(57)【要約】      （修正有）【課題】検知する０相電流の選別機能を備えて、検知能力を向上させ不要動作を抑止する検知器を提供する。【解決手段】検知器は、高圧ケーブルの接地線に流れる０相電流を地絡電流と充電電流の特性の相違を応用して選別する。０相電流が地絡電流の場合は、その電流値は他の相の電流値よりも２倍以上大きくなり、かつ、その電流の位相は他の二つの０相電流を合成した位相よりも必ずπ／２以上の進みとなる。又、０相電流が充電電流の場合は、他の相よりも２倍以上大きな０相電流は存在しない。したがって、０相電流の絶対値を比較することと、さらに位相差の開きを検証することで選別を確かなものにし、地絡電流には的確に応動させ充電電流には不要な動作を抑止することで検知能力の向上を図る。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
高圧ケーブルが地絡した場合や他の場所で地絡が発生した際に、高圧ケーブルの接地線に流れる各相の０相電流を実効値判定回路で比較して他の相よりも２倍以上大きい電流値を検出し、位相差判定回路で実効値が２倍以上大きな０相電流の位相と残りの二つの０相電流を合成した位相との位相差を検出して、実効値が２倍以上大きな電流の位相がπ／２以上進んでいればその０相電流を地絡電流として選別し、その他の場合は充電電流として選別する高圧ケーブル故障検知装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、高圧ケーブルの接地線に流れる０相電流が地絡電流か充電電流かを選別して地絡電流のみに反応させて、地絡した高圧ケーブルの相表示を行う検知器（以下、「検知器」と言う。）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  高圧ケーブルが地絡した場合は、高圧ケーブルの接地線に電路の対地静電容量と地絡抵抗に応じた地絡電流が流れる。又、高圧ケーブルが健全な状態で高圧ケーブル以外の場所（以下、「他の場所」という。）で地絡が発生した場合も、その時に発生する０相電圧と高圧ケーブルの静電容量に応じて高圧ケーブルの接地線に充電電流が流れる。（以下、本考案において地絡電流と充電電流の両者を示す場合は、「０相電流」という。）【０００３】  高圧ケーブルが地絡した場合や他の場所で地絡が生じた場合は、アーク放電へと移行する事例が多い。そして、アーク放電に至ると高調波の発生によって０相電流が増大し、著しい場合は３倍以上に増大することがある。【０００４】  検知器は、高圧ケーブルが地絡した場合の地絡電流を確実に検知して動作させなければならないが、高圧ケーブルが健全な状態で検知する充電電流には動作させないようにしなければならない。しかし、これまで行っていた両者の選別は、電流の大きさで区別する方法であった。そのため、検知器の動作電流値の設定は、検知器を取り付ける高圧ケーブルの最大充電電流（最大充電電流は、完全地絡時の充電電流になる。）をさらに３倍してそれを上回る値を設定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０６４４０号  公報
【特許文献２】特開２００１−３１４００９号  公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「高圧ケーブル故障検知器製品情報」、株式会社三輝製作所、２０２１年、ホームページ（ｈｔｔｐｓ／／ｗｗｗ．ｓａｎｋｓ．ｃｏ．ｊｐ／ｃｏｍｐａｎｙ）
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】  これまで高圧ケーブルの地絡は完全地絡に至るものと想定していたが、高抵抗地絡に止まっている事例もあることが分かった。このような場合は、地絡電流の値が検知器の設定値よりも小さくなるため電源側の高圧遮断器（以下、「高圧遮断器」という。）が遮断しても検知器は地絡電流を検知できない。【０００８】  高圧遮断器が遮断した場合は、直ちに事故点の探索を行う。しかし、地絡した高圧ケーブルに取り付けている検知器が高圧ケーブルの故障を表示していなければ、当該ケーブルの異常は無いものと判断してその後の探索を継続する。全ての目視探索が終了して絶縁不良個所を発見できない場合は、次の探索手段として区間を区切った絶縁耐力試験を順次行うことになる。