(57)【要約】【課題】直流電源回路における地絡電流を高感度で検出できる地絡検出装置を提供すること。【解決手段】地絡検出装置１において、制御回路１１は、直流電源ＥのＰ側の接地間電圧ＶＰ及びＮ側の接地間電圧ＶＮを測定し、Ｐ側の接地間電圧ＶＰとＮ側の接地間電圧ＶＮとの比である不平衡率αを算出する。そして、算出された不平衡率αが所定の閾値Ｔを超えるか否かを判定し、不平衡率αが所定の閾値Ｔを超えると判定された場合には、直流電源回路１０において地絡電流が流れていると判定することにより地絡を検出する。【選択図】図１
2011141203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源回路における地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記直流電源回路を構成する直流電源の正極側の接地間電圧を測定する正側電圧測定手段と、
前記直流電源の負極側の接地間電圧を測定する負側電圧測定手段と、
前記正極側の接地間電圧と前記負極側の接地間電圧との比である不平衡率を算出する不平衡率算出手段と、
前記不平衡率算出手段により算出された前記不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定する不平衡率判定手段と、
前記不平衡率判定手段により前記不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源回路において地絡電流が流れていると判定することにより前記地絡を検出する地絡判定手段とを備えることを特徴とする地絡検出装置。
【請求項２】
前記不平衡率算出手段は、
前記負極側の接地間電圧に対する前記正極側の接地間電圧の比である第１の不平衡率、及び前記正極側の接地間電圧に対する前記負極側の接地間電圧の比である第２の不平衡率を算出し、
前記不平衡率判定手段は、
前記第１の不平衡率及び前記第２の不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定し、
前記地絡判定手段は、
前記第１の不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源の正極側において前記地絡電流が流れていると判定し、
前記第２の不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源の負極側において前記地絡電流が流れていると判定することを特徴とする請求項１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、直流電源回路における地絡を検出する地絡検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発電所、変電所等における電気機器及びその制御装置は、直流電源回路を有しており、この直流電源回路により電気機器及びその制御装置に対して電源が供給される。直流電源回路は、雨季等の湿度の高い時期に絶縁不良が発生し、地絡事故が発生する場合がある。
【０００３】
このような地絡事故を防ぐために、直流地絡検出リレー（６４Ｄ）により電圧の変化を検出する回路や、電流の変化を検出するセンサ等で直流電源回路を保護する技術が提案されている（例えば、特許文献１から３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−５５８６９号公報
【特許文献２】特開平４−１５１５７４号公報
【特許文献３】特開昭５８−１６５６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、直流地絡検出リレー（６４Ｄ）により電圧の変化を検出する回路や、電流の変化を検出するセンサ等の特許文献１から３に記載された技術では、直流電源回路における地絡電流を検出する検出レベルが低いため、ケーブルの絶縁不良のように、高抵抗で地絡した場合等において地絡電流を検出できない場合が多い。そのため、直流電源回路に地絡電流が流れ込み、例えば、制御装置の直流回路に付随するヒューズが断線する等の地絡事故が発生する。このような地絡事故が発生すると、電気機器や、その制御装置の故障を復帰するために時間を要してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、直流電源回路における地絡電流を高感度で検出できる地絡検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の地絡検出装置は、直流電源回路における地絡を検出する地絡検出装置であって、前記直流電源回路を構成する直流電源の正極側の接地間電圧を測定する正側電圧測定手段と、前記直流電源の負極側の接地間電圧を測定する負側電圧測定手段と、前記正極側の接地間電圧と前記負極側の接地間電圧との比である不平衡率を算出する不平衡率算出手段と、前記不平衡率算出手段により算出された前記不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定する不平衡率判定手段と、前記不平衡率判定手段により前記不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源回路において前記地絡電流が流れていると判定することにより前記地絡を検出する地絡判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、正極側の接地間電圧と負極側の接地間電圧との比である不平衡率を算出し、算出された不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定する。そして、不平衡率が所定の閾値を超えると判定された場合には、直流電源回路において地絡電流が流れていると判定することにより地絡を検出する。
