JP2005210767A - 過電流保護システム - Google Patents

Abstract

【課題】連系系統において連系用リレーの不要な動作を防止し、かつ、時間協調に要する遅延時間を短縮する。
【解決手段】連系系統における構内事故検出用保護リレーＲｙ２は、事故発生前後の電流位相が同位相であるか逆位相であるかを検出して需要家構内の内部事故と外部事故とを判定する位相判定機能２１と、事故発生前後の電流位相が同位相であって過電流検出時に瞬時に動作出力を得るリレー機能２２と、事故発生前後の電流位相が逆位相であって過電流が所定期間にわたり継続した時に動作出力を得るリレー機能２３と、事故発生前後の電流位相が同位相であることを示す同位相検出信号を出力する手段２６とを備え、リレーＲｙ４は、前記同位相検出信号の受信時に動作出力を所定期間にわたりロックする機能を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に連系系統に適用される過電流保護システムに関し、詳しくは、系統電流の位相判定に基づいて連系用保護リレーの動作出力をロックする機能を備えた過電流保護システムに関する。

図３は、一般的な配電系統の構成図を示している。図３において、１００は配電用変電所、１０１は電源（図示されていない上位系統に接続される電力用変圧器を示す）、１０２は母線、Ｒｙ１は保護リレー、ＣＢ１は遮断器、２００は配電線（フィーダ）、２０１は需要家３００の受電点近くの母線、Ｒｙ２は過電流保護リレー、ＣＢ２は遮断器、３００は需要家、３０１は需要家３００内の自家用発電設備である。

配電用変電所１００では、上位系統（６６［ｋＶ］〜１１０［ｋＶ］）から受電し、変電所１００内の電源１０１としての電力用変圧器により降圧して配電線２００に供給している。電力用変圧器は複数台あり、母線１０２を介して変圧器１台当たり４〜１２の配電線２００に配電しているが、図３ではこれらをまとめて一つのインピーダンスとして表してある。

典型的な例では、配電用変電所１００内の電力用変圧器の１次側の電圧は６６［ｋＶ］（７７［ｋＶ］のこともあり、地域によって異なる）であり、２次側は６．６［ｋＶ］系統となっている。なお、通常、６．６［ｋＶ］以下の系統を、配電系統と呼んでいる。
この配電系統は非接地系統であり、地絡を検出するためだけに図示されていない接地トランス（ＧＰＴ）の２次側に零相抵抗を挿入し、地絡時に発生する零相電圧及び零相電流を検出して地絡保護リレーにより保護動作を行うようになっている。

このような配電系統は、需要家３００に配電するのが目的であり、通常、需要家側には大きな電源（短絡電源）は設けられていない。仮に電源を備えていたとしても、図３に示す如く自家用発電設備３０１があるだけであり、需要家３００から配電系統側に電流が供給されることはなく、また、形態としては放射状系統であって末端で配電線に連系されることはない。すなわち、需要家３００内の自家用発電設備３０１は、配電線２００に連系可能な系統構成になっているが、この種の発電設備３０１は保守や異常事態の時に使用するべく設けられている。

配電系統の保護や制御システムはこのような系統条件を考慮した上で設計されており、需要家３００の構内の電気設備も含めて以下のような保護システムになっている。

（１）短絡事故時の保護
３相の配電線において、３相のうち２線または３線が接触した場合を短絡事故という。通常、このような短絡事故には、反限時特性の過電流保護リレーが使用される。周知のように、反限時特性の過電流保護リレーは、配電線に定格電流以上の大きさの電流が流れた時に、その電流値と動作するまでの時間とが反比例するような特性を持った保護リレーである。

いま、図３において、需要家３００の構内の地点Ｆ３で短絡事故が発生した場合、配電用変電所１００から短絡電流が流れる。図示例では、途中で分岐等がないため、リレーＲｙ１，Ｒｙ２には同じ値の短絡電流が流れる。配電用変電所１００と需要家３００との間には、通常、別の需要家も接続されているので、この事故のように特定の需要家３００内での事故では当該需要家３００近傍の遮断器ＣＢ２のみを遮断することが望ましく、そうすれば他の需要家は停電することがないため影響は少なくなる。

