JPS6352627A - 差動継電器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は差動継電器にかかり、詳しくは外部事故時の差
動電流による誤動作を防止するようにした差動継電器に
関する。

（従来の技術） 従来、この種の差動継、電器においては、変流器の特性
差や外部故障時における一部の変流器の飽和等に起因す
る差動電流の発生により、継電器が誤動作するおそれが
ある。このため、例えば第６図に示すような３端子系統
の保護に差動継電器を適用する場合、各端子電流のスカ
ラー和電流を抑制量として継電器の誤動作を防止する比
率差動継電方式が一般的に採用さねている。この第６図
において５１は母線等の保護対象、５２ａ、　５２ｂ、
　５２ｃは保護対象５１と端子Ａ、Ｂ、Ｃとの間にそれ
ぞれ接続された変流器であり、これらの２次側は図示さ
れていない継電器に接続されている。

そして、第７図に示す如く、各変流器５２ａ、　５２ｂ
。

５２ｃの端子電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは継電器内のベクト
ル和算出回路５３に入力されてベクトル和電流（差動電
流）Ｉｄ（＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）が算出され、同時にＩ
ａ、Ｉｂ、Ｉｃはスカラー和算出回路５４に入力びスカ
ラー和電流ＸＮｌＩｒ１は差動判定部５５に入力され、
差動判定部５５では差動電流ｉｄを動作量、またスカラ
ー和電流＝１ｉ０１を抑制量として１Ｉｄｌ−に□・二
１Ｉｎｌの演算を行なう。ここで、Ｋ１は抑制係数を示
す。

この演算の結果、１Ｉｄｌ≧に、・：ＩＩｎ！であれば
内部故障と判定して「１」を出力し、またｌ１ｄｌ＜Ｋ
、・二１Ｉｎｌであれば外部故障と判定してｒＯＪを出
力する。一方、差動和電流ｉｄはレベル検出回路５６に
入力されて所定の定数に２と比較され、ｌｉ　ｄ１≧に
２であればレベル検出回路５６から「１」が出力される
。前記差動判定部５５およびレベル検出回路５６の出力
はアンド回路５７に加えられ、こわらの２人力が共に「
１」である場合にリレー出力が得られる。

すなわちこの方式は、第６図の保護対象５１から見て外
部にある端子Ｃ側で故障が発生し、その事故点Ｆに近い
変流器５２ｅが電流の集中によって飽和した場合、外部
故障にも拘らず差動電流ｉｄが発生してもこの電流＋ｉ
ｄ＋より犬なるスカラー和電流に□・＝ｌＩｎｌを抑制
量とすることで継電器の誤動作を防止するものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、この種の差動継電器には以下のような問題が
ある。

すなわち、第６図のＦ点で故障が発生した場合、Ｉａ、
Ｉｂは保護対象５１に対して流入電流、Ｉｃはこれらの
和としての流出電流となる。いま、ＩａおよびＩｃの波
形を第８図（イ）、（ロ）のとおりとする。ここで、変
流器５２ｃに飽和がなければＩａ＋Ｉｂ＝−Ｉｃであり
、同図（ハ）、（ニ）に示すように動作量〒ｄがゼロと
なって継電器は動作せず５問題はない。

しかしながら、変流器５２ｅが飽和したとするとＩｃの
波形は第９図（ロ）のように歪んだものとなり、Ｉａ＋
Ｉｂ＃−Ｉｃとなって外部故障にも拘らず同図（ハ）の
動作量ｉｄが発生ずる。この動作メｉｄが発生した期間
は前述の抑制量＝ｌｉｎｌが急減するため、差動判定部
５５では正確な判定ができず、最悪の場合には＋ｉａ＋
＞Ｋ□・二１Ｉｎｌの期間を生じると共に、Ｉｄが一定
のレベルを越えることでレベル検出回路５６の出力も「
１」となり、同図（ニ）の如く継電器が不要動作してし
まう可能性がある。

特に多端子系統においては、外部故障時に故障端子（例
えば端子Ｃ）に電流が集中して変流器が飽和し易いため
、上述のように′ａ電器が誤動作する可能性が極めて高
いという問題があった。

