JP7408029B1 - 零相電流差動リレーおよび三相変圧器の保護方法 - Google Patents

Abstract

零相電流差動リレー（５）において、第１の領域判定部（６９）は、三相電流と中性点電流との和の実効値である第１の差動量（ＩＤ）、および三相電流の和の実効値と中性点電流の実効値とのスカラー和である第１の抑制量（ＩＲ１）に基づいて、内部故障を判定する。外部故障判定部（７３）は、電流変化量が第１の閾値（ｋ２）を超え、かつ三相電流の各瞬時値と中性点電流の瞬時値との和の絶対値である第２の差動量（Ｉｄ）、および三相電流の各々の瞬時値の絶対値と中性点電流の瞬時値の絶対値とのうちの最大値である第２の抑制量（Ｉｒ）が、比率差動リレー方式の外部領域にある場合に外部故障と判定する。零相電流差動リレー（５）は、第１の領域判定部（６９）が内部故障と判定しかつ外部故障判定部（７３）が外部故障と判定しない場合に、三相変圧器（ＴＸ）を保護するためのトリップ信号を出力する。

Description

本開示は、零相電流差動リレーおよび三相変圧器の保護方法に関する。

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。

たとえば、変圧器のＹ巻線を保護する地絡保護リレー（ＲＥＦリレー（Restricted Earth Fault Relay）とも称する）では、Ｙ巻線を取り囲む３相のＣＴ電流と中性点ＣＴ電流とに基づいて差動量と抑制量とが演算される。そして、算出された差動量と抑制量とがリレーの動作域に入るか否かを判定することによって、内部故障か否かが判定される。

ここで、故障時の故障電流によって３相のいずれかの相のＣＴが飽和すると、零相電流が零にならないので、上記の動作判定に誤りが生じる場合がある。そこで、ＣＴ飽和による零相電流差動リレーの誤動作を防止するための技術が種々提案されている。

たとえば、特開２０１９－０３００７３号公報（特許文献１）に開示された零相電流差動リレーでは、差動量および抑制量が動作域に入るか否かの動作域判定に加えて、零相電流に対する中性点電流の位相が同位相を含む一定の位相範囲にあるか否かの位相判定が行われる。

また、特許第６９３５０４４号公報（特許文献２）に開示された零相電流差動リレーでは、現時点の電流データから現時点よりも整数サイクル（たとえば、２サイクル）前の電流データを減算することにより、負荷電流の影響を取り除いた純故障電流が算出される。そして、現時点の電流データに基づく差動量と上記の純故障電流に基づくいわゆる最大値抑制方式による抑制量とが動作域に入るか否かが判定される。

特開２０１９－０３００７３号公報 特許第６９３５０４４号公報

このように、従来の零相電流差動リレーでは、故障電流によって生じるＣＴ飽和に起因した誤動作を防止するための手法が種々提案されてきた。しかしながら、内部故障を高感度に検出するとともにＣＴ飽和に起因した誤動作を確実に防止するという点で、いずれの従来技術もまだ十分とは言えない。

たとえば、上記の特開２０１９－０３００７３号公報（特許文献１）に記載されている位相判定を実行するには、零相電流と中性点電流とが共に一定値以上流れていることが必要である。ところが、変圧器の電源側の内部地絡故障の場合に、中性点電流が極めて小さくなるために位相判定が困難になる場合がある。

具体的に、変圧器の電源側の内部地絡故障では、故障点に流れる電流は、地面を通って電源に流れる電流と、地面を通って中性点から三相巻線に流れる電流に分流する。後者の三相巻線に流れる電流は、故障相については故障点に流れ、健全相については電源に流れる。ここで、故障点から地面を通って電源に向かう零相電流の大きさと、故障点から中性点を経由して電源に向かう中性点電流の大きさとの比は、故障点から電源までの零相インピーダンスと、故障点から中性点、変圧器の巻線、線路を経由して電源までに至るインピーダンスとの比で決まる。変圧器の巻線のインピーダンスはかなり大きいので、中性点電流は零相電流に比べてかなり小さくなってしまい、位相判定が困難になる。

なお、上記のように中性点電流が小さい場合に、強制的に位相判定条件が満たされているとすることは望ましくない。たとえば、外部三相短絡故障の場合において、いずれかの相でＣＴ飽和が生じると零相電流が生じるが、中性点電流は流れないからである。この結果、零相電流差動リレーが誤動作する可能性がある。

また、上記の特許第６９３５０４４号公報（特許文献２）に記載されているように整数サイクル前の電流データを利用する場合には、系統周波数が定格周波数からずれている場合に誤差が生じる。このため、系統周波数のずれ量に応じて電流データを補正する必要があるが、故障が生じる前の負荷電流の大きさが小さい場合には、高精度に周波数を計測することも容易ではなく、誤差が生じやすいという欠点がある。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部故障を高感度に検出するとともにＣＴ飽和に起因した誤動作を確実に防止する零相電流差動リレーを提供することである。

一実施形態において、Ｙ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が提供される。Ｙ巻線の中性点に向かう方向の三相電流および中性点電流は、互いに同極性と定義される。零相電流差動リレーは、第１の領域判定部と、第２の領域判定部と、電流変化検出部と、外部故障判定部とを備える。第１の領域判定部は、三相電流と中性点電流との和の実効値である第１の差動量、および三相電流の和の実効値と中性点電流の実効値とのスカラー和である第１の抑制量が、比率差動リレー方式の第１の動作領域にある場合に内部故障と判定する。第２の領域判定部は、上記第１の差動量、および三相電流の各々の実効値と中性点電流の実効値とのうちの最大値である第２の抑制量が、比率差動リレー方式の第２の動作領域にある場合に内部故障と判定する。電流変化検出部は、三相電流の各々ごとに半周期または１周期の間の電流変化量が第１の閾値を超えているか否かを判定する。外部故障判定部は、電流変化量が第１の閾値を超え、かつ三相電流の各瞬時値と中性点電流の瞬時値との和の絶対値である第２の差動量、および三相電流の各々の瞬時値の絶対値と中性点電流の瞬時値の絶対値とのうちの最大値である第３の抑制量が、比率差動リレー方式の外部領域にある場合に外部故障と判定する。零相電流差動リレーは、第１の領域判定部が内部故障と判定しかつ外部故障判定部が外部故障と判定しない場合、または第２の領域判定部が内部故障と判定した場合に、三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力する。

上記実施形態の零相電流差動リレーは、第１の領域判定部が内部故障と判定しかつ外部故障判定部が外部故障と判定しない場合、または第２の領域判定部が内部故障と判定した場合に、三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力するので、内部故障を高感度に検出するとともにＣＴ飽和に起因した誤動作を確実に防止できる。

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。 図１の零相電流差動リレーのハードウェア構成例を示すブロック図である。 零相電流差動リレーの機能的構成を示すブロック図である。 動作判定部の詳細な構成例を示すブロック図である。 図４の第１領域判定部の動作領域を示す図である。 図４の第２領域判定部の動作領域を示す図である。 図４の外部故障判定部の構成例を示すブロック図である。 図７の電流変化検出部の構成例を示すブロック図である。 図７の外部領域判定部によって判定される外部領域を示す図である。 図４のＣＴ飽和検出部の構成例を示すブロック図である。 第１の具体例（比較的小さい故障電流の内部ａ相地絡故障の場合）において、図４の第１領域判定部の動作を説明するための図である。 第１の具体例において、図４の第２領域判定部の動作を説明するための図である。 第１の具体例において、図７の外部領域判定部の動作を説明するための図である。 第１の具体例において、図４の動作判定部および図７の外部故障判定部における各部の波形を示すタイミング図である。 第２の具体例（外部三相短絡故障によってａ相ＣＴが飽和した場合）において、図４の第１領域判定部の動作を説明するための図である。 第２の具体例において、図４の第２領域判定部の動作を説明するための図である。 第２の具体例において、図７の外部領域判定部の動作を説明するための図である。 第２の具体例において、図４の動作判定部および図７の外部故障判定部における各部の波形を示すタイミング図である。 実施の形態２の零相電流差動リレーにおいて、動作判定部の構成例を示すブロック図である。 図１９の第２領域判定部の第２および第３の動作領域を示す図である。 実施の形態３の零相電流差動リレーにおいて、動作判定部の構成例を示すブロック図である。 図２１の地絡故障検出部の動作を説明する図である。

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、その説明を繰り返さない。

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５とその保護対象である三相変圧器ＴＸとを含む全体構成図である。

図１を参照して、零相電流差動リレー５は、１次側巻線３がＹ巻線であり２次側巻線４がΔ巻線であるＹ－Δ結線方式の三相変圧器ＴＸにおいて、１次側巻線３（Ｙ巻線）を保護する。三相変圧器ＴＸの１次側の送電線１に電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃがそれぞれ設けられる。さらに、三相変圧器ＴＸの１次側巻線３の中性点６と接地極ＧＮＤとを接続する接地線７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、ｂ相電流、ｃ相電流がそれぞれ検出され、電流変成器ＣＴＮによって中性点電流が検出される。電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃからそれぞれ出力されたａ相電流信号Ｉａ、ｂ相電流信号Ｉｂ、およびｃ相電流信号Ｉｃ、ならびに電流変成器ＣＴＮから出力された中性点電流信号ＩＮが、零相電流差動リレー５に取り込まれる。電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮの極性は、ａ相電流、ｂ相電流、ｃ相電流、および中性点電流が中性点６に向かって流れる場合に、それぞれ対応するａ相電流信号Ｉａ、ｂ相電流信号Ｉｂ、ｃ相電流信号Ｉｃ、および中性点電流信号ＩＮが同符号に（たとえば、正に）なるように定められる。

