(57)【要約】【課題】地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすると共に、微地絡の発生箇所を絞り込むことが可能な微地絡検出装置及び微地絡検出方法を提供する。【解決手段】変圧器１１の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出すると共に、フィーダ２２ａ〜２２ｎの夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出し、検出されたフィーダ２２ａ〜２２ｎの零相電流から今回の微地絡発生のフィーダ２２ａ〜２２ｎを特定し且つ検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定するにあたり、今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定する。【選択図】図７
2010130811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出する中性点零相電流検出手段と、電力分岐系統の夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出する分岐系統零相電流検出手段と、前記分岐系統零相電流検出手段で検出された分岐系統の零相電流から今回の微地絡発生の分岐系統を特定し且つ前記中性点零相電流検出手段で検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定する波形診断装置とを備え、前記波形診断装置は、前記今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定することを特徴とする微地絡検出装置。
【請求項２】
変圧器の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出すると共に、電力分岐系統の夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出し、検出された分岐系統の零相電流から今回の微地絡発生の分岐系統を特定し且つ検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定するにあたり、前記今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定することを特徴とする微地絡検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微地絡検出装置及び微地絡検出方法に関し、特に地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出する方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧配電系統は、電源に接続された複数の母線に、フィーダと呼ばれる分岐配線が複数接続され、フィーダ単位に遮断器が設けられて管理されている。このような高圧配電系統において、高圧ケーブルの絶縁劣化等の原因で地絡事故が発生することがある。この地絡事故対策として、従来の電力系統では、地絡保護継電器を高圧配電系統に設け、地絡事故発生時に事故設備を系統から切離することが行われている。この地絡保護継電器では、保護対象設備の零相電圧と零相電流を検出し、その大きさが双方共に基準レベルを上回り、地絡が自設備側で発生していることを示している状態が一定期間続いた場合に地絡事故と判定され、トリップ動作が行われる。
【０００３】
図１２は、従来の地絡事故対策が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
図１２において、電力系統には、高圧を低圧に変圧する変圧器１１１が設けられている。そして、変圧器１１１は、遮断器１１２を介して高圧配線に接続されると共に、遮断器１１２を介して低圧配線に接続され、変圧器１１１の中性点は接地抵抗１１５を介して接地されている。また、地絡時に変圧器１１１の中性点に発生する零相電流を検出する変流器１２３が設けられ、変流器１２３は地絡過電流継電器１１９に接続されている。なお、変圧器１１１は、例えば１５４ｋＶの高圧を２２ｋＶの低圧に変圧することができる。
【０００４】
また、変圧器１１１の低圧配線側には、フィーダ１２２ａ〜１２２ｎが接続されると共に、計器用変圧器１１４が接続されている。そして、各フィーダ１２２ａ〜１２２ｎに流れる零相電流を検出する零相変流器１１７ａ〜１１７ｎが設けられ、零相変流器１１７ａ〜１１７ｎは地絡方向継電器１１８ａ〜１１８ｎに夫々接続されている。また、計器用変圧器１１４のオープンデルタ回路には地絡過電圧継電器１２０が接続されている。
【０００５】
そして、電力系統に地絡事故が発生すると、変圧器１１１の中性点には零相電流が流れると共に、計器用変圧器１１４のオープンデルタ開度には零相電圧が発生する。このうち、変圧器１１１の中性点に流れた零相電流は変流器１２３にて検出され、その検出結果が地絡過電流継電器１１９に入力されると共に、計器用変圧器１１４のオープンデルタ回路に発生した零相電圧は地絡過電圧継電器１２０に入力される。地絡過電流継電器１１９及び地絡過電圧継電器１２０は、零相電流及び零相電圧が異常値を示した場合、遮断器１１２、１１３などを動作させることで、事故設備を電力系統から切離することができる。
【０００６】
なお、微地絡などの微弱な電圧／電流変動の検出によって遮断動作を行う必要はなく、誤動作しないように地絡過電流継電器１１９及び地絡過電圧継電器１２０が反応しないように、地絡過電流継電器１１９及び地絡過電圧継電器１２０を動作させるときの零相電流及び零相電圧を設定することができる。即ち、地絡過電流継電器１１９及び地絡過電圧継電器１２０を動作させるときの零相電流及び零相電圧は、完全地絡時の零相電流及び零相電圧の３０％感度に設定することができる。
【０００７】
