(57)【要約】【課題】電気設備に力率改善用の進相コンデンサ設備が設置されている場合であっても精度よく電気設備の短絡を判定できるようにすることである。【解決手段】  検出プローブ１３から交流電圧発生装置１４で発生した可変周波数の交流電圧を電気設備の２相に課電するとともに、可変周波数の交流電圧の課電により電気設備に流れる電流を検出する。そして、インピーダンス表示部１６は、電気設備に流れる電流と課電した交流電圧とから電気設備のインピーダンスを演算して表示する。点検員は周波数可変装置１５により、電気設備のインピーダンスが最大となるように交流電圧発生装置１４で発生する交流電圧の周波数を変化させ、インピーダンスの最大値に基づいて電気設備が短絡しているか否かを判断する。【選択図】  図１
2008020322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変周波数の交流電圧を発生する交流電圧発生装置と、
前記交流電圧発生装置で発生した可変周波数の交流電圧を電気設備の２相に課電するとともに可変周波数の交流電圧の課電により前記電気設備に流れる電流を検出する検出プローブと、
前記検出プローブから課電された可変周波数の交流電圧の課電により前記電気設備に流れる電流と課電した交流電圧とから電気設備のインピーダンスを演算し表示するインピーダンス表示部と、
前記電気設備のインピーダンスが最大となるように前記交流電圧発生装置で発生する交流電圧の周波数を変化させるための周波数可変装置と、
を備えたことを特徴とする電気設備の短絡検出装置。
【請求項２】
可変周波数の交流電圧を電気設備の２相に課電し、
可変周波数の交流電圧の課電により前記電気設備に流れる電流と課電した交流電圧とから電気設備のインピーダンスを演算し、
前記演算された電気設備のインピーダンスが最大となるように交流電圧の周波数を変化させて前記電気設備のインピーダンスの最大値を求め、
求めた前記電気設備のインピーダンスの最大値に基づいて前記電気設備の短絡を検出することを特徴とする電気設備の短絡検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、受配電設備等における電気設備の短絡を検出する短絡検出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の受配電設備における電気設備の地絡状態は、市販の「絶縁抵抗計」により容易に検出できる。絶縁抵抗計では、直流電圧を電気設備に印加して流れる電流を計測し、印加した直流電圧を計測した電流で除算して電気設備の絶縁抵抗を測定する。このような絶縁抵抗計では、電気設備の短絡状態を検出することはできない。これは、絶縁抵抗計は直流電圧を印加して直流電流を検出し電気設備の絶縁抵抗を検出するものであるからである。
【０００３】
すなわち、電気設備の相間短絡状態を検出するには、相間に変圧器や計量器のコイルが接続されているため、その交流インピーダンスωＬを検出することになるが、直流ではω＝０であるので、電気設備が短絡状態になくとも相間のインピーダンスωＬはほとんど零となり短絡状態として検出してしまうからである。ここに、ωは交流の角周波数、Ｌはコイルのインダクタンスである。
【０００４】
従って、敢えて電気設備の短絡状態を検出するには、商用周波数の交流を発生できる耐圧試験装置を用いて電気設備に課電することになる。受配電設備やフィーダ数の多い交流電気回路における回路の点検作業に好適な交流電気回路の短絡検出装置として、短絡検出に用いるインピーダンスと整流器付き表示灯（或いはブザー）を備え、インピーダンスを介して交流電源を短絡検出用の電源として交流電気回路に接続し、整流器付き表示灯を交流電気回路と並列に接続し、交流回路が短絡していない場合は、整流器に電圧が印加され表示灯が点灯し、短絡している場合は、整流器に電圧が印加されず表示灯が消灯し、この表示灯を通して短絡の有無を判別可能にしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２１８２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、耐圧試験装置には商用周波数の電源が必要となり、装置が重量物であり搬入が容易でない。また、特許文献１のものでも商用周波数の電源が必要となる。さらには、電気設備に力率改善用の進相コンデンサ設備が設置されている場合には、コイルのインピーダンスωＬを相殺して電気設備のインピーダンスが低い値となってしまい、電気設備の短絡状態の検出が難しくなる。