図１の場合と異なり、１次側巻線３がΔ巻線であり２次側巻線４がＹ巻線の場合には、２次側に電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮと零相電流差動リレー５とが設けられる。１次側巻線３がＹ巻線であり、２次側巻線４がＹ巻線であるＹ－Ｙ結線方式の場合には、１次側および２次側の両方に、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮと零相電流差動リレー５とが設けられる。

［零相電流差動リレーのハードウェア構成例］
図２は、図１の零相電流差動リレー５のハードウェア構成例を示すブロック図である。図２を参照して、零相電流差動リレー５は、いわゆるデジタルリレーと同様の構成を有している。具体的に、零相電流差動リレー５は、入力変換部１０と、Ａ／Ｄ変換部２０と、演算処理部３０と、Ｉ／Ｏ（Input and Output）部４０とを備える。

入力変換部１０は、各入力チャンネルごとに補助変成器１１＿１，１１＿２，…を備える。入力変換部１０は、図１の電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮからそれぞれ出力されたａ相電流信号Ｉａ、ｂ相電流信号Ｉｂ、ｃ相電流信号Ｉｃ、および中性点電流信号ＩＮを、４個の補助変成器１１を介して個別に取り込む。各補助変成器１１は、これらの入力信号をＡ／Ｄ変換部２０および演算処理部３０での信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。

以下の説明において簡単のために、ａ相電流信号Ｉａ、ｂ相電流信号Ｉｂ、ｃ相電流信号Ｉｃ、および中性点電流信号ＩＮを、それぞれ単にａ相電流Ｉａ、ｂ相電流Ｉｂ、ｃ相電流Ｉｃ、および中性点電流ＩＮとも記載する。また、ａ相電流Ｉａ、ｂ相電流Ｉｂ、およびｃ相電流Ｉｃを総称して、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃとも記載する。

Ａ／Ｄ変換部２０は、アナログフィルタ（ＡＦ：Analog Filter）２１＿１，２１＿２，…と、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ：Sample Hold Circuit）２２＿１，２２＿２，…と、マルチプレクサ（ＭＰＸ：Multiplexer）２３と、Ａ／Ｄ変換器２４とを含む。アナログフィルタ２１およびサンプルホールド回路２２は、入力変換部１０のチャンネルごとに設けられる。

各アナログフィルタ２１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またはバンドパスフィルタである。各サンプルホールド回路２２は、対応のアナログフィルタ２１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。マルチプレクサ２３は、サンプルホールド回路２２＿１，２２＿２，…に保持された電圧信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器２４は、マルチプレクサ２３によって選択された信号をデジタル値に変換する。

なお、本開示では、上記の各回路要素のうち、アナログ信号処理に関係する部分を入力回路１５とも称する。

演算処理部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３３と、これらを接続するバス３４とを含む。ＣＰＵ３１は、プログラムに従って動作することにより、零相電流差動リレー５の全体の動作を制御する。ＲＡＭ３２およびＲＯＭ３３は、ＣＰＵ３１の主記憶として用いられる。ＲＯＭ３３の記憶媒体として、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）およびフラッシュメモリなどの電気的に書き換え可能な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できる。

Ｉ／Ｏ部４０は、デジタル入力（Ｄ／Ｉ：Digital Input）回路４１と、デジタル出力（Ｄ／Ｏ：Digital Output）回路４２とを含む。デジタル入力回路４１およびデジタル出力回路４２は、ＣＰＵ３１と外部装置との間でデジタル信号の入出力を行う際のインターフェース回路である。たとえば、デジタル出力回路４２は、ＣＰＵ３１の指令に従ってリレー出力４３（トリップ信号）を、関係する遮断器に出力する。

なお、演算処理部３０の機能の少なくとも一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの電子回路として実現されていてもよいし、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、およびＦＰＧＡのうち２つ以上を組み合わせて実現されてもよい。本開示では、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、およびＦＰＧＡなどを総称してプロセッサと称する。

［演算処理部の機能的構成］
図３は、零相電流差動リレー５の機能的構成を示すブロック図である。図３を参照して、零相電流差動リレー５は、入力回路１５と、Ａ／Ｄ変換器２４と、零相電流演算部５０と、動作判定部５１と、シーケンスブロック５２と、Ｄ／Ｏ回路４２とを備える。零相電流演算部５０、動作判定部５１、およびシーケンスブロック５２は、図２の演算処理部３０に対応している。

図２を参照して説明したように、入力回路１５に取り込まれた三相電流信号Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流信号ＩＮは、Ａ／Ｄ変換器２４によってデジタル値の時系列データに変換される。

零相電流演算部５０は、ａ相電流信号Ｉａ、ｂ相電流信号Ｉｂ、およびｃ相電流信号Ｉｃの各瞬時値を加算することにより、零相電流の３倍を表す信号を演算する。本開示では、簡単のために、零相電流信号Ｉ０の３倍（すなわち、３×Ｉ０）を単に零相電流信号３・Ｉ０もしくは零相電流３・Ｉ０とも記載する。

動作判定部５１は、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ、零相電流３・Ｉ０、および中性点電流ＩＮの各々の時系列データに基づいて、三相変圧器ＴＸにおいて内部故障が生じているか否か、すなわち、保護リレーを動作させるか否かを判定する。動作判定部５１の詳細な構成については、次図４を参照して後述する。

シーケンスブロック５２は、動作判定部５１によって内部故障が生じていると判定された場合に、デジタル出力回路４２を介して、遮断器を開放するためのリレー出力４３を出力する。

なお、シーケンスブロック５２は、複数の保護リレー要素を含むデジタル保護リレーにおいて、複数の保護リレー要素の動作判定結果に基づいて最終的なリレー出力４３を生成するために設けられている。たとえば、シーケンスブロック５２は、複数の保護リレー要素の動作判定結果を用いて論理演算を行うことにより、リレー出力４３を生成する。本実施形態の零相電流差動リレー５は、複数の保護リレー要素の１つである。さらに、シーケンスブロック５２は、複数の保護リレー要素の動作判定結果に加えてデジタル入力回路４１を介して入力された信号に基づいてリレー出力４３を生成してもよい。また、シーケンスブロック５２は、ユーザによって設定可能な動作タイマおよび復帰タイマを備えていてもよい。この場合、復帰タイマは手動復帰に設定することもできる。

［動作判定部の詳細な構成］
図４は、動作判定部５１の詳細な構成例を示すブロック図である。図４を参照して、動作判定部５１は、デジタルフィルタ（ＤＦ）５４～５８と、加算部６０，６７と、実効値演算部６１～６６と、最大値判定部６８と、第１領域判定部６９と、第２領域判定部７０と、タイマ７１，７２と、外部故障判定部７３と、ＣＴ飽和検出部７６と、論理積演算部７４，７７と、論理和演算部７５とを含む。

デジタルフィルタ５４～５８は、それぞれ零相電流３・Ｉ０、中性点電流ＩＮ、ａ相電流Ｉａ、ｂ相電流Ｉｂ、ｃ相電流Ｉｃに対して、電力系統の基本波成分を取り出すフィルタ処理を行う。

加算部６０は、デジタルフィルタ５４を通過した零相電流３・Ｉ０の時系列データと、デジタルフィルタ５５を通過した中性点電流ＩＮの時系列データとを加算する。具体的には、各時刻ｔにおける零相電流３・Ｉ０（ｔ）と、それぞれ同じ時刻ｔにおけるＩＮ（ｔ）とを加算することにより、いわゆるベクトル和が計算される。

実効値演算部６１は、上記の加算部６０の加算結果（すなわち、零相電流３・Ｉ０と中性点電流ＩＮとの和）に対して実効値を演算する。これにより、第１領域判定部６９および第２領域判定部７０で用いられる差動量ＩＤ（第１の差動量とも称する）、すなわち、
ＩＤ＝｜３・Ｉ０（ｔ）＋ＩＮ（ｔ）｜ｒ …(1)
が算出される。本開示において、｜Ａ（ｔ）｜ｒは、時系列データＡ（ｔ）の実効値を表す。

実効値演算部６２～６６は、デジタルフィルタ５４～５８をそれぞれ通過した零相電流３・Ｉ０、中性点電流ＩＮ、ａ相電流Ｉａ、ｂ相電流Ｉｂ、ｃ相電流Ｉｃの実効値をそれぞれ演算する。なお、本開示において、全ての実効値演算部６１～６６を、振幅値を演算する振幅値演算部に変更しても構わない。

加算部６７は、零相電流３・Ｉ０の実効値と中性点電流ＩＮの実効値との和（すなわち、スカラー和）を演算する。これにより、第１領域判定部６９で用いられる抑制量ＩＲ１（第１の抑制量とも称する）、すなわち、
ＩＲ１＝｜３・Ｉ０（ｔ）｜ｒ＋｜ＩＮ（ｔ）｜ｒ …(2)
が算出される。

