(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に供給する電流を検出して電流検出電圧として出力する電流トランスと、
前記電流検出電圧、前記電流検出電圧を１階微分した電圧、及び前記電流検出電圧を２階微分した電圧をそれぞれ、あらかじめ設定された第１、第２、第３基準電圧と比較する電流判断部と、
前記電流判断部が比較判断した結果によって事故の発生有無を判断し、事故の発生と判断される場合に、トリップ信号を発生する事故判断部と、
を含む、電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項２】
前記電流判断部は、
前記電流検出電圧を、あらかじめ設定された第１基準電圧と比較する第１比較器と、
前記電流検出電圧を１階微分する第１微分器と、
前記第１微分器の１階微分電圧を、あらかじめ設定された第２基準電圧と比較する第２比較器と、
前記第１微分器の１階微分電圧を微分して２階微分電圧を生成する第２微分器と、
前記第２微分器の２階微分電圧を、あらかじめ設定された第３基準電圧と比較する第３比較器と、
を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項３】
前記事故判断部は、
前記電流検出電圧が、前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、また、前記１階微分電圧が、前記あらかじめ設定された第２基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする、請求項１または２に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項４】
前記事故判断部は、
前記電流検出電圧が、前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、また、前記２階微分電圧が、前記あらかじめ設定された第３基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする、請求項１または２に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項５】
アーク事故時に光が発生する部位に設置され、光を検出して光信号を出力する光センサーと、
前記光信号から変換された光検出電圧を、あらかじめ設定された第４基準電圧と比較して前記事故判断部に出力する光信号判断部と、をさらに含み、
前記事故判断部は、
前記電流判断部及び前記光信号判断部の比較判断信号から事故の発生有無を判断し、事故の発生と判断される場合にトリップ信号を発生することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項６】
前記光センサーは、複数個のポイント光センサーであることを特徴とする、請求項５に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項７】
前記光センサーは、光ケーブルにおいてジャケット部分を透明な材質で形成したループ光センサーであることを特徴とする、請求項５に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項８】
前記光信号判断部は、
前記光センサーの光信号を、電気的な信号である光検出電圧に変換する電気信号変換部と、
前記電気信号変換部の出力電圧を、あらかじめ設定された第４基準電圧と比較する第４比較器と、
から構成されることを特徴とする、請求項５に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項９】
前記事故判断部は、
前記光センサーの光検出電圧が、あらかじめ設定された第４基準電圧以上であり、前記電流検出電圧が前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする、請求項５に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項１０】
前記事故判断部は、
前記光センサーの光検出電圧があらかじめ設定された第４基準電圧以上であり、前記電流検出電圧が前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、前記１階微分電圧があらかじめ設定された第２基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする、請求項５に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項１１】
前記事故判断部は、
前記光センサーの光検出電圧があらかじめ設定された第４基準電圧以上であり、前記電流検出電圧が前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、前記２階微分電圧があらかじめ設定された第３基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする、請求項５に記載の電力系統における高速の事故判断装置。
【請求項１２】
（ａ）電力系統に供給する電流によって電流検出電圧を取り込むステップと、
