WO2022149256A1 - 零相電流差動リレー - Google Patents

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WO2022149256A1
WO2022149256A1 PCT/JP2021/000456 JP2021000456W WO2022149256A1 WO 2022149256 A1 WO2022149256 A1 WO 2022149256A1 JP 2021000456 W JP2021000456 W JP 2021000456W WO 2022149256 A1 WO2022149256 A1 WO 2022149256A1
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WO
WIPO (PCT)
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current
phase
value
zero
suppression amount
Prior art date
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PCT/JP2021/000456
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English (en)
French (fr)
Inventor
怜志 渡世
重遠 尾田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/10—Measuring sum, difference or ratio
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/28—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at two spaced portions of a single system, e.g. at opposite ends of one line, at input and output of apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
    • H02H7/045—Differential protection of transformers

Definitions

  • This disclosure relates to a zero-phase current differential relay.
  • the current differential relay protects the section surrounded by the current transformer (CT: Current Transformer) by the current input from the CT in the power equipment such as a transformer and the transmission line.
  • CT Current Transformer
  • the zero-phase current differential relay uses the zero-phase current to detect ground faults in the protection section with high sensitivity.
  • a zero-phase current differential relay for example, a ground fault protection relay using each phase current and a neutral point current of the Y connection winding of a transformer is known.
  • the zero-phase current differential relay calculates a differential amount and a suppression amount based on a zero-phase current based on each phase current and a neutral point current.
  • the relay calculation unit that determines whether the differential amount and the suppression amount are in the operating range, and determines whether the phase of the neutral point current with respect to the zero-phase current is in the first region including the same phase. It includes a phase determination unit, and an operation determination unit that outputs a protection signal for protecting the three-phase transformer based on the determination result of the relay calculation unit and the determination result of the phase determination unit.
  • the zero-phase current differential relay in order to detect a ground fault, it is a condition that the zero-phase current and the neutral point current used for the phase determination flow at a certain value or more.
  • the ground fault current flowing to the failure point is the current flowing to the power supply side through the ground and the neutral point current flowing from the neutral point to the three-phase winding. Divided into. Further, the neutral point current is divided into a current flowing from the winding of the faulty phase to the faulty point and a current flowing from the winding of the healthy phase to the power supply. Therefore, the neutral point current is smaller than the ground fault current.
  • the neutral point current becomes smaller because the ground fault current itself is small. In this way, if the neutral point current is small when an internal ground fault failure occurs on the power supply side, phase determination cannot be performed.
  • Patent Document 1 when a three-phase short-circuit external failure occurs and CT saturation occurs in one of the phases, the zero-phase current flows but the neutral point current does not flow, so even in this case, the phase cannot be determined accurately. Therefore, in Patent Document 1, there is a possibility that the zero-phase current differential relay may malfunction, and there is room for improvement in achieving both high-sensitivity failure detection and malfunction prevention.
  • An object in a certain aspect of the present disclosure is to provide a zero-phase current differential relay capable of achieving both high-sensitivity failure detection and malfunction prevention.
  • a zero-phase current differential relay is provided to protect a three-phase transformer, including a Y-wire winding.
  • the phase currents and neutral point currents of the Y-connected windings are defined so that the directions toward the neutral point are polar to each other.
  • the zero-phase current differential relay has a first differential amount calculation unit that calculates the first differential amount based on the zero-phase current and the neutral point current based on each phase current, and detects changes in each phase current. It is provided with a current change detecting unit for calculating a first suppression amount, and a first suppression amount calculation unit for calculating a first suppression amount based on the detection result of the current change detection unit, each phase current, and a neutral point current.
  • the first suppression amount calculation unit calculates the subtraction current of each phase current by subtracting the phase current of the cycle before the current cycle from the phase current of the current cycle, and the change of each phase current is detected. In this case, the first maximum value of the effective value of the subtraction current and the effective value of the neutral point current in each phase, or the maximum value of the effective value of the subtraction current in each phase plus the effective value of the neutral point current. 1 The added value is calculated as the first suppression amount.
  • the zero-phase current differential relay further includes an operation determination unit that outputs a protection signal for protecting the three-phase transformer when the first differential amount and the first suppression amount are present in the operating range.
  • a zero-phase current differential relay is provided to protect a three-phase transformer, including a Y-wire winding.
  • the phase currents and neutral point currents of the Y-connected windings are defined so that the directions toward the neutral point are polar to each other.
  • the zero-phase current differential relay has a first differential amount calculation unit that calculates the first differential amount based on the zero-phase current and the neutral point current based on each phase current, and each phase current and the neutral point.
  • the first suppression amount calculation unit that calculates the first suppression amount based on the scalar sum with the current, and the three-phase transformer are protected when the first differential amount and the first suppression amount are present in the operating range.
  • the output control unit is a current change detection unit that detects changes in each phase current, and a second differential quantity calculation unit that calculates the absolute value of the added current between each phase current and the neutral point current as the second differential quantity. And a second suppression amount calculation unit for calculating the second suppression amount based on each phase current and the neutral point current.
  • the second suppression amount calculation unit calculates a subtraction current obtained by subtracting the phase current of the cycle before the current cycle from the phase current of the current cycle for each phase current, and calculates the absolute value of the subtraction current in each phase and the subtraction current.
  • the maximum value of the absolute values of the neutral point current is calculated as the second suppression amount.
  • the output control unit locks the output of the protection signal when a change in each phase current is detected and the second differential amount and the second suppression amount do not exist in the second operating range. It further includes a signal output unit that outputs a lock signal.
  • the zero-phase current differential relay According to the zero-phase current differential relay according to the present disclosure, it is possible to achieve both high-sensitivity failure detection and malfunction prevention.
  • FIG. It is a timing chart for demonstrating the operation when CT saturation occurs at the time of an external failure in the zero-phase current differential relay according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the transition of the differential quantity at the time of CT saturation and at the time of CT non-saturation.
  • It is a block diagram which shows an example of the functional structure of the zero-phase current differential relay which follows the modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is a timing chart for demonstrating the operation at the time of an internal ground fault failure in a zero-phase current differential relay according to the modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the zero-phase current differential relay according to Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the functional structure of the external failure detection part according to Embodiment 2.
  • FIG. It is an operation characteristic diagram of the area determination part according to Embodiment 2.
  • FIG. It is a timing chart for demonstrating the operation at the time of an external ground fault failure in the
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram including a zero-phase current differential relay and a three-phase transformer.
  • the zero-phase current differential relay 40 protects the three-phase transformer 30 including the Y-connection winding.
  • the three-phase transformer 30 is a Y- ⁇ connection type three-phase transformer having a primary side winding 31 which is a Y winding and a secondary side winding 32 which is a ⁇ winding.
  • the primary winding 31 is composed of a-phase winding 33a, b-phase winding 33b, and c-phase winding 33c.
  • the current transformer CTa, CTb, and CTc are provided on the lines of each phase on the primary side of the three-phase transformer 30.
  • the current transformer CTa detects the a-phase current Ia flowing through the a-phase line 37a
  • the current transformer CTb detects the b-phase current Ib flowing through the b-phase line 37b
  • the current transformer CTc detects the b-phase current Ib flowing through the c-phase line 37c.
  • the phase current Ic is detected.
  • a current transformer CTN is provided on the ground wire 36 connecting the neutral point 34 of the primary winding 31 and the ground electrode 35.
  • the current transformer CTN detects the neutral point current In.
  • the signal representing these phase currents Ia, Ib, Ic and the signal representing the neutral point current In are input to the zero-phase current differential relay 40.
  • the a-phase current Ia, the b-phase current Ib, the c-phase current Ic, and the neutral point current In have the same current directions (for example, positive) toward the neutral point 34 of the three-phase transformer 30. Is defined as.
  • the zero-phase current differential relay 40 is composed of, for example, a digital protection relay configured based on a microcomputer.
  • the zero-phase current differential relay 40 is not shown in order to disconnect the three-phase transformer 30 from the power system when it is determined that an internal ground fault has occurred based on the differential amount and the suppression amount.
  • a protection signal (for example, a trip signal) for protecting the three-phase transformer 30 is output to the circuit breaker.
  • the circuit breaker is usually installed closer to the three-phase transformer 30 than the current transformers CTa, CTb, CTc, and CTN. The three-phase transformer 30 is disconnected from the power system by opening the circuit breaker by the protection signal.
  • the internal failure is a failure that occurs in the internal protection section surrounded by the current transformers CTa, CTb, CTc, and CTN.
  • an external failure is a failure that occurs in an external section of the current transformers CTa, CTb, CTc, and CTN.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the zero-phase current differential relay 40.
  • the zero-phase current differential relay 40 has a configuration similar to that of a so-called digital protection relay device.
  • the zero-phase current differential relay 40 includes an input conversion unit 100, an A / D conversion unit 110, an arithmetic processing unit 120, and an I / O (Input and Output) unit 130.
  • the input conversion unit 100 includes auxiliary transformers 101_1, 101_2, ... For each input channel.
  • the input conversion unit 100 receives inputs of a signal representing the phase currents Ia, Ib, and Ic output from the current transformers CTa, CTb, and CTc, respectively, and a signal representing the neutral point current In output from the current transformer CTN. ..
  • Each auxiliary transformer 101 converts the current signals from the current transformers CTa, CTb, CTc and CTN into a voltage level signal suitable for signal processing in the A / D conversion unit 110 and the arithmetic processing unit 120.
  • the A / D conversion unit 110 includes an analog filter (AF: Analog Filter) 111_1, 111_2, ..., a sample hold circuit (S / H: Sample Hold Circuit) 112_1, 112_2, ..., and a multiplexer (MPX: Multiplexer) 113. , A / D converter 114 and the like.
  • the analog filter 111 and the sample hold circuit 112 are provided for each channel of the input signal.
  • Each analog filter 111 is a low-pass filter provided for removing a folding error during A / D conversion.
  • Each sample hold circuit 112 samples and holds a signal that has passed through the corresponding analog filter 111 at a specified sampling frequency.
  • the sampling frequency is, for example, 4800 Hz.
  • the multiplexer 113 sequentially selects the voltage signals held in the sample hold circuits 112_11, 112_2, ....
  • the A / D converter 114 converts the signal selected by the multiplexer 113 into a digital value.
  • the arithmetic processing unit 120 includes a CPU (Central Processing Unit) 121, a RAM (Random Access Memory) 122, a ROM (Read Only Memory) 123, and a bus 124 connecting them.
  • the CPU 121 controls the overall operation of the zero-phase current differential relay 40.
  • the RAM 122 and the ROM 123 are used as the main memory of the CPU 121.
  • the ROM 123 can store a program, a set value for signal processing, and the like.
  • the I / O unit 130 includes a digital input (D / I: Digital Input) circuit 132 and a digital output (D / O: Digital Output) circuit 133.
  • the digital input circuit 132 and the digital output circuit 133 are interface circuits for communicating between the CPU 121 and an external device.
  • the zero-phase current differential relay 40 may be configured by using circuits such as FPGA (Field Programmable Gate Array) and ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the zero-phase current differential relay according to the first embodiment.
  • the zero-phase current differential relay 40 includes a differential amount calculation unit 210, a suppression amount calculation unit 220, a current change detection unit 230, and an operation determination unit 240 as main functional configurations. .. These configurations are realized, for example, by a processing circuit.
  • the processing circuit may be dedicated hardware or may be a CPU 121 that executes a program stored in the internal memory of the zero-phase current differential relay 40.
  • the processing circuit is composed of, for example, FPGA, ASIC, or a combination thereof.
  • the differential quantity calculation unit 210 calculates the differential quantity ID1 based on the zero-phase current based on each phase current Ia, Ib, and Ic and the neutral point current In.
  • the differential quantity calculation unit 210 includes an addition unit 11 and an effective value calculation unit 12.
  • three times the zero-phase current I0 may be simply referred to as a zero-phase current.
  • the addition unit 11 outputs the addition current Id * of the zero-phase current (that is, 3 ⁇ I0) and the neutral point current In to the effective value calculation unit 12.
  • the effective value calculation unit 12 calculates the effective value of the added current Id * as the differential quantity ID1.
  • the current change detection unit 230 detects changes in each phase current Ia, Ib, Ic.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the current change detection unit 230 according to the first embodiment.
  • the current change detection unit 230 includes a current change calculation unit 51 to 53, an addition unit 54, a determination unit 55, and a one-shot timer 56.
  • the current change calculation units 51, 52, and 53 calculate the changes ⁇ Ia, ⁇ Ib, and ⁇ Ic of each phase current.
  • the change in each phase current is defined by the absolute value of the subtraction value between the absolute value of the instantaneous value at the present time and the absolute value of the instantaneous value ⁇ cycle (for example, 0.5) before the present time.
  • ⁇ i / 2
  • i is an integer of 1 or more.
  • the time T ⁇ is the time corresponding to the ⁇ cycle.
  • ⁇ Ia
  • ⁇ Ib
  • ⁇ Ic
  • the determination unit 55 determines whether or not the addition value ⁇ I is equal to or greater than the threshold value J. When the addition value ⁇ I is equal to or greater than the threshold value J, the determination unit 55 outputs a signal indicating that each phase current has changed (for example, a signal having a value “1”), and when the addition value ⁇ I is less than the threshold value J. Outputs a signal (for example, a signal having a value of "0”) indicating that each phase current has not changed.
  • the one-shot timer 56 maintains that value for the time T1 and outputs a signal to the suppression amount calculation unit 220, and when the time T1 elapses, the value "0". Is output to the suppression amount calculation unit 220.
  • the subtraction value between the absolute value of the instantaneous value at the present time and the absolute value of the instantaneous value before the ⁇ cycle becomes zero, so no current change is detected.
  • the subtracted value does not become zero, so that a current change is detected. Therefore, when the current change is detected by the current change detecting unit 230, it can be considered that some kind of failure has occurred. Further, since the current change is defined by an absolute value, the calculation time is short, so that the current change can be detected in a short time after the failure occurs.
