JP2019030073A - Zero-phase current differential relay - Google Patents

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Abstract

To provide a zero-phase current differential relay capable of achieving both high-sensitivity fault detection and malfunction prevention at the same time.SOLUTION: A zero-phase current differential relay 40 protects a three-phase transformer 30 including a Y-connection winding 31. Each of phase currents Ia, Ib, Ic and a neutral point current IN of the Y-connection winding 31 are defined so that directions toward a neutral point 34 are the same polarity. The zero-phase current differential relay 40 includes: a relay calculation unit 50; a phase determination unit 60; and an operation determination unit 70. The relay operation unit 40 calculates a differential amount and a suppression amount on the basis of a zero-phase current and a neutral point current based on each phase current and determines whether the differential amount and the suppression amount are in an operation region. The phase determination unit 60 determines whether a phase of the neutral current with respect to the zero-phase current is in a first region including the same phase. On the basis of the determination result of the relay calculation unit 50 and the determination result of the phase determination unit 60, the operation determination unit 70 outputs a protection signal for protecting the three-phase transformer 30.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、電力系統に設けられた変圧器または送電線などを保護するための零相電流差動リレーに関する。   The present disclosure relates to a zero-phase current differential relay for protecting a transformer or a transmission line provided in a power system.

電流差動リレーは、変圧器などの電力機器および送電線などにおいて、電流変成器(CT:Current Transformer)で囲まれた区間をCTからの電流信号の入力に基づいて保護するリレーである。電流差動リレーのうち、保護区間内の地絡故障を高感度で検出するために、零相電流を使ったものを零相電流差動リレーと称する。   The current differential relay is a relay that protects a section surrounded by a current transformer (CT) in a power device such as a transformer and a transmission line based on an input of a current signal from the CT. Among the current differential relays, one using a zero phase current in order to detect a ground fault in the protection section with high sensitivity is referred to as a zero phase current differential relay.

具体的に、変圧器保護用の零相電流差動リレーでは、a相、b相、c相の相電流Ia,Ib,Icから算出された零相電流3×I0(=Ia+Ib+Ic)と、中性点電流INとの差電流によって差動量IDが計算される。すなわち、ID=|3×I0+IN|として計算される。ここで、|X|はXの振幅値を表す。   Specifically, in the zero-phase current differential relay for protecting the transformer, the zero-phase current 3 × I0 (= Ia + Ib + Ic) calculated from the phase currents Ia, Ib, and Ic of the a-phase, b-phase, and c-phase, The differential amount ID is calculated from the difference current from the sex point current IN. That is, it is calculated as ID = | 3 × I0 + IN |. Here, | X | represents the amplitude value of X.

一方、抑制量IRについては、変圧器保護の場合には誤動作防止のために最大値抑制方式、すなわち、|Ia|、|Ib|、|Ic|、|IN|のうちの最大値を抑制量IRとする方式が一般に用いられる(たとえば、特許文献1参照)。これよって、スカラー和方式、すなわち、(|3×I0|+|IN|)を抑制量として用いる方式よりも大きな抑制量IRを得ることができる。   On the other hand, with regard to the suppression amount IR, in the case of transformer protection, the maximum value suppression method, that is, the maximum value among | Ia |, | Ib |, | Ic |, | IN | An IR method is generally used (see, for example, Patent Document 1). Accordingly, it is possible to obtain a larger suppression amount IR than the scalar sum method, that is, a method using (| 3 × I0 | + | IN |) as the suppression amount.

なお、零相電流差動リレーは、たとえば、ID>K1、かつID>p×IRを満たす場合に動作するように構成される。ここで、K1は最小動作感度の設定値であり、pは電流変成器の誤差などで動作しないよう設定される比率である。   The zero-phase current differential relay is configured to operate when, for example, ID> K1 and ID> p × IR. Here, K1 is a set value of the minimum operating sensitivity, and p is a ratio set so as not to operate due to an error of the current transformer.

特開平08−084433号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-084433

上記の最大値抑制方式は、通常時に大きな負荷電流が流れている場合は、電流変成器の誤差によって差動量が生じても、抑制量も負荷電流に比例して大きくなるので、誤動作が生じることはない。   In the above maximum value suppression method, if a large load current flows during normal operation, even if a differential amount occurs due to a current transformer error, the suppression amount also increases in proportion to the load current, resulting in malfunction. There is nothing.

しかしながら、最大値抑制方式は、抵抗性の内部地絡故障の場合のように比較的小さな地絡故障電流が負荷電流とともに変圧器を流れる場合に、検出感度の点で問題となる場合がある。この場合、差動量は地絡故障電流の振幅(スカラ値とも称する)であるが、抑制量は、負荷電流と地絡故障電流とが合成した電流の振幅となるので、抑制量が差動量よりも大きくなる。したがって、内部地絡故障を高感度に検出するためには、前述の比率(すなわち、p値)をなるべく小さな値に設定する必要がある。   However, the maximum value suppression method may be problematic in terms of detection sensitivity when a relatively small ground fault current flows through the transformer along with the load current as in the case of a resistive internal ground fault. In this case, the differential amount is the amplitude of the ground fault current (also referred to as a scalar value), but the suppression amount is the amplitude of the current synthesized from the load current and the ground fault current. Larger than the amount. Therefore, in order to detect an internal ground fault with high sensitivity, it is necessary to set the ratio (that is, the p value) as small as possible.

一方、最大値抑制方式は、外部短絡故障の場合に誤動作する虞がある。たとえば、外部短絡故障によって1相のCTのみが大きく飽和したとすると、このCT飽和によって短絡故障電流が減少した部分が差動量になる。CT飽和の度合いが大きい場合は、差動量は短絡故障電流の振幅に近付く。これに対して抑制量は、CT飽和が生じていない相の短絡故障電流の振幅になる。したがって、零相電流差動リレーを誤動作させないようにするためには、前述の比率(すなわち、p値)を“1”近くに設定する必要がある。   On the other hand, the maximum value suppression method may malfunction in the case of an external short circuit failure. For example, if only one-phase CT is largely saturated due to an external short-circuit fault, the portion where the short-circuit fault current is reduced due to this CT saturation is the differential amount. When the degree of CT saturation is large, the differential amount approaches the amplitude of the short-circuit fault current. On the other hand, the suppression amount is the amplitude of the short-circuit fault current of the phase where CT saturation does not occur. Therefore, in order to prevent the zero-phase current differential relay from malfunctioning, it is necessary to set the above-described ratio (that is, p value) close to “1”.

上記のように、最大値抑制方式では、高感度検出と誤動作防止を両立するような比率設定が困難であるという問題がある。この開示は、上記の問題点を考慮したものであり、その目的は、高感度の故障検出と誤動作防止との両立が可能な零相電流差動リレーを提供することである。   As described above, the maximum value suppression method has a problem that it is difficult to set a ratio that achieves both high sensitivity detection and malfunction prevention. This disclosure takes the above-mentioned problems into consideration, and an object thereof is to provide a zero-phase current differential relay capable of achieving both high-sensitivity failure detection and malfunction prevention.

一実施の形態による零相電流差動リレーは、Y結線巻線を含む三相変圧器を保護する。Y結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義される。零相電流差動リレーは、リレー演算部と、位相判定部と、動作判定部とを備える。リレー演算部は、各相電流に基づく零相電流と中性点電流とに基づいて差動量および抑制量を演算し、差動量および抑制量が動作域にあるか否かを判定する。位相判定部は、零相電流に対する中性点電流の位相が同位相を含む第1の領域にあるか否かを判定する。動作判定部は、リレー演算部の判定結果と位相判定部の判定結果に基づいて、三相変圧器を保護するための保護信号を出力する。   A zero-phase current differential relay according to one embodiment protects a three-phase transformer that includes a Y-connected winding. Each phase current and neutral point current of the Y-connection winding are defined so that the directions toward the neutral point have the same polarity. The zero-phase current differential relay includes a relay calculation unit, a phase determination unit, and an operation determination unit. The relay calculation unit calculates the differential amount and the suppression amount based on the zero-phase current and the neutral point current based on each phase current, and determines whether the differential amount and the suppression amount are in the operating range. The phase determination unit determines whether or not the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in a first region including the same phase. The operation determination unit outputs a protection signal for protecting the three-phase transformer based on the determination result of the relay calculation unit and the determination result of the phase determination unit.

上記の実施の形態によれば、リレー演算部の判定結果と位相判定部の判定結果に基づいて内部地絡故障であるか否かを判定できるので、高感度の故障検出と誤動作防止との両立が可能な零相電流差動リレーを提供することができる。   According to the above embodiment, since it is possible to determine whether or not an internal ground fault has occurred based on the determination result of the relay calculation unit and the determination result of the phase determination unit, both high-sensitivity failure detection and malfunction prevention are compatible. Thus, a zero-phase current differential relay capable of achieving the above can be provided.

零相電流差動リレーとその保護対象である三相変圧器とを含む全体構成図である。It is a whole lineblock diagram including a zero phase current differential relay and a three phase transformer which is the protection object. 図1の零相電流差動リレー40のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the hardware constitutions of the zero phase current differential relay 40 of FIG. 零相電流差動リレーの動作特性図である。It is an operating characteristic figure of a zero phase current differential relay. 図3の最小感度値K1の整定方法について説明する図である。It is a figure explaining the settling method of the minimum sensitivity value K1 of FIG. 図1の1次側巻線31のb相とc相との間で外部短絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow of an electric current when an external short circuit fault arises between the b phase and c phase of the primary side winding 31 of FIG. 図1の1次側巻線31のb相とc相との間で内部短絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a current flow when an internal short circuit failure occurs between the b phase and the c phase of the primary winding 31 of FIG. 1. 図1の1次側巻線31のa相で外部地絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow of an electric current when an external ground fault occurs in the a phase of the primary side coil | winding 31 of FIG. 図1の1次側巻線31のa相で内部地絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow of an electric current when an internal ground fault arises in the a phase of the primary side coil | winding 31 of FIG. 電流変成器が飽和した場合にリレーによって観察される電流波形の変化について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the current waveform observed by a relay when a current transformer is saturated. リレーによって観察される零相電流と中性点電流との関係を示すベクトル図である。It is a vector diagram which shows the relationship between the zero phase current observed by a relay, and a neutral point current. 実施の形態1の場合において、内部故障か外部故障かを判定する基準を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for describing a criterion for determining whether an internal failure or an external failure in the first embodiment. 現時点よりも90°前の値の生成方法を説明するためのベクトル図である。It is a vector diagram for demonstrating the production | generation method of the value of 90 degrees before the present time. 中性点電流INがA1領域にあるか否かを判定する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to determine whether the neutral point current IN exists in A1 area | region. 実施の形態1の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。FIG. 3 is a block sequence diagram of the zero-phase current differential relay according to the first embodiment. 実施の形態2の零相電流差動リレーの場合において、零相電流と中性点電流との関係を示すベクトル図である。In the case of the zero phase current differential relay of Embodiment 2, it is a vector diagram which shows the relationship between a zero phase current and a neutral point current. 実施の形態2の場合において、内部故障か外部故障かを判定する基準を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for describing a criterion for determining whether an internal failure or an external failure in the case of the second embodiment. 実施の形態2の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。FIG. 5 is a block sequence diagram of a zero-phase current differential relay according to a second embodiment. 実施の形態3の零相電流差動リレーにおけるリレー演算部の動作特性図である。FIG. 11 is an operation characteristic diagram of a relay calculation unit in the zero-phase current differential relay of the third embodiment. 実施の形態3の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。FIG. 6 is a block sequence diagram of a zero-phase current differential relay according to a third embodiment.

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。   Hereinafter, each embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

実施の形態1.
[零相電流差動リレーと三相変圧器の構成]
図1は、零相電流差動リレーとその保護対象である三相変圧器とを含む全体構成図である。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of zero-phase current differential relay and three-phase transformer]
FIG. 1 is an overall configuration diagram including a zero-phase current differential relay and a three-phase transformer that is a protection target thereof.

