JP6385291B2 - 保護リレー装置 - Google Patents

Description

この発明は、保護リレー装置に関し、特に、電力系統に設置された計器用変圧器（ＶＴ：Voltage Transformer；電圧変成器とも称する）の２次側配線に接続されているヒューズの断線を検出する機能を有する保護リレー装置に関する。

ＶＴ用のヒューズの断線を検出するためのヒューズ断線検出装置は、たとえば、特開昭６１−２４８３３１号公報（特許文献１）に開示されている。具体的に、この文献のヒューズ断線検出装置は、入力された３相の電圧信号に基づく零相過電圧要素と、入力された３相の電流信号に基づく零相過電流要素と、ある特定相の不足電圧要素と、当該特定相の過電流要素（または、電流変化幅検出要素）とを備える。電力系統の故障と区別するために、ヒューズ断線検出装置は、零相過電圧要素の出力を零相過電流要素の出力によってロックし、ある特定相の不足電圧要素の出力を当該特定相の過電流要素（または電流変化幅検出要素）の出力によってロックするように構成される。

上記構成によれば、１相または２相のＶＴ用ヒューズの断線の場合には、零相過電圧要素の出力によって断線を検出することができ、３相全てのＶＴ用ヒューズの断線の場合には、特定相の不足電圧要素の出力によって断線を検出することができる（３相全ての断線の場合には、零相過電圧要素は動作しない）。一方、通常の系統故障による電圧低下の場合には、零相過電流要素、もしくはある特定相に設けられた過電流要素（または電流変化幅検出要素）が出力するので、不要にヒューズ断線を検出することはない。

特開昭６１−２４８３３１号公報

しかしながら、電力系統の脱調時には、電圧は低下するが、過電流要素が検出できないような電流の増加が生じる場合、もしくは電流変化幅検出要素が検出できないような緩慢な電流の変化が生じる場合がある。この結果、ＶＴ用のヒューズ断線を誤検出することがある。保護リレー装置は、ＶＴ用のヒューズの断線を検出すると、電力系統の電圧の検出値を用いている保護要素の出力は正しくないと判断し、それらの要素の出力をロックするように構成されている。したがって、電圧検出値を使用する保護要素が不要にロックされてしまうという問題が生じる。

この発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、脱調のような特殊な電力系統の故障が生じた場合でもＶＴ用ヒューズの断線を誤検出することがない、信頼性の高い保護リレー装置を提供することである。

この発明は、保護リレー装置であって、入力部と、第１のリレー要素と、第２のリレー要素と、脱調検出部と、判定部とを備える。入力部には、電圧変成器によって検出された電力系統の相電圧または線間電圧の検出値と、電流変成器によって検出された電力系統の相電流の検出値とが入力される。第１のリレー要素は、相電圧または線間電圧が第１の設定電圧に不足しているか否かを判定する。第２のリレー要素は、相電流に基づいて電力系統の短絡故障または地絡故障の有無を判定する。脱調検出部は、予め定められた判定期間における相電圧または線間電圧の実効値の変化の大きさもしくは相電流の実効値の変化の大きさに基づいて脱調の有無を検出する。判定部は、第１のリレー要素が動作した場合に、第２のリレー要素が不動作であり、脱調検出部が脱調を不検出であれば、電圧変成器の２次側に設けられたヒューズが断線していると判定する。

この発明によれば、上記の構成の脱調検出部を設けることによって、脱調のような特殊な電力系統の故障が生じた場合でもＶＴ用ヒューズの断線を誤検出することがない、信頼性の高い保護リレー装置を提供することができる。

保護リレー装置が設置された電力系統の概略的な構成を示すブロック図である。 図１のデジタル保護リレー装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図１の計器用変圧器２、ヒューズ４、および図２の入力変換ユニット１１の接続を詳細に記載した図である。 図１のヒューズ断線検出部３０の機能的構成を示すブロック図である。 図４のヒューズ断線検出部３０の動作を示すフローチャートである。 図４の脱調検出部５０の動作を示すフローチャートである。 ａ相線路の故障時におけるａ相線路１ａの電圧波形および電流波形を示す図である。 電力系統の脱調時におけるａ相線路１ａの電圧波形および電流波形を示す図である。 脱調時における電圧実効値あるいは振幅値の時間的な変化に対応する図４のヒューズ断線検出部の各部位の動作を示すタイミング図である。 電力系統故障時またはヒューズ断線時における図４のヒューズ断線検出部の各部の動作を説明するためのタイミング図である。 第２の実施形態による保護リレー装置において、ヒューズ断線検出部６０の機能的構成を示すブロック図である。 図１１のヒューズ断線検出部の概略的な動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態による保護リレー装置において、ヒューズ断線検出部７０の機能的構成を示すブロック図である。 図１３の第２の電流変化幅検出要素７１の動作の一例を示すフローチャートである。 図１３の第２の電流変化幅検出要素７１の動作の他の例を示すフローチャートである。 脱調時における図１３のヒューズ断線検出部７０の動作を説明するためのタイミング図である。 図１３のヒューズ断線検出部７０の変形例を示すブロック図である。 第４の実施形態による保護リレー装置においてヒューズ断線検出部の機能的構成を示すブロック図である。 図１８のヒューズ断線検出部８０の変形例を示すブロック図である。 第５の実施形態による保護リレーシステムにおいてヒューズ断線検出部９０の機能的構成を示すブロック図である。 相間電圧を直接検出する場合において、図１の計器用変圧器２、ヒューズ４、および図２の入力変換ユニット１１の接続を詳細に記載した図である。 図２０のヒューズ断線検出部の概略的な動作を示すフローチャートである。 ３相電力系統のベクトル図である。

以下、各実施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。

＜第１の実施形態＞
［電力系統の全体構成］
図１は、保護リレー装置が設置された電力系統の概略的な構成を示すブロック図である。

図１を参照して、電力系統の３相線路（送電線または配線線など）１には、電圧変成器（ＶＴ：Voltage Transformer；計器用変成器とも称する）２と、電流変成器（ＣＴ：Current Transformer；計器用変流器とも称する）３とが設けられている。電圧変成器２の２次側は３相電圧信号線５を介してデジタル保護リレー装置１０に接続され、電流変成器３の２次側は３相電流信号線６を介してデジタル保護リレー装置１０に接続されている。電圧変成器２の２次側には、電圧変成器２の２次回路の短絡などによって電圧変成器２が焼損するのを防止するためにヒューズ４が設けられている。

デジタル保護リレー装置１０は、機能的には、ＶＴ用ヒューズ断線検出部（ＶＴＦ）３０と、保護演算部３１とを含む。保護演算部３１は、電圧変成器２および電流変成器３の検出値に基づいて各種の保護要素の演算を行い、演算結果に基づいて電力系統に故障があるか否かを判定する。保護演算部３１は、電力系統に故障があると判定すると、線路の故障個所を電力系統から切り離すために電力系統に設置された遮断器（ＣＢ）７に対して開放指令を出力する。

電圧変成器２の２次回路の短絡などによりヒューズ４が開放するとデジタル保護リレー装置１０に入力される電圧信号レベルが低下する。この結果、電力系統の電圧を使う保護要素は、正しい動作ができなくなり、遮断器に対して不要に開放指令を出力してしまう可能性がある。このために、ヒューズ断線検出部３０が設けられている。ヒューズ断線検出部３０は、ヒューズ４の断線を検出し、ヒューズ４が断線している場合には保護演算部３１のリレー要素の中で電圧を使用する要素の出力をロックすることによって、不要な開放指令の出力を防止する。

［保護リレー装置のハードウェア構成］
図２は、図１のデジタル保護リレー装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図２を参照して、デジタル保護リレー装置１０は、補助変成器１２＿１，１２＿２，…を内蔵する入力変換ユニット１１と、デジタルリレーユニット１３とを含む。

入力変換ユニット１１は、図１の電圧変成器２で検出された相電圧の検出信号および電流変成器３で検出された相電流の検出信号が入力される入力部である。各補助変成器１２は、電圧変成器２および電流変成器３からの検出信号をデジタルリレーユニット１３での信号処理に適した電圧レベルに変換する。

デジタルリレーユニット１３は、アナログフィルタ（ＡＦ：Analog Filter）１４＿１，１４＿２，…と、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｆ：Sample Hold Circuit）１５＿１，１５＿２，…と、マルチプレクサ（ＭＰＸ：Multiplexer）１６と、アナログデジタル（Ａ／Ｄ：Analog to Digital）変換器１７とを含む。デジタルリレーユニット１３は、さらに、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１９と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２１と、デジタル入力（Ｄ／Ｉ：Digital Input）回路２２と、デジタル出力（Ｄ／Ｏ：Digital Output）回路２３と、これらの各構成要素を接続するバス２４とを含む。

