JPS6019492Y2 - 地絡距離継電器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は地絡距離継電器に関する。

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相の電流、電圧のアナログ電気量のうち、１相分の電
圧、電流のアナログ電気量Ｖ、、１．と、他の２相の電
圧、電流のアナログ電気量のうちのいずれか一方の２相
のアナログ電気量１ｂｔＩｃとを夫々アナログ−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Ｖａｙ １ユ、ｉｂｙ ｉｃに変換
し、変換された前記他の２相のディジタル信号１ｂｇ
ｌｃのうちそのｌ相分ｉ。

を極性反転部を介して第１の加算部に導入し、この第１
の加算部にて他の１相分の信号ｉ、と加算し、この加算
信号と２茗とを乗算部で乗算した後、移相演算部で９０
°移相し、この移相された信号と残りの前記１相分の電
圧、電流のディジタル信号Ｖａ、ｌａのうち前記他の２
相の電圧又は電流と対応する電気量のディジタル信号ｉ
、とを第２の加算部で加算し、この加算信号を演算部に
導入して実効値を求めて割算部に導入腰この割算部にて
残りの前記ｌ相分の電圧、電流のディジタル信号Ｙａ、
ｌａのうちの他方の信号ｖ１を演算部に導入して得られ
る実効値とで割算してインピーダンスを算出した後、比
較判定部にて整定値と比較するようにしたことを特徴と
する地絡距離継電器を提供しようとするもので、正常時
と不平衡事故（不平衡地絡事故）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、 ａ＝ＡＳ１ｒｌ （Ｅ） ｔ ｂ ＝Ｂｓｉｎ （ωｔ １２０°）
・・・・・・ （１）Ｃ＝Ｃ５ｉｎ （ωｔ−２４０°
） ここでＡ、 Ｂ、 Ｃは夫々ａ、 ｂ、 ｃの波高値
、ωは周波数、ｔは時間 とする。

交流波形ａ、ｂ、ｃは時刻”ｘ＊ ｔ２？ ｔ３？ ”
”！ ｊｎ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 ｂｎ＝Ｂｓｉｎ （ωｔｎ−１２０°）
−−−−−−（２）ｃｎ＝Ｃｓｉｎ （ωｔｎ−２４
０°） 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
れはａ、 ｂ、 ｃの時刻ｔｎにおける瞬時値ｉ。

。 ｖ １ｂｎ、ｉｃｎについて次の（３）式のように書
ける。１ ａｎ＝ １ ｂｎ＋１１ｎ＋１２ｎ １ ｂｎ ＝ １０ｎ十α”１ｎ＋α１２ｎ
・・・・・・（３）１ ｃｎ ＝ １ ｏｎ十
αｌｔｎ＋α２１２ｎただし、１ｏｎｙ １１ｎｔ
１２ｎ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＋ｊ弔 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ａ相を例にとって本考案の原理について第２図を用
いて説明する。

いま、各瞬時に第１図のサンプリング位置■。

■、■、・・・、■で夫々、以下のような演算を行なつ
。

３相の交流ａ、 ｂ、 ｃが電流波形の場合、たとえば
サンプリング位置■においては、 １ａｎ＋Ｔ７￥（ｌｂｎ １ｃｎ） ＝（ｌｏｎｖｌ
ｔｎ ＋ １２ｎ） ＋１ ゜−６・１゜。

Ｋ（°・１“′ｉ”・１“１°−１°・−“１”＝ （
ｌｏｎｖＬｎ＋１２ｎ）＋３（α−α） （１２ｎ
１ｌｎ） ＝２ｉ２ｒｌ十ｉ。

ｎ ・・・・・・（４）ａ、 ｂ
、 ｃが電圧波形であれば、ａ、 ｂ、 ｃの時刻ｔｎ
における瞬時値ｖａ、、 Ｖｂｎｔ Ｖｃｎについても
、Ｖヶ９ ｖｉｎｇ Ｖ２ｎを時刻ｔ。

