」レベルにされた場合は、コンバータ３およびインバータ５の運転を停止させるとともに、複数の遮断器（図示せず）を遮断し、地絡事故によってサイリスタ起動装置や同期電動機８などが破壊されるのを防止する。
　このようなサイリスタ起動装置は、たとえば発電所において、停止状態の同期発電機を同期電動機として起動させるために使用される。同期発電機を同期電動機として所定の回転数で回転駆動させた状態で、サイリスタ起動装置を同期発電機から切り離すとともに、ガスタービンなどによって同期発電機を回転駆動させて交流電力を生成する。
　この実施の形態では、交流ラインＲＬ，ＳＬ，ＴＬとノードＮ３１の間にそれぞれ抵抗素子３１～３３を接続し、ノードＮ３１と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に抵抗素子３４を接続し、抵抗素子３４の端子間電圧Ｖ３１に基づいて地絡事故が発生したか否かを判別する。地絡事故が発生していない場合は電圧Ｖ３１は約０Ｖになり、地絡事故が発生した場合は電圧Ｖ３１が０Ｖよりも大幅に大きくなるので、地絡事故の発生を高精度で検出することができる。また、従来のように三相変圧器を使用しないので、装置の小型化、低価格化を図ることができる。
　図４は、実施の形態の比較例となる地絡検出回路４０の構成を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図４において、地絡検出回路４０は、抵抗素子４１～４３、増幅器４４、および比較器４５を含む。
　抵抗素子４１，４２の一方端子はそれぞれインバータ５の入力端子５ａ，５ｂに接続され、それらの他方端子はともにノードＮ４１に接続される。抵抗素子４３の一方端子はノードＮ４１に接続され、抵抗素子４３の他方端子は接地電圧ＧＮＤのラインに接続される。
　増幅器４４は、抵抗素子４３の端子間電圧Ｖ４１を増幅する。比較器４５は、増幅器４４の出力電圧Ｖ４４と所定の電圧範囲ＶＲＬ～ＶＲＨ（ＶＲＬ＜ＶＲＨ）とを比較し、比較結果に応じたレベルの信号φＤを出力する。増幅器４４の出力電圧Ｖ４４が所定の電圧範囲内である場合は（ＶＲＬ＜Ｖ４４＜ＶＲＨ）、信号φＤは「Ｌ」レベルにされる。増幅器４４の出力電圧Ｖ４４が所定の電圧範囲外である場合は（Ｖ４４＜ＶＲＬまたはＶＲＨ＜Ｖ４４）、信号φＤは「Ｈ」レベルにされる。
　サイリスタ起動装置において地絡事故が発生していない場合は、インバータ５の入力端子５ａ，５ｂ間の電圧を抵抗素子４１，４２で分圧した電圧がノードＮ４１の電圧Ｖ４１となる。この電圧Ｖ４１は、ある幅で振幅する電圧である。この場合は、ＶＲＬ＜Ｖ４４＜ＶＲＨとなり、信号φＤは非活性化レベルの「Ｌ」レベルになる。
　サイリスタ起動装置において地絡事故が発生した場合は、地絡した地点（たとえばＲ相ラインＲＬ）が抵抗素子４３の他方端子（接地電圧ＧＮＤのライン）に接続され、電流が流れるループができて、抵抗素子４３の端子間に電圧Ｖ４１が発生する。この場合は、Ｖ４４＜ＶＲＬまたはＶＲＨ＜Ｖ４４となり、信号φＤは活性化レベルの「Ｈ」レベルになる。
　以下、実施の形態の地絡検出回路６の地絡検出精度と比較例の地絡検出回路４０の地絡検出精度とを比較する。図５（ａ）～図９（ａ）は、図４（比較例）の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４を示すタイムチャートである。図５（ｂ）～図９（ｂ）は、図３（実施の形態）の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５を示すタイムチャートである。
　また、図５（ｃ）～図９（ｃ）は、図２のＲ相ラインＲＬの電圧Ｖｒ、Ｓ相ラインＳＬの電圧Ｖｓ、およびＴ相ラインＴＬの電圧Ｖｔを示すタイムチャートである。図５（ｄ）～図９（ｄ）は、図２のコンバータ３の低電圧側出力端子３ｂ（インバータ５の低電圧側入力端子５ｂ）の電圧Ｖｎ、コンバータ３の高電圧側出力端子３ａの電圧Ｖｐ１、およびインバータ５の高電圧側入力端子５ａの電圧Ｖｐ２を示すタイムチャートである。電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ，Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２は、比較例と実施の形態で同じである。
　まず図５（ａ）～（ｄ）では、時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図５（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬの地絡事故が発生すると、Ｒ相電圧Ｖｒが０Ｖになり、Ｓ相電圧ＶｓおよびＴ相電圧Ｖｔの振幅が増大する。
　また、図５（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の振幅が増大する。
　比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２－Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図５（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４の振幅が増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４の振幅が変化するので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。
　これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図５（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。
　次に図６（ａ）～（ｄ）では、時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図６（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｐ２が０Ｖになり、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１がともに負電圧側にシフトする。
　また図６（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａの地絡事故が発生すると、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに負電圧側にシフトする。