例えば、地絡過電流感度は、２２ｋＶで完全地絡時の値が１００Ａであるとすると、３０％整定値＝３０Ａに設定することができる。また、地絡過電流感度は、６．６ｋＶ又は３．３ｋＶで完全地絡時の値が３０Ａであるとすると、３０％整定値＝９Ａに設定することができる。また、地絡過電圧感度は、完全地絡時の値が１１０Ｖであるとすると、３０％整定値＝３０Ｖに設定することができる。
【０００８】
また、地絡事故の発生時に各フィーダ１２２ａ〜１２２ｎに流れた零相電流は零相変流器１１７ａ〜１１７ｎにて夫々検出され、その検出結果が地絡方向継電器１１８ａ〜１１８ｎに夫々入力される。そして、地絡方向継電器１１８ａ〜１１８ｎは、零相電流が異常値を示した場合、そのフィーダ１２２ａ〜１２２ｎを電力系統から夫々切離することができる。
【０００９】
ここで、零相電流及び零相電圧が異常値を示した場合においても、地絡事故の発生箇所は上位のトランスから下位のトランスの間としか判別することができない。このため、地絡過電流継電器１１９及び地絡過電圧継電器１２０とは別に、地絡方向継電器１１８ａ〜１１８ｎを設けることで、事故が発生したフィーダ１２２ａ〜１２２ｎを特定することができる。
【００１０】
また、例えば、下記特許文献１には、フーリエ変換によって得られた零相電圧と零相電流の所定周波数成分の大きさと位相にて地絡の予兆検出を行うことで、地絡の予兆を誤検出なく高速に検出して警報を発生すると共に、不良の原因の解析に必要な波形データのみを記録として残し、この解析によって知った不良原因と不良箇所から補修作業を迅速に行わせ、地絡事故を未然に防止する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−３００８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の電力系統の地絡事故対策では、地絡事故が起こった後に、事故設備を電力系統から切離するので、地絡事故が発生した箇所の機器の損傷に止まることなく、地絡時の過電圧／過電流によって被害が拡大する恐れがあるという問題があった。
また、前記特許文献１に開示された方法では、地絡過電流継電器１１９及び地絡過電圧継電器１２０が微地絡などの微弱な電圧／電流変動に反応しないようにするため、商用交流電圧に重畳される地絡時の放電波形が直接観測される。このため、数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形を検出する必要があり、検出漏れが発生する恐れがあるだけでなく、そのパルス波形を解析しただけでは、微地絡の発生箇所を特定することができないという問題があった。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすると共に、微地絡の発生箇所を絞り込むことが可能な微地絡検出装置及び微地絡検出方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の微地絡検出装置は、変圧器の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出する中性点零相電流検出手段と、電力分岐系統の夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出する分岐系統零相電流検出手段と、前記分岐系統零相電流検出手段で検出された分岐系統の零相電流から今回の微地絡発生の分岐系統を特定し且つ前記中性点零相電流検出手段で検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定する波形診断装置とを備え、前記波形診断装置は、前記今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の微地絡検出方法は、変圧器の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出すると共に、電力分岐系統の夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出し、検出された分岐系統の零相電流から今回の微地絡発生の分岐系統を特定し且つ検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定するにあたり、前記今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
而して、本発明の微地絡検出装置及び微地絡検出方法によれば、変圧器の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出すると共に、電力分岐系統の夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出し、検出された分岐系統の零相電流から今回の微地絡発生の分岐系統を特定し且つ検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定するにあたり、前記今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定する構成としたため、微地絡発生点で発生した地絡電流が変圧器の中性点に戻るときの比較的穏やかな電流波形によって地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすると共に、微地絡発生時の特徴的な変圧器の中性点の零相電流の電流波形周期から微地絡の発生箇所を絞り込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る微地絡検出装置及び微地絡検出方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
