特開 2023-154787 故障点位置特定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023154787

(43)【公開日】2023-10-20

(54)【発明の名称】故障点位置特定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/08 20200101AFI20231013BHJP

【ＦＩ】

G01R31/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022064348

(22)【出願日】2022-04-08

(71)【出願人】

【識別番号】392022721

【氏名又は名称】株式会社和田電業社

(71)【出願人】

【識別番号】503032382

【氏名又は名称】古屋 一彦

(71)【出願人】

【識別番号】597019609

【氏名又は名称】株式会社 シーディエヌ

(74)【代理人】

【識別番号】110002789

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＰＸ

(72)【発明者】

【氏名】野田 龍三

(72)【発明者】

【氏名】和田 功

(72)【発明者】

【氏名】古屋 一彦

【テーマコード（参考）】

2G033

【Ｆターム（参考）】

2G033AA01

2G033AB01

2G033AC08

2G033AD20

2G033AD21

2G033AD25

2G033AG14

(57)【要約】

【課題】ノイズ等の影響を受けにくく、精度良く故障点位置を特定することのできる故障点位置特定装置を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様によれば、故障点位置特定装置が提供される。この故障点位置特定装置は、第１の電源と、端子間電圧測定部と、大地間電圧特定部と、位置算出部とを備える。第１の電源は、対象回路の第１の端子及び対象回路の第２の端子に接続され、対象回路に所定の電流を流する。対象回路は、電力回路の組にして用いられる配電線のうち漏電部を含まない健全線と、配電線のうち漏電部を含む漏電線とのそれぞれの一端を短絡し、健全線の他端を第１の端子とし、漏電線の他端を第２の端子として構成される。端子間電圧測定部は、第１の端子と、第２の端子との間の端子間電圧を測定する。大地間電圧特定部は、第２の端子と、大地の間の大地間電圧を特定する。位置算出部は、健全線の長さと、漏電線の長さと、端子間電圧と、大地間電圧とに基づいて、漏電部の位置を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

故障点位置特定装置であって、
第１の電源と、端子間電圧測定部と、大地間電圧特定部と、位置算出部とを備え、
前記第１の電源は、対象回路の第１の端子及び前記対象回路の第２の端子に接続され、前記対象回路に所定の電流を流し、
前記対象回路は、電力回路の組にして用いられる配電線のうち漏電部を含まない健全線と、前記配電線のうち漏電部を含む漏電線とのそれぞれの一端を短絡し、前記健全線の他端を前記第１の端子とし、前記漏電線の他端を第２の端子として構成され、
前記端子間電圧測定部は、前記第１の端子と、前記第２の端子との間の端子間電圧を測定し、
前記大地間電圧特定部は、前記第２の端子と、大地の間の大地間電圧を特定し、
前記位置算出部は、前記健全線の長さと、前記漏電線の長さと、前記端子間電圧と、前記大地間電圧とに基づいて、前記漏電部の位置を算出する
故障点位置特定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の故障点位置特定装置において、
前記位置算出部は、前記大地間電圧を前記端子間電圧で除した値に、前記健全線の長さと前記漏電線の長さとの和を乗じた値を、前記第２端子から前記漏電部までの距離として算出する
故障点位置特定装置。

【請求項3】

請求項２に記載の故障点位置特定装置において、
前記大地間電圧特定部は、第２の電源を備え、
前記第２の電源は、前記第２の端子と大地の間との間に所定の電圧を印加し、前記漏電部に漏電を生じさせる
故障点位置特定装置。

【請求項4】

請求項３に記載の故障点位置特定装置において、
前記大地間電圧特定部は、基準抵抗を備え、
前記第２の電源は、直流電圧源であり、
前記基準抵抗は、前記第２の端子と大地の間との間に、前記第２の電源と直列に接続され、
前記基準抵抗の両端間の電圧と、前記第２の電源の電圧とに基づいて、前記大地間電圧を特定する
故障点位置特定装置。