各アナログフィルタ１４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１５は、対応のアナログフィルタ１４を通過した信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。マルチプレクサ１６は、サンプルホールド回路１５＿１，１５＿２，…に保持された電圧信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器１７は、マルチプレクサによって選択された電圧信号をデジタル値に変換する。ＣＰＵ１９は、ＲＯＭ２１および図示しない外部記憶装置に格納されたプログラムに従って動作し、Ａ／Ｄ変換器１７から出力されたデジタルデータに基づいて各種の保護要素の演算を行う。デジタル出力回路２３からは、遮断器を開放するための開放指令が出力される。

この実施形態の場合、図１のヒューズ断線検出部３０と保護演算部３１とは、ＣＰＵ１９によってプログラムが実行されることによって実現される。無論、ＣＰＵに代えて、ヒューズ断線検出部３０および保護演算部３１の機能を実現するための専用の回路を設けてもよい。

［計器用変圧器とヒューズとの接続の詳細］
図３は、図１の計器用変圧器２、ヒューズ４、および図２の入力変換ユニット１１の接続を詳細に記載した図である。

図３を参照して、図１の３相線路１は、ａ相線路１ａ、ｂ相線路１ｂ、およびｃ相線路１ｃによって構成される。図１の電圧信号線５は、ａ相用信号線５ａと、ｂ相用信号線５ｂと、ｃ相用信号線５ｃと、接地線５ｇとによって構成される。

図１の電圧変成器２は、ａ相用変圧器３＿１、ｂ相用変圧器３＿２、およびｃ相用変圧器３＿３とを含む。ａ相用変圧器３＿１の１次巻線の一端はａ相線路１ａに接続され、ｂ相用変圧器３＿２の１次巻線の一端はｂ相線路１ｂに接続され、ｃ相用変圧器３＿３の１次巻線の一端はｃ相線路１ｃに接続される。各変圧器３の１次巻線の他端は接地極ＧＮＤに接続される。ａ相用変圧器３＿１の２次巻線の一端は、ａ相用ヒューズ４ａを介してａ相用信号線５ａの一端と接続される。ｂ相用変圧器３＿１の２次巻線の一端は、ｂ相用ヒューズ４ｂを介してｂ相用信号線５ｂの一端と接続される。ｃ相用変圧器３＿１の２次巻線の他端は、ｃ相用ヒューズ４ｃを介してｃ相用信号線５ｃの一端と接続される。各変圧器３の２次巻線の他端は接地極ＧＮＤに接続されるとともに、接地線５ｇの一端に接続される。すなわち、図１の変成器２は、Ｙ−Ｙ結線となっている。

ａ相用信号線５ａの他端は、入力変換ユニット１１の変圧器１２＿１の１次巻線の一端に接続される。ｂ相用信号線５ｂの他端は、入力変換ユニット１１の変圧器１２＿２の１次巻線の一端に接続される。ｃ相用信号線５ｃの他端は、入力変換ユニット１１の変圧器１２＿３の１次巻線の一端と接続される。各変圧器１２＿１，１２＿２，１２＿３の２次巻線の他端は、接地線５ｇの他端と接続される。

図３において、ａ相用ヒューズ４ａが断線した場合には、ａ相用信号線５ａの電位は理想的には接地電位に等しくなる。したがって、入力変換ユニット１１の変圧器１２＿１によって検出される電圧は理想的には０になる。ただし、実際には、ａ相用信号線５ａは、寄生容量Ｃａｂ，Ｃａｃ，Ｃａｇをそれぞれ介してｂ相用信号線５ｂ、ｃ相用信号線５ｃ、接地線５ｇと結合しているので、これらの信号線５ｂ，５ｃ，５ｇの電圧に応じて電圧が発生する。

［ヒューズ断線検出部の機能的構成］
図４は、図１のヒューズ断線検出部３０の機能的構成を示すブロック図である。図４を参照して、ヒューズ断線検出部３０は、零相過電圧リレー要素（ＯＶＧ：Over Voltage Ground）３２と、零相過電流リレー要素（ＯＣＧ：Over Current Ground）３３と、ある特定相（たとえば、ａ相）についての第１の不足電圧リレー要素（ＵＶ１：Under Voltage 1）４０と、同一相（ａ相）についての電流変化幅検出リレー要素（ＯＣＤ：Over Current-change Detection）４１と、復帰タイマ４２とを含む。ヒューズ断線検出部３０は、さらに、脱調検出部５０と、判定部１００とを含む。

この明細書では、「リレー要素」を単に「要素」と記載する場合がある。上記の各リレー要素３２，３３，４０，４１および脱調検出部５０は、動作時（異常検出時）に“１”を出力し、不動作時（定常時）に“０”を出力するものとする。

零相過電圧要素３２は、零相電圧が過電圧となったとき、すなわち、所定の設定電圧を超えたとき動作する。零相過電流要素３３は、零相電流が過電流となったとき、すなわち、所定の設定電圧を超えたとき動作する。不足電圧要素４０は、電力系統の電圧が不足したとき、すなわち、所定の設定電圧以上にならなくなったときに動作する。電流変化幅検出要素４１は、振幅および／または位相の変化によって、電流値が定常状態から所定量以上変化したときに動作する。たとえば、電流変化幅検出要素４１は、定格交流入力の所定周期（０．５周期、１周期、２周期、３周期など）だけ隔てた電流瞬時値を比較することによって電力系統に流れる電流の急変検出を行う。

脱調検出部５０は、第２の不足電圧要素（ＵＶ２：Under Voltage 2）５１と、論理ゲート５２と、動作タイマ５３と、フリップフロップ５４とを含む。第２の不足電圧要素５１が動作する（電圧低下を検出する）設定電圧は、第１の不足電圧要素４０が動作する設定電圧よりも高い。論理ゲート５２は、第１の不足電圧要素４０の出力値の論理レベルを反転した値と第２の不足電圧要素５１の出力値とのＡＮＤ演算を行う。論理ゲート５２の出力信号は動作タイマ５３を介してフリップフロップ５４のセット端子（Ｓ）に入力される。第２の不足電圧要素５１の出力値の論理レベルを反転した値は、フリップフロップ５４のリセット端子（Ｒ）に入力される。

ここで、動作タイマ５３は、入力信号レベルが“１”となってからの時間が設定時間Ｔｏｐを超えたとき、出力信号レベルを“１”にする。すなわち、設定時間Ｔｏｐは、入力に応答しない期間（不感時間帯）となっている。設定時間Ｔｏｐは、線路の故障またはヒューズ４の断線の場合に脱調検出部５０が動作（脱調検出）しないように、たとえば、２０ｍ秒〜６０ｍ秒に設定される。

上記の構成によれば、第２の不足電圧要素５１が動作するが、第１の不足電圧要素４０が動作しない状態が動作タイマ５３の設定時間Ｔｏｐ以上継続した場合には、フリップフロップ５４がセット状態になる。この結果、フリップフロップ５４の出力すなわち脱調検出部５０の出力は“１”になる（脱調が検出される）。第２の不足電圧要素５１が動作しなくなると、フリップフロップ５４はリセットされる。

判定部１００は、各リレー要素３２，３３，４０，４１および脱調検出部５０の出力に基づいて、ヒューズ４の断線の有無を判定するためのものであり、論理ゲート３４，３５，４３，４４を含む。

具体的に、論理ゲート３４は、零相過電圧要素３２の出力値と、零相過電流要素３３の出力値の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行う。したがって、零相過電圧要素３２の出力は、零相過電流要素３３の出力でブロックされる（出力が妨げられる）。

復帰タイマ４２は、電流変化幅検出要素４１が“１”を出力した場合、その値を復帰時間Ｔｒｅの間維持する。復帰時間Ｔｒｅは、数秒から１０秒程度である。

論理ゲート４３は、復帰タイマ４２の出力値とフリップフロップ５４の出力値とのＯＲ演算を行う。論理ゲート４４は、第１の不足電圧要素４０の出力値と、論理ゲート４３の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行う。したがって、第１の不足電圧要素４０の出力は、電流変化幅検出要素４１の出力によってブロックされるとともに、脱調検出部５０の出力によってブロックされる。

最後に、論理ゲート３５は、論理ゲート３４の出力値と論理ゲート４４の出力値とのＯＲ演算を行う。論理ゲート３５の演算結果は、ヒューズ断線検出部３０の出力値として出力される。

