JP3028093B2 - 系統故障電流検出装置 - Google Patents
系統故障電流検出装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば商用電源
系と自家発電系とのようなそれぞれ１または複数の発電
装置と多数の負荷とを有する電力系統間、または電源系
統と負荷系統との間のように、２つの系統間を、各相毎
に、単相整流ブリッジ回路と直流リアクトルとを備えて
構成される高速限流遮断装置によって連系させるように
した系統に好適に適用され、前記高速限流遮断装置を有
効に機能させるために系統故障を速やかに検出するため
の装置に関する。
系と自家発電系とのようなそれぞれ１または複数の発電
装置と多数の負荷とを有する電力系統間、または電源系
統と負荷系統との間のように、２つの系統間を、各相毎
に、単相整流ブリッジ回路と直流リアクトルとを備えて
構成される高速限流遮断装置によって連系させるように
した系統に好適に適用され、前記高速限流遮断装置を有
効に機能させるために系統故障を速やかに検出するため
の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】前記２つの系統間の連系運転を行うにあ
たって、従来から、連系点に機械的遮断器やサイリスタ
遮断器などの遮断器を設置しておき、ＣＴ（電流変成
器）で検出した連系電流から、過電流継電器によって、
故障による所定量以上の連系電流の増加が検出される
と、前記遮断器を開放するように構成されている。ま
た、自家発電系の電圧をＰＴ（電圧変成器）で検出し、
その検出結果が所定値以下となると、不足電圧継電器が
故障を検出し、前記遮断器を開放するように構成される
こともある。
たって、従来から、連系点に機械的遮断器やサイリスタ
遮断器などの遮断器を設置しておき、ＣＴ（電流変成
器）で検出した連系電流から、過電流継電器によって、
故障による所定量以上の連系電流の増加が検出される
と、前記遮断器を開放するように構成されている。ま
た、自家発電系の電圧をＰＴ（電圧変成器）で検出し、
その検出結果が所定値以下となると、不足電圧継電器が
故障を検出し、前記遮断器を開放するように構成される
こともある。
【０００３】しかしながら、たとえば交流電圧低下を検
出する前記不足電圧継電器では、理論的に、故障検出に
半サイクル、たとえば系統周波数を５０Ｈｚとすると１
０ｍｓｅｃを要し、したがって前記過電流継電器や該不
足電圧継電器は、本発明を適用しようとする前記高速限
流遮断装置で要求される数ｍｓｅｃ程度内での故障検出
が困難である。
出する前記不足電圧継電器では、理論的に、故障検出に
半サイクル、たとえば系統周波数を５０Ｈｚとすると１
０ｍｓｅｃを要し、したがって前記過電流継電器や該不
足電圧継電器は、本発明を適用しようとする前記高速限
流遮断装置で要求される数ｍｓｅｃ程度内での故障検出
が困難である。
【０００４】一方、故障検出を前記過電流継電器や不足
電圧継電器よりも速やかに行うことができる継電器とし
て、瞬時値型の過電流継電器が挙げられる。
電圧継電器よりも速やかに行うことができる継電器とし
て、瞬時値型の過電流継電器が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
らの継電器では、限流作用を考慮しておらず、該限流作
用によって故障電流と定格通電電流との差が小さくな
り、故障検出の不可能な場合がある。
らの継電器では、限流作用を考慮しておらず、該限流作
用によって故障電流と定格通電電流との差が小さくな
り、故障検出の不可能な場合がある。
【０００６】たとえば自家発電系では、短絡電流は定格
通電電流の５倍を下回らない。したがって、誤動作防止
のための裕度を考慮して、経験的には、故障検出レベル
は定格通電電流の１．５倍程度に設定されている。
通電電流の５倍を下回らない。したがって、誤動作防止
のための裕度を考慮して、経験的には、故障検出レベル
は定格通電電流の１．５倍程度に設定されている。
【０００７】これに対して、前記限流作用によって、故
障電流は、たとえば１／２に限流され、さらに瞬時電圧
低下対策のためには、たとえば定格電圧の５０％の電圧
低下を検出する必要があり、合わせて１／４のレベルの
故障電流から、故障検出を行わなければならない。この
ため、限流作用および瞬時電圧低下対策のために、前記
高速限流遮断装置では、故障検出レベルを、定格通電電
流に対して、僅か５／４＝１．２５倍程度に設定する必
要がある。
障電流は、たとえば１／２に限流され、さらに瞬時電圧
低下対策のためには、たとえば定格電圧の５０％の電圧
低下を検出する必要があり、合わせて１／４のレベルの
故障電流から、故障検出を行わなければならない。この
ため、限流作用および瞬時電圧低下対策のために、前記
高速限流遮断装置では、故障検出レベルを、定格通電電
流に対して、僅か５／４＝１．２５倍程度に設定する必
要がある。
【０００８】ここで、定格通電電流の１倍までは故障発
生を判定せず、１倍を超えた時点で故障が発生している
と判定するように構成した場合、図８で示すように、定
格通電電流の前記１．２５倍の振幅の電流が、判定閾値
を超えるまでの時間ｔは、５０Ｈｚで、 ｔ＝ｓｉｎ-1（１／１．２５）×｛１０００／（５０×２×π）｝ ＝２．９５（ｍｓｅｃ） となる。また、６０Ｈｚでは、２．４６ｍｓｅｃとな
る。
生を判定せず、１倍を超えた時点で故障が発生している
と判定するように構成した場合、図８で示すように、定
格通電電流の前記１．２５倍の振幅の電流が、判定閾値
を超えるまでの時間ｔは、５０Ｈｚで、 ｔ＝ｓｉｎ-1（１／１．２５）×｛１０００／（５０×２×π）｝ ＝２．９５（ｍｓｅｃ） となる。また、６０Ｈｚでは、２．４６ｍｓｅｃとな
る。
【０００９】したがって、検出時間は、前記自家発電系
の発電機を保護することができる理想の検出時間（２ｍ
ｓｅｃ程度）よりも長く、故障発生タイミングによって
は、第１相目の遮断に間に合わず、該第１相目の遮断が
