(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自家用受電設備の責任分界点に配置する零相変流器と、高圧ケーブル遮蔽層接地線に配置する検出用変流器または、既設の零相基準入力装置とからの情報を測定装置に入力し、  前記測定装置においては、入力された電流のピーク値の検知と零相電流の変化を検知する零相電流要素回路と、入力された電圧のピーク値の検知と零相電圧の変化を検知する零相電圧要素回路および情報の処理を行う処理装置とを設け、
前記零相電流要素回路と前記零相電圧要素回路により検知された情報を制御装置に入力して、得られた情報の解析を行い、
電流と電圧の実効値とピーク値および、前記零相電流要素と零相電圧要素の相互の位相関係のベクトルの軌跡が、自家用側の絶縁劣化時と配電系側での絶縁劣化時の過渡的な動きの方向が異なることに基づき、
前記ベクトル軌跡の過渡的な動きの方向の情報を用いて、自家用受電設備の高圧電路の絶縁劣化を判定することを特徴とする高圧絶縁常時監視装置。
【請求項２】
前記測定装置には、自家用受電設備の絶縁劣化を判定した情報を外部のモニタに向けて出力する手段と、測定した情報を蓄積保持する記憶装置を設け、
外部に絶縁劣化の情報を出力する際に、その出力の時点の前後の情報をも出力可能に構成することを特徴とする請求項１に記載の高圧絶縁常時監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自家用受電設備等における高圧電路の絶縁劣化の監視装置に関し、特に、無停電状態で高圧電路の絶縁劣化の状態を常時監視可能な高圧絶縁常時監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自家用受電設備等においては、高圧配電線に自家用設備の高圧電路を接続し、キュービクル受電設備等により受電した電力を低圧等に変成して、各需要部に給電する低圧給電経路を設けている。前記高圧電路には高圧気中開閉器や地絡継電器等を配置しており、前記高圧気中開閉器には、零相変流器（以下ＺＣＴと呼ぶ）を配置して、高圧電路での事故に対処させるとともに、高圧電路でのケーブルの絶縁劣化の情報を得るようにする手段を設けている。前記一般的な高圧絶縁を監視するための手段としては、基本的には商用周波数の零相電圧および零相電流を検出し、その波形等の情報を用いて検出することが行われている。
【０００３】
従来より用いられている自家用電気設備や配電系統の絶縁劣化判別において、例えば、絶縁劣化判別方法は、主として、定常的、過渡的および系統の残留零相電圧（以下「Ｖｏ」という）が大きい場合の地絡現象に分類される。抵抗地絡等の定常的な絶縁劣化判別方法としては、現状の方向性地絡継電器（ＤＧＲ）と同様に、零相電流（以下「Ｉｏ」という）と、零相電圧Ｖｏが、図７のグラフにおける一定の値（表示線Ａの上側の範囲）を越え、双方の位相関係が一定の範囲に入った場合に、警報を発するように制御範囲を設定している。
【０００４】
また、市販されている高圧絶縁常時監視装置としては、例えば、方向性微地絡継電器や電磁波検知型絶縁常時監視装置等が用いられている。前記方向性微地絡継電器は、高感度ＤＧＲ（方向性地絡継電器）として販売されている装置であり、零相電流Ｉｏと、零相電圧Ｖｏの値が一定値を越え、双方の位相関係がある範囲内となった時に警報を発する装置である。前記装置とは別に、電磁波検知型絶縁常時監視装置が用いられることもある。前記装置はＵＨＦ帯受信型ラジオで、パルスカウント機能があり市販されている装置であり、導体、絶縁体等の表面に生じたコロナ放電等による電磁波をとらえる方法を用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記方向性微地絡継電器装置は、簡便な高圧絶縁常時監視装置として用いられているが、主な問題点として以下のことが挙げられる。
ａ：配電系統残留Ｖｏの影響がある。例えば、残留Ｖｏが大きい場合または変動する場合に、Ｉｏとの位相関係に影響を与え、絶縁劣化の範囲が構外か構内かの判別が困難であり、地絡過電圧要素の感度低下や誤動作、誤不動作を発生する場合がある。
