JP2008141896A - 保護継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、交流き電系統に適用され、時間協調を必要とせずに、保護区間外の事故による不要動作を抑制し、異相混触事故を検出することのできる保護継電器を提供することにある。
【解決手段】 送電設備２から受電された三相交流を直交する単相二組のＡ座電源及びＢ座電源に変換するき電変圧器３を用いた交流き電系統に適用される異相混触保護継電器１において、中点分圧されたＡ座電源の相電圧と中点分圧されたＢ座電源の相電圧との位相差及びスカラ差をそれぞれ演算し、この位相差が所定の位相差θｋ以内であり、かつこのスカラ差が所定の電圧値Ｖｋ１以下の場合、Ａ座電源及びＢ座電源の異相混触事故と判定し、保護動作を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流き電系統に適用される保護継電器に関する。

交流き電系統は、三相交流を受電し、電気車が使用するために適した単相交流に変換する。このとき、三相交流からそのまま単相交流を使用すると、三相側に不平衡が生じる。そこで、三相交流を二組の単相交流に変換する三相−二相変換変圧器（き電用変圧器）が使用される。この変圧器は、二次側から９０度の位相差をもつ二組の単相電圧を出力する。この二組の単相電圧の相互間（以下、「異相間」という。）の混触事故を検出するために、異相混触保護継電器がある。

例えば、異相混触保護継電器は、二組のそれぞれの単相電圧を中点分圧した電圧を計器用変圧器で取り込む。交流き電系統で、異相間の混触事故が発生した場合は、異相間電圧の電圧値が低下する。これを利用して、異相混触保護継電器は、異相間電圧が整定値以下の電圧値になった場合に、混触事故を検出する方式が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
持永芳文著，"電気鉄道工学"，エース出版，１９９５年３月，ｐ．１２２

しかしながら、先行技術文献の異相混触保護継電器では、不要動作する場合がある。具体的には、き電変圧器一次側の三相電源側に発生する保護区間外の短絡事故や地絡事故により、異相間電圧が低下した場合である。この不要動作を防ぐために、異相混触保護継電器は、き電変圧器の上位系統である三相電源側の保護継電器との時間協調が必要となる。このため、異相混触保護継電器は、動作が遅延することになる。

そこで、本発明の目的は、交流き電系統に適用され、時間協調を必要とせずに、保護区間外の事故による不要動作を抑制し、異相混触事故を検出することのできる保護継電器を提供することにある。

本発明の観点に従った保護継電器は、三相交流が供給され、第１の単相交流及び第２の単相交流からなる２組の単相交流を供給するき電用変圧器を用いた交流き電系統に適用され、前記２組の単相交流の混触を検出する保護継電器において、中点分圧された前記第１の単相交流の相電圧を検出する第１の電圧検出手段と、中点分圧された前記第２の単相交流の相電圧を検出する第２の電圧検出手段と、前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第２の電圧検出検出手段により検出された相電圧との位相差を演算する位相差演算手段と、前記位相差演算手段により演算された位相差が予め定められた位相差以内であるか否かを判定する位相差判定手段と、前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第２の電圧検出検出手段により検出された相電圧とのスカラ差を演算するスカラ差演算手段と、前記スカラ差演算手段により演算されたスカラ差が予め定められたスカラ量以下であるか否かを判定するスカラ差判定手段と、前記位相差判定手段の判定結果が位相差以内であり、前記スカラ差判定手段の判定結果がスカラ量以下である場合、混触と判定する混触判定手段とを備えた構成である。

本発明によれば、交流き電系統に適用され、時間協調を必要とせずに、保護区間外の事故による不要動作を抑制し、異相混触事故を検出することのできる保護継電器を提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る異相混触保護継電器１の適用された電力系統の構成を示すブロック図である。

本電力系統は、電力会社の送電設備２と、送電設備２の下位系統側に接続されたき電変圧器３と、き電変圧器３のＢ座電源に接続された昇圧器４とからなる。計器用変圧器５は、き電変圧器３のＡ座電源の負荷側に設けられている。計器用変圧器６は、昇圧器４の負荷側に設けられている。

本電力系統は、送電設備２からの三相電源を受電し、き電変圧器３を介して、交流き電回路へ電力供給する。

き電変圧器３は、受電した三相電源を、Ａ座電源及びＢ座電源に変換する。Ａ座電源は、直交する２組の単相電源ＡＴ，ＡＦからなる。Ｂ座電源は、直交する２組の単相電源ＢＴ，ＢＦからなる。

