(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の変圧器中性点に発生する零相電流を検出する変流器と、前記変流器に接続された微地絡電流センサと、前記微地絡電流センサにて検出された電流波形を観測して微地絡の発生箇所または様相を推定する波形診断装置と、前記微地絡の発生時に警報を発する微地絡警報装置とを備え、
前記波形診断装置は、微地絡発生点から電力ケーブルを介して変圧器中性点に至る等価回路上で求めた電流波形と、前記微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形との比較結果に基づいて、前記微地絡時の発生箇所または様相を推定し、前記等価回路では、前記電力ケーブルの抵抗と前記電力ケーブルのインダクタンスと前記変圧器のリアクトルと中性点接地抵抗器とが直列接続された直列回路と、前記電力ケーブルのコンデンサとが地絡事故点の放電箇所に並列に接続されるものであり、
前記微地絡警報装置は、前記微地絡電流センサにて検出された電流の電流値が数ｍＡで数ｍｓｅｃ以上継続したときに警報を発生することを特徴とする微地絡検出装置。
【請求項２】
前記電力系統のフィーダに発生する微地絡時の電流波形を検出するフィーダ用微地絡電流センサを備え、前記波形診断装置は、微地絡発生点から電力ケーブルを介して変圧器中性点に至る等価回路上で求めた電流波形と、前記微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形との比較結果および前記フィーダ用微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形の観測結果に基づいて、前記微地絡の発生箇所または様相を推定することを特徴とする請求項１記載の微地絡検出装置。
【請求項３】
前記電力系統の計器用変圧器に発生する零相電圧を検出する微地絡電圧センサを備え、前記波形診断装置は、微地絡発生点から電力ケーブルを介して変圧器中性点に至る等価回路上で求めた電流波形と、前記微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形との比較結果、前記フィーダ用微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形の観測結果および前記微地絡電圧センサにて検出された微地絡時の電圧波形の観測結果に基づいて、前記微地絡の発生箇所または様相を推定することを特徴とする請求項２記載の微地絡検出装置。
【請求項４】
前記電力系統の母線に発生する各相の電圧変動を検出するカプラを備え、前記波形診断装置は、微地絡発生点から電力ケーブルを介して変圧器中性点に至る等価回路上で求めた電流波形と、前記微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形との比較結果、前記フィーダ用微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形の観測結果、前記微地絡電圧センサにて検出された微地絡時の電圧波形の観測結果および前記カプラにて検出された微地絡時の電圧変動の観測結果に基づいて、前記微地絡の発生箇所または様相を推定することを特徴とする請求項３記載の微地絡検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微地絡検出装置に関し、特に、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出する方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧配電系統は、電源に接続された複数の母線に、フィーダと呼ばれる分岐配線が複数接続され、フィーダ単位に遮断器が設けられて管理されている。このような高圧配電系統において、高圧ケーブルの絶縁劣化等の原因で地絡事故が発生することがある。この地絡事故対策として、従来の電力系統では、地絡保護継電器を高圧配電系統に設け、地絡事故発生時に事故設備を系統から切離することが行われている。この地絡保護継電器では、保護対象設備の零相電圧と零相電流を検出し、その大きさが双方共に基準レベルを上回り、かつ零相電圧と零相電流の位相差が所定範囲内にあって、地絡が自設備側で発生していることを示している状態が一定期間続いた場合に地絡事故と判定され、トリップ動作が行われる。
【０００３】
図８は、従来の地絡事故対策が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
図８において、電力系統には、高圧を低圧に変圧する変圧器１１１が設けられている。そして、変圧器１１１は、遮断器１１２を介して高圧配線に接続されるとともに、遮断器１１３を介して低圧配線に接続され、変圧器１１１の中性点は接地抵抗器１１５を介して接地されている。また、地絡時に変圧器１１１の中性点に発生する零相電流を検出する変流器１２３が設けられ、変流器１２３は地絡過電流継電器１１９に接続されている。なお、変圧器１１１は、例えば、１５４ｋＶの高圧を２２ｋＶの低圧に変圧することができる。
【０００４】
