JPS6146116A - 変圧器保護継電装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は変圧器保護継電装置に係り、特に、変圧器の励
磁突入電流による誤動作を防止すると共に、高速度・高
感度にして信頼性の高い作動をする変圧器保護継電装置
に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、変圧器の巻線故障等の異常時における変圧器保護
は、保護対象変圧器の各端子を通過する電流を変流器を
もってとり出し、しかも、これを変圧比に相当する等価
変換した電流信号とし、これに基づいて電流差動又は電
流比率差動を行なわせるものが多い。

ところが、電流差動又は電流比率差動方式においては、
変圧器の内部故障時に差動電流が生ずる外、変圧、器を
無負荷励磁した場合や、外部故障除去時に電圧が回復し
た場合等も差動電流が生ずる。

これは、換言すると、いわゆる励磁突入電流によっても
差動電流が生ずることを意味しているのである。

そこで、従来より、かかる励磁突入電流波形の特異性に
着目して、励磁突入電流による誤動作を防止する対策が
とられている。

その一つの方法として、励磁突入電流中の第２高調波成
分の割合が、故障電流中の第２高調波成立の割合よりも
多いということを利用して、差動電流中の第２高調波成
分の割合が一定値以上のときは、励磁突入電流と判定し
てしゃ断器の引き外し指令を出力しないようにする方法
が用いられている。

しかしながら、良く知られているように、第２高調波成
分の割合が多いという励磁突入電流の特徴を検出するに
は、少なくとも１サイクルの時間が必要である。それ故
に、この方法では、内部故障時にも、少なくともこの時
間（１サイクル）だけは、しゃ断器引き外し指令の出力
を遅延させなければならなかった。このため、上記方法
によると、高速動作が阻害されてしまうという問題があ
る。

又、最近では、送電系統の長距離化、大容量化及びケー
ブル系統の拡大などによって、送電系統の対地静電容量
が増加しており、変圧器の内部故障時の故障電流に、多
くの高調波成分を含む傾向がある。

系統の対地静電容量、リアクタンス及び変圧器インピー
ダンス等によっては、故障電流中に第２高調波付近の低
次高調波を含むことがある。このような場合、上記従来
方法では変圧器保護継電装置の動作遅延となり、ひいて
は、誤不動作により変圧器タンクが破損するなど１重大
災害を招く恐れがある。

変圧器の励磁突入電流による。変圧器保護継電装置の誤
動作を防止する他の方法として。

（１）変圧器の１次及び２次電圧、電流を同一時刻にサ
ンプリングして導出し。

（２）変圧器の巻線から励磁電流工。及び励磁電流工。

の所定の関数から変圧器励磁磁束Φ、を求め、 （３）上記各位及び巻線抵抗、漏れインダクタンスを用
いて、変圧器の内部故障がないときに成立する所定の演
算を行い。

（４）この演算値の変化に基づいて内部故障を検出する
、 ディジタル方式が提案されている（特開昭５４−１０１
１４０号）。

しかしながら１周知のように、変圧器の励磁電流工。と
励磁磁束Φ、の関係にはヒステリシス特性があるので、
励磁電流工。がら励磁磁束Φ、を一義的に求めることは
できない、しかも、変圧器励磁当初においては残留磁束
、投入電圧位相によって工。とΦ、の関係は大きく異な
る。特に、影響の大きい残留磁束を変圧器投入前に予測
することは困難である。

従って、上記従来方法において、変圧器励磁時の励磁突
入電流による誤動作を防止するためには。

■。の所定の関数がら近似したΦ、と実際のΦ、との差
に相当する演算値の変化では、変圧器保護継電装置が動
作しないようにしておく必要がある。

すなわち、この分だけ内部故障の検出感度が低下すると
いう問題がある。

その他に、励磁磁束Φつの近似誤差は、励？１１ｆｒ１
流工。が小さいときほど大きいという事象に若目し、上
記演算値に工。を乗じた値に基づいて、内部故障を判定
し、励磁突入電流による誤動作を抑制する方法も提案さ
れている。

しかしながら、上記演算式の演算値に重要な影響を及ぼ
す励磁磁束Φやを決定するための、最も重要な因子であ
る残留磁束が不明であることから、ＩｏからΦイを近似
する従来方法では、誤差を生ずるのは避けられず、内部
故障検出の高感度化を達成するのは困難である。

又、三相三脚鉄心、三相三脚鉄心等、三和講造の変圧器
の場合には、三相間に磁気結合があるため、励磁電流工
。と励磁磁束Φ、の関係は１相のみでは定まらず、他相
の励磁状態にも影響される。

変圧器励磁当初の各鉄心脚の残留磁束は、それぞれ不確
定であり、仮に三相間の関係式を用いたとしても、励磁
電流工。から励磁磁束Φつを近似する上記従来方法では
、内部故障検出感度を低下させることなく、励磁突入電
流による誤動作を防されたものであり、その目的は、変
圧器の内部故障を高感度で検出して高速保護動作ができ
ると共に、励磁突入電流を確実に高速度検出して、しや
断器の引き外し指令を阻止することにより誤動作を防止
し、且つ変圧器の鉄心構造及び巻線構造にかかわらず適
用できる変圧器保護継電装置を提供１相当り複数巻線で
構成される保護対象変圧器の各巻線の端子電流の差動電
流を検出してしゃ断器の引き外し指令を出力する差動電
流検出継電要素と、上記変圧器の各巻線の端子電圧及び
該変圧器の鉄心が磁気飽和したときの各巻線のアドミタ
ンスから求めた電流が該変圧器の鉄心脚に最も近い巻線
の端子電流にほぼ等しいか否かを判定して両者がほぼ等
しいときに出力を生ずる第１の比較手段、上記変圧器の
各巻線の端子電圧及び該変圧器の鉄心が磁気飽和したと
きの各巻線のアドミタンスから求めた電流が該変圧器の
端子電流の差ａ電流とほぼ等しいか否かを判定し両者が
ほぼ等しいときに出力を生ずる第２の比較判定手段のう
ち少なくとも一方を含み、これを一個以上備えてなり、
該比較判定手段からの出力が一致したときに磁気飽和と
判定する磁気飽和検出継電要素と、前記磁気飽和検出要
素からの出力によって前記しゃ断器引き外し指令の出力
を禁止する手段とを具備してなることを特徴とする。

゛また１本発明は、上記構成に内部故障検出継電要素を
組み合わせて、更に確実に動作させるようにしたもので
ある。

本発明では、励磁突入電流のみを高速度検出する手段が
最も重要であるため、まず変圧器鉄心が磁気飽和し、且
つ変圧器巻線に部分短絡等の内部故障がないときにのみ
成立する関係式を、簡単のため単相２巻線変圧器を例に
とって、第１３図により説明する。

第１３図は２巻線変圧器の路線図で、１は鉄心、２１．
２２はそれぞれ１次及び２次巻線である。

また、Ｖｌ、Ｖ、、Ｉ、、Ｌ、Ｒ，、Ｒ，、Ｔ、、Ｔ。

等図中の記号は、それぞれ１次側及び２次側の端子電圧
、端子電流１巻ｖＡ抵抗１巻数を示している。

鉄心１が磁気飽和しているときの、１次及び２次巻縁の
自己インダクタンスをそれぞれＬ　１１　ｇＬ□とし、
１次巻線と２次巻線間の相互インダクタンスをＬ　ｚ　
ｚ　＝Ｌ　２１とする。