ｂ：誘導雷、電波障害の影響があり、誘導雷、電波障害と間欠放電との判別がつきにくく、誤動作、誤不動作を発生する場合がある。以上のように、方向性微地絡継電器のような画一的な絶縁劣化の判定方法では、多様な絶縁劣化要因に対して適格な判定ができない場合が多く、絶縁常時監視装置としての信頼性に欠ける面がある。
【０００６】
前記電磁波検知型絶縁常時監視装置は、導体、絶縁体等の表面に生じたコロナ放電等による電磁波をとらえる方法であり、最も検知が必要である高圧ケーブル、開閉機等の電磁遮断された機器内部の放電は原理的に検知できないという欠点があり、外部ノイズと放電との判別が困難である等の問題点が指摘されることもある。また、自家用電気設備または配電系統側の絶縁劣化の判別において、最も重要なことは、責任分界点より自家用側の絶縁劣化を適確に判断し、系統動揺等にもとづく零相電流、零相電圧の変動による誤動作を排除し、適確な警報を発することである。そして、前記警報が発せられた場合に、絶縁劣化の原因を調査する必要があるが、警報が発せられた時点の前後のＩｏとＶｏおよび、その相互の位相関係、並びに、ＩｏとＶｏとのピーク時の情報を知る必要がある。ところが、前述したような従来の装置では、前述したような各情報を正確に得ることが困難であり、情報の解析等にも多くの時間と手間を必要とする等の問題があった。
【０００７】
本発明は、前述したような従来の装置による測定の問題点を解消するもので、自家用側の絶縁劣化を適確に判別でき、警報が発せられた時点の前後の電流と電圧の変化および、その相互の位相関係、並びに、電流と電圧とのピーク時の情報を知ることができる高圧絶縁常時監視装置を提供することを目的としている。
【０００８】
本発明は、高圧絶縁常時監視装置に関する。
請求項１の発明は、自家用受電設備の責任分界点に配置する零相変流器と、高圧ケーブル遮蔽層接地線に配置する検出用変流器または、既設の零相基準入力装置とからの情報を測定装置に入力し、
前記測定装置においては、入力された電流のピーク値の検知と零相電流の変化を検知する零相電流要素回路と、入力された電圧のピーク値の検知と零相電圧の変化を検知する零相電圧要素回路および情報の処理を行う処理装置とを設け、
前記零相電流要素回路と前記零相電圧要素回路により検知された情報を制御装置に入力して、得られた情報の解析を行い、
電流と電圧の実効値とピーク値および、前記零相電流要素と零相電圧要素の相互の位相関係のベクトルの軌跡が、自家用側の絶縁劣化時と配電系側での絶縁劣化時の過渡的な動きの方向が異なることに基づき、
前記ベクトル軌跡の過渡的な動きの方向の情報を用いて、自家用受電設備の高圧電路の絶縁劣化を判定することを特徴とする。
【０００９】
また、間欠地絡等の過渡的な地絡現象が発生した場合は、従来のような画一的な判定方法では誤警報、誤不動作を発生する場合が多いため、図８に示すようなベクトル解析による判別方法を用いる。つまり、絶縁劣化が生じて、地絡電流が流れる場合に、自家用側の絶縁劣化と配電線側の絶縁劣化とでは、図８の例に示すように異なるベクトル軌跡を生じる。前記図に示す例において、Ｖｏは零相電圧のベクトル軌跡であり、Ｉｇ１は自家用側絶縁劣化時のベクトル軌跡、Ｒｇは地絡抵抗、Ｉｇ２は配電系統側絶縁劣化時のベクトル軌跡である。そして、本発明においては、ベクトル軌跡の過渡的な変化の違いから、自家用側の絶縁劣化を判別するようにしている。
【００１０】
また、高圧電路の残留Ｖｏが大きい場合には、従来の判定方法と合わせ前述の方法も用いる。さらに、絶縁劣化の状態に応じて、Ｉｏ、Ｖｏの波形が針状となる場合があり、実効値のみでの判定が困難になることがある。そこで、この場合には、各波形のピーク値も判定要素として加えることにより、より信頼性の高い判定ができるとされる。
【００１１】
請求項２の発明は、前記測定装置には、自家用受電設備の絶縁劣化を判定した情報を外部のモニタに向けて出力する手段と、測定した情報を蓄積保持する記憶装置を設け、
外部に絶縁劣化の情報を出力する際に、その出力の時点の前後の情報をも出力可能に構成することを特徴とする。
