(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接地配電線路の電源側地絡事故か負荷側地絡事故かの判別を行う地絡方向判別方法であって、
前記配電線路の各相の対地相電圧と、零相電流を検出し、地絡事故の程度が軽微で零相電圧が完全地絡時の５０％以内で定めた位相判別範囲内では、検出した対地相電圧を基準に零相電流との位相を比較し、地絡の程度が進み、零相電圧が前記位相判別範囲を超えた範囲では、各相の対地相電圧を合成して零相電圧を得、この零相電圧を基準として零相電流と位相比較を行なって地絡方向を判別することを特徴とする地絡方向判別方法。
【請求項２】
非接地配電線路の電源側地絡事故か負荷側地絡事故かの判別を行って、負荷側地絡事故で零相電流が感度設定値を超えたとき保護出力信号を出して配電線路を保護する地絡方向継電装置であって、
配電線路の各相の対地電圧を検出する対地相電圧検出装置と、
配電線路の零相電流を検出する零相変流器と、
前記対地相電圧検出装置で検出する対地相電圧を基準電圧とし、この基準電圧と前記零相変流器で検出する零相電流との位相比較によって地絡方向を判別する地絡方向判別手段とを備え、
該地絡方向判別手段は、地絡事故の程度が軽微で零相電圧が完全地絡時の５０％に満たない範囲において、前記対地相電圧を基準として零相電流と位相比較して地絡方向を判別することを特徴とする地絡方向継電装置。
【請求項３】
非接地配電線路の電源側地絡事故か負荷側地絡事故かの判別を行って、負荷側地絡事故で零相電流が感度設定値を超えたとき保護出力信号を出して配電線路を保護する地絡方向継電装置であって、
配電線路の各相の対地電圧を検出する対地相電圧検出装置と、
配電線路の零相電流を検出する零相変流器と、
前記対地相電圧検出装置で検出する対地相電圧を基準電圧とし、この基準電圧と前記零相変流器で検出する零相電流との位相比較によって地絡方向を判別する地絡方向判別手段とを備え、
該地絡方向判別手段は、地絡事故の程度が軽微で零相電圧が完全地絡時の５０％以内で定めた位相判別範囲内では、前記対地相電圧を基準として零相電流と位相比較して地絡方向判別を行ない、地絡の程度が進み零相電圧が前記位相判別範囲を超えた範囲では、各対地相電圧を合成して零相電圧を得、この零相電圧を基準電圧として零相電流と位相比較することで地絡方向を判別することを特徴とする地絡方向継電装置。
【請求項４】
前記対地相電圧検出装置は、配電線路の３相のうち２相の対地相電圧を検出し、前記地絡方向判別手段は２相の対地相電圧信号から残りの１相の対地相電圧信号を得て３相対地相電圧となし、該３相対地相電圧から各相の対地相電圧の基準電圧、又は合成して零相電圧の基準電圧を得るようにすることを特徴とする請求項２または３記載の地絡方向継電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接地配電線路の地絡方向判別方法および地絡方向継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高圧非接地配電線路に用いられる地絡方向継電器は、地絡事故時の零相電圧を基準電圧入力装置で取り出し、この零相電圧と配電線路に挿入された零相変流器で得られる零相電流とを位相比較し、電源側事故か負荷側事故かの判断を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、配電線路のケーブル化等で対地静電容量が増加し、軽微な地絡事故では零相電圧が上昇せず、地絡がある程度進んでから零相電圧が継電器の設定レベルを越え動作する事例が多く、需要家側と電力会社の継電器が同時に動作するかまたは電力会社側が先に動作する事があり、需要家側での保護動作ができない状態が続き、停電区間を拡大してしまう。
【０００４】
また、零相電圧を取り出す基準入力装置は、高圧側に挿入する高圧コンデンサのバラツキを少なくし、装置自体で発生する残留電圧を小さくする必要があり、零相電圧設定感度を高感度にするのに限界があった。
【０００５】
本発明の目的は、軽微な地絡事故発生にも確実に地絡方向を検出して非接地配電線路の保護ができる地絡方向判別方法および地絡方向継電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記のように、零相電圧Ｖ0が発生しにくい配電線路では地絡電流は大きく流れているにも関わらず零相電圧が設定レベルに達していないため保護動作ができない状態が続き好ましくない。
