(57)【要約】【課題】接地形計器用変圧器の設置場所から離れた分電盤で、単独で自らの地絡の発生を容易に検出できるようにする。【解決手段】三相交流電源に接続された三相３線式の母線（５）から分岐して負荷（６）に給電する三相３線式のフィーダ（７）に一括して取り付けられた零相変流器（１）の出力信号と、三相３線式のフィーダ（７）の各相に取り付けられた三相各相の変流器（２）の出力信号との位相差を、位相比較装置（３）を用いて測定することで、地絡が発生しているフィーダ（７）を特定する。このとき、位相比較装置（３）を用いて、零相変流器（１）の出力信号と、三相各相の変流器（２）の出力信号との位相差がπ／２ラジアンでないときに地絡が発生していると判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源に接続された三相３線式の母線から分岐して負荷に給電する三相３線式のフィーダの零相電流を検出する零相変流器と、
前記三相３線式のフィーダの各相の負荷電流を検出する三相各相の変流器と、
前記零相変流器の出力信号と前記三相各相の変流器の出力信号との位相差を測定することで、地絡が発生しているフィーダを検出する位相比較装置と、
を備えることを特徴とする地絡検出装置。
【請求項２】
前記位相比較装置は、前記零相変流器の出力信号と、前記三相各相の変流器の出力信号との位相差がπ／２ラジアンでないときに地絡が発生していると判断する請求項１に記載の地絡検出装置。
【請求項３】
三相交流電源に接続された三相３線式の母線から分岐して負荷に給電する三相３線式のフィーダに一括して取り付けられた零相変流器の出力信号と、前記三相３線式のフィーダの各相に取り付けられた三相各相の変流器の出力信号との位相差を、位相比較装置を用いて測定することで、地絡が発生しているフィーダを検出することを特徴とする地絡検出方法。
【請求項４】
前記位相比較装置を用いて、前記零相変流器の出力信号と、前記三相各相の変流器の出力信号との位相差がπ／２ラジアンでないときに地絡が発生していると判断する請求項３に記載の地絡検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地絡（系統接地）の発生を検出するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低圧電源の分電盤で個々の負荷に給電するフィーダ（き電線）の地絡の発生箇所を特定するためには、同一母線に取り付けられた接地形計器用変圧器（ＧＰＴ、ＥＶＴ）の出力信号と、三相３線式のフィーダに一括して取り付けられた零相変流器（ＺＣＴ）の出力信号の位相を確認して判断していた。
例えば、特許文献１に記載の非接地交流回路の地絡検出装置は、地絡検出用零相変圧器が設けられた三相３線式の母線から三相３線式のフィーダを分岐させ、三相３線式のフィーダの各相に地絡検出用零相変流器を設けた商用周波数回路を備え、インバータ回路がフィーダごとに接続された非接地交流回路において、零相変圧器の一次側の接地線に、その接地線に流れる地絡電流を検出する抵抗を設けると共に、零相変流器及び抵抗に接続された地絡検出回路は、商用周波数の地絡電流と、その商用周波数よりも高い周波数成分及び低周波数領域のインバータの出力周波数の地絡電流を検出可能とする。この地絡検出装置は、零相変圧器の接地線に設けられた抵抗の両端電圧を監視することにより、その接地線に流れる地絡電流を地絡検出回路で検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５３５８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低圧電源の分電盤から負荷に給電するときに、負荷が広い範囲に設置されている場合、接地形計器用変圧器の場所と、負荷に給電する末端の装置（零相変流器等）の設置場所が空間的に離れているので、これらの出力信号を比較することが困難な場合があった。
本発明の目的は、上記の課題を鑑みて、接地形計器用変圧器の設置場所から離れた分電盤で、接地形計器用変圧器を用いずに、単独で自らの地絡の発生を容易に検出する地絡検出装置及び地絡検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る地絡検出装置は、三相交流電源に接続された三相３線式の母線から分岐して負荷に給電する三相３線式のフィーダに一括して取り付けられた零相変流器の出力信号と、三相３線式のフィーダの各相に取り付けられた三相各相の変流器の出力信号との位相差を、位相比較装置を用いて測定することで、地絡が発生しているフィーダを検出する。このとき、位相比較装置を用いて、零相変流器の出力信号と、三相各相の変流器の出力信号との位相差がπ／２ラジアンでないときに地絡が発生していると判断する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、接地形計器用変圧器の設置場所から離れた分電盤で、接地形計器用変圧器を用いずとも単独で自らの地絡の発生を容易に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】低圧負荷のフィーダに零相変流器、各相の変流器、及び位相比較装置を取り付けた構成例を示す図である。
