(57)【要約】【課題】高価な接地型計器用変圧器および中性点抵抗器を設置する必要なく電力ケーブル線路の地絡保護を行うことができる電力ケーブル地絡検出装置などを提供する。【解決手段】電力ケーブル地絡検出装置１０は、電力ケーブル線路を構成するＲ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル２R，２S，２Tに設置された零相変流器５から入力される零相電流Ｉ0と、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル２R，２S，２Tの金属シースを接地するためのシースアース線４に設置されたシース電流検出用変流器６から入力されるシース電流ＩSとに基づいて電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出する地絡事故発生検出手段として機能する地絡事故判定回路１２、シース電流比較回路１３および論理積回路１４を具備する。【選択図】図２
2010187446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出するための電力ケーブル地絡検出装置（１０）であって、
前記電力ケーブル線路を構成する電力ケーブル（２R，２S，２T）に設置された零相変流器（５）から入力される零相電流（Ｉ0）と、該電力ケーブルの金属シースを接地するためのシースアース線（４）に設置されたシース電流検出用変流器（６）から入力されるシース電流（ＩS）とに基づいて、該電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出する地絡事故発生検出手段（１２〜１４）を具備することを特徴とする、電力ケーブル地絡検出装置。
【請求項２】
前記地絡事故発生検出手段が、
前記零相電流の電流値が零相電流整定値以上であり、かつ、該零相電流と前記シース電流との位相差が位相整定値内に入っていると、出力信号を出力する地絡事故判定手段（１２）と、
前記シース電流の電流値がシース電流整定値以上であると、出力信号を出力するシース電流比較手段（１３）と、
前記地絡事故判定回路および前記シース電流比較回路の両方から出力信号が入力されると、地絡検出信号を出力する地絡検出信号出力手段（１４）と、
を備えることを特徴とする、請求項１記載の電力ケーブル地絡検出装置。
【請求項３】
前記電力ケーブル線路が、前記電力ケーブルの区間と該電力ケーブル以外の区間とを有し、
前記位相整定値が、電力ケーブル区間内位相整定値および電力ケーブル区間外位相整定値を含み、
前記地絡事故判定手段が、前記零相電流と前記シース電流との位相差が前記電力ケーブル区間内位相整定値内に入っていると、前記電力ケーブルの区間内で地絡事故が発生したと判定し、一方、前記零相電流と前記シース電流との位相差が前記電力ケーブル区間外位相整定値内に入っていると、前記電力ケーブル以外の区間で地絡事故が発生したと判定する、
ことを特徴とする、請求項２記載の電力ケーブル地絡検出装置。
【請求項４】
前記シース電流整定値が、商用電源周波数を“ｆ”とし、前記電力ケーブルの心線と金属シースとの間の静電容量を“Ｃa”とし、所定の地絡抵抗時の零相電圧を“Ｖ0”とすると、２πｆＣaＶ0よりも小さい値に設定されることを特徴とする、請求項２または３記載の電力ケーブル地絡検出装置。
【請求項５】
地絡事故から電力ケーブル線路を保護するための電力ケーブル地絡保護装置（５０）であって、
前記電力ケーブル線路を構成する電力ケーブル（２1〜２4）に設置された零相変流器（５1〜５4）から入力される零相電流（Ｉ01〜Ｉ04）と、該電力ケーブルの金属シースを接地するためのシースアース線（４1〜４4）に設置されたシース電流検出用変流器（６1〜６4）から入力されるシース電流（ＩS1〜ＩS4）とに基づいて、該電力ケーブル線路における地絡事故の有無を判定する判定手段（５２，５３）を具備することを特徴とする、電力ケーブル地絡保護装置。
【請求項６】
前記電力ケーブル地絡保護装置が、前記電力ケーブル線路の地絡保護を電流要素および電圧要素の両方により行う地絡保護継電器の代わりとして使用されることを特徴とする、請求項５記載の電力ケーブル地絡保護装置。
【請求項７】
母線（１）から分岐された複数の電力ケーブル線路を地絡事故から保護するための電力ケーブル地絡保護装置（５０）であって、
前記複数の電力ケーブル線路をそれぞれ構成する複数の電力ケーブル（２1〜２4）にそれぞれ設置された複数の零相変流器（５1〜５4）からそれぞれ入力される複数の零相電流（Ｉ01〜Ｉ04）と、該複数の電力ケーブルの金属シースをそれぞれ接地するための複数のシースアース線（４1〜４4）に設置された複数のシース電流検出用変流器（６1〜６4）からそれぞれ入力される複数のシース電流（ＩS1〜ＩS4）とに基づいて、前記電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出するとともに地絡事故があった事故回線を特定する地絡事故検出手段（５２，５３）を具備することを特徴とする、電力ケーブル地絡保護装置。
【請求項８】
前記地絡事故検出手段が、
前記複数の電力ケーブル線路のうちの一つの電力ケーブル線路について、前記零相電流と前記シース電流との位相差が位相整定値内に入っていると、該一つの電力ケーブル線路に地絡事故が発生したと判定するとともに該一つの電力ケーブル線路を事故回線として特定する地絡事故判定手段（５２）と、
該地絡事故判定手段によって事故回線として特定された前記一つの電力ケーブル線路について前記シース電流の電流値がシース電流整定値以上であると、出力信号を出力するシース電流比較手段（５３）と、