また、変圧器１１１の低圧配線側には、フィーダ１２２ａ〜１２２ｎが接続されるとともに、計器用変圧器１１４が接続されている。そして、各フィーダ１２２ａ〜１２２ｎに流れる零相電流を検出する零相変流器１１７ａ〜１１７ｎが設けられ、零相変流器１１７ａ〜１１７ｎは地絡方向継電器１１８ａ〜１１８ｎにそれぞれ接続されている。また、計器用変圧器１１４のオープンデルタ回路には地絡過電圧継電器１２０が接続されている。
【０００５】
そして、電力系統に地絡事故が発生すると、変圧器１１１の中性点には零相電流が流れるとともに、計器用変圧器１１４のオープンデルタ回路には零相電圧が発生する。そして、変圧器１１１の中性点に流れた零相電流は変流器１２３にて検出され、その検出結果が地絡過電流継電器１１９に入力されるとともに、計器用変圧器１１４のオープンデルタ回路に発生した零相電圧は地絡過電圧継電器１２０に入力される。
そして、地絡過電流継電器１１９および地絡過電圧継電器１２０は、零相電流および零相電圧が異常値を示した場合、遮断器１１２、１１３などを動作させることで、事故設備を電力系統から切離することができる。
【０００６】
なお、微地絡や微短絡などの微弱な電圧／電流変動の検出によって遮断動作を行う必要はなく、誤動作しないように地絡過電流継電器１１９および地絡過電圧継電器１２０が反応しないように、地絡過電流継電器１１９および地絡過電圧継電器１２０を動作させる時の零相電流および零相電圧を設定することができる。すなわち、地絡過電流継電器１１９および地絡過電圧継電器１２０を動作させる時の零相電流および零相電圧は、完全地絡時の零相電流および零相電圧の３０％感度に設定することができる。
【０００７】
例えば、地絡過電流感度は、２２ｋＶで完全地絡時の値が１００Ａであるとすると、３０％整定値＝３０Ａに設定することができる。また、地絡過電流感度は、６．６ｋＶまたは３．３ｋＶで完全地絡時の値が３０Ａであるとすると、３０％整定値＝９Ａに設定することができる。また、地絡過電圧感度は、完全地絡時の値が１１０Ｖであるとすると、３０％整定値＝３０Ｖに設定することができる。
【０００８】
また、地絡事故の発生時に各フィーダ１２２ａ〜１２２ｎに流れた零相電流は零相変流器１１７ａ〜１１７ｎにてそれぞれ検出され、その検出結果が地絡方向継電器１１８ａ〜１１８ｎにそれぞれ入力される。そして、地絡方向継電器１１８ａ〜１１８ｎは、零相電流が異常値を示した場合、そのフィーダ１２２ａ〜１２２ｎを電力系統からそれぞれ切離することができる。
【０００９】
ここで、零相電流および零相電圧が異常値を示した場合においても、地絡事故の発生箇所は上位のトランスから下位のトランスの間としか判別することができない。このため、地絡過電流継電器１１９および地絡過電圧継電器１２０とは別に、地絡方向継電器１１８ａ〜１１８ｎを設けることで、事故が発生したフィーダ１２２ａ〜１２２ｎを特定することができる。
【００１０】
また、例えば、特許文献１には、フーリエ変換によって得られた零相電圧と零相電流の所定周波数成分の大きさと位相にて地絡の予兆検出を行うことで、地絡の予兆を誤検出なく高速に検出して警報を発生するとともに、不良の原因の解析に必要な波形データのみを記録として残し、この解析によって知った不良原因と不良箇所から補修作業を迅速に行わせ、地絡事故を未然に防止する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−３００８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の電力系統の地絡事故対策では、地絡事故が起こった後に、事故設備を電力系統から切離するので、地絡事故が発生した箇所の機器の損傷に止まることなく、地絡時の過電圧／過電流によって被害が拡大する恐れがあるという問題があった。
また、特許文献１に開示された方法では、絡過電流継電器１１９および地絡過電圧継電器１２０が微地絡や微短絡などの微弱な電圧／電流変動に反応しないようにするため、商用交流電圧に重畳される地絡時の放電波形が直接観測される。このため、数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形を検出する必要があり、検出漏れが発生する恐れがあるだけでなく、そのパルス波形を解析しただけでは、微地絡の発生箇所を特定することができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くするとともに、微地絡の発生箇所を絞り込むことが可能な微地絡検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の微地絡検出装置によれば、電力系統の変圧器中性点に発生する零相電流を検出する変流器と、前記変流器に接続された微地絡電流センサと、前記微地絡電流センサにて検出された電流波形を観測して微地絡の発生箇所または様相を推定する波形診断装置と、前記微地絡の発生時に警報を発する微地絡警報装置とを備え、前記波形診断装置は、微地絡発生点から電力ケーブルを介して変圧器中性点に至る等価回路上で求めた電流波形と、前記微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形との比較結果に基づいて、前記微地絡時の発生箇所または様相を推定し、前記等価回路では、前記電力ケーブルの抵抗と前記電力ケーブルのインダクタンスと前記変圧器のリアクトルと中性点接地抵抗器とが直列接続された直列回路と、前記電力ケーブルのコンデンサとが地絡事故点の放電箇所に並列に接続されるものであり、前記微地絡警報装置は、前記微地絡電流センサにて検出された電流の電流値が数ｍＡで数ｍｓｅｃ以上継続したときに警報を発生することを特徴とする。
