(57)【要約】【課題】外乱による影響を受けず高感度に電力系統の事故の有無判定ができるディジタル保護継電装置を提供することである。【解決手段】保護対象の電力系統からアナログの電気量を入力しアナログ電気量をサンプリングしアナログ／ディジタル変換して得たディジタルデータを基に保護リレー演算を行い電力系統の事故の有無を判定するディジタル保護継電器と、保護対象外の電力系統の事故電流による外部磁界が原因で電気量を入力するアナログ入力部の補助変成器もしくは内部回路に発生する誘導量を抑制する抑制部とを備え、ディジタル保護継電器は電流差動継電器であり、抑制部は、ディジタル保護継電器の内部の複数の補助変成器のうち一部の設置方向を回転させた構成とし、外部磁界による誘導量を打ち消して外部磁界の影響を抑制する。【選択図】図２４
2011223873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護対象の電力系統からアナログの電気量を入力し前記アナログ電気量をサンプリングしアナログ／ディジタル変換して得たディジタルデータを基に保護リレー演算を行い電力系統の事故の有無を判定するディジタル保護継電器と、保護対象外の電力系統の事故電流による外部磁界が原因で前記電気量を入力するアナログ入力部の補助変成器もしくは内部回路に発生する誘導量を打ち消して外部磁界の影響を抑制する抑制部とを備え、前記ディジタル保護継電器は電流差動継電器であり、前記抑制部は、前記ディジタル保護継電器の内部の複数の補助変成器のうち一部の設置方向を回転させた構成とし、外部磁界による誘導量を打ち消して外部磁界の影響を抑制することを特徴とするディジタル保護継電装置。
【請求項２】
前記ディジタル保護継電器の内部の複数の補助変成器のうち一部の設置方向を回転させた構成は、複数の補助変成器のうち一部を巻線の設置方向が反対方向を向くように配置する構成であることを特徴とする請求項１記載のディジタル保護継電装置。
【請求項３】
前記ディジタル保護継電器の内部の複数の補助変成器のうち一部の設置方向を回転させた構成は、複数の補助変成器自体の設置の方向は変更せず、一部の補助変成器とアナログ／ディジタル変換回路との間を接続する配線、およびアナログの電気量の入力部と一部の補助変成器との間を接続する配線を配線経路の途中で反転させる構成であることを特徴とする請求項１記載のディジタル保護継電装置。
【請求項４】
前記ディジタル保護継電器の内部の複数の補助変成器のうち一部の設置方向を回転させた構成は、複数の補助変成器のうち３個の補助変成器を１２０°ずつ回転配置させる構成であることを特徴とする請求項１記載のディジタル保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の電流もしくは電圧の交流信号をサンプリングしアナログ／ディジタル変換して得たディジタルデータを基に電力系統の事故の有無を判別して保護動作を行うディジタル保護継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディジタル保護継電装置は、電力系統の電流や電圧の交流信号を計器用変成器で入力し、入力した電流や電圧の交流信号をサンプリングし、さらにアナログ／ディジタル変換して得たディジタルデータを基に所定の演算を行うことにより、電力系統の事故の有無を判別し、事故であると判定したときには保護動作を行う。
【０００３】
ディジタル保護継電装置は、電力系統の電流や電圧を高精度に入力し、保護区間内での電力系統の故障を高感度に検出して保護動作を行い、一方、保護区間内で事故が発生していない時は動作してはならず、外乱などにより動作することも許されない。
【０００４】
このようなことから、ディジタル保護継電装置では、雷サージや開閉サージなどの外乱に対して、誤動作しないよう対策が取られている。雷サージは、電力系統などへの雷撃によるサージ電流が変電所のアースへ流入し、制御ケーブルに誘導してディジタル保護継電装置に侵入してくるものである。また遮断器や断路器の開閉による開閉サージも発生し、ディジタル保護継電装置に侵入する。これらのサージは、系統周波数より高周波であることから、ディジタル保護継電装置においてはフィルタによる減衰などの手法がとられている。また、系統の事故電圧や事故電流に含まれる高調波成分の影響を抑制するものもある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６２４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、電力系統での地絡事故や短絡事故などにより最大数１０ｋＡにも及ぶ大電流が流れ、周囲に大きな磁界を発生させることがある。この磁界がディジタル保護継電装置に侵入して及ぼす影響について、過去には問題が発生することがなかったが、ディジタル保護継電装置の回路の高精度化とともに問題となる可能性も出てきた。磁界の大きさは電流の大きさに比例し、電流からの距離に反比例する。
【０００７】
図３２のように、変電所１１に大電流ｉｆが流れた場合、交流磁界ｈが変電所１１内に設置されたディジタル保護継電器１２内部の回路ループに鎖交して、電圧あるいは電流の誘導量、すなわちノイズを発生させる。
【０００８】
図３３は従来のディジタル保護継電器に外部磁界が影響する様相の説明図である。ディジタル保護継電器１２は電力系統１３に隣接する別の電力系統１３Ａの大電流ｉｆからの磁界ｈの影響を受けるものとする。
