(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の交流電流を一定時間間隔でサンプリングして、アナログ／ディジタル変換されたディジタル量として取り込み、前記交流電流のディジタル量をもとにそれらのベクトル和の振幅値とスカラー和とを演算し、前記ベクトル和の振幅値とスカラー和から得られる合成電気量を演算して出力する合成電気量演算要素と、前記合成電気量演算手段からの合成電気量が所定値（Ｋ１）以上となったときに出力する第１の演算要素と、前記第１の演算要素出力を条件に前記同様の合成電気量を積算し、ここで積算した合成電気量の値が所定値（Ｋ２）以上となったときに出力する第２の演算要素とを備え、前記第２の演算要素の出力を、保護指令出力とすることを特徴とする比率差動継電器。
【請求項２】
請求項１記載の比率差動継電器において、前記ベクトル和の振幅値が所定値（Ｋ３）以上となったときに出力する第３の演算要素を付加し、前記第１の演算要素出力と前記第３の演算要素とが共に導出されたとき動作する論理積出力と、前記第２の演算要素出力との論理和出力を保護指令出力とする手段を備えたことを特徴とする比率差動継電器。
【請求項３】
請求項１記載の比率差動継電器において、前記合成電気量演算手段からの合成電気量が所定値（Ｋ４）以上となったときに出力する第４の演算要素を付加し、前記第１演算要素の出力と前記第４の演算要素出力とが共に導出されたとき動作する論理積出力と、前記第２の演算要素出力との論理和出力を保護指令出力とする手段を備えたことを特徴とする比率差動継電器。
【請求項４】
請求項１記載の比率差動継電器において、前記第２の演算要素に代えて、前記第１の演算要素出力を条件に、前記ベクトル和の振幅値を積算し、この積算値が所定値（Ｋ５）以上となったときに出力する第５の演算要素を備え、前記第５の演算要素の出力を保護指令出力とする手段を備えたことを特徴とする比率差動継電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機等の回転機及びその他の機器の保護に用いられる比率差動継電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は発電機の保護回路を示し、図１１において、Ｇは発電機、ＴＲは変圧器、ＣＢはしゃ断器であり、しゃ断器ＣＢを介して系統へ電力を供給する状態を示す。ＣＴ１，ＣＴ２は計器用変流器であり、これらＣＴ１及びＣＴ２からの電流を発電機をまたいで設けた比率差動継電器８７へ導入する構成となっている。
【０００３】
図１２は図１３の（ａ）に示す動作領域を有する可変比率特性を有する比率差動継電器の機能ブロック図であり、これは図１２の比率差動継電器８７に対応する。ＣＴ１及びＣＴ２から導入された電流ＩＣＴ１  ，ＩＣＴ２  はアナログ／ディジタル変換器Ａ／Ｄを通して、ディジタル量Ｉ１  ，Ｉ２  に変換され、演算部ＣＰＵにおいてソフト処理される。
【０００４】
１１は動作量作成部であり、入力されたディジタル量Ｉ１  ，Ｉ２  とのベクトル和Ｉｄ＝Ｉ１  ＋Ｉ２  （Ｉｄ：動作量と称す）を作成する。又、振幅値演算部１２ではこの動作量Ｉｄの振幅値｜Ｉｄ｜を求める。
【０００５】
振幅値演算部１３，１４では入力された夫々のディジタル量Ｉ１  及びＩ２  の振幅値｜Ｉ１  ｜，｜Ｉ２  ｜を求め、ここで夫々求めた振幅値を抑制量作成部１５へ導入し、抑制量作成部１５ではディジタル量Ｉ１  ，Ｉ２  のスカラー和｜Ｉｒ｜＝｜Ｉ１  ｜＋｜Ｉ２  ｜（Ｉｒ：抑制量と称す）を作成する。
【０００６】
又、この抑制量Ｉｒが比率演算部１６，１７で夫々ｋ１，ｋ２倍（ｋ１，ｋ２は定数）される。加算回路１８では振幅値演算部１２及び比率演算部１６での演算結果を加算（｜Ｉｄ｜−ｋ１・｜Ｉｒ｜）し、この合成電気量がＤＦ１判定部２０で一定値以上となったときに、ＤＦ１判定部２０は出力する。以上をまとめると（１）  式となり、ＤＦ１の特性図となる。
【０００７】
又、前記加算回路１９出力からの合成電気量はＤＦ２判定部２１へ導入され、ＤＦ２判定部２１で一定値以上となったときにＤＦ２判定部２１は出力する。以上をまとめると（２）  式となり、図１２のＤＦ１判定部２０及びＤＦ２判定部２１の２つの出力の論理積を保護指令３１として出力する。