第１領域判定部６９は、零相電流３・Ｉ０および中性点電流ＩＮを用いる上式（１）の差動量ＩＤと上式（２）の抑制量ＩＲ１とに基づいて、比率差動電流リレー方式で動作判定を行う。具体的には、第１領域判定部６９は、Ｋ１およびＰ１を定数として、
ＩＤ≧Ｋ１ …(3A)
ＩＤ≧Ｐ１×ＩＲ１…(3B)
を両方とも満たす場合を内部故障（すなわち、電流変成器ＣＴで囲まれた領域内での故障）と判定する。

図５は、図４の第１領域判定部６９の動作領域を示す図である。図５に示すように、直線Ｌ１：ＩＤ＝Ｋ１および直線Ｌ２：ＩＤ＝Ｐ１×ＩＲ１を境界線として、直線Ｌ１，Ｌ２の両方に対して上側の領域が第１領域判定部６９の動作領域（第１の動作領域とも称する）である。

第１領域判定部６９の特徴は、上式（２）に示すように零相電流３・Ｉ０と中性点電流ＩＮとの各実効値（または振幅値）の和によって抑制量ＩＲ１を演算するスカラー和抑制方式である点にある。零相電流３・Ｉ０および中性点電流ＩＮは負荷電流の影響を受けないため、抑制量ＩＲ１は地絡故障時に発生する地絡電流のみに依存する。これにより、第１領域判定部６９は、内部地絡故障の発生を高感度に検出することができる。しかし、外部短絡故障においてＣＴ飽和が発生したときには、地絡電流が発生せずＣＴ飽和で波形が減少した分だけの値が差動量および抑制量になる。このため、リレー内部のフィルタなどの影響により、ＣＴ飽和がある程度減衰するまでの間、動作量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１が第１領域判定部６９の動作領域に入ったままになる可能性がある。このように、第１領域判定部６９には、誤動作しやすいという欠点がある。そこで、後述するように、ＣＴ飽和が発生するよりも早いタイミングで外部故障の発生を検出可能な外部故障判定部７３が設けられる。外部故障判定部７３によって外部故障と判定された場合には、第１領域判定部６９の動作がロックされる。これによって、ＣＴ飽和による第１領域判定部６９の誤動作の影響を防止できる。

図４に戻って、最大値判定部６８は、中性点電流ＩＮ、ａ相電流Ｉａ、ｂ相電流Ｉｂ、およびｃ相電流Ｉｃの４入力のそれぞれの実効値のうちで最大値を判定し、判定した最大値を抑制量ＩＲ２（第２の抑制量とも称する）として出力する。すなわち、抑制量ＩＲ２は、複数の引数のうち最大を返す関数をｍａｘ（）として、
IR2＝max(|Ia(t)|r，|Ib(t)|r，|Ic(t)|r，|IN(t)|r) …(4)
で表される。

第２領域判定部７０は、上式（１）の差動量ＩＤと上式（４）の抑制量ＩＲ２とに基づいて、比率差動電流リレー方式で動作判定を行う。Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝３・Ｉ０であるので、上式（１）で示される差動量は、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮの和によって生成される時系列データの実効値に等しい。より詳細には、第２領域判定部７０は、Ｋ１およびＰ２を定数として、
ＩＤ≧Ｋ１ …(5A)
ＩＤ≧Ｐ２×ＩＲ２…(5B)
を両方とも満たす場合を内部故障と判定する。

図６は、図４の第２領域判定部７０の動作領域を示す図である。図６に示すように、直線Ｌ１：ＩＤ＝Ｋ１および直線Ｌ３：ＩＤ＝Ｐ２×ＩＲ２を境界線として、直線Ｌ１，Ｌ３の両方に対して上側の領域が第２領域判定部７０の動作領域（第２の動作領域とも称する）である。

第２領域判定部７０の特徴は、上式（４）に示すように各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮの各実効値（または振幅値）の最大値によって抑制量ＩＲ２を決定する最大値抑制方式である点にある。第１領域判定部６９では、抑制量ＩＲ１に零相電流３・Ｉ０と中性点電流ＩＮを用いるため負荷電流の影響を受けないが、第２領域判定部７０ではａ相電流Ｉａ、ｂ相電流Ｉｂ、ｃ相電流Ｉｃに抑制量ＩＲ２を用いるため、負荷電流が大きい場合に抑制量ＩＲ２が大きくなる。このため、内部地絡故障時の第２領域判定部７０の検出感度は第１領域判定部６９の検出感度に劣る。

一方、外部短絡故障においてＣＴ飽和が発生した場合において１相のみＣＴ飽和が発生したときに、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２が動作領域に入る場合がある。しかし、この場合には、ＣＴ飽和していない故障相の電流が抑制量ＩＲ２に用いられるため抑制量ＩＲ２が大きくなる。そのため、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、ＣＴ飽和が厳しい間は動作領域内外を往復するが、ＣＴ飽和が収束するよりも早いタイミングで完全に動作領域から出ることができる。したがって、第２領域判定部７０は、比較的誤動作しにくい利点を有している。

そこで、本実施形態の零相電流差動リレー５では、第１領域判定部６９の判定結果と第２領域判定部７０の判定結果とを組み合わせることにより、高感度であるとともにＣＴ飽和の発生時に誤動作し難い零相電流差動リレーを提供できる。

図４に戻って、タイマ７１は、第１領域判定部６９の判定結果を表す信号Ａ１に対して、動作タイマ（オンディレイタイマとも称する）および復帰タイマ（オフディレイタイマとも称する）として機能する。同様に、タイマ７２は、第２領域判定部７０の判定結果を表す信号Ａ２に対して動作タイマおよび復帰タイマとして機能する。

動作タイマおよび復帰タイマの動作について具体的に説明する。第１領域判定部６９から出力された信号Ａ１が、リレーの動作状態を表すオン状態（活性状態とも称する）になってから動作時間Ｔ１の経過後にタイマ７１の出力がオン状態に切り替わる。信号Ａ１がオン状態に切り替わってから動作時間Ｔ１の間、オン状態が継続しなかった場合には、タイマ７１の出力はオフ状態のまま維持される。したがって、動作タイマ７１は、第１領域判定部６９の出力信号Ａ１の活性状態がＴ１時間継続した場合に、動作タイマ７１の出力信号を活性状態に切り替えることにより内部故障と判定している。

一方、信号Ａ１がリレーの非動作状態を表すオフ状態（非活性状態とも称する）に切り替わってから復帰時間Ｔ２の経過後にタイマ７１の出力がオフ状態に切り替わる。信号Ａ１のオフ状態に切り替わってから復帰時間Ｔ２の間、オフ状態が継続しなかった場合には、タイマ７１の出力はオン状態のまま維持される。他のタイマの動作時間および復帰時間も同様である。

タイマ７１の動作時間Ｔ１は、内部故障を瞬時に検出できるように比較的短い時間（電力系統の１サイクルの電気角３６０°に対して３０°以上かつ９０°以下程度）に設定される。たとえば、動作時間Ｔ１として電気角６０°が選択される。一方、タイマ７２の動作時間Ｔ３は、外部故障時にＣＴ飽和が発生しても誤動作しないようにＣＴ飽和中に差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２が動作領域内に入る時間を考慮して設定される。ＣＴ飽和が収束するまでの時間は、ＣＴの飽和電圧、故障電流の大きさ、故障電流に含まれる直流成分などに依存する。ＣＴ飽和中には、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、第２領域判定部７０の動作領域内に入ったり動作領域内から出たりするが、ＣＴ飽和の緩和に伴って次第に動作領域外に落ち着く。前述の式（５Ｂ）の定数Ｐ２を適切に設定すれば、故障発生から１サイクル程度経過するとほとんどの場合で差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は動作領域外に位置し、故障発生から２サイクルを超えて差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２が動作領域に入ることはない。したがって、タイマ７２の動作時間Ｔ３として、１サイクル以上かつ３サイクル以下程度であればよく、たとえばマージンをとって２サイクルが選択される。タイマ７１，７２の復帰時間Ｔ２，Ｔ４は、故障消失後にある程度の遅延時間をもって復帰できれはよいので、たとえば、復帰時間Ｔ２，Ｔ４として電力系統の１サイクル以上かつ６サイクル以下程度が選択される。

外部故障判定部７３は、零相電流３・Ｉ０、中性点電流ＩＮ、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの各瞬時値に基づいて、ＣＴ飽和が発生するよりも早いタイミングで外部故障が生じているか否かを判定する。外部故障判定部７３は、判定結果を示す信号Ｂ３を論理積演算部７４に出力する。外部故障が生じていると判定された場合に信号Ｂ３は活性状態（オン状態）になり、外部故障が生じていないと判定された場合（すなわち、通常の負荷電流または内部故障の場合）に信号Ｂ３は非活性状態（オフ状態）になる。外部故障判定部７３の詳細については、図７～図９を参照して後述する。

論理積演算部７４は、第１領域判定部６９の判定結果を表す信号Ａ１に対してタイマ７１による遅延処理が施された信号と、外部故障判定部７３の判定結果を表す信号Ｂ３の論理を反転させた信号との論理積を演算する。したがって、外部故障判定部７３の出力信号Ｂ３が活性状態（オン状態）の場合には、論理積演算部７４の出力は非活性状態（オフ状態）になる。この場合、第１領域判定部６９の判定結果を表す信号Ａ１の出力がロックされる。

