JPH027248B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、一般に交流送電線を保護する保護
継続器、特に超高速保護継電器に関するものであ
る。

〔従来技術〕

３相交流送電線および発電機器は、絶縁故障、
ひいてはシヤント抵抗の短絡または絶縁低下（こ
れは、電力系統を崩壊させ、高価な装置に大損害
を与えかつ人に危害を加える）から保護されなけ
ればならない。例えば、そのような事故は、送電
線から大地への或いは送電線導体間の雷撃誘導フ
ラツシオーバによつて起される。そのような事故
状態では、線路電流は正常値の数倍にも達し、こ
れにより発電機間の同期を外さしかつ送電線とこ
れに接続した機器との両方を損傷ないし破壊させ
る。

機器の損傷および電力系統全体の崩壊を避ける
ために、主送電線上の事故の起きた装置は回路網
から0.1秒〜0.5秒で切り離されなければならな
い。この切り離し時間に課せられた制限は、
80000Aまでの電流をしや断する複数台の大型回
路しや断器を動作させ、もしこれらの主保護機器
が適正に機能しないならばバツクアツプ動作を完
了させなければならない。回路をしや断するのに
充分な時間をとるために、事故の起きた場所は大
体8ms〜20ms4でつきとめられなければならな
い。送電線事故をつきとめて適切な回路しや断器
をトリツプすることにより切り離しを開始するこ
とは、交流電圧および交流電流を連続して監視す
る保護継電器の機能である。

送電線上の測定点に関して事故発生位置の方向
およびそこまでの距離は、通常、距離継電器の助
けを借りて測定される。この距離継電器には、正
しく機能するために大体正弦状の電力周波数入力
信号を要する電気機械的素子または電子的素子が
組み込まれている。送電線に事故が起ると、電力
周波数の電流信号および電圧信号の両方に偏差が
生じかつ過渡進行波も発生される。過渡進行波に
よつてひずませられたような電力周波数信号は距
離継電器で検出するには適さないので、保護継電
器の動作はひずみ効果すなわち過渡進行波の減衰
を持たなければならない。この減衰はかなりゆつ
くりしている。或は、周波数フイルタを使用して
過渡進行波の効果をろ波し、これにより電力周波
数成分を早い時期に保護継電器で評価することが
できる。事故発生時の定常状態値と比較されるよ
うな事故発生後の電力周波数信号の変化を評価す
ることにより、距離継電器は独立した、すなわち
ゾーン１のトリツプ決定を行うことができる。

そのようなゾーン１トリツプ決定を行うための
従来の一解決策は、米国特許第4287547号に開示
されているように、事故の発生に伴う電圧偏差
（Ｘ軸）と電流偏差（Ｙ軸）の軌跡を偏差平面上
に時間の関数として描くことである。この軌跡は
時計方向の回転で惰円軌道を定め、順方向での事
故を示す。ゾーン１の閾値境界線は各象限毎に確
立され、もし軌跡が順方向境界線と交わるならば
その事故が順方向にありかつ被保護ゾーン内にあ
ることが分る。しかしながら、このゾーン１トリ
ツプ決定は、楕円軌道の位置および形状が事故開
始角γおよび電源インピーダンスX_sの関数であ
ることから、複雑である。従つて、ゾーン１トリ
ツプに対して閾値境界線を設定することはとても
難しい。

米国特許第4371907号の発明は、電流偏差信号
を微分しかつこの微分した電流偏差信号をＹ軸に
とることにより、楕円軌道の概念に関係した実際
的な諸問題を解決する。或は、電圧偏差信号を積
分しても良い。ゾーン１トリツプ決定を行うため
に、進行波応答は偏差信号からろ波される。事故
方向に応答する回転方向を有する楕円の代りに、
順方向事故はこの変換された偏差平面上に直線の
軌跡を生じ、この直線は順方向事故に対して第２
象限と第４象限の間で原点と交わる。

位置および形状が事故開始角γおよび電源イン
ピーダンスXsに依存する楕円軌道と違い、直線
の軌跡は事故開始角によつて影響されない。直線
軌跡の傾斜だけは電源インピーダンスで変る。従
つて、ゾーン１での事故を検出するための閾値境
界線は、“最悪の場合”すなわち従来の楕円軌道
式のものに必要なXsおよびγの全範囲に亘つて
適応するように設定される必要はない。従来の直
線軌道式保護継電器は、従つて、はるかに長く被
保護線路に対して設定されて良く、かつ楕円軌道
概念を使用する電力系統よりももつと良くゾーン
１事故を検出して取り除く。

〔発明の概念〕

この発明は、従来の継電器の閾値境界線が微分
した電流偏差信号および電圧偏差信号の予期され
る最大振幅に基づいて確立される固定された直線
で表わされる点で、上述した米国特許第4371907
号の発明を良く改良したものである。

この発明の目的は、よりり速い事故検出を行う
ために可変の閾値境界線を有し、すなわち、閾値
境界線が直線軌道に応じて経時変化するので、ト
リツプさせるために微分した電流偏差信号または
電圧偏差信号の最大値が固定された直線閾値と交
わるのを待つ必要がない保護継電器を提供するこ
とである。