絶縁耐力試験を繰り返し行っていけば地絡したケーブル個所にたどり着くことはできるが、検知器の無表示が事故探索を関係の無い方向へと誘導して、探索に要す時間と労力の浪費を招く欠点があった。【０００９】  その欠点を補うためには、検知器に地絡電流と充電電流の選別機能を備えれば地絡電流には的確に動作させて充電電流には動作しないよう抑止することができる。そうすれば、検知器動作電流値の設定は、電源側の地絡保護装置の設定値と同じ値にすることが可能となり、高圧ケーブルの高抵抗地絡で高圧遮断器が遮断した場合は、検知器も必ず動作することで前述の欠点を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本考案は、検知器が検知した０相電流の中で他の相よりも２倍以上大きな実効値を有する０相電流を検出し、その位相と他の二つの０相電流を合成した位相との差を検出し、その位相差の大きさで検知した０相電流が地絡電流か充電電流かの選別機能を備えるものである。【００１１】  検知器が検知する０相電流が地絡電流か充電電流かの選別方法について、図２、図３、図４及び図５で説明する。なお、三相高圧の特性として各相においても同様のことが言えるので、地絡が発生する相はＡ相に特定して説明する。【００１２】  図２は、高圧ケーブルのＡ相で地絡抵抗が数百Ωの小さい抵抗で地絡した場合の０相電流のベクトル図である。Ｅａは、Ａ相の相電圧である。Ｉｇａは、地絡したＡ相の接地線に流れる電流のベクトルである。ＩｇｂとＩｇｃは、Ａ相が地絡した際に生じる０相電圧とケーブルの静電容量に応じてＢ相及びＣ相の接地線に流れる充電電流である。その大きさはＩｇａと比較して数分の１以下で、その向きはＩｇａに対してほぼ反対向きになっている。又、ＩｇｂとＩｇｃを合成したベクトルとＩｇａとの位相差は、π／２以上になる。【００１３】  図３は、高圧ケーブルのＡ相が数千Ωの高抵抗で地絡した場合の０相電流のベクトル図である。この場合のＩｇは、地絡抵抗が大きくなるのでＡ相の位相に近づくがそれよりも遅れることは無い。又、Ｉｃｂ、Ｉｃｃは、Ｉｇａと比較して数分の１以下である。さらに、Ｉｇａの位相は、両者を合成したベクトルよりもπ／２以上進みとなる。【００１４】  図４は、他の場所で、Ａ相において地絡抵抗が数百Ωの地絡が発生した場合に高圧ケーブルの接地線に流れる充電電流のベクトルを示したものである。この場合は、０相電圧とケーブルの静電容量に応じた充電電流Ｉｃａ（Ａ相の接地線に流れる充電電流）、Ｉｃｂ（Ｂ相の接地線に流れる充電電流）及びＩｃｃ（Ｃ相の接地線に流れる充電電流）が流れる。そして、各相の充電電流は、他の相の電流よりも２倍を超える電流は発生しない。さらに、Ｉｃｃを地絡電流と仮定しても、ＩｃａとＩｃｂを合成したベクトルとＩｃｃの位相差はπ／２以下となり、地絡電流のパターンと異なる関係にある。【００１５】  図５は、他の場所でＡ相が高抵抗で地絡した際に高圧ケーブルの接地線に流れる充電電流のベクトルを示したものである。この場合は、０相電圧が小さくなるためにＩｃａ、Ｉｃｂ及びＩｃｃの大きさは殆ど差がなくなり、他の相よりも２倍以上大きな充電電流は存在しないので地絡電流のパターンと異なる関係にある。【００１６】  以上により、高圧ケーブルが地絡したか否かの判定は、ケーブルの接地線に流れる０相電流の大きさを検出して２倍以上ある電流を選定し、それが地絡電流であることを検証するためには、選定した０相電流の位相が他の二つの電流を合成した位相よりもπ／２以上進んでいるか否かを検出すれば地絡電流と充電電流の選別が可能となる。なお、高圧配電線路の対地静電容量と高圧ケーブルの静電容量の値によって地絡電流と充電電流の値は変化するが、これまで述べた地絡電流と充電電流の関係に影響を与えるものではない。
【考案の効果】