図1を参照して、零相電流差動リレー40は、1次側巻線31がY巻線であり2次側巻線32がΔ巻線であるY−Δ結線方式の三相変圧器30を保護する。三相変圧器30の1次側の各相に電流変成器CTa,CTb,CTcが設けられる。さらに、三相変圧器30の1次側巻線の中性点34と接地極35との間を接続する接地線36に電流変成器CTNが設けられる。電流変成器CTa,CTb,CTcによってa相電流Ia、b相電流Ib、c相電流Icがそれぞれ検出され、電流変成器CTNによって中性点電流INが検出される。これらの相電流Ia,Ib,Icを表す信号および中性点電流INを表す信号が零相電流差動リレー40に取り込まれる。   Referring to FIG. 1, a zero-phase current differential relay 40 is a Y-Δ connection type three-phase transformer in which a primary winding 31 is a Y winding and a secondary winding 32 is a Δ winding. 30 is protected. Current transformers CTa, CTb, and CTc are provided for each phase on the primary side of the three-phase transformer 30. Further, a current transformer CTN is provided on the ground line 36 that connects between the neutral point 34 of the primary side winding of the three-phase transformer 30 and the ground pole 35. Current transformers CTa, CTb, CTc detect a-phase current Ia, b-phase current Ib, c-phase current Ic, respectively, and current transformer CTN detects neutral point current IN. A signal representing these phase currents Ia, Ib, Ic and a signal representing the neutral point current IN are taken into the zero-phase current differential relay 40.

なお、a相電流Ia、b相電流Ib、c相電流Ic、および中性点電流INについて、図1に示すように三相変圧器30の中性点34に向かう方向の電流が互いに同極性となるように(たとえば、正に)定義される。   For the a-phase current Ia, b-phase current Ib, c-phase current Ic, and neutral point current IN, the currents in the direction toward the neutral point 34 of the three-phase transformer 30 have the same polarity as shown in FIG. (For example, positively).

零相電流差動リレー40は、たとえば、マイクロコンピュータをベースに構成されたデジタル保護リレーによって構成される。マイクロコンピュータによってプログラムが実行されることによって、零相電流差動リレー40は、リレー演算部50、位相判定部60、および動作判定部70として機能する。   The zero-phase current differential relay 40 is configured by, for example, a digital protection relay configured based on a microcomputer. When the program is executed by the microcomputer, the zero-phase current differential relay 40 functions as a relay calculation unit 50, a phase determination unit 60, and an operation determination unit 70.

リレー演算部50は、通常の零相電流差動リレーの機能を拡張したものであり、基本的には差動量IDおよび抑制量IRに基づいた判定を行う。リレー演算部50の動作の詳細については、図3および図4を参照して後述する。   The relay calculation unit 50 extends the function of a normal zero-phase current differential relay, and basically performs determination based on the differential amount ID and the suppression amount IR. Details of the operation of the relay calculation unit 50 will be described later with reference to FIGS. 3 and 4.

位相判定部60は、a相、b相、c相の相電流Ia,Ib,Icから算出された零相電流3×I0(=Ia+Ib+Ic)と、中性点電流INとの位相関係に基づいて、内部地絡故障か外部地絡故障かを判定する。なお、内部故障とは、電流変成器CTa,CTb,CTc,CTNで囲まれた内部の保護区間で生じる故障をいい、外部故障とはこれらの電流変成器の外部の区間で起きる故障をいう。位相判定部60の動作の詳細については、図5〜図13を参照して後述する。   The phase determination unit 60 is based on the phase relationship between the zero-phase current 3 × I0 (= Ia + Ib + Ic) calculated from the phase currents Ia, Ib, and Ic of the a-phase, b-phase, and c-phase, and the neutral point current IN. Determine whether it is an internal ground fault or an external ground fault. The internal fault means a fault that occurs in an internal protection section surrounded by the current transformers CTa, CTb, CTc, and CTN, and the external fault means a fault that occurs in a section outside these current transformers. Details of the operation of the phase determination unit 60 will be described later with reference to FIGS.

動作判定部70は、リレー演算部50の判定結果と位相判定部60の判定結果に基づいて内部地絡故障が発生しているか否かを判定する。動作判定部70は、内部地絡故障が発生していると判定した場合には、三相変圧器30を保護するための保護信号(リレー出力とも称する)を出力する。動作判定部70の動作の詳細については、図14を参照して後述する。   The operation determination unit 70 determines whether an internal ground fault has occurred based on the determination result of the relay calculation unit 50 and the determination result of the phase determination unit 60. When it is determined that an internal ground fault has occurred, the operation determination unit 70 outputs a protection signal (also referred to as a relay output) for protecting the three-phase transformer 30. Details of the operation of the operation determination unit 70 will be described later with reference to FIG.

[零相電流差動リレーのハードウェア構成]
図2は、図1の零相電流差動リレー40のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図2の零相電流差動リレー40は、いわゆるデジタルリレー装置と同様の構成を有している。具体的に図2を参照して、零相電流差動リレー40は、入力変換部100と、A/D変換部110と、演算処理部120と、I/O(Input and Output)部130とを備える。
[Hardware configuration of zero-phase current differential relay]
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of the zero-phase current differential relay 40 of FIG. 2 has the same configuration as a so-called digital relay device. Referring specifically to FIG. 2, the zero-phase current differential relay 40 includes an input conversion unit 100, an A / D conversion unit 110, an arithmetic processing unit 120, an I / O (Input and Output) unit 130, and Is provided.

入力変換部100は、各入力チャンネルごとに補助変成器101_1,101_2,…を備える。入力変換部100は、図1の電流変成器CTa,CTb,CTcから出力された相電流Ia,Ib,Icを表す信号および図1の電流変成器CTNから出力された中性点電流INを表す信号が入力される入力部である。各補助変成器101は、電流変成器CTa,CTb,CTcおよびCTNからの電流信号をA/D変換部110および演算処理部120での信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。   The input conversion unit 100 includes auxiliary transformers 101_1, 101_2,... For each input channel. Input converter 100 represents signals representing phase currents Ia, Ib, and Ic output from current transformers CTa, CTb, and CTc of FIG. 1 and neutral point current IN output from current transformer CTN of FIG. An input unit to which a signal is input. Each auxiliary transformer 101 converts the current signals from the current transformers CTa, CTb, CTc and CTN into signals of a voltage level suitable for signal processing in the A / D converter 110 and the arithmetic processor 120.

A/D変換部110は、アナログフィルタ(AF:Analog Filter)111_1,111_2,…と、サンプルホールド回路(S/H:Sample Hold Circuit)112_1,112_2,…と、マルチプレクサ(MPX:Multiplexer)113と、A/D変換器114とを含む。アナログフィルタ111およびサンプルホールド回路112は、入力信号のチャンネルごとに設けられる。   The A / D conversion unit 110 includes analog filters (AF) 111_1, 111_2,..., Sample hold circuits (S / H) 112_1, 112_2,. A / D converter 114. The analog filter 111 and the sample hold circuit 112 are provided for each channel of the input signal.

各アナログフィルタ111は、A/D変換の際の折返し誤差を除去するために設けられたローパスフィルタである。各サンプルホールド回路112は、対応のアナログフィルタ111を通過した信号を規定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。サンプリング周波数は、たとえば、4800Hzである。マルチプレクサ113は、サンプルホールド回路112_1,112_2,…に保持された電圧信号を順次選択する。A/D変換器114は、マルチプレクサ113によって選択された信号をデジタル値に変換する。   Each analog filter 111 is a low-pass filter provided to remove aliasing errors during A / D conversion. Each sample and hold circuit 112 samples and holds the signal that has passed through the corresponding analog filter 111 at a specified sampling frequency. The sampling frequency is, for example, 4800 Hz. The multiplexer 113 sequentially selects the voltage signals held in the sample hold circuits 112_1, 112_2,. The A / D converter 114 converts the signal selected by the multiplexer 113 into a digital value.

演算処理部120は、CPU(Central Processing Unit)121と、RAM(Random Access Memory)122と、ROM(Read Only Memory)123と、これらを接続するバス225とを含む。CPU121は、零相電流差動リレー40の全体の動作を制御する。RAM122およびROM123は、CPU121の主記憶として用いられる。ROM123は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを用いることにより、プログラムおよび信号処理用の設定値などを収納することができる。   The arithmetic processing unit 120 includes a CPU (Central Processing Unit) 121, a RAM (Random Access Memory) 122, a ROM (Read Only Memory) 123, and a bus 225 for connecting them. The CPU 121 controls the overall operation of the zero-phase current differential relay 40. The RAM 122 and ROM 123 are used as the main memory of the CPU 121. The ROM 123 can store programs, setting values for signal processing, and the like by using a non-volatile memory such as a flash memory.

I/O部130は、デジタル入力(D/I:Digital Input)回路132と、デジタル出力(D/O:Digital Output)回路133とを含む。デジタル入力回路132およびデジタル出力回路133は、CPU121と外部装置との間で通信を行う際のインターフェース回路である。   The I / O unit 130 includes a digital input (D / I) circuit 132 and a digital output (D / O) circuit 133. The digital input circuit 132 and the digital output circuit 133 are interface circuits for performing communication between the CPU 121 and an external device.

[リレー演算部の動作]
リレー演算部50は、まず、電流変成器CTa,CTb,CTcから受信した相電流Ia,Ib,Icの情報に基づいて対称座標法の零相電流I0、すなわち、
I0=(Ia+Ib+Ic)/3 …(1)
を計算する。この明細書では、便宜上、零相電流I0の3倍(すなわち、3×I0)を零相電流と称する場合がある。
[Operation of relay operation unit]
The relay calculation unit 50 firstly calculates the zero-phase current I0 of the symmetric coordinate method based on the information on the phase currents Ia, Ib, and Ic received from the current transformers CTa, CTb, and CTc, that is,
I0 = (Ia + Ib + Ic) / 3 (1)
Calculate In this specification, for convenience, three times the zero-phase current I0 (that is, 3 × I0) may be referred to as a zero-phase current.

次に、リレー演算部50は、算出した零相電流(3×I0)の値と、電流変成器CTNから受信した中性点電流INの情報とに基づいて差動量IDと抑制量IRとを計算する。差動量IDは、零相電流(3×I0)と中性点電流INのベクトル和の振幅、すなわち、
ID=|3×I0+IN| …(2)
で定義される。ここで、|…|は振幅値(スカラー値とも称する)を表す。また、抑制量IRは、零相電流(3×I0)の振幅と中性点電流INの振幅との和(すなわち、スカラー和)として、
IR=|3×I0|+|IN| …(3)
によって定義される。抑制量IRとして上記のようにスカラー和方式を採用した理由は、負荷電流の影響を取り除くためである。
Next, the relay calculation unit 50 calculates the differential amount ID and the suppression amount IR based on the calculated zero-phase current (3 × I0) value and information on the neutral point current IN received from the current transformer CTN. Calculate The differential amount ID is the amplitude of the vector sum of the zero-phase current (3 × I0) and the neutral point current IN, that is,
ID = | 3 × I0 + IN | (2)
Defined by Here, | ... | represents an amplitude value (also referred to as a scalar value). Further, the suppression amount IR is the sum of the amplitude of the zero-phase current (3 × I0) and the amplitude of the neutral point current IN (that is, the scalar sum).
IR = | 3 × I0 | + | IN | (3)
Defined by The reason why the scalar sum method is adopted as the suppression amount IR as described above is to remove the influence of the load current.

次に、リレー演算部50は、上記の差動量IDおよび抑制量IRに基づいて、次式(4)および(5)に従って動作判定を行う。   Next, the relay calculation unit 50 performs an operation determination according to the following equations (4) and (5) based on the differential amount ID and the suppression amount IR.