鉄心が磁気飽和しているときの鉄心の微分透磁率は、空
気又は変圧器油と同じである。このため、これらのイン
ダクタンス値は、鉄心がない場合のそれとほぼ等しく、
変圧器の巻線構造により一義的に定まる。

鉄心が磁気飽和しているときは１通常の相互磁気結合を
有する２個のコイルの場合と同様に、（１）式で示す２
個の関係式が成立する。

ここで、（１）式の自己及び相互インダクタンスから成
るインダクタンス行列の逆行列をとり、とおいて、これ
を（１）式の左から乗すると、（２）式が得られる。

ここで、各電圧、電流、抵抗を任意の基準巻数Ｔ０に換
算したものをＶ　ｋｐ　ｌ　ｋ−ｇ　Ｋｌ’　ｋ（ｋ　
＝１１２）とすると。

Ｔ。

の関係から、（２）式は（３）式のように変形さただし
。

ｊ、　　ｋ＝１〜２ （３）式であられされる２個の式を加えて整理すると、
（４）式が得られる。

・・・・・・　　（４） ただし、 Ａ工＝ＹＬ□＋’ｊｓｚ Ａｘ　＝　Ｙ　ｔｔ　＋　７　ｍｍ 上記説明から明らかなように、（１）ないしく４）式は
、変圧器鉄心が磁気飽和しており、且つ巻線短絡等の内
部故障がないときにのみ成立し。

変圧器鉄心が磁気飽和していない健全時及び内部故障時
には不成立となる。

又、（１）ないしく４）式における各係数又は係数行列
は、変圧器各巻線の巻線抵抗２巻数及び鉄心が磁気飽和
しているときの自己、相互インダ　　　′クタンスによ
り定まる定数である。

すなわち、これらの定数は、予め設定しておくことが可
能であるから（１）ないしく４）式には。

励磁磁束のような不確定要素は全く含んでおらず、鉄心
磁気飽和、即ち励磁突入電流発生有無判定のための完全
な関係式として用いることができる。

以上において、２巻線変圧器を例にとって説明した関係
式は、３巻線以上の変圧器にも容易に拡張することがで
きるので１次にこれを説明する。

任意の８巻線変圧器について、各端子の電圧。

電流等を次のように行列表現す”る、大文字は実回路に
おける値、小文字は任意の基準巻数Ｔ０に換算した値を
示す。

［Ｖ］、［Ｖ］　：端子電圧の列ベクトル［１）、（ｉ
ｌ；端子電流　　　〃 （Ｒ）、（ｒ）；巻線抵抗行列 （Ｌ）、（ｆｉ）：自己、相互インダクタンスから成る
インダクタンス行 列 （Ｉ）’、（ｉ）？：　（Ｉ）又は（ｉｌの転置行以上
の表記法により、２巻Ｉｔ％変圧器の場合の（１）ない
しく３）式に対応するＮ巻線変圧器の関係式を導くと（
５）ないしく７）式となる。

ただし。

（Ｙｌ　＝　（Ｌ）−’ ここで、各電圧、電流、係数を添字付で表わすと、（４
）式に対応する関係式は（８）式となる。

・・・・・・　（８） ただし、 （ｋ＝１〜Ｎ） 以上のような関係式の演算処理のためには、良く知られ
ているように、微分形式より積分形式の方が便利なこと
が多い、そこで前記（５）ないしく８）式を積分形式に
変換すると（９）ないしく１２）式が得られる。

、／（Ｖ）ｄ　ｔ−（Ｒ）ｆ（Ｉ）’ｄ　ｔ−（Ｌ）、
／’ｄ［Ｉ）＝（０）・・・・・・　（９） ［Ｙ）（Ｊ（Ｖ）ｄ　ｔ　−（Ｒ）　ｆ（１）”ｄ、ｔ
）　−ｆｄ（Ｉ）＝（０）・・・・・・　（１０） 〔ｙ〕げ（ｖ）ｄ　ｔ　−（ｒ）、／　（ｉ）”ｄ　ｔ
）−、／　ｄ（ｉ〕＝（０）・・・・・・　（１１） ・・・・・・　（１２） 尚、以下では、説明を簡単にするため１巻線抵抗Ｒ１，
Ｒ，を無視することにし、この式を下記に示す。即ち。

（ｙ）、／（ｖ）ａｔ−ｆａ（ｉ）＝（０）　　・＝　
　（１３）となる、また、上記関係式は、 Ｊ（ｖ）ｄｔ−（ｆｌ）７ｄ（ｉ）＝（ｏ〕　−（１４
）ただし、（ｙ）−（Ｑ）−１ としてもよい。

Ｎ＠線線圧圧器おいて、全ての巻線が健全で、且つ鉄心
が磁気飽和しているときに成立する関係式としては、（
９）式ないしく１４）式のどれを用いても良い。

次に、演算処理時間の短縮のため、（１３）式を例にと
って関係式を簡略化できる根拠を示すことにする。

それでは、３巻線変圧器の場合を例にとって説明する。

第１４図は３巻線変圧器の路線図であって、１は鉄心、
２１，２２．２３はそれぞれ１次、２次。

３次巻線である。

第１４図において、全ての巻線が健全で、且つ鉄心が磁
気飽和しているとき、（１３）式の形式をもつ３個の式
から成る関係式が成立する。この３個の式を展開して次
に示すことにする。

即ち。

ｙｘ□／ｖ１ｄ　ｔ　＋　）’ｚｚＪＶ＊　ｄ　ｔ　＋
　’１１３ＪＶ３ｄ　ｔ−／ｄ　ｉｌ”　０・・・・・
・　（１５） ｙ、１ｆ　ｖ、ｄ　ｔ＋ｙ、、、／ｖ、ｄ　ｔ＋ｙ、、
Ｊｖ、ｄ　ｔ　−Ｊ　ｄ　ｉ、＝０・・・・・・　（１
６） ’／ｓ１７　ｖｌｄ　ｔ　十’／ａｘ　Ｊ　Ｖｉ　ｄ　
ｔ＋７ａｓ　ＪＶｓ　ｄ　ｔ−ｆ　ｄ　１ｓ＝０・・・
・・・　（１７）　　　。

が成立する。これら（１５）式ないしく１７）式の総和
をとると、（１８）式が得られる。

ｙｌ。、／ｖ、ｄ　ｔ＋ｙ＊ｏ　ｆｖｚｃｌ　ｔ＋ｙｓ
。Ｊｖ３ｄ　ｔ　−Ｊｄ　１ａ＝０・・・・・・　（１
８） ただし。

である、尚、（１８）式の１０は差動電流である。

（１５）弐〜（１８）式の４個の式は、変圧器励磁突入
電流が発生している間、即ち全ての巻線が健全で、且つ
鉄心が磁気飽和しているとき成立する。

内部故障時は巻線が健全でないため、各式は成立しない
が、どの程度成立しないかが、ここでは重要な問題であ
る。即ち、励磁突入と内部故障を明確に判別して故障検
出感度を向上させること、及び故障検出感度の低い関係
式の演算を行なわないことで、演算時間を短縮すること
が重要である。

このため、（１５）弐〜（１８）式において、内部故障
時に左辺の演算値が最も大きくなる関係式を選定するこ
とにする。

このため、（１５）式〜（１８）式の物理的意味を明確
にする必要があり、このことから、第１５図に示す３巻
線変圧器の等価回路を用いてその説明を始めることにす
る。

第１５図は第１４図の３巻線変圧器の全ての巻線が健全
であって、且つ鉄心が磁気飽和しているときの等価回路
を示す回路図である。この等価回路が成立するには、上
記（１５）式〜（１８）式が成立することを証明すれば
よい。