次のサイクルになってしまうという問題がある。
の発電機を保護することができる理想の検出時間（２ｍ
ｓｅｃ程度）よりも長く、故障発生タイミングによって
は、第１相目の遮断に間に合わず、該第１相目の遮断が
次のサイクルになってしまうという問題がある。
【００１０】また、前記ＣＴによる検出の場合、常時、
定格電流相当の出力があり、この微分値を用いると、立
上がりは速くなるけれども、同時にノイズも拡大するの
で、故障発生時のＳ／Ｎが悪くなるという問題がある。
定格電流相当の出力があり、この微分値を用いると、立
上がりは速くなるけれども、同時にノイズも拡大するの
で、故障発生時のＳ／Ｎが悪くなるという問題がある。
【００１１】本発明の目的は、高速かつ正確に系統故障
を検出することができる系統故障電流検出装置を提供す
ることである。
を検出することができる系統故障電流検出装置を提供す
ることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る系
統故障電流検出装置は、各相毎に、単相整流ブリッジ回
路の直流端子間に限流用の直流リアクトルを接続して構
成される高速限流遮断装置を系統間の連系に用いるよう
にした系統に適用される系統故障電流検出装置であっ
て、交流の連系電流に対して、前記単相整流ブリッジ回
路で整流されて前記直流リアクトルを流れる直流電流の
過渡的な変化を該直流リアクトルの端子間電圧から検出
する検出手段と、定常時は略零である前記検出手段の検
出結果が、前記過渡的な変化によって予め定める値以上
となると、系統に故障が発生していると判定する判定手
段とを含むことを特徴とする。
統故障電流検出装置は、各相毎に、単相整流ブリッジ回
路の直流端子間に限流用の直流リアクトルを接続して構
成される高速限流遮断装置を系統間の連系に用いるよう
にした系統に適用される系統故障電流検出装置であっ
て、交流の連系電流に対して、前記単相整流ブリッジ回
路で整流されて前記直流リアクトルを流れる直流電流の
過渡的な変化を該直流リアクトルの端子間電圧から検出
する検出手段と、定常時は略零である前記検出手段の検
出結果が、前記過渡的な変化によって予め定める値以上
となると、系統に故障が発生していると判定する判定手
段とを含むことを特徴とする。
【００１３】上記の構成によれば、直流リアクトルに
は、直流電流が流れており、したがってω＝０から、該
直流リアクトルの端子間電圧は０（ＶDCL ＝Ｌ（ｄｉ
DCL ／ｄｔ）≒０）となっている。故障が発生し、それ
まで直流リアクトルに流れていた直流電流ｉDCL 以上の
波高値の交流電流ｉfault となると、該直流リアクトル
に過渡的な変化を有する該直流リアクトルの充電電流が
流れ込み、該直流リアクトルの端子間にはその電流の微
分値に比例した電圧が発生する（ＶDCL ＝Ｌ（ｄｉ
fault ／ｄｔ））。
は、直流電流が流れており、したがってω＝０から、該
直流リアクトルの端子間電圧は０（ＶDCL ＝Ｌ（ｄｉ
DCL ／ｄｔ）≒０）となっている。故障が発生し、それ
まで直流リアクトルに流れていた直流電流ｉDCL 以上の
波高値の交流電流ｉfault となると、該直流リアクトル
に過渡的な変化を有する該直流リアクトルの充電電流が
流れ込み、該直流リアクトルの端子間にはその電流の微
分値に比例した電圧が発生する（ＶDCL ＝Ｌ（ｄｉ
fault ／ｄｔ））。
【００１４】この端子間電圧は、図３で示すように、前
記ｉfault ＞ｉDCL となった途端に非常に急峻な立上が
りを示し、ｉfault ≦ｉDCL であるときには殆ど電圧を
生じない。すなわち、短時間での検出に非常に有効であ
るだけでなく、故障を高感度に検出できるという特徴を
有しており、前記検出手段はこの端子間電圧を検出し、
所定の整定値以上となると、判定手段が系統故障を判定
し、前記単相整流ブリッジ回路を構成するサイリスタ
や、該単相整流ブリッジ回路と系統との間に介在される
遮断器などを遮断駆動する。
記ｉfault ＞ｉDCL となった途端に非常に急峻な立上が
りを示し、ｉfault ≦ｉDCL であるときには殆ど電圧を
生じない。すなわち、短時間での検出に非常に有効であ
るだけでなく、故障を高感度に検出できるという特徴を
有しており、前記検出手段はこの端子間電圧を検出し、
所定の整定値以上となると、判定手段が系統故障を判定
し、前記単相整流ブリッジ回路を構成するサイリスタ
や、該単相整流ブリッジ回路と系統との間に介在される
遮断器などを遮断駆動する。
【００１５】したがって、高速かつ正確に故障電流を検
出することができ、前記単相整流ブリッジ回路の少くと
も片アームにサイリスタを用いる場合には、速やかに第
１相目の遮断を行うことができ、全相の１サイクル以内
での解列を可能とすることができる。これによって、高
速限流遮断装置による瞬時電圧低下の抑制機能を有効に
活用することができる。
出することができ、前記単相整流ブリッジ回路の少くと
も片アームにサイリスタを用いる場合には、速やかに第
１相目の遮断を行うことができ、全相の１サイクル以内
での解列を可能とすることができる。これによって、高
速限流遮断装置による瞬時電圧低下の抑制機能を有効に
活用することができる。
【００１６】また、請求項２の発明に係る系統故障電流
検出装置では、前記検出手段は、前記直流リアクトルの
磁界を検出するサーチコイルであることを特徴とする。
検出装置では、前記検出手段は、前記直流リアクトルの
磁界を検出するサーチコイルであることを特徴とする。
【００１７】上記の構成によれば、通常、直流リアクト
ルの端子間電圧を検出するためには、高価な直流電圧変
成器（ＤＣＰＴ）が用いられるのに対して、通常用いら
れる直流リアクトルが空芯コイルであることを利用し
て、その空芯コイルの中心に、比較的感度が良好である
サーチコイルを挿入し、その出力端電圧から、前記直流
リアクトルの端子間電圧に比例した電圧を検出する。
ルの端子間電圧を検出するためには、高価な直流電圧変
