(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線の零相電圧および零相電流を検出し、該零相電圧と零相電流の少なくとも一方が予め設定された地絡検出閾値を越えた時点を含む所定時間における零相電圧と零相電流の波形データを時刻と共に地絡データとして記録し、該記録された地絡データをセンター装置へ伝送する地絡検出装置と、該地絡検出装置から伝送される地絡データから零相電圧と零相電流の位相差を算出し、地絡方向を判定するセンター装置とから成り、
前記センター装置は、前記所定時間における零相電圧と零相電流の波形データを複数の区間に分割し、零相電圧と零相電流の商用周波数成分の合計が最も大きい区間の波形データから零相電圧と零相電流の位相差を算出し、地絡方向を判定するように動作することを特徴とする、波形伝送による地絡検出システム。
【請求項２】
前記地絡検出装置は、停電を検出する停電検出手段を有し、停電の有無に応じて、その時の前記地絡データを別々のメモリ領域に記録するように動作することを特徴とする請求項１に記載の、波形伝送による地絡検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電線の地絡を検出する地絡検出システムの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地絡検出システムは、配電線に設置された複数の地絡検出装置から情報を収集して、地絡事故地点を特定するシステムである。図５に示されるように、地絡検出システムが導入されていない場合は、変電所３１の計器によって配電線３２の地絡事故３３を検知することができるが、事故地点を特定するためには配電線３２の全区域を巡視範囲３４として巡視しなければならない。
【０００３】
また、図６に示されるように、複数の地絡検出装置３５，３６を配電線３２の所々に設置して、地絡検出システムを導入すれば、巡視区間３４が限定され、原因個所発見までの時間短縮になると共に、巡視に必要な人数が少なくても済むというシステム導入効果がある。
【０００４】
図６によって地絡検出システムの地絡事故地点特定方法を説明する。地絡検出装置３５，３６は、零相電圧Ｖ0 および零相電流Ｉ0 が入力され、その値が動作値以上であった場合、地絡事故が発生したとして、零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の位相差を算出する。零相電流Ｉ0 の位相が零相電圧Ｖ0 の位相より遅れていれば、地絡事故が地絡検出装置３５，３６より電源側（変電所３１側）で発生したと判定し、零相電流Ｉ0 の位相が零相電圧Ｖ0 の位相より進んでいれば、地絡事故が地絡検出装置３５，３６より負荷側（末端側）で発生したと判定する。不図示のセンター装置は、何らかの通信手段により、地絡検出装置３５，３６から地絡事故の方向別情報を収集する。地絡検出装置３５は負荷側の方向で地絡事故発生と判定し、地絡検出装置３６は電源側の方向で地絡発生と判定しているので、地絡事故地点は地絡検出装置３５と３６の間であると特定される。（センター装置と地絡検出装置間の通信手段がない場合は、地絡検出装置に表示機能を持たせ、方向判別表示を確認しながら巡視を行う方法もある。）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７は金属接触による地絡事故発生時の零相電圧Ｖ0 および零相電流Ｉ0 の波形例を示し、図８は樹木接触による地絡事故発生時の零相電圧Ｖ0 および零相電流Ｉ0 の波形例を示し、図９は碍子不良による地絡事故発生時の零相電圧Ｖ0 および零相電流Ｉ0 の波形例を示す。
【０００６】
図７〜９に示されるように、地絡波形は地絡原因によって異なる特徴を示し、地絡原因によっては非常に歪んだ波形になることがある。また、間欠波形になったり、放電現象による巨大なインパルス性の波形を含むものもある。このような波形から単純な処理によって位相差を算出して地絡方向判定を行うと、誤判定をしてしまう可能性がある。地絡方向判定を確実に行うためには、高精度な信号処理が必要となり、そのため、地絡検出装置がコスト高になってしまうという問題があった。
【０００７】
（発明の目的）
本発明の目的は、地絡事故地点の特定を確実に行うことができる低コストの地絡検出システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、配電線の零相電圧および零相電流を検出し、該零相電圧と零相電流の少なくとも一方が予め設定された地絡検出閾値を越えた時点を含む所定時間における零相電圧と零相電流の波形データを時刻と共に地絡データとして記録し、該記録された地絡データをセンター装置へ伝送する地絡検出装置と、該地絡検出装置から伝送される地絡データから零相電圧と零相電流の位相差を算出し、地絡方向を判定するセンター装置とから成り、前記センター装置が、前記所定時間における零相電圧と零相電流の波形データを複数の区間に分割し、零相電圧と零相電流の商用周波数成分の合計が最も大きい区間の波形データから零相電圧と零相電流の位相差を算出し、地絡方向を判定するように動作する、波形伝送による地絡検出システムとするものである。
