(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電気量を一定時間間隔でサンプリングし、アナログ／ディジタル変換されたサンプル値を取り込むデータメモリと、予め選定された第１の期間の前記入力電気量のサンプル値を加算し、入力電気量の振幅値に対応した演算量を算出する振幅値演算手段と、この振幅値演算手段にて算出した演算量が予め選定された定数より大きいとき出力する判定手段とを有する保護継電器において、前記判定手段の判定出力を入力する予め選定された第１の遅延時間を持つ復帰遅延タイマと、この復帰遅延タイマの出力を入力する予め選定された第２の遅延時間を持つ動作遅延タイマと、この動作遅延タイマの出力と前記判定手段の出力との論理積をとり、この論理積の出力を入力する予め選定された第３の遅延時間を持つ第２の復帰遅延タイマと、この第２の復帰遅延タイマの出力を保護指令として出力する手段とを備えたことを特徴とする保護継電器。
【請求項２】
入力電気量を一定時間間隔でサンプリングし、アナログ／ディジタル変換されたサンプル値を取り込むデータメモリと、予め選定された第１の期間の前記入力電気量のサンプル値を加算し、入力電気量の振幅値に対応した演算量を算出する振幅値演算手段と、この振幅値演算手段にて算出した演算量が予め選定された定数より大きいとき出力する判定手段とを有する保護継電器において、前記判定手段の判定出力を入力する予め選定された第１の遅延時間を持つ復帰遅延タイマと、この復帰遅延タイマの出力を入力する予め選定された第２の遅延時間を持つ動作遅延タイマと、この動作遅延タイマの出力と前記判定手段の出力との論理積をとり、この論理積の出力を入力する予め選定された第３の遅延時間を持つ第２の復帰遅延タイマとからなる第１の回路と、前記第１の回路のデータメモリの出力段に接続され、第１の期間より長く選定した第２の期間の前記電気量のサンプル値を加算し、入力電気量の振幅値に対応した演算量を算出する第２の振幅値演算手段と、この振幅値演算手段にて算出した演算量が予め選定した第２の定数より大きいとき出力する第２の判定手段とからなる第２の回路とを備え、前記第２の復帰遅延タイマの出力と前記第２の回路の出力とで第２の論理積をとって、この第２の論理積の出力を保護指令として出力する手段とを備えたことを特徴とする保護継電器。
【請求項３】
第２の判定手段の出力を予め選定した第４の遅延時間を持つ第２の動作遅延タイマに接続し、この第２の動作遅延タイマの出力と、予め選定された第３の遅延時間を持つ第２の復帰遅延タイマの出力とで論理和にて処理し、この論理和の出力を保護指令として出力する手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の保護継電器。
【請求項４】
第２の動作遅延タイマに代えて、入力電気量の振幅値の大きさによって決まる遅延時間を持つ反限時タイマとしたことを特徴とする請求項３記載の保護継電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統に発生するサージ等で誤検出することを回避すると共に、電力系統に発生した事故を高速度に検出する保護継電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統に短絡・地絡等の事故が発生すると、電力機器の損傷，電力の供給の中断等を引き起こし、その影響は甚大である。そして、系統事故の発生に際しては、この事故を高速度に検出して、事故点を電力系統から迅速に切り離すことにより、被害の拡大を最小限に抑えると共に、電力の安定供給を継続することが望まれる。
【０００３】
一方、系統には雷や系統回路の開閉によるサージ等のノイズの発生もあり、このノイズは事故処理にまさる過大なものであるが、保護継電装置においては、ノイズによる誤検出を回避し、前記系統事故のみを確実に、かつ高速度に検出することが責務となる。
【０００４】
近年、ディジタル技術の進歩に伴い、保護継電器のディジタルリレー化が種々行なわれており、系統事故の検出速度は従来に比べ大幅に向上している。図７はディジタルリレーの構成図である。図７においてＥは電源であり、しゃ断器ＣＢを介して系統へ電力を供給する。ＣＴは計器用変流器でりあり、系統Ｌに流れる電流を保護継電器１へ導入する。この保護継電器１において、計器用変流器ＣＴより導入された電流ｉはアナログ／ディジタル変換部（Ａ／Ｄ）２を介して一定周期でサンプリングされて、ディジタル量に変換される。
【０００５】
中央演算処理部（ＣＰＵ）３はプログラムメモリ（ＲＯＭ）４に予め記憶されたプログラムに従い、上記したディジタル量とデータメモリ（ＲＡＭ）５とを用いて振幅値演算を行ない、その結果、系統事故による過大電流が検出された場合には、出力部（ＯＵＴ）６よりＣＢに対して保護指令７が発せられる。なお、図８は保護継電器の出力特性の１つであり、図８に示すように入力電流の振幅値の大きさによって決まる遅延時間も反限時特性等がある。
