JP3558313B2 - 電流差動継電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力系統を保護する保護継電器、とりわけ送電線を電流差動原理に基づき保護する電流差動継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送電線の保護方式として、各端子の電流の瞬時値を用いて送電線の内外部事故を識別する電流差動方式が多用されている。電流差動リレーを適用する際に問題になるのは、保護区間内の充電電流の影響である。
【０００３】
即ち、図７において、保護送電線１の各Ａ，Ｂ端にて変流器２Ａ，２Ｂを用いて各端の電流ｉＡ ，ｉＢ に対応する電気量を取込み、通信手段４を用いて前記取込んだ瞬時値量を送受し合い、電流差動保護を行なう電流差動リレー３Ａ，３Ｂは、（１） 式によって差動電流を算出して動作判定を行なう。
【０００４】
ところが、保護区間内の充電電流の影響により、Ｆ点の外部事故時に充電電流ｉＣ が流出するため、Ｂ電気所での取込み量はｉＢ ＋ｉＣ となる。従って、差動電流Ｉｄ は、（２） 式で表わされる。
【０００５】
【数１】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ ｜ ………………（１）
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ ＋ｉＣ ｜ …………（２）
（２） 式において外部事故時にはｉＡ ＋ｉＢ ＝０であるから、（２） 式はＩｄ ＝｜ｉＣ ｜となり、内部充電電流が大きいと、電流差動リレーは誤動作する虞がある。
【０００６】
内部充電処理は、送電線がケーブル系であれば、対地間で大きな値を有し、架空線であっても１０００ｋＶ級の基幹系送電線などでは長距離化により相間あるいは回線間の充電電流が大きいことが知られている。
【０００７】
このため、自端子の電圧値を用いて、前記保護区間内充電容量をリレー内部で補償し、充電電流による誤動作を防止する対策が行なわれている。参考文献：電気協同研究第４１巻第４号「ディジタルリレー」Ｐ．１７８「超超高圧系電流差動リレーにおける充電電流補償」（昭和６１年１月２１日発行）。
【０００８】
図８は上記技術を適用した従来技術の一例である。Ａ端の送電線の電圧は、電圧変成器（略称ＰＤ）５Ａにより取込み、入力処理部６Ａにて変流器（略称ＣＴ）２Ａから取込まれた電流量と共に、同一時刻にサンプリングされ、アナログ・ディジタル変換される。
【０００９】
そして、電流データは送受信部７Ａを介して対向電気所間で送受信される。演算部８Ａは前記入力処理部６Ａの出力及び送受信部７Ａの出力を用いて、（３） 式の演算により処理差動判定を行なう。
【数２】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ −Ｃ・ｄＶＡ ／ｄｔ｜≧Ｋ０ ………（３）
【００１０】
上式において、ｉＡ ，ｉＢ は各端子における処理データであり、Ｃ・ｄＶＡ ／ｄｔはＡ電気所で取込んだ電圧ＶＡ の微分値から求めた送電線の充電電流である。Ｃは送電線の静電容量を表わす定数である。Ｋ０はリレーの動作感度であり、この値より差動電流Ｉｄ が大きい時に内部事故と判定し、小さい時には外部事故と判定するものである。対向するＢ電気所も上記と同様な構成である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図８において、電気量を取込む電圧変成器５Ａが不良、例えばＰＤ２次断線となった時を考える。この時には、ＶＡ ＝０となり、（３） 式はＩｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ ｜≧Ｋ０となる。ｉＡ ＋ｉＢ の中には、（２） 式で述べたように充電電流ｉＣ が含まれており、このｉＣ の大きさがリレーの動作感度Ｋ０を超える場合にはリレー誤動作に至ることになる。
【００１２】
即ち、保護区間の内部充電電流が大きい系統に対しては、従来の充電電流補償方式の電流差動リレーは、電圧変成器５Ａの断線等の不良に対して誤動作を生じるという問題点があった。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、補償のための電圧量が喪失した場合であっても、誤動作する懸念のない電流差動継電装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る電流差動継電装置は、電力系統の自端電気所で得られた端子電流に対応する電気量と、相手端電気所から伝送路を介して自端への伝送されてきた端子電流に対応する電気量と、自端電圧により算出した電力系統内部の充電電流補償値を用いて差動電流を算出して保護判定を行なう電流差動継電装置において、前記充電電流補償値の変化分を算出する手段と、前記差動電流の変化分を算出する手段と、前記充電電流補償値の変化分の大きさが所定値以上で、かつ前記差電流の変化分の大きさと一致することを条件に自端電圧不良を検出する手段と、前記自端電圧不良が検出されたとき前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する制御手段とを備えた。
【００１５】
本発明の請求項１に係る電流差動継電装置は、充電電流の変化分と、充電電流補償後の差動電流の変化分を常に比較し、両者の変化分がほぼ等しい場合は電圧変成器の不良による自端電圧喪失等（以下、ＰＤ不良と称す）が発生したものと判定し、差電流増加によって誤動作しないように電流差動継電装置を不動作方向に制御させる。
【００１６】
本発明の請求項２に係る電流差動継電装置は、請求項１において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する制御手段は、前記電流差動継電装置の動作をロックさせる手段から構成した。
【００１７】
本発明の請求項２に係る電流差動継電装置は、充電電流の変化分と、充電電流補償後の差動電流の変化分を常に比較し、両者の変化分がほぼ等しい場合はＰＤ不良が発生したものと判定し、差電流増加によって誤動作しないように電流差動継電装置の動作をロックする。
【００１８】
