(57)【要約】  高インピーダンス漏電（ＨＩＦ）の発生を、負荷に対して独立に、動的に判断するための技術。ＨＩＦアルゴリズムは、所定の数の入力信号のサンプル、即ち相（負荷）電流および／またはニュートラル（残留）電流に対するエネルギー値を与える。入力信号のエネルギー値には、スレッショルド・エネルギー値を計算するために、約１００％から約３００％までの範囲にある係数が乗ぜられ、その計算の結果は、バッファに貯えられる。前記所定の数と同一の数の入力信号のサンプルに対して決定され、且つ前記所定の数のサンプルの後に取られたエネルギー値が、予め定められた数の前記計算されたスレッショルド・エネルギー値から導き出されるエネルギー値と比べて大きいときに、ＨＩＦ検知信号が生成される。
2008517270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ライン上での高インピーダンス漏電（ＨＩＦ）の発生を、動的に判断するための方法であって：
予め定められた技術を使用して、前記電力ラインからの入力信号の所定の数のサンプルに対するエネルギー値を決定し；
各前記決定されたエネルギー値に、予め定められた係数を乗ずることによって、各前記決定されたエネルギー値に対するスレッショルド・エネルギー値を計算し；
前記所定の数と同一の数の前記入力信号のサンプルに対して決定され、且つ前記所定の数のサンプルの後に取られたエネルギー値が、予め定められた数の前記計算されたスレッショルド・エネルギー値から導き出されるエネルギー値と比べて大きいときに、ＨＩＦ検知信号を発すること；
を特徴とする方法。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載の方法：
前記予め定められた係数は、約１１０％から約３００％までの範囲にある。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１に記載の方法：
前記予め定められた数の計算されたスレッショルド・エネルギー値は、そのような値の中の最も古いものである。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項３に記載の方法：
前記計算されたスレッショルド・エネルギー値の前記予め定められた数は、３である。
【請求項５】
更に下記工程を有する請求項１に記載の方法：
前記スレッショルド・エネルギー値のそれぞれを貯え；
予め定められた数の前記貯えられたスレッショルド・エネルギー値から、前記エネルギー値を導き出す。
【請求項６】
更に下記工程を有する請求項１に記載の方法：
前記所定の数のサンプルの後に取られた前記入力信号のサンプルに対して決定された前記エネルギー値を、予め定められた数の前記計算されたスレッショルド・エネルギー値から導き出される前記エネルギー値と比較する。
【請求項７】
更に下記工程を有する請求項１に記載の方法：
前記ＨＩＦ検知信号からＨＩＦ検知フラグを立てる。
【請求項８】
更に下記工程を有する請求項１に記載の方法：
前記ＨＩＦ検知信号に応答して、前記計算されたスレッショルド・エネルギー値の全てを、前記所定の数のサンプルの後に取られた前記入力信号のサンプルに対して決定された前記エネルギー値に、セットする。
【請求項９】
更に下記工程を有する請求項５に記載の方法：
前記ＨＩＦ検知信号に応答して、前記貯えられたスレッショルド・エネルギー値の全てを、前記所定の数のサンプルの後に取られた前記入力信号のサンプルに対して決定された前記エネルギー値に、セットする。
【請求項１０】
電力ライン信号上での高インピーダンス漏電（ＨＩＦ）の発生を、動的に判断するための方法であって：
予め定められた技術を使用して、前記電力ラインからの入力信号の所定の数のサンプルに対するエネルギー値を決定し；
各前記決定されたエネルギー値に、予め定められた係数を乗ずることによって、各前記決定されたエネルギー値に対するスレッショルド・エネルギー値を計算し；
前記所定の数と同一の数の前記入力信号のサンプルに対して決定され、且つ前記所定の数のサンプルの後に取られたエネルギー値を、予め定められた数の前記計算されたスレッショルド・エネルギー値から導き出されるエネルギー値と比較し；
前記所定の数のサンプルの後に取られた前記入力信号のサンプルに対して決定された前記エネルギー値が、前記導き出されたエネルギー値と比べて大きいときに、ＨＩＦの発生を指示すること；
