(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地絡検出用零相変圧器が設けられた母線から複数のフィーダを分岐させ、各フィーダに地絡検出用零相変流器を設けた商用周波数回路を備え、インバータ回路が各フィーダごとに接続された非接地交流回路において、前記零相変圧器の一次側の接地線に、その接地線に流れる地絡電流を検出する抵抗を設けると共に、前記零相変流器および抵抗に接続された地絡検出回路は、商用周波数の地絡電流と、その商用周波数よりも高い周波数成分および低周波数領域のインバータの出力周波数の地絡電流を検出可能としたことを特徴とする非接地交流回路の地絡検出装置。
【請求項２】
前記地絡検出回路は、前記抵抗に流れる地絡電流と各フィーダに流れる電流の位相を比較し、その位相比較に基づいて地絡フィーダを特定する請求項１に記載の非接地交流回路の地絡検出装置。
【請求項３】
前記地絡検出回路は、各フィーダに流れる電流の大きさを検出し、その電流値の比較に基づいて地絡フィーダを特定する請求項１に記載の非接地交流回路の地絡検出装置。
【請求項４】
前記地絡検出回路は、前記地絡フィーダに流れる地絡電流に含まれるインバータ回路の搬送周波数成分を検出し、その搬送周波数成分の有無でもって地絡事故点が商用周波数回路かインバータ回路かを判定する請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接地交流回路の地絡検出装置。
【請求項５】
前記抵抗は、インバータの起動および停止時に発生する低周波数地絡電流により、前記零相変圧器の鉄心が飽和しない値に設定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の非接地交流回路の地絡検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母線から複数のフィーダを分岐させた商用周波数回路を備え、各フィーダごとにインバータ回路が接続された非接地交流回路において、商用周波数回路で発生した地絡事故およびインバータ回路で発生した地絡事故の両方を検出可能とする非接地交流回路の地絡検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接地系線路において、線路の地絡検出と、その地絡が１線地絡か２線地絡かを判定する地絡検出回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この地絡検出回路では、非接地系の単相交流線路の各線路を接地する接地インピーダンスよりも負荷側の単相交流線路の零相電流を検出して零相電流に応じた電源周波数信号を出力する零相電流センサの出力に基づいて単相交流線路の２線接地を判定する判定回路を備えている。
【０００３】
このような非接地交流回路１では、従来、図２に示すように母線Ｌ０から複数のフィーダＬ１〜Ｌｎを分岐させた商用周波数回路２を備えたものがある。この系統では、非接地交流回路１の各フィーダＬ１〜Ｌｎにインバータ回路３が接続されている。このインバータ回路３は、非接地交流回路１の各フィーダＬ１〜Ｌｎの負荷側にインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎを接続し、そのインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎの出力側に例えば可変速モータ負荷Ｍ１〜Ｍｎなどが接続された構成を具備する。
【０００４】
この非接地交流回路１の母線Ｌ０には、非接地交流回路全体の地絡を検出するための零相変圧器ＥＶＴが設けられ、この零相変圧器ＥＶＴの接地線に零相変流器ＺＣＴ０が設けられている。また、非接地交流回路１の各フィーダＬ１〜Ｌｎには、そのフィーダＬ１〜Ｌｎの地絡を検出するための零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴｎが設けられている。零相変圧器ＥＶＴの接地線に設けられた零相変流器ＺＣＴ０、および各フィーダＬ１〜Ｌｎに設けられた零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴｎのそれぞれには地絡検出回路ＣＴ０〜ＣＴｎが接続されている。なお、図中の符号ＣＢ０〜ＣＢｎは、母線Ｌ０および各フィーダＬ１〜Ｌｎに設けられた遮断器である。
【０００５】
この地絡検出回路ＣＴ０〜ＣＴｎでは、非接地交流回路１のフィーダＬ１〜Ｌｎに地絡事故が発生すると、その商用周波数の地絡電流を検出することができるようにローパスフィルタ（ＬＰＦ）により商用周波数よりも高い周波数成分をカットするようにしている。地絡検出回路ＣＴ０〜ＣＴｎでは、このローパスフィルタにより、商用周波数の地絡電流のみを検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１６３５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述した非接地交流回路１の地絡検出装置では、商用周波数回路２の地絡事故を検出することを目的として、ローパスフィルタを内蔵させた地絡検出回路ＣＴ０〜ＣＴｎを設けた構成となっている。一方、インバータ回路３では、可変速モータ負荷Ｍ１〜Ｍｎを速度制御しながら運転するために出力周波数が例えば０〜４００Ｈｚ程度となっている。