本発明の請求項３に係る電流差動継電装置は、請求項１において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する制御手段は、前記電流差動継電装置の動作感度を低下させる手段から構成した。そして充電電流の変化分と充電電流補償後の差動電流の変化分とがほぼ等しい場合は、前記同様にＰＤ不良が発生したものと判定し、差電流増加によって誤動作しないように電流差動継電装置の動作感度を低下する。
【００１９】
本発明の請求項４に係る電流差動継電装置は、電力系統の自端電気所で得られた端子電流に対応する電気量と、相手端電気所から伝送路を介して自端への伝送されてきた端子電流に対応する電気量と、自端電圧により算出した電力系統内部の充電電流補償値を用いて差動電流を算出して保護判定を行なう電流差動継電装置において、前記充電電流補償値の変化分を算出する手段と、前記差動電流の変化分を算出する手段と、前記充電電流補償値の変化分の大きさが所定値以上で、かつ前記差電流の変化分の大きさと一致することを条件に自端電圧不良を検出する手段と、前記自端電圧不良が検出されたとき前記充電電流補償値の大きさによって前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する機能を活殺する切換手段とを備えた。
【００２０】
本発明の請求項４に係る電流差動継電装置は、充電電流の変化分と、充電電流補償後の差動電流の変化分を常に比較し、両者の変化分がほぼ等しい場合はＰＤ不良が発生したものと判定し、充電電流の大きさが例えば電流差動継電装置の動作感度以上である場合は、誤動作しないように電流差動継電装置を不動作方向に切換えを行なう。
【００２１】
本発明の請求項５に係る電流差動継電装置は、請求項４において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する機能を活殺する切換手段は、前記電流差動継電装置の動作ロック機能を活殺する切換手段から構成した。
【００２２】
本発明の請求項６に係る電流差動継電装置は、請求項４において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する機能を活殺する切換手段は、前記電流差動継電装置の動作感度の低下機能を活殺する切換手段から構成した。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電流差動継電装置の第１の実施の形態を以下に説明する。図１は実施形態の機能ブロック図である。図１において、１０は電流差動継電装置で、充電電流補償量算出手段１１，差動電流検出手段１２，充電電流補償量の変化分検出手段１３，差電流の変化分検出手段１４及び演算手段１５から構成される。
【００２４】
そして、充電電流補償量算出手段１１では、自端電圧ＶＡ を入力して充電電流を算出し、差動電流検出手段１２では自端と相手端電流ｉＡ ，ｉＢ 及び充電電流補償量を入力して差電流を算出する。そして、充電電流補償の変化分を変化分検出手段１３及び差電流の変化分を変化分検出手段１４にて検出し、その結果によって電流差動特性の感度を継電器としての不動作方向に変えるように構成している。
【００２５】
図２は処理内容を説明するフローチャートである。ステップＳ２１は充電電流補償項Ｃ・ｄＶ／ｄｔの変化分を求めるステップである。Ｖは自端子でサンプルされた電圧量、Ｃは補償を行なう充電容量に対応する値で定数である。
【００２６】
最新時点（ｍ時点）の充電電流補償項は、自端にて導入された電圧ｖのｍ時点における微分値に比例した量として、［Ｃ・ｄＶ／ｄｔ］ｍと表される。この微分演算の方法としては、例えば特公平３−２０９６９号「保護継電装置」に開示された考え方を用いることができる。」
【００２７】
又、［Ｃ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ−１２はｍ時点より１２サンプリング前の充電電流補償項の大きさである。サンプリング間隔を電気角３０°とすると、１２サンプリング前とは系統電気量の１サイクル前のデータに対応する。即ち、ステップＳ２１は現時点と１サイクル前の充電電流補償項の差の絶対値として、［ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ を求める処理である。
【００２８】
ステップＳ２２は差動処理Ｉｄ とは下式により充電電流補償を実施した差動電流である。
【数３】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ −Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜
【００２９】
最新時点（ｍ時点）の前記差動電流の大きさを［Ｉｄ ］ｍ とすると、これはｍ時点の自端電流ｉＡ ，相手端電流ｉＢ 及び前記充電電流補償量［Ｃ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ にて下式にて表される。
【数４】
［Ｉｄ ］ｍ ＝｜ｉＡｍ＋ｉＢｍ−［Ｃ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ ｜
【００３０】
又、［Ｉｄ ］ｍ−１２はｍ時点より１２サンプリング前のＩｄ の大きさである。即ち、ステップＳ２２は現時点と１サイクル前の｜Ｉｄ ｜値の差の絶対値［ΔＩｄ ］ｍ を求める処理である。
【００３１】
ステップＳ２３は［ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ の大きさを所定値ＫＤと比較する条件分岐の手段である。条件成立時にはステップＳ２４へ進み、ステップＳ２１で求めた［ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ の大きさがステップＳ２２で求めた［ΔＩｄ ］ｍ の大きさに一致しているか否かをチェックする処理である。
【００３２】
ステップＳ２４にて条件が成立しない時にはステップＳ２６へ移り、（４） 式による高感度の動作判定が行なわれる。
【数５】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ −Ｃ・ｄＶＡ ／ｄｔ｜≧ＫＩ ………（４）
ＫＩ は定数であり、リレーの検出感度に対応する。
【００３３】
ステップＳ２３にて条件が成立した時、更にステップＳ２４にて条件が成立している場合はステップＳ２５へ移り、（５） 式による低感度の動作判定が行なわれる。
