(57)【要約】【課題】継電器デバイスを動作する方法を提供する。【解決手段】第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカについて正シーケンス第１電流フェーザおよび第２電流フェーザを計算し、フェーザおよびバスタイブレーカから電流を計算する。バスタイブレーカについて正シーケンス電圧を計算し、フィーダの１つの上にフォルトが存在しない状態で、バスタイブレーカにおける少なくとも１つのフォルト電流が閾値を超えるとき、方法をトリガする。フォルトが内部または外部であるかを判定し、第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカの正シーケンス電流が同相である場合、フォルトが内部であり、第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカの正シーケンス電流が同相ではない場合、フォルトがバスに対して外部である。フォルトがタイ回路の第１側または第２側にあるかを判定し、フォルトを配置する。【選択図】図１８
2008167647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
継電器デバイスを動作する方法であって、
第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカ、ならびに前記第１メイン回路ブレーカと前記第２メイン回路ブレーカを接続するバスタイブレーカを備える電気回路を提供する段階と、
前記第１メイン回路ブレーカおよび前記第２メイン回路ブレーカについてそれぞれ正シーケンスの第１電流フェーザおよび第２電流フェーザを計算し、フェーザ値および前記バスタイブレーカから電流を計算する段階と、
前記バスタイブレーカについて正シーケンス電圧を計算する段階と、
可能性のある変成器接続において回転がある場合、中性位相角度基準に対する線に対して、前記バスタイブレーカの前記正シーケンス電圧の補正を計算する段階と、
フィーダの少なくとも１つの上にフォルトが存在しない状態で、前記第１メイン回路ブレーカにおける少なくとも１つのフォルト電流の少なくとも１つの大きさが所定の閾値を超えるとき、方法の実施をトリガする段階と、
前記フィーダの少なくとも１つの上にフォルトが存在しない状態で、前記タイブレーカにおける少なくとも１つのフォルト電流の少なくとも１つの大きさが所定の閾値を超えるとき、方法の実施をトリガし、トリガが実施される場合、バスフォルトまたは反転フォルトが前記バスタイブレーカを経て後方供給される段階と、
前記第１メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流の位相角度と前記第２メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流の位相角度とを比較することによって、前記フォルトが内部フォルトまたは外部フォルトであるかを判定し、前記第１メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流が前記第２メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流と同相である場合、前記フォルトは内部であり、前記第１メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流が前記第２メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流と同相ではない場合、前記フォルトは前記バスに対して外部である段階と、
前記フォルトが内部である場合、前記タイブレーカを通る前記正シーケンス電流の前記位相角度と前記第１メイン回路ブレーカおよび前記第２メイン回路ブレーカの一方を通る前記正シーケンス電流とを比較することによって、前記フォルトが前記タイ回路ブレーカの第１側または前記タイ回路ブレーカの第２側にあるかを判定する段階と、
前記フォルトが前記バスに対して外部である場合、前記バスタイ回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流による電圧降下の方向と、前記バス上の事前フォルト正シーケンス電圧とを比較することによって、前記フォルトを配置する段階とを含む、方法。
【請求項２】
前記バスタイ回路ブレーカを通る前記電流による前記正シーケンス電圧降下が、前記バスタイ回路ブレーカを通る前記電流に第１変成器および第２変成器の一方の公称複素インピーダンスを乗算することによって計算される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