【０００６】
そして、サージ等のノイズによる誤検出を回避する手段として、従来は図９に示すような構成としていた。図９において、ディジタル／アナログ変換されたサンプル値はデータメモリ１１に貯えられ、振幅値演算手段１２において入力電気量の振幅値に対応した演算量が算出される。
【０００７】
ここで、振幅値演算手段１２にて実行される演算は公知である加算形振幅値演算であり、半サイクル又は半サイクルの整数倍の期間のサンプル値から入力電気量の平均値を算出するものである。
【０００８】
この振幅値演算手段１２にて算出された演算量｜Ｐｍ  ″｜が、判定手段１３にて予め選定された定数ｋ″より大きいと判断された場合、予め選定された時限を持つオンディレイタイマ（ＴＤＥ）１４を経て、保護指令を出力する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで前記オンディレイタイマ１４は前記判定手段１３での判定結果がノイズによるものであるか、系統事故によるものであるかを区別する役割を持ち、その時間は演算量｜Ｐｍ  ″｜からノイズの影響が除去されるまでを考慮しておく必要があった。
【００１０】
つまり、系統事故を確実に判断する手段として、電気量の過大な入力が一定時間以上継続していることを条件とするものであり、前記オンディレイタイマ１４の時間だけ検出時間が遅れるものであった。
【００１１】
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、電力系統に発生する事故電流と、雷，系統回路の開閉によるサージ等のノイズとを確実に区別し、かつ系統事故である場合に事故を高速度に検出し得る保護継電器を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る保護継電器は、入力電気量を一定時間間隔でサンプリングし、アナログ／ディジタル変換されたサンプル値を取り込むデータメモリと、予め選定された第１の期間の前記入力電気量のサンプル値を加算し、入力電気量の振幅値に対応した演算量を算出する振幅値演算手段と、この振幅値演算手段にて算出した演算量が予め選定された定数より大きいとき出力する判定手段とを有する保護継電器において、前記判定手段の判定出力を入力する予め選定された第１の遅延時間を持つ復帰遅延タイマと、この復帰遅延タイマの出力を入力する予め選定された第２の遅延時間を持つ動作遅延タイマと、この動作遅延タイマの出力と前記判定手段の出力との論理積をとり、この論理積の出力を入力する予め選定された第３の遅延時間を持つ第２の復帰遅延タイマと、この第２の復帰遅延タイマの出力を保護指令として出力する手段とを備えた。
【００１３】
請求項１の保護継電器では、前記系統事故発生直後の入力電気量の第１波目の判定出力を無視するよう、振幅値演算手段において予め選定された期間の前記入力電気量のサンプル値を加算し、算出された入力電気量の振幅値に対応する演算量が、判定手段において一定の値ｋを越えたと判定されたとき、この判定手段の出力を予め選定された第１の遅延時間を持つオフディレイタイマにより連続化し、このオフディレイタイマの出力を予め選定された第２の遅延時間を持つオンディレイタイマで動作遅延させ、更にこのオンディレイタイマの出力と前記判定手段の出力との論理積を、この出力を予め選定された第３の遅延時間を持つ第２のオフディレイタイマにより連続化し、保護指令として出力する。
【００１４】
要するに、系統事故発生直後の入力電気量の第１波目に対する判定結果を無視するよう構成したのて、波形が１波のみ発生するようなサージ入力の場合においては、判定手段の出力は保護指令として出力されることはなく、系統事故により発生した持続性のある過大な電気量の場合、即ち、連続的な交流波形等の場合において、第２波目以降の判定手段の出力と同時に保護指令を出力することが可能となる。このため、サージにより発生する電気量で誤検出することを回避し、系統事故の発生を確実かつ高速度に検出することが可能となる。
【００１５】
