(57)【要約】  過電流継電器（３０）は、電力系統から入力された入力電流の実効値と、整定値とを比較することにより過電流を検出する過電流検出部（１００）と、実効値の低下を検出する低下検出部（１１０）と、過電流検出部（１００）の検出結果と、低下検出部（１１０）の検出結果と、入力電流の電流波形に関する予め定められた条件とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する出力制御部（１３０）とを備える。出力制御部（１３０）は、実効値の低下が検出された場合であって、かつ予め定められた条件が成立した場合には、過電流検出部（１００）による検出結果に関わらず復帰出力を生成する。
2020053918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統から入力された入力電流の実効値と、整定値とを比較することにより過電流を検出する過電流検出部と、
前記実効値の低下を検出する低下検出部と、
前記過電流検出部の検出結果と、前記低下検出部の検出結果と、前記入力電流の電流波形に関する予め定められた条件とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する出力制御部とを備え、
前記出力制御部は、前記実効値の低下が検出された場合であって、かつ前記予め定められた条件が成立した場合には、前記過電流検出部による検出結果に関わらず前記復帰出力を生成する、過電流継電器。
【請求項２】
前記出力制御部は、前記実効値の低下が検出されていない場合であって、かつ前記過電流検出部により過電流が検出された場合に、前記動作出力を生成する、請求項１に記載の過電流継電器。
【請求項３】
前記低下検出部は、前記実効値の低下率が第１閾値以上である場合に、前記実効値の低下を検出する、請求項１または請求項２に記載の過電流継電器。
【請求項４】
前記入力電流の電流波形のゼロクロス点が検出されたか否かを判定するゼロクロス判定部をさらに備え、
前記出力制御部は、前記実効値の低下が検出された場合であって、かつ前記ゼロクロス点が検出されない場合に、前記復帰出力を生成する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の過電流継電器。
【請求項５】
前記入力電流の電流波形の直流成分が前記電流波形の交流成分よりも支配的であるか否かを判定する判定部をさらに備え、
前記出力制御部は、前記実効値の低下が検出された場合であって、かつ前記直流成分が前記交流成分よりも支配的である場合に、前記復帰出力を生成する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の過電流継電器。
【請求項６】
前記判定部は、前記電流波形の直流成分が前記電流波形の交流成分の実効値よりも大きく、かつ前記交流成分の実効値に対する前記直流成分の比率が第２閾値以上である場合に、前記直流成分が前記交流成分よりも支配的であると判定する、請求項５に記載の過電流継電器。
【請求項７】
前記過電流検出部は、
前記入力電流の定格周波数成分を抽出した電流データを生成するディジタルフィルタと、
前記電流データを用いて前記実効値を演算する実効値演算部とを含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の過電流継電器。
【請求項８】
電力系統から入力された入力電流の定格周波数成分を抽出した第１電流データを生成する第１デジタルフィルタを含む第１過電流検出部と、
前記第１デジタルフィルタよりも高速なフィルタ特性を有し、前記入力電流の定格周波数成分を抽出した第２電流データを生成する第２デジタルフィルタを含む第２過電流検出部とを備え、
前記第１過電流検出部は、第１期間の前記第１電流データを用いて演算された第１実効値と、第１整定値とを比較することにより過電流の第１検出結果を出力し、
前記第２過電流検出部は、前記第１期間よりも短い第２期間の前記第２電流データを用いて演算された第２実効値と、前記第１整定値よりも大きい第２整定値とを比較することにより過電流の第２検出結果を出力し、前記第２実効値と前記第１整定値よりも小さい第３整定値との比較することにより過電流の第３検出結果を出力し、
前記第１実効値が低下したことを検出する低下検出部と、
前記第１〜第３検出結果と、前記低下検出部の検出結果とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する出力制御部とをさらに備え、
前記出力制御部は、前記第１実効値の低下が検出された場合には、過電流が未検出であることを示す前記第１検出結果、および過電流が未検出であることを示す前記第３検出結果のうち、いずれか早い方の出力タイミングで前記復帰出力を生成する、過電流継電器。
【請求項９】
前記出力制御部は、前記第１実効値の低下が検出されていない場合には、過電流が検出されたことを示す前記第１検出結果、および過電流が検出されたことを示す前記第２検出結果のうち、いずれか早い方の出力タイミングで前記動作出力を生成する、請求項８に記載の過電流継電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、過電流継電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
過電流継電器は、電力系統に設けられた電流変成器（ＣＴ:Current  Transformer）からの二次電流が整定値より大きいとき、系統事故を検出して動作出力する。これにより、電力系統に設けられた遮断器（ＣＢ：Circuit  Breaker）を開放して系統事故が除去される。また、過電流継電器は、二次電流が整定値より小さくなったとき復帰出力する（すなわち、動作出力をＯＦＦにする）ように構成されている。【０００３】
例えば、特開２０１１−２５０５１８号公報（特許文献１）は、第１の過電流判定部および第２の過電流判定部を含む過電流継電器を開示している。第１の過電流判定部は、予め定められた期間の電流データを用いて計算した実効値と第１の設定値とを比較して復帰判定を行なう。第２の過電流判定部は、予め定められた期間よりも短い期間の電流データを用いて計算した実効値と、第１の設定値よりも低い第２の設定値とを比較することにより復帰判定を行う。過電流継電器は、第１の過電流判定部および第２の過電流判定部の各々の復帰判定結果のうち早いほうのタイミングで復帰出力を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５０５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に係る過電流継電器では、動作出力の出力タイミングに同期して、第２の設定値を第１の設定値よりも低い値に変更し、復帰出力の出力タイミングに同期して、第２の設定値を第１の設定値よりも高い値に変更している。これにより、第２の過電流判定部による実効値演算結果の誤差が動作判定および復帰判定の精度に影響することを抑えつつ、動作時間および復帰時間の高速化を図っている。【０００６】
しかしながら、例えば、故障電流に高調波成分、および歪波成分が多く含まれている場合には、第２の過電流判定部による実効値演算結果の誤差が復帰判定の精度に大きく影響する。この影響を抑制するためには、動作出力の出力タイミングに同期して、第２の設定値を第１の設定値よりもかなり低い値に変更する必要があるが、そうすると復帰時間が長くなってしまい、結果として復帰時間の高速化を実現できないという問題があった。【０００７】
