(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変電所構内に埋設された接地マットと基準電極間に生ずる電位差により地絡過電圧継電器を作動させ、直流き電線における地絡事故が変電所構内で発生したか否かを検出する地絡事故判定用基準電極の施工方法であって、
変電所から離れた位置に電流極を埋設し、該電流極と変電所構内に埋設された接地マット間に所定の電流を流して変電所構内の各地点における電位分布を測定し、接地マットの電位上昇による影響が小さい地点を探索して基準電極打設地点を設定し、
上記基準電極打設地点に、上記基準電極となる電極棒を打ち込み工法により打ち込みながら上記電極棒と接地マット間の電位差を測定し、
上記接地マットと上記電極棒の電位差が所定の値以上となる深さまで上記電極棒を打ち込む
ことを特徴とする地絡事故判定用基準電極の施工方法。
【請求項２】
変電所構内に埋設された接地マットと基準電極間に生ずる電位差により地絡過電圧継電器を作動させ、直流き電線における地絡事故が変電所構内で発生したか否かを検出する地絡事故判定用基準電極であって、
上記基準電極は、その先端から所定長さの部分を除き絶縁筒内に嵌入され、変電所構内で直流き電線に地絡事故が発生したとき、接地マットとの電位差が所定の値以上となる深さに埋設され、その上端に防水用のキャップが取り付けられ、基準電極と絶縁筒間の上端から所定長さの部分に絶縁材が注入されている
ことを特徴とする地絡事故判定用基準電極。
【請求項３】
変電所構内に埋設された接地マットと基準電極間に生ずる電位差により地絡過電圧継電器を作動させ、直流き電線における地絡事故が変電所構内で発生したか否かを検出する地絡事故判定用基準電極であって、
上記基準電極は、変電所構内で直流き電線に地絡事故が発生したとき接地マットとの電位差が所定の値以上となる深さに埋設され、その先端から所定長さの部分を除き絶縁コーティングが施されている
ことを特徴とする地絡事故判定用基準電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流き電回路において、地絡事故が変電所構内で発生したか否かの判定に使用される地絡事故判定用基準電極の施工方法および地絡事故判定用基準電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流き電回路において直流地絡事故が発生した場合、地絡事故箇所を遮断する等の事故処理を早急に行う必要がある。このため従来においては図８に示すようにして地絡事故を検出していた。
図８において、１０は鉄道変電所であり、変電所１０から例えば１５００Ｖの直流電圧が架線１１に給電される。変電所１０の構内には接地マット１が埋設されており、接地マット１とレール１２の間に地絡過電圧継電器２が接続されている。
【０００３】
同図において、変電所構内で直流地絡事故が発生すると、接地マット１に地絡電流と接地マット抵抗に依存した電位上昇が生ずる。一方、レール１２は基準電位に保たれているため、接地マット１とレール１２の間に電位差が生じる。この電位差により地絡過電圧継電器２が作動し、地絡事故が発生したことが検出される。
また、変電所構外で直流地絡事故が発生した場合には、地絡電流によりレール１２の電位が下降する。このとき接地マット１は基準電位に保たれているため、レール１２と接地マット１との間に電位差が生ずる。この電位差により変電所構内で地絡事故が発生した場合と同様、地絡過電圧継電器２が作動し、地絡事故が発生したことが検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示したものにおいては、地絡箇所が変電所構内、変電所構外のいずれの場合にも地絡過電圧継電器２が作動する。このため、地絡箇所が変電所構外であるのか変電所構内であるのか特定できず、事故の復旧に手間取るという問題があった。
上記問題を解決するため種々検討した結果、変電所構内で発生した地絡事故により接地マット１の電位が上昇しても、その影響を比較的受けない位置／深さに基準電極を埋設し、接地マット１と当該基準電極間の電位差を検出すれば、変電所構内で地絡事故が発生したか否かを判定できることが明らかになった。
本発明は上記した事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、地絡事故が変電所構内で発生したか否かを判定するために使用される上記基準電極を設置するための施工方法およびそのための基準電極を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を本発明においては、次のように解決する。