それでは、まず、（１５）式が成立することを証明する
。

（１９）式における第２式から ’／１１″Ｖ１ａ　　　’Ｉｘ１　　’／ｓｚを、上記
（１５）式に代入し、整理すると１次の（１５’）式が
成立する。

ｙｌ。Ｊｖ、ｄ　ｔ−ｙ、ｆ（ｖｌ−ｖ２）ｄ　ｔ−ｙ
、ｆ（ｖｌ−ｖ、）ｄ　ｔ−ｆｄ　１１＝０・・・・・
・（１５’　） アドミタンスと、電圧、ｆｔ流との関係から（１５’）
式の左辺第１頁、第２項、第３項は、第１５図において
、それぞれ、／ｃｉ　ｌｚａ＊　　ｆｄ　ｌｚｓｗＪｄ
ｉ□、と等しいことは明らかである。即ち、（１５’）
式は。

、／ｄｉ□。＋、／ｄ　ｉｘ＊＋　、／”ｄ　ｉ、、　
−Ｊｄ　ｉ、＝　０・・・・・・　（Ｉｓ’　） となる、この（１５’　）式は、第１５図の回路図にお
いて端子■におけるキルヒホッフの電流則を満足するこ
とになる。

このように、第１５図において、（１５）式が成立する
ことが証明することができた。

上述したのと同様にして、（１６）式、（１７）式も、
第１５図の回路図中の■点、■式における　。

キルヒホッフの電流則を満足することになる。

また、（１８）式は、（１５）弐〜（１７）式の総和で
あるから、第１５図の等価回路において成立することに
なる。ここで、（１８）式は、第１５図における端子の
、■、■から流入する電流の総和（ｉ、＝ｉＬ＋ｉ、＋
ｉ、）が、１１゜＋ｉ、。＋ｉ３゜に等しいことを表わ
す関係式である。

以上説明したように、第１５図に示す回路が３巻ＩＩＪ
Ｉ変圧器において、全ての巻線が健全で、且つ鉄心が磁
気飽和しているときの等価回路であることが証明するこ
とができた。

次に、各巻線が鉄心脚の周囲に同心円筒状に巻回配置さ
れる３巻線変圧帰において、鉄心脚から最も遠い最外層
に１次巻線を、次いで２次巻線を。

鉄心脚に最も近い最内層に３次巻線を巻回配置する巻線
構造の場合、第１５図に示す等価回路において。

ｙ３゜＞＞ｙよ。＞’／ｘ。　　　　　　　・・・・・
・　（２０）　　　　　　　　　　ｊの関係が成立する
ことを証明する。

ここで、鉄心脚が磁気飽和しており、且つ、ｖ　１＝　
ｖ　、　＝　ｖ　３　＝　ｖ　　　　　　・・・・・・
　（２１）である場合を想定することにする。

この場合、第１５図における。ｙ１□ｖＶ１ｓｅｙ０の
要素の面端の電位差は零であるから、ｙ工、。

’Ｊ１ｓｔ　３’２３には電流が流れない、即ち％　ｌ
　Ｌ　”　ｌ　１゜、。

ｉ、＝ｉ、。ｅ　ｉ＊＝ｉｓ。となる、この状態は、第
１６図に示すような回路となる。ここで、（２０）式が
成立することを証明するには、第１６図においも ｉ、。〉〉１１゜＞ｉ、。　　　　　　　・・・・・・
・　（２２）であることを示せば良いものである。

第１６図における状態において、各電流１１゜。

ｌ　Ｚ＠　ｔ　ｌ　２＠が作る磁束分布の一例を模式的
に第１７図に示すことにする。第１７図において、符号
２１，２２．２３はそれぞれ同心円筒状に巻回配置され
ている１次巻線、２次巻線、３次巻線を示したものであ
る。

磁気飽和している場合は、空心と等価であるから、鉄心
は図から省略しである。軸０に対して軸対称の１７２の
断面部分において、磁束分布は実線矢印で示しである。

説明を簡単にするため、各巻ｆｉ２１，２２゜２３の巻
数は等しくＴであるとし、且つ第１，７図における各巻
８２１，２２．２３の端子電圧は等しくｖであるとする
。

周知のように巻線電圧Ｖと磁束Φの関係については、電
圧Ｖの積分値の１／Ｔが第１７図に示す各巻線と鎖交す
る磁束Φに等しく、 である、従って、第１７図における２次巻線２２と、３
次巻線２３との間の空間には、互いに向きの異なる磁束
の境界に、磁界の強さが零となる点θが存在することに
なる。なぜなら、２次巻線２２と、３次巻線２３との間
の磁束が全て同方向なら（即ち、磁界の強さが零となる
点が存在しないなら）、２次巻線２３と鎖交する磁束と
、３次巻線と鎖交する磁束が異なってしまうことになり
、（２３）式と異なる結果となってしまうことになる。

同じように、１次巻線２１と、２次巻線２２との間にも
、磁界の強さが零となる点ｆが存在する。

又、同心円筒状の巻線電流による磁束は、一般に、第１
７図に示すように１円筒の中心が最も密となり、空間に
広がるに従って疎になる。又、磁束が密なほど磁界の強
さは大きい。

上述したことから理ができるように、第１７図における
８点ないしｆ点における磁界の強さＨｌないしＨ２は１
次の（２４）式に示すような関係が成立する。

Ｈａ＞＞Ｈ，、Ｈｂ’　＞）（＠ｔ　Ｈ，’　＞Ｈａ＞
Ｈ＋＋ｔ　Ｈｚ中０・・・・・・　（２４） ところで、電磁界におけるアンペールの法則は、φＨｄ
Ａ＝ＴＸｉ　　　　　　　＝　　（２５）で表わされ、
任意の経路を通る磁界Ｈの周回積分は、その経路内の断
面を貫通するアンペアターンと等しいことを示している
。

この（２５）式を第１７図における１次巻線２１．２次
巻ｍ２２．３次巻線２３の各々に適用してみると、次の
ようになることは明らかである。

即ち。

（１）ＴＸｉｔｏは、経路ｃ−＋ｄ−＋ｃ′→ｆ−＋ｃ
における磁界の強さＨの周回積分に等しく。

（２）　Ｔ　ｘ　１２＋１は、経路ｂ−＋ｃ−＋ｆ→ｃ
’→ｂ’→ｓｂにおける磁界の強さＨの周回積分に等し
く。

しかも、 （３）Ｔｘｉａｏは、経路ａ−＋ｂ−４８−４ｂ′→ａ
における磁界の強さＨの周回積分に等しい、とする関係
が成立することになる。

ここで、各経路における（２４）式に示される磁界の強
さの関係と、経路の長さとを考察してみるに、上記（２
２）式に示す関係が成立することが結論できる。

以上説明してきたように、（２ｏ）式の関係が成立する
ことが証明できた。

次に、（１５）式ないしく１８）式において、どの関係
式を本発明に用いるかについて説明することにしよう。

本発明では、内部故障の検出感度が高いということを問
題にしているのであるから、各巻線の端子電圧、及び電
流の変化の少ない比較的軽故障の場合を想定する。

（１５）式ないしく１８）式における各左辺の演算結果
を、それぞれＰｌ、Ｐ、、Ｐ３．Ｐ、とすると、 ｖ１申Ｖ、ホｖ３中Ｖ　　　　　　　　・・・（２６）
の関係を（１５）式ないしく１８）式に代入すると。