本開示のある局面における目的は、適切な復帰と復帰時間の高速化とを両立することが可能な過電流継電器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施の形態に従う過電流継電器は、電力系統から入力された入力電流の実効値と、整定値とを比較することにより過電流を検出する過電流検出部と、実効値の低下を検出する低下検出部と、過電流検出部の検出結果と、低下検出部の検出結果と、入力電流の電流波形に関する予め定められた条件とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する出力制御部とを備える。出力制御部は、実効値の低下が検出された場合であって、かつ予め定められた条件が成立した場合には、過電流検出部による検出結果に関わらず復帰出力を生成する。【０００９】
他の実施の形態に従う過電流継電器は、電力系統から入力された入力電流の定格周波数成分を抽出した第１電流データを生成する第１デジタルフィルタを含む第１過電流検出部と、第１デジタルフィルタよりも高速なフィルタ特性を有し、入力電流の定格周波数成分を抽出した第２電流データを生成する第２デジタルフィルタを含む第２過電流検出部とを備える。第１過電流検出部は、第１期間の第１電流データを用いて演算された第１実効値と、第１整定値とを比較することにより過電流の第１検出結果を出力する。第２過電流検出部は、第１期間よりも短い第２期間の第２電流データを用いて演算された第２実効値と、第１整定値よりも大きい第２整定値とを比較することにより過電流の第２検出結果を出力し、第２実効値と第１整定値よりも小さい第３整定値との比較することにより過電流の第３検出結果を出力する。過電流継電器は、第１実効値が低下したことを検出する低下検出部と、第１〜第３検出結果と、低下検出部の検出結果とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する出力制御部とをさらに備える。出力制御部は、第１実効値の低下が検出された場合には、過電流が未検出であることを示す第１検出結果、および過電流が未検出であることを示す第３検出結果のうち、いずれか早い方の出力タイミングで復帰出力を生成する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によると、適切な復帰と復帰時間の高速化とを両立することが可能な過電流継電器を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】保護継電システムが設置された電力系統の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】過電流継電器のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】実施の形態１に従う過電流継電器の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図４】故障発生から遮断器が開放されるまでの入力電流および実効値を示す模式図である。
【図５】実施の形態１に従う実効値の低下検出方式を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に従うゼロクロス検出方式を説明するための図である。
【図７】実施の形態１に従う過電流継電器における動作の一例を示す図である。
【図８】ＤＣ（Direct  Current）減衰波の一例を示す図である。
【図９】実施の形態２に従う過電流継電器の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態２に従う直流判定部の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態２に従う過電流継電器における動作の一例を示す図である。
【図１２】実施の形態３に従う過電流継電器の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】実施の形態３に従う過電流継電器における動作の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の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。
【００１３】
実施の形態１．
＜電力系統の構成＞
図１は、保護継電システムが設置された電力系統の全体構成の一例を模式的に示す図である。図１に示す電力系統では、電線１が母線２，３に接続されている。さらに、電線１には、遮断器４，５，６および電流変成器７が設けられている。図１の電力系統が三相交流用の場合には、遮断器４，５，６および電流変成器７は各相の電線に設けられる。
【００１４】
保護継電システム１０は、保護継電器２０と、過電流継電器３０とを含む。本実施の形態では、保護継電器２０は電力系統の事故を検出する保護リレーとして機能し、過電流継電器３０は遮断器不動作（ＣＢＦ：Circuit  Breaker  Failure）の対策のためのＣＢＦリレーとして機能するものとする。なお、保護継電器２０は、主保護リレーと、主保護リレーのリレー不良に対する後備保護リレーとを含んでいる。
【００１５】
なお、ＣＢＦリレーは、遮断器不動作によって事故電流が遮断されなかったことを検出するための過電流リレー要素を含む。ＣＢＦリレーは、電力系統の事故を検出する保護リレーからのトリップ信号を受信し、かつ、過電流リレー要素による電流検出が一定以上続いた場合に、隣接する遮断器を開放するためのトリップ信号を出力する。
【００１６】
保護継電器２０は、電線１に設けられた電流変成器７からの入力電流に基づいて電力系統での事故発生を検出し、遮断器４に開放指令であるトリップ信号ＴＲ１を出力するとともに過電流継電器３０にトリップ信号ＴＲ２を出力する。なお、共通のディジタル出力回路から出力されたトリップ信号が分岐され、分岐後の信号が遮断器４と過電流継電器３０とにそれぞれ入力されてもよい。
【００１７】
保護継電器２０による事故判定方式は特に限定されない。保護継電器２０は、例えば、電流差動リレー要素を含んでもよいし、距離リレー要素を含んでもよい。電流差動リレー要素の場合には、電線１に設けられた他の電流変成器で検出された電流も保護継電器２０に入力される。距離リレー要素の場合は、母線２に設けられた電圧変成器で検出された電圧も保護継電器２０に入力される。
【００１８】
過電流継電器３０は、電流変成器７からの入力電流に基づいて事故電流の有無を判定する。過電流継電器３０は、保護継電器２０からトリップ信号ＴＲ２を受けた後に遮断器４の開放に要する時間が経過しても事故電流が検出されている場合に、遮断器４の不動作と判定し、周辺の遮断器５，６にトリップ信号ＴＲ３を出力する。トリップ信号ＴＲ３は分岐されて遮断器５，６にそれぞれ入力される。なお、異なるディジタル出力回路から出力されたトリップ信号が遮断器５，６にそれぞれ入力されてもよい。
【００１９】
＜ハードウェア構成＞
図２は、過電流継電器３０のハードウェア構成の一例を示す図である。図２を参照して、過電流継電器３０は、補助変成器５１と、ＡＤ（Analog  to  Digital）変換部５２と、演算処理部７０とを含む。過電流継電器３０は、ディジタル保護継電装置として構成されている。なお、保護継電器２０のハードウェア構成は、図２に示すハードウェア構成と同様である。
【００２０】
補助変成器５１は、電流変成器７からの入力電流を取り込み、リレー内部回路での信号処理に適した電圧信号に変換して出力する。ＡＤ変換部５２は、補助変成器５１から出力される電圧信号を取り込んでディジタルデータに変換する。具体的には、ＡＤ変換部５２は、アナログフィルタと、サンプルホールド回路と、マルチプレクサと、ＡＤ変換器とを含む。
