JPH01202116A - 保護継電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は交流配電系統に使う保護継電器回路、更に具
体的に云えば、送電線路を保護する為の距離継電器に関
する。

距離継電器は保護継電器の分野で周知である。

例えば、１９５６年にジョン・ワイリ・アンド・サンズ
・インコーボレーテット社から出版されたメーソンの著
書「保護継電器の技術と科学」、特に第１４章を参照さ
れたい。従来の距離継電器の中には、位相比較器の測定
方法を用いるものがある。位相比較器距離継電器の回路
例が、米国特許第４．０３．４，２６９号及び同第４，
４２０．７８８号に記載されている。

交流送電線路に対する保護装置には、送電線路の被保護
区間又は部分内の３相の障害を検出する為に正相距離継
電器が用いられている。継電器の区間又は到達範囲内に
障害が検出されると、正相距離継電器が３極遮断器を作
動して、送電線路の３相全部を引きはずす。これと対照
的に、接地継電器は、やはり選定された区間又は到達範
囲内の１相と大地の間の障害を検出し、障害を検出する
と、それが発生する信号により、遮断器を作動して、障
害を起した相だけを引きはずすことが出来る。

上に述べた様に、各々の特定の正相距離継電器は、その
被保護区間又は到達範囲内の障害だけを検出すべきであ
る。距離継電器のパラメータは、送電線路のパラメータ
に対応する様に選ぶのが普通である。例えば、パラメー
タは、特定の継電器によって保護される送電線路の区間
の順方向の距離に対応する様な順方向の到達範囲を持つ
様に選ばれる。距離継電器が選ばれた順方向の到達範囲
内で動作して、特定の距離継電器の保護作用を、保護さ
れる系統内の選択された区間に局限することが望ましい
。

内部及び外部の障害の識別が出来ない為に、距離継電器
の所望の動作が妨げられることがある。

内部の障害は、継電器の被保護区間又は到達範囲内で起
る障害であり、外部の障害はこの区間又は継電器の到達
範囲の外側で起る障害である。例えば、直列補償線路の
容量性電圧変成器又は直列コンデンサによって発生する
過渡状態は、外部の障害が、距離継電器にとって内部の
障害と見える様にすることがよくある。

従来、多くの距離継電器は位相角比較回路を用いていた
。場合によっては、こう云う継電器は位相角比較器と共
に振幅比較器をも用いている。位相角比較器では、作動
信号、例えば、Ｖｏ、−Ｉ　Ｚ−Ｖと分極信号ＶＰＯＬ
の間の角度を測定することによって、特性を発生するこ
とが典型的である。

この測定は、一致論理回路及び特性タイマを使うことに
よって行なうことが出来る。例えば前に引用した米国特
許第４，０３４，２６９号を参照されたい。最も簡単な
位相角比較器では、作動時間が、障害の烈しさ（即ち、
作動信号の大きさ）ではなく、ｖｏ、とＶ、。、の間の
位相角と障害の入射角の関数である。従って、継電器の
直ぐ前の障害と遠隔の場所（例えば、継電器の到達範囲
の９０％の所）の障害が、接近した障害に対する作動信
号が遠隔の障害に対するものよりもずっと大きいけれど
も、大体半サイクルの同じ定常状態のタイマ入力ブロッ
クを生ずる。

継電器の到達範囲を越えたばかりの所の障害の場合、作
動信号及び分極信号は１８０’位相がずれており、従っ
て特性タイマに対する入力を発生しない。更に、作動信
号の大きさが非常に小さく、従って、容量結合した電圧
変成器等による様な作動信号の誤差があると、作動信号
が反転し、こうして測定装置の望ましくない動作を発生
することがある。区間１継電器のこの様な範囲外の状態
を防止する為に、作動信号を十分フィルタに掛けて、誤
った信号を除くか、又は到達範囲を縮小しなければなら
ない。

振幅比較器は典型的には逆相距離装置及び拘束形過電流
装置に使われている。この設計では、最小作動時間は、
位相角比較器の場合と同じ様に、特性タイマの設定によ
って決定される。然し、この機能が信号の大きさの比較
で作用するが、動作速度は障害の烈しさと直接的な関係
を持たない。

この点で、振幅比較器回路は位相角比較器形の構成と同
様である。

従って、この発明の目的は、交流送電線路の被保護区間
に於ける３相障害を検出する為の距離継電器として、障
害の烈しさに基づく作動時間を持つ様な距離継電器を提
供することである。

この発明の別の目的は、交流送電線路の被保護区間内で
、遠隔の末端の障害に比べて、接近した障害に対しては
、−層敏速に作動する距離継電器を提供することである
。

この発明の別の目的は、内部及び外部の障害の弁別作用
を改善して、継電器の動作の信頼性並びに保護装置の安
全性を高める距離継電器を提供することである。

この発明の別の目的は、直列容量補償形交流送電線路に
於ける内部及び外部の障害の弁別作用を改善した距離継
電器を提供することである。

この発明の別の目的は、内部の３相障害と、接近した内
部の１本の線路の対地障害の弁別作用を改善して、単極
引きはずし方式に於ける相選択を改善する距離継電器を
提供することである。

この発明の上記並びにその他の目的は、この発明につい
て以下説明する所から、当業者に明らかになろう。

発明の要約 この発明は、３相交流送電線路の予定の被保護区間内の
３相障害を検出することを目的とする正相距離継電器を
提供する。正相距離継電器が、積分回路及びレベル検出
回路で構成されたエネルギ比較器を含む。積分回路の出
力は、作動信号及び拘束信号等の間の差の大きさの関数
として変化し、それが故障の烈しさに基づく作動時間を
作る。積分回路の出力がレベル検出回路の入力に結合さ
れ、このレベル検出回路は、入力信号の大きさが予定の
引きはずしレベルを越える時に出力信号を発生する。遠
隔の末端の障害ではなく、接近した障害は、信号が一層
大きくなり、積分回路の出力を一層敏速に引きはずしレ
ベルまで駆動する。