また、請求項２記載の微地絡検出装置によれば、前記電力系統のフィーダに発生する微地絡時の電流波形を検出するフィーダ用微地絡電流センサを備え、前記波形診断装置は、微地絡発生点から電力ケーブルを介して変圧器中性点に至る等価回路上で求めた電流波形と、前記微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形との比較結果および前記フィーダ用微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形の観測結果に基づいて、前記微地絡の発生箇所または様相を推定することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３記載の微地絡検出装置によれば、前記電力系統の計器用変圧器に発生する零相電圧を検出する微地絡電圧センサを備え、前記波形診断装置は、微地絡発生点から電力ケーブルを介して変圧器中性点に至る等価回路上で求めた電流波形と、前記微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形との比較結果、前記フィーダ用微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形の観測結果および前記微地絡電圧センサにて検出された微地絡時の電圧波形の観測結果に基づいて、前記微地絡の発生箇所または様相を推定することを特徴とする。
また、請求項４記載の微地絡検出装置によれば、前記電力系統の母線に発生する各相の電圧変動を検出するカプラを備え、前記波形診断装置は、微地絡発生点から電力ケーブルを介して変圧器中性点に至る等価回路上で求めた電流波形と、前記微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形との比較結果、前記フィーダ用微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形の観測結果、前記微地絡電圧センサにて検出された微地絡時の電圧波形の観測結果および前記カプラにて検出された微地絡時の電圧変動の観測結果に基づいて、前記微地絡の発生箇所または様相を推定することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６記載の微地絡検出装置によれば、フィーダに発生する微地絡時の電流波形を検出するフィーダ用微地絡電流センサと、前記フィーダ用微地絡電流センサにて検出された微地絡時の電流波形の観測結果に基づいて、前記微地絡の発生箇所または様相を推定する波形診断装置とを備えることを特徴とする。
また、請求項７記載の微地絡検出装置によれば、微地絡時に電力系統の母線に発生する各相の電圧変動を検出するカプラと、前記カプラにて検出された微地絡時の電圧変動の観測結果に基づいて、前記微地絡の発生箇所または様相を推定する波形診断装置とを備えることを特徴とする。
また、請求項８記載の微地絡検出装置によれば、前記波形診断装置は、完全地絡時の零相電流または零相電圧の３０％感度より小さな範囲で電流波形または電圧波形を観測することにより、前記微地絡の発生箇所または様相を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、変圧器の中性点に発生する微地絡時の電流波形を検出することにより、微地絡発生点で発生した地絡電流が変圧器の中性点に戻る時の電流波形を観測することができ、観測される電流波形を鈍らせることができる。このため、数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形を観測することなく、地絡事故が起こる前の予兆を検出することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすることが可能となるとともに、電流波形の形状を観測することが可能となり、微地絡の発生箇所を絞り込むことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る微地絡検出装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
図１において、電力系統には、高圧を低圧に変圧する変圧器１１が設けられている。そして、変圧器１１は、遮断器１２を介して高圧配線に接続されるとともに、遮断器１３を介して低圧配線に接続され、変圧器１１の中性点は中性点接地抵抗器１５を介して接地されている。また、地絡時に変圧器１１の中性点に発生する零相電流を検出する変流器２３が設けられ、変流器２３は微地絡電流センサ１６に接続されている。なお、変圧器１１は、例えば、１５４ｋＶの高圧を２２ｋＶの低圧に変圧することができる。ここで、微地絡電流センサ１６は、変圧器１１の中性点に発生する微地絡時の電流波形を検出することができる。