昇圧器４は、Ｂ座電源を昇圧し、交流き電回路に電力を供給する。昇圧器４は、Ｂ座電源を、Ａ座電源の電圧とほぼ同レベルになるように昇圧する。

次に、本実施形態に係る異相混触保護継電器１について説明する。

異相混触保護継電器１は、図１に示すように、交流き電回路に適用されている。

異相混触保護継電器１は、計器用変圧器５を介して、Ａ座電源から中点分圧された二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２を取り込んでいる。二次電圧ＶＡ１は、Ａ座電源のＡＴ側の二次電圧である。二次電圧ＶＡ２は、Ａ座電源のＡＦ側の二次電圧である。

異相混触保護継電器１は、計器用変圧器６を介して、Ｂ座電源から中点分圧された二次電圧ＶＢ１，ＶＢ２を取り込んでいる。二次電圧ＶＢ１は、Ｂ座電源のＢＴ側の二次電圧である。二次電圧ＶＢ２は、Ｂ座電源のＢＦ側の二次電圧である。

図２は、計器用変圧器５，６から異相混触保護継電器１に入力されるき電電圧の二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２，ＶＢ１，ＶＢ２の定常時のベクトル図である。

二次電圧ＶＡ１は、二次電圧ＶＢ１と値が同等で直交している。二次電圧ＶＡ２は、二次電圧ＶＢ２と値が同等で直交している。二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１，ＶＡ２，ＶＢ２の順にベクトルが隣接している。

位相差Δθ１は、二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間の位相差である。位相差Δθ２は、二次電圧ＶＢ１，ＶＡ２間の位相差である。位相差Δθ３は、二次電圧ＶＡ２，ＶＢ２間の位相差である。位相差Δθ４は、二次電圧ＶＢ２，ＶＡ１間の位相差である。位相差Δθ１，Δθ２，Δθ３，Δθ４は、それぞれ９０°である。

位相電源相互間電圧Ｖ１は、二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間の電圧である。位相電源相互間電圧Ｖ２は、二次電圧ＶＢ１，ＶＡ２間の電圧である。位相電源相互間電圧Ｖ３は、二次電圧ＶＡ２，ＶＢ２間の電圧である。位相電源相互間電圧Ｖ４は、二次電圧ＶＢ２，ＶＡ１間の電圧である。

位相電源相互間電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、Ａ座電源及びＢ座電源の２組の直交する単相電源を対角線とする正方形となる。

異相混触保護継電器１は、計器用変圧器５及び計器用変圧器６から取り込まれた二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２，ＶＢ１，ＶＢ２に基づいて、異相混触事故の判定を行う。

図３は、本実施形態に係る異相混触保護継電器１の構成を示すブロック図である。

異相混触保護継電器１は、演算部１００と、アナログ／デジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」という。）１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄと、出力処理回路１０２とからなる。

Ａ／Ｄ変換器１０１Ａは、計器用変圧器５から入力されたＡ座電源の二次電圧ＶＡ１をアナログ値からデジタル値に変換する機器である。

Ａ／Ｄ変換器１０１Ｂは、計器用変圧器５から入力されたＡ座電源の二次電圧ＶＡ２をアナログ値からデジタル値に変換する機器である。

Ａ／Ｄ変換器１０１Ｃは、計器用変圧器６から入力されたＢ座電源の二次電圧ＶＢ１をアナログ値からデジタル値に変換する機器である。

Ａ／Ｄ変換器１０１Ｄは、計器用変圧器６から入力されたＢ座電源の二次電圧ＶＢ２をアナログ値からデジタル値に変換する機器である。

演算部１００は、Ａ／Ｄ変換器１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄから入力された二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２，ＶＢ１，ＶＢ２のデジタルデータに基づいて、演算を行い、異相混触事故か否かの判定を行う。演算部１００は、異相混触事故と判定した場合、出力回路１０２に動作信号ＳＤを出力する。

出力処理回路１０２は、演算部１００の演算結果が異相混触事故であると判定した場合、トリップ信号ＴＰを出力する。トリップ信号ＴＰは、予め決められた遮断器を開放する。これにより、異相混触保護継電器１の適用された電力系統を保護する。

図４は、本実施形態に係る演算部１００の構成を示すブロック図である。

演算部１００は、位相差演算部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄと、スカラ差電圧演算部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄと、位相差判定部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄと、スカラ差電圧判定部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄと、ＡＮＤ回路１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと、ＯＲ回路１６とからなる。

位相差判定部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、予め位相θｋがそれぞれに設定されている。

スカラ差電圧判定部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは、予め電圧Ｖｋ１がそれぞれに設定されている。

位相θｋ及び電圧Ｖｋ１は、異相混触保護継電器１が異相混触事故を正しく検出し、かつ、異相混触事故以外では不要に異相混触保護継電器１が動作することのないようにするための値である。位相θｋ及び電圧Ｖｋ１により、隣接する電圧ベクトルに対する異相混触保護継電器１の動作域が決定される。位相θｋ及び電圧Ｖｋ１は、異相混触保護継電器１が適用される電力系統に基づいて求める。