［ヒューズ断線検出部の動作］
図５は、図４のヒューズ断線検出部３０の動作を示すフローチャートである。図５のフローチャートの手順は制御周期ごと（たとえば、電力系統の定格交流入力の電気角の２２．５°または３０°に相当する時間ごと、すなわち、５０Ｈｚの場合は１．２５ｍ秒または１．６６ｍ秒ごと、６０Ｈｚの場合は１．０４２ｍ秒または１．３８ｍ秒ごと）に繰り返される。

図４および図５を参照して、まず、図３のＣＰＵは、電力系統の各相の相電圧の検出値と相電流の検出値とに基づいて零相電圧および零相電流を算出する（ステップＳ１００）。

次に、ＣＰＵ（零相過電圧要素３２）は、零相電圧が過電圧となっているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。さらに、ＣＰＵ（零相過電流要素３３）は、零相電流が過電流となっているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。これらの判定の結果、零相過電圧でありかつ零相過電流である場合（ステップＳ１１０でＹＥＳかつステップＳ１２０でＹＥＳ）、ＣＰＵ（判定部１００）は、ヒューズの断線でないと判定して処理を終了する（この場合、１相または２相の線路故障である）。一方、零相過電圧であるが、零相過電流でない場合（ステップＳ１１０でＹＥＳかつステップＳ１２０でＮＯ）、ＣＰＵ（判定部１００）は、ヒューズの断線であると判定する（ステップＳ１３０）。

次に、零相過電圧でない場合（ステップＳ１１０でＮＯ）、ＣＰＵ（不足電圧要素４０）は、ある特定相（図５の場合、ａ相）の相電圧が不足しているか否かを判定する。この結果、零相過電圧でなく、ａ相の不足電圧でもない場合（ステップＳ１１０でＮＯかつステップＳ１４０でＮＯ）、ＣＰＵ（判定部１００）はヒューズの断線でないと判定して処理を終了する（この場合、線路電圧の低下はない）。

一方、ａ相電圧が不足している場合において（ステップＳ１４０でＹＥＳ）、復帰タイマ４２の復帰時間Ｔｒｅ内で、ａ相の電流変化幅検出要素４１が不動作であり（ステップＳ１５０でＮＯ）、かつ、脱調検出部５０が脱調を検出していない場合（ステップＳ１６０でＮＯ）、ＣＰＵ（判定部１００）はヒューズの断線であると判定する（ステップＳ１３０）。逆に、ａ相電圧が不足している場合において（ステップＳ１４０でＹＥＳ）、復帰タイマ４２の復帰時間Ｔｒｅ内で、ａ相の電流変化幅検出要素４１が動作していたか（ステップＳ１５０でＹＥＳ）、または、脱調検出部５０が脱調を検出していた場合（ステップＳ１６０でＹＥＳ）、ＣＰＵ（判定部１００）はヒューズの断線ではないと判定して処理を終了する。前者の場合は３相の線路故障であり、後者の場合は電力系統の脱調である。

図６は、図４の脱調検出部５０の動作を示すフローチャートである。図５のフローチャートの手順は制御周期ごと（たとえば、電力系統の定格交流入力の電気角の２２．５°または３０°ごと）に繰り返される。図６において、Ｖ１＜Ｖ２＜定常状態の定格電圧の関係に設定されているとする。基準値Ｖ１は図４の不足電圧要素４０の設定電圧に対応し、基準値Ｖ２は図４の不足電圧要素５１の設定電圧に対応する。

図４および図６を参照して、まず、ＣＰＵは、現時刻ｔまでの複数の時点の相電圧の検出値に基づいて相電圧の実効値Ｖ（ｔ）ｒｍｓを算出する（ステップＳ２００）。なお、実効値に代えて振幅値を用いてもよい。

次に、ＣＰＵ（不足電圧要素５１）は、電圧実効値Ｖ（ｔ）ｒｍｓが基準値Ｖ２未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。電圧実効値Ｖ（ｔ）ｒｍｓが基準値Ｖ２未満でない場合（ステップＳ２１０でＮＯ）、ＣＰＵ（フリップフロップ５４）は脱調検出部５０の出力を“０”にする（ステップＳ２２０）、すなわち脱調でないと判定する。この場合、動作タイマ５３のタイマ時間ｔｍは０に初期化されている（ステップＳ２３０）。

一方、電圧実効値Ｖ（ｔ）ｒｍｓが基準値Ｖ２未満でありかつ基準値Ｖ１以上である場合（ステップＳ２１０でＹＥＳ、ステップＳ２４０でＮＯ）、ＣＰＵは、動作タイマ５３のタイマ時間ｔｍのカウントアップを開始する（ステップＳ２５０）。電圧実効値Ｖ（ｔ）ｒｍｓが基準値Ｖ２未満でありかつ基準値Ｖ１以上である状態が継続した結果、動作タイマ５３のタイマ時間ｔｍが基準時間Ｔｏｐを超えた場合（ステップＳ２６０でＹＥＳ）、ＣＰＵ（フリップフロップ５４）は脱調検出部５０の出力を“１”にする（ステップＳ２７０）、すなわち脱調であると判定する。

タイマ時間ｔｍが基準時間Ｔｏｐを超える前に電圧実効値Ｖ（ｔ）ｒｍｓが基準値Ｖ１未満となった場合（ステップＳ２４０でＹＥＳ）、脱調検出部５０の出力は“０”のままである、すなわち、脱調は検出されない。この場合、動作タイマ５３のタイマ時間ｔｍは０に初期化される（ステップＳ２３０）。

［ヒューズ断線検出部の具体的な動作例］
以下、ヒューズ断線検出部の動作について具体例を挙げて説明する。

（１相または２相のヒューズ断線の場合）
まず、ヒューズ４のうち１相または２相が断線した場合について説明する。この場合、断線相について電圧の低下が生じるので、零相過電圧要素３２は動作する（出力“１”；ステップＳ１１０でＹＥＳ）。しかしながら、零相過電流要素３３は動作しない（出力“０”；ステップＳ１２０でＮＯ）。したがって、論理ゲート３４は“１”を出力するので、ヒューズ断線検出部３０の出力３６も“１”となる（ヒューズの断線検出；ステップＳ１３０）。

（３相のヒューズ断線の場合）
次に、３相ともにヒューズ４が断線した場合について説明する。この場合、ある特定相についての第１の不足電圧要素４０は動作する（出力“１”；ステップＳ１４０でＹＥＳ）が、当該特定相の電流変化幅検出要素４１は動作せず（出力“０”；ステップＳ１５０でＮＯ）、脱調検出部５０も脱調を検出しない（出力“０”；ステップＳ１６０でＮＯ）。したがって、論理ゲート４４は“１”を出力するので、ヒューズ断線検出部３０の出力３６も“１”となる（ヒューズの断線検出；ステップＳ１３０）。なお、３相ともヒューズ４が断線した場合は、零相過電圧要素３２は動作しないので、論理ゲート３４の出力は“０”となる（すなわち、ステップＳ１１０でＮＯ）。

（線路故障の場合）
次に、電力系統の線路故障の場合について説明する。図７は、ａ相線路の故障時におけるａ相線路１ａの電圧波形および電流波形を示す図である。なお、不足電圧要素４０および電流変換幅検出要素４１は、ａ相線路の電圧および電流に基づいて動作するものとする。

図４、図７を参照して、時刻ｔ２においてａ相線路の地絡故障が生じ、時刻ｔ４に地絡故障から復帰したとする。この場合、時刻ｔ２から時刻ｔ４の間、第１の不足電圧要素（ＵＶ１）４０が動作する（出力“１”；ステップＳ１４０でＹＥＳ）。電流変化幅検出要素（ＯＣＤ）４１は、本実施の形態の場合には２周期隔てた電流の比較に基づいで動作するとすれば、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間と、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間で動作する（出力“１”；ステップＳ１５０でＹＥＳ）。復帰タイマ４２は、時刻ｔ２から復帰時間Ｔｒｅの間（さらに、時刻ｔ４から復帰時間Ｔｒｅの間）、動作状態（出力“１”）を継続させる。これによって、論理ゲート４４の出力は“０”のまま維持される（ヒューズ断線が検出されない）。