フォルトの位置が、１／２サイクルごとに計算される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
フォルトの位置が、所与の位置に対して全体で少なくとも２回計算されるとき、フォルトの位置が宣言される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記フォルトの位置が決定された後、適切な回路ブレーカがトリップされる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
フォルトの位置１について、前記第１メイン回路ブレーカのみがトリップされる、請求項４記載の方法。
【請求項７】
フォルトの位置２について、前記第１メイン回路ブレーカおよび前記バスタイ回路ブレーカがトリップされる、請求項４記載の方法。
【請求項８】
フォルトの位置３について、前記第２メイン回路ブレーカのみがトリップされる、請求項４記載の方法。
【請求項９】
フォルトの位置４について、前記第２メイン回路ブレーカおよび前記バスタイ回路ブレーカがトリップされる、請求項４記載の方法。
【請求項１０】
継電器デバイスによって可読なプログラム記憶デバイスを備え、前記継電器デバイスを動作する方法段階を実施するために前記継電器デバイスによって実行可能な命令のプログラムを具体的に実現する、コンピュータプログラム製品であって、前記方法段階が、
第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカ、ならびに前記第１メイン回路ブレーカと前記第２メイン回路ブレーカを接続するバスタイブレーカを備える電気経路を提供する段階と、
前記第１メイン回路ブレーカおよび前記第２メイン回路ブレーカについてそれぞれ正シーケンスの第１電流フェーザおよび第２電流フェーザを計算し、フェーザ値および前記バスタイブレーカから電流を計算する段階と、
前記バスタイブレーカについて正シーケンス電圧を計算する段階と、
可能性のある変成器接続において回転がある場合、中性位相角度基準に対する線に対して、前記バスタイブレーカの前記正シーケンス電圧の補正を計算する段階と、
フィーダの少なくとも１つの上にフォルトが存在しない状態で、前記第１メイン回路ブレーカにおける少なくとも１つのフォルト電流の少なくとも１つの大きさが所定の閾値を超えるとき、方法の実施をトリガする段階と、
前記フィーダの少なくとも１つの上にフォルトが存在しない状態で、前記タイブレーカにおける少なくとも１つのフォルト電流の少なくとも１つの大きさが所定の閾値を超えるとき、方法の実施をトリガし、トリガが実施される場合、バスフォルトまたは反転フォルトが前記バスタイブレーカを経て後方供給される段階と、
前記第１メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流の位相角度と前記第２メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流の位相角度とを比較することによって、前記フォルトが内部フォルトまたは外部フォルトであるかを判定し、前記第１メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流が前記第２メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流と同相である場合、前記フォルトは内部であり、前記第１メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流が前記第２メイン回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流と同相ではない場合、前記フォルトは前記バスに対して外部である段階と、
前記フォルトが内部である場合、前記タイブレーカを通る前記正シーケンス電流の前記位相角度と前記第１メイン回路ブレーカおよび前記第２メイン回路ブレーカの一方を通る前記正シーケンス電流とを比較することによって、前記フォルトが前記タイ回路ブレーカの第１側または前記タイ回路ブレーカの第２側にあるかを判定する段階と、
前記フォルトが前記バスに対して外部である場合、前記バスタイ回路ブレーカを通る前記正シーケンス電流による電圧降下の方向と、前記バス上の事前フォルト正シーケンス電圧とを比較することによって、前記フォルトを配置する段階とを含む、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には継電器に関し、より具体的には電力システム保護継電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
著作権の注意