を備えることを特徴とする、請求項７記載の電力ケーブル地絡保護装置。
【請求項９】
前記電力ケーブル線路が、前記電力ケーブルの区間と該電力ケーブル以外の区間とを有し、
前記位相整定値が、電力ケーブル区間内位相整定値および電力ケーブル区間外位相整定値を含み、
前記地絡事故判定手段が、前記零相電流と前記シース電流との位相差が前記電力ケーブル区間内位相整定値内に入っていると、前記電力ケーブルの区間で地絡事故が発生したと判定し、一方、前記零相電流と前記シース電流との位相差が前記電力ケーブル区間外位相整定値内に入っていると、前記電力ケーブル以外の区間で地絡事故が発生したと判定する、
ことを特徴とする、請求項８記載の電力ケーブル地絡保護装置。
【請求項１０】
前記シース電流比較手段によって前記シース電流の電流値が前記シース電流整定値以上であるとされたことを条件に、前記複数の電力ケーブル線路のうち前記地絡事故判定手段によって事故回線として特定された電力ケーブル線路に設置されている遮断器（７1〜７４）を一括遮断するためのトリップ信号（ＴＲ）を生成するリレー出力手段（５４）をさらに具備することを特徴とする、請求項８または９いずれかに記載の電力ケーブル地絡保護装置。
【請求項１１】
前記シース電流整定値が、商用電源周波数を“ｆ”とし、前記電力ケーブルの心線と金属シースとの間の静電容量を“Ｃi”とし、所定の地絡抵抗時の零相電圧を“Ｖ0”とすると、２πｆＣiＶ0よりも小さい値に設定されることを特徴とする、請求項８乃至１０いずれかに記載の電力ケーブル地絡保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力ケーブル地絡検出装置および電力ケーブル地絡保護装置に関し、特に、非接地系の電力系統において電力ケーブル線路の地絡保護に好適な電力ケーブル地絡検出装置および電力ケーブル地絡保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接地系の電力系統における電力ケーブル線路の地絡保護の方法として、零相電圧を入力とする地絡過電圧継電器のみを用いて事故遮断を行う方法と、零相電圧および零相電流を入力とする地絡方向継電器を用いて事故遮断する方法とがある。
【０００３】
また、零相電圧を用いずに確実に事故回線を遮断する手法として、下記の特許文献１に開示されている地絡回線選択保護継電装置では、電流検出器で検出された線路零相電流および中性点零相電流の比が１／回線数よりも大きいか否かを判定し、比が１／回線数よりも大きい場合に地絡事故発生と判定し遮断信号を遮断器に供給して事故回線を母線から分離することにより、地絡事故時における事故点抵抗の大小にかかわらず確実に事故回線を遮断することができるようにしている。
【０００４】
なお、下記の特許文献２に開示されている微地絡検出装置では、負荷機器が絶縁劣化して微地絡電流が主回路ケーブルに流れると、接地型変流器の２次側には主回路ケーブルの対地充電電流の不平衡分電流に微地絡電流が重畳した電流が流れるのに対して、シースアース線に設けられた接地型変流器では主回路ケーブルの対地充電電流の不平衡分電流のみが検出される結果、２つの接地型変流器の検出出力が比較判定装置で減算され、負荷機器の絶縁劣化に起因する微地絡電流のみが検出される構成を採用することにより、非接地系電源系統の配電線に接続される負荷機器などの絶縁劣化状態を高感度に検出することができるようにしている。
【特許文献１】特開平５−３２８５８８号公報
【特許文献２】特開平５−０７６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、地絡過電圧継電器や地絡方向継電器を用いた地絡保護では、零相電圧（電圧要素）を取り込むための高価な接地型計器用変圧器（ＧＰＴ）を設置する必要があるという問題があった。
また、上記の特許文献１に開示されている地絡回線選択保護継電装置では、零相電圧（電圧要素）を用いずに地絡事故の有無を判定することはできるが、中性点抵抗器（ＮＧＲ）に流れる中性点零相電流と線路零相電流とを比較する必要があるため、非接地系の電力系統においては高価な中性点抵抗器を新たに設置する必要があるという問題がある。
なお、上記の特許文献２に開示されている微地絡検出装置では、シースアース線に設けられた接地型変流器は、主回路ケーブルの対地充電電流の不平衡分電流のみを検出し、主回路ケーブルに設けられた接地型変流器によって検出された主回路ケーブルの対地充電電流の不平衡分電流に微地絡電流が重畳した電流と減算して、負荷機器の絶縁劣化に起因する微地絡電流のみを検出するためのものである。
【０００６】
本発明の目的は、高価な接地型計器用変圧器および中性点抵抗器を設置する必要なく電力ケーブル線路の地絡保護を行うことができる電力ケーブル地絡検出装置および電力ケーブル地絡保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電力ケーブル地絡検出装置は、電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出するための電力ケーブル地絡検出装置（１０）であって、前記電力ケーブル線路を構成する電力ケーブル（２R，２S，２T）に設置された零相変流器（５）から入力される零相電流（Ｉ0）と、該電力ケーブルの金属シースを接地するためのシースアース線（４）に設置されたシース電流検出用変流器（６）から入力されるシース電流（ＩS）とに基づいて、該電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出する地絡事故発生検出手段（１２〜１４）を具備することを特徴とする。
