(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電鉄用変電所の接地マットと帰線の間に設けられ、接地マットと帰線の間の電位差を測定する電位差測定部を有し、測定された電位差を用いて地絡故障を判定する直流高圧接地継電器において、整流器用変圧器と整流器の間の接続線の電路支持具または接続線の遮蔽層が接続された接地線に流れる電流を測定する電流測定部と、この電流の測定値から第３次高調波成分の抽出を行う第３次高調波抽出部と、この抽出された第３次高調波成分が閾値を超過するときに整流器用変圧器と整流器の間の整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を判定する交流側地絡判定出力部と、この交流側地絡判定を表示する交流側地絡表示部とを備えることを特徴とする直流電鉄変電所用高圧接地継電器。
【請求項２】
直流電鉄用変電所の接地マットと帰線の間に設けられ、接地マットと帰線の間の電位差を測定する電位差測定部を有し、測定された電位差を用いて地絡故障を判定する直流高圧接地継電器において、前記電位差の測定値から第３次高調波成分の抽出を行う第３次高調波抽出部と、この抽出された第３次高調波成分が閾値を超過するときに整流器用変圧器と整流器の間の整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を判定する交流側地絡判定出力部と、この交流側地絡判定を表示する交流側地絡表示部とを備えることを特徴とする直流電鉄変電所用高圧接地継電器。
【請求項３】
直流電鉄用変電所の接地マットと帰線の間に設けられ、接地マットと帰線の間の電位差を測定する電位差測定部を有し、測定された電位差を用いて地絡故障を判定する直流高圧接地継電器において、前記測定された電位差の第３次高調波成分の抽出を行う第３次高調波抽出部と、整流器用変圧器と整流器の間の接続線の電路支持具または接続線の遮蔽層が接続された接地線に流れる電流を測定する電流測定部と、この電流の測定値および前記抽出された第３次高調波成分が共に閾値を超過するときに整流器用変圧器と整流器の間の整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を判定する交流側地絡判定出力部と、この交流側地絡判定を表示する交流側地絡表示部とを備えることを特徴とする直流電鉄変電所用高圧接地継電器。
【請求項４】
直流電鉄用変電所の接地マットと帰線の間に設けられ、接地マットと帰線の間の電位差を測定する電位差測定部を有し、測定された電位差を用いて地絡故障を判定する直流高圧接地継電器において、前記帰線に流れる電流を測定する帰線電流測定部と、測定された帰線電流の第３次高調波成分の抽出を行う第３次高調波抽出部と、この抽出された第３次高調波成分が閾値を超過するときに整流器用変圧器と整流器の間の整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を判定する交流側地絡判定出力部と、この交流側地絡判定を表示する交流側地絡表示部とを備えることを特徴とする直流電鉄変電所用高圧接地継電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流電鉄変電所用高圧接地継電器に関するものであり、詳細には、直流電鉄用変電所の整流器用変圧器と整流器の間の整流器の１次側電路（交流側）または２次側電路（直流側）で地絡故障が発生した場合に動作し、地絡故障の発生個所が整流器の１次側（交流側）であるかあるいは２次側（直流側）であるかを判別する機能を有する直流電鉄変電所用高圧接地継電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より鉄道が電化され、整流器を使用するようになって以来、直流電鉄用変電所において、直流母線の地絡故障が発生した場合にはその多大な地絡電流により変電所機器の焼損等の障害が発生する。そこで、本出願人は鋭意研究により、下記特許文献（特開２０１０−４２７８４号公報）に示すように、変電所の接地マットと帰線間の電圧を検知し、できる限り速やかに変電所を停電し、変電所設備への損傷を抑え、変電所を保護するための直流高圧接地継電器を発明し、実用化されるに至っている。
【０００３】
図１２は従来の直流高圧接地継電器の構成を示す図である。図１２に示す直流高圧接地継電器９０は、変電所の接地マット９１と帰線９２の間に設置され、その間の電位差を測定する電位差測定部９３を有し、この電位差測定部９３が閾値以上の電圧を検出するときに交流遮断器９５Ａおよび直流高速度遮断器９５に遮断信号を送って直流母線９４への電力供給を遮断させるものである。
【０００４】
なお、図１３は健全状態での整流器用変圧器９６と整流器９７の間の接続線の遮蔽層が接続された接地線９８に流れる電流の高調波成分を示す図である。一般的な３相交流においては故障が発生していない健全状態では、３相一括接地されていれば接地線９８にはほとんど電流が流れないが、本箇所は帰線９２と整流器９７のダイオードを介して真の大地と電気的に接続された特殊な接地系となっているため対地電位は正負非対称の歪み波形となる。このため健全状態においても図１３に示すような整流器９７の１次側に起因する基本波電流や第５次高調波電流や第７次高調波電流、２次側の整流リップルに起因する第６次高調波電流の整数倍の高調波電流など様々な電流が流れる。加えて、変電所機器および支持金物は近接する電路等からの誘導の影響を受けるため、これによる電流も前記に加えて接地線に流れることになる。また、９８Ｒは接続線９６Ａと遮蔽層９６Ｂの間の絶縁抵抗であり、９８Ｒ’は地絡抵抗、９９は真の大地である。
【０００５】