【０００７】
そこで、本発明は、零相電圧と零相電流との位相比較に代えて、対地相電圧を基準電圧として零相電流と位相比較することにより、零相電圧の発生レベルは低い状態でも対地相電圧と零相電流の位相比較により確実に地絡方向を判別できるようにしたもので、以下の方法および装置を特徴とする。
【０００８】
（方法の発明）
非接地配電線路の電源側地絡事故か負荷側地絡事故かの判別を行う地絡方向判別方法であって、前記配電線路の各相の対地相電圧と、零相電流を検出し、地絡事故の程度が軽微で零相電圧が完全地絡時の５０％以内で定めた位相判別範囲内では、検出した対地相電圧を基準に零相電流との位相を比較し、地絡の程度が進み、零相電圧が前記位相判別範囲を超えた範囲では、各相の対地相電圧を合成して零相電圧を得、この零相電圧を基準として零相電流と位相比較を行なって地絡方向を判別することを特徴とする。
【０００９】
（装置の発明）
非接地配電線路の電源側地絡事故か負荷側地絡事故かの判別を行って、負荷側地絡事故で零相電流が感度設定値を超えたとき保護出力信号を出して配電線路を保護する地絡方向継電装置であって、配電線路の各相の対地電圧を検出する対地相電圧検出装置と、配電線路の零相電流を検出する零相変流器と、前記対地相電圧検出装置で検出する対地相電圧を基準電圧とし、この基準電圧と前記零相変流器で検出する零相電流との位相比較によって地絡方向を判別する地絡方向判別手段とを備え、該地絡方向判別手段は、地絡事故の程度が軽微で零相電圧が完全地絡時の５０％に満たない範囲において、前記対地相電圧を基準として零相電流と位相比較して地絡方向を判別することを特徴とする。
【００１０】
また、前記地絡方向判別器は、零相電流の位相が何れかの対地相電圧と同相のとき負荷側の地絡事故と判別することを特徴とする。
【００１２】
また、前記地絡方向判別器は、地絡事故の程度が軽微なときは前記対地相電圧を基準に方向判別を行ない、地絡の程度が進み零相電圧が大きくなったときに各対地相電圧を合成して零相電圧を得、その零相電圧を基準電圧として零相電流と位相比較することで地絡方向を判別することを特徴とする。
【００１３】
また、前記対地相電圧検出装置は配電線路の３相のうち２相の対地相電圧を検出し、前記地絡方向判別器は２相の対地相電圧信号から残りの１相の対地相電圧信号を得て地絡方向を判別することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態を示す装置構成図である。非接地配電線路のＲ,Ｓ,Ｔ相には、それぞれ対地相電圧検出装置１Ｒ，１Ｓ，１Ｔを設け、各相の対地電圧を検出する。各検出装置１Ｒ，１Ｓ，１Ｔは、コンデンサ分圧回路と変成器により対地電圧検出信号（正弦波）を出力する。配電線路の零相電流は零相変流器２で検出する。
【００１５】
地絡方向継電器３は、対地相電圧検出装置１Ｒ，１Ｓ，１Ｔからの各相対地電圧を位相判別の基準電圧とし、零相変流器２からの零相電流との位相比較により地絡方向を判別する。
【００１６】
図２は、地絡方向継電器３をハードウェア構成で示し、配電線路の各相の対地電圧のいずれかの対地相電圧と零相電流とを位相比較して地絡事故方向を判別し、保護出力を得る。なお、図２は、ディジタル回路構成で示すが、その大部分をソフトウェア構成とすることができるし、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
【００１７】
図２において、対地相電圧は、それぞれ増幅器１１R、１１Ｓ、１１Ｔ、によってそれぞれ適当なレベルまで増幅し、波形整形回路１２Ｒ，１２Ｓ，１２Tによって正弦波のゼロクロスを縁とする狭幅のパルス波形に変換することで、ゼロクロス点の位相になるタイミングパルスを得る。これら回路構成により、対地相電圧の各相のパルス信号位相として検出する。
【００１８】
一方、零相変流器からの零相電流検出信号は増幅器１３によって適当なレベルまで増幅し、この検出信号がレベル検出器１４がもつ感度設定値を越えたか否か、つまり零相電流が一定レベル以上にあるか否かを検出する。また、零相電流検出信号は波形整形回路１５によってそのゼロクロス点を縁とする狭幅のパルス波形に変換する。論理積回路１６は、レベル検出器１４によって零相電流が感度設定値を越えたことをゲート信号とし、このときの波形整形回路１５のパルス出力を取り出す。
【００１９】
