高圧受電設備の地絡事故の予知検知技術の研究について

2023.10.5
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0【 レジュメ 】
1. 背景
2. 実証試験について
３．人口地絡試験設備による検証について
４．高圧絶縁監視機能付方向性ＳＯＧ制御装置について
５．参考資料

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1. 背景高圧受電設備の地絡事故の予知検知技術の研究の背景
・高圧受電設備で地絡事故が発生するとＳＯＧ制御装置付過電流ロック形高圧気中開閉器（ＰＡＳ）が動作し、突発的な停電が発生し、大きな損害が発生するため、地絡事故に至る予兆（微地絡）を監視することで地絡事故を未然に防止できる技術開発が望まれていた・万一地絡事故が発生した場合、微地絡を検出した場合の調査・復旧時間を短くするための事故原因特定技術の確立が望まれている

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2２．実証試験について【 システム構成】

過電流ロック形高圧気中開閉器（方向性）
標準品

トレンドデータ▼
事故予兆

地絡状態監視装置
（研究品）

LTE通信

高圧絶縁監視機能付
方向性ＳＯＧ制御装置

波形データ▼
事故原因特定【検出範囲】PASに内蔵されたZCT以降、PAS内部・二次側配線、高圧ケーブル、主遮断装置開閉器類、計器用変成器、変圧器およびコンデンサの一次側まで
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2 ．高圧絶縁監視機能付方向性ＳＯＧ制御装置の検出レベル
SOG制御装置で検出できる地絡レベル及び継続時間よりも、小さい範囲を検出することが可能。

地絡レベル【零相電圧Vo＋零相電流Io】②

SOG制御装置動作領域【地絡方向継電器】

Vo = 2%
Io = 0.200A

高圧絶縁監視機能付方向性
ＳＯＧ制御装置の検出領域【微 地 絡 領 域】
①Vo = 1%
Io = 0.015A① 40ms
Vo : 零相電圧 Io : 零相電流

地絡継続時間② 100ms①：絶縁監視部最小設定②： SOG部最小設定

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２．開閉器と高圧絶縁監視機能付方向性ＳＯＧ制御装置の接続図

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２．地絡状態監視装置でのデータ収集 ①◆トレンドデータ：定期的にVo、Io値を取集することで地絡事故に至る予兆検知技術の確立を目指します
・10分ごとにVo、Ioの平均値、最大値を算出し、60分周期で地絡状態監視サーバへ送信※地絡時には機器電源復帰、あるいは発電機などによる電源供給により未送信データを送信します。

地絡状態監視装置（研究品）
高圧絶縁監視機能付
方向性ＳＯＧ制御装置

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２．地絡状態監視装置でのデータ収集 ②◆地絡・微地絡の波形データ：波形の形により地絡・微地絡の原因特定技術の確立を目指します
・微地絡・地絡検出前後の1.5秒間(前1秒+後0.5秒)のVo、Ioを計測※地絡時には機器電源復帰、あるいは発電機などによる電源供給により未送信データを送信します。

地絡状態監視装置（研究品）
高圧絶縁監視機能付
方向性ＳＯＧ制御装置

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２．現在の実証試験のエリア◆202２年3月～実証試験をスタート
北海道エリア：１箇所（留萌市、受変電設備設置後１０年）
関東エリア ：５箇所
東海エリア ：２箇所
中国エリア ：２箇所

九州エリア ：２３箇所
トータル：３３箇所

設置場所Copyright(C)2023 Togami Electric Mfg. Co., Ltd. All Rights Reserved.