この発明の正相距離継電器は、分極信号（Ｖ、。、）と
相電流（１１）の正相分に送電線路の被保護区間のレプ
リカ・インピーダンス（ＺＲ）を乗じた値との間の正の
一致によって決定される作動信号を利用することが好ま
しい。■、。、及びＩ、ＺＲの負の一致を利用して、１
つの拘束を決定し、電圧（ｖｌ）の正相分を第２の拘束
として利用する。

この発明の新規と考えられる特徴は特許請求の範囲に具
体的に記載しであるが、この発明自体の構成、作用及び
その他の目的並びに利点は、以下図面について説明する
所から、最もよく理解されよう。

好ましい実施例の詳しい説明 第１図には、（Ａ）相、（Ｂ）相、（Ｃ）相及び大地（
Ｇ）を持つ３相交流送電線路１０が示されている。３相
の各々には、その特定の相の電流を感知する手段１２と
、その相の電圧を感知する手段２０とが付設されている
。保護継電器及び送電の分野の当業者であればよく知ら
れているが、電流感知手段１２は変流器であってよく、
電圧感知手段２０は逓降計器用変成器であってよい。第
１図に示す様に、電流感知手段が各相に付設されている
。手段１２ａがＡ相に付設され、手段１２ｂがＢ相に付
設され、手段１２ｃがＣ相に付設されている。同様に、
Ａ相に付設された電圧感知手段２０ａ、Ｂ相に付設され
た電流感知手段２０ｂ及びＣ相に付設された電流感知手
段２０ｃが別々にある。然し、第１図には特定の形式の
電流及び電圧感知方式を示したが、図示のもの一代りに
公知の他の方式を用いてもよいことは云うまでもない。

目的は、各相電圧及び各相電流に関係する信号を求める
ことである。

電流感知手段１２ａの出力が第１のトランザクタ１３ａ
に結合される。電流感知手段１２ｂの出力が第２のトラ
ンザクタ１３ｂに結合される。電流感知手段１２ｃの出
力が第３のトランザクタ１３ｃに結合される。公知の様
に、トランザクタの２次側電圧出力は入力電流に対し、
複素数の比例定数、又はトランザクタの伝達インピーダ
ンスと呼ばれるベクトル演算子によって関係づけられる
。

第１図に示すトランザクタ１３ａ、１３ｂ、１３Ｃでは
、夫々の伝達インピーダンスは一定の伝達比及び一定の
角度、例えば８５°になる様に選ばれている。従って、
トランザクタ１３ａの出力は、例えば入力ＩＡに対して
一定の８５″の移相を持つ信号ＩＡＴである。夫々トラ
ンザクタ１３ｂ、１３ｃの出力信号ＩＢＴ及びＩ。、も
夫々の入力ＩＰ及びＩｃに対して同様な関係を持つ。ト
ランザクタについて更に詳しいことは米国特許節３，３
７４゜３９９号を参照されたい。

トランザクタ１３　ａ、　　１３　ｂ、　　１３　ｃの
出力が第１の正相回路１４及び第１の３人力加算増幅器
１６の入力に結合される。加算増幅器１６の出力は、入
力の和に予定の利得を乗じた値に等しく、好ましい実施
例では、この利得は一１／３である。

従って、加算増幅器１６の出力はＭＩｏである。

ニーで１０は、送電線路の相電流の零相分であり、Ｍは
、この明細書の用法として、信号が反転していることを
示す。第１の３人力加算増幅器１６の出力が移相回路１
８の入力に結合される。移相回路１８の出力は、予定量
、好ましい実施例では、２５″の遅相になる様に移相し
た入力信号である。

従って、移相回路１８の出力は信号ＭＩｏＦであり、こ
＼でＦは、この明細書の用法として、信号が移相してい
ることを示す。

電圧感知手段２０ａの出力が第１の変圧器゛２１ａの１
次側に結合され、電圧感知手段２’Ｏｂの出力が第２の
変圧器２１ｂの１次側に結合され、電圧感知手段２０ｃ
の出力が第３の変圧器２１ｃの１次側に結合される。変
圧器２１ａ、２１ｂ、２１Ｃの２次側の信号が、第２の
正相回路２２の入力に結合される。送電用継電器の分野
の当業者であれば、３相交流回路の各相電流を、正相分
、逆相性及び零相分と呼ばれる３組の対称平衡電圧及び
電流ベクトルに分解することが出来ることを承知してい
よう。「対称分回路」と呼ばれるある回路を３相電力系
統に接続して、電圧又は電流の３つの相成分の内の選ば
れた１つの大きさに比例する出力信号を発生することが
出来ることもよく知られている。正相回路１４．２２は
こう云う回路である。− 正相電流及び電圧回路は、前に移相回路１８について述
べた様な遅相移相回路をも持っており、その好ましい移
相は２５°である。第１の正相回路１４の出力は、送電
線路のＡ相に流れる電流の正相分ｌＡｔである。第２の
正相回路２２の出力は、送電線路の人相の電圧の正相分
ｖＡ１である。こう云う形式の各和回路が米国特許箱４
，３４２，０６２号に記載されている。対称分回路の更
に詳しいことは、米国特許箱３，９９２，６５１号、同
第４，０３４，２６９号及び同第４，３４２，０６２号
を参照されたい。

出力信号ＩＡｌが正相角度調節回路２４の入力に結合さ
れる。正相角度調節回路２４の出力（ＩＡＩＳ）は、予
め選ばれた角度、好ましい実施例では、約７０乃至８５
″の範囲内の角度を持つ入力信号（１）に等しい。ｌＡ
１５中のＳは、この明細書の用法として、零相電流の正
相分が予定の角度に調節されたことを示す。角度真節回
路２４は継電器のレプリカ・インピーダンス（ＺＲ）を
保護される線路と同じインピーダンスの角度に調節する
ことが出来る様にする。