この目的に鑑み、この発明は、交流電源によつ
て付勢される送電線上の測定点から事故の方向を
測定するためのかつその事故が前記測定点から所
定の距離内にあるかどうかを測定するための保護
継電器であつて、事故前の定常状態電流からの事
故時の電流偏差を表わす電流被導出信号を時間の
関数として提供するための第１手段と、事故前の
定常状態電圧からの事故時の電圧偏差を表わす電
圧被導出信号を時間の関数として提供するための
第２手段と、前記電流被導出信号および前記電圧
被導出信号の各々から進行波活動による過渡状態
を除くことにより、ろ波した電流被導出信号およ
びろ波した電圧被導出信号を発生するためのろ波
手段と、前記ろ波した電流被導出信号に応答して
微分した信号を発生するための微分器と、前記微
分した信号と、前記測定点から所定の距離の所で
の前記送電線のリアクタンスとの積をＹ軸にとり
かつ前記ろ波した電圧被導出信号をＸ軸にとつた
Ｘ−Ｙ平面に経時変化軌跡を生じさせるための第
３手段と、を備えた前記保護継電器において、前
記Ｘ−Ｙ平面の第２象限および第４象限で第１経
時変化閾値境界線（たゞし、この第１経時変化閾
値境界線は単位傾斜並びに事故前の経時変化電圧
を事故時に表わす第２象限および第４象限中のＹ
軸交点を有する。）を生じるための、かつ前記Ｘ
−Ｙ平面の第１象限および第３象限で第２経時変
化閾値境界線（たゞし、この第２経時変化閾値境
界線は負の単位傾斜並びに事故前の負の経時変化
電圧を事故時に表わす第１象限および第３象限中
のＹ軸交点を有する。）を生じるための第４手段
と、前記経時変化軌跡が前記Ｘ−Ｙ平面の第２象
限または第４象限において所定の時間前記第１経
時変化閾値境界線を何時超えるかを測定すること
によりその事故が順方向にありそして前記測定点
から前記所定の距離内にあることを示すための、
かつ前記経時変化軌跡が前記Ｘ−Ｙ平面の第１象
限または第３象限において所定の時間前記第２経
時変化閾値境界線を何時超えるかを測定すること
によりその事故が反対方向にありそして前記測定
点から前記所定の距離内にあることを示すための
第５手段と、を設けたことを特徴とする保護継電
器にある。

交流電源によつて付勢される送電線上の測定点
から事故の方向を判定するためのかつその事故が
測定点から所定の距離内にあるかどうかを測定す
るための保護継電器が開示される。保護継電器
は、事故前の定常状態値からの、事故発生に伴う
電流および電圧の偏差を測定する。事故によつて
誘発された進行波作業による過渡状態を除くため
のろ波後に、電流信号が微分されるか或は電圧信
号が積分される。経時変化電圧信号および微分し
た電流偏差信号はＸ−Ｙ平面に描かれ、電圧偏差
信号、微分した電流偏差信号はそれぞれＸ軸、Ｙ
軸にとられる。経時変化閾値境界線はＸ−Ｙ平面
の２つの所定象限に確立され、コンパレータは経
時変化軌跡が経時変化閾値境界線と何時交わるか
を比較決定し、これによりその事故が順方向にあ
りかつ保護継電器から所定の距離内にあることを
示す。経時変化閾値境界線は逆方向事故を検出す
るために他の２つの象限においても確立されるこ
とができる。この決定は適切な回路しや断器をト
リツプさせて交流送電線のその部分を切り離すこ
とができる。

この発明は、添付図面に示す一実施例について
の以下の詳しい説明からもつと簡単に明らかとな
るだろう。

１ 基本原理 上述した米国特許第4371907号の発明では、
固定された直線閾値境界線が変換した偏差平面
上に確立される。こゝでは、時間に対する電圧
偏差はＸ軸にとられ、時間に対する電流偏差の
微分はＹ軸にとられている。固定された閾値を
超えて事故の発生を示すのは、電圧偏差または
微分した電流偏差の最大値が閾値境界線を超え
る時だけである。すなわち、閾値境界線は電圧
偏差および電流偏差の微分が最大振幅の場合に
一定事故リアクタンスの線を表わす。固定され
た閾値境界線を使用すると、電圧偏差または電
流偏差の微分の最大振幅が生じるまで事故を検
出できない。上述した米国特許第4371907号で
は閾値境界線が下記の式で定義される。

ｄ／dt△ｉ（ｔ）＝１／X_f△ｖ（ｔ）＋Ｅ／
X_f(1) たゞし、△ｉ（ｔ）、△ｖ（ｔ）は事故前の値
からのそれぞれ電流偏差、電圧偏差であり、
X_fは事故に対する線路インピーダンス（純粋
なリアクタンスと仮定した）であり、そしてＥ
は最高の電源電圧である。例示的な閾値境界線
および式(1)で定義した型式の軌跡は第１図に示
されている。

式(1)は上述した米国特許第4371907号に関係
した固定閾値境界線を定義することに注目され
たい。固定された閾値を使用することは、電流
偏差および電圧偏差の最大値に基づいて保護継
電器を設定することゝ等価である。最高電圧近
くで起る事故に対して、軌跡は固定された閾値
と直ちに交わる。しかし、進行波上の他の点で
起る事故に対しては、軌跡が個定された閾値と
交るまで遅れがある。移動する閾値を利用する
ことにより、軌跡は任意の開始角で起る事故の
ための閾値と直ちに交わる。移動する閾値を使
用することはこの発明の要旨である。