【００１７】  上述の様に、検知器に０相電流の選別機能を備えれば、地絡電流には反応して充電電流には反応しないようにすることができる。そうすれば、検知器の動作設定値を電源側の地絡保護継電器の設定値に合わせることが可能となり、高圧ケーブルが高抵抗地絡で高圧遮断器が遮断した場合は、検知器が確実に動作するように改善できる。したがって、地絡事故時の探索は、検知器の表示確認を行うことが探索範囲を確実に狭めることになり、探索に要す不要な時間と労力の削減に役立つ。【００１８】  さらに、検知器が動作したデータを１８の外部通信端子から電気設備を保全する機関等に伝達すれば、情報を受けた保全機関等は事故発生箇所と内容が瞬時に把握でき、速やかに復旧材料の手配と体制を整えて復旧作業へ移行することが可能となる。そうすれば、事故探索に要す労力と時間を大きく削減できることや探索作業に伴う労働災害等の抑止ができるため大きな効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本考案による検知器の０相電流選別実施例を示すブロック回路図である。
【図２】Ａ相の地絡抵抗数百Ω時の０相電流ベクトル図である。
【図３】Ａ相の地絡抵抗数千Ω時の０相電流ベクトル図である。
【図４】他の場所でＡ相の地絡抵抗数百Ω時の０相電流ベクトル図である。
【図５】他の場所でＡ相の地絡抵抗数千Ω時の０相電流ベクトル図である。
【考案を実施するための形態】
【００２０】  この考案による実施の形態について図１で説明する。図１における１は、高圧配電線路を示している。２はそこに施設された高圧ケーブルを示し、３は高圧ケーブルの遮蔽銅テープを、４は高圧ケーブルの接地線を示している。５−１、５−２及び５−３は、高圧ケーブルの各相の接地線に流れる電流を検知する０相変流器である。検知された電流は、８の波形整定回路１に入力される。
【００２１】  ８の波形整定回路１では、５−１、５−２及び５−３から入力されたデータから高調波成分を取り除いて基本波形を形成し、１０の実効値判定回路に出力する。
【００２２】  １０の実効値判定回路では、入力された電流の実効値を比較する。他の相の実効値よりも２倍以上の電流を検出したら、その相を地絡と判定して他の二つの０相電流の波形とともに１１の位相差判定回路に出力する。又、２倍以上の実効値が検出されない場合は、地絡ではないと判定して波形データを出力しない。
【００２３】  ６の０相変流器は、高圧ケーブルの共通接地線に流れる０相電流を検知する。検知された０相電流は、７の波形整定回路２に入力される。
【００２４】  ７の波形整定回路２では、入力された電流データから高調波成分を取り除いて基本波を形成し、９の感度設定回路に出力する。
【００２５】  ９の感度設定回路では、基本波の実効値が設定値以上あればそのデータを１１の位相差判定回路に出力する。設定値は、検知器の動作電流値となるもので、２００ｍＡ、３００ｍＡ、４００ｍＡ及び５００ｍＡの４段階に設定できるものとする。
【００２６】  １１の位相差判定回路では、１０の実効値判定回路から入力された地絡電流と判定した電流の位相と同時に入力された他の二つの０相電流を合成した位相との差を検出する。２倍以上大きな電流がπ／２以上進んでいれば地絡電流と判定する。さらに、地絡電流の検証として、９の感度設定回路から入力された電流波形と大きさを比較して、地絡電流と判定した電流が９の感度設定回路から入力された電流と同等以上であれば、１２の表示駆動回路に該当する相の駆動信号を出力する。前段の地絡電流と選別した電流と他の二つの０相電流を合成した位相差が条件に適合しない場合や９の感度設定回路から入力された波形と大きさが異なる場合は、表示回路に駆動信号を出力しない。
【００２７】  １２の表示駆動回路は、相表示の駆動信号を受けると１３の該当する相の表示を駆動させて、高圧ケーブルの地絡相を表示する。
【実施例】
【００２８】  図１に示す三相高圧配電線路においてその１相分の全静電容量を５μＦ，高圧ケーブル２の１相分の静電容量を０．２２５μＦ（ＣＶＴ１００ｍｍ２−５００ｍ相当分）とした場合に、高圧ケーブルが高抵抗地絡した際の地絡電流の値、他の場所で地絡が発生した際の充電電流の値について以下に説明する。なお、９の感度設定回路の設定値は、２００ｍＡとする。【００２９】  実施例において、高圧ケーブルのＡ相で３，０００Ωの抵抗地絡が発生した場合の地絡電流値を求めると、１．２７Ａとなる。この電流は、Ａ相の接地線に取り付けた５−１の０相変流器で検知されて８の波形整定回路１に入力される。又、５−２、５−３の０相変流器には、各相の電圧と０相電圧によって電流が通過する。５−２での検知電流値は０．２５Ａ、又５−３の検知電流値は０．２８Ａとなる。このデータも８の波形整定回路１に入力される。【００３０】  ８の波形整定回路１では、高調波成分を取り除いて基本波に形成し１０の実効値判定回路に出力する。