JP5677225B2 - 保護継電器 - Google Patents

Description

本発明は、保護継電器に関するものである。

保護継電器は、単相３線の回路や３相３線の回路に適用して電力系統の故障や事故を監視するものであり、電圧や電流の異常上昇などに応じて電力系統に設置された遮断器を遮断動作させて、異常発生区間を電力系統から切り離すものである。

従来の保護継電器は、適用する回路が予め決められており、単相３線や３相３線など、各々の系統に合わせた専用の保護継電器として使用されていた。例えば、３相３線用の専用保護継電器は平衡負荷の状態で線間電圧に対して相電流が３０°の進み位相となることを前提として演算を行い、単相３線用の専用保護継電器は平衡負荷の状態で線間電圧と相電流が同相となることを前提として演算を行う。下記特許文献１には、単相３線と３相３線では線間電圧の位相差が異なることを利用して電源種別を判定する方法が記載されている。

特開昭６０−１０４２６８号公報

上記のとおり、従来は、系統の回路種別（単相３線や３相３線）ごとに使用可能な保護継電器が決まっており、回路の種類ごとに専用の保護継電器を設置していた。これに対して、１台で複数種類の回路に適用可能な、すなわち、設置された回路の種別に応じた動作が可能な保護継電器の要望も少なからず存在している。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、単相３線回路および３相３線回路の双方に適用可能な保護継電器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電力系統の電流位相と電圧位相の関係に基づいて、当該電力系統の種別が単相３線と３相３線のいずれに該当するかを判定する判定部と、前記判定部による判定結果が単相３線の場合に、単相３線の電力系統に対応する演算処理を行う単相３線用演算部と、前記判定部による判定結果が３相３線の場合に、３相３線の電力系統に対応する演算処理を行う３相３線用演算部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、単相３線と３相３線のいずれにも適用可能な保護継電器を得ることができ、電力系統に合わせた専用の保護継電器を選定する必要が無くなる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１の保護継電器の構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の保護継電器による回路種別判定動作を示す図である。 図３は、実施の形態１の保護継電器による回路種別判定動作を示す図である。 図４は、実施の形態２の保護継電器の構成例を示す図である。 図５は、実施の形態２の保護継電器による回路種別判定動作を示す図である。 図６は、実施の形態２の保護継電器による回路種別判定動作を示す図である。 図７は、実施の形態３の保護継電器による回路種別判定動作を示す図である。 図８は、実施の形態３の保護継電器による回路種別判定動作を示す図である。 図９は、実施の形態４の保護継電器による回路種別判定動作を示す図である。 図１０は、実施の形態４の保護継電器による回路種別判定動作を示す図である。

以下に、本発明にかかる保護継電器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる保護継電器の実施の形態１の構成例を示す図である。本実施の形態の保護継電器は、電流値入力部１、電圧値入力部２、判定部３、記憶部４、単相３線用演算部５および３相３線用演算部６を備えている。

電流値入力部１は、電力系統に設置された変流器（ＣＴ）での電流検出値を取得する。このとき、ノイズを除去するフィルタリング処理やアナログ信号からディジタル信号への変換処理などを実施する。

電圧値入力部２は、電力系統に設置された計器用変圧器（ＶＴ）での電圧検出値を取得する。このとき、ノイズを除去するフィルタリング処理やアナログ信号からディジタル信号への変換処理などを実施する。

判定部３は、電流値入力部１が取得した電流値および電圧値入力部２が取得した電圧値に基づいて、保護対象の回路（電力系統）の種別（単相３線，３相３線）を判定する。

記憶部４は、判定部３による判定結果を記憶する。

単相３線用演算部５は、単相３線回路の異常検出のための演算を行う機能ブロックであり、判定部３による回路種別判定結果（記憶部４で記憶されている判定結果）が単相３線の場合に、電流値入力部１が取得した電流値および電圧値入力部２が取得した電圧値を用いて所定の演算処理を行い、保護対象としている単相３線回路の異常（故障や事故）を検出する。

３相３線用演算部６は、３相３線回路の異常検出のための演算を行う機能ブロックであり、判定部３による回路種別判定結果（記憶部４で記憶されている判定結果）が３相３線の場合に、電流値入力部１が取得した電流値および電圧値入力部２が取得した電圧値を用いて所定の演算処理を行い、保護対象としている３相３線回路の異常（故障や事故）を検出する。

