JP2000092693A - 短絡方向継電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】保護協調上必要な時間、継続して事故の検出及
び保護動作出力を送出可能にすることにある。 【解決手段】入力電流と入力電圧の位相差を検出する方
向要素21と、入力電流の大きさを検出する過電流要素22
と、これら両要素により検出された位相差及び電流の大
きさから短絡事故の有無を判定し、短絡事故有りと判定
されると保護動作出力を送出する判定部23と、この判定
部23により短絡事故が発生していると判定されたことを
条件に入力電流から短絡事故電流の大きさを検出して短
絡事故が継続しているか否かを判定し、事故継続してい
ると判定されると保護動作出力を送出する事故継続検出
手段27と、判定部23及び事故継続検出手段27より出され
る保護動作出力を電力系統上の他の保護継電器との保護
協調に必要な時限後に送出する時限装置26とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電力系統の短絡事故
を検出する短絡方向継電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電力系統の短絡事故を検出して保
護出力を送出する短絡方向継電器としては、入力電圧と
入力電流の位相差及び入力電流の大きさにより短絡事故
の有無を判定するものがある。

【０００３】図４は、かかる従来の短絡方向継電器を適
用した電力系統の構成図を示すものである。図４におい
て、１は３相交流電源で、この３相交流電源１は遮断器
２を介して送電線３により上位系の３相交流電源４に連
系されている。

【０００４】また、５は短絡方向継電器で、この短絡方
向継電器５には遮断器２側の送電線３に設けられた計器
用変流器６より電流が入力されると共に、送電線３に接
続された計器用変圧器７より電圧が入力される。

【０００５】この短絡方向継電器５は、図５に示すよう
な動作特性を有し、入力電圧と入力電流との位相差及び
入力電流の大きさにより短絡事故検出区間での短絡事故
の発生の有無を判定するようになっている。この動作特
性は、短絡方向継電器５の動作条件が電圧に対する電流
の位相差と大きさにより判定すること、また角度θは短
絡方向継電器の最大感度角を示し、短絡時に線路インピ
ーダンス角φだけ遅れる短絡電流の位相が、この角度θ
より進んでも遅れても感度が落ちることを表している。

【０００６】このような短絡方向継電器において、いま
短絡事故検出区間８で示す方向を短絡事故検出方向とす
る。このような状況下で図示Ｆ１点に短絡事故が発生す
ると、短絡方向継電器５は計器用変圧器７を介して入力
される電圧と計器用変流器６を介して入力される電流と
の位相差及び入力電流の大きさにより短絡事故検出区間
８内で短絡事故が発生したと判定し、遮断器２に保護出
力である遮断指令を送出する。

【０００７】一方、短絡方向継電器５の設置端より手前
の３相交流電源１側の線路の図示Ｆ２点に短絡事故が発
生すると、短絡方向継電器５は計器用変圧器７を介して
入力される電圧と計器用変流器６を介して入力される電
流との位相差及び入力電流の大きさにより短絡事故検出
区間８外での短絡事故発生と判定し、保護出力を送出し
ない。

【０００８】また、図４において、短絡事故検出区間８
内で発生した短絡事故でも、事故点Ｆ１が短絡方向継電
器５のごく近傍の場合には短絡事故発生に伴う系統電圧
降下により、短絡方向継電器５は必要な動作トルクが得
られないため、保護出力を送出しない。

【０００９】特に、短絡方向継電器が電力型継電器の場
合には、入力電流をＩ、入力電圧をＥ、その位相差をθ
とすると、継電器動作に必要となる磁束は電流、電圧に
比例することから、その動作トルク（Ｔ）を、Ｔ＝ＫＥ
Ｉcos θ（Ｋは定数）で表すことができる。

【００１０】従って、電圧Ｅがゼロになると、短絡方向
継電器は動作不可能となり、保護区間内での事故発生に
もかかわらず、保護出力が得られない事態となる。そこ
で、このような事態に対処するため、通常は図６（ａ）
に示すように交流電源Ｅに接続される短絡方向継電器の
電圧動作コイルＲに誘導リアクタンスＬ及び容量リアク
タンスＣを並列接続したＬＣ共振回路を直列接続Ｒする
ことにより、短絡事故発生に伴う電圧急減時にも、図６
（ｂ）に示すように共振回路が減衰するまでの２サイク
ル前後の時間だけ継電器の動作を保証している。すなわ
ち、図６（ｃ）はＬＣ共振回路がない場合には図６
（ｃ）のように短絡事故が発生すると直ちに電圧がゼロ
となってしまうが、ＬＣ共振回路を設けた場合には図６
（ｂ）に示すように共振残留電圧により２サイクル前
後、短絡方向継電器の電圧動作コイルを励磁することが
できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなＬ
Ｃ共振回路を設けた短絡方向継電器を実際の電力系統に
適用する場合、図７に示すように短絡方向継電器４を上
位系につながる同様の短絡方向継電器９と同時に運用す
ると次のような問題が発生する。