【０００８】
【数１】
｜Ｉｄ｜−ｋ１・｜Ｉｒ｜≧ｋ３（ｋ３は定数）      ………（１）
｜Ｉｄ｜−ｋ２・｜Ｉｒ｜≧ｋ４（ｋ４は定数）      ………（２）
【０００９】
図１１のＦ１のように発電機の至近端で外部事故が発生すると、大きな事故電流が発生する。この事故電流に過渡直流分が重畳した場合、ＣＴの鉄心の磁束が増大し飽和を起こすことがある。
【００１０】
ＣＴ１，ＣＴ２とも同様のＣＴ飽和を起こした場合はＣＴ１とＣＴ２の２次電流波形の差は小さく、これによる差動電流（動作量）は図１３の（ｂ）に示すＣＴ飽和領域に存在することになり、継電器の動作域へは入らず、継電器は動作することはない。このように従来の比率差動継電器は可変比率特性を持たせることで継電器の誤動作を防止している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１１のＦ２のような、遠方端事故時のＣＴ飽和について図１５を用いて説明する。図１１のＦ２のように発電機の遠方端で事故が発生するとＣＴ１，ＣＴ２を通過する事故電流は小さく、重畳する過渡直流分もこれに比例した値となる。
【００１２】
しかし、これが長時間続くと過渡直流分によるＣＴの鉄心の磁束が時間と共に蓄積され飽和を起こす。この結果、ＣＴ飽和は事故発生時点から時間をおいて発生することになる。ＣＴ飽和はＣＴの特性，事故電流の大きさ，過渡直流分の大きさなどにより、その様子が変わるが、ＣＴ１，ＣＴ２のＣＴ特性が異なる場合はＣＴ飽和までの時間が異なるため、事故発生から時間遅れを生じて差動電流（動作量）Ｉｄが発生する。
【００１３】
又、遠方端では抑制量Ｉｒが小さいため、図１４の（ｂ）に示すような継電器の動作域へＣＴ飽和域が入る場合があり、継電器の誤動作を招いてしまう問題があった。このように従来の比率差動継電器の可変比率特性では遠方端の外部事故が長時間継続する場合には、比率差動継電器が誤動作する可能性があった。
【００１４】
又、この誤動作を逃れるためには比率差動継電器の動作比率を低くすることも考えられるが、回転機の保護上、一定以上に比率の感度を落とすことが困難である。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、比率差動継電器の外部遠方端事故で事故電流が小さく、かつ過渡直流分が長時間発生したときに、比率差動継電器に適用しているＣＴが飽和を起こしても誤動作しない比率差動継電器を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る比率差動継電器は、２つ以上の交流電流を一定時間間隔でサンプリングして、アナログ／ディジタル変換されたディジタル量として取り込み、前記交流電流のディジタル量をもとにそれらのベクトル和の振幅値とスカラー和とを演算し、前記ベクトル和の振幅値とスカラー和から得られる合成電気量を演算して出力する合成電気量演算要素と、前記合成電気量演算手段からの合成電気量が所定値（Ｋ１）以上となったときに出力する第１の演算要素と、前記第１の演算要素出力を条件に前記同様の合成電気量を積算し、ここで積算した合成電気量の値が所定値（Ｋ２）以上となったときに出力する第２の演算要素とを備え、前記第２の演算要素の出力を、保護指令出力とする手段を備えた。
【００１７】
したがって遠方端の外部事故で事故電流が小さく、かつ過渡直流分が長時間発生して比率差動継電器に適用しているＣＴが飽和を起こした場合には、第１の演算要素２０，２１との判定が両方とも出力され、可変比率特性の内部に入ることがある。
【００１８】
しかしこの場合には、第２の演算要素である反限時判定部に起動入力が発せられる。そこで反限時判定部にて動作量｜Ｉｄ｜と比率演算部でｋ１倍された制御量｜Ｉｒ｜とが加算回路を介して合成電気量として得られるが、外部事故であるためこの積算が所定の値以上となる前に他の継電器により事故が除去されてしまい、継電器誤動作に至らない。
【００１９】
又、内部事故時には第１の演算要素２０，２１との判定が両方とも出力され、可変比率特性の内部に入って反限時判定部に起動入力が発せられる。この場合内部事故であるための他の継電器により事故が除去されることはなく、反限時判定部にて動作量｜Ｉｄ｜と比率演算部１６でｋ１倍された抑制量｜Ｉｒ｜が加算回路１８を通して得られた合成電気量の積算が行なわれ、かつ、この積算が所定の値以上となって継電器動作となる。