【数６】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ −Ｃ・ｄＶＡ ／ｄｔ｜≧ＫＩＩ ………（５）
ＫＩＩは定数であり、ＫＩ ≦ＫＩＩの関係である。例えば、ＫＩＩ＝２ＫＩ とすることにより、（５） 式は（４） 式に対して感度を２倍に低下させたことになる。
【００３４】
ステップＳ２７は演算に使用するデータを、１サンプリング次のデータを用いるようにするため、時点ｍをプラス１だけ進めるステップである。そして、再びステップＳ２１へ戻り、１サンプリング分だけ更新されたデータを用いた演算が行なわれる。
【００３５】
ステップＳ２８はＰＤ不良継続判定を行なうステップであり、前記ステップＳ２４にて条件成立したことを条件に強制的にステップＳ２５へ進め、ステップＳ２４にて条件不成立となったことを条件に、ステップＳ２１へ進める手段である。
【００３６】
図３は演算された諸量の時間的変化を概念的に描いたタイムチャートである。ｔ−ｔ０ 時点以前には平常状態であり、｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の大きさも充電処理補償値に対応する値で一定値を保っている。｜ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ｜の大きさも零状態であり、充電処理補償が適正に行なわれているので、差電流の変化分｜ΔＩｄ ｜値も零である。
【００３７】
ｔ−ｔ０ 時点でＰＤ不良が発生したとすると、｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の値は零に落ちはじめ、図２のステップＳ２１で求められる｜ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ｜の値は立ち上がってくる。これと共に、｜ΔＩｄ ｜値も上昇しはじめることになる。
【００３８】
ステップＳ２３にて｜ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ｜の値が所定値ＫＤを超えるか否かの判定が行なわれる。ここでＫＤはリレーの検出感度相当の値である。図３の例で｜ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ｜のピークがＫＤを超えていたとすると、その時の｜ΔＩｄ ｜値と大きさ比較を行なう。
【００３９】
ＰＤ不良直後の｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の値は｜ΔＩｄ｜値とほぼ等しいため、ステップＳ２４の条件が成立し、ステップＳ２５にて低感度検出の事故判定を行なうことになる。一度、ＰＤ不良と検出されると、ステップＳ２８にて強制的にステップＳ２５へ進められることになる。
【００４０】
ステップＳ２８の詳細内容を図４に一例として示す。即ち、ステップＳ２８−１では充電電流補償値｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜はＰＤ不良時はほぼ零であるから、ステップＳ２８−２へ移り、ここで前記のルーチン（ステップＳ２７以前の状態）でＫの値がＫＩ だったか、ＫＩＩだったかの選択が行なわれる。
【００４１】
１サンプリング前のデータを使ってＰＤ不良の判定は既に行なわれていれば、ステップＳ２５へ移されることになる。平常状態においてステップＳ２８−１では、充電電流補償値がある程度大きさを持っていればステップＳ２１へ進むが、｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の大きさが零となるような整定をしている場合にはステップＳ２８−２へ進むことになる。
【００４２】
以上説明したように、ＰＤ不良が発生した場合にも充電電流補償の変化分を検出することにより、充電電流補償値喪失によるリレーの不要応動を防止することができる。
【００４３】
上記実施の形態によれば充電電流の変化分と、充電電流補償値の変化分とから自端電圧の不良を検出し、電流差動継電装置の動作感度を低下させるものであった。しかしながら、本願はこの手段に限定されるものではなく、以下に考え得る手段を挙げる。
【００４４】
先ず、第１は２つの変化分を比較して自端電圧の不良を検出したならば、電流差動継電装置の動作をロックさせることである。
【００４５】
又、第２は２つの変化分を比較して自端電圧の不良を検出したならば、切換手段を設けて、充電電流補償値の大きさによって電流差動継電装置の動作感度の低下機能を活殺することである。即ち、両者の変化分がほぼ等しい場合はＰＤ不良が発生したものと判定し、充電電流の大きさが、例えば電流差動継電装置の動作感度以上である場合は、誤動作しないように動作感度を低下させ、動作感度以下の場合は誤動作の虞がないため感度低下は行なわれないように切換えをする。
【００４６】
又、第３は２つの変化分を比較して自端電圧の不良を検出したならば、切換手段を設けて、充電電流補償値の大きさによって電流差動継電装置の動作ロック機能を活殺することである。即ち、両者の変化分がほぼ等しい場合はＰＤ不良が発生したものと判定し、充電電流の大きさが例えば電流差動継電装置の動作感度以上である場合は、誤動作しないように動作をロックし、動作感度以下の場合は誤動作の虞がないためロックは行なわないように切換えをする。
【００４７】
他の変形の形態については以下に列挙する。
（ａ） 上記実施の形態では、２種類の特性式（４） 式，（５） 式をステップＳ２５，Ｓ２６に持たせて、ステップＳ２３及びステップＳ２４の条件により切換えるようにしたが、図５のように構成しても良い。即ち、ステップＳ２３及びステップＳ２４において条件成立時には、ステップＳ２９にてα＝α′なる定数設定が行なわれ、次のステップＳ３１にてＩｄ ≧αＫＩ なる差動検出を行なうことになる。
【００４８】
これは図２のステップＳ２５と同様な構成となる。又、ステップＳ２３及びステップＳ２４にて条件不成立時には、ステップＳ３０へ移り、α＝１と置かれ、次のステップＳ３１ではＩｄ ≧ＫＩ なる差動判定が行なわれることになる。ここで、ＫＩ は図２のステップＳ２６と同様な構成となる。
【００４９】
（ｂ） 上記実の施形態では、電流差動特性として単純差動特性で説明してきたが、これに限定されず比率抑制を持たせた下式のような構成の特性式としても同様に適用可能である。
【数７】
Ｉｄ ≧Ｋ１・Σ｜Ｉ｜＋Ｋ０
Σ｜Ｉ｜＝｜ｉＡ ｜＋｜ｉＢ ｜
