(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電用変電所の入力側高圧幹線と出力側高圧幹線を、夫々の高圧幹線に設けた入力側開閉器および出力側開閉器を介して接続し、該接続線から分岐線により負荷に電力を供給するようにした配電用変電所の地絡保護装置において、
前記入力側高圧幹線と出力側高圧幹線とを電流の流れ方向が互いに逆向きとなるように一括して零相変流器の鉄心窓を貫通し、該零相変流器により保護範囲外の地絡事故では零相電流が打ち消し合い、保護範囲内の地絡事故による零相電流はこれを検出して該零相電流があらかじめ設定した設定値以上となったとき動作する地絡検出保護手段を設け、該地絡検出保護手段の動作により前記入力側と出力側の開閉器を遮断するようにしたことを特徴とする配電用変電所の地絡保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配電用変電所の地絡保護装置に関し、特に、ループ点常開方式の地絡保護に適した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧幹線のループ化は、配電用変電所の電力供給システムとして大規模ビルやインテリジェントビルを中心に採用されており、事故時の停電時間や停電範囲を極小化し、供給信頼性の向上を図っている。
【０００３】
高圧ループ幹線の系統構成には、ループ区分開閉器が常時閉路又は開路しているかで、常閉ループ式と常開ループ式の２方式がある。
【０００４】
常閉ループ式は高圧系統間の負荷を融通し合い、電圧改善、利用率向上等の利点があるが、常時の循環電流による方向地絡継電器の誤動作、地絡検出感度の低下、また地絡事故時には両系統から地絡電流が地絡点に流れ込むため、両系統が遮断され健全な区間や配電所まで全停止となるなどの課題がある。
【０００５】
これに対し、常開ループ式は、高圧ループ幹線の結合点を常時電気的に開路しておき、故障時にだけ健全回路側から故障回線の末端健全区間に自動的に逆送するようにし、常閉ループ式の技術的な課題を解決することができる。
【０００６】
図２および図３は、常開ループ式における地絡保護方式の従来例で、図２はＡ高圧幹線、Ｂ高圧幹線夫々受電側変電所で一括して地絡検出保護を行う場合、図３は各配電用変電所で地絡検出保護を行う場合である。
【０００７】
図２において１０は受電側変電所で、Ａ高圧幹線とＢ高圧幹線の２回路で複数の配電用変電所に電力を供給する。１１は変圧器、１２は受電側母線、ＧＰＴは接地形計器用変圧器を示し、この受電側母線１２にＡ高圧幹線およびＢ高圧幹線の給電所１０Ａおよび１０Ｂが接続される。
【０００８】
これら給電所１０Ａおよび１０Ｂは夫々送り出し遮断器１３ａ，および１３ｂ，零相変流器ＺＣＴに接続された地絡方向継電器１４ａおよび１４ｂを夫々備えている。地絡方向継電器１４ａ，１４ｂは通常使用されているもので零相変流器ＺＣＴおよび零相電圧検出器ＺＰＤで零相電流と零相電圧を検出して方向性を判断して動作するものである。
【０００９】
２０Ａおよび３０Ａは、Ａ高圧幹線に接続された配電用変電所、２０Ｂおよび３０Ｂは、Ｂ高圧幹線に接続された配電用変電所を示し、各配電用変電所は夫々同じ機器および同じ回路により構成されている。
【００１０】
配電用変電所２０Ａに例をとって説明すれば、配電用変電所２０Ａは、入力側（電源側）高圧幹線ＢＵｉと出力側（負荷側）高圧幹線ＢＵｏを有し、これら入力側と出力側の高圧幹線は夫々の高圧幹線に設けられた入力側開閉器２１ａおよび出力側開閉器２２ａを介して互いに接続され、その接続線から配電用変圧器２３ａ及び配電線２４ａを介して負荷に給電される。なお、図中２５ａは開閉器２１ａと２２ａの間の電路のもつ対地静電容量を示している。また、接続ケーブル１ａおよび１ｂも対地静電容量をもつが省略してある。
【００１１】