【０００８】
そのため、インバータ回路３で地絡事故が発生すると、前述の地絡検出回路ＣＴ０〜ＣＴｎではその地絡事故を検出することができなかった。つまり、インバータ回路３の出力周波数が商用周波数よりも大きくなる場合があり、地絡検出回路ＣＴ０〜ＣＴｎでは、ローパスフィルタにより商用周波数よりも高い周波数成分をカットしていることから、その商用周波数よりも高いインバータ回路３の出力周波数の地絡電流を検出することができないというのが現状であった。
【０００９】
また、インバータ回路３での地絡事故を検出可能とする地絡検出回路をインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎに内蔵させる場合もあるが、その場合、インバータ自体が大型化すると共にインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎのコストアップにより高価な地絡検出装置となってしまう。さらに、インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎの起動時や停止時にインバータ回路３で地絡事故が発生した場合、インバータ回路３の出力周波数が低周波数領域にあるため、零相変圧器ＥＶＴの接地線に設けられた零相変流器ＺＣＴ０により地絡電流を検出することができず、また、その低周波数領域での地絡電流により零相変圧器ＥＶＴの鉄心が偏磁して過電流が発生するという問題もあった。
【００１０】
そこで、本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、低コストで、商用周波数回路で発生した地絡事故およびインバータ回路で発生した地絡事故の両方を検出可能とし得る非接地交流回路の地絡検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る非接地交流回路の地絡検出装置は、地絡検出用零相変圧器が設けられた母線から複数のフィーダを分岐させ、各フィーダに地絡検出用零相変流器を設けた商用周波数回路を備え、インバータ回路が各フィーダごとに接続された非接地交流回路において、前記零相変圧器の一次側の接地線に、その接地線に流れる地絡電流を検出する抵抗を設けると共に、前記零相変流器および抵抗に接続された地絡検出回路は、商用周波数の地絡電流と、その商用周波数よりも高い周波数成分および低周波数領域のインバータの出力周波数の地絡電流を検出可能としたことを特徴とする。
【００１２】
本発明では、零相変圧器の接地線に設けられた抵抗の両端電圧を監視することによりその接地線に流れる地絡電流を地絡検出回路で検出する。その地絡検出回路では、従来のようにローパスフィルタを内蔵させることなく、商用周波数よりも高い周波数成分をカットせず、商用周波数とインバータの出力周波数の両方で地絡電流を検出可能としたことにより、インバータ回路で発生した地絡事故を検出することが可能となる。その結果、インバータ回路での地絡事故を検出可能とする地絡検出回路をインバータに内蔵させる必要がないので、低コストで、商用周波数回路で発生した地絡事故およびインバータ回路で発生した地絡事故の両方が検出可能となる。
【００１３】
また、地絡電流の検出抵抗として機能する抵抗は、制限抵抗としても機能する。つまり、インバータの起動時や停止時にインバータ回路で地絡事故が発生した場合、そのインバータ回路の出力周波数が低周波数領域であっても、その低周波数領域での地絡電流により零相変圧器の鉄心が偏磁することなく、その地絡電流を確実に検出することができる。
【００１４】
本発明における地絡検出回路は、前記抵抗に流れる地絡電流と各フィーダに流れる電流の位相を比較し、その位相比較に基づいて地絡フィーダを特定することが望ましい。このような地絡電流の位相比較で簡単に地絡フィーダを特定することが可能となる。
【００１５】
本発明における地絡検出回路は、各フィーダに流れる電流の大きさを検出し、その電流値の比較に基づいて地絡フィーダを特定することが望ましい。このような地絡電流の電流値比較で簡単に地絡フィーダを特定することが可能となる。
【００１６】
本発明における地絡検出回路は、前記地絡フィーダに流れる地絡電流に含まれるインバータ回路の搬送周波数成分を検出し、その搬送周波数成分の有無でもって地絡事故点が商用周波数回路かインバータ回路かを判定することが望ましい。このようなインバータ回路の搬送周波数成分の有無で地絡事故点が商用周波数回路かインバータ回路かを判定することが容易となる。
【００１７】