位相差演算部１１Ａは、二次電圧ＶＡ１の位相θＶＡ１と二次電圧ＶＢ１の位相θＶＢ１との位相差Δθ１を演算する。位相差演算部１１Ｂは、二次電圧ＶＢ１の位相θＶＢ１と二次電圧ＶＡ２の位相θＶＡ２との位相差Δθ２を演算する。位相差演算部１１Ｃは、二次電圧ＶＡ２の位相θＶＡ２と二次電圧ＶＢ２の位相θＶＢ２との位相差Δθ３を演算する。位相差演算部１１Ｄは、二次電圧ＶＢ２の位相θＶＢ２と二次電圧ＶＡ１の位相θＶＡ１との位相差Δθ４を演算する。

位相差判定部１１Ａは、位相差演算部１１Ａで演算した位相差Δθ１が位相θｋ以下の場合は、ＡＮＤ回路１５Ａに信号を出力する。位相差判定部１１Ｂは、位相差演算部１１Ｂで演算した位相差Δθ２が位相θｋ以下の場合は、ＡＮＤ回路１５Ｂに信号を出力する。位相差判定部１１Ｃは、位相差演算部１１Ｃで演算した位相差Δθ３が位相θｋ以下の場合は、ＡＮＤ回路１５Ｃに信号を出力する。位相差判定部１１Ｄは、位相差演算部１１Ｄで演算した位相差Δθ４が位相θｋ以下の場合は、ＡＮＤ回路１５Ｄに信号を出力する。

スカラ差電圧演算部１２Ａは、二次電圧ＶＡ１と二次電圧ＶＢ１とのスカラ差電圧Δ｜Ｖ１｜を演算する。スカラ差電圧演算部１２Ｂは、二次電圧ＶＢ１と二次電圧ＶＡ２とのスカラ差電圧Δ｜Ｖ２｜を演算する。スカラ差電圧演算部１２Ｃは、二次電圧ＶＡ２と二次電圧ＶＢ２とのスカラ差電圧Δ｜Ｖ３｜を演算する。スカラ差電圧演算部１２Ｄは、二次電圧ＶＢ２と二次電圧ＶＡ１とのスカラ差電圧Δ｜Ｖ４｜を演算する。

スカラ差電圧判定部１４Ａは、スカラ差電圧演算部１２Ａで演算したスカラ差電圧Δ｜Ｖ１｜がスカラ差電圧Ｖｋ１以下の場合は、ＡＮＤ回路１５Ａに信号を出力する。スカラ差電圧判定部１４Ｂは、スカラ差電圧演算部１２Ｂで演算したスカラ差電圧Δ｜Ｖ２｜がスカラ差電圧Ｖｋ１以下の場合は、ＡＮＤ回路１５Ｂに信号を出力する。スカラ差電圧判定部１４Ｃは、スカラ差電圧演算部１２Ｃで演算したスカラ差電圧Δ｜Ｖ３｜がスカラ差電圧Ｖｋ１以下の場合は、ＡＮＤ回路１５Ｃに信号を出力する。スカラ差電圧判定部１４Ｄは、スカラ差電圧演算部１２Ｄで演算したスカラ差電圧Δ｜Ｖ４｜がスカラ差電圧Ｖｋ１以下の場合は、ＡＮＤ回路１５Ｄに信号を出力する。

ＡＮＤ回路１５Ａは、位相差判定部１３Ａからの信号を受信し、かつスカラ差電圧判定部１４Ａからの信号を受信した場合、ＯＲ回路１６に信号を出力する。ＡＮＤ回路１５Ｂは、位相差判定部１３Ｂからの信号を受信し、かつスカラ差電圧判定部１４Ｂからの信号を受信した場合、ＯＲ回路１６に信号を出力する。ＡＮＤ回路１５Ｃは、位相差判定部１３Ｃからの信号を受信し、かつスカラ差電圧判定部１４Ｃからの信号を受信した場合、ＯＲ回路１６に信号を出力する。ＡＮＤ回路１５Ｄは、位相差判定部１３Ｄからの信号を受信し、かつスカラ差電圧判定部１４Ｄからの信号を受信した場合、ＯＲ回路１６に信号を出力する。

ＯＲ回路１６は、ＡＮＤ回路１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄのうち少なくとも１つから信号を受信した場合、動作信号ＳＤを出力する。

上述のように構成された演算部１００において、二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間の異相混触事故の判定方法について説明する。