成器（ＤＣＰＴ）が用いられるのに対して、通常用いら
れる直流リアクトルが空芯コイルであることを利用し
て、その空芯コイルの中心に、比較的感度が良好である
サーチコイルを挿入し、その出力端電圧から、前記直流
リアクトルの端子間電圧に比例した電圧を検出する。
【００１８】したがって、経済的であるとともに、系統
電位の空芯コイルに対して、ほぼ大地電位の該サーチコ
イルとの絶縁も容易に確保することができる。
電位の空芯コイルに対して、ほぼ大地電位の該サーチコ
イルとの絶縁も容易に確保することができる。
【００１９】さらにまた、請求項３の発明に係る系統故
障電流検出装置は、前記サーチコイルの出力から、系統
周波数成分のみを抽出する１次遅延回路をさらに備える
ことを特徴とする。
障電流検出装置は、前記サーチコイルの出力から、系統
周波数成分のみを抽出する１次遅延回路をさらに備える
ことを特徴とする。
【００２０】上記の構成によれば、前記１次遅延回路
が、サーチコイルの出力のうち、系統周波数成分のみを
抽出するので、調相等で用いられるスタティックコンデ
ンサの投入によって発生する突入電流に起因した第４調
波近傍の過電圧を抑制することができ、系統故障のみを
正確に検出することができる。
が、サーチコイルの出力のうち、系統周波数成分のみを
抽出するので、調相等で用いられるスタティックコンデ
ンサの投入によって発生する突入電流に起因した第４調
波近傍の過電圧を抑制することができ、系統故障のみを
正確に検出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１〜図７に基づいて説明すれば以下のとおりである。
図１〜図７に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００２２】まず、本発明が適用される一例の高速限流
遮断装置について、図６を用いて説明する。この図６で
示される高速限流遮断装置１は、本件出願人が、特開平
９−２８５０１２号公報で提案したものである。この高
速限流遮断装置１は、単相整流ブリッジ回路と直流リア
クトルとを備えて構成されており、２つの系統間の連系
点に設置され、速やかな解列とおよび故障による電圧低
下の抑制を実現する。
遮断装置について、図６を用いて説明する。この図６で
示される高速限流遮断装置１は、本件出願人が、特開平
９−２８５０１２号公報で提案したものである。この高
速限流遮断装置１は、単相整流ブリッジ回路と直流リア
クトルとを備えて構成されており、２つの系統間の連系
点に設置され、速やかな解列とおよび故障による電圧低
下の抑制を実現する。
【００２３】商用電源系では、需要家内に引込まれた商
用電源線２は、遮断器３を介して受電母線４に接続され
る。この受電母線４には、一般負荷に接続される多数の
配電線５が接続されている。また、自家発電系では、自
家発母線６へは、自家発電装置７が遮断器８を介して接
続されるとともに、たとえば自家発電容量の６０〜７０
％を占める重要負荷への配電線９が接続されている。前
記受電母線４と自家発母線６とは、前記高速限流遮断装
置１によって相互に接続されている。
用電源線２は、遮断器３を介して受電母線４に接続され
る。この受電母線４には、一般負荷に接続される多数の
配電線５が接続されている。また、自家発電系では、自
家発母線６へは、自家発電装置７が遮断器８を介して接
続されるとともに、たとえば自家発電容量の６０〜７０
％を占める重要負荷への配電線９が接続されている。前
記受電母線４と自家発母線６とは、前記高速限流遮断装
置１によって相互に接続されている。
【００２４】前記高速限流遮断装置１は、母線４，６間
を接続する母線連絡線１０に介在され、整流性スイッチ
ング素子である一対のサイリスタＴＨ１，ＴＨ２および
一対のダイオードＤ１，Ｄ２で構成される単相整流ブリ
ッジ回路と、直流リアクトルＬと、遮断器１１とを備え
て構成されている。前記母線連絡線１０に接続される一
対の交流端子ＡＣ１，ＡＣ２のいずれか一方に、前記一
対のサイリスタＴＨ１，ＴＨ２が接続され、いずれか他
方に、一対のダイオードＤ１，Ｄ２が接続される（図６
の例では、交流端子ＡＣ１にサイリスタＴＨ１，ＴＨ２
が接続され、交流端子ＡＣ２にダイオードＤ１，Ｄ２が
接続されている）。これに対して、直流端子ＤＣ１，Ｄ
Ｃ２間には、直流リアクトルＬが接続されている。
を接続する母線連絡線１０に介在され、整流性スイッチ
ング素子である一対のサイリスタＴＨ１，ＴＨ２および
一対のダイオードＤ１，Ｄ２で構成される単相整流ブリ
ッジ回路と、直流リアクトルＬと、遮断器１１とを備え
て構成されている。前記母線連絡線１０に接続される一
対の交流端子ＡＣ１，ＡＣ２のいずれか一方に、前記一
対のサイリスタＴＨ１，ＴＨ２が接続され、いずれか他
方に、一対のダイオードＤ１，Ｄ２が接続される（図６
の例では、交流端子ＡＣ１にサイリスタＴＨ１，ＴＨ２
が接続され、交流端子ＡＣ２にダイオードＤ１，Ｄ２が
接続されている）。これに対して、直流端子ＤＣ１，Ｄ
Ｃ２間には、直流リアクトルＬが接続されている。
【００２５】前記単相整流ブリッジ回路は、すべてダイ
オードで構成されていてもよく、またすべてサイリスタ
で構成されていてもよい。少くとも片アーム（交流端子
ＡＣ１，ＡＣ２のいずれか一方側）にサイリスタを有す
る場合には、遮断器１１は省略されてもよい。
オードで構成されていてもよく、またすべてサイリスタ
で構成されていてもよい。少くとも片アーム（交流端子
ＡＣ１，ＡＣ２のいずれか一方側）にサイリスタを有す
る場合には、遮断器１１は省略されてもよい。
【００２６】このように構成された高速限流遮断装置１
において、定常時には、サイリスタＴＨ１，ＴＨ２のゲ
ートが駆動され、該サイリスタＴＨ１，ＴＨ２が導通
し、参照符ｉ１またはｉ２で示す経路で電流が流れてい
る。したがって、直流リアクトルＬの電流減衰時定数を
系統周波数周期の２．５倍以上に選ぶことによって、直
流リアクトルＬに流れる電流ｉDCL は、レベルが略一定