ここで、前記地絡事故発生検出手段が、前記零相電流の電流値が零相電流整定値以上であり、かつ、該零相電流と前記シース電流との位相差が位相整定値内に入っていると、出力信号を出力する地絡事故判定手段（１２）と、前記シース電流の電流値がシース電流整定値以上であると、出力信号を出力するシース電流比較手段（１３）と、前記地絡事故判定回路および前記シース電流比較回路の両方から出力信号が入力されると、地絡検出信号を出力する地絡検出信号出力手段（１４）とを備えてもよい。
前記電力ケーブル線路が、前記電力ケーブルの区間と該電力ケーブル以外の区間とを有し、前記位相整定値が、電力ケーブル区間内位相整定値および電力ケーブル区間外位相整定値を含み、前記地絡事故判定手段が、前記零相電流と前記シース電流との位相差が前記電力ケーブル区間内位相整定値内に入っていると、前記電力ケーブルの区間内で地絡事故が発生したと判定し、一方、前記零相電流と前記シース電流との位相差が前記電力ケーブル区間外位相整定値内に入っていると、前記電力ケーブル以外の区間で地絡事故が発生したと判定してもよい。
前記シース電流整定値が、商用電源周波数を“ｆ”とし、前記電力ケーブルの心線と金属シースとの間の静電容量を“Ｃa”とし、所定の地絡抵抗時の零相電圧を“Ｖ0”とすると、２πｆＣaＶ0よりも小さい値に設定されてもよい。
本発明の電力ケーブル地絡保護装置は、地絡事故から電力ケーブル線路を保護するための電力ケーブル地絡保護装置（５０）であって、前記電力ケーブル線路を構成する電力ケーブル（２1〜２4）に設置された零相変流器（５1〜５4）から入力される零相電流（Ｉ01〜Ｉ04）と、該電力ケーブルの金属シースを接地するためのシースアース線（４1〜４4）に設置されたシース電流検出用変流器（６1〜６4）から入力されるシース電流（ＩS1〜ＩS4）とに基づいて、該電力ケーブル線路における地絡事故の有無を判定する判定手段（５２，５３）を具備することを特徴とする。
ここで、前記電力ケーブル地絡保護装置が、前記電力ケーブル線路の地絡保護を電流要素および電圧要素の両方により行う地絡保護継電器の代わりとして使用されてもよい。
また、本発明の電力ケーブル地絡保護装置は、母線（１）から分岐された複数の電力ケーブル線路を地絡事故から保護するための電力ケーブル地絡保護装置（５０）であって、前記複数の電力ケーブル線路をそれぞれ構成する複数の電力ケーブル（２1〜２4）にそれぞれ設置された複数の零相変流器（５1〜５4）からそれぞれ入力される複数の零相電流（Ｉ01〜Ｉ04）と、該複数の電力ケーブルの金属シースをそれぞれ接地するための複数のシースアース線（４1〜４4）に設置された複数のシース電流検出用変流器（６1〜６4）からそれぞれ入力される複数のシース電流（ＩS1〜ＩS4）とに基づいて、前記電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出するとともに地絡事故があった事故回線を特定する地絡事故検出手段（５２，５３）を具備することを特徴とする。
ここで、前記地絡事故検出手段が、前記複数の電力ケーブル線路のうちの一つの電力ケーブル線路について、前記零相電流と前記シース電流との位相差が位相整定値内に入っていると、該一つの電力ケーブル線路に地絡事故が発生したと判定するとともに該一つの電力ケーブル線路を事故回線として特定する地絡事故判定手段（５２）と、該地絡事故判定手段によって事故回線として特定された前記一つの電力ケーブル線路について前記シース電流の電流値がシース電流整定値以上であると、出力信号を出力するシース電流比較手段（５３）とを備えてもよい。
前記電力ケーブル線路が、前記電力ケーブルの区間と該電力ケーブル以外の区間とを有し、前記位相整定値が、電力ケーブル区間内位相整定値および電力ケーブル区間外位相整定値を含み、前記地絡事故判定手段が、前記零相電流と前記シース電流との位相差が前記電力ケーブル区間内位相整定値内に入っていると、前記電力ケーブルの区間で地絡事故が発生したと判定し、一方、前記零相電流と前記シース電流との位相差が前記電力ケーブル区間外位相整定値内に入っていると、前記電力ケーブル以外の区間で地絡事故が発生したと判定してもよい。
前記シース電流比較手段によって前記シース電流の電流値が前記シース電流整定値以上であるとされたことを条件に、前記複数の電力ケーブル線路のうち前記地絡事故判定手段によって事故回線として特定された電力ケーブル線路に設置されている遮断器（７1〜７４）を一括遮断するためのトリップ信号（ＴＲ）を生成するリレー出力手段（５４）をさらに具備してもよい。
前記シース電流整定値が、商用電源周波数を“ｆ”とし、前記電力ケーブルの心線と金属シースとの間の静電容量を“Ｃi”とし、所定の地絡抵抗時の零相電圧を“Ｖ0”とすると、２πｆＣiＶ0よりも小さい値に設定されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電力ケーブル地絡検出装置および電力ケーブル地絡保護装置は、以下に示す効果を奏する。
（１）零相電圧（電圧要素）を用いる必要がないので、零相電圧を取り込むための高価な接地型計器用変圧器を設置する必要がない。
（２）ＮＧＲ電流を用いる必要がないので、非接地系の電力系統においても新たに高価な中性点抵抗器を設置する必要がない。
（３）接地型計器用変圧器を設置する必要がないため高圧接触部をなくすことができるので、作業の安全性を向上させることができる。
（４）配電系統の中間に電力ケーブルが布設されている場合でも、クランプ型の零相変流器および地絡電流検出用変流器を設置するだけで電力ケーブルの区間での地絡事故を検出することができる。