前記構成の直流高圧接地継電器９０は変電所の接地マット９１と帰線９２の間に設置され、その電圧を検出する電位差測定部９３を設けて、変電所内での直流母線９４の地絡故障を検出する。つまり、直流母線９４に地絡故障が発生すると、帰線９２に対して接地マット９１が正（＋）極性の電位となるため電位差測定部９３でこれを検出し、交流遮断器９５Ａに遮断信号を出力する。交流遮断器９５Ａはこの遮断信号によって電力供給を遮断することにより、速やかに変電所を停電し、変電所設備等を保護することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−４２７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の直流高圧接地継電器９０は、直流電鉄用変電所の整流器９７の２次側電路（直流側）の地絡故障だけでなく、整流器用変圧器９６と整流器９７の間の１次側電路（交流側）の地絡故障によっても動作する特性があり、これらを判別できないという問題があった。
【０００８】
その背景として、直流電鉄用変電所では整流器用変圧器９６と整流器９７は変電所機器の配置上、近接して配置されることが多いため、ブスバーやアルミより線等の裸導体で接続されることが多かったが、近年は安全上の理由により裸導体で接続されることは少なくなり、遮蔽層付ケーブル等により接続されるようになったという状況がある。この為、ケーブルの端末処理の劣化等により雨水等が侵入し、ケーブルが絶縁劣化を起こし、これにより地絡故障につながる場合がある。また、ケーブルのこのような地絡故障は裸導体の場合に比べて目視で発見しにくく、故障点を速やかに見いだすことは困難であった。
【０００９】
このため、直流高圧接地継電器９０が動作した場合に、復旧担当の作業員は整流器９７の２次側の直流回路における地絡故障を重点的に探索するため、整流器９７の１次側電路に地絡故障が発生した場合には前記状況と重なり故障点の探索・除去や変電所の復電に多くの時間が必要となり、列車の運行に多大な影響を与えるという問題があった。
【００１０】
本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであり、その目的は、直流電鉄用変電所の整流器用変圧器と整流器の間の接続線で地絡故障が発生した場合と直流母線で地絡故障が発生した場合の切り分けを行い、故障点の探索・除去や変電所の復電を速やかに実施させ、列車の運行への影響を最小限に抑えることができる直流電鉄変電所用高圧接地継電器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、第１発明は、直流電鉄用変電所の接地マットと帰線の間に設けられ、接地マットと帰線の間の電位差を測定する電位差測定部を有し、測定された電位差を用いて地絡故障を判定する直流高圧接地継電器において、整流器用変圧器と整流器の間の接続線の電路支持具または接続線の遮蔽槽が接続された接地線に流れる電流を測定する電流測定部と、この電流の測定値から第３次高調波成分の抽出を行う第３次高調波抽出部と、この抽出された第３次高調波成分が閾値を超過するときに整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を判定する交流側地絡判定出力部と、この交流側地絡判定を表示する交流側地絡表示部とを備えることを特徴とする直流電鉄変電所用高圧接地継電器を提供する。（請求項１）
【００１２】
一般的に直流高圧接地継電器は直流電鉄用変電所において、整流器の２次側電路の地絡故障の保護を目的とするものであるが、整流器用変圧器と整流器の間の整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障によっても動作する。
【００１３】
図１４は、図１２に示す整流器の１次側電路（交流側）で地絡故障が発生した場合に流れる電流の流れを示す図である。図１４に示されるように、整流器９７の１次側電路（交流側）で地絡故障が発生した場合には、地絡抵抗９８Ｒ’および接地線９８を通って接地マット９１、さらに接地抵抗９１Ｒと真の大地９９、レール漏れ抵抗９２Ｒとレール、そして、帰線９２、整流器９７に戻る電流の回路が構成される。この為、整流器９７の各整流素子の方向から接地マット９１が正（＋）極性の電位となるので整流器の１次側電路(交流側）の地絡故障であっても直流高圧接地継電器９０が動作する特性がある。
【００１４】
図１５は、図１４における整流器用変圧器９６と整流器９７の間の接続線の遮蔽層が接続された接地線９８に流れる電流の周波数分析の結果を示すものであり、この結果から接地線９８に流れる電流には商用周波数の電流(基本波電流)の他に第３次高調波成分の電流や整流器９７の整流作用に付随する高調波電流等が流れることが分かる。そして、図１３と比較すると明らかなように、第３次高調波電流は整流器の１次側電路で地絡故障がなければ、ほとんど存在しない電流である。
【００１５】
本発明はこの第３次高調波成分に着目し、この第３次高調波成分を指標として、整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を検出することに利用するものであり、これによって整流器の１次側電路の地絡故障を高精度に判別することができる。
【００１６】
第１発明の直流電鉄変電所用高圧接地継電器は整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障によって、整流器用変圧器と整流器の間の接続線の電路支持具または接続線の遮蔽層が接続された接地線に流れる電流を電流測定部が測定し、第３次高調波抽出部が前記電流の第３次高調波成分を抽出することにより、この抽出された第３次高調波成分が閾値を超過するときには、交流側地絡判定出力部が整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を判別し、交流側地絡表示部は交流側地絡判定を表示することができる。