本特許文書の開示の一部は、著作権保護を受ける材料を含む。著作権の所有者は、この特許文書または特許の開示が特許および商標庁の特許ファイルまたは記録にあるので、この特許文書または特許の開示のいずれかの人によるファクシミリ再生に対して異議を唱えないが、そうでない場合はすべての著作権の権利を何であっても保有する。
【０００３】
本明細書において参照される非特許文献
以下の文書は本明細書において引用され、参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００４】
［１］「Ｔｈｅ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｒｅａｋｅｒｓ  ｉｎ  Ｌｏｗ−Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ」、Ｍ  Ｖａｌｄｅｓ，Ｔ  Ｐａｐａｌｌｏ  ＆  Ｉ  Ｐｕｒｋａｙａｓｔｈａ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ２００４年７月／８月、９３２〜９４０ページ
［２］「ＩＥＥＥ  Ｇｕｉｄｅ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  Ａｒｃ−Ｆｌａｓｈ  Ｈａｚａｒｄ  Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  １５８４−２００２、Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．ニューヨーク州ニューヨーク市、によって発表
略語および頭文字のリスト
以下は、本明細書において使用される略語および頭文字の部分的なリストである。
【０００５】
ＨＲＧ  高抵抗設定／接地
ＰＰＥ  個人保護機器
ＨＲＣ＃  ハザードリスクカテゴリ＃
ＳＴ  短時間
ＰＵ  ピックアップ
ＣＢ  回路ブレーカ
ＭＣＣ  モータ制御センタ
ＦＬＡ  完全装備アンペア
ＺＳＩ  ゾーン選択インタロック
ＲＭＳ  ２乗平均
ＣＴ  電流変成器
ＺＳＩ  ゾーン選択性インタロッキング
ＰＤＺ  部分差動ゾーン
ＲＣ  反転電流
ＰＲＣ  反転電流保護
ＴＣＣ  時間電流曲線
ＭＣＣＢ  配線用回路ブレーカ
導入。時間に基づく調整および保護は、低電圧電力分配システムを調整するための標準的な基盤である。保護デバイスの動作を加速するために、ゾーン選択インタロッキングおよびバス差動保護などの改良を使用することができる。しかし、これらの改良はコストがかかり、実施が難しく、一般的に利用可能な技術を使用して予測されるようには機能しない可能性がある。それにもかかわらず、フォルトクリアリング速度および選択性の潜在的な利点は、現在のアークフラッシュおよび信頼性を意識する環境において、以前より価値がある。本明細書の記述には、ピットフォールを含む慣例的な保護改良に関連するいくつかの事項、ならびに広範なフォルトの大きさ、システム構成、および負荷のタイプについて選択性を維持しながら、迅速なフォルト保護を達成するためにゾーンベース保護を実施するより有効な方式が含まれる。
【０００６】
低電圧電力分配システムは、利用可能な技術を使用して、非限定的にコストおよびサイズを含む制約の範囲内において信頼性のある電力を送達することが予測される。保護デバイスが選択され、装備され、迅速に動作し、選択的かつ確実に低電圧電力分配システムを保護するように調整される。保護は、慣例的には、フォルト電流（過負荷電流または渦電流とも呼ばれる）の任意の特定の値について、フォルト過電流により近い下流デバイスが、フォルト過電流から遠い上流デバイスより迅速であるように調整されてきた。図２０は、ＺＳＩ方式などにおいて使用することができる従来の技術の時間ベース調整継電器回路の機能回路ブロック図を示す。図２０のブロック図は、インタフェースモジュールに接続されたトリップユニットを含む。各メイン回路ブレーカおよびフィーダ回路ブレーカならびにタイ回路ブレーカに対応するトリップユニットが存在する。トリップユニットは、インタフェースモジュールに接続される。メインは、たとえば１つまたは複数のユーティリティ生成装置など、電力源によって供給される。トリップユニットおよびインタフェースモジュールの使用は、トリップユニット間のアナログ電圧信号を介する通信の例である。信号は、トリップ信号である、またはトリップ信号ではない。破線正方形Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、およびＦ５は、フォルトの例示的な位置を示す。この時間ベース調整は、良好なシステム選択性を達成することができる。しかし、このシステム選択性は、調整継電器のいくつかについて速度を代償として達成される。大規模な電力システムでは、重要なメインデバイス（すなわち、メイン回路ブレーカなどの上流源側保護デバイス）は、負荷側デバイスの層が選択性をクリアすることを可能にするために、著しく遅延される可能性がある。時間ベース調整を改良するために、以下の方法がしばしば使用される：１）ゾーン選択インタロッキングおよび２）差動保護（すなわちバス差動）。