以上をまとめると、１相または２相の線路故障の場合には、ある特定相の不足電圧要素４０が動作したとしても、当該特定相の電流変化幅検出要素４１も短時間動作するので、その動作時間を復帰タイマ４２によって引き延ばすことによって、論理ゲート４４の出力を“０”にする。さらに、１相または２相の線路故障の場合には、零相過電圧要素３２および零相過電流要素３３はいずれも必ず動作する。したがって、論理ゲート３４は“０”を出力する。この結果、ヒューズ断線検出部３０の出力３６を必ず“０”にすることができる。

３相の線路故障の場合には、電圧低下と共に３相電流が急変するので、ある特定相の不足電圧要素４０が動作し、故障状態の開始時および正常状態への復帰時には当該特定相の電流変化幅検出要素４１も必ず動作する（必ず動作するように変化検出の電流設定値が決められている）。したがって、復帰タイマ４２によって電流変化幅検出要素４１の出力時間を故障除去に必要な時間以上に引き延ばすことによって、論理ゲート４４は必ず“０”を出力するようにすることができる。以上によって、線路故障時にはヒューズ断線検出部３０の出力は“０”となる。

（脱調の場合）
次に電力系統が脱調している場合のヒューズ断線検出部３０の動作について説明する。図８は、電力系統の脱調時におけるａ相線路１ａの電圧波形および電流波形を示す図である。

図８を参照して、脱調は、電力系統に発電機が２台以上接続されている場合に生じる。通常、それらの発電機の周波数および位相関係は互いに同じになる（同期する）ように制御されているが、なんらかの原因により、周波数の同期が外れると、電圧および電流の振幅が図８に示すように緩やかに変化する。具体的に図８の波形図は、時刻ｔ１に脱調が生じた場合を示している。時刻ｔ１より前は正常状態であり、ａ相電圧の実効値は定格電圧に略等しい値となっており、ａ相電流は負荷に応じた電流値となっている。時刻ｔ２では、脱調によって、電圧振幅は最小値を示し、電流振幅は最大値を示す。

このような電流および電圧データが保護リレー装置１０に入力されると、３相の平衡条件は外れていないので、図４の零相過電圧要素３２および零相過電流要素３３は動作しない（脱調を検出しない）。一方、電圧低下によって第１の不足電圧要素ＵＶ１（４０）は動作する。しかしながら、電流の変化が緩慢なため、電流変化幅検出要素４１は動作しない可能性がある（脱調を検出できない）。このため、図４の脱調検出部５０が設けられていないと、ヒューズ断線検出部３０は、脱調時に不要にヒューズ断線を検出する可能性がある。ヒューズ断線が検出された場合は、電圧を用いた保護要素の出力がロックされるので、電力系統を正しく保護できないという問題が生じる。

電流変化幅検出要素４１に代えて過電流要素を設けた場合にも、電力系統の脱調時には問題が生じ得る。通常、過電流要素は、負荷電流を検出しないように整定されているので、負荷電流の大きさが比較的大きい場合は、脱調を検出できなかったり、脱調の検出が遅れたりするからである。上記の理由から、本実施形態の保護リレー装置１０には、機能的構成要素として脱調検出部５０が設けられている。

図９は、脱調時における電圧実効値あるいは振幅値の時間的な変化に対応する図４のヒューズ断線検出部の各部位の動作を示すタイミング図である。図９および次図１０において、ハイレベル（Ｈレベル）が“１”に対応し、ローレベル（Ｌレベル）が“０”に対応するものとする。

図４および図９を参照して、時刻ｔ１に脱調が発生したとする。脱調時の電圧実効値は、脱調前の通常電圧（一般的には定格電圧付近）から同期外れの程度により変化するが、線路故障時の変化と比べるとゆっくりと変化（低下）する。したがって、まず、時刻ｔ２において第２の不足電圧要素（ＵＶ２）５１が動作し、次に、時刻ｔ４において第１の不足電圧要素（ＵＶ１）５０が動作する。この時刻ｔ２から時刻ｔ４までの時間が動作タイマ５３の設定時間Ｔｏｐ（通常、数１０ミリ秒）よりも長い場合には、時刻ｔ３において動作タイマ５３の出力（すなわち、フリップフロップ５４のセット端子Ｓの入力）がＨレベルとなるので、フリップフロップ５４の出力もＨレベルに変化する。このフリップフロップ５４の出力によって、不足電圧要素（ＵＶ１）４０の出力がブロックされるので、ヒューズ断線検出部３０は、ヒューズの断線と判定しない。

なお、脱調時の電圧実効値が緩やかに増加する場合、まず、時刻ｔ５において第１の不足電圧要素（ＵＶ１）４０が不動作となり、次に、時刻ｔ７において第２の不足電圧要素（ＵＶ２）５１が不動作となる。この結果、時刻ｔ７においてフリップフロップ５４がリセットされる。

図１０は、電力系統故障時またはヒューズ断線時における図４のヒューズ断線検出部の各部の動作を説明するためのタイミング図である。

図４および図１０を参照して、時刻ｔ１において電力系統の故障またはヒューズの断線が発生したとする。なお、電力系統の故障の場合には、時刻ｔ８において正常状態に復帰したものとしている。

電力系統故障時またはヒューズ断線時には、電圧実効値は瞬時、或いは少なくとも脱調のケースと比較して短い時間で急峻に低下する。したがって、時刻ｔ２において第２の不足電圧要素（ＵＶ２）５１が動作してから、時刻ｔ４において第１の不足電圧要素（ＵＶ１）５０が動作するまでの時間は、動作タイマ５３の設定時間Ｔｏｐよりも短い。この結果、動作タイマ５３の出力はＬレベルに維持されるため、フリップフロップの出力もＬレベルに維持される。したがって、不足電圧要素（ＵＶ１）４０の出力は脱調検出部５０の出力によってはブロックされない。この場合、前述したように、電力系統故障時には不足電圧要素（ＵＶ１）４０の出力は電流変化幅検出要素４１の出力によってブロックされる。

なお、電力系統の故障状態から復帰する場合も、電圧実効値の変化は急峻である。したがって、時刻ｔ５において第１の不足電圧要素（ＵＶ１）４１が不動作となってから時刻ｔ７において第２の不足電圧要素（ＵＶ２）５１が不動作となるまでの時間は、動作タイマ５３の設定時間Ｔｏｐよりも短い。この結果、動作タイマ５３の出力はＬレベルに維持されるため、フリップフロップの出力もＬレベルに維持される。

［効果］
上記のとおり、ヒューズ断線検出部３０は、電圧実効値が緩慢に低下する場合を検出して脱調現象による電圧低下であると判定することによって、脱調時におけるヒューズ断線の不要検出を阻止するようにしたものである。

具体的に、ヒューズ断線検出部３０は、ヒューズ断線に伴う緩慢な電圧変化を検出するために、第１の不足電圧要素（ＵＶ１）４０の他に、設定電圧が第１の不足電圧要素の設定電圧より高くかつ通常電圧よりも低く設定された第２の不足電圧要素（ＵＶ２）５１を具備している。そして、ヒューズ断線検出部３０は、脱調時には第２の不足電圧要素（ＵＶ２）５１が動作してから第１の不足電圧要素（ＵＶ１）５１が検出するまでの時間が設定時間Ｔｏｐより長くなることを利用して、脱調現象と判定する。これによって、脱調時には、第１の不足電圧設定値（ＵＶ１）５１の出力をブロックすることによって、脱調時における不要なヒューズ断線判定を防止することができる。

このように、第１の実施形態による保護リレー装置のヒューズ断線検出部は、ヒューズの断線を確実に検出するとともに、系統故障時だけでなく、脱調時にも不要な断線判定の出力を出さないようにしたので、従来よりも電力系統の保護の信頼性を上げることができる。

＜変形例＞
図４の零相過電圧要素３２および零相過電流要素３３に代えて、同様に不平衡要素である逆相過電圧要素および逆相過電流要素をそれぞれ設けてもよい。この場合も、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図４の電流変化幅検出要素４１に代えて、負荷電流よりも大きな基準電流値を有する過電流要素を設けることも可能である。ただし、負荷電流の大きさは負荷に応じて変化するので基準電流値の設定が難しく、電流変化幅検出要素のほうが望ましい。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、１相および２相のヒューズ断線には零相過電圧要素３２と零相過電流要素３３とを用い、３相のヒューズ断線検出にはある特定相の第１および第２の不足電圧要素４０，５１と、同じ相の電流変化幅検出要素４１とを用いるように構成されていた。これに代えて、３相全てについて、第１および第２の不足電圧要素と電流変化幅検出要素とを用いるようにしてもよい。これによって、図４の零相過電圧要素３２および零相過電流要素３３を省くことができる。以下、図面を参照して具体的に説明する。