  • the maximum value of the detection time from the occurrence of the ground fault to the detection of the current change by the current change detection unit 230 is the time corresponding to 0.5 cycle. Since the time corresponding to the ⁇ cycle is set to a time equal to or greater than the maximum value of the detection time, ⁇ is set to a value of 0.5 cycle or more. In this embodiment, for example, ⁇ is set to 0.5.
  • the suppression amount calculation unit 220 calculates the suppression amount IR1 based on the detection result of the current change detection unit 230, each phase current Ia, Ib, Ic and the neutral point current In. .. Specifically, the suppression amount calculation unit 220 includes an effective value calculation unit 13, 14, 16, a subtraction unit 15, a selection unit 19, and a maximum value extraction unit 20.
  • the effective value calculation unit 13 calculates the effective value IN of the neutral point current In.
  • the effective value calculation unit 14 calculates the effective value I1a of the a-phase current Ia, the effective value I1b of the b-phase current Ib, and the effective value I1c of the c-phase current Ic.
  • the subtraction currents Ia *, Ib *, and Ic * are currents excluding the influence of the load current. It is assumed that the instantaneous values of the phase currents Ia, Ib, and Ic are sequentially stored in the memory (not shown). Therefore, the instantaneous value n cycles before is acquired from the memory.
  • the effective value calculation unit 16 calculates the effective value I2a of the subtraction current Ia *, the effective value I2b of the subtraction current Ib *, and the effective value I2c of the subtraction current Ic *.
  • the selection unit 19 selects either the effective value I1a to I1c or the effective value I2a to I2c based on the detection result of the current change detection unit 230, and outputs the selected effective value to the maximum value extraction unit 20. Specifically, the selection unit 19 selects the effective values I1a to I1c when the change of each phase current Ia to Ic is not detected by the current change detection unit 230, and the selection unit 19 selects the change of each phase current Ia to Ic. When is detected, the effective values I2a to I2c are selected. More specifically, the selection unit 19 selects the effective values I1a to I1c during the period when the value "0" is output from the one-shot timer 56 in FIG. 4, and the value "1" is set from the one-shot timer 56. During the output period, the effective values I2a to I2c are selected.
  • the maximum value extraction unit 20 extracts the maximum value of the effective value selected by the selection unit 19 and the effective value IN of the neutral point current In, and calculates the maximum value as the suppression amount IR1. More specifically, when the change of each phase current is not detected (that is, when the value "0" is output from the one-shot timer 56), the maximum value extraction unit 20 has effective values I1a to I1c. , IN is calculated as the suppression amount IR1, and when the change of each phase current is detected (for example, when the value "1" is output from the one-shot timer 56), the effective value. The maximum value among I2a to I2c and IN is calculated as the suppression amount IR1.
  • the operation determination unit 240 outputs a protection signal for protecting the three-phase transformer 30 when the differential amount ID1 and the suppression amount IR1 are present in the operating range.
  • the operation determination unit 240 includes an area determination unit 21 and an operation timer 22.
  • the area determination unit 21 determines whether or not the differential amount ID1 and the suppression amount IR1 exist in the operating range according to the following equations (1) and (2).
  • K1 is a set value indicating the minimum operating sensitivity (hereinafter referred to as the minimum sensitivity value K1)
  • p1 is a ratio set so as not to operate due to a CT error or the like.
  • FIG. 5 is an operating characteristic diagram of the zero-phase current differential relay according to the first embodiment.
  • the vertical axis of FIG. 5 shows the differential amount ID1, and the horizontal axis shows the suppression amount IR1.
  • the zero-phase current differential relay 40 is configured so that the operating range is when both the above equations (1) and (2) are satisfied.
  • the area determination unit 21 outputs a signal Sa having a value of “1” when a point (IR1, ID1) indicating the suppression amount IR1 and the differential amount ID1 exists in the operating range.
  • the area determination unit 21 outputs a signal Sa having a value of "0" when the point (IR1, ID1) does not exist in the operating area.
  • the operation timer 22 outputs the signal Sb of the value “1” when the signal Sa of the value “1” output from the area determination unit 21 continues for the time T2 or more.
  • the signal Sb having a value of "1" corresponds to a protection signal for protecting the three-phase transformer 30.
  • the operation determination unit 240 outputs a protection signal to the circuit breaker when the differential quantity ID1 and the suppression quantity IR1 are present in the operating range for a time T2 or more, and disconnects the three-phase transformer 30 from the power system.
  • the current change detection unit 230 outputs a value “1” in the period from the detection of the change in each phase current to the elapse of the time T1, and the time T1 is set. When it elapses, the value "0" is output.
  • the suppression amount calculation unit 220 calculates the maximum value among the effective values I2a to I2c, IN as the suppression amount IR1 during the period from the detection of the change in each phase current to the elapse of the time T1. Further, when the time T1 elapses after the change in each phase current is detected, the suppression amount calculation unit 220 calculates the maximum value among the effective values I1a to I1c and IN as the suppression amount IR1.
  • the time T1 is shorter than the time Tn corresponding to the n cycle, and is set to, for example, the time corresponding to the (n— ⁇ ) cycle.
  • FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation at the time of an internal ground fault failure in the zero-phase current differential relay according to the first embodiment.
  • the neutral point current is small when the phase a internal ground fault failure occurs (for example, the case where the internal ground fault failure occurs near the neutral point and the failure current itself is small).
  • the waveform 610 is a waveform showing the a-phase current Ia
  • the waveform 620 is the waveform showing the subtraction current Ia * of the a-phase.
  • the subtraction current Ia * is zero before the occurrence of the internal failure, but corresponds to the a-phase failure current from which the load current is removed after the occurrence of the internal failure.
  • the current change detection unit 230 outputs a signal having a value of "1" at time t1 1/4 cycle after time t0. This value "1" is maintained for the time T1 corresponding to the (n- ⁇ ) cycle (that is, 1.5 cycles) from the time t1.
  • the detection time of the current change detection unit 230 (that is, the time from time t0 to time t1) is a time corresponding to 1/4 cycle.
  • the suppression amount IR1 is the maximum value M2 among the effective values I2a to I2c and IN at time t1. Further, the suppression amount IR1 becomes the maximum value M1 among the effective values I1a to I1c and IN after the time T1 has elapsed from the time t1.
  • the maximum value M2 is smaller than the maximum value M1 because it is calculated using the effective values I2a to I2c from which the load current is removed.
  • the suppression amount IR1 becomes the maximum value M2 at the time t1, the suppression amount IR1 and the differential amount ID1 exist in the operating range. Therefore, the signal Sa output from the area determination unit 21 has a value of “1”. Subsequently, the value of the signal Sb becomes "1" after the lapse of time T1 from time t1, and the protection signal of the three-phase transformer 30 is output to the circuit breaker. In this way, the current change is detected instantly when a failure occurs, and the value referred to as the suppression amount IR1 is set to the maximum value M2 calculated using the effective values I2a to I2c from which the negative overcurrent is removed. It is understood that the internal failure can be detected with high sensitivity.
  • FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of the zero-phase current differential relay according to the first embodiment when CT saturation occurs at the time of an external failure.
  • the a-phase current transformer CTa is saturated at the time of an external failure (for example, an external three-phase short-circuit failure) in which the failure current is so large that CT saturation occurs.
  • the waveform 710 shows the CT saturation waveform of the a-phase current Ia.
  • the waveform 720 is shown as the CT unsaturated waveform of the a-phase current Ia.
  • the a-phase current Ia suddenly increases.
  • CT saturation occurs at time t2a, and CT saturation is restored at time t3a.
  • the a-phase current Ia repeats the generation of CT saturation and the recovery from CT saturation.
  • the current change detection unit 230 outputs a signal having a value of "1" at time t1a, which is 1/12 cycle after time t0a.
  • the value “1” is maintained for the time T1 corresponding to the (n— ⁇ ) cycle (that is, 1.5 cycles) from the time t1a.
  • the detection time of the current change detection unit 230 is a time corresponding to 1/4 cycle.
  • the current change detection time of the current change detection unit 230 is a time corresponding to 1/12 cycle (that is, the time from the time t0a to the time t1a), and the detection is more than in the case of FIG. The time is short.
  • FIG. 7 assumes an external failure (for example, an external three-phase short-circuit failure) in which the failure current is so large that CT saturation occurs. Specifically, when the failure current is large, the current change is also large and the current change detection time of the current change detection unit 230 is shortened.
  • the suppression amount IR1 is the maximum value M2 among the effective values I2a to I2c and IN at time t1a. Further, the suppression amount IR1 becomes the maximum value M1 among the effective values I1a to I1c and IN after the time T1a has elapsed from the time t1a. However, in the case of an external failure in which the failure current is so large that CT saturation occurs, there is no difference between the maximum value M1 and the maximum value M2 because the load current is small with respect to the failure current. Therefore, after the time t2a, the suppression amount IR1 becomes constant at a relatively large value.
  • the waveform is greatly disturbed by the saturation of the single-phase current transformer (CTa in this case), but in the present embodiment, the maximum values of each phase current and the neutral point current are suppressed. It is understood that a sufficient amount of suppression can be secured because the maximum value suppression method is adopted.
  • the differential amount ID1 is a value larger than zero when CT saturation occurs, and becomes zero when CT is not saturated. Specifically, the differential amount ID1 changes as shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the transition of the differential amount at the time of CT saturation and the time of CT non-saturation.
  • the differential amount ID1 becomes larger, and when the CT saturation is restored, the differential amount ID1 becomes smaller. Therefore, in the signal Sa of the region determination unit 21, the differential quantity ID1 and the suppression quantity IR1 enter the operating range as the CT saturation progresses, and the differential quantity ID1 and the suppression quantity IR1 exit the operating region when the CT saturation is restored.
  • the time that exists in the operating range is short because a sufficient amount of suppression can be secured. That is, the time for maintaining the value of the signal Sa at "1" is short.
  • the signal Sb since this time is less than the time T2 of the operation timer 22, the signal Sb does not become the value “1” and the protection signal is not output as shown in FIG. 7. That is, it is understood that the malfunction of the zero-phase current differential relay 40 when an external failure occurs can be prevented.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the zero-phase current differential relay according to the modified example of the first embodiment.
  • the zero-phase current differential relay 40A has a differential amount calculation unit 210, a suppression amount calculation unit 220A, a current change detection unit 230A, an operation determination unit 240, and a memory as main functional configurations.
  • a unit 250, a zero current determination unit 260, and a setting unit 270 are included.
  • These configurations are realized, for example, by a processing circuit. Since the configurations of the differential quantity calculation unit 210 and the operation determination unit 240 are the same as those described in FIG. 3, the detailed description thereof will not be repeated.
  • the current change detection unit 230A corresponds to the configuration in which the one-shot timer 56 is deleted from the configuration of the current change detection unit 230 in FIG.
  • the current change detection unit 230A is a signal indicating that each phase current has changed (for example, a signal having a value "1") or a signal indicating that each phase current has not changed (for example, a value). "0" signal) is output.
  • the zero current determination unit 260 determines whether or not at least one of the effective values of the phase currents Ia, Ib, and Ic has become zero. For example, the zero-current determination unit 260 indicates as a determination result a signal indicating that at least one effective value is zero (for example, a signal having a value “1”), or indicating that none of the effective values is zero. A signal (for example, a signal having a value of "0") is output.
  • the setting unit 270 outputs a set signal or a reset signal to the memory unit 250 and the subtraction unit 15A based on the detection result of the current change detection unit 230A and the determination result of the zero current determination unit 260.
  • the setting unit 270 includes a return timer 63, an operation timer 64, an OR gate 65, and an SR circuit 66.
  • the SR circuit 66 holds the set signal and stores the set signal in the memory unit. Output to 250 and subtraction unit 15A.
  • the return timer 63 maintains the value for the time Ta. After the time Ta has elapsed, the return timer 63 outputs the value "0".
  • the time Ta is set to a time during which the failure is expected to be eliminated after the protection signal is output by the zero-phase current differential relay 40.
  • the operation timer 64 outputs the value "1” when the value "1" output from the zero current determination unit 260 continues for the time Tb or more.
  • the OR gate 65 performs an OR operation on the value obtained by inverting the logic level of the output of the return timer 63 and the output value of the operation timer 64. Specifically, whether the value "0" is output from the return timer 63 (for example, after a lapse of time Ta after the current change is detected by the current change detection unit 230A), or the value "1" is output from the operation timer 64. If it is output (for example, the value "1" output from the zero current determination unit 260 continues for a time Tb or more), the OR gate 65 outputs a value "1", otherwise. The value "0" is output to.
  • the SR circuit 66 When the SR circuit 66 receives the input of the value "1" from the OR gate 65, the SR circuit 66 resets the set signal and outputs the reset signal to the memory unit 250 and the subtraction unit 15A.
  • the setting unit 270 outputs a set signal when a change in each phase current is detected by the current change detection unit 230A. Further, when the time Ta has elapsed since the change of each phase current is detected by the current change detection unit 230A (for example, when the value "0" is output from the return timer 63), the setting unit 270 is used. A reset signal is output when the period in which at least one of the effective values of each phase current becomes zero continues for a time Tb or more (for example, when the value "1" is output from the operation timer 64).
  • the memory unit 250 sequentially stores the instantaneous values of the phase currents Ia, Ib, and Ic. Specifically, when the memory unit 250 does not receive the set signal from the setting unit 270, each phase current Ia for the latest m cycles (where m is an integer of 1 or more satisfying m ⁇ n). , Ib, Ic are retained. That is, the memory unit 250 holds the instantaneous values of the phase currents Ia, Ib, and Ic from the present time to m cycles before.
  • the memory unit 250 stops the sequential storage of the latest phase currents Ia, Ib, and Ic, and starts from the time when the set signal is received (that is, the time when the change in each phase current is detected).
