JPS6019491Y2 - 短絡過電流継電器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は短絡過電流継電器に関する。

従来、電力系統保護のために正相分継電装置が採用され
ており、この場合保護継電器の入力は電流、電圧の正相
分を用いるのが一般的であった。

近年、電力系統容量の増大、送電線の長距離化、負荷電
流の増大などに伴ない、負荷電流と事故電流、負荷イン
ピーダンスと事故点までのインピーダンスなどの区別が
困難となり、保護継電器の誤動作や誤不動作が問題とな
っている。

ところで、電力系統の正常時においては、３相の電圧、
電流は平衡し、殆んど正相分と考えてよい。

しかしながら不平衡短絡事故が不平衡地絡事故時には逆
相骨が多く゛なる。

そこで、本考案は、このような点に着目してなされたも
ので、すなわち電力系統に設けられた変成器より得られ
る３相のアナログ電気量Ｉａ、 Ｉｂ。

Ｉｃを夫々アナログ−ディジタル変換器に導入して一定
の間隔にてサンプリングしてディジタル信号ｉａ、 ｉ
ｂ、 ｉｃに変換し、変換された各ディジタル信号ｉａ
、 ｉｂ、 ｉｃのうちのｌ相分ｉａ、：ｊ３を乗算部
にて乗算した後、移相演算部で９０°移相すると共に前
記ディジタル信号ｉａ、 ｉｂ、 ｉｃのうちの他の１
相の信号ｉｃを極性反転部を介して第１の加算部に導入
し、この第１の加算部にて前記ディジタル信号ｉａ、
ｉｂ、 ｉｃのうちの残りの相の信号ｉｂと加算し、こ
の加算出力信号と前記移相演算部で移相された信号とを
第２の加算部にて加算し、この加算信号を演算部に導入
して実効値に相当する値に演算した後、比較判定部にて
設定レベルと比較するようにしたことを特徴とする短絡
過電流継電器を提供しようとするもので、正常時と不平
衡事故（不平衡短絡事故）時の区別を明確に腰保護継電
器の動作信頼度を向上させるようにしたもので、以下実
施例を用いて説明する。

本考案の実施例を説明する前に、本考案の原理について
第１図および第２図を用いて説明する。

まず第１図は３相の交流ａ、 ｂ、 ｃの波形を示し、 ２１ ＝Ａｓｉｎ ωｔ
・・・・・・（１）ｂ＝Ｂｓｉｎ （ωｔ １２０°
） （＝Ｃ５ｉｎ （ωｔ−２４０°） ここでＡ、 Ｂ、 Ｃは夫々ａ、 ｂ、 ｃの波高値
、ωは角周波数、ｔは時間 とする。

交流波形ａ、ｂ、ｃは時刻ｔ工、ｔ２．ｔ３．・・・、
ｔｎにおいて夫々サンプリング位置■、■、■、・・・
■で一定間隔φ（度）毎にサンプリングされる。

一般に時刻ｔｎにサンプリングされた交流波形ａ。

ｂ、ｃの瞬時値をａｎ、 ｂｎ、 ｃｎのように表わす
と、 ａｎ＝Ａｓｉｎωｔｎ −＊
−＊（２）ｂｎ＝Ｂｓｉｎ （ωｔｎ−１２０°） ｃｎ＝Ｃｓｉｎ （ωｔｎ−２４０°） で、これらの瞬時値ａｎ、 ｂｎ、 ｃｎについて対称
座標法を利用して、たとえばａ、 ｂ、 ｃが電流波形
であればａ、 ｂ、 ｃの時刻ｔｎにおける瞬時値ｉａ
ｎ、 ｉｂｎ、 ｉｃｎについて次の（３）式のように
書ける。

１ａｎ＝ｉＱｎ＋ｉｌｎ＋１２ｒＩ””（３）ｉｂｎ＝
ｉ０ｎ＋ａ”ｊｌｎ＋ａｉ２ｎ ｉｃｎ＝ｉｏｎ＋ ａ ｉｌｎ＋ａ２ｉ２ｎただし、ｉ
Ｑｎ、 ｉｌｎ、 １２ｒＩは夫々時刻ｔｎにおける零
相、正相、逆相分電流であり、またα＝ −１千ｊへ ２ ある。

第２図はアナログ量に対応するベクトル量であるが、一
定間隔φ毎の瞬時値に対応したディジタル量についても
各瞬時瞬時において対称座標法によって（３）式のよう
に表わせることは明らかで、第２図のようにアナログ量
と同様なベクトル表示も可能である。

いまに相を例にとって逆相分と零相分の和の導出方法に
ついて第２図を用いて説明する。

線間電流、線間電圧を必要とする保護継電器においては
、第２図に示すベクトル合成すなわち瞬時値の演算では
、いま反相を例にとると、次の（４）式（電流の場合）
、（５）式（電圧の場合）の演算を行なう。