第２図には、この発明の正相距離継電器の到達範囲調節
及び分極部分が示されている。前に第１図について説明
した様にして求められた人相電圧の正相分（ｖＡｌ）が
、第１の２人力加算増幅器３０の非反転入力と第１の絶
対値回路３２の入力とに結合される。好ましい実施例で
は、第１の２人力加算増幅器３０は、その出力が反転及
び非反転入力のベクトル和に等しい演算増幅器である。

好ましい実施例では、各々の絶対値回路３２，４４゜４
６．６８．８６は、ハワード・サムズーアンド・カンパ
ニイ・インコーボレーテット社から出版されたＷ、　Ｇ
、　ジャンの著書ｒｌｃ　　Ｏｐ−Ａｍｐタックブック
」の第２０６頁及び第２０７頁に示され、記載されてい
る形式の精密級両波整流器で構成される。

第１の絶対値回路３２の出力は、入力信号の絶対値に略
等しいが、それが第１の利得選択回路３４の入力に結合
される。第１の利得選択回路３４の出力は、利得選択入
力に加えられた「高」又は「低」信号によって選択し得
る予定の利得に従って、選択し得る大きさを持つ。好ま
しい実施例では、利得は、利得選択入力に「高」信号を
印加することによって選択し得る１か、又は「低」信号
を印加することによって選択し得るＱ、　　４である。

従って、出力の大きさは、利得選択制御入力に応じて、
入力信号の大きさに等しいか、又はその０゜４倍である
。

前に第１図について説明した様にして発生された信号ｌ
Ａｌ５が、第１の正相到達範囲調節回路３６及び第２の
正相到達範囲調節回路３８の入力に結合される。第１及
び第２の正相到達範囲調節回路３６．３８は、調節自在
の利得を持つ演算増幅器回路である。第１の正相到達範
囲調節回路３６は、範囲外保護区間に対するレプリカ・
インピーダンスの大きさ（ＺＴ）が得られる様に選ばれ
た調節自在の利得を持つが、その出力が第１の交流結合
回路４０の入力に結合される。第２の正相到達範囲調節
回路３８は、区間１を保護する為のレプリカ・インピー
ダンス（ｚｌ）が得られる様に選ばれた調節自在の利得
を持っているが、その出力が第２の交流結合回路４２の
入力に結合される。

好ましい実施例では、第１及び第２の交流結合回路４０
．４２は、６０Ｈｚの信号に対して１の利得を持つが、
入力信号中のあらゆる直流成分に対する利得がゼロであ
る様な非反転演算増幅器回路で構成される。

第１及び第２の交流結合回路４０．４２の出力は、何れ
も入力と等しいが、直流成分は除かれており、それが夫
々第２及び第３の絶対値回路４４゜４６の入力に結合さ
れる。第２及び第３の絶対値回路４４．４６の出力が第
２及び第３の利得選択回路４８．５０の入力に夫々結合
される。好ましい実施例では、第２及び第３の利得選択
回路４８゜５０は、第１の利得選択回路３４と同じ形式
であって、好ましい実施例では、第１の利得選択回路３
４と同じ選択自在の利得を持っている。

第２の利得選択回路４８の出力が第１の電子スイッチ５
２及び第２の電子スイッチ５４の入力に結合される。好
ましい実施例では、電子スイッチ５２．５４は、何れも
その制御入力に印加された信号によって制御される。制
御入力に制御信号を印加すると、スイッチが作動され、
スイッチの入力に印加された信号が直接的に出力に接続
される。

第１の電子スイッチ５２について云うと、制御入力に「
高」信号が印加されると、スイッチの入力が出力に接続
される。第２の電子スイッチ５４について云うと、制御
入力に「低」入力が印加されると、電子スイッチの入力
が出力に接続される。

第１の電子スイッチ５２の出力が第１のインバータ５６
の入力に結合される。第１のインバータ５６は、反転入
力と、この反転入力信号と略等しい出力とを持つ演算増
幅器であることが好ましい。

従って、第１のインバータ５６の出力は、第２の電子ス
イッチ５４の出力ＩＺＴを反転したものである信号ＭＩ
ＺＴである。

第２の交流結合回路４２の出力が第２のインバータ５８
の入力にも接続される。第２のインバータ５８は、その
出力が入力の反転である演算増幅器であることが好まし
い。第２のインバータ５８の出力が順方向オフセット回
路８０の入力及び２人カ一致論理回路６２の一方の入力
に結合される。

好ましい実施例では、順方向オフセット回路は、０乃至
０．４に選択し得る調節自在の利得を持つ演算増幅器回
路である。順方向オフセット回路６０の出力は、区間１
到達範囲の大きさの選択可能な部分（Ｚ）に移相した正
相電流（ＩＡｌＳ）を乗じた値であるが、それがクリッ
プ回路６４の入力に結合される。好ましい実施例では、
クリップ回路６４は、予め設定したレベルより高い入力
信号の部分を通過させるゼロ抑圧回路と、入力信号から
ゼロ抑圧回路の出力を減算する差動増幅器とで構成され
る。従って、クリップ回路６４の出力信号は、入力信号
の内、予め設定したレベルより小さい部分だけで構成さ
れる。好ましい実施例では、クリップ回路６４は１９７
４年にアナログ・デバイセズ・インコーポレーテットか
ら出版されたダニエルＨ，シャインゴールド編集の［非
線形回路ハンドブック」の１ＢＯＵＮＤＳ’の見出しの
項に記載されている形式のものである。クリップ回路６
４の出力が第１の２人力加算増幅器３０の反転入力に結
合される。

第１の２人力加算増幅器３０の出力は、前に述べた様に
、反転入力及び非反転入力の代数和であるが、それが帯
域フィルタ６６の入力に結合される。好ましい実施例で
は、帯域フィルタ６６は、電力系統の公称周波数、典型
的には５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの中心周波数を持ち、約３
．８のＱを持っている。帯域フィルタ６６の出力が第４
の絶対値回路６８の入力と２人カ一致論理回路６２の２
番目の入力とに結合されている。好ましい実施例では、
第４の絶対値回路６８は、前に述べた第１、第２及び第
３の絶対値回路３２，４４．４６と同じ形式である。