【０００９】
ディジタル保護継電器１２は、電力系統１３の変成器１４から入力される電気量ａ１を補助変成器１５を介して入力する。補助変成器１５の出力ａ２は、変成器１４から入力される電気量ａ１より小さな出力である。つまり、補助変成器１５は、変成器１４から入力される電気量ａ１をそれより小さな補助変成器出力ａ２に変換するものである。補助変成器出力ａ２は信号線ＰＮを伝達し、信号線ＰＮを伝達してきたアナログ入力量ａ３はアナログ／ディジタル変換回路１６でサンプリングされアナログ／ディジタル変換してディジタルの電気量データｄｉｇとなる。アナログ／ディジタル変換回路１６の出力であるディジタルの電気量ｄｉｇは演算処理部１７に入力され、演算処理部１７において保護リレー演算が行われ電力系統の事故の有無が判定される。
【００１０】
一方、ディジタル保護継電器１２は電力系統１３に隣接する別の電力系統１３Ａの大電流ｉｆからの磁界ｈの影響を受けている。すなわち、ディジタル保護継電器１２内部の補助変成器１５の二次側巻線内に鎖交した磁界ｈが変化することにより外部磁界巻線誘導量ｅｘが生じる。さらに、信号線ＰＮが構成する閉回路ループＬＰに鎖交する磁界ｈの変化により、外部磁界閉回路誘導量ｅｙも発生する。
【００１１】
これにより、アナログ／ディジタル変換回路１６に入力されるアナログ入力量ａ３は、補助変成器出力ａ２の他に、外部磁界巻線誘導量ｅｘと外部磁界閉回路誘導量ｅｙとの和が加算されたものとなる。外部磁界巻線誘導量ｅｘは、補助変成器１５の巻線ループの総面積すなわち巻線の面積と巻数とに比例し、外部磁界閉回路誘導量ｅｙは閉回路ループＬＰの面積に比例する。
【００１２】
このようにディジタル保護継電器１２外部からの磁界による誘導量により、ディジタル保護継電器１２のアナログ／ディジタル変換回路１６に入力される電気量は、本来の電力系統１３から入力された電気量ａ１のみにより生ずる電気量から変化したものとなり、演算処理部１７に入力されるディジタルの電気量も同様に変化したものとなる。このため、電力系統１３の事故の有無を正しく判定することができない場合がある。また、この誘導量の波形は、本来保護すべき電力系統の電気量の波形か、他の電力系統からの誘導量の波形か区別が難しく、周波数が５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚなどの電力系統周波数に一致しているため、フィルタによる選択削除は期待できず、演算処理部１７において系統事故有無の判定演算を正しく行うことが困難となる。
【００１３】
変電所における現実的な例として、ディジタル保護継電器１２の至近約２０ｍに実効値２０ｋＡの大電流が流れたと想定する。その場合に、ディジタル保護継電器１２のプリント基板上の回路ループＬＰが１００ｃｍ２程度であり、磁界に直行していた場合には、回路ループに発生する外部磁界閉回路誘導量ｅｙは１ミリボルト程度である。これは近年のディジタル保護継電器１２に使用される高分解能のアナログ／ディジタル変換器１６の分解能より大きな値であるので動作に影響を及ぼす。
【００１４】
ディジタル保護継電器１２には、種々の方式があるが、外部磁界への影響に注意が必要なものとして、電流差動により動作するディジタル保護継電器１２がある。図３４は電流差動保護の動作原理の説明図、図３５は従来の電流差動保護継電器の内部ブロック構成図である。
【００１５】
図３４に示すように、電流差動保護では、保護区間に流れ込むすべての端子の電流の総和を計算して、電流の総和が０の場合は事故なし、０でない場合は事故有りと判定する。例えば、変電所内の母線を保護する場合は、その母線１８につながる全ての線路Ｆａ〜Ｆｎの電流ｉ１〜ｉｎを用いて事故判定をする。また２つの変電所を結ぶ送電線を保護する場合は、両端の変電所での電流を用いて事故の判定を行う。この場合は変電所間で電流データの通信が行われる。保護区間である母線１８に接続される複数の線路Ｆａ、Ｆｂ、…Ｆｎから流れ込む電流ｉａ、ｉｂ、…ｉｎは、変流器１９ａ〜１９ｎによりディジタル保護継電器１２に入力できる小さな電流値ｉａ１、ｉｂ１…ｉｎ１に変換する。
【００１６】
図３５に示すように、ディジタル保護継電器１２では、補助変成器１５ａ〜１５ｎにより、変流器１９ａ〜１９ｎからの出力電流ｉａ１、ｉｂ１、…ｉｎ１をアナログ入力回路（補助変成器１５の２次側からアナログ／ディジタル変換器１６に至る回路）に入力できるさらに小さな電流値ｉａ２、ｉｂ２、…ｉｎ２に変換する。アナログ入力回路では、ｉａ２、ｉｂ２、…ｉｎ２をサンプリングし、アナログ／ディジタル変換してディジタル値ｄｉｇａ、ｄｉｇｂ、…ｄｉｇｎに変換する。
【００１７】
演算処理部１７内の差動演算部（ＤＩＦ）２０では、ｄｉｇａ、ｄｉｇｂ、…ｄｉｇｎの和を演算して、記憶部（ＭＥＭ）２１等に記憶されている整定値ｉｓｅｔと比較して、保護区間である母線１８内の事故の有無判定を行う。保護区間ＰＺ内に事故が起きていない場合は、保護区間に流れ込む電流は、同量がいずれかの端子から流れ出るため、キルヒホッフの法則より、ｉａ、ｉｂ、…ｉｎの総和は０となる。一方保護区間ＰＺ内に事故、すなわち地絡事故や短絡事故などが起きている場合は、事故箇所にて大地や、送電線の別の相、別の回線などへ電流が流失するため、ｉａ、ｉｂ、…ｉｎの総和は０とならず、流出する事故電流となる。従って、演算処理部１７では、ディジタル値ｄｉｇａ、ｄｉｇｂ、…ｄｉｇｎの総和が、予め定めた整定値ｉｓｅｔより小さい場合は無事故、大きい場合は事故と判定（Ｐｒｏ）する。この方式は電流差動方式と呼ばれ、事故箇所から流出する電流を直接演算するため、小さな事故電流でも検知することが可能である反面、その動作は外部磁界の影響を受けやすい傾向にある。