ID>K1 …(4)
ID>p×IR …(5)
ここで、K1は最小動作感度を示す整定値(以下、最小感度値K1と称する)であり、pはCTの誤差などで動作しないよう整定される比率である。抑制量IRがK1/p以下の場合には(4)式に従って動作判定が行われ、抑制量IRがK1/pより大きい場合には(5)式に従って動作判定が行われる。
ID> K1 (4)
ID> p × IR (5)
Here, K1 is a set value indicating the minimum operating sensitivity (hereinafter referred to as the minimum sensitivity value K1), and p is a ratio set so as not to operate due to a CT error or the like. When the suppression amount IR is equal to or less than K1 / p, the operation is determined according to the equation (4), and when the suppression amount IR is greater than K1 / p, the operation is determined according to the equation (5).

図3は、零相電流差動リレーの動作特性図である。図4は、図3の最小感度値K1の整定方法について説明する図である。   FIG. 3 is an operation characteristic diagram of the zero-phase current differential relay. FIG. 4 is a diagram for explaining a method for setting the minimum sensitivity value K1 in FIG.

図3および図4を参照して、上式(4)および(5)が両方とも満たされる場合が動作域となるようにリレー演算部50は構成される。ここで、最小感度値K1は、図4に示すように、相電流Ia,Ib,Icおよび中性点電流INのうちの最大振幅に比例して増加するように設定される。   Referring to FIGS. 3 and 4, relay operation unit 50 is configured such that the case where both of the above equations (4) and (5) are satisfied is in the operating range. Here, as shown in FIG. 4, the minimum sensitivity value K1 is set so as to increase in proportion to the maximum amplitude of the phase currents Ia, Ib, Ic and the neutral point current IN.

具体的に、|Ia|,|Ib|,|Ic|,|IN|のうちの最大値(max)をImaxと定義したとき、0<Imax≦K0/qの範囲では、最小感度値K1は、
K1=K0 …(6)
のように一定値に定義される。Imax>K0/qの範囲では、
K1=q×Imax …(7)
のようにImaxに比例するように定義される。ここで、K0とqは整定値である。なお、本明細書において、掛け算記号は「×」または「*」で示される。
Specifically, when the maximum value (max) of | Ia |, | Ib |, | Ic |, | IN | is defined as Imax, the minimum sensitivity value K1 is within the range of 0 <Imax ≦ K0 / q. ,
K1 = K0 (6)
Is defined as a constant value. In the range of Imax> K0 / q,
K1 = q × Imax (7)
It is defined to be proportional to Imax. Here, K0 and q are settling values. In the present specification, the multiplication symbol is indicated by “x” or “*”.

[位相判定部の動作]
次に、図1の位相判定部60の動作について説明する。以下では、まず、故障の種類(すなわち、外部短絡、内部短絡、外部地絡、内部地絡)に応じて各電流変成器の一次側および二次側にどのような方向の電流が流れるかについて説明する。次に、電流変成器が飽和した場合に各電流変成器の二次側電流がどのように変化するかについて説明する。その次に、上記の考察に基づいて、内部地絡と外部地絡の相違ならびに電流変成器の飽和の有無に応じた、零相電流(3×I0)と中性点電流INとの位相関係について説明する。最後に、内部地絡故障か外部地絡故障かの判定方法について説明する。
[Operation of phase detector]
Next, the operation of the phase determination unit 60 in FIG. 1 will be described. In the following, first, in what direction the current flows in the primary and secondary sides of each current transformer according to the type of failure (ie, external short circuit, internal short circuit, external ground fault, internal ground fault) explain. Next, how the secondary current of each current transformer changes when the current transformer is saturated will be described. Next, based on the above considerations, the phase relationship between the zero-phase current (3 × I0) and the neutral point current IN, depending on the difference between the internal ground fault and the external ground fault and whether the current transformer is saturated or not. Will be described. Finally, a method for determining whether there is an internal ground fault or an external ground fault will be described.

(1.故障の種類に応じた電流変成器の一次側電流について)
図5は、図1の1次側巻線31のb相とc相との間で外部短絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。図5では、三相変圧器30の1次側および2次側の両方の電線路に電源が接続されている場合(すなわち、両端電源の場合)において、c相線路37cからb相線路37bに外部短絡電流41が流れたときの各線路に生じる電流が図5に模式的に示されている。外部短絡故障の場合には、b相の電流変成器CTbおよびc相の電流変成器CTcには、三相変圧器30の2次側の電源からの故障電流Ib,Icが流れる。
(1. About the primary current of the current transformer according to the type of failure)
FIG. 5 is a diagram for explaining the flow of current when an external short circuit fault occurs between the b-phase and the c-phase of the primary winding 31 of FIG. In FIG. 5, when the power source is connected to both the primary side and the secondary side of the three-phase transformer 30 (that is, in the case of both-ends power source), the c-phase line 37 c is changed to the b-phase line 37 b. A current generated in each line when the external short-circuit current 41 flows is schematically shown in FIG. In the case of an external short-circuit fault, fault currents Ib and Ic from the power supply on the secondary side of the three-phase transformer 30 flow through the b-phase current transformer CTb and the c-phase current transformer CTc.

図6は、図1の1次側巻線31のb相とc相との間で内部短絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。図6では、三相変圧器30の1次側および2次側の両方の電線路に電源が接続されている場合において、b相線路37bからc相線路37cに内部短絡電流42が流れたときの各線路に生じる電流が模式的に示されている。内部短絡故障の場合には、b相の電流変成器CTbおよびc相の電流変成器CTcには、三相変圧器30の1次側の電源からの故障電流Ib,Icが流れる。   FIG. 6 is a diagram for explaining a current flow when an internal short-circuit failure occurs between the b-phase and the c-phase of the primary winding 31 of FIG. In FIG. 6, when the internal short circuit current 42 flows from the b-phase line 37 b to the c-phase line 37 c in the case where the power source is connected to both the primary side and the secondary side of the three-phase transformer 30. The current generated in each line is schematically shown. In the case of an internal short-circuit fault, fault currents Ib and Ic from the power supply on the primary side of the three-phase transformer 30 flow through the b-phase current transformer CTb and the c-phase current transformer CTc.

図5および図6に示すように、内部短絡故障であっても外部短絡故障であっても、b相の電流変成器CTb、C相の電流変成器CTc、および接地線36に設けられた電流変成器CTNの1次側をそれぞれ流れる電流Ib,Ic,INについて、
Ib=−Ic …(8)
IN=0 …(9)
が成立する。電流変成器CTb,CTcが飽和していないときには、電流変成器CTb,CTcの2次側についても上式(8)が成立する。これに対して、短絡電流が過大であるために、電流変成器CTb,CTcの少なくとも一方が飽和した場合には、電流変成器CTb,CTcの2次側について上式(8)は成立しない。なお、電流変成器CTb,CTcの飽和の有無にかかわらず、上式(9)は常に成立する。
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the current provided in the b-phase current transformer CTb, the C-phase current transformer CTc, and the ground line 36 regardless of whether the fault is an internal short-circuit fault or an external short-circuit fault. For the currents Ib, Ic, IN that respectively flow through the primary side of the transformer CTN,
Ib = −Ic (8)
IN = 0 (9)
Is established. When the current transformers CTb and CTc are not saturated, the above equation (8) is also established for the secondary side of the current transformers CTb and CTc. On the other hand, when the short circuit current is excessive and at least one of the current transformers CTb and CTc is saturated, the above equation (8) is not established for the secondary side of the current transformers CTb and CTc. It should be noted that the above equation (9) always holds regardless of whether the current transformers CTb and CTc are saturated.

図7は、図1の1次側巻線31のa相で外部地絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。図7の場合にも、三相変圧器30の1次側および2次側の両方の電線路に電源が接続されている場合が示されている。   FIG. 7 is a diagram for explaining the flow of current when an external ground fault occurs in the a phase of the primary winding 31 of FIG. Also in the case of FIG. 7, a case where a power source is connected to both the primary and secondary electric lines of the three-phase transformer 30 is shown.

図7を参照して、三相変圧器30の2次側電源からの故障電流は、1次側巻線31の中性点34を通ってY結線された1次側巻線31の各相に流れる。この1次側巻線31の各相の故障電流は、三相変圧器30のそれぞれの相の1次側線路に設けられた電流変成器CTa,CTb,CTcに流れる。   Referring to FIG. 7, the fault current from the secondary power source of the three-phase transformer 30 is generated in each phase of the primary winding 31 that is Y-connected through the neutral point 34 of the primary winding 31. Flowing into. The fault current of each phase of the primary side winding 31 flows to current transformers CTa, CTb, CTc provided on the primary side lines of the respective phases of the three-phase transformer 30.

外部地絡電流43は、三相変圧器30の1次側のa相線路37aの故障点48から大地に流れる。この外部地絡電流43の一部は、接地極35、接地線36、中性点34、1次側の三相巻線33a、33b、33cをそれぞれ通って各相線路に設けられ電流変成器CTa、CTb、CTcに流れる。   The external ground fault current 43 flows from the failure point 48 of the a-phase line 37a on the primary side of the three-phase transformer 30 to the ground. A part of the external ground fault current 43 is provided in each phase line through the ground pole 35, the ground line 36, the neutral point 34, and the primary side three-phase windings 33a, 33b, 33c, respectively, and is a current transformer. It flows to CTa, CTb, CTc.

したがって、電流変成器CTa,CTb,CTc,CTNの1次側をそれぞれ流れる電流Ia,Ib,Ic,INについて、
Ia+Ib+Ic=−IN …(10)
が成立する。
Therefore, for the currents Ia, Ib, Ic, IN flowing through the primary sides of the current transformers CTa, CTb, CTc, CTN, respectively,
Ia + Ib + Ic = −IN (10)
Is established.

電流変成器CTa,CTb、CTc、CTNの2次側について、電流変成器CTa,CTb、CTc、CTNのいずれも飽和していない場合には、上式(10)の関係が成り立つ。通常、各相の電流Ia,Ib,Icのうち故障相電流Iaが大きいので、概ねIa=−INの関係が成り立つ。したがって、a相電流変成器CTaの2次側の電流位相は、中性点電流INの位相に対して概ね逆位相になる。さらに、a相の電流変成器CTaの2次側の電流位相は零相電流3×I0の位相にほぼ等しくなる。したがって、零相電流3×I0の位相は、中性点電流INの位相に対して概ね逆位相になる。   When none of the current transformers CTa, CTb, CTc, CTN is saturated on the secondary side of the current transformers CTa, CTb, CTc, CTN, the relationship of the above equation (10) is established. Usually, since the fault phase current Ia is large among the currents Ia, Ib, and Ic of each phase, the relationship of Ia = −IN is generally established. Accordingly, the current phase on the secondary side of the a-phase current transformer CTa is substantially opposite to the phase of the neutral point current IN. Further, the secondary-side current phase of the a-phase current transformer CTa is substantially equal to the phase of the zero-phase current 3 × I0. Therefore, the phase of the zero-phase current 3 × I0 is substantially opposite to the phase of the neutral point current IN.

一方、電流変成器CTa,CTb、CTc、CTNの少なくとも1つが飽和している場合には、上式(10)の関係が成立しなくなる。この場合の、a相電流Iaと中性点電流INとの位相関係については、図9および図10を参照して後述する。   On the other hand, when at least one of the current transformers CTa, CTb, CTc, and CTN is saturated, the relationship of the above equation (10) is not established. The phase relationship between the a-phase current Ia and the neutral point current IN in this case will be described later with reference to FIGS.

図8は、図1の1次側巻線31のa相で内部地絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。図8の場合にも、三相変圧器30の1次側および2次側の両方の電線路に電源が接続されている場合が示されている。   FIG. 8 is a diagram for explaining a current flow when an internal ground fault occurs in the a phase of the primary winding 31 of FIG. Also in the case of FIG. 8, a case where a power source is connected to both the primary side and the secondary side of the three-phase transformer 30 is shown.