この発明の動作原理を適切に説明するため
に、送電線モデルは第２Ａ図、第２Ｂ図および
第２Ｃ図に示されている。事故前のモデルは第
２Ａ図に示されており、事故時のモデルは第２
Ｂ図に示されており、そして事故後のモデルは
第２Ｃ図に示されている。電源インピーダンス
Ｘ１，X_S2をそれぞれ有する電源E₁（ｔ）、E₂
（ｔ）は送電線１６へ電力を供給する。送電線
１６には継電器１０および１２並びに送電線イ
ンピーダンスmX_Lおよび（１−ｍ）X_Lがある。
第２Ｂ図に示す事故時のモデルでは、事故が送
電線１６上の点１８と中性導体２２上の点２０
との間で起つたと仮定する。電源−v_pp（ｔ）は
点１８と２０の間に挿入される。当業者には周
知のように、電源−v_pp（ｔ）は点１８と２０の
間の事故前電圧と反対の電圧を表わす。事故後
のモデルを示す第２Ｃ図には事故電流i_f（ｔ）
が示れている。

第２Ｃ図に示した事故後のモデルから分るよ
うに、 ₁＝₁・_L である。なお、バーはベクトル表示である。代
表的な距離継電器では、電流₁がレプリカ
（replica）インピーダンスすなわち補償インピ
ーダンス_Rに流されると、電圧は母線電圧₁
から差し引かれる。この値は動作電圧と呼ばれ
る。もし事故時のリアクタンスｍ_Lが補償イ
ンピーダンス_Rに等しければ、事故は平衡点
にありそして動作電圧は零である。もし事故が
平衡点の内部または外部にあれば、動作電圧は
正か負である。動作電圧の極性を決定するため
に、動作電圧は分極電圧と呼ばれる電圧₁と
位相比較される。動作電圧と分極電圧は、もし
それらが互いに180゜離相している、すなわち逆
相ならば事故が平衡点の内部にあるし、また同
相ならば事故が平衡点の外部にある。

同じことは第２Ｂ図のモデルにも適用でき
る。事故時の抵抗が零と仮定するならば、第２
Ｂ図で事故の左側と右側の回路は切り離されて
別々と考えることができる。継電器１０につい
ては、第２Ｂ図のモデルを第３図のように構成
し直すことができる。第２Ｃ図のモデルと第３
図のモデルとの類似性のために、同一技術を使
用して事故点までの距離を測定できる。下記の
式が用いられる（式を一般化するために添字の
数字は省略した）。

_pp＝△＋△・ｍ_L (2) 式(2)は事故開始角および電源インピーダンス
と無関係に有効である。瞬時状態では、 v_pp（ｔ）＝−△ｖ（ｔ）＋L_L（ｄ／dt△ｉ（ｔ
）） (3) となる。これを整理すると L_L（ｄ／dt△ｉ（ｔ））＝△ｖ（ｔ）＋v_pp （ｔ） (4) となる。この式(4)は、普通の直角座標系におけ
る直線の一般式ｙ＝mx＋ｂ（たゞし、ｍは傾斜
であり、ｂはＹ軸との交点である。）と比較さ
れることができる。式(4)はL_L（ｄ／dt△ｉ（ｔ）） をＹ軸にそして△ｖ（ｔ）をＸ軸にとつた変換
した偏差平面において傾斜が１でＹ軸との交点
がv_pp（ｔ）である直線の式を表わす。この発明
ではＹ軸との交点v_pp（ｔ）が時間の関数である
のに、上述した米国特許第4371907号ではＹ軸
との交点が一定（Ｅ／X_f）である。電流偏差
を微分してそれにL_R（継電器の設定値）を掛け
ると、同相電圧が両方の軸上に描かれる座標系
を作る。

変換した偏差平面を使用するこの解決策には
幾つかの利点がある。まず、事故開始角または
事故電流の非対称性への依存は微分が全ての直
流成分を効果的に阻止するので除かれることに
注目されたい。両方の電圧が同相であるので、
それらは直線の軌跡を作る。これは、両方の電
圧が正弦波でありかつ同様にその最大値、零値
および中間値に達することを意味する。同一の
電流△ｉ（ｔ）が電源インピーダンスX_sおよび
送電線インピーダンスmX_Lに流れるので、こ
の直線軌跡の傾斜は事故時のリアクタンス対電
源リアクタンスの或る比率に依存する。

式(4)は、変換した偏差平面をおいてL_Lで特
定されたような一定の事故時リアクタンスの直
線について考察され得る。従つて、継電器設定
点L_Rを特定することにより、継電器平衡点に
相当する閾値は任意の時点で定義されることが
できる。この場合、閾値は固定されず傾斜１の
直線（そのＹ軸交点はv_pp（ｔ）で変る）である
ことに注目されたい。よつて、閾値は軌跡と同
様な仕方で移動する。この閾値と直線軌跡の間
で或る関係を引き出せる。もし事故が平衡点で
起るならば、L_L＝L_Rでありそして任意の時点
で軌跡上の点は閾値上に直接ある。もしL_Lが
L_Rよりも小さければ、事故は平衡点の内部に
ありそして継電器はトリツプする。逆にL_Lが
L_Rよりも大きければ、事故は平衡点の外部に
ある。