このため、配電用変電所１００内のリレーＲｙ１と需要家３００側のリレーＲｙ２との間には、その動作時間に意図的に差が設けられており、リレーＲｙ１はＲｙ２に比べて０．２〜０．５秒程度遅れて動作するように設定されている。この時間は、地点Ｆ３における短絡事故が発生した時に、これをリレーＲｙ２が検出して遮断器ＣＢ２を動作させ、短絡電流が流れなくなるまでの時間に多少余裕を見た数値となっている（なお、リレーが動作して遮断器が開放されるまでには、少なくとも１５０［ｍｓ］程度必要とする）。

このようにリレーＲｙ１，Ｒｙ２の動作時間にある程度の差を設けておけば、変電所１００側の遮断器ＣＢ１よりも需要家３００側の遮断器ＣＢ２が必ず先に動作して短絡事故が解消するため、遮断器ＣＢ１が動作するには至らない。このことは、配電線２００や母線２０１に接続されているどの需要家内で短絡事故が発生した場合も同様である。

ここで、図４は、反限時特性の過電流保護リレーの動作時間特性及び動作時間精度の一例を示す図である。動作時間と入力電流値（一般には定格電流との比）との関係は相似形であるが、動作時間の絶対値は標準値を１として１０まで０．１ステップ（程度）で設定できるようになっており、これをレバーと称している。

図３に示したリレーＲｙ１，Ｒｙ２は同じ特性のリレーであり、上記レバーの設定を変えることで動作時間を調整している。すなわち、図３の配電系統において完全短絡時（短絡点での抵抗が零の時）の入力電流を５００％とすると、この電流値でリレーＲｙ１，Ｒｙ２の動作時間差が０．５秒程度になるようにレバーの設定を変えている。
なお、図４の動作時間特性における右側の縦軸ｎは、動作時間の整定値を示している。

（２）電圧制御
近年、電力自由化の動向、環境問題への意識の高まりから再生可能エネルギーによる分散電源が普及している。現状の配電系統で大きな容量の分散電源が連系された場合、その発電電力量によって配電線に流れる電流（以下、潮流という）が大きく変化した場合は、特定の地点の電圧を規定値内に入れることは可能であるが、配電系統全般にわたって電圧値を規定の１０１±６［Ｖ］に維持することは困難になりつつある。

亘長の長い配電線では、負荷だけが接続されている時でも配電線のインピーダンスによる電圧降下で末端の電圧を規定の１０１±６［Ｖ］に維持することは困難なため、配電線の途中にＳＶＲと称する自動電圧調整器が設置されており、変圧器のタップ制御により負荷側の電圧を上昇させて電圧値を規定範囲内に維持している。この電圧調整器は、電源側（配電用変電所側）の電圧を検出して負荷側の電圧を制御するものであり、逆側すなわち電源側の電圧を制御する機能はない。

例えば、電圧が目標値よりも高くなった場合、変圧器のタップを制御して電圧値を変えようとするが、電圧はほとんど変化しないため下限値になったままになる。逆に電圧が目標電圧より低くなると電圧を上昇させる方に制御して上限値になったままとなる。
このような電圧制御システムのもとで、上記のような分散電源が負荷側に接続されると、配電系統全般にわたって適正な電圧値を維持するのは困難になってきている。

上記の経緯により配電系統における電圧値の維持が困難になっているが、その対応策として、配電線の容量を増加させて分散電源の影響を低減するべく、２つの配電線を末端で連系する運用が検討されている。
図５は、この種の連系系統（ループ系統）の例を示しており、需要家の受電点にある母線を経由して２つの配電線を連系させる構成となっている。

図５において、図３と異なる部分を中心に説明すると、１２０は配電用変電所、１２１は電源（電力用変圧器）、１２２は母線、Ｒｙ３は過電流保護リレー、ＣＢ３は遮断器、２２０は配電線、２２１は母線、Ｒｙ４は連系用の過電流保護リレー（連系用保護リレー）、ＣＢ４は遮断器であり、配電線２００側の母線２０１と配電線２２０側の母線２２１とは前記遮断器ＣＢ４を介して連系されている。なお、５０１は連系線を示す。
このような連系系統では、配電線１本当たりの電流が減るため、線路の電圧降下が小さくなり、配電線における電圧の維持が容易になる。