図8を参照して、三相変圧器30の2次側電源からの故障電流は、1次側巻線31の中性点34を通ってY結線された1次側の各相巻線33a,33b,33cに流れる。さらに、b相およびc相巻線33b,33cを流れる故障電流は、三相変圧器30の1次側の電流変成器CTb,CTcに流れる。a相巻線33aを流れる故障電流は、内部地絡電流44として故障点49から大地に流れる。   Referring to FIG. 8, the failure current from the secondary power source of the three-phase transformer 30 is the primary phase winding 33 a Y-connected through the neutral point 34 of the primary winding 31. , 33b, 33c. Further, the fault current flowing through the b-phase and c-phase windings 33 b and 33 c flows to the current transformers CTb and CTc on the primary side of the three-phase transformer 30. The fault current flowing through the a-phase winding 33a flows from the fault point 49 to the ground as an internal ground fault current 44.

a相線路37aの故障点49から大地に流れる内部地絡電流44の一部は、接地極35、接地線36、中性点34を通って、Y結線された1次側巻線31の各相巻線33a,33b,33cに流れる。さらに、b相およびc相巻線33b,33cを流れる故障電流は、三相変圧器30の1次側の電流変成器CTb,CTcに流れる。a相巻線33aを流れる故障電流は、内部地絡電流44として故障点49から大地に流れる。   A part of the internal ground fault current 44 that flows from the failure point 49 of the a-phase line 37a to the ground passes through the grounding electrode 35, the grounding wire 36, and the neutral point 34, and each of the primary windings 31 that are Y-connected. It flows in the phase windings 33a, 33b, 33c. Further, the fault current flowing through the b-phase and c-phase windings 33 b and 33 c flows to the current transformers CTb and CTc on the primary side of the three-phase transformer 30. The fault current flowing through the a-phase winding 33a flows from the fault point 49 to the ground as an internal ground fault current 44.

一方、三相変圧器30のa相巻線33aに接続された電流変成器CTaの1次側には、三相変圧器30の1次側に接続された電源からの電流Iaが流れる。このa相電流Iaの位相は、概ね中性点電流INと同位相になる。電流Iaは電流変成器CTaを通過した後、内部地絡電流44として故障点49から大地に流れる。   On the other hand, the current Ia from the power source connected to the primary side of the three-phase transformer 30 flows through the primary side of the current transformer CTa connected to the a-phase winding 33a of the three-phase transformer 30. The phase of the a-phase current Ia is substantially in phase with the neutral point current IN. After passing through the current transformer CTa, the current Ia flows from the failure point 49 to the ground as the internal ground fault current 44.

電流変成器CTa,CTb、CTc、CTNが飽和していない場合には、電流変成器CTa,CTb、CTc、CTNの2次側の電流についても電流変成器CTa,CTb、CTc、CTNの1次側と同様の関係が成立する。通常、各相の電流Ia,Ib,Icのうち故障相電流Iaが大きいので、a相の電流変成器CTaの2次側電流Iaの位相が零相電流3×I0の位相とほぼ同じになる。したがって、零相電流3×I0の位相は、中性点電流INの位相に対して概ね同位相になる。   When the current transformers CTa, CTb, CTc, and CTN are not saturated, the primary side of the current transformers CTa, CTb, CTc, and CTN is also applied to the secondary currents of the current transformers CTa, CTb, CTc, and CTN. The same relationship is established with the side. Usually, since the fault phase current Ia is large among the currents Ia, Ib, and Ic of each phase, the phase of the secondary current Ia of the a phase current transformer CTa is almost the same as the phase of the zero phase current 3 × I0. . Therefore, the phase of the zero-phase current 3 × I0 is substantially the same as the phase of the neutral point current IN.

電流変成器CTa,CTb、CTc、CTNの少なくとも1つが飽和している場合には、上記の位相関係は変化する。この場合のa相電流Iaと中性点電流INとの位相関係については、図9および図10を参照して次に説明する。   When at least one of the current transformers CTa, CTb, CTc, CTN is saturated, the above phase relationship changes. The phase relationship between the a-phase current Ia and the neutral point current IN in this case will be described next with reference to FIGS.

(2.電流変成器が飽和した場合の電流変成器の二次側電流の変化について)
図9は、電流変成器が飽和した場合にリレーによって観察される電流波形の変化について説明するための図である。
(2. Change in secondary current of current transformer when current transformer is saturated)
FIG. 9 is a diagram for explaining a change in the current waveform observed by the relay when the current transformer is saturated.

図9を参照して、電流変成器が非飽和の場合の電流変成器の2次側の電流波形を実線(CT非飽和)で示す。電流変成器が飽和すると図9の破線(CT飽和)で示すように、電流変成器の2次側の出力は磁気飽和によって急に減衰する。この波形が零相電流差動リレー40に入力されると、リレー内部のフィルタ回路(たとえば、図2の111)によって高周波成分が除去されるので、図9の一点鎖線(CT飽和+フィルタ)で示す波形が得られる。この一点鎖線の波形の信号がリレー演算に供される。したがって、電流変成器が飽和すると、リレーによって観察される波形は元の電流波形に比べて進み位相になる。   Referring to FIG. 9, the current waveform on the secondary side of the current transformer when the current transformer is non-saturated is indicated by a solid line (CT non-saturated). When the current transformer is saturated, the output on the secondary side of the current transformer suddenly attenuates due to magnetic saturation, as shown by the broken line (CT saturation) in FIG. When this waveform is input to the zero-phase current differential relay 40, the high-frequency component is removed by the filter circuit (for example, 111 in FIG. 2) inside the relay, so that the one-dot chain line (CT saturation + filter) in FIG. The waveform shown is obtained. The signal having the waveform of the one-dot chain line is used for the relay calculation. Thus, when the current transformer is saturated, the waveform observed by the relay is in a leading phase compared to the original current waveform.

(3.零相電流と中性点電流の位相関係について)
図10は、リレーによって観察される零相電流と中性点電流との関係を示すベクトル図である。図10(A)〜(D)では、a相地絡外部故障とa相地絡内部故障との相違ならびに電流変成器の飽和の有無に応じて、4つのパターンに分けてベクトル図が示されている。
(3. Phase relationship between zero-phase current and neutral point current)
FIG. 10 is a vector diagram showing the relationship between the zero-phase current and the neutral point current observed by the relay. 10A to 10D, vector diagrams are divided into four patterns depending on the difference between the a-phase ground fault external fault and the a-phase ground fault internal fault and the presence or absence of saturation of the current transformer. ing.

図10(A)を参照して、a相地絡外部故障で電流変成器CTaが飽和した場合について説明する。まず、電流変成器CTaが飽和していない場合には、図7で説明したように、零相電流(3×I0)の位相は、中性点電流INに対して概ね逆位相になる。ここで、電流変成器CTaが飽和した場合には、a相電流Iaが進み位相側に変化するので、図10(A)のハッチングで示した領域に零相電流(3×I0)のベクトルが移動する。   A case where the current transformer CTa is saturated due to an a-phase ground fault external failure will be described with reference to FIG. First, when the current transformer CTa is not saturated, the phase of the zero-phase current (3 × I0) is substantially opposite to the neutral point current IN as described with reference to FIG. Here, when the current transformer CTa is saturated, the a-phase current Ia advances and changes to the phase side, so that the vector of the zero-phase current (3 × I0) is in the region indicated by hatching in FIG. Moving.

なお、電流変成器の飽和の程度によって進み位相の度合いは異なる。したがって、零相電流(3×I0)のベクトルの移動範囲にはばらつきがある。この点は、図10(B)〜(D)の場合も同様である。   Note that the degree of the leading phase differs depending on the degree of saturation of the current transformer. Therefore, there is variation in the moving range of the vector of the zero-phase current (3 × I0). This is the same in the case of FIGS.

図10(B)を参照して、a相地絡外部故障で電流変成器CTNが飽和した場合について説明する。まず、電流変成器CTNが飽和していない場合には、図7で説明したように、零相電流(3×I0)の位相は、中性点電流INに対して概ね逆位相になる。ここで、電流変成器CTNが飽和した場合には、中性点電流INが進み位相側に変化するので、図10(B)のハッチングで示した領域に中性点電流INのベクトルが移動する。   A case where the current transformer CTN is saturated due to an a-phase ground fault external failure will be described with reference to FIG. First, when the current transformer CTN is not saturated, the phase of the zero-phase current (3 × I0) is substantially opposite to the neutral point current IN as described with reference to FIG. Here, when the current transformer CTN is saturated, the neutral point current IN advances and changes to the phase side, so that the vector of the neutral point current IN moves to the area indicated by hatching in FIG. .

図10(C)を参照して、a相地絡内部故障で電流変成器CTaが飽和した場合について説明する。まず、電流変成器CTaが飽和していない場合には、図8で説明したように、零相電流(3×I0)の位相は、中性点電流INに対して概ね同位相になる。ここで、電流変成器CTaが飽和した場合には、a相電流Iaが進み位相側に変化するので、図10(C)のハッチングで示した領域に零相電流(3×I0)のベクトルが移動する。   With reference to FIG. 10C, the case where the current transformer CTa is saturated due to an a-phase ground fault internal failure will be described. First, when the current transformer CTa is not saturated, the phase of the zero-phase current (3 × I0) is substantially the same as that of the neutral point current IN, as described with reference to FIG. Here, when the current transformer CTa is saturated, the a-phase current Ia advances and changes to the phase side, so that the vector of the zero-phase current (3 × I0) is in the area indicated by hatching in FIG. Moving.

図10(D)を参照して、a相地絡内部故障で電流変成器CTNが飽和した場合について説明する。まず、電流変成器CTNが飽和していない場合には、図8で説明したように、零相電流(3×I0)の位相は、中性点電流INに対して概ね同位相になる。ここで、電流変成器CTNが飽和した場合には、中性点電流INが進み位相側に変化するので、図10(D)のハッチングで示した領域に中性点電流INのベクトルが移動する。   With reference to FIG. 10D, the case where the current transformer CTN is saturated due to an a-phase ground fault internal failure will be described. First, when the current transformer CTN is not saturated, the phase of the zero-phase current (3 × I0) is substantially the same as that of the neutral point current IN, as described with reference to FIG. Here, when the current transformer CTN is saturated, the neutral point current IN advances and changes to the phase side, so that the vector of the neutral point current IN moves to the area indicated by hatching in FIG. .

以上から、外部故障と内部故障とで一部重なりがあるものの、外部地絡故障の場合には、電流変成器CTa,CTNの飽和の有無にかかわらず、中性点電流INのベクトルと零相電流(3×I0)のベクトルとの成す角度は概ね90°よりも大きくなる(互いに逆位相側)。一方、内部地絡故障の場合には、電流変成器CTa,CTNの飽和の有無にかかわらず、中性点電流INのベクトルと零相電流(3×I0)のベクトルとの成す角度は概ね90°よりも小さくなる(互いに同位相側)。   From the above, although there is a partial overlap between the external fault and the internal fault, in the case of the external ground fault, the neutral point current IN vector and the zero phase regardless of whether the current transformers CTa and CTN are saturated or not. The angle formed with the vector of the current (3 × I0) is generally greater than 90 ° (on the opposite phase side). On the other hand, in the case of an internal ground fault, the angle formed by the vector of the neutral point current IN and the vector of the zero-phase current (3 × I0) is approximately 90 regardless of whether or not the current transformers CTa and CTN are saturated. Less than ° (in-phase with each other).

(4.内部地絡故障か外部地絡故障かの判定方法)
これまでの考察を総括し、零相電流(3×I0)と中性点電流INとの位相関係に基づいて、内部地絡故障か外部地絡故障かの判定する方法について説明する。
(4. Determination method of internal ground fault or external ground fault)
A method for determining whether there is an internal ground fault or an external ground fault based on the phase relationship between the zero-phase current (3 × I0) and the neutral point current IN will be described.