を特徴とする方法。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項１０に記載の方法：
前記予め定められた係数は、約１１０％から約３００％までの範囲にある。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項１０に記載の方法：
前記比較の中で使用される前記計算されたスレッショルド・エネルギー値は、そのような計算された値の中の最も古い値である。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項１２に記載の方法：
前記最も古い計算された値の前記予め定められた数は、３である。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項１０に記載の方法：
前記スレッショルド・エネルギー値のそれぞれを貯え；
前記エネルギー値を、予め定められた数の前記貯えられたスレッショルド・エネルギー値から、導き出すこと；
を更に有している。
【請求項１５】
電力ライン上での高インピーダンス漏電（ＨＩＦ）の発生を、動的に判断するためのシステムであって：
前記電力ラインからの入力信号の所定の数のサンプルに対するエネルギー値を決定するための手段と；
各前記決定されたエネルギー値に、予め定められた係数を乗ずることによって、各前記決定されたエネルギー値に対するスレッショルド・エネルギー値を計算するための手段と；
前記所定の数のサンプルと同一の数の前記入力信号のサンプルに対して決定され、且つ前記所定の数のサンプルの後に取られたエネルギー値が、予め定められた数の前記計算されたスレッショルド・エネルギー値から導き出されるエネルギー値と比べて大きいときに、ＨＩＦ検知信号を発するための手段と；
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１６】
下記特徴を有する請求項１５に記載のシステム：
前記スレッショルド・エネルギー値のそれぞれを貯え、予め定められた数の前記貯えられたスレッショルド・エネルギー値から、前記エネルギー値を導き出すための手段を、更に有している。
【請求項１７】
下記特徴を有する請求項１６に記載のシステム：
前記貯えるための手段は、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファである。
【請求項１８】
下記特徴を有する請求項１６に記載のシステム：
前記計算されたスレッショルド・エネルギー値の全ては、前記ＨＩＦ検知信号に応答して、前記所定の数のサンプルの後に取られた前記入力信号のサンプルに対して決定された前記エネルギー値に、セットされる。
【請求項１９】
下記特徴を有する請求項１５に記載のシステム：
前記所定の数のサンプルの後に取られた、前記入力信号のサンプルに対して決定された前記エネルギー値を、予め定められた数の前記計算されたスレッショルド・エネルギー値から導き出される前記エネルギー値と比較するための手段を、更に有している。
【請求項２０】
下記特徴を有する請求項１に記載の方法：
前記入力信号は、相（負荷）電流および／またはニュートラル（残留）電流である。
【請求項２１】
下記特徴を有する請求項１０に記載の方法：
前記入力信号は、相（負荷）電流および／またはニュートラル（残留）電流である。
【請求項２２】
下記特徴を有する請求項１５に記載のシステム：
前記入力信号は、相（負荷）電流および／またはニュートラル（残留）電流である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高インピーダンス漏電（ＨＩＦ）検知に係り、特に、負荷に対して独立に検知を行う技術に係る。
【背景技術】
【０００２】
電力供給会社は、高架の送電線を使用して、電気エネルギーに消費者に供給している。合衆国内には、百万マイルを超える高架の送電線があって、エネルギーを、工業、商業、及び住民の顧客に供給している。このような高架の送電線は、風雨やアブノーマルな条件に曝されている。あるケースでは、電線が地上に落ち、その表面状態によっては、導通経路が形成されることがある。もし、その表面が、草、土、またはアスファルトである場合には、ＨＩＦが起こり、そのようなケースでは、漏電電流は、典型的な相−グランド漏電の電流と比べて、遥かに小さい。この比較的小さい漏電電流は、従来の防護デバイスを用いて、そのような事象の検知を行うことを困難にする。