における零相、正相、逆相電圧とすると、電圧の場合も
電流の場合と同様に ｖａ、ｌ＋４ （Ｖｂ。

−ｖ、、） ＝２ｖ２゜＋ ＶＯｎ ＊−＊（５）を得
る。

これらの（４）式および（５）式は、ｂ相からＣ相を引
算し、これを］弓倍し、９０°位相を遅らせたものと、
ａ相を加算したものである。

この結果、（４）式および（５）式から明らかなように
、逆相分（２ｉ２ｎ。

２Ｖ２ｎ）と零相分（ｌｏｎｖ ｖｏｎ）の合皮したも
のが求まる。

このように（４）、 （５）式に正相分は含まれず、３
相平衡時にはほとんど零であり、潮流の影響を受けない
。

すなわち本考案は、地絡距離継電■ 器（通常はビによりインピーダンス判定している）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
るものであり、基本的には一￥ＬＩａ（Ｆ） 〈整定値なる式を実現するものである（ただし■８（Ｆ
）は１１に含まれる故障成分である）。

そこで継電器の入力電流に含まれる正相負荷電流成分を
除去する手段として、本考案では（４）、 （５）式を
演算して行なっている。

このように正相負荷電流成分を除去して故障成分のみを
取り出すので、継電器の測定誤差は無くなる。

以上はａ相保護の場合であるが、ｂ相、Ｃ相、の保護の
場合も同様の方法で行なう。

このような方法によるａ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°遅らせた
りする必要があるが、一般に一定間隔毎にサンプリング
された波形Ｘの瞬時値に対応するディジタル量をＸ。

（ｎはサンプリング番号）とすると、Ｘｎを９０°遅ら
せるには（６）式のような演算を行なえばよい。

ｘｎ’ ＝ｘ’−１−諺一棟 ・・・・・・
（６）Ｓｌｎφ ただし、ｘｎ ／はＸ。

を９０°だけ遅らせたものを表わし、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図は本考案による地絡距離継電器の一実施例を示し
、ここではａ相保護の場合を示しである。

同図において、１〜４は電力系統に設けられた変成器よ
り得られるａ相の電圧のアナログ量■８、ａ相、ｂ相、
Ｃ相の電流のアナログ量１．、Ｉｂ、Ｉｃを夫々ディジ
タル量Ｖａｔ ｌａｙ ｌｂｔ ｌｃに変換する
アナログ−ディジタル変換器、５はアナログ−ディジタ
ル変換器５の出力ｉ。

を−ｉ。として第１の加算部６に送出する極性反転部で
ある。

第１の加算部６はアナログ−ディジタル変換器３の出力
ｉ、と極性反転部５の出力（−ｉｃ）とを加算して（ｔ
ｂ ｔｃ）を作る。

乗算部７で第１の加鼻部６の出力（ｔｂ ｔｃ）を−
７＝ｐＬ、移相演算部（またはシフトレジスタ）８で９
０°位相を遅らせる。

次に第２の加算部９で、アナログ−ディジタル変換器２
の出力ｉ、と、移相演算部（またはシフトレジスタ）８
の出力Ｌ４（ｌｂｔｃ）とを、 １ 加算し、１ ｍ＋３４ （１ｂ １ ｃ）を作る。

１ｏはアナログ−ディジタル変換器１の出力Ｖａの実効
値を求める演算部、１１は第２の加算部９の出力の実効
値を求める演算部である。

この場合、たとえば半波分の絶対値加算法や、１／４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。

１２は演算部１ｏの出力を演算部１１の出力で割ってイ
ンピーダンスＺｒｙを算出する割算部である。

１３は比較判定部であって、この比較判定部１３におい
て、割算部１２の出力Ｚｒｙが整定値以下になったとき
には、距離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
ど正相分だけなのでｉａ＋Ｔ？ｊ（ｉｂＩＣ）はほとん
ど零となるから、リレーのみるインピーダンスすなわち
継電器設置点から故障点までの電気的距離に相当する線
路インピーダンス２ぴは非常に大きくなり、如何なる負
荷電流においても誤動作するようなことはなく、正相距
離継電方式に比較し、負荷インピーダンスと事故インピ
ーダンスの区別が明確となり、動作信頼度の向上が期待
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
〜４の入力側に図示の■ユ、■ユｑ Ｉｂ。