図11は、実施の形態1の場合において、内部故障か外部故障かを判定する基準を説明するための図である。図11では、零相電流(3×I0)に対する中性点電流INの位相の関係が示されている。具体的に零相電流(3×I0)に対する中性点電流INの位相は3つの領域に区分される。   FIG. 11 is a diagram for explaining a criterion for determining whether an internal failure or an external failure in the case of the first embodiment. FIG. 11 shows the phase relationship of the neutral point current IN with respect to the zero-phase current (3 × I0). Specifically, the phase of the neutral point current IN with respect to the zero-phase current (3 × I0) is divided into three regions.

A1領域は、−90°から0°の範囲における予め定める位相を下限とし、0°から90°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域である。零相電流(3×I0)を基準にしたとき中性点電流INがこのA1領域にある場合、位相判定部60は三相変圧器30が内部地絡故障であると判定する。   The A1 region is a phase region having a predetermined phase in the range of −90 ° to 0 ° as a lower limit and a predetermined phase in the range of 0 ° to 90 ° as an upper limit. When the neutral point current IN is in this A1 region when the zero-phase current (3 × I0) is used as a reference, the phase determination unit 60 determines that the three-phase transformer 30 has an internal ground fault.

A2領域は、90°から180°の範囲における予め定める位相を下限とし、180°から270°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域である。もしくは、A2領域は、−270°から−180°の範囲における予め定める位相を下限とし、−180°から−90°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域である。零相電流(3×I0)を基準にしたとき中性点電流INがこのA2領域にある場合、位相判定部60は三相変圧器30が外部地絡故障であると判定する。   The A2 region is a phase region having a predetermined phase in the range of 90 ° to 180 ° as the lower limit and an upper limit of the predetermined phase in the range of 180 ° to 270 °. Alternatively, the A2 region is a phase region in which a predetermined phase in a range of −270 ° to −180 ° is a lower limit and a predetermined phase in a range of −180 ° to −90 ° is an upper limit. When the neutral point current IN is in the A2 region when the zero-phase current (3 × I0) is used as a reference, the phase determination unit 60 determines that the three-phase transformer 30 has an external ground fault.

A3領域は、上記のA1領域でもA2領域でもない領域である。零相電流(3×I0)を基準にしたとき中性点電流INがこのA2領域にある場合、位相判定部60は、内部故障か外部故障かを判定するのが困難である。ただし、磁気飽和は過渡的なものであるので、2〜3サイクル程度待つと中性点電流INの位相はA1領域かA2領域に移行する。2〜3サイクル程度待っても中性点電流INの位相がA3領域から変化しない場合は、非常に大きな内部故障電流によって飽和したものと判断し、内部故障と判定する。この理由は、外部故障の場合には、故障相の電流変成器を通過する故障電流は必ず変圧器の巻線インピーダンスを通過するので、外部故障の故障電流の大きさは内部故障の故障電流の場合よりも小さくなると考えられるためである。   The A3 area is an area that is neither the A1 area nor the A2 area. When the neutral point current IN is in the A2 region when the zero-phase current (3 × I0) is used as a reference, it is difficult for the phase determination unit 60 to determine whether it is an internal failure or an external failure. However, since the magnetic saturation is transient, the phase of the neutral point current IN shifts from the A1 region to the A2 region after waiting for about two to three cycles. If the phase of the neutral point current IN does not change from the A3 region even after waiting for about two to three cycles, it is determined that the neutral point current is saturated due to a very large internal fault current, and an internal fault is determined. This is because, in the case of an external fault, the fault current passing through the fault phase current transformer always passes through the winding impedance of the transformer, so the magnitude of the fault current of the external fault is the fault current of the internal fault. This is because it is considered to be smaller than the case.

一例として、図11に示すように、零相電流(3×I0)に対してプラス側の位相とマイナス側の位相とが対称となるように位相範囲を区分してもよい。図11の例では、φ1、φ2、φ3の各々を0から90°の範囲での定められた位相角であるとし、さらに、φ1+φ2+φ3=180°の関係が成り立つとする。この場合、A1領域は−φ1から+φ1までの位相領域である。A2領域は、−180°から−(φ1+φ2)までと(φ1+φ2)から180°までの位相領域である。A3領域は、−(φ1+φ2)から−φ1までとφ1から(φ1+φ2)までの位相領域である。   As an example, as shown in FIG. 11, the phase range may be divided so that the positive phase and the negative phase are symmetrical with respect to the zero-phase current (3 × I0). In the example of FIG. 11, it is assumed that each of φ1, φ2, and φ3 has a predetermined phase angle in the range of 0 to 90 °, and that a relationship of φ1 + φ2 + φ3 = 180 ° holds. In this case, the A1 region is a phase region from −φ1 to + φ1. The A2 region is a phase region from −180 ° to − (φ1 + φ2) and from (φ1 + φ2) to 180 °. The A3 region is a phase region from − (φ1 + φ2) to −φ1 and from φ1 to (φ1 + φ2).

さらに、一例として、φ1=φ2=φ3=60°としてもよい。なお、磁気飽和の様子は電流変成器に用いられている鉄心の磁気特性、三相変圧器および電力系統の特性などによって決まるので、実際のφ1、φ2、φ3の値は、実験またはシミュレーションなどによって最適な値に設定する必要がある。   Furthermore, as an example, φ1 = φ2 = φ3 = 60 ° may be set. Since the state of magnetic saturation is determined by the magnetic characteristics of the iron core used in the current transformer, the characteristics of the three-phase transformer and the power system, the actual values of φ1, φ2, and φ3 are determined through experiments or simulations. It is necessary to set the optimal value.

(5.位相領域の具体的な判定方法)
零相電流(3×I0)および中性点電流INの時系列データから、両者の位相関係(すなわち、中性点電流INの位相がA1〜A3のどの領域にあるか)を決定する方法として公知の任意の方法を用いることができる。たとえば、以下の位相角の計算式を用いて判定することができる。
(5. Specific determination method of phase region)
As a method for determining the phase relationship between the zero-phase current (3 × I0) and the neutral point current IN (ie, in which region of A1 to A3 the phase of the neutral point current IN is). Any known method can be used. For example, it can be determined using the following formula for calculating the phase angle.

一般に、電流IAおよび電流IBのサンプリング間隔を30°毎とし、電流IAおよびIBの現在値をそれぞれIA[m]およびIB[m]とし、現時点よりも90°前の値をIA[m−3]およびIB[m−3]とする。そうすると、IA[m]に対するIB[m]の位相差θの余弦は、電流IAの振幅|IA|と電流IBの振幅|IB|とを用いて、
|IA|×|IB|×cosθ=IA[m]×IB[m]+IA[m-3]×IB[m-3] …(11)
と表される。
In general, the sampling intervals of the current IA and the current IB are set every 30 °, the current values of the currents IA and IB are respectively IA [m] and IB [m], and the values 90 ° before the current time are IA [m−3 ] And IB [m-3]. Then, the cosine of the phase difference θ of IB [m] with respect to IA [m] is obtained by using the amplitude | IA | of the current IA and the amplitude | IB |
| IA | × | IB | × cosθ = IA [m] × IB [m] + IA [m-3] × IB [m-3] (11)
It is expressed.

ここで、IA[m]×IB[m]+IA[m−3]×IB[m−3]≧0とすると、cosθ≧0となる。したがって、上式(11)の右辺が0以上の場合は、IA[m]に対してIB[m]が−90°〜+90°の位相差の範囲であることを示す。   Here, when IA [m] × IB [m] + IA [m−3] × IB [m−3] ≧ 0, cos θ ≧ 0. Therefore, when the right side of the above formula (11) is 0 or more, it indicates that IB [m] is within a phase difference range of −90 ° to + 90 ° with respect to IA [m].

IA[m−3]およびIB[m−3]の値は、図12に示すように、現時点の電流IA[m]およびIB[m]と現時点よりも30°前の値であるIA[m−1]およびIB[m−1]を用いて生成することができる。   As shown in FIG. 12, the values of IA [m-3] and IB [m-3] are the currents IA [m] and IB [m] at the current time point and IA [m] that is 30 ° before the current time point. -1] and IB [m-1].

図12は、現時点よりも90°前の値の生成方法を説明するためのベクトル図である。図12に示すように、現時点よりも30°前の値であるI[m−1]を2倍した値から、現時点の値であるI[m]を√3倍した値を減じることによって、現時点よりも90°前の値であるI[m−3]を生成することができる。   FIG. 12 is a vector diagram for explaining a method of generating a value 90 degrees before the current time. As shown in FIG. 12, by subtracting the value obtained by multiplying I [m], which is the current value, by √3 from the value obtained by doubling I [m−1], which is 30 ° before the current time, It is possible to generate I [m−3], which is a value 90 ° before the current time.

上記の方法を拡張すれば、現時点の値であるI[m]と現時点よりも30°前の値であるI[m−1]の線形結合によって、任意のサンプリング時点の値を生成することができる。   If the above method is expanded, a value at an arbitrary sampling time can be generated by linearly combining I [m], which is the current value, and I [m−1], which is 30 ° before the current value. it can.

図13は、中性点電流INがA1領域にあるか否かを判定する方法を説明するための図である。なお、図11においてφ1=60°であるとする。   FIG. 13 is a diagram for explaining a method of determining whether or not the neutral point current IN is in the A1 region. In FIG. 11, it is assumed that φ1 = 60 °.

図13(A)を参照して、まず、中性点電流IN[m]が3×I0[m]に対して、図13(A)のハッチングされた領域(−30°のベクトルに対して、−90°から+90°の領域)にあるか否かを判定する。具体的には式(11)の右辺において、IA[m]に3×I0[m−1]を代入し、IB[m]にIN[m]を代入し、IA[m−3]に3×I0[m−4]を代入し、IB[m−3]にIN[m−3]を代入する。そして、式(11)の右辺の計算結果が正か負かによって、すなわちcosθが正か負かによって、中性点電流IN[m]の位相が図13(A)のハッチングされた領域にあるか否かを判定することができる。   Referring to FIG. 13A, first, the neutral point current IN [m] is 3 × I0 [m], and the hatched region (−30 ° vector of FIG. , −90 ° to + 90 °). Specifically, on the right side of the formula (11), 3 × I0 [m−1] is substituted for IA [m], IN [m] is substituted for IB [m], and 3 is set for IA [m−3]. × I0 [m-4] is substituted, and IN [m-3] is substituted for IB [m-3]. Then, depending on whether the calculation result on the right side of Expression (11) is positive or negative, that is, whether cos θ is positive or negative, the phase of the neutral point current IN [m] is in the hatched region of FIG. It can be determined whether or not.

図13(B)を参照して、上記と同様の方法で、中性点電流IN[m]の位相が3×I0[m]に対して、図13(B)のハッチングされた領域(+30°のベクトルに対して、−90°から+90°の領域)にあるか否かを判定することができる。この場合、式(11)の右辺において、IA[m]に3×I0[m+1]を代入し、IB[m]にIN[m]を代入し、IA[m−3]に3×I0[m−2]を代入し、IB[m−3]にIN[m−3]を代入することになる。しかしながら、[m+1]は現時点より30°後のデータになるので、実際には、全てのデータを30°分遅らせて、IA[m]に3×I0[m]を代入し、IB[m]にIN[m−1]を代入し、IA[m−3]に3×I0[m−3]を代入し、IB[m−3]にIN[m−2]を代入する。これらの判定の結果、IN[m]がいずれの場合もハッチング領域にあると判定できた場合に、IN[m]はA1領域にあると判定できる。   Referring to FIG. 13B, in the same manner as described above, the phase of the neutral point current IN [m] is 3 × I0 [m] with respect to the hatched region (+30 in FIG. 13B). It can be determined whether or not it is in the range of −90 ° to + 90 ° with respect to the vector of °. In this case, on the right side of Expression (11), 3 × I0 [m + 1] is substituted for IA [m], IN [m] is substituted for IB [m], and 3 × I0 [ m-2] is substituted, and IN [m-3] is substituted for IB [m-3]. However, since [m + 1] is data after 30 ° from the present time, in practice, all data are delayed by 30 °, and 3 × I0 [m] is substituted for IA [m], and IB [m] IN [m−1] is substituted into IA [m−3], 3 × I0 [m−3] is substituted into IA [m−3], and IN [m−2] is substituted into IB [m−3]. As a result of these determinations, if it can be determined that IN [m] is in the hatching area in any case, it can be determined that IN [m] is in the A1 area.