他の配電用変電所３０Ａ，２０Ｂ，３０Ｂも同様に構成されているので、配電用変電所２０と同じ部分には、各配電用変電所の番号の１の桁の数字を同じくし、その後にＡ高圧幹線用はａ、Ｂ高圧幹線用はｂの符号を付して詳細な説明を省略する。
【００１２】
配電用変電所２０Ａの入力側開閉器２１ａはＡ高圧幹線側の接続ケーブル１ａを介してＡ高圧幹線の給電所１０Ａに接続され、出力側開閉器２２ａは隣接の配電用変電所３０Ａの入力側開閉器３１ａと接続ケーブル２ａによって接続され、配電用変電所３０Ａの出力側開閉器３２ａは、接続ケーブル３ａによりループ点区分開閉器ＬＬＳに接続されている。
【００１３】
配電用変電所２０Ｂおよび３０Ｂも同様にＢ線側の接続ケーブル１ｂを介してＢ高圧幹線側給電所１０Ｂに接続され、出力側開閉器２２ｂは、接続ケーブル２ｂを介して配電用変電所３０Ｂの入力側開閉器３１ｂに接続され、配電用変電所３０Ｂの出力側開閉器３２ｂは、接続ケーブル３ｂによりループ点区分開閉器ＬＬＳに接続されている。このようにＡ高圧幹線とＢ高圧幹線とはループ点区分開閉器ＬＬＳを介してループ状に接続されているが、このループ点区分開閉器ＬＬＳは常時開路されている。
【００１４】
このような常開ループ式における地絡保護は、例えば、Ａ高圧幹線に接続された配電用変電所３０ＡのＦ1点で地絡事故が発生すると、Ａ高圧幹線の給電所１０Ａ内に設けてある零相変流器ＺＣＴと零相電圧検出器ＺＰＤがこれを検出し、地絡方向継電器１４ａが作動して送り出し遮断器１３ａを遮断する。Ｂ高圧幹線側はループ点区分開閉器ＬＬＳが開路しているが、対地静電容量３５ｂ，２５ｂに代表される対地静電容量に充電電流が流れ、この電流が零相電流として検出される。しかし、動作する電流位相と１８０°違うため、地絡方向継電器１４ｂは動作することがない。
【００１５】
図３は各配電用変電所に地絡検出保護手段を備えた場合で、図２と同一又は相当部分にはこれと同じ符号を付して説明を省略する。なお、図中Ｃ１〜Ｃ５は零相電流を確実に検出するために、各配電用変電所に設けられた接地コンデンサを示している。
【００１６】
各配電用変電所は夫々Ａ高圧幹線側からの給電と、Ｂ高圧幹線側からの給電に対応した地絡方向継電器を備えている。配電用変電所２０Ａに例をとって説明すると、２６ａ，２７ａはＡ高圧幹線側からの給電の地絡に対し負荷側に流れる地絡電流を検出して動作する地絡方向継電器、６６ｂ，６７ｂはＢ高圧幹線側からの給電時の地絡に対し負荷側事故点に流れる地絡電流を検出して動作する地絡方向継電器で、各地絡方向継電器は、夫々の零相変流器ＺＣＴに接続され、かつ零相電圧検出器ＺＰＤに接続されている。
【００１７】
なお、地絡方向継電器６６ｂ，６７ｂは、Ａ高圧幹線側からの給電の地絡に対して電源側事故点から流れる充電電流を検出して動作することもある。同様に、地絡方向継電器２６ａ，２７ａはＢ高圧幹線側からの給電の地絡に対し電源側事故点から流れる充電電流を検出して動作する場合もある。
【００１８】
そして、変電所内に地絡事故が起きたとき、事故点に流れる地絡電流を検出して動作する地絡方向継電器２６ａと、事故点から流れる充電電流を検出して動作する地絡方向継電器６６ｂの両方が同時に動作したとき（アンド条件成立時）に、入力側と出力側の開閉器２１ａと２２ａが同時に遮断される。
【００１９】
また、配電用変電所２０Ａと配電用変電所３０Ａを接続する接続ケーブル２ａに地絡事故が起きたとき、事故点に流れる地絡電流を検出して動作する地絡方向継電器２７ａと、事故点から流れる充電電流を検出して動作する配電用変電所３０Ａの５７ｂの両方が同時に動作したとき、出力側と入力側の開閉器２２ａ，３１ａが同時に遮断される。
【００２０】
なお、地絡方向継電器６７ｂ，２７ａ，５７ｂ，３７ａ，４７ｂ，４７ａ，５６ａ，３６ｂ，６６ａ，２６ｂは配電用変電所をつなぐ接続ケーブルの地絡事故に対応した地絡方向継電器なので、以下説明を省略する。