【００１８】
図３６は従来の電流差動保護継電器に対する外部磁界の影響の説明図である。ディジタル保護継電器１２に、外部から磁界ｈが印加された場合、アナログ／ディジタル変換回路１６の各回線入力には、誘導量ｅｘａ、ｅｘｂ、…ｅｘｎが発生する。これらの誘導量は、アナログ／ディジタル変換回路１６によりサンプリングされ、アナログ／ディジタル変換され、ディジタル量ｄｉｇａ、ｄｉｇｂ、…ｄｉｇｎとして出力される。演算処理部１７内の差動演算部（ＤＩＦ）２０では、ｄｉｇａ、ｄｉｇｂ、…ｄｉｇｎの和を演算して、整定値ｉｓｅｔと比較して、大きい場合に保護区間ＰＺ内に事故が有ると判定してしまう。電力系統１３からの電気量がある場合は、それとの重ね合わせとなる。事故がない場合は、差電流が０となるべきであるが、磁界による誘導量がある場合、差電流が発生するため、事故ありと判定してしまう。特に母線保護継電器では、多数の回線の電気量を入力して和の演算を行うため、各回線の誘導量の和が大きくなり、誤った事故有無判定をし易い傾向にある。
【００１９】
本発明の目的は、外乱による影響を受けず高感度に電力系統の事故の有無判定ができるディジタル保護継電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明のディジタル保護継電装置は、保護対象の電力系統からアナログの電気量を入力し前記アナログ電気量をサンプリングしアナログ／ディジタル変換して得たディジタルデータを基に保護リレー演算を行い電力系統の事故の有無を判定するディジタル保護継電器と、保護対象外の電力系統の事故電流による外部磁界が原因で前記電気量を入力するアナログ入力部の補助変成器もしくは内部回路に発生する誘導量を打ち消して外部磁界の影響を抑制する抑制部とを備え、前記ディジタル保護継電器は電流差動継電器であり、前記抑制部は、前記ディジタル保護継電器の内部の複数の補助変成器のうち一部の設置方向を回転させた構成とし、外部磁界による誘導量を打ち消して外部磁界の影響を抑制することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外部磁界検出部で求めた誘導量に基づきアナログ／ディジタル変換して得たディジタルデータに補正を加え、保護対象外の電力系統の事故電流による外部磁界が原因で電気量を入力するアナログ入力部の補助変成器もしくは内部回路に発生する誘導量を打ち消して外部磁界の影響を抑制するので、外乱による影響を受けず高感度に電力系統の事故の有無判定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の他の一例を示す構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の別の他の一例を示す構成図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置のさらに別の他の一例を示す構成図。
【図５】本発明の第１の実施の形態における外部磁界に対する磁気遮蔽の説明図。
【図６】本発明の第１の実施の形態での隙間の有無による外部磁界に対する遮蔽効果の説明図。
【図７】本発明の第１の実施の形態における磁気遮蔽筐体の一例の構造図。
【図８】本発明の第１の実施の形態における複数の補助変成器に対する巻線配置の一例を示す構造図。
【図９】本発明の第１の実施の形態における複数の補助変成器に対する巻線配置の他の一例を示す構造図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における個別の補助変成器に対する巻線配置の一例を示す構造図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態におけるアナログ入力部を別置形のケースに収納して形成したディジタル保護継電装置の構成図。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における磁気遮蔽筐体の形態の一例の説明図。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における磁気遮蔽筐体で被遮蔽体の全体を覆わない形態の一例の説明図。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の構成図。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における閉回路ループに対する外部磁界の作用の説明図。
【図１６】本発明の第２の実施の形態における閉回路ループが捩れた回路ループである場合の外部磁界の作用の説明図。
【図１７】本発明の第２の実施の形態におけるディジタル保護継電器でプリント基板上のパターンの間隔を狭くする一例の斜視図。
【図１８】本発明の第２の実施の形態におけるディジタル保護継電器でプリント基板上のパターンの間隔を狭くする他の一例の斜視図。
【図１９】本発明の第２の実施の形態におけるディジタル保護継電器でプリント基板上のパターンの間隔を狭くする別の他の一例の斜視図。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の補助変成器の構成図。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の補助変成器に対する外部磁界の作用の説明図。