　比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２－Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図６（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４は負電圧側にシフトする。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４がシフトするので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。また、電圧Ｖ４４の振幅は地絡事故によって減少するので、電圧Ｖ４４の振幅の大小によって地絡事故の発生の有無を判別することはできない。
　これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図６（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。
　また図７（ａ）～（ｄ）では、時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図７（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｎが０Ｖになり、直流電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２がともに正電圧側にシフトする。
　また図７（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂの地絡事故が発生すると、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに正電圧側にシフトする。
　比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２－Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図７（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４は正電圧側にシフトする。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４がシフトするので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。また、電圧Ｖ４４の振幅は地絡事故によって減少するので、電圧Ｖ４４の振幅の大小によって地絡事故の発生の有無を判別することはできない。
　これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図７（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。
　次に図８（ａ）～（ｄ）では、時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図８（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｐ１が０Ｖになり、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ２がともに負電圧側にシフトする。
　また図８（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａの地絡事故が発生すると、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに負電圧側にシフトする。
　比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２－Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図８（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４は負電圧側にシフトする。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４がシフトするので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。
　これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図８（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。
　また図９（ａ）～（ｄ）では、時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図９（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬの地絡事故が発生すると、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの振幅が増大する。
　また、図９（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の振幅が増大する。
　比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２－Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図９（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４の振幅が増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４の振幅が変化するので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。
　これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図９（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。