【００１２】ここで、図７に示す電力系統の構成を述べ
ると、３相交流電源１と上位の３相交流電源４との間を
送電線３により連系し、３相交流電源側の送電線３に遮
断器２を設けると共に、この遮断器２と上位系の３相交
流電源４との間に遮断器１２を設けて２つの保護区間と
し、遮断器２側に短絡方向継電器５を設けて計器用変流
器６及び計器用変圧器７より電流及び電圧を入力し、ま
た遮断器１２側にも短絡方向継電器９を設けて計器用変
流器１０及び計器用変圧器１１より電流及び電圧を入力
して、短絡方向継電器４と９とを同時に運用するように
している。

【００１３】このように電力系統において、いま送電線
３の図示Ｆ４点で短絡事故が発生したとすると、遮断器
１２の遮断のみで事故点の除去が可能であるにもかかわ
らず、短絡方向継電器５の保護区間８と短絡方向継電器
９の保護区間の双方に重なっている部分があるため、短
絡方向継電器５と短絡方向継電器９とが同時に事故を検
出してそれぞれ保護出力を送出し、遮断器２及び１２が
遮断されてしまうことになる。

【００１４】従って、保護協調上、短絡方向継電器４の
保護出力を遅らせる必要があるため、短絡方向継電器５
の保護出力に時限を設けることが考えられる。しかし、
保護出力に時限を持たせると、短絡方向継電器５のごく
近傍の図示Ｆ３点に短絡事故が発生した場合、保護出力
を送出する前に前述したＬＣ共振回路による残留電圧が
減衰してしまい、短絡方向継電器の出力接点が復帰して
しまう。その結果、短絡事故が継続中にもかかわらず、
保護出力が送出されない。

【００１５】そこで、この対策として短絡方向継電器の
保護出力を無条件に外部にてホールドすることが考えら
れるが、このようにすると上位遮断器の遮断により事故
点の除去が行われ、短絡方向継電器が復帰した場合でも
ホールドが解けないため、不要に保護出力が送出されて
しまうことになる。

【００１６】従って、このような不具合を解消するに
は、短絡方向継電器５の動作時点から時限保護出力時点
までに、確実に保護出力を確保するために、短絡方向継
電器が動作すると、継電器外部で保護出力接点をホール
ドする回路と、さらに上位の短絡方向継電器９と遮断器
１２と遮断器１２など短絡事故検出区間８の上位の全遮
断器ま遮断信号を取り込んでホールドを解く回路を構成
する必要があった。

【００１７】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、短絡事故に伴う系統電圧の急激な降下によ
り、継電器動作トルクが十分得られない場合でも、保護
協調上必要な時間、継続して事故の検出及び保護出力動
作を行うことができる短絡方向継電器を提供することを
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により短絡方向継電器を構
成するものである。請求項１に対応する発明は、電力系
統に設けられた計器用変流器及び計器用変圧器より電流
及び電圧を入力し、これら入力電流及び入力電圧から短
絡事故の発生を検出して保護動作出力を送出するように
した短絡方向継電器において、前記入力電流と入力電圧
の位相差を検出する方向要素と、前記入力電流の大きさ
を検出する過電流要素と、これら両要素により検出され
た位相差及び電流の大きさから短絡事故の有無を判定
し、短絡事故有りと判定されると保護動作出力を送出す
る判定部と、この判定部により短絡事故が発生している
と判定されたことを条件に前記入力電流から短絡事故電
流の大きさを検出して前記短絡事故が継続しているか否
かを判定し、事故継続していると判定されると保護動作
出力を送出する事故継続検出手段と、前記判定部及び前
記事故継続検出手段より出される保護動作出力を電力系
統上の他の保護継電器との保護協調に必要な時限後に送
出する時限手段とを備えたものである。

【００１９】従って、上記請求項１に対応する発明の短
絡方向継電器にあっては、短絡事故が継電器設置点のご
く近傍で発生した際に、短絡事故に伴う系統電圧の急激
な降下により十分な動作トルクが得られない場合でも、
保護協調上必要な時間、継続して事故の継続及び保護動
作出力を送出することが可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明による短絡方向継電器
の第１の実施の形態を示すブロック構成図である。