【００２１】
以上は配電用変電所２０Ａについて説明したが、他の配電用変電所３０Ａ，４０Ａおよび２０Ｂ，３０Ｂも同様に構成されており、配電用変電所２０と同じ部分には、配電用変電所の番号の１の桁の数字を同じくし、説明を省略する。
【００２２】
通常はループ点区分開閉器ＬＬＳは開路されているので、Ａ高圧幹線側の配電用変電所２０Ａ，３０Ａおよび４０Ａの地絡保護は、夫々の地絡方向継電器２６ａ・３６ａ・４６ａおよび４６ｂ，５６ｂ，６６ｂによって行われている。
【００２３】
今、配電用変電所３０ＡのＦ2点で地絡事故が発生すると、地絡電流（零相電流）Ｉｇが流れる。このとき地絡方向継電器２６ａと３６ａの零相変流器が夫々（Ｉｇ−Ｉｃ１−Ｉｃ２−Ｉｃ３），（Ｉｇ−Ｉｃ２−Ｉｃ３）の零相電流を検出して動作する。
【００２４】
また、電源側事故点から流れる充電電流を検出し、地絡方向継電器５６ｂ（Ｉｃ３），２７ｂ（Ｉｃ４）は夫々（  ）内の零相電流を検出して感度整定値以上であれば動作する。
【００２５】
地絡方向継電器４６ｂと３７ｂはループ点区分開閉器ＬＬＳは開路していて接続ケーブルがもつ対地静電容量だけとなり動作しない場合が考えられる。その他の地絡方向継電器は電流位相が動作位相と逆なので動作しない。
【００２６】
この場合、配電用変電所３０Ａだけが、地絡方向継電器３６ａと５６ｂが動作しアンド条件が成立しているので、入出力側の遮断器３１ａと３２ａが同時に遮断される。
【００２７】
この遮断器３１ａと３２ａが遮断されると、ループ点区分開閉器ＬＬＳの一方の電圧が無くなるので、一定時間後に当該ループ点区分開閉器ＬＬＳは投入され配電用変電所４０ＡにはＢ高圧幹線側から電力が供給される。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
図２の一括地絡保護方式は、地絡方向継電器が各回線に１台設置すれば足りるという利点はあるが、しかし、Ａ高圧幹線中の一つの配電用変電所で地絡事故が発生すると、その高圧幹線に接続されている全配電用変電所が停電となり、停電後に事故発生の変電所を探索して切り離した後、Ａ回線から再び給電し、同時にループ点区分開閉器を投入してＢ高圧幹線からも給電することになるが、その間Ａ高圧幹線に接続されている健全な配電用変電所は停電状態を続けることになる。特に近年は、高層ビル，インテリジェントビルの各階に配電用変電所を分散して設置し、一つの高圧幹線に数拾の配電用変電所が設置されるようになっているので、事故の配電用変電所を発見し、これを切り離して再び給電するまでに相当の時間がかかるという問題がある。
【００２９】
また、図３の地絡保護方式は、地絡事故を発生した配電用変電所が、自己の変電所内でそれを検出して切り離すので停電箇所を最小限にして上記の課題は完全に解決されるが、一つの配電用変電所で多数の零相変流器を含む地絡方向継電器が必要となる。
【００３０】
また、これらの地絡方向継電器を確実に動作させるために接地コンデンサＣ１〜Ｃ５を設置する必要がある。即ち、図３のループ点区分開閉器ＬＬＳが開路していて対地静電容量が無いので動作しない地絡方向継電器４６ｂと同様に、地絡方向継電器５６ｂの零相電流は、対地静電容量に流れるＩｃ３だけでなので、Ｉｃ３が感度整定値以上でないと継電器が動作しないことになり正常な判断ができなくなる。これを避けるために、接地コンデンサを設けて強制的に対地静電容量を増やし、感度整定値以上の零相電流を流し、地絡方向継電器の動作を確実なものにする必要がある。特に、常開ループ式においては、ループ点区分開閉器をどの箇所に設置するかは特定されていないし、一度地絡事故が起きた後は、開閉器を解放し給電方向を変えるため、各開離点毎に感度電流値以上の零相電流を流すことのできる静電容量の接地コンデンサを必ず設置する必要がある。
【００３１】