経時変化閾値境界線の概念は第４Ａ図、第４
Ｂ図および第４Ｃ図に示されており、閾値境界
線はＸ−Ｙ平面の第２象限中の時間t₁およびt₂
で示される。もし事故が平衡点を超える、すな
わち外部にあるならば、事故軌跡は閾値境界線
よりも常に遅れる。例えば、第４Ａ図では軌跡
が時間t₁では点３４にありそして時間t₂では点
３６にある。第４Ｂ図は、事故が平衡点にある
状況を示す。この場合、軌跡は常に閾値境界線
にある。例えば、時間t₁では軌跡が閾値境界線
上の点４０にありそして時間t₂では軌跡が閾値
境界線上の点４２にある。第４Ｃ図では、事故
は平衡点の内部にありそして事故軌跡は常に閾
値境界線を超える。例えば、時間t₁では軌跡が
閾値境界線を超えた点４４にありそして時間t₂
では軌跡が閾値境界線を超えた点４６にある。

第４Ａ図、第４Ｂ図および第４Ｃ図に示した
移動閾値を得るために、式(4)中の量v_pp（ｔ）を
求めることが必要である。もし事故前に負荷フ
ロウ（電力の実効分）が無いとするならば、第
２Ａ図において_pp＝_1p＝_2pである。もし
負荷フロウ（load flow）が存在するならば、
Ｖ_ppはその値が_1pおよび_2pよりも小さくか
つその位相が負荷フロウ（電力の実効分の伝達
がないと仮定する）の方向次第で_1pより進む
か遅れる電圧である。第５図では、電圧_1pは
Ｖ_2pよりも角αだけ進み従つて負荷フロウを母
線２に生じさせる。送電線１６の真中での事故
を考察するに、もし_1pと_ppの差が大きけれ
ば、_ppの値をその最低値にさせる。送電線１
６の両端間の角が60゜だとすれば、_ppの値は
_１ｐの86.6％である。_ppの値が_1pに等しいとい
う仮定によつて導入された誤差は少しであると
思われる。この仮定は、事故点が送電線１６の
真中から遠去かるにつれて有意義でなくなる継
電器用アンダーリーチング（underreaching）
効果を生じさせるにすぎない。しかしながら、
Ｖ_1pと_ppのベクトル差の問題はもつと重大で
ある。

移動閾値概念では軌跡TJと閾値TSを同相に
する必要がある。第６Ａ図、第６Ｂ図および第
６Ｃ図を参照されたい。第６Ａ図では、両方の
曲線が同相であり、閾値TSに相当する曲線は
軌跡TJに相当する曲線よりも常に大きい。そ
れは、常に閾値に劣つている軌跡に類似してい
る。たゞし、用語“劣つている”は、正半サイ
クル中正方向でより小さくかつ負半サイクル中
負方向でより小さいという意味である。問題が
起るのは、TJ曲線が第６Ｂ図に示したように
TS曲線よりも進む（か或は遅れる）時である。
この場合、正しくない動作領域ＡおよびＢは正
しくないことを知らせる。事故が平衡点に近づ
きかつTJ曲線がTS曲線と大体同相で大きさも
大体等しくなる（第６Ｃ図参照）時には、問題
はもつと深刻になる。この状況では、正しくな
い動作範囲は大体90゜である。90゜がこの可能な
誤動作領域に対する制限であることに注目する
のは興味のあることだ。そしてそれは事故位置
と平衡点が大体等しい時に近づけられる。

第６Ａ図、第６Ｂ図および第６Ｃ図に例示し
た問題を克服するために、一致タイマを使うこ
とが必要である。この一致タイマはトリツプ信
号が発生される前に所定の時間閾値を進ませる
ための軌跡を必要とする。

第６Ａ図、第６Ｂ図および第６Ｃ図を研究す
れば明らかなように、正しくない動作領域は２
つの信号間の位相差および大きさの差に依存す
る。一般に、位相および大きさの差の正弦のた
めの式は下記のように表わせる。

f₁（ωt）＝Asinωt (5) f₂（ωt）＝Bsin（ωt＋α） (6) 正しくない表示の総角φについて式(5)および
(6)を解けば、 φ＝ωt＝tan^-1〔Bsinα／Ａ−Bcosα〕 となる。角φは時間Ｔに相当する。たゞし、 Ｔ＝φx360／16.67msu (7) である。式(7)は正しくない表示が起る間の総連
続時間を定める。従つて、Ｔよりも大きい一致
タイマを使用すれば誤動作を防げる。もし平衡
点でオーバリーチ（overreach）が所望されな
いならば、90゜すなわち4.17msの一致タイマを
使用しなければならない。

２ この発明の一実施例 第７図は、この発明に係る保護継電器５０の
一実施例によつて保護される３相送電線系統４
８を示す。第７図の実施例では、３相送電線系
統４８の各相は保護継電器５０と同様な保護継
電器によつて事故が監視されるので、保護継電
器５０だけを図示して詳しく説明する。

３相送電線系統４８は、例えば50Hzまたは60
Hzの電力周波数を有する電源５２を含む。この
電源５２は回路しや断器５４を介して３相送電
線系統４８へ接続される。