【００１７】
また、変圧器１１の低圧配線側には、フィーダ２２ａ〜２２ｎが接続されるとともに、計器用変圧器１４が接続されている。そして、各フィーダ２２ａ〜２２ｎに流れる零相電流を検出する零相変流器１７ａ〜１７ｎが設けられ、零相変流器１７ａ〜１７ｎはフィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにそれぞれ接続されている。ここで、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎは、各フィーダ２２ａ〜２２ｎに発生する微地絡時の電流波形をそれぞれ検出することができる。
【００１８】
また、計器用変圧器１４のオープンデルタ回路には微地絡電圧センサ１９が接続されている。ここで、微地絡電圧センサ１９は、微地絡時に電力系統の母線に発生する電圧波形を検出することができる。
また、電力系統の母線にはカプラ２０が接続されている。ここで、カプラ２０は、微地絡時に電力系統の母線に発生する各相の電圧変動を検出することができる。なお、カプラ２０としては、コンデンサを用いることができる。
【００１９】
また、微地絡検出装置には波形診断装置２１が設けられ、波形診断装置２１には、微地絡電流センサ１６、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎ、微地絡電圧センサ１９およびカプラ２０が接続されている。ここで、波形診断装置２１は、微地絡電流センサ１６にて検出された微地絡時の電流波形の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。また、波形診断装置２１は、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにてそれぞれ検出された微地絡時の電流波形の観測結果に基づいて、各フィーダ２２ａ〜２２ｎに発生した微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。また、波形診断装置２１は、地絡電圧センサ１９にて検出された微地絡時の電圧波形の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。また、波形診断装置２１は、カプラ２０にて検出された微地絡時の電圧変動の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。
【００２０】
そして、電力系統のいずれかの箇所で微地絡が発生すると、その微地絡の発生箇所で発生した微地絡電流は接地点などを介して変圧器１１の中性点に戻る。そして、変圧器１１の中性点には零相電流が流れるとともに、計器用変圧器１４のオープンデルタ回路には零相電圧が発生する。そして、変圧器１１の中性点に流れた零相電流は変流器２３にて検出され、微地絡電流センサ１６に入力される。そして、変圧器１１の中性点に発生した電流波形が微地絡電流センサ１６にて検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。
【００２１】
また、微地絡の発生時に計器用変圧器１４のオープンデルタ回路に発生した零相電圧は、微地絡電圧センサ１９にて検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。
また、微地絡の発生時に各フィーダ２２ａ〜２２ｎに流れた零相電流は零相変流器１７ａ〜１７ｎにてそれぞれ検出され、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにそれぞれ入力される。そして、各フィーダ２２ａ〜２２ｎの電流波形がフィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにてそれぞれ検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。
【００２２】
また、微地絡の発生時に電力系統の母線の各相に発生した電圧変動は、カプラ２０にてコンデンサ共振されながら検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。
そして、波形診断装置２１は、微地絡時の電流波形が微地絡電流センサ１６から入力されると、その電流波形の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定する。  ここで、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形から、微地絡の発生箇所または様相を推定する場合、波形診断装置２１は、完全地絡時の零相電流の３０％感度より小さな範囲で電流波形を観測することにより、微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。また、波形診断装置２１は、微地絡発生点から電力ケーブルを介して変圧器１１の中性点に至る等価回路上で求めた電流波形と、微地絡電流センサ１６にて検出された微地絡時の電流波形との比較結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。