（５）地絡方向継電器と共に用いられている地絡過電圧継電器をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上記の目的を、電力ケーブル線路を構成する電力ケーブルの金属シースを接地するためのシースアース線にシース電流検出用変流器を設置し、シース電流検出用変流器から入力されるシース電流を電圧要素の代わりに用いて電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出することにより実現した。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の電力ケーブル地絡検出装置および電力ケーブル地絡保護装置の実施例について、図面を参照して説明する。
本発明の一実施例による電力ケーブル地絡検出装置１０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、クランプ型の零相変流器（ＺＣＴ）５から入力される零相電流Ｉ0とクランプ型のシース電流検出用変流器６から入力されるシース電流ＩSとに基づいて、電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出することを特徴とする。
【００１１】
ここで、零相変流器５は、電力ケーブル線路を構成するＲ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル２R，２S，２TとＲ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル２R，２S，２Tの金属シースを接地するためのシースアース線４とを貫通させて、零相電流Ｉ0を検出するためのものである。なお、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル２R，２S，２Tの電源端と反対側の端は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相架空配電線３R，３S，３Tとそれぞれ接続されている。
シース電流検出用変流器６は、シースアース線４を貫通させて、シース電流ＩSを検出するためのものである。
【００１２】
電力ケーブル地絡検出装置１０は、図２に示すように、入力回路１１と、地絡事故判定回路１２と、シース電流比較回路１３と、論理積回路１４とを具備する。
【００１３】
入力回路１１は、入力変換器、バンドパスフィルタ、サンプリングホールド回路、マルチプレクサ回路およびアナログ／ディジタル変換器を備え、零相変流器５から入力される零相電流Ｉ0とシース電流検出用変流器６から入力されるシース電流ＩSとを、地絡事故判定回路１２およびシース電流比較回路１３における処理を行うためのディジタルデータに変換する。
【００１４】
地絡事故判定回路１２は、入力回路１１から入力されるディジタルデータに変換された零相電流Ｉ0の電流値が零相電流整定値（たとえば、従来の地絡方向継電器で用いられている地絡抵抗６０００Ω時の零相電流値）以上であり、かつ、零相電流Ｉ0とシース電流ＩSとの位相差が位相整定値内に入っていると、ハイレベルの出力信号を論理積回路１４に出力する。
【００１５】
シース電流比較回路１３は、入力回路１１から入力されるディジタルデータに変換されたシース電流ＩSの電流値がシース電流整定値以上であると、ハイレベルの出力信号を論理積回路１４に出力する。
【００１６】
ここで、位相整定値およびシース電流整定値は、以下のようにして決められる。
たとえば図１（ａ）に示すようにＴ相電力ケーブル２T（電力ケーブルの区間）において地絡事故が発生すると、事故電流はＴ相電力ケーブル２Tの電源端→Ｔ相電力ケーブル２Tの地絡点→Ｔ相電力ケーブル２Tの金属シース→シースアース線４→シースアース線４の接地点という経路で流れるため、零相電流Ｉ0とシース電流ＩSとの位相関係およびシース電流ＩSの電流値は次式で表される。
θ(Ｉ0)−１８０°＝θ(ＩS)
ＩS＝Ｉg−ＩCa−ＩCb
ここで、
Ｉg＝Ｔ相電力ケーブル２Tの地絡点に流れる地絡電流
ＩCa＝Ｔ相電力ケーブル２Tの心線と金属シースとの間の静電容量Ｃa（ここでは、Ｒ相およびＳ相電力ケーブル２R，２Sの心線と金属シースとの間の静電容量もＣaとする。）を流れる電流
ＩCb＝Ｔ相架空配電線３Tと大地と間の静電容量Ｃb（ここでは、Ｒ相およびＳ相架空配電線３R，３Sと大地間の静電容量もＣbとする。）を流れる電流
一方、たとえば図１（ｂ）に示すようにＴ相電力ケーブル２Tと接続されたＴ相架空配電線３T（電力ケーブル以外の区間）において地絡事故が発生すると、事故電流はＴ相電力ケーブル２Tの電源端→Ｔ相架空配電線３T→Ｔ相架空配電線３Tの地絡点という経路で流れるため、零相電流Ｉ0とシース電流ＩSとの位相関係は次式で表される。
θ(Ｉ0)＝θ(ＩS)
シース電流ＩSの電流値は２πｆＣaＶ0（“ｆ”は商用電源周波数、“Ｖ0”はたとえば地絡抵抗６０００Ω時の零相電圧）以上とはならない。
そこで、位相整定値は、１８０°±α（たとえば、α＝１０°）の範囲が電力ケーブル区間内位相整定値として設定され、０°±α（たとえば、α＝１０°）の範囲が電力ケーブル区間外位相整定値として設定される。また、シース電流整定値は、２πｆＣaＶ0よりも小さい値に設定される。
【００１７】
論理積回路１４は、地絡事故判定回路１２の出力信号とシース電流比較回路１３の出力信号との論理積をとり、両者が共にハイレベルであると、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル２R，２S，２Tにおける地絡事故発生を示すハイレベルの地絡検出信号を出力する。
【００１８】