[動作判定部を含む零相電流差動リレー動作]
次に、図1の動作判定部70を含む零相電流差動リレー40全体の動作について説明する。
[Zero-phase current differential relay operation including operation determination unit]
Next, the operation of the entire zero-phase current differential relay 40 including the operation determination unit 70 of FIG. 1 will be described.

図14は、実施の形態1の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。
図14を参照して、リレー演算部50は、前述の式(4)が満たされているか否かを判定する判定部51と、前述の式(5)が満たされているか否かを判定する判定部52と、ANDゲート53とを含む。ANDゲート53の出力は、判定部51および判定部52の判定結果がいずれも満たされている場合にアサートされる。
FIG. 14 is a block sequence diagram of the zero-phase current differential relay according to the first embodiment.
Referring to FIG. 14, relay calculation unit 50 determines whether or not equation (4) described above is satisfied, and whether or not equation (5) is satisfied. A determination unit 52 and an AND gate 53 are included. The output of the AND gate 53 is asserted when the determination results of the determination unit 51 and the determination unit 52 are both satisfied.

位相判定部60は、中性点電流INが図11のA1領域にあるか否かを判定する判定部61と、中性点電流INが図11のA3領域にあるか否かを判定する判定部62と、零相電流(3×I0)の振幅および中性点電流INの振幅がいずれも閾値k3よりも大きいか否かを判定する判定部63とを含む。零相電流(3×I0)の振幅および中性点電流INの振幅の少なくとも一方が極めて小さい場合は、位相計算の精度が保証できないので、上記の判定部63が設けられている。   The phase determination unit 60 determines whether or not the neutral point current IN is in the A1 region of FIG. 11, and determines whether or not the neutral point current IN is in the A3 region of FIG. And a determination unit 63 that determines whether the amplitude of the zero-phase current (3 × I0) and the amplitude of the neutral point current IN are both greater than the threshold value k3. If at least one of the amplitude of the zero-phase current (3 × I0) and the amplitude of the neutral point current IN is extremely small, the accuracy of the phase calculation cannot be guaranteed, and thus the determination unit 63 is provided.

動作判定部70は、ANDゲート73,74と、動作時間t1のオンディレイ(On-delay)タイマ71と、動作時間t2のオンディレイ(On-delay)タイマ72と、ORゲート75とを含む。動作時間t1はたとえば数ミリ秒であり、動作時間t2はたとえば数サイクルである。   The operation determination unit 70 includes AND gates 73 and 74, an on-delay timer 71 with an operation time t 1, an on-delay timer 72 with an operation time t 2, and an OR gate 75. The operation time t1 is several milliseconds, for example, and the operation time t2 is several cycles, for example.

ANDゲート73の出力は、判定部61および判定部63の判定結果が満たされており、かつANDゲート53の出力がアサートされている場合にアサートする。ANDゲート73の出力は、オンディレイタイマ71およびORゲート75を介してリレー出力として外部に出力される。   The output of the AND gate 73 is asserted when the determination results of the determination unit 61 and the determination unit 63 are satisfied and the output of the AND gate 53 is asserted. The output of the AND gate 73 is output to the outside as a relay output via the on-delay timer 71 and the OR gate 75.

したがって、判定部61によって中性点電流INがA1領域にある(すなわち、内部故障である)と判定され、リレー演算部50によって零相電流差動リレーの動作域であると判定された場合には、零相電流差動リレー40は、数msecその状態が継続した後に内部故障を表す信号を外部に出力する。   Therefore, when the determination unit 61 determines that the neutral point current IN is in the A1 region (that is, an internal failure) and the relay calculation unit 50 determines that the operation is the zero-phase current differential relay. The zero-phase current differential relay 40 outputs a signal representing an internal failure to the outside after the state continues for several milliseconds.

一方、ANDゲート74の出力は、判定部62および判定部63の判定結果が満たされており、さらにANDゲート53の出力がアサートされている場合にアサートする。ANDゲート74の出力は、オンディレイタイマ72およびORゲート75を介してリレー出力として外部に出力される。   On the other hand, the output of the AND gate 74 is asserted when the determination results of the determination unit 62 and the determination unit 63 are satisfied and the output of the AND gate 53 is asserted. The output of the AND gate 74 is output to the outside as a relay output via the on-delay timer 72 and the OR gate 75.

したがって、判定部62によって中性点電流INがA3領域にある(すなわち、内部故障か外部故障かが判定困難である)と判定され、リレー演算部50によって零相電流差動リレーの動作域であると判定された場合には、零相電流差動リレー40は数サイクルその状態が継続した場合に限って内部故障を表す信号を外部に出力する。   Therefore, it is determined by the determination unit 62 that the neutral point current IN is in the A3 region (that is, it is difficult to determine whether an internal failure or an external failure), and the relay calculation unit 50 operates in the operating range of the zero-phase current differential relay. If it is determined that there is, the zero-phase current differential relay 40 outputs a signal indicating an internal failure to the outside only when the state continues for several cycles.

[効果]
以上説明した実施の形態1の零相電流差動リレーによれば以下の効果を奏する。
[effect]
The zero phase current differential relay of the first embodiment described above has the following effects.

(i) 前述の式(3)で説明したように、本実施の形態によれば抑制量として線路側のIa,Ib,Icによる零相電流(3×I0)と中性点電流INとのスカラー和が採用されている。この場合、負荷電流は3相でバランスしているので、抑制量IRは負荷電流の影響を受けず、地絡故障電流のみで決まる。したがって、零相電流(3×I0)と中性点電流INとがほぼ同位相となる内部地絡故障時には、差動量は抑制量とほぼ同等量になる。このため、比率整定値を極端に減らさなくても地絡故障検出を高感度に行うことができる。   (i) As described in the above equation (3), according to the present embodiment, the amount of suppression includes the zero-phase current (3 × I0) due to Ia, Ib, and Ic on the line side and the neutral point current IN. Scalar sum is adopted. In this case, since the load current is balanced in three phases, the suppression amount IR is not affected by the load current and is determined only by the ground fault current. Therefore, at the time of an internal ground fault in which the zero-phase current (3 × I0) and the neutral point current IN are in the same phase, the differential amount becomes substantially equal to the suppression amount. For this reason, it is possible to detect a ground fault with high sensitivity without extremely reducing the ratio settling value.

(ii) 前述の図4および式(6),(7)で説明したように、零相電流差動リレー40の差動量IDの最小感度値K1を負荷電流の振幅に比例して設定できるようにした。負荷電流の増加に比例して電流変成器の誤差も増加するが、最小感度値K1を負荷電流に比例して増加するようにしたので、誤出力を防止することができる。   (ii) As described with reference to FIG. 4 and equations (6) and (7), the minimum sensitivity value K1 of the differential amount ID of the zero-phase current differential relay 40 can be set in proportion to the amplitude of the load current. I did it. Although the error of the current transformer increases in proportion to the increase in load current, the minimum sensitivity value K1 is increased in proportion to the load current, so that erroneous output can be prevented.

なお、最小感度K1の設定には電流変成器の誤差のみ考慮し、電流変成器の飽和まで考慮する必要はない。したがって、上記(i)で説明した高感度検出のメリットを損なうことはない。   In setting the minimum sensitivity K1, only the error of the current transformer is considered, and it is not necessary to consider the saturation of the current transformer. Therefore, the merit of the high sensitivity detection described in the above (i) is not impaired.

(iii) 電流変成器の飽和に対する対策として、零相電流(3×I0)と中性点電流INとの間の位相角に基づいて内部地絡故障か外部地絡故障かを判定できるようにした。この場合、電流変成器の飽和のために内部地絡故障か外部地絡故障かが判定困難な場合には、数サイクルの動作時間を有するオンディレイタイマを用いて動作時間が経過した後に零相電流差動リレー40が動作するようにした。したがって、外部地絡故障で電流変成器が飽和した場合に、零相電流に対して中性点電流INが上記の内部・外部故障の判定の困難な領域に過渡的に入ったとしても、この過渡的な領域に中性点電流INが存在する時間は上記のオンディレイタイマによって判定結果を出力しないようにしている。よって、零相電流差動リレー40を誤動作しないようにすることができる。   (iii) As a measure against saturation of the current transformer, it is possible to determine whether an internal ground fault or an external ground fault has occurred based on the phase angle between the zero-phase current (3 × I0) and the neutral point current IN. did. In this case, if it is difficult to determine whether there is an internal ground fault or an external ground fault due to the saturation of the current transformer, the zero-phase signal is output after the operating time has elapsed using an on-delay timer having an operating time of several cycles. The current differential relay 40 was made to operate. Therefore, even when the current transformer is saturated due to an external ground fault, even if the neutral point current IN transiently enters the above-mentioned region where internal / external failure is difficult to determine with respect to the zero-phase current, During the time when the neutral point current IN exists in the transient region, the determination result is not output by the on-delay timer. Therefore, the zero-phase current differential relay 40 can be prevented from malfunctioning.

実施の形態2.
通常状態では、電流変成器CTa,CTb,CTcに負荷電流が流れ、一方、中性点電流IN用の電流変成器CTNには電流が流れない。そのため、電流変成器CTa,CTb,CTcと比較して飽和電圧の低い安価な電流変成器が中性点電流IN用の電流変成器CTNに安易に選択される傾向にある。すなわち、電流変成器CTNは、電流変成器CTa,CTb,CTcに比べて磁気飽和し易い場合が多い。このため、外部地絡故障が発生した場合、磁気飽和は中性点電流IN用の電流変成器CTNで発生し、線路の電流変成器CTa,CTb,CTcで発生しない場合が多い。もしくは、これらの双方に磁気飽和が発生しても電流変成器CTNの方が、飽和度が大きい。
Embodiment 2. FIG.
In the normal state, a load current flows through the current transformers CTa, CTb, and CTc, while no current flows through the current transformer CTN for the neutral point current IN. Therefore, an inexpensive current transformer having a lower saturation voltage than the current transformers CTa, CTb, and CTc tends to be easily selected as the current transformer CTN for the neutral point current IN. That is, the current transformer CTN is more likely to be magnetically saturated than the current transformers CTa, CTb, and CTc. For this reason, when an external ground fault occurs, magnetic saturation often occurs in the current transformer CTN for the neutral point current IN and does not occur in the line current transformers CTa, CTb, and CTc. Alternatively, even when magnetic saturation occurs in both of these, the current transformer CTN has a higher degree of saturation.

そこで、実施の形態2では、電流変成器CTNの飽和のみ考慮し、電流変成器CTa,CTb,CTcの飽和を考慮しない場合について説明する。   Therefore, in the second embodiment, a case where only the saturation of the current transformer CTN is considered and the saturation of the current transformers CTa, CTb, and CTc is not considered will be described.

図15は、実施の形態2の零相電流差動リレーの場合において、零相電流と中性点電流との関係を示すベクトル図である。図15(A)は図10(B)に対応し、a相地絡外部故障で電流変成器CTNが飽和した場合を示している。図15(B)は図10(D)に対応し、a相地絡内部故障で電流変成器CTNが飽和した場合を示している。   FIG. 15 is a vector diagram showing the relationship between the zero-phase current and the neutral point current in the case of the zero-phase current differential relay of the second embodiment. FIG. 15A corresponds to FIG. 10B and shows a case where the current transformer CTN is saturated due to an a-phase ground fault external failure. FIG. 15B corresponds to FIG. 10D and shows a case where the current transformer CTN is saturated due to an a-phase ground fault internal failure.