【図２２】本発明の第３の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の補助変成器の他の一例の構成図。
【図２３】本発明の第３の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の補助変成器の別の他の一例の構成図。
【図２４】本発明の第４の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の構成図。
【図２５】本発明の第４の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置に対する外部磁界の影響の説明図。
【図２６】本発明の第４の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の他の一例の構成図。
【図２７】図２６に示したディジタル保護継電装置に対する外部磁界の影響の説明図。
【図２８】本発明の第５の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の構成図。
【図２９】本発明の第５の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の他の一例の構成図。
【図３０】本発明の第５の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の別の他の一例の構成図。
【図３１】本発明の第５の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置のさらに別の他の一例の構成図。
【図３２】電力系統の事故電流により磁界が発生する様相の説明図。
【図３３】従来のディジタル保護継電器に外部磁界が影響する様相の説明図。
【図３４】電流差動保護の動作原理の説明図。
【図３５】従来の電流差動保護継電器の内部ブロック構成図。
【図３６】従来の電流差動保護継電器に対する外部磁界の影響の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の構成図である。この第１の実施の形態は、図３３に示した従来例に対し、外部磁界の影響を抑制する抑制部として、磁界を遮蔽する磁気遮蔽筐体２２をディジタル保護継電器１２を覆うように設けたものである。抑制部は、保護対象外の電力系統の事故電流による外部磁界が原因で前記電気量を入力するアナログ入力部の補助変成器もしくは内部回路に発生する誘導量を抑制する。
【００２４】
図１において、第１の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置は、電力系統１３を保護するディジタル保護継電器１２とディジタル保護継電器１２の周囲を囲う磁気遮蔽筐体２２とから構成されており、ディジタル保護継電器１２の周囲にある別の電力系統１３Ａの大電流ｉｆによる外部磁界ｈからディジタル保護継電器１２を磁界から保護する。磁気遮蔽筐体２２はディジタル保護継電器１２の全体を囲んでいるが、必ずしも全体を囲う必要はなく、磁界の影響を受けやすい部位を重点的に囲うことも有効である。
【００２５】
図２は本発明の第１の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の他の一例を示す構成図である。図２では補助変成器１５のみ遮蔽した一例である。また、図３は本発明の第１の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の別の他の一例を示す構成図である。図３では補助変成器１５と信号線ＰＮとを遮蔽した一例である。図４は本発明の第１の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置のさらに別の他の一例を示す構成図である。図４では補助変成器１５と信号線ＰＮとアナログ／ディジタル変換回路１６とを遮蔽した一例である。
【００２６】
大電流による磁界は５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚなどの周波数であり、種々の磁気シールド方法は、透磁率の高い物質すなわち磁性体による遮蔽が効果があり、コスト面でも優れている。磁気遮蔽筐体２２の構造としては、図５に示すように、外部磁界に垂直な方向から見たときに、被遮蔽物であるディジタル保護継電器１２の３６０°全周を隙間なく囲んでいることが重要である。
【００２７】
このように構成された第１の実施の形態における磁気遮蔽筐体２２による外部磁界に対する作用を説明する。図５に示すように外部から磁気遮蔽筐体２２に侵入した磁束は、透磁率の高い遮蔽材の中を主に通り、磁気遮蔽筐体２２中の空洞部分を避ける。このため、ディジタル保護継電器１２のある磁気遮蔽筐体２２内部では磁界が弱められる。
【００２８】
遮蔽材料は、透磁率の高い方が侵入時の屈折角を大きくでき、同じ断面積でより多くの磁束を通すことができるため、遮蔽内部への磁束侵入を防止できる。従って、透磁率の高い材料のほうが薄い遮蔽材料でも効果を得ることができる。透磁率の高く遮蔽に適した材料としては、パーマロイ、珪素鋼板、鉄などがあげられる。
【００２９】