論理和演算部７５は、上記の論理積演算部７４の出力信号と、第２領域判定部７０の判定結果を表す信号Ａ２に対してタイマ７２による遅延処理が施された信号との論理和を演算し、演算結果を表す信号Ａ３を出力する。したがって、第１領域判定部６９によって内部故障と判定され、かつ、動作時間Ｔ１が経過し、かつ、外部故障判定部７３によって外部故障と判定されていない場合には、論理和演算部７５の出力信号Ａ３は活性状態（オン状態）になる。もしくは、第２領域判定部７０によって内部故障と判定され、かつ、動作時間Ｔ３が経過した場合にも、論理和演算部７５の出力信号Ａ３は活性状態（オン状態）になる。このように、第１領域判定部６９の判定結果と第２領域判定部７０の判定結果とを組み合わせることにより、高感度であるとともにＣＴ飽和の発生時に誤動作し難い零相電流差動リレーを提供できる。

論理和演算部７５に後続するＣＴ飽和検出部７６および論理積演算部７７は、動作判定部５１に必ずしも備えられていなくてよい。すなわち、上記の信号Ａ３を動作判定部５１の判定結果として出力したしても、内部故障を高感度に検出するとともにＣＴ飽和に起因した誤動作を防止できる。ただし、さらに誤動作の可能性を低減するためにＣＴ飽和検出部７６および論理積演算部７７を設けてもよい。

ＣＴ飽和検出部７６は、実効値演算部６３～６６から出力された中性点電流ＩＮおよび三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃのそれぞれの実効値ＩＮ＿ｒｍｓ，Ｉａ＿ｒｍｓ，Ｉｂ＿ｒｍｓ，Ｉｃ＿ｒｍｓが、実際にＣＴ飽和が発生し得る電流レベルに達しているか否かを判定する。ＣＴ飽和検出部７６は、中性点電流ＩＮおよび三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃのうちの少なくとも１つが判定値以上の場合に、出力信号Ｃ１を活性状態にする。ＣＴ飽和検出部７６の詳細については、図１０を参照して後述する。

論理積演算部７７は、前述の論理和演算部７５から出力された信号Ａ３と、ＣＴ飽和検出部７６の出力信号Ｃ１の論理を反転させた信号との論理積を演算する。したがって、ＣＴ飽和検出部７６の出力信号Ｃ１が活性状態の場合には、論理積演算部７７の出力信号は非活性状態になる。この場合、論理和演算部７５の出力がロックされ、動作判定部５１の判定結果は非動作になる。

［外部故障判定部７３の構成例］
図７は、図４の外部故障判定部７３の構成例を示すブロック図である。図７を参照して、外部故障判定部７３は、電流変化検出部８０と、加算部８１と、絶対値演算部８２～８６と、最大値判定部８７と、外部領域判定部８８と、論理積演算部８９と、タイマ９０とを含む。

電流変化検出部８０は、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃのうちいずれか少なくとも１つの相電流の変化量が、故障の発生により閾値を超えていることに基づいて、故障発生を検出する。電流変化検出部８０は、故障発生を検出した場合には、αサイクルの間オン状態となるワンショットパルス信号Ｂ１を出力する。αは、たとえば１（サイクル）である。

図８は、図７の電流変化検出部８０の構成例を示すブロック図である。図８を参照して、電流変化検出部８０は、電流変化演算部９１～９３と、加算部９４と、比較部９５、ワンショットタイマ９６とを含む。

電流変化演算部９１は、現時点のａ相電流の瞬時値Ｉａ（ｔ）と、現時点よりも０．５サイクル前のａ相電流の瞬時値Ｉａ（ｔ－０．５サイクル）との和の絶対値を、ａ相電流変化量ΔＩａとして演算する。電流変化演算部９２は、現時点のｂ相電流の瞬時値Ｉｂ（ｔ）と、現時点よりも０．５サイクル前のｂ相電流の瞬時値Ｉｂ（ｔ－０．５サイクル）との和の絶対値を、ｂ相電流変化量ΔＩｂとして演算する。電流変化演算部９３は、現時点のｃ相電流の瞬時値Ｉｃ（ｔ）と、現時点よりも０．５サイクル前のｃ相電流の瞬時値Ｉｃ（ｔ－０．５サイクル）との和の絶対値を、ｃ相電流変化量ΔＩｃとして演算する。すなわち、
ΔＩａ＝｜Ｉａ（ｔ）＋Ｉａ（ｔ－０．５サイクル）｜ …(6A)
ΔＩｂ＝｜Ｉｂ（ｔ）＋Ｉｂ（ｔ－０．５サイクル）｜ …(6B)
ΔＩｃ＝｜Ｉｃ（ｔ）＋Ｉｃ（ｔ－０．５サイクル）｜ …(6C)
のように表される。ここで、｜Ａ｜は、Ａの絶対値を表す。

ａ相電流、ｂ相電流、ｃ相電流の各々が定常状態の場合には、ａ相電流変化量ΔＩａ、ｂ相電流変化量ΔＩｂ、ｃ相電流変化量ΔＩｃは、ほぼ０である。上記に代えて、現時点のａ相電流瞬時値から現時点よりも１サイクル前のａ相電流瞬時値を引いた値の絶対値をａ相電流変化量としてもよい。ｂ相電流変化量およびｃ相電流変化量についても同様である。

加算部９４は、ａ相電流変化量ΔＩａとｂ相電流変化量ΔＩｂとｃ相電流変化量ΔＩｃとの和を演算し、演算結果を電流変化量ΔＩとして出力する。

比較部９５は、電流変化量ΔＩと閾値ｋ２（第１の閾値とも称する）とを比較し、電流変化量ΔＩが閾値ｋ２を超えている場合には、出力信号を活性化する。

ワンショットタイマ９６は、比較部９５の出力が活性状態（オン状態）となってから、αサイクルの間だけオン状態となるワンショットパルスを生成し、生成したワンショットパルスを電流変化検出信号Ｂ１として出力する。ワンショットタイマ９６のオン時間は、後述するタイマ９０の動作時間Ｔ５（一例として電気角３０°）に対してマージンを取って、たとえば、１サイクル（α＝１）に設定される。

図７に戻って、加算部８１は、中性点電流ＩＮの瞬時値と零相電流３・Ｉ０の瞬時値（すなわち、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値の和）とを加算する。絶対値演算部８２は、上記の加算部８１の加算結果（すなわち、中性点電流ＩＮと零相電流３・Ｉ０との和）の絶対値を演算する。これにより、外部領域判定部８８で用いられる差動量Ｉｄ（ｔ）（第２の差動量とも称する），すなわち、
Ｉｄ（ｔ）＝｜Ｉａ（ｔ）＋Ｉｂ（ｔ）＋Ｉｃ（ｔ）＋ＩＮ（ｔ）｜ …(7)
が算出される。

絶対値演算部８３～８６は、中性点電流ＩＮ、ｃ相電流Ｉｃ、ｂ相電流Ｉｂ、およびａ相電流のそれぞれの瞬時値の絶対値を演算する。最大値判定部８７は、中性点電流ＩＮ、ｃ相電流Ｉｃ、ｂ相電流Ｉｂ、およびａ相電流のそれぞれの瞬時値の絶対値のうち、最大値を判定し、判定した最大値を外部領域判定部８８で用いる抑制量Ｉｒ（第３の抑制量とも称する）として出力する。最大値関数ｍａｘ（）を用いて、抑制量Ｉｒ（ｔ）は、
Ir(t)＝max(|Ia(t)|，|Ib(t)|，|Ic(t)|，|IN(t)|) …(8)
で表される。

外部領域判定部８８は、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮの各瞬時値を用いる上式（７）の差動量Ｉｄと上式（８）の抑制量Ｉｒとに基づいて、比率差動電流リレー方式で、現時点の差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒが、外部領域にあるか否かを判定する。具体的には、外部領域判定部８８は、ｋ１およびｐ１を定数として、
Ｉｒ≧ｋ１ …(9A)
Ｉｄ≦ｐ１×Ｉｒ …(9B)
を両方とも満たされる場合を外部領域と判定する。

図９は、図７の外部領域判定部８８によって判定される外部領域を示す図である。図９に示すように、直線Ｌ４：Ｉｄ＝ｐ１×Ｉｒおよび直線Ｌ５：Ｉｒ＝ｋ１を境界線として、直線Ｌ４よりも下側の領域と直線Ｌ５よりも右側の領域との共通領域が、外部領域である。外部領域には、通常の負荷電流の場合も含まれている。

以上の外部領域判定部８８の構成によれば、外部領域の判定には三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮの各瞬時値の絶対値がそのまま用いられており、フィルタ処理および実効値の演算などは行われない。したがって、故障時にはＣＴ飽和が発生する前に高速に判定できる。このため、外部故障によってＣＴ飽和が発生したために、前述の第１領域判定部６９では不要動作が避けられない場合であっても、正確に外部故障と判定できる。

なお、より好ましい形態として、現時点の差動量Ｉｒ（ｔ）および抑制量Ｉｄ（ｔ）と、現時点よりも数サンプリング周期前の差動量Ｉｒ（ｔ－Δ）および抑制量Ｉｄ（ｔ－Δ）とのうちの大きいほうを、現時点の最終的な差動量Ｉｒ（ｔ）および抑制量Ｉｄ（ｔ）としたほうが望ましい。交流入力の場合には、瞬時値の絶対値が零または零近辺になる場合があるが、現時点の瞬時値の絶対値が零または零近辺になる場合には、現時点よりも数サンプリング周期前の瞬時値の絶対値は一定値以上になるので、比率電流差分リレー方式の判定精度の信頼性を向上できる。具体的に、最大値関数ｍａｘ（）を用いると、差動量Ｉｄ（ｔ）および抑制量Ｉｒ（ｔ）は、
Ｉｄ（ｔ）＝ｍａｘ（Ｉｄ（ｔ），Ｉｄ（ｔ－Δ）） …(10A)
Ｉｒ（ｔ）＝ｍａｘ（Ｉｒ（ｔ），Ｉｒ（ｔ－Δ）） …(10B)
と表される。たとえば、サンプリング周波数が４８００Ｈｚ、系統周波数が５０Ｈｚの場合、Δ＝１５～３０°程度になる。