なお、判定部３、単相３線用演算部５および３相３線用演算部６は、ＣＰＵなどにより実現することが可能である。

ここで、本実施の形態の保護継電器による回路種別判定動作について、図１〜図３を参照しながら説明する。

図２および図３は、実施の形態１の保護継電器による回路種別判定動作を示す図であり、図２が３相３線回路の場合、図３が単相３線回路の場合を示している。

適用する回路の判定を行う場合、保護継電器の電流値入力部１（図１参照）は、３本の電線のうちの１本に流れている電流の検出値をＣＴから取得し、電圧値入力部２は、ＣＴが電流検出を行っている電線と残り２本のうちの１本との間の電位差（線間電圧）の検出値をＶＴから取得する。そして、判定部３が、これらの取得された電流値と電圧値の位相を確認することにより、回路が３相３線と単相３線のどちらに該当するか判定する。具体的には、電流値の位相と電圧値の位相が一致していない場合、３相３線回路と判断し（図２参照）、電流値の位相と電圧値の位相が一致している場合、単相３線回路と判断する（図３参照）。図示したように保護継電器を接続して電流および電圧を取り込んだ場合、回路が３相３線でかつ平衡負荷であれば、電流の位相と電圧の位相のずれは３０°となる。

なお、図２では、３相３線の場合、電流がａ相、線間電圧がａ相ｃ相間の場合の例を示したが、電流がｂ相、線間電圧がａ相ｂ相間の組合せ、電流がｃ相、線間電圧がｂ相ｃ相間の組合せの場合も、電流と電圧の位相は同様の関係となる。また、単相３線の場合、図３では、Ｉ１とＶ１の組合せについて示したが、Ｉ２とＶ２の組合せも同様である。

また、図２，図３は、電流１相、線間電圧１相を取り込んでいるが、電流２相、線間電圧２相を取り込む電力継電器であっても同様に、電流と線間電圧の位相を比較することにより回路種別の判定が可能であり、本願発明を適用できる。

また、保護継電器は、図示したように、回路種別の判定結果を利用者（操作者）に通知するための表示部１０を有しており、例えば、判定結果に対応するＬＥＤランプを点灯させるなどして通知を行う。図２，図３では、判定結果に対応している回路種別を「●」で表示している。

以下、本実施の形態の保護継電器の全体動作を説明する。なお、本実施の形態の保護継電器には、電力継電器，逆電力継電器，不足電力継電器が該当する。

保護継電器は、電力系統が平衡負荷状態である場合に、電源が投入されるなどして動作開始の指示を受けると、例えば、所定時間が経過後、電流値入力部１および電圧値入力部２がＣＴおよびＶＴから電流値および電圧値を取得する。そして、取得した電流値と電圧値の位相を判定部３が確認することにより、適用される回路（保護対象の回路）が３相３線回路かそれとも単相３線回路かを判定する。判定結果は、記憶部４に通知され、記憶部４は通知された判定結果を記憶する。また、判定結果を利用者に通知するための表示を行う。

単相３線用演算部５および３相３線用演算部６は、記憶部４で記憶されている判定結果を監視しており、判定結果が単相３線回路を示している場合、単相３線用演算部５が回路保護のための演算処理を行う。また、判定結果が３相３線回路を示している場合には、３相３線用演算部が回路保護のための演算処理を行う。

上記所定時間は、保護継電器自身の動作が安定するまでの所要時間よりも長くなるように考慮して予め設定されている。なお、動作が安定するまでの所要時間は適用回路の種類や仕様、保護継電器の設置環境などの要因で変動しうるものであるため、動作開始指示を受けてから電流値，電圧値の取得動作を開始するまでの待ち時間を記憶部４で記憶するようにして、利用者が適宜設定変更できるような構成としてもよい。

また、判定精度を向上させるために、電流値，電圧値を取得して回路種別を判定する動作を所定のタイミング（例えば１秒ごとなど）で繰り返し実行し、同じ判定結果が所定回数にわたって連続して得られた場合に、最終的な判定結果として記憶部４に記憶させるようにしてもよい。

電流値，電圧値を取得して回路種別を判定する動作を繰り返し実行する場合には、動作開始の指示を受けた後、所定時間が経過するのを待たずに、直ちに判定動作を開始してもよい。このようにした場合、判定動作の開始直後には判定結果が一致しないおそれがあるが、判定動作を繰り返すうちに、保護継電器の動作が安定し、それに伴って同じ判定結果が連続して得られるようになるので、所定時間が経過するのを待つ動作を省略しても問題とはならない。