第４の絶対値回路６８の出力は、入力の絶対値であるが
、それがレベル検出器７０の入力に結合される。レベル
検出器７０の出力は、入力が予定のレベル、好ましい実
施例では、０．３５単位を越える時に発生される信号で
あるが、それが第１、第２及び第３の利得選択回路３４
，４８．５０の利得制御入力に結合される。レベル検出
器７０からの出力信号により、第１、第２及び第３の利
得選択回路が回路の入力信号に高い利得を加える。

レベル検出器７０からの出力がないと、第１、第２及び
第３の利得選択回路は入力信号に低い利得を加える。

第３の利得選択回路５０の出力が、第３の電子スイッチ
７２及び第４の電子スイッチ７４の入力に結合される。

第３及び第４の電子スイッチ７２゜７４は、夫々前に第
１及び第２の電子スイッチ５２．５４について述べた形
式である。第３の電子スイッチ７２が、その制御入力に
高信号が印加された時、その入力に印加された信号をそ
の出力に接続する。これに対して第４の電子スイッチ７
４は、その制御入力に低信号が印加された時、その入力
に印加された信号を出力に接続する。第３の電子スイッ
チ７２の出力が第３のインバータ７６の入力に結合され
る。第３のインバータ７６はその出力が入力の反転であ
る様な演算増幅器であることが好ましい。一致論理回路
６２の出力は、２つの入力が一致する間、高信号である
が、それが第１、第２、第３及び第４の電子スイッチ５
２゜５４．７２．７４の制御入力に結合される。

前に第１図について述べた様にして発生される信号ＭＥ
ｏＦが、零相到達範囲調節回路７８の入力と一定調節範
囲回路８０の入力とに結合される。

好ましい実施例では、零相到達範囲調節回路７８は、前
に述べた正相到達範囲調節回路３６．３８と同じ設計で
ある。零相到達範囲調節回路７８は、保護区間の１番目
の区間に対するレプリカ・インピーダンスの大きさが得
られる様に選ばれた調節自在の利得を持っているが、そ
れが第３の交流結合回路８２に結合される。好ましい実
施例では、第３の交流結合回路８２は、第１及び第２の
交流結合回路４０．４２について述べたのと同じ形式で
ある。零相到達範囲調節回路７８の出力が、第２の２人
力加算増幅器８４の一方の入力にも結合される。好まし
い実施例では、第２の２人力加算増幅器８４は、その出
力信号が、第１及び第２の入力に印加された信号の大き
さの和に等しい大きさを持つ様な演算増幅器であること
が好ましい。

第２の交流結合回路８２の出力が第５の絶対値回路８６
の入力に結合される。好ましい実施例では、第５の絶対
値回路８６は第１、第２、第３及び第４の絶対値回路３
２，４４，４６．６８について述べたのと同じ形式であ
る。第５の絶対値回路８６の出力は、入力信号の大きさ
の絶対値の大きさを持つが、それがゼロ抑圧回路８８の
入力に結合される。好ましい実施例では、ゼロ抑圧回路
８８は、入力信号の内、予め設定したレベルより小さい
部分を除く回路で構成される。従って、ゼロ抑圧回路８
８の出力信号は、入力信号の内、予め設定したレベルよ
り大きい部分だけで構成される。好ましい実施例では、
ゼロ抑圧回路は前に引用した「非線形回路ハンドブック
」の第２５頁乃至第２６頁所載の’ＤＥＡＤ　　ＺＯＮ
Ｅ”の項に記載されている形式のものである。ゼロ抑圧
回路８８の出力が立上りが速く、減衰が遅い回路（ＦＲ
３Ｄ）９０の入力に結合される。立上りが速い、減衰の
遅い回路９０は、二重の時定数、即ち入力信号が印加さ
れた時の短い時定数と、入力信号が取去られた時の長い
時定数を持つ演算増幅器回路であるのが好ましい。立上
りが速い、減衰の遅い回路９０の出力１ｏＺ、は、回路
９０に対する入力信号が取去られた後、長い時定数で減
衰する信号である。

第２の２人力加算増幅器８４の出力は、前に述べた零相
到達範囲調節回路７８及び一定到達範囲回路８０の出力
の和に略等しい大きさを持っているが、それが第４の交
流結合回路９２の入力に結合される。好ましい実施例で
は、第４の交流結合回路９２は前に述べた第１、第２及
び第３の交流結合回路４０．４２．８２と同じ形式であ
る。第４の交流結合回路９２の出力が第６の絶対値回路
９４の入力に結合される。第６の絶対値回路９４は、前
に述べた第１、第２、第３、第４及び第５の絶対値回路
３２．４４．４６，６８．８６と同じ形式である。第６
の絶対値回路の出力１．ＺＴは、前に述べた様に、入力
信号の大きさの絶対値の大きさを持つ信号である。

第３図には、引きはずし正相装置１０２、阻止正相装置
１０４及び第１区間正相装置１０６のブロック図が示さ
れている。前に第２図について述べた様にして発生され
た信号ｔｒＺＴが正相引きはずし継電器１０２の第２の
３人力加算槽幅器１０８の非反転入力と、正相阻止継電
器１０４の第３の２人力加算増幅器１１０の反転入力と
に結合される。前に第２図について述べた様にして発生
された信号ＩＺＴが第２の３人力加算槽幅器１０８の反
転入力と第３の２人力加算増幅器１１０の非反転入力と
に結合される。前に第２図について述べた様にして発生
される信号１ｏＺＴが、第２の３人力加算槽幅器１０８
の反転入力に結合される。