ここで、Σ｜Ｉ｜：各端電流のスカラー和。
Ｋ１：特性の傾き。
Ｋ０：最小検出感度に対応する値。
【００５０】
図２のステップＳ２６がＩｄ ≧Ｋ１・Σ｜Ｉ｜＋ＫＩ 、ステップＳ２５がＩｄ ≧Ｋ１・Σ｜Ｉ｜＋ＫＩＩなる式で構成される。
【００５１】
（ｃ） 上記（ｂ） では抑制量として各端のスカラー和にて説明したが、これに限定されるわけではなく、又、特性自体を２乗式で構成した下式のようなものも本発明は同様に適用できる。
【数８】
Ｉｄ ２ ≧Ｋ２・Σ｜Ｉ｜２ ＋Ｋ３
（Ｋ２，Ｋ３は定数）
【００５２】
（ｄ） 本発明の適用系統は２端子のみならず、多端子系統にまで適用できるのは言うまでもない。
（ｅ） 充電電流補償方式として、自端子の自相電圧のみを用いる方式で説明してきたが、補償精度を高めるために、全相電圧を用いて補償しても良い。
【００５３】
図６は３相の送電線６０，６１，６２において、Ａ，Ｂ，Ｃ各相間の静電容量Ｃａｂ，Ｃｂｃ，Ｃｃａ及び各相の対地静電容量Ｃａｅ，Ｃｂｅ，Ｃｃｅを示したものである。これより、各相の充電電流ｉｃａ，ｉｃｂ，ｉｃｃは下記マトリックスに従う。［参考文献：電気学会雑誌１０５巻１２号Ｐ．１０］（昭和６０年１２月２０日発行）。
【００５４】
【数９】
【００５５】
実施の形態では（６） 式の静電容量のマトリックス中、対角要素以外は零としたが、ここでは自端子，自回線の全静電結合を（６） 式により補償しようとするものである。この時も本発明は前述と全く同様に適用できる。即ち、図２のステップＳ２１充電電流補償値の変化分は、ａ相を例にとれば、｜ｉｃａ｜＝｜Ｃａａ・ｄＶ／ｄｔ−Ｃａｂ・ｄＶ／ｄｔ−Ｃａｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の変化分を求めることになる。又、隣回線の静電接合をも考慮し、隣回線の電圧も導入して補償をかける場合にも上述と同様に適用可能である。
【００５６】
（ｆ） 実施の形態において、低感度化する定数としてＫＩＩ＝２ＫＩ を一例として説明したが、これにとらわれることなく、リレー判定の不要応動を防止する観点より定数を選択すれば良い。
【００５７】
（ｇ） 実施の形態では充電電流補償のために導入する電圧は、線路電圧として説明したが、母線電圧としても良い。
（ｈ） 各相電気量に応動する差動リレーのみならず、零相電流により差動保護を行なう場合でも同様に適用可能である。
【００５８】
（ｉ） 実施の形態において、ステップＳ２８−１では｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜≒０としたが、これは｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜＜ε１（ε１は定数）なる判定としても同様である。又、ステップＳ２４では等号形式で条件を記したが、｜［ΔＩｄ ］ｍ −｜ΔＣｄＶ／ｄｔ｜ｍ ＜ε２（ε２は定数）なる不等式形式の当判定としても同様に適用できる。
【００５９】
（ｊ） 実施の形態のステップＳ２１及びＳ２２では、１サイクル前の値を用いたが、これに限定する必要はなく、｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜及び｜Ｉｄ ｜の変化分が求められれば特に数値は限定されない。
【００６０】
（ｋ） 図２において、ＰＤ不良継続検出を行なうステップＳ２７では図５の形に限定されず、電圧入力自体が零付近になったことを検出するようにしても良い。
（ｌ） 実施の形態ではＰＤ不良と判定した時には感度を落とすようにしたが（例えば図２のステップＳ２５あるいは図５のステップＳ２９）、リレー判定結果そのものをロックするようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば保護区間内充電電流を各端の電圧値を用いて補償をかけ、電流差動保護を行なうものにおいて、充電電流補償値の変化分を常時チェックし、その変化分が所定値以上に達した時の差電流の変化分と近似的に等しい大きさになった時には、ＰＤ不良が発生したと判断し、所定の操作をするようにしたものである。
【００６２】
これにより充電電流補償値を大きく整定しなければならない系統に電流差動継電装置を適用する場合において、ＰＤ不良が発生し、補償電圧が喪失した場合でも、電流差動継電装置の不要応動を防止することができ、更に通常事故時の検出感度を損なうことなく、適用可能とした大きな効果を持たせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電流差動継電装置の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】演算ステップを表わすフローチャート。
【図３】演算される諸量の時間的変化を概念的に表わしたタイムチャート。
【図４】図２のＰＤ不良継続検出方法の一例図。
【図５】処理内容の更に他の実施形態のフローチャート。
【図６】３相送電線の静電容量接合を示す図。
【図７】内部充電電流の影響を説明する図。
【図８】充電電流補償による電流差動継電装置の構成例図。
【符号の説明】
１０ 電流差動継電装置
１１ 充電電流補償量算出手段
１２ 差動電流検出手段
１３ 充電電流補償量の変化分検出手段
１４ 差動電流の変化分検出手段
１５ 演算手段
【発明の属する技術分野】
本発明は電力系統を保護する保護継電器、とりわけ送電線を電流差動原理に基づき保護する電流差動継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送電線の保護方式として、各端子の電流の瞬時値を用いて送電線の内外部事故を識別する電流差動方式が多用されている。電流差動リレーを適用する際に問題になるのは、保護区間内の充電電流の影響である。
【０００３】
即ち、図７において、保護送電線１の各Ａ，Ｂ端にて変流器２Ａ，２Ｂを用いて各端の電流ｉＡ ，ｉＢ に対応する電気量を取込み、通信手段４を用いて前記取込んだ瞬時値量を送受し合い、電流差動保護を行なう電流差動リレー３Ａ，３Ｂは、（１） 式によって差動電流を算出して動作判定を行なう。
【０００４】
ところが、保護区間内の充電電流の影響により、Ｆ点の外部事故時に充電電流ｉＣ が流出するため、Ｂ電気所での取込み量はｉＢ ＋ｉＣ となる。従って、差動電流Ｉｄ は、（２） 式で表わされる。
【０００５】