8２．実証試験で得られた地絡・微地絡波形データ ①◆原因：猫接触微地絡発生

地絡発生

0.4秒後
V0Ｉ0

◆原因：鳥接触 微地絡発生

V0Ｉ0

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9２．実証試験で得られた地絡・微地絡波形データ ②◆原因：ケーブル（CVT22：2012年製）の水トリーが原因と推定 微地絡発生

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10２．高圧ケーブルが原因の地絡事故について【高圧ケーブルの水トリー現象】
高圧ケーブルとして架橋ポリエチレンケーブル（CVケーブルなど）が使用されています。この高圧ケーブルの絶縁に使われる架橋ポリエチレンなどに、水と電界の関係で小さな亀裂が発生し樹枝（tree）状に成長する現象を「水トリー」と呼びます。
水トリーには、内部の導体から発生する内導水トリーと外部の半導電層から発生する外導水トリー、絶縁物中に製造過程でできる微小のすき間や混入異物から発生するボウタイ状水トリーと呼ばれるものがあります。この中で、内導水トリーと外導水トリーは、特にケーブルの絶縁性能を大きく低下させ絶縁破壊事故の原因となっています。

【地絡事故の約７割がケーブルで発生】（出典）一般社団法人電気設備学会
平成29年度 電気設備状態監視による点検高度化技術に関わる研究報告書
2018年3月発行P.8 絶縁劣化（地絡）による機器別故
障等発生数◆AIによる微地絡・地絡原因特定システム（研究中）
本システムは、ＡＩを使用することで、高圧受電設備における地絡予兆（微地絡）や地絡事故の原因が「ケーブル」か「ケーブル以外」のどちらに起因するものかを判断することを目指し研究を実施。
結果、人工地絡試験設備での様々な試料データを基に当社AIシステムで判定したところ96％の確率で「ケーブル」か「ケーブル以外」かの判断することができた。
地絡発生箇所の特定により事故原因特定作業の効率化に繋がる。
また、微地絡を監視することで、予防保全として活用でき、突発的な地絡事故を防止できる可能性がある

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３ ．人工地絡試験設備による検証【 目的】

人工地絡試験設備を用いて各種地絡様相を模擬した微地絡・地絡事故を起こし、地絡現象の記録とその時の地絡波形を測定し、地絡様相との関連を調査・分析する。

【 試験機器】①過電流ロック形高圧気中開閉器（PAS）②高圧絶縁監視機能付方向性SOG制御装置（形式：CHZ-E-DO）

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３ ．人工地絡試験設備の構成【人工地絡試験機】

零相電圧（Y1-Z2）
レンジ標準、拡大【波形測定】（Y1-Z2）
レンジ標準、拡大零相電流（Z1-Z2）
レンジ標準、拡大

地絡発生トリガ

微地絡検出トリガ（絶縁監視部）

地絡検出トリガ（SOG部）

地絡状態監視装置
高圧絶縁監視機能付
方向性SOG制御装置（形式：CHZ-E-D）

SOG
開閉器
地絡地点切替スイッチ
電源側

対地静電容量
模擬コンデンサ

地絡試験
・抵抗地絡・ギャップ地絡・ケーブル地絡【操作盤】【試料接続例：ケーブル及び抵抗】

負荷側
地絡発生スイッチ

対地静電容量
模擬コンデンサ

模擬接地抵抗※対地静電容量模擬コンデンサは現場に近い状態を模擬するために使用

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３ ．人工地絡試験【ケーブル地絡発生試験方法】
ケーブルに、Φ0.6の穴を導体まで貫通させ、塩水を少量（約0.01cc～0.1ccの範囲）注入。
同試料で複数回続けて地絡を発生させることで、初期異常～故障異常までの水トリ―による絶縁劣化を模擬。
（ケーブル断面）

注射器により水分注入（塩分約0.03%）

導体

遮へい層

導体

Φ0.6の穴遮へい層

ケーブル試験例
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３．人工地絡試験の波形 ①【 波形：ケーブル】

微地絡：検出 地絡：未検出

Vo信号8,000V/div

Io信号

250A/div

絶縁監視部検出

●考察

100ms

200ms

300ms

400ms

500ms

SOG部未検出

新品・中古ケーブル共に、地絡試験を複数回実施することで、ケーブルの劣化進行(Φ0.6の穴が徐々に拡大)により地絡継続時間が延び、「絶縁監視部」、「SOG部」共に未検出状態から、まず「絶縁監視部」が検出し始めるようになる。
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３ ．人工地絡試験の波形 ②【 波形：ケーブル】