Ｉｏの代りに夫々Ｖｂ＝ Ｉｂ、Ｉｏ、Ｉユを供給し
てやればｂ相保護の場合となる。

またアナログ−ディジタル変換器１〜４の入力側に図示
Ｖ、、 Ｌ、 Ｉｂ９Ｉｃの代りに夫々ＶＣ９Ｉｏ
、ｌ−９Ｉｂを供給してやればＣ相保護の場合となる。

さらに第３図において、アナログ−ディジタル変換器１
〜４の入力側に図示のＶａｙ Ｉ＆？ ＩｂｔＩｏ
の代りに夫々Ｌ、Ｖ、、Ｖｂｔ ｖｃを、また図示のＶ
、、 １．、 Ｉｂｙ １．の代りに夫々Ｉｂ、
Ｖｂ、Ｖｃｔ Ｖａを、また図示のＶａ、Ｉａ、Ｉｂ、
■ｏの代りに夫々Ｉｏ＝ Ｖｏ？ ￥−Ｖｂを供給して
やれば、ａ相保護、ｂ相保護、Ｃ相保護の場合となる。

この場合には、割算部１２で演算部１１の出力を演算部
１０の出力で割ることによりインピーダンス２ｒｙを算
出することになる。

これらのことは前述した原理説明から明らかである。

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地絡距離継電器は電力系統
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、それらをディジタル量に変換した後、加算部、乗算
部、移相演算部、割算部などからなる高速ディジタル演
算装置を用いて電流（電圧）の逆相分と零相分の和と被
保護相電圧（電流）との比を導出し、保護継電器の動作
入力としたので、正常時と不平衡事故（不平衡地絡事故
）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〜第２図は本考案の原理説明図、第３図は本考案
による地絡距離継電器の一実施例を示すブロック図であ
って、図中１〜４はアナログ−ディジタル変換器、５は
極性反転部、６，９は加算部、７は乗算部、８は移相演
算部、１０．１１は演算部、１２は割算部、１３は比較
判定部を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電力系統に設けられた変成器より得られる３相の電圧、
   電流のアナログ電気量のうち、１相分の電圧、電流のア
   ナログ電気量Ｖ、、 Ｌと、他の２相の電圧、電流の
   アナログ電気量のうちのいずれか一方の２相のアナログ
   電気量１ｂ＝ Ｉｏとを夫々アナログ−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■。 、１３ｇ ｌｂｇ ｌｃに変換し、変換された前記
   他の２相のディジタル信号１ｂｔｉｃのうちその１相分
   ｉ。 を極性反転部を介して第１の加算部に導入し、この第１
   の加算部にて他の１相分の信号ｉｂと加算し、この加算
   信号とフ】とを乗算した後、移相演算部で９０°移相し
   、この移相された信号と残りの前記１相分の電圧、電流
   のディジタル信号Ｖａｙｉ１のうち前記他の２相の電圧
   又は電流と対応する電気量のディジタル信号ｉユとを第
   ２の加算部で加算し、この加算信号を演算部に導入して
   実効値を求めて割算部に導入し、この割算部にて残りの
   前記１相分の電圧、電流のディジタル信号Ｖ＊ｇ ｌ
   ａのうちの他方の信号ｖａを演算部に導入して得られる
   実効値とで割算してインピーダンスを算出した後、比較
   判定部にて整定値と比較するようにしたことを特徴とす
   る地絡距離継電器。