このように、本実施の形態の保護継電器は、単相３線の回路に対応する演算処理を行う単相３線用演算部と、３相３線の回路に対応する演算処理を行う３相３線用演算部と、回路の種類を判定する判定部とを備え、判定部により判定結果に対応する演算部が、演算処理を行うこととした。これにより、電力系統に合わせた専用の継電器を選定する必要が無くなり、１台の保護継電器でどちらの系統（単相３線，３相３線）にも合わせることができる。

また、電源投入操作が実施されるなど、外部から動作開始の指示を受けた後、所定時間が経過した後に電力系統（回路）種別の判定処理と使用する演算部の決定処理（動作モードの決定処理）を自動で行うようにしたので、人が介在せずに回路種別の判定を行うとともに動作モードを決定できる。

実施の形態２．
実施の形態１の保護継電器は、動作開始時に回路種別の判定を自動で行い、使用する演算部（単相３線用演算部または３相３線用演算部）を自動で決定する構成としていた。しかし、実施の形態１でも示したように、保護継電器が安定するまでの時間は一定ではなく、各種要因により変動しうるものである。そのため、自動で回路種別の判定や運用モードの設定（使用する演算部の決定）を行うよりも、利用者が状況を確認しながら判定や設定の実施タイミングを決定した方が良い場合も考えられる。そこで、本実施の形態および後述する各実施の形態では、運用モードの設定までを自動で行うのではなく、回路種別の判定や動作モードの決定の実施タイミングを利用者が指定可能な保護継電器について説明する。

図４は、実施の形態２の保護継電器の構成例を示す図である。図４においては、実施の形態１の保護継電器（図１参照）と同じ構成要素に同じ符号を付している。図示したように、本実施の形態は実施の形態１の保護継電器に対して指示取得部７を追加し、判定部３を判定部３ａに置き換えたものである。本実施の形態では、実施の形態１と共通する部分の説明は省略する。

指示取得部７は、利用者からの動作実行指示を取得する。判定部３ａは、基本的には実施の形態１で説明した判定部１ａと同様の処理を実行するが、一部の処理については、指示取得部７が利用者からの動作実行指示を取得してから実行する。

図５および図６は、実施の形態２の保護継電器による回路種別判定動作を示す図であり、図５が３相３線回路の場合、図６が単相３線回路の場合を示している。

本実施の形態の保護継電器は、回路種別の判定結果表示と利用者からの動作開始実行指示操作を受け付けるための表示・操作部１１を備えており、表示・操作部１１は設定ボタンを含んでいる。図４に示した指示取得部７は、設定ボタンが押下されたかどうかを監視している。

本実施の形態の保護継電器においては、電源が投入されるなどして動作開始の指示を受けると、回路種別を判定するまでの動作を実施の形態１と同様の手順で実行して判定結果を表示・操作部１１へ表示する。そして、最終的な判定結果の選択、すなわち運用モードの決定は、利用者によって表示・操作部１１の設定ボタンが操作された（押下された）場合に行う。具体的には、判定部３ａは、設定ボタンが操作された旨の通知を指示取得部７から受けると、判定結果を記憶部４に通知して記憶させる。なお、判定部３ａは、判定部３と同様に、電流値，電圧値を取得して回路種別を判定する動作を繰り返し実行するようにするとよい。この場合、設定ボタンが操作されて時点における最新の判定結果を記憶部４に通知して記憶させる。判定結果の表示は適宜更新されるので、利用者は、判定結果の表示が変化しない安定状態となったことを確認した上で設定ボタンを操作すればよい。

このように、本実施の形態の保護継電器は、利用者から指示を受けた場合に、その時点の回路種別判定結果に従って運用モードを決定することとしたので、利用者は保護継電器の動作が安定したことを確認した上で運用モードを決定することができる。

実施の形態３．
図７および図８は、実施の形態３の保護継電器による回路種別判定動作を示す図であり、図７が３相３線回路の場合、図８が単相３線回路の場合を示している。

本実施の形態の保護継電器は、回路種別の判定結果表示と利用者からの動作開始実行指示操作を受け付けるための表示・操作部１２を備えており、表示・操作部１２は読み込み開始ボタンを含んでいる。なお、保護継電器の機能構成は実施の形態２と同様である（図４参照）。本実施の形態では、実施の形態１，２と共通する部分の説明は省略する。

