(57)【要約】【課題】簡単に微地絡を検出できる微地絡検出装置及び微地絡検出方法を提供する。【解決手段】微地絡検出装置１は、互いに位相が１２０°異なる三相交流が流れる３本の架空線に発生した微地絡を検出する。微地絡検出装置１は、３本の架空線に流れる電流を各々検出する３つの電流検出回路１３と、３つの電流検出回路１３が検出した電流値を加算する加算回路３１と、を備えている。【選択図】図４
2012208021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに位相が１２０°異なる三相交流が流れる３本の電線に発生した微地絡を検出する微地絡検出装置であって、
前記３本の電線に流れる電流を各々検出する３つの電流検出手段と、
前記３つの電流検出手段が検出した電流値を加算する加算回路と、を備えた
ことを特徴とする微地絡検出装置。
【請求項２】
前記３つの電流検出手段が各々、２つのホール素子と、前記２つのホール素子の出力を増幅する２つの増幅器と、前記２つの増幅器の出力が入力される差動増幅回路と、から構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の微地絡検出装置。
【請求項３】
互いに位相が１２０°異なる三相交流が流れる３本の電線に発生した微地絡を検出する微地絡検出方法であって、
３つの電流検出手段を用いて前記３本の電流に流れる電流を各々検出する工程と、
前記３つの電流検出手段が検出した電流値を加算する工程と、
前記加算した値に基づいて微地絡を検出する工程と、
を順次行うことを特徴とする微地絡検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微地絡検出装置及び微地絡検出方法に係り、特に、互いに位相が１２０°異なる三相交流が流れる３本の電線に発生した微地絡を検出する微地絡検出装置及び微地絡検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧配電線路では配電設備（電線、開閉器、遮断器等）の経年劣化などによって地絡事故が発生し、停電に至るケースがある。このような地絡事故に至る予兆を検知するために、変電所にてＧＤＲ（地絡方向継電器）を用いて地絡電流を監視している。上記ＧＤＲは、高圧配電路における零相電流及び零相電圧を検出し、この零相電流及び零相電圧のレベルが設定レベル以上で、かつ、零相電流及び零相電圧の位相差が所定範囲内である場合に遮断器を遮断させる構成となっている。
【０００３】
しかしながら高圧配電路には、地絡電流の継続時間が短く遮断器が遮断せず停電事故に至らない微地絡現象が発生する。このときＧＤＲにて微地絡現象が発生したバンク（地域）までは確認できるが、その発生箇所までは特定できない。このため、微地絡現象が起きた線路に高圧用電流センサを複数個取付け、この高圧用電流センサによって取得した電流波形から微地絡を検出して微地絡点を標定することが検討されている。しかしながら、線路に流れる微地絡電流は三相交流に比べて非常に小さいため、取得した電流波形から微地絡を検出することが非常に難しい、という問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、簡単に微地絡を検出できる微地絡検出装置及び微地絡検出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、互いに位相が１２０°異なる三相交流が流れる３本の電線に発生した微地絡を検出する微地絡検出装置であって、前記３本の電線に流れる電流を各々検出する３つの電流検出手段と、前記３つの電流検出手段が検出した電流値を加算する加算回路と、を備えたことを特徴とする微地絡検出装置に存する。
【０００６】
請求項２記載の発明は、前記３つの電流検出手段が各々、２つのホール素子と、前記２つのホール素子の出力を増幅する２つの増幅器と、前記２つの増幅器の出力が入力される差動増幅回路と、から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の微地絡検出装置に存する。