保護継電器５０は、方向比較モード（事故に
対する方向のみを与える）および独立したゾー
ン１モードで動作できる超高速継電器である。
方向比較モードでは、保護継電器が被保護区間
をオーバリーチするように設定される。また、
この方向比較モードでは、雷撃または隣接回路
からの結合雑音による高周波成分の影響を低減
するだけのためにろ波作用（大体1kHzのカツ
トオフ周波数を持つ低域フイルタ）が少々使用
される。ろ波作用が少しであるので、遅延は少
しゝかなくそして保護継電器はより速く動作す
るがオーバリーチの精度は良くない。しかしな
がら、方向比較モードでは、正確なオーバリー
チに欠けることはとるに足りないことである。
ろ波作用が増大するにつれて、オーバリーチの
精度は改善されるが動作は遅くなる。従つて、
ろ波作用と動作速度の妥協は、保護継電器５０
が使用される特定用途に依存する。保護継電器
５０は事故によつて生じさせられたような定常
状態からの電圧偏差および電流偏差を利用して
トリツプ決定を行う。

変流器５６は３相送電線系統４８の相Ａへ磁
気結合されて電流信号ｉ（ｔ）を発生する。こ
の電流信号ｉ（ｔ）は２つの成分すなわち電源
５２の周波数にある電力周波数成分および高周
波成分から成る。電流信号ｉ（ｔ）は、上述し
たような高周波成分をろ波するために保護継電
器５０の低域フイルタ５８へ入力される。この
低域フイルタ５８の出力端子は帯域フイルタ６
０の入力端子へ接続されている。帯域フイルタ
６０は、事故前の定常状態電流を測定するため
に“メモリ”として役立つ高Ｑ帯域フイルタで
ある。事故前の定常状態電流を表わす信号ip
（ｔ）は帯域フイルタ６０によつて発生される。

低域フイルタ５８の出力端子は加算増幅器６
２の第１入力端子へ接続されている。加算増幅
器６２の第２入力端子はip（ｔ）に応答する。
加算増幅器６２は、事故前の定常状態電流から
の、事故時の電流偏差を表わす信号△ｉ（ｔ）
〔すなわち△ｉ（ｔ）は低域フイルタ５８からの
出力信号マイナスip（ｔ）に等しい〕を出力す
る。この電流偏差信号△ｉ（ｔ）は、微分器６
４中で利得X_R（保護継電器５０の設定値または
平衡点での３相送電線系統４８の相Ａのリアク
タンスを表わす）によつて微分される。従つ
て、微分器６４から出力される信号は−X_R
△′ｉ（ｔ）を表わす。

変圧器６６は３相送電線系統４８の相Ａと大
地の間に接続されて電圧信号ｖ（ｔ）を発生す
る。この電圧信号ｖ（ｔ）は高周波成分および
電力周波数成分から成る。高周波成分をろ波す
るために電圧信号ｖ（ｔ）は低域フイルタ６８
へ入力される。上述したように、低域フイルタ
６８のカツトオフ周波数は保護継電器５０の用
途次第で決まる。低域フイルタ６８の出力端子
は帯域フイルタ７０の入力端子へ接続されてい
る。帯域フイルタ７０は、事故前の定常状態電
圧を測定するために“メモリ”として役立つ高
Ｑ帯域フイルタである。事故前の定常状態電圧
を表わす信号v_p（ｔ）は帯域フイルタ７０によ
つて発生される。

低域フイルタ６８の出力端子は加算増幅器７
２の第１入力端子へ接続されている。加算増幅
器７２の第２入力端子はvp（ｔ）に応答する。
加算増幅器７２からの出力信号は電圧偏差△ｖ
（ｔ）を表わす。電流偏差信号△ｉ（ｔ）と同様
に、電圧偏差信号△ｖ（ｔ）は３相送電線系統
４８の相Ａでの事故後と事故前の定常状態電圧
の差である。微分した電流偏差信号が微分器６
４によつて１つの付加極性反転段に従わされて
いるので、電圧偏差信号△ｖ（ｔ）は微分した
電流偏差信号−X_R△′ｉ（ｔ）と電圧偏差信号
△ｖ（ｔ）の間に元の極性関係を保つためにイ
ンバータ７４へ印加される。このインバータ７
４の出力端子は、反対方向のゾーン１事故を検
出するためのコンパレータ（第７図には示さな
い）へ接続される。

電流偏差信号△ｉ（ｔ）を微分する代りに、
電圧偏差信号△ｖ（ｔ）を積分しても結果は同
じである。保護継電器５０を適正に機能させる
ためには、電流偏差信号の微分の次数が電圧偏
差信号よりも高い次数であるように少なくとも
１つの偏差信号が変換される必要がある。実際
問題として、唯一の偏差信号が変換される、す
なわち電流偏差信号が微分されるか或は電圧偏
差信号が積分されるのである。微分は積分の逆
であることに注目されたい。電流偏差信号が２
回微分されかつ電圧偏差信号が１回微分されて
も良いし、或は電流偏差信号が１回積分されか
つ電圧偏差信号が２回積分されても良い。多く
の組み合わせが可能であるが、第７図の実施例
のために電流偏差信号は１回微分されかつ電圧
偏差信号は微分もされないし積分もされない。
更に、電圧偏差信号を積分するよりもむしろ電
流偏差信号を微分することが望ましい。その理
由は、そうすることで電流偏差信号の直流成分
を除けるし、また保護継電器５０を簡単化する
からである。

