(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に張架され、短絡発生時に電力供給を遮断する短絡用継電器および地絡発生時に電力供給を遮断する地絡用継電器を接続してある電力送配電線の、各支持体の位置における地絡を表示する表示器において、
短絡電流または地絡電流の磁界を検出する検出コイルに生じた誘導電流を整流する整流回路と、該整流回路の出力を定電流に抑える定電流回路と、該定電流回路の出力により充電される時定数回路と、該時定数回路の両端電圧を検出する電圧レベル検出回路とを有する判別回路部に、該電圧レベル検出回路による検出電圧を動作トリガとする表示部が接続されており、
該時定数回路がＲＣ回路で構成され、その時定数は、該定電流回路の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまで充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでに充電するとその設定電圧に充電される値であることを特徴とする地絡点表示器。
【請求項２】
短絡発生時に電力供給を遮断する短絡用継電器および地絡発生時に電力供給を遮断する地絡用継電器を接続してある電力送配電線の、短絡電流または地絡電流の磁界を検出して誘導電流を生ずる検出コイルと、その誘導電流を整流する整流回路と、該整流回路の出力を定電流に抑える定電流回路と、該定電流回路の出力により充電される時定数回路と、該時定数回路の両端電圧を検出する電圧レベル検出回路とを有し、
該時定数回路がＲＣ回路で構成され、その時定数は、該定電流回路の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまで充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでに充電するとその設定電圧に充電される値であって、
該電圧レベル検出回路が検出する電圧により短絡または地絡を判別することを特徴とする短絡地絡判別回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力送配電線の地絡点を表示する表示器、およびその表示器に使用される短絡と地絡を判別する回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発電所や変電所の間で高電力エネルギを給配電するために、支持体、例えば鉄塔、パンザマスト、コンクリート電柱等に支持されて電力送配電線が張られている。かかる電力送配電線で、電力線に雷撃があると、電力線の電位が大幅に上がり、碍子の絶縁能力を超えて雷サージ電流が電力線から支持体に流れ込む、いわゆる正閃絡が発生する。このような雷撃の予防策として電力線の上部に架空地線が張られているが、張られていない送配電線もある。架空地線の有無に拘わらず、支持体に雷が落ちたときには支持体の電位が大幅に上がり、やはり碍子の絶縁能力を超えると雷サージ電流が電力線に流れ込み、いわゆる逆閃絡が発生する。
【０００３】
このような閃絡で、一旦、放電路が形成されると、その放電路に沿って送配電線から電流が大地に流れ込む地絡故障が発生し、碍子を破損することも多い。また鳥獣が碍子の近傍に来て感電し、地絡故障が発生することもある。
【０００４】
従来、地絡故障の発生した支持体を知るため、例えば特開平１−２８２４７３号公報に、架空地線のある場合には電力線より上部の支持体と同じく下部の支持体とに変流器を取付け、支持体に分流する地絡電流を検出し、架空地線のない場合には電力線より下部に流れる地絡電流を検出し、その出力で微少火薬を発火させて表示体を表示する地絡点表示器が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
同公報に記載の地絡点表示器は、架空地線のある電力送配電線では、地絡故障が発生した支持体だけを表示することが可能である。しかし架空地線のない電力送配電線で、図３（Ａ）に示す送電線１と２の間が短絡し数千アンペアの電流Ｉdが流れる短絡故障が発生すると、検出コイル６に誘起される二次側出力電圧が大きいため、故障点より電源側の支持体に取り付けた地絡点表示器７のすべてが動作してしまい、故障の発生箇所を特定できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記のような従来の地絡点表示器の欠点を解消するためなされたもので、単独の電流センサにより、架空地線の有無に拘わらず短絡電流で誤動作することがなく、正確に地絡故障箇所を検出できる電力送配電線の地絡点表示器およびその表示器に使用される短絡地絡判別回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