［ヒューズ断線検出部の機能的構成］
図１１は、第２の実施形態による保護リレー装置において、ヒューズ断線検出部６０の機能的構成を示すブロック図である。

図１１を参照して、ヒューズ断線検出部６０は、特定相の不足電圧要素４０に代えて３相の不足電圧要素６２を含み、特定相の不足電圧要素５１に代えて３相の不足電圧要素６６を含み、特定相の電流変化幅検出要素４１に代えて３相の電流変化幅検出要素６４を含む点で図４のヒューズ断線検出部３０と異なる。

３相の不足電圧要素６２は、ａ相の不足電圧要素４０ａと、ｂ相の不足電圧要素４０ｂと、ｃ相の不足電圧要素４０ｃと、これらの不足電圧要素４０ａ，４０ｂ，４０ｃのＯＲ演算を行う論理ゲート６１とを含む。同様に、３相の不足電圧要素６６は、ａ相の不足電圧要素５１ａと、ｂ相の不足電圧要素５１ｂと、ｃ相の不足電圧要素５１ｃと、これらの不足電圧要素５１ａ，５１ｂ，５１ｃのＯＲ演算を行う論理ゲート６５とを含む。第１の実施形態の場合と同様に、不足電圧要素４０ａ，４０ｂ，４０ｃが動作する設定電圧は、不足電圧要素５１ａ，５１ｂ，５１ｃが動作する設定電圧よりも低い。脱調検出部６７の論理ゲート５２は、論理ゲート６１の出力の論理レベルを反転した値と論理ゲート６２の出力値とのＡＮＤ演算を行う。

３相の電流変化幅検出要素６４は、ａ相、ｂ相およびｃ相の電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、復帰時間Ｔｒｅの間だけ電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃの出力をそれぞれ維持する復帰タイマ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、論理ゲート６３とを含む。論理ゲート６３は、復帰タイマ４２ａ，４２ｂ，４２ｃの出力のＯＲ演算を行う。復帰タイマ４２ａ，４２ｂ，４２ｃに代えて、図４の場合と同様に、電流変化幅検出要素６４の後段（すなわち、論理ゲート６３の後段）に復帰タイマ４２を設けてもよい。

図１１のヒューズ断線検出部６０は、さらに、零相過電圧要素３２および零相過電流要素３３を含まない点で図４のヒューズ断線検出部３０と異なる。図１１の判定部１０１は、論理ゲート３４，３５を含まない点で図４の判定部１００と異なる。判定部１０１において、論理ゲート４３は、フリップフロップ５４の出力値と論理ゲート６３の出力値とのＯＲ演算を行う。論理ゲート４４は、論理ゲート６１の出力値と、論理ゲート４３の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行う。論理ゲート４４の出力は、ヒューズ断線検出部６０の出力３６となる。

［ヒューズ断線検出部の動作］
図１２は、図１１のヒューズ断線検出部の概略的な動作を示すフローチャートである。図１２のフローチャートの手順は制御周期ごと（たとえば、電力系統の定格交流入力の電気角の２２．５°または３０°ごと）に繰り返される。

図１１および図１２を参照して、まず、ＣＰＵ（不足電圧要素６２）は、いずれかの相の相電圧が不足しているか否か、すなわち、設定電圧以上となっていないかどうかを判定する（ステップＳ３００）。この結果、いずれの相電圧も不足電圧となっていない場合（ステップＳ３００でＮＯ）、ＣＰＵ（判定部１０１）はヒューズの断線でないと判定して処理を終了する（この場合、線路電圧の低下はない）。

一方、いずれかの相の相電圧が不足しているが（ステップＳ３００でＹＥＳ）、どの相の電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃも不動作であり（ステップＳ３１０でＮＯ）、かつ、脱調検出部６７が脱調を検出していない場合（ステップＳ３２０でＮＯ）、ＣＰＵ（判定部１０１）はヒューズの断線であると判定する（ステップＳ３３０）。逆に、いずれかの相の相電圧が不足しているが（ステップＳ３００でＹＥＳ）、いずれかの相の電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃが動作していたか（ステップＳ３１０でＹＥＳ）、または、脱調検出部６７が脱調を検出していた場合（ステップＳ３２０でＹＥＳ）、ＣＰＵ（判定部１０１）はヒューズの断線でないと判定して処理を終了する。前者の場合はいずれか１相または２相もしくは３相の線路故障であり、後者の場合は電力系統の脱調である。なお上記のステップＳ３１０において電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃが動作した場合、その出力は復帰時間Ｔｒｅの間、維持されている。

図１１の脱調検出部６７の動作は、図６で説明したものと同様である。ただし、第２の実施形態の場合には、ステップＳ２００において、３相の各相の電圧実効値Ｖ（ｔ）ｒｍｓが算出される。ステップＳ２１０において、いずれかの相の電圧実効値Ｖ（ｔ）ｒｍｓが基準値Ｖ２未満であるか否かが判定される。ステップＳ２４０において、いずれかの相の電圧実効値Ｖ（ｔ）ｒｍｓが基準値Ｖ１未満であるか否かが判定される。

［効果］
上記のように構成されたヒューズ断線検出部６０は、第１の実施形態の場合のヒューズ断線検出部３０と同様の効果を奏する。

なお、ａ相、ｂ相およびｃ相の電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃによって構成された３相の電流変化幅検出要素６４に代えて、ａ相、ｂ相およびｃ相の過電流要素によって構成された３相の過電流要素を設けることも可能である。この場合、各相の過電流要素の基準電流は、負荷電流よりも大きな値に設定する必要がある。しなしながら、負荷電流の大きさは負荷に応じて変化するために基準電流値の設定が難しく、３相の電流変化幅検出要素のほうが望ましい。

＜第３の実施形態＞
第１および第２の実施形態の場合、ヒューズ断線検出部３０，６０は、脱調時の緩慢な電圧実効値の低下を検出することによって脱調が発生したと判定していた。具体的には、ヒューズ断線検出部３０，６０は、第２の不足電圧要素（ＵＶ２）５１が動作してから第１の不足電圧要素（ＵＶ１）４０が動作するまでの時間が設定時間Ｔｏｐ以上の場合に脱調であると判定していた。

これに対して、第３の実施形態の場合、ヒューズ断線検出部７０の脱調検出部７３は、脱調時の緩慢な電流実効値の変化（増加）を検出することによって脱調が発生したと判定する。これによって、脱調時の不要なヒューズ断線の検出を防止することができる。以下、図面を参照して具体的に説明する。

［ヒューズ断線検出部の機能的構成］
図１３は、第３の実施形態による保護リレー装置において、ヒューズ断線検出部７０の機能的構成を示すブロック図である。図１３を参照して、ヒューズ断線検出部７０は、脱調検出部５０に代えて脱調検出部７３を含む点で図４のヒューズ断線検出部３０と異なる。ヒューズ断線検出部７０は、第２の電流変化幅検出リレー要素（ＯＣＤＵ）７１と、復帰タイマ７２とを含む。

第２の電流変化幅検出要素７１は、現時刻までの所定期間（数１００ｍ秒程度の期間）内の電流実効値の変化幅（最小値と現在値との差もしくは最小値と最大値との差）が基準値を超えている場合に、動作する（現在までの所定期間の間に電流変化がないと検出する）。復帰タイマ７２は、第２の電流変化幅検出要素７１の動作出力“１”を復帰時間Ｔｒｅ２だけ延長する。復帰時間Ｔｒｅ２は、脱調の１周期以上に設定する必要があり、たとえば、１秒から１０秒程度に設定される。復帰時間Ｔｒｅ２は、復帰タイマ４２の復帰時間Ｔｒｅ１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

図１３のその他の点は図４の場合と同じであるので同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。なお、上記のように構成された第２の電流変化幅検出要素７１は、電力系統の故障による電流実効値の急変も検出可能である。したがって、図１３の第２の電流変化幅検出要素７１が設けてあれば、第１の電流変化幅検出要素４１とその復帰タイマ４２は実際上不要である。このような変形例については図１７で後述する。

［ヒューズ断線検出部の動作］
図１３のヒューズ断線検出部７０の動作は、脱調検出部７３の具体的動作を除いて図５で説明したものと同様である。以下、脱調検出部７３を構成する第２の電流変化幅検出要素７１の動作について詳細に説明する。

図１４は、図１３の第２の電流変化幅検出要素７１の動作の一例を示すフローチャートである。図１４のフローチャートの手順は制御周期ごと（たとえば、電力系統の定格交流入力の電気角の２２．５°または３０°ごと）に繰り返される。