ｊ ｊ３ｉａｎ＋（ｉｂｎ−ｉｃｎ） ＝ ｊ ｊ３ （ｉｏｎ＋ｉ１ｎ＋１２ｎ） ＋（ｉｏ
ｎ十α２ｉ１ｎ＋αｉ２ｎ −１ｏｎ−α１１ｎ−α２
ｉ２ｎ）＝ ｊ ｊ３ （ｉｏｎ＋ｉｌｎ＋１２ｎ）
＋ （α−α２）（ｉ２ｎ−ｉｌｎ） ＝ ｊ ｊ３
（牙。

ｎ＋ｉ。ｎ） ・・・・・・（４）電圧の場合も同
様に ｊ ｊ３ｖａｎ＋ （ｖｂｎ−ｖｃｎ） ＝ ｊ 、Ｊ３ （２ｖ２ｎ十ｖ。

ｎ） −−−−−−（５）これは、第２
図でａ相を７３倍し、９０°位相を進めたものと、ｂ相
からＣ相を引算したものを加算することである。

ｃａ相、ａｂ相の場合にも同様の方法で行なえばよい。

すると、（４）、 （５１式の右辺かられかるようにこ
れ；らに正相分は含まれず、潮流の影響は受けない。

すなわち本考案は継電器の入力電流に含まれる正相負荷
電流の影響を除去しようとするものである。

例えばに相であれば前記（４）式のｊｊ３ｉａｎ十（ｉ
ｂｎ−ｉｃｎ）を演算するが、ｊｊ３ｉａｎの項はあく
７までも（ｉｂｎ−ｉｃｎ）の項に含まれる正相負荷電
流成分の影響を除去するためのものである。

このように本考案は前記（４＞、 ＋５）式を演算する
ことによって入力電流から正相負荷電流分を除去して事
故相電流の故障成分のみを得るものである。

このよう１な方法によるに相保護の場合についての本考
案実施例を第３図を用いて後述する。

前述した記載かられかるように（４）、 （５１式の左
辺についてサンプリングされた瞬時値を９０°進ませた
りする必要があるが、一般に一定間隔毎にサン１プリン
グされた波形Ｘの瞬時値に対応するディジタル量をＸｎ
（ｎはサンプリング番号）とすると、Ｘｎを９０’進ま
せるには（６）式のような演算を行なえばよい。

Ｘｏ／／ ＝畑竺１ヨ知づ 曲・・（６）ｓｉ
ｎφ ただし、Ｘｎ“はＸｎを９０’だけ進ませたものを表わ
し、φはサンプリング間隔である。

また上記の移相演算の代りに、ｍφ＝９０° （ｍ＝１
．２．３．・・・）の関係があるときは、シフトレジス
タを用いてｍサンプル前の値Ｘｎ−ｍをそのまま使えば
、９０’遅れにすることができ、この９０°遅れたもの
の極性を反転すれば９０’進みの量が得られる。

次に第３図を用いて本考案の実施例を説明する。

第３図は本考案による短絡過電流継電器の一実施例を示
し、ここでは反相保護の例を示しである。

同図において、電力系統の各相毎に設けられた変成器よ
り得られる３相の電気的アナログ量、ここでは３相の電
流のアナログ量Ｉａ、 Ｉｂ、 Ｉｃは夫々アナログ−
ディジタル変換器１〜３により、一定間隔でサンプリン
グされた後ディジタル量ｉａ。

ｉｂ、 ｉｃに変換される。

そしてアナログ−ディジタル変換器１の出力ｉａは乗算
部４で７３倍され、さらに移相演算部（あるいはシフト
レジスタ）５で９０°進められて、ｊ、％３ｉａが加算
部６に供給される。

一方アナログ−ディジタル変換器３の出力ｉｃは極性反
転部７を通して、−ｉｃとなり、この−ｉｃが加算部８
に供給される。

この加算部８でアナログ−ディジタル変換器２の出力ｉ
ｂと極性反転部７の出力（−ｉｃ）とが加算され、１ｂ
−ｉｃを作る。

加算部６で加算部８の出力（ｉｂ−ｉｃ）と移相演算部
５の出力ｊ、／３ｉａとが加算され、ｊ ｊ３ｉａ十（
ｉｂ −１ｃ）を作る。

また９は加算部６の出力を用いて実効値に相当するもの
（直流的レベル）を求める演算部であって、この演算部
９では、たとえば半波分の絶対値加算法や、１１４サイ
クルはなれた２つのデータの２乗したものの加算法や、
３サンプル分の最初のデータを２乗したものから、２番
目のデータを２乗したものにサンプリング周期を掛けた
ものを引き、さらに３番目のデータを２乗したものを加
算して求める方法などにより実効値に相当するものを求
める。

１０は事故の比較判定を行なう比較判定部であって、こ
の比較判定部１０において演算部９の出力（実効値に相
当するもの）を設定値レベルと比較腰演算部９の出力が
設定値レベルを超えたら、比較判定部１０の出力により
過電流継電器を動作せしめて、電力系統の保護を行なう
。