電力の送配を司る発電所や変電所には設備保護のため、送配電線に発生する短絡故障があったときに作動する継電器（ブレーカー）と、地絡故障があったときに作動する継電器とが設置されている。通常、短絡故障の電流は地絡故障の電流に比べて大きいため、短絡用継電器は地絡用継電器よりも短時間で作動するようになっている。本発明の発明者はこの点に着目し、前記の目的を達成するための本発明を完成するに至った。本発明を適用する電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路を実施例に対応する図面により説明すると、以下のとおりである。
【０００８】
本発明の地絡点表示器は、支持体４（図３参照）に張架され、短絡発生時に電力供給を遮断する短絡用継電器（不図示）および地絡発生時に電力供給を遮断する地絡用継電器（不図示）を接続してある電力送配電線１・２・３の、各支持体位置における地絡を表示する表示器において、図１に示すように、短絡電流Ｉdまたは地絡電流Ｉeの磁界を検出する検出コイル６に生じた誘導電流を整流する整流回路１１と、整流回路１１の出力を定電流に抑える定電流回路１２と、定電流回路１２の出力により充電される時定数回路１３と、時定数回路１３の両端電圧を検出する電圧レベル検出回路１４とを有する判別回路部１０に、電圧レベル検出回路１４による検出電圧を動作トリガとする表示部７が接続されている。
時定数回路１３がＲＣ回路で構成され、その時定数は、定電流回路１２の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまで充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでに充電するとその設定電圧に充電される値である。
【０００９】
また本発明の短絡地絡判別回路は、図１に示すように、短絡発生時に電力供給を遮断する短絡用継電器および地絡発生時に電力供給を遮断する地絡用継電器を接続してある電力送配電線１・２・３の、短絡電流Ｉdまたは地絡電流Ｉe（図３参照）の磁界を検出して誘導電流を生ずる検出コイル６と、その誘導電流を整流する整流回路１１と、整流回路１１の出力を定電流に抑える定電流回路１２と、定電流回路１２の出力により充電される時定数回路１３と、時定数回路１３の両端電圧を検出する電圧レベル検出回路１４とを有している。
該時定数回路１３がＲＣ回路で構成され、その時定数は、定電流回路１２の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまで充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでに充電するとその設定電圧に充電される値である。
【００１０】
この短絡地絡判別回路の動作は以下のとおりである。短絡があると電力送配電線１と２の間に短絡電流Ｉdが流れ、地絡があると電力送配電線１と支持体４の間に地絡電流Ｉeが流れるから、検出コイル６はこれら短絡電流Ｉdまたは地絡電流Ｉeによる磁界により誘導電流が生ずる。検出コイル６に、短絡による誘導電流を生ずるのは短絡発生から短絡用継電器が遮断するまでの時間で相対的に短く、地絡による誘導電流を生ずるのは地絡発生から地絡用継電器が遮断するまでの時間で長い。この誘導電流は判別回路部１０に流入し、整流回路１１で整流されてから定電流回路１２により一定に抑えられ、時定数回路１３に充電される。このとき短絡による誘導電流は短時間であるから、時定数回路１３に充電される電気量が少ないので両端電圧は低い。地絡による誘導電流は長時間流れるから、時定数回路１３に充電される電気量が多いので、両端電圧は高くなる。この両端電圧を電圧レベル検出回路１４で検出することにより短絡故障と地絡故障の判別をすることができる。
【００１１】
短絡地絡判別回路が上記のとおり動作するので、判別回路部１０に表示部７が接続した本発明の地絡点表示器は、検出コイル６が地絡電流Ｉeの磁界を検出すると、その誘導電流により判別回路部１０が動作して、表示部７が動作する。しかし短絡電流Ｉdの磁界を検出コイル６が検出しても、その誘導電流によっては表示部７が動作しない。したがって地絡電流が流れたときだけ動作することになる。
【００１２】
時定数回路１３は、図２に示すとおり、抵抗２２とコンデンサー２１のＲＣ回路で構成することができる。その時定数は、定電流回路１２の出力により、短絡発生から電力供給が遮断されるまでの時間を充電しても設定電圧まで充電されないが、地絡発生から電力供給が遮断されるまでの時間を充電するとその設定電圧に充電される値であるように、抵抗２２とコンデンサー２１の値を定める。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明を適用する電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路の実施例の全体ブロック図である。図２は同じく地絡点表示器および短絡地絡判別回路の実施例の要部の回路図である。図３は同じく地絡点表示器および短絡地絡判別回路の取り付け状態を示す図である。
【００１５】
図１に示すとおり本発明の短絡地絡判別回路は、検出コイル６に判別回路部１０が接続されている。同じく本発明の地絡点表示器は、検出コイル６に判別回路部１０が接続され、さらに表示部７が接続されている。判別回路部１０には、整流回路１１、定電流回路１２、時定数回路１３、および電圧レベル検出回路１４を有している。