の直流電流となり、該直流リアクトルＬの端子間電圧は
０（ＶDCL ＝Ｌ（ｄｉDCL ／ｄｔ）≒０）となってい
る。
において、定常時には、サイリスタＴＨ１，ＴＨ２のゲ
ートが駆動され、該サイリスタＴＨ１，ＴＨ２が導通
し、参照符ｉ１またはｉ２で示す経路で電流が流れてい
る。したがって、直流リアクトルＬの電流減衰時定数を
系統周波数周期の２．５倍以上に選ぶことによって、直
流リアクトルＬに流れる電流ｉDCL は、レベルが略一定
の直流電流となり、該直流リアクトルＬの端子間電圧は
０（ＶDCL ＝Ｌ（ｄｉDCL ／ｄｔ）≒０）となってい
る。
【００２７】これに対して、たとえば受電母線４に、参
照符１２で示すように、前述の故障が発生し、自家発母
線６側から該受電母線４側に過電流ｉfault が流れる場
合を想定すると、この過電流ｉfault の波高値がそれま
で直流リアクトルＬに流れていた直流電流ｉDCL のレベ
ルを超えた途端、該直流リアクトルＬには、該直流リア
クトルＬを充電しようとする交流電流が流れ込み、前記
過電流ｉfault の微分値に比例した電圧が、該直流リア
クトルＬの端子間に発生する（ＶDCL ＝Ｌ（ｄｉfault
／ｄｔ））。
照符１２で示すように、前述の故障が発生し、自家発母
線６側から該受電母線４側に過電流ｉfault が流れる場
合を想定すると、この過電流ｉfault の波高値がそれま
で直流リアクトルＬに流れていた直流電流ｉDCL のレベ
ルを超えた途端、該直流リアクトルＬには、該直流リア
クトルＬを充電しようとする交流電流が流れ込み、前記
過電流ｉfault の微分値に比例した電圧が、該直流リア
クトルＬの端子間に発生する（ＶDCL ＝Ｌ（ｄｉfault
／ｄｔ））。
【００２８】このため、交流端子ＡＣ１，ＡＣ２間に、
前記直流リアクトルＬの端子間電圧ＶDCL に等しい電圧
が発生する。すなわち、該交流端子ＡＣ１，ＡＣ２間に
見掛け上のインピーダンスが出現することになり、母線
連絡線１０を介して自家発母線６側から受電母線４側へ
流れる電流を抑制する限流作用を実現することができ
る。前記限流作用が行われている間に、後述する系統故
障電流検出装置２１のＡＮＤゲート３０からの出力によ
ってサイリスタＴＨ１，ＴＨ２のゲートがブロックさ
れ、また遮断器１１が開放され、自家発母線６が受電母
線４から、高速で、かつ確実に遮断され、自家発電装置
７が過負荷となることによる瞬時電圧低下を抑制してい
る。
前記直流リアクトルＬの端子間電圧ＶDCL に等しい電圧
が発生する。すなわち、該交流端子ＡＣ１，ＡＣ２間に
見掛け上のインピーダンスが出現することになり、母線
連絡線１０を介して自家発母線６側から受電母線４側へ
流れる電流を抑制する限流作用を実現することができ
る。前記限流作用が行われている間に、後述する系統故
障電流検出装置２１のＡＮＤゲート３０からの出力によ
ってサイリスタＴＨ１，ＴＨ２のゲートがブロックさ
れ、また遮断器１１が開放され、自家発母線６が受電母
線４から、高速で、かつ確実に遮断され、自家発電装置
７が過負荷となることによる瞬時電圧低下を抑制してい
る。
【００２９】図１は、本発明の実施の一形態の系統故障
電流検出装置２１の電気的構成を示すブロック図であ
る。空芯コイルで構成される前記直流リアクトルＬ内
に、図２で示すようにサーチコイル２２が配置されてお
り、この空芯コイルを流れる電流の変動による磁場変動
によって該サーチコイル２２には電圧が誘起され、その
誘起される電圧は、系統故障時には、たとえば前記図３
で示すようになる。サーチコイル２２に誘起された電圧
は、検出回路２３および過電圧防止用のツェナダイオー
ド２４を介して、アンプ２５に入力される。前記検出回
路２３は、抵抗Ｒ１，Ｒ２とコンデンサＣとを備える１
次の遅延回路であり、後述するような定数に選ばれるこ
とによって、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの系統基本波を、
後述するスタティックコンデンサの投入で発生する過渡
現象に支配的な第４調波近傍の周波数成分から分離する
機能を有している。
電流検出装置２１の電気的構成を示すブロック図であ
る。空芯コイルで構成される前記直流リアクトルＬ内
に、図２で示すようにサーチコイル２２が配置されてお
り、この空芯コイルを流れる電流の変動による磁場変動
によって該サーチコイル２２には電圧が誘起され、その
誘起される電圧は、系統故障時には、たとえば前記図３
で示すようになる。サーチコイル２２に誘起された電圧
は、検出回路２３および過電圧防止用のツェナダイオー
ド２４を介して、アンプ２５に入力される。前記検出回
路２３は、抵抗Ｒ１，Ｒ２とコンデンサＣとを備える１
次の遅延回路であり、後述するような定数に選ばれるこ
とによって、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの系統基本波を、
後述するスタティックコンデンサの投入で発生する過渡
現象に支配的な第４調波近傍の周波数成分から分離する
機能を有している。
【００３０】前記アンプ２５の出力は、全波整流回路２
６において、前記系統周波数成分のの脈動のピーク値が
検出されて、加算器２７へ出力される。加算器２７は、
前記ピーク値に対して、バイアス電源２８からの所定の
バイアス電圧を加算した後、比較器２９へ出力する。比
較器２９は、前記加算器２７の出力電圧を所定の閾値電
圧でレベル弁別し、前記閾値電圧以上であるときには、
ハイレベルの故障判定出力をＡＮＤゲート３０の一方の
入力へ出力する。ＡＮＤゲート３０の他方の入力には、
継電器などの検知手段３１から、正常運転時にはハイレ
ベルの出力が入力されている。
６において、前記系統周波数成分のの脈動のピーク値が
検出されて、加算器２７へ出力される。加算器２７は、
前記ピーク値に対して、バイアス電源２８からの所定の
バイアス電圧を加算した後、比較器２９へ出力する。比
較器２９は、前記加算器２７の出力電圧を所定の閾値電
圧でレベル弁別し、前記閾値電圧以上であるときには、