  • the instantaneous values of the phase currents Ia, Ib, and Ic up to m cycles before are retained.
  • the memory unit 250 receives the reset signal from the setting unit 270, the memory unit 250 resumes the sequential storage of the latest phase currents Ia, Ib, and Ic, and the memory unit 250 resumes the sequential storage of the latest phase currents Ia, Ib, and Ic for the latest m cycles. Holds the instantaneous value of.
  • the suppression amount calculation unit 220A includes an effective value calculation unit 13, 16A, a subtraction unit 15A, and a maximum value extraction unit 20A.
  • the effective value calculation unit 13 calculates the effective value IN of the neutral point current In.
  • the subtraction unit 15A When the subtraction unit 15A does not receive the set signal, the subtraction currents Ia *, Ib *, Ic obtained by subtracting the instantaneous values n cycles before the current time from the current instantaneous values of the phase currents Ia, Ib, Ic. * Calculate.
  • the subtraction unit 15A acquires the instantaneous value n cycles before from the memory unit 250.
  • each phase current Ia, Ib in the reference cycle indicating one cycle m cycles before the reception time of the set signal (that is, the detection time of the change of each phase current).
  • Ic instantaneous value is acquired from the memory unit 250.
  • the subtraction unit 15A calculates the current obtained by subtracting the phase current in the reference cycle from the phase current in the current cycle as the subtraction current for each phase current.
  • the subtraction unit 15A calculates the current obtained by subtracting the instantaneous value of the reference cycle from the instantaneous value of the current cycle of each phase current Ia, Ib, Ic as the subtraction current Ia *, Ib *, Ic *.
  • the data for one cycle m cycles before time t1 (that is, the data of the reference cycle) is applied as the data on the subtraction side (that is, the subtraction side).
  • the time corresponding to the m cycle is Tm
  • the sampling time is Ts
  • the time corresponding to one cycle is Tc
  • the subtraction currents Ia *, Ib *, and Ic * are collectively referred to as Isu.
  • Isu (t1 + k ⁇ Ts) I (t1) -I (t1-Tm)
  • Isu (t1 + Ts) I (t1 + Ts) -I (t1-Tm + Ts)
  • Isu (t1 + 2Ts) I ( t1 + 2Ts) -I (t1-Tm + 2Ts).
  • Isu (t1 + j ⁇ Tc) I (t1 + Tc) -I (t1-Tm)
  • Isu (t1 + Tc + Ts) I (t1 + Tc + Ts) -I (t1-Tm + Ts)
  • Isu (t1 + Tc + 2Ts) I (t1 + Tc + 2Ts) -Tm + 2Ts).
  • the current value on the subtrahend side at the time (t1 + k ⁇ Ts) and the current value on the subtrahend side at the time (t1 + j ⁇ Tc + k ⁇ Ts) are the same and are I (t1-Tm + k ⁇ Ts).
  • the subtraction unit 15A calculates the current obtained by subtracting the phase current in the reference cycle from the phase current in the current cycle as the subtraction current for each phase current. Further, when time Ta has elapsed since the change in each phase current is detected, or when at least one of the effective values of each phase current becomes zero, the subtraction unit 15A performs the current cycle for each phase current. The current obtained by subtracting the phase current n cycles before the current cycle from the phase current is calculated as the subtraction current.
  • the effective value calculation unit 16A calculates the effective value I2a of the subtraction current Ia *, the effective value I2b of the subtraction current Ib *, and the effective value I2c of the subtraction current Ic *.
  • the maximum value extraction unit 20A calculates the maximum value among the effective values I2a to I2c and IN as the suppression amount IR1.
  • the suppression amount calculation unit 220A always calculates the suppression amount IR using the effective values I2a, I2b, I2c of the subtraction currents Ia *, Ib *, and Ic *. Different from 220. If no failure has occurred and no current change has been detected, the subtraction currents Ia *, Ib *, and Ic * are calculated based on the instantaneous value of the current cycle and the instantaneous value n cycles before. If no failure has occurred, each phase current is a load current, so the effective values I2a, I2b, and I2c are zero. Therefore, the zero-phase current differential relay 40A does not operate.
  • the subtraction currents Ia *, Ib *, and Ic * are calculated based on the instantaneous value in the current cycle and the instantaneous value in the reference cycle.
  • the subtraction current is a current excluding the influence of the load current from the failure current. Therefore, as in the configuration of FIG. 3, the zero-phase current differential relay 40A can detect an internal failure with high sensitivity even when the neutral point current is small.
  • the subtraction currents Ia *, Ib *, and Ic * are calculated based on the instantaneous value of the current cycle and the instantaneous value n cycles before. If so, the effective values of the subtraction currents Ia *, Ib *, and Ic * become zero after n cycles have elapsed from the occurrence of the failure. Therefore, if the failure continues after n cycles, the zero-phase current differential relay 40A cannot operate properly. For example, when CT saturation occurs due to an external failure, a sufficient suppression amount cannot be secured and there is a possibility of malfunction.
  • each phase current including only the failure current that is not affected by the load current even if the failure continues is calculated.
  • the subtraction currents Ia *, Ib *, and Ic * are calculated based on the instantaneous value of each phase current in the current cycle and the instantaneous value of each phase current in the reference cycle m cycles before the detection of the current change. Will be done.
  • each phase current (that is, subtraction current) that is not affected by the load current can be obtained by repeatedly using the data in the reference cycle even after n cycles have elapsed from the occurrence of the failure. Therefore, the zero-phase current differential relay 40A can operate appropriately when a failure occurs.
  • FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation at the time of an internal ground fault failure in the zero-phase current differential relay according to the modification of the first embodiment.
  • the neutral point current is small when the internal ground fault of phase a occurs.
  • the waveform 810 is a waveform showing the a-phase current Ia
  • the waveform 820 is the waveform showing the a-phase current on the subtraction side used in the subtraction unit 15A
  • the waveform 830 is the subtraction current Ia *. It is a waveform shown. As shown in the waveform 810, when an internal failure occurs at time t0, the a-phase current Ia becomes large.
  • the current change detection unit 230A detects the change in each phase current at time t1 and outputs the value "1".
  • the current value on the subtrahend side is the current value n cycles before the change in each phase current is detected.
  • the current value on the subtrahend side becomes the current value of the reference cycle. Therefore, as shown in the waveform 830, the subtraction current Ia * becomes zero because the a-phase current Ia is only the load current before the change detection of each phase current is detected.
  • the subtraction current Ia * becomes the a-phase failure current in which the load current is removed from the a-phase current Ia.
  • the suppression amount IR1 maintains the value calculated using the effective values I2a to I2c from which the load current is removed. From this, even in the modified example of the first embodiment, the current change can be detected instantly when a failure occurs, and the suppression amount IR1 using the effective values I2a to I2c from which the negative overcurrent is removed can be secured, so that the sensitivity is high. It is understood that an internal failure can be detected. Similarly, even when CT saturation occurs at the time of an external failure, a sufficient suppression amount IR1 can be obtained, so that a malfunction of the zero-phase current differential relay can be prevented.
  • Embodiment 2 In the second embodiment, a configuration in which a lock function at the time of external failure detection is added to the zero-phase current differential relay 40 according to the first embodiment will be described.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a zero-phase current differential relay 40B according to the second embodiment.
  • the zero-phase current differential relay 40B includes a zero-phase differential relay unit 310 and an output control unit 320.
  • the zero-phase differential relay unit 310 corresponds to the zero-phase current differential relay 40 or 40A described in the first embodiment.
  • the signal Sb output from the zero-phase differential relay unit 310 is output to the output control unit 320 instead of the circuit breaker.
  • the zero-phase current differential relay 40B according to the second embodiment corresponds to a configuration in which an output control unit 320 is added to the zero-phase current differential relay 40 or 40A.
  • the zero-phase differential relay unit 310 outputs the signal Sb as described with reference to FIG. 3 or 9. Specifically, when the signal Sb has a value of "1", it indicates that the zero-phase differential relay unit 310 operates and the protection signal of the three-phase transformer 30 is output. On the other hand, when the signal Sb has a value of "0", it indicates that the zero-phase differential relay unit 310 is not operating.
  • the output control unit 320 includes an external failure detection unit 322 and an AND gate 324.
  • the external failure detection unit 322 detects an external failure and outputs a signal Xc according to the detection result. Specifically, the external failure detection unit 322 outputs a signal Xc having a value of "1" when an external failure is detected, and outputs a signal Xc having a value of "0" when no external failure is detected. do.
  • the specific configuration of the external failure detection unit 322 will be described later.
  • the AND gate 324 performs an AND operation on the output value of the zero-phase differential relay unit 310 and the value obtained by inverting the logical level of the output of the external failure detection unit 322, and outputs the signal Xs.
  • a protection signal eg, a trip signal
  • the circuit breaker is opened and the three-phase transformer 30 is separated from the power system.
  • the AND gate 324 has a value of “1”. Output the signal Xs. That is, when the zero-phase differential relay unit 310 is operating and no external failure is detected by the external failure detection unit 322, the protection signal from the zero-phase differential relay unit 310 is output as it is.
  • the AND gate 324 outputs a signal Xs with a value of "0". Therefore, even if the zero-phase differential relay unit 310 is operating, if an external failure is detected (that is, when the value of the signal Xc of the external failure detection unit 322 is “1”), the zero-phase differential relay unit The operation output by 310 is locked. That is, the output control unit 320 has a function of locking the output of the protection signal by the zero-phase differential relay unit 310 when an external failure occurs.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the functional configuration of the external failure detection unit 322 according to the second embodiment.
  • the external failure detection unit 322 includes a current change detection unit 230, a differential amount calculation unit 410, a suppression amount calculation unit 420, and a signal output unit 430.
  • the current change detection unit 230 in FIG. 12 is the same as the current change detection unit 230 in FIG.
  • the differential quantity calculation unit 410 calculates the absolute value of the sum of the phase currents Ia, Ib, Ic and the neutral point current In as the differential quantity ID2.
  • the differential quantity calculation unit 410 includes an addition unit 83 and an absolute value calculation unit 84.
  • the absolute value calculation unit 84 calculates the absolute value of the added current Id2 * (that is,
  • the suppression amount calculation unit 420 calculates the maximum value of the absolute value of the subtraction current and the absolute value of the neutral point current in each phase as the suppression amount IR2. Specifically, the suppression amount calculation unit 420 includes an absolute value calculation unit 85, 87, a subtraction unit 86, and a maximum value extraction unit 88.
  • the absolute value calculation unit 85 calculates the absolute value
  • the subtraction unit 86 is substantially the same as the subtraction unit 15 in FIG. That is, the subtraction unit 86 calculates the subtraction currents Ia *, Ib *, Ic * by subtracting the instantaneous values n cycles before the current cycle from the instantaneous values of the current cycles of the phase currents Ia, Ib, and Ic.
  • the absolute value calculation unit 87 calculates the absolute value
  • the maximum value extraction unit 88 calculates the maximum value among the absolute values
  • the signal output unit 430 exists when the change in each phase current is detected by the current change detection unit 230, and the differential amount ID2 and the suppression amount IR2 do not exist in the operating range (that is, in the external region). ), Output a lock signal to lock the output of the protection signal.
  • the signal output unit 430 includes an area determination unit 89, an AND gate 90, an operation timer 91, and a return timer 92.
  • the area determination unit 89 determines whether or not the differential amount ID2 and the suppression amount IR2 exist outside the operating range according to the following equations (3) and (4).
  • K2 is a set value indicating the minimum operating sensitivity (hereinafter referred to as the minimum sensitivity value K2)
  • p2 is a ratio set so as not to operate due to a CT error or the like.
  • FIG. 13 is an operation characteristic diagram of the area determination unit according to the second embodiment.
  • the vertical axis of FIG. 13 shows the differential amount ID2, and the horizontal axis shows the suppression amount IR2.
  • the area determination unit 89 outputs the signal Xb having the value “1” when the points (IR2, ID2) indicating the suppression amount IR2 and the differential amount ID2 exist in the external area.
  • the area determination unit 89 outputs the signal Xb having the value “0” when the point (IR2, ID2) does not exist in the external area.
  • the AND gate 90 performs an AND operation between the output value of the current change detection unit 230 and the output value of the area determination unit 89, and outputs the signal Xc.
  • the current change is detected by the current change detection unit 230 (that is, when the value of the signal Xa is "1")
  • the area determination unit 89 presents a point (IR2, ID2) in the external region.
  • the AND gate 90 outputs the signal Xc having the value "1".
  • the operation timer 91 outputs the value "1" to the return timer 92 when the value "1" of the signal Xc of the AND gate 90 continues for a time T réellep or more.
  • the return timer 92 maintains the value for the time Tre.
  • the time Tre is set longer than the time T réellep.
  • the signal Xc of the value "1" output from the return timer 92 corresponds to a lock signal that locks the operation output of the zero-phase differential relay unit 310.
  • the time T réellep of the operation timer 91 is set so that the operation output of the zero-phase differential relay unit 310 can be locked before CT saturation occurs at the time of an external failure. If the CT saturation progresses too much, the operating output of the zero-phase differential relay unit 310 cannot be locked. Therefore, for example, the lockable time is from the occurrence of the failure to the lapse of 1/4 cycle (that is, the electric angle of 90 °). Let's say it's time. In this case, it is necessary that the total time of the detection time by the current change detection unit 230 and the time T réellep of the operation timer 91 is less than the 1/4 cycle period for a large current failure that causes CT saturation.
  • the detection time by the current change detection unit 230 when CT saturation occurs at the time of an external failure is a time corresponding to 1/12 cycle (that is, an electric angle of 30 °).
  • the time T NEEDp of the operation timer 91 is set to a time corresponding to 1/12 to 1/6 cycle (that is, an electric angle of 30 ° to 60 °).
  • the time T réellep is set to a time corresponding to 1/12 cycle in consideration of a margin.