【０００９】
ここで、不平衡率と、地絡発生時の地絡抵抗との関係を求めた結果、不平衡率は、地絡抵抗の値が高い場合にも、正常時と地絡発生時とで明確に異なる値となることがわかった。
【００１０】
したがって、本発明の地絡検出装置は、不平衡率を用いて地絡電流が流れているか否かを判定するため、地絡発生時の地絡抵抗の値が高い場合であっても、地絡電流が流れていることを判定可能であり、地絡を高感度で検出することができる。
【００１１】
また、前記不平衡率算出手段は、前記負極側の接地間電圧に対する前記正極側の接地間電圧の比である第１の不平衡率、及び前記正極側の接地間電圧に対する前記負極側の接地間電圧の比である第２の不平衡率を算出し、前記不平衡率判定手段は、前記第１の不平衡率及び前記第２の不平衡率が所定の閾値を超えるか否かを判定し、前記地絡判定手段は、前記第１の不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源の正極側において前記地絡電流が流れていると判定し、前記第２の不平衡率が前記所定の閾値を超えると判定された場合には、前記直流電源の負極側において前記地絡電流が流れていると判定することが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、地絡判定手段は、第１の不平衡率が所定の閾値を超えると判定された場合には、直流電源の正極側において地絡電流が流れていると判定し、第２の不平衡率が所定の閾値を超えると判定された場合には、直流電源の負極側において地絡電流が流れていると判定する。
【００１３】
これにより、本発明の地絡検出装置は、第１の不平衡率及び第２の不平衡率を用いて、直流電源の正極側、または負極側で地絡が発生しているか、或いは、直流電源回路において地絡が発生していないかを判定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、直流電源回路における地絡を高感度で検出できる地絡検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である地絡検出装置１の構成を示す回路図である。
【図２】制御回路１１において、地絡が発生しているか否かを判定する際の処理を示す図である。
【図３】不平衡率αと地絡抵抗ｒｇとの関係について示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態である地絡検出装置１の構成を示す回路図である。図１の回路図は、直流電源回路１０を構成する直流電源Ｅの正極側において、地絡が発生し、地絡電流Ｉｇが流れた際の状態を示している。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の地絡検出装置１は、直流電源回路１０の地絡電流を検出する。直流電源回路１０は、直流電源Ｅと、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２と、抵抗ＲＤと、地絡抵抗ｒｇとを備える。地絡検出装置１は、制御回路１１（正側電圧測定手段、負側電圧測定手段、不平衡率算出手段、不平衡率判定手段、地絡判定手段）を備える。
【００１８】
抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、直流電源Ｅと直列に接続される。抵抗Ｒ１は、一端が直流電源ＥのＰ側（正極側）に接続され、他端が抵抗Ｒ２と接続される。抵抗Ｒ２は、一端が直流電源ＥのＮ側（負極側）に接続され、他端が抵抗Ｒ１と接続される。
【００１９】
抵抗ＲＤは、一端が抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間に接続され、他端がグランドに接続される。
制御回路１１は、抵抗Ｒ１のＰ側、及び抵抗Ｒ２のＮ側と接続し、後述する接地間電圧ＶＰ、及び接地間電圧ＶＮを測定可能に構成される。
【００２０】
そして、地絡発生時には、直流電源回路１０において、地絡抵抗ｒｇが発生するとみなされる。地絡抵抗ｒｇは、一端が抵抗Ｒ１の正極側と接続され、他端がグランド（ＧＮＤ）と接続される。
地絡発生時には、地絡抵抗ｒｇのグランド側と、抵抗ＲＤのグランド側とが電気的に接続し、地絡電流Ｉｇが地絡抵抗ｒｇからグランドを介して、抵抗ＲＤへと流れる。このとき、直流電源Ｅでは、電流Ｉ０が流れ、抵抗Ｒ１では、電流Ｉが流れる。
【００２１】
本実施形態の地絡検出装置１において、制御回路１１は、上述したような地絡発生時に、以下のような処理を実行することにより地絡電流を検出する。
まず、地絡発生時に、制御回路１１は、直流電源回路１０を構成する直流電源ＥのＰ側の接地間電圧ＶＰ、及び直流電源ＥのＮ側の接地間電圧ＶＮを測定する。
【００２２】
ここで、正極側の接地間電圧ＶＰ及び負極側の接地間電圧ＶＮは、下記の式（１）及び（２）を用いて、それぞれ測定することができる。なお、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の抵抗値は、Ｒであるものとする。