【００２１】
アナログフィルタは、補助変成器５１から出力される信号から高周波のノイズ成分を除去する。サンプルホールド回路は、アナログフィルタから出力される信号を予め定められたサンプリング周期でサンプリングする。マルチプレクサは、演算処理部７０から入力されるタイミング信号に基づいて、サンプルホールド回路から入力される波形信号を時系列で順次切り替えてＡＤ変換器に入力する。
【００２２】
ＡＤ変換器は、マルチプレクサから入力される信号をアナログデータからディジタルデータに変換する。ＡＤ変換器は、ディジタル変換した信号（すなわち、ディジタルデータ）を演算処理部７０へ出力する。ＡＤ変換器では、例えば、定格周波数の電気角の１サイクル（すなわち、３６０°）中において、１２回のサンプリング周期でアナログデジタル変換を行なう。この場合、１サンプリング間隔は、定格周波数において電気角３０°に相当する時間間隔となる。
【００２３】
演算処理部７０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）７２と、ＲＯＭ７３と、ＲＡＭ７４と、ＤＩ（digital  input）回路７５と、ＤＯ（digital  output）回路７６と、入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７７とを含む。これらは、バス７１で結合されている。
【００２４】
ＣＰＵ７２は、予めＲＯＭ７３に格納されたプログラムを読み出して実行することによって、過電流継電器３０の動作を制御する。なお、ＲＯＭ７３には、ＣＰＵ７２によって用いられる各種情報が格納されている。ＣＰＵ７２は、たとえば、マイクロプロセッサである。なお、当該ハードウェアは、ＣＰＵ以外のＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）およびその他の演算機能を有する回路などであってもよい。
【００２５】
ＣＰＵ７２は、バス７１を介して、ＡＤ変換部５２からディジタルデータを取り込む。ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７３に格納されているプログラムに従って、取り込んだディジタルデータを用いて制御演算を実行する。
【００２６】
ＤＯ回路７６は、遮断器を開放するためのトリップ信号を出力する。例えば、過電流継電器３０のＤＩ回路７５には、保護継電器２０のＤＯ回路７６から出力されたトリップ信号ＴＲ２が入力される。入力インターフェイス７７は、典型的には、各種ボタン等であり、系統運用者からの各種設定操作を受け付ける。
【００２７】
＜機能構成＞
図３は、実施の形態１に従う過電流継電器３０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、過電流継電器３０は、主たる機能構成として、過電流検出部１００と、低下検出部１１０と、ゼロクロス判定部１２０と、出力制御部１３０とを含む。典型的には、これらの各機能は、ＣＰＵ７２がＲＯＭ７３に格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部は専用の回路を用いることによって実現されるように構成されていてもよい。
【００２８】
過電流検出部１００は、電力系統から入力された入力電流の実効値と、整定値とを比較することにより過電流を検出する。具体的には、過電流検出部１００は、ディジタルフィルタ１０１と、実効値演算部１０２と、過電流判定部１０３とを含む。
【００２９】
ディジタルフィルタ１０１は、入力電流の定格周波数成分（すなわち、基本波成分）を抽出した電流データを生成する。具体的には、ディジタルフィルタ１０１は、ＡＤ変換部５２によってディジタルデータに変換された入力電流の高調波成分、直流成分、および歪波成分を除去し定格周波数成分を抽出した電流データを生成する。
【００３０】
ディジタルフィルタ１０１は、例えば、定格周波数の電気角の１／２サイクル（すなわち、１８０°）分の期間Ｔ１のデータを用いる。これは、例えば、ＡＤ変換部５２のサンプリング回数が１サイクル中で１２回である場合には、６サンプリング長分のデータに対応する。
【００３１】
実効値演算部１０２は、定格周波数成分が抽出された入力電流の実効値演算を実行する。具体的には、実効値演算部１０２は、ディジタルフィルタ１０１から入力された電流データを用いて実効値を演算する。実効値演算部１０２は、例えば、以下の式（１）を用いて実効値を演算する。
【００３２】
Ir(t)=sqrt(|I(t-90)2-I(t)*(t-180)2|)・・・（１）
ここで、Ｉｒ（ｔ）は、時刻ｔにおける実効値を示している。また、Ｉ（ｔ）は、時刻ｔにおける、定格周波数成分が抽出された入力電流の電流瞬時値を示し、Ｉ（ｔ−９０）は、時刻ｔより電気角９０°前の電流瞬時値を示しており、Ｉ（ｔ−１８０）は、時刻ｔより電気角１８０°前の電流瞬時値を示している。なお、式（１）では、実効値演算に用いるデータを得るために必要な時間は電気角の１／２サイクル分の時間である。
【００３３】
過電流判定部１０３は、実効値演算部１０２により演算された実効値Ｉｒと、予め定められた整定値Ｉｓとを比較して、過電流の有無を判定する。
【００３４】
図４は、故障発生から遮断器が開放されるまでの入力電流および実効値を示す模式図である。図４を参照して、故障発生後の時刻ｔｘにおいて、実効値Ｉｒが整定値Ｉｓ以上となる。そのため、過電流判定部１０３は、時刻ｔｘにおいて、動作判定（すなわち、過電流検出との判定）を行ない、出力値“１”を出力する。
【００３５】
また、遮断器４の開放後の時刻ｔｙにおいて、実効値Ｉｒが整定値Ｉｓ未満となる。過電流判定部１０３は、時刻ｔｙにおいて、不動作または復帰判定（すなわち、過電流未検出との判定）を行ない、出力値“０”を出力する。過電流判定部１０３の出力値は、過電流検出部１００の出力値となる。当該出力値は、過電流検出部１００の検出結果Ｄｘに対応する。
【００３６】
なお、過電流検出部１００は、比較的長い期間のデータを用いて入力電流の定格周波数成分を抽出した電流データを生成し、当該電流データを用いて実効値Ｉｒを演算し、当該実効値Ｉｒと整定値Ｉｓとを用いて過電流検出を実行する。そのため、過電流検出部１００は、高調波および歪み波に対する影響を受けにくく、故障電流が発生しているときに復帰することがなく安定性が高い。
【００３７】
再び、図３を参照して、低下検出部１１０は、実効値Ｉｒの低下を検出する。具体的には、低下検出部１１０は、実効値Ｉｒの低下率が基準低下率以上である場合に、実効値Ｉｒの低下を検出する。
【００３８】
図５は、実施の形態１に従う実効値の低下検出方式を説明するための図である。図５を参照して、低下検出部１１０は、以下の式（２）および式（３）を用いて実効値Ｉｒの低下検出を実行する。
【００３９】
Ir(t)<Ir(t-180)・・・（２）
|Ir(t)-Ir(t-180)|≧Th1*Ir(t-180)・・・（３）
ここで、Ｉｒ（ｔ）は、時刻ｔにおける実効値を示している。また、Ｉｒ（ｔ−１８０）は、時刻ｔより電気角１８０°前の実効値を示している。
【００４０】
低下検出部１１０は、上記の式（２）および（３）が成立する場合に、実効値Ｉｒの低下を検出する。すなわち、現在の実効値Ｉｒ（ｔ）が電気角１８０°前の実効値Ｉｒ（ｔ−１８０）よりも小さいとの条件、および実効値Ｉｒ（ｔ−１８０）に対する、実効値Ｉｒ（ｔ）と実効値Ｉｒ（ｔ−１８０）との差分の絶対値の比率（すなわち、低下率）が閾値Ｔｈ１（例えば、Ｔｈ１＝０．１５〜０．５）以上であるとの条件が成立する場合に、低下検出部１１０は実効値Ｉｒの低下を検出する。低下検出部１１０は、実効値Ｉｒの低下を検出した場合には出力値“１”を出力し、実効値Ｉｒの低下を検出していない場合には出力値“０”を出力する。当該出力値は、低下検出部１１０の検出結果に対応する。