【０００９】
また、請求項２記載の本発明は、前記地絡検出装置が、停電を検出する停電検出手段を有し、停電の有無に応じて、その時の前記地絡データを別々のメモリ領域に記録するように動作する請求項１に記載の、波形伝送による地絡検出システムとするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である地絡検出システムの構成を示すものである。
【００１２】
センター装置１は、ＰＨＳモデムユニット２またはＩＳＤＮターミナルアダプタ、ＰＨＳ公衆網３、セルステーション４を介して、地絡検出装置５との無線通信を行う。また、地絡検出装置５の設置個所においては、ノート型パソコンとそれに装着できるカード型ＰＨＳから成る可搬型のセンター装置６がＰＨＳカードモデム７を介して、ＰＨＳトランシーバモードにより、地絡検出装置５との無線通信を行うこともできる。なお、ＰＨＳは第二世代コードレス電話システム（ＰＥＲＳＯＮＡＬ  ＨＡＮＤＹ  ＰＨＯＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ）のことである。
【００１３】
地絡検出装置５は、零相電圧Ｖ0 を検出する零相電圧検出器８、零相電流Ｉ0 を検出する零相変流器９、零相電圧Ｖ0 値と零相電流Ｉ0 値をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１０，１１、配電線１２から変圧器１３を介して電源を入力する電源回路１４、配電線１２の停電を検出する停電検出回路１５、停電でも通信可能とするための２次電池１６、ＣＰＵなどの制御部１７、ＲＡＭなどのメモリ１８、時計１９およびＰＨＳモデム２０から構成される。
【００１４】
図２は地絡検出装置５の地絡検出動作を示すブロック図である。地絡検出装置５は、零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 を商用周波数の整数倍でサンプリングする。（本実施形態でのサンプリング周波数は商用周波６０ＨZ の６４倍。）サンプリングした零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 を常時監視して、その１サイクル分が予め設定された地絡動作値（地絡検出閾値：センター装置１または６からの指令により設定可能）を超えた場合に、地絡データ収集条件判定を行う。地絡データ収集条件判定においては、零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 のＡＮＤあるいはＯＲの条件（センター装置１または６からの指令により設定可能）を満たしている場合に地絡が発生したと認識して、地絡データの収集動作を行う。記録する零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の地絡波形データは、一時的に保持していたとして地絡発生を認識した時点の１サイクルより前の４サイクル（プリトリガ部分）と、地絡発生を認識した時点の１サイクルを含むそれ以降の１２サイクルからなる合計１６サイクルを１レコードとして記録される。１６サイクルの地絡波形レコードをメモリ１８に格納するときには、地絡動作値、収集条件、および時刻を地絡波形レコードとともに記憶する。また、停電検出回路１５により電源電圧（電源回路１４の出力）を監視して停電の有無を判定し、停電有りであれば、停電有りのメモリ領域に格納し、停電がなければ、停電無しのメモリ領域に格納する。地絡検出動作はこれらの繰り返しである。プリトリガ部分を記録するのは、地絡原因の顕著な兆候が現れる地絡発生の過渡的な状況を記録して地絡原因推定に活用するためである。
【００１５】
地絡事故には、停電事故を伴う地絡と、事故に到らない微地絡がある。微地絡は、零相電圧検出器８や零相変流器９のアンバランスなどの要因によって検出されるようなものもあるが、停電を伴う地絡に発展する可能性のあるものもある。微地絡はかなりの頻度で発生するが、地絡検出装置５では微地絡でも検出し、記録することができるような地絡動作値が設定される場合もある。地絡データをメモリ１８に格納するときに、メモリ１８の容量には限りがあるので、データでメモリ１８の容量が埋まってしまった状態で、新たなデータを格納するには、古いデータから順に上書きしていくことになる。メモリ領域を区切らないと、微地絡データが常に発生しているような場合、停電を伴う重要な地絡データがすぐに上書きされてしまう可能性がある。これを防ぐために、停電の有無によってメモリ領域を区切っている。本実施形態では停電有りは３２レコード、停電無しは９６レコードまで記録することとしている。