図１において、電力系統には、高圧を低圧に変圧する変圧器１１が設けられている。そして、変圧器１１は、遮断器１２を介して高圧配線に接続されると共に、遮断器１３を介して低圧配線に接続され、変圧器１１の中性点は中性点接地抵抗器１５を介して接地されている。また、地絡時に変圧器１１の中性点に発生する零相電流を検出する変流器２３が設けられ、変流器２３は微地絡電流センサ１６に接続されている。なお、変圧器１１は、例えば、１５４ｋＶの高圧を２２ｋＶの低圧に変圧することができる。ここで、微地絡電流センサ１６は、変圧器１１の中性点に発生する微地絡時の電流波形を検出することができる。
【００１６】
また、変圧器１１の低圧配線側には、フィーダ２２ａ〜２２ｎが接続されると共に、計器用変圧器１４が接続されている。そして、各フィーダ２２ａ〜２２ｎに流れる零相電流を検出する零相変流器１７ａ〜１７ｎが設けられ、零相変流器１７ａ〜１７ｎはフィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎに夫々接続されている。ここで、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎは、各フィーダ２２ａ〜２２ｎに発生する微地絡時の電流波形を夫々検出することができる。
【００１７】
また、計器用変圧器１４のオープンデルタ回路には微地絡電圧センサ１９が接続されている。ここで、微地絡電圧センサ１９は、微地絡時に電力系統の母線に発生する電圧波形を検出することができる。
また、電力系統の母線にはカプラ２０が接続されている。ここで、カプラ２０は、微地絡時に電力系統の母線に発生する各相の電圧変動を検出することができる。なお、カプラ２０としては、コンデンサを用いることができる。
【００１８】
また、微地絡検出装置には波形診断装置２１が設けられ、波形診断装置２１には、微地絡電流センサ１６、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎ、微地絡電圧センサ１９及びカプラ２０が接続されている。ここで、波形診断装置２１は、微地絡電流センサ１６にて検出された微地絡時の電流波形に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。また、波形診断装置２１は、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにて夫々検出された微地絡時の電流波形に基づいて、各フィーダ２２ａ〜２２ｎに発生した微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。また、波形診断装置２１は、地絡電圧センサ１９にて検出された微地絡時の電圧波形に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。また、波形診断装置２１は、カプラ２０にて検出された微地絡時の電圧変動に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。
【００１９】
電力系統の何れかの箇所で微地絡が発生すると、その微地絡の発生箇所で発生した微地絡電流は接地点などを介して変圧器１１の中性点に戻る。変圧器１１の中性点には零相電流が流れると共に、計器用変圧器１４のオープンデルタ回路には零相電圧が発生する。変圧器１１の中性点に発生した電流波形が微地絡電流センサ１６に入力される。そして、変圧器１１の中性点に発生した電流波形が微地絡電流センサ１６にて検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。
【００２０】
また、微地絡の発生時に計器用変圧器１４のオープンデルタ回路に発生した零相電圧は、微地絡電圧センサ１９にて検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。
また、微地絡の発生時に各フィーダ２２ａ〜２２ｎに流れた零相電流は零相変流器１７ａ〜１７ｎにて夫々検出され、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎに夫々入力される。各フィーダ２２ａ〜２２ｎの電流波形がフィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにて夫々検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。
また、微地絡の発生時に電力系統の母線の各相に発生した電圧変動は、カプラ２０にてコンデンサ共振されながら検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。
波形診断装置２１は、微地絡時の電流波形が微地絡電流センサ１６から入力されると、その電流波形に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定する。
【００２１】
ここで、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形から、微地絡の発生箇所又は様相を推定する場合、波形診断装置２１は、完全地絡時の零相電流の３０％感度より小さな範囲で電流波形を検出することにより、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。また、波形診断装置２１は、過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形、特にその電流波形周期を記憶している。そして、波形診断装置２１は、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにて検出された各フィーダ２２ａ〜２２ｎの零相電流から今回の微地絡発生のフィーダ２２ａ〜２２ｎを特定し且つ微地絡電流センサ１６にて検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定する。その際、今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定する。