これにより、シース電流ＩSの電流値がシース電流整定値以上であることを条件に、零相電流Ｉ0の電流値が零相電流整定値以上であり、かつ、零相電流Ｉ0とシース電流ＩSとの位相差が電力ケーブル区間内位相整定値内または電力ケーブル区間外位相整定値内に入っていると、ハイレベルの地絡検出信号が電力ケーブル地絡検出装置１０から出力される。
また、零相電流Ｉ0とシース電流ＩSとの位相差が電力ケーブル区間内位相整定値内に入っている場合には、電力ケーブル線路の電力ケーブル区間（Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル２R，２S，２T）において地絡事故が発生したことが分かり、一方、零相電流Ｉ0とシース電流ＩSとの位相差が電力ケーブル区間外位相整定値内に入っている場合には、電力ケーブル線路の電力ケーブル以外の区間（Ｒ相、Ｓ相およびＴ相架空配電線３R，３S，３T）において地絡事故が発生したことが分かる。
【００１９】
以上説明したように、本実施例による電力ケーブル地絡検出装置１０では、零相電流Ｉ0とシース電流ＩSとに基づいて電力ケーブル線路における地絡事故発生を検出するので、零相電圧（電圧要素）を取り込むための接地型計器用変圧器（ＧＰＴ）やＮＧＲ電流を取り込むための中性点抵抗器を設置する必要がない。
【実施例２】
【００２０】
次に、本発明の一実施例による電力ケーブル地絡保護装置５０について、図３乃至図６を参照して説明する。
本実施例による電力ケーブル地絡保護装置５０は、図３に示すように、第１乃至第４の零相変流器（ＺＣＴ）５1〜５4からそれぞれ入力される第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04と第１乃至第４のシース電流検出用変流器６1〜６4からそれぞれ入力される第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4とに基づいて、第１乃至第４の電力ケーブル線路に発生した地絡事故を検出するとともに、地絡事故が発生した事故回線を特定し、特定した事故回線に設置された遮断器（第１、第２、第３または第４の遮断器７1〜７4）を遮断することを特徴とする。
【００２１】
ここで、第１乃至第４の零相変流器５1〜５4は、母線１から分岐された第１乃至第４の電力ケーブル線路を構成する第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4と第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4の金属シースを接地するための第１乃至第４のシースアース線４1〜４4とをそれぞれ貫通させて、第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04を検出するためのものである。なお、第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4の電源端と反対側の端は、第１乃至第４の架空配電線３1〜３4とそれぞれ接続されている。
第１乃至第４のシース電流検出用変流器６1〜６4は、第１乃至第４のシースアース線４1〜４4をそれぞれ貫通させて、第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4を検出するためのものである。
【００２２】
なお、この例では、第１乃至第４の電力ケーブル線路を第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4と第１乃至第４の架空配電線３1〜３4とで構成しているが、第１乃至第４の架空配電線３1〜３4のうちいずれか１つがあればよい。
【００２３】
電力ケーブル地絡保護装置５０は、図４に示すように、リレー入力回路５１と、地絡事故判定回路５２と、シース電流比較回路５３と、リレー出力回路５４と、整定回路５５と、整定指令入出力回路５６と、伝送制御回路５７とを具備する。
【００２４】
リレー入力回路５１は、入力変換器、バンドパスフィルタ、サンプリングホールド回路、マルチプレクサ回路およびアナログ／ディジタル変換器を備え、第１乃至第４の零相変流器５1〜５4からそれぞれ入力される第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04および第１乃至第４のシース電流検出用変流器６1〜６4からそれぞれ入力される第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4を、地絡事故判定回路５２およびシース電流比較回路５３における処理を行うためのディジタルデータに変換する。
【００２５】
地絡事故判定回路５２は、リレー入力回路５１から入力されるディジタルデータに変換された第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04および第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4に基づいて、第１乃至第４の電力ケーブル線路に地絡事故が発生したか否かを判定するとともに事故回線を特定し、特定した事故回線を示す事故回線特定信号をリレー出力回路５４に出力する。
このとき、地絡事故判定回路５２は、後述するように、第１乃至第４の電力ケーブル線路の電力ケーブルの区間（第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4）において地絡事故が発生したか、第１乃至第４の電力ケーブル線路の電力ケーブル以外の区間（第１乃至第４の架空配電線３1〜３4）において地絡事故が発生したかも判定する。
【００２６】