【請求項5】

請求項４に記載の故障点位置特定装置において、
前記第１の電源は、直流電源であり、
前記基準抵抗の両端間の電圧は、前記第１の電源を第１の極性で接続した場合の電圧と、前記第１の電源を第２の極性で接続した場合の電圧との和及び差であり、
前記第２の極性は、前記第１の極性を反転した極性である
故障点位置特定装置。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の故障点位置特定装置において、
前記第１の電源は、交流電源である
故障点位置特定装置。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の故障点位置特定装置において、
前記第１の電源は、定電流源である
故障点位置特定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、故障点位置特定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

配線系統等における地絡事故点等の故障位置を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平４－２０４３９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載されたものは、故障のない健全線及び故障を含む漏電線に電圧を印加し、両者に流れる電流の差異を検出することで行っている。この場合、漏電部の抵抗が１００ｋΩであると仮定し、印加する電圧を５００Ｖとすると、健全線及び漏電線に流れる電流は５ｍＡ程度となる。ここで、健全線等の配線抵抗を０．１Ωとすれば、測定に際にして、０．５ｍＶ程度の分圧状態を測定することになり、信号差としては、０．１ｍＶ程度の測定制度が必要となる。このように低い信号レベルの場合、熱起電力や外部の誘導電圧等により、信号電圧にノイズ電圧が混入し、安定な測定が困難となり、結果として、検出する故障点位置の精度も低いものとなる。

【0005】

本発明では上記事情を鑑み、ノイズ等の影響を受けにくく、精度良く故障点位置を特定することのできる故障点位置特定装置を提供することとした。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、故障点位置特定装置が提供される。この故障点位置特定装置は、第１の電源と、端子間電圧測定部と、大地間電圧特定部と、位置算出部とを備える。第１の電源は、対象回路の第１の端子及び対象回路の第２の端子に接続され、対象回路に所定の電流を流する。対象回路は、電力回路の組にして用いられる配電線のうち漏電部を含まない健全線と、配電線のうち漏電部を含む漏電線とのそれぞれの一端を短絡し、健全線の他端を第１の端子とし、漏電線の他端を第２の端子として構成される。端子間電圧測定部は、第１の端子と、第２の端子との間の端子間電圧を測定する。大地間電圧特定部は、第２の端子と、大地の間の大地間電圧を特定する。位置算出部は、健全線の長さと、漏電線の長さと、端子間電圧と、大地間電圧とに基づいて、漏電部の位置を算出する。

【0007】

本発明の一態様によれば、故障点位置を精度良く特定することができるとともに、加熱事故を生じさせることもない。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】故障点位置特定装置１の構成の概略を示した図である。

【図2】配線系統の例を示した図である。

【図3】故障点位置特定装置１を対象回路に接続した際の回路構成の例を示した図である。

【図4】簡略化した対象回路を示した図である。

【図5】漏電を生じさせる場合の故障点位置特定装置１を対象回路に接続した際の回路構成の例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

【0010】

ところで、本実施形態に登場するソフトウェアを実現するためのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な非一時的な記録媒体（Ｎｏｎ－Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ｒｅａｄａｂｌｅ Ｍｅｄｉｕｍ）として提供されてもよいし、外部のサーバからダウンロード可能に提供されてもよいし、外部のコンピュータで当該プログラムを起動させてクライアント端末でその機能を実現（いわゆるクラウドコンピューティング）するように提供されてもよい。

【0011】

また、本実施形態において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、例えば電圧・電流を表す信号値の物理的な値、０又は１で構成される２進数のビット集合体としての信号値の高低、又は量子的な重ね合わせ（いわゆる量子ビット）によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。

【0012】

また、広義の回路とは、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及びメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。

【0013】

１．故障点位置特定装置の構成
図１は、故障点位置特定装置１の構成の概略を示した図である。同時に示すように、故障点位置特定装置１は、第１の電源である電源１１と、端子間電圧測定部１２と、大地間電圧特定部１３と、位置算出部１４とを備える。