【００２３】
さらに、波形診断装置２１は、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さおよび電流波形の継続時間に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。
例えば、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数Ａ程度の場合、遮断器の不揃い（３相の開閉ズレ）が発生していると推定することができる。
また、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数Ａ程度の場合、硝子類の絶縁劣化（トラッキングなど）が発生していると推定することができる。
【００２４】
また、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数Ａ程度の場合、変圧器やコンデンサなどの内部異常が発生していると推定することができる。
また、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数ｍＡ程度の場合、負荷側（回転機など）の絶縁異常が発生していると推定することができる。
また、微地絡電流センサ１６にて検出された電流波形による放電の強さが数μＡ程度の場合、２２ｋＶケーブルの異常が発生していると推定することができる。
【００２５】
ここで、微地絡電流センサ１６にて電流波形を検出することにより、微地絡発生点で発生した地絡電流が変圧器１１の中性点に戻る時の電流波形を観測することができ、観測される電流波形を鈍らせることができる。このため、数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形を観測することなく、地絡事故が起こる前の予兆を検出することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすることが可能となるとともに、電流波形の形状を観測することが可能となり、微地絡の発生箇所を特定することが可能となる。
【００２６】
また、波形診断装置２１は、微地絡時の電流波形がフィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎからそれぞれ入力されると、その電流波形の観測結果に基づいて、各フィーダ２２ａ〜２２ｎ上での微地絡の発生箇所または様相を推定する。
ここで、フィーダ用微地絡電流センサ１８ａ〜１８ｎにて電流波形を検出することにより、数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形を観測することなく、地絡事故が起こる前の予兆を検出することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすることが可能となるとともに、微地絡の発生箇所を各フィーダ２２ａ〜２２ｎ上で特定することが可能となる。
【００２７】
また、波形診断装置２１は、微地絡時の電圧波形が微地絡電圧センサ１９から入力されると、その電圧波形の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定する。
ここで、微地絡電圧センサ１９にて電圧波形を検出することにより、数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形を観測することなく、地絡事故が起こる前の予兆を検出することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすることが可能となる。
【００２８】
また、波形診断装置２１は、微地絡時の電圧変動がカプラ２０から入力されると、その電圧変動の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定する。
ここで、母線の各相に発生した電圧変動をカプラ２０にて検出することにより、コンデンサ共振を起させながら電圧波形を観測することができ、数ｎｓｅｃオーダーの急峻なパルス波形を捉えることが可能となることから、電力系統に設けられたケーブルや回転機などの異常を監視することが可能となる。
【００２９】
図２は、図１の電力系統の地絡事故点Ｐにおける放電波形および変圧器１１の中性点波形を示す図である。
図２において、変圧器１１は、例えば、１５４ｋＶの高圧を２２ｋＶの低圧に変圧し、１００ＭＶＡの出力があるものとする。また、例えば、変圧器１１のリアクトルの値Ｌが０．５Ｈ、各フィーダ２２ａ〜２２ｎの容量Ｃが０．９μＦ、中性点接地抵抗器１５の抵抗値Ｒが１２７Ωであるとする。
そして、例えば、負荷電流Ｉ１が１０００Ａであるとすると、正常時にはＲ相電流（ａ相電流とも言う）、Ｓ相電流（ｂ相電流とも言う）、Ｔ相電流（ｃ相電流とも言う）がバランスし、変圧器１１の中性点に発生する零相電流Ｉ２は０Ａになる。
【００３０】
一方、地絡事故点Ｐにおいて放電があると、地絡事故点Ｐにて発生した地絡電流は接地点などを介して変圧器１１の中性点に戻り、変圧器１１の中性点には零相電流Ｉ２が流れる。