シース電流比較回路５３は、地絡事故判定回路５２から事故回線特定信号が入力されると、リレー入力回路５１から入力されるディジタルデータに変換された第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4のうちの事故回線のシース電流の電流値が電力ケーブル区間内シース電流整定値または電力ケーブル区間外シース電流整定値以上であるか否かを判定し、事故回線のシース電流の電流値が電力ケーブル区間内シース電流整定値または電力ケーブル区間外シース電流整定値以上であるとハイレベルの出力信号をリレー出力回路５４に出力する。
【００２７】
リレー出力回路５４は、地絡事故判定回路５２から事故回線特定信号が入力されるとともにシース電流比較回路５３からハイレベルの出力信号が入力されると、事故回線に設置された遮断器（第１、第２、第３または第４の遮断器７1〜７4）を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成する。
【００２８】
すなわち、リレー出力回路５４は、シース電流比較回路５３からハイレベルの出力信号が入力されたことを条件として、第１の電力ケーブル線路（第１の電力ケーブル２1または第１の架空配電線３1）を事故回線として特定する事故回線特定信号が地絡事故判定回路５２から入力されると第１の遮断器７1を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成し、また、第２の電力ケーブル線路（第２の電力ケーブル２2または第２の架空配電線３2）を事故回線として特定する事故回線特定信号が地絡事故判定回路５２から入力されると第２の遮断器７2を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成し、第３の電力ケーブル線路（第３の電力ケーブル２3または第３の架空配電線３3）を事故回線として特定する事故回線特定信号が地絡事故判定回路５２から入力されると第３の遮断器７3を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成し、また、第４の電力ケーブル線路（第４の電力ケーブル２4または第４の架空配電線３4）を事故回線として特定する事故回線特定信号が地絡事故判定回路５２から入力されると第４の遮断器７4を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成する。
【００２９】
整定回路５５は、伝送制御回路５７および整定指令入出力回路５６を介して外部から受け取った整定指令信号に基づいて、零相電流整定値と位相整定値（後述する電力ケーブル区間内位相整定値および電力ケーブル区間外位相整定値）とシース電流整定値とを定める整定処理を行う。
【００３０】
次に、電力ケーブル地絡保護装置５０の動作について、図５および図６を参照して説明する。
まず、第１乃至第４の電力ケーブル線路の電力ケーブルの区間（第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4）において地絡事故が発生したときの第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04の電流値、第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04と第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4との位相関係、および地絡事故が発生した第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4の金属シースに流れる第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4の電流値について、図５に示すように第１の電力ケーブル２1において地絡事故が発生した場合を例として説明する。
【００３１】
第１の電力ケーブル２1において地絡事故が発生すると、図５に矢印で示すように、第１の電力ケーブル２1には第１の零相電流Ｉ01が内部方向（母線１から第１の電力ケーブル線路の末端に向かう方向）に流れ、第２乃至第４の電力ケーブル２2〜２4には第２乃至第４の零相電流Ｉ02〜Ｉ04が外部方向（第２乃至第４の電力ケーブル線路の末端から母線１に向かう方向）に流れる。このとき、第１の零相電流Ｉ01の電流値は、（１）式で示すように、第２乃至第４の零相電流Ｉ02〜Ｉ04の電流値の総和となる。
Ｉ01＝Ｉ02＋Ｉ03＋Ｉ04      （１）
また、地絡事故が発生した第１の電力ケーブル２1の金属シースに流れる第１のシース電流ＩS1は、第１の電力ケーブル２1の金属シースから第１のシースアース線４1の接地点に向かう方向に流れるが、地絡事故が発生していない第２乃至第４の電力ケーブル２2〜２4の金属シースにそれぞれ流れる第２乃至第４のシース電流２S2〜２S4は、第２乃至第４のシースアース線４2〜４4の接地点から第２乃至第４の電力ケーブル２2〜２4の金属シースに向かう方向に流れる。
したがって、第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04および第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4の位相関係は、（２）式で表される。
θ(Ｉ01)−１８０°≒θ(ＩS1)
θ(Ｉ02)≒θ(ＩS2)                  （２）
θ(Ｉ03)≒θ(ＩS3)
θ(Ｉ04)≒θ(ＩS4)
また、地絡事故が発生した第１の電力ケーブル２1の金属シースに流れる第１のシース電流ＩS1の電流値は、（３）式で表される。