【数１】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ ｜ ………………（１）
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ ＋ｉＣ ｜ …………（２）
（２） 式において外部事故時にはｉＡ ＋ｉＢ ＝０であるから、（２） 式はＩｄ ＝｜ｉＣ ｜となり、内部充電電流が大きいと、電流差動リレーは誤動作する虞がある。
【０００６】
内部充電処理は、送電線がケーブル系であれば、対地間で大きな値を有し、架空線であっても１０００ｋＶ級の基幹系送電線などでは長距離化により相間あるいは回線間の充電電流が大きいことが知られている。
【０００７】
このため、自端子の電圧値を用いて、前記保護区間内充電容量をリレー内部で補償し、充電電流による誤動作を防止する対策が行なわれている。参考文献：電気協同研究第４１巻第４号「ディジタルリレー」Ｐ．１７８「超超高圧系電流差動リレーにおける充電電流補償」（昭和６１年１月２１日発行）。
【０００８】
図８は上記技術を適用した従来技術の一例である。Ａ端の送電線の電圧は、電圧変成器（略称ＰＤ）５Ａにより取込み、入力処理部６Ａにて変流器（略称ＣＴ）２Ａから取込まれた電流量と共に、同一時刻にサンプリングされ、アナログ・ディジタル変換される。
【０００９】
そして、電流データは送受信部７Ａを介して対向電気所間で送受信される。演算部８Ａは前記入力処理部６Ａの出力及び送受信部７Ａの出力を用いて、（３） 式の演算により処理差動判定を行なう。
【数２】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ −Ｃ・ｄＶＡ ／ｄｔ｜≧Ｋ０ ………（３）
【００１０】
上式において、ｉＡ ，ｉＢ は各端子における処理データであり、Ｃ・ｄＶＡ ／ｄｔはＡ電気所で取込んだ電圧ＶＡ の微分値から求めた送電線の充電電流である。Ｃは送電線の静電容量を表わす定数である。Ｋ０はリレーの動作感度であり、この値より差動電流Ｉｄ が大きい時に内部事故と判定し、小さい時には外部事故と判定するものである。対向するＢ電気所も上記と同様な構成である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図８において、電気量を取込む電圧変成器５Ａが不良、例えばＰＤ２次断線となった時を考える。この時には、ＶＡ ＝０となり、（３） 式はＩｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ ｜≧Ｋ０となる。ｉＡ ＋ｉＢ の中には、（２） 式で述べたように充電電流ｉＣ が含まれており、このｉＣ の大きさがリレーの動作感度Ｋ０を超える場合にはリレー誤動作に至ることになる。
【００１２】
即ち、保護区間の内部充電電流が大きい系統に対しては、従来の充電電流補償方式の電流差動リレーは、電圧変成器５Ａの断線等の不良に対して誤動作を生じるという問題点があった。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、補償のための電圧量が喪失した場合であっても、誤動作する懸念のない電流差動継電装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る電流差動継電装置は、電力系統の自端電気所で得られた端子電流に対応する電気量と、相手端電気所から伝送路を介して自端への伝送されてきた端子電流に対応する電気量と、自端電圧により算出した電力系統内部の充電電流補償値を用いて差動電流を算出して保護判定を行なう電流差動継電装置において、前記充電電流補償値の変化分を算出する手段と、前記差動電流の変化分を算出する手段と、前記充電電流補償値の変化分の大きさが所定値以上で、かつ前記差電流の変化分の大きさと一致することを条件に自端電圧不良を検出する手段と、前記自端電圧不良が検出されたとき前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する制御手段とを備えた。
【００１５】
本発明の請求項１に係る電流差動継電装置は、充電電流の変化分と、充電電流補償後の差動電流の変化分を常に比較し、両者の変化分がほぼ等しい場合は電圧変成器の不良による自端電圧喪失等（以下、ＰＤ不良と称す）が発生したものと判定し、差電流増加によって誤動作しないように電流差動継電装置を不動作方向に制御させる。
【００１６】
本発明の請求項２に係る電流差動継電装置は、請求項１において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する制御手段は、前記電流差動継電装置の動作をロックさせる手段から構成した。
【００１７】
本発明の請求項２に係る電流差動継電装置は、充電電流の変化分と、充電電流補償後の差動電流の変化分を常に比較し、両者の変化分がほぼ等しい場合はＰＤ不良が発生したものと判定し、差電流増加によって誤動作しないように電流差動継電装置の動作をロックする。
【００１８】
本発明の請求項３に係る電流差動継電装置は、請求項１において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する制御手段は、前記電流差動継電装置の動作感度を低下させる手段から構成した。そして充電電流の変化分と充電電流補償後の差動電流の変化分とがほぼ等しい場合は、前記同様にＰＤ不良が発生したものと判定し、差電流増加によって誤動作しないように電流差動継電装置の動作感度を低下する。
【００１９】
本発明の請求項４に係る電流差動継電装置は、電力系統の自端電気所で得られた端子電流に対応する電気量と、相手端電気所から伝送路を介して自端への伝送されてきた端子電流に対応する電気量と、自端電圧により算出した電力系統内部の充電電流補償値を用いて差動電流を算出して保護判定を行なう電流差動継電装置において、前記充電電流補償値の変化分を算出する手段と、前記差動電流の変化分を算出する手段と、前記充電電流補償値の変化分の大きさが所定値以上で、かつ前記差電流の変化分の大きさと一致することを条件に自端電圧不良を検出する手段と、前記自端電圧不良が検出されたとき前記充電電流補償値の大きさによって前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する機能を活殺する切換手段とを備えた。
【００２０】