しかし、上記連系系統では、保護システム上、以下に示すような問題がある。
まず、この種の系統を従来の保護システムによって保護する場合、リレーＲｙ２の動作時間は通常０．２秒程度である（需要家３００構内の系統構成に応じた時間協調のため、動作時間は概ね０．５〜０．２秒程度であるが、以下では０．２秒と仮定する）。
これに対して、配電用変電所１００，１２０内のリレーＲｙ１，Ｒｙ３の動作時間は０．５〜１秒程度（以下では０．５秒と仮定する）に設定されていると共に、リレーＲｙ４は負荷側にあるためリレーＲｙ２と同様に０．２秒に設定されているとする。

いま、需要家３００構内の地点Ｆ３における短絡事故時には、近傍の遮断器ＣＢ２が動作して他の遮断器は不動作であることが要求される。この時、リレーＲｙ２は０．２秒程度で動作し、遮断器ＣＢ２がＯＦＦした時点で事故は消滅する。また、リレーＲｙ１，Ｒｙ３は前述のように動作時間が長いため（０．５秒）、遮断器ＣＢ１，ＣＢ３が動作することはない。

更に、連系用保護リレーＲｙ４の動作時間は０．２秒であるため、リレーＲｙ２と時間的には余り差がなく動作する（リレーＲｙ２を流れる電流値はＲｙ４よりも大きいため、反限時特性のリレーであれば、リレーＲｙ４はＲｙ２より遅れて動作する可能性が高い）。
このリレーＲｙ４を確実に動作させないようにするには、事故電流値などを考慮して、リレーＲｙ２に対して確実に０．２秒程度の時間差を確保できるようにしなければならない。また、このリレーＲｙ４と他のリレーＲｙ１，Ｒｙ３との間でも時間協調をとる必要があり、結果的にリレーＲｙ１，Ｒｙ３の動作時間は現状より長くなる。

一方、配電線２２０上の地点Ｆ２で短絡事故が発生した場合には、リレーＲｙ３，Ｒｙ４及び遮断器ＣＢ３，ＣＢ４が動作し、その他のリレーは不動作であるべきである。しかし、現状の時間設定では、まずリレーＲｙ４，Ｒｙ２の動作後、約０．２秒で遮断器ＣＢ４，２が動作（ＯＦＦ）し、その後（約０．５秒後）にリレーＲｙ３及び遮断器ＣＢ３が動作（ＯＦＦ）する。従って、遮断器ＣＢ２は不要に動作することになる。
これを避けるためには、遮断器ＣＢ４をＣＢ２よりも早く動作させる必要があるが、前述したように需要家３００構内の地点Ｆ３における事故では、遮断器ＣＢ２をＣＢ４よりも優先的に動作させることとしているため、何れの事故点Ｆ２，Ｆ３に対しても最適となるような動作時間の整定は困難である。

ここで、従来の反限時特性の過電流保護リレーは電磁型であり、コイルに通流される電流値が大きい時は可動子が早く回転し、電流値が小さい時はゆっくり回転する原理に基づいており、可動子の回転時間を機構的に調整して様々な特性を実現している。
これに対し、最近の保護リレー技術では、電流入力をＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換して得たディジタルデータをマイクロコンピュータ等のデータ処理装置により加工し、所望の機能を実現するためのプログラムを組んで所定の性能を得るようしたディジタルリレーがかなり普及してきており、量産化によって次第に安価に供給されつつある。