ハイレベルの故障判定出力をＡＮＤゲート３０の一方の
入力へ出力する。ＡＮＤゲート３０の他方の入力には、
継電器などの検知手段３１から、正常運転時にはハイレ
ベルの出力が入力されている。
【００３１】したがって、ＡＮＤゲート３０からは、正
常運転状態で、比較器２９から系統故障を表す出力が入
力されたときに、その故障を報知するための出力が導出
され、前記サイリスタＴＨ１，ＴＨ２のゲートがブロッ
クされる。
常運転状態で、比較器２９から系統故障を表す出力が入
力されたときに、その故障を報知するための出力が導出
され、前記サイリスタＴＨ１，ＴＨ２のゲートがブロッ
クされる。
【００３２】上述のように構成される系統故障電流検出
装置２１において、直流リアクトルＬは、たとえば図４
で示すように、外径ａ１＝５００（ｍｍ），内径ａ２＝
２７０（ｍｍ），軸線方向長さｂ＝３７５（ｍｍ）に形
成されており、さらに該直流リアクトルの定格電流を直
流３００（Ａ）、コイルの中心磁場が０．１５（Ｔ）と
し、さらにまた前記図３で示すように、故障による直流
リアクトルＬの変化電流を約８０００（Ａｐｅａｋ）と
すると、まず、前記変化電流によって生じる変動磁場振
幅ΔＢは、 ΔＢ＝０．１５×（８０００／２）／３００＝２（Ｔ） …（１） となる。
装置２１において、直流リアクトルＬは、たとえば図４
で示すように、外径ａ１＝５００（ｍｍ），内径ａ２＝
２７０（ｍｍ），軸線方向長さｂ＝３７５（ｍｍ）に形
成されており、さらに該直流リアクトルの定格電流を直
流３００（Ａ）、コイルの中心磁場が０．１５（Ｔ）と
し、さらにまた前記図３で示すように、故障による直流
リアクトルＬの変化電流を約８０００（Ａｐｅａｋ）と
すると、まず、前記変化電流によって生じる変動磁場振
幅ΔＢは、 ΔＢ＝０．１５×（８０００／２）／３００＝２（Ｔ） …（１） となる。
【００３３】この変動磁場によってサーチコイル２２に
誘起される電圧Ｖｓは、磁束をφとし、該サーチコイル
２２の巻数をｎとし、系統周波数をｆとするとき、 Ｖｓ＝ｎ（δφ／δｔ）＝２πｆ・ｎφ＝２πｆ・ｎ・ＳΔＢ ＝２π×５０×２×ｎＳ＝６２８．３２×ｎＳ …（２） となる。ただし、Ｓはサーチコイル２２の面積（ｍ2 ）
である。また、ｆ＝５０（Ｈｚ）で近似している。
誘起される電圧Ｖｓは、磁束をφとし、該サーチコイル
２２の巻数をｎとし、系統周波数をｆとするとき、 Ｖｓ＝ｎ（δφ／δｔ）＝２πｆ・ｎφ＝２πｆ・ｎ・ＳΔＢ ＝２π×５０×２×ｎＳ＝６２８．３２×ｎＳ …（２） となる。ただし、Ｓはサーチコイル２２の面積（ｍ2 ）
である。また、ｆ＝５０（Ｈｚ）で近似している。
【００３４】一方、後段回路への信号レベルとしては、
Ｖｓ＝１００（Ｖｐｅａｋ）程度であれば充分であり、
サーチコイル２２の直径を、たとえば５０（ｍｍ）とす
ると、 Ｓ＝（π／４×０．０５2 ）＝０．００１９６３（ｍ2 ） …（３） となり、巻数ｎが、 ｎ＝１００／（６２８．３２×０．００１９６３）＝８１（ターン） …（４） 程度のコイルで実現することができる。
Ｖｓ＝１００（Ｖｐｅａｋ）程度であれば充分であり、
サーチコイル２２の直径を、たとえば５０（ｍｍ）とす
ると、 Ｓ＝（π／４×０．０５2 ）＝０．００１９６３（ｍ2 ） …（３） となり、巻数ｎが、 ｎ＝１００／（６２８．３２×０．００１９６３）＝８１（ターン） …（４） 程度のコイルで実現することができる。
【００３５】このようなサーチコイルは、前記直流リア
クトルＬの、たとえば内径で２７０ｍｍのほぼ１／５程
度で実現することができ、前述の図２で示すように、直
流リアクトルＬの中心に該サーチコイル２２を配置して
も、系統電位の直流リアクトルＬに対して、ほぼ大地電
位の該サーチコイル２２に特に絶縁を行う必要がなく、
安価な構成で前記系統故障電流の変化分の検出を行うこ
とができる。
クトルＬの、たとえば内径で２７０ｍｍのほぼ１／５程
度で実現することができ、前述の図２で示すように、直
流リアクトルＬの中心に該サーチコイル２２を配置して
も、系統電位の直流リアクトルＬに対して、ほぼ大地電
位の該サーチコイル２２に特に絶縁を行う必要がなく、
安価な構成で前記系統故障電流の変化分の検出を行うこ
とができる。
【００３６】なお、サーチコイル２２は、良好な感度
で、直流リアクトルＬを流れる電流を検知することがで
きる場所であれば、前記直流リアクトルＬの中心に限ら
ず、他の箇所に設けられてもよい。
で、直流リアクトルＬを流れる電流を検知することがで
きる場所であれば、前記直流リアクトルＬの中心に限ら
ず、他の箇所に設けられてもよい。
【００３７】上記のように構成されるサーチコイル２２
において、直流リアクトルＬのインダクタンスが１０ｍ
Ｈに対して、相互インダクタンスは、０．３１７ｍＨ程
度となる。
において、直流リアクトルＬのインダクタンスが１０ｍ
Ｈに対して、相互インダクタンスは、０．３１７ｍＨ程
度となる。
【００３８】これに合わせて、前記検出回路２３におけ
る抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は２．５ｋΩ程度に選ばれて
おり、コンデンサＣの静電容量値は１μＦ程度に選ばれ
ている。ここで、前記抵抗Ｒ１，Ｒ２およびコンデンサ
Ｃの等価回路は、図５で示すような、係数器と１次遅延
回路とで表すことができ、前記各値によって、遅延時間
（＝Ｃ・Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））は１．２５ｍｓ
ｅｃとなり、たとえば系統周波数が５０（Ｈｚ）である
とき第４．１次の高調波（＝｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝
・｛１／〔１＋Ｓ・Ｃ・Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ
２）〕｝）は１９％に減衰する。このようにして、該検