本発明の請求項４に係る電流差動継電装置は、充電電流の変化分と、充電電流補償後の差動電流の変化分を常に比較し、両者の変化分がほぼ等しい場合はＰＤ不良が発生したものと判定し、充電電流の大きさが例えば電流差動継電装置の動作感度以上である場合は、誤動作しないように電流差動継電装置を不動作方向に切換えを行なう。
【００２１】
本発明の請求項５に係る電流差動継電装置は、請求項４において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する機能を活殺する切換手段は、前記電流差動継電装置の動作ロック機能を活殺する切換手段から構成した。
【００２２】
本発明の請求項６に係る電流差動継電装置は、請求項４において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する機能を活殺する切換手段は、前記電流差動継電装置の動作感度の低下機能を活殺する切換手段から構成した。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電流差動継電装置の第１の実施の形態を以下に説明する。図１は実施形態の機能ブロック図である。図１において、１０は電流差動継電装置で、充電電流補償量算出手段１１，差動電流検出手段１２，充電電流補償量の変化分検出手段１３，差電流の変化分検出手段１４及び演算手段１５から構成される。
【００２４】
そして、充電電流補償量算出手段１１では、自端電圧ＶＡ を入力して充電電流を算出し、差動電流検出手段１２では自端と相手端電流ｉＡ ，ｉＢ 及び充電電流補償量を入力して差電流を算出する。そして、充電電流補償の変化分を変化分検出手段１３及び差電流の変化分を変化分検出手段１４にて検出し、その結果によって電流差動特性の感度を継電器としての不動作方向に変えるように構成している。
【００２５】
図２は処理内容を説明するフローチャートである。ステップＳ２１は充電電流補償項Ｃ・ｄＶ／ｄｔの変化分を求めるステップである。Ｖは自端子でサンプルされた電圧量、Ｃは補償を行なう充電容量に対応する値で定数である。
【００２６】
最新時点（ｍ時点）の充電電流補償項は、自端にて導入された電圧ｖのｍ時点における微分値に比例した量として、［Ｃ・ｄＶ／ｄｔ］ｍと表される。この微分演算の方法としては、例えば特公平３−２０９６９号「保護継電装置」に開示された考え方を用いることができる。」
【００２７】
又、［Ｃ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ−１２はｍ時点より１２サンプリング前の充電電流補償項の大きさである。サンプリング間隔を電気角３０°とすると、１２サンプリング前とは系統電気量の１サイクル前のデータに対応する。即ち、ステップＳ２１は現時点と１サイクル前の充電電流補償項の差の絶対値として、［ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ を求める処理である。
【００２８】
ステップＳ２２は差動処理Ｉｄ とは下式により充電電流補償を実施した差動電流である。
【数３】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ −Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜
【００２９】
最新時点（ｍ時点）の前記差動電流の大きさを［Ｉｄ ］ｍ とすると、これはｍ時点の自端電流ｉＡ ，相手端電流ｉＢ 及び前記充電電流補償量［Ｃ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ にて下式にて表される。
【数４】
［Ｉｄ ］ｍ ＝｜ｉＡｍ＋ｉＢｍ−［Ｃ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ ｜
【００３０】
又、［Ｉｄ ］ｍ−１２はｍ時点より１２サンプリング前のＩｄ の大きさである。即ち、ステップＳ２２は現時点と１サイクル前の｜Ｉｄ ｜値の差の絶対値［ΔＩｄ ］ｍ を求める処理である。
【００３１】
ステップＳ２３は［ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ の大きさを所定値ＫＤと比較する条件分岐の手段である。条件成立時にはステップＳ２４へ進み、ステップＳ２１で求めた［ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ］ｍ の大きさがステップＳ２２で求めた［ΔＩｄ ］ｍ の大きさに一致しているか否かをチェックする処理である。
【００３２】
ステップＳ２４にて条件が成立しない時にはステップＳ２６へ移り、（４） 式による高感度の動作判定が行なわれる。
【数５】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ −Ｃ・ｄＶＡ ／ｄｔ｜≧ＫＩ ………（４）
ＫＩ は定数であり、リレーの検出感度に対応する。
【００３３】
ステップＳ２３にて条件が成立した時、更にステップＳ２４にて条件が成立している場合はステップＳ２５へ移り、（５） 式による低感度の動作判定が行なわれる。
【数６】
Ｉｄ ＝｜ｉＡ ＋ｉＢ −Ｃ・ｄＶＡ ／ｄｔ｜≧ＫＩＩ ………（５）
ＫＩＩは定数であり、ＫＩ ≦ＫＩＩの関係である。例えば、ＫＩＩ＝２ＫＩ とすることにより、（５） 式は（４） 式に対して感度を２倍に低下させたことになる。
【００３４】
ステップＳ２７は演算に使用するデータを、１サンプリング次のデータを用いるようにするため、時点ｍをプラス１だけ進めるステップである。そして、再びステップＳ２１へ戻り、１サンプリング分だけ更新されたデータを用いた演算が行なわれる。
【００３５】
ステップＳ２８はＰＤ不良継続判定を行なうステップであり、前記ステップＳ２４にて条件成立したことを条件に強制的にステップＳ２５へ進め、ステップＳ２４にて条件不成立となったことを条件に、ステップＳ２１へ進める手段である。
【００３６】
図３は演算された諸量の時間的変化を概念的に描いたタイムチャートである。ｔ−ｔ０ 時点以前には平常状態であり、｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の大きさも充電処理補償値に対応する値で一定値を保っている。｜ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ｜の大きさも零状態であり、充電処理補償が適正に行なわれているので、差電流の変化分｜ΔＩｄ ｜値も零である。