【００１２】
そして、前述したように構成したことにより、本発明においては、測定装置に設けた零相電流要素回路により、ＺＣＴ信号からＺＣＴ一次電流の実効値およびピーク値を検出することができ、零相電圧要素回路においては、ＺＰＤ信号入力端子から入力される信号から、零相電圧の実効値およびピーク値を検出することが可能である。また、高圧ケーブル遮蔽層接地線の電流実効値を検出し、零相電圧に換算して、制御データとして利用が可能であるり、Ｉｏ要素およびＶｏ要素の信号波形から相互の位相関係を検出する動作を行う。そして、前記検出された情報を用いて、前記ＩｏおよびＶｏの実効値、ピーク値および相互の位相関係のベクトルの動きから、自家用側の絶縁劣化を自動的に判定するとともに、自家用側の絶縁劣化と判定された場合は、自動的に監視センター等に向けて警報を発信することができる。さらに、前記警報の発信と同時に、自家用側の絶縁劣化と判別した時間前後のＩｏおよびＶｏのデータを、必要に応じて送信する。また、携帯端末器からの命令があった場合も、蓄積しているデータをデータバンクから送信することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図示される例にしたがって、本発明の高圧絶縁常時監視装置を説明する。図１、２に示す例は、配電系統側の電路１から自家用側の電路２とを開閉器３で接続し、変圧器、コンデンサ等の負荷装置４、４ａ……に給電する経路を構成する場合を示している。前記図１においては、給電経路に対して測定装置１０を配置し、前記給電経路に設けたＺＣＴ５と、高圧ケーブル遮蔽層接地線８に配置するＣＴ７とを介して、前記測定装置１０に情報を入力して、その情報を処理するように構成している。また、前記開閉器３に配置するＺＣＴ５は、地絡継電器６を介して測定装置の零相電流要素入力端子１１に接続され、ＣＴ７の検知情報は、測定装置の零相電圧要素入力端子１３を介して入力される。そして、前記測定装置１０においては、零相電流要素回路２０と零相電圧要素回路３０とを各々配置し、中央処理装置４０に設定したプログラムにしたがって、各入力情報の処理を行うように構成している。なお、前記零相電圧要素回路３０に対しては、電圧要素入力端子１３の他に、図示を省略しているＺＰＤ（零相基準入力装置）からの情報を入力するＺＰＤ信号入力端子１２を配置している。
【００１４】
図２に示される測定装置１０においては、零相電流要素回路２０と零相電圧要素回路３０における信号処理を行う中央処理装置（ＣＰＵ）４０と、前記中央処理装置４０に対する制御情報を伝達するための操作部４１や記憶装置４２を接続して設け、入出力インターフェース回路およびアナログ出力回路等から構成されたＩ／Ｏ回路４３とデータ送受信回路４４を配置するとともに、ディスプレー４５を設けている。前記Ｉ／Ｏ回路４３とデータ送受信回路４４からの出力は、入出力インタフェースバス端子１５、通信回線接続端子１６を介して外部装置に接続されるもので、後述するように、通信回線接続端子からの情報は、電話回線等を介して出力させることができるようにし、入出力インターフェースバス端子１５は、コンピュータ、外部記憶装置、プリンタ装置等に情報の入出力が可能に構成する。また、ディスプレー４５は、各種のデータ表示を行うように構成する。
【００１５】
測定装置本体に配置する零相電流要素回路２０においては、入力回路２１、バンドパスフィルタ２５、ピーク検出回路２６と、ゲイン調整回路２７およびＡ／Ｄ変換回路２８、２９をそれぞれ配置しており、電流要素入力端子１１を介して入力される情報を処理し、中央処理装置４０に伝達する機能を設けている。また、零相電圧要素回路３０においても、入力回路３１、３２、および、前記２つの入力回路の切替を行う切替スイッチ３３と、バンドパスフィルタ３５、ピーク検出回路３６と、ゲイン調整回路３７およびＡ／Ｄ変換回路３８、３９をそれぞれ配置して、ＺＰＤ信号入力端子１２と検出用変流器（検出用ＣＴ）入力端子１３から入力される信号を各々処理し、中央処理装置４０に伝達する機能を設けている。
【００１６】
