(57)【要約】【課題】直流送電系統における地絡発生地点を検出可能な地絡検出装置を得る。【解決手段】第２のレベル判定回路１３５は、第２の時定数回路１３３の出力信号の値が第２の電圧閾値を超えた場合、論理回路１３６に信号を出力する。定電圧回路１３４は、第２の整流回路１３２の出力信号を受信している期間、所定の電圧値を有する信号を出力する。論理回路１３６は、第２のレベル判定回路１３５の出力信号があり、かつ定電圧回路１３４からの出力信号がなくなった場合に信号を表示部１４０に出力する。タイマー回路１３７は、第１のレベル判定回路１２５及び論理回路１３６に接続され、第１のレベル判定回路１２５から電力を受けてカウントを開始し、その後第１の所定期間が経過してから第２の所定期間が経過するまで論理回路１３６に電力を供給する。論理回路１３６から信号を受信すると、表示部１４０は表示布を外部に飛び出させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流送電線の支持物に取り付けられる地絡検出装置であって、
前記支持物に流れる直流電流に応じて検知信号を出力する測定部と、
前記検知信号に基づいて、前記支持物に流れる直流電流の状態に関して判断する演算部と、
前記測定部が直流電流を検知し始めてから第１の期間が経過したときから、第２の期間が経過するまで前記演算部を動作させる期間計測部とを備える地絡検出装置。
【請求項２】
前記演算部は、定電圧回路と、判定部と、論理回路とを備え、
前記定電圧回路は、前記検知信号に応じて定電圧信号を出力し、
前記判定部は、前記検知信号が所定の期間、所定の値より大きいと判定したときに判定信号を出力し、
前記論理回路は、前記判定信号を受信し、かつ前記定電圧信号を受信していないときに、表示信号を出力する請求項１に記載の地絡検出装置。
【請求項３】
地絡が発生したことを外部に報知する表示部をさらに備え、
前記演算部は、前記支持物に流れる直流電流の状態が所定の状態となったときに前記表示部に表示信号を送信し、
前記表示部は、前記表示信号を受信したときに報知する請求項１又は２に記載の地絡検出装置。
【請求項４】
前記判定部は、時定数回路とレベル判定回路とを備え、
前記時定数回路は、前記検知信号の応答時間を変更した応答信号を出力し、
前記レベル判定回路は、前記応答信号が所定の値よりも大きい場合に判定信号を出力する請求項１から３のいずれかに記載の地絡検出装置。
【請求項５】
前記支持物に直流電流が流れ始めたときに、前記測定部と前記演算部と前記期間計測部とに電力を供給する電源供給部をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の地絡検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流送電系統の地絡を検出する地絡検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、帰路線の地絡を検出する故障検出装置が知られている。この装置は、帰路線の直流接地回路に挿入されて帰路線に交流電流を流す交流電流注入装置と、この交流電流の増減を検出する交流電流検出手段とを備える。故障検出装置は、この交流電流の増減が所定のパターンとなったときに、帰路線に地絡が発生したと判断する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２７５３８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、帰路線の直流接地回路は帰路線の末端、すなわち電気所又は変換所に設けられる。そのため、引用文献１が開示する故障検出装置の交流電流注入装置は、電気所又は変換所に設けられなければならない。そのため、故障検出装置は、帰路線を支持する支持物で発生する地絡を検出することはできない。
【０００５】
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、直流送電系統における地絡発生地点を検出可能な地絡検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願第１の発明による地絡検出装置は、直流送電線の支持物に取り付けられる地絡検出装置であって、支持物に流れる直流電流に応じて検知信号を出力する測定部と、検知信号に基づいて、支持物に流れる直流電流の状態に関して判断する演算部と、測定部が直流電流を検知し始めてから第１の期間が経過したときから、第２の期間が経過するまで演算部を動作させる期間計測部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