【図２】低圧負荷のフィーダに地絡が発生した状況を示す図である。
【図３】三相交流の波形の例を示す図である。
【図４】位相差について説明するための図である。
【図５】交流送電を用いた大規模な電力システムの構成例を示す図である。
【図６】上記の電力システムにおいて、フィーダに零相変流器、各相の変流器、及び位相比較装置を取り付けた構成例を示す図である。
【図７】上記の電力システムにおいて、フィーダに地絡が発生した状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜実施形態＞
以下に、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
本実施形態では、三相交流電源（ＲＳＴ）に接続された三相３線式の母線から分岐した三相３線式のフィーダの零相変流器（ＺＣＴ）の出力信号と、三相３線式のフィーダの各相に取り付けられた三相各相の変流器（ＣＴ）の出力信号との位相差を、位相比較装置を用いて測定することで、地絡が発生しているフィーダを検出する。
【０００９】
（構成）
図１に示すように、本実施形態に係る地絡検出装置は、零相変流器１と、変流器２と、位相比較装置３とを備える。零相変流器１、変流器２、及び位相比較装置３は、三相交流電源４に接続された三相３線式の母線５から分岐して負荷６に給電する三相３線式のフィーダ７に配置される。
【００１０】
零相変流器１は、三相３線式のフィーダ７に一括して取り付けられ、三相３線式のフィーダ７の零相電流を検出する。本実施形態では、三相交流電源４に対して、３本の母線５が接続されている。また、１本の母線５につき、１本のフィーダ７が分岐している。すなわち、３本の母線５から３本のフィーダ７が分岐している。そして、３本のフィーダ７の全てに対して、１個の零相変流器１が取り付けられている。
【００１１】
変流器２は、三相３線式のフィーダ７の各相に取り付けられ、三相３線式のフィーダ７の各相の負荷電流を検出する。本実施形態では、１本のフィーダ７につき、１個の変流器２が取り付けられている。すなわち、変流器２の数は、フィーダ７の本数と同数である。但し、実際には、１本のフィーダ７につき、複数の変流器２が取り付けられていても良い。すなわち、変流器２の数は、フィーダ７の本数と同数以上でも良い。ここでは、変流器２は、フィーダ７において、零相変流器１の下流側に配置されている。
【００１２】
更に、フィーダ７において、変流器２と負荷６との間に継電器８（リレー）が配置される。ここでは、変流器２の下流側には継電器８が配置されている。例えば、負荷６は、電動機（モータ）や電熱器、照明器具、空調機、その他の電力を消費する機器や設備等である。継電器８は、小電力の入力によって大電力のオン・オフを制御することで、負荷６への給電を制御する。実際には、継電器８は、負荷６との接続・遮断を切り替える開閉器（スイッチ）でも良い。
【００１３】
本実施形態では、１本のフィーダ７につき、１個の零相変流器１と１個の変流器２と１個の継電器８とが取り付けられている。この１個の零相変流器１は、３本のフィーダ７の全てに共通である。１個の変流器２と１個の継電器８とは、フィーダ７ごとに存在する。ここでは、継電器８は、三相各相の変流器２の下流側に配置されている。
位相比較装置３は、零相変流器１と三相各相の変流器２とに接続している。なお、位相比較装置３は、フィーダ７の配線上に無くても良い。例えば、位相比較装置３は、零相変流器１及び三相各相の変流器２と並列に配置されていても良い。位相比較装置３は、零相変流器１の出力信号と三相各相の変流器２の出力信号との位相差を測定することで、地絡が発生しているフィーダを検出する。
【００１４】
図２に示すように、三相交流電源４から給電される各負荷６のいずれかで地絡が発生した場合には、零相変流器１に信号が発生するが、実際に地絡が発生していないフィーダ７では、零相変流器１の出力信号と、三相各相の変流器２の出力信号との位相差がπ／２ラジアンとなる。したがって、位相差がπ／２ラジアンではないフィーダでは、地絡が発生していることになる。