Ｆ2点の地絡事故で開閉器３１ａ，３２ａとそののちＬＬＳが働いた後の監視状態で、配電用変電所３０Ｂで地絡事故が起きたときは同様に保護できる。しかし、配電用変電所４０Ａで地絡事故が起きたときは、事故前の地絡方向継電器３７ｂと同様に地絡方向継電器４６ａの零相電流はケーブルが持つ対地静電容量に流れるだけとなり正常な動作ができない場合があり、地絡方向継電器４６ｂと４６ａのアンド条件が成立しない不確実な保護方式となっている。（６．６ｋＶの電路において完全地絡の１０％零相電圧感度で零相電流を２００ｍＡ流すのに必要な対地静電容量は１．４μＦとなり、ＣＶケーブル１５０ｍｍ2のとき２．５ｋｍ必要となる。これよりケーブルが短いと地絡方向継電器４６ａは正常な動作ができず確実な保護ができない）
本発明は、以上の点に鑑み、一つの配電用変電所に一つの地絡検出保護手段を設ければ足りるようにするとともに、接地コンデンサの必要のない配電用変電所の地絡保護装置を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配電用変電所においては、入力側高圧幹線から流入する負荷電流および零相電流は通常そのまま出力側高圧幹線から流出すること、しかも、自己の配電用変電所内での地絡事故の場合は、流入側と流出側ではアンバランスとなること、および、この現象は、常開ループ式のように出力側高圧幹線から入力側高圧幹線に電流の流れ方向が変わった場合でも変わらないこと、負荷電流にくらべ零相電流は小さい（３０Ａ程度）ことに着目してなされたものである。
【００３３】
その具体的手段における実施の形態は、配電用変電所の入力側高圧幹線と出力側高圧幹線を、夫々の高圧幹線に設けた入力側開閉器および出力側開閉器を介して接続し、該接続線から分岐線により負荷に電力を供給するようにした配電用変電所の地絡保護装置において、前記入力側高圧幹線と出力側高圧幹線とを電流の流れ方向が互いに逆向きとなるように一括して零相変流器の鉄心窓を貫通し、該零相変流器により、保護範囲外の地絡事故では零相電流が打ち消し合い、保護範囲内の地絡事故による零相電流はこれを検出して該零相電流があらかじめ設定した設定値以上となったとき動作する地絡検出保護手段を設け、該地絡検出保護手段の動作により前記入力側と出力側の開閉器を遮断するようにしたことを特徴とする。
【００３４】
以上のように構成することにより、ループ配電方式における常開ループ式のように、Ａ高圧幹線側又はＢ高圧幹線側のいずれから電力が供給されても、一つの地絡検出保護手段で保護が可能となり、また、接地コンデンサが無くとも確実に保護範囲内の地絡事故を検出することが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００３６】
図１は本発明の実施の形態で、図３に示す複数の配電用変電所の中の一つの配電用変電所を示し、（Ａ）は単線結線による回路構成図、（Ｂ）は地絡検出保護の説明図である。
【００３７】
図１において、１は入力側（電源側）高圧幹線、２は出力側（負荷側）高圧幹線で、これらの高圧幹線は入力側開閉器１ａおよび出力側開閉器２ａを介して接続され、その接続線３ａから分岐して、変圧器３が接続されて負荷に電力を供給することは図３の場合と同じである。本発明においては零相変流器４の設置手段に特徴を有する。即ち、図１に示すように、入力側高圧幹線１と出力側高圧幹線２の両方（三相の場合は６本）を零相変流器４の１次導体として鉄心窓を貫通し、２次巻線の誘起電圧を地絡検出保護手段５で検出する。
【００３８】
この地絡検出保護手段５は、方向性の有しない地絡継電器のように、単に零相電流を検出し、この零相電流があらかじめ設定した設定値以上となったときに動作信号を出力するものであればよい。そして、地絡検出保護手段５の動作信号により入力側および出力側の開閉器１ａおよび２ａを同時に遮断する。
【００３９】