【００２２】
更に、波形診断装置２１は、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さ及び電流波形の継続時間に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。
例えば、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数Ａ程度の場合、遮断器の不揃い（３相の開閉ズレ）が発生していると推定することができる。
【００２３】
また、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数Ａ程度の場合、硝子類の絶縁劣化（トラッキングなど）が発生していると特定することができる。
また、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数Ａ程度の場合、変圧器やコンデンサなどの内部異常が発生していると推定することができる。
また、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数ｍＡ程度の場合、負荷側（回転機など）の絶縁異常が発生していると推定することができる。
また、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数μＡ程度の場合、２２ｋＶケーブルの異常が発生していると推定することができる。
【００２４】
ここで、微地絡電流センサ１６にて電流波形を検出することにより、微地絡発生点で発生した地絡電流が変圧器１１の中性点に戻るときの電流波形を検出することができ、検出された電流波形を穏やかなものとする（鈍らせる）ことができる。このため、数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形を検出することなく、地絡事故が起こる前の予兆を検出することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすることが可能となると共に、電流波形の形状を検出することが可能となり、微地絡の発生箇所を特定することが可能となる。
【００２５】
また、波形診断装置２１は、微地絡時の電流波形がフィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎから夫々入力されると、その電流波形に基づいて、各フィーダ２２ａ〜２２ｎ上での微地絡の発生箇所又は様相を推定する。
ここで、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにて電流波形を検出することにより、数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形を検出することなく、地絡事故が起こる前の予兆を検出することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすることが可能となると共に、微地絡の発生箇所を各フィーダ２２ａ〜２２ｎ上で特定することが可能となる。
【００２６】
また、波形診断装置２１は、微地絡時の電圧波形が微地絡電圧センサ１９から入力されると、その電圧波形に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定する。
ここで、微地絡電圧センサ１９にて電圧波形を検出することにより、数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形を検出することなく、地絡事故が起こる前の予兆を検出することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすることが可能となる。
【００２７】
また、波形診断装置２１は、微地絡時の電圧変動がカプラ２０から入力されると、その電圧変動に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定する。
ここで、母線の各相に発生した電圧変動をカプラ２０にて検出することにより、コンデンサ共振を起こさせながら電圧変動を検出することができる、数ｎｓｅｃオーダーの急峻なパルス波形を捉えることが可能となることから、電力系統に設けられたケーブルや回転機などの異常を監視することができる。
【００２８】
図２は、図１の電力系統の地絡事故点Ｐにおける放電波形及び変圧器１１の中性点は系を示す図である。
図２において、変圧器１１は、例えば、１５４ｋＶの高圧を２２ｋＶの低圧に変圧し、１００ＭＶＡの出力があるものとする。また、例えば、変圧器１１のリアクトルの値Ｌが０．５Ｈ、各フィーダ２２ａ〜２２ｎの容量Ｃが０．９μＦ、中性点接地抵抗器１５の抵抗値Ｒが１２７Ωであるとする。
そして、例えば、負荷電流Ｉ１が１０００Ａであるとすると、正常時にはＲ相電流（ａ相電流とも言う）、Ｓ相電流（ｂ相電流とも言う）、Ｔ相電流（ｃ相電流とも言う）がバランスし、変圧器１１の中性点に発生する零相電流Ｉ２は０Ａになる。
【００２９】
一方、地絡事故点Ｐにおいて放電があると、地絡事故点Ｐに発生した地絡電流は接地点などを介して変圧器１１の中性点に戻り、変圧器１１の中性点には零相電流Ｉ２が流れる。
ここで、地絡事故点Ｐにて地絡電流を観測すると、５０Ｈｚの交流電圧に重畳されたＲ相放電波形Ｗ１が検出され、このＲ相放電波形Ｗ１は数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形となる。
【００３０】
一方、変圧器１１の中性点には、そのＲ相放電波形Ｗ１がそのまま現れることなく、電力系統のＬＣＲの回路定数に起因して鈍らせられた中性点波形Ｗ２が現れ、この中性点波形Ｗ２の放電の強さは５Ａ、継続時間が数十ｍｓｅｃ程度となる。このため、波形診断装置２１は、急峻なパルス波形となるＲ相放電波形Ｗ１を直接検出することなく、電力系統のＬＣＲで鈍らせられた中性点波形Ｗ２の周期を、過去の地絡事故で発生した中性点波形の周期と比較することで、地絡事故点Ｐの位置又は短絡事故の様相を特定することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を容易に検出することが可能となると共に、微地絡の発生箇所を特定することができる。