【００２０】
又、本発明の請求項２では請求項１において、前記ベクトル和の振幅値が所定値（Ｋ３）以上となったときに出力する第３の演算要素を付加し、前記第１の演算要素出力と前記第３の演算要素とが共に導出されたとき動作する論理積出力と、前記第２の演算要素出力との論理和出力を保護指令出力とする手段を備えた。
【００２１】
又、本発明の請求項３では請求項１において、前記合成電気量演算手段からの合成電気量が所定値（Ｋ４）以上となったときに出力する第４の演算要素を付加し、前記第１演算要素の出力と前記第４の演算要素出力とが共に導出されたとき動作する論理積出力と、前記第２の演算要素出力との論理和出力を保護指令出力とする手段を備えた。
【００２２】
又、本発明の請求項４では請求項１において、前記第２の演算要素に代えて、前記第１の演算要素出力を条件に、前記ベクトル和の振幅値を積算し、この積算値が所定値（Ｋ５）以上となったときに出力する第５の演算要素を備え、前記第５の演算要素の出力を保護指令出力とする手段を備えた。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の請求項１に係る比率差動継電器の一実施例の機能ブロック構成図である。図１において図１２と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。図１の構成上の特徴部分は反限時判定部２３を設けて、論理積回路２２からの起動入力を得る構成としたものである。
【００２４】
したがって起動入力があると反限時判定部２３では、動作量｜Ｉｄ｜と比率演算部１６でｋ１倍された抑制量｜Ｉｒ｜とが加算回路１８を通して合成電気量として得られ、この合成電気量の積算が（３）  式に示すような所定の値以上となるか否かを判定する。
【００２５】
（３）  式を満たした場合には保護指令２４を出力する。又、論理積回路２２を通して導入される起動入力がないときは、前加算回路１８を通して得られる合成電気量の積算をクリアする。
【数２】
∫（｜Ｉｄ｜−ｋ１・｜Ｉｒ｜）ｄｔ≧ｋ５（ｋ５は定数）    ……（３）
【００２６】
次に作用について説明する。
先ず、遠方端の外部事故で事故電流が小さく、かつ過渡直流分が長時間発生して比率差動継電器に適用しているＣＴが飽和を起こした場合には、機能ブロック図のＤＦ１判定部２０とＤＦ２判定部２１との判定が両方とも出力され、図２（ａ）の可変比率特性の動作範囲内に入ることがある。
【００２７】
この場合には、論理積回路２２から反限時判定部２３に起動入力が発せられ、反限時判定部２３にて動作量｜Ｉｄ｜と比率演算部１６でｋ１倍された抑制量｜Ｉｒ｜が加算回路１８を通して合成電気量として得られる。そして合成電気量の積算が行なわれるが、この場合は外部事故であるためこの積算が所定の値以上となる前に他の継電器によって事故が除去されてしまい、継電器誤動作には至らない。
【００２８】
一方、内部事故時には図１の機能ブロック図のＤＦ１判定部２０とＤＦ２判定部２１との判定が両方とも出力されて、図２（ａ）の可変比率特性の保護領域内部に入る。しかし、論理積回路２２から反限時判定部２３に対して起動入力が発せられ他の継電器により事故が除去されることもない。
【００２９】
演算部１６でｋ１倍された抑制量｜Ｉｒ｜が加算回路１８を通して得られる合成電気量の積算が行なわれ、この積算が所定の値以上となって継電器動作となる。又、上記実施例に限定されるものではなく、動作量｜Ｉｄ｜と、比率演算部１７でｋ２倍された抑制量｜Ｉｒ｜とから加算回路１９を介して合成電気量を得、ここで得られた合成電気量を反限時判定部２３に導入するようにしてもよい。
【００３０】
本実施例によれば、保護範囲外部事故電流によるＣＴ飽和の影響でＤＦ１判定部とＤＦ２判定部の両方がその動作判定式を満たしてしまい、図２に示す動作域に至っても、反限時判定部により保護指令の出力には至らず、保護範囲外部事故電流によるＣＴ飽和の影響で誤動作をしない比率差動継電器を提供することが可能となる。
【００３１】