演算部は、定電圧回路と、判定部と、論理回路とを備え、定電圧回路は、検知信号に応じて定電圧信号を出力し、判定部は、検知信号が所定の期間、所定の値より大きいと判定したときに判定信号を出力し、論理回路は、判定信号を受信し、かつ定電圧信号を受信していないときに、表示信号を出力することが好ましい。
【０００８】
地絡が発生したことを外部に報知する表示部をさらに備え、演算部は、支持物に流れる直流電流の状態が所定の状態となったときに表示部に表示信号を送信し、表示部は、表示信号を受信したときに報知することが好ましい。
【０００９】
判定部は、時定数回路とレベル判定回路とを備え、時定数回路は、検知信号の応答時間を変更した応答信号を出力し、レベル判定回路は、応答信号が所定の値よりも大きい場合に判定信号を出力することが好ましい。
【００１０】
支持物に直流電流が流れ始めたときに、測定部と演算部と期間計測部とに電力を供給する電源供給部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、直流送電系統における地絡発生地点を検出可能な地絡検出装置を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】地絡検出装置の斜視図である。
【図２】地絡検出装置を概略的に示したブロック図である。
【図３】支持物と、支持物に取り付けられた地絡検出装置とを示した図である。
【図４】直流送電系統の回路図である。
【図５】地絡電流の波形を示した図である。
【符号の説明】
【００１３】
１００  地絡検出装置
１１０  センサー部
１１１  パルス電流センサー
１１２  直流電流センサー
１２０  検出部
１２１  起動部
１２２  第１のアンプ
１２３  第１の整流回路
１２４  第１の時定数回路
１２５  第１のレベル判定回路
１２６  電源
１３１  第２のアンプ
１３２  第２の整流回路
１３３  第２の時定数回路
１３４  定電圧回路
１３５  第２のレベル判定回路
１３６  論理回路
１３７  タイマー回路
１４０  表示部
２００  支持物
３０１  本線
３０２  帰路線
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態による地絡検出装置１００について図１及び２を用いて説明する。
【００１５】
地絡検出装置１００は、センサー部１１０と、検出部１２０と、表示部１４０とを主に備える。
【００１６】
センサー部１１０は、パルス電流センサー１１１と、測定部を成す直流電流センサー１１２とを主に備える。パルス電流センサー１１１は、いわゆるＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）であって、空芯のコイルから成り、パルス電流センサー１１１の側面に電流が流れたか否かを検出する。より詳細には、パルス電流センサー１１１の側面に電流が流れると、電流が流れる伝導体の周囲に生じる磁界の働きによってパルス電流センサー１１１の空芯コイルに電流が生じ、パルス電流センサー１１１から電圧が出力される。直流電流センサー１１２は、ホールＩＣから成り、ホール効果を利用して、直流電流センサー１１２の周囲を流れる直流電流の電流値を検出する。
【００１７】
検出部１２０は、第１のアンプ１２２と、第１の整流回路１２３と、第１の時定数回路１２４と、第１のレベル判定回路１２５と、電源１２６と、第２のアンプ１３１と、第２の整流回路１３２と、第２の時定数回路１３３と、定電圧回路１３４と、第２のレベル判定回路１３５と、論理回路１３６と、期間計測部を成すタイマー回路１３７とを主に備える。第１のアンプ１２２、第１の整流回路１２３、第１の時定数回路１２４、及び第１のレベル判定回路１２５が起動部１２１を成し、パルス電流センサー１１１、起動部１２１、及び電源１２６が電源供給部を成し、定電圧回路１３４、レベル判定回路１３５、及び論理回路１３６が演算部を成し、第２の時定数回路１３３及び第２のレベル判定回路１３５が判定部を成す。
【００１８】