まず、ＣＰＵ（電流変化幅検出要素７１）は、現時刻までの複数の時点の相電流Ｉ（ｔ）の検出値に基づいて、電流実効値Ｉ（ｔ）ｒｍｓを算出する（ステップＳ４００）。算出結果はメモリ（図２のＲＡＭなど）に格納される。なお、実効値に代えて振幅値を用いてもよい。

次に、ＣＰＵは、メモリに蓄積された現時刻の電流実効値Ｉ（ｔ）ｒｍｓから所定の判定期間Ｔｓ内のｎ＋１個の電流実効値Ｉ（ｔ）ｒｍｓ，Ｉ（ｔ−１）ｒｍｓ，…，Ｉ（ｔ−ｎ）ｒｍｓを更新する（ステップＳ４１０）。具体的には、ステップＳ４００で新たな電流実効値が格納されると、これまでの電流実効値は、単位時間ステップずつ前の時刻のデータに書き換えられる。

次に、ＣＰＵは、メモリに蓄積されたｎ＋１個の電流実効値Ｉ（ｔ）ｒｍｓ，Ｉ（ｔ−１）ｒｍｓ，…，Ｉ（ｔ−ｎ）ｒｍｓの中の最小値Ｉ（ｔ）ｍｉｎを計算する（ステップＳ４２０）。そして、ＣＰＵは、現時刻の電流実効値Ｉ（ｔ）ｒｍｓからステップＳ４２０で求めた最小値Ｉ（ｔ）ｍｉｎとの差が基準値Ｉｓより大きいか否かを判定する（ステップＳ４３０）。上記の差が基準値Ｉｓよりも大きい場合（ステップＳ４３０でＹＥＳ）、ＣＰＵ（電流変化幅検出要素７１）は脱調あるいは系統故障であると判定して“１”を出力する（ステップＳ４４０）。上記の差が基準値Ｉｓ以下の場合（ステップＳ４３０のＮＯ）、ＣＰＵ（電流変化幅検出要素７１）は脱調でも系統故障でもないと判定して“０”を出力する（ステップＳ４５０）。

上記の判定期間Ｔｓ（すなわち、メモリに格納されるデータ個数ｎ＋１）は、予想される脱調周期に応じて設定される。ただし、あまり長時間に演算時間Ｔｓを設定すると脱調でもない通常の負荷電流の変動を検出する可能性があるので、数１００ｍ秒程度に設定される。

上記のように構成された第２の電流変化幅検出要素７１によれば、第１の電流変化幅検出要素４１と異なり、脱調時の緩慢な電流変化を検出することができる。これによって、脱調時の不要なヒューズ断線検出を防止することができる。

図１５は、図１３の第２の電流変化幅検出要素７１の動作の他の例を示すフローチャートである。図１５のフローチャートは、ステップＳ４２０，Ｓ４３０に代えてステップＳ４２５，Ｓ４３５をそれぞれ含む点で図１４のフローチャート異なる。

具体的に、ステップＳ４２５において、ＣＰＵは、メモリに蓄積されたｎ＋１個の電流実効値Ｉ（ｔ）ｒｍｓ，Ｉ（ｔ−１）ｒｍｓ，…，Ｉ（ｔ−ｎ）ｒｍｓの中の最小値Ｉ（ｔ）ｍｉｎとともに最大値Ｉ（ｔ）ｍａｘを算出する。ステップＳ４３５において、ＣＰＵは、ステップＳ４２５で求めた最大値Ｉ（ｔ）ｍａｘと最小値Ｉ（ｔ）ｍｉｎとの差が基準値Ｉｓより大きいか否かを判定する。

上記のように、現時刻の電流実効値Ｉ（ｔ）ｒｍｓと求めた最小値Ｉ（ｔ）ｍｉｎとの差に代えて、最大値Ｉ（ｔ）ｍａｘと最小値Ｉ（ｔ）ｍｉｎとの差を用いることによって、復帰時間Ｔｒｅ２の設定値をより小さくすることができる。

［ヒューズ断線検出部の動作例］
図１６は、脱調時における図１３のヒューズ断線検出部７０の動作を説明するためのタイミング図である。図１６において、ハイレベル（Ｈレベル）が“１”に対応し、ローレベル（Ｌレベル）が“０”に対応するものとする。なお、第２の電流変化幅検出要素７１は、図１５のフローチャートに従って動作するものとする。

図１３および図１６を参照して、時刻ｔ１に脱調が発生したとする。脱調時の電圧実効値は、脱調前の通常電圧（一般的には定格電圧ＶＲ付近）から同期外れの程度に応じて変化する（下降および上昇を繰り返す）が、その変化の程度は線路故障時の場合に比べて緩やかである。脱調時の電流実効値は、電圧実効値の変化に応じて、脱調前の負荷電流から緩やかに変化する（上昇および下降を繰り返す）。

電圧実効値は時刻ｔ３から時刻ｔ５の間で基準値Ｖ１未満となる。これに対応して、不足電圧要素（ＵＶ１）４０が動作する。一方、電流実効値については、時刻ｔ２において、現時刻までの判定期間Ｔｓ内で検出された電流実効値の最大値Ｉ（ｔ２）ｍａｘ＝Ｉ（ｔ２）ｒｍｓと最小値Ｉ（ｔ２）ｍｉｎ＝Ｉ（ｔ１）ｒｍｓとの差が基準値Ｉｓよりも大きくなる。この結果、時刻ｔ２以降、復帰タイマ７２の出力（すなわち、脱調検出部７３の出力）がＨレベルになる。この脱調検出部７３の出力によって、不足電圧要素（ＵＶ１）４０の出力がロックされるので、不要なヒューズ断線検出を防止することができる。

なお、図１６の時刻ｔ４の場合、判定期間Ｔｓ内の最大値Ｉ（ｔ３）ｒｍｓと最小値Ｉ（ｔ４）ｒｍｓとの差は基準値Ｉｓよりも小さくなっている。このために、一時的に第２の電流変化幅検出要素７１の出力が“０”に戻るので復帰タイマ７２が必要になる。

［効果］
上記のとおり、第３の実施形態の保護リレー装置において、ヒューズ断線検出部７０は、電力系統の故障を検出するための従来の電流変化幅検出要素４１に加えて、脱調時の緩慢な電流増加を検出するための第２の電流変化幅検出要素７１を含む。電流変化幅検出要素４１は、通常、現在の電流瞬時値が数サイクル前（２または３サイクル程度前）の電流瞬時値と比べて、差があることによって異常判定するよう構成される。これに対して、第２の電流変化幅検出要素は、現時点から数１００ｍｓ〜数秒程度前までの判定期間の間で検出された電流実効値の変化幅（最小電流実効値と現電流実効値との差、または最大電流実効値と最小電流実効値との差）が基準値以上である場合に、異常と判定するように構成される。この結果、脱調発生前の負荷電流の実効値と脱調派生後の電圧実効値の低下に伴って増加した電流実効値との差が基準値を超えたことを検出できる。したがって、従来の電流変化幅検出要素４１では検出できなかった緩慢な電流実効値の変化を確実に検出することができるので、脱調時の不要なヒューズ断線検出を防止することができる。

＜第１の変形例＞
図１３の零相過電圧要素３２および零相過電流要素３３に代えて、同様に不平衡要素である逆相過電圧要素および逆相過電流要素をそれぞれ設けてもよい。この場合も、第３の実施形態と同様の効果が得られる。

＜第２の変形例＞
図１７は、図１３のヒューズ断線検出部７０の変形例を示すブロック図である。図１７のヒューズ断線検出部７０Ａは、第１の電流変化幅検出要素４１、復帰タイマ４２、および論理ゲート（ＯＲゲート）４３を含まない点で図１３のヒューズ電線検出部７０と異なる。前述したように、第２の電流変化幅検出要素７１は、脱調だけでなく、電力系統の故障発生も検出できるので、第１の電流変化幅検出要素４１および復帰タイマ４２によって電力系統の故障発生の検出を行わなくてもよい。

図１７の場合、判定部１０２は、論理ゲート３４，３５，４４を含む（すなわち、判定部１０２は、論理ゲート４３を含まない点で図１３の判定部１００と異なる）。論理ゲート４４は、不足電圧要素４０の出力値と、復帰タイマ７２（脱調検出部７３）の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行う。したがって、不足電圧要素４０の出力は、脱調検出部７３の出力によって（すなわち、復帰タイマ７２の復帰時間Ｔｒｅ２の間、第２の電流変化幅検出要素７１の出力によって）ブロックされる。図１７のその他の点は図１３の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