【００１７】
交流側地絡表示部に交流側地絡判定が表示されるので、直流電鉄変電所用高圧接地継電器が動作した場合に原因が整流器の直流側（すなわち、直流母線)にあるのか、交流側（すなわち、整流器用変圧器と整流器の間の接続線）にあるのかが判別できることにより、故障点探索時間を短縮でき、変電所の復電を速やかに行い、列車の運行への影響を低減することができる。
【００１８】
なお、前記直流電鉄変電所用高圧接地継電器は整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障発生を検出するための電流測定部、第３次高調波抽出部、交流側地絡判定出力部および交流側地絡表示部を備える直流電鉄変電所用高圧接地継電器を、従来の直流高圧接地継電器と別体として構成してもよく、既存の直流高圧接地継電器に付加して整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障の判定を行うことができる。
【００１９】
第２発明は、直流電鉄用変電所の接地マットと帰線の間に設けられ、接地マットと帰線の間の電位差を測定する電位差測定部を有し、測定された電位差を用いて地絡故障を判定する直流高圧接地継電器において、前記電位差の測定値から第３次高調波成分の抽出を行う第３次高調波抽出部と、この抽出された第３次高調波成分が閾値を超過するときに整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を判定する交流側地絡判定出力部と、この交流側地絡判定を表示する交流側地絡表示部とを備えることを特徴とする直流電鉄変電所用高圧接地継電器を提供する。（請求項２）
【００２０】
整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障によって接地線に流れる第３次高調波電流は、接地マットおよび接地抵抗を介して真の大地へと流れ、レール漏れ抵抗を介してレールに還流する。これにより接地マットと帰線との間に接続される直流電鉄変電所用高圧接地継電器の両端に第３次高調波電圧を発生させる。この電圧を第３次高調波抽出部によって抽出し、抽出された第３次高調波成分が閾値を超過するときに交流側地絡判定出力部が整流器の１次側電路での地絡故障を速やかに判定し、交流側地絡判定を出力する。ついで、交流側地絡表示部は交流側地絡判定を表示する。従って、復旧に携わる作業者は直流電鉄変電所用高圧接地継電器が動作した場合に原因が整流器の直流側にあるのか、交流側にあるのかが判別できることにより、故障点探索時間を短縮でき、変電所の復電を速やかに行い、列車の運行への影響を低減することができる。
【００２１】
第３発明は、直流電鉄用変電所の接地マットと帰線の間に設けられ、接地マットと帰線の間の電位差を測定する電位差測定部を有し、測定された電位差を用いて地絡故障を判定する直流高圧接地継電器において、前記測定された電位差の第３次高調波成分の抽出を行う第３次高調波抽出部と、整流器用変圧器と整流器の間の接続線の電路支持具または接続線の遮蔽層が接続された接地線に流れる電流を測定する電流測定部と、この電流の測定値および前記抽出された第３次高調波成分が共に閾値を超過するときに整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を判定する交流側地絡判定出力部と、この交流側地絡判定を表示する交流側地絡表示部とを備えることを特徴とする直流電鉄変電所用高圧接地継電器を提供する。（請求項３）
【００２２】
整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障によって接地線に流れる電流は、接地マットおよび接地抵抗を介して真の大地に流れ、レール漏れ抵抗を介してレールに還流することにより接地マットと帰線との間に接続される直流電鉄変電所用高圧接地継電器の両端に電圧を発生させる。この電圧から抽出した第３次高調波成分を閾値と比較して地絡判定を行うことにより整流器の１次側電路での地絡故障を速やかに判別するものである。
【００２３】
しかしながら、電位差測定部によって測定された電位差の第３次高調波成分は隣接変電所における整流器の１次側電路の地絡故障の影響を受ける。隣接変電所の整流器の１次側電路に地絡故障が発生した場合には、第３次高調波成分を含む地絡電流が隣接変電所内の地絡電流の還流する回路を流れるが、その際に第３次高調波成分を含むレール電位が発生する。このレール電位が伝搬し本願発明の電位差測定部が影響を受けるので、前記接地線に流れる電流があらかじめ設定された閾値を越えていることにより自変電所の接地線に地絡電流が流れていることを検出し、加えて、電位差測定部に接続された第３次高調波抽出部の出力があらかじめ設定された閾値を越えていることを共に満たすことによって、より確実に整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を検出し、またこれを表示することができる。これにより直流電鉄変電所用高圧接地継電器が動作した場合に原因が整流器の直流側にあるのか、交流側にあるのかが判別できることにより故障点探索時間を短縮でき、変電所の復電を速やかに行い、列車の運行への影響を低減することができる。
【００２４】
第４発明は、直流電鉄用変電所の接地マットと帰線の間に設けられ、接地マットと帰線の間の電位差を測定する電位差測定部を有し、測定された電位差を用いて地絡故障を判定する直流高圧接地継電器において、前記帰線に流れる電流を測定する帰線電流測定部と、測定された帰線電流の第３次高調波成分の抽出を行う第３次高調波抽出部と、この抽出された第３次高調波成分が閾値を超過するときに整流器の１次側電路の地絡故障を判定する交流側地絡判定出力部と、この交流側地絡判定を表示する交流側地絡表示部とを備えることを特徴とする直流電鉄変電所用高圧接地継電器を提供する。（請求項４）