このように構成することにより、正常時における負荷電流および自己の配電用変電所以外（保護範囲外）のＦ点から入力側高圧幹線１を通して流入する零相電流ＩｏＡと、出力側高圧幹線２から出力する零相電流ＩｏＢとは等しく、零相変流器４内を通る１次電流の総和は０となり、地絡検出保護手段５に入力される零相変流器による検出信号も０となり、地絡検出保護手段５は動作しない。（図１（Ａ））
しかし、図１（Ｂ）に示すように、自己の配電用変電所内（保護範囲内）の、Ｆ3点で地絡事故が発生し、地絡電流（零相電流）Ｉｇが流れると、入力側および出力側に流れる零相電流ＩｏＣおよびＩｏＤは、通常ＩｏＣ＞ＩｏＤとなり、地絡検出保護手段５は、この差の信号を検出して動作信号を出力し入力側および出力側の開閉器１ａおよび２ａを同時に遮断する。
【００４０】
以上は、入力側高圧幹線の方から出力側高圧幹線に電力が供給する場合であるが、反対に出力側高圧幹線の方から入力側高圧幹線の方向に電力の供給方向が変わっても何等影響されることなく保護動作を確実に実現することができる。
【００４１】
なお、以上は一つの配電用変電所についてのみ説明したが、これを図３のようにＡ高圧幹線及びＢ高圧幹線に複数の配電用変電所を常開のループ点区分開閉器を介してループ状に設置して使用される。
【００４２】
設置に際しては、各配電用変電所の機器を配電盤内に収納して、これを列盤構成とし、隣接する配電盤間の接続は、ケーブルによる周知のジョイント方式でループ状に接続するようにすることが望ましい。
【００４３】
以上はループ区分開閉器ＬＬＳを設けたループ回線の場合について説明したが、このループ区分開閉器ＬＬＳは、隣接する配電用変電所の入出側開閉器で兼ねることが出来る。例えば、図３の配電用変電所４０Ａの出力側開閉器４２ａと、３０Ｂの出力側開閉器３１ｂを常時開路することでループ区分開閉ＬＬＳは不要となる。このように全体を中央監視システムとし、各入出力側開閉器でループ点区分開閉器を兼ねた場合、任意の点でループ区分点を変更でき、電力需要にあった配電を行いながら各配電用変電所内の地絡事故を保護する地絡保護装置となる。
【００４４】
なお、配電盤間の接続導体の地絡保護は、通常行われているケーブルシールドアース線に保護継電器を設置する方法で保護される。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、各配電用変電所には一つの地絡検出保護手段を備えるだけで地絡保護でき、また、Ａ高圧幹線とＢ高圧幹線のループ方式における常開ループ式に使用すれば高圧幹線切り換えが行われた場合でも、この地絡検出保護手段で保護範囲外では動作せず、保護範囲内のときのみ確実に動作することができる。しかもこの地絡検出保護手段は方向性を持つ必要がないので、零相電圧検出器も不要となる。
【００４６】
従って、従来は、零相変流器と地絡方向継電器の組みを４組および零相電圧検出器から零相電圧信号を必要としていたものを本発明器は不要となる。更に接地コンデンサも不要となるので、電力供給の信頼性向上や、配電用変電所の設置面積縮少、およびコストの低減が実現できる。この効果は、特に配電用変電所を配電盤構成とし、これをループ状に接続する配電方式に適用した場合は、接続盤数が増えれば増えるほど顕著に現れるという極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の単線結線による回路構成図と動作説明図。
【図２】  従来のループ方式の地絡保護方式の説明図。
【図３】  従来のループ方式の他の地絡保護方式の説明図。
【符号の説明】
１…入力側高圧幹線
２…出力側高圧幹線
１ａ…入力側開閉器
２ａ…出力側開閉器
３…変圧器
４…零相変流器
５…地絡検出保護手段
【図１】
0003641567.tif 000002
【図２】
0003641567.tif 000003
【図３】
0003641567.tif 000004