【０００３】
地上に落ちた電線による危険は、通電されている電線に公衆が接触する危険性である。地上に落ちた電線に人間が接触すると、重大な負傷または死さえももたらすことがある。一旦、地上に落ちた電線が検知され場合には、問題が更に複雑になる。もし、サブステイションで、リレーがサーキット・ブレーカをトリップさせると、重要な公共事業等（例えば病院、空港、及び交通信号など）での停電が、同等のあるいはより以上の生命を脅かす状況をもたらすことがある。かくして、防護エンジニアが直面する問題は、先ず、障害のタイプを検知し、次に、適切に対応することである。
【０００４】
米国特許出願第 10/770,270 号明細書（２００４年２月２日出願、“High impedance Fault Detection”）には、三つの検知アルゴリズムのリレー・プラットフォームで実現する例が記載されている。その三つの検知アルゴリズムはそれぞれ、相電流および／または接地電流の様々な特徴を使用して、ＨＩＦを各個別に検知している。その開示内容は、リファレンスによりここに繰り入れられる。上記明細書（10/770,270）に記載されているＨＩＦ検知アルゴリズムは、ウエイブレット・ベース（wavelet based）、高次統計データ・ベース、及びニューラル・ネットワーク・ベースである。
【０００５】
米国仮出願第 60/553,504号明細書（２００４年３月１６日出願、“Digital Signal Processor Implementation Of High impedance Fault Algorithms”には、先の明細書（10/770,270）に記載されている三つのアルゴリズムを、デジタル信号プロセッサを備えたリレー・プラットフォームで実現する例が記載されている。その開示内容は、リファレンスによりここに繰り入れられる。
【０００６】
ＨＩＦアルゴリズムのそれぞれは、入力信号のエネルギー成分（電力ライン上の、例えば相（負荷）電流および／またはニュートラル（残留）電流など）を、選択された周波数成分に対して電力ラインから計算し、その計算結果を、所定のスレッショルドと比較する。それ故に、スレッショルドに与えられる値が固定されているときには、検知の率が悪くなることがある。その理由は、選択された周波数バンドに対する、相（負荷）電流および／またはニュートラル（残留）電流の定常のエネルギー・レベルが高いときには、誤検知率が増大し、定常のエネルギー・レベルが低いときには、誤検知率が減少するからである。入力信号の定常エネルギー・レベルが負荷に依存することを考慮すると、全ての条件に適合し且つ良好なＨＩＦ検知性能を実現する静的なスレッショルドを設定することは、実際的ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それ故に、スレッショルド計算を、アルゴリズムのそれぞれの中で負荷に対して独立に行うことによって、良好なＨＩＦ検知性能を確実にすることが望ましい。本発明は、これらの問題に取り組み、ＨＩＦ検知に対する負荷の影響を取り除くために、動的なエネルギーのスレッショルド計算を使用する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
電力ライン上での高インピーダンス漏電（ＨＩＦ）の発生を、動的に判断するための方法であって：この方法は、
電力ライン信号からの入力信号の所定の数のサンプルに対するエネルギー値を、決定するための予め定められた技術を使用し；
各決定されたエネルギー値に対するスレッショルド・エネルギー値を、各決定されたエネルギー値に予め定められた係数を乗ずることによって計算し；
前記所定の数のサンプルと同一の数の入力信号のサンプルに対して決定され、且つ前記所定の数のサンプルの後に取られたエネルギー値が、予め定められた数の前記計算されたスレッショルド・エネルギー値から導き出されるエネルギー値と比べて大きいときに、ＨＩＦ検知信号を発する。
【０００９】
電力ライン上での高インピーダンス漏電（ＨＩＦ）の発生を、動的に判断するための方法であって：この方法は、
電力ラインからの入力信号の所定の数のサンプルに対するエネルギー値を決定するための予め定められた技術を使用し；