【００２５】
整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障によって発生する地絡電流は、地絡抵抗を介して接地線と接地マットに流れ、接地抵抗を介して真の大地に、また、レール漏れ抵抗を介してレールおよび帰線から整流器に還流するので、帰線電流測定部を帰線に設け、第３次高調波抽出部が測定された帰線電流の第３次高調波成分の抽出を行い、この第３次高調波成分が閾値を超過するときに整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を検出し、交流側地絡表示部に表示することができる。ゆえに復旧に携わる作業者は直流電鉄変電所用高圧接地継電器が動作した場合に原因が整流器の直流側にあるのか、交流側にあるのかが判別できることにより故障点探索時間を短縮でき、変電所の復電を速やかに行い、列車の運行への影響を低減することができる。
【００２６】
また、整流器の１次側電路（交流側）では、小動物等により地絡故障が発生する場合もある。この場合には地絡電流は筐体や支持金物等を介して接地マットに流れることもあるので、接続線の電路支持具または接続線の遮蔽層が接続された接地線を流れない場合がある。このため電流測定部を接地線に設けても前記地絡電流を検出できないこともあるが、接地マット以降は同様の還流が発生するので、整流器の１次側電路に遮蔽層付ケーブルを用いた場合と同様の現象が発生する。従って、帰線に電流測定部を設けることにより、整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障の状況に関係なく、この部分における地絡故障を判別することができる。
【発明の効果】
【００２７】
前述したように、第１発明の直流電鉄変電所用高圧接地継電器によれば、整流器の１次側電路（交流側）で地絡故障が発生した場合に接地線に流れる地絡電流に特徴的に含まれる第３次高調波成分を用いて地絡故障が整流器の交流側において生じたことを確実に検出することができる。これにより整流器の１次側電路での地絡故障を速やかに検出し、表示できるので故障点探索時間を短縮でき、変電所の復電を速やかに行い、列車の運行への影響を低減することができる。
【００２８】
第２発明の直流電鉄変電所用高圧接地継電器によれば、整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障によって接地線に特徴的に流れる第３次高調波電流により、接地マットと帰線との間に接続される直流電鉄変電所用高圧接地継電器の両端に発生する第３次高調波電圧を抽出して交流側地絡判定出力部で判別できることで整流器の１次側電路での地絡故障を速やかに判別し、表示できるので故障点探索時間を短縮でき、変電所の復電を速やかに行い、列車の運行への影響を低減することができる。
【００２９】
第３発明の直流電鉄変電所用高圧接地継電器によれば、整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障によって接地線に流れる第３次高調波電流により、接地マットと帰線との間に接続される直流電鉄変電所用高圧接地継電器の両端に特徴的に発生する第３次高調波電圧を抽出して交流側地絡判定出力部で判別できる。加えて、整流器用変圧器と整流器の間の接続線の電路支持具または接続線の遮蔽層が接続された接地線に設けられた電流測定部の出力があらかじめ設定された閾値を超過することを共に満たすことによって、隣接変電所の整流器用変圧器と整流器の間の整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障によって発生するレール電位の影響による誤動作を抑制し、精度よく自変電所の整流器の１次側電路（交流側）の地絡故障を検出し、表示することができるので、直流電鉄変電所用高圧接地継電器が動作した場合に原因が整流器の直流側にあるのか、交流側にあるのかが判別できることにより故障点探索時間を短縮でき、変電所の復電を速やかに行い、列車の運行への影響を低減することができる。
【００３０】
第４発明の直流電鉄変電所用高圧接地継電器によれば、整流器の１次側電路（交流側）で回路が地絡故障を起こした場合に接地線に流れる地絡電流および筐体を介して直接接地マットに流れる地絡電流に含まれる第３次高調波成分を帰線側で検出することができる。これにより整流器の１次側電路での地絡故障を速やかに検出し、表示できるので故障点探索時間を短縮でき、変電所の復電を速やかに行い、列車の運行への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器が設置される直流電鉄用変電所の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。
【図３】第２実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。
【図４】第３実施形態のかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。
【図５】図４の変形例となる直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。
【図６】第４実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器が設置される直流電鉄用変電所の構成を示す図である。
【図７】第４実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。