（１）変電所構内に埋設された接地マットと基準電極間に生ずる電位差により地絡過電圧継電器を作動させ、直流き電線における地絡事故が変電所構内で発生したか否かを検出する地絡事故判定用基準電極を施工するに際し、変電所から離れた位置に電流極を埋設し、該電流極と変電所構内に埋設された接地マット間に所定の電流を流して変電所構内の各地点における電位分布を測定し、接地マットの電位上昇による影響が小さい地点を探索して基準電極打設地点を設定する。そして、上記基準電極打設地点に、上記基準電極となる電極棒を打ち込み工法により打ち込みながら上記電極棒と接地マット間の電位差を測定し、上記接地マットと上記電極棒の電位差が所定の値以上となる深さまで上記電極棒を打ち込む。
（２）上記（１）における基準電極として、その先端から所定長さの部分を除き絶縁筒内に嵌入され、その上端に防水用のキャップが取り付けられ、基準電極と絶縁筒間の上端から所定長さの部分に絶縁材が注入されたものを使用する。
（３）上記（１）における基準電極として、その先端から所定長さの部分を除き絶縁コーティングが施されているものを使用する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の前提となる地絡事故判定方法を説明する図である。同図において、１は変電所構内に埋設された接地マットであり、接地マット１とレール１２の間には、前記図８に示したように地絡過電圧継電器２が接続されている。
また、変電所構内には、変電所構内で発生した地絡事故による接地マットの電位上昇の影響を受けない位置／深さに基準電極３が打設されており、基準電極３と接地マット１の間には地絡過電圧継電器４が接続されている。
【０００７】
図１において、変電所構内で地絡事故が発生すると、地絡電流と接地マット抵抗に依存して接地マット１の電位が上昇する。一方、基準電極３は接地マット１の電位上昇の影響を受けない位置／深さに打設されているため、変電所構内で地絡事故が発生すると、基準電極３と接地マット１との電位差は継電器の動作電圧以上となる。
このため、地絡過電圧継電器４が作動する。また、この場合にはレール１２の電位もほぼ０であるため、接地マット１とレール１２の間に電位差が発生し、地絡過電圧継電器２が作動する。
すなわち、変電所構内で地絡事故が発生した場合には、地絡過電圧継電器２と地絡過電圧継電器４の両方が作動する。
【０００８】
また、変電所構外で地絡事故が発生した場合には、接地マット１の電位は変動せず、レール１２の電位のみが変動するため、前記図８で説明したように地絡過電圧継電器２が作動する。この場合には接地マット１の電位が変動しないため、地絡過電圧継電器４は作動しない。
すなわち、変電所構外で地絡事故が発生した場合には、地絡過電圧継電器２のみが動作することとなる。
以上の方法によれば、地絡過電圧継電器２，４の作動状態により地絡事故が変電所構外で発生したのか、変電所構内で発生したのかを判定することができ、早急に事故処理を行うことができる。
【０００９】
上記方法により地絡事故の発生箇所を判定するためには、基準電極を接地マットの電位上昇の影響を受けない位置／深さに設置する必要がある。しかし、通常接地マット１の電圧上昇に伴い接地マット１の近辺の大地の電位も上昇する。
図２は接地マット１の電位が上昇した場合の周辺の大地の電位分布の典型例を示す図であり、同図（ａ）は水平方向の電位分布を示し、同図（ｂ）は深さ方向の電位分布を示している。同図に示すように、接地マットからの水平方向の距離が大きくなる程、電位は低下し、また垂直方向の距離が大きくなる程、電位は低下する。
【００１０】
変電所構内での地絡事故時に図１に示した地絡過電圧継電器４を作動させるためには、接地マット１と基準電極３の間に所定の電位差（例えば５０Ｖ程度）が生ずることが必要であり、地絡過電圧継電器４を確実に作動させる電圧をＶ１とすると、図２にから明らかなように接地マット１から水平距離でａ（ｍ）、垂直距離でｂ（ｍ）以上離れた位置に基準電極３を設置する必要がある。
しかし、敷地の狭い変電所では、接地マットの電位上昇の影響を受けないだけの水平隔離を図ることは難しく、通常は垂直方向で隔離することとなる。
【００１１】
垂直方向への接地隔離をするためには通常ボーリング工法が用いられる。ボーリング工法とは、ボーリング機械により地下深部まで堀孔された孔内に接地電極を孔底まで挿入して孔壁と接地電極の空隙部分に充填材を注入し、電極と土壌との電気的接続を確保し目標接地抵抗を取得する方法である。