【０００７】
これらの方法には、以下でも議論される限定および不適切な動作の危険性、ならびに単一プロセッサ概念［１］を使用する危険性をどのように緩和するかということがある。
【０００８】
ゾーン選択インタロッキングおよび差動保護は、保護デバイスを改良する（すなわち、保護デバイスの動作時間を高速化する）ことができる。さらに、クリアリング速度は、アークフラッシュエネルギーに対して効果を有する。これらの方法には、以下でも議論される限定および不適切な動作の危険性、ならびに単一プロセッサ概念［１］を使用する危険性をどのように緩和するかということがある。
【０００９】
保護に対するクリア速度の影響。入射アークフラッシュエネルギーは、アーキングフォルト事象中にアークから空気中に放射される損傷熱エネルギーを計算する技法であり、「ＩＥＥＥ  Ｇｕｉｄｅ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  Ａｒｃ−Ｆｌａｓｈ  Ｈａｚａｒｄ  Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ」という名称の参考文献［２］に記載されている（参考文献の完全な情報は上記に提供されている）。アークフラッシュハザード計算を実施するためのガイド［２］参考文献は、様々な条件下において広範な作業距離にわたってアーク電流および放射入射熱エネルギーを推定する方式を提供する。ガイドは、利用可能な電圧、利用可能なボルトフォルト電流、および電流搬送導体間のギャップの関数としてアーク電流を確定する。計算されたアーク電流は、利用可能なボルトフォルト電流より小さい。予想フォルト電流、３２ｍｍギャップ、ボックス方式のアークの関数としてのアーク電流という名称の図１は、３２ｍｍの導体ギャップについて利用可能なボルトフォルト電流に対するアーク電流の関係を３つの異なる電位におけるパーセントとして示す。４８０Ｖのアーク電流は、２０ｋＡから１００ｋＡの利用可能短絡電流値について、４３％から５６％の利用可能短絡電流に変化する（図１は参考文献［２］に記載されている）。
【００１０】
アークフラッシュエネルギーは、１）電圧−システムについて固定、２）利用可能短絡電流−システムの設計および源によって固定、３）作業距離−アームはちょうどその長さである、４）アークのギャップ−機器のタイプによって決定される、５）アーキングフォルトクリア時間（短絡クリア時間ではない）−アーク電流に対して作用する保護デバイスの機能などの因子の関数である。したがって、短絡電流は固定され、変化することはできないが、その理由は、電圧、アーム、またはホットスティックなどの因子がちょうどその長さであり、変更することができないからである。したがって、クリア時間は、修正することができる唯一のパラメータである。したがって、アーキングフォルトクリア時間は、決定的な因子である。
【００１１】
利用可能なボルトフォルト電流に対するアーク電流の関係はまた、電極間のギャップに応じても変化する。電極は、電流搬送導体を表す。参考文献［２］に記載された図２では、様々な電極ギャップについての４８０Ｖ、ＨＲＧにおける予想フォルト電流の関数としてのアーク電流は、利用可能な２０，０００Ａおよび１３ｍｍギャップにおける６５％から利用可能な１００，０００Ａおよび３２ｍｍギャップでの４３％にわたるとすることができることを示す。
【００１２】
保護デバイスの反応速度は、アーキングフォルト事象中に存在するアーク電流に関して考慮されなければならない。図１および２は、アーキング電流は、参考文献［２］ガイドにおいて識別された複数のパラメータに基づく予想フォルト電流の可変パーセントとすることができることを示す。ガイドは、特定の実験室条件下で実施された一連の試験に基づき、保護デバイスの動作速度および結果として得られるアーキングエネルギー：計算されたアーキング電流およびその計算されたアーク電流の８５％を識別するためにアーク電流を使用する規格を設定する。計算されたアーク電流の方式は、較正されたボルトフォルト電流および特定の電極ジオメトリに基づくので、追加の変動があり得る。接続および保護デバイスのインピーダンスなど、短絡計算において考慮されないシステムインピーダンスによって、追加の説明できない変動が起こり得る。実験室において使用されるものとは異なるアーキング事象において関与する導体のジオメトリの追加の変化が、実際と予測のアーク電流の差を創出することがある。確定された方法は、可能性のある変動を説明しない。しかし、計算の保存的使用は、おそらくは、計算されたアーク電流方式モデルによって予測された値の付近のアーク電流および入射エネルギーの追加の変動を考慮するはずである。