  • the total time of the detection time by the current change detection unit 230 and the time T Desip is a time corresponding to 2/12 cycles (that is, less than 1/4 cycle).
  • the time Tre of the return timer 92 is set to be equal to or longer than the time from the occurrence of an external failure to the convergence of CT saturation. Since CT saturation depends on the DC component included in the fault current, the time Tre is set to about the time constant of the DC component (for example, a period of 5 to 20 cycles).
  • the time T1 of the one-shot timer 56 of the current change detection unit 230 is set to a longer time than the operation timer T réellep of the external failure detection unit 322.
  • the time T1 is set to a time corresponding to one cycle in consideration of a margin.
  • the output of the protection signal by the zero-phase differential relay unit 310 can be instantly locked when an external failure occurs.
  • a protection signal is output by the zero-phase differential relay unit 310. Therefore, the malfunction of CT saturation by the zero-phase differential relay unit 310 can be prevented more accurately.
  • the subtraction currents Ia *, Ib *, and Ic * including only the failure current are used to calculate the suppression amount IR2. This makes it possible to prevent the determination of an external failure despite the internal failure.
  • the suppression amount is calculated using the phase currents Ia, Ib, and Ic including the load current and the failure current, when the failure current is larger than the load current when an internal failure occurs, The amount of suppression becomes larger than the amount of differential. In this case, the signal output unit 430 may erroneously determine that an external failure has occurred.
  • the differential amount becomes larger than the suppression amount when an internal failure occurs. It is possible to prevent erroneous judgment that a failure has occurred.
  • the differential amount ID2 and the suppression amount IR2 used in the signal output unit 430 are calculated not by the effective value calculation but by the absolute value calculation.
  • the effective value calculation is adopted, the calculation time of the differential quantity ID2 and the suppression quantity IR2 is delayed, so that it takes time to secure a sufficient differential quantity when an internal failure occurs.
  • the suppression amount becomes larger than the differential amount, and there is a possibility that it is erroneously determined that an external failure has occurred when an internal failure occurs.
  • the absolute value calculation is adopted, a sufficient differential amount can be immediately secured when an internal failure occurs, so that it is possible to prevent erroneous determination that an external failure has occurred.
  • FIG. 14 is a timing chart for explaining the operation at the time of an external failure in the external failure detection unit according to the second embodiment.
  • an external failure for example, an external three-phase short-circuit failure
  • the current transformer CTN is saturated.
  • the current change detection unit 230 detects a change in each phase current at time t1b and outputs a signal Xa having a value of "1".
  • the time from the time t0b to the time t1b (that is, the detection time of the current change detection unit 230) is, for example, a time corresponding to 1/12 cycle.
  • the area determination unit 89 outputs a signal Xb having a value of "1" because the differential amount ID2 and the suppression amount IR2 exist in the external area other than the operating range before the time t0b before the occurrence of the external failure. Further, even if an external failure occurs at time t0b, the output of the signal Xb having the value “1” is maintained because the differential quantity ID2 and the suppression quantity IR2 exist in the external region until CT saturation occurs. When CT saturation occurs in the current transformer CTN at time t3b, the differential quantity ID2 and the suppression quantity IR2 are present in the operating range, so that the signal Xb having the value “0” is output. After that, the area determination unit 89 outputs the signal Xb having a value of “0” when the CT is saturated, and outputs the signal Xb having a value “1” when the CT is not saturated.
  • a state in which the change of each phase current is detected by the current change detection unit 230 and the differential amount ID2 and the suppression amount IR2 are determined to exist in the external region by the region determination unit 89 that is, the signal Xa and the signal Xb.
  • a signal Xc having a value of "1" is output at a time t2b in which the value (a state of "1") continues for a time T réellep (for example, a time corresponding to 1/12 cycle) of the operation timer 91.
  • the operation output of the zero-phase differential relay unit 310 is locked at the time t2b before the time t3b where the current transformer CTN saturates. Therefore, it is possible to more accurately prevent the malfunction of the zero-phase differential relay unit 310 due to CT saturation.
  • the maximum value among the effective values I1a to I1c of each phase current and the effective value IN of the neutral point current is set. It is calculated as the suppression amount IR1, and when a change in each phase current is detected, the maximum value among the effective values I2a to I2c of the subtraction current and the effective value IN of the neutral point current is calculated as the suppression amount IR1.
  • the configuration has been described, but the configuration is not limited to this. For example, when the change of each phase current is not detected, the value obtained by adding the effective value IN to the maximum value of the effective values I1a to I1c is calculated as the suppression amount IR1, and the change of each phase current is detected. If so, the configuration may be such that the value obtained by adding the effective value IN to the maximum value among the effective values I2a to I2c is calculated as the suppression amount IR1.
  • the suppression amount calculation unit 220 sets the effective value IN to the maximum value of each effective value I1a to I1c, IN, or the maximum value of each effective value I1a to I1c.
  • the added value obtained by adding the above may be calculated as the suppression amount IR1.
  • the suppression amount calculation unit 220 sets the effective value to the maximum value among the effective values I2a to I2c and IN, or the maximum value of the effective values I2a to I2c.
  • the added value obtained by adding IN may be calculated as the suppression amount IR1.
  • the absolute value calculation unit 84 may calculate the larger of the current absolute value
  • the maximum value extraction unit 88 has the maximum value of each absolute value
  • may be configured to calculate the larger of the maximum values as the suppression amount IR2.
  • the zero-phase differential relay unit 310 corresponds to the zero-phase current differential relay 40 or 40A in the first embodiment has been described, but the configuration is not limited to this.
  • the zero-phase differential relay unit 310 may be a zero-phase differential relay unit that employs a scalar sum method when calculating the suppression amount.
  • the zero-phase differential relay unit includes a differential amount calculation unit 210 in FIG. 3, a suppression amount calculation unit that calculates a suppression amount using a scalar sum method, and an operation determination unit 240 in FIG. include.
  • the differential quantity calculation unit 210 calculates the differential quantity ID1 based on the zero-phase current based on each phase current Ia, Ib, and Ic and the neutral point current In.
  • the suppression amount calculation unit calculates the sum of the effective value of the zero-phase current (3 ⁇ I0) and the effective value of the neutral point current In (that is, the scalar sum) as the suppression amount.
  • the operation determination unit 240 outputs a protection signal for protecting the three-phase transformer 30 when the differential amount ID1 and the suppression amount are present in the operation range. The functions of the area determination unit 21 and the operation timer 22 of the operation determination unit 240 will not be repeated.