（ｂ）アーク事故時に光が発生する部位に設置される光センサーの光信号を受信し、前記光信号から光検出電圧を生成するステップと、
（ｃ）前記電流検出電圧を微分して１階微分電圧を生成し、前記１階微分電圧を微分して２階微分電圧を生成するステップと、
（ｄ）前記電流検出電圧、前記１階微分電圧、前記２階微分電圧及び前記光検出電圧をそれぞれ、あらかじめ設定された第１基準電圧、第２基準電圧、第３基準電圧及び第４基準電圧と比較するステップと、
（ｅ）前記（ｄ）ステップの比較結果によって、事故発生の有無を判断し、トリップ信号を発生するステップと、
を含む、電力系統における高速の事故判断方法。
【請求項１３】
前記（ｅ）ステップは、
前記電流検出電圧が前記第１基準電圧以上であり、かつ前記１階微分電圧が前記第２基準電圧以上の場合、または、前記電流検出電圧が前記第１基準電圧以上であり、かつ前記２階微分電圧が前記第３基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする、請求項１２に記載の電力系統における高速の事故判断方法。
【請求項１４】
前記（ｅ）ステップは、
前記光検出電圧が前記第４基準電圧以上であり、前記電流検出電圧が前記第１基準電圧以上であり、前記１階微分電圧が前記第２基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする、請求項１２に記載の電力系統における高速の事故判断方法。
【請求項１５】
前記（ｅ）ステップは、
前記光検出電圧が前記第４基準電圧以上であり、前記電流検出電圧が前記第１基準電圧以上であり、前記２階微分電圧が前記第３基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする、請求項１２に記載の電力系統における高速の事故判断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統において短絡または地絡などの事故が発生した場合に、事故の発生を迅速に判断する、電力系統における高速の事故判断装置及び方法に関するものである。
特に、電力系統に使用する継電器などで電力系統における事故発生有無を判断するもので、正常負荷状態または無負荷状態で電力系統に突然に短絡または地絡などの事故が発生して事故電流が流れることになる場合に、迅速に事故電流を感知することによって電力系統を保護できるようにする、電力系統における高速の事故判断装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気をエネルギー形態として使用した後に、発電、送電及び配電事業者と消費者との間または単位電力システムにおいて、正常の負荷使用条件の他に、短絡、地絡またはその他の事由による短絡電流及び過電流状態の発生時に、システムを保護する目的で種々の継電器（Ｒｅｌａｙ）が使用されている。
継電器の代表には、ＯＣＲ（Ｏｖｅｒ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｒｅｌａｙ）が知られており、その他にも、電圧、周波数及び差動などをはじめとする様々な保護要素を有する継電器が、アナログ時代を経てデジタル形態へと開発され、広く使われている。
【０００３】
短絡または過電流の保護要素は、正確な事故判断と誤動作防止のために、通常、事故電流の０．５サイクル乃至１サイクル程度のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）値を用いて事故の発生を判断してきた。このため、通常の継電器は、事故の発生を判断してからトリップ信号を発生するまで、約３０ｍｓのトリップ出力時間を有している。
【０００４】
しかしながら、この時間は、特定の状況においては、システムを保護するには多少長い時間であり、現在の電子及びデジタル技術は充分の速度を持つことができるが、事故の発生を判断するのに長い時間がかかる方である。
特に、スイッチギヤ（Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）や電力機器の内部で発生するアーク事故（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ａｒｃ  Ｆａｕｌｔ）においては、通常の継電器の動作時間ではシステム損傷、機器損傷及び人名被害が避けられない。
また、通常の継電器における事故判断時間は、非常に大きい事故電流において高速のトリップを要求する継電器で備えるべき短い事故判断時間を満たすことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、非常に速い速度で事故の発生有無を判断する、電力系統における高速の事故判断装置及び方法を提供することである。