微地絡：検出

地絡：検出

Vo信号

8,000V/div

Io信号

250A/div

絶縁監視部検出
SOG部検出

●考察

100ms

200ms

300ms

400ms

500ms

新品・中古ケーブル共に微地絡から地絡へと推移した結果が見られた。回を重ねて終盤になってくると、「絶縁監視部」、「SOG部」共に検出状態に移行する。また、「SOG部」が検出するような状態でも絶縁抵抗が2,000MΩ以上ある場合があり、アークにより注入した水分が蒸発することで絶縁が回復したことが推測される。
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４．高圧絶縁監視機能付方向性ＳＯＧ制御装置（CHZ形）の概要【 各部説明 】

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４．特長
①PAS内蔵のZCT以降、受変電設備の高圧開閉器類の高圧部分すべての地絡検出②零相電圧(Vo)、零相電流(Io)、位相差(PH)を計測、本体のLCD画面へ表示③微地絡確定時に接点出力が可能(無電圧a接点)➃微地絡検出条件や動作時間を幅広く設定可能⑤微地絡確定時に本装置内へログデータ保存、閲覧が可能(最大100件)⑥収集データは総合管理ソフト(PC)を使用してCSVファイルへ出力可能⑦既設の当社製SOG制御装置と交換可能※当社方向性PAS（KLTー(PA)ーD、KLTーM形）との組合せが可能。
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４．仕様
項目

ＳＯＧ部

絶縁監視部

定格の制御電圧

AC100／110V（変動範囲85～120V）

定格周波数50／60Hz

消費電力

12VA

地絡動作電圧整定値（完全地絡時）地絡動作電流整定値

2-5-7.5-10％

1～10％（1％刻み）（4段階切替）（10段階切替）

0.2-0.3-0.4-0.6A

15-20-25-30-35-40-50-60-7080-90-100-200-300-400-500600mA（4段階切替）（17段階切替）

地絡動作時間整定値
動作位相特性

0.1-0.2-0.3-0.5秒（4段階切替）40-50-60-70-80-90-100-150200-250-300-350-400-450500ms（15段階切替）

遅れ60°±15°～ 進み120°±15°

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５．参考資料
製品評価技術基盤機構（nite）発行 スマート保安技術カタログ（第２版）に当社商品掲載◆令和２年度に経済産業省は、スマート保安官民協議会を設置：niteに事務局設置

目的：経済産業省では、官・民連携して、スマート保安技術の的確な導入促進を行うための取組を進めている。電気保安分野では、スマート保安官民協議会電力安全部会において、スマート保安技術の妥当性確認等を行う仕組みが必要とされたためスマート保安協議会を設置。
・２０２２ 年２月にスマート保安プロモーション委員会に対して「基礎要素の評価技術」として、高圧絶縁監視機能付方向性ＳＯＧ制御装置とＯＵＤ遠隔監視装置を申請
・２０２２年５月２３日にnite会議室で委員会が開催され以下委員により審議が行われ承認された
・２０２２年７月２９日にniteのＨＰ上に、スマート保安カタログ（第２版）として公開（常任委員）中垣委員長（早稲田大学教授）
飯田委員 （東京大学特任准教授）
伊藤委員 （福井大学准教授）
高野委員 （岐阜大学准教授）
小出委員 （株）安全研究所）

OUD
通信端末

※ＯＵＤ遠隔監視装置のサービスのお申し込みは当社ホームページからできます。

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５．参考資料JECA FAIR 2022製品コンクール 関東電気保安協会理事長賞受賞◆システム概要

地絡状態監視装置

本システムは、ＡＩを使用することで、高圧需要家構内における地絡予兆（微地絡）や地絡事故の原因が「ケーブル」か「ケーブル以外」のどちらに起因するものかを判断することができる。地絡発生箇所の特定により事故原因特定作業の効率化に繋がる。
また、微地絡を監視することで、予防保全として活用でき、突発的な地絡事故を防止する。

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株式会社 戸上電機製作所
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住所：佐賀市大財北町１-１ 電話0952-25-4129
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