【００２１】図１において、２１は図示しない電力系統
上に設けられた計器用変流器を介して入力される電流Ｉ
と同じく計器用変圧器を介して入力される電圧Ｖとを用
いて入力電流と入力電圧の位相差により短絡事故の発生
方向を検出する方向要素、２２は入力電流Ｉから短絡事
故電流の大きさを検出する過電流要素、２３は方向要素
２１の検出信号と過電流要素２２の検出信号に基づいて
短絡事故の発生の有無を判定する判定部で、これら方向
要素２１、過電流要素２２及び判定部２３は従来と同様
の要素からなる短絡方向継電器（図示一点鎖線で示す）
２０部分を構成している。

【００２２】また、２４は判定部２３により短絡事故発
生と判定するとその判定出力を条件に入力電流Ｉを取込
んで短絡事故電流の大きさを検出する過電流要素、２５
はこの過電流要素２４の検出信号により事故継続の有無
を判定する事故継続判定部で、これら過電流要素２４及
び事故継続判定部２５は事故継続検出手段２７を構成し
ている。

【００２３】さらに、２６は判定部２３の判定出力及び
事故継続判定部２５の判定出力が入力されると予め設定
された時限経過後に保護出力を送出する時限装置であ
る。ここで、上記短絡方向継電器２０部分は、図２
（ａ）に示すような動作特性を有しており、また短絡事
故発生後の過電流要素２４及び事故継続判定部２５は図
２（ｂ）に示すような動作特性を有している。

【００２４】すなわち、図２（ａ）に示す動作特性は、
短絡事故検出前の動作特性であり、従来の短絡方向継電
器の動作特性と全く同一で、短絡事故の方向と短絡電流
の大きさで事故の検出を行うためのものである。

【００２５】また、図２（ｂ）に示す動作特性は、短絡
電流の大きさのみで事故の継続判定を行うためのもの
で、電圧に対する電流の位相遅れを判定する必要がない
ため、継電器動作に電圧要素は不要となる。

【００２６】次に上記のように構成された短絡方向継電
器の作用を図３に示す動作フローにより説明する。ま
ず、電力系統上にある他の保護継電器との保護協調を考
慮し、時限装置２６に対して短絡方向継電器の保護出力
に時限Ｔを設定する（Ｓ１）。次いで短絡方向継電器
は、方向要素２１と過電流要素２２の双方により電力系
統の事故検出を開始する（Ｓ２）。これら方向要素２１
及び過電流要素２２の検出信号に基づいて判定部２３に
て系統上の短絡事故発生と判定すると（Ｓ３）、その判
定出力を条件に過電流要素２４に入力電流Ｉを取込んで
事故検出を行う動作特性に変更し（Ｓ４）、事故継続判
定部２５にて短絡事故継続の有無を判定する（Ｓ６）。

【００２７】ここで、短絡事故が検出されなくなった場
合は、上位系の適切な事故遮断により事故点が除去され
たものとして、最初の動作特性に復帰し、再度系統上の
短絡事故の検出を開始する。

【００２８】また、短絡事故の継続が引き続いて検出さ
れた場合には、事故検出時点からの経過時間が時限装置
２６にて設定した時限値に到達しているか否かの判定を
行い（Ｓ７）、到達していれば保護出力を送出し（Ｓ
８）、到達していなければ事故継続検出（Ｓ６）以降の
ルーチンを繰返す。

【００２９】次に前述した短絡方向継電器を図４に示す
電力系統に適用した場合の作用を述べる。なお、図４に
おいて、短絡方向継電器５に代えて図１に示す短絡方向
継電器が設置されているものとして説明する。

【００３０】いま、短絡事故検出区間８で示す方向を短
絡事故検出方向とする。このような状況下で、図示Ｆ１
点に短絡事故が発生すると、計器用変流器６により検出
された電流と計器用変圧器７により検出された電圧とが
図１に示す短絡方向継電器に入力される。この短絡方向
継電器では、方向要素２１により入力電圧と入力電流と
の位相差を検出すると共に、過電流要素２２により入力
電流の大きさを検出し、判定部２３でこれら位相差及び
入力電流の大きさから図２（ａ）に示す動作特性をもと
に短絡事故検出区間８内で短絡事故が発生したと判定
し、その判定出力を時限装置２６にて他の保護継電器と
の時間協調をとった後、遮断器２に遮断指令を出力す
る。