出回路２３は、系統周波数の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ程
度の成分を通過させ、特に第４次の高調波付近を大きく
減衰させるように構成されている。
る抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は２．５ｋΩ程度に選ばれて
おり、コンデンサＣの静電容量値は１μＦ程度に選ばれ
ている。ここで、前記抵抗Ｒ１，Ｒ２およびコンデンサ
Ｃの等価回路は、図５で示すような、係数器と１次遅延
回路とで表すことができ、前記各値によって、遅延時間
（＝Ｃ・Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））は１．２５ｍｓ
ｅｃとなり、たとえば系統周波数が５０（Ｈｚ）である
とき第４．１次の高調波（＝｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝
・｛１／〔１＋Ｓ・Ｃ・Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ
２）〕｝）は１９％に減衰する。このようにして、該検
出回路２３は、系統周波数の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ程
度の成分を通過させ、特に第４次の高調波付近を大きく
減衰させるように構成されている。
【００３９】一方、電力系統に調相などのために投入さ
れるスタティックコンデンサには、投入時の過電流を抑
制するために、容量性リアクタンス（＝１／ωＣ）の６
％程度の直列インダクタンスが接続されており、該スタ
ティックコンデンサの投入によって、前記第４．１次
（＝（１００／６）1/2)の高調波が発生する。この高調
波成分が、上述のように係数器と１次遅延回路とによっ
て除去される。
れるスタティックコンデンサには、投入時の過電流を抑
制するために、容量性リアクタンス（＝１／ωＣ）の６
％程度の直列インダクタンスが接続されており、該スタ
ティックコンデンサの投入によって、前記第４．１次
（＝（１００／６）1/2)の高調波が発生する。この高調
波成分が、上述のように係数器と１次遅延回路とによっ
て除去される。
【００４０】ここで、図７に、上述の図６で示す高速限
流遮断装置１のような、単相整流回路の少くとも片アー
ムにサイリスタを用いた構成におけるゲートオフ時間
と、遮断完了時間との関係を示す。この図７の例は、す
べての相の遮断に要する時間が最も長くなる３相短絡故
障で、力率を１、故障発生位相を０°に想定した例であ
る。この図７において、たとえばＢ相では、故障が発生
してから８．５ｍｓｅｃまでにゲートオフすると、故障
時刻から１３．３ｍｓｅｃ後までに遮断を完了できるこ
とを表しており、Ｃ相では、５．７ｍｓｅｃまでにゲー
トオフすることによって、１０．５ｍｓｅｃまでに遮断
を完了できることを表している。
流遮断装置１のような、単相整流回路の少くとも片アー
ムにサイリスタを用いた構成におけるゲートオフ時間
と、遮断完了時間との関係を示す。この図７の例は、す
べての相の遮断に要する時間が最も長くなる３相短絡故
障で、力率を１、故障発生位相を０°に想定した例であ
る。この図７において、たとえばＢ相では、故障が発生
してから８．５ｍｓｅｃまでにゲートオフすると、故障
時刻から１３．３ｍｓｅｃ後までに遮断を完了できるこ
とを表しており、Ｃ相では、５．７ｍｓｅｃまでにゲー
トオフすることによって、１０．５ｍｓｅｃまでに遮断
を完了できることを表している。
【００４１】これに対して、Ａ相についてみると、故障
発生から２．９ｍｓｅｃまでにゲートオフすると、故障
発生から１６．２ｍｓｅｃまでに遮断完了することがで
きるけれども、前記２．９ｍｓｅｃを超えてしまうと、
次に遮断完了することができる時刻は、次のサイクルの
故障発生から２３ｍｓｅｃ経過した時点となってしま
う。したがって、すべての相のサイリスタの遮断完了を
故障発生から１サイクル以内で行うためには、第１相目
のサイリスタの遮断を行うまでの時間を、２．９ｍｓｅ
ｃ以内に設定する必要がある。
発生から２．９ｍｓｅｃまでにゲートオフすると、故障
発生から１６．２ｍｓｅｃまでに遮断完了することがで
きるけれども、前記２．９ｍｓｅｃを超えてしまうと、
次に遮断完了することができる時刻は、次のサイクルの
故障発生から２３ｍｓｅｃ経過した時点となってしま
う。したがって、すべての相のサイリスタの遮断完了を
故障発生から１サイクル以内で行うためには、第１相目
のサイリスタの遮断を行うまでの時間を、２．９ｍｓｅ
ｃ以内に設定する必要がある。
【００４２】したがって、従来技術の項で述べたような
ＣＴ，ＰＴを用いる故障検出の構成では、要求される時
間内での故障検出が困難であり、高速限流遮断装置１に
よる瞬時電圧低下の抑制機能を有効に活用することがで
きず、自家発母線６側に、前記重要負荷が動作すること
ができないような電圧低下を招いてしまうおそれがある
のに対して、本発明の系統故障電流検出装置２１では、
前記２．９ｍｓｅｃ内の高速で故障検出を行うことがで
きる。こうして高速限流遮断装置１の高速遮断機能を有
効に発揮させ、故障系統を速やかに解列することができ
る。
ＣＴ，ＰＴを用いる故障検出の構成では、要求される時
間内での故障検出が困難であり、高速限流遮断装置１に
よる瞬時電圧低下の抑制機能を有効に活用することがで
きず、自家発母線６側に、前記重要負荷が動作すること
ができないような電圧低下を招いてしまうおそれがある
のに対して、本発明の系統故障電流検出装置２１では、
前記２．９ｍｓｅｃ内の高速で故障検出を行うことがで
きる。こうして高速限流遮断装置１の高速遮断機能を有
効に発揮させ、故障系統を速やかに解列することができ
る。
【００４３】また、ＣＴを用いる故障検出の構成では、
定常時には定常定格電流に対応した出力が導出されるの
に対して、本発明の系統故障電流検出装置２１では、定
常時の出力は０であり、高い検出感度を得ることができ