帯域フイルタ６０からの事故前の定常状態電
流を表わす信号i_p（ｔ）は閾値発生器７６の第
１入力端子へ入力される。帯域フイルタ７０か
らの事故前の定常状態電圧を表わす信号v_p（ｔ）
は閾値発生器７６の第２入力端子へ入力され
る。加算増幅器７２からの電圧偏差信号△ｖ
（ｔ）は米国特許第4371907号について上述した
ように閾値発生器７６の第３入力端子へ入力さ
れる。第８図における信号v_p（ｔ）は事故点で
の電圧v_pp（ｔ）を表わすのに使用され、この電
圧v_pp（ｔ）は第７図ではv_p（ｔ）−i_p（ｔ）X_fから
求められる。それはv_p（ｔ）とv_pp（ｔ）の大き
さの差が殆どないためである。閾値発生器７６
は量〔−△ｖ（ｔ）−v_pp（ｔ）〕を表わす信号を
発生する。（式(4)を参照されたい。） 閾値発生器７６からの信号〔−△ｖ（ｔ）−
v_pp（ｔ）〕はコンパレータ７８および８０の第
１入力端子へ入力される。微分した電流偏差信
号−X_R△′ｉ（ｔ）はコンパレータ７８および
８０の第２入力端子へ入力される。コンパレー
タ７８は電圧の正半サイクル中に印加された２
つの信号入力を比較し、コンパレータ８０は電
圧の負半サイクル中に印加された２つの信号入
力を比較する。

もしコンパレータ７８中で−X_R△′ｉ（ｔ）
が〔−△ｖ（ｔ）−v_pp（ｔ）〕を超えるならばコ
ンパレータ７８の出力は高レベルになる。もし
コンパレータ８０中で−X_R△′ｉ（ｔ）が〔−
△ｖ（ｔ）−v_pp（ｔ）〕を超えるならばコンパレ
ータ８０の出力は高レベルになる。

コンパレータ７８の出力端子はORゲート８
２の第１入力端子へ接続され、コンパレータ８
０の出力端子はORゲート８２の第２入力端子
へ接続されている。コンパレータ７８か８０の
出力が高レベルになると、ORゲート８２の出
力も高レベルになる。ORゲート８２の出力端
子は一致タイマ８３の入力端子へ接続されてい
る。上述したように、一致タイマ８３は、トリ
ツプ信号が発生される前に軌跡が所定の時間閾
値よりも進むことを確保する。一致タイマ８３
の入力が所定の時間高レベルであると、その出
力も高レベルになつて高レベル状態にラツチさ
れ、これによりトリツプ信号を発生する。独立
したゾーン１用途では、一致タイマ８３の出力
端子がトリツプ・コイル８４の入力端子へ接続
されている。このトリツプコイル８４はその入
力が高レベルになると回路しや断器５４をトリ
ツプする。もし保護継電器５０が方向比較モー
ドで使用されるならば、トリツプ・コイル８４
は不用である。その代り、保護継電器５０は３
相送電線系統４８の相手端にある同様な保護継
電器と通信して事故が３相送電線系統４８の内
部で起つたかどうかを判断する。

３ この発明の他の実施例 第８図は保護継電器５０の他の実施例の回路
図を示す。変流器５６（第８図には示さない）
からの電流信号ｉ（ｔ）は絶縁トランス８６の
１次コイルの両端間に入力される。抵抗８８は
絶縁トランス８６の２次コイルの両端間に接続
されている。抵抗８８は、その第１端子がアー
スされ、その第２端子が抵抗９０を介して演算
増幅器９２の反転入力端子へ接続されている。
演算増幅器９２の非反転入力端子は抵抗９４を
介してアースされている。演算増幅器９２の出
力端子は、コンデンサ９６および抵抗９８から
成る並列回路を介してその反転入力端子へ接続
されている。絶縁トランス８６、演算増幅器９
２並びにこれらに関係した抵抗およびコンデン
サは、保護継電器５０の抵域フイルタ５８を構
成する。

演算増幅器９２の出力端子は、抵抗１００お
よびコンデンサ１０２から成る直列回路によつ
て演算増幅器１０４の反転入力端子へ接続され
る。抵抗１００とコンデンサ１０２の接続点１
０１はコンデンサ１０８を介して演算増幅器１
０４の出力端子へ接続されている。抵抗１０６
は演算増幅器１０４の出力端子と反転入力端子
の間に接続されている。演算増幅器１０４の非
反転入力端子は抵抗１１０を介してアースされ
る。演算増幅器１０４の出力端子における信号
は、事故前の定常状態電流を表わすi_p（ｔ）で
ある。演算増幅器１０４並びにこれに関係した
抵抗およびコンデンサは帯域フイルタ６０を構
成する。

演算増幅器９２の出力端子は抵抗１１２を介
して演算増幅器１１６の反転入力端子へ接続さ
れている。この反転入力端子は抵抗１１４を介
して演算増幅器１０４の出力端子にも接続され
ている。演算増幅器１１６の非反転入力端子は
抵抗１２０を介してアースされる。演算増幅器
１１６は、その出力端子が可変抵抗１１８を介
してその反転入力端子へ接続されている。可変
抵抗１１８は、演算増幅器１１６の利得が継電
器設定点X_Rに等しくなるように設定される。
演算増幅器１１６の出力端子での信号は電流偏
差信号△ｉ（ｔ）である。加算増幅器６２は演
算増幅器１１６およびこれに関係した抵抗から
成る。