＜第４の実施形態＞
第３の実施形態では、１相および２相のヒューズ断線には零相過電圧要素３２と零相過電流要素３３とを用い、３相のヒューズ断線検出にはある特定相の不足電圧要素４０と、同じ相の第１および第２の電流変化幅検出要素４１、７１とを用いるように構成されていた。これに代えて、３相全てについて、不足電圧要素と第１および第２の電流変化幅検出要素とを用いるようにしてもよい。これによって、図１３の零相過電圧要素３２および零相過電流要素３３を省くことができる。以下、図面を参照して具体的に説明する。

図１８は、第４の実施形態による保護リレー装置においてヒューズ断線検出部の機能的構成を示すブロック図である。

図１８を参照して、ヒューズ断線検出部８０は、特定相の不足電圧要素４０に代えて３相の不足電圧要素６２を含み、特定相の第１の電流変化幅検出要素４１に代えて３相の第１の電流変化幅検出要素６８を含み、特定相の第２の電流変化幅検出要素７１に代えて３相の第２の電流変化幅検出要素８２を含む点で図１３のヒューズ断線検出部７０と異なる。

３相の不足電圧要素６２は、ａ相の不足電圧要素４０ａと、ｂ相の不足電圧要素４０ｂと、ｃ相の不足電圧要素４０ｃと、これらの不足電圧要素４０ａ，４０ｂ，４０ｃのＯＲ演算を行う論理ゲート６１とを含む。３相の電流変化幅検出要素６８は、ａ相、ｂ相およびｃ相の電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、論理ゲート６３とを含む。論理ゲート６３は、電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃの出力のＯＲ演算を行う。同様に、３相の電流変化幅検出要素８２は、ａ相、ｂ相およびｃ相の電流変化幅検出要素７１ａ，７１ｂ，７１ｃと、論理ゲート８１とを含む。論理ゲート８１は、電流変化幅検出要素７１ａ，７１ｂ，７１ｃの出力のＯＲ演算を行う。３相の電流変化幅検出要素８２と復帰タイマ７２とによって脱調検出部８３とが構成される。

図１８のヒューズ断線検出部８０は、さらに、零相過電圧要素３２および零相過電流要素３３を含まない点で図１３のヒューズ断線検出部７０と異なる。図１８の判定部１０１は、論理ゲート３４，３５を含まない点で図１３の判定部１００と異なる。判定部１０１において、論理ゲート４３は、復帰タイマ４２，７２の出力値のＯＲ演算を行う。論理ゲート４４は、論理ゲート６１の出力値と、論理ゲート４３の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行う。論理ゲート４４の出力は、ヒューズ断線検出部８０の出力３６となる。図１８のその他の点は、図１３もしくは図４で説明したものと同様であるので同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

図１８のヒューズ断線検出部８０の動作は、脱調検出部８３の具体的動作を除いて図１２で説明したものと同様である。また、脱調検出部８３を構成する３相の第２の電流変化幅検出要素８２の動作は、図１４および図１５で説明したもと同様である。ただし、ステップＳ４００，Ｓ４１０，Ｓ４２０，Ｓ４２５では、ＣＰＵは、３相の各々について電流実効値を算出してメモリに格納し、さらに最小値（および最大値）を算出する。ステップＳ４３０，Ｓ４３５の判定では、いずれかの相で条件が満足されていれば、ＣＰＵは脱調が生じていると判定する。

以上のように構成された構成されたヒューズ断線検出部８０は、第３の実施形態の場合のヒューズ断線検出部７０と同様の効果を奏する。

＜変形例＞
図１９は、図１８のヒューズ断線検出部８０の変形例を示すブロック図である。図１９のヒューズ断線検出部８０Ａは、３相の第１の電流変化幅検出要素６８、復帰タイマ４２、およびＯＲゲート４３を含まない点で図１８のヒューズ断線検出部８０と異なる。図１７で説明した第３の実施形態の変形例の場合と同様に、第２の電流変化幅検出要素８２は、脱調だけでなく、電力系統の故障発生も検出できるので、第１の電流変化幅検出要素６８および復帰タイマ４２によって電力系統の故障発生の検出を行わなくてよい。

図１９の場合、判定部１０３は、論理ゲート４４を含む（すなわち、判定部１０３は、論理ゲート４３を含まない点で図１８の判定部１０１と異なる）。論理ゲート４４は、不足電圧要素６２の出力値と、復帰タイマ７２（脱調検出部８３）の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行う。したがって、不足電圧要素６２の出力は、脱調検出部８３の出力によって（すなわち、復帰タイマ７２の復帰時間Ｔｒｅ２の間、第２の電流変化幅検出要素８２の出力によって）ブロックされる。図１９のその他の点は図１８の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

＜第５の実施形態＞
第１および第２の実施形態では、ヒューズ断線検出部３０，７０を検出する不足電圧要素は、相電圧を使って保護演算を行っていた。これに対して、第５の実施形態の不足電圧要素は、線間電圧を使って保護演算を行う点が異なる。この理由は以下のとおりである。

保護リレー装置を適用する電力系統が非接地系の場合、１相地絡故障時には、中性点が非接地のため、地絡電流がほとんど流れない。このため、第１および第２の実施形態のヒューズ断線検出部の構成の場合、零相過電圧要素は動作するが、零相過電流要素は動作せず、電流変化幅検出要素も動作しない。この結果、ヒューズの断線と１相地絡故障とが区別できないという問題が生じる。すなわち、第１および第２の実施形態の場合、直接接地および低抵抗接地の電力系統に適用できるが、高抵抗接地および非接地系の電力系統に適用できない。第３および第４の実施形態の場合にも同様の問題がある。そこで、第３の実施形態のヒューズ断線検出部では、非接地系の電力系統にも適用できるように相電圧に代えて線間電圧を適用する。

［ヒューズ断線検出部の機能的構成］
図２０は、第５の実施形態による保護リレーシステムにおいてヒューズ断線検出部９０の機能的構成を示すブロック図である。

図２０のヒューズ断線検出部９０は、ａ相、ｂ相およびｃ相の相電圧にそれぞれ適用される不足電圧要素４０ａ，４０ｂ，４０ｃに代えて、ａ，ｂ相の相間電圧、ｂ，ｃ相の相間電圧、ｃ，ａ相の相間電圧にそれぞれ適用される不足電圧要素９１ａ，９１ｂ，９１ｃを含む点で、図１１のヒューズ断線検出部６０と異なる。不足電圧要素９１ａ，９１ｂ，９１ｃと、これらの不足電圧要素の出力のＯＲ演算を行う論理ゲート６１とによって相間電圧用の第１の不足電圧要素９２（ＵＶＳ１）が構成される。

同様に、図２０のヒューズ断線検出部９０は、ａ相、ｂ相およびｃ相の相電圧にそれぞれ適用される不足電圧要素５１ａ，５１ｂ，５１ｃに代えて、ａ，ｂ相間の相間電圧、ｂ，ｃ相間の相間電圧、ｃ，ａ相間の相間電圧にそれぞれ適用される不足電圧要素９３ａ，９３ｂ，９３ｃを含む点で、図１１のヒューズ断線検出部６０と異なる。不足電圧要素９３ａ，９３ｂ，９３ｃと、これらの不足電圧要素の出力のＯＲ演算を行う論理ゲート６５とによって相間電圧用の第２の不足電圧要素９４（ＵＶＳ２）が構成される。不足電圧要素９４は、脱調検出部９５（図１１の脱調検出部６７に対応する）に含まれる。

第１の不足電圧要素９１ａ，９１ｂ，９１ｃの設定電圧と、第２の不足電圧要素９３ａ，９３ｂ，９３ｃの設定電圧との関係については、図２３で詳しく説明する。図２０のその他の点は図１１の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない場合がある。

なお、ａ，ｂ相間、ｂ，ｃ相間、およびｃ，ａ相間の相間電圧は、ａ相、ｂ相およびｃ相の相電圧から計算によって求めてもよいし、電力系統から直接検出してもよい。図２１は、相間電圧を直接検出する場合において、図１の計器用変圧器２、ヒューズ４、および図２の入力変換ユニット１１の接続を詳細に記載した図である。図２１は図３に対応するものである。

図２１の接続は、計器用変圧器２の１次側の接続がΔ結線になっている点で図３の接続と異なる。すなわち、図２１の計器用変圧器２の接続は、Δ−Ｙ結線となっている。図２１の場合と異なり、計器用変圧器２の接続をΔ−Δ結線としてもよく、この場合には、重力変換ユニット１１の１次側の接続もΔ結線となる。

