JP5567624B2 - 保護協調システム - Google Patents

Description

本発明は、保護協調技術に関し、より詳細には配電系統にて使用する保護協調システムに関するものである。

一般に、保護協調とは、配電系統システムの事故発生時に事故の元を迅速に取り除いて、健全な部分の不要な遮断を避けるために故障時に動作する継電器間の協調を図ることをいう。

図１は、従来の配電系統システムを説明するための例示図であり、図２は、図１の継電器間の保護協調方式を説明するためのグラフである。

図１に示すように、従来の配電系統システムにおいて、負荷線路に多数の継電器（Ｏｖｅｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｌａｙ：以下、「ＯＣＲ」という）（３１、３２）が配置され、故障電流が発生すると線路保護のため回路を短絡するようにスイッチングするが、この時ＯＣＲは保護協調を行う。

図２を参照すると、ＯＣＲ１（３１）は、４０００Ａ以上では瞬時動作をし、４０００Ａ以下では限時動作をする。また、ＯＣＲ２（３２）は、２５００Ａ以上では瞬時動作を、その以下では限時動作をする。

例えば、図１のＦ部において２０００Ａの電流が発生すると、図２においてＯＣＲ１（３１）及びＯＣＲ２（３２）はいずれも限時動作をし、ＯＣＲ２（３２）は０．２秒程度で作動し、ＯＣＲ１（３１）は約０．８秒で作動する。また、２５００Ａの電流が発生すると、ＯＣＲ２（３２）は、瞬時動作をし、ＯＣＲ１（３１）は限時動作をし、ＯＣＲ２（３２）は０．０４秒で直ちに作動し、ＯＣＲ１（３１）は０．５秒程度で作動して、保護協調を成す。

しかし、図１のＦ部において５０００Ａの電流が発生すると、ＯＣＲ１（３１）及びＯＣＲ２（３２）はいずれも瞬時動作区間であるため、略同時（各々０．０５秒及び０．０４秒）に作動するようになる。即ち、スムーズな保護協調のためには、ＯＣＲ２（３２）だけが動作して、故障が発生したＦ部が含まれるＡ区域だけ除去する動作をすれば良いが、この場合、ＯＣＲ１（３１）及びＯＣＲ２（３２）が同時に動作してＢ区域まで除去されるため、広範囲な線路除去区間が発生するという問題がある。

本発明の目的は、配電システムの線路に限流器を配置して、故障時に発生する故障電流を限定し、継電器間瞬時保護協調を可能にする保護協調システムを提供することにある。

本発明の目的を達成するために、本発明の保護協調システムは、配電系統の第１負荷線路に配置される第１継電器と、第１負荷線路より配電系統の中心からさらに離れた第２負荷線路に配置される第２継電器と、第１継電器及び第２継電器の間の線路に配置されて、第２負荷線路で発生する故障電流を所定範囲以内に制限する限流器と、を含む。

上記の技術的課題を達成するために、第１継電器及び第２継電器の間の線路に配置されて、第２負荷線路から発生する故障電流を所定範囲以内に制限する限流器を含む。

本発明の一実施例において、第１継電器の瞬時動作区間の開始時点の電流が、第２継電器の瞬時動作区間の開始時点の電流より大きいことが好ましい。

本発明の一実施例において、限流器は、第２負荷線路に故障が発生する場合、これを検出して、スイッチの開放信号をスイッチに送る検出部と、開放信号によって開放されるスイッチと、スイッチに並列連結されて、スイッチが開放される場合に流入する故障電流を減少させる限流抵抗と、を含むことが好ましい。

本発明の一実施例において、限流器は、第２継電器の瞬時動作区間の開始時点から第１継電器の瞬時動作区間の開始時点までの区間に該当するように故障電流を制限することが好ましい。

本発明によれば、故障電流を所定区間に制限し、継電器間の保護協調が不可能な区間を除去することができる。

従来の配電系統システムを説明するための例示図である。 図１の継電器間の保護協調方式を説明するためのグラフである。 本発明に係る保護協調システムの一実施形態の構成図である。 本発明のシステムにおける保護協調方式を説明するための一実施形態のグラフである。 図３の限流器の一実施形態の詳細構成図である。 図５の限流器の動作を説明するための一実施形態の電流グラフである。