る。この点、ＣＴ出力の微分値を用いるようにすると、
検出波形の立ち上がりが急峻になり、検出感度を高くす
ることができるけれども、ノイズも拡大し、Ｓ／Ｎが悪
化してしまうのに対して、本発明の系統故障電流検出装
置２１では、そのような不具合もなく、また正常動作で
あるスタティックコンデンサの投入に対して誤動作する
ことはなく、系統故障のみを正確に検出することがで
き、信頼性を大幅に向上することができる。
定常時には定常定格電流に対応した出力が導出されるの
に対して、本発明の系統故障電流検出装置２１では、定
常時の出力は０であり、高い検出感度を得ることができ
る。この点、ＣＴ出力の微分値を用いるようにすると、
検出波形の立ち上がりが急峻になり、検出感度を高くす
ることができるけれども、ノイズも拡大し、Ｓ／Ｎが悪
化してしまうのに対して、本発明の系統故障電流検出装
置２１では、そのような不具合もなく、また正常動作で
あるスタティックコンデンサの投入に対して誤動作する
ことはなく、系統故障のみを正確に検出することがで
き、信頼性を大幅に向上することができる。
【００４４】さらにまた、通常、直流リアクトルＬの端
子間電圧を検出するためには、高価な直流電圧変成器
（ＤＣＰＴ）が用いられるのに対して、本発明の系統故
障電流検出装置２１では、通常用いられる直流リアクト
ルが空芯コイルであることを利用して、その空芯コイル
の中心に、比較的感度が良好なサーチコイル２２を挿入
し、その出力端電圧から、近似的に、前記直流リアクト
ルの端子間電圧を検出するので、経済的であるととも
に、系統電位の空芯コイルに対して、ほぼ大地電位の該
サーチコイル２２との絶縁も容易に確保することができ
る。
子間電圧を検出するためには、高価な直流電圧変成器
（ＤＣＰＴ）が用いられるのに対して、本発明の系統故
障電流検出装置２１では、通常用いられる直流リアクト
ルが空芯コイルであることを利用して、その空芯コイル
の中心に、比較的感度が良好なサーチコイル２２を挿入
し、その出力端電圧から、近似的に、前記直流リアクト
ルの端子間電圧を検出するので、経済的であるととも
に、系統電位の空芯コイルに対して、ほぼ大地電位の該
サーチコイル２２との絶縁も容易に確保することができ
る。
【００４５】なお、遮断器１１の遮断には、前述のよう
に２〜３サイクル程度必要となり、単相整流ブリッジ回
路がダイオードのみで構成されている場合には、該遮断
器１１を遮断するまでは系統間を解列することはできな
いけれども、故障検出は高速で行うことができ、このよ
うな構成にもまた、本発明を有効に利用することができ
る。また、本発明は、上述のような単相整流ブリッジ回
路の直流端子間に限流用の直流リアクトルＬを接続して
構成される高速限流遮断装置１に限らず、直流リアクト
ルＬを備えて構成される他の構成の電力回路の故障検出
にも適用することができる。
に２〜３サイクル程度必要となり、単相整流ブリッジ回
路がダイオードのみで構成されている場合には、該遮断
器１１を遮断するまでは系統間を解列することはできな
いけれども、故障検出は高速で行うことができ、このよ
うな構成にもまた、本発明を有効に利用することができ
る。また、本発明は、上述のような単相整流ブリッジ回
路の直流端子間に限流用の直流リアクトルＬを接続して
構成される高速限流遮断装置１に限らず、直流リアクト
ルＬを備えて構成される他の構成の電力回路の故障検出
にも適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】請求項１の発明に係る系統故障電流検出
装置は、以上のように、各相毎に、単相整流ブリッジ回
路の直流端子間に限流用の直流リアクトルを接続して構
成される高速限流遮断装置で連系を行うようにした系統
の故障電流を検出するにあたって、直流リアクトルの端
子間には直流電流が流れていて、該直流リアクトルの端
子間電圧はほぼ０であり、故障が発生すると、該直流リ
アクトルを流れる電流が周波数成分を有することにな
り、端子間電圧が急激に増大することを利用して、系統
故障を判定する。
装置は、以上のように、各相毎に、単相整流ブリッジ回
路の直流端子間に限流用の直流リアクトルを接続して構
成される高速限流遮断装置で連系を行うようにした系統
の故障電流を検出するにあたって、直流リアクトルの端
子間には直流電流が流れていて、該直流リアクトルの端
子間電圧はほぼ０であり、故障が発生すると、該直流リ
アクトルを流れる電流が周波数成分を有することにな
り、端子間電圧が急激に増大することを利用して、系統
故障を判定する。
【００４７】それゆえ、高速かつ正確に故障電流を検出
することができ、前記単相整流ブリッジ回路の少くとも
片アームにサイリスタを用いる場合には、速やかに第１
相目の遮断を行うことができ、全相の１サイクル以内で
の解列を可能とすることができる。
することができ、前記単相整流ブリッジ回路の少くとも
片アームにサイリスタを用いる場合には、速やかに第１
相目の遮断を行うことができ、全相の１サイクル以内で
の解列を可能とすることができる。
【００４８】また、請求項２の発明に係る系統故障電流
検出装置は、以上のように、前記検出手段を、直流リア
クトルの磁界を検出するサーチコイルとする。
検出装置は、以上のように、前記検出手段を、直流リア
クトルの磁界を検出するサーチコイルとする。
【００４９】それゆえ、通常、直流リアクトルに用いら
れる空芯コイルの中心に、比較的感度が良好な該サーチ
コイルを配置することができ、また系統電位の空芯コイ
ルに対して、ほぼ大地電位の該サーチコイルとの絶縁も
容易に確保することができる。
れる空芯コイルの中心に、比較的感度が良好な該サーチ
コイルを配置することができ、また系統電位の空芯コイ
ルに対して、ほぼ大地電位の該サーチコイルとの絶縁も
容易に確保することができる。
【００５０】さらにまた、請求項３の発明に係る系統故
障電流検出装置は、以上のように、前記サーチコイルの
出力から、系統周波数成分のみを抽出する１次遅延回路
をさらに備える。