  • the scalar sum method When the scalar sum method is adopted, the influence of the load current can be removed. Therefore, when an internal failure occurs in which the failure current is small with respect to the load current (that is, the neutral point current is small), the suppression amount does not increase, so that highly sensitive internal failure detection becomes possible.
  • the suppression amount becomes zero when CT saturation occurs at the time of an external failure.
  • the zero-phase differential relay unit may malfunction due to the operation determination unit 240 erroneously determining an internal failure in spite of the external failure.
  • the output control unit 320 according to the second embodiment when an external failure occurs, the output of the protection signal by the zero-phase differential relay unit can be instantly locked. Therefore, it is possible to prevent a malfunction of CT saturation due to the zero-phase differential relay unit that employs the scalar sum suppression method.
  • the configuration exemplified as the above-described embodiment is an example of the configuration of the present disclosure, can be combined with another known technique, and a part thereof is not deviated from the gist of the present disclosure. It is also possible to change and configure it, such as by omitting it. Further, in the above-described embodiment, the processing and configuration described in the other embodiments may be appropriately adopted and carried out.

Landscapes

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Abstract

零相電流差動リレー（４０）は、各相電流に基づく零相電流と中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部（２１０）と、各相電流の変化を検出する電流変化検出部（２３０）と、電流変化検出部（２３０）の検出結果と各相電流と中性点電流とに基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部（２２０）とを備える。第１抑制量算出部（２２０）は、各相電流について、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、各相電流の変化が検出された場合、各相における減算電流の実効値および中性点電流の実効値のうちの第１最大値を第１抑制量として算出する。零相電流差動リレー（４０）は、第１差動量および第１抑制量が動作域に存在する場合に、三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部（２４０）をさらに備える。

Description

零相電流差動リレー
　本開示は、零相電流差動リレーに関する。
　電流差動リレーは、変圧器などの電力機器および送電線等において、電流変成器（ＣＴ：Current　Transformer）で囲んだ区間をＣＴからの電流入力で保護する。電流差動リレーのうちの零相電流差動リレーは、零相電流を用いて保護区間内の地絡故障を高感度で検出する。零相電流差動リレーとして、例えば、変圧器のＹ結線巻線の各相電流および中性点電流を用いた地絡保護リレーが知られている。
　例えば、特開２０１９－０３００７３号公報（特許文献１）に係る零相電流差動リレーは、各相電流に基づく零相電流と中性点電流とに基づいて差動量および抑制量を演算し、差動量および抑制量が動作域にあるか否かを判定するリレー演算部と、零相電流に対する中性点電流の位相が同位相を含む第１の領域にあるか否かを判定する位相判定部と、リレー演算部の判定結果と位相判定部の判定結果に基づいて、三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部とを含む。
特開２０１９－０３００７３号公報
　特許文献１に係る零相電流差動リレーによると、地絡故障を検出するためには、位相判定に用いられる零相電流および中性点電流が一定値以上流れていることが条件となる。ここで、電源側で内部地絡故障が発生した場合、故障点に流れる地絡電流は、地面を通って電源側に流れる電流と、中性点から３相巻線に流れる中性点電流とに分かれる。また、中性点電流は、故障相の巻線から故障点へ流れる電流と、健全相の巻線から電源へ流れる電流とに分かれる。そのため、地絡電流に対して中性点電流は小さい。特に、地絡故障が中性点付近（例えば、巻線）で発生した場合には、地絡電流自体が小さいため中性点電流はより小さくなる。このように電源側での内部地絡故障発生時に中性点電流が小さい場合には、位相判定ができない。
　また、３相短絡外部故障が発生し、いずれかの相にＣＴ飽和が生じた場合には、零相電流は流れるが中性点電流は流れないため、この場合でも精度よく位相判定ができない。したがって、特許文献１では、零相電流差動リレーが誤動作する可能性があり、高感度の故障検出と誤動作防止との両立には改善の余地がある。
　本開示のある局面における目的は、高感度の故障検出と誤動作防止との両立が可能な零相電流差動リレーを提供することである。
　ある実施の形態に従うと、Ｙ結線巻線を含む三相変圧器を保護するための零相電流差動リレーが提供される。Ｙ結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義される。零相電流差動リレーは、各相電流に基づく零相電流と中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部と、各相電流の変化を検出する電流変化検出部と、電流変化検出部の検出結果と各相電流と中性点電流とに基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部とを備える。第１抑制量算出部は、各相電流について、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、各相電流の変化が検出された場合、各相における減算電流の実効値および中性点電流の実効値のうちの第１最大値、または各相における減算電流の実効値の最大値に中性点電流の実効値を加算した第１加算値を第１抑制量として算出する。零相電流差動リレーは、第１差動量および第１抑制量が動作域に存在する場合に、三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部をさらに備える。
　他の実施の形態に従うと、Ｙ結線巻線を含む三相変圧器を保護するための零相電流差動リレーが提供される。Ｙ結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義される。零相電流差動リレーは、各相電流に基づく零相電流と中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部と、各相電流と中性点電流とのスカラー和に基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部と、第１差動量および第１抑制量が動作域に存在する場合に、三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部と、動作判定部による保護信号の出力をロックする出力制御部とを備える。出力制御部は、各相電流の変化を検出する電流変化検出部と、各相電流と中性点電流との加算電流の絶対値を第２差動量として算出する第２差動量算出部と、各相電流と中性点電流とに基づいて、第２抑制量を算出する第２抑制量算出部とを含む。第２抑制量算出部は、各相電流について、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、各相における減算電流の絶対値および中性点電流の絶対値のうちの最大値を第２抑制量として算出する。出力制御部は、各相電流の変化が検出された場合であって、かつ第２差動量および第２抑制量が第２動作域に存在しない場合に、保護信号の出力をロックするためのロック信号を出力する信号出力部をさらに含む。
　本開示に係る零相電流差動リレーによれば、高感度の故障検出と誤動作防止との両立が可能となる。
零相電流差動リレーと三相変圧器とを含む全体構成図である。 零相電流差動リレーのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に従う零相電流差動リレーの機能構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に従う電流変化検出部の機能構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に従う零相電流差動リレーの動作特性図である。 実施の形態１に従う零相電流差動リレーにおける内部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態１に従う零相電流差動リレーにおける、外部故障時にＣＴ飽和が発生した場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。 ＣＴ飽和時およびＣＴ非飽和時における差動量の推移を説明するための図である。 実施の形態１の変形例に従う零相電流差動リレーの機能構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１の変形例に従う零相電流差動リレーにおける内部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態２に従う零相電流差動リレーを示すブロック図である。 実施の形態２に従う外部故障検出部の機能構成を説明するための図である。 実施の形態２に従う領域判定部の動作特性図である。 実施の形態２に従う外部故障検出部における外部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
　以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
　実施の形態１．
　＜全体構成＞
　図１は、零相電流差動リレーと三相変圧器とを含む全体構成図である。
　図１を参照して、零相電流差動リレー４０は、Ｙ結線巻線を含む三相変圧器３０を保護する。三相変圧器３０は、Ｙ巻線である１次側巻線３１と、Δ巻線である２次側巻線３２とを有するＹ－Δ結線方式の三相変圧器である。１次側巻線３１は、ａ相巻線３３ａ、ｂ相巻線３３ｂおよびｃ相巻線３３ｃから構成される。
　三相変圧器３０の１次側の各相の線路に電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃが設けられる。電流変成器ＣＴａはａ相線路３７ａに流れるａ相電流Ｉａを検出し、電流変成器ＣＴｂはｂ相線路３７ｂに流れるｂ相電流Ｉｂを検出し、電流変成器ＣＴｃはｃ相線路３７ｃに流れるｃ相電流Ｉｃを検出する。また、１次側巻線３１の中性点３４と接地極３５との間を接続する接地線３６に電流変成器ＣＴＮが設けられる。電流変成器ＣＴＮは、中性点電流Ｉｎを検出する。これらの相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを表す信号および中性点電流Ｉｎを表す信号は、零相電流差動リレー４０に入力される。
　なお、ａ相電流Ｉａ、ｂ相電流Ｉｂ、ｃ相電流Ｉｃ、および中性点電流Ｉｎは、三相変圧器３０の中性点３４に向かう電流方向が互いに同極性（例えば、正）となるように定義される。
　零相電流差動リレー４０は、例えば、マイクロコンピュータをベースに構成されたデジタル保護リレーによって構成される。零相電流差動リレー４０は、差動量および抑制量に基づいて、内部地絡故障が発生していると判定した場合には、三相変圧器３０を電力系統から切り離すために、図示しない遮断器に対して三相変圧器３０を保護するための保護信号（例えば、トリップ信号）を出力する。遮断器は、通常、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮよりも三相変圧器３０に近い側に設置される。保護信号により遮断器が開放されることによって三相変圧器３０が電力系統から切り離される。なお、内部故障とは、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮで囲まれた内部の保護区間で生じる故障である。一方、外部故障とは電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮの外部の区間で起きる故障である。
　＜ハードウェア構成＞
　図２は、零相電流差動リレー４０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２を参照して、零相電流差動リレー４０は、いわゆるデジタル保護リレー装置と同様の構成を有している。具体的には、零相電流差動リレー４０は、入力変換部１００と、Ａ／Ｄ変換部１１０と、演算処理部１２０と、Ｉ／Ｏ（Input　and　Output）部１３０とを含む。
　入力変換部１００は、各入力チャンネルごとに補助変成器１０１＿１，１０１＿２，…を含む。入力変換部１００は、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃからそれぞれ出力された相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを表す信号および電流変成器ＣＴＮから出力された中性点電流Ｉｎを表す信号の入力を受け付ける。各補助変成器１０１は、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃおよびＣＴＮからの電流信号をＡ／Ｄ変換部１１０および演算処理部１２０での信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。
　Ａ／Ｄ変換部１１０は、アナログフィルタ（ＡＦ：Analog　Filter）１１１＿１，１１１＿２，…と、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ：Sample　Hold　Circuit）１１２＿１，１１２＿２，…と、マルチプレクサ（ＭＰＸ：Multiplexer）１１３と、Ａ／Ｄ変換器１１４とを含む。アナログフィルタ１１１およびサンプルホールド回路１１２は、入力信号のチャンネルごとに設けられる。
　各アナログフィルタ１１１は、Ａ／Ｄ変換の際の折返し誤差を除去するために設けられたローパスフィルタである。各サンプルホールド回路１１２は、対応のアナログフィルタ１１１を通過した信号を規定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。サンプリング周波数は、例えば、４８００Ｈｚである。マルチプレクサ１１３は、サンプルホールド回路１１２＿１，１１２＿２，…に保持された電圧信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器１１４は、マルチプレクサ１１３によって選択された信号をデジタル値に変換する。
　演算処理部１２０は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）１２１と、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）１２２と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）１２３と、これらを接続するバス１２４とを含む。ＣＰＵ１２１は、零相電流差動リレー４０の全体の動作を制御する。ＲＡＭ１２２およびＲＯＭ１２３は、ＣＰＵ１２１の主記憶として用いられる。ＲＯＭ１２３は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを用いることにより、プログラムおよび信号処理用の設定値などを収納することができる。
　Ｉ／Ｏ部１３０は、デジタル入力（Ｄ／Ｉ：Digital　Input）回路１３２と、デジタル出力（Ｄ／Ｏ：Digital　Output）回路１３３とを含む。デジタル入力回路１３２およびデジタル出力回路１３３は、ＣＰＵ１２１と外部装置との間で通信を行う際のインターフェース回路である。
　なお、零相電流差動リレー４０の少なくとも一部をＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）およびＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）などの回路を用いて構成してもよい。
　＜機能構成＞
　図３は、実施の形態１に従う零相電流差動リレーの機能構成の一例を示すブロック図である。図３を参照して、零相電流差動リレー４０は、主たる機能構成として、差動量算出部２１０と、抑制量算出部２２０と、電流変化検出部２３０と、動作判定部２４０とを含む。これらの構成は、例えば、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、零相電流差動リレー４０の内部メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ１２１であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、またはこれらを組み合わせたもの等で構成される。