【００１６】
また、長く続く地絡の場合は、１つの地絡事故に対して、連続した複数の地絡波形レコードが生成されることになる。データ収集したセンター装置１（または６）が連続しているレコードかどうかを判別できるようにするために、地絡波形レコードに記録する時刻の最小単位は商用周波１サイクル分としている。また、停電を伴う地絡においても複数のレコードにまたがる場合があるが、この場合はレコードを記録する際に最後のレコードしか停電ありと判定されない。本実施形態においては、停電を伴う地絡波形レコードを記録するときに、すでに停電なしとして格納された地絡波形レコードが、これから格納しようとしている停電有りのレコードに連続しているレコードがあるかどうかをチェックし、連続しているレコードがあった場合には、最大８レコードまで遡って停電有りのレコードに移動することとしている。
【００１７】
停電有りと判断された最後のレコードは、地絡事故により配電線１２の遮断器が動作して停電になる部分、および停電後の地絡波形が現れない部分も含まれている。地絡方向判定および地絡現象の把握のためには、その前の停電に至るまでの波形がより重要である。
【００１８】
本実施形態における地絡検出装置５は、センター装置１からの呼出に応じて回線を接続し、センター装置１からの指令により地絡データを伝送する。センター装置１との通信中においても地絡検出動作は継続して行われる。なお、地絡検出装置５にはＡ／Ｄ変換用のアンチエイリアシングフィルタ以外のフィルタはない。センター装置１に伝送される地絡波形は、ほぼ零相電圧変流器８および零相変流器９から入力される地絡波形そのままである。
【００１９】
センター装置１は、定期的に自動で登録された地絡検出装置５に対してデータ収集を行っているが、停電があったことが変電所の計器により判明したときには、人手でセンター装置１を操作してデータ収集が実行される。センター装置１は、地絡検出装置５から地絡データを収集し、零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の位相差を算出する。そして、同じ配電線路に設置されている他の地絡検出装置の地絡データ、同じ時刻の地絡データなどのデータ整理を行い、地絡事故地点を特定する。また、地絡検出装置５から収集した零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の波形の表示、その周波数分析結果の表示も行うことができる。
【００２０】
まず、センター装置１は、地絡検出装置５からの地絡データ収集において、地絡検出装置５の時計１９の現在時刻を読み込み、センター装置１自体の時計の現在時刻との差を算出する。そして地絡波形レコードを収集して、レコード内の時刻をセンター装置１と地絡検出装置５の時計の差をもとに補正する。地絡事故地点を狭い範囲で特定するためには複数の地絡検出装置から同時刻に発生した地絡データから複数の方向判定をつき合わせる必要がある。同じ時刻の波形データであることを検索するためには、各々の地絡検出装置の時刻はより正確である必要があったが、本実施形態では、センター装置１が補正してしまうので、地絡検出装置間の厳密な時刻合わせは必要ない。また、地絡検出装置５の時計１９にはカレンダー機能は不要となり、地絡検出装置５の低コスト化が図れる。
【００２１】
それから、センター装置１は、収集した零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の地絡波形データから、その位相差を算出して方向判別を行う。位相差の算出には高精度の信号処理であるＦＦＴ処理（高速フーリエ変換処理）を採用している。ＦＦＴ処理において、商用周波数成分のみを抽出するので、理想的なフィルタ処理を行うことができる。零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の商用周波数成分はＦＦＴ処理によって、それぞれ複素数の式１、式２のような形で算出される。位相差は式３の演算で求められる。
【００２２】
ｆ（Ｖ0 商用周波数成分）＝Ａ＋ｊＢ                ……式１
ｆ（Ｉ0 商用周波数成分）＝Ｃ＋ｊＤ                ……式２
Ｖ0 基準のＩ0 の成分＝（Ａ−ｊＢ）（Ｃ＋ｊＤ）    ……式３
地絡波形は、地絡検出装置５が記録した１レコードにおいて、放電現象による巨大なインパルス性の波形を含んでいたり、波形データの後半で地絡波形が消滅してしまったり、１レコードの中で間欠的な振る舞いをしたりする場合がある。このような場合でも地絡方向の誤判定がないように、センター装置１は、所定時間（前記１６サイクル）における零相電圧と零相電流の波形データを複数の区間に分割し、零相電圧と零相電流の商用周波数成分の合計が最も大きい区間の波形データから零相電圧と零相電流の位相差を算出し、地絡方向を判定している。より具体的な地絡方向判定動作を図３のフローチャートにより説明する。