【００３１】  １０の実効値判定回路では、Ａ相の検知電流１．２７Ａ、Ｂ相の検知電流０．２５Ａ，Ｃ相の検知電流０．２８Ａが入力される。ここで実効値を比較すると、Ａ相の地絡電流が他の相の電流よりも２倍以上大きな値になっている。したがって、Ａ相地絡と仮判定してＡ相地絡の信号とともに三相分の電流波形を１１の位相差判定回路に出力する。【００３２】  １１の位相差判定回路では、入力されたＡ相の位相とＢ相とＣ相を合成した位相との差を検出する。この場合の位相差は１０２度となり、Ａ相地絡の判定が確定する。【００３３】  ６の０相変流器は、０相電流を検知すると７の波形整定回路２へ入力する。ここで検知される電流値は、Ｂ相及びＣ相の充電電流分が相殺されるので、１．２４Ａである。この電流が７の波形整定回路２に入力される。【００３４】  ７の波形整定回路２では、入力された波形を基本波に形成してそのデータを９の感度設定回路に出力する、【００３５】  ９の感度設定回路では、入力された電流の実効値を判定する。１，２４Ａは設定値（２００ｍＡ）以上なので、１１の位相差判定回路にその波形データを出力する。【００３６】  １１の位相差判定回路では、先に地絡電流と判定した他の０相電流よりも２倍以上大きな電流波形と最終チェックを行う。ここでのチェックは、地絡相と判定した電流が９の感度設定回路から入力された電流と同じか否かのチェックである。地絡と判定された電流は１．２７Ａ，一方の電流は１．２４Ａであるから条件に適合している。したがって、１２の表示駆動回路に該当する地絡相の信号を出力する。【００３７】  １２の表示駆動回路では、該当する地絡相の信号を受けて１３の表示装置のＡ相地絡表示を行う。【００３８】  以上により、高圧ケーブルが高抵抗地絡で地絡電流が小さくなっても検知器に０相電流の選別機能を備えると、動作電流の設定値を下げることができて検知が可能となる。【００３９】  従前の検知器の場合は、０相電流の選別機能が無いために動作設定は最大充電電流を超える電流値に設定せざるを得なかった。因みに、実施例の高圧ケーブルの最大充電電流は、完全地絡時の０．４７Ａである。これに高調波の影響を考慮すれば３倍以上になる可能性があるので、その値は１．４Ａを超える。このような場合の設定値は２Ａとしていたが、当然のことながら２Ａ未満の地絡電流に対しては検知できなかったのである。【００４０】  高圧ケーブルの接地線に０相電流が流れる現象は、他の場所で地絡事故が発生した場合も同様である。その最大値は、完全地絡の場合である。仮に、他の場所でＡ相の完全地絡が発生した場合に高圧ケーブルの接地線に流れる０相電流は、５−１の０相変流器は０Ａ、５−２は０．４７Ａ、５−３は０．４７Ａが検知される。この電流が１０の実効値判定回路に入力されると、Ｂ相とＣ相の実効値が等しいためにいずれも地絡相としての仮判定はされず、検知器としての応動はこの時点で停止となる。【００４１】  以上により、検知器に地絡電流と充電電流の選別機能を持たせれば、地絡電流には的確に反応させて充電電流に対して不要な動作を抑止することができる。なお、本考案では、電流の検知能力と各種の論理回路を安定して作動させるために、安定した外部電源を供給することを考えている。
【符号の説明】
【００４２】１      ６．６ｋＶ三相高圧配電線路
２      高圧ケーブル
３      高圧ケーブルの遮蔽銅テープ
４      高圧ケーブルの共通接地線
４−１  高圧ケーブルＡ相の接地線
４−２  高圧ケーブルＢ相の接地線
４−３  高圧ケーブルＣ相の接地線
５−１  高圧ケーブルＡ相の０相変流器
５−２  高圧ケーブルＢ相の０相変流器
５−３  高圧ケーブルＣ相の０相変流器
６      高圧ケーブル共通接地線の０相変流器
７      波形整定回路２
８      波形整定回路１
９      感度設定回路
１０    実効値判定回路
１１    位相差判定回路
１２    表示駆動回路
１３    表示装置
１４    電源回路
１５    データ蓄積回路
１６    接地端子
１７    電源入力端子
１８    外部通信端子
１９    検知器筐体
【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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