【０００７】
請求項３記載の発明は、互いに位相が１２０°異なる三相交流が流れる３本の電線に発生した微地絡を検出する微地絡検出方法であって、３つの電流検出手段を用いて前記３本の電流に流れる電流を各々検出する工程と、前記３つの電流検出手段が検出した電流値を加算する工程と、前記加算した値に基づいて微地絡を検出する工程と、を順次行うことを特徴とする微地絡検出方法に存する。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように請求項１及び３記載の発明によれば、３つの電流検出手段が検出した３本の電線に流れる電流を加算することにより、三相交流成分が０となり微地絡電流のみ検出することができ、簡単に微地絡を検出できる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、差動増幅回路により２つのホール素子の出力の差分を求めることにより、ホール素子の出力に生じるオフセットを相殺することができ、広範囲の微地絡電流を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の微地絡検出装置を架空線に取り付けた状態を示す概略図である。
【図２】図１に示す電流検出装置の分解斜視図である。
【図３】図１に示す電流検出装置の断面斜視図である。
【図４】第１実施形態における図１に示す微地絡検出装置の電気構成概略図である。
【図５】図４に示す電流検出回路の詳細を示す電気回路図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、架空線に流れる交流電流が２００Ａ及び２５０Ａのときに図５に示す電流検出回路から出力される検出信号を示すグラフである。
【図７】第２実施形態における電流検出回路の詳細を示す電気構成図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、架空線に流れる交流電流が４００Ａ及び６００Ａのときに図７に示す電流検出回路から出力される検出信号を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態における微地絡検出装置を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本発明の微地絡検出装置を架空線に取り付けた状態を示す概略図である。図２は、図１に示す電流検出装置の分解斜視図である。図３は、図１に示す電流検出装置の断面斜視図である。図４は、第１実施形態における図１に示す微地絡検出装置の電気構成概略図である。図５は、図４に示す電流検出回路の詳細を示す電気回路図である。
【００１２】
本実施形態の微地絡検出装置１は、図１に示すように、コンクリート柱Ｐによって空中に張り出された３本の電線としての架空線Ｌａに生じる微地絡を検出する。これら３本の架空線Ｌａには、互いに位相が１２０°異なる三相交流が流れている。
【００１３】
微地絡検出装置１は、図１に示すように、３本の架空線Ｌａにそれぞれ取り付けられ、取り付けられた架空線Ｌａに流れる電流を検出する３つの電流検出装置２と、これら検出された電流から微地絡を検出する検出部３と、を備えている。
【００１４】
上記電流検出装置２は、図２及び図３に示すように、下側ハウジング４と、上側ハウジング５と、図示しないねじりコイルバネと、基板６と、基板押さえ部７と、蓋部８と、を備えている。
【００１５】
下側ハウジング４は、ＡＢＳ、塩化ビニルなどの高絶縁性を有する硬質プラスチックから構成されていて、後述する基板６、基板押さえ部７、蓋部８や図示しない電池などを収容するための箱型の筐体部９と、筐体部９において架空線Ｌａの径方向Ｙ１側の側面に突設された板状の下側開閉操作部１０と、を備えている。
【００１６】