第２の３人力加算槽幅器１０８の出力は、反転及び非反
転入力の代数和に等しい大きさを持つ信号であるが、そ
れが第３の３人力加算増幅器１１２の非反転入力に結合
される。前に第２図について述べた様にして発生される
信号ｖ１が、第３の第３人力加算増幅器１１２の反転入
力と、正相阻止継電器１０４の第１の６人力加算増幅器
１１４の反転入力と、正相区間１継電器１０６の第２の
６人力加算増幅器１１６の反転入力とに結合される。バ
イアス信号が第５の電子スイッチ１１１１１を介して、
第３の３人力加算増幅器１１２の反転入力と第１の６人
力加算増幅器１１４の反転入力とに結合される。第５の
電子スイッチ１１８は、制御入力に低信号が印加される
と、スイッチの入力の信号が出力に接続されると云う点
で、前に述べた第２の電子スイッチ５４及び第４の電子
スイッチ７４と同じ形式である。

理由は後で説明するが、正相装置１０２，１０４．１０
６で拘束を除外する為に発生される拘束制御信号（ＲＴ
ＣＯＮ）が、第５の電子スイッチ１１Ｂの制御入力と第
６の電子スイッチ１２０の制御入力とに結合される。第
６の電子スイッチ１２０は、制御入力に低信号を印加す
ると、スイッチの入力に現れる信号が出力に切換えられ
る点で、第２の電子スイッチ５４、第４の電子スイッチ
７４及び第５の電子スイッチ１１８について述べたのと
同じ形式であることが好ましい。第３図に示す様に、バ
イアス信号が第６の電子スイッチ１２０を介して第２の
６人力加算増幅器１１６の反転入力に結合される。

前に述べた様に、反転及び非反転入力に結合された信号
の大きさの代数和に等しい大きさを持つ信号である第３
の３人力加算増幅器１１２の出力が、第４の２人力加算
槽幅器１２２の非反転入力及び第１のフィルタ１２４の
入力に結合される。

調節自在の大きさを持つバイアス信号が、第４の２人力
加算槽幅器１２２の反転入力に結合される。

第４の２人力加算槽幅器１２２の出力は、反転及び非反
転入力の代数和に等しい大きさを持つ信号であるが、そ
れが第１の「積分」回路１２６の入力に結合される。好
ましい実施例では、第１の「積分」回路１２６は、その
入力と出力の間にフィードバック回路を接続した演算増
幅器で構成さ。

れる。このフィードバック回路が並列接続の抵抗及びコ
ンデンサで構成される。「積分」回路１２６に対する入
力が演算増幅器に対する入力であり、「積分」回路１２
６の出力が演算増幅器の出力である。

第１の「積分」回路１２６の出力が第２のレベル検出器
１２８の入力に結合される。好ましい実施例では、第２
のレベル検出器１２８は、第１のレベル検出器７０と同
じ形式であって、出力の信号（ＰＤＴ）は、第２のレベ
ル検出器１２８の入力が予定の値を越えた時に発生され
る。好ましい実施例では、この第２の予定のレベルは、
外来信号に打勝つ閾値とする為に、６０ｍＶに等しい。

信号ＰＤＴが装置内で遮断器引きはずし信号として利用
される。

好ましい実施例では、フィルタ１２４は単純なＲＣフィ
ルタに続く演算増幅器バッファで構成される。フィルタ
１２４の出力は、あらゆる高周波成分の大きさが減少し
ていることを別とすれば、フィルタの入力と略等しいが
、それが半波整流器１３０の入力に印加される。半波整
流器の出力は、入力信号の正の半波部分だけで構成され
た信号であるが、それが第１の６人力加算増幅器１１４
の反転入力に結合される。

第３の２人力加算槽幅器１１０の出力は、前に述べた様
に反転及び非反転入力に印加された信号の大きさの代数
和の大きさを持つ信号であるが、それが到達範囲調節回
路１３２に結合される。好ましい実施例では、到達範囲
調節回路１３２は０゜５乃至２．２５の範囲内の調節自
在の利得を持つ演算増幅器である。保護する阻止区間に
対する適正なレプリカ・インピーダンスの到達範囲が得
られる様に大きさを調節した到達範囲調節回路１３２の
出力が、第１の６人力加算増幅器１１４の非反転入力に
結合される。

第１図について述べた様にして発生される信号ＶＡ１が
、第２の帯域フィルタ１３４の入力と第５の２人力加算
槽幅器１３６の非反転入力とに結合される。好ましい実
施例では、第２の帯域フィルタ１３４は中心周波数が電
力系統の定格周波数、典型的には５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ
と等しくなる様に選ばれた多重フィードバック帯域フィ
ルタであり、これが第５の２人力加算槽幅器１３６の反
転入力に接続される。第２の帯域フィルタ１３４は約２
に等しいＱ及び１の利得を持つことが好ましい。

Ｑが２であると、帯域フィルタ１３４からの出力信号の
変化は、入力の対応する変化より遅れ、こうして変化前
の信号を短期的に記憶する。Ｑを更に大きくすれば、時
定数が一層長くなり、−層長期の記憶が出来るが、周波
数変化が発生した時、−層大きな位相変化を招き、これ
は第２の帯域フィルタ１３４の出力が結合された第５の
２人力加算槽幅器１３６から信号を発生させる慣れがあ
る。

この信号は、障害の結果としてではなく、予想される周
波数変動の結果として発生されることがあるので、継電
器の誤った動作を招く惧れがある。

第５の２人力加算槽幅器１３６の出力は、増幅器１３６
の反転及び非反転入力の代数和の大きさを持つ信号Δｖ
１である。前に述べた様に、帯域フィルタ１３４が短期
的な記憶作用を持つ為、障害が発生した直後、増幅器１
３６からの出力信号Δｖ１は、最初は電圧の障害後の正
相分から電圧の障害前の正相分を差引いた値、即ち、障
害に帰因する電圧の正相分の変化に等しい。信号Δｖ１
が第７の絶対値回路１３８の人力に結合される。