本発明における抵抗は、インバータの起動時および停止時に発生する低周波数地絡電流により、前記零相変圧器の鉄心が飽和しない値に設定されていることが望ましい。このようにすれば、インバータの起動時および停止時にインバータ回路で地絡事故が発生した場合、その低周波数領域での地絡電流で零相変圧器の鉄心が偏磁することを抑止でき、過電流発生による零相変圧器の焼損を未然に防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来のようにローパスフィルタを内蔵させることなく、商用周波数よりも高い周波数成分をカットせず、商用周波数とインバータの出力周波数の両方で地絡電流を検出可能としたことにより、インバータ回路で発生した地絡事故を検出することが可能となる。その結果、インバータ回路での地絡事故を検出可能とする地絡検出回路をインバータに内蔵させる必要がないので、低コストで、商用周波数回路で発生した地絡事故およびインバータ回路で発生した地絡事故の両方が検出可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態で、非接地交流回路の地絡検出装置を示す概略構成回路図である。
【図２】非接地交流回路の地絡検出装置の従来例を示す概略構成回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る非接地交流回路の地絡検出装置の実施形態を、図面を参照しながら以下に詳述する。なお、図１において、図２と同一部分には同一参照符号を付す。
【００２１】
この実施形態における非接地交流回路１では、図１に示すように母線Ｌ０から複数のフィーダＬ１〜Ｌｎを分岐させた商用周波数回路２を備え、その商用周波数回路２の各フィーダＬ１〜Ｌｎにインバータ回路３が接続されている。このインバータ回路３は、商用周波数回路２の各フィーダＬ１〜Ｌｎの負荷側にインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎを接続し、そのインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎの出力側に例えば可変速モータ負荷Ｍ１〜Ｍｎなどが接続された構成を具備する。なお、図中の符号ＣＢ０〜ＣＢｎは、母線Ｌ０および各フィーダＬ１〜Ｌｎに設けられた遮断器である。
【００２２】
この非接地交流回路１の母線Ｌ０には、非接地交流回路全体の地絡を検出するための零相変圧器ＥＶＴが設けられ、この零相変圧器ＥＶＴの接地線に抵抗Ｒｓが設けられている。また、非接地交流回路１の各フィーダＬ１〜Ｌｎには、そのフィーダＬ１〜Ｌｎの地絡を検出するための零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴｎが設けられている。零相変圧器ＥＶＴの接地線に設けられた抵抗Ｒｓ、および各フィーダＬ１〜Ｌｎに設けられた零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴｎのそれぞれには地絡検出回路ＲＴ０〜ＲＴｎが接続されている。
【００２３】
ここで、図２に示す従来の非接地交流回路１の地絡検出装置と、図１に示す実施形態の非接地交流回路１の地絡検出装置との相違点は、従来では、零相変圧器ＥＶＴの接地線に零相変流器ＺＣＴ０を設け、地絡検出回路ＣＴ０〜ＣＴｎがローパスフィルタを備えていたのに対して、この実施形態では、零相変圧器ＥＶＴの接地線に抵抗Ｒｓを設けると共に地絡検出回路ＲＴ０〜ＲＴｎがローパスフィルタを備えていない点にある。
【００２４】
なお、この実施形態の抵抗Ｒｓは、地絡電流の検出抵抗として機能すると共に、零相変圧器の鉄心偏磁を防止する制限抵抗としても機能する。また、地絡検出回路ＲＴ０〜ＲＴｎは、後述するように、電流の位相判別機能やインバータ回路３の搬送周波数成分の判別機能も併せ持つ。
【００２５】
この非接地交流回路１では、零相変圧器ＥＶＴの接地線に設けられた抵抗Ｒｓの両端電圧を監視することによりその接地線に流れる地絡電流を地絡検出回路ＲＴ０で検出する。この地絡電流の検出により地絡抵抗値を判定することができる。その地絡検出回路ＲＴ０〜ＲＴｎでは、従来のようにローパスフィルタを内蔵させることなく、商用周波数よりも高い周波数成分をカットせず、商用周波数とインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎの出力周波数の両方で地絡電流を検出可能としたことにより、インバータ回路３で発生した地絡事故を検出することが可能となる。その結果、インバータ回路３での地絡事故を検出可能とする地絡検出回路をインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎに内蔵させる必要がないので、低コストで、商用周波数回路２で発生した地絡事故およびインバータ回路３で発生した地絡事故の両方が検出可能となる。
【００２６】
ここで、インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎの起動時や停止時にインバータ回路３で地絡事故が発生した場合、従来では、零相変圧器ＥＶＴの接地線に設けられた零相変流器ＺＣＴ０により地絡電流を検出しようとしても（図２参照）、インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎの起動時や停止時にインバータ回路３の出力周波数が低周波数領域であることから、その零相変流器ＺＣＴ０により地絡電流を検出することができず、また、低周波数領域での地絡電流により零相変圧器ＥＶＴの鉄心が偏磁して過電流が発生する。