本発明は上記の問題点を解決するべく提案されたもので
、その目的とするところは、変流器の飽和に起因する動
作量の不要発生を未然に防止して　（外部故障時の継電
器の誤動作を防ぎ、しかも感度の向上を可能にすると共
に回路構成の簡略化を図った差動継電器を提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、電力系統の閉回路網における各端子電流のベ
クトル和としての差動電流を継電器の動作量とし、かつ
各端子電流のスカラー和電流を継電器の抑制量とする差
動継電器において、各端子電流の正極性および負極性の
ベクトル和電流をそれぞわ生成してこれらと差動電流と
の位相関係を位相判定回路にて監視し、外部故障の際に
、差動電流に対して前記ペクト、ル和電流のうち何れが
がほぼ９０°の進み位相にあることを検出して当該バク
１−ル和電流にかかる変流器の飽和を判別すると同時に
、減算器によって当該ベクトル和電流がら差動電流を減
じて擬似端子電流を生成し、この擬似端子電流を他の端
子電流と共にベクトル合成することにより、継電器の動
作量をゼロしこすることを特徴とする。

］作用） 本発明は、外部故障に伴う変流器の飽和時において、健
全端子電流に比べて飽和端子電流のみが差動電流に対し
てほぼ９０’の進み位相になっていることに着目したも
ので、この関係から検出した飽和端子電流を加工して非
飽和状態の擬似端子電流を得、かかる擬似端子電流と健
全端子電流とのベクトル合成によって差動電流を算出す
る。

すなわち、第６図に示したように端子Ｃにて外部故障が
発生した場合を考えると、端子Ｃ側の変流器５２ｃが飽
和していない場合の各端子電流ｉａ。

Ｉｂ、Ｉｃのベクトル図は、各変流器５２　ａ　＋　５
２　ｂ　ｌ　５２　ｃの特性が等しいとすれば第１図の
とおりであり、Ｉ　ｃ　＝　−（Ｉ　ａ＋　Ｉ　ｂ）と
なって差動電流’ｒｄはゼロである。次に、変流器５２
ｃが飽和したとするとバク１−ル図は第２図のようにな
る。つまり、飽和端子電流Ｉｃ’は非飽和時の端子電流
Ｉｃに対して位相が遅れることとなり、差動電流Ｉｄ＝
Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ’＝Ｉｃ’−Ｉｃが発生する。また、
飽和端子電流Ｉｃ’は差動電流ｉｄに対してほぼ９０°
の進み位相になっており、他の健全端子電流Ｉａ、Ｉｂ
は工ｄに対して遅れ位相となっている。

ここで、各端子電流Ｉａ、　Ｉｂ、　Ｉｃ、　Ｉｃ’の
極性に着目して正極性および負極性のベクトル和電流を
求めてみる。仮りにＩａ、Ｉｂの方向を正にとればＩｃ
、　Ｉｃ’は負であり、変流器５２ｃの非飽和時には正
極性のベクトル和電流がＩａ十Ｉｂ、負極性のベクトル
和電流はＩｃのみ、また変流器５２ｃの飽和時には正極
性のベクトル和電流がＩａ＋より、負極性のベクトル和
電流は丁ｃ’のみとなっている。

電流の極性を逆にとれば正極性のベクトル和電流はＩｃ
またはＩｅ″のみ、負極性のベクトル和電流はＩａ＋Ｉ
ｂとなる。

こわらの関係は他の何九かの端子にて外部故障が発生し
た場合にも成立し、常に故障端子にかかる端子電流が一
方の極性のベクトル和電流を構成し、他の２つの健全な
端子電流が逆極性のベクトル和電流を構成する。そして
、変流器の飽和時には何れかの極性のベクトル和電流に
かかる端子電流が、第２図のＩｃ’の如＜Ｉｄに対して
ほぼ９０’の進み位相になる。