この回路は、前に第１、第２、第３、第４、第５及び第
６の絶対値回路３２，４４．４６．６８゜８６．９４に
ついて述べたのと同じ形式である。

第７の絶対値回路１３８の出力は、その大きさが入力信
号の大きさの絶対値である様な信号であり、それが第１
の６人力加算増幅器１１４の非反転入力に結合される。

第１の６人力加算増幅器１１４の出力が第２の「積分」
回路１４０の入力に結合される。第２の「積分」回路１
４０は前に第１の「積分」回路１２６について述べたの
と同じ形式である。第２の「積分」回路１４０の出力が
第３のレベル検出器１４２に結合される。好ましい実施
例では、第３のレベル検出器は前に述べた第２のレベル
検出器１２８と同じ形式である。第３のレベル検出器１
４２の出力は、第３のレベル検出器１４２の入力が予定
のレベル、好ましい実施例では、外来信号に打勝つ閾値
とする為に６０＋ａＶにした予定のレベルを越える時に
発生される阻止信号（ＰＤＢ）である。信号ＰＤＢを使
って、後で説明する様に、引きはずし信号の発生を阻止
する。第２のレベル検出器１４２の出力が第７の電子ス
イッチ１４４の制御入力にも結合される。第７の電子ス
イッチ１４４は、制御入力に高信号を印加すると、スイ
ッチの入力の信号が出力に接続されると云う点で、第１
及び第３の電子スイッチ５２．７２について述べたのと
同じ形式である。バイアス信号が第６の電子スイッチ１
４４を介して第１の６人力加算増幅器１１４の非反転入
力に結合される。

第２図について述べた様にして発生される信号ＭＩＺ＋
が、第２の６人力加算槽幅器１１６の非反転入力に結合
される。第２図について述べた様にして発生される信号
ＩＺ、が、第２の６人力加算槽幅器１１６の反転入力に
結合される。第２図について述べた様にして発生される
信号ＩｏＺ１が、第２の６人力加算槽幅器１１６の反転
入力に結合される。この出願と同日に出願された係属中
の米国特許出願に記載される形式の同期外れ阻止継電器
によって、同期外れ阻止信号（ＰＯＳＢＲ）が発生され
る。同期外れ阻止信号ＰＯＳＢＲが第２の６人力加算槽
幅器１１６の反転入力に印加される。

第２の６人力加算槽幅器１１６の出力が第６の２人力加
算増幅器１４６の非反転入力に結合される。調節自在の
大きさを持つバイアス信号が第６の２人力加算増幅器１
４６の反転入力に結合される。第６の２人力加算増幅器
１４６の出力は、反転及び非反転入力に印加された信号
の大きさの代数和と略等しい大きさを持つ信号であるが
、それが第３の「積分」回路１４８の人力に結合される
。

第３の「積分」回路１４８は前に述べた第１の「積分」
回路１２６と同じ形式・である。

第３の「積分」回路１４８の出力が第４のレベル検出器
１５０の入力に結合される。第４のレベル検出器１５０
は前に述べた第２のレベル検出器１２８と同じ形式であ
る。第４のレベル検出器１５０は、入力信号の大きさが
予定のレベル、好ましい実施例では、外来信号に打勝つ
閾値とする為の６０ｍＶを越えた時に、出力信号（ＰＤ
Ｉ）を発生する。信号ＰＤＩが装置内で遮断器引きはず
し信号として利用される。

この発明の正相距離継電器の動作は次の通りである。交
流送電線路に何の障害もない正常な状態を仮定すると、
信号Ｍ１０．Ｆ％　　ＩＯＺ＋及び■ＯＺＴは、正常な
負荷状態では、各相電流が平衡していて、零相電流（１
０）がゼロに略等しいから、実質的にゼロに等しい。正
常な負荷状態の間、正相電圧に何の変化もないから、信
号Δｖ１も略ゼロに等しい。信号ＲＴＣＯＮは論理０で
あり、従ってスイッチ１１８，１２０を介して、拘束バ
イアスが加算増幅器１１２，１１４，１１６に供給され
る。信号ｌＡ１５の大きさは、被保護系統の正相負荷電
流の大きさに比例する。正常な負荷状態では、被保護系
統の正相電圧及び電流は略同相であるから、信号ｌＡｌ
５は信号”Ａｌよりも大体レプリカ・インピーダンスの
角度だけ進んでいる。信号ＶＡ１及び１ＡＩＳが略９０
°位相がずれているから、一致論理回路６２が９０°で
ＭＩＺＴ及びＭ１２、を切換え、２番目の９０″でｌｚ
Ｔ及ヒＩｚ１を切換える。積分回路１２６，１４０，１
４８に対する正味の入力は拘束方向であり、レベル検出
器１２８，１４２，１５０からの出力はない。

被保護領域の区間１内で単相障害が起ったと仮定する。

障害状態の間、系統の正相電圧及び電流は、電圧が電流
より進む形で、送電線路のインピーダンスだけ、実質的
に位相がずれている。従って、信号ｖ１及びｌＡ１５が
略同相であり、一致論理回路の出力により、信号ＭＩＺ
Ｔ及びＭＩＺ＋が夫々の回路内に接続され、これに対し
て信号ＩＺＴ及びＩＺ＋は略ゼロに等しい。従って、加
算段１０８，１１６に作動信号が印加される。関連する
障害検出器が動作して、信号ＲＴＣＯＮを論理１にし、
こうして加算増幅器１１２，１１４゜１１６からバイア
ス信号を取去る。対地単線障害の間、被保護送電系統の
電流に不平衡が生じ、加算増幅器１６によって零相電流
が発生される。この零相電流信号が信号■ｏＺＴ及びＩ
ｏＺ、を発生し、それが加算増幅器１０８，１１６に対
して拘束信号を供給する。この様に追加された拘束信号
は、ＰＤＴ及びＰＤＩ装置が対地単線障害で動作しない
様にする。