　差動量算出部２１０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに基づく零相電流と中性点電流Ｉｎとに基づいて、差動量ＩＤ１を算出する。具体的には、差動量算出部２１０は、加算部１１と、実効値演算部１２とを含む。加算部１１は、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃから受信した各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの情報に基づいて零相電流Ｉ０を計算する。Ｉ０＝（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）／３で定義される。本明細書では、便宜上、零相電流Ｉ０の３倍（すなわち、３×Ｉ０）を単に零相電流と称する場合がある。加算部１１は、零相電流（すなわち、３×Ｉ０）と中性点電流Ｉｎとの加算電流Ｉｄ＊を実効値演算部１２へ出力する。実効値演算部１２は、加算電流Ｉｄ＊の実効値を差動量ＩＤ１として算出する。
　電流変化検出部２３０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの変化を検出する。図４は、実施の形態１に従う電流変化検出部２３０の機能構成の一例を示すブロック図である。図４を参照して、電流変化検出部２３０は、電流変化算出部５１～５３と、加算部５４と、判定部５５と、ワンショットタイマ５６とを含む。
　電流変化算出部５１，５２，５３は、各相電流の変化ΔＩａ，ΔＩｂ，ΔＩｃを算出する。例えば、各相電流の変化は、現時点の瞬時値の絶対値と、現時点よりもαサイクル（例えば、０．５）前の瞬時値の絶対値との減算値の絶対値で定義される。ただし、α＝ｉ／２であり、ｉは１以上の整数である。時間Ｔαは、αサイクルに相当する時間である。具体的には、ΔＩａ＝｜｜Ｉａ（ｔ）｜－｜Ｉａ（ｔ－Ｔα）｜｜、ΔＩｂ＝｜｜Ｉｂ（ｔ）｜－｜Ｉｂ（ｔ－Ｔα）｜｜、ΔＩｃ＝｜｜Ｉｃ（ｔ）｜－｜Ｉｃ（ｔ－Ｔα）｜｜である。
　加算部５４は、変化ΔＩａ，ΔＩｂ，ΔＩｃを加算して、加算値ΔＩ（＝ΔＩａ＋ΔＩｂ＋ΔＩｃ）を算出する。判定部５５は、加算値ΔＩが閾値Ｊ以上であるか否かを判定する。判定部５５は、加算値ΔＩが閾値Ｊ以上の場合には、各相電流が変化したことを示す信号（例えば、値“１”の信号）を出力し、加算値ΔＩが閾値Ｊ未満の場合には、各相電流が変化していないことを示す信号（例えば、値“０”の信号）を出力する。
　ワンショットタイマ５６は、判定部５５が値“１”の信号を出力した場合、その値を時間Ｔ１の間維持して抑制量算出部２２０に信号を出力し、時間Ｔ１が経過すると値“０”の信号を抑制量算出部２２０に出力する。
　ここで、故障が発生していない通常状態の相電流では、現時点の瞬時値の絶対値とαサイクル前の瞬時値の絶対値との減算値はゼロになるため、電流変化は検出されない。一方、故障が発生すると当該減算値がゼロにはならないため、電流変化が検出される。したがって、上記の電流変化検出部２３０により電流変化が検出された場合には何らかの故障が発生したとみなすことができる。また、電流変化は絶対値で定義されていることから、演算時間が短いため、故障が発生してから短時間で電流変化を検出できる。例えば、地絡故障の発生から電流変化検出部２３０により電流変化が検出されるまでの検出時間の最大値は０．５サイクルに相当する時間である。αサイクルに相当する時間は、当該検出時間の最大値以上の時間に設定されるため、αは０．５サイクル以上の値に設定される。本実施の形態では、例えば、αは０．５に設定される。
　再び、図３を参照して、抑制量算出部２２０は、電流変化検出部２３０の検出結果と各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃと中性点電流Ｉｎとに基づいて、抑制量ＩＲ１を算出する。具体的には、抑制量算出部２２０は、実効値演算部１３，１４，１６と、減算部１５と、選択部１９と、最大値抽出部２０とを含む。
　実効値演算部１３は、中性点電流Ｉｎの実効値ＩＮを算出する。実効値演算部１４は、ａ相電流Ｉａの実効値Ｉ１ａと、ｂ相電流Ｉｂの実効値Ｉ１ｂと、ｃ相電流Ｉｃの実効値Ｉ１ｃとを算出する。
　減算部１５は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃについて、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりもｎサイクル前の当該相電流を減算した電流を減算電流として算出する。具体的には、減算部１５は、現時点の瞬時値から、現時点よりもｎサイクル前の瞬時値を減算した減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を算出する。すなわち、Ｉａ＊＝Ｉａ（ｔ）－Ｉａ（ｔ－Ｔｎ）、Ｉｂ＊＝Ｉｂ（ｔ）－Ｉｂ（ｔ－Ｔｎ）、Ｉｃ＊＝Ｉｃ（ｔ）－Ｉｃ（ｔ－Ｔｎ）である。ｎは１以上の整数であり、例えば、２である。時間Ｔｎはｎサイクルに相当する時間である。減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊は、負荷電流の影響が除外された電流となる。なお、図示しないメモリには、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値が順次記憶されているものとする。そのため、ｎサイクル前の瞬時値は当該メモリから取得される。
　実効値演算部１６は、減算電流Ｉａ＊の実効値Ｉ２ａと、減算電流Ｉｂ＊の実効値Ｉ２ｂと、減算電流Ｉｃ＊の実効値Ｉ２ｃとを算出する。
　選択部１９は、電流変化検出部２３０の検出結果に基づいて、実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃまたは実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃのいずれかを選択して、選択した実効値を最大値抽出部２０へ出力する。具体的には、選択部１９は、電流変化検出部２３０により各相電流Ｉａ～Ｉｃの変化が検出されていない場合には、実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃを選択し、各相電流Ｉａ～Ｉｃの変化が検出された場合には、実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃを選択する。より詳細には、選択部１９は、図４のワンショットタイマ５６から値“０”が出力されている期間においては、実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃを選択し、ワンショットタイマ５６から値“１”が出力されている期間においては、実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃを選択する。
　最大値抽出部２０は、選択部１９により選択された実効値と中性点電流Ｉｎの実効値ＩＮとのうちの最大値を抽出して、当該最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。より詳細には、最大値抽出部２０は、各相電流の変化が検出されていない場合（すなわち、ワンショットタイマ５６から値“０”が出力されている場合）には、実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出し、各相電流の変化が検出されている場合（例えば、ワンショットタイマ５６から値“１”が出力されている場合）には、実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。
　動作判定部２４０は、差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１が動作域に存在する場合に、三相変圧器３０を保護するための保護信号を出力する。具体的には、動作判定部２４０は、領域判定部２１と、動作タイマ２２とを含む。
　領域判定部２１は、次式（１）および（２）に従って差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１が動作域に存在するか否かを判定する。
　ＩＤ１＞Ｋ１　　…（１）
　ＩＤ１＞ｐ１×ＩＲ１　　…（２）
　ここで、Ｋ１は最小動作感度を示す整定値（以下、最小感度値Ｋ１と称する）であり、ｐ１はＣＴの誤差などで動作しないよう整定される比率である。抑制量ＩＲ１がＫ１／ｐ１以下の場合には式（１）に従って判定が行なわれ、抑制量ＩＲ１がＫ１／ｐ１より大きい場合には式（２）に従って判定が行われる。
　図５は、実施の形態１に従う零相電流差動リレーの動作特性図である。図５の縦軸は差動量ＩＤ１を示し、横軸は抑制量ＩＲ１を示す。図５を参照して、上式（１）および（２）が両方とも満たされる場合が動作域となるように零相電流差動リレー４０は構成される。例えば、領域判定部２１は、抑制量ＩＲ１および差動量ＩＤ１を示す点（ＩＲ１，ＩＤ１）が動作域に存在する場合に、値“１”の信号Ｓａを出力する。一方、領域判定部２１は、点（ＩＲ１，ＩＤ１）が動作域に存在しない場合に、値“０”の信号Ｓａを出力する。
　再び、図３を参照して、動作タイマ２２は、領域判定部２１から出力された値“１”の信号Ｓａが時間Ｔ２以上継続した場合に、値“１”の信号Ｓｂを出力する。値“１”の信号Ｓｂは、三相変圧器３０を保護するための保護信号に相当する。上記構成により、動作判定部２４０は、差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１が動作域に時間Ｔ２以上存在する場合に保護信号を遮断器に出力して、三相変圧器３０を電力系統から切り離す。
　図３に示す零相電流差動リレーによると、電流変化検出部２３０は、各相電流の変化を検出してから時間Ｔ１が経過するまでの期間において値“１”を出力し、時間Ｔ１が経過すると値“０”を出力する。これにより、抑制量算出部２２０は、各相電流の変化が検出されてから時間Ｔ１が経過するまでの期間、実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。また、抑制量算出部２２０は、各相電流の変化が検出されてから時間Ｔ１が経過した場合、実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。ここで、時間Ｔ１は、ｎサイクルに相当する時間Ｔｎよりも短く、例えば、（ｎ－α）サイクルに相当する時間に設定される。
　故障時において差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１に基づく動作判定に要する時間は、１サイクル程度である。そのため、例えば、ｎ＝２、α＝０．５に設定すると、故障発生から１．５サイクルの期間においては、減算電流の実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃを用いた最大値抑制方式により抑制量ＩＲ１が算出される。この期間においては負荷電流の影響が除外されるため、例えば、負荷電流に対して故障電流が小さく、中性点電流が小さい内部故障が発生しても、高感度な内部故障検出が可能となる。なお、動作判定に要する時間のマージンを大きくするために、ｎの値を大きく（例えば、ｎ＝３）してもよい。
　＜故障時の動作例＞
　（内部故障時）
　図６は、実施の形態１に従う零相電流差動リレーにおける内部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６では、ａ相の内部地絡故障発生時において中性点電流が小さい場合（例えば、内部地絡故障が中性点付近で発生して故障電流自体が小さい場合等）を想定する。また、ｎ＝２、α＝０．５であるとする。
　図６を参照して、波形６１０はａ相電流Ｉａを示す波形であり、波形６２０はａ相の減算電流Ｉａ＊を示す波形である。波形６１０に示すように、時刻ｔ０において内部故障が発生するとａ相電流Ｉａは大きくなる。一方、波形６２０に示すように、減算電流Ｉａ＊は、内部故障の発生前においてはゼロであるが、内部故障発生後においては負荷電流が除去されたａ相故障電流に相当する。
　電流変化検出部２３０は、時刻ｔ０から１／４サイクル後の時刻ｔ１において、値“１”の信号を出力する。この値“１”は、時刻ｔ１から（ｎ－α）サイクル（すなわち、１．５サイクル）に相当する時間Ｔ１だけ維持される。なお、図６の例では、電流変化検出部２３０の検出時間（すなわち、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間）は、１／４サイクルに相当する時間である。
　抑制量ＩＲ１は、時刻ｔ１において実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値Ｍ２となる。また、抑制量ＩＲ１は、時刻ｔ１から時間Ｔ１経過後において実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃ，ＩＮのうちの最大値Ｍ１となる。最大値Ｍ２は、負荷電流が除去された実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃを用いて算出されるため、最大値Ｍ１よりも小さい。
　時刻ｔ１において抑制量ＩＲ１が最大値Ｍ２となるため、抑制量ＩＲ１および差動量ＩＤ１が動作域に存在する。そのため、領域判定部２１から出力される信号Ｓａは、値“１”となる。続いて、時刻ｔ１から時間Ｔ２経過後に信号Ｓｂの値が“１”となり、三相変圧器３０の保護信号が遮断器へ出力される。このように、故障発生時に瞬時に電流変化を検出し、抑制量ＩＲ１として参照する値を、負過電流が除去された実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃを用いて算出された最大値Ｍ２にすることにより、高感度に内部故障を検出できていることが理解される。
　（外部故障時）
　図７は、実施の形態１に従う零相電流差動リレーにおける、外部故障時にＣＴ飽和が発生した場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。図７では、ＣＴ飽和が発生するほど故障電流が大きい外部故障（例えば、外部三相短絡故障）時においてａ相の電流変成器ＣＴａが飽和した場合を想定する。また、ｎ＝２、α＝０．５であるとする。
　図７を参照して、波形７１０はａ相電流ＩａのＣＴ飽和波形を示している。なお、ＣＴ飽和波形との比較のため、ａ相電流ＩａのＣＴ非飽和波形として波形７２０が示されている。波形７１０に示すように、時刻ｔ０ａにおいて外部故障が発生するとａ相電流Ｉａは急激に大きくなる。時刻ｔ２ａにおいてＣＴ飽和が発生し、時刻ｔ３ａにおいてＣＴ飽和から復帰する。以降、ａ相電流Ｉａは、ＣＴ飽和の発生とＣＴ飽和からの復帰とを繰り返す。
　電流変化検出部２３０は、時刻ｔ０ａから１／１２サイクル後の時刻ｔ１ａにおいて、値“１”の信号を出力する。値“１”は、時刻ｔ１ａから（ｎ－α）サイクル（すなわち、１．５サイクル）に相当する時間Ｔ１だけ維持される。
　ここで、ａ相の内部地絡故障発生時において中性点電流が小さい場合を想定した図６では、電流変化検出部２３０の検出時間は、１／４サイクルに相当する時間であった。しかし、図７では、電流変化検出部２３０の電流変化の検出時間は、１／１２サイクル（すなわち、時刻ｔ０ａから時刻ｔ１ａまでの時間）に相当する時間であり、図６の場合よりも当該検出時間が短い。これは、図７ではＣＴ飽和が発生するほど故障電流が大きい外部故障時（例えば、外部三相短絡故障）を想定しているためである。具体的には、故障電流が大きい場合には電流変化も大きくなり電流変化検出部２３０の電流変化の検出時間が短くなるためである。
　抑制量ＩＲ１は、時刻ｔ１ａにおいて実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値Ｍ２となる。また、抑制量ＩＲ１は、時刻ｔ１ａから時間Ｔ１経過後において実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃ，ＩＮのうちの最大値Ｍ１となる。しかしながら、ＣＴ飽和が発生するほど故障電流が大きい外部故障の場合には、負荷電流が故障電流に対して小さいことから、最大値Ｍ１と最大値Ｍ２との差はない。そのため、時刻ｔ２ａ以降、抑制量ＩＲ１は比較的大きな値で一定となる。具体的には、単相の電流変成器（この場合、ＣＴａ）が飽和することで波形が大きく乱れているが、本実施の形態では、各相電流および中性点電流の最大値を抑制量とする最大値抑制方式を採用しているため、十分な抑制量を確保できていることが理解される。
　差動量ＩＤ１は、ＣＴ飽和発生時においてゼロよりも大きい値、ＣＴ非飽和時においてはゼロとなる。具体的には、差動量ＩＤ１は図８に示すように変化する。
　図８は、ＣＴ飽和時およびＣＴ非飽和時における差動量の推移を説明するための図である。ＣＴ飽和が進むと差動量ＩＤ１は大きくなり、ＣＴ飽和から復帰すると差動量ＩＤ１は小さくなる。そのため、領域判定部２１の信号Ｓａは、ＣＴ飽和が進むと差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１が動作域に入り、ＣＴ飽和から復帰すると差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１は動作域から出る。ＣＴが飽和した場合でも十分な抑制量を確保できていることから動作域に存在する時間が短い。すなわち、信号Ｓａの値が“１”を維持する時間は短い。したがって、この時間は動作タイマ２２の時間Ｔ２未満となるため、図７に示すように、信号Ｓｂは値“１”とはならず、保護信号は出力されない。すなわち、外部故障発生時における零相電流差動リレー４０の誤動作を防止できていることが理解される。
　＜変形例＞
　（機能構成）
　図９は、実施の形態１の変形例に従う零相電流差動リレーの機能構成の一例を示すブロック図である。図９を参照して、零相電流差動リレー４０Ａは、主たる機能構成として、差動量算出部２１０と、抑制量算出部２２０Ａと、電流変化検出部２３０Ａと、動作判定部２４０と、メモリ部２５０と、零電流判定部２６０と、設定部２７０とを含む。これらの構成は、例えば、処理回路により実現される。なお、差動量算出部２１０および動作判定部２４０の構成は、図３で説明したものと同一であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
　電流変化検出部２３０Ａは、図４の電流変化検出部２３０の構成からワンショットタイマ５６を削除した構成に相当する。電流変化検出部２３０Ａは、検出結果として、各相電流が変化したことを示す信号（例えば、値“１”の信号）、または、各相電流が変化していないことを示す信号（例えば、値“０”の信号）を出力する。
　零電流判定部２６０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの実効値のうちの少なくとも１つがゼロになったか否かを判定する。例えば、零電流判定部２６０は、判定結果として、少なくとも１つの実効値がゼロであることを示す信号（例えば、値“１”の信号）、または、いずれの実効値もゼロではないことを示す信号（例えば、値“０”の信号）を出力する。