【０００６】
例えば、力率改善用の進相コンデンサ設備は、受電容量の１５%前後のコンデンサ容量となるので、受電容量が１０００ｋＶＡの電気設備では、進相コンデンサのインピーダンスとして０．７ｋΩといった低い値が検出される。この値が短絡状態を示すのか否かを判定するのは難しい。
【０００７】
例えば、電灯変圧器の低圧側の短絡抵抗値が１Ω程度の場合には、電灯変圧器の高圧側から見た抵抗値は、電圧比の２乗倍（{(6600)/210}2 = 990倍）に拡大されるので９９０Ωとなる。また、動力変圧器の低圧側の２相が短絡している場合では、電気設備の受電容量や短絡抵抗値によって、検出されるインピーダンスの値が大きく変動する。
【０００８】
現実には、動力変圧器の低圧側の２相が完全に短絡していても、高圧側３相（ａ、ｂ、ｃ相）のうちの２相（例えば、ａ−ｂ、ｂ−ｃ相間）が０．５〜１０ｋΩ、残り１相（例えばａ−ｃ相間）が１〜３０ｋΩのように大きく変動し、検出した値が健全な進相コンデンサのインピーダンスを表しているのか、動力変圧器の低圧側での２相短絡を示しているのかの判断がつかなくなる。
【０００９】
本発明の目的は、電気設備に力率改善用の進相コンデンサ設備が設置されている場合であっても精度よく電気設備の短絡を判定できる電気設備の短絡検出装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明に係わる電気設備の短絡検出装置は、可変周波数の交流電圧を発生する交流電圧発生装置と、前記交流電圧発生装置で発生した可変周波数の交流電圧を電気設備の２相に課電するとともに可変周波数の交流電圧の課電により前記電気設備に流れる電流を検出する検出プローブと、前記検出プローブから課電された可変周波数の交流電圧の課電により前記電気設備に流れる電流と課電した交流電圧とから電気設備のインピーダンスを演算し表示するインピーダンス表示部と、前記電気設備のインピーダンスが最大となるように前記交流電圧発生装置で発生する交流電圧の周波数を変化させるための周波数可変装置とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係わる電気設備の短絡検出方法は、可変周波数の交流電圧を電気設備の２相に課電し、可変周波数の交流電圧の課電により前記電気設備に流れる電流と課電した交流電圧とから電気設備のインピーダンスを演算し、前記演算された電気設備のインピーダンスが最大となるように交流電圧の周波数を変化させて前記電気設備のインピーダンスの最大値を求め、求めた前記電気設備のインピーダンスの最大値に基づいて前記電気設備の短絡を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電気設備における短絡発生の有無を通電前に迅速かつ手軽に検出できるので、短絡設備への通電による電気設備の損傷・火災・爆発と短絡発生による人身の感電・火傷・失明・被災を未然に防止できる。特に、大地震発生後の電気設備には短絡発生の可能性が高く、本発明は震災後の電気設備への通電に際し、その短絡発生の有無を検出するために欠かせないものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係わる電気設備の短絡検出装置の構成図である。短絡検出装置は、検出装置本体１１と、この検出装置本体１１に測定用電源を供給する直流電源装置１２と、電気設備の各相間のインピーダンスを計測するための検出プローブ１３とから構成される。そして、検出装置本体１１は、直流電源１２からの測定用電源を基に交流電圧を発生する交流電圧発生装置１４と、交流電圧の周波数を変化させる周波数可変装置１５と、電気設備のインピーダンスを表示するインピーダンス表示部１６と、周波数を連続的に変化させるための周波数調節摘み１７と、インピーダンス表示の倍率を変更するための表示倍率調節摘み１８とから構成される。
【００１４】
交流電圧発生装置１４は直流電源装置１２からの直流電圧を入力し、周波数可変装置１５で指定された周波数の交流電圧を発生する。直流電源装置１２としては、可搬性を考慮し乾電池または小型バッテリを用いる。交流電圧発生装置１４で発生した可変周波数の交流電圧はインピーダンス表示部１６を介して、検出プローブ１３から電気設備の２相に課電される。そして、検出プローブ１３は可変周波数の交流電圧の課電により電気設備に流れる電流を検出しインピーダンス表示部１６に入力する。