筐体部９は、上側が塞がれ、下側が開口された箱型に形成されている。図３に示すように、この筐体部９の上側を塞ぐ上壁部９１（図３）の下側開閉操作部１０から離れた側は、下側開閉操作部１０側に比べて肉厚に形成されている。この上壁部９１の肉厚に形成されている部分の上面には、架空線Ｌａの下側を収容する断面半円状の下側凹溝９１ａが設けられ、上壁部９１の肉厚に形成されている部分の下面には、後述する基板６が嵌め込まれる凹部９１ｂ（図３）が設けられている。上記凹部９１ｂは、図３に示すように、基板６の上面が凹部９１ｂの底面に接すると共に基板６の側面が凹部９１ｂの内側面に接するように基板６がぴったり嵌め込まれ、基板６の位置決めができるような形状に設けられている。
【００１７】
また、上壁部９１の肉薄に形成されている部分の上面には、後述する上側ハウジング５を軸支する一対の下側軸支部９１ｃ（図２）が突設されている。この一対の下側軸支部９１ｃは、上壁部９１の架空線Ｌａの長手方向Ｙ２両端にそれぞれ設けられている。また、一対の下側軸支部９１ｃは、長手方向Ｙ２に並んで配置されている。この下側軸支部９１ｃは、中心Ｃ（図２）を通り、かつ、長手方向Ｙ２に沿った軸を中心軸として回転可能に上側ハウジング５を支持する。上記下側開閉操作部１０の下面には、長手方向Ｙ２に沿った凹凸が径方向Ｙ１に複数並べて設けられている。
【００１８】
上側ハウジング５は、ＡＢＳ、塩化ビニルなどの高絶縁性を有する硬質プラスチックから構成されていて、架空線Ｌａの上側に位置付けられるクランプ部１１と、板状の上側開閉操作部１２と、が径方向Ｙ１に連なって設けられている。クランプ部１１の下面には、架空線Ｌａの上側を収容する断面半円状の上側凹溝１１ａが設けられている。板状の上側開閉操作部１２には、そのクランプ部１１側に一対の上側軸支部１２ａが下側に向かって突設されている。この一対の上側軸支部１２ａは、上側開閉操作部１２の長手方向Ｙ２両端にそれぞれ設けられ、下側軸支部９１ｃに軸支されている。また、上記上側開閉操作部１２の上面には、長手方向Ｙ２に沿った凹凸が径方向Ｙ１に複数並べて設けられている。
【００１９】
図示しないねじりコイルバネは、針金などを巻いて形成され、コイル状に巻かれたコイル部と、コイル部の両端からそれぞれ直線状に延びる一対のアーム部と、から構成されている。このコイル部は、下側軸支部９１ｃ、上側軸支部１２ａの中心軸に沿って配置される。そして、一対のアーム部の一方が上側開閉操作部１２の下面に当接し、一対のアーム部の他方が下側開閉操作部１０の上面に当接されている。
【００２０】
よって、治具などを使って下側開閉操作部１０、上側開閉操作部１２を互いに近づけると、上側ハウジング５が、上側軸支部１２ａ、下側軸支部９１ｃの中心軸周りに回転し、上側ハウジング５の上側開閉操作部１２から離れた側と、下側ハウジング４の下側開閉操作部１０から離れた側と、が離れて開口し、その開口から架空線Ｌａを上側凹溝１１ａ、９１ａ内に挿入して収容することができる。
【００２１】
治具を外すと、ねじりコイルバネによって下側開閉操作部１０、上側開閉操作部１２は互いに離れる方向に付勢されているので、上側ハウジング５が、上側軸支部１２ａ、下側軸支部９１ｃの中心軸周りに逆回転し、上側ハウジング５の上側開閉操作部１２から離れた側と、下側ハウジング４の下側開閉操作部１０から離れた側と、が近づいて開口が閉じられる。これにより、架空線Ｌａが上側ハウジング５と下側ハウジング４との間にクランプされる。
【００２２】
上記基板６は、図４及び図５に示すように、架空線Ｌａに流れる電流を検出するための電流検出手段としての電流検出回路１３が搭載されている。電流検出回路１３は、図示しない電源回路と、実装型のホール素子としてのホールＩＣ１４と、このホールＩＣ１４の出力を増幅する増幅回路１５と、搭載されている。図示しない電源回路は、各電流検出装置２内に収容された図示しない電池から供給される電池電圧からホールＩＣ１４に供給する電源電圧ＶＤＤ（図５）や、増幅回路１５を構成する後述するアンプＡｍｐ１に供給する電源電圧Ｖｃｃ＋、Ｖｃｃ−（図５）を生成する。
【００２３】
ホールＩＣ１４は、例えば表面実装型のものであり、架空線Ｌａに電流が流れることにより発生する磁気に応じた検出信号を架空電線Ｌに流れる電流値として出力する。増幅回路１５は、図４に示すように、アンプＡｍｐ１及びこのアンプＡｍｐ１に接続される抵抗Ｒ１、Ｒ２から構成され、ホールＩＣ１４から出力される検出信号を増幅する。
