JPS59117419A - 保護継電装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は電力設備を保護する保護継電装置に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕送電線、母線、
変圧器などの電力設備を地絡や短絡故障から保護する保
護継電方式は、これまで多くの有効な方式の提案があり
また実用化されているものも多い。

現在実用化されている保護継電方式のほとんど全ては系
統電流の検出を、計器用変流器（以下単に変流器という
）により行なっている。

この変流器は系統電流の大きさ及び位相及び波形に忠実
に変換することが期待され、常規使用状態においてはこ
れがほぼ満されている。

しかし、変流器に過大な交流電流や減衰の遅い過大な直
流分が重畳した場合には変流器の出力は系統電流とは全
くことなったものになることが知られており、この場合
には程度によるが、従来の保護継電方式では保護の選択
性能が失なわれ、不必要なしゃ断が起シうる。

なぜならば、変流器は一種の検出器であり、ここで生じ
た誤１りはきわめて深刻である。

この具４例を母線を保護する電流差動リレーについて述
べる。第１図において１は被保護母線、２．３および４
は母線につながる送電線、５，６および７は前記送電線
の端子に設置したしゃ断器、８．９および１０は各送電
線２，３．４の端子部に設置した変流器、１１は各変流
器８，９．１０の２次電流をとり入れ、電流差動演算を
行う母線保護用リレーである。（図中の破線はしゃ断器
引き外し信号を示す。） この母線保護用リレー１１は周知のように図中の２１点
の内部故障で動作、Ｆ２点の外部故障で不動作となるよ
うに構成される。最も簡単々構成は変流器８〜１０の出
力を各々ベクトル量として工、〜ＩＩＯとしたときＩ　
Ｉ８＋　Ｉｅ＋　Ｉｔｏｌ≧Ｋ（Ｋは定数）全条件にし
ゃ断器５〜７をしゃ断するように構成すればよい。

Ｆ２点の外部故障で変流器８〜１０が期待された以上の
変換性能を維持できればｌ　ｉｓ＋　ＩＱ＋　Ｉｔｏｌ
　＜　Ｋとな９母線保護用リレー１１は不動作となるが
、例えば減衰時定数のきわめて長い直流分の重畳により
変流器８が期待された変換性能を維持できず大きな誤差
を生じた場合には、変流器回路のリレー側でキルヒホッ
フの電流側が成立せずｌ　Ｉｇ＋　Ｉｓ＋　１１（１１
≧にとな９母線保護用リレー１１が動作し、即ち母線外
部故障であるにもかかわらず、母線内部故障と同様にし
ゃ断器５〜７を引き外し、不必要な広範囲の供給障害を
紹く不具合を生じる。つまり、この場合には変流器８の
誤差は母線保護用良 リレー１１の保護区間を不必要ガ送電線会までみかけ上
広げたことになる。

このような不具合の対策法として、従来考えられている
ものは、次の２つに大別される。

■変流器の裕度を上げる これは減衰時定数の長い直流分の重畳があっても飽和し
々いよすな変流器を用いることであるが、これは例えば
鉄心断面積をかなり太きくしなければならない等制約が
太きい。

■リレーの判定原理の改善 例えば前述のリレー構成は単純差動方式と呼ばれるもの
であるが比率差動方式やこれまで提案されている変流器
飽和を考慮した差動力式などを採用することがあるが、
しかしこれらの多くも変流器の過酷な飽和に対しての限
界がある。

（電圧差動方式は変流器飽和に強い方式であるが変流器
のコアを専有するディメリットがある）〔発明の目的〕 本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、過大
電流の通過や減衰時間の長い直流分の重畳により変流器
の変換性能が大幅に低下した場合においても不必要な広
範囲のしゃ断を阻止することができかつ変流器の変換性
能を低下させる原因となった電流金しゃ断して系統の保
護をおこなう保護継電方式を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は複数の端子を要する被保護対象の端子電流を変
流器金倉して保護リレーにとり込み、これら端子電流に
よる演算結果が、所定の条件を満すとき各端子のしゃ断
器に対して一斉に引外し指令を与えるようにし穴ものに
おいて、前記変流器に磁気飽和検出装置を設け、この磁
気飽和検出装置が動作したとき、前記保護リレーの保護
出力にロックをかけると共に対応する端子のしゃ断器に
対してのみ引外し指令を与えるようにした保護継電装置
に関する。