【００１５】
インピーダンス表示部１６は、検出プローブ１３で検出した電気設備に流れる電流と課電した交流電圧とから電気設備のインピーダンスを演算し表示する。インピーダンス表示部１６に表示されたインピーダンスは、表示倍率摘み１８により表示倍率を調整できるようになっており、また、周波数変更摘み１７により周波数可変装置１５の周波数を調節し、電気設備に課電される交流電圧の周波数を調節できるようになっている。本発明の実施の形態では、インピーダンス表示部１６に表示されるインピーダンスが最大となるように、周波数変更摘み１７を操作し、インピーダンスの最大値に基づいて電気設備に短絡が発生しているか否かを判定することになる。
【００１６】
図２は、進相コンデンサ設備を有した電気設備の等価回路図である。図２において、Ｃは電気設備の進相コンデンサ設備の容量（電気設備の２相間の容量）、Ｌは変圧器の課電側のインダクタンス（通常は高圧側から課電するので高圧側のインダクタンス）、Ｒは等価的な絶縁抵抗である。なお、図２では、ケーブルなどの対地静電容量を無視している。これは、ケーブルなどの対地静電容量は進相コンデンサの容量Ｃに比べて一般には小さいからである。
【００１７】
このような電気設備に対して、短絡検出装置から交流電圧Ｖを課電したときに流れる電流Ｉは、進相コンデンサの電流ＩＣ、インダクタンスの電流ＩＬ、絶縁抵抗の電流ＩＲとしたとき、以下の（１）式で示される。
【００１８】
I = IC + IL + LR = ( jωC + 1 / jωL + 1 / R ) V
= { 1 / R + ( 1 −ω2LC) / jωL} V  …（１）
ここで、完全共振の周波数ω（ω2=1/LC）においては、（１）式は、V / I = Rとなって電気設備の絶縁抵抗Ｒだけが検出できる。つまり、完全共振の周波数ω（ω2=1/LC）のときに電気設備のインピーダンスは最大となり、進相コンデンサ設備の容量Ｃ及び変圧器のコイル等のインダクタンスＬの影響を受けなくなる。従って、インピーダンスが最大のときに絶縁抵抗Ｒに流れる電流を測定できることになるので、精度よく短絡か否かを判定できる。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態に係わる電気設備の短絡検出方法の工程の一例を示すフローチャートである。まず、検出プローブを検査対象である電気設備の高圧側のいずれかの２相に接続し（Ｓ１）、可変周波数の交流電圧を課電する（Ｓ２）。可変周波数の交流電圧の課電により電気設備に流れる電流を検出し（Ｓ３）、その検出した電流と課電した交流電圧とから電気設備のインピーダンスを演算し表示する（Ｓ４）。点検員は、表示されたインピーダンスが最大となるように、交流電圧の周波数を変化させて電気設備のインピーダンスの最大値を求め（Ｓ５）、求めた電気設備のインピーダンスの最大値に基づいて電気設備の短絡を検出する（Ｓ６）。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態の短絡検出装置を用いて、実際の電気設備で短絡を模擬して短絡検出を行った試験結果の一例を表１に示す。表１は、進相コンデンサを有した６７５ｋＶＡのＡビルの電気設備の試験結果を示す。
【表１】
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【００２１】
短絡模擬として、短絡無し（Ｎｏ．１）、変圧器の高圧側の２相短絡（Ｎｏ．２）、電灯変圧器の低圧側の短絡（Ｎｏ．３）、動力変圧器の低圧側の２相（青赤）短絡（Ｎｏ．４）の４通りについて行い、検出相は変圧器の高圧側で測定した。
【００２２】
まず、短絡無し（Ｎｏ．１）の場合には、高圧側の青−白の２相間の最大インピーダンスは周波数が１０Ｈｚのときに１０ｋΩであり、高圧側の青−赤、赤−白の各２相間の最大インピーダンスは８ｋΩであった。進相コンデンサを有した電気設備であることから、周波数１０Ｈｚは進相コンデンサの容量Ｃと変圧器等のコイルのインダクタンスＬとの共振周波数であると判断できる。また、青−白の２相間の最大インピーダンス１０ｋΩは青−白の２相間の絶縁抵抗値であり、同様に、青−赤、赤−白の各２相間の最大インピーダンス８ｋΩは青−赤、赤−白の各２相間の絶縁抵抗値である判断できる。いずれの絶縁抵抗値も大きい値であるので短絡は発生していないと判断できる。
【００２３】