上記ボーリング工法は、ボーリング機械により地下深部まで堀孔するため非常にコストがかかる。
また、大地抵抗率は変電所の立地位置の地質、地下埋設物の状況などにより左右され、接地マットとの所定の電位差を確保できる接地電極の埋設深さを一義的に定めることは難しく、また、ボーリング掘削孔を用いて接地電極を埋設する場合には電位差を測定しながらボーリング深さを設定することはできない。
【００１２】
このため、ボーリング掘削孔を用いて接地電極を埋設する場合には、接地マットとの所定の電位差を確実に確保できる深さまで掘削し、基準電極を埋設する必要があり、このため必要以上の深さまで掘削することとなる。
以上のようにボーリング掘削による基準電極の埋設は非常にコストがかかり、また、必要以上の深さまで掘削する必要が生ずる。
そこで、本発明においては、簡易で安価な打ち込み工法により基準電極を埋設する方法を採用した。
【００１３】
次に本発明で使用される基準電極および基準電極を打設するための施工方法にについて説明する。
まず、本発明で使用される基準電極の構成について説明する。
図３は本発明で使用される基準電極の第１の構成例を示す図であり、同図は地下に埋設された状態を示している。
同図において、３ａは溶融亜鉛メッキ鋼等で形成された先端電極であり、先端電極３ａには、埋設深さに応じて継ぎ足し接続される溶融亜鉛メッキ鋼等で形成されたステップアース３ｂが接続されている。ステップアース３ｂの上端には同じく溶融亜鉛メッキ鋼等で形成されたリードキャップ３ｃが接続され、リードキャップ３ｃには絶縁電線３ｄが接続されている。
【００１４】
また、上記先端電極３ａ、ステップアース３ｂ、リードキャップ３ｃは塩化ビニール樹脂等の絶縁材で形成された絶縁筒（シールド）３ｅ内に収納され、絶縁筒３ｅの上端には塩化ビニール樹脂等の絶縁材で形成されたキャップ３ｇが取り付けられており、キャップ３ｇを絶縁電線３ｄが貫通している。
絶縁筒３ｅの上側部分とステップアース３ｂ、リードキャップ３ｃの間には上部から水の侵入を防ぐためのシリコンゴム等からなる絶縁材３ｆが注入されており、さらに、キャップ３ｇの絶縁電線３ｄの貫通孔付近に防水のためのシコリンゴム等からなる絶縁材３ｈで封止されている。
【００１５】
図４は本発明で使用される基準電極４の第２の構成例を示す図であり、同図は地下に埋設された状態を示している。
同図において、３ａは溶融亜鉛メッキ鋼等で形成された先端電極であり、先端電極３ａには、埋設深さに応じて継ぎ足し接続される溶融亜鉛メッキ鋼等で形成されたステップアース３ｂ，３ｂ’が接続されている。ステップアース３ｂ’の上端には同じく溶融亜鉛メッキ鋼等で形成されたリードキャップ３ｃが接続されており、リードキャップ３ｃには絶縁電線３ｄが接続されている。
ステップアース３ｂ’、リードキャップ３ｃには変成飽和ポリエステル等からなる絶縁材３ｉが１５００Ｖ以上の耐圧を確保できる厚さにコーティングされている。
【００１６】
上記基準電極の設置は次のように行われる。なお、以下では主として図３に示した基準電極３を打設する場合について説明する。
（１）基準電極打設箇所の調査
図５に示すように、変電所から所定距離Ａ（例えば１５０〜２００ｍ程度）離れた位置に基準となる電位極２１を設置し、接地マット１と電位極２１の間に第１の電圧計２２を接続する。また、電位分布測定用電極２３と上記電位極２１の間に第２の電圧計２４を接続する。
さらに変電所から所定距離Ｂ（例えば上記と同様１５０〜２００ｍ程度）離れた位置に電流極２５を設置して、変電所構内に埋設された接地マット１と電流極２５の間に電源２６を接続し、電源２６から電流を流し、接地マット１の電圧を上昇させる。
そして、変電所構内の各地点において、上記電位分布測定用電極２３を一定の深さに埋設し、上記電圧計２４により地表面の電位分布を測定する。得られた電位分布と地下埋設物等の状況から、接地マット１の電位上昇の影響を比較的受けない位置を選定し、基準電極の打設位置とする。
【００１７】
（２）電極の打設
まず、図６（ａ）に示すように、地表面より所定の深さの穴を堀り、基準電極の先端電極３ａにアタッチメント３０ｃを取り付け、打ち込み機３０にセットして打ち込みを開始する。
打ち込み機３０は、モータ等の駆動手段を備え、打ち込み機本体３０ａの中心部に挿入されたガイドレール３０ｂに沿って自力で上昇した後、自重で落下する動作を繰り返し接地棒等を打ち込む装置であり、本実施例の基準電極を打ち込むに十分の打撃性能を備えている。