【００２４】
上記基板押さえ部７は、下側ハウジング４及び上側ハウジング５と同様に、ＡＢＳ、塩化ビニルなどの高絶縁性を有する硬質プラスチックから構成されている。基板押さえ部７は、図２及び図３に示すように、凹部９１ｂを覆う平板部７１と、この平板部７１から突出した４つの脚部７２と、が設けられている。平板部７１は、凹部９１ｂよりも大きく設けられ、ネジにより下側ハウジング４の上壁部９１に取り付けられる。４つの脚部７２は、凹部９１ｂ内に挿入され、基板６の下面を支持して、基板６を凹部９１ｂの底面に押し付けている。
【００２５】
上記蓋部８は、筐体部９の下側開口を塞ぐように設けられている。蓋部８は、筐体部９内部への水の浸入を防ぐためにパッキンなどが設けられ、さらに筐体部９内に収容されている。また、蓋部８には、コネクタ取付孔８１が設けられている。このコネクタ取付孔８１には、上記増幅回路１５により増幅された検出信号を伝送する図示しない電線の一端に設けられた図示しないコネクタが取り付けられている。この図示しないコネクタには、電流検出装置２と検出部３とを接続する電線Ｌ１（図１）の一端に設けられたコネクタがコネクタ接続されていて、これにより検出部３に対して各電流検出回路１３からの検出信号を供給できる。
【００２６】
検出部３は、図示しない筐体と、この筐体に収容された基板と、を備えている（何れも図示せず）。検出部３内の基板には、図４に示すように、各電流検出装置２に内蔵された電流検出回路１３から供給される検出信号を加算する加算回路３１と、加算回路３１により加算された加算値の波形を表示させるオシロスコープなどの微地絡電流検出部３２と、を備えている。
【００２７】
次に、上述した微地絡検出装置１を用いた微地絡検出方法の手順について説明する。まず、作業員は、３本の架空線Ｌａに上述した電流検出装置２をそれぞれ取り付ける。これにより、各電流検出装置２に内蔵された電流検出回路１３が、３本の架空線Ｌａに流れる電流を各々検出し、その検出信号を検出部３に供給する。検出部３においては、加算回路３１が３つの電流検出回路１３から供給された検出信号を加算し、微地絡電流検出部３２がその加算した加算値の波形を図示しない表示部に表示させる。
【００２８】
上述したように３本の架空線Ｌａには、１２０°づつ位相が異なる三相交流が流れている。このため、加算回路３１により架空線Ｌａに流れる電流に応じた検出信号を加算すると三相交流成分は０となりその加算値は微地絡電流に応じた値となる。作業員は、微地絡電流検出部３２により表示された加算値波形、即ち微地絡電流波形を見て、微地絡が生じているか否かを判断する。
【００２９】
上述した微地絡検出装置１によれば、３つの電流検出回路１３が検出した３本の架空線Ｌａに流れる電流を加算することにより、三相交流成分が０となり微地絡電流のみ検出することができ、簡単に微地絡を検出できる。
【００３０】
なお、上述した第１実施形態では、オシロスコープなどを用いて加算回路３１により加算された加算値の波形を表示していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、マイコンやコンパレータ回路などを用いて加算値が閾値を越えたときに微地絡を検出し、その旨を報知するようにしてもよい。
【００３１】
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態における微地絡検出装置を図７に基づいて説明する。図７は、第２実施形態における電流検出回路の詳細を示す電気構成図である。第１実施形態と第２実施形態とで異なる点は、電流検出回路１３の構成である。
【００３２】
上述したホールＩＣ１４から出力される検出信号は、プラス側にオフセット電圧が生じている。このため、図４及び図５に示す第１実施形態のように、単にホールＩＣ１４から出力される検出信号を増幅するだけでは、オフセット電圧分も増幅されてしまう。そしてこれにより、架空線Ｌａに流れる電流が例えば２００Ａと小さい場合には、図６（Ａ）に示すように、±１Ａの精度を保ったまま測定することができるが、架空線Ｌａに流れる電流が２５０Ａと大きくなると、増幅回路１５の出力が増幅回路１５の出力可能範囲の上限（＝＋Ｖｃｃ）を超えてしまい、図６（Ｂ）に示すように、プラス側がクリップされてしまい、±１Ａの精度を保ったまま測定することができない可能性があった。