【図８】第５実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。
【図９】第６実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。
【図１０】第７実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。
【図１１】第８実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。
【図１２】従来の直流高圧接地継電器が設置される直流電鉄用変電所の構成を示す図である。
【図１３】健全状態時に接地線に流れる電流の高調波成分を示す図である。（接地線電流の実効値に対する各高調波成分の含有率を示す。）
【図１４】直流鉄道用変電所の整流器用変圧器と整流器の間の接続線（交流側）で地絡故障が発生したときの電流の流れを説明する図である。
【図１５】直流鉄道用変電所の整流器用変圧器と整流器の間の接続線（交流側）で地絡故障が発生したときに接地線に流れる電流の高調波成分を示す図である。（接地線電流の実効値に対する各高調波成分の含有率を示す。）
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図１〜図２を用いて、本発明の第１実施形態に係る直流電鉄変電所用高圧接地継電器の具体的な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１に示すように、直流電鉄変電所用高圧接地継電器１は、変電所２の接地マット３と帰線４の間に設けられ、接地マット３と帰線４の間の電位差を測定する電位差測定部５と、測定された電位差を用いて地絡故障を判定する地絡判定出力部６を有する。
【００３３】
図２に示すように、直流母線における地絡故障を検知する直流側地絡故障用の地絡判定出力部６Ａと、整流用変圧器７と整流器８の間の回路上における地絡故障を検知する交流側地絡故障用の地絡判定出力部６Ｂとを有する。すなわち、本実施形態の直流電鉄変電所用高圧接地継電器１は、変電所２の整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の遮蔽層９ｓが接続された接地線１０に流れる電流を測定する電流測定部１１と、この電流の測定値から第３次高調波成分の抽出を行う例えばフィルタ回路からなる第３次高調波抽出部１２とを有し、前記交流側地絡判定出力部６Ｂは抽出された第３次高調波成分が閾値を超過するきに整流器の１次側電路の地絡故障を判定する。なお、前記接続線９は芯線となる導体と、この導体を保護する絶縁物からなる被覆９ｉと、この被覆９ｉの外側を覆うように設けた遮蔽層９ｓとこの遮蔽層９ｓを保護する外装被覆９ｐを備えるケーブルである。したがって、導体と遮蔽層９ｓの間は被覆９ｉによる大きな絶縁抵抗１０ｒを介して接続されるが、接続線９に地絡故障が発生したときには導体と遮蔽層９ｓの間はより小さい地絡抵抗１０ｒ’によって接続される。
【００３４】
１３は前記地絡判定出力部６からの地絡故障判定を表示する地絡表示部であり、１３Ａは直流側地絡故障用の地絡判定出力部６Ａが出力する地絡故障判定を表示する直流側地絡表示部、１３Ｂは交流側地絡故障用の地絡判定出力部６Ｂが整流用変圧器７と整流器８の間（整流器８の１次側）における地絡故障の判定を出力するときに地絡故障判定を表示する交流側地絡表示部である。
【００３５】
なお、図１，２に示す、Ｇは真の大地、３ｒは接地マット３の接地抵抗、５ｒは電位差測定部の分圧抵抗、４ｒは帰線４およびレールと真の大地Ｇの間にあるレール漏れ抵抗、５ｄは逆流防止用のダイオードであり、前記地絡判定出力部６が地絡故障判定を出力するときに交流遮断器７Ａおよび直流高速度遮断器１４が回路を遮断して直流母線１５への給電を停止する。
【００３６】
図１、図２に示す直流電鉄変電所用高圧接地継電器１が従来の直流高圧接地継電器と異なる点は、整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の遮蔽層９ｓが接続された接地線１０に流れる電流を電流測定部１１が測定し、その第３次高調波成分を第３次高調波抽出部１２が抽出して常時監視するので、整流器８の１次側電路（交流側）が地絡故障を起こした場合、第３次高調波成分があらかじめ設定された閾値を超過することにより、交流側地絡判定出力部６Ｂが整流器８の１次側電路で地絡故障が発生したことを判別して、交流側地絡判定を出力し、交流側地絡表示部１３Ｂに表示することができる点である。
【００３７】
他方、整流器８の２次側電路（直流側）に地絡故障が発生した場合には電流測定器による電流測定値に第３次高調波成分の電流はほとんど存在せず、第３次高調波抽出部１２からの出力がほとんどないので、交流側地絡判定出力部６Ｂが交流側地絡判定の出力を行うこともなく、交流側地絡表示部１３Ｂへの表示も行われることがない。
【００３８】
すなわち、図２において、符号１ｅによって示す仮想線で囲った部分は本発明における直流高圧接地継電器の拡張回路であり、これらの部材１１，１２，６Ｂ，１３Ｂからなる拡張回路１ｅを備えることにおいて、従来の直流高圧接地継電器と異なっている。なお、この拡張回路１ｅは本発明の直流電鉄変電所用高圧接地継電器１として一体的に形成されるものであることが好ましいが、従来の直流高圧接地継電器に添えるように設けられて従来の直流高圧接地継電器を拡張するものであってもよいことはいうまでもない。
【００３９】