【００３１】
図３は、図１の微地絡検出装置における微地絡検出範囲を示す図である。図４において、地絡事故が発生すると、三相の電流／電圧バランスが崩れ、零相電流と零相電圧が発生する。微地絡時にも、数μＡ〜数Ａの零相電流波形及び数Ｖ〜数ｋＶの零相電圧波形が発生する。そして、正常時には発生しないような零相電流波形及び零相電圧波形を検出し、微地絡の段階でそのような零相電流及び零相電圧の変動の大きさと継続時間を解析することにより、大規模な地絡事故を未然に防止することができる。
【００３２】
ここで、正常時には発生しないような零相電流波形又は零相電圧波形から、微地絡の発生箇所又は様相を推定する場合、完全地絡時の零相電流又は零相電圧の３０％感度より小さな範囲Ｓ１で零相電流波形又は零相電圧波形を検出することにより、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。これにより、絶縁が劣化して漏れ電流が対地に数μＡ〜数Ａだけ流れ始め、微弱な電圧変動が発生した時点を早期に検出することができ、重大な地絡事故に至る前に異常箇所を保全したり補修したりすることができる。
【００３３】
図４は、本発明の一実施形態に係る遮断器において、沿面放電が発生したときに検出された零相電流の波形を示す図である。図４において、放電が発生したときには、変圧器１１の中性点には、その放電波形はそのまま現れることなく、電力系統のＬＣＲの回路定数に起因して鈍らせられた波形が現れる。このため、波形診断装置２１は、その鈍らせられた波形を検出することで、遮断器に発生した異常箇所又は様相を推定することができる。
【００３４】
異常電圧を発生させる要因となる部位としては、以下の１）から９）を挙げることができる。そして、発生する異常電圧の大きさは、１）〜９）の順に小さくなる。このため、波形診断装置２１は、異常電圧の大きさを検出することで、異常箇所又は様相を推定することができる。
１）ケーブルの末端の遮断器の不揃い
２）ドライブ装置のコンデンサ成分及び点弧などの不揃い
【００３５】
３）高調波
４）硝子などの沿面放電
５）油入変圧器の内部放電
６）ＰＴなどのアクセサリの内部放電
７）回転機や乾式変圧器の放電
８）ＣＶケーブルの部分放電
９）雷・開閉サージ
【００３６】
図５は、図２の電力系統の地絡事故点Ｐから変圧器１１の中性点までの等価回路を示す図である。本発明者等は、先に、この等価回路で微地絡事故が発生したときに生じると考えられる中性点波形を、今回の微地絡事故で検出された中性点波形と比較することで、微地絡の発生箇所を特定できるのではないかと考えた。
図５において、地絡事故点Ｐで放電が起こると、変圧器１１の中性点と電力ケーブル間に形成される経路を通して零相電流Ｉ２が流れる。この零相電流Ｉ２が流れる経路は、電力系統のＬＣＲの回路定数を用いて等価回路で表すことができる。
【００３７】
即ち、この等価回路では、電力ケーブルの抵抗Ｒ１と電力ケーブルのインダクタンスＬ２と変圧器１１のリアクトルＬ１と中性点接地抵抗器１５とが直列接続される。そして、この直列回路と、電力ケーブルのコンデンサＣ１とが地絡事故点の放電箇所に並列に接続される。従って、この等価回路上に流れる零相電流Ｉ２の波形を計算で求め、図１の微地絡電流センサ１６で検出された零相電流Ｉ２の波形と比較することで、地絡事故点Ｐの位置又は地絡事故の様相を推定することができるのではないかとして、検討を重ねた。
【００３８】
しかしながら、実際の電力系統のＬＣＲの回路定数を正確に設定することは、実質的に困難であり、これらの回路定数が正確に設定されないと、等価回路上に流れる零相電流Ｉ２を正確に求めることもできないので、等価回路上に流れる零相電流Ｉ２と、図１の微地絡電流センサ１６で検出された零相電流Ｉ２の波形とを比較することで、地絡事故点Ｐの位置又は地絡事故の様相を推定することは困難であることが判明した。
【００３９】
そこで、本実施形態では、過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形、特にその電流波形周期を記憶し、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにて検出された各フィーダ２２ａ〜２２ｎの零相電流から今回の微地絡発生のフィーダ２２ａ〜２２ｎを特定し且つ微地絡電流センサ１６にて検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定する。その際、今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定する。なお、記憶される過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形及びその周期は、事故として発生した微地絡の他に、人工的に発生せしめた微地絡のときのものも含まれる。
【００４０】
地絡時に変圧器１１の中性点に発生する零相電流の波形周期（共振周波数）は、その検出地点と地絡箇所までの距離に依存する。距離が長いと、波形周期は長くなり、距離が短いと、波形周期は短くなる。この周期は地絡の強度には因らない。
零相電流の波形周期に影響を与えるのは、地絡地点と検出地点までに存在するインダクタンスと抵抗、そして、その地絡が発生した電力系統全体の静電容量である。地絡が発生した電力系統全体、つまり変圧器１１から各フィーダ２２ａ〜２２ｎまでの静電容量は一定であるから、検出地点から地絡発生箇所までの距離が長くなるとインダクタンスと抵抗が大きくなり、波形周期が長くなる。逆に、検出地点から地絡発生箇所までの距離が短くなるとインダクタンスと抵抗が小さくなり、波形周期が短くなる。
【００４１】