第１のアンプ１２２は、パルス電流センサー１１１が出力した電圧を増幅し、第１の整流回路１２３に信号を出力する。第１の整流回路１２３は、第１のアンプ１２２の出力信号を整流し、第１の時定数回路１２４に信号を出力する。第１の時定数回路１２４は、第１の時定数を有し、第１の整流回路１２３の出力信号の立ち上がり時間を調整する。第１のレベル判定回路１２５は、第１の電圧閾値を有し、第１の時定数回路１２４と電源１２６とに接続され、第１の時定数回路１２４の出力信号の値、すなわち電圧値を第１の電圧閾値と比較し、電圧値が第１の電圧閾値を超えた場合、直流電流センサー１１２、第２のアンプ１３１、第２の整流回路１３２、第２の時定数回路１３３、第２のレベル判定回路１３５、及びタイマー回路１３７に電源１２６からの電力を供給する。第１の時定数及び第１の電圧閾値は、地絡電流が流れたと第１のレベル判定回路１２５が判定可能となるような適切な値が予め設定される。電源１２６は、図示されない太陽電池と大容量キャパシタから成る。
【００１９】
第２のアンプ１３１は、直流電流センサー１１２の出力信号を増幅し、第２の整流回路１３２に信号を出力する。第２の整流回路１３２は、第２のアンプ１３１の出力信号を整流し、第２の時定数回路１３３及び定電圧回路１３４に信号を出力する。第２の時定数回路１３３は、第２の時定数を有し、第２の整流回路１３２の出力信号の立ち上がり時間を調整する。第２のレベル判定回路１３５は、第２の電圧閾値を有し、第２の時定数回路１３３に接続される。そして、第２の時定数回路１３３の出力信号の値、すなわち電圧値を第２の電圧閾値と比較し、電圧値が第２の電圧閾値を超えた場合、論理回路１３６に信号を出力する。すなわち、第２の時定数回路１３３及び第２のレベル判定回路１３５は、直流電流センサー１１２の周囲に直流電流が所定の電流値以上かつ所定の期間以上流れているときに所定値以上の電圧値を出力する。定電圧回路１３４は、第２の整流回路１３２の出力信号を受信している期間、所定値の電圧値を有する信号を出力する。すなわち、定電圧回路１３４は、直流電流センサー１１２の周囲に流れる直流電流が所定の電流値以上である期間、所定値以上の電圧値を出力する。
【００２０】
論理回路１３６は、定電圧回路１３４と第２のレベル判定回路１３５とから出力信号を受信し、第２のレベル判定回路１３５の出力信号があり、かつ定電圧回路１３４からの出力信号がなくなった場合に信号を表示部１４０に出力する。すなわち、論理回路１３６は、直流電流センサー１１２の周囲に直流電流が所定の電流値以上かつ所定の期間以上流れており、かつ直流電流センサー１１２の周囲に流れる直流電流が所定の電流値以下となったときに、信号を表示部１４０に出力する。タイマー回路１３７は、第１のレベル判定回路１２５及び論理回路１３６に接続され、第１のレベル判定回路１２５から電力を受けてカウントを開始し、その後第１の所定期間が経過してから第２の所定期間が経過するまで論理回路１３６に電力を供給する。第２の時定数、第２の電圧閾値、所定の電圧値、第１の所定期間、及び第２の所定期間は、地絡電流が流れたと論理回路１３６が判定できるような適切な値が予め設定される。
【００２１】
表示部１４０は、円筒型の容器１４１の内部に、図示されないソレノイドアクチュエータと表示布を格納し、円形の蓋１４２で容器１４１の開口を塞いで成る。表示部１４０が論理回路１３６から信号を受信すると、ソレノイドアクチュエータが表示布を容器１４１の開口に向けて動かし、表示布が蓋１４２を押しのけて容器１４１内から外部に飛び出す。
【００２２】
図３を参照すると、支持構造物２００と、地絡検出装置１００とが示される。支持構造物２００は、直流送電系統を成す本線３０１と帰路線３０２とを支持する。地絡検出装置１００は、図示されない金具を用いて支持構造物２００に取り付けられる。支持構造物２００において地絡検出装置１００が取り付けられる位置は、地絡が発生したときに、地絡電流が流れる部材に近接する位置である。例えば、支持構造物２００の脚２０１に地絡検出装置１００が取り付けられる。
【００２３】
図４を参照して、直流送電系統４００について説明する。直流送電系統４００は、複数のサイリスタバルブ４１１と、直流フィルタ４１２と、本線（１号線及び２号線）３０１と、帰路線３０２とを主に備える。サイリスタバルブ４１１は、整流器であって、電気所又は変換所（電力供給部）に設けられる。直流フィルタ４１２は、本線（１号線）３０１と帰路線３０２との間、及び本線（２号線）３０１と帰路線３０２との間に設けられ、直流に含まれる高調波を除去する。本線（１号線及び２号線）３０１は、直流を流す架空線である。帰路線３０２は、接地された架空線である。直流送電系統４００の両端に設けられる電気所又は変換所は、直流送電の電流値又は電圧値に異常を検出、例えば地絡を検出すると、保護リレー（保護部）を動作させ、送電を停止する。保護リレーが動作してから送電が完全に停止、すなわち本線（１号線及び２号線）３０１に流れる電流値が０になるまでには、所定の期間を要する。この所定の期間は、前述した第２の所定期間に略等しい。