遮蔽構造は、遮蔽対象の全周を隙間なく囲むことが望ましいとされるが、通常は隙間δができてしまう。隙間δができる場合は、図６（ａ）に示すように磁束の方向に対して直角方向の隙間は磁束の通り道を塞ぐ形となり、遮蔽内部へ磁束が拡散し遮蔽効果が著しく低下してしまう。一方、図６（ｂ）に示すように並行方向の隙間は遮蔽効果の低下が少ない。
【００３０】
図７は、本発明の第１の実施の形態における磁気遮蔽筐体の一例の構造図である。図７（ａ）は上下面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は左右側面図である。磁気遮蔽筐体２２の内部には、補助変成器１５とアナログ／ディジタル変換回路１６とからなるアナログ入力部と、演算処理部１７とが収納される。なお、図７における磁気遮蔽筐体２２内部の各構成要素の個数や並びの順番は各種可能であり、特に規制されるものではない。
【００３１】
磁気遮蔽筐体２２は外部磁界を遮蔽するため、透磁率の高い材料、例えば鉄などで構成する。磁気遮蔽筐体２２内部へは一般に外部からのケーブル接続が必要であり、６面全てを完全に遮蔽することは実際には困難なため、少なくとも上下面２３と左右側面２４は完全に遮蔽する。これにより上下左右方向からの磁界は遮蔽することができる。
【００３２】
また、磁気遮蔽筐体２２は内部の電子回路の発熱を放熱するため、一般に通風孔２５ａ、２５ｂが必要であるが、上下面２３には、左右方向に長い通風孔２５ａを設け、また左右側面には上下方向に長い通風孔２５ｂを設ける。これにより、上下左右方向から遮蔽材の中にバイパスされた磁界の通り道を塞ぐことがなく、遮蔽効果を低下させずに放熱効果を高めることができる。なお、この場合、前後方向の磁界に対する遮蔽効果が少ないが、磁界の影響を受けやすい補助変成器１５の巻線及び内部基板ループの垂直方向を前後方向に向けないように配置することで、磁界への影響を少なくすることができる。
【００３３】
図８は本発明の第１の実施の形態における複数の補助変成器に対する巻線ループ配置の一例を示す構造図、図９は本発明の第１の実施の形態における複数の補助変成器に対する巻線ループ配置の他の一例を示す構造図である。
【００３４】
一般に補助変成器１５のみ複数個まとめて一つのユニットに納めたものがよく使用されるが、このユニットを磁気遮蔽筐体２２で囲うことは有効である。ユニットを直方体とした場合、６面全て遮蔽するのは一般には難しく、ケーブルの引き出しが行われる正面や背面は遮蔽をするのが困難である。そこで、上下左右面を遮蔽する。図８に示すように、外部磁界ｈの上方向成分ｈｕｐは遮蔽されるが、前後方向成分ｈｆｂや左右方向成分ｈｌｒは遮蔽できない。前後方向成分ｈｆｂの影響を少なくするために、図８に示すように、補助変成器１５の巻線ループの垂直方向をユニットの左右方向とする。また、左右方向成分ｈｌｒの影響を少なくするためには、図９に示すように、補助変成器１５の巻線ループの垂直方向をユニットの上下方向とする。これにより、外部磁界ｈの影響を少なくすることができる。
【００３５】
図１０は、本発明の第１の実施の形態における個別の補助変成器に対する巻線配置の一例を示す構造図である。図１０に示すように、一つ一つの補助変成器１５を鉄の小箱である磁気遮蔽筐体２２に収納するなども有効な方法である。完全に密閉してシールドすることは難しいが、鉄心２６と巻線２７とを有した補助変成器１５を筒状に形成された磁気遮蔽筐体２２に収納して外部磁界ｈの影響を軽減する。
【００３６】
またアナログ入力部のみ単独で別置きとすることも可能である。その場合、小型化することができ、しかも最適な方法の遮蔽を行うことができる。図１１に示すように補助変成器１５とアナログ／ディジタル変換回路１６と、ディジタルの電気量をケーブル２８を経由して演算処理部１７に送信するための送信回路２９を収納した別置き方のユニット３０として設置する。図１１ではユニット３０をを磁気遮蔽筐体２２の中に収納した一例を示している。
【００３７】
以上の説明は、磁気遮蔽筐体２２の形状として直方体のものを示したが、実際には種々の形態をとることが可能であり、図１２に示すように、箱形、円筒形、平板形としてもよい。図１２（ａ）は被遮蔽体であるディジタル保護継電器２２を直方体形状の磁気遮蔽筐体２２で覆ったもの、図１２（ｂ）は被遮蔽体であるディジタル保護継電器２２を円柱形状の磁気遮蔽筐体２２で覆ったもの、図１２（ｃ）は被遮蔽体３１を２枚の平板の磁気遮蔽材３２で挟んで被遮蔽体３１を覆ったものである。図１２（ｃ）に示すように、遮蔽をする場合に全周を遮蔽するのが困難な場合は、全周を囲わなくても遮蔽効果は少なくなるものの効果はある。
【００３８】
図１３は、本発明の第１の実施の形態における磁気遮蔽材で被遮蔽体の全体を覆わない形態の一例の説明図である。以下の説明では上下左右前後は特に意識しないで説明する。図１３（ａ）は平板状の磁気遮蔽材３１で一面のみ遮蔽したもの、図１３（ｂ）は隣あう二面を遮蔽するもの、図１３（ｃ）は向かい合う二面を遮蔽するもの、図１３（ｄ）はコの字形に三面を遮蔽するもの、図１３（ｅ）は近接する三面を遮蔽するもの、図１３（ｆ）は隣合う二面を除く四面を遮蔽するもの、図１３（ｇ）は向かい合う二面を除く四面すなわち筒状に遮蔽するもの、図１３（ｈ）は五面を遮蔽するもの、図１３（ｉ）は円筒状の磁気遮蔽材３１の底面がないもの、図１３（ｊ）は円筒状の磁気遮蔽材３１の片側のみ底面がないもので遮蔽する場合をそれぞれ示している。
【００３９】