抵抗分は、変圧器１１の中性点の接地抵抗１５とケーブル、遮断器などの電路に依存する抵抗である。インダクタンス分は、変圧器１１の巻線のインダクタンスとケーブルのインダクタンスである。ケーブルの持つ抵抗とインダクタンスは、ケーブルの敷設状況（平行に配列されたケーブルの本数に因る）とケーブル導体の断面積に因る。しかし、抵抗とインダクタンスはケーブルの長さに比例する。従って、敷設状況やケーブルのサイズによって、変圧器１１の中性点に発生する零相電流の波形周期は決まるから、過去の微地絡発生時の変圧器１１の中性点の零相電流の電流波形周期と、今回検出された変圧器１１の中性点の零相電流の電流波形周期とを比較することで、微地絡発生箇所、具体的には変圧器１１からの距離を特定することができる。なお、間欠地絡時以外の零相電流波形は、複数の地絡（放電）の波形が重なってゆがみが生じることになるため、波形をフーリエ変換して正確な波形周期を割り出す必要がある。
【００４２】
図６は、同じ箇所で、異なる時間に発生した４回の地絡時の変圧器１１の中性点の零点電流の電流波形である。前述した零相電流検出値から地絡発生箇所までの距離の関係からは、同じ箇所で発生した地絡時の変圧器１１の中性点の零点電流の電流波形は同じになるはずである。しかしながら、例えば沿面放電などの場合、地絡に関与する抵抗分が変化するため、図６に示すように、零点電流の電流波形の振幅も変化している。地絡地点の条件は以下の通りである。
【００４３】
電圧：２２ｋＶ
ケーブル種類：ＣＶケーブル
断面積：２００ｓｑ
敷設状況：平行４条
中性点から間欠地絡発生場所までの距離：１．１ｋｍ
中性点接地抵抗：１２７Ω
変圧器巻線インダクタンス：０．５Ｈ
【００４４】
これに対し、図７は、図６の４つの零点電流を縦に並べたものであるが、図７から明らかなように、これらの零点電流の周期、特に最大値・最小値間の、所謂ピーク・トゥ・ピーク（ｐ−ｐ）の周期は同じである。図８は、同じフィーダ２２ａ〜２２ｎ内の異なる箇所で発生した地絡時の変圧器１１の中性点の零点電流を縦に並べたものである。同図から明らかなように、同じフィーダ２２ａ〜２２ｎ内でも、発生箇所が異なると、地絡時の変圧器１１の中性点の零点電流の周期、特にｐ−ｐの周期が異なる。従って、過去に発生した地絡時の変圧器１１の中性点の零相電流の電流波形周期を各フィーダ２２ａ〜２２ｎ毎に記憶し、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎで検出された零相電流から微地絡の発生したフィーダ２２ａ〜２２ｎを特定し、今回発生した地絡時の変圧器１１の中性点の零相電流の電流波形周期と同じ周期の電流波形周期を過去の中性点零相電流から検索し、検索された変圧器１１の中性点の零相電流の電流波形周期の地絡発生点が今回の地絡発生点であると特定することができる。
【００４５】
図９は、波形診断装置２１内に設けられたコンピュータシステムで、地絡発生箇所を特定するための演算処理のフローチャートである。
この演算処理は、例えば所定のサンプリング周期毎にタイマ割込によって実行され、まずステップＳ１で、変圧器１１の中性点の零相電流から微地絡が発生したか否かを判定し、微地絡が発生した場合にはステップＳ２に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
ステップＳ２では、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎで検出された零相電流から微地絡の発生したフィーダ（方向）２２ａ〜２２ｎを特定する。
【００４６】
次にステップＳ３に移行して、微地絡電流センサ１６で検出された変圧器１１の中性点の零相電流に生じた電流波形の周期（ｐ−ｐ値）を算出する。
次にステップＳ４に移行して、前記ステップＳ３で算出された零相電流波形の周期と同等の周期を、過去に生じた中性点の零相電流波形から検索する。
次にステップＳ５に移行して、前記ステップＳ３で算出された零相電流波形の周期と同等の周期を、過去に生じた中性点の零相電流波形から検出することができたか否かを判定し、同等の周期を検出できた場合にはステップＳ６に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
【００４７】
ステップＳ６では、前記ステップＳ４で検出された零相電流波形の周期が同等であった過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所（距離）として特定してからメインプログラムに復帰する。
このように、本実施形態の微地絡検出装置によれば、変圧器１１の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出すると共に、フィーダ２２ａ〜２２ｎの夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出し、検出されたフィーダ２２ａ〜２２ｎの零相電流から今回の微地絡発生のフィーダ２２ａ〜２２ｎを特定し且つ検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定するにあたり、今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定することとしたため、微地絡発生点で発生した地絡電流が変圧器１１の中性点に戻るときの比較的穏やかな電流波形によって地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすると共に、微地絡発生時の特徴的な変圧器１１の中性点の零相電流の電流波形周期から微地絡の発生箇所を絞り込むことができる。
【００４８】
図１０は、本発明の第２実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