図５において、事故点によっては適切な保護協調が図れないという課題は、保護リレーの動作時間を変えられないことにあり、これを解決するには、事故の発生地点に応じて動作時間の整定値を柔軟に変更できる機能があれば良く、この機能をディジタルリレーによって実現すればよい。
このため、例えば、需要家３００近傍のリレーＲｙ２については、電流の大きさが設定値を超えて事故が発生したと判断された場合、事故発生前の電流に対して事故発生後の電流が同位相の時は需要家３００構内の事故（事故点Ｆ３）と判断して０．２秒程度の短時限で瞬時に動作させ、逆位相の時（事故点Ｆ２）は外部の事故と判断して０．７秒程度の長時限で動作させるようにすると共に、配電線２００と他方の配電線２２０との間に設けられた連系用保護リレーＲｙ４（遮断器ＣＢ４）の動作時間は、上記短時限と長時限との中間（０．４〜０．５秒程度）に設定することが考えられる。

しかしながら、これにより、リレーＲｙ２と、リレーＲｙ４と、配電用変電所１００，１２０構内のリレーＲｙ１，Ｒｙ３という３段階で時限協調が必要になるため、リレーＲｙ１，Ｒｙ３の動作時間はやや長くなり、０．５秒から０．７秒程度にまで遅延する。また、系統定数や構成によっては動作時間を遅らせただけでは対処できない場合もあり、動作を遅延させるにも限度がある。
このような場合には、現状のように２段階で時間協調をとることで、協調に要する遅れ時間を短くする手段が必要になる。

なお、不要な保護動作を防止して多段の過電流保護協調をとることを目的として、自己より下位の系統における過電流検出に基づく信号を受信した場合に、判定手段の動作によって自己の保護動作指令の出力動作をロックするようにした過電流保護装置が、下記の特許文献１に記載されている。
また、上位継電器、下位継電器との間で動作特性データを送受信可能とし、それぞれの動作特性を自由に設定可能とした保護継電システムが下記の特許文献２に記載されている。

特開平１１−２０６００８号公報（請求項１〜３、図２等） 特開平７−８７６５８号公報（請求項１〜３、図１等）

前述した如く、時間協調のためにリレーの動作時間を遅延させるにも限界があり、事故発生地点に応じて整定値を調整する方法では適切な保護協調が図れないという問題がある。
また、特許文献１，２に記載された保護システムは、電源のない負荷側の下位系統と電源のある上位系統との間での送受信により上位系統のリレー動作をロックしたり、上位または下位系統のリレーの動作特性を変更可能としたものであるが、この場合、下位系統の１箇所でリレーが動作すると事故点は必ず当該リレーの下位側にあるため、ロックするべき上位系統のリレーは自ずと決まってくる。
しかし、下位系統にも電源（分散電源）がある場合には、その分散電源の運転状態によってロックするべき上位のリレーも変わる可能性があると共に、図５に示したような連系系統では、下位のリレーＲｙ２に対して上位系統に２台のリレーＲｙ１，Ｒｙ３があり、事故点によってどちらのリレーをロックすべきかを下位のリレーＲｙ２では判断できない。何れにしても、下位のリレーが動作したという情報だけでロックするべき上位のリレーを特定するのは困難である。
更に、特許文献１の従来技術では、遠く離れた上位リレーと下位リレーとの間でロック信号を受け渡すことから、信号の伝送距離が長く、大掛かりな伝送装置が必要になってコストも上昇する。

そこで本発明は、需要家３００の構内事故では需要家３００近傍のリレーＲｙ２を流れる電流が事故発生前の電流と同位相である点に着目し、これを利用して、通常は需要家３００の受電設備の中にある連系用保護リレーＲｙ４の動作をロックすることによりリレーＲｙ４の不要な動作を防止し、また、リレーＲｙ２（及びリレーＲｙ４）と、配電用変電所１００，１２０構内のリレーＲｙ１，Ｒｙ３という２段階での時間協調をとるようにしたものである。

図５の連系系統において、需要家３００の構内事故以外では、配電線２００，２２０の何れで事故が発生してもリレーＲｙ４は動作する。このため、需要家３００近傍のリレーＲｙ２を流れる電流の位相が事故発生前後で同位相か逆位相かを判断することで需要家３００の構内事故か否かを判断できることになり、同位相の場合（すなわち需要家構内の事故の場合）にはリレーＲｙ４の動作をロックすることでリレーＲｙ４の不要動作防止が可能である。