【００２４】
図２、４、及び５を用いて、地絡検出装置１００の動作について説明する。図５は、地絡電流の波形を示すグラフであって、縦軸が電流値、横軸が時間を示す。
【００２５】
本線３０１の地絡点３１０において地絡が発生すると、支持構造物２００の脚２０１を地絡電流が流れる。この電流が流れ始めると、電流が流れる脚２０１の周囲に生じる磁界の働きによってパルス電流センサー１１１の空芯コイルに電流が生じ、第１のアンプ１２２に電圧が入力される。図５を参照すると、グラフの立ち上がりは、支持構造物２００の脚２０１に地絡電流が流れ始めた時である。この電流は、前述のように、第１のアンプ１２２、第１の整流回路１２３、第１の時定数回路１２４を経て、第１のレベル判定回路１２５に入力される。第１のレベル判定回路１２５は、第１の時定数回路１２４からの電圧値が第１の電圧閾値を超えた場合、直流電流センサー１１２、第２のアンプ１３１、第２の整流回路１３２、第２の時定数回路１３３、第２のレベル判定回路１３５、及びタイマー回路１３７に電源１２６からの電力を供給し始める。図５を参照すると、地絡電流が流れ始めてから、第１のレベル判定回路１２５が電力を供給し始めるまでの期間は、グラフの「起動」期間に相当する。直流電流センサー１１２は、第１のレベル判定回路１２５から電力の供給を受けて動作を開始する。直流電流センサー１１２の出力信号は、第２のアンプ１３１、第２の整流回路１３２、第２の時定数回路１３３、定電圧回路１３４、及び第２のレベル判定回路１３５を経て、論理回路１３６に入力される。図５を参照すると、直流電流センサー１１２が動作を開始し始めてから、第２のレベル判定回路１３５が信号を出力し終わるまでの期間は、グラフの「地絡検出」期間に概ね相当する。
【００２６】
タイマー回路１３７は、直流送電系統４００の保護リレーが動作を開始したときから、送電が遮断されるまで論理回路１３６に電力を供給する。すなわち、第１の所定期間は、パルス電流センサー１１１が地絡を検出してから保護リレーが動作を開始するまでの期間に概ね一致し、第２の所定期間は、保護リレーが動作を開始したときから送電が遮断されるまでの期間である。パルス電流センサー１１１が地絡を検出してから保護リレーが動作を開始するまでの期間と、保護リレーが動作を開始したときから送電が遮断されるまでの期間は、直流送電系統４００の仕様に応じて予測可能であるため、これらの期間に応じて第１の所定期間及び第２の所定期間が予め設定される。図５を参照すると、タイマー回路１３７がカウントを開始、すなわち論理回路１３６に電力を供給し始めてから、所定期間が経過するまでの期間は、グラフに記載の「タイマーによる判定期間」に相当する。
【００２７】
一般に、直流電流センサー１１２が備えるホールＩＣは消費電力が大きいため、常時、地絡電流を監視するためには、大量の電力を必要とする。しかしながら、本実施形態のように起動部１２１を設ければ、必要なときにのみホールＩＣを動作させることができるため、少ない電力で地絡検出装置１００を動作させることができる。
【００２８】
論理回路１３６は、タイマー回路１３７から電力を供給されている期間、すなわち、直流送電系統４００の保護リレーが動作を開始したときから、送電が遮断されるまでの期間に動作する。そして、論理回路１３６は、この期間に、第２のレベル判定回路１３５の出力信号があり、かつ定電圧回路１３４からの出力信号がなくなった場合、信号を表示部１４０に出力する。つまり、論理回路１３６は、直流送電系統４００の保護リレーが動作を開始したときから送電を遮断するまでの期間において、脚２０１に直流電流が所定の電流値以上かつ所定の期間以上流れており、かつ脚２０１に流れる直流電流が所定の電流値以下になったかを判断する。
【００２９】
タイマー回路１３７を設けることにより、保護リレーが動作する期間を考慮して地絡発生を判断することができる。つまり、保護リレーが動作を開始してから電力が遮断されるまでの期間を超えて、第２のレベル判定回路１３５の出力信号があり、かつ定電圧回路１３４からの出力信号がなくなった場合には、地絡が発生していないと判断できる。
【００３０】