上述したように、本発明にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器１は電位差測定部５が測定する電位差があらかじめ設定された閾値を超過するときに地絡判定出力部６（直流側地絡判定出力部６Ａ）が地絡故障の判定出力を出し、これを直流側地絡表示部１３Ａに表示すると共に交流遮断器７Ａおよび直流高速度遮断器１４を遮断して故障電流の流れを遮断するという従来の直流高圧接地継電器と同様の整流器の直流側の地絡故障の検出動作を行うと共に、この地絡故障の発生部位が整流器８の１次側電路（交流側）であるときには、地絡判定出力部６（交流側地絡判定出力部６Ｂ）から出力を行なうと共に交流側地絡表示部１３Ｂにこれを表示することができるので、変電所の復電をより迅速に行うために有用である。
【００４０】
図３は本発明の第２実施形態の直流電鉄変電所用高圧接地継電器の回路構成を示す図である。図３において、２０は第２実施形態の直流電鉄変電所用高圧接地継電器である。なお、図３において、図１〜図２と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるから、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の直流電鉄変電所用高圧接地継電器２０の第３次高調波抽出部１２は前記電位差測定部５によって測定された接地マット３と帰線４の間の電位差の測定値から第３次高調波成分を抽出するものであり、交流側地絡判定出力部６Ｂは抽出された電位差の第３次高調波成分が所定の閾値を超えるときに、整流器の交流側における地絡故障の判定を行い、交流側地絡出力と交流側地絡判定を交流側地絡表示部１３Ｂに表示させるものである。
【００４２】
上記構成の直流電鉄変電所用高圧接地継電器２０では、整流器８の１次側電路で地絡故障が発生した場合、地絡電流が地絡抵抗１０ｒ’および接地線１０を介して接地マット３に流れ、さらに接地抵抗３ｒを介して真の大地Ｇに、そしてレール漏れ抵抗４ｒを介して帰線４、整流器８という回路で地絡電流が流れるので、接地マット３と帰線４の間に接続される電位差測定部５の両端には接地マット３から帰線４までのインピーダンスによって電位が発生する。
【００４３】
また、地絡電流には第３次高調波電流が含まれるので、電位差測定部５の両端にも第３次高調波電圧が発生する。したがって、電位差測定部５の出力から第３次高調波成分を抽出して交流側地絡判定出力部６Ｂで常時監視できるので、整流器８の１次側電路が地絡故障を起こした場合、前記第３次高調波成分があらかじめ設定された閾値を超過することで整流器８の１次側電路に地絡故障が発生したことを検出でき、これを交流側地絡表示部１３Ｂに表示させることができる。
【００４４】
整流器８の２次側電路（直流側）に地絡故障が発生した場合には、第３次高調波成分（電圧検出）はほとんど存在せず、第３次高調波抽出部１２からの出力もほとんどないので、地絡判定の出力も表示も行われない。この結果、電位差測定部５に接続された直流側地絡判定出力部６Ａによりあらかじめ設定された閾値を超過することで地絡判定出力を出すという従来の直流高圧接地継電器と同様の整流器の直流側の地絡故障の検出動作を行うことができる。
【００４５】
なお、本実施形態においても電位差測定部５の出力から第３次高調波成分を抽出する第３次高調波抽出部１２、交流側地絡判定出力部６Ｂおよび交流側地絡表示部１３Ｂが直流電鉄変電所用高圧接地継電器２０の交流側地絡判定を行う拡張回路（図２の拡張回路１ｅ参照）であり、これらの拡張回路を一体的に形成するか別体とするか（この場合、部材５ｒ、５ｄ、５はもう一対設ける必要がある）は任意に設計変更可能であることはいうまでもない。
【００４６】
図４は本発明の第３実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器３０の構成を示す図である。図４において、図１〜図３と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるから、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
図４に示される直流電鉄変電所用高圧接地継電器３０の構成は、図３に示される直流電鉄変電所用高圧接地継電器２０の他に整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の遮蔽層９ｓが接続された接地線１０の電流を検出する電流測定部１１を有している点において異なっており、電位差測定部５からの出力の第３次高調波成分を第３次高調波抽出部１２で抽出して常時監視し、あらかじめ設定された閾値を超過するときに、整流器８の１次側電路で地絡故障したことを検出することにおいて同一である。
【００４８】
前記電位差測定部５によって測定した電位差の第３次高調波成分は、隣接変電所における整流器の１次側電路の地絡故障による影響を受け、隣接変電所の整流器の１次側電路に地絡故障が発生した場合には第３次高調波成分を含む地絡電流が隣接変電所内の地絡電流の還流する回路を流れるが、その際に真の大地Ｇ、レール漏れ抵抗４ｒ、レールおよび帰線４を通るので第３次高調波成分を含むレール電位が発生する。
【００４９】
次いで、前記レール電位が伝搬し、帰線４に接続されている本発明品の電位差測定部５が影響を受けるので、その出力にある第３次高調波成分も影響を受けることが考えられる。本実施形態では、この隣接変電所の影響による誤動作を抑制するために整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の遮蔽層９ｓが接続された接地線１０に電流測定部１１を設け、接地線１０に流れる接地線電流の実効値を常時監視し、その出力があらかじめ設定された閾値を超過するときに、直流電鉄変電所用高圧接地継電器３０を取り付けた変電所２の接地線１０に地絡電流が流れたものと判定し第３次高調波成分の出力とＡＮＤ条件が成り立つときに、隣接変電所からのレール電位による影響を抑制し、確実に整流器８の１次側電路（交流側）の地絡故障を検出することが可能となる。
【００５０】