本実施形態では、位相比較装置３は、零相変流器１の出力信号と、三相各相の変流器２の出力信号との位相差がπ／２ラジアン（ｒａｄ）でないときに、地絡が発生していると判断する。位相差の詳細については後述する。
【００１５】
（三相交流の波形）
図３に示すように、三相交流は、１サイクル＝２πラジアンとしたとき、三相各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）が１／３サイクル＝２π／３ラジアンだけ電流又は電圧の位相を互いにずらした３系統の単相交流を組み合わせた交流である。すなわち、三相交流では、電圧と電流の間に２π／３ラジアンだけ位相ずれがある。
【００１６】
（位相差）
図４に示すように、電力には、皮相電力・有効電力・無効電力という３種類がある。皮相電力は、ＶＡ（ボルトアンペア）という単位で表示され、電圧と電流とを単純に掛け合わせた見掛け上の電力である。有効電力は、Ｗ（ワット）という単位で表現され、負荷で実際に消費される電力である。無効電力は、ｖａｒ（バール）という単位で表現され、負荷と電源との間を往復するだけで消費されない電力である。
【００１７】
ここでは、皮相電力はＳ＝（電圧Ｅ）×（入力電流である皮相電流Ｉ）＝ＥＩである。交流で電圧Ｅと電流Ｉの間に位相ずれθがあるとき、皮相電力に対して、有効電力はＰ＝（電圧Ｅ）×（電圧と同相分の電流Ｉｃｏｓθ）＝ＥＩｃｏｓθであり、無効電力はＱ＝（電圧Ｅ）×（電圧とπ／２位相差のある電流Ｉｓｉｎθ）＝ＥＩｓｉｎθである。このとき、電力の消費に伴う電流Ｉｃｏｓθを有効電流と呼び、電力の消費に伴わない電流Ｉｓｉｎθを無効電流と呼ぶ。
【００１８】
フィーダ７に地絡が発生していない場合、零相変流器１を流れる電流は無効電流Ｉｓｉｎθであり、三相各相の変流器２を流れる電流は有効電流Ｉｃｏｓθであるため、位相比較装置３が、零相変流器１の出力信号と三相各相の変流器２の出力信号との位相を比較すると、零相変流器１の出力信号と、三相各相の変流器２の出力信号との位相差はπ／２ラジアンとなる。
【実施例】
【００１９】
実施例として、交流送電を用いた大規模な電力システムについて説明する。
図５に示すように、本実施例に係る電力システムは、複数の事業所１０により構成されている。ここでは、事業所１０として、第１事業所１０ａ、第２事業所１０ｂ、第３事業所１０ｃ、及び第４事業所１０ｄを例示する。
図６に示すように、第１事業所１０ａ、第２事業所１０ｂ、及び第３事業所１０ｃの各々は、上述の零相変流器１と、変流器２と、位相比較装置３とを備える。零相変流器１、変流器２、及び位相比較装置３は、三相交流電源４に接続された三相３線式の母線５から分岐して負荷６に給電する三相３線式のフィーダ７に配置される。零相変流器１、変流器２、及び位相比較装置３については、既に説明したとおりである。
【００２０】
なお、図６では第４事業所１０ｄの表示を省略しているが、第４事業所１０ｄも、基本的に、第１事業所１０ａ、第２事業所１０ｂ、及び第３事業所１０ｃの各々と同様である。
また、第１事業所１０ａ、第２事業所１０ｂ、及び第３事業所１０ｃの各々の位相比較装置３は、総合監視装置９に接続されていても良い。個々の位相比較装置３と総合監視装置９との間の接続回線は専用線であると好ましいが、実際には一般的なネットワークでも良い。また、個々の位相比較装置３と総合監視装置９との間の通信方式は、有線通信でも無線通信でも良い。
【００２１】
総合監視装置９は、複数の位相比較装置３を監視し、個々の位相比較装置３の比較結果を一元的に管理する。そして、個々の位相比較装置３の比較結果から、地絡が発生している事業所１０及びフィーダ７を特定する。
また、総合監視装置９は、個々の位相比較装置３の比較結果同士を比較して、他の位相比較装置３と異なる比較結果を出力している位相比較装置３がある場合、その位相比較装置３がある事業所１０のフィーダ７に地絡が発生していると判断できる。
【００２２】
図７に示すように、例えば第３事業所１０ｃで地絡が発生した場合には、零相変流器１に信号が発生し、位相比較装置３の比較結果において、零相変流器１の出力信号と三相各相の変流器２の出力信号との位相差がπ／２ラジアンでなくなる。
したがって、第３事業所１０ｃでは、総合監視装置９や他の事業所１０に依存することなく、位相比較装置３の比較結果において、零相変流器１の出力信号と三相各相の変流器２の出力信号との位相差がπ／２ラジアンでなくなった時点で、第３事業所１０ｃ内のフィーダ７に地絡が発生していることを知ることができる。すなわち、個々の事業所単位でフィーダ７の地絡の発生を検知することができるようになる。
【００２３】