【００３３】
そこで、第２実施形態では、図７に示すように、各電流検出回路１３毎に、２つのホールＩＣ１４と、２つのホールＩＣ１４から出力される検出信号を増幅する２つの増幅回路１５と、これら２つの増幅回路１５の出力の差分を出力する差動増幅回路１６と、を設けている。
【００３４】
２つのホールＩＣ１４は、それぞれ互いに１８０°位相の異なる検出信号を出力している。２つの増幅回路１５は、第１実施形態と同様に、アンプＡｍｐ１及びこのアンプＡｍｐ１に接続される抵抗Ｒ１及びＲ２から構成され、各ホールＩＣ１４から出力される検出信号を増幅する。差動増幅回路１６は、アンプＡｍｐ２及びこのアンプＡｍｐ２に接続される複数の抵抗Ｒ３から構成されている。アンプＡｍｐ２の＋入力、−入力には、各々２つの増幅回路１５が増幅した検出信号が入力されている。
【００３５】
次に、第２実施形態に示す電流検出回路１３の利点について第１実施形態に示す電流検出回路１３と対比して説明する。ホールＩＣ１４から出力される検出信号を例えば１００倍にしたいときは、図５に示す第１実施形態では、増幅回路１５の増幅率を１００倍に設定している。これにより第１実施形態で示す電流検出回路１３では、検出信号のオフセット電圧も１００倍に増幅されてしまい、上述したように架空線Ｌａに流れる電流が２５０Ａを越えると、増幅回路１５により増幅された検出信号のプラス側がクリップされてしまう。
【００３６】
第２実施形態においては、同様に、検出信号を１００倍にしたいときは、増幅回路１５の増幅率を５０倍にする。このように増幅率５０倍にすることにより、オフセット電圧の増幅分が抑えられ、架空線Ｌａに流れる電流が２５０Ａを越えても増幅回路１５から出力される検出信号がクリップすることがない。そして、差動増幅回路１６によって位相が１８０°異なる増幅された検出信号の差分を取ることにより、オフセット分が相殺されると共に、２つの増幅回路１５から出力される検出信号の振幅が加算されるため、１００倍相当の検出信号を出力することができる。
【００３７】
上述した第２実施形態によれば、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、差動増幅回路１６から出力される検出信号は、架空線Ｌａに流れる電流が４００Ａであっても６００Ａであっても±１Ａの精度を保って検出できる。
【００３８】
上述した第２実施形態によれば、差動増幅回路１６により２つのホール素子１３の検出信号の差分を求めることにより、ホール素子１３の出力に生じるオフセットを相殺することができ、広範囲の微地絡電流を検出することができる。
【００３９】
なお、上述した第１及び第２実施形態によれば、ホールＩＣ１４としては表面実装型のものを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。コアなどを設ける必要はあるが表面実装型のホールＩＣ１４でなくてもよい。
【００４０】
また、ホールＩＣ１４を架空線Ｌａに取り付けるための構造は、図３及び図４に示すものに限ったものではない。
【００４１】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    微地絡検出装置
１３  電流検出回路
１４  ホールＩＣ
１５  増幅回路
１６  差動増幅回路
３１  加算回路
Ｌａ  架空線（電線）
【図１】
2012208021.tif 000003
【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】
2012208021.tif 000008
【図７】
2012208021.tif 000009
【図８】
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