各決定されたエネルギー値に対するスレッショルド・エネルギー値を、各決定されたエネルギー値に予め定められた係数を乗ずることによって計算し；
前記所定の数のサンプルと同一の数の入力信号のサンプルに対して決定され、且つ前記所定の数のサンプルの後に取られたエネルギー値を、予め定められた数の前記計算されたスレッショルド・エネルギー値から導き出されるエネルギー値と比較し；
前記所定の数のサンプルの後に取られた入力信号のサンプルに対して決定されたエネルギー値が、前記導き出されたエネルギー値と比べて大きいときに、ＨＩＦの発生を指示する。
【００１０】
電力ライン上での高インピーダンス漏電（ＨＩＦ）の発生を動的に判断するためのシステムであって：このシステムは、
電力ラインからの入力信号の所定の数のサンプルに対するエネルギー値を決定するための手段と；
各決定されたエネルギー値に対するスレッショルド・エネルギー値を、各決定されたエネルギー値に予め定められた係数を乗ずることにより計算するための手段と；
前記所定の数のサンプルと同一の数の入力信号のサンプルに対して決定され、且つ所定の数のサンプルの後に取られたエネルギー値が、予め定められた数の前記計算されたスレッショルド・エネルギー値から導き出されるエネルギー値と比べて大きいときに、ＨＩＦ検知信号を発生するための手段。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の特徴、アスペクト、及び利点は、以下の説明、添付クレイム、及び添付図面により、より良く理解されることになるであろう。
【００１２】
図１を参照しながら説明する。図１は、唯一の図面であって、本発明の動的エネルギー・スレッショルドＨＩＦ検知技術１０のためのブロック図が示されている。入力信号は、相（負荷）電流および／またはニュートラル（残留）電流を有し、ＨＩＦ検知アルゴリズム１２に、処理のために入力される。ＨＩＦ検知アルゴリズム１２は、先の出願第 10/770,270 号の中に記載されている三つのアルゴリズムの内の一つであって良い。ＨＩＦアルゴリズム１２の出力は、入力信号のエネルギーである。
【００１３】
この入力信号のエネルギーには、次いで、係数（スレッショルド・マージン１４と呼ばれる）が乗ぜられる。この係数は、要求される検知の保証の程度に依存して、約１１０％から約３００％までの間のいずれかの値に設定されることが可能である。その乗算の結果は、スレッショルド・エネルギーと呼ばれ、先入れ先出し（ＦＩＦＯ：First-ln First-Out）バッファ及びコントロール・ロジック１６の中に貯えられる。得られたフィールド・データについての試行の結果、１２５％よりも小さいスレッショルド・マージンを使用したときには、漏電検知の数が容認できない数になることがあることが判明した。一般的に、ＨＩＦ検知技術１０のユーザーは、もし、防護対象のラインの、問題となる周波数成分が通常大きく且つ急速に変化するものであり、且つ、ユーザーが誤検知の可能性を減らしたいと思う場合には、スレッショルド・マージンを増大させるであろう。
【００１４】
ＦＩＦＯバッファ１６は、Ｎ個のエレメントを有し、各エレメントは、Ｔ秒毎に更新される。バッファ１６の入力から出力までの時間遅れは、Ｔ＊Ｎ  秒である。本発明の一つの実施形態において、バッファ１６を通過する時間遅れが８０秒（即ち１分２０秒）の場合に、Ｔ及びＮに対して使用される値は：  Ｔ＝１０  秒，  Ｎ＝８  である。更新の周期  Ｔ  は、この一つの実施形態において、１０秒に選択される。その理由は、この実施形態において、１サイクル当たり３２サンプル（約２ｋＨｚ）のサンプリング速度を前提とすると、それが、容認し得る検知をもたらす最短の時間であるからである。この一つの実施形態において、Ｎに対する  ８  の値は、現在の計算されたエネルギーとスレッショルド・エネルギー値の間のリード・タイムの、ミニッツの数（number of minutes）（この実施形態においては“１”）において所望の分離をもたらすために選択されている：
Ｎ＝（ミニッツの数＊６）＋２
ここで、６は、１分の中の１０秒のインターバルの数である。  
Ｎに対するこの値は、プレ漏電（pre-fault）の値と漏電の値の間の明確な識別をもたらす。
【００１５】
ミニッツの数即ち時間の単位は、漏電を検知するために期待される時間の最大値とするべきである。その時間が経過した後、漏電エネルギーが、スレッショルド・エネルギーの中に現れ始め、次いで、それが、検知の確率を次第に小さくする。ミニッツの数即ち時間の単位は、ＨＩＦアルゴリズム１２が負荷の中の正常な変化を追跡することができる程度に、十分に短くなければならない。