ここで、地絡事故点Ｐにて地絡電流を観測すると、５０Ｈｚの交流電圧に重畳されたＲ相放電波形Ｗ１が検出され、このＲ相放電波形Ｗ１は数ｎｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの急峻なパルス波形となる。
【００３１】
一方、変圧器１１の中性点には、そのＲ相放電波形Ｗ１がそのまま現れることなく、電力系統のＬＣＲの回路定数に起因して鈍らせられた中性点波形Ｗ２が現れ、この中性点波形Ｗ２の放電の強さは５Ａ、継続時間が数十ｍｓｅｃ程度となる。このため、波形診断装置２１は、急峻なパルス波形となるＲ相放電波形Ｗ１を直接観測することなく、電力系統のＬＣＲからなる等価回路上で求めた電流波形と中性点波形Ｗ２を比較することで、地絡事故点Ｐの位置または地絡事故の様相を推定することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を容易に検出することが可能となるとともに、微地絡の発生箇所を特定することができる。
【００３２】
図３は、図２の電力系統の地絡事故点Ｐから変圧器１１の中性点までの等価回路を示す図である。
図３において、地絡事故点Ｐで放電が起こると、変圧器１１の中性点と電力ケーブル間に形成される経路を通して零相電流Ｉ２が流れる。この零相電流Ｉ２が流れる経路は、電力系統のＬＣＲの回路定数を用いて等価回路で表すことができる。
すなわち、この等価回路では、電力ケーブルの抵抗Ｒ１と電力ケーブルのインダクタンスＬ２と変圧器１１のリアクトルＬ１と中性点接地抵抗器１５とが直列接続される。そして、この直列回路と、電力ケーブルのコンデンサＣ１とが地絡事故点Ｐの放電箇所に並列に接続される。
そして、この等価回路上に流れる零相電流Ｉ２の波形を計算で求め、図１の微地絡電流センサ１６にて検出された零相電流Ｉ２の波形と比較することで、地絡事故点Ｐの位置または地絡事故の様相を推定することができる。
【００３３】
図４は、図１の微地絡検出装置における微地絡検出範囲を示す図である。
図４において、地絡事故が発生すると、三相の電流・電圧バランスが崩れ、零相電流と零相電圧が発生する。微地絡時にも、数μＡ〜数Ａの零相電流波形および数Ｖ〜数ｋＶの零相電圧波形が発生する。
そして、正常時には発生しないような零相電流波形および零相電圧波形を検出し、微地絡の段階でそのような零相電流および零相電圧の変動の大きさと継続時間を解析することにより、大規模な地絡事故を未然に防止することができる。
【００３４】
ここで、正常時には発生しないような零相電流波形または零相電圧波形から、微地絡の発生箇所または様相を推定する場合、完全地絡時の零相電流または零相電圧の３０％感度より小さな範囲Ｓ１で零相電流波形または零相電圧波形を観測することにより、微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。
これにより、絶縁が劣化して漏れ電流が対地に数μＡ〜数Ａだけ流れ始め、微弱な電圧変動が発生した時点を早期に検出することができ、重大な地絡事故に至る前に異常個所を保全したり補修したりすることができる。
【００３５】
図５は、本発明の一実施形態に係る遮断器において沿面放電が発生した時に検出された零相電圧の波形を示す図である。
図５において、放電が発生した時には、変圧器１１の中性点には、その放電波形はそのまま現れることなく、電力系統のＬＣＲの回路定数に起因して鈍らせられた波形が現れる。このため、波形診断装置２１は、その鈍らせられた波形を観測することで、遮断器に発生した異常箇所または様相を推定することができる。
【００３６】
なお、異常電圧を発生させる要因となる部位としては、以下の１）〜９）を挙げることができる。そして、発生する異常電圧の大きさは、１）〜９）の順に小さくなる。このため、波形診断装置２１は、異常電圧の大きさを観測することで、異常箇所または様相を推定することができる。
１）ケーブルの末端の遮断器の不揃い
２）ドライブ装置のコンデンサ成分および点弧などの不揃い
３）高調波
４）硝子などの沿面放電
５）油入変圧器の内部放電
６）ＰＴなどのアクセサリの内部放電
７）回転機や乾式変圧器の放電
８）ＣＶケーブルの部分放電
９）雷・開閉サージ
【００３７】
図６は、本発明の第２実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
図６において、この微地絡検出装置には、図１の構成に加え、微地絡時の電流波形の振動を減衰させる補償回路２４が設けられ、補償回路２４は変圧器１１の中性点に接続されている。なお、補償回路２４は、小規模な電力系統を大規模な電力系統に見かけ上変換するために用いることができ、例えば、ＬＣＲ回路から構成することができる。
【００３８】
そして、電力系統のいずれかの箇所で微地絡が発生すると、その微地絡の発生箇所で発生した微地絡電流は接地点などを介して変圧器１１の中性点に戻る。そして、変圧器１１の中性点に零相電流が流れると、その零相電流は補償回路２４を介して中性点接地抵抗器１５に流れ、変流器２３にて検出された後、微地絡電流センサ１６に入力される。そして、変圧器１１の中性点に発生した電流波形が微地絡電流センサ１６にて検出され、その検出結果が波形診断装置２１に入力される。