前記図１、２に示す測定装置において、Ｉｏの検知は自家用受電設備の責任分界点の近くに設けられた既設の開閉器３のＺＣＴ５、または専用のＺＣＴを使用することができる。また、Ｖｏの検出は、既設の高圧ケーブル遮蔽層接地線の電流または方向性地絡継電器の零相基準入力装置を使用するが、専用のＶｏ検出装置を使用することも可能である。さらに、測定装置１０は、ＩｏおよびＶｏの信号を処理し、警報を発生すると同時にデータの記録を行い、現場でプリンタ等にデータを出力し、連続的なＩｏ、Ｖｏの実効値およびピーク値と相互の位相関係を印刷できるように構成するが、必要に応じて、電話回線等を通じてデータを監視センターに伝達する機能を持たせている。
【００１７】
前記零相電流要素回路２０を構成する各回路において、Ｉｏ要素入力回路２１では、電流要素入力端子１１から入力される信号に対して、入力保護回路および増幅回路を配置して構成し、バンドパスフィルタ２５とピーク検出回路２６に信号を伝達する。また、バンドパスフィルタ２５は基本波から高調波成分までを検出し、絶縁診断に不要な配電線搬送波等を減衰させるためのバンドパスフィルタであり、ピーク検出回路２６は入力電流のピーク値を検出する。そして、前記バンドパスフィルタ２５とピーク検出回路２６の出力はゲイン調整回路２７に伝達されて、ゲイン調整を行い、ＺＣＴ一次電流を測定するが、本発明を適用する場合に、前記開閉器に内蔵されたＺＣＴの変流比および地絡継電器の入力抵抗が、メーカー、形式等により異なるために、ゲイン調整回路を用いて各機器の特性に合わせた調整を行うことができるようにしている。さらに、前記ゲイン調整回路２７からの出力は、Ａ／Ｄ変換回路２８、２９を介して中央処理装置が処理しやすいようにＡ／Ｄ変換を行い、そのデータを中央処理装置に向けて出力する。
【００１８】
前記零相電圧要素回路３０を構成する各回路において、Ｖｏ要素入力回路３１では、ＺＰＤ信号入力端子１２から入力される信号に対して、入力保護回路および増幅回路を配置して構成する。また、入力回路３２では検出用変流器入力端子１３から入力される信号に対して入力保護回路および増幅回路を配置して構成している。そして、前記２つの入力回路３１、３２から各々入力される情報は、切替スイッチ３３を介して任意に選択されて、バンドパスフィルタ３５とピーク検出回路３６に信号を伝達する。
【００１９】
前記バンドパスフィルタ３５は基本波から高調波成分までを検出し、絶縁診断に不要な配電線搬送波等を減衰させるためのバンドパスフィルタであり、ピーク検出回路３６は入力電圧のピーク値を検出する。そして、前記バンドパスフィルタ３５とピーク検出回路３６の出力はゲイン調整回路３７に伝達されて、ゲイン調整を行って電路のＶｏを測定するが、前記ＺＰＤの変圧比はメーカーにより異なり、また、ケーブルの対地間静電容量も設備内容により異なるために、ゲイン調整回路を用いている。さらに、前記ゲイン調整回路３７からの電圧情報の出力は、Ａ／Ｄ変換回路３８、３９を介してデーター処理しやすいようにデジタル変換を行い、そのデータを中央処理装置４０に向けて出力する。
【００２０】
中央処理装置４０においては、以下のａ〜ｄに示す検出の動作を行うもので、ａ：ＺＣＴ信号からＺＣＴ一次電流の実効値およびピーク値を検出する。
ｂ：ＺＰＤ信号入力端子から入力される信号から、零相電圧の実効値およびピーク値を検出する。
ｃ：高圧ケーブル遮蔽層接地線の電流実効値を検出し、零相電圧に換算する。
ｄ：Ｉｏ要素およびＶｏ要素の信号波形から、相互の位相関係を検出する。
【００２１】
また、前述したようにして検出された信号を用いて、以下のｅ〜ｇの動作を行い、情報を出力させることができるようにする。
ｅ：絶縁劣化判定；前記ＩｏおよびＶｏの実効値、ピーク値および相互の位相関係のベクトルの動きから、自家用側の絶縁劣化を自動的に判定する。
ｆ：警報発報およびデータ送信；自家用側の絶縁劣化と判定された場合は、自動的に監視センター等に向けて警報を発信する。同時に、自家用側の絶縁劣化と判別した時間前後のＩｏおよびＶｏのデータを、必要に応じて送信する。また、携帯端末器からの命令があった場合も、蓄積しているデータをデータバンクから送信する。