図７に戻って、論理積演算部８９は、電流変化検出部８０の検出結果を示す信号Ｂ１と、外部領域判定部８８の判定結果を示す信号Ｂ２との論理積を演算する。したがって、電流変化検出部８０によって故障発生が検出されることにより信号Ｂ１が活性状態（オン状態）になり、外部領域判定部８８によって外部領域と判定されることにより信号Ｂ２が活性状態（オン状態）になった場合に、論理積演算部８９の出力がオン状態（活性状態）になる。この場合は、外部故障が発生したことを示している。

タイマ９０は、論理積演算部８９の出力信号に対して、動作時間Ｔ５の動作タイマおよび復帰時間Ｔ６の復帰タイマとして機能する。タイマ９０の出力信号は、外部故障判定部７３の判定結果を示す信号Ｂ３として出力される。

ここで、タイマ９０の動作時間Ｔ５は、外部故障時にＣＴ飽和が起こるまでに第１領域判定部６９の動作をロックできるように設定される。具体例として、ＣＴ飽和が生じるまでに第１領域判定部６９の動作をロックできる時間の限界値を電気角９０°とする。この場合、ＣＴ飽和が生じるような大電流故障に対して、外部故障判定部７３の検出時間は、電気角９０°未満になるように設定する必要がある。電流変化検出部８０と外部領域判定部８８の検出時間を電気角３０°程度とすれば、動作時間Ｔ５は電気角３０°～６０°程度の時間に設定される。ここから、マージンをとって動作時間Ｔ５の設定値として電気角３０°を選択できる。

一方、タイマ９０の復帰時間Ｔ６は、ＣＴ飽和が収束するまで継続できるように設定される。ＣＴ飽和が収束するまでの時間は故障電流に含まれる直流分に依存するため、復帰時間Ｔ６は、その直流分の時定数程度（たとえば、５～２０サイクル程度）に設定される。一例として、復帰時間Ｔ６を２０サイクルに設定できる。

なお、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１が第１の動作領域にあると第１領域判定部６９が判定しかつ外部故障判定部７３が外部故障でないと判定することは、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１が第１領域判定部６９の第１の動作領域にありかつ電流変化量ΔＩが閾値ｋ２を超えていない場合、または差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１が第１領域判定部６９の第１の動作領域にありかつ差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒが外部領域判定部８８の外部領域にない場合のいずれかである。

［ＣＴ飽和検出部７６の構成例］
図１０は、図４のＣＴ飽和検出部７６の構成例を示すブロック図である。図１０を参照して、ＣＴ飽和検出部７６は、比較部１００～１０３と、論理和演算部１０４とを含む。

比較部１００は、ａ相電流の実効値Ｉａ＿ｒｍｓを判定値Ｋｌｏｃｋと比較し、ａ相電流の実効値Ｉａ＿ｒｍｓが判定値Ｋｌｏｃｋ以上の場合に、出力信号を活性化する。

同様に、比較部１０１～１０３は、それぞれｂ相電流の実効値Ｉｂ＿ｒｍｓ、ｃ相電流の実効値Ｉｃ＿ｒｍｓ、中性点電流の実効値ＩＮ＿ｒｍｓを判定値Ｋｌｏｃｋ（第２の閾値とも称する）と比較する。そして、比較部１０１は、ｂ相電流の実効値Ｉｂ＿ｒｍｓが判定値Ｋｌｏｃｋ以上の場合に出力信号を活性化し、比較部１０２は、ｃ相電流の実効値Ｉｃ＿ｒｍｓが判定値Ｋｌｏｃｋ以上の場合に出力信号を活性化し、比較部１０３は、中性点電流の実効値ＩＮ＿ｒｍｓが判定値Ｋｌｏｃｋ以上の場合に出力信号を活性化する。

論理和演算部１０４は、比較部１００～１０３の出力信号の論理和を演算し、演算結果をＣＴ飽和検出信号Ｃ１として出力する。すなわち、論理和演算部１０４は、比較部１００～１０３のうちの少なくとも１つの出力信号が活性状態のときに、ＣＴ飽和検出信号Ｃ１を活性化する。図４を参照して説明したように、ＣＴ飽和検出信号Ｃ１を反転した信号が論理積演算部７７に入力されるので、動作判定部５１の判定出力をロックできる。

上記の判定値Ｋｌｏｃｋは、ＣＴ飽和が発生する電流領域に設定する。これにより、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮのうちの少なくとも１つの電流実効値が、ＣＴ飽和が発生する電流領域に達している場合には、動作判定部５１の判定出力をロックすることにより誤動作を防止できる。

ここで、図１８に示すように、ＣＴ飽和が生じている場合の電流波形は、ＣＴ飽和が生じていない場合の電流波形の一部が欠けたような形状を有している。このため、ＣＴ飽和が生じている中性点電流ＩＮおよび三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに対してデジタルフィルタ５５～５８によるフィルタ処理を実行してから、実効値演算部６３～６６によって実効値を演算すると、欠けた電流分だけ実効値が小さな値になる。しかし、一つのＣＴが飽和しても飽和していないＣＴがあれば、当該非飽和のＣＴによって検出された信号と判定値Ｋｌｏｃｋとを比較できる。もしくは判定値ＫｌｏｃｋをＣＴ飽和が生じている場合の電流よりも小さな値に設定することでもＣＴ飽和の発生が検出できる。

以下、内部故障および外部故障の具体例を挙げて、実施の形態１の零相電流差動リレー５の動作についてさらに詳しく説明する。

［第１の具体例：比較的小さな故障電流の内部ａ相地絡故障の場合］
第１の具体例として、負荷電流のある状態で、変圧器の内部ａ相地絡故障が生じたが、故障電流が比較的小さいためにＣＴ飽和が生じていない場合について、図１１～図１４を参照して零相電流差動リレー５の動作を説明する。

図１１は、第１の具体例（比較的小さい故障電流の内部ａ相地絡故障の場合）において、図４の第１領域判定部６９の動作を説明するための図である。図１１の説明図は、図５の第１領域判定部６９の動作領域図において、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１の時間変化の様子を示したものである。

内部故障が生じていない初期状態では、負荷電流が３相平衡状態なので零相電流はなく、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１は共にほぼ０である。この場合の差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１は、図１１の点Ｐ１（図１１のグラフのほぼ原点）に対応する。

変圧器の内部ａ相地絡故障が発生すると、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１は、図中の点Ｘ１から点Ｘ２に変化するために、内部地絡故障の発生とほぼ同時に第１領域判定部６９の動作領域に入る。すなわち、第１領域判定部６９は、内部地絡故障発生後、即座に動作状態になることがわかる。

図１２は、第１の具体例において、図４の第２領域判定部７０の動作を説明するための図である。図１２の説明図は、図６の第２領域判定部７０の動作領域図において、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２の時間変化の様子を示したものである。

内部故障が生じていない初期状態では、差動量ＩＤはほぼ０であるが、抑制量ＩＲ２は、中性点電流ＩＮが零なので、負荷電流の値を示す三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの各実効値の最大値である。この場合、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、図１２の原点から大きく右方にずれた点Ｑ１に対応するために、第２領域判定部７０の動作領域から大きく外れている。この点で、図１２の差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、図１１の差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１と大きく異なる。

変圧器の内部ａ相地絡故障が発生すると、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、図中の点Ｑ１から点Ｑ２に変化するが、第２領域判定部７０の動作領域には入らない。すなわち、第２領域判定部７０は、内部地絡故障発生後、不動作（検出感度が低い）になることがわかる。

図１３は、第１の具体例において、図７の外部領域判定部８８の動作を説明するための図である。図１３の説明図は、図９の外部領域判定部８８の動作領域図において、差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒの時間変化の様子を示したものである。

内部故障が生じていない初期状態では、差動量Ｉｄはほぼ０であるが、抑制量Ｉｒは三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮの各瞬時値の絶対値のうちの最大値である。この場合、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、負荷電流の影響で図１２の原点から右方にずれた点Ｒ１に対応するために外部領域に入っている。

変圧器の内部ａ相地絡故障が発生すると、差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒは図中の点Ｒ１から点Ｒ２に変化するために、内部地絡故障の発生とほぼ同時に外部領域から外れる。すなわち、外部領域判定部８８は、内部地絡故障発生後に、第１領域判定部６９をロックしないことがわかる。

図１４は、第１の具体例において、図４の動作判定部５１および図７の外部故障判定部７３における各部の波形を示すタイミング図である。図１４では上から順に、ａ相交流電流、抑制量ＩＲ２、抑制量ＩＲ１および差動量ＩＤ、第１領域判定部６９の出力信号Ａ１、第２領域判定部７０の出力信号Ａ２、電流変化検出部８０の出力信号Ｂ１、外部領域判定部８８の出力信号Ｂ２、外部故障判定部７３の出力信号Ｂ３、動作判定部５１の動作判定結果を示している。図１４では、各信号について、活性状態の場合をハイレベル（Ｈレベル）とし、非活性状態の場合をロウレベル（Ｌレベル）としているが、この対応関係は逆でも構わない。