第１の実施の形態によれば、ディジタル保護継電器２２の外部磁界の影響を受けやすい部分を抑制部で覆い外部磁界の影響を抑制するので、外部磁界による誤動作を防止できる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図１４は、本発明の第２の実施の形態に係わるディジタル保護継電器の構成図である。この第２の実施の形態は、外部磁界の影響を抑制する抑制部として、ディジタル保護継電器の回路基板を形成するプリント基板上のパターンのループの面積を小さく形成するようにしたものである。
【００４１】
図１４において、電力系統１３の変成器１４から入力される電気量ａ１は、ディジタル保護継電器１２の補助変成器１５に入力され、電気量ａ１より小さな二次電気量ａ２に変換される。補助変成器１５から出力された二次電気量ａ２は一対の信号線ＰＮでアナログ／ディジタル変換器１６に伝送される。この場合、信号線ＰＮで形成される閉回路ループＬＰ内において、ディジタル保護継電器１２の周囲にある別の電力系統１３Ａの大電流ｉｆによる外部磁界ｈの変化の影響で外部磁界閉回路誘導量ｅｙが発生する。
【００４２】
従って、外部磁界ｈの変化の影響で発生する外部磁界閉回路誘導量ｅｙと二次電気量ａ２とが信号線ＰＮを通過した後の電気量ａ３となる。すなわち、二次電気量ａ２と外部磁界閉回路誘導量ｅｙとの和はアナログ／ディジタル変換回路１６に入力され、アナログ／ディジタル変換回路１６でサンプリングしてアナログ／ディジタル変換を行う。演算処理部１７は、アナログ／ディジタル変換回路１６から入力したディジタルの電気量を基に保護リレー演算を行い電力系統の事故の有無を判定する。
【００４３】
第２の実施の形態では、正負一対の信号経路ＰＮが構成するループＬＰに鎖交する磁界ｈの影響により発生する外部磁界閉回路誘導量ｅｙを小さくする。図１５は本発明の第２の実施の形態における閉回路ループＬＰに対する外部磁界の作用の説明図である。図１５に示すように、閉回路ループＬＰの外部磁界閉回路誘導量ｅｙはループに沿って発生し、その大きさは、ループの面積、より厳密には磁界の垂直面への投影面積に比例する。外部磁界閉回路誘導量ｅｙの極性は磁界に対して一定の向きに発生する。従って、図１６に示すように、閉回路ループが捩れていくつもの小ループで構成されている場合は、個々のループにおける誘導の極性が異なることになる。
【００４４】
次に、磁界ｈに対する外部磁界回路誘導量ｅｙを小さくする方法を説明する。図１７は、本発明の第２の実施の形態におけるディジタル保護継電器のプリント基板３３上のパターンの間隔を狭くする一例の斜視図である。図１７では、信号線ＰＮがプリント基板上のパターンである場合に、そのループ面積を小さくする場合を示している。いま、信号線ＰＮの一方のパターンをＰ１、他方のパターンをＰ２とした場合、パターンＰ１とパターンＰ２とを互いに近接させて配置する。これにより、ループ面積を小さくすることができ外部磁界回路誘導量ｅｙを小さくすることが可能である。
【００４５】
図１８は、本発明の第２の実施の形態におけるディジタル保護継電器でプリント基板上のパターンの間隔を狭くする他の一例の斜視図である。図１８では、信号線ＰＮがプリント基板３３上のパターンであり、プリント基板３３の層数が２層以上である場合に、そのループ面積を小さくする場合を示している。いま、一方のパターンをＰ１、他方のパターンをＰ２とした場合、パターンＰ１とパターンＰ２とを互いに異なる層に配置し、パターンＰ２を広い面積を持ったパターンとし、パターンＰ１はパターンＰ２の上に配置する。これにより、磁界に対するループ面積を小さくすることが可能である。
【００４６】
図１９は、本発明の第２の実施の形態におけるディジタル保護継電器でプリント基板上のパターンの間隔を狭くする別の他の一例の斜視図である。図１９では、信号線ＰＮがプリント基板３３上のパターンである場合にループ面積を小さくする場合を示している。
【００４７】
いま、プリント基板３３上のパターンをＰ１、Ｐ２として、プリント基板の層数が２層以上である場合には、パターンＰ１、Ｐ２を、スルーホールにより層を適宜変更し、プリント基板３３上でパターンＰ１、Ｐ２の進行方向に向かって左右の位置関係を順次入れ替え、パターンＰ１が進行方向に向かって左側にあるループ部分の面積をＳＳ１Ｌ、ＳＳ２Ｌ、…、右側にあるループ部分の面積をＳＳ１Ｒ、ＳＳ２Ｒ、…とした場合に、ＳＳ□Ｌの総和とＳＳ□Ｒとの総和が近い値となるようにする。
【００４８】
パターンＰ１が進行方向に向かって左側にあるループ部分での誘導起電力ｅＬ、パターンＰ１が進行方向に向かって右側にあるループ部分での誘導起電力ｅＲとすると、誘導起電力ｅＬと誘導起電力ｅＲとは極性が反対で、それぞれ大きさが同じ起電力となる。従って、信号線ＰＮで構成される閉回路ループに発生するトータルの誘導起電力はｅＬとｅＲとの和となるため、小さくすることができる。
【００４９】
第２の実施の形態によれば、ディジタル保護継電器の回路基板を形成するプリント基板上のパターンのループの面積を小さく形成するので、事故電流による外部磁界がループに鎖交することにより誘導される誘導起電力の大きさを小さくでき、アナログ／ディジタル変換回路１６は、自身の保護すべき電力系統の電気量を正しく入力しサンプリングして、アナログ／ディジタル変換して正しいディジタル値を出力し、正しく電力系統の事故の有無を判定することができる。
【００５０】
（第３の実施の形態）