本発明の請求項２に係る保護継電器は、入力電気量を一定時間間隔でサンプリングし、アナログ／ディジタル変換されたサンプル値を取り込むデータメモリと、予め選定された第１の期間の前記入力電気量のサンプル値を加算し、入力電気量の振幅値に対応した演算量を算出する振幅値演算手段と、この振幅値演算手段にて算出した演算量が予め選定された定数より大きいとき出力する判定手段とを有する保護継電器において、前記判定手段の判定出力を入力する予め選定された第１の遅延時間を持つ復帰遅延タイマと、この復帰遅延タイマの出力を入力する予め選定された第２の遅延時間を持つ動作遅延タイマと、この動作遅延タイマの出力と前記判定手段の出力との論理積をとり、この論理積の出力を入力する予め選定された第３の遅延時間を持つ第２の復帰遅延タイマとからなる第１の回路と、前記第１の回路のデータメモリの出力段に接続され、第１の期間より長く選定した第２の期間の前記電気量のサンプル値を加算し、入力電気量の振幅値に対応した演算量を算出する第２の振幅値演算手段と、この振幅値演算手段にて算出した演算量が予め選定した第２の定数より大きいとき出力する第２の判定手段とからなる第２の回路とを備え、前記第２の復帰遅延タイマの出力と前記第２の回路の出力とで第２の論理積をとって、この第２の論理積の出力を保護指令として出力する手段とを備えた。
【００１６】
本発明の請求項３に係る保護継電器は、請求項２において、第２の判定手段の出力を予め選定した第４の遅延時間を持つ第２の動作遅延タイマに接続し、この第２の動作遅延タイマの出力と、予め選定された第３の遅延時間を持つ第２の復帰遅延タイマの出力とで論理和にて処理し、この論理和の出力を保護指令として出力する手段を備えた。
【００１７】
本発明の請求項４に係る保護継電器は、請求項３において、第２の動作遅延タイマに代えて、入力電気量の振幅値の大きさによって決まる遅延時間を持つ反限時タイマとした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による保護継電器の実施の形態を示す構成図である。又、保護継電器の全体構成は前記図７と同様であるため説明を省略する。なお、図１では系統事故発生直後の入力電気量の第１波目の判定出力を無視するようなオンディレイタイマとオフディレイタイマ及び論理積の処理を説明する機能ブロック図である。
【００１９】
図１において、データメモリ１１にはアナログ／ディジタル変換部にてディジタル量に変換された入力電気量のサンプル値が取り込まれ、貯えられる。なお、図１では一定時間間隔でサンプリングされ、アナログ／ディジタル変換された各時間毎のサンプル値Ｐｍ  と表している。
【００２０】
データメモリ１１に貯えられたサンプル値は振幅値演算手段１２において、予め選定された期間のｎ個のサンプル値を（１）  式の如く加算し、電気量の振幅値に対応した演算量｜Ｐｍ  ｜を算出する。更に判定手段１３にて、（２）  式に基づく判定がなされる。
【数１】
｜Ｐｍ  ｜＝｜Ｐｍ  ｜＋｜Ｐｍ−１  ｜＋｜Ｐｍ−２  ｜＋…＋｜Ｐｍ−ｎ  ｜………（１）
｜Ｐｍ  ｜≧ｋ                …………………………………………（２）
【００２１】
判定手段１３の判定出力はサンプル数ｎを小さくすると、断続出力となる。この出力をオフディレイタイマ（ＴＤＤ１）１６において連続化し、その出力をオンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７を介し、このＴＤＥ１出力と過電流検出判定手段１３の出力とを論理積（ＡＮＤ）１８にて論理積をとることにより、系統事故直後の入力電気量の判定出力は無視される。
【００２２】
なお、継続的に入力される電気量に対しては、ＴＤＥ１で決まる時間後から断続出力される。したがって、更に論理積（ＡＮＤ）１８の出力をオフディレイタイマ（ＴＤＤ２）１９により連続化し、保護指令２０を発することで、系統事故時の持続性のある過大な電気量のみを確実かつ高速度で検出することが可能となる。
【００２３】
図２は中央演算処理部において実行される図１の機能のタイムチャートである。同図は系統事故発生直後の入力電流の第１波目を無視するようなオンディレイタイマとオフディレイタイマ及び論理積の処理を持つ保護継電器の各処理における信号状態を示し、各出力が「意味有」となる場合を「１」として表現している。そして図は交流電流入力時の各出力の動作タイミングを示す。
【００２４】
先ず、振幅値演算手段１２において予め選定した期間のｎ個のサンプル値を用いて振幅値に対応した演算量が算出される。判定手段１３では、この演算量を用いて（２）  式に基づいた判定がなされ、その結果が出力される。この出力をオフディレイタイマ（ＴＤＤ１）１６が受け、予め選定された第１の時間ｔ１だけ復帰遅延を行ない、即ち、判定手段の結果を連続化して出力する。
【００２５】
次に、オフディレイタイマ（ＴＤＤ１）１６の出力をオンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７が受け、予め選定された第２の時間ｔ２だけ動作遅延を行ない、出力する。次に、論理積（ＡＮＤ）１８にて、オンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７の出力と判定手段１３の出力との論理積処理を実行し、その結果を出力する。
【００２６】