【００２３】
【数１】
2011141203.tif 000003
【数２】
2011141203.tif 000004
【００２４】
そして、制御回路１１は、測定されたＰ側の接地間電圧ＶＰ及びＮ側の接地間電圧ＶＮに基づいて、不平衡率αを算出する。具体的には、制御回路１１は、測定されたＰ側の接地間電圧ＶＰと、Ｎ側の接地間電圧ＶＮとの比である不平衡率αを、下記の式（３）を用いて、算出する。
【００２５】
【数３】
2011141203.tif 000005
【００２６】
なお、正常時（平衡状態）の直流電源回路１０では、地絡抵抗ｒｇ＝∞となるため、式（３）において、α≒１となる。
そして、制御回路１１は、算出された不平衡率αが所定の閾値Ｔを超えるか否かを判定する。
【００２７】
具体的には、制御回路１１は、不平衡率αとして、測定されたＰ側の接地間電圧ＶＰと、Ｎ側の接地間電圧ＶＮとの比である不平衡率α１（第１の不平衡率）及びα２（第２の不平衡率）を、用いる。不平衡率α１及びα２は、下記の式（４）及び（５）を用いて算出する。なお、式（３）及び（４）に示すように、不平衡率αと不平衡率α１とは、同一の値である。
【００２８】
【数４】
2011141203.tif 000006
【数５】
2011141203.tif 000007
【００２９】
図２は、制御回路１１において、地絡が発生しているか否かを判定する際の処理を示す図である。
図２に示すように、制御回路１１は、算出された不平衡率α１及びα２が所定の閾値Ｔ（Ｔ＝１．５）を超えるか否か判定する。制御回路１１は、不平衡率α１が所定の閾値Ｔを超える場合には、Ｐ側に地絡電流が流れていると判定し、Ｐ側に地絡が発生していることを検出する。なお、Ｔ＝１．５とする根拠については、後述する。
【００３０】
一方、制御回路１１は、不平衡率α２が所定の閾値Ｔを超える場合には、Ｎ側に地絡電流が流れていると判定し、Ｎ側に地絡が発生していることを検出する。
また、制御回路１１は、不平衡率α１及びα２が所定の閾値Ｔを超えない場合には、地絡電流が流れていないと判定する。
【００３１】
そして、制御回路１１により直流電源回路１０のＰ側またはＮ側に地絡が発生していることが検出されると、例えば、警報装置により直流電源回路１０のＰ側またはＮ側に地絡が発生していることを警報表示する。
【００３２】
図３は、不平衡率αと地絡抵抗ｒｇとの関係について示すグラフである。図３において、縦軸は、不平衡率αを示し、横軸は、地絡抵抗ｒｇを示す。なお、不平衡率αは、Ｒ１＝Ｒ２＝２０ｋΩ、ＲＤ＝１０ｋΩであるとして算出した。
【００３３】
図３に示すように、不平衡率αと地絡抵抗ｒｇとの関係を求めた結果、地絡抵抗ｒｇ＝８０ｋΩのときに、不平衡率α＝１．５となる。つまり、不平衡率αは、平衡状態（α≒１）に対して約１５０％の変化があるため、正常時（平衡状態）と地絡発生時（不平衡状態）とで明確に異なる値となる。これにより、制御回路１１は、所定の閾値ＴをＴ＝１．５とすることで、地絡電流が流れているか否かを検出することができる。
【００３４】
このように、本実施形態の地絡検出装置１は、地絡抵抗が８０ｋΩ程度であっても地絡を検出することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の地絡検出装置１によれば、制御回路１１は、直流電源ＥのＰ側の接地間電圧ＶＰ及びＮ側の接地間電圧ＶＮを測定し、Ｐ側の接地間電圧ＶＰとＮ側の接地間電圧ＶＮとの比である不平衡率αを算出する。そして、制御回路１１は、算出された不平衡率αが所定の閾値Ｔを超えるか否かを判定し、不平衡率αが所定の閾値Ｔを超えると判定された場合には、直流電源回路１０において地絡電流が流れていると判定することにより地絡を検出する。
【００３６】
ここで、上述したように、不平衡率と、地絡発生時の地絡抵抗との関係を求めた結果、不平衡率は、地絡抵抗の値が高い場合にも、正常時と地絡発生時とで明確に異なる値となることがわかった。
【００３７】
したがって、本実施形態の地絡検出装置１は、不平衡率αを用いて地絡電流が流れているか否かを判定するため、地絡発生時の地絡抵抗ｒｇの値が高い場合であっても、地絡電流が流れていることを判定可能であり、地絡を高感度で検出することができる。
【００３８】
また、本実施形態の地絡検出装置１によれば、制御回路１１は、不平衡率α１が所定の閾値Ｔを超えると判定された場合には、直流電源ＥのＰ側において地絡電流が流れていると判定し、不平衡率α２が所定の閾値Ｔを超えると判定された場合には、直流電源ＥのＮ側において地絡電流が流れていると判定し、不平衡率α１及び不平衡率α２が所定の閾値Ｔを超えないと判定された場合には、直流電源回路１０において地絡電流が流れていないと判定する。
【００３９】
これにより、制御回路１１は、不平衡率α１及び不平衡率α２を用いて、直流電源回路１０のＰ側、またはＮ側で地絡が発生しているか、或いは、直流電源回路１０において地絡が発生していないかを判定することができる。
【００４０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１  地絡検出装置
１０  直流電源回路
１１  制御回路（正側電圧測定手段、負側電圧測定手段、不平衡率算出手段、不平衡率判定手段、地絡判定手段）
【図１】
2011141203.tif 000008
【図２】
2011141203.tif 000009
【図３】
2011141203.tif 000010