また、本発明は、スイッチギヤまたは電力機器におけるアーク事故などや高速の判断時間を必要とする継電器において、約０．５〜１サイクルのＲＭＳ値の入力待機時間を必要とせず、０．１２５〜０．２５サイクル以下の時間内に事故の発生を判断することで、システム、機器及び人名の損傷を防止することができる、電力系統における高速の事故判断装置及び方法を提供する。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、上記に言及した技術的課題に制限されず、言及していない別の技術的課題は、下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施例に係る電力系統における高速の事故判断装置は、電力系統に供給する電流によって電流検出電圧を出力する電流トランス、前記電流トランスの電流検出電圧、前記電流トランスの電流検出電圧を１階微分した電圧、前記電流トランスの電流検出電圧を２階微分した電圧をそれぞれ、あらかじめ設定された第１、第２、第３基準電圧と比較する電流判断部と、前記電流判断部が比較判断した結果によって、事故の発生有無を判断し、事故の発生と判断される場合にトリップ信号を発生する事故判断部と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記電流判断部は、前記電流トランスの電流検出電圧を、あらかじめ設定された第１基準電圧と比較する第１比較器、前記電流トランスの電流検出電圧を１階微分して１階微分電圧を生成する第１微分器と、前記第１微分器の１階微分電圧を、あらかじめ設定された第２基準電圧と比較する第２比較器と、前記第１微分器の１階微分電圧を微分して２階微分電圧を生成する第２微分器と、前記第２微分器の２階微分電圧を、あらかじめ設定された第３基準電圧と比較する第３比較器と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記事故判断部は、前記電流トランスの電流検出電圧が前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、かつ前記１階微分電圧が前記あらかじめ設定された第２基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする。
【００１０】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記事故判断部は、前記電流トランスの電流検出電圧が前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、かつ前記２階微分電圧が前記あらかじめ設定された第３基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする。
【００１１】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記電力系統における高速の事故判断装置は、アーク事故時に光が発生する部位に設置され、光を検出して光信号を出力する光センサーと、前記光信号から変換された光検出電圧をあらかじめ設定された第４基準電圧と比較して前記事故判断部に出力する光信号判断部と、をさらに含み、前記事故判断部は、前記電流判断部及び前記光信号判断部の比較判断信号から事故の発生有無を判断し、事故の発生と判断される場合にトリップ信号を発生することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記光センサーは、複数個のポイント光センサーであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記光センサーは、光ケーブルにおいてジャケット部分を透明な材質で形成したループ光センサーであることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記光信号判断部は、前記光センサーの光信号を、電気的な信号である光検出電圧に変換する電気信号変換部と、前記電気信号変換部の出力電圧を、あらかじめ設定された第４基準電圧と比較する第４比較器と、からなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記事故判断部は、前記光センサーの光検出電圧があらかじめ設定された第４基準電圧以上であり、前記電流トランスの電流検出電圧が前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする。
【００１６】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記事故判断部は、前記光センサーの光検出電圧があらかじめ設定された第４基準電圧以上であり、前記電流トランスの電流検出電圧が前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、前記１階微分電圧があらかじめ設定された第２基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする。
【００１７】