【００１６】
検出コイル６は、図３に示すとおり、支持体４の脚に、地絡電流Ｉeによる磁界を検知できるように取り付けられる。表示部７は、ニクロム線など発熱抵抗体に接して火薬が配置してあり、その火薬が発火したガス圧により、折り畳んで収納されている表示布が広がって垂れ下がるような従来から知られたものである。この表示部７は、同じく支持体４の広範囲な遠方から視認できるような位置に取り付けられる。尚、判別回路部１０は、検出コイル６と表示部７との中間の任意の位置に取り付けることができるが、本例では表示部７に一体化してある。
【００１７】
判別回路部１０の整流回路１１は、従来知られた回路が使用される。同じく定電流回路１２は、図２に示すとおり、定電流ダイオード２０により構成される。このため整流回路１１の出力は波形を有する脈流であるが、整流回路１１の出力レベルが一定以上のところでは、定電流ダイオード２０のカソードから定電流が取り出される。時定数回路１３は、抵抗２２とコンデンサ２１からなるＲＣ回路である。このＲＣ回路の時定数は抵抗２２の抵抗値とコンデンサ２１の容量で定められ、コンデンサ２１が短絡発生から電力供給が遮断されるまでの時間内に設定電圧になるまで充電されず、地絡発生から電力供給が遮断されるまでの時間内に設定電圧になるまで充電される値にする。
【００１８】
電圧レベル検出回路１４は、サイリスタ２４が直列に挿入され、入力側であるアノードとゲートの間は抵抗２５とコンデンサ２６のＲＣ回路で連結されている。サイリスタ２４のゲートはツェナーダイオード２３のカソードが接続されている。このため電圧レベル検出回路１４に入力し抵抗２５を介してツェナーダイオード２３に加えられる電圧が、ツェナー電圧より低く維持されれば、ツェナーダイオード２３は遮断状態でサイリスタ２４のゲート電圧は降下しないから、サイリスタ２４はオフを維持する。同様にしてツェナーダイオード２３に加えられる電圧が、ツェナー電圧より高くなると、ツェナーダイオード２３は導通するから、抵抗２５によりサイリスタ２４のゲート電圧は降下してサイリスタ２４はオンとなる。したがってツェナーダイオード２３のツェナー電圧と抵抗２５の値は、電圧レベル検出回路１４の動作電圧を決定することになる。
【００１９】
上記した図１および図２に示す短絡地絡判別回路は、以下のように動作する。
【００２０】
短絡があると電力送配電線１と２の間に短絡電流Ｉdが流れる。検出コイル６は地絡電流Ｉeの磁界を検知できるように取り付けられてはいるが、短絡電流Ｉdの磁界も検出してしまい誘導電流を生ずる。この誘導電流は整流回路１１で整流されてから定電流ダイオード２０により一定電流以下となり、コンデンサ２１に蓄えられる。このとき短絡による誘導電流は短時間であるから、コンデンサ２１と抵抗２２の時定数により抵抗２２の両端電圧、すなわち電圧レベル検出回路１４に入力する電圧は低い。入力電圧が低いと、ツェナーダイオード２３は遮断状態のままであるから、サイリスタ２４はオフとなっており、電圧レベル検出回路１４から出力がない。
【００２１】
一方、地絡があると電力送配電線１と支持体４の間に地絡電流Ｉeが流れ、これによる磁界を検出してコイル６に誘導電流が生ずる。この誘導電流は整流回路１１で整流されてから定電流ダイオード２０により一定電流以下となり、コンデンサ２１に蓄えられる。このとき地絡による誘導電流は長時間であるから、コンデンサ２１と抵抗２２の時定数により抵抗２２の両端電圧、すなわち電圧レベル検出回路１４に入力する電圧は高い。入力電圧が高いと、ツェナーダイオード２３は導通するから、サイリスタ２４はオンとなって、電圧レベル検出回路１４から出力が得られる。このように短絡地絡判別回路は、地絡があると電圧レベル検出回路１４から出力が得られるが、短絡があっても前記のように出力がないので短絡と地絡の判別ができることになる。
【００２２】
上記した検出コイル６に判別回路部１０が接続された短絡地絡判別回路に、さらに表示部７が接続されている地絡点表示器は、短絡があっても電圧レベル検出回路１４から出力がないので、表示部７は動作しない。地絡があると電圧レベル検出回路１４から出力があるから、表示部７の発熱抵抗体に電流が流れて発熱し、火薬が発火しそのガス圧により、折り畳んで収納されている表示布が広がって垂れ下がり、広範囲な遠方からでも地絡があった支持体４を視認できる。
【００２３】
上記した構成の短絡地絡判別回路は、検出コイル６で検出した電流値が定電流回路１２で一定電流以下に抑えられて、短絡用継電器が遮断するまでの時間よりも、地絡発生から電圧レベル検出回路１４から出力が得られるまでの時間を長くできる。すなわち図４に示すように、検出コイル６が検出した電流値に対して、定電流回路１２のある短絡地絡判別回路の作動（実線示）の不感帯の時間Ｔ1を、短絡用継電器の作動時間Ｔ0より長くしかも一定にできる。したがって、短絡によって誤動作することがない。仮に定電流回路１２がない短絡地絡判別回路についてみると、その作動（点線示）の不感帯の時間Ｔ2は短絡用継電器の動作より短く、短絡によって誤動作する可能性がある。