【００４１】
再び、図３を参照して、ゼロクロス判定部１２０は、ＡＤ変換部５２によってディジタルデータに変換された入力電流の電流波形のゼロクロス点が検出されたか否かを判定する。具体的には、ゼロクロス判定部１２０は、ゼロクロス検出部１２１と、復帰タイマ１２２とを含む。
【００４２】
図６は、実施の形態１に従うゼロクロス検出方式を説明するための図である。図６を参照して、ゼロクロス検出部１２１は、例えば、ヒステリシス付きのコンパレータで構成されており、グランドレベル付近に設定された閾値Ｈ，Ｌと比較することで、入力電流のゼロクロス点を検出する。このように、コンパレータの閾値にヒステリシス特性を持たせることにより、ディジタル変換後のノイズによるゼロクロス点の誤検出を防止する。典型的には、半周期ごとにゼロクロス点が検出される。
【００４３】
再び、図３を参照して、復帰タイマ１２２は、ゼロクロス検出部１２１が出力値“１”を出力した場合、その値を復帰時間Ｔｒｅの間維持する。復帰時間Ｔｒｅは、例えば、２／３サイクル（すなわち、電気角２４０°）に相当する時間である。復帰タイマ１２２の出力は、ゼロクロス判定部１２０の出力となる。ゼロクロス判定部１２０は、ゼロクロス点が検出されたと判定した場合には出力値“１”を出力し、ゼロクロス点が検出されていないと判定した場合には出力値“０”を出力する。この出力値は、ゼロクロス判定部１２０の判定結果に対応する。
【００４４】
出力制御部１３０は、過電流検出部１００の検出結果と、低下検出部１１０の検出結果と、ゼロクロス判定部１２０の判定結果とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する。具体的には、出力制御部１３０は、ＮＯＴゲート１３１と、ＡＮＤゲート１３２，１３４と、ＯＲゲート１３３とを含む。出力制御部１３０は、これらの論理ゲートを用いることで、過電流継電器３０の動作出力（すなわち、出力値“１”）および復帰出力（すなわち、出力値“０”）を生成する。
【００４５】
ＮＯＴゲート１３１は、低下検出部１１０の出力値のＮＯＴ演算を行なう。ＡＮＤゲート１３２は、低下検出部１１０の出力値と、ゼロクロス判定部１２０の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。ＯＲゲート１３３は、ＮＯＴゲート１３１の出力値と、ＡＮＤゲート１３２の出力値とのＯＲ演算を行なう。ＡＮＤゲート１３４は、過電流検出部１００の出力値と、ＯＲゲート１３３の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。ＡＮＤゲート１３４の出力値は、出力制御部１３０の出力値となる。
【００４６】
＜動作例＞
図７は、実施の形態１に従う過電流継電器３０における動作の一例を示す図である。なお、図７に示す例では、時刻ｔ１において故障等が発生することで入力電流が急増し、時刻ｔ４において、遮断器４が開放することで入力電流が減少した例を示している。図７には、入力電流の電流波形と、過電流検出部１００の出力値と、ゼロクロス判定部１２０の出力値と、低下検出部１１０の出力値と、出力制御部１３０の出力値とが示されている。
【００４７】
時刻ｔ２において、ゼロクロス判定部１２０は、入力電流のゼロクロス点を検出して出力値“１”を出力する。時刻ｔ３において、過電流検出部１００が出力値“１”を出力する。このとき、ゼロクロス判定部１２０の出力値は“１”であるが、低下検出部１１０の出力値は“０”であるため、出力制御部１３０は出力値“１”を出力する。具体的には、出力制御部１３０は、低下検出部１１０により実効値の低下が検出されていない場合であって、かつ過電流検出部１００により過電流が検出された場合には、動作出力を生成する。すなわち、過電流継電器３０は動作出力する。動作時間は、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの時間に対応する。
【００４８】
時刻ｔ４において遮断器４が開放すると、入力電流が急減する。低下検出部１１０は、時刻ｔ５において、この入力電流の急減を検出して出力値“１”を出力する。また、入力電流が急減すると、交流波形特有のゼロクロス点が検出されなくなる。そのため、ゼロクロス判定部１２０は、時刻ｔ６において、ゼロクロス点が検出されなくなったと判定して、出力値“０”を出力する。時刻ｔ６において、低下検出部１１０の出力値“１”およびゼロクロス判定部１２０の出力値“０”が成立したことに伴い、出力制御部１３０は出力値“０”を出力する。すなわち、過電流継電器３０は復帰出力する。復帰時間は、時刻ｔ４から時刻ｔ６までの時間に対応する。
【００４９】
時刻ｔ６の時点では過電流検出部１００の出力値は“１”であり、時刻ｔ７になると、当該出力値は“０”となる。このことから、過電流検出部１００の出力値が“０”になったことに基づいて復帰出力が行なわれる場合よりも、図７に示すように、低下検出部１１０の出力値“１”およびゼロクロス判定部１２０の出力値“０”の成立に基づいて復帰出力が行なわれる方が、復帰時間が短縮されていることがわかる。以下、この理由について具体的に説明する。
【００５０】
まず、過電流検出部１００では精度よく過電流判定を行なうため、ディジタルフィルタ１０１により高調波成分、歪波成分等が除去された定格周波数成分が抽出された電流データが用いられる。そのため、定格周波数成分に対する位相ずれが発生する。また、実効値演算部１０２による実効値演算では、式（１）に示すように、現在の電流瞬時値と過去の電流瞬時値とに基づいて実効値が演算されるため、遮断器４の開放後において実効値は瞬時に低下するのではなく過渡的に低下していく。したがって、実効値Ｉｒが整定値Ｉｓ未満と判定されるタイミングが遅れ、遮断器４が開放されても過電流検出部１００の出力値が“１”から“０”になるまでに時間がかかる。
【００５１】
また、低下検出部１１０でも現在の電流瞬時値と過去の電流瞬時値とに基づく実効値が用いられるが、過電流判定とは異なり実効値の低下を検出できればよい。そのため、低下検出部１１０は、遮断器４の開放後早い段階（例えば、時刻ｔ５）で実効値の低下を検出し、出力値“１”を出力する。
【００５２】
ここで、ゼロクロス判定部１２０では、上述したように、ディジタルフィルタ１０１により高調波成分、歪波成分等が除去されていない入力電流の電流データに基づいて、ゼロクロス判定が行なわれる。そのため、ディジタルフィルタ１０１による処理遅れがない。また、過去の電流瞬時値を用いる実効値ではなく、電流瞬時値によりゼロクロス判定が行なわれるため、判定タイミングに遅れが生じることもない。
【００５３】
なお、ゼロクロス判定では、高調波成分等が除去されていない入力電流の電流データが用いられるため、遮断器４が開放されるまでの入力電流が大きい期間においては、高調波等の影響を受けて、ゼロクロス点が検出されてから復帰時間Ｔｒｅ以上電流がゼロ点と交差しないことにより一時的に出力値が“０”になる期間Ｔａが発生する場合がある。
【００５４】
一方、遮断器４の開放後の入力電流が小さくなり、交流波形特有のゼロクロス点が検出されなくなる期間においては、高調波等の影響をほぼ受けることがないため、ゼロクロス判定は高精度に実行することができる。したがって、この期間において、ゼロクロス判定部１２０が、誤って、交流波形特有のゼロクロス点を検出してしまうことはない。
【００５５】