図３は図１の変形例を示す構成図である。本変形例では、比率演算部３２および加算回路３３を別に設けて、動作量｜Ｉｄ｜と比率演算部３２でｋ８倍された抑制量｜Ｉｒ｜が加算回路３３を通して得られる合成電気量から、反限時判定部２３において（４）  式を判定するようにしてもよい。
【数３】
∫（｜Ｉｄ｜−ｋ８・｜Ｉｒ｜）ｄｔ≧ｋ５（ｋ５は定数）    ……（４）
【００３２】
図４は本発明の請求項２に係る比率差動継電器の一実施例の構成図である。本実施例では図１の振幅値演算部１２の出力段にＨＯＣ判定部２５を設けたものである。
【００３３】
そして，ＤＦ１判定部２０の判定出力とＤＦ２判定部２１の判定出力とが論理積回路２２を通して論理積された出力と、ＨＯＣ判定部２５との出力とを論理積回路２６を通して論理積し、更に論理積回路２６の出力と反限時判定部２３の出力とを論理和回路２７を通して論理和された出力を保護指令として出力するようにしたことを特徴とする。
【００３４】
なお、ＨＯＣ判定部２５では、動作量が（５）  式を満足するかを判定する。したがって動作量がＨＯＣ判定部２５の設定値未満であるときは図１と同様に反限時動作域図５（ａ）を有し、設定値以上であるときは瞬時動作域となる。これは図５（ｂ）の特性図に示される。
【数４】
｜Ｉｄ｜≧ｋ６（ｋ６は定数）      ……………（５）
【００３５】
要するに本実施例の比率差動継電器では、その動作域内でかなり大きな動作量Ｉｄが発生する内部事故の場合、比率差動継電器の動作域内の事故であるため、ＤＦ１判定部２０の判定出力とＤＦ２判定部２１の判定出力とが論理積回路２２を通して論理積された出力がありとなる。
【００３６】
又、振幅値演算部１２を通してかなり大きな動作量｜Ｉｄ｜がＨＯＣ判定部２５に導入され、この動作量｜Ｉｄ｜によりＨＯＣ判定部２５にて（５）  式を満たし、ＨＯＣ判定部２５も出力ありとなれば、論理積回路２６を通して論理積回路２２の出力とＨＯＣ判定部２５との出力の論理積が更に出力ありとなる。
【００３７】
論理積回路２６の出力は論理和回路２７を通してこの場合、反限時判定部２３の出力に拘らず、論理和出力ありとなり保護指令を出力する。本実施例によれば、前記図１の比率差動継電器に対し内部事故時の大電流域において、高速に内部事故を検出することが可能となる。
【００３８】
図６は本発明の請求項３に係る比率差動継電器の一実施例の構成図である。本実施例ではＨＯＣ判定部２９を設け、加算回路１８を経由した合成電気量を反限時判定部２３の入力として取り込むと共に、ＨＯＣ判定部２９の入力としても取り込む構成とした。
【００３９】
図６から明らかなように、ＨＯＣ判定部２９においては（６）  式の動作判定が行なわれる。
【数５】
｜Ｉｄ｜−ｋ１・｜Ｉｒ｜≧ｋ６（ｋ６は定数）    ………（６）
【００４０】
したがって動作としては、ＤＦ１判定部２０の判定出力とＤＦ２判定部２１の判定出力とが論理積回路２２を通して論理積された出力と、ＨＯＣ判定部２９との出力とを論理積回路２６を通して論理積し、更に論理積回路２６の出力と反限時判定部２３の出力とを論理和回路２７を通して論理和された出力を保護指令として出力する。
【００４１】
本実施例では比率差動継電器において、その動作域内で動作量｜Ｉｄ｜と比率演算部１６でｋ１倍された抑制量｜Ｉｒ｜とが加算回路１８を通して得られるが、この合成電気量（｜Ｉｄ｜−ｋ１・｜Ｉｒ｜）が内部事故の場合に大となり、しかも比率差動継電器の動作域内の事故であるため、ＤＦ１判定部２０の判定出力とＤＦ２判定部２１の判定出力とが、論理積回路２２を通して論理積された出力ありとなる。
【００４２】
又、振幅値演算部１２を通してかなり大きな前記の合成電気量がＨＯＣ判定部２９に導入され、この合成電気量により、ＨＯＣ判定部２９にて（６）  式を満たしてＨＯＣ判定部２９も出力ありとなる。したがって論理積回路２６を通して、論理積回路２２の出力とＨＯＣ判定部２９との出力の論理積が更に出力ありとなる。
【００４３】
論理積回路２６の出力は論理和回路２７を通してこの場合、反限時判定部２３の出力に拘らずに論理和出力ありとなって保護指令を発する（図７）。本実施例によればＨＯＣ判定部２９が動作する以前は反限時判定部２３による反限時動作をし、内部事故時の大電流域では高速に内部事故を検出し、保護指令を出力する。