【００１６】
ＦＩＦＯバッファ１６のいかなるエレメントも、スレッショルド・エネルギーとして、使用されることが可能であって、比較器１８で、現在のエネルギー信号と比較される。本発明の一つの実施形態において、ＦＩＦＯバッファ１６の三つの最も古い値、即ち、スレッショルド・エネルギーの三つの最も古い値が、フィルタ（図示せず）の中で一つのスレッショルド値を作り出すために使用される。検知のための十分な時間を与えるために、十分に古い値を保持することと、更により古い値を保持し、それらを使用しないこと（これはメモリを浪費する）の間に、トレード・オフ関係がある。
【００１７】
フィルタは、スレッショルド出力のよりスムーズな移行のために設けられる。そして、データが、とてもゆっくり更新されるので（１０秒毎に１回）、どのようなタイプのローパス・フィルタであっても、その機能を実現するために適切である。入力信号エネルギーがスレッショルド・エネルギーと比べて大きい値を有しているとき、ＨＩＦ検知信号が生成され、そして、その信号は、何らかの手段で（ここに示されてはいないが、当業者には良く知られている）ＨＩＦ検知フラグを立てるために使用されることが可能である。
【００１８】
認識すべきことは、以上で説明された実施形態は、バッファ１６に貯えられたスレッショルド・エネルギーの三つの最も古い値を、フィルタへの入力として使用して、比較のために使用される一つのスレッショルド値を作り出しているが、バッファ１６の中の任意の値または全ての値が、その目的のために使用されることが可能である。この一つの実施形態においては、実現が容易なフィルタを使用することが決定され、そして、そのフィルタが、たまたま三つの最も古い値のみを使用するものであった。
【００１９】
アルゴリズムのリセットの間、初期化の際と同様に、ＦＩＦＯバッファ１６の全てのエレメントに、リセット値が割り当てられる。そのリセット値は、比較的大きい値であって、比較器１８が作動されることを防止し、かくして、システムをそれがモニターしている入力信号に適合させながら、誤検知を防止する。最も大きいスレッショルド・マージンは、典型的な負荷の値の３００％（即ち３倍）なので（３００％）、適切なリセット値は、フィールド・データから得られる典型的な負荷値の１０倍であろう。
【００２０】
通常のオペレーションの間、計算された入力信号エネルギーが、スレッショルド・エネルギーよりも大きいときに、ＨＩＦ検知信号が生成される。この検知信号は、ＦＩＦＯバッファ１６の全てのエレメントを、現在の出力スレッショルド・エネルギー・スレッショルド値にセットされることを生じさせる。これは、検知のための一種の封じ込め（seal-in）をもたらす。その理由は、ＦＩＦＯバッファ１６の中の次のスレッショルド・エネルギーが比較的大きいので、ＨＩＦをピックアップした即ち検知したアルゴリズムは、消えないであろうからである。このアクションはまた、スレッショルド・エネルギーが超えられる前に、漏電の影響を受けたあらゆる値のスレッショルド・パイプラインを消去する。
【００２１】
本発明は、その特定の実施形態について示され且つ説明されたが、それらの実施形態は、例示の目的のためであって、限定の目的のためではない。ここに記載された特定の実施形態の他の変形及び変更は、当業者にとって明らかであり、その全ては、本発明の意図された精神及び範囲の範囲内にある。従って、本発明は、範囲及び効果に関して、以上で説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、また、他のやり方で、本発明によって推進された技術の進歩の範囲に矛盾するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、唯一の図面であって、本発明の動的エネルギー・スレッショルドＨＩＦ検知技術のためのブロック図である。
【図１】
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【国際調査報告】
2008517270.tif 000004
2008517270.tif 000005
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