リレーＲｙ４は配電用変電所１００，１２０の構内事故でも動作するが、この構内の短絡事故ではリレーＲｙ１またはＲｙ３の瞬時要素により遮断器ＣＢ１またはＣＢ３が開路（ＯＦＦ）するので、０．２秒程度の時間があればリレーＲｙ４が誤判定により不要動作するおそれはない。
なお、このようなシステムではリレーＲｙ２の電流を検出してリレーＲｙ４の動作をロックするために信号を伝送する必要があるが、リレーＲｙ２，Ｒｙ４とも通常、需要家３００の受電設備の中にあり、一般に配電盤は一箇所に集中して設置されるため、ワイヤリングによる伝送が可能である。仮に、両リレーの場所が離れていても、通信手段は比較的安価に構成可能であるから問題はない。

よって、請求項１に記載した発明は、二つの配電線が連系用保護リレーを備えた遮断器を介して連系されている連系系統であって、需要家の構内事故発生時に動作する構内事故検出用保護リレー及び遮断器を備えた連系系統において、前記構内事故検出用保護リレーは、
事故発生前後の電流位相が同位相であるか逆位相であるかを検出して需要家構内の内部事故と外部事故とを判定する位相判定機能と、事故発生前後の電流位相が同位相であって過電流検出時に瞬時に動作出力を得るリレー機能と、事故発生前後の電流位相が逆位相であって過電流が所定期間にわたり継続した時に動作出力を得るリレー機能と、事故発生前後の電流位相が同位相であることを示す同位相検出信号を出力する手段と、を備え、
前記連系用保護リレーは、前記同位相検出信号の受信時に、動作出力を所定期間にわたりロックする機能を備えたものである。

本発明によれば、需要家の構内事故発生時に連系用保護リレーの動作出力をロックすることにより、このリレーの不要な動作を防止することができると共に、ロック信号の伝送距離を短くして伝送装置等の簡略化、低コスト化を図ることができる。また、配電線上の事故に対しても、需要家近傍のリレー及び連系用保護リレーと、配電用変電所構内のリレーとの２段階の動作時間整定により、連系用保護リレーを最先に動作させ、その後に需要家近傍のリレーを動作させるような時間協調をとることができ、これによって協調に要する時間遅れを最小限にすることが可能である。更に、事故前後の電流の位相を比較することで、下位系統の電源の有無（正確には、下位の電源が保護判定に影響するか否か）も判定できる効果がある。
総じて、分散電源が連系された配電系統において、需要家側のリレーを含めた過電流保護システムの適切な保護協調を図ることができ、その適用範囲を大幅に拡大することができる。特に、最近の電子化技術の進歩により、このような判断機能を備えた保護システムは比較的安価に実現可能である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１はこの実施形態が適用される配電系統の構成図であり、系統構成自体は実質的に図５と同一である。

但し、配電線２００，２２０の長さとしては、標準的な日本の配電系統を想定し、その平均値である３［ｋｍ］程度とした。配電用変電所１００，１２０の電源インピーダンスはほとんどωＬ（ω＝２πｆ，ｆ：電源周波数、Ｌ：インダクタンス）とし、０．３３［Ω］とした。また、配電線２００，２２０のインピーダンスはωＬのみの値であって１．２［Ω］とし、実際に存在する抵抗分は無視してある。
なお、配電線の短絡事故において完全短絡はまれであり、アーク抵抗を伴うことが多い。また、事故の様相や電流値、気象条件などでインピーダンスは様々な値となり、かつ時間的にも変化する。従って通常の故障計算はωＬのみで行い、抵抗の最大値を考慮して設定値を決めている。

更に、需要家３００内に設けられて配電線２００に連系される自家用発電設備３０１のインピーダンスＸｄ’は、過渡インピーダンス事故時の数１０［ｍｓ］から１秒未満における値であり、約７．５［Ω］程度となる。この値は時間と共に大きくなり、定常状態まで時間が経過すると、Ｘｄ（８０［Ω］）程度になる。従って、短絡電流の試算には、Ｘｄ’（約７．５［Ω］）を使用した。
需要家３００構内の系統インピーダンスは、０．１［Ω］とした。