障電流検出装置は、以上のように、前記サーチコイルの
出力から、系統周波数成分のみを抽出する１次遅延回路
をさらに備える。
【００５１】それゆえ、調相等で用いられるスタティッ
クコンデンサの投入によって発生する第４調波近傍の過
電圧を抑制することができ、系統故障のみを正確に検出
することができる。
クコンデンサの投入によって発生する第４調波近傍の過
電圧を抑制することができ、系統故障のみを正確に検出
することができる。
【図１】本発明の実施の一形態の系統故障電流検出装置
の電気的構成を示すブロック図である。
の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１で示す系統故障電流検出装置におけるサー
チコイルの直流リアクトルへの設置状態を説明するため
の簡略化した斜視図である。
チコイルの直流リアクトルへの設置状態を説明するため
の簡略化した斜視図である。
【図３】系統故障時における直流リアクトルの端子間電
圧を示すグラフである。
圧を示すグラフである。
【図４】直流リアクトルの構成を説明するための簡略化
した軸線方向断面図である。
した軸線方向断面図である。
【図５】図１で示す系統故障電流検出装置における検出
回路の等価回路図である。
回路の等価回路図である。
【図６】本発明が適用される高速限流遮断装置を説明す
るための単相結線図である。
るための単相結線図である。
【図７】図６で示す高速限流遮断装置において、故障発
生からのゲートオフ時間と遮断完了時間との関係を示す
グラフである。
生からのゲートオフ時間と遮断完了時間との関係を示す
グラフである。
【図８】高速限流遮断装置を系統間の連系に用いた場合
において、従来技術の継電器による故障検出時間を説明
するためのグラフである。
において、従来技術の継電器による故障検出時間を説明
するためのグラフである。
１ 高速限流遮断装置 ２ 商用電源線 ３，８，１１ 遮断器 ４ 受電母線 ５，９ 配電線 ６ 自家発母線 ７ 自家発電装置 １０ 母線連絡線 ２１ 系統故障電流検出装置 ２２ サーチコイル（検出手段） ２３ 検出回路（１次遅延回路） ２４ ツェナダイオード ２６ 全波整流回路 ２９ 比較器 ＡＣ１，ＡＣ２ 交流端子 Ｄ１，Ｄ２ ダイオード ＤＣ１，ＤＣ２ 直流端子 Ｌ 直流リアクトル ＴＨ１，ＴＨ２ サイリスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02H 3/08 - 3/253 H02J 3/00 - 5/00
Claims (3)
- 【請求項１】各相毎に、単相整流ブリッジ回路の直流端
子間に限流用の直流リアクトルを接続して構成される高
速限流遮断装置を系統間の連系に用いるようにした系統
に適用される系統故障電流検出装置であって、交流の連系電流に対して、 前記単相整流ブリッジ回路で
整流されて前記直流リアクトルを流れる直流電流の過渡
的な変化を該直流リアクトルの端子間電圧から検出する
検出手段と、定常時は略零である 前記検出手段の検出結果が、前記過
渡的な変化によって予め定める値以上となると、系統に
故障が発生していると判定する判定手段とを含むことを
特徴とする系統故障電流検出装置。 - 【請求項２】前記検出手段は、前記直流リアクトルの磁
界を検出するサーチコイルであることを特徴とする請求
項１記載の系統故障電流検出装置。 - 【請求項３】前記検出手段の出力から、系統周波数成分
のみを抽出する１次遅延回路をさらに備えることを特徴
とする請求項１または２記載の系統故障電流検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10009068A JP3028093B2 (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 系統故障電流検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10009068A JP3028093B2 (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 系統故障電流検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11215713A JPH11215713A (ja) | 1999-08-06 |
| JP3028093B2 true JP3028093B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=11710304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10009068A Expired - Fee Related JP3028093B2 (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 系統故障電流検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3028093B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105281624B (zh) * | 2014-06-17 | 2021-04-06 | 松下知识产权经营株式会社 | 热动力发电装置和热动力发电系统 |
| CN108896892B (zh) * | 2018-08-30 | 2024-05-31 | 北京中联太信科技有限公司 | Txlr型有效接地系统直流解耦装置 |
-
1998
- 1998-01-20 JP JP10009068A patent/JP3028093B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11215713A (ja) | 1999-08-06 |
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