図１０において、この微地絡検出装置には、前記図１の構成に加え、微地絡時の電流波形の振幅を減衰させる補償回路２４が設けられ、補償回路２４は変圧器１１の中性点に接続されている。なお、補償回路２４は、小規模な電力系統を大規模な電力系統に見かけ上変換するために用いることができ、例えば、ＬＣＲ回路から構成することができる。
【００４９】
前記第１実施形態と同様に、電力系統の何れかの箇所で微地絡が発生すると、その微地絡の発生箇所で発生した微地絡電流は接地点などを介して変圧器１１の中性点に戻る。変圧器１１の中性点に零相電流が流れると、その零相電流は補償回路２４を介して中性点接地抵抗器１５に流れ、変流器２３にて検出された後、微地絡電流センサ１６に入力される。変圧器１１の中性点に発生した電流波形が微地絡電流センサ１６にて検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。波形診断装置２１では、前記第１実施形態と同様にして、微地絡が発生したフィーダ２２ａ〜２２ｎを特定すると共に、そのフィーダ２２ａ〜２２ｎ中の微地絡発生箇所（距離）を特定する。
【００５０】
ここで、変圧器１１の中性点に流れた零相電流を補償回路２４を介して微地絡電流センサ１６にて検出することにより、振動が減衰された電流波形を検出することができ、電力系統の規模に関わりなく、電流波形の検出を容易にすることができる。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
【００５１】
図１１において、電力系統には、高圧を低圧に変圧する変圧器３１が設けられている。そして、変圧器３１は、遮断器３２を介して高圧配線に接続されると共に、遮断器３３を介して低圧配線に接続され、変圧器３１の中性点は中性点接地抵抗３５を介して接地されている。また、地絡時に変圧器３１の中性点に発生する零相電流を検出する変流器４３が設けられ、変流器４３は、微地絡電流センサ３６に接続されると共に、地絡過電流継電器５２に接続されている。また、微地絡電流センサ３６は、微地絡警報装置５１に接続されている。なお、変圧器３１は、例えば、１５４ｋＶの高圧を２２ｋＶの定圧に変圧することができる。
【００５２】
ここで、微地絡電流センサ３６は、変圧器３１の中性点に発生する微地絡時の電流波形を検出することができる。また、微地絡警報装置５１は、例えば、微地絡電流センサ３６にて検出された零相電流が数ｍＡで数ｍｓｅｃ以上継続した場合に警報を出すことができる。また、地絡過電流継電器５２は、完全地絡時の零相電流の３０％感度でトリップ動作をすることができ、例えば、２２ｋＶで完全地絡時の値が１００Ａであるとすると、変流器４３にて検出された零相電流が３０Ａに達すると、遮断器３２、３３を動作させることができる。
【００５３】
また、変圧器３１の低圧配線側には、遮断器４４ａ〜４４ｎを夫々介してフィーダ４２ａ〜４２ｎが接続されている。各フィーダ４２ａ〜４２ｎに流れる零相電流を検出する零相変流器３７ａ〜３７ｎが設けられ、零相変流器３７ａ〜３７ｎは、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎに夫々接続されると共に、地絡方向継電器５４ａ〜５４ｎに夫々接続されている。また、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎは、微地絡警報装置５３に接続されている。
【００５４】
フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎは、各フィーダ４２ａ〜４２ｎに発生する微地絡時の電流波形を夫々検出することができる。また、微地絡警報装置５３は、例えば、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎの何れかにて検出された零相電流が１００ｍＡで１００ｍｓｅｃ以上継続した場合に警報を出すことができる。また、地絡方向継電器５４ａ〜５４ｎは、完全地絡時の零相電流の３０％感度で夫々トリップ動作をすることができ、例えば２２ｋＶで完全地絡時の値が１００Ａであるとすると、零相変流器３７ａ〜３７ｎにて夫々検出された零相電流が３０Ａに達すると、遮断器４４ａ〜４４ｎを夫々動作させることができる。
【００５５】
また、電力系統の母線にはカプラ４０が接続されている。カプラ４０は、微地絡時に電力系統の母線に発生する各相の電圧変動を検出することができる。なお、カプラ４０としては、コンデンサを用いることができる。
また、微地絡検出装置には波形診断装置４１が設けられ、波形診断装置４１には、微地絡警報装置５１、５３及びカプラ４１が接続されている。波形診断装置４１は、微地絡警報装置５１から出力された微地絡時の電流波形に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。また、波形診断装置４１は、微地絡警報装置５３から出力された微地絡時の電流波形に基づいて、各フィーダ４２ａ〜４２ｎに発生した微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。また、波形診断装置４１は、カプラ４０にて検出された微地絡時の電圧変動に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。
【００５６】
電力系統の何れかの箇所で微地絡が発生すると、その微地絡の発生箇所で発生した微地絡電流は接地点などを介して変圧器３１の中性点に戻る。変圧器３１の中性点に零相電流が流れると、変圧器３１の中性点に流れた零相電流は変流器４３にて検出され、微地絡電流センサ３６に入力される。そして、変圧器３１の中性点に発生した電流波形が微地絡電流センサ３６にて検出され、その検出結果が微地絡警報装置５２に入力されると共に、微地絡警報装置５２を介して波形診断装置４１に入力される。
【００５７】
微地絡警報装置５２は、微地絡時の電流波形が微地絡電流センサ３６から入力されると、微地絡電流センサ３６にて検出された零相電流が数ｍＡで数ｍｓｅｃ以上継続したかどうかを判断し、その零相電流が数ｍＡで数ｍｓｅｃ以上継続した場合に警報を出す。また、波形診断装置４１は、微地絡時の電流波形が微地絡警報装置５２から入力されると、その電流波形に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定する。