図15(A),(B)に示すように、電流変成器CTNの飽和のみ考慮した場合には、外部地絡故障と内部地絡故障とで、中性点電流INのベクトルの重なりがない。したがって、図11で説明したA3領域を設定する必要がない。   As shown in FIGS. 15A and 15B, when only saturation of the current transformer CTN is considered, there is no overlap of neutral point current IN vectors between the external ground fault and the internal ground fault. . Therefore, it is not necessary to set the A3 area described in FIG.

図16は、実施の形態2の場合において、内部故障か外部故障かを判定する基準を説明するための図である。図16では、零相電流(3×I0)に対する中性点電流INの位相の関係が示されている。具体的に零相電流(3×I0)に対する中性点電流INの位相は2つの領域に区分される。   FIG. 16 is a diagram for explaining a criterion for determining whether an internal failure or an external failure in the case of the second embodiment. FIG. 16 shows the phase relationship of the neutral point current IN with respect to the zero-phase current (3 × I0). Specifically, the phase of the neutral point current IN with respect to the zero-phase current (3 × I0) is divided into two regions.

A1領域は、−90°から0°の範囲における予め定める位相を下限とし、90°から180°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域である。零相電流(3×I0)を基準にしたとき中性点電流INの位相がこのA1領域にある場合、位相判定部60Bは三相変圧器30が内部地絡故障であると判定する。   The A1 region is a phase region in which a predetermined phase in the range of −90 ° to 0 ° is the lower limit and a predetermined phase in the range of 90 ° to 180 ° is the upper limit. When the phase of the neutral point current IN is in this A1 region when the zero-phase current (3 × I0) is used as a reference, the phase determination unit 60B determines that the three-phase transformer 30 has an internal ground fault.

A2領域は、上記のA1領域以外の位相領域である。零相電流(3×I0)を基準にしたとき中性点電流INの位相がこのA2領域にある場合、位相判定部60Bは三相変圧器30が外部地絡故障であると判定する。   The A2 region is a phase region other than the A1 region. When the phase of the neutral point current IN is in this A2 region when the zero-phase current (3 × I0) is used as a reference, the phase determination unit 60B determines that the three-phase transformer 30 has an external ground fault.

図16に示すように、位相角φ4、φ5、φ6を用いて上記の関係を表すことができる。ここで、φ4+φ5+φ6=360°、0°<φ4<90°、90°<φ5<180°とする。この場合、A1領域は、−φ4から+φ5までの位相範囲である。A2領域は、+φ5から(φ5+φ6)までの位相範囲である。たとえば、φ4=60°、φ5=120°、φ6=180°とすることができる。   As shown in FIG. 16, the above relationship can be expressed using phase angles φ4, φ5, and φ6. Here, φ4 + φ5 + φ6 = 360 °, 0 ° <φ4 <90 °, and 90 ° <φ5 <180 °. In this case, the A1 region is a phase range from −φ4 to + φ5. The A2 region is a phase range from + φ5 to (φ5 + φ6). For example, φ4 = 60 °, φ5 = 120 °, and φ6 = 180 °.

図17は、実施の形態2の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。図17のブロックシーケンス図は実施の形態1の図14に対応するものである。   FIG. 17 is a block sequence diagram of the zero-phase current differential relay according to the second embodiment. The block sequence diagram of FIG. 17 corresponds to FIG. 14 of the first embodiment.

図17を参照して、実施の形態2の零相電流差動リレー40Bは、リレー演算部50と、位相判定部60Bと、動作判定部70Bとを含む。図17のリレー演算部50の構成は図14の場合と同じであるので説明を繰り返さない。   Referring to FIG. 17, zero-phase current differential relay 40B according to the second embodiment includes a relay calculation unit 50, a phase determination unit 60B, and an operation determination unit 70B. The configuration of relay operation unit 50 in FIG. 17 is the same as that in FIG. 14, and therefore description thereof will not be repeated.

位相判定部60Bは、中性点電流INが図16のA1領域にあるか否かを判定する判定部61と、零相電流(3×I0)の振幅および中性点電流INの振幅がいずれも閾値k3よりも大きいか否かを判定する判定部63とを含む。   The phase determination unit 60B determines whether or not the neutral point current IN is in the region A1 in FIG. 16, and the amplitude of the zero-phase current (3 × I0) and the amplitude of the neutral point current IN And a determination unit 63 for determining whether or not the threshold value is larger than the threshold value k3.

動作判定部70Bは、ANDゲート73と、動作時間t1のオンディレイタイマ71とを含む。動作時間t1はたとえば数ミリ秒である。ANDゲート73の出力は、判定部61および判定部63の判定結果が満たされており、さらにANDゲート53の出力がアサートされている場合にアサートする。ANDゲート73の出力は、オンディレイタイマ71を介してリレー出力として外部に出力される。   The operation determination unit 70B includes an AND gate 73 and an on-delay timer 71 having an operation time t1. The operation time t1 is several milliseconds, for example. The output of the AND gate 73 is asserted when the determination results of the determination unit 61 and the determination unit 63 are satisfied and the output of the AND gate 53 is asserted. The output of the AND gate 73 is output to the outside through the on-delay timer 71 as a relay output.

したがって、判定部61によって中性点電流INがA1領域にある(すなわち、内部故障である)と判定され、リレー演算部50によって零相電流差動リレーの動作域であると判定された場合には、零相電流差動リレー40Bは、その状態が数msec継続した後に内部地絡故障を表す信号を外部に出力する。   Therefore, when the determination unit 61 determines that the neutral point current IN is in the A1 region (that is, an internal failure) and the relay calculation unit 50 determines that the operation is the zero-phase current differential relay. The zero-phase current differential relay 40B outputs a signal indicating an internal ground fault to the outside after the state continues for several milliseconds.

[効果]
以上のとおり、中性点電流IN用の電流変成器CTNのみ磁気飽和が生じる場合には、装置構成を簡略することができる。その他の効果は、実施の形態1と同様であるので、説明を繰り返さない。
[effect]
As described above, when magnetic saturation occurs only in the current transformer CTN for the neutral point current IN, the device configuration can be simplified. Since other effects are the same as those of the first embodiment, description thereof will not be repeated.

実施の形態3.
実施の形態3では、リレー演算部50Cの動作域の設定が変更可能な場合について説明する。この場合、位相判定部60の判定結果に応じて、リレー演算部50Cの動作域とオンディレイタイマの動作時間とが変更される。なお、差動量IDおよび抑制量IRの定義は実施の形態1の式(2)および式(3)で説明したものと同じであるので説明を繰り返さない。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, a case will be described in which the setting of the operation area of relay computing unit 50C can be changed. In this case, according to the determination result of the phase determination unit 60, the operation range of the relay calculation unit 50C and the operation time of the on-delay timer are changed. Since the definitions of the differential amount ID and the suppression amount IR are the same as those described in the expressions (2) and (3) of the first embodiment, the description will not be repeated.

図18は、実施の形態3の零相電流差動リレーにおけるリレー演算部の動作特性図である。図18の動作判定領域は、図11のA3領域の場合に適用される。   FIG. 18 is an operational characteristic diagram of the relay computing unit in the zero-phase current differential relay of the third embodiment. The motion determination area in FIG. 18 is applied to the case of the A3 area in FIG.

図18を参照して、リレー演算部50Cは、図11のA1領域の場合には、次式(12)および(13)に従って動作判定を行い、図11のA3領域の場合には、次式(12)〜(14)に従って動作判定を行う。   Referring to FIG. 18, relay calculation unit 50 </ b> C performs an operation determination according to the following equations (12) and (13) in the case of area A <b> 1 in FIG. The operation is determined according to (12) to (14).

ID>K1 …(12)
ID>p×IR …(13)
ID>r×IR−K4 …(14)
上式(14)のrおよびK4は整定値(ただし、r>p)である。上式(12)かつ(13)かつ(14)を満たす動作域(A3領域で適用される)は図18でハッチングを付した領域である。図18に示すように、抑制量IRがK1/p以下の場合には(12)式に従って動作判定が行われる。抑制量IRがK1/pより大きくかつK4/(r−p)以下の場合には(13)式に従って動作判定が行われる。抑制量IRがK4/(r−p)よりも大きい場合には(14)式に従って動作判定が行われる。
ID> K1 (12)
ID> p × IR (13)
ID> r × IR-K4 (14)
In the above formula (14), r and K4 are settling values (where r> p). The operation region (applied in the region A3) satisfying the above equations (12), (13) and (14) is a region hatched in FIG. As shown in FIG. 18, when the suppression amount IR is equal to or less than K1 / p, the operation determination is performed according to the equation (12). When the suppression amount IR is greater than K1 / p and less than or equal to K4 / (rp), the operation is determined according to the equation (13). When the suppression amount IR is larger than K4 / (rp), the operation is determined according to the equation (14).

上式(12)かつ(13)のみを満たす動作域(A1領域で適用される)は図3でハッチングを付した領域である。図3の動作域と比較して、図18の動作域は抑制量IRがK4/(r−p)という閾値を超える範囲で狭くなっている。   The operation region (applied in the region A1) satisfying only the above equations (12) and (13) is a region hatched in FIG. Compared with the operation region of FIG. 3, the operation region of FIG. 18 is narrower in a range where the suppression amount IR exceeds the threshold value of K4 / (rp).

式(14)の条件は、外部故障時のCT飽和時に、式(13)の動作域に過渡的に入る可能性があるので、その可能性をできるだけ避けるために設定されている。   The condition of Expression (14) may be transiently entered into the operating range of Expression (13) when CT is saturated at the time of an external failure, and is set to avoid that possibility as much as possible.

図19は、実施の形態3の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。
図19を参照して、零相電流差動リレー40Cは、リレー演算部50Cと、位相判定部60と、動作判定部70とを含む。
FIG. 19 is a block sequence diagram of the zero-phase current differential relay according to the third embodiment.
Referring to FIG. 19, zero-phase current differential relay 40 </ b> C includes a relay calculation unit 50 </ b> C, a phase determination unit 60, and an operation determination unit 70.

リレー演算部50Cは、前述の式(12)が満たされているか否かを判定する判定部51と、前述の式(13)が満たされているか否かを判定する判定部52と、前述の式(14)が満たされているか否かを判定する判定部54と、ANDゲート53,55とを含む。ANDゲート53の出力は、判定部51および判定部52の判定結果がいずれも満たされている場合にアサートされる。ANDゲート55の出力は、判定部51、判定部52、および判定部54の判定結果がいずれも満たされている場合にアサートされる。   The relay calculation unit 50C includes a determination unit 51 that determines whether or not the above equation (12) is satisfied, a determination unit 52 that determines whether or not the above equation (13) is satisfied, and the above-described equation (12). A determination unit 54 that determines whether or not Expression (14) is satisfied, and AND gates 53 and 55 are included. The output of the AND gate 53 is asserted when the determination results of the determination unit 51 and the determination unit 52 are both satisfied. The output of the AND gate 55 is asserted when the determination results of the determination unit 51, the determination unit 52, and the determination unit 54 are all satisfied.

位相判定部60の構成は実施の形態1の図14の場合と同じであるので説明を繰り返さない。動作判定部70の構成は図14の場合と同じであるが、ANDゲート73,74に入力される判定条件が図14の場合と異なる。   Since the configuration of phase determination unit 60 is the same as that of FIG. 14 of the first embodiment, description thereof will not be repeated. The configuration of the operation determination unit 70 is the same as in the case of FIG. 14, but the determination conditions input to the AND gates 73 and 74 are different from the case of FIG.

具体的に、ANDゲート73の出力は、判定部61および判定部63の判定結果が満たされており、かつANDゲート53の出力がアサートされている場合にアサートする。ANDゲート73の出力は、オンディレイタイマ71およびORゲート75を介してリレー出力として外部に出力される。   Specifically, the output of the AND gate 73 is asserted when the determination results of the determination unit 61 and the determination unit 63 are satisfied and the output of the AND gate 53 is asserted. The output of the AND gate 73 is output to the outside as a relay output via the on-delay timer 71 and the OR gate 75.