本発明の一実施例の一態様によれば、前記事故判断部は、前記光センサーの光検出電圧があらかじめ設定された第４基準電圧以上であり、前記電流トランスの電流検出電圧が前記あらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、前記２階微分電圧があらかじめ設定された第３基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の実施例に係る電力系統における高速の事故判断方法は、（ａ）電力系統に供給する電流によって電流検出電圧を取り込むステップと、（ｂ）アーク事故時に光が発生する部位に設置される光センサーの光信号を受信し、前記光信号から光検出電圧を生成するステップと、（ｃ）前記電流検出電圧を微分して１階微分電圧を生成し、前記１階微分電圧を微分して２階微分電圧を生成するステップと、（ｄ）前記電流検出電圧、前記１階微分電圧、前記２階微分電圧及び前記光検出電圧をそれぞれ、あらかじめ設定された第１基準電圧、第２基準電圧、第３基準電圧及び第４基準電圧と比較するステップと、（ｅ）前記（ｄ）ステップの比較結果によって、事故の発生有無を判断してトリップ信号を発生するステップと、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の実施例の一態様によれば、前記（ｅ）ステップは、前記電流検出電圧が前記第１基準電圧以上であり、かつ前記１階微分電圧が前記第２基準電圧以上の場合、または前記電流検出電圧が前記第１基準電圧以上であり、かつ前記２階微分電圧が前記第３基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする。
【００２０】
本発明の他の実施例の一態様によれば、前記（ｅ）ステップは、前記光検出電圧が前記第４基準電圧以上であり、前記電流検出電圧が前記第１基準電圧以上であり、前記１階微分電圧が前記第２基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする。
【００２１】
本発明の他の実施例の一態様によれば、前記（ｅ）ステップは、前記光検出電圧が前記第４基準電圧以上であり、前記電流検出電圧が前記第１基準電圧以上であり、前記２階微分電圧が前記第３基準電圧以上である場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電流信号の瞬時値と、該瞬時値を１階及び２階微分した値を情報として利用し、電流値、電流１階微分値、電流２階微分値の事故基準電圧の大きさを調節することで、速かに事故の発生有無を判断するとともに、信頼性のある事故判断を可能にする。
また、光センサー及び諸般システムが備えられた場合に、光信号及び光信号微分値を用いてアーク事故を迅速・正確且つ高信頼度で正確に判断することが可能である。
また、本発明によれば、超高速で事故を判断する継電器の開発が可能になる。すなわち、０．１２５サイクル以下でも電力系統、電気回路の事故判断が可能な継電器を開発することができる。
【００２３】
本発明において、瞬時電流値に対して１階微分及び２階微分値をデジタル回路やソフトウェア的に得ることもでき、アナログ的な電子回路で具現することもできる。特別に、ロゴスキーコイルが電流を測定した時、出力が電流値の微分に比例した電圧として現れるので、この値を１階微分値とすることができるが、これは、本発明のアルゴリズムをハードウェア的に具現した一実施例に該当し、新しい発明ということはできない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下では、添付の図面を参照しつつ、本発明を限定しない実施例を挙げて本発明をより詳細に説明し、一部の図面において同一の要素には同一の符号を付する。
【図１】短絡、地絡などの事故が発生する場合に流れる事故電流を例示する図である。
【図２】短絡、地絡などの事故が発生する場合に流れる事故電流を例示する図である。
【図３】交流電力系統または電気回路は単純化して示す図である。
【図４】電圧ｎπ／２の位相で事故が発生した場合に流れる対称正弦波形態の事故電流を示す図である。
【図５】電圧ｎπの位相で事故が発生した場合に流れる非対称正弦波形態の事故電流を示す図である。
【図６】電圧ｎπ／２の位相で事故が発生した場合に流れる対称正弦波形態の事故電流を、２階微分した波形を示す図である。
【図７】電圧ｎπの位相で事故が発生した場合に流れる非対称正弦波形態の事故電流を、２階微分した波形を示す図である。
【図８】本発明の電力系統における高速の事故判断装置の好適な実施例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の詳細な説明は例示的なもので、本発明の実施例を示すものに過ぎない。また、本発明の原理及び概念は、最も有用で容易に説明する目的で提供される。
したがって、本発明の基本理解のための必要以上の詳細な構造は省略することは勿論、通常の知識を有する者が本発明の実体において実施できる様々なの形態を、図面を通じて例示する。
【００２６】
電力システムにおいて短絡及び地絡などの事故が発生する場合に、図１または図２に示すような形態の事故電流が流れることになる。
電圧ｎπ（ここで、ｎは０，１，２，…）の位相付近で事故が発生する場合に、事故電流に直流成分が合算されて、図１に示すように非対称形態となり、また、電圧ｎπの位相で事故が発生する場合には、事故電流に最大の直流成分が含まれる。そして、ピーク電圧、すなわち、ｎπ／２（ここで、ｎは１，２，３，…）の位相付近へと事故の発生時点が移るほど直流成分が減少し、図２に示すように、事故電流が対称形態を示すようになる。
一般に、継電器で使用する短絡及び過電流保護要素の事故判断方法では殆ど、事故電流のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）値が０．５〜１サイクル程度受信され、受信されたＲＭＳ値の大きさが、あらかじめ設定された基準電圧よりも大きい場合に、事故が発生したと判断し、トリップ信号を発生する。