Ｐｔ：（ｙｔｔ＋　ｙ１２＋　７１３）丁ｖｄｔ　　／
　ｄ　ｉ、　　・＋　（２７）Ｐｚ’ＦＣ’／＊ｘ　＋
　”ｊ、ｚ　＋　ｙｚｉ）　Ｆｄｔ　　／ｄｉｄ　　・
＝（２８）Ｐ、＊（Ｙ、１＋’／、ｙ＋’／５３）ｆｖ
ｄｔ　　Ｊ”ｄｉ３　　・＝（２９）ＰｏキＣｙｘｎ　
＋　ｙｚｎ　＋　Ｍ：＋ｏ）　、Ｉｖｄｔ　　Ｊ’ｄｌ
ｏ　　”’（３０）が得られることになる。

ここで、（１９）式を（２７）式ないしく２９）式に伏
込すると。

Ｐ１中ｙ、。ｆｖｄｔ　−／ｄｉ、　　　　　　”（３
１）Ｐ　＊　＊　Ｖ　ｘｏ　／　ｖｄｔ−／ｄ　ｉ２　
　　　−　（３２）ＰＩ＊Ｙ、ｏＩｖｄｔ−ブｄ　ｉ、
　　　　　　　−（３３）が得られることになる。

かかる（３１）ないしく３３）式における右辺第２項の
電流項は、変圧器の通過電流によって影響を受けるもの
である。あらゆる通過電流の状態で、内部故障を高感度
に検出するという点で、通過電流が零の無負荷状態を考
えてみると、これらの電流は故障電流成分のみにならざ
るを得ない。

端子電流の変化の少ない比較的軽故障を想定しているか
ら、（３０）式ないしく３３）式における右辺第２項の
電流に（５コする項は小さく無視される。

従って、（２０）式から、 ＰＯ−！＝Ｐ□＞＞ｐｌ、ｐ、　　　　　　　　・・・
（３４）の関係が成立することが明らかである。

以上説明してきた上記関係式において最初の重要なる点
を次に述べることにする。

即ち。

（１）比較的軽故障時でも高感度で故障を検出するため
には、（１５）式ないしく１８）式の四つの関係式より
、少なくとも（１７）式が、あるいは（１８）式のいず
れが一方の関係式を用いること。

（２）ここで、（］７）式は鉄心脚に最も近い最内層の
巻線の端子電流に関係式であり、さらに。

（１８）式は各巻線端子電流に関する関係式であること
、 （３）演算処理時間短縮のためには、効果の少ない演算
を行なわないこと、このためには（１５）　　。

式及び（１６）式の関係式は省略しても良いこと、 が最初に挙げる重要な点である。

次に、（１７）式を用いる演算を簡略化するために、 Ｉｙｔ３１＜＜１ｙｔｓｌ　　　　　　　　　　　　　
　　　・・・（３５）であることを示すことにする。

第１５図に示す等価回路において、端子■の電圧がＶで
あって、端子の、■の電圧が零の場合を想定する、この
ことは、３次巻線にのみ電圧Ｖを加え、１次巻線、２次
巻線を短絡した場合に相当するといえる。このような状
態は、第１８図に示される回路状態と考えて良い。

ここで、（３５）式が成立するには、第１８図において
、 ！　　Ｌｙ、　Ｉ　　〈く　Ｉ　　ｉａ、　ｉ　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・（３６）であることを
証明ずれば良いことが理解できる。

そこで、第３，８図に示す回路において、各巻線に流れ
る電流によって作られる磁束分布の一例を。

第１９Ｂ！Ｉに示すことにする。

第１９図におｔｌて、符号２１．２２．２３はそれぞれ
１次巻線、２次巻線、３次巻線である。１次巻線２１．
２次巻線２２の端子電圧は零であるから、１次巻＆１１
２１、及び２次巻線２２と鎖交する磁束も零となること
はいうまでもない。

この場合も第１７図の場合と同様にして、１次巻線のみ
囲む経路、又は２次巻線のみを囲む経路についてアンペ
ールの法則を適用することで、（３６）式の関係が成立
することが容易に推考することができる。従って、（３
５）式の関係が成立することは証明できた。

一方、（１９）式における第４式の関係から、３’　ｚ
ｓ　＝　’／　３゜−（ｙｓ、＋　’ｊ　ａｓ　）　　
　　・・・（３７）となる、上記（３５）式の関係から
ｙ１３を無視しても良いと考えられるが、ｙ、。とｙａ
、とが等しい値となるとは限らないので、これらの差で
あるｙ３３は無視することはできない。

以上説明してきたことより明らかになった関係式の第２
番目に重要な点について以下に述べることにする。

即ち、 （１）上記（１７）式を用いるｍ算では、少なくとも（
１７）式の左辺第２項及び第３項の演算が必要であるこ
と、 （２）ここで、０７）式の左辺第３項は鉄心脚に最も近
い最内層巻線電圧に関する項であり、又、左辺第２項は
それのすぐ外側の層の巻１ｉＡ％を圧に関する項である
こと、 （３）それより外層の巻線電圧に関する項は演算誤差の
許容範囲内にあり、省略しても良いこと。

などが第２番目に重要な点である。

更に、上記（１８）式を用いる演算をもっと簡略化する
方法を説明することにしよう。

まず、（コ８）式の左辺の演算結果をＰ。とすると、（
２０）式の関係がら、この演算は、Ｐ　ａ　中’／　ａ
。／Ｖ３　ｄ　ｔ−／　ｄ　ｚ　ｏ　　・・・（３８）
と示されるように簡略化される。

励磁突入の場合に、上記（３８）式の演算結果は完全に
零となることがない、演算時間を短縮するという点と、
励磁突入の場合の演算結果の値に対し、内部故障−の場
合の演算結果の値を相対的に大きくすることによって高
感度故障検出するという点とでは、相い反する事項であ
る。しかしながら、許容できる範囲において演算は極力
簡略化すべきである。

以上説明してきたことより明確となった関係式において
第３番目に重要な点について以下に述べることにする。

即ち、 （１）上記（１８）式を用いる演算では、少なくとも（
１８）式左辺第３項の演算が必要であること、 （２）この項は鉄心脚に最も近い最内層巻線電圧に関す
る項であること、 （３）それより外層の巻線電圧に関する項は省略しても
良いこと。

などが第３番目に重要な点として挙げることができる。

以上述べたように変圧器巻線が健全であって、鉄心が磁
気飽和している場合に成立する関係式についての詳細と
二これらについての簡略方法について述べた。

上記では各巻線が同心円筒状に配置され、各層に１個の
巻線がある３巻線変圧器の場合について関係式の重要な
点を述べたが、これらの結果は３巻線変圧器に限らず、
これとは異なる巻線構造の変圧器にも、容易に拡張して
適用できることはいうまでもない、それでは、その−例
を次に示すことにする。

それでは、まず単巻変圧器の場合を示すことにする。

第２０図に単巻変圧器の接続を示す結線図である６第２
０図において、２１は直列巻線、２２は分路巻線、２３
は３次巻線である。２１，２２゜２３をそれぞれ１次巻
線、２次巻線、３次巻線と考えると、以上の結果をその
まま適用することができる。変圧器端子に合せて、２１
と２２を１次巻線、２２を２次巻線、２３を３次巻線と
しても、以−ヒの結果は変らない。

次に、鉄心脚に最も近い最内層に複数の巻線がある場合
の例を示す。

第２１図はこのような場合の巻線構造の例で、１は鉄心
、２１は１次巻線、２２１及び２２２は２次巻線、２３
１及び２３２は３次巻線である。

この場合、２次巻線及び３次巻線とも、鉄心脚に最も近
い最内層であると考えれば、上記結果を適用することが
できる。外鉄形変圧器はこのような場合の更に特殊な例
である。