【００２４】
判別回路部１０の動作確認のため、図５に示す試験回路で試験した。試験回路は、交流電源ＡＣにスライドレギュレーター２７およびステップダウントランス２９が接続され、その出力にスイッチ２８、電流計３０を経て継電器３１が接続され閉回路になっている。その閉回路部分に検出コイル６が取り付けられ、継電器３１が接続されている。検出コイル６の出力はオシロスコープ３２に接続される一方で判別回路部１０に接続され、判別回路部１０の出力が同じくオシロスコープ３２に接続されている。前記のように、送配電線における短絡電流は地絡電流に比べて大きいため、短絡用継電器は地絡用継電器よりも短時間で作動するようになっているので、短絡電流を模擬して試験する場合の継電器３１は遮断動作時間が１００ｍｓのものを取り付け、地絡電流を模擬して試験する場合の継電器３１は遮断動作時間が３００ｍｓのものを取り付ける。
【００２５】
この試験回路で、先ず地絡の模擬電流について試験した。回路から継電器３１を外して短絡しておき、電流計３０が１０Ａ、１００Ａ、２００Ａになる電圧をスライドレギュレーター２７に記しておく。遮断動作時間が３００ｍｓの継電器３１を繋ぎ、スライドレギュレーター２７を通電電流が１０Ａになる位置に設定してからスイッチ２８を入れると、検出コイル６の出力および判別回路部１０の出力がオシロスコープ３２に表示される。このときの検出コイル６の出力時間はスイッチ２８を入れてから３００ｍｓ（継電器３１の遮断動作時間に同じ）であったが、判別回路部１０の出力はスイッチ２８を入れてから２００ｍｓ後に信号が現れた。同様に通電電流が１００Ａ、２００Ａについて調べたところ判別回路部１０の出力時間はともに１５０ｍｓとなった。
【００２６】
同様に短絡の模擬電流について試験した。遮断動作時間が１００ｍｓの継電器３１を繋ぎ、スライドレギュレーター２７を通電電流が５０Ａ、１００Ａ、２００Ａ、３００Ａについて調べた。検出コイル６の出力時間はスイッチ２８を入れてから１００ｍｓ（この時間で継電器３１が遮断）で、一方、判別回路部１０の出力は現れなかった。
【００２７】
上記の各試験からわかるように、地絡を模擬した電流を通電した場合、確実に判別回路部１０は動作し、動作に１５０ｍｓ以上の時間が必要なことがわかった。また短絡を模擬した電流を通電した場合、通電電流値が大きくても通電時間が短いため、判別回路部１０は動作せず、継電器３１が先に通電電流を遮断していることがわかった。
【００２８】
尚、前記した本発明の地絡点表示器の実施例では、電圧レベル検出回路１４は一定レベル以上の電圧を検出したとき導通するスイッチ回路となる構成で、検出コイル６の誘導電流を由来とし時定数回路１３に蓄えられたエネルギーがそのスイッチ回路を通って表示部７に供給される。すなわち電圧レベル検出回路１４の検出電圧は、動作トリガとして機能するとともに動作電圧そのものでもある。しかし、別途に独立の動作電源を設け、電圧レベル検出回路１４の検出電圧は信号としての動作トリガ機能をだけ持たせ、そのトリガ信号により動作電源からのエネルギーを表示部７に供給する構成でも実施できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明を適用した電力送配電線の地絡点表示器は、装置がコンパクトかつ安価であるとともに、短絡故障で誤動作することがないので、確実かつ正確に地絡箇所を表示することができる。
【００３０】
また本発明を適用した電力送配電線の短絡地絡判別回路は、単独の電流センサにより、架空地線の有無に拘わらず短絡と地絡を判別することができ、誤判別することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路の実施例の全体ブロック図である。
【図２】本発明を適用する電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路の実施例の要部の回路図である。
【図３】電力送配電線の地絡点表示器および短絡地絡判別回路の取り付け状態を示す図である。
【図４】本発明を適用する電力送配電線の短絡地絡判別回路の作動時間を説明する図である。
【図５】本発明を適用する電力送配電線の短絡地絡判別回路の作動を試験する回路図である。
【符号の説明】
１・２・３は電力送配電線、４は支持体、６は検出コイル、７は表示部、１０は判別回路部、１１は整流回路、１２は定電流回路、１３は時定数回路、１４電圧レベル検出回路、２０は定電流ダイオード、２１はコンデンサ、２２は抵抗、２３はツェナーダイオード、２４はサイリスタ、２５は抵抗、２６はコンデンサ、２７はスライドレギュレーター、２８はスイッチ、２９はステップダウントランス、３０は電流計、３１は継電器、３２はオシロスコープ、Ｉdは短絡電流、Ｉeは地絡電流、Ｔ0・Ｔ1・Ｔ2は作動までの不感帯の時間である。
【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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