ＩS1＝Ｉg−ＩC1−ＩC11      （３）
ここで、
Ｉg＝第１の電力ケーブル２1の地絡点に流れる地絡電流
ＩC1＝第１の電力ケーブル２1の心線と金属シースとの間の静電容量Ｃ1を流れる電流
ＩC11＝第１の架空配電線３1と大地と間の静電容量Ｃ11を流れる電流
【００３２】
次に、第１乃至第４の電力ケーブル線路の電力ケーブル以外の区間（第１乃至第４の架空配電線３1〜３4）において地絡事故が発生したときの第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04の電流値、第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04と第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4との位相関係、および地絡事故が発生した第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4の金属シースに流れる第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4の電流値について、図６に示すように第１の架空配電線３1において地絡事故が発生した場合を例として説明する。
【００３３】
第１の架空配電線３1において地絡事故が発生すると、図６に矢印で示すように、第１の電力ケーブル２1には第１の零相電流Ｉ01が内部方向（母線１から第１の電力ケーブル線路の末端に向かう方向）に流れ、第１乃至第４の電力ケーブル２2〜２4には第２乃至第４の零相電流Ｉ02〜Ｉ04が外部方向（第２乃至第４の電力ケーブル線路の末端から母線１に向かう方向）に流れる。このとき、第１の零相電流Ｉ01の電流値は、（１）式で示したように、第２乃至第４の零相電流Ｉ02〜Ｉ04の電流値の総和となる。
また、第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4の金属シースにそれぞれ流れる第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4はすべて、第１乃至第４のシースアース線４1〜４4の接地点から第１乃至第４の電力ケーブル２1〜２4の金属シースに向かう方向に流れる。
したがって、第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04および第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4の位相関係は、（４）式で表される。
θ(Ｉ01)≒θ(ＩS1)
θ(ＩS1)≒θ(ＩS2)≒θ(ＩS3)≒θ(ＩS4)            （４）
θ(Ｉ01)−１８０°＝θ(Ｉ02)＝θ(Ｉ03)＝θ(Ｉ04)
また、第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4の電流値は、（５）式で表される。
ＩS1／Ｃ1＝ＩS2／Ｃ2＝ＩS3／Ｃ3＝ＩS4／Ｃ4      （５）
ここで、
Ｃ1＝第１の電力ケーブル２1の心線と金属シースとの間の静電容量
Ｃ2＝第２の電力ケーブル２2の心線と金属シースとの間の静電容量
Ｃ3＝第３の電力ケーブル２3の心線と金属シースとの間の静電容量
Ｃ4＝第４の電力ケーブル２4の心線と金属シースとの間の静電容量
【００３４】
そこで、地絡事故判定回路５２は、リレー入力回路５１から入力されるディジタルデータに変換された第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04の電流値が零相電流整定値以上であると、第１乃至第４の零相電流Ｉ01〜Ｉ04のうちの１つの零相電流の電流値が他の３つの零相電流の電流値の総和とほぼ等しいか否かを判定する（上記の（１）式参照）。
【００３５】
その結果、たとえば第１の零相電流Ｉ01の電流値が第２乃至第４の零相電流Ｉ02〜Ｉ04の電流値の総和とほぼ等しい場合には、地絡事故判定回路５２は第１の零相電流Ｉ01と第１のシース電流ＩS1との位相差を求める。
求めた位相差が電力ケーブル区間内位相整定値（たとえば、１８０°±１０°の範囲）内に入っていれば、地絡事故判定回路５２は、「第１の電力ケーブル２1において地絡事故が発生した」と判定して（上記の（２）式参照）、第１の電力ケーブル２1を事故回線として特定する事故回線特定信号をシース電流比較回路５３およびリレー出力回路５４に出力する。
一方、求めた位相差が電力ケーブル区間外位相整定値（たとえば、０°±１０°の範囲）内に入っていれば、地絡事故判定回路５２は、「第１の架空配電線３1において地絡事故が発生した」と判定して（上記の（４）式参照）、第１の架空配電線３1を事故回線として特定する事故回線特定信号をシース電流比較回路５３およびリレー出力回路５４に出力する。
【００３６】
シース電流比較回路５３は、たとえば第１の電力ケーブル２1または第１の架空配電線３1を事故回線として特定する事故回線特定信号が地絡事故判定回路５２から入力されると、第１のシース電流ＩS1の電流値がシース電流整定値以上であるか否かを判定し、第１のシース電流ＩS1の電流値がシース電流整定値以上である場合にはハイレベルの出力信号をリレー出力回路５４に出力する。
【００３７】
ここで、シース電流整定値は、以下のようにして決められる。
第１乃至第４のシース電流ＩS1〜ＩS4の電流値は２πｆＣiＶ0（“ｆ”は商用電源周波数、“Ｖ0”はたとえば地絡抵抗６０００Ω時の零相電圧、Ｃi＝Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4）以上とはならないので、シース電流整定値は“２πｆＣiＶ0”よりも小さい値になるように設定される。