したがって、判定部61によって中性点電流INの位相がA1領域にある(すなわち、内部故障である)と判定され、リレー演算部50によって差動量IDおよび抑制量IRが図3に示す動作域(すなわち、上式(12)かつ(13))であると判定された場合には、零相電流差動リレー40は、その状態が数msec継続した後に内部故障を表す信号を外部に出力する。   Therefore, it is determined by the determination unit 61 that the phase of the neutral point current IN is in the A1 region (that is, an internal failure), and the differential amount ID and the suppression amount IR are shown in FIG. If it is determined that (the above equations (12) and (13)), the zero-phase current differential relay 40 outputs a signal indicating an internal failure to the outside after the state continues for several milliseconds. .

一方、ANDゲート74の出力は、判定部62および判定部63の判定結果が満たされており、さらにANDゲート55の出力がアサートされている場合にアサートする。ANDゲート74の出力は、オンディレイタイマ72およびORゲート75を介してリレー出力として外部に出力される。   On the other hand, the output of the AND gate 74 is asserted when the determination results of the determination unit 62 and the determination unit 63 are satisfied and the output of the AND gate 55 is asserted. The output of the AND gate 74 is output to the outside as a relay output via the on-delay timer 72 and the OR gate 75.

したがって、判定部62によって中性点電流INの位相がA3領域にある(すなわち、内部故障か外部故障かが判定困難である)と判定され、リレー演算部50によって差動量IDおよび抑制量IRが図18に示す動作域(すなわち、上式(12)かつ(13)かつ(14))であると判定された場合には、零相電流差動リレー40は数サイクルその状態が継続した場合に限って内部故障を表す信号を外部に出力する。   Therefore, it is determined by the determination unit 62 that the phase of the neutral point current IN is in the A3 region (that is, it is difficult to determine whether an internal failure or an external failure), and the differential calculation unit 50 and the suppression amount IR Is determined to be within the operating range shown in FIG. 18 (that is, the above equations (12), (13), and (14)), the zero-phase current differential relay 40 is in a state where the state continues for several cycles. A signal indicating an internal failure is output to the outside only.

[効果]
上記の構成によれば、電流変成器の飽和のために外部故障であっても差動量IDが抑制量IRに近くなって図3に占めす動作域(図19のゲート53の判定)を満たしたとしても、位相判定部60によってA3領域であると判定された場合には、比率差動リレーの動作域が変更される。すなわち、図3に示す動作域(すなわち、図19のゲート53の判定)から図18に示す動作域(すなわち、図19のゲート55の判定)に比率差動リレーの動作域が変更される。図18に示す動作域は、図3に示す動作域に比べて外部故障時のCT飽和時に差動量IDおよび抑制量IRが存在する可能性のある領域を狭くしたものである。さらに、位相判定部60によってA3領域であると判定された場合には、オンディレイタイマ72が作用するので、CT飽和に対する誤動作防止の点で信頼性を高くすることができる。実施の形態3のその他の効果は実施の形態1の場合と同じであるので説明を繰り返さない。
[effect]
According to the above configuration, even if an external failure occurs due to saturation of the current transformer, the differential amount ID is close to the suppression amount IR and occupies the operating range (determination of the gate 53 in FIG. 19). Even if the condition is satisfied, if the phase determination unit 60 determines that the area is the A3 area, the operation range of the ratio differential relay is changed. That is, the operating range of the ratio differential relay is changed from the operating range shown in FIG. 3 (that is, determination of gate 53 in FIG. 19) to the operating range shown in FIG. 18 (that is, determination of gate 55 in FIG. 19). The operation region shown in FIG. 18 is a narrower region in which the differential amount ID and the suppression amount IR may exist when CT is saturated at the time of an external failure than the operation region shown in FIG. Furthermore, when the phase determination unit 60 determines that the region is the A3 region, the on-delay timer 72 acts, so that the reliability can be increased in terms of preventing malfunctions with respect to CT saturation. Since other effects of the third embodiment are the same as those of the first embodiment, description thereof will not be repeated.

変形例.
上式の実施の形態1〜3において、抑制量として、ベクトル差電流(すなわち、|3×I0−IN|を用いてもよいし、零相電流(3×I0)の振幅および中性点電流INの振幅のうちの大きいほう(以下、零相最大値と称する)を用いてもよい。
Modified example.
In the first to third embodiments, the vector difference current (that is, | 3 × I0−IN |) may be used as the suppression amount, the amplitude of the zero-phase current (3 × I0), and the neutral point current. The larger one of the amplitudes of IN (hereinafter referred to as the zero-phase maximum value) may be used.

抑制量IRとしてベクトル差電流を用いた場合には、外部故障(a相地絡外部故障時にIaとINは逆位相)での抑制量が増加する一方、内部故障(a相地絡外部故障時にIaとINはほぼ同位相)での抑制量が低下するので、より安定した動作特性が得られる。   When a vector difference current is used as the suppression amount IR, the suppression amount due to an external failure (Ia and IN are opposite in phase when an a-phase ground fault external failure) increases, while an internal failure (when an a-phase ground fault external failure occurs) Since the amount of suppression at Ia and IN is substantially the same phase), more stable operating characteristics can be obtained.

また、抑制量IRとして零相最大値を用いた場合は、スカラー和に比較して外部故障で抑制量が1/2になるので比率設定をその分考慮する必要があるが、スカラー和とほぼ同様の効果を得る。なお、上記のベクトル差電流および零相最大値のいずれの場合も、零相電流を使った抑制量であるので、負荷電流の影響を受けないというメリットがある。   In addition, when the zero-phase maximum value is used as the suppression amount IR, the suppression amount is halved due to an external failure compared to the scalar sum, so the ratio setting needs to be considered accordingly. The same effect is obtained. Note that both the vector difference current and the zero-phase maximum value have the advantage that they are not affected by the load current because they are the suppression amounts using the zero-phase current.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

30 三相変圧器、33 巻線、34 中性点、35 接地極、36 接地線、37a,37b,37c 線路、40,40B,40C 零相電流差動リレー、50,50C リレー演算部、60,60B 位相判定部、70,70B 動作判定部、71,72 オンディレイタイマ、CTN,CTa,CTb,CTc 電流変成器。   30 three-phase transformer, 33 windings, 34 neutral point, 35 grounding pole, 36 grounding wire, 37a, 37b, 37c line, 40, 40B, 40C zero-phase current differential relay, 50, 50C relay operation unit, 60 , 60B Phase determination unit, 70, 70B Operation determination unit, 71, 72 On-delay timer, CTN, CTa, CTb, CTc Current transformer.

Claims (8)

Y結線巻線を含む三相変圧器を保護するための零相電流差動リレーであって、
前記Y結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義され、
各前記相電流に基づく零相電流と前記中性点電流とに基づいて差動量および抑制量を演算し、前記差動量および前記抑制量が動作域にあるか否かを判定するリレー演算部と、
前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が同位相を含む第1の領域にあるか否かを判定する位相判定部と、
前記リレー演算部の判定結果と前記位相判定部の判定結果に基づいて、前記三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部とを備える、零相電流差動リレー。
A zero-phase current differential relay for protecting a three-phase transformer including a Y-connection winding,
Each phase current and neutral point current of the Y-connection winding is defined so that the directions toward the neutral point have the same polarity.
Relay calculation that calculates the differential amount and the suppression amount based on the zero-phase current based on each phase current and the neutral point current, and determines whether the differential amount and the suppression amount are in the operating range And
A phase determination unit that determines whether or not the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in a first region including the same phase;
A zero-phase current differential relay comprising: an operation determination unit that outputs a protection signal for protecting the three-phase transformer based on a determination result of the relay calculation unit and a determination result of the phase determination unit.
前記位相判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が、前記第1の領域、第2の領域、および第3の領域のいずれにあるかを判定し、
前記第1の領域は、−90°から0°の範囲における予め定める位相を下限とし、0°から90°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域であり、
前記第2の領域は、0°から180°の範囲における予め定める位相を下限とし、180°から270°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域であり、
前記第3の領域は、前記第1の領域および前記第2の領域のいずれでもない位相領域である、請求項1に記載の零相電流差動リレー。
The phase determination unit determines whether the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in the first region, the second region, or the third region;
The first region is a phase region having a predetermined phase in a range of −90 ° to 0 ° as a lower limit and a predetermined phase in a range of 0 ° to 90 ° as an upper limit,
The second region is a phase region having a predetermined phase in a range from 0 ° to 180 ° as a lower limit and a predetermined phase in a range from 180 ° to 270 ° as an upper limit,
2. The zero-phase current differential relay according to claim 1, wherein the third area is a phase area that is neither the first area nor the second area.
前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第1の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記動作域にあると判定された状態が第1の期間維持された場合に、前記保護信号を出力し、
前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第3の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記動作域にあると判定された状態が前記第1の期間よりも長い第2の期間維持された場合に、前記保護信号を出力する、請求項2に記載の零相電流差動リレー。
The operation determination unit is in a state where it is determined that the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in the first region, and that the differential amount and the suppression amount are in the operation region. Output the protection signal when maintained for a period of 1,
The operation determination unit is in a state where the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in the third region, and the state where the differential amount and the suppression amount are determined to be in the operation region is The zero-phase current differential relay according to claim 2, wherein the protection signal is output when the second period longer than the first period is maintained.
前記リレー演算部は、前記差動量および前記抑制量が第1の動作域に含まれるか否かと、前記第1の動作域よりも狭い第2の動作域に含まれるか否かとを判定し、
前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第1の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記第1の動作域にあると判定された状態が第1の期間維持された場合に、前記保護信号を出力し、
前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第3の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記第2の動作域にあると判定された状態が前記第1の期間よりも長い第2の期間維持された場合に、前記保護信号を出力する、請求項2に記載の零相電流差動リレー。
The relay calculation unit determines whether the differential amount and the suppression amount are included in a first operation range and whether they are included in a second operation region that is narrower than the first operation region. ,
The operation determination unit determines that the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in the first region, and that the differential amount and the suppression amount are in the first operation region. Outputting the protection signal when the state is maintained for a first period;
The operation determination unit determines that the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in the third region, and that the differential amount and the suppression amount are in the second operation region. The zero-phase current differential relay according to claim 2, wherein the protection signal is output when a state is maintained for a second period longer than the first period.
前記位相判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が、前記第1の領域および第2の領域のいずれにあるかを判定し、
前記第1の領域は、−90°から0°の範囲における予め定める位相を下限とし、90°から180°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域であり、
前記第2の領域は、前記第1の領域でない位相領域である、請求項1に記載の零相電流差動リレー。
The phase determination unit determines whether the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in the first region or the second region;
The first region is a phase region having a predetermined phase in a range of −90 ° to 0 ° as a lower limit and an upper limit of a predetermined phase in a range of 90 ° to 180 °,
The zero-phase current differential relay according to claim 1, wherein the second region is a phase region that is not the first region.
前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第1の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記動作域にあると判定された場合に、前記保護信号を出力する、請求項5に記載の零相電流差動リレー。   The operation determination unit, when it is determined that the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in the first region, and that the differential amount and the suppression amount are in the operation region, The zero-phase current differential relay according to claim 5, which outputs the protection signal. 前記動作域の最低感度値は、各前記相電流の振幅および前記中性点電流の振幅のうちの最大値が大きくなるにつれて大きくなるように設定される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の零相電流差動リレー。   The minimum sensitivity value in the operating range is set to increase as the maximum value of the amplitude of each phase current and the amplitude of the neutral point current increases. Zero-phase current differential relay described in 1. 前記抑制量は、前記零相電流の振幅の3倍と前記中性点電流の振幅との和である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の零相電流差動リレー。
The zero-phase current differential relay according to any one of claims 1 to 7, wherein the suppression amount is a sum of three times the amplitude of the zero-phase current and the amplitude of the neutral-point current.
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