【0014】

電源１１は、対象回路の第１の端子及び対象回路の第２の端子に接続され、対象回路に所定の電流を流す。対象回路は、電力回路の組にして用いられる配電線のうち漏電部を含まない健全線と、配電線のうち漏電部を含む漏電線とのそれぞれの一端を短絡し、健全線の他端を第１の端子とし、漏電線の他端を第２の端子として構成される。ここで、対象回路の具体例を説明する。図２は、配線系統の例を示した図である。同図に示す変圧器２に接続されている三相３線の配線のうち、Ｓ相の配線に漏電部が存在するとすれば、Ｒ相の配線を健全線２１、Ｓ相の配線を漏電線２２とする。また、健全線２１に代えて、Ｔ相の配線を健全線２３として用いてもよい。変圧器３、変圧器４に接続される配線に漏電部が存在する場合にも同様である。なお、図２では、三相３線と単相３線の配線系統を示しているが、対象回路は、これに限ること無く、単相２線、直流２線であってもよい。また、対象回路として、配線の一端を短絡するが、この短絡は、負荷側であってもよく、変圧器側であってもよい。

【0015】

また、電源１１は、直流電源であってもよく、交流電源であってもよい。電源１１は、いずれの場合も、健全線２１と漏電線２２に、これらの配線材が許容する電流以下の電流を流す電圧を印加するものであればよく、電源１１を定電流源とするようにしてもよい。

【0016】

端子間電圧測定部１２は、第１の端子と、第２の端子との間の端子間電圧を測定する。この端子間電圧は、例えば、４端子法によって測定を行う。

【0017】

大地間電圧特定部１３は、第２の端子と、大地の間の大地間電圧を特定する。例えば、大地間電圧特定部１３は、第２の電源を備え、この第２の電源は、第２の端子と大地の間との間に所定の電圧を印加し、漏電部に漏電を生じさせる。また、大地間電圧特定部１３は、基準抵抗を備えるようにしてもよい。この基準抵抗は、第２の端子と大地の間との間に、第２の電源と直列に接続される。そして、大地間電圧特定部１３は、基準抵抗の両端間の電圧と、第２の電源の電圧とに基づいて、大地間電圧を特定する。第２の電源は、直流電圧源である。なお、電源１１が直流電源である場合には、基準抵抗の両端間の電圧は、電源１１を第１の極性で接続した場合の電圧と、電源１１を第２の極性で接続した場合の電圧との和及び差である。第２の極性は、第１の極性を反転した極性である。ところで、第２の電源は直流電圧源であるものとしたが、第２の電源は、交流電源を用いることもできる。第２の電源に交流電源を用いる場合、第１の電源である電源１１が交流電源であれば、それぞれの周波数を異なるものとなるようにすることで、第１の電源と第２の電源の両者に交流電源を用いることができる。また、第２の電源には、直流、交流ともに、電流源を用いることもできる。なお、漏電は一般的に直流の負電圧で行う事が決められているため、ここでは、第２の電源を直流電圧源として説明している。

【0018】

位置算出部１４は、健全線の長さと、漏電線の長さと、端子間電圧と、大地間電圧とに基づいて、漏電部の位置を算出する。具体的には、位置算出部１４は、大地間電圧を端子間電圧で除した値に、健全線の長さと漏電線の長さとの和を乗じた値を、第２端子から漏電部までの距離として算出する。

【0019】

この位置算出部１４は、論理回路等で構成してもよく、コンピュータを用いてもよい。コンピュータは、例えば、処理部、記憶部、一時記憶部、外部装置接続部等を通信バスで通信可能に接続したものであり、処理部は、例えば、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）により実現されるもので、記憶部に記憶された所定のプログラムに従って動作し、種々の機能を実現する。記憶部は、様々な情報を記憶する不揮発性の記憶媒体である。これは、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）等のストレージデバイスにより実現される。もちろん、ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ：ＨＤＤ）であってもよい。一時記憶部は、揮発性の記憶媒体である。これは、例えばランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等のメモリにより実現され、処理部が動作する際に一時的に必要な情報（引数、配列等）を記憶する。外部装置接続部は、例えばユニバーサルシリアルバス（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ：ＵＳＢ）や高精細度マルチメディアインターフェース（Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＨＤＭＩ（登録商標））といった規格に準じた接続部である。また、当該コンピュータに、ローカルエリアネットワーク（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＬＡＮ）規格に準じた通信手段を設けるようにしてもよい。