例えば支持物２００に雷が落ちた場合、地絡と同様に脚２０１に電流が流れる。雷によって脚２０１に流れる雷撃電流は、地絡電流よりも長い期間に渡って脚２０１を流れるもの（図５の連続電流を含む雷撃電流５１参照）と、短い期間に渡って流れるもの（図５の連続電流を含まない雷撃電流５２参照）とがある。連続電流を含む雷撃電流５１は、いわゆる長波尾雷によるものであって、継続時間が長い雷撃電流である。雷撃電流５１に関しては、保護リレーが動作を開始してから電力が遮断されるまでの期間を超えて、第２のレベル判定回路１３５の出力信号があり、かつ定電圧回路１３４からの出力信号がなくなるため、論理回路１３６が表示部１４０に信号を発信しない。つまり、本実施形態のようにタイマー回路１３７を設ければ、地絡検出装置１００が雷撃電流を地絡電流と誤って判断するおそれがなく、地絡を確実に検出できる。他方、地絡電流よりも短い期間に渡って流れる雷撃電流５２に関しては、第１の時定数回路１２４からの電圧値が第１の電圧閾値を超えたかを第１のレベル判定回路１２５が判断している期間、つまり図５のグラフの「起動」期間に雷撃電流５２が消失するため、論理回路１３６が表示部１４０に信号を発信しない。あるいは、雷撃電流５２の影響により第１のレベル判定回路１２５が電力を供給し始めたとしても、「タイマーによる判定期間」が始まるまでに雷撃電流５２は既に消失しているため、定電圧回路１３４及び第２のレベル判定回路１３５は信号を出力せず、これにより、論理回路１３６が表示部１４０に信号を発信しない。つまり、雷撃電流５１と同様に、地絡検出装置１００は、雷撃電流を地絡電流と誤って判断せず、地絡を確実に検出できる。
【００３１】
表示部１４０は、論理回路１３６から信号を受信すると、表示布を容器１４１内から外部に飛び出させ、地絡が発生したことを報知する。これにより、地絡検出装置１００が取り付けられた支持物２００において地絡が発生したことを報知することができる。
【００３２】
本実施形態によれば、支持物２００に発生した地絡を確実に検知するとともに、地絡が発生した支持物２００を確実に特定できる。また、地絡が発生した支持物２００を特定し、外部に報知することができる。
【００３３】
電源１２６は、太陽電池と大容量キャパシタから成るものでなくてもよく、地絡検出装置１００の外部から電力を得る装置や蓄電池であってもよい。
【００３４】
表示部１４０は、前述のものに限定されず、何らかの手段で地絡が発生したことを地絡検出装置１００の外部に表示する装置であればよく、遠隔地に地絡を通知可能な有線及び／又は無線装置であってもよい。表示部１４０は、ソレノイドアクチュエータでなく、火工品等を用いて表示布を動かしてもよい。
【００３５】
地絡検出装置１００が取り付けられる場所は、支持構造物２００の脚２０１に限定されず、支持構造物２００において地絡を検出できる場所であればよい。
【００３６】
なお、起動部１２１は設けられなくても良い。この場合、パルス電流センサー１１１がタイマー回路１３７に接続され、電源１２６は、大容量電源を用い、第２のアンプ１３１、第２の整流回路１３２、第２の時定数回路１３３、及び第２のレベル判定回路１３５に接続される。タイマー回路１３７は、パルス電流センサー１１１の出力信号を受信したときにカウントを開始し、その後所定期間が経過するまで論理回路１３６に電力を供給する。あるいは、直流電流センサー１１２が電源１２６及びタイマー回路１３７に接続され、電源１２６は、大容量電源を用い、第２のアンプ１３１、第２の整流回路１３２、第２の時定数回路１３３、及び第２のレベル判定回路１３５に接続されてもよい。タイマー回路１３７は、直流電流センサー１１２の出力信号を受信したときにカウントを開始し、その後所定期間が経過するまで論理回路１３６に電力を供給する。
【００３７】
なお、パルス電流センサー１１１は空芯のコイルから成ると説明したが、電流を検出可能な部材であれば良く、磁性材にコイルを巻いたものであっても良い。
【００３８】
直流電流センサー１１２は、ホールＩＣでなくても良く、直流電流の電流値を検出可能な部材であれば良い。
【００３９】
なお、本明細書および図中に示した各部材の大きさは例示であって、これらの大きさに限定されない。また、各部材の素材は例示であって、これらの素材に限定されない。
【００４０】
ここに付随する図面を参照して本発明の複数の実施形態が説明されたが、記載された発明の範囲と精神から逸脱することなく、変形が各部の構造と関係に施されることは、当業者にとって自明である。
【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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