入力電気量が連続性のないもの、例えばサージ電流入力であるとき、この論理積処理を実行することで、オフディレイタイマ（ＴＤＤ１）１６の時間ｔ１，オンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７の時間ｔ２及び（２）  式の成立している時間αの関係がｔ１＋α＞ｔ２である場合、オフディレイタイマ（ＴＤＤ１）１６にて復帰遅延された出力がオンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７のｔ２後の出力となり、この出力が保護指令として出力されることを防止することが可能となる。
【００２７】
又、ｔ１＋α≦ｔ２である場合、この論理積処理は特に必要とはならないが、ｔ２を半サイクルより長い時間とする必要がある。即ち、この論理積処理は入力電気量に連続性があるか否かを判別する機能を持ち、この論理積処理を実行することにより、オンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７のｔ２は、ｔ１，ｔ２及びαの関係に左右されることなく半サイクル以下の時間とすることが可能となる。
【００２８】
この論理積（ＡＮＤ）１８の出力を予め選定された第３の時間ｔ３だけ復帰遅延を行なうオフディレイタイマ（ＴＤＤ２）１９にて連続化することで、第１波目の判定出力を無視し、第２波目以降の判定出力を保護指令２０として出力することが可能となる。
【００２９】
一方、図３はサージ電流入力時を示すタイムチャートであり、オンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７までの出力の動作タイミングは図２の説明と同様である。連続性のないサージ電流入力に対しては、オンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７の出力と判定処理の出力との論理積（ＡＮＤ）１８の出力は「０」となり、この結果保護指令は出力されず、サージによる誤検出を回避することが可能となる。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、系統の事故による過大な電流が発生した場合、判定手段で系統事故を検出した後、高速に保護指令を出力することができ、かつサージ電流入力等での誤検出の防止が可能となる。
【００３１】
なお、上記実施の形態において、振幅値に対応した演算量を算出するために用いるサンプル値の個数をｎ個と表現したが、この個数ｎは特に固定されるものではなく、保護継電器が要求される検出速度に見合ったものとすればよい。
【００３２】
つまり、検出速度をより高速にするのであれば、ｎの値を小さくすればよい。例えば、上記実施の形態で最も高速となるのは、１つのサンプル値から振幅値に対応する演算量を算出する場合であり、ｎ＝１とすれば非常に高速な検出が可能となる。
【００３３】
又、上記実施の形態において、オフディレイタイマ（ＴＤＤ１）１６の時間をｔ１と表現したが、この時間ｔ１は特に固定されるものではなく、過電流検出判定部の出力を連続化するに足る値であればよい。
【００３４】
更に、オンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７の時間をｔ２と表現したが、この時間ｔ２は特に固定されるものではなく、サージ入力を充分回避することが可能であり、かつ保護継電器に許容される検出時間以下の時間であればよい。
【００３５】
更に又、オフディレイタイマ（ＴＤＤ２）１９の時間をｔ３と表現したが、この時間ｔ３は特に固定されるものではなく、保護指令を連続化するに足る値であればよく、保護指令の連続化が不必要な場合は、省略してもよい。
【００３６】
更に、上記実施の形態において、系統事故時の入力電気量を交流電流波形で説明したが、入力電気量は特に交流電流波形に限定されるものではなく、避雷器に流れる針状波電流波形であってもよい。針状波電流波形を入力とした場合のタイムチャートを図４に示す。各出力の状態は交流電流波形入力時と同様であり、入力電気量が針状波電流波形であっても同等の効果が得られる。
【００３７】
更に又、前記した実施の形態では、系統事故時の入力電気量を交流電流波形又は針状波電流波形としたが、これに限定されるものではなく、入力電気量を方形波，鋸波，直流波形等の特殊波形とした場合においても、各処理における信号の状態は同様であり、前記実施の形態と同等の効果が得られる。
【００３８】
図５は本発明による保護継電器の他の実施の形態を示す構成図である。同図においてデータメモリ１１，振幅値演算手段１２，判定手段１３，オフディレイタイマ（ＴＤＤ１）１６，オンディレイタイマ（ＴＤＥ１）１７，論理積（ＡＮＤ）１８，オフディレイタイマ（ＴＤＤ２）１９及び保護指令３１の機能は図１にて説明したそれと同等の機能を有する。
【００３９】