そこで、実施の形態１では、低下検出部１１０の検出結果と、ゼロクロス判定部１２０の判定結果とを組み合わせて、復帰出力を行なうように構成されている。具体的には、出力制御部１３０は、低下検出部１１０により実効値Ｉｒの低下が検出された場合であって、かつゼロクロス判定部１２０によりゼロクロス点が検出されないと判定された場合に、過電流検出部１００の検出結果に関わらず復帰出力を生成する。すなわち、実効値Ｉｒが低下した、ゼロクロス判定精度が高い期間において、ゼロクロス点が検出されないとの判定がなされた場合に、復帰出力が生成される。なお、実効値Ｉｒの低下が検出されていない期間Ｔａにおいてゼロクロス点を未検出であっても復帰出力は生成されない。
【００５６】
これにより、入力電流に高調波成分が多く含まれている場合であっても、遮断器４が開放されたことを精度よく高速に検出することができる。そのため、過電流継電器３０の適切な復帰と、その復帰時間を高速化することが可能となる。
【００５７】
なお、遮断器４が開放して、過電流継電器３０が接続されている電流変成器７の一次側で電流が急減したときに、電流変成器７の励磁回路のインダクタンスに蓄積したエネルギーが電流変成器７の二次側に放電することによって直流成分の減衰電流が一定時間流れる場合がある。このような場合にも、実施の形態１に係る過電流継電器３０では、復帰時間を高速化することができる。
【００５８】
図８は、ＤＣ（Direct  Current）減衰波の一例を示す図である。図８を参照して、遮断器４の開放後においてもＤＣ減衰波が発生していることがわかる。ＤＣ減衰波は、低下検出部１１０により実効値Ｉｒの低下が検出されたときのゼロクロス判定部１２０の判定精度には影響を及ぼさない。具体的には、ゼロクロス判定部１２０は、実効値Ｉｒの低下時におけるゼロクロス点の未検出を適切に判定することができる。そのため、ＤＣ減衰波が生じている場合であっても、低下検出部１１０の検出結果と、ゼロクロス判定部１２０の判定結果とを組み合わせて、復帰出力を行なうことで復帰時間を高速化できる。
【００５９】
なお、一般的には、ＤＣ減衰波の影響を除去するためには、現時点の電流データから一定時間前の電流データを差し引く差分フィルタなどの演算が必要だが、実施の形態１によると、当該演算の必要もなくなる。
【００６０】
＜利点＞
実施の形態１によると、実効値Ｉｒの低下検出結果と、ゼロクロス判定結果とを組み合わせることにより、故障電流に高調波成分、歪み成分等が重畳している場合およびＤＣ減衰波が発生している場合であっても、過電流継電器３０の適切な復帰を実現できるとともに、その復帰時間を高速化することができる。
【００６１】
実施の形態２．
実施の形態１では、実効値Ｉｒの低下が検出された場合に、入力電流の電流波形のゼロクロス点が検出されないとの条件が成立した場合に、復帰出力を生成する構成について説明した。実施の形態２では、実効値Ｉｒの低下が検出された場合に、入力電流の電流波形の直流成分が交流成分よりも支配的であるとの条件が成立した場合に、復帰出力を生成する構成について説明する。なお、実施の形態２における電力系統の構成と、保護継電器２０ならびに過電流継電器３０のハードウェア構成とは、実施の形態１の当該構成と同様である。
【００６２】
＜機能構成＞
図９は、実施の形態２に従う過電流継電器３０Ａの機能構成の一例を示すブロック図である。過電流継電器３０Ａは図１に示す過電流継電器３０に対応するが、他の実施の形態との区別のため、便宜上「Ａ」といった追加の符号を付している。これは、以下の実施の形態３でも同様である。
【００６３】
図９を参照して、過電流継電器３０Ａは、主たる機能構成として、過電流検出部１００と、低下検出部１１０と、直流判定部１５０と、出力制御部１７０とを含む。典型的には、これらの各機能は、ＣＰＵ７２がＲＯＭ７３に格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部は専用の回路を用いることによって実現されるように構成されていてもよい。過電流検出部１００および低下検出部１１０の構成は、実施の形態１と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００６４】
直流判定部１５０は、ＡＤ変換部５２によってディジタルデータに変換された入力電流の電流波形の直流成分が当該電流波形の交流成分よりも支配的であるか否かを判定する。
【００６５】
図１０は、実施の形態２に従う直流判定部１５０の機能構成の一例を示すブロック図である。図１０を参照して、直流判定部１５０は、基本波検出フィルタ１５１と、交流実効値演算部１５２と、ＤＣ検出フィルタ１５３と、比較部１５４とを含む。
【００６６】
基本波検出フィルタ１５１は、入力電流の定格周波数成分（すなわち、基本波成分）を抽出した電流データを生成する。基本波検出フィルタ１５１は、例えば、定格周波数の電気角の１／２サイクル（すなわち、１８０°）分のデータを用いる。典型的には、基本波検出フィルタ１５１は、ディジタルフィルタ１０１と同様の機能を有する。
【００６７】
交流実効値演算部１５２は、定格周波数成分が抽出された入力電流の交流実効値演算を実行する。具体的には、交流実効値演算部１５２は、基本波検出フィルタ１５１から入力された電流データを用いて交流成分の実効値（以下、「交流実効値」とも称する。）を演算する。交流実効値演算部１５２は、例えば、以下の式（４）を用いて交流実効値を演算する。
【００６８】
Ira(t)=sqrt(|Ia(t-90)2-Ia(t)*Ia(t-180)2|)・・・（４）
ここで、Ｉｒａ（ｔ）は、時刻ｔにおける実効値を示している。また、Ｉａ（ｔ）は、時刻ｔにおける、入力電流の交流成分の電流瞬時値を示し、Ｉａ（ｔ−９０）は、時刻ｔより電気角９０°前の電流瞬時値を示しており、Ｉａ（ｔ−１８０）は、時刻ｔより電気角１８０°前の電流瞬時値を示している。典型的には、交流実効値演算部１５２は、実効値演算部１０２と同様の機能を有する。
【００６９】
ＤＣ検出フィルタ１５３は、入力電流の直流成分を抽出した電流データを生成する。ＤＣ検出フィルタ１５３は、例えば、定格周波数の電気角の１／２サイクル（すなわち、１８０°）分のデータを用いる。ここで、時刻ｔにおける、抽出された入力電流の直流成分をＩｄｃ（ｔ）と定義する。
【００７０】
比較部１５４は、交流実効値Ｉｒａ（ｔ）と、直流成分Ｉｄｃ（ｔ）とを比較して、直流成分Ｉｄｃ（ｔ）の方が交流実効値Ｉｒａ（ｔ）よりもかなり大きく支配的である場合に出力値“１”を出力する。例えば、直流成分Ｉｄｃ（ｔ）が交流実効値Ｉｒａ（ｔ）よりも大きく、かつ交流実効値Ｉｒａ（ｔ）に対する直流成分Ｉｄｃ（ｔ）の比率が閾値Ｔｈ２（例えば、Ｔｈ２＝５）以上である場合（すなわち、Ｉｄｃ（ｔ）＞５＊Ｉｒａ（ｔ）が成立する場合）に、比較部１５４は、直流成分Ｉｄｃ（ｔ）の方が交流実効値Ｉｒａ（ｔ）よりも支配的であると判定する。
【００７１】
一方、比較部１５４は、Ｉｄｃ（ｔ）≦Ｔｈ２＊Ｉｒａが成立する場合には出力値“０”を出力する。比較部１５４の出力は、直流判定部１５０の出力となる。すなわち、直流判定部１５０は、直流成分が交流成分よりも支配的であると判定した場合には出力値“１”を出力し、そうではないと判定した場合には出力値“０”を出力する。この出力値は、直流判定部１５０の判定結果に対応する。
【００７２】
再び、図９を参照して、出力制御部１７０は、過電流検出部１００の検出結果と、低下検出部１１０の検出結果と、直流判定部１５０の判定結果とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する。具体的には、出力制御部１７０は、ＡＮＤゲート１７１，１７２を含む。
【００７３】