時刻ｔ１において、ａ相内部地絡故障が発生する。これにより、小さいながらも故障電流が負荷電流に重畳して流れるためにａ相交流電流の振幅が増加する。さらに、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１，ＩＲ２が増加する。

なお、時刻ｔ１より前の時点では、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１は０であるが、抑制量ＩＲ２は負荷電流に基づく振幅値を示すので０ではない。また、外部領域判定部８８は、負荷電流に基づく差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒを外部領域と判定するので、外部領域判定部８８の出力信号Ｂ２は活性状態（Ｈレベル）である。

時刻ｔ２において、電流変化検出部８０は、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの電流変化を検出することにより、１ショットパルスを出力する。しかしながら、時刻ｔ２とほぼ同時刻である時刻ｔ３に、外部領域判定部８８は差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒを外部領域外であると判定し、外部領域判定部８８の出力信号Ｂ２が非活性状態に切り替わるので、外部故障判定部７３の出力信号Ｂ３は非活性状態のまま維持される。

時刻ｔ４に第１領域判定部６９は、内部故障の発生を検出する。これにより、第１領域判定部６９の出力信号Ａ１は活性状態に切り替わる。なお、外部故障判定部７３の出力信号Ｂ３は非活性状態であるので、出力信号Ａ１はロックされない。

時刻ｔ４からタイマ７１の動作時間Ｔ１が経過した時刻ｔ５に、動作判定部５１の動作判定結果が活性状態となり、トリップ信号が出力される。なお、故障電流が設定した判定値Ｋｌｏｃｋに達していないので、ＣＴ飽和検出部７６の出力信号Ｃ１は非活性状態であるので、トリップ信号の出力はロックされない。

以上により、内部地絡故障を高感度に検出してリレー動作が実行できることが示された。

［第２の具体例：外部三相短絡故障によってａ相ＣＴが飽和した場合］
第２の具体例として、変圧器の外部三相短絡故障が生じたためにａ相の電流変成器ＣＴが飽和した場合について、図１５～図１８を参照して零相電流差動リレー５の動作を説明する。

図１５は、第２の具体例（外部三相短絡故障によってａ相ＣＴが飽和した場合）において、図４の第１領域判定部６９の動作を説明するための図である。図１５の説明図は、図５の第１領域判定部６９の動作領域図において、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１の時間変化の様子を示したものである。

外部故障が生じていない場合および外部故障が発生してもＣＴ飽和が生じていない場合には、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１は共にほぼ０であり、点Ｘ１に対応する。ＣＴ飽和が発生すると、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１は、図中の点Ｘ１から即座に点Ｘ２に変化し、第１領域判定部６９の動作領域に入る。すなわち、第１領域判定部６９は誤動作する。差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１は、ＣＴ飽和がある程度収束するまで動作領域に入ったままであり、第１領域判定部６９の誤動作が続く。ＣＴ飽和が継続中は、図１５において差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１を表す点は、点Ｘ２から点Ｘ１までの間を行きつ戻りつしながら移動する。この理由は、ＣＴ飽和時の電流波形は正弦波形の一部が欠けたような波形であり、ＣＴ飽和が徐々に復帰するときには欠けた部分が次第に少なくなるからである。

図１６は、第２の具体例において、図４の第２領域判定部７０の動作を説明するための図である。図１６の説明図は、図６の第２領域判定部７０の動作領域図において、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２の時間変化の様子を示したものである。

外部故障が生じていない初期状態では、差動量ＩＤはほぼ０であるが、抑制量ＩＲ２は三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮの各実効値の最大値である。負荷電流がある場合、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、図１２の原点から右方にずれた点Ｑ１に対応する。

外部故障が生じてもＣＴ飽和が生じていない間は、差動量ＩＤはほぼ０のままである。一方、外部故障電流が相電流に重畳されるため、抑制量ＩＲ２は増加する。この結果、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、図中の点Ｑ１から点Ｑ２に移動するものの、第２領域判定部７０の動作領域には入らない。

故障電流がさらに増加することによりＣＴ飽和が発生すると、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、共に増加して図中の点Ｑ２から点Ｑ３に移動するために第２領域判定部７０の動作領域に入る。この結果、第２領域判定部７０は誤動作することになるが、差動量ＩＤは、ＣＴ飽和が収束するよりも速く減少するために、動作領域に入っている時間はタイマ７２の動作時間Ｔ３よりも短い。したがって、動作判定部５１全体として誤動作しない。なお、ＣＴ飽和から復帰するとき、図１５において差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１を表す点は、点Ｑ３から点Ｑ４までの間を行きつ戻りつしながら移動する。

図１７は、第２の具体例において、図７の外部領域判定部８８の動作を説明するための図である。図１７の説明図は、図９の外部領域判定部８８の動作領域図において、差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒの時間変化の様子を示したものである。

外部故障が生じていない初期状態では、差動量Ｉｄはほぼ０であるが、抑制量Ｉｒは三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮの各瞬時値の絶対値のうちの最大値である。負荷電流がある場合、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２は、図１２の原点から右方にずれた点Ｒ１に対応するために、外部領域判定部８８の外部領域に入っている。

外部故障が生じても電流変成器ＣＴ飽和が生じていない間は、差動量Ｉｄは、ほぼ０のままである。一方、外部故障電流が負荷電流（相電流）に重畳されるため、抑制量Ｉｒは増加する。この結果、差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒは、図中の点Ｒ１から点Ｒ２に移動するものの、外部領域に入ったままである。この期間中に、第１領域判定部６９の動作をロックする。

故障電流がさらに増加することによりＣＴ飽和が発生すると、差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒは、共に増加して図中の点Ｒ２から点Ｒ３に移動するために外部領域から外れる。しかしながら、ＣＴ飽和の発生までに第１領域判定部６９の動作はロックされるので、動作判定部５１の全体としての誤動作は防止できる。ＣＴ飽和から復帰するとき、差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒは、図中の点Ｒ３から点Ｒ２に戻る。

図１８は、第２の具体例において、図４の動作判定部５１および図７の外部故障判定部７３における各部の波形を示すタイミング図である。図１８では上から順に、三相交流電流、抑制量ＩＲ２、抑制量ＩＲ１および差動量ＩＤ、第１領域判定部６９の出力信号Ａ１、第２領域判定部７０の出力信号Ａ２、電流変化検出部８０の出力信号Ｂ１、外部領域判定部８８の出力信号Ｂ２、外部故障判定部７３の出力信号Ｂ３、動作判定部５１の動作判定結果を示している。図１８では、各出力信号について、活性状態の場合をハイレベル（Ｈレベル）とし、非活性状態の場合をロウレベル（Ｌレベル）としているが、この対応関係は逆でも構わない。

時刻ｔ１において、外部三相短絡故障が発生する。これにより、短絡電流が負荷電流に重畳して流れるために三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの各振幅が大きく増加する。これに伴い、抑制量ＩＲ２が増加する。この段階では、ＣＴ飽和は生じていないので、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１は０のままである。

時刻ｔ２において、電流変化検出部８０は、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの電流変化を検出することにより、１ショットパルスを出力する。一方、外部領域判定部８８は、外部故障の場合の差動量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒを外部領域と判定するので、外部領域判定部８８の出力信号Ｂ２は活性状態（Ｈレベル）のままである。したがって、時刻ｔ２からタイマ９０の動作時間Ｔ５が経過した時刻ｔ５に、外部故障判定部７３の出力信号Ｂ３は活性状態になる。これにより、第１領域判定部６９の出力がロックされる。なお、外部故障判定部７３の出力信号Ｂ３の活性状態は、少なくともタイマ９０の復帰時間Ｔ６の間継続する。

時刻ｔ４にＣＴ飽和が発生する。これにより、外部領域判定部８８の出力信号Ｂ２は、ただちに非活性状態に切り替わるが、タイマ９０の復帰時間Ｔ６の範囲内である。したがって、外部故障判定部７３の出力信号Ｂ３の活性状態は維持される。

ＣＴ飽和に伴って、時刻ｔ５に差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ１が急激に増加する。これにより、時刻ｔ５から時刻ｔ８までの間において、第１領域判定部６９の出力信号Ａ１が活性状態になる。タイマ７１の動作時間Ｔ１は、短く設定されているので、第１領域判定部６９は誤動作することになる。しかしながら、時刻ｔ３において第１領域判定部６９の出力はロックされているので、第１領域判定部６９の誤動作がトリップ動作に影響を及ぼすことはない。なお、ＣＴ飽和が収束するにつれて第１領域判定部６９の出力信号Ａ１が、短時間だけ非活性状態になることがあるが、いずれもタイマ７１の復帰時間Ｔ２より短いので問題にならない。

ＣＴ飽和に伴ってさらに、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間に第２領域判定部７０の出力信号Ａ２が活性状態になる。しかしながら、この活性状態の時間は、ＣＴ飽和が収束するまでの時間に基づいて設定されたタイマ７２の動作時間Ｔ３よりも短いので、第２領域判定部７０は不動作のままであり、誤動作しない。