【００３１】また、遮断器２より３相交流電源１側の線
路の図示Ｆ２点に短絡事故が発生した場合には、方向要
素２１により検出された入力電圧と入力電流との位相差
と、過電流要素２２により検出された入力電流の大きさ
が図２（ａ）に示す動作特性の動作領域外にあることか
ら、判定部２３では短絡事故検出区間外での短絡事故と
判定し、保護出力の送出は行われない。

【００３２】一方、短絡事故検出区間８内で短絡方向継
電器の設置端のごく近傍に短絡事故が発生すると、まず
方向要素２１により検出された入力電圧と入力電流との
位相差と、過電流要素２２により検出された入力電流の
大きさが図２（ａ）に示す動作特性の動作領域内にある
ことから、判定部２３では短絡事故検出区間内での短絡
事故と判定するが、短絡事故発生に伴う系統電圧降下の
ため、その判定出力はＬＣ共振回路により２サイクル程
度維持されるだけである。

【００３３】しかし、判定部２３により短絡事故と判定
すると、その判定条件で過電流要素２４により入力電流
の大きさを検出し、さらに事故継続判定部２５により短
絡電流の大きさから図２（ｂ）に示す動作特性をもとに
短絡事故が継続していることを判定し、その判定出力を
時限装置２６にて他の保護継電器との時間協調をとった
後、遮断器２に遮断指令を出力する。

【００３４】従って、事故点Ｆ１が短絡方向継電器５の
ごく近傍で、短絡事故発生に伴う系統電圧降下があって
も、必要な動作トルクを確保することが可能となる。こ
のように本実施の形態では、方向要素２１により入力電
圧と入力電流との位相差を検出し、過電流要素２２によ
り入力電流から短絡電流の大きさを検出し、判定部２３
によりこれら位相差及び短絡電流の大きさから図２
（ａ）に示す動作特性に基づいて短絡事故の有無を判定
し、この判定部２３により短絡事故と判定すると直ちに
過電流要素２４により入力電流から短絡電流の大きさを
検出して事故継続判定部２５により図２（ｂ）に示す動
作特性に基づいて短絡事故を継続して判定して保護出力
を送出するようにしたものである。

【００３５】従って、短絡方向継電器の設置端近傍の短
絡事故による電圧降下の影響を受けることなく、保護出
力動作を継続することが可能である。これにより、従来
のように保護指令の時限出力時に必要とされていた外部
ハード回路の構成や、系統全体の遮断器の遮断信号の入
力が不要となり、保護システム全体の設備の簡素化を図
ることができると共に、信頼性の向上を図ることができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、短絡
事故に伴う系統電圧の急激な降下により、継電器動作ト
ルクが十分得られない場合でも、保護協調上必要な時
間、継続して事故の検出及び保護出力動作を行うことが
できる短絡方向継電器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による短絡方向継電器の実施の形態を示
すブロック構成図。

【図２】同実施の形態における短絡方向継電器の動作特
性図。

【図３】同実施の形態の動作を説明するためのフローチ
ャート。

【図４】従来の短絡方向継電器を適用した電力系統の一
例を示す構成図。

【図５】従来の短絡方向継電器の動作特性図。

【図６】従来の短絡方向継電器において、短絡事故発生
時の入力電圧を保持するためのＬＣ共振回路と電圧波形
を示す図。

【図７】従来の短絡方向継電器を適用した電力系統の他
の例を示す構成図。

【符号の説明】

２１……方向要素 ２２，２４……過電流要素 ２３……判定部 ２５……事故継続判定部 ２６……時限装置 ２７……事故継続検出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統に設けられた計器用変流器及び
   計器用変圧器より電流及び電圧を入力し、これら入力電
   流及び入力電圧から短絡事故の発生を検出して保護動作
   出力を送出するようにした短絡方向継電器において、 前記入力電流と入力電圧の位相差を検出する方向要素
   と、前記入力電流の大きさを検出する過電流要素と、こ
   れら両要素により検出された位相差及び電流の大きさか
   ら短絡事故の有無を判定し、短絡事故有りと判定される
   と保護動作出力を送出する判定部と、この判定部により
   短絡事故が発生していると判定されたことを条件に前記
   入力電流から短絡事故電流の大きさを検出して前記短絡
   事故が継続しているか否かを判定し、事故継続している
   と判定されると保護動作出力を送出する事故継続検出手
   段と、前記判定部及び前記事故継続検出手段より出され
   る保護動作出力を電力系統上の他の保護継電器との保護
   協調に必要な時限後に送出する時限手段とを備えたこと
   を特徴とする短絡方向継電器。