演算部１００は、二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２の電圧ベクトルの位相差θ１を演算する。演算部１００は、二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２の電圧ベクトルから、電圧の実効値の大きさの差、つまりスカラ差電圧Δ｜Ｖ１｜を演算する。

演算部１００は、演算された位相差θ１が位相θｋ以下であり、かつ、演算されたスカラ差電圧Δ｜Ｖ１｜が電圧Ｖｋ１以下であるときに、異相混触事故が発生したと判定する。演算部１００は、異相混触事故が発生したと判定した場合、出力処理回路１０２に動作信号ＳＤを出力する。

二次電圧ＶＢ１，ＶＡ２間、二次電圧ＶＡ２，ＶＢ２間、二次電圧ＶＢ２，ＶＡ１間に対しても、二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間と同様の判定方法を行う。

演算部１００は、隣接する二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間、二次電圧ＶＢ１，ＶＡ２間、二次電圧ＶＡ２，ＶＢ２間、及び二次電圧ＶＢ２，ＶＡ１間の全てについて、異相混触事故が発生したか否かを判定する。演算部１００は、保護区間内において、1つ又は２つ以上の異相混触事故が発生した場合に動作信号ＳＤを出力し、保護出力をする。

図５は、本実施形態に係る異相混触保護継電器１に入力される二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間の特性図である。領域Ｓ１は、動作域を表している。

二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１のそれぞれの電圧ベクトルが領域Ｓ１内にあることを比較判定し、異相混触事故を判定する。これにより、異相混触保護継電器１は、保護区間外の事故と異相混触事故とを判別することができる。

図６は、本実施形態に係る異相混触保護継電器１に入力される全ての隣接する二次電圧間の動作特性を示した特性図である。領域Ｓ１は、二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間の動作域を表している。領域Ｓ２は、二次電圧ＶＢ１，ＶＡ２間の動作域を表している。領域Ｓ３は、二次電圧ＶＡ２，ＶＢ２間の動作域を表している。領域Ｓ４は、二次電圧ＶＢ２，ＶＡ１間の動作域を表している。

図７，８を参照して、交流き電回路の異相混触事故時の電圧ベクトルと類似する三相電源側の二相短絡事故における異相混触保護継電器１の判定動作について説明する。

図７は、本実施形態に係る異相混触保護継電器に入力される三相電源側の二相短絡の発生時における二次電圧のベクトルを示すベクトル図である。

三相電源側で短絡事故が発生した場合には、三相側の事故時の電圧ベクトルの様相が、き電変圧器３により変換され、二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間及び二次電圧ＶＡ２，ＶＢ２間のそれぞれのベクトル差電圧｜ΔＶ１｜及びベクトル差電圧｜ΔＶ３｜が低下することになる。

図８は、本実施形態に係る異相混触保護継電器に入力される二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２間の特性図における三相電源側の二相短絡事故時を示したベクトル図である。

この事故に対して、二次電圧ＶＡ１と二次電圧ＶＢ１のなす角である位相差Δθ１は、位相θｋ以下となるが、スカラ差電圧Δ｜Ｖ１｜は、電圧Ｖｋ１以下とはならない。よって、二次電圧ＶＡ１のベクトルは、二次電圧ＶＢ１のベクトルに対して、領域Ｓ１内には入らない。従って、異相混触保護継電器１は、動作しない。

図９，１０を参照して、交流き電回路の異相混触事故における異相混触保護継電器１の判定動作について説明する。

図９は、第１の実施形態に係る異相混触保護継電器に入力されるＡ座電源とＢ座電源との混触の発生時における二次電圧のベクトルを示すベクトル図である。

交流き電回路のＡ座電源とＢ座電源との混触が発生した場合には、異相電圧が短絡するため、異相間電圧は小さくなる。また、各二次電圧は、系統及び機器のインピーダンスにより多少の差は発生するもののほぼ同じ大きさとなる。

図１０は、第１の実施形態に係る異相混触保護継電器に入力される二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２間の特性図における異相混触時を示したベクトル図である。

この事故に対して、二次電圧ＶＡ１と二次電圧ＶＢ１のなす角である位相差Δθ１は、位相θｋ以下となり、スカラ差電圧Δ｜Ｖ１｜も電圧Ｖｋ１以下となる。よって、二次電圧ＶＡ１のベクトルは、二次電圧ＶＢ１のベクトルに対して、領域Ｓ１内に入る。従って、異相混触保護継電器１は、動作する。

以上のようにして、異相混触保護継電器１は、異相混触事故が発生したと判定すると、トリップ信号ＴＰを出力する。

本実施形態によれば、三相電源側などの事故では、異相混触保護継電器１は、隣接する電圧間の位相差およびスカラ差電圧の動作判定条件を満たさないことで不要動作を防止することができる。一方、異相混触が発生した場合には、異相混触保護継電器１は、隣接する電圧間の位相差およびスカラ差電圧の動作判定条件を満たすことで異相混触に対して正常に動作することができる。