以上により、外部故障時にＣＴ飽和が生じても動作判定部５１は不動作の状態が維持され、トリップ出力をしないことがわかる。

［実施の形態１の効果］
以上のとおり、実施の形態１の零相電流差動リレー５によれば、内部地絡故障が発生した場合には、第１領域判定部６９によって内部地絡故障の発生を高感度かつ高速に検出してトリップ動作を行うことができる。また、外部短絡故障によってＣＴ飽和が発生した場合には、外部故障判定部７３によってＣＴ飽和の発生前に外部故障であることを検出することにより、第１領域判定部６９の動作がロックされる。さらに、ＣＴ飽和の時定数を考慮した長めの動作時間を有するタイマ７２を第２領域判定部７０の後段に設置することによって、第２領域判定部７０の誤動作の影響を防止できる。また、外部故障から内部故障への進展故障が発生した場合には、第２領域判定部７０によって内部故障を検出することによりトリップ動作を実行できる。

実施の形態２．
実施の形態２では、第２領域判定部７０の動作領域を複数設け、より広い動作領域ほど動作タイマ７２の動作時間が長く設定される。以下、図面を参照して詳しく説明する。

［動作判定部の構成］
図１９は、実施の形態２の零相電流差動リレーにおいて、動作判定部５１Ａの構成例を示すブロック図である。図１９の動作判定部５１Ａは、第２領域判定部７０が第２の動作領域および第３の動作領域の２つの動作領域を有する点で図４の動作判定部５１と異なる。さらに、図１９の動作判定部５１Ａは、２つの動作領域にそれぞれ個別に対応するタイマ７２，１１０を備える点で図４の動作判定部５１と異なる。図１９のその他の点は図４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２領域判定部７０は、前述の式（１）の差動量ＩＤと前述の式（４）の最大値方式の抑制量ＩＲ２とに基づいて、比率差動電流リレー方式で動作判定を行う。第２の動作領域は、Ｋ１およびＰ２を定数として、前述の式（５Ａ）および（５Ｂ）、すなわち、
ＩＤ≧Ｋ１ …(5A)
ＩＤ≧Ｐ２×ＩＲ２…(5B)
を満たす領域である。第２領域判定部７０は、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２が第１の動作領域に入っている場合に出力信号Ａ２を活性状態にする。第２の動作領域をＡ２動作領域とも称する。

同様に、第３の動作領域は、Ｋ１およびＰ３（ただし、Ｐ３＜Ｐ２）を定数として、
ＩＤ≧Ｋ１ …(11A)
ＩＤ≧Ｐ３×ＩＲ２…(11B)
を満たす領域である。第２領域判定部７０は、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２が第２の動作領域に入っている場合に出力信号Ａ４を活性状態にする。第３の動作領域をＡ４動作領域とも称する。

図２０は、図１９の第２領域判定部７０の第２および第３の動作領域を示す図である。図２０に示すように、第２の動作領域（Ａ２動作領域）は、直線Ｌ１：ＩＤ＝Ｋ１および直線Ｌ３：ＩＤ＝Ｐ２×ＩＲ２を境界線として、直線Ｌ１，Ｌ３の両方に対して上側の領域である。第３の動作領域（Ａ４動作領域）は、直線Ｌ１：ＩＤ＝Ｋ１および直線Ｌ４：ＩＤ＝Ｐ３×ＩＲ２を境界線として、直線Ｌ１，Ｌ４の両方に対して上側の領域である。したがって、第３の動作領域（Ａ４動作領域）は、第２の動作領域（Ａ２動作領域）を含み、第２の動作領域（Ａ２動作領域）よりも広い。

図１９に戻って、タイマ７２は、第２領域判定部７０の出力信号Ａ２に対して、動作タイマ（動作時間Ｔ３）（第１の動作タイマとも称する）および復帰タイマ（復帰時間Ｔ４）として機能する。前述のように出力信号Ａ２は、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２が第２の動作領域（Ａ２動作領域）に入っているか否かを表す。動作時間Ｔ３（第１の動作時間とも称する）として、たとえば、ＣＴ飽和が収束するよりも早い時間として１サイクルが選択される。復帰時間Ｔ４として、たとえば、電力系統の１サイクル以上かつ６サイクル以下程度が選択される。

タイマ１１０は、第２領域判定部７０の出力信号Ａ４に対して、動作タイマ（動作時間Ｔ７）（第２の動作タイマとも称する）および復帰タイマ（復帰時間Ｔ８）として機能する。前述のように出力信号Ａ４は、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲ２が第３の動作領域（Ａ４動作領域）に入っているか否かを表す。動作時間Ｔ７（第２の動作時間とも称する）として、たとえば、動作時間Ｔ３（１サイクル）よりも長い時間として３サイクルが選択される。復帰時間Ｔ８として、たとえば、電力系統の１サイクル以上かつ６サイクル以下程度が選択される。このように、動作領域が広いほど、対応する動作タイマの動作時間は、１サイクル以上かつ３サイクル以下程度の範囲内でより長く設定される。

［実施の形態２の効果］
上記のとおり実施の形態２の零相電流差動リレーによれば、第２領域判定部７０の動作領域は、第２の動作領域と、第２の動作領域を含むより広い第３の動作領域とを有する。これにより、外部故障から内部故障への進展故障の発生時に、第２の動作領域に入る内部故障では比較的動作時間を短くでき、かつ第３の動作領域によって動作できる領域も広くすることができるので、進展故障の発生時に差動量ＩＤが比較的小さい場合には、動作時間は比較的長くかかっても確実に動作できるように動作時間を設定できる。

なお、上記では、２個の動作領域を設けたが、３個以上の動作領域を設けるともに、それぞれ異なる動作時間の動作タイマを設けてもよい。これにより、内部故障発生時の差動量に応じて動作時間をより細かく調整できる。

実施の形態３．
実施の形態３では、閾値以上の中性点電流ＩＮが流れているか否かを検出する地絡故障検出部１１１がさらに設けられる。以下、図面を参照して詳しく説明する。

［動作判定部の構成例］
図２１は、実施の形態３の零相電流差動リレーにおいて、動作判定部５１Ｂの構成例を示すブロック図である。図２１の動作判定部５１Ｂは、地絡故障検出部１１１、タイマ１１２、および論理積演算部１１３，１１４をさらに備える点で、図２１の動作判定部５１Ａと異なる。

図２２は、図２１の地絡故障検出部１１１の動作を説明する図である。図２１および図２２に示すように、地絡故障検出部１１１は、実効値演算部６３から出力された中性点電流ＩＮの実効値ＩＮ＿ｒｍｓが、閾値Ｋ＿ｍｉｎｉ．ｏｐｅ（第３の閾値とも称する）以上であるか否かを判定する。地絡故障時には中性点電流が流れるので、閾値以上の中性点電流ＩＮの検出によって地絡故障であることを判定できる。閾値Ｋ＿ｍｉｎｉ．ｏｐｅは、故障発生前および短絡故障時に誤検出しない値に設定される。地絡故障検出部１１１は、中性点電流ＩＮの実効値ＩＮ＿ｒｍｓが、閾値Ｋ＿ｍｉｎｉ．ｏｐｅ以上の場合に出力信号Ｄ１を活性状態にする。

図２１に戻って、タイマ１１０は、地絡故障検出部１１１の出力信号Ｄ１に対する動作タイマ（動作時間Ｔ９）および復帰タイマ（復帰時間Ｔ１０）として機能する。前述のように出力信号Ｄ１は、中性点電流の実効値ＩＮ＿ｒｍｓが閾値Ｋ＿ｍｉｎｉ．ｏｐｅ以上であるか否かを表す。動作時間Ｔ９は、地絡故障時に第２領域判定部７０の出力信号Ａ２，Ａ４用の動作タイマ７２，１１０よりも早く動作するように、３０°以上かつ９０°以下程度に設定される。たとえば、動作時間Ｔ９として電気角６０°が選択される。復帰時間Ｔ１０として、たとえば、電力系統の１サイクル以上かつ６サイクル以下程度が選択される。

論理積演算部１１３は、第２領域判定部７０の出力信号Ａ２に対してタイマ７２による遅延処理が施された信号と、地絡故障検出部１１１の出力信号Ｄ１に対してタイマ１１２による遅延処理が施された信号との論理積を演算する。論理積演算部１１３による論理積演算の結果は論理和演算部７５に入力される。したがって、地絡故障検出部１１１によって閾値以上の中性点電流の実効値ＩＮ＿ｒｍｓが検出されている場合には、第２領域判定部７０の出力信号Ａ２は有効になるが、そうでない場合には、出力信号Ａ２の出力はロックされる。

同様に、論理積演算部１１４は、第２領域判定部７０の出力信号Ａ４に対してタイマ１１０による遅延処理が施された信号と、地絡故障検出部１１１の出力信号Ｄ１に対してタイマ１１２による遅延処理が施された信号との論理積を演算する。論理積演算部１１４による論理積演算の結果は論理和演算部７５に入力される。したがって、地絡故障検出部１１１によって閾値以上の中性点電流の実効値ＩＮ＿ｒｍｓが検出されている場合には、第２領域判定部７０の出力信号Ａ４は有効になるが、そうでない場合には、出力信号Ａ４の出力はロックされる。

図２１のその他の点は実施の形態２の図１９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。また、地絡故障検出部１１１、タイマ１１２、および論理積演算部１１３は、実施の形態１の図４と組み合わせることもできる。