【００３７】
ｔ−ｔ０ 時点でＰＤ不良が発生したとすると、｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の値は零に落ちはじめ、図２のステップＳ２１で求められる｜ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ｜の値は立ち上がってくる。これと共に、｜ΔＩｄ ｜値も上昇しはじめることになる。
【００３８】
ステップＳ２３にて｜ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ｜の値が所定値ＫＤを超えるか否かの判定が行なわれる。ここでＫＤはリレーの検出感度相当の値である。図３の例で｜ΔＣ・ｄＶ／ｄｔ｜のピークがＫＤを超えていたとすると、その時の｜ΔＩｄ ｜値と大きさ比較を行なう。
【００３９】
ＰＤ不良直後の｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の値は｜ΔＩｄ｜値とほぼ等しいため、ステップＳ２４の条件が成立し、ステップＳ２５にて低感度検出の事故判定を行なうことになる。一度、ＰＤ不良と検出されると、ステップＳ２８にて強制的にステップＳ２５へ進められることになる。
【００４０】
ステップＳ２８の詳細内容を図４に一例として示す。即ち、ステップＳ２８−１では充電電流補償値｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜はＰＤ不良時はほぼ零であるから、ステップＳ２８−２へ移り、ここで前記のルーチン（ステップＳ２７以前の状態）でＫの値がＫＩ だったか、ＫＩＩだったかの選択が行なわれる。
【００４１】
１サンプリング前のデータを使ってＰＤ不良の判定は既に行なわれていれば、ステップＳ２５へ移されることになる。平常状態においてステップＳ２８−１では、充電電流補償値がある程度大きさを持っていればステップＳ２１へ進むが、｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の大きさが零となるような整定をしている場合にはステップＳ２８−２へ進むことになる。
【００４２】
以上説明したように、ＰＤ不良が発生した場合にも充電電流補償の変化分を検出することにより、充電電流補償値喪失によるリレーの不要応動を防止することができる。
【００４３】
上記実施の形態によれば充電電流の変化分と、充電電流補償値の変化分とから自端電圧の不良を検出し、電流差動継電装置の動作感度を低下させるものであった。しかしながら、本願はこの手段に限定されるものではなく、以下に考え得る手段を挙げる。
【００４４】
先ず、第１は２つの変化分を比較して自端電圧の不良を検出したならば、電流差動継電装置の動作をロックさせることである。
【００４５】
又、第２は２つの変化分を比較して自端電圧の不良を検出したならば、切換手段を設けて、充電電流補償値の大きさによって電流差動継電装置の動作感度の低下機能を活殺することである。即ち、両者の変化分がほぼ等しい場合はＰＤ不良が発生したものと判定し、充電電流の大きさが、例えば電流差動継電装置の動作感度以上である場合は、誤動作しないように動作感度を低下させ、動作感度以下の場合は誤動作の虞がないため感度低下は行なわれないように切換えをする。
【００４６】
又、第３は２つの変化分を比較して自端電圧の不良を検出したならば、切換手段を設けて、充電電流補償値の大きさによって電流差動継電装置の動作ロック機能を活殺することである。即ち、両者の変化分がほぼ等しい場合はＰＤ不良が発生したものと判定し、充電電流の大きさが例えば電流差動継電装置の動作感度以上である場合は、誤動作しないように動作をロックし、動作感度以下の場合は誤動作の虞がないためロックは行なわないように切換えをする。
【００４７】
他の変形の形態については以下に列挙する。
（ａ） 上記実施の形態では、２種類の特性式（４） 式，（５） 式をステップＳ２５，Ｓ２６に持たせて、ステップＳ２３及びステップＳ２４の条件により切換えるようにしたが、図５のように構成しても良い。即ち、ステップＳ２３及びステップＳ２４において条件成立時には、ステップＳ２９にてα＝α′なる定数設定が行なわれ、次のステップＳ３１にてＩｄ ≧αＫＩ なる差動検出を行なうことになる。
【００４８】
これは図２のステップＳ２５と同様な構成となる。又、ステップＳ２３及びステップＳ２４にて条件不成立時には、ステップＳ３０へ移り、α＝１と置かれ、次のステップＳ３１ではＩｄ ≧ＫＩ なる差動判定が行なわれることになる。ここで、ＫＩ は図２のステップＳ２６と同様な構成となる。
【００４９】
（ｂ） 上記実の施形態では、電流差動特性として単純差動特性で説明してきたが、これに限定されず比率抑制を持たせた下式のような構成の特性式としても同様に適用可能である。
【数７】
Ｉｄ ≧Ｋ１・Σ｜Ｉ｜＋Ｋ０
Σ｜Ｉ｜＝｜ｉＡ ｜＋｜ｉＢ ｜
ここで、Σ｜Ｉ｜：各端電流のスカラー和。
Ｋ１：特性の傾き。
Ｋ０：最小検出感度に対応する値。
【００５０】
図２のステップＳ２６がＩｄ ≧Ｋ１・Σ｜Ｉ｜＋ＫＩ 、ステップＳ２５がＩｄ ≧Ｋ１・Σ｜Ｉ｜＋ＫＩＩなる式で構成される。
【００５１】
（ｃ） 上記（ｂ） では抑制量として各端のスカラー和にて説明したが、これに限定されるわけではなく、又、特性自体を２乗式で構成した下式のようなものも本発明は同様に適用できる。
【数８】
Ｉｄ ２ ≧Ｋ２・Σ｜Ｉ｜２ ＋Ｋ３
（Ｋ２，Ｋ３は定数）
【００５２】
（ｄ） 本発明の適用系統は２端子のみならず、多端子系統にまで適用できるのは言うまでもない。
（ｅ） 充電電流補償方式として、自端子の自相電圧のみを用いる方式で説明してきたが、補償精度を高めるために、全相電圧を用いて補償しても良い。
【００５３】
図６は３相の送電線６０，６１，６２において、Ａ，Ｂ，Ｃ各相間の静電容量Ｃａｂ，Ｃｂｃ，Ｃｃａ及び各相の対地静電容量Ｃａｅ，Ｃｂｅ，Ｃｃｅを示したものである。これより、各相の充電電流ｉｃａ，ｉｃｂ，ｉｃｃは下記マトリックスに従う。［参考文献：電気学会雑誌１０５巻１２号Ｐ．１０］（昭和６０年１２月２０日発行）。
【００５４】
【数９】