演算増幅器１１６の出力端子はコンデンサ１
２２を介して演算増幅器１２４の反転入力端子
へ接続されている。演算増幅器１２４は、その
出力端子が抵孔１２６を介して反転入力端子へ
接続されている。演算増幅器１２４の非反転入
力端子は抵抗１２８を介してアースされる。演
算増幅器１２４の出力端子での信号は微分した
電流偏差信号−X_R△′ｉ（ｔ）である。演算増
幅器１２４並びにこれに関係した抵抗およびコ
ンデンサは微分器６４を構成する。

次に第８図中の電圧に関係した回路部分につ
いて説明すれば、変圧器６６（第８図には示さ
ない）からの電圧信号ｖ（ｔ）は絶縁トランス
１３０へ入力される。この絶縁トランス１３０
の２次コイルは、その第１端子がアースされ、
その第２端子が抵抗１３２を介して演算増幅器
１３４の反転入力端子へ接続されている。演算
増幅器１３４は、その出力端子がコンデンサ１
３６および抵抗１３８から成る並列回路を介し
てその反転入力端子へ接続されている。演算増
幅器１３４の非反転入力端子は抵抗１４０を介
してアースされる。絶縁トランス１３０、演算
増幅器１３４並びにこれらに関係した抵抗およ
びコンデンサは抵域フイルタ６８を構成する。

演算増幅器１３４の出力端子は抵抗１４２を
介して接続点１４１へ接続され、この接続点１
４１はコンデンサ１５０を介して演算増幅器１
４４の反転入力端子へ接続されている。接続点
１４１はコンデンサ１４６を介して演算増幅器
１４４の出力端子にも接続されている。抵抗１
４８は演算増幅器１４４の出力端子と反転入力
端子の間に接続されている。演算増幅器１４４
の非反転入力端子は抵抗１５２を介してアース
されている。事故前の定常状態電圧を表わす信
号v_p（ｔ）は演算増幅器１４４の出力端子に発
生される。演算増幅器１４４並びにこれに関係
したコンデンサおよび抵抗は帯域フイルタ７０
を構成する。

演算増幅器１４４からの信号v_p（ｔ）は抵抗
１５４を通して演算増幅器１５８の反転入力端
子へ入力される。演算増幅器１３４の出力端子
も抵抗１６２を介して演算増幅器１５８の反転
入力端子へ接続されている。演算増幅器１５８
の出力端子は抵抗１６０を介してその反転入力
端子へ接続されている。演算増幅器１５８の非
反転入力端子は抵抗１５６を介してアースされ
る。演算増幅器１５８の出力端子での信号は電
圧偏差信号△ｖ（ｔ）である。演算増幅器１５
８およびこれに関係した抵抗は加算増幅器７２
を構成する。

電圧偏差信号△ｖ（ｔ）は抵抗１６４を通し
て演算増幅器１６８の反転入力端子へ入力され
る。演算増幅器１６８は、その出力端子が抵抗
１７０を介してその反転入力端子へ接続され、
またその非反転入力端子が抵抗１７２を介して
アースされる。演算増幅器１６８およびこれに
関係した抵抗はインバータ７４を構成する。

第８図に示す閾値発生器７６の詳細を説明す
れば、信号v_p（ｔ）は抵抗２０２を通して演算
増幅器２０６の反転入力端子へ入力される。演
算増幅器１５８の出力端子での電圧偏差信号△
ｖ（ｔ）も抵抗２００を通して演算増幅器２０
６の反転入力端子へ入力される。演算増幅器２
０６の出力端子は抵抗２０４を介してその反転
入力端子へ接続されている。演算増幅器２０６
の非反転入力端子は抵孔２０８を介してアース
される。−△ｖ（ｔ）−v_pp（ｔ）を表わす信号は
演算増幅器２０６の出力端子に存在する。演算
増幅器２０６はその関連抵抗と一緒になつて閾
値発生器７６を構成する。

演算増幅器２０６の出力端子はダイオード２
１０のアノード端子へ接続され、そのカソード
端子は接続点２０８へ接続されている。演算増
幅器１２４の出力端子はダイオード２１４のア
ノード端子へ接続され、そのカソード端子は接
続点２１２へ接続されている。接続点２０８は
抵抗２１６を介して演算増幅器２２０の反転入
力端子へ接続され、また抵抗２２２を介してア
ースされる。接続点２１２は、抵抗２１８を介
して演算増幅器２２０の非反転入力端子へ接続
され、また抵抗２２４を介してアースされる。
演算増幅器２２０の出力端子はORゲート８２
の第１入力端子へ接続されている。演算増幅器
２２０並びにこれに関係した抵抗およびダイオ
ードは第８図に示したコンパレータ７８を構成
する。演算増幅器２２０の出力端子は、もしそ
の非反転入力端子での信号−X_R△′ｉ（ｔ）が
正半サイクル中その反転入力端子での信号−△
ｖ（ｔ）−v_pp（ｔ）を超えるならば高レベル状態
になる。