ＡＮＤゲート１７１は、低下検出部１１０の出力値と、直流判定部１５０の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。ＡＮＤゲート１７２は、過電流検出部１００の出力値と、ＡＮＤゲート１７１の出力値を反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。ＡＮＤゲート１７２の出力値は、出力制御部１７０の出力値となる。
【００７４】
＜動作例＞
図１１は、実施の形態２に従う過電流継電器３０Ａにおける動作の一例を示す図である。なお、図１１に示す例では、時刻ｔ１ａにおいて故障等が発生することで入力電流が急増し、時刻ｔ３ａにおいて、遮断器４が開放することで入力電流が減少した例を示している。図１１には、入力電流の電流波形と、過電流検出部１００の出力値と、直流判定部１５０の出力値と、低下検出部１１０の出力値と、出力制御部１７０の出力値とが示されている。
【００７５】
時刻ｔ２ａにおいて、低下検出部１１０の出力値は“０”であるため、過電流検出部１００が出力値“１”を出力することに伴い、出力制御部１７０は出力値“１”を出力する。すなわち、過電流継電器３０Ａは動作出力する。動作時間は、時刻ｔ１ａから時刻ｔ２ａまでの時間に対応する。
【００７６】
時刻ｔ３ａにおいて遮断器４が開放すると入力電流が急減する。入力電流が急減すると、交流成分よりも直流成分の方が支配的になる。典型的には、上述したＤＣ減衰波が発生する。そのため、直流判定部１５０は、時刻ｔ４ａにおいて、直流成分が交流成分よりも支配的になったと判定して、出力値“１”を出力する。また、低下検出部１１０は、時刻ｔ５ａにおいて、この入力電流の急減を検出して出力値“１”を出力する。
【００７７】
時刻ｔ５ａにおいて、低下検出部１１０の出力値“１”および直流判定部１５０の出力値“１”が成立したことに伴い、出力制御部１７０は出力値“０”を出力する。すなわち、過電流継電器３０Ａは復帰出力する。復帰時間は、時刻ｔ４ａから時刻ｔ５ａまでの時間に対応する。
【００７８】
時刻ｔ５ａの時点では過電流検出部１００の出力値は“１”であり、時刻ｔ６ａになると、当該出力値は“０”となる。このことから、過電流検出部１００の出力値が“０”になったことに基づいて復帰出力が行なわれる場合よりも、図１１に示すように、低下検出部１１０の出力値“１”および直流判定部１５０の出力値“１”の成立に基づいて復帰出力が行なわれる方が、復帰時間が短縮されていることがわかる。
【００７９】
なお、直流判定部１５０でも、過電流検出部１００と同様に、フィルタ処理および実効値演算処理を実行している。しかしながら、直流判定部１５０では、過電流判定とは異なり直流成分が支配的になったことを判定できればよい。そのため、直流判定部１５０は、遮断器４の開放後早い段階（例えば、時刻ｔ４ａ）で直流成分が支配的になったと判定し、出力値“１”を出力する。また、上述したように、低下検出部１１０でも、遮断器４の開放後早い段階（例えば、時刻ｔ５ａ）で実効値の低下を検出し、出力値“１”を出力する。
【００８０】
ここで、遮断器４の開放後の入力電流が小さくなり、直流成分よりも交流成分が相対的に小さくなる期間においては、高調波および歪み波等の影響をほぼ受けることがないため、直流判定部１５０は高精度に上記判定を実行することができる。
【００８１】
そこで、実施の形態２では、低下検出部１１０の検出結果と、直流判定部１５０の判定結果とを組み合わせて、復帰出力を行なうように構成されている。具体的には、出力制御部１７０は、低下検出部１１０により実効値Ｉｒの低下が検出された場合であって、かつ直流判定部１５０により直流成分が交流成分よりも支配的と判定された場合に、過電流検出部１００の検出結果に関わらず復帰出力を生成する。
【００８２】
実施の形態２でも、入力電流に高調波成分が多く含まれている場合であっても、遮断器４が開放されたことを精度よく高速に検出することができる。そのため、過電流継電器３０Ａの適切な復帰と、その復帰時間を高速化することが可能となる。
【００８３】
また、図８に示すＤＣ減衰波は、交流成分がほとんど含まれない減衰波である。そのため、遮断器４の開放後にＤＣ減衰波が発生した場合であっても、直流判定部１５０により精度よく検出できる。したがって、この場合にも、低下検出部１１０の検出結果と、直流判定部１５０の判定結果とを組み合わせて、復帰出力を行なうことで復帰時間を高速化できる。
【００８４】
＜利点＞
実施の形態２によると、実施の形態１と同様の利点を有する。
【００８５】
実施の形態３．
上述した実施の形態１，２では、１つの過電流検出部１００を用いる構成について説明したが、実施の形態３では２つの過電流検出部を用いる構成について説明する。なお、実施の形態３における電力系統の構成と、保護継電器２０および過電流継電器３０のハードウェア構成とは、実施の形態１の当該構成と同様である。
【００８６】
＜機能構成＞
図１２は、実施の形態３に従う過電流継電器３０Ｂの機能構成の一例を示すブロック図である。図１２を参照して、過電流継電器３０Ｂは、主たる機能構成として、過電流検出部１００と、低下検出部１１０と、過電流検出部２００と、出力制御部２１０とを含む。典型的には、これらの各機能は、ＣＰＵ７２がＲＯＭ７３に格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部は専用の回路を用いることによって実現されるように構成されていてもよい。過電流検出部１００および低下検出部１１０の構成は、実施の形態１と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００８７】
過電流検出部２００は、ディジタルフィルタ２０１と、実効値演算部２０２と、過電流判定部２０３と、過電流判定部２０４とを含む。
【００８８】
ディジタルフィルタ２０１は、入力電流の定格周波数成分を抽出した電流データを生成する。具体的には、ディジタルフィルタ２０１は、ディジタルフィルタ１０１よりもサンプリングデータ長の短い高速なフィルタ特性を有する。ここでは、例えば定格周波数の電気角の１／４サイクル（すなわち、９０°）分の期間Ｔ２のデータを用いる。これは、例えば、ＡＤ変換部５２のサンプリング回数が１サイクル中に１２回である場合には、３サンプリング長分のデータに対応する。すなわち、期間Ｔ２は、ディジタルフィルタ１０１によって用いられるデータの期間Ｔ１よりも短い。
【００８９】
実効値演算部２０２は、定格周波数成分が抽出された入力電流の実効値演算を実行する。具体的には、実効値演算部２０２は、ディジタルフィルタ２０１から入力された電流データを用いて実効値を演算する。実効値演算部２０２は、実効値演算部１０２で用いられる式（１）よりも入力電流の変化に対して速やかに追随する過渡特性を有する実効値演算式を用いる。例えば、実効値演算部２０２は、例えば、以下の式（５）を用いて実効値を演算する。
【００９０】
Irb(t)=sqrt(|Ib(t-30)*Ib(t-60)-Ib(t)*Ib(t-90)|)・・・（５）
ここで、Ｉｒｂ（ｔ）は、時刻ｔにおける実効値を示している。また、Ｉｂ（ｔ）は、時刻ｔにおける、定格周波数成分が抽出された入力電流の電流瞬時値を示し、Ｉｂ（ｔ−３０）は、時刻ｔより電気角３０°前の電流瞬時値を示し、Ｉｂ（ｔ−６０）は、時刻ｔより電気角６０°前の電流瞬時値を示し、Ｉｂ（ｔ−９０）は、時刻ｔより電気角９０°前の電流瞬時値を示している。
【００９１】
なお、式（５）では、実効値演算に用いるデータを得るために必要な時間は電気角の１／４サイクル分の時間である。そのため、動的な応答性が高く、実効値演算部１０２で用いられる式（１）と比較して、電気角の１／４サイクル分の時間だけ高速化できる。
【００９２】