ここで、ＲＭＳ値は、図１及び図２に示すグラフにおける面積に該当する。
上記事故発生を判断する演算は、アナログ的な方法でも可能であるが、最近では、デジタル電子回路で多く具現している実情である。
一般に、過電流及び短絡保護の継電器類は、０．５〜１サイクルのＲＭＳ値を入力して事故の発生有無を判断するので、事故の判断に対する信頼性が非常に高い。しかし、非常に優れたハードウェアを持って速い速度で動作しても、基本的にＲＭＳ値を入力して事故を判断するのに時間がかかる。このような継電要素を含む継電器は、通常、約３０ｍｓのトリップ信号出力時間を有している。
したがって、スイッチギヤ（Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）や電力機器などにおけるアーク事故や非常に高速の動作を要求する継電器などには適用が不可能である。
特に、アーク事故の場合には、非常に高い事故電流と共に事故エネルギーがアーク形態で発生すると、それに伴う高圧及び高熱が１０〜１５ｍｓ程度の場合に最高値に到達し、内蔵されている電力機器及び外函などを損傷させ、さらには機器の近くに人がいると人名被害につながることもある。
このような場合に、一般の過電流保護要素においての約３０ｍｓ程度の動作時間と遮断器の動作時間を考慮すると、システム、電力機器及び人名を保護するには手遅れになってしまう。
【００２７】
一般に、交流電力系統または電気回路は、図３のように単純化して示すことができる。正常の負荷条件では、線路インピーダンス（ＺＬ）、負荷（Ｌｏａｄ）のインピーダンス及び系統の電源電圧（Ｅｓ）によって決定される負荷電流（ＩＬ）が流れる。
任意の時点で短絡または地絡事故（Ｆａｕｌｔ）が発生すると、線路インピーダンス（ＺＬ）によってのみ制限される非常に大きい事故電流（Ｉｓｃ）が流れることになる。この時、短絡または地絡事故が発生する時点が電圧ｎπの位相であれば、図１に示すように、非対称正弦波形態（上下で非対称となる正弦波の信号波形）の事故電流が流れ、電圧ｎπ／２の位相の場合には、図２に示すように、対称正弦波形態（上下で対称となる正弦波の信号波形）の事故電流が流れ、電圧ｎπとｎπ／２との間における位相で事故が発生する場合には、位相角に比例した分だけの減衰直流成分が含まれた非対称事故電流が流れることになる。
アーク事故が発生する場合には、約１０〜１５ｍｓ以内にアークが最高値に到達するから、一般の過電流及び短絡電流保護用の継電器ではアーク事故による被害を除去することができない。
近年、アーク事故から機器及び人名を保護しようとする目的として、アーク保護要素を持つ継電器類を開発してきており、それらの継電器は、０．５〜１５ｍｓ以内にアーク事故の発生を判断した後、トリップ信号を発生している。
このように高速で事故の発生を判断するためには、迅速な判断時間の他、信頼度も維持しなければならない。
【００２８】
そこで、本発明では、事故の発生をＲＭＳ値で判断せず、電流波形の瞬時値で判断し、電流波形に基づいて情報を加工することで、高速で事故を判断する。本発明において事故の発生を判断する要素は次のとおりであり、本発明に係る高速の事故判断装置では、電流の瞬時値、電流の瞬時値の微分値、光信号の瞬時値を電圧として検出して事故判断に利用する。
【００２９】
【数１】
0005121991.tif 000002
【００３０】
【数２】
0005121991.tif 000003
【００３１】
【数３】
0005121991.tif 000004
【００３２】
【数４】
0005121991.tif 000005
【００３３】
本発明では、上述した４とおりの情報に対して適切な基準値（すなわち、基準電圧）を設定し、４とおりの事故情報の論理的な積及び論理的な和の判断によって非常に高速で高信頼性の事故判断ができるようにする。
電力系統に含まれているインダクタンス成分は、電流の突然の変化及び不連続を防ぐ特性があるため、地絡事故が発生した場合に、正常電流値から事故電流のピーク値まで上昇するのに所定の時間がかかる。
したがって、０．１２５サイクル以下の高速で事故を判断するために、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)のみをあらかじめ設定された基準値と比較することは、安全性も低く、時間もかかってしまう。
【００３４】
このような問題を解決するために、本発明では、事故電流の瞬時値を１階微分した１階微分値である
0005121991.tif 000006
を共に使用することで、高い信頼性を維持しながら事故判断の時間を短縮する方法を提案する。
事故電流の瞬時値であるｉ(ｔ)に対する基準値は、正常電流である場合に比べてやや高い値に設定して、事故条件を満たすのに必要な時間を減らし、１階微分値である
0005121991.tif 000007
に対する基準値は通常の高い値を指定することで、信頼性を満たすことができる。すなわち、図４及び図５に示すように、事故が発生する瞬間に事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)よりも高い値を示す１階微分値