［実施の形態３の効果］
第２領域判定部７０の動作条件に閾値以上の中性点電流ＩＮの検出を加えることにより、短絡故障時に故障電流に含まれるＤＣ成分が長く継続し、この結果としてＣＴ飽和が長く継続してしまう場合でも零相電流差動リレーの誤動作を抑制できる。

また、中性点電流ＩＮがある程度流れていなければ、零相電流差動リレー５が動作しないことになるが、大きな性能低下にはつながらないと考えられる。なぜなら、第２領域判定部７０の感度は第１領域判定部６９の感度よりも悪いために、ある程度の差動量ＩＤが無ければ動作できないからである。

なお、上記の構成に加えて、地絡故障検出部１１１およびタイマ１１２の出力信号と第１領域判定部６９およびタイマ７１の出力信号との論理積演算を行うことも考えられる。しかしながら、そうすると第１領域判定部６９のメリットである高感度を損なうことになるので望ましくない。

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。この出願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 送電線、３ １次側巻線、４ ２次側巻線、５ 差動リレー、６ 中性点、７ 接地線、１０ 入力変換部、１１ 補助変成器、１５ 入力回路、２０ Ａ／Ｄ変換部、２１ アナログフィルタ、２２ サンプルホールド回路、２３ マルチプレクサ、２４ Ａ／Ｄ変換器、３０ 演算処理部、３１ ＣＰＵ、３２ ＲＡＭ、３３ ＲＯＭ、３４ バス、４０ Ｉ／Ｏ部、４１ デジタル入力回路、４２ デジタル出力回路、５０ 零相電流演算部、５１，５１Ａ，５１Ｂ 動作判定部、５２ シーケンスブロック、５４～５８ デジタルフィルタ、６８，８７ 最大値判定部、６９ 第１領域判定部、７０ 第２領域判定部、７１，７２，９０，１１０，１１２ タイマ、７３ 外部故障判定部、７６ ＣＴ飽和検出部、８０ 電流変化検出部、８８ 外部領域判定部、９１，９２，９３ 電流変化演算部、９６ ワンショットタイマ、１１１ 地絡故障検出部、Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ 三相電流、ＩＮ 中性点電流、ＴＸ 三相変圧器。

Claims (9)

1. Ｙ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巻線の中性点に向かう方向の三相電流および中性点電流は、互いに同極性と定義され、
   前記三相電流と前記中性点電流との和の実効値である第１の差動量、および前記三相電流の和の実効値と前記中性点電流の実効値とのスカラー和である第１の抑制量が、比率差動リレー方式の第１の動作領域にある場合に内部故障と判定する第１の領域判定部と、
   前記第１の差動量、および前記三相電流の各々の実効値と前記中性点電流の実効値とのうちの最大値である第２の抑制量が、比率差動リレー方式の第２の動作領域にある場合に内部故障と判定する第２の領域判定部と、
   前記三相電流の各々ごとに半周期または１周期の間の電流変化量が第１の閾値を超えているか否かを判定する電流変化検出部と、
   前記電流変化量が前記第１の閾値を超え、かつ前記三相電流の各瞬時値と前記中性点電流の瞬時値との和の絶対値である第２の差動量、および前記三相電流の各々の瞬時値の絶対値と前記中性点電流の瞬時値の絶対値とのうちの最大値である第３の抑制量が、比率差動リレー方式の外部領域にある場合に外部故障と判定する外部故障判定部とを備え、
   前記零相電流差動リレーは、前記第１の領域判定部が内部故障と判定しかつ前記外部故障判定部が外部故障と判定しない場合、または前記第２の領域判定部が内部故障と判定した場合に、前記三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力する、零相電流差動リレー。
2. 前記第１の差動量および前記第２の抑制量が前記第２の領域判定部の前記第２の動作領域内にある状態が第１の動作時間継続した場合に内部故障と判定する第１の動作タイマをさらに備え、
   前記零相電流差動リレーは、前記第１の領域判定部が内部故障と判定しかつ前記外部故障判定部が外部故障と判定しない場合、または前記第１の動作タイマが内部故障と判定した場合に、前記三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力する、請求項１に記載の零相電流差動リレー。
3. 前記三相電流の各々の実効値と前記中性点電流の実効値とのいずれかが第２の閾値を超えている場合に電流変成器（ＣＴ）の飽和と判定するＣＴ飽和検出部をさらに備え、
   前記零相電流差動リレーは、前記第１の領域判定部が内部故障と判定しかつ前記外部故障判定部が外部故障と判定せずかつ前記ＣＴ飽和検出部が前記電流変成器の飽和と判定しない場合、または前記第１の動作タイマが内部故障と判定しかつ前記ＣＴ飽和検出部が電流変成器の飽和と判定しない場合に、前記三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力する、請求項２に記載の零相電流差動リレー。
4. 前記中性点電流の実効値が第３の閾値を超えている場合に地絡故障と判定する地絡故障検出部をさらに備え、
   前記零相電流差動リレーは、前記第１の領域判定部が内部故障と判定しかつ前記外部故障判定部が外部故障と判定せずかつ前記ＣＴ飽和検出部が前記電流変成器の飽和と判定しない場合、または前記第１の動作タイマが内部故障と判定しかつ前記ＣＴ飽和検出部が前記電流変成器の飽和と判定せずかつ前記地絡故障検出部が地絡故障と判定した場合に、前記三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力する、請求項３に記載の零相電流差動リレー。
5. 前記第２の領域判定部は、さらに、前記第２の動作領域を含み前記第２の動作領域より広い第３の動作領域に前記第１の差動量および前記第２の抑制量が存在するか否かを判定し、
   前記零相電流差動リレーは、前記第１の差動量および前記第２の抑制量が前記第２の領域判定部の前記第３の動作領域内にある状態が、前記第１の動作時間よりも長い第２の動作時間継続した場合に内部故障と判定する第２の動作タイマをさらに備え、
   前記零相電流差動リレーは、前記第１の領域判定部が内部故障と判定しかつ前記外部故障判定部が外部故障と判定しない場合、または前記第１の動作タイマが内部故障と判定した場合、または前記第２の動作タイマが内部故障と判定した場合に、前記三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力する、請求項２に記載の零相電流差動リレー。
6. 前記三相電流の各々の実効値と前記中性点電流の実効値とが第２の閾値を超えている場合に電流変成器（ＣＴ）の飽和と判定するＣＴ飽和検出部をさらに備え、
   前記零相電流差動リレーは、前記第１の領域判定部が内部故障と判定しかつ前記外部故障判定部が外部故障と判定せずかつ前記ＣＴ飽和検出部が前記電流変成器の飽和と判定しない場合、または前記第１の動作タイマが内部故障と判定しかつ前記ＣＴ飽和検出部が電流変成器の飽和と判定しない場合、または前記第２の動作タイマが内部故障と判定しかつ前記ＣＴ飽和検出部が電流変成器の飽和と判定しない場合に、前記三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力する、請求項５に記載の零相電流差動リレー。
7. 前記中性点電流の実効値が第３の閾値を超えている場合に地絡故障と判定する地絡故障検出部をさらに備え、
   前記零相電流差動リレーは、前記第１の領域判定部が内部故障と判定しかつ前記外部故障判定部が外部故障と判定せずかつ前記ＣＴ飽和検出部が前記電流変成器の飽和と判定しない場合、または前記第１の動作タイマが内部故障と判定しかつ前記ＣＴ飽和検出部が前記電流変成器の飽和と判定せずかつ前記地絡故障検出部が地絡故障と判定した場合、または前記第２の動作タイマが内部故障と判定しかつ前記ＣＴ飽和検出部が前記電流変成器の飽和と判定せずかつ前記地絡故障検出部が地絡故障と判定した場合に、前記三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力する、請求項６に記載の零相電流差動リレー。
8. 前記実効値に代えて振幅値が用いられる、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。
9. Ｙ巻線を含む三相変圧器の保護方法であって、
   前記Ｙ巻線の中性点に向かう方向の三相電流および中性点電流は、互いに同極性と定義され、
   プロセッサが、前記三相電流と前記中性点電流との和の実効値である第１の差動量、および前記三相電流の和の実効値と前記中性点電流の実効値とのスカラー和である第１の抑制量が、比率差動リレー方式の第１の動作領域にあるか否かを判定することと、
   前記プロセッサが、前記第１の差動量、および前記三相電流の各々の実効値と前記中性点電流の実効値とのうちの最大値である第２の抑制量が、比率差動リレー方式の第２の動作領域にあるか否かを判定することと、
   前記プロセッサが、前記三相電流の各々ごとに半周期または１周期の間の電流変化量が第１の閾値を超えているか否かを判定することと、
   前記プロセッサが、前記三相電流の各瞬時値と前記中性点電流の瞬時値との和の絶対値である第２の差動量、および前記三相電流の各々の瞬時値の絶対値と前記中性点電流の瞬時値の絶対値とのうちの最大値である第３の抑制量が、比率差動リレー方式の外部領域にあるか否かを判定することと、
   前記プロセッサが、前記電流変化量が前記第１の閾値を超え、かつ、前記第２の差動量および前記第３の抑制量が前記外部領域にある場合に外部故障と判定することと、
   前記プロセッサが、前記外部故障でなくかつ前記第１の差動量および前記第１の抑制量が前記第１の動作領域にある場合、または、前記第１の差動量および前記第２の抑制量が前記第２の動作領域にある場合に、前記三相変圧器を保護するためのトリップ信号を出力することとを備える、三相変圧器の保護方法。

Images