図２０は本発明の第３の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の補助変成器１５の構成図である。この第３の実施の形態は、外部磁界の影響を抑制する抑制部として、アナログ入力部の補助変成器１５の二次巻線を２個以上の複数の分割巻線として構成し、各分割巻線は鉄心上の反対側の位置に装着したものである。
【００５１】
図２０において、補助変成器１５は、鉄心２６、一次巻線Ｗ１、二つに分割された二次巻線Ｗ２Ｌ、Ｗ２Ｒから構成されている。一次側巻線Ｗ１に電気量ａ１が入力された場合、二次巻線Ｗ２Ｌ、Ｗ２Ｒには二次出力ａ２Ｌ、ａ２Ｒが得られ、その向きは図２０に図示されたとおりであり、補助変成器１５の出力ａ２としては、二次出力ａ２Ｌ、ａ２Ｒの和が出力される。なお、鉄心２６の有無および構造や一次巻線Ｗ１の取り付け位置は各種可能であり、図２０に示すものに制約されるものではない。
【００５２】
図２１は図２０に示した補助変成器１５に対する外部磁界の作用の説明図である。外部磁界ｈにより、巻線Ｗ２Ｌには誘導量ｅｘＬ、巻線Ｗ２Ｒには誘導量ｅｘＲが発生する。誘導量の向きは図２１に示すとおりであり打ち消しあう方向にある。このため、誘導量ｅｘＬと誘導量ｅｘＲとが近い値である場合には、補助変成器１５の出力に現れるトータルの巻線誘導量ｅｘは小さいものとなる。
【００５３】
ここで、巻線Ｗ２Ｌ、Ｗ２Ｒの配置方法は、実際には種々の方法を取ることが可能である。図２２は、本発明の第３の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の他の一例の補助変成器の構成図である。図２２に示すように鉄心２６の四辺各々に、巻線Ｗ２Ｕ、Ｗ２Ｌ、Ｗ２Ｄ、Ｗ２Ｒを設けて、垂直方向からの磁界ｈｖと、水平方向からの磁界ｈｈの両方に対して対策することも可能である。この場合も、補助変成器１５の出力に現れるトータルの巻線誘導量ｅｘは小さいものとなる。
【００５４】
図２３は、本発明の第３の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の補助変成器の別の他の一例の構成図である。図２３に示すように鉄心２６の全周に巻線Ｗ２を設けて、あらゆる方向からの磁界ｈに対して対策することも可能である。この場合も補助変成器１５の出力に現れるトータルの巻線誘導量ｅｎは小さいものとなる。
【００５５】
第３の実施の形態によれば、外部磁界ｈによる補助変成器１５の巻線への誘導を軽減することができ、補助変成器１５は自身の保護すべき系統の電気量を正しい二次側出力値に変換して、アナログ／ディジタル変換回路１６がサンプリングしてアナログ／ディジタル変換して演算処理部で整定値と比較することにより、正しく電力系統の事故の有無を判定することができる。従って、事故電流が流れた場合でも、外部磁界ｈの影響を軽減して、ディジタル保護継電器１２は正しく電力系統の事故の有無を判定することができる。
【００５６】
（第４の実施の形態）
図２４は本発明の第４の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の構成図である。この第４の実施の形態は、ディジタル保護継電器１２は電流差動継電器であり、外部磁界の影響を抑制する抑制部として、ディジタル保護継電器１２の内部の複数の補助変成器１５ａ〜１５ｎのうち一部の設置方向を回転させた構成としたものである。第４の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置が適用される系統は、図３４に示した系統と同じであるとする。
【００５７】
図２４において、ディジタル保護継電器１２に入力された電流ｉａ１、ｉｂ１…ｉｎ１を別の電流値ｉａ２、ｉｂ２、…ｉｎ２に変換する補助変成器１５ａ〜１５ｎと、変換された電流値ｉａ２、ｉｂ２、…ｉｎ２をサンプリングし、アナログ／ディジタル変換してディジタル値ｄｉｇａ、ｄｉｇｂ、…ｄｉｇｎに変換するアナログ／ディジタル変換回路１６と、アナログ／ディジタル変換されたディジタル値ｄｉｇａ、ｄｉｇｂ、…ｄｉｇｎの和を演算して、整定値ｉｓｅｔと比較して、保護区間である母線１８内の事故の有無判定を行う差動演算部（ＤＩＦ）２０と、整定値を記憶する記憶部（ＭＥＭ）２１とからなる演算処理部１７から構成される。
【００５８】
第４の実施の形態では、図２４に示すように、複数の補助変成器１５ａ〜１５ｎのうち一部を巻線の設置方向が反対方向を向くように配置する。あるいは、補助変成器１５ａ〜１５ｎ自体の設置の方向は変更せず、補助変成器１５ａ〜１５ｎとアナログ／ディジタル変換回路１６との間を接続する配線、およびディジタル保護継電器１２の入力部と補助変成器１５ａ〜１５ｎとの間を接続する配線を、配線経路の途中で反転させる。この場合、配線は反転するが、ディジタル保護継電器１２への入力部での信号の極性と、アナログ／ディジタル変換回路１６へ入力される信号の極性の対応は、補助変成器１５ａ〜１５ｎを反転しない場合の極性と変わらず同一である。必要なことは、外部磁界ｈよって補助変成器１５ａ〜１５ｎの巻線に発生する磁束の向きが各回線で反転するように設置することである。
【００５９】
このように構成された第４の実施の形態において、保護区間である母線１８内に事故が起きていない場合は、保護区間である母線１８に流れ込む電流ｉａ、ｉｂ、…ｉｎの総和は０となる。一方、保護区間である母線１８内に事故、すなわち地絡事故や短絡事故などが起きている場合は、事故箇所にて電流が流失し、ｉａ、ｉｂ、…ｉｎの総和は流出する事故電流に等しくなる。従って、演算処理部１７では、差動演算部（ＤＩＦ）２０にてディジタル値ｄｉｇａ、ｄｉｇｂ、…ｄｉｇｎの和を演算し、予め定めた整定値ｉｓｅｔより小さい場合は無事故、大きい場合は事故が起きているものと判定する。