そして、振幅値演算手段２１では前記実施の形態にて説明した予め選定された期間より長い第２の期間の個数であるｎ′個のサンプル値を用いて（３）  式の如く振幅値に対応する演算量｜Ｐｍ  ′｜を算出する。更に判定手段２２では（４）  式に基づく判定を行ない、系統事故と判定した場合は出力する。
【数２】
｜Ｐｍ  ′｜＝｜Ｐｍ  ｜＋｜Ｐｍ−１  ｜＋｜Ｐｍ−２  ｜＋…＋｜Ｐｍ−ｎ  ′｜…………（３）
｜Ｐｍ  ′｜≧ｋ′                ………………………………………（４）
【００４０】
そして、この出力とオフディレイタイマ（ＴＤＤ２）１９の出力との論理積（ＡＮＤ）３０を保護指令３１として出力する。前記実施の形態では、検出速度の高速化のため、振幅値に対応する演算量を算出するために用いるサンプル値の個数ｎを小さくする例を説明したが、ｎを小さくすることは検出速度の高速化が図れる反面、（２）  式による検出レベルが低下する。
【００４１】
この検出レベルの低下を防止するため、判定手段１３の検出感度ｋを高感度とし、かつ、本実施の形態のように第２の期間の個数ｎ′のサンプル値を用いた演算量を判定手段２２で判定して論理積（ＡＮＤ）３０の出力を得ることにより、検出速度を向上させ、更に検出精度の向上が可能となる。
【００４２】
なお、判定手段２２はサージ入力に対し、誤検出することが考えられるが、このサージ入力に対しては、一方のオフディレイタイマ（ＴＤＤ２）１９の出力が出ないことにより、特に問題となることはない。
【００４３】
図６は本発明による保護継電器の他の実施の形態を示す構成図である。本例では図５の実施の形態の保護指令３１をオフディレイタイマ（ＴＤＤ２）１９と判定手段２２の出力との論理積（ＡＮＤ）３０の出力とすることに代えて、判定手段２２の出力を予め選定した時限ｔ４のオンディレイタイマ（ＴＤＥ２）３２を介し、この出力とオフディレイタイマ（ＴＤＤ２）１９の出力と論理和（ＯＲ）３３を保護指令としたものである。
【００４４】
本例では前記で述べた（２）  式の検出レベルの低下を（４）  式で補うよう構成したものであり、判定手段１３の検出感度ｋはそのままとして、その点の検出は判定手段２２で実施する。
【００４５】
検出精度を必要とする電流の大きさは、（４）  式の限界付近であり、電流そのものは小さい。このためサージ入力による（４）  式の誤動作防止のため、サージ入力により誤検出する時間だけをオンディレイタイマ（ＴＤＥ２）３２の時限ｔ４だけ遅らせて出力させても問題ない。
【００４６】
更に、上記実施の形態のタイマは予め選定した時限のオンディレイタイマとしたが、これに代えて図８に示すような入力電流の振幅値の大きさによって決まる遅延時間をもつ反限時タイマとしてもよい。
【００４７】
更に又、前記した各実施の形態では、入力波形を電流とした保護継電器としたが、入力は電流に限定されるものではなく高速度な検出を必要とし、かつノイズによる誤検出の防止を必要とするものであれば、入力を電圧とする保護継電器としてもよい。本例によれば誤動作の防止が可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば判定出力を予め選定された遅延時間を持つオフディレイタイマ及びオンディレイタイマの処理を介した出力と、判定出力の論理積の出力を用い、前記判定処理の判定出力が系統事故後の入力電気量の第１波目を無視するよう構成することにより、電力系統に発生する事故と、雷，系統回路の開閉によるサージ電流入力等を確実に区別し、かつ系統事故である場合には高速度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による保護継電器の実施の形態を示す構成図。
【図２】入力が交流電流のときの本発明のタイムチャート。
【図３】入力がサージ電流のときの本発明のタイムチャート。
【図４】入力が針状波電流のときの本発明のタイムチャート。
【図５】本発明による保護継電器の他の実施の形態を示す構成図。
【図６】本発明による保護継電器の他の実施の形態を示す構成図。
【図７】ディジタルリレーの基本構成図。
【図８】反限時タイマの時間特性図。
【図９】従来技術の実施の形態の構成図。
【符号の説明】
１  保護継電器
２  アナログ／ディジタル変換部
３  中央演算処理部
４  プログラムメモリ
５，１１  データメモリ
６  出力部
７，１５，２０，３１  保護指令
１２，２１  振幅値演算手段
１３，２２  判定手段
１４，１７，３２  オンディレイタイマ
１６，１９  オフディレイタイマ
１８，３０  論理積
３３  論理和
【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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