本発明は以上の理論を用いるものであり、以下にその実
施例を説明するが、その前に、上記関係式に基づく演算
によって変圧器鉄心の磁気飽和の有無を判定する比較判
定手段について説明することにする。

健全状態において、差動電流ｉ。が検出されないときは
、上記関係式の演算を行うまでもなく、しゃ断器引き外
し指令を出力してはならない、そこで、健全時は磁気飽
和していないけれども、磁気飽和と判定することにする
。

差＠電流１０が検出されたときは、励磁突入か、。

又は内部故障である。そこで、次の手順に従って磁気飽
和の有無を判定する。これには、簡略化した（３８）式
を用いる場合の例をもって説明する。

（１）各巻線の端子電流及び３次巻ｍ電圧Ｖ、をΔｔの
サンプリング間隔で、同一時刻にサンプリングして取り
込むことにする。

（２）各巻線の端子電流から、サンプリング毎の差動電
流１１１を求める。

（３）差ＩＨｔ流ｉ。が所定の検出レベル以下なら、磁
気飽和と判定して、以下の演算を行なわない。

（４）差動電流ｉ。が所定の検出レベルを越えたら、そ
のときのサンプリング時間をｔ。とじ、演算結果の初期
値Ｐ。（ｔ（１）　＝○とする。

（５）差ｍｊＮ流ｉ。が所定の検出レベルを越えている
間、サンプリング毎の時間ｔにおいて、下記（３９）式
の演算によりＰ。（１）を求める。

ここに、Ｐｏは、 ＝Ａｌｆ；）−ＡＩ（ｔ）　　　　　　　＝−（３９）
ただし、 で与えられる。

上記（３９）式による積分演算は、例えば台形公式を適
用すると、 Δｔ Ａ　Ｖ　（ｔ）＝Ａ　Ｖ　（を−Δｔ）＋−ｙｚｎ（ｖ
３（ｔ）＋ｖｓ（ｔ−７１））・・・（４０） （６）Ｐａ（ｔ）が所定の判定レベルを越えていないと
き、即ちアドミッタンスと電圧とより求めた電流に関す
る項ＡＶ　（ｔ）と、差動電流に関する項Ａ１．（ｔｌ
　がほぼ一致したとき、磁気飽和ありと判定する。そう
でないとき磁気飽和なしと判定する。

以上により、比較判定手段は健全時及び励磁突入電流が
発生している間は磁気飽和ありと判定し、内部故障が発
生して、演算結果Ｐ。（１）が所定の判定レベルを超え
た時点で、磁気飽和なしと判定する。

このようにしたので、内部故障時に、仮りに、変圧計鉄
心が磁気飽和していても、巻線が健全でないため、演算
結果Ｐ、１（ｔ）は零とはならず、磁気飽和なしと判定
することが一つの特徴である。

更に、このようなものであるので、内部故障が発生し、
て、演算を開始した直後に、Ｐａ（ｔ）蛾０となるため
、高速度が磁気飽和なしと判定できることが、もう一つ
の特徴である。

ｒ発明の実施例〕 次に、本発明の−γＩＭ＃ＩＩについて説明する。

第３図は２巻！Ｑ、’ｌｌ圧器を封装とした本発明の適
用例を示す路線図でま、、モ。

この図において、２１．２２は保護対象変圧器の１次及
び２次巻１！、３１．３２は１次及び２次側変流器、４
１．４２は１次及び２次側電圧変成器、５１．５２は１
次及び２′次側しゃ断器である。

また、６は変流器３１．３２の出力をとり込んで差動電
流を検出し、しゃ断器引き外し指令を出力する差動電流
検出継電要素である。７は変流器３１及び３２．電圧変
成器４１及び４２の出力を、同一時刻にサンプリングし
てとり込み、前記の演算を行うことによって磁気飽和の
有無を判定する比較判定手段を有し、磁気飽和検出信号
又は磁気飽和検出信号を出力する磁気飽和検出継電要素
である。

８は、前記差動電流継電要素６の出力、及び磁気飽和検
出継電要素７の反転出力を２人力どするインヒビット回
路、９はインヒビット回路８からの出力信号を引きのば
すタイマである。

次に、第１０図に示した各継電要素の動作にっ　　　　
　　！いて、各出力信号を“１”又はＲＯＩＴで表ねし
て更に詳細に説明する。

差動電流検出継電要素６は、通常用いられているように
、差動電流１０の大きさが所定の検出レベルを超えたか
どうかを判定する。常時は出力１１０１１で、差動電流
ｉ。の大きさが所定の検出レベルを越えたとき′１′°
を出力するものである。外部故障時の通過電流による変
流器の誤差電流で誤出力しないよう、通常行なわれてい
るような通過電流抑制機能を付加しても良い、励磁突入
、及び内部故障の場合、差１１１１１！流１０の大きさ
は、検出レベルを超えるから、両方の場合とも“１”が
出力される。

磁気飽和検出継電要素７は、前記した演算によって、磁
気飽和の有無を判定する。磁気飽和ありと判定したとき
、即ち健全時及び励磁突入電流が発生している間は′１
″が出力される。ここで、磁気飽和なしと判定さ九たと
き、即ち内部故障時には、ｒｔ　Ｏ１１が出力されるこ
とになる。

上述のように構成された実施例の健全時、励磁突入時、
内部故障時の動作を次に説明することにする。

（ｉ）健全時の動作について、 差動電流検出継電要素６がらＩＩ　ＯＩＩが出力され、
且つ磁気飽和継電要素７がら１”が出力されている。こ
れらの出力はインヒビット回路８に入力される。すると
、インヒビツｆ−ｆｌ　ｊ％＄　８か−らの出力は１ｏ
″となり、しゃ断器り１き外゛し指令は出力されない、
仮りに。

一方の継電要素（６，又は７）がノイズ等による誤動作
で、誤信号を出力したとしても、インヒビット回路８の
出力は１ｏ″のままであるので、しやＭ器用き外し指令
は出力されることがない。

（ｉｔ）健磁突入時の動作について。

励磁突入時は、励磁突入電流がそのまま差動電流として
第２図の波形（３）に示すように検出されるので、差動
電流検出継電要素６からは、図中波形（６）で示される
しゃ断器引き外し信号″１”が出力される。

一方、磁気飽和継電要素７がらは、前記演算内容の説明
から明らかなように、且つ図中波形（７）で示すように
、差！ｌＩＭｌ流が検出されている間、しゃ断器引き外
し指令を阻止する４’Ｂ号“１″が出力されている。

従って、インヒビット回路８において、しゃ断器引き外
し指令の出力が、図中波形（８）に示すように、阻止さ
れる。もちろん、タイマ９からも１図中波形（９）の如
く、阻止されている。

（ｉｉｉ）内部故障時の動作について、差動電流検出継
電要素６は、第３図の波形（３）で示す電流を検出し、
その出力からは。

波形（６）に示すような、しゃ断器引き外し４Ｈ令信号
１１１１７が出力される６ 一方、磁気飽和検出継電要素７は、差動電流（波形（３
））が一定値以上になったときに　４ｇ号を出力するよ
うな構成とした場合。

図中波形（７）に示す信号が出力されることになる。

インヒビット回路８は、上記波形（６）と（７）とに基
づいて波形（８）に示す信号を出力する。これにより、
タイマー９からは、図中波形（９）に示すしゃ断器引き
外し指令信号ＩＩ　Ｉ　ＩＩが出力されることになる。