ここで、変圧器１１の中性点に流れた零相電流を補償回路２４を介して微地絡電流センサ１６にて検出することにより、振動が減衰された電流波形を観測することができ、電力系統の規模にかかわりなく、電流波形の観測を容易にすることができる。
【００３９】
図７は、本発明の第３実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
図７において、電力系統には、高圧を低圧に変圧する変圧器３１が設けられている。そして、変圧器３１は、遮断器３２を介して高圧配線に接続されるとともに、遮断器３３を介して低圧配線に接続され、変圧器３１の中性点は中性点接地抵抗器３５を介して接地されている。また、地絡時に変圧器３１の中性点に発生する零相電流を検出する変流器４３が設けられ、変流器４３は、微地絡電流センサ３６に接続されるとともに、地絡過電流継電器５２に接続されている。また、微地絡電流センサ３６は、微地絡警報装置５１に接続されている。なお、変圧器３１は、例えば、１５４ｋＶの高圧を２２ｋＶの低圧に変圧することができる。
【００４０】
ここで、微地絡電流センサ３６は、変圧器３１の中性点に発生する微地絡時の電流波形を検出することができる。また、微地絡警報装置５１は、例えば、微地絡電流センサ３６にて検出された零相電流が数ｍＡで数ｍｓｅｃ以上継続した場合に警報を出すことができる。また、地絡過電流継電器５２は、完全地絡時の零相電流の３０％感度でトリップ動作をすることができ、例えば、２２ｋＶで完全地絡時の値が１００Ａであるとすると、変流器４３にて検出された零相電流が３０Ａに達すると、遮断器３２、３３を動作させることができる。
【００４１】
また、変圧器３１の低圧配線側には、遮断器４４ａ〜４４ｎをそれぞれ介してフィーダ４２ａ〜４２ｎが接続されている。そして、各フィーダ４２ａ〜４２ｎに流れる零相電流を検出する零相変流器３７ａ〜３７ｎが設けられ、零相変流器３７ａ〜３７ｎは、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎにそれぞれ接続されるとともに、地絡方向継電器５４ａ〜５４ｎにそれぞれ接続されている。また、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎは、微地絡警報装置５３に接続されている。
【００４２】
ここで、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎは、各フィーダ４２ａ〜４２ｎに発生する微地絡時の電流波形をそれぞれ検出することができる。また、微地絡警報装置５３は、例えば、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎのいずれかにて検出された零相電流が１００ｍＡで１００ｍｓｅｃ以上継続した場合に警報を出すことができる。また、地絡方向継電器５４ａ〜５４ｎは、完全地絡時の零相電流の３０％感度でそれぞれトリップ動作をすることができ、例えば、２２ｋＶで完全地絡時の値が１００Ａであるとすると、零相変流器３７ａ〜３７ｎにてそれぞれ検出された零相電流が３０Ａに達すると、遮断器４４ａ〜４４ｎをそれぞれ動作させることができる。
また、電力系統の母線にはカプラ４０が接続されている。ここで、カプラ４０は、微地絡時に電力系統の母線に発生する各相の電圧変動を検出することができる。なお、カプラ４０としては、コンデンサを用いることができる。
【００４３】
また、微地絡検出装置には波形診断装置４１が設けられ、波形診断装置４１には、微地絡警報装置５１、５３およびカプラ４０が接続されている。ここで、波形診断装置４１は、微地絡警報装置５１から出力された微地絡時の電流波形の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。また、波形診断装置４１は、微地絡警報装置５３から出力された微地絡時の電流波形の観測結果に基づいて、各フィーダ４２ａ〜４２ｎに発生した微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。また、波形診断装置４１は、カプラ４０にて検出された微地絡時の電圧変動の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定することができる。
【００４４】
そして、電力系統のいずれかの箇所で微地絡が発生すると、その微地絡の発生箇所で発生した微地絡電流は接地点などを介して変圧器３１の中性点に戻る。そして、変圧器３１の中性点に零相電流が流れると、変圧器３１の中性点に流れた零相電流は変流器４３にて検出され、微地絡電流センサ３６に入力される。そして、変圧器３１の中性点に発生した電流波形が微地絡電流センサ３６にて検出され、その検出結果が微地絡警報装置５２に入力されるとともに、微地絡警報装置５２を介して波形診断装置４１に入力される。
【００４５】