位相比較回路１７Ｒ，１７Ｓ，１７Ｔは、波形整形回路１２Ｒ、１２Ｓ、１２Ｔに得る対地相電圧の各相のタイミングになるパルス信号と、論理積回路１６に得る零相電流のタイミングになるパルス信号との位相を比較し、ほぼ同相か否かを検出する。これら位相比較により、零相電流と同相の対地相電圧があれば負荷側に地絡が発生したと判定する。
【００２０】
この地絡方向判別において、対地相電圧の検出には感度設定レベルを設けることなく、零相電圧の大小に関係なく零相電流の感度設定値で位相比較する。これは、零相電圧が発生しないかレベルの低い状況では、対地相電圧の変化もほとんどないため、零相電流の感度設定値で地絡を判別するためのものである。
【００２１】
論理和回路１８は、位相比較回路１７Ｒ，１７Ｓ，１７Ｔのいずれかに同相検出がなされたときにその出力を時限回路１９に出力し、時限回路１９では負荷側の地絡事故検出が一定時限以上継続したときに保護信号出力する。
【００２２】
以上の構成により、本実施形態によれば、零相電圧を位相判別の基準に用いるのではなく、対地相電圧を位相判別の基準として地絡方向を判別することにより、地絡事故が軽微で零相電圧が発生しにくい状態にあるときにも速やかに地絡方向を検出することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の他の実施形態を示す地絡方向継電器の構成図である。本実施形態は、地絡事故の程度が軽微なときは前記の実施形態と同様に対地相電圧を基準に方向判別を行ない、地絡の程度が進み零相電圧が大きくなったときに各対地相電圧を合成して零相電圧を得、その零相電圧を基準電圧として零相電流と位相比較することで地絡方向を判別するものである。
【００２４】
図３において、地絡事故の程度が軽微なときに対地相電圧を基準に方向判別する部分は、同じであり、同一符号で示す。
【００２５】
そして、地絡の程度が進み零相電圧が大きくなったときは、波形合成回路２０による対地相電圧の合成により零相電圧を検出し、そのレベルをレベル検出器２１で検出される。この零相電圧の位相は波形成形回路２２によってそのゼロクロス点を縁とする狭幅のパルス信号として取り出され、論理積回路２３によって零相電圧が大きくなったことを条件にして取り出される。
【００２６】
位相比較回路２４は、論理積回路１６からの零相電流の位相になるパルス信号と、論理積回路２３からの零相電圧の位相になるパルス信号との位相比較を行い、地絡が負荷側に発生したか否かを判別する。
【００２７】
抑止回路２５は、レベル検出器２１が零相電圧が大きくなったことを検出したときの信号で、論理和回路１８からの判別信号を抑止する。論理和回路２６は、抑止回路２５を通した判別信号と位相比較回路２４を通した判別信号のいずれかで時限回路１９を駆動する。
【００２８】
本実施形態が効果的である理由を説明する。負荷側事故のとき零相電圧Ｖ0を基準にした場合、電力側の高抵抗接地の抵抗値と電路の対地静電容量の関係で、図４に示すように、零相電流Ｉ0は零相電圧Ｖ0に対し遅れ９０〜１８０°位相の範囲に現れるが、この時、対地相電圧に対しては事故相の対地相電圧に対し同相となる。また、電源側事故のＶ0に対してＩ0は進み９０°となり、事故相の対地相電圧に対してはほぼ１８０°反転した位相に現れる。この事は地絡の程度に関わらず成り立つが、地絡の程度が進んだときは、電源側地絡のＩ0が他の健全相の対地相電圧と同相になる事があり判別できない領域がある。
【００２９】
従って、Ｖ0の発生が小さい軽微な地絡に対しては対地相電圧と位相比較し、地絡の程度が進んで零相電圧が十分大きくなったときは、各対地相電圧をベクトル合成して得られる零相電圧Ｖ0とＩ0を従来通りの方法で位相比較して方向判別する。
【００３０】
地絡の進み具合の程度の判断基準としては完全地絡の５０％で電源側事故のＩ0が健全相の対地相電圧と同相となるため位相判別を確実にするため０〜２０％程度を対地相電圧との位相判別範囲とする事が望ましい。（図５参照）
上記の実施形態において、零相電圧を併用しないで対地相電圧だけで判別する場合、完全地絡の５０％以下の地絡の場合、地絡事故相の対地相電圧は事故が無い状態における対地相電圧に対し進み位相となり、他の健全相の対地相電圧は遅れ位相となる。５０％以上の地絡では進み１２０°の相の対地相電圧がやはり進み位相で現れる。しかし、この時１２０°進み相の対地相電圧は１.５倍以上の電圧となり、一方事故相の対地相電圧は２／√３倍以下の電圧となる。残りの一相は遅れ位相のままであり、地絡相がどの相かの判断が可能である。