本発明は、多様な変更が加えられて、多様な実施形態を有し、特定の実施形態を図面に例示して詳細に説明する。

しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むと理解しなければならない。

第１、第２等の序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するのに使われるが、構成要素はそのような用語によって限定されない。

用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないで第２構成要素は第１構成要素と命名され、同様に第１構成要素も第２構成要素と命名される。

ある構成要素が異なる構成要素に「連結されて」いるか「接続されて」いると記述する際には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいものと理解しなければならない。一方、ある構成要素が異なる構成要素に「直接連結されて」いるか「直接接続されて」いると記述した時には、中間に他の構成要素が存在しないことと理解しなければならない。

本明細書で使った用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたもので、本発明を限定する意図はない。単数の表現は文脈上、明らかに異なる意味を有しない限り、複数の表現を含む。

本明細書において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせのもの等の存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。

また、本願の添付図は、説明の便宜のために、拡大または縮小して示されたものと理解しなければならない。

本発明について図面を参照して詳細に説明し、図面符号に関係なく同一または対応する構成要素には同じ参照番号を付してこれに関する重複説明は省略する。

図３は本発明に係る保護協調システムの一実施形態の構成図である。

図面に示したように、本発明の保護協調システムは、配電系統に適用されるもので、一般的な配電系統に関しては、変圧器１０及び遮断器２１、２２、２３、２４を含むものとして示したが、該当構成要素のみが含まれるのではなく、本発明と関係のない部分についてはその詳細な説明は省略する。

詳しくは、本発明の保護協調システムは、配電系統の負荷線路に適用されるもので、本発明のシステムは、各負荷線路毎に配置される継電器（ＯＣＲ１（３１）及びＯＣＲ２（３２））、限流器４０を含む。ＯＣＲ２（３２）は、ＯＣＲ１（３１）が配置される負荷線路より配電系統からさらに離れた負荷線路に位置する（これは、ＯＣＲ曲線に影響を及ぼす）。

本発明の説明では、負荷線路毎に配置される継電器としてＯＣＲ１（３１）及びＯＣＲ２（３２）のみを例に挙げて説明するが、これには限定されず、負荷線路の数により継電器の数が決定されるのである。また、本発明の説明では、ＯＣＲ１（３１）とＯＣＲ２（３２）との間に配置される一つの限流器４０のみを例に挙げて説明するが、これには限定されず、継電器の数に応じて限流器４０の数も変わることは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に自明であろう。

図４は、本発明のシステムにおける保護協調方式を説明するための一実施形態のグラフである。但し、ＯＣＲ１（３１）及びＯＣＲ２（３２）の瞬時及び限時領域と、限流器４０の動作領域等、図４に示した領域については、例として説明するためであり、その数値に限定されないことはいうまでもない。まず、図５及び図６を参照して限流器４０の構成及び動作を説明した後、図４の動作方式を説明する。

図５は、図３の限流器の一実施形態の詳細構成図であり、図６は、図５の限流器の動作を説明するための一実施形態の電流グラフである。

図面に示したように本発明の限流器４０は、高速故障検出部（Ｆａｓｔ Ｆａｕｌｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＦＦＤ）５１、高速スイッチ５２及び限流抵抗５３を含む。

ＦＦＤ５１は、故障電流が発生した場合、高速で故障電流を検出して、開放信号を高速スイッチ５２に送り、高速スイッチ５２はＦＦＤ５１の開放信号によって、主回路が遮断されるようにスイッチングする。

また、限流抵抗５３は、故障電流が発生した場合、高速スイッチ５２の主回路の遮断によって、限流回路に迂回する故障電流を直接的に減らす。

その動作を説明すると下記の通りである。

系統に故障が発生すると、故障の有無を判断する特定値に設定されたＦＦＤ５１は、高速で故障を検出して、高速スイッチ５２の開放信号を高速スイッチ５２へ送る。

正常状態で閉じられている高速スイッチ５２側に流れた電流（正常電流）は、故障が発生すると、ＦＦＤ５１から送った開放信号によって高速スイッチ５２が開放され、故障電流が、限流抵抗５３が位置する経路に迂回して、図６の太い波形のように電流の大きさが減少する。