ｇ：その他に、本装置の動作に必要なデータの蓄積とデータ処理の動作を行う。
【００２２】
前記中央処理装置４０に対して、そのデータ処理や情報出力のために設けられる操作部４１〜ディスプレー４５においては、各装置を以下のような動作を行うものとして構成する。
＊操作部４１：測定装置を操作するスイッチ等である。
＊記憶装置４２：中央処理装置で処理したデータの蓄積を行い、必要に応じて外部からの命令等によりデータの出力を行う。
＊Ｉ／Ｏ回路４３：入出力インタフェースバス端子に接続され、アナログ出力、警報接点出力等から構成される。
＊データ送受信回路４４：通信回線へ情報を送受信する回路である。
＊ディスプレー４５：装置の動作状態、各種データの表示等を行うもので、測定装置に一体に組み込むか、あるいは測定装置と別体に大きなディスプレーを配置して構成することができる。
【００２３】
【実施例】
前述したように構成した本発明の測定装置において、ゲイン調整および補正を行う際には、図３ないし図５に示すような機構と装置を用いて実施可能であり、既設のＺＣＴ、ＺＰＤまたは高圧ケーブルを使用する場合に、停電状態でゲイン調整を行い、高圧電路のＩｏおよびＶｏ値を表示することができる。まず、零相電流要素の調整を行う場合には、図３に示すように、ＺＣＴの電流用試験端子（ｋｔ−Ｉｔ）間に、継電器試験器５０等から試験電流を流し、試験電流値と本装置（測定装置１０）のディスプレーでの表示が一致するように、ゲイン調整を行って、ゲイン調整回路２７における制御値を設定する。
【００２４】
零相電圧要素の調整に対しては、本装置のＺＰＤ信号入力端子１２に零相電圧情報を入力する継電器試験器５０、図４に示すように、ＺＰＤ５２の高圧端子５３と接地側端子５４とを介して、継電器試験器５０から試験電圧を印加し、試験電圧と本装置１０の表示が一致するように、ゲイン調整回路３７に対する調整値の設定を行う。また、前記図３、４に示されるようにして、ゲイン調整回路におけるゲイン調整を行うと同時に、位相の補正を行うことも可能であり、その場合には、継電器試験器等により零相電流および零相電圧を印加し、継電器試験器等の位相と本装置の位相表示が一致するように調整を行うことにより、ＺＣＴ、ＺＰＴの位相誤差を補正することもできる。
【００２５】
高圧ケーブルに対する調整を行う場合には、図５に示すようにして行うもので、高圧ケーブル２の導体と遮蔽層との間に、継電器試験器５０から試験電圧を印加して、継電器試験器と本装置の表示が一致するように、ゲイン調整を行うことが可能である。
【００２６】
前述したように構成した本発明の測定装置は、図６に示すような情報伝達と、情報伝送を行うことができる。まず、単一方向通信の場合には、自家用受電設備６０に本発明の測定装置１０を接続して、監視センターの受信機６６に対して、電話回線６２を介してデータの送信を行うことができる。また、測定装置１０の出力端子１６に携帯電話または、簡易型携帯電話等の端末機（以下「携帯端末機」という）に情報を伝達する。監視センターまたは携帯端末機では、着信信号を受けると自動応答し、情報の受信を行って、情報のプリントアウト、アラーム鳴動等の処理を行う。
【００２７】
有線電話回線を利用して情報の伝達を行う場合には、電話回線６２の端末を測定装置１０と監視センター６６の双方にそれぞれ接続し、相互に情報の伝達を行うことができる。そして、測定装置設置場所の有線電話回線を通じて、警報またはＩｏ、Ｖｏの値と、相互の位相関係等の連続的な情報を、監視センターまたは担当者が携帯している携帯端末機に伝送する。
【００２８】