そして、微地絡警報装置５２は、微地絡時の電流波形が微地絡電流センサ３６から入力されると、微地絡電流センサ３６にて検出された零相電流が数ｍＡで数ｍｓｅｃ以上継続したかどうかを判断し、その零相電流が数ｍＡで数ｍｓｅｃ以上継続した場合に警報を出す。また、波形診断装置４１は、微地絡時の電流波形が微地絡警報装置５２から入力されると、その電流波形の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定する。
【００４６】
また、微地絡の発生時に各フィーダ４２ａ〜４２ｎに流れた零相電流は零相変流器３７ａ〜３７ｎにてそれぞれ検出され、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎにそれぞれ入力される。そして、各フィーダ４２ａ〜４２ｎの電流波形がフィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎにてそれぞれ検出され、その検出結果が微地絡警報装置５３に入力されるとともに、微地絡警報装置５３を介して波形診断装置４１に入力される。
【００４７】
そして、微地絡警報装置５３は、微地絡時の電流波形がフィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎから入力されると、フィーダ用微地絡電流センサ３８ａ〜３８ｎにて検出された零相電流が１００ｍＡで１００ｍｓｅｃ以上継続したかどうかを判断し、その零相電流が１００ｍＡで１００ｍｓｅｃ以上継続した場合に警報を出す。また、波形診断装置４１は、微地絡時の電流波形が微地絡警報装置５３から入力されると、その電流波形の観測結果に基づいて、各フィーダ４２ａ〜４２ｎ上での微地絡の発生箇所または様相を推定する。
【００４８】
また、微地絡の発生時に電力系統の母線の各相に発生した電圧変動は、カプラ４０にてコンデンサ共振されながら検出され、その検出結果が波形診断装置４１に入力される。そして、波形診断装置４１は、微地絡時の電圧変動がカプラ４０から入力されると、その電圧変動の観測結果に基づいて、微地絡の発生箇所または様相を推定する。
また、変流器４３にて検出された零相電流の検出値は、地絡過電流継電器５２に入力される。そして、地絡過電流継電器５２は、変流器４３にて検出された零相電流が３０Ａを超えたかどうかを判断し、その零相電流が３０Ａを超えた場合、遮断器１１２、１１３を動作させることで、事故設備を電力系統から切離する。
【００４９】
また、各零相変流器３７ａ〜３７ｎにて検出された零相電流の検出値は、地絡方向継電器５４ａ〜５４ｎにそれぞれ入力される。そして、各地絡方向継電器５４ａ〜５４ｎは、零相変流器３７ａ〜３７ｎにてそれぞれ検出された零相電流が３０Ａを超えたかどうかを判断し、その零相電流が３０Ａを超えた場合、遮断器４４ａ〜４４ｎをそれぞれ動作させることで、事故設備を電力系統から切離する。
これにより、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を容易に検出しつつ、微地絡の発生箇所を特定することが可能となるとともに、地絡事故発生時に事故設備を系統から切離することができ、地絡事故発生時の被害の拡大を防止することが可能となるとともに、重大な地絡事故に至る前に異常個所を保全したり補修したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２の電力系統の地絡事故点Ｐにおける放電波形および変圧器１１の中性点波形を示す図である。
【図３】図１の電力系統の地絡事故点Ｐから変圧器１１の中性点までの等価回路を示す図である。
【図４】図１の微地絡検出装置における微地絡検出範囲を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る遮断器において沿面放電が発生した時に検出された零相電圧の波形を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
【図８】従来の地絡事故対策が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１、３１、１１１  変圧器
１２、１３、３２、３３，１１２，１１３  遮断器
１４、１１４  計器用変圧器
１５、３５  、１１５中性点接地抵抗器
１６、３６  微地絡電流センサ
１８ａ〜１８ｎ、３８ａ〜３８ｎ  フィーダ用微地絡電流センサ
１７ａ〜１７ｎ、３７ａ〜３７ｎ、１１７ａ〜１１７ｎ  零相変流器
１９  微地絡電圧センサ
２０、４０  カプラ
２１、４１  波形診断装置
２２ａ〜２２ｎ、１２２ａ〜１２２ｎ  フィーダ
２４  補償回路
５１、５３  微地絡警報装置
５２、１１９  地絡過電流継電器
５４ａ〜５４ｎ、１１８ａ〜１１８ｎ  地絡方向継電器
Ｌ１  リアクトル
Ｒ１  抵抗
Ｌ２  インダクタンス
Ｃ１  コンデンサ
２３、４３、１２３  変流器
【図１】
0005256757.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005256757.tif 000006
【図６】
0005256757.tif 000007
【図７】
0005256757.tif 000008
【図８】
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