このように、本実施例によれば、健全時、励磁突入時は
しゃ断器引き外し指令信号が阻止され。

内部故障時のみしゃ断器引き外し指令信号が出力される
ことになる。

次に、第１図に示す磁気飽和Ｉｊ１電要素７の構成例を
第４図に基づいて説明する。

第４図に示す磁気飽和継電要素７は、複数の比較判定手
段で構成した場合の例である。

第４図において、７１は、第１の比較判定手段、７２は
第２の比較判定手段、７３はアンド回路である。

第１の比較判定手段７１は、上記（１７）式、又は（１
７）式を簡略化した関係式を用いるものどじ、且つ第２
の比較判定手段７２は、上記（１８）式、又は（１８）
式を簡略化した関係式を用いるものとする。

健全時、及び励磁突入時は、第１の比較判定手段７１、
第２の比較判定手段７２とも磁気飽和ありと判定する（
　４１１　Ｉｔを出力）、従って、アンド回路７３から
はＩＩ　Ｉ　Ｔｌが出力されるので、比較判定手段１個
の場合と同じである。

内部故障の場合、どちらかの比較判定手段が磁気飽和な
しと判定（“０″出力）したとき、アンド回路７３はＩ
ｔ　Ｏ＄１を出力する。従って、内部故障検出速度、及
び検出感度は１種々の内部故障において、効果の大きい
方で決まることになり、内部故障の高速、高感度検出、
及び低順性向上にも効果がある。多数の比較判定手段を
併用することで、これらの効果を更に高めることができ
る。

ここで、本発明の他の構成の特徴を明確にするために、
上記した磁気飽和時のみ成立する関係式を用いた内部故
障検出感度について説明する。

説明を簡単にするため、上記（３８）式で示した簡略化
した関係式を用いる場合を例にとる。

（３８）式を書き直して次に示す。

Ｐｏ＝ＡＶ−ＡＩ　　　　　　　　　・・−（３８’　
）ただし、　Ａ　Ｖ　”　Ｙ　ｚ。ｆｖ、ｄｔＡＩ＝ｆ
ｄｉ。

このような関係式において、３次巻線の短絡故障を想定
する。

（１）全短終の場合、 この場合は、変圧器の現象としてはＶ□中。に対して、
１０が非常に大きい。

従って、ＡＶ＜＜ＡＩで、Ｐｏの値はＡＩのみによって
ほぼ定まることになる。

（２）短終ターン数の少ない場合、 この場合は、変圧器における現象としては。

ｉｏが小さいのに対してｈ　Ｖ２　は健全時とほとんど
同じである。従って、上記（３８’）式は、ＡＶ＞＞Ａ
Ｉとなり、Ｐｏの値はＡＶのみによってほぼ定まること
になる。

（３）従って、上記（１）項と、（２）項の間で、上記
（３８’）式において、ＡＶ＊ＡＩとなる点が生ずるこ
とが予想される。この場合、Ｐ。

は小となり、内部故障でありながら磁気飽和と判定され
、都合が悪い事が発生してしまう。

第５図は、３次巻線短絡故障の例を示す説明図である。

第５図において、１は鉄心、２１，２２゜２３はそれぞ
れ１次巻線、２次巻線、３次巻線である５巻線が円盤巻
線で構成されている場合、３次巻線２３は図示のように
健全部分ａと短絡部分すに分けられる、このような短絡
故障の場合、差ｉ！！ＩＪｇｌ流１０は全短絡が最も大
きく、短絡ターン数が少なくなるにつれて差動電流１０
は急激に減少し、更に短絡ターン数が少なくなると、差
動電流ｉ　ｎの減少の割合が小さくなることが知られて
いる。

第６図はこの様子を示す波形図である０図において差動
電流ｉ、、が大きいほど３次電圧の電圧降下は大きく、
■、はおおむね図の波線で示したような変化をすること
になる。

第６図からも理解できるように、又、上記したようにＡ
Ｖ中ＡＩとなるのは全組ｇ（ｔｏｏ％短絡）に近い、短
絡ターン数の大きい故障であると想定される。

第５図で示したように、全短絡に近い故障は、３次巻線
の上端部からほぼ下端部までの長い距離をアークが伸び
る訳であり、一般にはこのような短絡故障は起らない。

仮りに、起るとしても、小さい短絡故障から徐々に進展
する場合であり、その間にＡＶ＝ＡＩとなって検出でき
るから、変圧器保護継装置として、前記した構成とする
ことで特に不具合を生じない。

しかしながら、特に信頼性を向上させるためには、ＡＩ
中ＡＶとなる場合の対策をする方が望ましいことはいう
までもない。そこで、かかる対策について１次にその具
体例を説明することにする６第７図は、上記対策をした
本発明の他の実施例を示すブロック図である。

第７図に示す実施例が第１図に示す実施例と異なるとこ
ろは、後述する内部故障検出継電要素１ｏと、この継電
要素１０からの出力、及び磁気飽和検出要素７からの出
力を論理積するアンド回路１１とを備え、アンド回路１
１からの出力をインヒビット回路８に印加するようにし
た点にある。　　　　　！更に、詳細に説明すると、内
部故障検出継電要素１０は、内部故障を検出したとき１
′ｏ′″を出力し５内部故障を検出しないとき１＃を出
力する。

磁気飽和検出継電要素７が、磁気飽和と判定して１”を
出力し、内部故障検出継電要素１０が“１”を出力した
ときのみ、アンド回路１１は１１′″を出力して、これ
をインヒビット回路８に印加し、差動電流検出継電要素
６からのしゃ断器引き外し指令の出力を禁止する。従っ
て、タ、ｆマー９からは、しゃ断器引き外し指令は出力
さ九ない。

他の場合、アンド回路１１は０”を出力し、これをイン
ヒビット回路８に与え、しゃ断器引き外し指令の出力を
許容する。これにより、タイマー９からはしゃ断器引き
外し指令が出力される。

即ち、磁気飽和検出継電要素７が磁気飽和と判定しても
、内部故障検出継電要素１０が内部故障を検出すれば、
アンド回路１１からは０”が出力され、インヒビット回
路８にこれが与えられることにより、しゃ断器引き外し
指令の出力が許容されることになる。これにより、タイ
マー９からしやＷｒＤ引き外し指令が出力されて、しゃ
断器が外れることになる。

このような内部故障検出継電要素１０としての要件は次
に述べるような要件を必要とする。

（１）健全時は内部故障検出と判定しないこと。

（２）励磁突入電流に対しても内部故障検出と判定しな
いこと。

（３）内部故障に対しては、少なくとも全短絡に近い重
故障を検出できること。

この内部故障検出要″ａ１０は、前記したように、ＡＶ
＝ＡＩとなる場合の対策に用いるものであるから、短絡
ターン数の少ない比較的軽故障については、必ずしも検
出する必要がないことはいうまでもない。

このような要件を満たす内部故障検出継電要素１０を構
成するため、全短絡に近い重故障が発生した場合の、健
全時及び励磁突入の場合と異なる幾つかの特徴について
次に述べることにする。

（１）差動電流ｉ。は大で、且つこの差動電流ｉ。

が所定の検出レベル以下となる時間が非常に短かい、こ
れは差動電流ｉ　ｎの微分波形についてもいえる６逆に
、検出レベルを超えている時間が畏い。

（２）差動電流ｉ。は両極性の波形となる。故障発生直
後の直流分が大でも、時間の経過と共に直流分は減衰す
るので、必ず両極性となる。励磁突入の場合の差動電流
ｉ。は片極性である。