また、整流器の２次側電路（直流側）に地絡故障が発生した場合には電位差測定部５の出力に第３次高調波成分はほとんど存在せず、第３次高調波抽出部１２からの出力もほとんどないので、交流側地絡判定出力も交流側地絡表示も行われない。この結果、本実施形態の直流電鉄変電所用高圧接地継電器では電位差測定部５に接続された直流側地絡判定出力部６Ａによりあらかじめ設定された閾値を超過することで地絡判定を出力するという従来の直流高圧接地継電器と同様の整流器の直流側の地絡故障の検出動作を行うことができる。
【００５１】
図５は図４に示す直流電鉄変電所用高圧接地継電器３０の変形例を示す図である。図５に示す直流電鉄変電所用高圧接地継電器４０は電流測定部１１によって測定された電流の第３次高調波成分を前記第３次高調波抽出部１２によって抽出して交流側地絡判定部６Ｂに入力する点において、図４に示す直流電鉄変電所用高圧接地継電器３０と異なっており、これによって整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の遮蔽層９ｓが接続された接地線１０に設けられる電流測定部１１によって測定される電流の第３次高調波電流を常時監視している。このように接地線１０に地絡電流が流れたことを判定する方法として接地線電流の実効値ではなく第３次高調波電流を用いてもよい。
【００５２】
図６，図７は本発明の第４実施形態を説明する図であって、図６は第４実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器５０が設置される直流鉄道用変電所の構成を示す図、図７はその直流電鉄変電所用高圧接地継電器５０の回路構成を示す図である。これらの図において、図１〜図５と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるから、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
本実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器５０は、変電所２の帰線４に帰線電流を検出する帰線電流測定部５１を設け、前記第３次高調波抽出部１２は帰線電流測定部５１によって測定された帰線電流の第３次高調波成分を抽出するものであることにおいて、図１，図２に示す第１実施形態と異なっている。
【００５４】
すなわち、整流器８の１次側電路で地絡故障が発生した場合、地絡抵抗１０ｒ’、接地線１０を介して接地マット３に流れ、接地抵抗３ｒ、真の大地Ｇ、レール漏れ抵抗４ｒを介して帰線４、整流器８へと流れるという回路で地絡電流が流れるので、帰線４に帰線電流測定部５１を設けた場合にも、この帰線電流測定部５１によって測定される帰線電流には、整流器８の１次側電路（交流側）で地絡故障が発生したときに生じる第３次高調波成分が多く流れるという特徴が表れる。
【００５５】
また、整流器の１次側電路（交流側）では、小動物等により地絡故障が発生する場合もある。この場合、地絡電流は筐体や支持金物等を介して接地マット３に流れる場合もあり、接地マット３以後、接地抵抗３ｒ、真の大地、レール漏れ抵抗４ｒを介して帰線４、整流器８へと流れるという回路で地絡電流が流れる。従って、本実施形態のように帰線４に帰線電流測定部５１を設けたことにより、整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の地絡故障の状況に関係なく、帰線電流測定部５１によって測定される帰線電流には、整流器８の１次側電路における地絡故障独特の特徴が表れるので、この部分における地絡故障の発生を確実に判定することができる。
【００５６】
この帰線電流の第３次高調波成分を常時監視することにより、整流器８の１次側電路で地絡故障が発生した場合に、第３次高調波成分があらかじめ設定された閾値を超過することでこの地絡故障判定を行うことができ、交流側地絡判定出力と交流側地絡判定表示を行うことができる。なお、整流器の２次側電路（直流側）に地絡故障が発生した場合には第３次高調波電流はほとんど存在せず、第３次高調波抽出部からの出力もほとんどないので交流側地絡判定出力も交流側地絡判定表示も行われない。
【００５７】
この結果、第４実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器５０は電位差測定部５に接続された直流側地絡判定出力部６Ａによりあらかじめ設定された閾値を超過するときに、直流側地絡判定を出力するという従来の直流高圧接地継電器と同様の整流器の直流側の地絡故障の検出動作を行うことができる。
【００５８】
上述の各実施形態において、地絡表示部１３は、整流器の直流側の地絡故障を表示する直流側地絡表示部１３Ａと、整流器の交流側の地絡故障を表示する交流側地絡表示部１３Ｂの２種類の出力を備えている例を示しており、これによって、どの部位で地絡故障が発生しているのかを一目瞭然に判断できる故に好ましいが、本発明はこの点に限定されるものではないことはいうまでもない。すなわち、地絡表示部１３は交流側における地絡故障発生時と直流側における地絡故障発生において異なる表示を行う単一のものを用いてもよい。
【００５９】
また、本発明の各実施形態において、整流器の１次側電路（交流側）に地絡故障が発生した場合には交流側地絡判定出力部６Ｂのみならず直流側地絡判定出力部６Ａも動作する特性があるが、例えば直流側地絡判定出力部６Ａのみが動作した場合には整流器の直流側電路の地絡故障と判定し、直流側地絡判定部６Ａの出力と交流側地絡判定部６Ｂのどちらも動作した場合には整流器の交流側電路の地絡故障と判定し、交流側地絡判定部６Ｂのみが動作した場合には整流器の交流側電路の絶縁劣化等の損耗と判定して点検が必要な警報として変電設備の保全にも利用可能である。したがって、地絡判定出力部６を交流側、直流側に分ける必要はなく、一つに纏めても良いことはいうまでもない。