〔発明の実施例〕

先ず本発明の基本的な考え方を説明する。

第一に変流器の変換性能の低下は過大電流の通過による
変流器飽和や減衰時定数の長い直流分の重畳による変流
器飽和が主たる原因と考えられるが、これは変流器の鉄
心の磁束密度が主として鉄！′　決 心材料により琴定される飽和磁束密度以上となる場合で
ある。

したがって、この鉄心の磁束密度を測定することによシ
、変流器の状態を判断することが可能である。

この方法は、例えばこの変流器の２次電流を測定する方
法よりも精度的に優れている。なぜなら−次電流が全く
同じであっても変流器の残留磁束の有無で、変流器の飽
和は大きく異なるが、これは二次電流では正確に測定で
きないことからも明らかである。

第二に鉄心の磁束密度の測定法としては、変流器の２次
巻線誘起電圧を時間積分して求める方法もあるが、２次
巻紙抵抗や残留磁束の取り扱いなどの制約が多い。

一方、近年の半導体技術の進歩は、精度の良い磁電変換
素子例えばホール素子を安価で供給するに至っている。

ホール素子はいわゆるホール効果を利用したものであり
、例えば素子に一定の制御電流全通電した場合、はぼ磁
束密度に比例したホール電圧をとり出すことが出来る。

この素子の直線性は１５．ＯＯＯガウス程度以上であり
、これは変流器に使用される方向性ケイ素鋼板の磁化曲
線のニーポイント（ｋｎｅｅ　ｐｏｉｎｔ）が１５，０
００ガウス程度であることと合せて考えると変流器の磁
束密度の直接測定に現状のホール素子で十分と考えられ
る。

第三にこの磁電変換素子の出力の大きさにより変流器が
飽和状態にあると判断することは容易であり、変流器が
飽和状態にあることは即ちこの２次巻線に接続された保
護リレーに電流の正確な情報が伝送されていないのであ
るため、当該保護リレーの保護出力を阻止し過剰保護を
阻止すると同時にこの変流器を飽和状態に至らしめた電
流をしゃ断し、故障除去も合せておこなおうとするもの
である。

第２図はホール素子を用いた変流器の磁束密度の測定の
概念図である。図中１２は変流器の鉄心、１３は一次導
体、１４はホール電圧■の大きさが前記鉄心により定ま
る飽和磁束密度に対応する大きさになると出力を生じる
監視回路、１５はホール素子の制御電流Ｉｃｉ供給する
電源回路、１６はホール素子、１７は２次巻線である。

図中、ホール素子１６．電源回路１５．および監視回路
１４から構成された回路を便宜上、磁気飽和検出装置と
いう。

磁気飽和検出装置は鉄心１２に設けられたスリットに置
かれたホール素子１６に制御電流Ｉｃを通電することに
より、鉄心１２の磁束密度に略比例するホール電圧ｖＨ
が得られるので、この電圧ＶＨの大きさが例えば１５，
０００ガウスに対応する大きさが否かを監視することに
より当該与変流器の飽和を検出するようにしたものであ
る。

第３図は本発明の一実施例の回路図であり、図中第１図
と同じ符号を与えたものは同一の機能を有するものであ
る。

図中１８．１９および２０は第２図で説明した磁気飽和
検出装置でちる。

図中２１は禁止回路であり、磁気飽和検出装置１８〜２
０の出力が一つでもあった場合に母線保護用リレー１１
の保護出力を禁止する。

図中の破線はしゃ断器引き外し信号を示している。

次に、本実施例の動作を第２図、第３図を参照して説明
する。

第３図のＦ２点で外部故障が発生した場合についてまず
説明する。この場合、故障電流がさほど太きくなければ
変流器８〜１０は磁気飽和しない。従ってこの場合、第
１図の説明と同様に母線保護用だ リレー１１は正しく不動作状態を維持する。まれこの場
合磁気飽和検出装置１８〜２０は動作しない（出力を生
じない）からしゃ断器５〜７が誤しダ断されることもな
い。