例えば、事業所１０同士に組織的、経済的な関連がない場合には、他の事業所１０の位相比較装置３の比較結果を利用することができない可能性がある。このような場合において、個々の事業所単位でフィーダ７の地絡の発生を検知することができると、他の事業所１０や電気事業者等に問い合わせることなく、自身のフィーダ７に地絡が発生していること（地絡の原因）をいち早く知ることができる。
【００２４】
一方、フィーダ７に地絡が発生していない第１事業所１０ａ及び第２事業所１０ｂでは、位相比較装置３の比較結果において、零相変流器１の出力信号と三相各相の変流器２の出力信号との位相差はπ／２ラジアンのままである。したがって、総合監視装置９では、位相比較装置３の比較結果における位相差がπ／２ラジアンではない第３事業所１０ｃのフィーダ７に地絡が発生していることが判明する。
【００２５】
（変形例）
個々の位相比較装置３と総合監視装置９との間の接続回線については、母線５やフィーダ７のような電力線を用いて電力線搬送通信（ＰＬＣ）を行うようにしても良い。総合監視装置９は、個々の位相比較装置３から比較結果を取得し、個々の位相比較装置３の比較結果同士を比較して、他の位相比較装置３と異なる比較結果を出力している位相比較装置３がある場合、その位相比較装置３がある事業所１０のフィーダ７に地絡が発生していると判断できる。
【００２６】
また、個々の位相比較装置３と総合監視装置９との間の接続回線として母線５やフィーダ７のような電力線を用いた場合には、地絡が発生した場合、総合監視装置９が位相比較装置３から比較結果を受け取れない場合もあり得る。総合監視装置９は、比較結果を受け取れない位相比較装置３がある場合、その位相比較装置３がある事業所１０のフィーダ７に地絡が発生していると判断できる。
【００２７】
また、総合監視装置９は、個々の位相比較装置３から零相変流器１の出力信号の情報を取得し、個々の零相変流器１の出力信号を比較して、地絡の発生を検出するようにしても良い。例えば、他の零相変流器１と異なる出力信号を出力している零相変流器１がある場合、その零相変流器１がある事業所１０のフィーダ７に地絡が発生していると判断できる。
【００２８】
（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１）本実施形態に係る地絡検出装置及び地絡検出方法では、接地形計器用変圧器を用いることなく、三相交流電源に接続された三相３線式の母線から分岐して負荷に給電する三相３線式のフィーダに一括して取り付けられた零相変流器の出力信号と、三相３線式のフィーダの各相に取り付けられた三相各相の変流器の出力信号との位相差を、位相比較装置を用いて測定することで、地絡が発生しているフィーダを検出する。
【００２９】
これにより、低圧電源の分電盤で各電力負荷のフィーダに取り付けられた零相変流器の出力信号を確認する際、当該負荷のフィーダで接地異常が発生しているのか、若しくは同一母線から給電されている他のフィーダで接地異常が発生しているのかを判断することができる。
また、接地形計器用変圧器の設置場所から離れた分電盤で、接地形計器用変圧器を用いずとも単独で自らの地絡の発生を容易に検出できる。
【００３０】
（２）上記の地絡検出装置及び地絡検出方法では、位相比較装置を用いて、零相変流器の出力信号と、三相各相の変流器の出力信号との位相差がπ／２ラジアンでないときに地絡が発生していると判断する。
実際に地絡が発生していないフィーダでは、零相変流器の出力信号と、三相各相の変流器の出力信号との位相差がπ／２ラジアンとなる。そのため、位相差がπ／２ラジアンではないフィーダでは、地絡が発生していることになる。位相差がπ／２ラジアンではないフィーダを検出することで、地絡が発生しているフィーダを検出することができるようになる。
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１  零相変流器（ＺＣＴ）
２  変流器（ＣＴ）
３  位相比較装置
４  三相交流電源（ＲＳＴ）
５  母線
６  負荷（電動機等）
７  フィーダ（き電線）
８  継電器（リレー）
９  総合監視装置
１０  事業所
１０ａ  第１事業所
１０ｂ  第２事業所
１０ｃ  第３事業所
１０ｄ  第４事業所
【図１】
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【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】
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【図７】
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