次に被保護領域の区間１内で３相障害があったと仮定す
る。障害状態の間、系統の正相電圧及び電流は送電線路
のインピーダンスの角度だけ実質的に位相がずれ、電圧
が電流より進んでいる。従って、信号Ｖ１及びｌＡ１５
は実質的に同相であり、一致論理回路の出力により、信
号ＭＩＺＴ及びＭＩＺ＋が夫々の回路内で接続され、こ
れに対して信号ＩＺＴ及びＩＺＩは略ゼロに等しい。従
って、加算段１０８，１１６に作動信号が印加される。

関連する障害検出器が動作して、信号ＲＴＣＯＮを論理
１にし、こうして加算増幅器１１２，１１４．１１６か
らバイアス信号を取去る。３相障害の間、被保護送電線
路の電流には実質的な不平衡が存在しない。従って、実
質的に零相電流がなく、信号！。ＺＴ及びＩｏ　２．＋
は略ゼロである。区間１の継電器の到達範囲内の障害に
対しては、信号ＭＩＺ＋の大きさは拘束信号ｖ１の大き
さよりも大きく、ＰＤＩの積分回路１４８に対する正味
の入力は作動方向である。積分回路の出力のレベルがレ
ベル検出器の設定値より高いと、ＰＤＩの出力が発生さ
れる。区間１装置の到達範囲は常に範囲外装置の到達範
囲より小さいから、ＰＤＴもこの障害に対して出力を発
生する。

次に継電器の逆方向（その背後）に３相障害があったと
仮定する。障害状態の間、系統の正相電圧及び電流は、
送電線路のインピーダンスの角度だけ実質的に位相がず
れ、電圧が電流より遅れる。

従って、信号Ｖ１及びｌＡｌ５は実質的に１８０’位相
がずれ、一致論理回路の出力により、信号ＩＺＴ及びＩ
ＺＩが夫々の回路内で接続され、これに対して信号ＭＩ
ＺＴ及びＭＩＺ＋は略ゼロに等しい。この為、加算段１
１０に作動信号が印加される。関連する障害検出器が動
作し、信号ＲＴＣＯＮを論理１にし、こうして加算増幅
器１１２゜１１４．１１６からバイアス信号を取去る。

３相障害の間、被保護送電線路の電流に実質的な不平衡
は存在せず、従って零相電流は実質的になく、信号■。

ＺＴ及び■。Ｚｌは略ゼロである。阻止装置の到達範囲
内の障害に対しては、信号ＩＺＴの大きさが拘束信号Ｖ
１の大きさより大きく、ＰＤＢの積分回路１４０に対す
る正味の入力は作動方向である。積分回路の出力のレベ
ルがレベル検出器の設定値より高くなると、ＰＤＢの出
力が発生される。障害が発生した時、信号Δｖ１により
、加算増幅器１１４に対して別の作動信号が印加される
。この信号は、作動信号ＩＺＴの大きさが小さい様なあ
る外部の障害でも、速い動作を保証する。ＰＤＢの装置
が動作した後、別の作動バイアス信号がスイッチ１４４
を介して追加され、外部障害に対して連続的な阻止信号
を保証する。

最後に、第１の区間を越えているが、範囲外継電器ＰＤ
Ｔの到達範囲内で、順方向に３相障害があったと仮定す
る。障害状態の間、系統の正相電圧及び電流は、送電線
路のインピーダンスの角度だけ、実質的に位相がずれ、
電圧が電流より進む。

従って、信号Ｖ１及びｌＡ１５は略同相であり、−致論
理回路の出力により、信号ＭＩＺＴ及びＭＩＺ＋が夫々
の回路に接続され、これに対して信号ＩＺＴ及び１２１
は略ゼロに等しい。従って、加算段１０８．１１６に作
動信号が印加される。関連する障害検出器が動作し、信
号ＲＴＣＯＮを論理１にし、こうして加算増幅器１１２
，１１４゜１１６からバイアス信号を取去る。３相障害
の間、被保護送電線路の電流には実質的な不平衡が存在
しない。従って、実質的に零相電流はなく、信号１、Ｚ
Ｔ及びＩｏＺ、は略ゼロである。範囲外継電器の到達範
囲内の障害に対しては、信号ＭＩＺＴの大きさが拘束信
号ｖ１の大きさより大きく、ＰＤＴの積分回路１２６に
対する正味の入力は作動方向である。積分回路の出力の
レベルがレベル検出器の設定値より大きくなると、ＰＤ
Ｔの出力が発生される。仮定した障害は区間１の到達範
囲を越えるものであるから、信号ＭＩＺ、が拘束信号ｖ
１より小さくなり、ＰＤＩの積分回路１４８に対する正
味の信号は非作動方向であり、こうしてＰＤＩの出力を
防止する。

正相距離装置に積分回路及びレベル検出器の組合せを使
うと、従来の位相角比較器形の装置に較べて、多数の利
点がある。その利点の中には、接近した烈しい障害に対
する動作速度が高くなることが挙げられる。継電器装置
の速度は主に、ＣＣＶＴ過渡状態の誤差に起因する過渡
的な範囲超過による不正の引きはずしを防止する必要に
基づいている。位相角比較器を用いた時の１つの解決策
は、一定の遅延時間を設けて、ＣＣＶＴの過渡状態が正
味の作動信号として現れる最大期間を越える様にするこ
とである。別の位相角比較器形の継電器は、フィルタの
遅延と、特性的なタイマによって加えられる一定の作動
時間とを用いている。

この発明の継電器は、特性的なタイマに伴う一定の作動
時間を実質的に除き、こうして系統の安定性にとって最
も重要な、接近した烈しい障害に対し、２乃至３ミリ秒
程度の作動時間が得られる様にする。