【００１３】
他の考慮事項は、フォルト電流の源、方向、および各フォルト電流寄与の経路である。有意な利用可能短絡電流を有するバスが、モータ寄与から来るその電流の一部を有することが可能である。これらの様々な考慮事項は、メインを通るアーキングフォルト電流が驚くほど小さい可能性があることを意味する。参考文献［１］から、以下の例、フィーダを通る推定１０，０００のＡモータ寄与およびメイン回路ブレーカを通る推定５２，０００Ａの変成器寄与を有する６２ｋＡ、４，０００Ａの低電圧スイッチギアバスを考慮する。メイン過電流デバイスを通って流れる可能性のあるアーク電流は、以下のように４８０Ｖスイッチギアについて推定されることが可能である。
【００１４】
６２，０００Ａ−１０，０００Ａ＝５２，０００Ａ（変成器の寄与のみ）
５２，０００Ａ×．４８＝２５，０００Ａ（図２のグラフから）
２５，０００Ａ×．８５＝２１，２５０Ａ（既知のボルト電流からアーク電流の変動を説明するために８５％）［１］
したがって、予想短絡フォルト電流の有意な値を有するシステムでは、メインバス上のアーキングフォルトについてメインデバイスを通って流れる電流は、２２，０００未満とすることが可能である。これが４０００Ａバスである場合、アーキングフォルト電流は、メインメイン回路ブレーカについて５Ｘピック定格の公差内にあり、および４０００Ａクラス−Ｌヒューズの５０％電流限界閾値より低いとすることができる。メイン回路ブレーカは、この短時間フォルトを考慮しない可能性がある。
【００１５】
追加のアーク電流の変動は、短絡電流の計算における不正確なユーティリティ情報または保存推定によって導入されることがあり、これにより、計算されたフォルト値は利用可能値より高くなる。導体の成端および保護デバイスのインピーダンスは、たとえば、短絡計算中に通常は考慮されないインピーダンスを導入する。機器および構成要素の定格を識別するために使用される従来のフォルト電流の計算は、誤差が、より低くではなく、より高い計算フォルト電流をもたらすことを保証することによって保存的である。しかし、アークフラッシュ入射エネルギーを計算するとき、より危険なレベルのエネルギーが、より低いまたはより高いアーキングフォルト値を有して起きる可能性がある。予測電流のより大きな値は、より大きなアーク電流をもたらし、これによりサイクルあたりより大きな入射エネルギーが生じるが、より低いアーキングフォルト電流値は、やはり入射エネルギーを増大させるより緩慢な保護デバイス動作時間をもたらす可能性がある。
【００１６】
低アーク電流の可能性は、著しい危険性をアークフラッシュ事象に追加することがある。ヒューズまたは回路ブレーカであるかにかかわらず、迅速に動作するために高い電流値に依存する任意のデバイスは、アーク電流が予測より低い場合、予測とは異なる動作をすることがある。大規模な低電圧電力回路ブレーカでは、システムにおいて必要とされる負荷の短時間特徴を有して選択性を達成するように設定された短絡ピックアップ点でさえ、可能なアーク電流より高く設定される可能性がある。
【００１７】
短時間ピックアップに対するアークフラッシュ電流の影響。参考文献［２］に記載されている図３は、サイクルにおけるクリア時間、４８０Ｖ、ＨＲＧ  ３２ｍｍ、１８インチ、５２ｋＡ  Ｉｂｆ、ボックスにおけるアークの関数としての入射エネルギーを示す。図３は、３２ｍｍの電極ギャップおよび１８インチの作業距離を有するＨＲＧ（高抵抗接地）４８０Ｖシステムについて、計算されたエネルギーとサイクルの時間の関係のグラフを示す。グラフが示すように、２２サイクルを超えるクリア時間は、〜４０ｃａｌ／ｃｍをもたらす。このレベルより上では、適切なレベルのＰＰＥ（個人保護機器）は利用可能ではない［１］。
【００１８】
図３の例では、５×公称の短時間ピックアップを有して設定されたメイン回路ブレーカは、１８，０００Ａから２２，０００Ａの短時間ピックアップ帯を有する。大規模メイン回路ブレーカがこのように高く設定されるのは一般的ではない可能性があるが、大規模なフィーダおよび高流入電流では、同様のセッティングから得られることが可能である。アーキングフォルト電流は、２１，２５０Ａにおいて計算され、回路ブレーカは、より迅速な短時間遅延の代わりに、長時間遅延においてクリアする可能性があることを示す。このデバイスがゾーンインタロッキング方式の一部である場合でさえ、電流が短時間ピックアップを超えない場合、デバイスは、短時間帯の範囲内で動作しない。より長いクリア時間は、ＨＲＣ４（ハザードリスクカテゴリ４）を大きく超える著しいレベルの入射アークフラッシュエネルギーをもたらすことがある。５５，０００Ａ付近の電流限界閾値を有する４０００Ａクラス−Ｌヒューズは、状況を改善しない。