0005121991.tif 000008
の特性を用いて高い信頼度及び速い判断時間を確保することができる。
１階微分値
0005121991.tif 000009
のみによって事故を判断する場合に、瞬間サージ（ｓｕｒｇｅ）による誤動作が起きることがあるので、下記のように、１階微分値
0005121991.tif 000010
に論理積（ＡＮＤ）条件を適用し、誤動作の可能性を排除しなければならない。
【００３５】
【数５】
0005121991.tif 000011
事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準値以上であり、且つ、１階微分値
0005121991.tif 000012
があらかじめ設定された第２基準値以上であると、事故が発生したと判断する。
【００３６】
事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)及び１階微分値
0005121991.tif 000013
を論理積（ＡＮＤ）条件として事故を判断する方法によっても、十分に速い事故判断時間を持つことができるが、正常電流と事故電流との大きさ比が大きくないとともに、非対称事故電流が流れる場合には、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)及び１階微分値
0005121991.tif 000014
の論理積（ＡＮＤ）条件だけでは、１〜２ｍｓ程度の高速で事故を判断できない状況が発生することもある。
このような場合において事故判断が遅くなる問題点を解決するために、本発明では、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)及び１階微分値
0005121991.tif 000015
に加えて、下記のように２階微分値
0005121991.tif 000016
を論理積（ＡＮＤ）条件として事故を判断する方法を提案する。
【００３７】
【数６】
0005121991.tif 000017
すなわち、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準値以上であり、かつ、１階微分値
0005121991.tif 000018
があらかじめ設定された第２基準値以上であると、事故が発生したと判断する。または、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準値以上であり、かつ、２階微分値
0005121991.tif 000019
があらかじめ設定された第３基準値以上であると、事故が発生したと判断する。
２階微分値
0005121991.tif 000020
は、図６及び図７に示す形態のように、非対称成分が多く、正常電流と事故電流との比率が大きくない場合に、事故判断を速くさせることができる。
【００３８】
一方、アーク事故の場合に、光センサーの光信号を電気的な信号に変換して判断できるハードウェアが設けられているシステムでは、上述した事故判断の条件に加えて光信号を活用し、事故判断の信頼性及び迅速性を確保することができる。
光信号を活用する場合に、下記のように事故の発生を判断することができる。
【００３９】
【数７】
0005121991.tif 000021
【００４０】
【数８】
0005121991.tif 000022
【００４１】
【数９】
0005121991.tif 000023
すなわち、（ｃ）の場合、光信号の瞬時値、Ｌ(ｔ)が第４基準値以上であり、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準値以上であると、事故が発生したと判断する。また、（ｄ）の場合、光信号の瞬時値Ｌ(ｔ)が第４基準値以上であり、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準値以上であり、１階微分値
0005121991.tif 000024
があらかじめ設定された第２基準値以上であると、事故が発生したと判断する。また、（ｅ）の場合、光信号の瞬時値Ｌ(ｔ)が第４基準値以上であり、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準値以上であり、１階微分値
0005121991.tif 000025
があらかじめ設定された第２基準値以上であると、事故が発生したと判断する。または、（ｅ）の場合、光信号の瞬時値Ｌ(ｔ)が第４基準値以上であり、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準値以上であり、２階微分値
0005121991.tif 000026
があらかじめ設定された第３基準値以上であると、事故が発生したと判断する。
【００４２】
このように、本発明は、電力系統の事故を速かに判断するために、電流値の瞬時値と該電流値の１階微分及び２階微分情報を用いて、事故初期に事故の発生有無を迅速で且つ信頼できるように判断することができ、アーク事故については、光センサーと諸般のシステムがある場合、光信号まで事故判断に利用し、事故判断の迅速性及び信頼性を向上させることができる。
【００４３】