携帯電話または携帯電話等の移動体通信網を利用する場合には、自家用受電設備６０に本発明の測定装置１０を接続し、前記測定装置１０の出力端子１６にＰＨＳ等の端末機を接続する。そして、前記端末機から、アンテナ６１を介して移動体通信網のアンテナ６４に送信し、電話回線６２を介して監視センター６６の受信器に伝達する。また、前記移動通信網に伝達された警報・情報は、監視センターに伝達することの他に、担当者が携帯している携帯端末機６７にも送信可能であるから、担当者は、自家用受電設備６０から離れた場所でも、指定した測定装置に対する測定の動作を行うことが可能であり、遠隔地の任意の場所で、必要な情報を得ることができる。双方向通信の場合は、単一方向通信の機能に加えて、測定装置１０の記憶装置４２の情報を監視センター６６または携帯端末機６７から自由に検索し、多数の監視対象箇所の電気設備の状態をリアルタイムに把握することができる。また、携帯端末機６７を利用した場合は、出張先、自宅等から居ながらにして電気設備の状態を把握することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の高圧絶縁常時監視装置は、前述したように構成しているものであるから、測定装置に設けた零相電流要素回路により、ＺＣＴ信号からＺＣＴ一次電流の実効値およびピーク値を検出することができ、零相電圧要素回路においては、ＺＰＤ信号入力端子から入力される信号から、零相電圧の実効値およびピーク値を検出することが可能である。また、高圧ケーブル遮蔽層接地線の電流実効値を検出し、零相電圧に換算して、データとして利用が可能であり、Ｉｏ要素およびＶｏ要素の信号波形から相互の位相関係を検出する動作を行う。そして、前記検出された情報を用いて、前記ＩｏおよびＶｏの実効値、ピーク値および相互の位相関係のベクトルの動きから、自家用側の絶縁劣化を自動的に判定するとともに、自家用側の絶縁劣化と判定された場合は、自動的に監視センター等に向けて警報を発信することができる。
【００３０】
さらに、前記警報の発信と同時に、自家用側の絶縁劣化と判別した時間前後のＩｏおよびＶｏのデータを、必要に応じて送信する。また、携帯端末機からの命令があった場合も、蓄積しているデータをデータバンクから送信することができ、本装置の動作に必要なデータの蓄積とデータ処理の動作を行うことが可能である。そして、任意の通信手段を用いて自家用受電設備の給電路の絶縁劣化の検知と、その検知した情報の出力を行うことができ、監視センターにおいては、多数の自家用受電設備に対する監視を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用可能な電気設備の構成を示す説明図である。
【図２】  本発明の測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】  本発明の装置に対して電流補正を行う装置の説明図である。
【図４】  本発明の装置に対して電圧補正を行う装置の説明図である。
【図５】  本発明の装置に対して高圧ケーブルに対応する補正を行う装置の説明図である。
【図６】  測定装置のデータ送受信の方式を示す説明図である。
【図７】  絶縁劣化の警報出力範囲の説明図である。
【図８】  ベクトル解析による警報の出力の説明図である。
【符号の説明】
２    給電路、  ３    開閉器、  ５    ＺＣＴ、  ６    地絡継電器、
７    検出用ＣＴ、  １０    測定装置、  １１    電流要素入力端子、
１２    ＺＰＤ信号入力端子、  １３    検出用ＣＴ入力端子、
１５・１６    端子、  ２０    零相電流要素回路、
２１・３１・３２    入力回路、  ２５・３５    バンドパスフィルタ、
２６・３６    ピーク検出回路、  ２７・３７    ゲイン調整回路、
２８・３８    Ａ／Ｄ変換回路、  ３０    零相電圧要素回路、
４０    中央処理装置、  ４１    操作部、  ４２    記憶装置、
４３    Ｉ／Ｏ回路、  ４４    データ送受信回路、
４５    ディスプレー、  ５０    継電器試験器、  ５２    ＺＰＤ、
６０    自家用受電設備。
【図１】
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【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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