［ヒューズ断線検出部の動作］
図２２は、図２０のヒューズ断線検出部の概略的な動作を示すフローチャートである。図２２のフローチャートの手順は制御周期ごと（たとえば、電力系統の定格交流入力の電気角の２２．５°または３０°ごと）に繰り返される。

図２０および図２２を参照して、まず、ＣＰＵ（不足電圧要素９２）は、いずれかの線間電圧が不足しているか否か、すなわち、設定電圧以上となっていないかどうかを判定する（ステップＳ５００）。この結果、いずれの線間電圧も不足電圧となっていない場合（ステップＳ５００でＮＯ）、ＣＰＵ（判定部１０１）はヒューズの断線でないと判定して処理を終了する（この場合、線路電圧の低下はない）。

一方、いずれかの線間電圧が不足しているが（ステップＳ５００でＹＥＳ）、どの相の電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃも不動作であり（ステップＳ５１０でＮＯ）、かつ、脱調検出部９５が脱調を検出していない場合（ステップＳ５２０でＮＯ）、ＣＰＵ（判定部１０１）はヒューズの断線であると判定する（ステップＳ５３０）。逆に、いずれかの線間電圧が不足している場合に（ステップＳ５００でＹＥＳ）、いずれかの電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃが動作していたか（ステップＳ５１０でＹＥＳ）、または、脱調検出部９５が脱調を検出していた場合（ステップＳ５２０でＹＥＳ）、ＣＰＵ（判定部１０１）はヒューズの断線でないと判定して処理を終了する。前者の場合はいずれか１相または２相もしくは３相の線路故障であり、後者の場合は電力系統の脱調である。なお上記のステップＳ５１０において電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃが動作した場合、その出力は復帰時間Ｔｒｅの間、維持されている。

図２３は、３相電力系統のベクトル図である。図２３では、相電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃと線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃｄとの関係が示されている。

図２３（Ａ）はＶＴ用のヒューズ４が正常であり、電力系統が正常の場合のベクトル図を示す。

図２３（Ｂ）は非接地系でのａ相地絡故障時のベクトル図を示す。非接地系の場合には、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａは図２３（Ａ）の正常時の場合に比べてあまり変化しない。

図２３（Ｃ）は、接地系でのａ相地絡故障時のベクトル図を示す。接地系の場合には、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｃａの大きさは低下するが、正常時の相電圧の大きさよりも大きい。

図２３（Ｄ）は、非接地系でのａ相のＶＴ用のヒューズ断線時のベクトル図を示す。図３で説明したように電圧信号線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｇの間の寄生容量によって、ｂ相電圧Ｖｂおよびｃ相電圧Ｖｃに依存した電圧がａ相電圧Ｖａとして観測される。この場合、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃの大きさは、ヒューズ断線前の相電圧の大きさよりも小さい。

図２３（Ｅ）は、非接地系でのａ相、ｂ相のＶＴ用のヒューズ断線時のベクトル図を示す。電圧信号線５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｇの間の寄生容量によって、ｃ相電圧Ｖｃに依存した電圧がａ相電圧Ｖａおよびｂ相電圧Ｖｂとして検出される。

したがって、非接地系への適用時には、図２０の第１の不足電圧要素９１ａ，９１ｂ，９１ｃが動作する設定電圧を通常時の線間電圧の７０〜６５％程度（少なくとも６０％）に設定する。これにより、断線時には相電圧に対応した値である線間電圧の約５８％（＝１／√３）にほぼ等しくなるのでそれを検出できるようにする。さらに、第２の不足電圧要素９３ａ，９３ｂ，９３ｃが動作する設定電圧を通常の線間電圧８５〜７５％程度に設定する。１相地絡故障の場合には、線間電圧は正常時の場合とほとんど変わらないので、第１の不足電圧要素９１ａ，９１ｂ，９１ｃおよび第２の不足電圧要素９３ａ，９３ｂ，９３ｃのいずれも動作しない。なお、電力系統の２相地絡故障および短絡故障の場合には故障電流が多く流れるため、電流変化幅検出要素４１ａ，４１ｂ，４１ｃが動作するので、不要にヒューズ断線を判定することはない。

今回開示された各実施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。

１ 線路、２ 電圧変成器、３ 電流変成器、４ ヒューズ、５ 電圧信号線、６ 電流信号線、１０ 保護リレー装置、１１ 入力変換ユニット、１２ 補助変成器、１３ デジタルリレーユニット、１９ ＣＰＵ、２０ ＡＲＭ、２１ ＲＯＭ、３０，６０，７０，８０，９０ ヒューズ断線検出部、３１ 保護演算部、３２ 零相過電圧要素、３３ 零相過電流要素、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，６２ 第１の不足電圧要素（相電圧）、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，６６ 第２の不足電圧要素（相電圧）、９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９２ 第１の不足電圧要素（線間電圧）、９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９４ 第２の不足電圧要素（線間電圧）、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，６４，６８ 第１の電流変化幅検出要素、７１，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，８２ 第２の電流変化幅検出要素、４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，７２ 復帰タイマ、５０，６７，７３，８３，９５ 脱調検出部、５３ 動作タイマ、１００，１０１ 判定部。

Claims (6)

1. 電圧変成器によって検出された電力系統の相電圧または線間電圧の検出値と、電流変成器によって検出された電力系統の相電流の検出値とが入力される入力部と、
   前記相電圧または線間電圧が第１の設定電圧に不足しているか否かを判定する第１のリレー要素と、
   前記相電流に基づいて前記電力系統の短絡故障または地絡故障の有無を判定する第２のリレー要素と、
   予め定められた判定期間における前記相電圧または前記線間電圧の実効値の変化の大きさもしくは前記相電流の実効値の変化の大きさに基づいて脱調の有無を検出する脱調検出部と、
   前記第１のリレー要素が動作した場合に、前記第２のリレー要素が不動作であり、前記脱調検出部が脱調を不検出であれば、前記電圧変成器の２次側に設けられたヒューズが断線していると判定する判定部とを備える、保護リレー装置。
2. 前記脱調検出部は、前記相電圧または前記線間電圧が前記第１の設定電圧よりも大きい第２の設定電圧に不足しているか否かを判定する第３のリレー要素を含み、
   前記脱調検出部は、前記第３のリレー要素が動作してから前記第１のリレー要素が動作するまでの期間が前記判定期間よりも長い場合に脱調と判定する、請求項１に記載の保護リレー装置。
3. 前記脱調検出部は、現時刻から前記判定期間前までの間の複数の時点で電流実効値を算出し、現時刻の電流実効値と前記判定期間内での電流実効値の最小値との差が基準値を超えている場合に脱調と判定する、請求項１に記載の保護リレー装置。
4. 前記脱調検出部は、現時刻から前記判定期間前までの間の複数の時点で電流実効値を算出し、前記判定期間内での電流実効値の最大値と最小値との差が基準値を超えている場合に脱調と判定する、請求項１に記載の保護リレー装置。
5. 前記第１のリレー要素は、前記線間電圧が前記第１の設定電圧に不足しているか否かを判定し、
   前記第３のリレー要素は、前記線間電圧が前記第２の設定電圧に不足しているか否かを判定し、
   前記第１の設定電圧は、前記電力系統の正常時の設定電圧の６０％以上の値に設定される、請求項２に記載の保護リレー装置。
6. 保護リレー装置であって、
   電圧変成器によって検出された電力系統の相電圧または線間電圧の検出値と、電流変成器によって検出された電力系統の相電流の検出値とが入力される入力部と、
   前記相電圧または線間電圧が第１の設定電圧に不足しているか否かを判定する第１のリレー要素と、
   現時刻までの判定期間の間の複数の時点で電流実効値を算出し、現時刻の電流実効値と前記判定期間内での電流実効値の最小値との差、または、前記判定期間内の電流実効値の最大値と最小値との差が基準値を超えているか否かを判定する第２のリレー要素とを備え、
   前記判定期間の長さが前記電力系統で生じる脱調の周期に応じて定められた値であることによって、前記第２のリレー要素は、脱調による電流実効値の変化と、前記電力系統の故障によって生じる前記脱調の場合よりも急峻な電流実効値の変化とのいずれも検出可能であり、
   前記保護リレー装置は、さらに、前記第１のリレー要素が動作した場合に前記第２のリレー要素が不動作であれば、前記電圧変成器の２次側に設けられたヒューズが断線していると判定する判定部を備える、保護リレー装置。

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