このような前提で故障電流を計算すると、以下のようになる。なお、配電線２００，２２０の定格電流は４００［Ａ］、需要家３００の引込線は定格電流１００［Ａ］で電圧階級は６．６［ｋＶ］とする。

（１）需要家構内事故
需要家３００の構内における３線短絡事故（事故点Ｆ３）では、配電線２００，２２０から短絡電流が流入し、１相分ではおおよそ数式１のような電流が事故点Ｆ３に流入する。
［数式１］
（６，６００［Ｖ］／√３）／｛（電源インピーダンス＋配電線インピーダンス）／２＋（構内系統インピーダンス）｝≒４．４［ｋＡ］

このため、保護リレーＲｙ１，Ｒｙ３，Ｒｙ４の設置地点での電流はいずれも約２．２［ｋＡ］であり、定格電流に対する比率では５５０％となる。また、保護リレーＲｙ２の設置地点での電流は４．４［ｋＡ］（定格電流の４４００％）となる。
通常、定格の２０倍を越える領域ではリレーの瞬時要素が数１０［ｍｓ］で動作する（構内機器の短絡電流に対する過電流強度との関係で決める）。従ってこの場合は、リレーＲｙ２が最先に動作し、他のリレーＲｙ１，Ｒｙ３，Ｒｙ４については０．５秒程度の動作時間を確保すれば良い。

上記の場合、事故電流値が大きいためリレーＲｙ２は瞬時に動作するが、事故点Ｆ３に２［Ω］程度の事故点抵抗（アーク抵抗）ｒが入ると、電流は数式２のようになる。なお、数式２における左辺分母の合成インピーダンスは、約２．１８［Ω］である。
［数式２］
（６，６００［Ｖ］／√３）／｛（電源インピーダンス＋配電線インピーダンス）／２＋（構内系統インピーダンス＋ｒ）｝≒１．７５ｋＡ

このとき、リレーＲｙ１，Ｒｙ３，Ｒｙ４の設置地点における電流はいずれも約０．８２［ｋＡ］であり、定格電流に対する比率では２０５％になると共に、リレーＲｙ２の設置点の電流は１７５０％となり、その瞬時要素は動作しない。
ここで、図４に示した反限時特性のディジタル形過電流保護リレーにおいて整定値ｎ＝１の時は、リレーＲｙ１，Ｒｙ３，Ｒｙ４は約１秒程度で動作し、需要家３００側のリレーＲｙ２は０．２５秒程度で動作するので、時間協調をとることができる。

（２）上記の需要家構内事故を考慮した保護リレーの整定において、配電線２２０上の地点Ｆ２での短絡事故について検討する。この場合の電流値は下記のようになる。
・配電線２００，２２０の電流：（６，６００［Ｖ］／√３）／（電源インピーダンス＋配電線インピーダンス）≒２．４９［ｋＡ］
・需要家３００の自家用発電設備３０１からの電流：
（６，６００Ｖ／√３）／（構内系統インピーダンス＋電源インピーダンス（自家用発電設備３０１のインピーダンスＸｄ’））≒０．５０［ｋＡ］

すなわち、事故点Ｆ２（事故点抵抗はなし）では、配電線２００，２２０から流れる短絡電流が何れも約２．４９［ｋＡ］であり、需要家３００の自家用発電機３０１による短絡電流は約０．５［ｋＡ］であるため、これらの合計は約５．４８［ｋＡ］となる。つまり、リレーＲｙ１，Ｒｙ３には何れも約２．４９［ｋＡ］（６２３％）が流れ、リレーＲｙ４には約２．９９（＝２．４９＋０．５）［ｋＡ］（７４８％）、リレーＲｙ２には０．５［ｋＡ］（５００％）の電流が流れることになる。