【００２３】
ステップ１では、図４に示されるように、地絡波形データ１６サイクルを８つの区間に分割し、ステップ２にてそれぞれＦＦＴ処理をし、ステップ３にて処理結果より区間別の零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の商用周波数成分を算出する。ステップ４では▲１▼，▲２▼区間のプリトリガ部分を除いた▲３▼〜▲８▼区間のうち、零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の商用周波数成分の合計が最も大きい区間を検索する。そして、ステップ５では検索された区間の零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の商用周波数成分が▲１▼，▲２▼区間のプリトリガ部分の商用周波数成分以上であるか否かを判定し、以上であればステップ６に進み、否であればステップ７に進んで地絡方向判定不能として処理する。ステップ６では検索区間の零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の商用周波数成分がそれぞれ予め設定された地絡動作値（地絡検出閾値）以上であるか否かを判定し、以上であればステップ８に進み、否であればステップ７に進んで地絡方向判定不能として処理する。ステップ８では式３により検索区間の零相電圧Ｖ0 と零相電流Ｉ0 の位相差を算出する。ステップ９では算出された位相差が進みか遅れかを判定し、遅れであればステップ１０で地絡方向が電源側であると判定し、進みであればステップ１１で地絡方向が負荷側であると判定する。
【００２４】
以上のように、センター装置１で集中的に位相差を算出し、地絡方向を判定することによって、地絡検出装置５から位相差算出および地絡方向判定の機能を省略するようしているから、低コスト化を図ることができる。また、センター装置１で集中的に位相差算出および地絡方向判定を行うようにしているから、地絡事故地点の特定を確実に行うことができる。また、センター装置１で地絡波形を観察することによって、地絡原因の推定をすることができる。
【００２５】
センター装置として可搬型のセンター装置６を使用した場合には、巡視員がセンター装置６を携帯して地絡検出装置５との無線通信を行うことによって、地絡方向を知ることができる。したがって、地絡検出装置５には従来のような地絡方向表示機能も不要となり、より低コスト化を図ることができる。
【００２６】
なお、地絡検出装置とセンター装置との間の通信は、ＰＨＳによる無線通信には限らず、他の手段による無線通信や有線通信であっても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の本発明によれば、低コストで、地絡事故地点の特定を確実に行うことができる。
【００２８】
また、請求項２記載の本発明によれば、停電を伴う重要な地絡データの記録が停電を伴わない地絡データの上書き記録によって消失するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である地絡検出システムの構成を示す図である。
【図２】図１の地絡検出装置の動作を示すブロック図である。
【図３】図１のセンター装置の地絡方向判定動作を示すフローチャートである。
【図４】地絡波形の分割区間を示す図である。
【図５】地絡検出システムを導入していない従来の場合の巡視範囲を示す図である。
【図６】地絡検出システムを導入している従来の場合の巡視範囲を示す図である。
【図７】金属接触による地絡波形例を示す図である。
【図８】樹木接触による地絡波形例を示す図である。
【図９】碍子不良による地絡波形例を示す図である。
【符号の説明】
１  センター装置
２  ＰＨＳモデムユニット
３  ＰＨＳ公衆網
４  セルステーション
５  地絡検出装置
６  可搬型のセンター装置
７  ＰＨＳカードモデム
８  零相電圧検出器
９  零相変流器
１０，１１  Ａ／Ｄ変換器
１２  配電線
１５  停電検出回路
１７  制御部
１８  メモリ
１９  時計
２０  ＰＨＳモデム
Ｖ0   零相電圧
Ｉ0   零相電流
【図１】
0004025495.tif 000002
【図２】
0004025495.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004025495.tif 000005
【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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