　設定部２７０は、電流変化検出部２３０Ａの検出結果および零電流判定部２６０の判定結果に基づいて、セット信号またはリセット信号をメモリ部２５０および減算部１５Ａに出力する。具体的には、設定部２７０は、復帰タイマ６３と、動作タイマ６４と、ＯＲゲート６５と、ＳＲ回路６６とを含む。
　ＳＲ回路６６は、電流変化検出部２３０Ａが値“１”を出力した場合（すなわち、電流変化検出部２３０Ａにより電流変化が検出された場合）、セット信号を保持して、当該セット信号をメモリ部２５０および減算部１５Ａに出力する。
　復帰タイマ６３は、電流変化検出部２３０Ａが値“１”を出力した場合、その値を時間Ｔａの間維持する。時間Ｔａ経過後においては、復帰タイマ６３は値“０”を出力する。時間Ｔａは、零相電流差動リレー４０による保護信号の出力後に故障が除去されると見込める時間に設定される。動作タイマ６４は、零電流判定部２６０から出力された値“１”が時間Ｔｂ以上継続した場合に、値“１”を出力する。
　ＯＲゲート６５は、復帰タイマ６３の出力の論理レベルを反転した値および動作タイマ６４の出力値のＯＲ演算を行なう。具体的には、復帰タイマ６３から値“０”が出力されているか（例えば、電流変化検出部２３０Ａにより電流変化が検出されてから時間Ｔａ経過後）、または動作タイマ６４から値“１”が出力されている（例えば、零電流判定部２６０から出力された値“１”が時間Ｔｂ以上継続している）場合には、ＯＲゲート６５は、値“１”を出力し、そうではない場合には値“０”を出力する。
　ＳＲ回路６６は、ＯＲゲート６５から値“１”の入力を受け付けた場合、セット信号をリセットして、リセット信号をメモリ部２５０および減算部１５Ａに出力する。
　上記のように、設定部２７０は、電流変化検出部２３０Ａにより各相電流の変化が検出された場合にセット信号を出力する。また、設定部２７０は、電流変化検出部２３０Ａにより各相電流の変化が検出されてから時間Ｔａが経過した場合（例えば、復帰タイマ６３から値“０”が出力されている場合）、または、各相電流の実効値の少なくとも１つがゼロとなる期間が時間Ｔｂ以上継続した場合（例えば、動作タイマ６４から値“１”が出力されている場合）に、リセット信号を出力する。
　メモリ部２５０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を順次記憶する。具体的には、メモリ部２５０は、設定部２７０からのセット信号を受信していない場合、最新のｍサイクル分（ただし、ｍは、ｍ≧ｎを満たす１以上の整数）の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を保持する。すなわち、メモリ部２５０は、現時点からｍサイクル前までの各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を保持する。一方、メモリ部２５０は、セット信号を受信した場合、最新の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの順次記憶を停止して、セット信号の受信時点（すなわち、各相電流の変化の検出時点）からｍサイクル前までの各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を保持する。また、メモリ部２５０は、設定部２７０からリセット信号を受信した場合、最新の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの順次記憶を再開して、最新のｍサイクル分の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を保持する。
　抑制量算出部２２０Ａは、実効値演算部１３，１６Ａと、減算部１５Ａと、最大値抽出部２０Ａとを含む。実効値演算部１３は、中性点電流Ｉｎの実効値ＩＮを算出する。
　減算部１５Ａは、セット信号を受信していない場合、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの現時点の瞬時値から、現時点よりもｎサイクル前の瞬時値を減算した減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を算出する。なお、減算部１５Ａは、メモリ部２５０からｎサイクル前の瞬時値を取得する。
　一方、減算部１５Ａは、セット信号を受信した場合、セット信号の受信時点（すなわち、各相電流の変化の検出時点）よりもｍサイクル前の１サイクルを示す基準サイクルにおける各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値をメモリ部２５０から取得する。減算部１５Ａは、各相電流について、現サイクルにおける当該相電流から、基準サイクルにおける当該相電流を減算した電流を減算電流として算出する。具体的には、減算部１５Ａは、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの現サイクルの瞬時値から、基準サイクルの瞬時値を減算した電流を減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊として算出する。
　例えば、ｎおよびｍが“２”の場合における減算部１５Ａの算出方式について説明する。ここでは、図６の時刻ｔ１において電流変化検出部２３０Ａにより各相電流の変化が検出されたとする。
　時刻ｔ１を起点として、時刻ｔ１よりｍサイクル前の１サイクル分のデータ（すなわち、基準サイクルのデータ）を減数側（すなわち、引く側）のデータとして適用する。ここで、ｍサイクルに相当する時間をＴｍ、１サンプリング時間をＴｓとし、１サイクルに相当する時間をＴｃとし、減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を総称してＩｓｕと記載する。
　時刻ｔ１からｋサンプリング時間後（ｋは正の整数）の時刻（ｔ１＋ｋ×Ｔｓ）の減算電流をＩｓｕ（ｔ１＋ｋ×Ｔｓ）と記載する。この場合、例えば、Ｉｓｕ（ｔ１）＝Ｉ（ｔ１）－Ｉ（ｔ１－Ｔｍ）であり、Ｉｓｕ（ｔ１＋Ｔｓ）＝Ｉ（ｔ１＋Ｔｓ）－Ｉ（ｔ１－Ｔｍ＋Ｔｓ）であり、Ｉｓｕ（ｔ１＋２Ｔｓ）＝Ｉ（ｔ１＋２Ｔｓ）－Ｉ（ｔ１－Ｔｍ＋２Ｔｓ）である。
　また、時刻ｔ１からｊサイクル後（ｊは正の整数）の時刻（ｔ１＋ｊ×Ｔｃ）の減算電流をＩｓｕ（ｔ１＋ｊ×Ｔｃ）と記載する。この場合、Ｉｓｕ（ｔ１＋Ｔｃ）＝Ｉ（ｔ１＋Ｔｃ）－Ｉ（ｔ１－Ｔｍ）、Ｉｓｕ（ｔ１＋Ｔｃ＋Ｔｓ）＝Ｉ（ｔ１＋Ｔｃ＋Ｔｓ）－Ｉ（ｔ１－Ｔｍ＋Ｔｓ）、Ｉｓｕ（ｔ１＋Ｔｃ＋２Ｔｓ）＝Ｉ（ｔ１＋Ｔｃ＋２Ｔｓ）－Ｉ（ｔ１－Ｔｍ＋２Ｔｓ）である。このことから、時刻（ｔ１＋ｋ×Ｔｓ）における減数側の電流値と、時刻（ｔ１＋ｊ×Ｔｃ＋ｋ×Ｔｓ）における減数側の電流値とは、同一であり、Ｉ（ｔ１－Ｔｍ＋ｋ×Ｔｓ）である。
　上記によると、各相電流の変化が検出された場合、減算部１５Ａは、各相電流について、現サイクルにおける当該相電流から、基準サイクルにおける当該相電流を減算した電流を減算電流として算出する。また、各相電流の変化が検出されてから時間Ｔａが経過した場合または各相電流の実効値のうちの少なくとも１つがゼロになった場合、減算部１５Ａは、各相電流について、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりもｎサイクル前の当該相電流を減算した電流を減算電流として算出する。
　実効値演算部１６Ａは、減算電流Ｉａ＊の実効値Ｉ２ａと、減算電流Ｉｂ＊の実効値Ｉ２ｂと、減算電流Ｉｃ＊の実効値Ｉ２ｃとを算出する。最大値抽出部２０Ａは、実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。
　上記のように、抑制量算出部２２０Ａは、常に減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊の実効値Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃを用いて抑制量ＩＲを算出する点で、図３の抑制量算出部２２０とは異なる。故障が発生しておらず電流変化が検出されていない場合には、現サイクルの瞬時値とｎサイクル前の瞬時値とに基づく減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が算出される。故障が発生していない場合には各相電流は負荷電流であるため、実効値Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃはゼロとなる。したがって、零相電流差動リレー４０Ａは動作しない。
　また、故障が発生して電流変化が検出された場合には、現サイクルの瞬時値と基準サイクルにおける瞬時値とに基づく減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が算出される。この場合、減算電流は、故障電流から負荷電流の影響が除外された電流となる。そのため、図３の構成と同様に、中性点電流が小さい場合であっても零相電流差動リレー４０Ａは高感度に内部故障を検出できる。
　ここで、仮に、故障が発生して電流変化が検出された場合でも、現サイクルの瞬時値とｎサイクル前の瞬時値とに基づいて減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を算出する構成であったとすると、故障発生からｎサイクル経過後において減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊の実効値はゼロになる。したがって、ｎサイクル経過後において故障が継続している場合には、零相電流差動リレー４０Ａが適切に動作できない。例えば、外部故障においてＣＴ飽和が発生した場合、十分な抑制量を確保することができず誤動作する可能性がある。
　したがって、本実施の形態の変形例では、故障が継続しても負荷電流の影響のない故障電流のみを含む各相電流が算出される。具体的には、現サイクルの各相電流の瞬時値と、電流変化の検出時点からｍサイクル前の基準サイクルにおける各相電流の瞬時値とに基づく減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が算出される。これにより、故障発生からｎサイクル経過後においても、基準サイクルにおけるデータを繰り返し利用することにより、負荷電流の影響のない各相電流（すなわち、減算電流）が得られる。したがって、零相電流差動リレー４０Ａは、故障発生時に適切に動作することができる。
　（内部故障時の動作例）
　図１０は、実施の形態１の変形例に従う零相電流差動リレーにおける内部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１０では、ａ相の内部地絡故障発生時において中性点電流が小さい場合を想定する。また、ｎ＝２、ｍ＝２であるとする。
　図１０を参照して、波形８１０はａ相電流Ｉａを示す波形であり、波形８２０は、減算部１５Ａで用いられる減数側のａ相電流を示す波形であり、波形８３０は減算電流Ｉａ＊を示す波形である。波形８１０に示すように、時刻ｔ０において内部故障が発生するとａ相電流Ｉａは大きくなる。
　電流変化検出部２３０Ａは、時刻ｔ１において各相電流の変化を検出して、値“１”を出力する。波形８２０に示すように、各相電流の変化が検出される前においては、減数側の電流値は、ｎサイクル前の電流値となる。一方、各相電流の変化が検出されると（すなわち、値“１”が出力されると）、減数側の電流値は、基準サイクルの電流値となる。そのため、波形８３０に示すように、各相電流の変化検出前においては、ａ相電流Ｉａは負荷電流のみであるため、減算電流Ｉａ＊はゼロとなる。一方、各相電流の変化検出後においては、減算電流Ｉａ＊は、ａ相電流Ｉａから負荷電流が除去されたａ相故障電流となる。
　したがって、各相電流の変化検出後において、抑制量ＩＲ１は、負荷電流が除去された実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃを用いて算出された値を維持する。このことから、実施の形態１の変形例においても、故障発生時に瞬時に電流変化を検出し、負過電流が除去された実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃを用いた抑制量ＩＲ１を確保できるため、高感度に内部故障を検出できることが理解される。なお、同様に、外部故障時においてＣＴ飽和が発生した場合でも、十分な抑制量ＩＲ１が得られるため零相電流差動リレーの誤動作を防止できる。
　実施の形態２．
　実施の形態２では、実施の形態１に従う零相電流差動リレー４０に、外部故障検出時におけるロック機能を追加した構成について説明する。
　図１１は、実施の形態２に従う零相電流差動リレー４０Ｂを示すブロック図である。図１１を参照して、零相電流差動リレー４０Ｂは、零相差動リレー部３１０と、出力制御部３２０とを含む。零相差動リレー部３１０は、実施の形態１で説明した零相電流差動リレー４０または４０Ａに対応する。ただし、零相差動リレー部３１０から出力される信号Ｓｂは、遮断器ではなく出力制御部３２０に出力される。実施の形態２に従う零相電流差動リレー４０Ｂは、零相電流差動リレー４０または４０Ａに、出力制御部３２０を追加した構成に対応する。
　零相差動リレー部３１０は、図３または図９で説明したように、信号Ｓｂを出力する。具体的には、信号Ｓｂが値“１”の場合には、零相差動リレー部３１０が動作し、三相変圧器３０の保護信号が出力されることを示している。一方、信号Ｓｂが値“０”の場合には零相差動リレー部３１０が動作していないことを示している。
　出力制御部３２０は、外部故障検出部３２２と、ＡＮＤゲート３２４とを含む。外部故障検出部３２２は、外部故障を検出し、検出結果に応じた信号Ｘｃを出力する。具体的には、外部故障検出部３２２は、外部故障を検出した場合には値“１”の信号Ｘｃを出力し、外部故障を検出していない場合には値“０”の信号Ｘｃを出力する。外部故障検出部３２２の具体的な構成については後述する。
　ＡＮＤゲート３２４は、零相差動リレー部３１０の出力値と、外部故障検出部３２２の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行ない、信号Ｘｓを出力する。典型的には、値“１”の信号Ｘｓの出力に応じて保護信号（例えば、トリップ信号）が遮断器に出力される。これにより、遮断器が開放され、三相変圧器３０は電力系統から分離される。
　例えば、零相差動リレー部３１０が動作しており（すなわち、信号Ｓｂの値が“１”）、かつ信号Ｘｃの値が“０”である場合に、ＡＮＤゲート３２４は、値“１”の信号Ｘｓを出力する。すなわち、零相差動リレー部３１０が動作しており、かつ外部故障検出部３２２により外部故障が検出されていない場合には、零相差動リレー部３１０からの保護信号がそのまま出力される。
　そうではない場合には、ＡＮＤゲート３２４は、値“０”の信号Ｘｓを出力する。したがって、零相差動リレー部３１０が動作していても、外部故障が検出された場合（すなわち、外部故障検出部３２２の信号Ｘｃの値が“１”の場合）には、零相差動リレー部３１０による動作出力はロックされる。すなわち、出力制御部３２０は、外部故障が発生している場合に、零相差動リレー部３１０による保護信号の出力をロックする機能を有する。
　図１２は、実施の形態２に従う外部故障検出部３２２の機能構成を説明するための図である。図１２を参照して、外部故障検出部３２２は、電流変化検出部２３０と、差動量算出部４１０と、抑制量算出部４２０と、信号出力部４３０とを含む。図１２の電流変化検出部２３０は、図４の電流変化検出部２３０と同一である。
　差動量算出部４１０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃと中性点電流Ｉｎとの加算電流の絶対値を差動量ＩＤ２として算出する。具体的には、差動量算出部４１０は、加算部８３と、絶対値演算部８４とを含む。加算部８３は、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃから受信した相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃと中性点電流Ｉｎとの加算電流Ｉｄ２＊（＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｎ）を絶対値演算部８４へ出力する。絶対値演算部８４は、加算電流Ｉｄ２＊の絶対値（すなわち、｜Ｉｄ２＊｜）を差動量ＩＤ２として算出する。
　抑制量算出部４２０は、各相における減算電流の絶対値および中性点電流の絶対値のうちの最大値を抑制量ＩＲ２として算出する。具体的には、抑制量算出部４２０は、絶対値演算部８５，８７と、減算部８６と、最大値抽出部８８とを含む。絶対値演算部８５は、中性点電流Ｉｎの絶対値｜Ｉｎ｜を算出する。
　減算部８６は、図３の減算部１５と実質的に同一である。すなわち、減算部８６は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの現サイクルの瞬時値から、現サイクルよりもｎサイクル前の瞬時値を減算した減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を算出する。絶対値演算部８７は、減算電流Ｉａ＊の絶対値｜Ｉａ＊｜と、減算電流Ｉｂ＊の絶対値｜Ｉｂ＊｜と、減算電流Ｉｃ＊の絶対値｜Ｉｃ＊｜とを算出する。最大値抽出部８８は、絶対値｜Ｉａ＊｜，｜Ｉｂ＊｜，｜Ｉｃ＊｜，｜Ｉｎ｜のうちの最大値を抑制量ＩＲ２として算出する。
　信号出力部４３０は、電流変化検出部２３０により各相電流の変化が検出された場合であって、かつ差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が動作域に存在しない場合に（すなわち、外部領域に存在する場合）、保護信号の出力をロックするためのロック信号を出力する。具体的には、信号出力部４３０は、領域判定部８９と、ＡＮＤゲート９０と、動作タイマ９１と、復帰タイマ９２とを含む。
　領域判定部８９は、次式（３）および（４）に従って差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が動作域の外部に存在するか否かを判定する。
　ＩＤ２＜Ｋ２　　…（３）
　ＩＤ２＜ｐ２×ＩＲ２　　…（４）
　ここで、Ｋ２は最小動作感度を示す整定値（以下、最小感度値Ｋ２と称する）であり、ｐ２はＣＴの誤差などで動作しないよう整定される比率である。
　図１３は、実施の形態２に従う領域判定部の動作特性図である。図１３の縦軸は差動量ＩＤ２を示し、横軸は抑制量ＩＲ２を示す。図１３を参照して、領域判定部８９は、抑制量ＩＲ２および差動量ＩＤ２を示す点（ＩＲ２，ＩＤ２）が外部領域に存在する場合に、値“１”の信号Ｘｂを出力する。一方、領域判定部８９は、点（ＩＲ２，ＩＤ２）が外部領域に存在しない場合に、値“０”の信号Ｘｂを出力する。
　再び、図１２を参照して、ＡＮＤゲート９０は、電流変化検出部２３０の出力値と、領域判定部８９の出力値とのＡＮＤ演算を行ない、信号Ｘｃを出力する。電流変化検出部２３０により電流変化が検出された場合（すなわち、信号Ｘａの値が“１”である場合）であって、かつ、領域判定部８９により点（ＩＲ２，ＩＤ２）が外部領域に存在すると判定された場合（すなわち、信号Ｘｂの値が“１”の場合）に、ＡＮＤゲート９０は値“１”の信号Ｘｃを出力する。