この発明の積分器−レベル検出器方式の作動時間は、次
の様に推定することが出来る。

ｔ−Ｔ　ｌｎ［（ｌＶＲＩ＋１ＶｏＰｌ）／ＩＶｏＰｌ
］Ｃ 二＼でＶＲは障害前の拘束電圧、 ■　は（Ｉ　　　Ｚ　　　　−Ｖ）の大きさ、ＯＰ　　
　　障害　継電器 ”ＲＣは積分器の時定数、 Ｉｎは自然対数を表わす。

例えば、拘束が単位当たり０．５に制限され、ＴＲＣが
１０ミリ秒であり、ＩＺ−Ｖの値が単位当たり１．５で
ある様な距離装置では、作動時間は約２．９ミリ秒であ
る。この計算はＩ　Ｚ−Ｖの平均値を仮定している。障
害の入射角に基づいて、作動時間に若干の変動があり、
正相回路に取入れた低域フィルタには若干のフィルタ遅
延がある。

この発明の積分器／レベル検出器方式の別の利点は、継
電器方式の全体的な性能を高める為に、継電器装置を変
更するのが容易であることである。

１つの例として、単極引きはずし及び閉路方式に拘束信
号ＩｏＺＲ１を追加するのが簡単である。拘束ＩｏＺＲ
１が、正相距離装置が、対地単線障害で動作するのを阻
止し、こうして装置が相間障害で直接的に３極引きはず
しを開始することが出来る様にする。この発明の積分器
／レベル検出器方式を使うと、従来の方式に較べて、系
統の保安性が高まる。積分器／レベル検出器の組合せに
より、遠隔の外部障害の作動時間が比較的長くなる。こ
の様に保安性が高まるのは、継電器が動作する前に、外
部の障害が除かれ、この為障害の間に不正のチャンネル
動作が起る様な誤操作の可能性を少なくする確率の為で
ある。

公知の様に、負荷の最大の流れによる装置の動作を防止
する為に、正相距離装置に対するＲ−Ｘ線図上の定常状
態のカバー範囲は制限しなければならない。従来の方式
では、位相角比較器に付設された特性的なタイマの設定
は、第４図に示す様に、特性を最大負荷インピーダンス
の点から遠ざける様なレンズ特性が得られる様に増加す
る。それによる犠牲として、装置の作動時間が長くなる
。

この発明は、積分器／レベル検出器方式を使うと共に、
作動信号として、ｖＰｏＬ及びＩ、ＺＲの正の一致を利
用し、正の一致に較べて、加重を強めた１つの拘束とし
て、ｖＰｏＬ及びｒｌｚＲの負の一致を利用し、レンズ
形特性を得る為の２番目の拘束としてｖｌを利用するこ
とにより、作動時間の増加がほとんと或いは全くない。

然し、非常に強い負荷の流れに対しては、関連する積分
器の時定数を長くすることが必要になることがあり、そ
れによって作動時間が長くなる。

ＰＯＳＢ同期外れ阻止継電器の積分信号の一部分が、Ｐ
ＤＩ継電器に対する拘束信号として使われる。この余分
の拘束は、ＰＯ３Ｂの動作の固有の遅延の後、ＰＤＩ継
電器の区間を越えたばかりの所の外部障害を除いたこと
に伴う過渡状態に対し、ＰＤＩ継電器の保安性を高める
。

以上の詳しい説明から判る様に、この発明は、障害のき
びしさに基づいて作動時間をよくすると共に、被保護区
間内の遠隔の末端に於ける障害に較べて、接近した障害
に対して一層敏速に動作する正相距離継電器を提供した
。この発明の距離継電器は、内部及び外部の障害の弁別
作用も改善し、こうして継電器動作の信頼性並びに保護
装置の保安性を高める。更にこの継電器は、直列容量補
償形交流送電線路に於ける内部及び外部の障害の弁別作
用も改善されている。

この発明を特定の実施例について説明したが、当業者に
は、この発明の範囲内で、種々の変更が可能であること
は明らかであろう。特許請求の範囲は、この発明の範囲
内に含まれるこの様な全ての変更を包括するものである
ことを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の好ましい実施例の電流及び電圧処理
部分を１本の線で表わしたブロック図、第２図はこの発
明の好ましい実施例の到達範囲調節及び分極部分のブロ
ック図、 第３図はこの発明の好ましい実施例の正相装置のブロッ
ク図、 第４図はこの発明の正相距離継電器のモー／レンズ特性
を示すＲ−Ｘ線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、３相交流配電系統の予定の被保護区間内の障害を検
   出する為の保護継電器に於て、 前記３相配電系統の相電圧の正相分に関係する信号Ｖ＿
   １を含む分極信号Ｖ＿Ｐ＿Ｏ＿Ｌを発生する手段と、前
   記３相配電系統の相電流の正相分に関係する信号に、前
   記３相配電系統の被保護区間のレプリカ・インピーダン
   スに関係する信号を乗じた信号Ｉ＿１Ｚ＿Ｒを発生する
   手段と、 Ｖ＿Ｐ＿Ｏ＿Ｌ及びＩ＿１Ｚ＿Ｒの一致を比較し、正の
   一致の結果として作動信号を発生すると共に、負の一致
   の結果として第１の拘束信号を発生する手段と、相電圧
   の正相分に関係する信号Ｖ＿１で構成された少なくとも
   第２の拘束信号を発生する手段と、前記作動信号の大き
   さが、前記第１及び第２の拘束信号の大きさの和を越え
   た時に正味作動信号を発生する手段とを有する保護継電
   器。 ２、更に、前記正味作動信号を受取るエネルギ比較手段
   を有し、該エネルギ比較手段は、 前記正味作動信号を受取る入力、出力、及び該入力及び
   出力の間に接続されたフィードバック回路を持っていて
   、該フィードバック回路が電気的に並列接続された抵抗
   手段及び静電容量手段で構成されている演算増幅器を有
   する積分回路手段と、該演算増幅器の出力からの出力信
   号が予定のレベルを越えた時に、継電器出力信号を発生
   するレベル検出手段とで構成されている請求項１記載の
   保護継電器。