【００６０】
図２５は、本発明の第４の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置に対する外部磁界の影響の説明図である。ディジタル保護継電器１２が外部からの磁界ｈにさらされた場合には、図２５に示すように、外部磁界ｈにより発生し各回線毎のアナログ／ディジタル変換回路１６へ入力される誘導量ｅｘａ、ｅｘｂ，ｅｘｃ…ｅｘｎのうち一部の極性が反対となるため、差動演算部（ＤＩＦ）２０での和演算で相殺される。半数の極性が反対である場合に、誘導量に対する演算結果は最小になる。
【００６１】
図２６は、本発明の第４の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の他の一例の構成図である。図２６に示すように、ディジタル保護継電器１２の補助変成器１５ａ、１５ｂ、１５ｃを１２０°づつ回転配置させるようにしてもよい。この場合、各回線に誘導される誘導量のベクトル向きは、図２７に示すようになり、３回線毎の和演算の結果は零とすることができる。１８０°反転させる場合には、入力回線数が奇数の場合は、１回線分の誘導量が残るが１２０°の反転も組み合わせることにより、入力回線数が奇数の場合でも完全に誘導量を打ち消すことができる。
【００６２】
第４の実施の形態によれば、複数の補助変成器１５ａ〜１５ｎのうち一部の設置方向を回転させて外部磁界ｈによる誘導量を相殺するので、外部磁界ｈがあっても電力系統の事故の有無を正しく判定することができる。
【００６３】
（第５の実施の形態）
図２８は、本発明の第５の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の構成図である。この第５の実施の形態は、外部磁界の影響を抑制する抑制部として、外部磁界の大きさを検出しアナログ入力部に発生する誘導量を求める外部磁界検出部を備え、外部磁界検出部で求めた誘導量に基づきアナログ／ディジタル変換して得たディジタルデータに補正を加えるようにしたものである。
【００６４】
図２８において、ディジタル保護継電器１２の中に、外部磁界検出部としての外部磁界検出専用の巻線３４を設ける。外部磁界検出専用の巻線３４からの誘導量ｅｘｒｅｆは、アナログ／ディジタル変換回路１６によりサンプリングし、アナログ／ディジタル変換して外部磁界誘導量検出値ｄｉｇｒに変換する。差動演算部（ＤＩＦ）２０では、外部磁界誘導量検出値ｄｉｇｒに所定の補正係数ｃを乗算して、各回線の補助変成器の誘導量の予測値とし、それをさし引くことにより外部磁界の影響を相殺する。なお外部磁界検出専用巻線３４は空き回線の補助変成器１５ｚを流用して、一次側巻線を未接続とすることでも実現可能である。
【００６５】
図２９は、本発明の第５の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の他の一例の構成図である。図２９に示すように、外部磁界検出部として、プリント基板上に面積が数１００ｃｍ２オーダのパターンループ３５を設けるようにしてもよい。そして、パターンループ３５からの誘導量ｅｘｒｅｆをアナログ／ディジタル変換回路１６によりサンプリングし、アナログ／ディジタル変換して外部磁界誘導量検出値ｄｉｇｒに変換する。この場合も図２８で示した場合と同様に外部磁界の影響を相殺できる。
【００６６】
図３０は、本発明の第５の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置の別の他の一例の構成図である。図３０に示すように、ディジタル保護継電器１２の演算処理部１７において、予め外部磁界誘導量相殺値ｅｓｅｔを記憶する外部磁界誘導量設定記憶部３６を設けておき、差動演算部（ＤＩＦ）２０における和演算おいて、外部磁界誘導量相殺値ｅｓｅｔを差し引くことによって、外部磁界の影響を相殺するようにしてもよい。
【００６７】
図３１は、本発明の第５の実施の形態に係わるディジタル保護継電装置のさらに別の他の一例の構成図である。図３１に示すように、ディジタル保護継電器１２のアナログ入力部において、補助変成器１５に生じる誘導量を基板パターンの信号線ＰＮにより故意に形成したパターンループ３７により生じる誘導量にて打ち消すようにしてもよい。
【００６８】
第５の実施の形態によれば、外部磁界があっても電力系統の事故の有無を正しく判定することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１１…変電所、１２…ディジタル保護継電器、１３…電力系統、１４…変成器、１５…補助変成器、１６…アナログ／ディジタル変換器、１７…演算処理部、１８…母線、１９…変流器、２０…差動演算部、２１…記憶部、２２…磁気遮蔽筐体、２３…上下面、２４…左右側面、２５…通風孔、２６…鉄心、２７…巻線、２８…ケーブル、２９…送信回路、３０…ユニット、３１…被遮蔽体、３２…磁気遮蔽材、３３…プリント基板、３４…外部磁界検出専用巻線、３５…パターンループ、３６…外部磁界誘導量設定記憶部、３７…パターンループ
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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