過電流判定部２０３は、実効値演算部２０２により演算された実効値Ｉｒｂと、整定値Ｉｓ１とを比較して、過電流の有無を判定する。整定値Ｉｓ１は、整定値Ｉｓよりも大きい値（例えば、Ｉｓ１＝１．０５＊Ｉｓ）に設定される。過電流判定部２０３は、実効値Ｉｒｂが整定値Ｉｓ１以上の場合に出力値“１”を出力し、実効値Ｉｒｂが整定値Ｉｓ１未満の場合に出力値“０”を出力する。過電流判定部２０３の出力値は、過電流検出部２００により出力される過電流の検出結果Ｄｙに対応する。
【００９３】
過電流判定部２０４は、実効値演算部２０２により演算された実効値Ｉｒｂと、整定値Ｉｓ２とを比較して、過電流の有無を判定する。整定値Ｉｓ２は、整定値Ｉｓよりも小さい値（例えば、Ｉｓ２＝０．９５＊Ｉｓ）に設定される。過電流判定部２０４は、実効値Ｉｒｂが整定値Ｉｓ２以上の場合に出力値“１”を出力し、実効値Ｉｒｂが整定値Ｉｓ２未満の場合に出力値“０”を出力する。過電流判定部２０４の出力値は、過電流検出部２００により出力される過電流の検出結果Ｄｚに対応する。
【００９４】
このように、過電流検出部２００は、期間Ｔ１よりも短い期間Ｔ２の電流データを用いて演算された実効値Ｉｒｂと、整定値Ｉｓよりも大きい整定値Ｉｓ１とを比較することにより過電流の検出結果Ｄｙを出力する。過電流検出部２００は、実効値Ｉｒｂと、整定値Ｉｓよりも小さい整定値Ｉｓ２とを比較することにより過電流の検出結果Ｄｚを出力する。
【００９５】
なお、過電流検出部２００は、比較的短い期間のデータを用いるため、過電流検出部１００と比較して高速な演算を実行することができる。一方、過電流検出部１００の実効値演算結果よりも、過電流検出部２００の実効値演算結果の方が誤差が大きくなる。そのため、出力制御部２１０は、この実効値演算結果の誤差が過電流継電器３０Ｂの動作および復帰の精度に影響することを抑制するように構成される。
【００９６】
出力制御部２１０は、過電流検出部１００から出力される検出結果Ｄｘと、過電流検出部２００から出力される検出結果Ｄｙ，Ｄｚと、低下検出部１１０の検出結果とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する。具体的には、出力制御部２１０は、ＯＲゲート２１１，２１５と、ＡＮＤゲート２１２，２１３，２１４とを含む。
【００９７】
ＯＲゲート２１１は、過電流判定部１０３の出力値（すなわち、検出結果Ｄｘ）と、過電流判定部２０３の出力値（すなわち、検出結果Ｄｙ）とのＯＲ演算を行なう。ＡＮＤゲート２１２は、過電流判定部１０３の出力値（すなわち、検出結果Ｄｘ）と、過電流判定部２０４の出力値（すなわち、検出結果Ｄｚ）とのＡＮＤ演算を行なう。
【００９８】
ＡＮＤゲート２１３は、ＯＲゲート２１１の出力値と、低下検出部１１０の出力値を反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。ＡＮＤゲート２１４は、ＡＮＤゲート２１２の出力値と、低下検出部１１０の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。ＯＲゲート２１５は、ＡＮＤゲート２１３の出力値と、ＡＮＤゲート２１４の出力値とのＯＲ演算を行なう。ＯＲゲート２１５の出力値は、出力制御部２１０の出力値となる。
【００９９】
上記によると、低下検出部１１０により実効値Ｉｒの低下が検出されていない場合には、過電流判定部１０３の出力値（すなわち、検出結果Ｄｘ）と過電流判定部２０３の出力値（すなわち、検出結果Ｄｙ）とのＯＲ演算が出力制御部２１０の出力値となる。具体的には、出力制御部２１０は、過電流が検出されたことを示す検出結果Ｄｘおよび過電流が検出されたことを示す検出結果Ｄｙのうち、いずれか早い方の出力タイミングで動作出力を生成する。
【０１００】
一方、低下検出部１１０により実効値Ｉｒの低下が検出されている場合には、過電流判定部１０３の出力値（すなわち、検出結果Ｄｘ）と過電流判定部２０４の出力値（すなわち、検出結果Ｄｚ）とのＡＮＤ演算が出力制御部２１０の出力値となる。具体的には、出力制御部２１０は、過電流が未検出であることを示す検出結果Ｄｘおよび過電流が未検出であることを示す検出結果Ｄｚのうち、いずれか早い方の出力タイミングで復帰出力を生成する。
【０１０１】
これにより、過電流検出部２００による実効値演算結果の誤差が過電流継電器３０Ｂの動作および復帰の精度に影響することを抑えつつ、動作時間および復帰時間をともに高速化することができる。
【０１０２】
さらに、遮断器４の開放後の入力電流が小さくなり、高調波および歪み波等の影響をほぼ受けることがない期間において、過電流判定部１０３の出力値と過電流判定部２０４の出力値とのＡＮＤ演算により、復帰出力が生成される。したがって、故障電流に高調波成分、および歪波成分が多く含まれている場合であっても、過電流判定部２０４で用いられる整定値Ｉｓ２を整定値Ｉｓよりも大幅に低い値に変更する必要がないため、復帰時間の高速化を実現することができる。
【０１０３】
＜動作例＞
図１３は、実施の形態３に従う過電流継電器３０Ｂにおける動作の一例を示す図である。なお、図１３に示す例では、時刻ｔ１ｂにおいて故障等が発生することで入力電流が急増し、時刻ｔ５ｂにおいて、遮断器４が開放することで入力電流が減少した例を示している。図１３には、入力電流の電流波形と、過電流検出部１００の出力値（すなわち、検出結果Ｄｘ）と、過電流判定部２０３の出力値（すなわち、検出結果Ｄｙ）と、過電流判定部２０４の出力値（すなわち、検出結果Ｄｚ）と、低下検出部１１０の出力値と、出力制御部２１０の出力値とが示されている。
【０１０４】
時刻ｔ２ｂにおいて、過電流判定部２０４は、実効値Ｉｒｂ≧Ｉｓ２の成立に応じて出力値“１”を出力する。この時点では、出力制御部２１０により動作出力は生成されない。続いて、時刻ｔ３ｂにおいて、過電流判定部２０３は、実効値Ｉｒｂ≧Ｉｓ１の成立に応じて出力値“１”を出力する。このとき、出力制御部２１０は出力値“１”を出力する。すなわち、過電流継電器３０Ｂは動作出力する。動作時間は、時刻ｔ１ｂから時刻ｔ３ｂまでの時間に対応する。
【０１０５】
時刻ｔ３ｂの時点では過電流検出部１００の出力値は“０”であり、時刻ｔ４ｂになると、当該出力値は“１”となる。このことから、過電流検出部１００の出力値が“１”になったことに基づいて動作出力が行なわれる場合よりも、図１３に示すように、低下検出部１１０の出力値“０”および過電流判定部２０３の出力値“１”の成立に基づいて動作出力が行なわれる方が、動作時間が短縮される。
【０１０６】
次に、時刻ｔ５ｂにおいて遮断器４が開放すると、入力電流が急減する。時刻ｔ６ｂにおいて、低下検出部１１０は、この入力電流の急減を検出して出力値“１”を出力する。時刻ｔ７ｂにおいて、過電流判定部２０３は、実効値Ｉｒｂ＜Ｉｓ１の成立に応じて出力値“０”を出力する。この時点では、出力制御部２１０により復帰出力は生成されない。続いて、時刻ｔ８ｂにおいて、過電流判定部２０４は、実効値Ｉｒｂ＜Ｉｓ２の成立に応じて出力値“０”を出力する。このとき、出力制御部２１０は出力値“０”を出力する。すなわち、過電流継電器３０Ｂは復帰出力する。復帰時間は、時刻ｔ５ｂから時刻ｔ８ｂまでの時間に対応する。
【０１０７】
時刻ｔ８ｂの時点では過電流検出部１００の出力値は“１”であり、時刻ｔ９ｂになると、当該出力値は“０”となる。このことから、過電流検出部１００の出力値が“０”になったことに基づいて復帰出力が行なわれる場合よりも、図１３に示すように、低下検出部１１０の出力値“１”および過電流判定部２０４の出力値“０”の成立に基づいて復帰出力が行なわれる方が、復帰時間が短縮されていることがわかる。
【０１０８】