本実施の形態の保護継電器においては、電源が投入されるなどして動作開始の指示を受けても、この時点では回路種別の判定処理を開始しない。そして、利用者によって表示・操作部１２の読込み開始ボタンが操作されると、実施の形態１で説明した回路種別の判定処理および使用する演算部の決定処理（運用モードの決定処理）を実行する。すなわち、判定部３ａは、読込み開始ボタンが操作された旨の通知を指示取得部７から受けると、電流値入力部１および電圧値入力部２によって取得された電流値および電圧値に基づいて回路種別を判定し、判定結果を記憶部４に通知して記憶させる。

このように、本実施の形態の保護継電器は、利用者から指示を受けた場合に、回路種別の判定と運用モードの決定を行うこととした。実施の形態１，２では、電力系統が平衡負荷状態である場合に、保護継電器の動作を開始させる（電源を投入する）場合を想定した構成としていたが、本実施の形態の構成を適用した場合には、保護継電器の動作を開始させる際、電力系統が平衡負荷状態にあるかどうかを事前に確認する必要が無くなるとともに、事前の電力系統状態確認漏れに伴う運用モードの誤設定を防止できる。すなわち、利用者が系統状態を確認してから設定が可能となるため確実な運転モード選択を実現できる。

実施の形態４．
図９および図１０は、実施の形態４の保護継電器による回路種別判定動作を示す図であり、図９が３相３線回路の場合、図１０が単相３線回路の場合を示している。

本実施の形態の保護継電器は、回路種別の判定結果表示と利用者からの動作開始実行指示操作を受け付けるための表示・操作部１３を備えており、表示・操作部１３は読み込み開始ボタンおよび設定ボタンを含んでいる。なお、保護継電器の機能構成は実施の形態２と同様である（図４参照）。本実施の形態では、実施の形態１，２，３と共通する部分の説明は省略する。

本実施の形態の保護継電器においては、実施の形態３の保護継電器と同様に、電源が投入されるなどして動作開始の指示を受けても、この時点では回路種別の判定処理を開始せずに、読込みボタンが操作されたことをトリガーにして回路種別の判定処理を開始する。ただし、回路種別の判定処理が終了後に運用モードを設定する処理は実行しない。運用モードの設定は、実施の形態２の保護継電器と同様に、設定ボタンが操作された場合に実行する。

このように、本実施の形態の保護継電器は、読み込みボタンの操作実施を検出した場合に回路種別の判定処理を実行し、また、設定ボタンの操作実施を検出した場合に運用モードの決定処理を実行することとした。これにより、実施の形態１，２，３のそれぞれで得られる効果すべてを得ることができる。

以上のように、本発明にかかる保護継電器は、単相３線と３相３線の２種類の電力系統に対して適用可能な保護継電器として有用である。

１ 電流値入力部
２ 電圧値入力部
３，３ａ 判定部
４ 記憶部
５ 単相３線用演算部
６ ３相３線用演算部
７ 指示取得部
１０ 表示部
１１，１２，１３ 表示・操作部

Claims (3)

1. 電力系統の電流位相と電圧位相の関係に基づいて、当該電力系統の種別が単相３線と３相３線のいずれに該当するかを判定する判定部と、
   前記判定部による判定結果が単相３線の場合に、単相３線の電力系統に対応する演算処理を行う単相３線用演算部と、
   前記判定部による判定結果が３相３線の場合に、３相３線の電力系統に対応する演算処理を行う３相３線用演算部と、
   を備え、
   前記判定部は、動作開始後、電流位相と電圧位相に基づいて電力系統の種別を判定する処理を繰り返し実行し、操作者から動作モードの決定指示を受けると、その時点で最新の判定結果を最終的な判定結果とすることを特徴とする保護継電器。
2. 電力系統の電流位相と電圧位相の関係に基づいて、当該電力系統の種別が単相３線と３相３線のいずれに該当するかを判定する判定部と、
   前記判定部による判定結果が単相３線の場合に、単相３線の電力系統に対応する演算処理を行う単相３線用演算部と、
   前記判定部による判定結果が３相３線の場合に、３相３線の電力系統に対応する演算処理を行う３相３線用演算部と、
   を備え、
   前記判定部は、動作開始後、操作者から種別判定の実施指示を受けると、電流位相と電圧位相に基づいて電力系統の種別を判定する処理を繰り返し実行し、操作者から動作モードの決定指示を受けると、その時点で最新の判定結果を最終的な判定結果とすることを特徴とする保護継電器。
3. 前記判定部により電力系統の種別判定が行われるごとに判定結果を表示する表示部、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の保護継電器。
   

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