（３）変圧器巻線端子電圧の電圧降下が大きい。励磁突
入の場合にも電圧降下が発生するが、その程度は小さい
。

上述した他の実施例の作用を第８図及び第９図を用いて
説明する。

第８図は全短絡に近い場合の作用を説明するための波形
図であり、第９図は励磁突入の場合についての動作を説
明するために示す波形図である。

これらの図において、横軸には時間をとり、縦軸には変
圧器巻線の端子電圧Ｖと差動電流１０の波形がとられて
いる。

上記第８図及び第９図から理解できるように、上述した
（１）ないしく３）の特徴が、その波形に表われている
。

従って、まず、上記（１）の特徴を利用して内部故障検
出継電要素１０を構成する内部故障検出手段の一例を説
明することにする。

即ち１次のように構成するものである。

（ｉ）差動電流ｉ。を検出しない健全時は、内部故障で
ないと判定して１”　を出力する。差動電流１０゛又は
その微分が、連続して所定の判定時間以上所定の検出レ
ベルを越えたとき。

内部故障と判定して１１０”を出力する。励磁突入電流
が発生するのは通常１サイクルのうち一定時間以下であ
るから、上記判定時間はこの一定時間より大きく選ぶ、
又、全短絡に近い重故障を検出の対象にしているがら、
上記所定の検出レベルは、差動電流検品継電要素６にお
ける検出レベルにより高く選んで良い。

（ｉｔ）差動電流ｉ。が所定の判定時間以上、連続して
所定の検出レベル以下となったら、それより一定時間（
１サイクル程度）だけ　Ｋｇ　ｌ　Ｉ＋を出力し、続け
る。即ち、しゃ断器引き外し指令の出力を阻止する。上
記一定時間後に、差動電流１０が所定の検出レベルを越
えていたら、内部故障と判定して０”を出力する。

励磁突入電流の場合、１サイクルのうち１０が所定の検
出レベル以下となる状態が必らず一定時間以上継続する
から、上記判定時間はこの一定時間より小さく選ぶ。

このように内部故障判定手段を構成する。

第７図の内部故障検出手段要８１０における内部故障検
出手段として、上記（ｉｔ）の手段を用いた場合の、各
部動作のタイムチャートを第１０図及び第１１図に示す
、第１０図は励磁突入の場合、第１１図は内部故障の場
合である。

第１０図及び第１１図において、（３）は差動電流１０
、（６）ないしく１１）は第７図における同一符号の構
成要素からの出力信号を示す、上記説明から各部の動作
は明らかであり、説明を省略する。

尚、第１１図は内部故障でありながら、磁気飽和検出継
電要素７の出力が１′１”となる場合であるが、内部故
障が発生して約１サイクル後に内部故障検出継電要素１
０の出力が゛０′″となり、しゃ断器引き外し信号が出
力される。

次に、上記（２）の特徴を利用した、内部故障検出継電
要素１０を構成する内部故障検出手段の例を示すことに
する。

（ｉ）所定の判定時間の間に、差動電流ｉ、ｌが逆極性
となったとき、内部故障と判定する０判定時間は１サイ
クル以下の時間を選定する。

差動電流１０の極性を判定するための差動電流ｉ。の検
出レベルは、差動電流検出継電要素６における検出レベ
ルより大きくて良い。

又、内部故障と判定して０′″を出力したら、この信号
は約１サイクル位継続させる方が良い。

最後に、上記（３）の特徴を利用した。内部故障検出継
電要素１０を構成する内部故障検出手段の例を示す。

（ｉ）少なくとも１個の巻線の端子電圧が、所定の判定
レベル以下となる状態が、一定時間（例えば１サイクル
）継続したとき、内部故障と判定する。励磁突入の場合
にも、変圧器巻線の電圧は電圧降下して−ｆｓ全時より
低い値となるが、上記所定の判定レベルは、これより更
に低い値に設定する。

（ｉｉｉ）少なくとも１個の巻線の端子電圧の波高値、
又は実効値、又は平均値が所定の判定レベル以下となっ
たとき内部故障と判定する。これには種々の方法が考え
られる１例えば、平均値（に比例した量）を求めるには
、１／２サイクル前のサンプリング値との差をとって直
流分を除去し、更にその絶対値を１７２サイクル積分す
れば良い。

第８図に示した電圧、電流波形から明らかに。

上記した手段によって、全短絡に近い重故隙を検出する
ことができることになる。

第７図に示した内部故障検出継電要素１０を構成する内
部故障検出手段としては、１個に限定されることなく、
複数個の内部故障検出手段を併用することができる。こ
の場合の内部故障検出継電要素１０の構成例を第１２図
に示すことにする。

第１２図において、１０１は第１の内部故障検出手段、
１０２は第２の内部故障検出手段であり。

それぞれは、上記した各内部故障検出手段における１個
で構成される。１０３はアンド回路である。

健全時及び励磁突入時は、各内部故障検出手段１０１．
１０２ともＩｔ　Ｉ　Ｉｔを出力するがら、アンド回路
１０３におけるアンに条件が成立し、内部故障検出継電
要素１ｏは′１″を出力する。内部故障時の“０”出力
は、第１の内部故障検出手段１０１、又は第２の内部故
障検出手段１０２のうち、どちらか一方のみが内部故障
を検出したときに生ずるから、内部故障検出の信頼性向
上に効果がある。

１相当り複数鉄心脚に、又は複数タンクに分割され、各
複数分割された巻線が並列接続される場合、各並列巻ｔ
Ｉｌｃ電流の差動電流によって内部故障を検出する手段
を併用するのは、前記全短絡に近　　　　　　　１い内
部故障でＡＶ−＝ＡＩとなることの対策として効果があ
る０周知のように、各並列巻線電流の差動電流は、健全
時及び励磁突入時はほぼ雲であるので、内部故障を高感
度検出できる。鉄心脚に最も近い最内層に巻回配置され
る巻線は、低圧巻線であることが多く、絶縁的にも分割
巻線毎の変流器を設置し易い。