【0020】

２．故障点位置の特定
次に、故障点位置の特定方法について説明する。図３は、故障点位置特定装置１を対象回路に接続した際の回路構成の例を示した図である。同図に示すように、対象回路は、健全線２１と漏電線２２の一端を短絡して構成され、健全線２１の他端を端子Ｔ１、漏電線２２の他端を端子Ｔ２とする。また、健全線２１と漏電線２２の長さは、いずれもＬであるものとする。漏電線２２は、漏電部２２１が存在し、その漏電抵抗２２２の値は、Ｒ_ｘであるものとする。漏電抵抗２２２は、素子として抵抗を接続したものではなく、漏電部２２１と大地間の抵抗を表したものである。この対象回路の端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に、故障点位置特定装置１の電源１１を接続し、その電圧がＶ_１であるとすれば、端子Ｔ１と端子Ｔ２の間の端子間電圧はＶとなる。この端子間電圧は、端子間電圧測定部１２により測定される。

【0021】

ここで、健全線２１の抵抗値をｒ_１、漏電線２２の端子Ｔ２から漏電部２２１までの抵抗値をｒ_２、漏電線２２の漏電部２２１から短絡点Ｓまでの抵抗値をｒ_３とすると、漏電部２２１と大地間の電圧Ｖ_ｘは、数１に示す式で表すことができる。

【数1】

【0022】

ところで、対象回路の配線の抵抗値、つまり、ｒ_１＋ｒ_２＋ｒ_３を０．１Ωであるとし、端子間電圧Ｖが１Ｖとなる電圧Ｖ_１を印加したとすると、健全線２１と漏電線２２を流れる電流は、１０Ａとなる。その一方で、漏電抵抗２２２の値Ｒ_ｘは、漏電を生じていなければ、１ｋΩ以上である。端子間電圧Ｖが１Ｖであれば、電圧Ｖ_ｘは最大でも１Ｖであるため、漏電部２２１を流れる電流は、１ｍＡ以下となり、対象回路の配線を流れる電流の１／１００００程度のものとなる。したがって、対象回路は、漏電抵抗２２２の存在を無視して、図４に示すような回路とみなすことができる。図４は、簡略化した対象回路を示した図である。なお、特許文献１に記載されたものでは、０．５ｍＶレベルであった対象回路の配電線電圧が、独立して外部設定できるので１Ｖ以上にすることが可能であり、ノイズに対して大幅に強いレベルとすることができる。

【0023】

図４に示す回路において、健全線２１と漏電線２２は、同じ配線材なので、数２に示す関係が成り立つ。

【数2】

この数２を数１に代入すると、数３に示す式となる。

【数3】

【0024】

ここで、健全線２１の配線長Ｌとその抵抗値ｒ_１、漏電線２２の漏電部２２１から端子Ｔ２までの配線長Ｌ_ｘとその抵抗値ｒ_３は比例するので、ｒ_３／ｒ_１となり、数３は、数４と表すことができる。

【数4】

これにより、数５から漏電部２２１の端子Ｔ２からの距離であるＬ_ｘを求めることができる。

【数5】

【0025】

３．漏電状態での故障点位置の特定
次に、漏電部２２１に漏電を生じさせた状態での故障点位置の特定について説明する。図５は、漏電を生じさせる場合の故障点位置特定装置１を対象回路に接続した際の回路構成の例を示した図である。同図に示すように、故障点位置特定装置１の大地間電圧特定部１３が備える第２の電源である電源１３１と、基準抵抗１３２を直列に接続し、これらを端子Ｔ２と大地の間に接続する。また、電源１１は、スイッチ１１１により、端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に印加する電圧の極性を反転させることができるようにする。電源１１に交流電源を用いる場合には、スイッチ１１１は省略することができる。なお、ここでは、電源１３１の電圧をＶ_Ｈ、基準抵抗１３２の抵抗値をＲ_ｒとする。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、大地－基準抵抗１３２－電源１３１－漏電線２２の端子Ｔ２から漏電部２２１まで－漏電抵抗２２２－大地を流れる電流が、健全線２１及び漏電線２２を流れる電流よりも十分小さいものとして無視できるものとし、Ｒ_ｒとＲ_ｘとの和に比べｒ_３は十分に小さく、ｒ_３を無視できるものとする。