このように、過電流継電器３０Ｂは、故障等によって入力電流が急増した場合には、過電流判定部２０３によって出力値“１”が出力されたタイミングで動作出力し、入力電流が急減した場合には、過電流判定部２０４によって出力値“０”が出力されたタイミングで復帰出力する。そのため、過電流検出部２００による高速な実効値演算式である式（５）により得られる実効値演算結果に基づいて、高速に動作および復帰することができる。
【０１０９】
＜利点＞
実施の形態３によると、比較的短いデータ長を用いる過電流検出部２００による実効値演算結果の誤差が過電流継電器３０Ｂの動作および復帰の精度に影響することを抑えつつ、動作時間および復帰時間をともに高速化することができる。また、故障電流に高調波成分、および歪波成分が多く含まれている場合であっても、復帰時間の高速化を実現することができる。
【０１１０】
その他の実施の形態．
上述した実施の形態では、過電流継電器がＣＢＦリレーとして機能する構成について説明したが、当該構成に限られない。過電流継電器は、電力系統（例えば、送電線）に流れる事故電流を検出して遮断器へトリップ信号を出力するような保護継電器として用いる構成であってもよい。
【０１１１】
上述の実施の形態として例示した構成は、本発明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、本発明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。
【０１１２】
また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【０１１３】
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。本発明の範囲は、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。
【符号の説明】
【０１１４】
１  電線、２，３  母線、４，５，６  遮断器、７  電流変成器、１０  保護継電システム、２０  保護継電器、３０，３０Ａ，３０Ｂ  過電流継電器、５１  補助変成器、５２  ＡＤ変換部、７０  演算処理部、７１  バス、７２  ＣＰＵ、７３  ＲＯＭ、７４  ＲＡＭ、７５  ＤＩ回路、７６  ＤＯ回路、７７  入力インターフェイス、１００，２００  過電流検出部、１０１，２０１  ディジタルフィルタ、１０２，２０２  実効値演算部、１０３，２０３，２０４  過電流判定部、１１０  低下検出部、１２０  ゼロクロス判定部、１２１  ゼロクロス検出部、１２２  復帰タイマ、１３０，１７０，２１０  出力制御部、１３１  ＮＯＴゲート、１３２，１３４，１７１，１７２，２１２，２１３，２１４  ＡＮＤゲート、１３３，２１１，２１５  ＯＲゲート、１５０  直流判定部、１５１  基本波検出フィルタ、１５２  交流実効値演算部、１５３  ＤＣ検出フィルタ、１５４  比較部。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月14日(2019.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統から入力された入力電流の実効値と、整定値とを比較することにより過電流を検出する過電流検出部と、
前記実効値の低下を検出する低下検出部と、
前記過電流検出部の検出結果と、前記低下検出部の検出結果と、前記入力電流の電流波形に関する予め定められた条件とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する出力制御部と、
前記入力電流の電流波形のゼロクロス点が検出されたか否かを判定するゼロクロス判定部とを備え、
前記出力制御部は、前記実効値の低下が検出された場合であって、かつ前記ゼロクロス点が検出されない場合に、前記過電流検出部による検出結果に関わらず前記復帰出力を生成する、過電流継電器。
【請求項２】
電力系統から入力された入力電流の実効値と、整定値とを比較することにより過電流を検出する過電流検出部と、
前記実効値の低下を検出する低下検出部と、
前記過電流検出部の検出結果と、前記低下検出部の検出結果と、前記入力電流の電流波形に関する予め定められた条件とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する出力制御部と、
前記入力電流の電流波形の直流成分が前記電流波形の交流成分よりも支配的であるか否かを判定する判定部とを備え、
前記出力制御部は、前記実効値の低下が検出された場合であって、かつ前記直流成分が前記交流成分よりも支配的である場合に、前記過電流検出部による検出結果に関わらず前記復帰出力を生成する、過電流継電器。
【請求項３】
前記判定部は、前記電流波形の直流成分が前記電流波形の交流成分の実効値よりも大きく、かつ前記交流成分の実効値に対する前記直流成分の比率が第２閾値以上である場合に、前記直流成分が前記交流成分よりも支配的であると判定する、請求項２に記載の過電流継電器。
【請求項４】
前記出力制御部は、前記実効値の低下が検出されていない場合であって、かつ前記過電流検出部により過電流が検出された場合に、前記動作出力を生成する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の過電流継電器。
【請求項５】
前記低下検出部は、前記実効値の低下率が第１閾値以上である場合に、前記実効値の低下を検出する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の過電流継電器。
【請求項６】
前記過電流検出部は、
前記入力電流の定格周波数成分を抽出した電流データを生成するディジタルフィルタと、
前記電流データを用いて前記実効値を演算する実効値演算部とを含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の過電流継電器。
【請求項７】
電力系統から入力された入力電流の定格周波数成分を抽出した第１電流データを生成する第１ディジタルフィルタを含む第１過電流検出部と、
前記第１ディジタルフィルタよりも高速なフィルタ特性を有し、前記入力電流の定格周波数成分を抽出した第２電流データを生成する第２ディジタルフィルタを含む第２過電流検出部とを備え、
前記第１過電流検出部は、第１期間の前記第１電流データを用いて演算された第１実効値と、第１整定値とを比較することにより過電流の第１検出結果を出力し、
前記第２過電流検出部は、前記第１期間よりも短い第２期間の前記第２電流データを用いて演算された第２実効値と、前記第１整定値よりも大きい第２整定値とを比較することにより過電流の第２検出結果を出力し、前記第２実効値と前記第１整定値よりも小さい第３整定値との比較することにより過電流の第３検出結果を出力し、
前記第１実効値が低下したことを検出する低下検出部と、
前記第１〜第３検出結果と、前記低下検出部の検出結果とに基づいて、動作出力および復帰出力を生成する出力制御部とをさらに備え、
前記出力制御部は、前記第１実効値の低下が検出された場合には、過電流が未検出であることを示す前記第１検出結果、および過電流が未検出であることを示す前記第３検出結果のうち、いずれか早い方の出力タイミングで前記復帰出力を生成する、過電流継電器。
【請求項８】
前記出力制御部は、前記第１実効値の低下が検出されていない場合には、過電流が検出されたことを示す前記第１検出結果、および過電流が検出されたことを示す前記第２検出結果のうち、いずれか早い方の出力タイミングで前記動作出力を生成する、請求項７に記載の過電流継電器。
【国際調査報告】
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