具体的には、少なくとも複数分割された低圧巻線に、各
分割巻線間の差動電流を検出する手段を設置し、第７図
及び第１２図で示した内部故障検出継電要素１０におけ
る一つの内部故障検出手段とすること、又は単独で継電
要素を構成し、差動電流検出時に′１”を出力して、イ
ンヒビット回路８の出力とのオア判定により、しゃ断器
引き外し指令を出力させるよう構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明によれば、変圧器の突入電流
では誤動作せず、内部故障のみを選択的に高感度にして
高速に検出できるようにしてなるので、変圧器保護継電
装置を高信頼度化することができ、且つ変圧器の内部故
障に際しては重大な災害への拡大を未然に防止すること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図及び
第３図は第１図の実施例の動作を説明するために示すタ
イムチャート、第４図は本発明に用いる磁気飽和検出継
電要素の具体例を示すブロック図、第５図は変圧器巻線
の短絡状態を模式的。 に示す説明図、第６図は巻線のＭｉ絡ターン数と短絡電
圧・電流との関係を示す特性図、第７図は本発明の他の
実施例を示すブロック図、第８図及び第９図は第７図の
実施例の原理を説明するために示す波形図、第１０図及
び第１１図は本発明の他の実施例の動作を説明するため
に示すタイムチャート、第１２図は本発明の他の実施例
で用いる内部故障継電要素の構成例を示すブロック図、
第１３図は本発明の詳細な説明するための２巻線変圧器
の路線図、第１４図は同３巻線変圧器の路線図、第１５
図及び第１６図は３巻線変圧器の等価回路図、第１７ｒ
ｙｉは第１６図における変圧器の磁束分布図、第１８図
は３巻線変圧器の等価回路図、第１９図は第１８図にお
ける変圧器の磁束分布図、第２０図は単線変圧器の接続
図、第２１１１！ｌは他の３巻線変圧器の構造を示す概
略構成図である。 １・・・鉄心、６・・・差動電流検出継電要素、７・・
・磁気飽和検出継電要素、８・・・インヒビット回路、
９・・・タイマー、１０・・・内部故障ＩｇｊＡ電要素
、２１，２２゜２３・・・巻線、３１．３２・・変圧器
、５１．５２・・・しゃ断器、７１．７２・・・磁気飽
和検出手段、　１０１゜１０２・・・内部故障検出手段
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１相当り複数巻線で構成される保護対象変圧器の各
   巻線の端子電流の差動電流を検出してしゃ断器の引き外
   し指令を出力する差動電流検出継電要素と、上記変圧器
   の各巻線の端子電圧及び該変圧器の鉄心が磁気飽和した
   ときの各巻線のアドミタンスから求めた電流が該変圧器
   の鉄心脚に最も近い巻線の端子電流にほぼ等しいか否か
   を判定して両者がほぼ等しいときに出力を生ずる第１の
   比較手段、上記変圧器の各巻線の端子電圧及び該変圧器
   の鉄心が磁気飽和したときの各巻線のアドミタンスから
   求めた電流が該変圧器の端子電流の差動電流とほぼ等し
   いか否かを判定し両者がほぼ等しいときに出力を生ずる
   第２の比較判定手段のうち少なくとも一方を含み、これ
   を一個以上備えてなり、該比較判定手段からの出力が一
   致したときに磁気飽和と判定する磁気飽和検出継電要素
   と、前記磁気飽和検出要素からの出力によって前記しゃ
   断器引き外し指令の出力を禁止する手段とを具備してな
   ることを特徴とする変圧器保護継電装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、第１の比較判定手
   段は、下記の式が成立したときに出力を生ずるようにし
   たことを特徴とする変圧器保護継電装置。 Σ＾Ｎ＿ｋ＿＝＿１｛ｙ＿Ｎ＿ｋ∫ｖ＿ｋｄｔ）−∫ｄ
   ｉ＿Ｎ≒０ただし、ｖ＿ｋ、ｙ＿Ｎ＿ｋ、ｉ＿Ｎは任意
   の巻数に換算された値であって、 Ｖ＿ｋ：巻線ｋの端子電圧（Ｎが最内層巻線を表わす） ｙ＿Ｎ＿ｋ：自己及び相互インダクタンスのインダクタ
   ンス行列のアドミタンス要素 ｉ＿Ｎ：最内層巻線Ｎの端子電流 ３、特許請求の範囲第１項において、第１の比較判定手
   段は、下記の式が成立したときに出力を生ずるようにし
   たことを特徴とする変圧器保護継電装置。 Σ＾Ｎ＿ｋ＿＝＿１｛ｙ＿Ｎ＿ｋ・ｖ＿ｋ｝−ｄｉ＿Ｎ
   ／ｄｔ≒０ただし、Ｖ＿ｋ、ｙ＿Ｎ＿ｋ、ｉ＿Ｎは任意
   の巻数に換算された値であって、 Ｖ＿ｋ：巻線ｋの端子電圧（Ｎが最内層巻線を表わす） ｙ＿Ｎ＿ｋ：自己及び相互インダクタンスのインダクタ
   ンス行列のアドミタンス要素 ｉ＿Ｎ：最内層巻線Ｎの端子電流 ４、特許請求の範囲第１項において、第２の比較判定手
   段は、下記の式が成立したときに出力を生ずるようにし
   たことを特徴とする変圧器保護継電装置。 Σ＾Ｎ＿ｋ＿＝＿１｛ｙ＿ｋ＿ｏ∫ｖ＿ｋｄｔ｝−∫ｄ
   ｉ＿ｏ≒０ただし、ｖ＿ｋ、ｉ＿ｏ、ｙ＿ｋ＿ｏは任意
   の基準巻数に換算された値であって、 ｖ＿ｋ：巻線ｋの端子電圧 ｙ＿ｋ＿ｏ：自己及び相互インダクタンスのインダクタ
   ンス行列のアドミタンス要素 ｉ＿ｏ：各巻線の端子電流の差動電流 ５、特許請求の範囲第１項において、第２の比較判定手
   段は、下記の式が成立したときに出力を生ずるようにし
   たことを特徴とする変圧器保護継電装置。 Σ＾Ｎ＿ｋ＿＝＿１｛ｙ＿ｋ＿ｏ・ｖ＿ｋ｝−ｄｉ＿ｏ
   ／ｄｔ≒０ただし、ｖ＿ｋ、ｙ＿ｋ＿ｏ、ｉ＿ｏは任意
   の巻数に換算した値であって、 Ｖ＿ｋ：巻線ｋの端子電圧（Ｎが最内層巻線を表わす） ｙ＿ｋ＿ｏ：自己及び相互インダクタンスのインダクタ
   ンス行列のアドミタンス要素 ｉ＿ｏ：各巻線の端子電流の差動電流 ６、１相当り複数巻線で構成される保護対象変圧器の各
   巻線の端子電流の差動電流を検出してしゃ断器の引き外
   し指令を出力する差動電流検出継電要素と、上記変圧器
   の各巻線の端子電圧及び該変圧器の鉄心が磁気飽和した
   ときの各巻線のアドミタンスから求めた電流が該変圧器
   の鉄心脚に最も近い巻線の端子電流にほぼ等しいか否か
   を判定して両者がほぼ等しいときに出力を生ずる第１の
   比較手段、上記変圧器の各巻線の端子電圧及び該変圧器
   の鉄心が磁気飽和したときの各巻線のアドミタンスから
   求めた電流が該変圧器の端子電流の差動電流とほぼ等し
   いか否かを判定し両者がほぼ等しいときに出力を生ずる
   第２の比較判定手段のうち少なくとも一方を含み、これ
   を一個以上備えてなり、該比較判定手段からの出力が一
   致したときに磁気飽和と判定する磁気飽和検出継電要素
   と、該変圧器の各巻線の端子電流及び端子電圧の少なく
   とも一方を取り込み該変圧器の内部故障を検出する内部
   故障検出手段を一個以上設け、これらが全て非故障と判
   定したときに非故障信号を出力する内部故障検出継電要
   素と、上記磁気飽和検出継電要素からの出力と上記非故
   障信号とが出力されたときにしゃ断器引き外し指令を禁
   止する手段とを具備してなる変圧器保護継電装置。 ７、特許請求の範囲第６項において、内部故障検出手段
   は、上記変圧器の各巻線の端子電流の差動電流が所定の
   判定時間以上連続して所定の検出レベルを超えたときに
   故障と判定するように構成されたことを特徴とする変圧
   器保護継電装置。 ８、特許請求の範囲第６項において、内部故障検出手段
   は、上記変圧器の各巻線の端子電流の差動電流が所定の
   時間の判定時間の間に、所定の検出レベルを超えて逆極
   性となったときに故障と判定するように構成してなるこ
   とを特徴とする変圧器保護継電装置。 ９、特許請求の範囲第６項において、内部故障検出手段
   は、該変圧器の各巻線の端子電圧のうち少なくとも一つ
   の端子電圧が正規の端子電圧に対して所定の割合で低下
   したときに故障と判定するように構成したことを特徴と
   する変圧器保護継電装置。