【００４４】
又、上記実施例に限定されるものではなく、動作量｜Ｉｄ｜と比率演算部１７でｋ２倍された抑制量｜Ｉｒ｜とから加算回路１９を介して合成電気量を得、ここで得られた合成電気量を反限時判定部２３及びＨＯＣ判定部２４に導入するようにしてもよい。そして、反限時判定部２３では（７）  式を判定することになる。
【数６】
∫（｜Ｉｄ｜−ｋ２・｜Ｉｒ｜）ｄｔ≧ｋ５（ｋ５は定数）    ……（７）
【００４５】
図８は図６の変形例であり、本変形例ではＨＯＣ判定部２９の入力を変えたものである。即ち、図８に示されるように、比率演算部３４及び加算回路３５を別に設け、動作量｜Ｉｒ｜と比率演算部３４でｋ８倍された抑制量｜Ｉｒ｜を、加算回路３５を通して合成電気量として得、この合成電気量をもとにＨＯＣ判定部２９にて、（８）  式を判定するものである。
【数７】
｜Ｉｄ｜−ｋ８・｜Ｉｒ｜≧ｋ５（ｋ５は定数）      ………（８）
【００４６】
図９は本発明の請求項４に係る比率差動継電器の一実施例の構成図である。図９において図１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。本実施例では反限時判定部３０の入力を、動作量として置きかえたものである。即ち、反限時判定部３０の入力を動作量｜Ｉｄ｜からとしたものである。
【００４７】
したがって、ＤＦ１判定部２０の判定出力とＤＦ２判定部２１の判定出力は論理積回路２２を通して論理積され、この出力が反限時判定部３０への起動入力として導入される。
【００４８】
反限時判定部３０では起動入力があるときは動作量｜Ｉｄ｜の積算が所定の値以上となるかを（９）  式にて判定する。そして（９）  式を満たした場合には保護指令を出力する。又、論理積回路２２を通して導入される起動入力がないときは、（１０）式と動作量｜Ｉｄ｜の積算をクリアする。
【００４９】
【数８】
∫｜Ｉｄ｜ｄｔ≧ｋ５（ｋ５は定数）      ………（９）
∫｜Ｉｄ｜ｄｔ＝０            ……………………（１０）
【００５０】
本実施例によれば、保護範囲外部事故電流によるＣＴ飽和の影響でＤＦ１とＤＦ２の両方がその動作判定式を満たしてしまい、動作域に至ったとしても反限時判定部３０により、保護指令の出力には至らず、保護範囲外部事故電流によるＣＴ飽和の影響で誤動作をすることはない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば比率差動継電器の外部遠方端事故で事故電流が小さく、かつ過渡直流分が長時間発生したときに、比率差動継電器に適用しているＣＴが飽和を起こしても誤動作しない比率差動継電器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の請求項１に係る比率差動継電器の一実施例の構成図。
【図２】
図１の比率差動継電器の特性図。
【図３】
図１の変形例。
【図４】本発明の請求項２に係る比率差動継電器の一実施例の構成図。
【図５】図４の比率差動継電器の特性図。
【図６】本発明の請求項３に係る比率差動継電器の一実施例の構成図。
【図７】図６の比率差動継電器の特性図。
【図８】図６の変形例。
【図９】本発明の請求項４に係る比率差動継電器の一実施例の構成図。
【図１０】図９の比率差動継電器の特性図。
【図１１】比率差動継電器の適用例。
【図１２】従来の比率差動継電器を説明するための機能ブロック図。
【図１３】従来の比率差動継電器の特性図。
【図１４】従来の比率差動継電器の問題点を説明するための特性図。
【図１５】保護範囲外部の遠方端事故による動作量の発生を説明するための図。
【符号の説明】
１１  動作量作成部
１２，１３，１４  振幅値演算部
１５  抑制量作成部
１６，１７，３２，３４  係数演算部
１８，１９，３３，３５  加算回路
２０  ＤＦ１判定部
２１  ＤＦ２判定部
２２，２６  論理積回路
２３，３０  反限時判定部
２５，２９  ＨＯＣ判定部
２７  論理和回路
８７  比率差動継電器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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