次に、変圧器の高圧側の２相短絡（Ｎｏ．２）の場合には、青−赤の２相間の最大インピーダンスは周波数の値に関係なく０Ωである。このことから、青−赤の２相間の絶縁抵抗値は零であり、青−赤の２相間が短絡していると判定できる。一方、青−白の２相間の最大インピーダンスは７ｋΩであり、青−白の２相間の絶縁抵抗値は大きい値であるので、青−白の２相間には短絡は発生していないと判断できる。
【００２４】
電灯変圧器の低圧側の短絡（Ｎｏ．３）の場合も、変圧器の高圧側の２相短絡（Ｎｏ．２）の場合と同様に、短絡箇所の青−赤の２相間の最大インピーダンス（絶縁抵抗値）は０Ωであり、青−赤の２相間が短絡していると判定できる。一方、青−白の２相間の最大インピーダンスは７ｋΩであり、青−白の２相間の絶縁抵抗値は大きい値であるので、青−白の２相間には短絡は発生していないと判断できる。ここで、電灯変圧器の短絡（Ｎｏ．３）の場合に、変圧器の高圧側の２相短絡（Ｎｏ．２）と同じ特性となるのは、電灯変圧器の低圧側は単相三線式の配電方式が採用されているからであると判断できる。
【００２５】
動力変圧器の低圧側の２相（青赤）短絡（Ｎｏ．４）には、高圧側３相（青、赤、白）のうちの２相（青−赤、青−白）の最大インピーダンスが２．５ｋΩであり、残り１相（赤−白）が８ｋΩである。低圧側の青−赤の２相短絡である場合に、高圧側の２相（青−赤、青−白）の最大インピーダンスが小さくなるのは、動力変圧器の場合には、高圧側がＹ結線であり低圧側がΔ結線であることから、高圧側の２相にその影響が現れるものと考えられる。いずれにしても、変圧器の低圧側のいずれかの２相で短絡が発生すると、高圧側３相（青、赤、白）のうちの２相（青−赤、青−白）の最大インピーダンスが小さくなり、残り１相（赤−白）は大きい値を維持しているので、この最大インピーダンスの関係から短絡を判定できる。
【００２６】
このように、本発明の実施の形態では、課電する交流電圧の周波数が５０Ｈｚといった1つの値に固定せずに周波数を可変としているので、インピーダンスの表示からはインダクタンスＬ及び静電容量Ｃの影響が排除されて、電気設備の絶縁抵抗に近い値が検出できる。特に、進相コンデンサを設置している場合には、進相コンデンサの容量Ｃは変圧器等のインダクタンスＬとω2 = １／LCなる各周波数ωで共振して短絡検出装置のインピーダンスの表示からはＬ、Ｃの影響が排除されて、電気設備の絶縁抵抗に近い値が検出できる。
【００２７】
同様に、動力変圧器の低圧側で２相が短絡している場合にも、周波数を可変し短絡検出装置の表示インピーダンスが最大となる周波数で検出する。この場合、高圧側の３つの各相間検出値のうち２つの検出値ｖ１、ｖ２がほぼ同じ値となり、もう１つの検出値ｖ３がｖ１、ｖ２の値の３倍前後になれば、低圧側で２相短絡と判定できる。３つの検出値がほぼ同じ値で２ｋΩ前後以上であれば２相間の短絡はないと判定できる。
【００２８】
なお、高圧側での短絡、電灯変圧器の低圧側の短絡、動力変圧器の低圧側の３相短絡では、短絡検出装置の表示がほとんど０Ωとなって、明確に短絡状態を検出できる。一方、電気設備の地絡検出や高圧側と低圧側との短絡は、従来の絶縁抵抗計により迅速に検出できるので、短絡検出装置を用いる必要はない。
【００２９】
本発明の実施の形態によれば、電気設備の２相に周波数が可変できる交流電圧を課電し、そのとき短絡検出装置から流出する電流と課電電圧の比｛(課電電圧)／(流出電流)＝インピーダンス｝を求めるので、求めたインピーダンスからはインダクタンスＬ及び静電容量Ｃの影響が排除され、電気設備の絶縁抵抗に近い値が検出できる。従って、精度よく電気設備の短絡を判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係わる電気設備の短絡検出装置の構成図。
【図２】進相コンデンサ設備を有した電気設備の等価回路図。
【図３】本発明の実施の形態に係わる電気設備の短絡検出方法の工程の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３１】
１１…検出装置本体、１２…直流電源装置、１３…検出プローブ、１４…交流電圧発生装置、１５…周波数可変装置、１６…インピーダンス表示部、１７…周波数調節摘み、１８…表示倍率調節摘み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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