実施の形態では（６） 式の静電容量のマトリックス中、対角要素以外は零としたが、ここでは自端子，自回線の全静電結合を（６） 式により補償しようとするものである。この時も本発明は前述と全く同様に適用できる。即ち、図２のステップＳ２１充電電流補償値の変化分は、ａ相を例にとれば、｜ｉｃａ｜＝｜Ｃａａ・ｄＶ／ｄｔ−Ｃａｂ・ｄＶ／ｄｔ−Ｃａｃ・ｄＶ／ｄｔ｜の変化分を求めることになる。又、隣回線の静電接合をも考慮し、隣回線の電圧も導入して補償をかける場合にも上述と同様に適用可能である。
【００５６】
（ｆ） 実施の形態において、低感度化する定数としてＫＩＩ＝２ＫＩ を一例として説明したが、これにとらわれることなく、リレー判定の不要応動を防止する観点より定数を選択すれば良い。
【００５７】
（ｇ） 実施の形態では充電電流補償のために導入する電圧は、線路電圧として説明したが、母線電圧としても良い。
（ｈ） 各相電気量に応動する差動リレーのみならず、零相電流により差動保護を行なう場合でも同様に適用可能である。
【００５８】
（ｉ） 実施の形態において、ステップＳ２８−１では｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜≒０としたが、これは｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜＜ε１（ε１は定数）なる判定としても同様である。又、ステップＳ２４では等号形式で条件を記したが、｜［ΔＩｄ ］ｍ −｜ΔＣｄＶ／ｄｔ｜ｍ ＜ε２（ε２は定数）なる不等式形式の当判定としても同様に適用できる。
【００５９】
（ｊ） 実施の形態のステップＳ２１及びＳ２２では、１サイクル前の値を用いたが、これに限定する必要はなく、｜Ｃ・ｄＶ／ｄｔ｜及び｜Ｉｄ ｜の変化分が求められれば特に数値は限定されない。
【００６０】
（ｋ） 図２において、ＰＤ不良継続検出を行なうステップＳ２７では図５の形に限定されず、電圧入力自体が零付近になったことを検出するようにしても良い。
（ｌ） 実施の形態ではＰＤ不良と判定した時には感度を落とすようにしたが（例えば図２のステップＳ２５あるいは図５のステップＳ２９）、リレー判定結果そのものをロックするようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば保護区間内充電電流を各端の電圧値を用いて補償をかけ、電流差動保護を行なうものにおいて、充電電流補償値の変化分を常時チェックし、その変化分が所定値以上に達した時の差電流の変化分と近似的に等しい大きさになった時には、ＰＤ不良が発生したと判断し、所定の操作をするようにしたものである。
【００６２】
これにより充電電流補償値を大きく整定しなければならない系統に電流差動継電装置を適用する場合において、ＰＤ不良が発生し、補償電圧が喪失した場合でも、電流差動継電装置の不要応動を防止することができ、更に通常事故時の検出感度を損なうことなく、適用可能とした大きな効果を持たせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電流差動継電装置の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】演算ステップを表わすフローチャート。
【図３】演算される諸量の時間的変化を概念的に表わしたタイムチャート。
【図４】図２のＰＤ不良継続検出方法の一例図。
【図５】処理内容の更に他の実施形態のフローチャート。
【図６】３相送電線の静電容量接合を示す図。
【図７】内部充電電流の影響を説明する図。
【図８】充電電流補償による電流差動継電装置の構成例図。
【符号の説明】
１０ 電流差動継電装置
１１ 充電電流補償量算出手段
１２ 差動電流検出手段
１３ 充電電流補償量の変化分検出手段
１４ 差動電流の変化分検出手段
１５ 演算手段
Claims (6)
- 電力系統の自端電気所で得られた端子電流に対応する電気量と、相手端電気所から伝送路を介して自端へ伝送されてきた端子電流に対応する電気量と、自端電圧により算出した電力系統内部の充電電流補償値を用いて差動電流を算出して保護判定を行なう電流差動継電装置において、前記充電電流補償値の変化分を算出する手段と、前記差動電流の変化分を算出する手段と、前記充電電流補償値の変化分の大きさが所定値以上で、かつ前記差電流の変化分の大きさと一致することを条件に自端電圧不良を検出する手段と、前記自端電圧不良が検出されたとき前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電流差動継電装置。
- 請求項１記載の電流差動継電装置において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する手段は、前記電流差動継電装置の動作をロックさせる手段であることを特徴とする電流差動継電装置。
- 請求項１記載の電流差動継電装置において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する手段は、前記電流差動継電装置の動作感度を低下させる手段であることを特徴とする電流差動継電装置。
- 電力系統の自端電気所で得られた端子電流に対応する電気量と、相手端電気所から伝送路を介して自端へ伝送されてきた端子電流に対応する電気量と、自端電圧により算出した電力系統内部の充電電流補償値を用いて差動電流を算出して保護判定を行なう電流差動継電装置において、前記充電電流補償値の変化分を算出する手段と、前記差動電流の変化分を算出する手段と、前記充電電流補償値の変化分の大きさが所定値以上で、かつ前記差電流の変化分の大きさと一致することを条件に自端電圧不良を検出する手段と、前記自端電圧不良が検出されたとき前記充電電流補償値の大きさによって前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する機能を活殺する切換手段とを備えたことを特徴とする電流差動継電装置。
- 請求項４記載の電流差動継電装置において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する機能を活殺する切換手段は、前記電流差動継電装置の動作ロック機能を活殺する切換手段であることを特徴とする電流差動継電装置。
- 請求項４記載の電流差動継電装置において、前記電流差動継電装置を不動作方向に制御する機能を活殺する切換手段は、前記電流差動継電装置の動作感度の低下機能を活殺する切換手段であることを特徴とする電流差動継電装置。
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