【００３８】
リレー出力回路５４は、地絡事故判定回路５２から事故回線特定信号が入力されるとともにシース電流比較回路５３からハイレベルの出力信号が入力されると、事故回線に設置された遮断器（第１、第２、第３または第４の遮断器７1〜７4）を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成する。
【００３９】
すなわち、リレー出力回路５４は、シース電流比較回路５３からハイレベルの出力信号が入力されることを条件に、第１の電力ケーブル２1または第１の架空配電線３1を事故回線として特定する事故回線特定信号が地絡事故判定回路５２から入力されると、第１の電力ケーブル線路に設置された第１の遮断器７1を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成し、第２の電力ケーブル２2または第２の架空配電線３2を事故回線として特定する事故回線特定信号が地絡事故判定回路５２から入力されると、第２の電力ケーブル線路に設置された第２の遮断器７2を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成し、第３の電力ケーブル２3または第３の架空配電線３3を事故回線として特定する事故回線特定信号が地絡事故判定回路５２から入力されると、第３の電力ケーブル線路に設置された第３の遮断器７3を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成し、第４の電力ケーブル２4または第４の架空配電線３4を事故回線として特定する事故回線特定信号が地絡事故判定回路５２から入力されると、第４の電力ケーブル線路に設置された第４の遮断器７4を遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成する。
これにより、事故回線の遮断器が遮断されて、事故回線が母線１から切り離される。
【００４０】
以上の説明では、母線１から第１乃至第４の電力ケーブル線路が分岐されている電力系統を例として説明したが、母線１から分岐されている配電線の本数は２本以上であればよい。
【００４１】
また、母線１から第１乃至第４の電力ケーブル線路が分岐されている電力系統を地絡事故から保護するための電力ケーブル地絡保護装置５０について説明したが、たとえば１本の電力ケーブル線路を地絡事故から保護する地絡方向継電器などにおいても、母線１の電圧（母線電圧）の代わりにシース電流を用いることにより、同様にして、地絡事故から電力ケーブル線路を保護することができる。なお、この場合には、図２に示した地絡事故判定回路５２およびシース電流比較回路５３の代わりに、電力ケーブル線路に設置された零相変流器から入力される零相電流と、電力ケーブル線路を構成する電力ケーブルの金属シースを接地するためのシースアース線に設置されたシース電流検出用変流器から入力されるシース電流とに基づいて、地絡事故が発生したか否かを判定する判定回路を使用すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例による電力ケーブル地絡検出装置１０について説明するための図である。
【図２】図１に示した電力ケーブル地絡検出装置１０の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施例による電力ケーブル地絡保護装置５０について説明するための図である。
【図４】図３に示した電力ケーブル地絡保護装置５０の構成を示すブロック図である。
【図５】図３に示した第１の電力ケーブル２1において地絡事故が発生したときの図３に示した電力ケーブル地絡保護装置５０の動作について説明するための図である。
【図６】図３に示した第１の架空配電線３1において地絡事故が発生したときの図３に示した電力ケーブル地絡保護装置５０の動作について説明するための図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  母線
２R，２S，２T  Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル
２1〜２4  第１乃至第４の電力ケーブル
３R，３S，３T  Ｒ相、Ｓ相およびＴ相架空配電線
３1〜３4  第１乃至第４の架空配電線
４  シースアース線
４1〜４4  第１乃至第４のシースアース線
５  零相変流器
５1〜５4  第１乃至第４の零相変流器
６  シース電流検出用変流器
６1〜６4  第１乃至第４のシース電流検出用変流器
７1〜７4  第１、第２、第３または第４の遮断器
１０  電力ケーブル地絡検出装置
１１  入力回路
１２，５２  地絡事故判定回路
１３，５３  シース電流比較回路
１４  論理積回路
５０  電力ケーブル地絡保護装置
５１  リレー入力回路
５４  リレー出力回路
５５  整定回路
５６  整定指令入出力回路
５７  伝送制御回路
Ｉ0  零相電流
Ｉ01〜Ｉ04  第１乃至第４の零相電流
ＩS  シース電流
ＩS1〜ＩS4  第１乃至第４のシース電流
Ｉg  地絡電流
ＩCa，ＩCb，ＩC1，ＩC11  電流
Ｃa，Ｃb，Ｃ1〜Ｃ4，Ｃ11〜Ｃ14  静電容量
ＴＲ  トリップ信号
【図１】
2010187446.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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