演算増幅器１２４の出力端子はダイオード２
２８のカソード端子へ接続され、そのアノード
端子は演算増幅器２２６の反転入力端子へ接続
されている。演算増幅器２０６の出力端子はダ
イオード２３０のカソード端子へ接続され、そ
のアノード端子は演算増幅器２２６の非反転入
力端子へ接続されている。演算増幅器２２６
は、その反転入力端子が抵抗２３２を介してア
ースされ、またその非反転入力端子が抵抗２３
４を介してアースされる。演算増幅器２２６の
出力端子はORゲート８２の第２入力端子へ接
続されている。負半サイクル中、演算増幅器２
２６の反転入力端子での信号−X_R△′ｉ（ｔ）
が非反転入力端子での信号−△ｖ（ｔ）−v_pp
（ｔ）を超えると、演算増幅器２２６の出力端
子は高レベル状態になる。

ORゲート８２の出力が高レベルになつてこ
の高レベル状態が第７図で説明したように所定
の時間持続すれば、一致タイマ８３の出力は高
レベルになり、トリツプ・コイル８４をして回
路しや断器５４をトリツプさせる。

〔発明の効果〕

保護継電器５０を詳しく説明したが、その利点
および改良点は容易に明らかであろう。垂直単位
がX_R△′ｉ（ｔ）であるようにＸ−Ｙ平面の垂直
軸を修正すると、全ての継続器設定点に対して単
位傾斜の移動閾値を確定させる。また、保護継電
器５０は式X_R△′ｉ（ｔ）＝△ｖ（ｔ）＋v_pp（ｔ）に
従つて経時変化閾値を提供する。これらの改良点
の結果として、保護継電器５０の事故検出時間は
相当短くなる。その理由は、事故点までの距離ま
たは方向を測定するために電圧偏差信号および微
分した電流偏差信号の最大値を待つ必要がないか
らである。

【図面の簡単な説明】

第１図は直線軌跡および従来の距離継電器の固
定された直線閾値境界線を例示する変換した偏差
平面のグラフ図、第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図
は慣用の電力系統のためのそれぞれ事故前、事故
時、事故後のモデルを示す回路図、第３図は第２
Ｃ図の事故後のモデルの簡単化した回路図、第４
Ａ図、第４Ｂ図および第４Ｃ図は直線軌跡および
この発明の経時変化閾値境界線を示すグラフ図、
第５図は第２Ａ図、第２Ｂ図および第２Ｃ図の送
電線のためのベクトル図、第６Ａ図、第６Ｂ図お
よび第６Ｃ図は軌跡と閾値境界線の可能な関係を
示すグラフ図、第７図は送電線を保護するための
この発明に係る保護継電器の一実施例のブロツク
図、第８図は保護継電器の他の実施例を示す回路
図である。 ４８は３相送電線系統、５０は保護継電器、５
２は電源、５４は回路しや断器、５６は変流器、
６６は変圧器、５８と６８は低域フイルタ、６０
と７０は帯域フイルタ、６２と７２は加算増幅
器、６４は微分器、７４はインバータ、７６は閾
値発生器、７８と８０はコンパレータ、８２は
ORゲート、８３は一致タイマ、８４はトリツ
プ・コイルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源によつて付勢される送電線上の測定
   点から事故の方向を測定するためのかつその事故
   が前記測定点から所定の距離内にあるかどうかを
   測定するための保護継電器であつて、 事故前の定常状態電流からの事故時の電流偏差
   を表わす電流被導出信号を時間の関数として提供
   するための第１手段と、 事故前の定常状態電圧からの事故時の電圧偏差
   を表わす電圧被導出信号を時間の関数として提供
   するための第２手段と、 前記電流被導出信号および前記電圧被導出信号
   の各々から進行波活動による過渡状態を除くこと
   により、ろ波した電流被導出信号およびろ波した
   電圧被導出信号を発生するためのろ波手段と、 前記ろ波した電流被導出信号に応答して微分し
   た信号を発生するための微分器と、 前記微分した信号と前記測定点から所定の距離
   の所での前記送電線のリアクタンスとの積をＹ軸
   にとりかつ前記ろ波した電圧被導出信号をＸ軸に
   とつたＸ−Ｙ平面に経時変化軌跡を生じさせるた
   めの第３手段と、 を備えた前記保護継電器において、 前記Ｘ−Ｙ平面の第２象限および第４象限で第
   １経時変化閾値境界線（たゞし、この第１経時変
   化閾値境界線は単位傾斜並びに事故前の経時変化
   電圧を事故時に表わす第２象限および第４象限中
   のＹ軸交点を有する。）を生じるための、かつ前
   記Ｘ−Ｙ平面の第１象限および第３象限で第２経
   時変化閾値境界線（たゞし、この第２経時変化閾
   値境界線は負の単位傾斜並びに事故前の負の経時
   変化電圧を事故時に表わす第１象限および第３象
   限中のＹ軸交点を有する。）を生じるための第４
   手段と、 前記経時変化軌跡が前記Ｘ−Ｙ平面の第２象限
   または第４象限において所定の時間前記第１経時
   変化閾値境界線を何時超えるかを測定することに
   よりその事故が順方向にありそして前記測定点か
   ら前記所定の距離内にあることを示すための、か
   つ前記経時変化軌跡が前記Ｘ−Ｙ平面の第１象限
   または第３象限において所定の時間前記第２経時
   変化閾値境界線を何時超えるかを測定することに
   よりその事故が反対方向にありそして前記測定点
   から前記所定の距離内にあることを示すための第
   ５手段と、 を設けたことを特徴とする保護継電器。