また、き電変圧器の上流の三相電源側の保護継電器との時間協調の必要がなく、異相混触保護継電器１に時間協調を取らせる必要もなく、異相混触保護継電器１の迅速な保護動作ができる。

（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係る異相混触保護継電器１Ａの構成を示すブロック図である。図３と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。なお、以下の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

異相混触保護継電器１Ａは、図３に示す異相混触保護継電器１において、演算部１００を演算部１００Ａに代えた点以外は同じである。

図１２は、本実施形態に係る異相混触保護継電器の演算部１００Ａの構成を示すブロック図である。なお、ここでは、二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間の入力に関わる部分だけを示し、他の隣接する二次電圧間についても同様に構成されているものとして、図示及び説明を省略する。

演算部１００Ａは、図４に示す演算部１００において、ＡＮＤ回路１５ＡをＡＮＤ回路２６Ａに代え、実効値演算部２１Ａ，２２Ａと、不足電圧判定部２３Ａ，２４Ａと、ＡＮＤ回路２７Ａと、反転器２８Ａを追加した点以外は同じである。

実効値演算部２１Ａは、二次電圧ＶＡ１の実効値｜ＶＡ１｜を演算する。実効値演算部２２Ａは、二次電圧ＶＢ１の実効値｜ＶＢ１｜を演算する。

不足電圧判定部２１Ａ，２２Ａは、予め感度Ｖｋ２がそれぞれに設定されている。感度Ｖｋ２は、異相混触保護継電器１Ａが適用される電力系統に基づいて求める。

不足電圧判定部２３Ａは、実効値演算部２１Ａで演算した実効値｜ＶＡ１｜が感度Ｖｋ２以下の場合は、ＡＮＤ回路２７Ａに信号を出力する。不足電圧判定部２４Ａは、実効値演算部２２Ａで演算した実効値｜ＶＢ１｜が感度Ｖｋ２以下の場合は、ＡＮＤ回路２７Ａに信号を出力する。

ＡＮＤ回路２７Ａは、不足電圧判定部２３Ａ，２４Ａの両方から信号を受信した場合、反転器２８Ａを介して、ＡＮＤ回路２６Ａに信号を出力する。これにより、動作信号ＳＤの出力をロックする。

ＡＮＤ回路２６Ａは、位相差判定部１３Ａからの信号を受信し、かつスカラ差電圧判定部１４Ａからの信号を受信し、反転器２８Ａにより出力をロックされていない場合、ＯＲ回路１６を介して、動作信号ＳＤを出力する。

異相短絡事故発生時の交流入力電圧は、定格電圧よりも極端に低下することはない。一方、受電事故などの外部事故時の交流入力電圧は低下する。

本実施形態によれば、隣接する二次電圧がともに不足電圧である場合、トリップ信号ＴＰの出力をロックすることで、異相混触保護継電器１Ａの動作をより安定させることができる。

（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態に係る異相混触保護継電器１Ｂの構成を示すブロック図である。

異相混触保護継電器１Ｂは、図３に示す異相混触保護継電器１において、演算部１００を演算部１００Ｂに代えた点以外は同じである。

図１４は、本実施形態に係る演算部１００Ｂの構成を示すブロック図である。なお、ここでは、二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間の入力に関わる部分だけを示し、他の隣接する二次電圧間についても同様に構成されているものとして、図示及び説明を省略する。

演算部１００Ｂは、図４に示す演算部１００において、ＡＮＤ回路１５ＡをＡＮＤ回路３６Ａに代え、ベクトル差電圧演算部３１Ａと、ベクトル差電圧判定部３２Ａとを追加した点以外は同じである。

ベクトル差電圧演算部３１Ａは、二次電圧ＶＡ１と二次電圧ＶＢ１とのベクトル差電圧の実効値｜ΔＶ１｜を演算する。

ベクトル差電圧判定部３２Ａは、予め感度Ｖｋ３が設定されている。感度Ｖｋ３は、異相混触保護継電器１Ｂが適用される電力系統に基づいて求める。

ベクトル差電圧判定部３２Ａは、ベクトル差電圧演算部で演算したベクトル差電圧の実効値｜ΔＶ１｜が感度Ｖｋ３以下の場合は、ＡＮＤ回路３６Ａに信号を出力する。

ＡＮＤ回路３６Ａは、位相差判定部１３Ａからの信号、及びスカラ差電圧判定部１４Ａからの信号に加えて、ベクトル差電圧判定部３２Ａからの信号を受信した場合、ＯＲ回路１６を介して、動作信号ＳＤを出力する。