図８は、本発明の電力系統における高速の事故判断装置の好適な実施例の構成を示すブロック図である。ここで、符号８００は電流トランスである。該電流トランス８００は、負荷または電力系統に電力を供給する線路に設けられ、負荷または電力系統に供給される電力の電流を電圧として検出する。このため、上記の第１乃至第４基準値は電圧値になることができ、よって、以下の説明では、第１乃至第４基準値を第１乃至第４基準電圧とする。
【００４４】
符号８１０は電流判断部である。電流判断部８１０は、電流トランス８００の出力信号、電流トランス８００の出力信号を１階微分した１階微分信号、及び電流トランス８００の出力信号を２階微分した２階微分信号のそれぞれが、あらかじめ設定された基準電圧以上であるか否かを判断する。電流判断部８１０は、増幅器８１２、第１比較器８１４、第１微分器８１６、第２比較器８１８、第２微分器８２０及び第３比較器８２２を含む。
増幅器８１２は、電流トランス８００の検出電圧を増幅する。
第１比較器８１４は、増幅器８１２の出力電圧があらかじめ設定された第１基準電圧以上であるか否か判断する。
第１微分器８１６は、増幅器８１２の出力電圧を１階微分する。
第２比較器８１８は、第１微分器８１６の出力電圧が、あらかじめ設定された第２基準電圧以上であるか否か判断する。
第２微分器８２０は、第１微分器８１６の出力信号を再び微分して２階微分した信号を生成する。
第３比較器８２２は、第２微分器８２０の出力電圧が、あらかじめ設定された第３基準電圧以上であるか否か判断する。
符号８３０は光センサーである。光センサー８３０は、例えば、特定地点の光を検出する複数個のポイント光センサーを、継電器などをはじめとするアーク事故の発生を検出する複数個の位置に設けて、光を検出することができる。
また、光センサー８３０は、光ケーブルにおいてジャケット（Ｊａｃｋｅｔ）部分を透明な材質で構成したもので、アークの強い光が入射する場合に、入射した光が散乱効果によってコア（Ｃｏｒｅ）に侵入し、両端部で光が検出できるループ光センサーを使用することもできる。
【００４５】
符号８４０は光信号判断部である。光信号判断部８４０は、電気信号変換部８４２、増幅器８４４及び第４比較器８４６を含む。
電気信号変換部８４２は、光センサー８３０が検出する光信号を電気的な信号、すなわち、光検出電圧に変換する。
増幅器８４４は、電気信号変換部８４２が出力する光検出電圧を増幅する。
第４比較器８４６は、増幅器８４４の出力電圧が、あらかじめ設定された第４基準電圧以上であるか否か判断する。
符号８５０は事故判断部である。電流判断部８５０は、例えばマイクロコントローラを主体として構成されていてもよい。事故判断部８５０は、電流判断部８１０及び光信号判断部８４０の出力信号から事故の発生有無を判断し、事故の発生と判断される場合、トリップ信号を発生することで、負荷または電力系統に供給される電力を遮断させる。
【００４６】
図８には、電流トランス８００及び電流判断部８１０をそれぞれ一つずつ備える場合が例示されているが、負荷または系統に電力を供給するラインの数に応じて電流トランス８００及び電流判断部８１０を複数個備えることができる。例えば、負荷または系統に供給する電力が３相４線式で４本のラインを通して電力を供給する場合、電流トランス８００及び電流判断部８１０をそれぞれ４個ずつ備えることができる。また、負荷または系統に供給する電力が３相３線式で３本のラインを通して電力を供給する場合、電流トランス８００及び電流判断部８１０をそれぞれ３個ずつ備えることができる。
そして、同図では、光センサー８３０及び光信号判断部８４０をそれぞれ一つずつ備える例を示しているが、光センサー８３０を複数個のポイント光センサーとする場合には、複数個のポイント光センサーと複数個の光信号判断部８４０を備える構成にすることもできる。
【００４７】
このような構成を有する本発明の電力系統における高速の事故判断装置は、負荷または電力系統に電力を供給する場合に、電流トランス８００が、負荷または電力系統に供給される電力の電流を電圧として検出する。
電流トランス８００が検出する電流検出電圧は、電流判断部８１０の増幅器８１２に入力されて増幅され、増幅器８１２で増幅された電流検出電圧は、第１比較器８１４に入力される。
すると、第１比較器８１４は、増幅器８１２から入力された電流検出電圧を、あらかじめ設定された第１基準電圧と比較し、比較結果信号を出力する。すなわち、第１比較器８１４は、増幅器８１２の出力電圧が、あらかじめ設定された第１基準電圧以上であるか否か比較し、比較結果信号を出力する。
また、増幅器８１２の出力電圧は、第１微分器８１６に入力されて１階微分され、１階微分された電圧は、第２比較器８１８に入力される。
すると、第２比較器８１８は、第１微分器８１６から入力された１階微分電圧を、あらかじめ設定された第２基準電圧と比較し、比較結果信号を出力する。すなわち、第２比較器８１８は、第１微分器８１６の１階微分電圧が、あらかじめ設定された第２基準電圧以上であるか否か比較し、比較結果信号を出力する。
また、第１微分器８１６で微分された１階微分信号は、第２微分器８２０で再び微分されて２階微分された電圧を生成し、この２階微分電圧は第３比較器８２２に入力される。