従って、各端子電流から正極性および負極性のベクトル
和電流を生成してこれらとｉｄどの位相関係を判定すれ
ば、変流器の飽和した端子を検出することができる。

さて、第２図の例ではＩｃ’−Ｉｄ＝Ｉｃであるから、
飽和端子電流ｉｃ′から差動電流ｉｄを減じれば非飽和
時の端子電流に等しい挺似端子電流Ｉｃが得られる。こ
のＩｃとＺａ、Ｉｂをベクトル合成すればｉｄがゼロと
なり、変流器５２ｃの飽和時にも継電器不要動作の原因
となる動作量が発生することはない。

一方、内部故障時には各端子電流が何れも正極性となっ
てそのベクトル図は第３図の如くなり、発生するＩｄに
対して９０°の進み位相の端子電流（ベクトル和電流）
は存在しないからｉｄを減じることもなく、ｉｄを動作
量として所定の継電器動作が行なわれる。

（実施例） 以下２図に沿って本発明の詳細な説明する。

まず、第４図は本発明の第１実施例を示すものである。

図において、１８はベクトル和算出回路であり、従来と
同様に変流器からの端子電流Ｉａ、　Ｉｂ。

Ｉｃがそれぞれ入力されてベクトル和電流としての差動
電流ｉｄが算出される。また２はスカラー和算出回路で
あり、各端子電流のスカラー和電流Σ１Ｉｎｌが算出さ
れる。

更に、端子電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは、これらのうち正極
性の端子電流を加算する正極性ベクトル和生成回路３と
、同じく負極性の端子電流を加算する負極性ベクトル和
生成回路４とに入力されている。一方、ベクトル和算出
回路１の出力側には位相判定回路５，６が並列的に接続
されており、これらの位相判定回路５，６には正極性ベ
クトル和生成回路３および負極性ベクトル和生成回路４
の出力がそれぞれ加えられている。更に、正極性ベクト
ル和生成回路３および負極性ベクトル和生成回路４の出
力は位相判定回路５，６の後段に設けられた減算器７，
８の「＋」端子にも加わっており。

これらの減算器７，８の「−」端子には、位相判定回路
５，６の出力信号にて動作する電子的スイッチの如きス
イッチ９，１０により差動電流ｉｄが入力されるように
なっている。

また、減算器７，８の出力側にはこれらを介した端子電
流のベクトル和ｉｄ′を求めるベクトル和算出回路１１
が接続され、その出力はスカラー和算出回路２の出力と
共に差動判定部１２に加えら九ている。この差動判定部
１２は１ｉｄ”１とスカラー和算出回路２からの＝Ｂｎ
ｌに基づくに工・Σ１Ｉｎｌとの大小関係を判定するも
のである。

一方、１３はｌｉ　、ｌ≧に２の関係式（ｘ　２は定数
）から差動電流ｉｄのレベルを検出するレベル検出回路
であり、その出力は差動判定部１２の出力と共にアン゛
ド回路１４に加えられ、このアンド回路１４からリレー
出力が得られるようになっている。

次にこの動作を説明する。まず外部故障時に端子電流Ｉ
ｃにかかる変流器が飽和したと仮定すると、前述の如く
飽和端子電流Ｉｃ’の発生に伴ってベクトル和算出回路
１から差動電流ｉｄが発生する。同時に、Ｉｃ’は第２
図に示した如く負極性の端子電流として負極性ベクトル
和生成回路４により検出され、位相判定回路６および減
算器８の「＋」端子に入力される。この時、端子電流Ｉ
ａ。

Ｉｂは共に正極性の端子電流として正極性ベクトル和生
成回路３により加算され、位相判定回路５および減算器
７の「＋」端子を介してそのままベクトル和算出回路１
１に入力される。

一方、差動電流ｉｄは位相判定回路５，６に入力される
が、ｉｄに対してほぼ９０”の進み位相であるのはＩｃ
’のみであるから、位相判定回路６の出力によってスイ
ッチ１０が閉じ、次段の減算器８の「−」端子にｉｄが
入力される。従って減算器８ではＩｃ・−ｉｄの演算が
行なわれ、変流器に飽和がないものと仮定した擬似端子
電流Ｉｃが生成される。