このようにすると、電力系統の正常時においては、はと
んど正相分となるので、前記（４）式の右辺はほとんど
零になる。

従って加算部６の出力はほとんど零になる。

ところがｂ−ｃ相短絡においては、ｊ ｊ３ｉａ＋ （
ｉｂ−ｉｃ） ノ演算結果ハホホ（ｉｂ−ｉｃ）となり
、短絡線間電流がそのまま得られることになる。

よって、（ｉｂ−ｉｃ）の電流そのものを使用している
正相継電装置に比較して事故判別機能の向上が期待でき
る。

なお、第３図において、アナログ−ディジタル変換器１
〜３の入力側のＩａ、 Ｉｂ、 Ｉｃの順序をＩｂ。

Ｉｃ、Ｉａの順序に入れ換えて、すなわち図示のＩａを
Ｉｂ、図示のＩｂをＩｃ、図示のＩｃをＩａの如く置き
換えて、第３図と同様の方法でアナログ−ディジタル変
換し、演算処理すれば、ｃ −ａ相保護の例である。

また第３図において図示のＩａをＩｃ、図示のＩｂをＩ
ａ、図示のＩｃをＩｂに置き換えて、第３図と同様の方
法でアナログ−ディジタル変換し、演算処理すればａ−
ｂ相保護の例である。

さらに、第３図において、アナログ−ディジタル変換器
１〜３の入力側に図示のＩａ、 Ｉｂ、 Ｉｃの代りに
電力系統の各相毎に設けられた変成器より得られる３相
の電圧のアナログ量Ｖａ、 Ｖｂ、 Ｖｃを夫々供給し
てやれば、第３図と同様にｂ−ｃ相保護の例となる。

またアナログ−ディジタル変換器１〜３の入力側に図示
のＩａ、 Ｉｂ、 Ｉｃの代りにｖｂ。

Ｖｃ、 Ｖａを夫々供給してやれば、Ｃ−ａ相保護の例
となり、またアナログ−ディジタル変換器１〜３の入力
側に図示のＩａ、 Ｉｂ、 Ｉｃの代りにＶｃ。

Ｖａ、 Ｖｂを夫々供給してやればａ−ｂ相保護の例と
なる。

これらのことは前記（４）、 （５）式の説明を参照す
れは°明らかである。

本考案は本実施例第３図に限定されないことはもちろん
であるが、本考案は電流の逆相分および電圧の逆相分の
位相比較によって構成される方向比較継電器（逆相方向
比較継電器）、逆相線間電流と正相線間電圧による短絡
距離継電器（逆相短絡距離継電器）、逆相線間電圧また
は逆相相電圧による過電圧継電器（逆相過電圧継電器）
などに広く応用できることは原理説明からもわかるよう
にもちろんである。

上述したように本考案による逆相短絡過電流継電器は電
力系統に設けられた変成器２次側より得られる３相の電
流あるいは電圧のアナログ電気量を一定の間隔でサンプ
リングし、それらをデイジタル量に変換した後、加算部
、乗算部、移相演算部などからなる高速ディジタル演算
装置を用いて逆相骨と零相分の和を導出し、保護継電器
の動作入力としたので、正常時と不平衡事故（不平衡短
絡事故）時の区別を明確にでき、保護継電器の動作信頼
度を向上させることができるなど大きな効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本考案の原理説明図、第３図は本
考案による短絡過電流継電器の一実施例を示すブロック
図であって、図中１〜３はアナログ−ディジタル変換器
、４は乗算器、５は移相演算部（シフトレジスタ）、６
，８は加算部、７は極性反転部、９は演算部、１０は比
較判定部を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電力系統に設けられた変成器より得られる３相のアナロ
   グ電気量Ｉａ、 Ｔｏ、 Ｉｃを夫々アナログ−ディジ
   タル変換器に導入して一定の間隔にてサンプリングして
   ディジタル信号ｉａ、 ｉｂ、 ｉｃに変換し、変換さ
   れた各ディジタル信号ｉａ、 ｉｂ、 ｉｃのうちの１
   相分ｉａと７３を乗算部にて乗算した後、移相演算部で
   ９０°移相すると共に前記ディジタル信号ｉａ、 ｉｂ
   、 ｉｃのうちの他のｌ相の信号ｉｃを極性反転部を介
   して第１の加算部に導入し、この第１の加算部にて前記
   ディジタル信号ｉａ、 ｉｂ、 ｉｃのうちの残りの相
   の信号ｉｂと加算し、この加算出力信号と前記移相演算
   部で移相された信号とを第２の加算部にて加算し、この
   加算信号を演算部に導入して実効値に相当する値に演算
   した後、比較判定部にて設定レベルと比較するようにし
   たことを特徴とする短絡過電流継電器。