すると、第３比較器８２２は、第２微分器８２０から入力された２階微分電圧を、あらかじめ設定された第３基準電圧と比較し、比較結果信号を出力する。すなわち、第３比較器８２２は、第２微分器８２０の２階微分電圧が、あらかじめ設定された第３基準電圧以上であるか否か比較し、比較結果信号を出力する。
【００４８】
そして、光センサー８３０は、アーク事故などが発生する場合に光を検出して光信号を生成し、生成された光信号は、光信号判断部８４０の電気信号変換部８４２に入力されて、電気的な信号、すなわち、光検出電圧に変換される。
電気信号変換部８４２で変換された光検出電圧は、増幅器８４４に入力されて増幅された後、第４比較器８４６に入力される。
すると、第４比較器８４６は、増幅器８４４から入力される光検出電圧を、あらかじめ設定された第４基準電圧と比較し、比較結果信号を出力する。すなわち、第４比較器８４６は、増幅器８４４で増幅した光検出電圧が、あらかじめ設定された第４基準電圧以上であるか否か比較し、比較結果信号を出力する。
【００４９】
一方、事故判断部８５０は、電流判断部８１０の出力信号及び光信号判断部８４０の出力信号を取り込んで、電力供給に事故が発生したか否かを判断する。
すなわち、事故判断部８５０は、電流トランス８００及び電流判断部８１０のみを備えている場合に、下記の論理式のようにして事故の発生有無を判断する。
【００５０】
【数１０】
0005121991.tif 000027
すなわち、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された基準電圧以上であり、１階微分値
0005121991.tif 000028
があらかじめ設定された基準電圧以上の場合に、事故が発生したと判断し、トリップ信号を発生する。または、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された基準電圧以上であり、２階微分値
0005121991.tif 000029
の場合に、事故が発生したと判断し、トリップ信号を発生する。
【００５１】
また、事故判断部８５０は、電流トランス８００及び電流判断部８１０、光センサー８３０及び光信号判断部８４０の両方を備えている場合には、電流判断部８１０及び光信号判断部８４０の出力信号を取り込んで、下記の論理式のようにして事故の発生有無を判断する。
【００５２】
【数１１】
0005121991.tif 000030
【００５３】
【数１２】
0005121991.tif 000031
【００５４】
【数１３】
0005121991.tif 000032
すなわち、光信号の瞬時値Ｌ(ｔ)が第４基準電圧以上であり、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準電圧以上の場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生する。また、光信号の瞬時値Ｌ(ｔ)が第４基準電圧以上であり、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、１階微分値
0005121991.tif 000033
があらかじめ設定された第２基準電圧以上の場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生する。また、光信号の瞬時値Ｌ(ｔ)が第４基準電圧以上であり、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、１階微分値
0005121991.tif 000034
があらかじめ設定された第２基準電圧以上の場合、または、光信号の瞬時値Ｌ(ｔ)が第４基準電圧以上であり、事故電流の瞬時値ｉ(ｔ)があらかじめ設定された第１基準電圧以上であり、２階微分値
0005121991.tif 000035
があらかじめ設定された第３基準電圧以上の場合に、事故が発生したと判断してトリップ信号を発生する。
【００５５】
以上では代表的な実施例に挙げて本発明を詳細に説明してきたが、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には、本発明の範ちゅうを逸脱しない限度内で上記の実施例を様々に変形可能であるということが理解できる。
したがって、本発明の権利範囲は、説明された実施例によって定められてはならず、添付した特許請求の範囲及びこの特許請求の範囲と均等なもの等によって定められるべきである。
【符号の説明】
【００５６】
８００    電流トランス
８１０    電流判断部
８１２，８４４    増幅器
８１４    第１比較器
８１６    第１微分器
８１８    第２比較器
８２０    第２微分器
８２２    第３比較器
８３０    光センサー
８４０    光信号判断部
８４２    電気信号変換部
８４６    第４比較器
８５０    事故判断部
【図１】
0005121991.tif 000036
【図２】
0005121991.tif 000037
【図３】
0005121991.tif 000038
【図４】
0005121991.tif 000039
【図５】
0005121991.tif 000040
【図６】
0005121991.tif 000041
【図７】
0005121991.tif 000042
【図８】
0005121991.tif 000043