【００３１】
従って、地絡相を前記のように判断し、地絡相の対地相電圧と零相電流との位相比較で方向判別を行っても良い。
【００３２】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の他の実施形態を示す装置構成図であり、前記までの実施形態における対地相電圧の検出方式を改良したものである。
【００３３】
３相電路の場合、３相分の対地相電圧が必要となるが、２相分の信号が有れば残りの一相の信号が計算で得られ、零相電圧も求められた残りの一相の信号も含めベクトル合成する事で得ることができる。
【００３４】
そこで、本実施形態では、対地相電圧検出装置として２つの装置１Ｒ，１Ｓを設け、この２つの対地相電圧から残りの相Ｔの電流を地絡方向継電器３内で算定することにより、電圧検出系を簡単化する。
【００３５】
図７は、地絡方向継電器３の構成を示し、図２におけるＴ相の対地電圧を入力するための入力端子Ｙ３と増幅器１１Ｔを省略し、波形合成回路２７を設ける。波形合成回路２７は、図８の（ａ）に示す構成で実現され、各部は同図の（ｂ）に示すベクトル関係になる。
【００３６】
図８の（ａ）において、反転回路２７ＡはＲ相の対地電圧波形を位相反転させ、この位相反転波形とＳ相の対地電圧波形とを波形合成回路２７Ｂで合成し、この合成波形を６０°遅延回路２７Ｃで遅延させ、この遅延波形とＲ相の対地電圧波形とを波形合成回路２７Ｄで合成することでＴ相の対地電圧波形を得る。
【００３７】
図９は、図３に示す構成に本実施形態を適用した場合を示し、図３と異なる部分は図８と同様の波形合成回路２７を設けてＴ相の電圧を合成し、さらに波形合成回路２８を設けて零相電圧を合成する点にある。
【００３８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、配電線路の各相の対地電圧と配電線路の零相電流とを位相比較して地絡事故方向を判別するようにしたため、以下の効果がある。
【００３９】
（１）従来、零相電圧を位相判別の基準として用いてきたが、従来技術の問題点で指摘したように零相電圧の感度設定値のレベルの電圧発生を待って動作していたが零相電流の動作レベルを越えた時点で高感度の保護動作が確実に行なえる。従って、基準電圧の動作レベル設定を必要としない。
【００４０】
（２）対地相電圧検出装置は１個単位で構成され出力信号レベルのバラツキは地絡継電器内部で調整すれば良い。また、Ｖ0が大きくなった段階でヘクトル合成してＶ0を得れば良く、各相の対地相電圧検出装置の信号に多少のバラツキがあっても大きな誤差はでない。従って、零相電圧検出装置のように高圧側コンデンサの容量バラツキを考慮する必要がない。
【００４１】
（３）対地相電圧検出装置を２相分とし、高価な高圧コンデンサを少なくでき経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す装置構成図。
【図２】実施形態の地絡方向継電器のハードウェア構成図。
【図３】本発明の他の実施形態を示す地絡方向継電器のハードウェア構成図。
【図４】本発明を原理的に説明するためのベクトル図。
【図５】本発明を原理的に説明するためのベクトル図。
【図６】本発明の他の実施形態を示す装置構成図。
【図７】本発明の他の実施形態を示す地絡方向継電器のハードウェア構成図。
【図８】図７における波形合成回路とそのベクトル関係図。
【図９】本発明の他の実施形態を示す地絡方向継電器のハードウェア構成図。
【符号の説明】
１Ｒ，１Ｓ，１Ｔ…対地相電圧検出装置
２…零相変流器
３…地絡方向継電器
１１Ｒ，１１Ｓ，１１Ｔ，１３…増幅器
１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔ，１５…波形整形回路
１４、２１…レベル検出器
１７Ｒ，１７Ｓ，１７Ｔ、２４…位相比較回路
２０、２７、２８…波形合成回路
【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】
0003691367.tif 000008
【図８】
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【図９】
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