　動作タイマ９１は、ＡＮＤゲート９０の信号Ｘｃの値“１”が時間Ｔоｐ以上継続した場合に、値“１”を復帰タイマ９２に出力する。復帰タイマ９２は、動作タイマ９１が値“１”を出力した場合、その値を時間Ｔｒｅの間維持する。時間Ｔｒｅは時間Ｔоｐよりも長く設定される。復帰タイマ９２から出力される値“１”の信号Ｘｃは、零相差動リレー部３１０の動作出力をロックするロック信号に相当する。
　動作タイマ９１の時間Ｔоｐは、外部故障時にＣＴ飽和が発生するまでに零相差動リレー部３１０の動作出力をロックできるように設定される。ＣＴ飽和が進行し過ぎると零相差動リレー部３１０の動作出力をロックできないため、例えば、当該ロックが可能な時間が、故障発生から１／４サイクル（すなわち、電気角９０°）経過するまでの時間であるとする。この場合、ＣＴ飽和が生じるような大電流故障に対して、電流変化検出部２３０による検出時間と、動作タイマ９１の時間Ｔоｐとの合計時間が１／４サイクル期間未満にする必要がある。
　例えば、図７の場合と同様に外部故障時にＣＴ飽和が発生した場合における電流変化検出部２３０による検出時間は１／１２サイクル（すなわち、電気角３０°）に相当する時間である。この場合、動作タイマ９１の時間Ｔоｐは１／１２～１／６サイクル（すなわち、電気角３０°～６０°）に相当する時間に設定される。本実施の形態では、時間Ｔоｐは、マージンを考慮して１／１２サイクルに相当する時間に設定される。この場合、電流変化検出部２３０による検出時間と時間Ｔоｐとの合計時間は２／１２サイクル（すなわち、１／４サイクル未満）に相当する時間となる。
　復帰タイマ９２の時間Ｔｒｅは、外部故障発生からＣＴ飽和が収束するまでの時間以上に設定される。ＣＴ飽和は故障電流に含まれる直流成分に依存するため、時間Ｔｒｅは、直流成分の時定数（例えば、５～２０サイクル期間）程度に設定される。
　また、電流変化検出部２３０のワンショットタイマ５６の時間Ｔ１は、外部故障検出部３２２における動作タイマＴоｐよりも長い時間に設定される。例えば、時間Ｔ１は、マージンを考慮して１サイクルに相当する時間に設定される。
　上記のように外部故障検出部３２２を構成することにより、外部故障が発生した場合には瞬時に零相差動リレー部３１０による保護信号の出力をロックできる。一方、内部故障が発生した場合には零相差動リレー部３１０により保護信号が出力される。したがって、零相差動リレー部３１０によるＣＴ飽和の誤動作をより精度よく防止できる。
　なお、信号出力部４３０では、故障電流のみを含む減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が抑制量ＩＲ２の算出に用いられる。これにより、内部故障にも関わらず外部故障と判定することを防止できる。具体的には、負荷電流と故障電流とを含む各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを用いて抑制量を算出する構成では、内部故障発生時に故障電流の方が負荷電流よりも大きい場合には、抑制量が差動量よりも大きくなる。この場合、信号出力部４３０は、外部故障が発生したと誤判定してしまう可能性がある。一方、負荷電流の影響を除いた減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を用いて抑制量を算出する構成では、内部故障が発生した場合に差動量が抑制量よりも大きくなるため、外部故障発生との誤判定を防止できる。
　また、信号出力部４３０で用いられる差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２は、実効値演算ではなく絶対値演算により算出される。実効値演算を採用した場合、差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２の算出時間に遅延が生じることで、内部故障発生時に十分な差動量を確保するまでに時間がかかる。その結果、抑制量が差動量よりも大きくなって、内部故障発生時において外部故障が発生したと誤判定してしまう可能性がある。一方、絶対値演算を採用する場合には、内部故障発生時に即時に十分な差動量を確保することができるため、外部故障発生との誤判定を防止できる。
　図１４は、実施の形態２に従う外部故障検出部における外部故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１４では、図７と同様に、ＣＴ飽和が発生するほど故障電流が大きい外部故障（例えば、外部三相短絡故障）が発生した場合を想定する。また、電流変成器ＣＴＮが飽和したものとする。
　図１４を参照して、時刻ｔ０ｂにおいて外部故障が発生すると、ａ相電流Ｉａは大きくなり、中性点電流Ｉｎにも変化が生じる。
　電流変化検出部２３０は、時刻ｔ１ｂにおいて各相電流の変化を検出して、値“１”の信号Ｘａを出力する。時刻ｔ０ｂから時刻ｔ１ｂまでの時間（すなわち、電流変化検出部２３０の検出時間）は、例えば、１／１２サイクルに相当する時間である。
　領域判定部８９は、外部故障発生前の時刻ｔ０ｂ以前においては、差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が動作域以外の外部領域に存在するため、値“１”の信号Ｘｂを出力している。また、時刻ｔ０ｂで外部故障が発生した場合でもＣＴ飽和が発生するまでは、差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が外部領域に存在するため、値“１”の信号Ｘｂの出力を維持する。時刻ｔ３ｂにおいて電流変成器ＣＴＮにおいてＣＴ飽和が発生すると、差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が動作域に存在するため、値“０”の信号Ｘｂを出力する。以降、領域判定部８９は、ＣＴ飽和時においては値“０”の信号Ｘｂを出力し、ＣＴ非飽和時においては値“１”の信号Ｘｂを出力する。
　また、電流変化検出部２３０により各相電流の変化が検出され、かつ領域判定部８９により差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が外部領域に存在すると判定された状態（すなわち、信号Ｘａおよび信号Ｘｂの値が“１”の状態）が、動作タイマ９１の時間Ｔоｐ（例えば、１／１２サイクルに相当する時間）継続した時刻ｔ２ｂにおいて、値“１”の信号Ｘｃが出力される。これにより、零相差動リレー部３１０の動作出力がロックされる。
　図１４に示すように、電流変成器ＣＴＮが飽和する時刻ｔ３ｂよりも前の時刻ｔ２ｂにおいて零相差動リレー部３１０の動作出力がロックされる。そのため、ＣＴ飽和による零相差動リレー部３１０の誤動作をより精度よく防止できる。
　その他の実施の形態．
　（１）上述した実施の形態において、図５の電流変化検出部２３０の構成では、変化ΔＩａ，ΔＩｂ，ΔＩｃの加算値ΔＩに基づいて電流変化を検出する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、加算値ΔＩに中性点電流Ｉｎの変化ΔＩｎ（＝｜｜Ｉｎ｜－｜Ｉｎ（ｔ－Ｔα）｜｜）を加算してもよい。
　（２）上述した実施の形態における図３では、各相電流の変化が検出されていない場合には各相電流の実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃおよび中性点電流の実効値ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出し、各相電流の変化が検出されている場合には、減算電流の実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃおよび中性点電流の実効値ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、各相電流の変化が検出されていない場合には実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃのうちの最大値に実効値ＩＮを加算した値を抑制量ＩＲ１として算出し、各相電流の変化が検出されている場合には実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃのうちの最大値に実効値ＩＮを加算した値を抑制量ＩＲ１として算出する構成であってもよい。
　まとめると、各相電流の変化が検出されていない場合には、抑制量算出部２２０は、各実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃ，ＩＮの最大値、または各実効値Ｉ１ａ～Ｉ１ｃの最大値に実効値ＩＮを加算した加算値を抑制量ＩＲ１として算出すればよい。また、各相電流の変化が検出されている場合には、抑制量算出部２２０は、各実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値、または各実効値Ｉ２ａ～Ｉ２ｃの最大値に実効値ＩＮを加算した加算値を抑制量ＩＲ１として算出すればよい。
　（３）実施の形態２における絶対値演算部８４，８５，８７では、それぞれ現時点の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流Ｉｎを用いて絶対値演算する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、絶対値演算部８４は、現時点の絶対値｜Ｉｄ２＊｜と現時点よりも数サンプル前の絶対値｜Ｉｄ２＊｜とのうちの大きい方を差動量ＩＤ２として算出する構成であってもよい。最大値抽出部８８は、現時点の各絶対値｜Ｉａ＊｜，｜Ｉｂ＊｜，｜Ｉｃ＊｜，｜Ｉｎ＊｜の最大値と、現時点よりも数サンプル前の各絶対値｜Ｉａ＊｜，｜Ｉｂ＊｜，｜Ｉｃ＊｜，｜Ｉｎ＊｜の最大値とのうちの大きい方を抑制量ＩＲ２として算出する構成であってもよい。
　これにより、一定量の交流入力に対し、絶対値の瞬時値がゼロあるいはゼロ付近になる場合でも数サンプル前は一定以上の値になるので、領域判定部８９の判定精度を向上させることができる。これにより、外部故障時においてＣＴ飽和が発生し、それによる差動量と抑制量との比率が、比率特性で不要動作が避けられないような厳しいＣＴ飽和であっても、より精度よく外部故障と判定することができる。
　（４）上述した実施の形態２では、零相差動リレー部３１０が実施の形態１における零相電流差動リレー４０または４０Ａに対応する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、零相差動リレー部３１０は、抑制量を算出する際にスカラー和方式を採用した零相差動リレー部であってもよい。
　具体的には、当該零相差動リレー部は、図３の差動量算出部２１０と、スカラー和方式を用いて抑制量を算出する抑制量算出部と、図３の動作判定部２４０とを含む。
　差動量算出部２１０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに基づく零相電流と中性点電流Ｉｎとに基づいて、差動量ＩＤ１を算出する。抑制量算出部は、零相電流（３×Ｉ０）の実効値と、中性点電流Ｉｎの実効値との和（すなわち、スカラー和）を抑制量として算出する。動作判定部２４０は、差動量ＩＤ１および抑制量が動作域に存在する場合に、三相変圧器３０を保護するための保護信号を出力する。動作判定部２４０の領域判定部２１および動作タイマ２２の機能については説明を繰り返さない。
　スカラー和方式を採用した場合、負荷電流の影響を取り除くことができる。そのため、負荷電流に対して故障電流が小さい（すなわち、中性点電流が小さい）内部故障が発生した場合に、抑制量が大きくならないため、高感度な内部故障検出が可能となる。
　しかしながら、スカラー和方式を採用した場合には、外部故障時においてＣＴ飽和発生時において、抑制量がゼロとなる。この場合、動作判定部２４０が、外部故障にも関わらず内部故障と誤判定することにより、零相差動リレー部が誤動作する可能性がある。しかしながら、実施の形態２に従う出力制御部３２０によれば、外部故障が発生した場合には瞬時に当該零相差動リレー部による保護信号の出力をロックできる。そのため、スカラー和抑制方式を採用した零相差動リレー部によるＣＴ飽和の誤動作を防止できる。
　（５）上述の実施の形態として例示した構成は、本開示の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
３０　三相変圧器、３４　中性点、３５　接地極、３６　接地線、３７ａ，３７ｂ，３７ｃ　線路、４０，４０Ａ，４０Ｂ　零相電流差動リレー、１００　入力変換部、１０１　補助変成器、１１０　Ａ／Ｄ変換部、１２０　演算処理部、１３０　Ｉ／０部、２１０，４１０　差動量算出部、２２０，２２０Ａ，４２０　抑制量算出部、２３０，２３０Ａ　電流変化検出部、２４０　動作判定部、２５０　メモリ部、２６０　零電流判定部、２７０　設定部、３１０　零相差動リレー部、３２０　出力制御部、３２２　外部故障検出部、４３０　信号出力部。

Claims (7)

  1. 　Ｙ結線巻線を含む三相変圧器を保護するための零相電流差動リレーであって、
    　前記Ｙ結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義され、
    　各前記相電流に基づく零相電流と前記中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部と、
    　各前記相電流の変化を検出する電流変化検出部と、
    　前記電流変化検出部の検出結果と各前記相電流と前記中性点電流とに基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部とを備え、
    　前記第１抑制量算出部は、
    　　各前記相電流について、現サイクルの当該相電流から、前記現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、
    　　各前記相電流の変化が検出された場合、各相における前記減算電流の実効値および前記中性点電流の実効値のうちの第１最大値、または各相における前記減算電流の実効値の最大値に前記中性点電流の実効値を加算した第１加算値を前記第１抑制量として算出し、
    　前記第１差動量および前記第１抑制量が動作域に存在する場合に、前記三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部をさらに備える、零相電流差動リレー。
  2. 　前記第１抑制量算出部は、
    　　各前記相電流について、前記現サイクルの当該相電流から、前記現サイクルよりもｎサイクル前（ｎは１以上の整数）の当該相電流を減算した電流を前記減算電流として算出し、
    　　各前記相電流の変化が検出されてから第１の時間が経過するまでの期間、前記第１最大値または前記第１加算値を前記第１抑制量として算出し、
    　　前記第１の時間は、前記ｎサイクルに相当する時間よりも短い、請求項１に記載の零相電流差動リレー。
  3. 　各前記相電流の変化が検出されてから前記第１の時間が経過した場合、前記第１抑制量算出部は、各前記相電流の実効値および前記中性点電流の実効値のうちの第２最大値、または各前記相電流の実効値の最大値に前記中性点電流の実効値を加算した第２加算値を前記第１抑制量として算出する、請求項２に記載の零相電流差動リレー。
  4. 　前記第１抑制量算出部は、各前記相電流の変化が検出された場合、各前記相電流について、前記現サイクルにおける当該相電流から、前記変化が検出された時点よりもｍサイクル前（ｍは１以上の整数）の１サイクルを示す基準サイクルにおける当該相電流を減算した電流を前記減算電流として算出する、請求項１に記載の零相電流差動リレー。
  5. 　各前記相電流の変化が検出されてから第２の時間が経過した場合または各前記相電流の実効値のうちの少なくとも１つがゼロになった場合、前記第１抑制量算出部は、各前記相電流について、前記現サイクルの当該相電流から、前記現サイクルよりもｎサイクル前（ｎは、ｎ≦ｍを満たす１以上の整数）の当該相電流を減算した電流を前記減算電流として算出する、請求項４に記載の零相電流差動リレー。
  6. 　前記動作判定部による前記保護信号の出力をロックする出力制御部をさらに備え、
    　前記出力制御部は、
    　　各前記相電流と前記中性点電流との加算電流の絶対値を第２差動量として算出する第２差動量算出部と、
    　　各相における前記減算電流の絶対値および前記中性点電流の絶対値のうちの最大値を第２抑制量として算出する第２抑制量算出部と、
    　　各前記相電流の変化が検出された場合であって、かつ前記第２差動量および前記第２抑制量が第２動作域に存在しない場合に、前記保護信号の出力をロックするためのロック信号を出力する信号出力部とを含む、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の零相電流差動リレー。
  7. 　Ｙ結線巻線を含む三相変圧器を保護するための零相電流差動リレーであって、
    　前記Ｙ結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義され、
    　各前記相電流に基づく零相電流と前記中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部と、
    　各前記相電流と前記中性点電流とのスカラー和に基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部と、
    　前記第１差動量および前記第１抑制量が動作域に存在する場合に、前記三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部と、
    　前記動作判定部による前記保護信号の出力をロックする出力制御部とを備え、
    　前記出力制御部は、
    　　各前記相電流の変化を検出する電流変化検出部と、
    　　各前記相電流と前記中性点電流との加算電流の絶対値を第２差動量として算出する第２差動量算出部と、
    　　各前記相電流と前記中性点電流とに基づいて、第２抑制量を算出する第２抑制量算出部とを含み、
    　前記第２抑制量算出部は、
    　　各前記相電流について、現サイクルの当該相電流から、前記現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、
    　　各相における前記減算電流の絶対値および前記中性点電流の絶対値のうちの最大値を第２抑制量として算出し、
    　前記出力制御部は、各前記相電流の変化が検出された場合であって、かつ前記第２差動量および前記第２抑制量が第２動作域に存在しない場合に、前記保護信号の出力をロックするためのロック信号を出力する信号出力部をさらに含む、零相電流差動リレー。
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