このような事故では、リレーＲｙ１，Ｒｙ３よりＲｙ４の方が早く動作する必要があり、この動作時間差も最低で０．２秒は必要となる。また、需要家３００近傍のリレーＲｙ２については、その動作時間をリレーＲｙ１，Ｒｙ３とＲｙ４との間に設定する必要がある。
その対策として、リレーＲｙ１，Ｒｙ３の整定値ｎを例えばｎ＝２、リレーＲｙ４の整定値ｎをｎ＝１、リレーＲｙ２の整定値ｎをｎ＝１．５とすることが考えられるが、かかる３段階の設定では協調に要する時間遅れが大きくなる。

そこで本実施形態では、リレーＲｙ１，Ｒｙ３の整定値を同一にし（例えばｎ＝２）、かつ、リレーＲｙ２，Ｒｙ４の整定値を同一にする（例えばｎ＝１）ことによって２段階の時間協調を可能にすると共に、需要家３００の構内事故に対しては、需要家３００近傍のリレーＲｙ２から連系用保護リレーＲｙ４に信号を送ってその動作をロックすることにより、リレーＲｙ４の不要動作を防止するようにした。

図２は、需要家３００近傍のリレー（需要家構内事故検出用保護リレー）Ｒｙ２及び連系用保護リレーＲｙ４の概略的な構成を示す機能ブロック図である。
図２において、需要家３００近傍のリレーＲｙ２は、位相判定機能２１と、リレー機能２２，２３と、これらの出力が加えられるＡＮＤ機能２４，２５と、パルス発生手段２６とを有している。

位相判定機能２１は、変流器から入力される現在の電流波形と数サイクル前の電流波形とを比較して両者の位相が同位相か逆位相かを判定する機能であり、同位相の場合には需要家３００の構内事故（内部事故）判定信号を出力し、逆位相の場合には外部事故（例えば図１における配電線１２０上の地点Ｆ２の事故）判定信号を出力する。
また、リレー機能２２は、例えば過電流検出時に瞬時に動作出力を発生する過電流保護機能、リレー機能２３は、例えば過電流を所定時間継続して検出した時に動作出力を発生する過電流保護機能であり、これらの出力は前記各判定信号と共にＡＮＤ機能２４，２５に入力されている。

これにより、内部事故の判定時には瞬時にＡＮＤ機能２４から事故検出信号が出力され、外部事故の判定時には、事故発生から所定時間経過した後に（連系用保護リレーＲｙ４の動作後に）ＡＮＤ機能２５から事故検出信号が出力される。なお、これらの事故検出信号によって図１における遮断器ＣＢ２をトリップ動作させるための出力回路については図示を省略してある。

位相判定機能２１の出力信号はパルス発生手段２６に入力されており、このパルス発生手段２６では、パルス幅が１００［ｍｓ］程度の１個の内部事故検出パルスを出力する。ここで、パルス幅を１００［ｍｓ］程度としているのは、受信側で、補助リレーのような接点信号を受信する回路では最低限この程度の時間がないとラッチ動作を行えないためであり、一方、この程度に短い幅のパルスにするのは、進展事故や多重事故のように事故点が複数ある場合や状況変化に対して即座に対応するためである。

連系用の保護リレーＲｙ４では、前記パルス発生手段２６の出力信号がパルス幅拡大手段４３に加えられており、この拡大手段４３は、内部事故検出パルスのパルス幅を一定時間まで拡大する機能を有している。このパルス幅拡大手段４３は、リレーＲｙ２側に設けても良い。
また、変流器から入力される連系線５０１の電流は過電流検出を行うリレー機能４１，４２に加えられ、これらの出力はＡＮＤ機能４５，４６に入力されている。ここで、リレー機能４１は、過電流を所定時間継続して検出した時に動作出力を発生する過電流保護機能を有し、リレー機能４２は、過電流検出時に瞬時に動作出力を発生する過電流保護機能を有している。

更に、前記パルス幅拡大手段４３の出力はそのままＡＮＤ機能４５に入力されていると共に、ＮＯＴ機能４４により反転されてＡＮＤ機能４６に入力されている。そして、ＡＮＤ機能４５，４６の出力はＯＲ機能４７を介して図１の遮断器ＣＢ４をトリップ動作させるように構成されている。
なお、前述の如く、リレーＲｙ２，Ｒｙ４の動作時間の整定値は何れもｎ＝１に設定されており、配電用変電所１００，１２０内のリレーＲｙ１，Ｒｙ３の整定値は何れもｎ＝２に設定されているものとする。