異相短絡事故発生時の交流入力電圧は、異相間電圧のベクトル差電圧｜ΔＶ１｜が低下する。

本実施形態によれば、隣接する二次電圧のベクトル差電圧が低下する条件を付加することで、異相混触保護継電器１Ｂの動作をより安定させることができる。

（第４の実施形態）
図１５、本発明の第４の実施形態に係る異相混触保護継電器１Ｃの適用された電力系統の構成を示すブロック図である。

本電力系統の構成は、図１に示す電力系統に、計器用変流器７，８，９，１０を設けたものである。

計器用変流器７は、き電変圧器３のＡ座電源のＡＴ側に設けられている。計器用変流器８は、き電変圧器３のＡ座電源のＡＦ側に設けられている。計器用変流器９は、き電変圧器３のＢ座電源のＢＴ側に設けられている。計器用変流器１０は、き電変圧器３のＢ座電源のＢＦ側に設けられている。

図１６は、第４の実施形態に係る異相混触保護継電器１Ｃの構成を示すブロック図である。

異相混触保護継電器１Ｃは、計器用変流器７，８を介して、Ａ座電源のＡＴ側及びＡＦ側の総和の二次電流ＩＡを取り込む。異相混触保護継電器１Ｃは、計器用変流器９，１０を介して、Ｂ座電源のＢＴ側及びＢＦ側の総和の二次電流ＩＢを取り込む。

異相混触保護継電器１Ｃは、図３に示す異相混触保護継電器１において、演算部１００を演算部１００Ｃに代え、Ａ／Ｄ変換器１０２Ａ，１０２Ｂを追加した点以外は同じである。

Ａ／Ｄ変換器１０２Ａは、計器用変流器から入力された二次電流ＩＡをアナログ値からデジタル値に変換する機器である。

Ａ／Ｄ変換器１０２Ｂは、計器用変流器から入力され二次電流ＩＢをアナログ値からデジタル値に変換する機器である。

図１７は、本実施形態に係る演算部１００Ｃの構成を示すブロック図である。なお、ここでは、二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間の入力に関わる部分だけを示し、他の隣接する二次電圧間についても同様に構成されているものとして、図示及び説明を省略する。

演算部１００Ｃ、図４に示す演算部１００において、ＡＮＤ回路１５ＡをＡＮＤ回路４６Ａに代え、実効値演算部４１Ａ，４１Ｂと、過電流判定部４２Ａ，４２Ｂと、ＯＲ回路４７Ａとを追加した点以外は同じである。また、演算部１００Ｃは、二次電流ＩＡ，ＩＢがそれぞれ入力される。

実効値演算部４１Ａは、二次電流ＩＡの実効値｜ＩＡ｜を演算する。実効値演算部４１Ｂは、二次電流ＩＢの実効値｜ＩＢ｜を演算する。

過電流判定部４２Ａ，４２Ｂは、予め感度Ｉｋが設定されている。感度Ｉｋは、異相混触保護継電器１Ｃが適用される電力系統に基づいて求める。

過電流判定部４２Ａは、実効値演算部４１Ａで演算した実効値｜ＩＡ｜が感度Ｉｋ以上の場合は、ＯＲ回路４７Ａに信号を出力する。

過電流判定部４２Ｂは、実効値演算部４１Ｂで演算した実効値｜ＩＢ｜が感度Ｉｋ以上の場合は、ＯＲ回路４７Ａに信号を出力する。

ＯＲ回路４７Ａは、過電流判定部４２Ａ，４２Ｂのうちいずれか少なくとも１つから信号を受信した場合、ＡＮＤ回路４６Ａに信号を出力する。

ＡＮＤ回路４６Ａは、位相差判定部１３Ａからの信号、及びスカラ差電圧判定部１４Ａからの信号に加えて、ＯＲ回路４７Ａからの信号を受信した場合、ＯＲ回路１６を介して、動作信号ＳＤを出力する。

異相短絡事故発生時の交流入力電流は、増加する。一方、外部事故時の交流入力電流は、定格程度である。

本実施形態によれば、単相Ａ座電源の交流電流ＩＡ及び単相Ｂ座電源の交流電流ＩＢのそれぞれの過電流の条件を付加することで、異相混触保護継電器１Ｃの動作をより安定させることができる。

なお、各実施形態において、異相混触保護を隣接する電圧間について判定し、それぞれ隣接する電圧間の異相混触事故の判定結果の論理和により動作出力を行う構成としたが、それぞれの隣接する電圧間の判定結果により混触相を選別し保護出力を行う構成としてもよい。