【００１８】
上記打ち込みによりアタッチメント３０ｃが穴底に達したら打ち込みを終了し、図６（ｂ）に示すようにステップアース３ｂを継ぎ足し、塩化ビニール樹脂等で形成された絶縁筒（シールド）３ｅを被せる。
以上のように、ステップアース３ｂと絶縁筒３ｅを継ぎ足しながら、打ち込み機３０により電極を打ち込んでいく。基準電極の電位差は、ステップアース１本当たりの長さ（例えば１．３ｍ）間隔で確認し、目標電位差が確保できない場合には、ステップアース３ｂを継ぎ足して順次打設深度を増加していく。絶縁筒３ｅの接続部は、専用の継ぎ手を使用し速乾性接着材で完全密閉する。
【００１９】
（３）基準電極の施工
目標電位差が取得できたら、接地抵抗が１００Ω以下を満足するまで電極のみの打ち込みを行い、目標接地抵抗を満足する長さだけ電極が露出するように絶縁筒３ｅを上げる。そのとき、電位差の再確認と基準電極の接地抵抗を測定する。
電位差と接地抵抗が所望の要件を満足したら、図７（ａ）に示すように掘削穴と電極の間を砂締めし、余った絶縁筒３ｅを切り取る。また、ステップアース３ｂの上端にリードキャップ３ｃを接続する。
【００２０】
（４）基準電極上部の絶縁
絶縁筒３ｅと電極間にシリコンゴム等の絶縁材３ｆを注入する。また、図７（ｂ）に示すように、絶縁筒３ｅの上部に塩化ビニール樹脂等から形成されるキャップ３ｇを被せ、絶縁筒３ｅとキャップ３ｇの間を十分な接着剤を用いて密封する。また、絶縁電線３ｄの立ち上げ部もシリコンゴム等の絶縁材３ｈで封止する。
【００２１】
上記説明は、図３に示した基準電極を施工する場合であるが、図４に示す基準電極を打設する場合も同様に行うことができる。但し図４に示す基準電極を用いる場合には絶縁筒（シールド）３ｅを使用しないので、上記工程において、絶縁筒３ｅを被せる工程、シリコンゴム等の絶縁材３ｆを注入する工程、および、塩化ビニール樹脂等から形成されるキャップ３ｇを被せて電極上部を封止する工程が不要であり、より簡単に施工することができる。しかし、ステップアース３ｂ’を接続する際には、つなぎ目部分の外周をシリコンゴム等の絶縁材等により密封する必要がある。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）変電所構内での地絡事故時に接地マットに生ずる電位と十分な電位差が確保できる深さに基準電位点となる基準電極を打設し、該基準電極と変電所構内に埋設された接地マット間に地絡過電圧継電器を接続し、上記地絡過電圧継電器作動したとき、変電所構内で地絡事故が発生したと判定するようにしたので、地絡事故が変電所構内で発生したのか、変電所構外で発生したのかを判別することが可能となり、事故処理を迅速に行うことが可能となる。
（２）電極棒と接地マット間の電位差を測定しながら、基準電極となる電極棒を打ち込み工法により打ち込み、接地マットと上記電極棒の電位差が所定の値以上となる深さまで上記電極棒を打ち込むようにしたので、ボーリング工法のようにコストを掛けることなく、簡易でかつ安価に地絡事故判定用基準電極を施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる地絡事故の判定方法を説明する図である。
【図２】接地マットの電位が上昇した場合の周辺の大地の電位分布を示す図である。
【図３】本発明で使用される基準電極の第１の構成例を示す図である。
【図４】本発明で使用される基準電極の第２の構成例を示す図である。
【図５】基準電極打設箇所の調査方法を説明する図である。
【図６】打ち込み機による電極の打ち込みを説明する図である。
【図７】基準電極の施工および上部の絶縁を説明する図である。
【図８】従来の地絡事故の検出方法を説明する図である。
【符号の説明】
１          接地マット
２，４      地絡過電圧継電器
３          基準電極
３ａ        先端電極
３ｂ，３ｂ’ステップアース
３ｃ        リードキャップ
３ｄ        絶縁電線
３ｅ        絶縁筒（シールド）
３ｆ，３ｈ  絶縁材
３ｇ        キャップ
１２        レール
【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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【図８】
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