但し、本発明の説明で例に挙げた限流器４０は、最も基本となる限流器を示したもので、これには限定されず、同じ機能の他の構成を含む他の限流器の適用を排除するものではない。

図３及び図４を参照して、本発明の保護協調システムの動作を説明する。図３及び図４の例で、ＯＣＲ１（３１）は４０００Ａ以上が瞬時動作区間であり、ＯＣＲ２（３２）は２５００Ａ以上が瞬時動作区間であると仮定する。従って、限流器４０は、４０００Ａ以上の電流を制限する例について説明する。上記例で、限流器４０は、４０００Ａ以上の電流を故障電流として判断するが、故障電流を全部除去する必要はなく、ＯＣＲ２（３２）の瞬時動作区間までのみを制限すれば良い。このような故障電流の制限は、図６を参照すると、限流抵抗５３の値を適宜設定することによって行うことができる。即ち、限流器４０は、ＯＣＲ２（３２）の瞬時動作区間が始まる部分からＯＣＲ１（３１）の瞬時動作区間が始まる部分まで電流を制限する。また、本発明で説明する数値は例示的なもので、本発明はこのような数値には限定されない。

図３のように配電系統に限流器４０を適用することによって、例えば、図１のＦ部で４０００Ａ以上の故障電流が発生した場合を仮定する。

図１のＦ部に対応する図３の部分から５０００Ａの故障電流が発生した場合、限流器４０はこれを故障電流と判断し、ＯＣＲ２（３２）の瞬時動作区間が始まる部分（図４では２５００Ａ）からＯＣＲ１（３１）の瞬時動作区間が始まる部分（図４では４０００Ａ）までの任意の電流で故障電流を制限する。

例えば、３０００Ａで限流器４０が故障電流を制限した場合、ＯＣＲ２（３２）は瞬時動作を行って０．０４秒で動作し、ＯＣＲ１（３１）は限時動作を行って０．５秒で動作する。即ち、このように時間協調差が大きくなるため、ＯＣＲ２（３２）だけ瞬時動作することによって、図１のＡ領域に対応する図３の領域だけが除去されるようにする。

故障が存在する図１のＡ領域に対応する領域だけが除去されると、ＯＣＲ１（３１）は故障を認知できずにそのまま正常状態を維持するようになる。従って、継電器間の保護協調が不可能な区間を効率的に除去することができる。

以上、代表的な実施形態により本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、上述した実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限り、多様な変形が可能であることを理解できる。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限定されず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求範囲とその均等物等によって定められるべきである。

１０ 変圧器
２１、２２、２３、２４ 遮断器
３１、３２ ＯＣＲ
４０ 限流器
５１ ＦＦＤ
５２ 高速スイッチ
５３ 限流抵抗

Claims (3)

1. 配電系統の第１負荷線路に配置される第１継電器と、
   前記第１負荷線路より前記配電系統の中心からさらに離れた第２負荷線路に配置される第２継電器と、
   前記第１継電器及び前記第２継電器の間の線路に配置されて、前記第２負荷線路から発生する故障電流を所定範囲以内に制限する限流器と、を含み、
   前記第１継電器の瞬時動作区間の開始時点の電流が、前記第２継電器の瞬時動作区間の開始時点の電流より大きく、
   前記限流器は、前記第２負荷線路に故障電流が発生する場合、前記第２継電器の瞬時動作区間の開始時点から前記第１継電器の瞬時動作区間の開始時点までの区間に該当するように故障電流を制限することを特徴とする保護協調システム。
2. 前記限流器は、
   前記第２負荷線路に故障が発生する場合、これを検出して、スイッチの開放信号を前記スイッチに送る検出部と、
   前記開放信号によって開放される前記スイッチと、
   前記スイッチに並列連結されて、前記スイッチが開放される場合に流入する故障電流を減少させる限流抵抗と、
   を含む、請求項１に記載の保護協調システム。
3. 前記限流器は、前記限流抵抗の値を調整して、前記第２継電器の瞬時動作区間の開始時点から前記第１継電器の瞬時動作区間の開始時点までの区間に該当するよう故障電流を制限する、請求項２に記載の保護協調システム。

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