【００６０】
図８は本発明の第５実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器６０の構成を示す図であり、本例の直流電鉄変電所用高圧接地継電器６０は、図１，図２に示される第１実施形態の整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の地絡故障を判定して地絡表示部１３Ｂに表示させるもの（図１に示すような交流遮断器７Ａを動作させる信号を出力しない地絡検出器であってもよい）である。なお、その構成は図１，図２において既に詳述したものと同等であるからその詳細な説明を省略する。
【００６１】
本実施形態の直流電鉄変電所用高圧接地継電器６０は整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の遮蔽層９ｓが接続された接地線１０に流れる電流の第３次高調波成分を常時監視できるので、整流器８の１次側電路が地絡故障を起こした場合、第３次高調波成分があらかじめ設定された閾値を超過することにより整流器８の１次側電路で地絡故障が発生したことを検出し、交流側地絡判定出力と交流側地絡表示を行うことができる。
【００６２】
図９は本発明の第６実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器７０の構成を示す図であり、本例の直流電鉄変電所用高圧接地継電器７０は、図３に示される第２実施形態の整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の地絡故障を判定して交流側地絡表示部１３Ｂに表示させるもの（交流遮断器７Ａ等を動作させる信号を出力しない地絡故障検出器であってもよい）である。なお、その構成は図３において既に詳述したものと同等であるからその詳細な説明を省略する。
【００６３】
本実施形態の直流電鉄変電所用高圧接地継電器７０は電位差測定部５の出力から第３次高調波成分を抽出し、この抽出された第３次高調波電圧の大きさを常時監視できるので、整流器の１次側電路が地絡故障を起こした場合、第３次高調波成分があらかじめ設定された閾値を超過することで整流器の１次側電路で地絡故障が発生したことを検出し、交流側地絡判定出力と交流側地絡表示を行うことができる。
【００６４】
図１０は本発明の第７実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器８０の構成を示す図であり、本例の直流電鉄変電所用高圧接地継電器８０は、図４に示される第３実施形態の整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の地絡故障を判定して交流側地絡表示部１３Ｂに表示させるもの（交流遮断器７Ａ等を動作させる信号を出力しない地絡故障検出器であってもよい）である。なお、その構成は図４において既に詳述したものと同等であるからその詳細な説明を省略する。
【００６５】
本実施形態の直流電鉄変電所用高圧接地継電器８０は整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の遮蔽層９ｓが接続された接地線１０の電流を検出する電流測定部１１を有し、電位差測定部５からの出力の第３次高調波成分を抽出し、この抽出された第３次高調波電圧と前記電流の大きさを交流側地絡判定出力部６Ｂで常時監視し、あらかじめ設定された閾値を共に超過することで整流器の１次側電路で地絡故障が発生したことを検出するものであるから、整流器の１次側電路が地絡故障を起こした場合に、交流側地絡判定出力と交流側地絡表示を行うことができる。
【００６６】
図１１は本発明の第８実施形態にかかる直流電鉄変電所用高圧接地継電器８５の構成を示す図であり、本例の直流電鉄変電所用高圧接地継電器８５は、図６，図７に示される第４実施形態の整流器用変圧器７と整流器８の間の接続線９の地絡故障を判定して交流側地絡表示部１３Ｂに表示させるもの（交流遮断器７Ａ等を動作させる信号を出力しない地絡故障検出器であってもよい）である。なお、その構成は図７において既に詳述したものと同等であるからその詳細な説明を省略する。
【００６７】
本実施形態の直流電鉄変電所用高圧接地継電器８５は帰線４に流れる帰線電流の第３次高調波成分を抽出して交流側地絡判定出力部６Ｂで常時監視し、あらかじめ設定された閾値を超過することで整流器の１次側で地絡故障が発生したことを検出するものであるから、整流器の１次側電路の地絡故障が小動物などによるものであったとしても、あるいは遮蔽層付ケーブルの絶縁劣化によるものであったとしても、その状況に関係なく、地絡故障を起こした場合に、交流側地絡判定出力と交流側地絡表示を行うことができる。
【符号の説明】
【００６８】
１，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，８５  直流電鉄変電所用高圧接地継電器
２      変電所
３      接地マット
４      帰線
５      電位差測定部
６      地絡判定出力部
６Ａ    直流側地絡判定出力部
６Ｂ    交流側地絡判定出力部
７      整流器用変圧器
８      整流器
９      接続線
９ｓ    遮蔽層
１０    接地線
１１    電流測定部
１２    第３次高調波抽出部
１３    地絡表示部
１３Ａ  直流側地絡表示部
１３Ｂ  交流側地絡表示部
５１    帰線電流測定部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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