このような構成において、需要家３００の構内で短絡事故が発生した場合、リレーＲｙ２内のパルス発生手段２６から内部事故検出パルスが出力されると共に、ＡＮＤ機能２４の出力により遮断器ＣＢ２が瞬時に（０．２５秒程度で）開路される。上記内部事故検出パルスはパルス幅拡大手段４３によりパルス幅が拡大されてＮＯＴ機能４４を介しＡＮＤ機能４６に入力される。従って、リレー機能４２の出力にかかわらずＡＮＤ機能４６の出力はＬｏｗレベルとなり、リレーＲｙ４の動作出力がロックされる。

また、パルス幅拡大手段４３の出力がＨｉｇｈレベルの間、リレー機能４１の出力によってＡＮＤ機能４５を介して動作出力が生じる可能性があるが、前述したように内部事故において事故点抵抗がある場合のリレーＲｙ４の電流は定格電流に対して２０５％、リレーＲｙ２の電流は定格電流に対して１７５０％であり、図４の特性図によれば整定値ｎ＝１の時にリレーＲｙ２はリレーＲｙ４よりも早く動作して事故が除去されるため、問題はない。
従って、需要家３００の構内事故の場合に連系用保護リレーＲｙ４が不要に動作するのを防止することができる。

また、配電線１２０上の地点Ｆ２における短絡事故（事故点抵抗はなし）では、前述のようにリレーＲｙ１，Ｒｙ３には定格電流の６２３％が流れ、リレーＲｙ４には７４８％、リレーＲｙ２には５００％の電流が流れる。この場合、図４の特性によりリレーＲｙ４がリレーＲｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３よりも先に動作することになり、この場合にも２段階の整定によって時間協調を図ることができる。

なお、連系用保護リレーＲｙ４には、リレーＲｙ２以外にも、他の需要家近傍のリレーから電流位相の判定信号（内部事故検出信号）を受信してこれらのＯＲ機能により動作出力をロックする機能を持たせても良い。

本発明の実施形態が適用される配電系統の構成図である。 本発明の実施形態に係る需要家構内事故検出用リレー及び連系用保護リレーの概略的な構成を示す機能ブロック図である。 一般的な配電系統の構成図である。 反限時特性の過電流保護リレーの動作時間特性及び動作時間精度を示す図である。 ２つの配電線の連系系統の構成図である。

符号の説明

２１：位相判定機能
２２，２３：リレー機能
２４，２５：ＡＮＤ機能
２６：パルス発生手段
４１，４２：リレー機能
４３：パルス幅拡大手段
４４：ＮＯＴ機能
４５，４６：ＡＮＤ機能
４７：ＯＲ機能
１００，１２０：配電用変電所
１０１，１２１：電源
１０２，１２２：母線
２００，２２０：配電線
２０１，２２１：母線
３００：需要家
３０１：自家用発電設備
５０１：連系線
Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４：保護リレー
ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３，ＣＢ４：遮断器
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３：事故点

Claims (1)

1. 二つの配電線が連系用保護リレーを備えた遮断器を介して連系されている連系系統であって、需要家の構内事故発生時に動作する構内事故検出用保護リレー及び遮断器を備えた連系系統において、
   前記構内事故検出用保護リレーは、
   事故発生前後の電流位相が同位相であるか逆位相であるかを検出して需要家構内の内部事故と外部事故とを判定する位相判定機能と、
   事故発生前後の電流位相が同位相であって過電流検出時に瞬時に動作出力を得るリレー機能と、
   事故発生前後の電流位相が逆位相であって過電流が所定期間にわたり継続した時に動作出力を得るリレー機能と、
   事故発生前後の電流位相が同位相であることを示す同位相検出信号を出力する手段と、を備え、
   前記連系用保護リレーは、前記同位相検出信号の受信時に、動作出力を所定期間にわたりロックする機能を備えたことを特徴とする過電流保護システム。

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