　図１０は、本実施の形態の変更例となる地絡検出回路５０の構成を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図１０を参照して、この変更例の地絡検出回路５０は、図３の地絡検出回路６の増幅器３５と比較器３６の間に、絶対値演算器５１およびフィルタ回路５２を追加したものである。絶対値演算器５１は、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５の絶対値｜Ｖ３５｜を求め、その絶対値｜Ｖ３５｜に応じたレベルの電圧Ｖ５１を出力する。フィルタ回路５２は、絶対値演算器５１の出力電圧Ｖ５１から高周波成分を除去するローパスフィルタである。比較器３６は、フィルタ回路５２の出力電圧Ｖ５２と所定の参照電圧ＶＲとを比較し、比較結果に応じたレベルの信号φＤを出力する。
　フィルタ回路５２の出力電圧Ｖ５２が参照電圧ＶＲよりも小さい場合は（Ｖ５２＜ＶＲ）、信号φＤは「Ｌ」レベルにされる。フィルタ回路５２の出力電圧Ｖ５２が参照電圧ＶＲよりも大きい場合は（ＶＲ＜Ｖ５２）、信号φＤは「Ｈ」レベルにされる。この変更例では、地絡事故によって増幅器３５の出力電圧Ｖ３５が正電圧になる場合でも、負電圧になる場合でも、地絡事故の発生を容易かつ正確に検出することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　交流電源、２　三相変圧器、３　コンバータ、３ａ　高電圧側出力端子、３ｂ　低電圧側出力端子、４　直流リアクトル、５　インバータ、５ａ　高電圧側入力端子、５ｂ　低電圧側入力端子、６，４０，５０　地絡検出回路、７　制御回路、８　同期電動機、１１～１６，２１～２６　サイリスタ、３１～３４，４１～４３　抵抗素子、３５，４４　増幅器、３６，４５　比較器、５１　絶対値演算器、５２　フィルタ回路、ＲＬ　Ｒ相ライン、ＳＬ　Ｓ相ライン、ＴＬ　Ｔ相ライン、ＵＬ　Ｕ相ライン、ＶＬ　Ｖ相ライン、ＷＬ　Ｗ相ライン。

Claims (9)

  1. 　第１の三相交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を第２の三相交流電力に変換し、第１～第３の交流ライン（ＲＬ，ＳＬ，ＴＬ）を介して負荷（８）に供給する電力変換装置において地絡事故を検出する地絡検出回路（６）であって、
    　第１～第４の抵抗素子（３１～３４）を備え、
    　前記第１～第３の抵抗素子（３１～３３）の一方端子はそれぞれ前記第１～第３の交流ライン（ＲＬ，ＳＬ，ＴＬ）に接続され、前記第１～第３の抵抗素子（３１～３３）の他方端子はともに前記第４の抵抗素子（３４）の一方端子に接続され、前記第４の抵抗素子（３４）の他方端子は接地電圧を受け、
    　さらに、前記第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧に基づいて、前記電力変換装置において前記地絡事故が発生したか否かを判別する判別回路（３６）を備える、地絡検出回路。
  2. 　前記判別回路（３６）は、前記第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧が予め定められた電圧を超えた場合に、前記電力変換装置において前記地絡事故が発生したと判別する、請求項１に記載の地絡検出回路。
  3. 　前記判別回路（３６，５１）は、
    　前記第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧の絶対値を求める絶対値演算器（５１）と、
    　前記絶対値演算器（５１）によって求められた前記第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧の絶対値が予め定められた値を超えた場合に、前記電力変換装置において前記地絡事故が発生したことを示す信号を出力する比較器（３６）とを含む、請求項２に記載の地絡検出回路。
  4. 　前記第２の三相交流電力の周波数は変更可能になっていて、
    　前記負荷は同期電動機（８）であり、
    　前記電力変換装置は、前記同期電動機（８）を起動させるサイリスタ起動装置である、請求項１に記載の地絡検出回路。
  5. 　電力変換装置であって、
    　第１の三相交流電力を直流電力に変換するコンバータ（３）と、
    　前記直流電力を平滑化させる直流リアクトル（４）と、
    　前記コンバータ（３）から前記直流リアクトル（４）を介して与えられた前記直流電力を第２の三相交流電力に変換し、第１～第３の交流ライン（ＲＬ，ＳＬ，ＴＬ）を介して負荷に供給するインバータ（５）と、
    　前記電力変換装置の地絡事故を検出する地絡検出回路（６）と、
    　前記地絡検出回路（６）によって前記地絡事故が検出された場合に前記電力変換装置の運転を停止させる制御回路（７）とを備え、
    　前記地絡検出回路（６）は、
    　第１～第４の抵抗素子（３１～３４）を含み、
    　前記第１～第３の抵抗素子（３１～３３）の一方端子はそれぞれ前記第１～第３の交流ライン（ＲＬ，ＳＬ，ＴＬ）に接続され、前記第１～第３の抵抗素子（３１～３３）の他方端子はともに前記第４の抵抗素子（３４）の一方端子に接続され、前記第４の抵抗素子（３４）の他方端子は接地電圧を受け、
    　さらに、前記第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧に基づいて、前記電力変換装置において前記地絡事故が発生したか否かを判別する判別回路（３６）を含む、電力変換装置。
  6. 　前記判別回路（３６）は、前記第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧が予め定められた電圧を超えた場合に、前記電力変換装置において前記地絡事故が発生したと判別する、請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記判別回路（３６，５１）は、
    　前記第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧の絶対値を求める絶対値演算器（５１）と、
    　前記絶対値演算器（５１）によって求められた前記第４の抵抗素子（３４）の端子間電圧の絶対値が予め定められた値を超えた場合に、前記電力変換装置において前記地絡事故が発生したことを示す信号を出力する比較器（３６）とを含む、請求項６に記載の地絡検出回路。
  8. 　前記第２の三相交流電力の周波数は変更可能になっていて、
    　前記負荷は同期電動機（８）であり、
    　前記電力変換装置は、前記同期電動機（８）を起動させるサイリスタ起動装置である、請求項５に記載の電力変換装置。
  9. 　前記サイリスタ起動装置は、発電所の同期発電機を前記同期電動機（８）として起動させる、請求項８に記載の電力変換装置。
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