各実施形態において、異相混触保護継電器の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアなどのいずれで実現してもよい。また、これらを任意に選択し、混在させてもよい。例えば、演算部などで用いられているＯＲ回路、ＡＮＤ回路、又は反転器などの論理回路は、ハードウェア又はソフトウェアのいずれであっても実現することができる。また、過電流又は不足電圧などを判定するリレー要素として電磁型リレーを用いてもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る異相混触保護継電器の適用された電力系統の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る異相混触保護継電器に入力されるき電電圧の定常時を示すベクトル図。 第１の実施形態に係る異相混触保護継電器の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る演算部の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る異相混触保護継電器に入力される二次電圧ＶＡ１，ＶＢ１間の動作特性を示した特性図。 第１の実施形態に係る異相混触保護継電器に入力される全ての隣接する二次電圧間の動作特性を示した特性図。 第１の実施形態に係る異相混触保護継電器に入力される三相電源側の二相短絡の発生時における二次電圧のベクトルを示すベクトル図。 第１の実施形態に係る異相混触保護継電器に入力される二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２間の特性図における三相電源側の二相短絡事故時を示したベクトル図。 第１の実施形態に係る異相混触保護継電器に入力されるＡ座電源とＢ座電源との混触の発生時における二次電圧のベクトルを示すベクトル図。 第１の実施形態に係る異相混触保護継電器に入力される二次電圧ＶＡ１，ＶＡ２間の特性図における異相混触時を示したベクトル図。 第２の実施形態に係る異相混触保護継電器の構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る異相混触保護継電器の演算部の構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係る異相混触保護継電器の構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係る異相混触保護継電器の演算部の構成を示すブロック図。 第４の実施形態に係る異相混触保護継電器の適用された電力系統の構成を示すブロック図。 第４の実施形態に係る異相混触保護継電器の構成を示すブロック図。 第４の実施形態に係る異相混触保護継電器の演算部の構成を示すブロック図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…異相混触保護継電器、２…送電設備、３…き電変圧器、４…昇圧器、５，６…計器用変圧器、７，８，９，１０…計器用変流器。

Claims (8)