【0026】

電源１１が直流電源であり、スイッチ１１１により、端子Ｔ１と電源１１の正電極が接続され、端子Ｔ２と電源１１の負電極が接続された場合の基準抵抗１３２の両端の電圧をＶ_ｒ１とすると、Ｖ_ｒ１は、数６により表される。

【数6】

【0027】

また、端子Ｔ１と電源１１の負電極が接続され、端子Ｔ２と電源１１の正電極が接続された場合の基準抵抗１３２の両端の電圧をＶ_ｒ２とすると、Ｖ_ｒ２は、数７により表される。

【数7】

【0028】

数６と数７から、Ｖ_ｘを求めると、数８のようになり、このＶ_ｘを数５に代入することで、漏電部２２１の端子Ｔ２からの距離であるＬ_ｘを求めることができる。

【数8】

【0029】

このとき、漏電部２２１の漏電抵抗２２２の値Ｒ_ｘは、数９で求めることができる。また、数９のＶ_ｒは、数１０により求める。

【数9】

【数10】

【0030】

なお、スイッチ１１１に代えて、電源１３１の極性を切り替えるスイッチを設けることにより、同様の結果を得ることもできる。

【0031】

また、電源１１に交流電源を用いた場合には、数９で漏電抵抗２２２の値Ｒ_ｘを求めることができる。このとき、Ｖ_Ｈ、Ｖ_ｒは、直流電圧の値である。そして、基準抵抗１３２の両端に生じる交流電圧をｖ_ｒとすると、数１１でＶ_ｘを求めることができる。この場合、Ｖ_ｘは交流電圧である。

【数11】

【0032】

数１１で求めたＶ_ｘを数５に代入することで、漏電部２２１の端子Ｔ２からの距離であるＬ_ｘを求めることができる。

【0033】

４．その他
本発明は、次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記故障点位置特定装置において、前記位置算出部は、前記大地間電圧を前記端子間電圧で除した値に、前記健全線の長さと前記漏電線の長さとの和を乗じた値を、前記第２端子から前記漏電部までの距離として算出する故障点位置特定装置。
前記故障点位置特定装置において、前記大地間電圧特定部は、第２の電源を備え、前記第２の電源は、前記第２の端子と大地の間との間に所定の電圧を印加し、前記漏電部に漏電を生じさせる故障点位置特定装置。
前記故障点位置特定装置において、前記大地間電圧特定部は、基準抵抗を備え、前記第２の電源は、直流電圧源であり、前記基準抵抗は、前記第２の端子と大地の間との間に、前記第２の電源と直列に接続され、前記基準抵抗の両端間の電圧と、前記第２の電源の電圧とに基づいて、前記大地間電圧を特定する故障点位置特定装置。
前記故障点位置特定装置において、前記第１の電源は、直流電源であり、前記基準抵抗の両端間の電圧は、前記第１の電源を第１の極性で接続した場合の電圧と、前記第１の電源を第２の極性で接続した場合の電圧との和及び差であり、前記第２の極性は、前記第１の極性を反転した極性である故障点位置特定装置。
前記故障点位置特定装置において、前記第１の電源は、交流電源である故障点位置特定装置。
前記故障点位置特定装置において、前記第１の電源は、定電流源である故障点位置特定装置。
もちろん、この限りではない。

【符号の説明】

【0034】

１ ：故障点位置特定装置
２ ：変圧器
３ ：変圧器
４ ：変圧器
１１ ：電源
１２ ：端子間電圧測定部
１３ ：大地間電圧特定部
１４ ：位置算出部
２１ ：健全線
２２ ：漏電線
２３ ：健全線
１１１ ：スイッチ
１３１ ：電源
１３２ ：基準抵抗
２２１ ：漏電部
２２２ ：漏電抵抗
Ｓ ：短絡点
Ｔ１ ：端子
Ｔ２ ：端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】