この擬似端子電流Ｉｃは減算器７を経たＩａ＋Ｉｂと共
にベクトル和算出回路１１に導かれるが、前述した如＜
　Ｉｃ＝−（Ｉａ＋Ｉｂ）であるため、再度のベクトル
合成により差動電流ｉｄ′、換言すれば動作量はゼロと
なる。これにより次段の差動判定部１２の出力は「０」
となり、レベル検出回路１３の出力に拘らずアンド回路
１４からはリレー出力が生じない、すなわち、外部故障
時における継電器の不要動作が未然に防止される。

また、変流器が非飽和状態であればｉｄが本来的にゼロ
であるからリレー出力はなく、内部故障の場合にあうで
は従来の差動判定方式によりリレー出力が得られること
となる。

次いで、第５図は本発明の第２実施例を示している。こ
の実施例は、差動電流ｉｄの値があるレベル以上になっ
た場合にスイッチ１５．１６を動作させて差動電流ｉｄ
を位相判定回路５，６内に取り込むようにしたものであ
り、スイッチ１５．１６はレベル検出回路１３′によっ
て制御されるようになっている。その他の構成および動
作は第１実施例と同様であるため、詳述を省略する。

なお１以上の各実施例においては３端子系統の差動継電
器について説明したが、本発明はこれ以外の複数端子系
統に適用可能であり、また、比率差動継電方式を含む差
動継電方式であれば、発電機や変圧器等を保護対象とす
る場合でもよい。更に、差動継電方式の判定式として＋
ｉｄ′＋−に工・Σ１Ｉｎｌを用いているが、一般的に
はこの判定式に何ら限定されるものではない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、変流器が飽和した場合に
正・負極性のベクトル和電流と差動電流との位相関係か
らその端子を検出し、飽和端子電流を用いて生成した擬
似端子電流にてベクトル合成を行なって動作量をゼロに
しているため、外部故障時の変流器飽和に伴う継電器の
誤動作を確実に防止することができる。

また、端子電流から両極性のベクトル和電流を生成して
これらと差動電流との位相を比較するものであるから、
端子数に拘らず位相判定回路が２つで済み１回路構成の
簡略化およびコストの低減を図ることができる。

更に、内部故障時や流入電流に位相差がある外部故障等
の場合にも誤判定するおそれがないため。

高感度な差動継電器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は外部故障時における変流器の非飽和状態の電流
ベクトル図、第２図は同じく飽和状態の電流ベクトル図
、第３図は内部故障時における電流ベクトル図、第４図
および第５図はそれぞれ本発明の第１．第２実施例を示
すブロック図、第６図は本発明が適用される電力系統の
単線結線図、第７図は従来例を示すブロック図、第８図
（イ）〜（ニ）は変流器の非飽和状態における動作説明
図、第９図（イ）〜（ニ）は同じく飽和状態における動
作説明図である。 １．１１・・・ベクトル和算出回路 ２・・・スカラー和算出回路 ３・・・正極性ベクトル和生成回路 ４・・・負極性ベクトル和生成回路 ５．６・・・位相判定回路　　　　７，８・・・減算器
９．１０，１５．１６・・・スイッチ　　　１２・・・
差動判定部１３．１３’・・・レベル検出回路　　１４
・・・アンド回路第１図　　　　第２図 第３図 第８図 第９　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電力系統の閉回路網における各端子電流のベクトル和と
   しての差動電流を継電器の動作量とし、かつ前記各端子
   電流のスカラー和電流を継電器の抑制量とする差動継電
   器において、 前記各端子電流の正極性および負極性のベクトル和電流
   をそれぞれ生成し、これらのベクトル和電流と前記差動
   電流との位相関係を監視すると共に、前記差動電流に対
   して何れかのベクトル和電流がほぼ９０°の進み位相に
   あることを検出した際に当該ベクトル和電流から前記差
   動電流を減じて擬似端子電流を生成し、この擬似端子電
   流を他の端子電流と共にベクトル合成することを特徴と
   した差動継電器。