1. 三相交流が供給され、第１の単相交流及び第２の単相交流からなる２組の単相交流を供給するき電用変圧器を用いた交流き電系統に適用され、前記２組の単相交流の混触を検出する保護継電器において、
   中点分圧された前記第１の単相交流の相電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
   中点分圧された前記第２の単相交流の相電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
   前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第２の電圧検出検出手段により検出された相電圧との位相差を演算する位相差演算手段と、
   前記位相差演算手段により演算された位相差が予め定められた位相差以内であるか否かを判定する位相差判定手段と、
   前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第２の電圧検出検出手段により検出された相電圧とのスカラ差を演算するスカラ差演算手段と、
   前記スカラ差演算手段により演算されたスカラ差が予め定められたスカラ量以下であるか否かを判定するスカラ差判定手段と、
   前記位相差判定手段の判定結果が位相差以内であり、前記スカラ差判定手段の判定結果がスカラ量以下である場合、混触と判定する混触判定手段と
   を備えたことを特徴とする保護継電器。
2. 前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧が不足電圧であるか否かを判定する不足電圧判定手段とを有し、
   前記混触判定手段は、前記不足電圧判定手段の判定結果が不足電圧である場合、混触と判定しないこと
   を特徴とする請求項１に記載の保護継電器。
3. 前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧が不足電圧であるか否かを判定する第１の不足電圧判定手段と、
   前記第２の電圧検出手段により検出された相電圧が不足電圧であるか否かを判定する第２の不足電圧判定手段とを有し、
   前記混触判定手段は、前記第１の不足電圧判定手段の判定結果が不足電圧であり、前記第２の不足電圧判定手段の判定結果が不足電圧である場合、混触と判定しないこと
   を特徴とする請求項１に記載の保護継電器。
4. 前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第２の電圧検出手段により検出された相電圧とのベクトル差を演算するベクトル差電圧演算手段と、
   前記ベクトル差電圧演算手段により演算されたベクトル差のスカラ量が予め定められたスカラ量以下であるか否かを判定するベクトル差電圧判定手段とを有し、
   前記混触判定手段は、前記ベクトル差電圧判定手段の判定結果が否である場合、混触と判定しないこと
   を特徴とする請求項１に記載の保護継電器。
5. 前記第１の単相交流の電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流が過電流であるか否かを判定する過電流判定手段とを有し、
   前記混触判定手段は、前記過電流判定手段の判定結果が否である場合、混触と判定しないこと
   を特徴とする請求項１に記載の保護継電器。
6. 前記第１の単相交流の電流を検出する第１の電流検出手段と、
   前記第１の電流検出手段により検出された電流が過電流であるか否かを判定する第１の過電流判定手段と、
   前記第２の単相交流の電流を検出する第２の電流検出手段と、
   前記第２の電流検出手段により検出された電流が過電流であるか否かを判定する第２の過電流判定手段とを有し、
   前記混触判定手段は、前記第１の過電流判定手段の判定結果が否であり、前記第２の過電流判定手段の判定結果が否である場合、混触と判定しないこと
   を特徴とする請求項１に記載の保護継電器。
7. 三相交流が供給され、第１の単相交流及び第２の単相交流からなる２組の単相交流を供給するき電用変圧器を用いた交流き電系統に適用され、前記２組の単相交流の混触を検出する保護継電器において、
   中点分圧された前記第１の単相交流の第１の相電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
   中点分圧された前記第１の単相交流の第２の相電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
   中点分圧された前記第２の単相交流の第１の相電圧を検出する第３の電圧検出手段と、
   中点分圧された前記第２の単相交流の第２の相電圧を検出する第４の電圧検出手段と、
   前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第３の電圧検出手段により検出された相電圧との位相差を演算する第１の位相差演算手段と、
   前記第１の位相差演算手段により演算された位相差が予め定められた位相差以下であるか否かを判定する第１の位相差判定手段と、
   前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第３の電圧検出手段により検出された相電圧とのスカラ差を演算する第１のスカラ差演算手段と、
   前記第１のスカラ差演算手段により演算されたスカラ差が予め定められたスカラ量以下であるか否かを判定する第１のスカラ差判定手段と、
   前記第１の位相差判定手段の判定結果が位相差以内であり、前記第１のスカラ差判定手段の判定結果がスカラ量以下である場合、混触と判定する第１の混触判定手段と、
   前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第４の電圧検出手段により検出された相電圧との位相差を演算する第２の位相差演算手段と、
   前記第２の位相差演算手段により演算された位相差が予め定められた位相差以下であるか否かを判定する第２の位相差判定手段と、
   前記第１の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第４の電圧検出手段により検出された相電圧とのスカラ差を演算する第２のスカラ差演算手段と、
   前記第２のスカラ差演算手段により演算されたスカラ差が予め定められたスカラ量以下であるか否かを判定する第２のスカラ差判定手段と、
   前記第２の位相差判定手段の判定結果が位相差以内であり、前記第２のスカラ差判定手段の判定結果がスカラ量以下である場合、混触と判定する第２の混触判定手段と、
   前記第２の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第３の電圧検出手段により検出された相電圧との位相差を演算する第３の位相差演算手段と、
   前記第３の位相差演算手段により演算された位相差が予め定められた位相差以下であるか否かを判定する第３の位相差判定手段と、
   前記第２の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第３の電圧検出手段により検出された相電圧とのスカラ差を演算する第３のスカラ差演算手段と、
   前記第３のスカラ差演算手段により演算されたスカラ差が予め定められたスカラ量以下であるか否かを判定する第３のスカラ差判定手段と、
   前記第３の位相差判定手段の判定結果が位相差以内であり、前記第３のスカラ差判定手段の判定結果がスカラ量以下である場合、混触と判定する第３の混触判定手段と、
   前記第２の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第４の電圧検出手段により検出された相電圧との位相差を演算する第４の位相差演算手段と、
   前記第４の位相差演算手段により演算された位相差が予め定められた位相差以下であるか否かを判定する第４の位相差判定手段と、
   前記第２の電圧検出手段により検出された相電圧と前記第４の電圧検出手段により検出された相電圧とのスカラ差を演算する第４のスカラ差演算手段と、
   前記第４のスカラ差演算手段により演算されたスカラ差が予め定められたスカラ量以下であるか否かを判定する第４のスカラ差判定手段と、
   前記第４の位相差判定手段の判定結果が位相差以内であり、前記第４のスカラ差判定手段の判定結果がスカラ量以下である場合、混触と判定する第４の混触判定手段と
   を備えたことを特徴とする保護継電器。
8. 三相交流が供給され、第１の単相交流及び第２の単相交流からなる２組の単相交流を供給するき電用変圧器を用いた交流き電系統における前記２組の単相交流の混触を判定する装置の異相混触判定方法において、
   前記装置は、
   中点分圧された前記第１の単相交流の相電圧と中点分圧された前記第２の単相交流の相電圧との位相差が予め定められた位相差以内であるか否かを判定し、
   中点分圧された前記第１の単相交流の相電圧と中点分圧された前記第２の単相交流の相電圧とのスカラ差が予め定められたスカラ量以下であるか否かを判定し、
   前記判定の結果が位相差以内であり、前記判定の結果がスカラ量以下である場合、混触と判定すること
   を特徴とする異相混触判定方法。

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