【００５８】
また、微地絡の発生時に各フィーダ４２ａ〜４２ｎに流れた零相電流は零相変流器３７ａ〜３７ｎにて夫々検出され、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎに夫々入力される。そして、各フィーダ４２ａ〜４２ｎの電流波形がフィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎにて夫々検出され、その検出結果が微地絡警報装置５３に入力されると共に、微地絡警報装置５３を介して波形診断装置４１に入力される。
【００５９】
微地絡警報装置５３は、微地絡時の電流波形がフィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎから入力されると、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎにて検出された零相電流が１００ｍＡで１００ｍｓｅｃ以上継続したかどうかを判断し、その零相電流が１００ｍＡで１００ｍｓｅｃ以上継続した場合に警報を出す。また、波形診断装置４１は、微地絡時の電流波形が微地絡警報装置５３から入力されると、その電流波形に基づいて、各フィーダ４２ａ〜４２ｎ上での微地絡の発生箇所又は様相を推定する。
【００６０】
また、微地絡の発生時に電力系統の母線の各相に発生した電圧変動は、カプラ４０にてコンデンサ共振されながら検出され、その検出結果が波形診断装置４１に入力される。波形診断装置４１は、微地絡時の電圧変動がカプラ４０から入力されると、その電圧変動に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定する。
また、変流器４３にて検出された零相電流の検出値は、地絡過電流継電器５２に入力される。そして、地絡過電流継電器５２は、変流器４３にて検出された零相電流が３０Ａを越えたかどうかを判断し、その零相電流が３０Ａを越えた場合、遮断器１１２、１１３を動作させることで、事故設備を電力系統から切離する。
【００６１】
また、各零相変流器３７ａ〜３７ｎにて検出された零相電流の検出値は、地絡方向継電器５４ａ〜５４ｎに夫々入力される。そして、各地絡方向継電器５４ａ〜５４ｎは、零相変流器３７ａ〜３７ｎにて夫々検出された零相電流が３０Ａを越えたかどうかを判断し、その零相電流が３０Ａを越えた場合、遮断器４４ａ〜４４ｎを動作させることで、事故設備を電力系統から切離する。
【００６２】
微地絡がフィーダ４２ａ〜４２ｎの何れかで発生した場合、波形診断装置４１は、前記第１、第２実施形態と同様に、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎで検出された零相電流から微地絡が発生したフィーダ２２ａ〜２２ｎを特定すると共に、微地絡電流センサ３６で検出された変圧器３１の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の過去の微地絡発生時の零相電流波形周期を検索し、検出された過去の微地絡発生箇所を、そのフィーダ２２ａ〜２２ｎ中の微地絡発生箇所（距離）として特定する。
これにより、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を容易に検出しながら、微地絡の発生箇所を特定することが可能となると共に、地絡事故発生時に事故設備を系統から切離することができ、地絡事故発生時の被害の拡大を防止することが可能となると共に、重大な地絡事故に至る前に異常箇所を保全したり補修したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電力系統の地絡事故点における放電波形及び変圧器の中性点波形を示す説明図である。
【図３】図１の微地絡検出装置における微地絡検出範囲を示す説明図である。
【図４】遮断器に沿面放電が発生したときに検出された零相電圧及び零相電流の波形説明図である。
【図５】図１の電力系統の地絡事故点から変圧器の中性点までの等価回路図である。
【図６】同じ箇所で異なる時間に発生した微地絡時の変圧器中性点零相電流の電流波形図である。
【図７】同じ箇所で異なる時間に発生した微地絡時の変圧器中性点零相電流の電流波形図である。
【図８】異なる箇所で発生した微地絡時の変圧器中性点零相電流の電流波形図である。
【図９】微地絡発生箇所特定のための演算処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】従来の地絡事故対策が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６４】
１１、３１、１１１  変圧器
１２、１３、３２、３３、１１２、１１３  遮断器
１４、１１４  計器用変圧器
１５、３５、１１５  中性点接地抵抗器
１６、３６  微地絡電流センサ
１８ａ〜１８ｎ、３８ａ〜３８ｎ  フィーダ用微地絡電流センサ
１７ａ〜１７ｎ、３７ａ〜３７ｎ、１１７ａ〜１１７ｎ  零相変流器
１９  微地絡電圧センサ
２０、４０  カプラ
２１、４１  波形診断装置
２２ａ〜２２ｎ、１２２ａ〜１２２ｎ  フィーダ
２３、４３、１２３  変流器
２４  補償回路
５１、５３  微地絡警報装置
５２、１１９  地絡過電流継電器
５４ａ〜５４ｎ、１１８ａ〜１１８ｎ  地絡方向継電器
【図１】
2010130811.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010130811.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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