次に大きな故障電流が流れて変流器８が磁気飽和した場
合を考える。この場合、磁気飽和検出装置１８が直ちに
動作し、出力を生じる。一方この場合、変流器８の磁気
飽和のため変流器８，９．ＩＧの２次電流に関してキル
ヒホッフの電流側が成立せず、母線保護用リレー１１を
動作させるおそれがあるが、磁気飽和による差電流の太
きさは、一般的に時間の経過とともに徐々に大きくなる
ので、差電流が動作設定値以上の大きさになる時刻は、
前記磁気飽和検出装置１８の動作時刻よりも必ず遅くな
る。従って、たとえ母線保護用リレー１１が動作したと
しても、そのリレー出力は禁止回路２１によシネ動作側
にロックされ、母線１に接続される全しゃ断器が一斉に
引外されることはない。

尚、前記磁気飽和検出装置１８の動作出力にょシ、変換
機能を失った変流器５のみ別件され、母線保護用リレー
１１の機能が回復する。このリレー１１の機能が回復す
ることにより、Ｆ２の外部故障に引き続き、Ｆｌの内部
故障が発生したとしても、正常に内部故障を除去するこ
とができる。

次に第３図Ｆ１点で内部故障が発生した場合について説
明する。

磁気飽和検出装置１８〜２ｏが動作しなければ母線保護
リレー１１の出力が阻止されることなく、従来と同様の
保護が可能となる。

磁気飽和検出装置１８〜２ｏが動作すると動作した検出
装置に対応したしゃ断器のみがしゃ断され、他の端子か
ら故障電流が流入しつづけシーケンシャルトリップにな
ることが考えられる。

これは保護上好ましくないことであるが次の事情を考え
ると実際には起こること（はきわめてなれと考えられる
。即ち、 変流器の変換性能の低下の原因となる変流器飽和及びそ
れによる磁気飽和検出装置の動作は故障発生後直ちにで
はなく必ずある時間を必要とする。一方円部故障時には
故障電流中蓋電流でちゃ、リレー１１の高速動作が期待
でき、したがって磁気飽和検出装置の動作以前に故障除
去がなされうると考えられる。

以上の説明では本発明を単母線の保護について説明した
が本発明は母線の代りに変圧器、多端子送電線の保護に
適用しうるのは明らかであり、複母線の保護も前述のリ
レー１１を一括用保護リレーと考えれば、適用しうるの
は明らかである。

又、本発明は磁束密度の測定手段としてホール素子を用
いたが、−鎖交する磁束密度に応じて抵抗値の変化する
感磁性ダイオードを用い、このダイオードの出力を監視
するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、過大電流の通過
や減衰時間の長い直流分の重畳により変流器に誤差を生
じた場合においても不必要な広範囲のしゃ断を阻止する
ことができるとともに、変流器の変換性能を低下させる
原因となった電流をしゃ断して系統の保護継電方式が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の母線保護リレーの動作を説明するための
図、第２図はホール素子を用いた変流器の磁束密度測定
の概念図、第３図は本発明の詳細な説明するための図で
ある。 １・・・母線　　　　　２，３，４・・送電線５．６．
７・・・しゃ断器　８，９．１０　　・・・計器用変流
器１１・・・保護リレー　　１２・・鉄心１３・・・−
次導体　　　１４・・・監視回路１５・・・電源回路　
　　１６・・・ホール素子１７・・・２次巻線 １８．１９．２０　　・・・磁気飽和検出装置２１・・
・禁止回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被保護対象の複数端子にそれぞれ流れる端子電流を変流
   器を介してと９込み、これら複数の変流器２次電流を所
   定の保護演算式にもとすいて演算し演算結果が所定の条
   件になると前記被保護対象の各端子しゃ断器に引外し指
   令を与える保護リレーと、前記各変流器ごとに設けられ
   、変流器に生ずる磁束密度に応じた大きさの電気量を出
   力する磁電変換素子およびこれら磁電変換素子の出力電
   気量の大きさが予定値以上のとき出力信号を生じる監視
   回路を有する複数個の磁気飽和検出装置と、これら複数
   個の磁気飽和検出装置がいずれか１つでも動作すると前
   記保護リレーの保護出力を阻止する手段と、前記複数個
   の磁気飽和検出装置ごとに設けられ、この磁気飽和検出
   装置の動作によシ対応する端子のしゃ断器に引外し指令
   を与える手段とから成る保護継電装置。