【００２７】
これに対して、この実施形態のように、零相変圧器ＥＶＴの接地線に設けられた抵抗Ｒｓの両端電圧を監視することにより、インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎの起動時や停止時にインバータ回路３の出力周波数が低周波数領域であっても、地絡電流を検出することができ、また、地絡電流の検出抵抗として機能する抵抗Ｒｓが制限抵抗としても機能することから、低周波数領域での地絡電流により零相変圧器ＥＶＴの鉄心が偏磁して過電流が発生することはない。
【００２８】
非接地交流回路１において地絡事故が発生したフィーダＬ１〜Ｌｎ（以下、地絡フィーダと称す）の特定は、フィーダＬ１〜Ｌｎに流れる電流の位相に基づいて以下の要領で行われる。
【００２９】
地絡検出回路ＲＴ０〜ＲＴｎでは、抵抗Ｒｓに流れる地絡電流と各フィーダＬ１〜Ｌｎに流れる電流の位相を比較する。例えば、図示のようにフィーダＬ２に地絡事故が発生した場合、地絡フィーダＬ２には、抵抗Ｒｓに流れる地絡電流Ｉｇｓと同相の地絡電流Ｉｇｉが流れる。これに対して、地絡事故が発生していないフィーダＬ１（以下、健全フィーダと称す）には、対地静電容量Ｃにより、抵抗Ｒｓに流れる地絡電流Ｉｇｓと逆相の電流Ｉｃが流れることから、その抵抗Ｒｓに流れる地絡電流Ｉｇｓと同相の地絡電流Ｉｇｉが流れるフィーダＬ２を地絡フィーダとして特定することができる。このような地絡電流の位相比較で簡単に地絡フィーダを特定することが可能となる。なお、地絡事故が発生していない他のフィーダＬ３〜Ｌｎについても、前述のフィーダＬ１と同様、対地静電容量により、抵抗Ｒｓに流れる地絡電流Ｉｇｓと逆相の電流が流れる。
【００３０】
非接地交流回路１における地絡フィーダの特定は、フィーダＬ１〜Ｌｎに流れる電流の大きさに基づいても可能である。
【００３１】
つまり、地絡検出回路ＲＴ０〜ＲＴｎでは、各フィーダＬ１〜Ｌｎに流れる電流の大きさを検出する。例えば、図示のようにフィーダＬ２に地絡事故が発生した場合、地絡フィーダＬ２には、地絡電流Ｉｇｉと共に他のフィーダＬ１からの電流Ｉｃが流入することから、その地絡電流Ｉｇｉに他のフィーダＬ１からの電流Ｉｃを加算した最大値が流れることになる。このことから、最大値の電流が流れる地絡フィーダＬ２を特定することができる。このような地絡電流の最大値を検出することで簡単に地絡フィーダを特定することが可能となる。なお、地絡フィーダＬ２には、地絡事故が発生していない他のフィーダＬ３〜Ｌｎからも、前述のフィーダＬ１と同様に電流が流入する。
【００３２】
次に、例えば、図示のようにフィーダＬ２に地絡事故が発生した場合、地絡フィーダＬ２において、その地絡事故点が商用周波数回路２およびインバータ回路３のいずれであるかは、以下の要領でもって特定する。つまり、インバータ回路３の制御信号には、例えば１ｋＨｚ程度の搬送周波数成分を含むことからこの搬送周波数成分の有無に基づいて地絡事故点の特定が可能である。
【００３３】
地絡検出回路ＲＴ０〜ＲＴｎでは、地絡フィーダＬ２に流れる地絡電流Ｉｇｉにインバータ回路３の搬送周波数成分が含まれている場合には、その地絡事故点がインバータ回路３であると特定することができ、その地絡電流Ｉｇｉに搬送周波数成分が含まれていなければ、地絡事故点が商用周波数回路２であると特定することができる。このようなインバータ回路３の搬送周波数成分の有無で地絡事故点が商用周波数回路２かインバータ回路３かを判定することが容易となる。
【００３４】
なお、零相変圧器ＥＶＴの接地線に接続された抵抗Ｒｓは、インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎの起動時および停止時に発生する低周波数地絡電流により、零相変圧器ＥＶＴの鉄心が飽和しない値、例えば１００〜３００Ωに設定されている。このようにすれば、インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶｎの起動時および停止時にインバータ回路３で地絡事故が発生した場合、その低周波数領域での地絡電流で零相変圧器ＥＶＴの鉄心が偏磁することを抑止でき、過電流発生による零相変圧器ＥＶＴの焼損を未然に防止できる。
【００３５】
各フィーダＬ１〜Ｌｎにおける対地静電容量が大きい系統では、フィーダＬ１〜Ｌｎに流れる地絡電流が大きくなることから、地絡検出回路ＲＴ０〜ＲＴｎでは、地絡電流が所定の閾値を超えた場合、その地絡フィーダＬ２を遮断器ＣＢ２により他のフィーダから切り離すことにより非接地交流回路１を保護するようにしてもよい。
【００３６】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００３７】
１  非接地交流回路
２  商用周波数回路
３  インバータ回路
ＥＶＴ  零相変圧器
ＩＮＶ１〜ＩＮＶｎ  インバータ
Ｌ０  母線
Ｌ１〜Ｌｎ  フィーダ
Ｒｓ  抵抗
ＲＴ０〜ＲＴｎ  地絡検出回路
ＺＣＴ０〜ＺＣＴｎ  零相変流器
【図１】
0005535880.tif 000002
【図２】
0005535880.tif 000003