【００１９】
ゾーン選択インタロッキングおよびモータ寄与：方向の問題。ゾーン選択インタロッキングでは、回路ブレーカのいくつかのレベルは、ゾーン内短時間フォルトについて最小時間遅延において選択的に動作する。図４は、３レベルゾーン選択インタロッキングシステムを示す。図４に示された一連の回路ブレーカでは、デバイスが下のデバイスから遮断信号を受信することを可能にし、またデバイスが上の次の回路ブレーカに信号を送信することも可能にする通信が可能になる。信号は、回路ブレーカが短時間（ＳＴ）ピックアップレベルを超える電流を感知するとき、生成される。その回路ブレーカが遮断信号も受信する場合、プログラムされた遅延において動作する。遮断信号を受信しない場合、最小遅延時間において動作する。
【００２０】
図５は、２ＣＢ方式における上方ＣＢに対するＺＳＩ効果を示す。ゾーンインタロッキングは、ゾーン内フォルト電流を感知し、遮断信号をメインおよびタイに送信するフィーダ回路ブレーカに依存する。図５の時間電流曲線は、２つの回路ブレーカ（ＣＢ）の短時間（ＳＴ）動作に対するゾーン選択インタロッキングの効果を示す。電流がフィーダを通ってそのゾーンのフォルトに流れる場合、遮断信号により、メインＣＢは、フィーダのクリア時間より上に設定された遅延において動作する。これは、フォルト電流がメインの短時間ピックアップをも超える場合、メインをバックアップとして維持しながら、フィーダの迅速な動作を保証する。フォルトがメインバス上で生じる場合、フィーダは、それを認識し、メインは、より迅速な時間遅延で動作し、１００ミリ秒未満でクリアする。
【００２１】
図６は、源およびモータの寄与を有するバスフォルトを示す。図示されたシステムでは、８００ＡフレームＣＢが、４つの１００ＨｐモータでＭＣＣ（モータ制御センタ）に供給している。各モータは、１４６．３Ａの電流の完全負荷電流および８６３Ａのロック回転子電流を有する（５．９×ＦＬＡ）。モータは、システムの予測動作中に個々に開始し、８００ＡのＣＢは、モータバンクの完全負荷電流−７３２Ａの１２５％より高く設定される（１４６．３Ａ×４×１．２５）。回路ブレーカの短時間ピックアップは、３つのモータのＦＬＡ（完全負荷アンペア）の１２５％＋１つの開始電流の１２５％（（１４６．３Ａ×３＋１４６．３×５．９）×１．２５）、１６２４Ａをクリアするように設定される。
【００２２】
図７は、ＭＣＣ負荷、１つのモータの開始について設定されたフィーダを示し、フィーダ、メイン（ゾーンインタロックモードにおいて動作する）、およびモータ負荷についての時間電流曲線である。モータの負荷は、１つのモータについて１０秒の開始流入で示され、他の３つは完全負荷で実行している。
【００２３】
図８は、メインバスフォルトへのＭＣＣフォルトの寄与を示し、メインＣＢは、フィーダからのＺＳＩ信号によって２遅延に強制される。図８は、バスフォルト条件下の図７と同じ回路、および０．１秒〜０．０５秒についての短絡電流のＭＣＣ寄与を示す。モータの寄与は、フィーダ回路ブレーカにおいて短時間タイミングを開始するのに十分であり、したがって、フィーダ回路ブレーカは、メインを遅延時間帯において動作させるインタロッキング信号をメインに出す。メインは、この段階で、その保護ゾーンにおけるフォルトについて、システムの設計者によって意図されたより緩慢に反応している。モータの寄与によって生じる反転電流は、フィーダ回路ブレーカがその負荷側においてフォルトを供給しているかのように、フィーダ回路ブレーカをだまして動作させる。ＺＳＩは、この場合、予測とは正反対に実施する。
【００２４】
この危険性は、フィーダの遅延をより大きな値に設定することによって、または短時間ピックアップをより大きな値に調節することによって対処することができる。どちらの場合でも、所望される保護がいくらか損なわれる。
【００２５】
低電圧メインを有さないバスの場合、１次中電圧変成器保護デバイスメインは、フィーダでゾーンインタロックされる可能性がある。フィーダを経たモータからのフォルト寄与の問題は、メインが変成器の他の側にあるとき、同様に有効であり、中電圧デバイスの予測動作より遅いことも可能性がある。
【特許文献１】米国特許第６，９８５，７８４号公報
【特許文献２】米国特許第７，０１２，４２１号公報
【特許文献３】米国特許出願第２００４／０１３３３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
したがって、より改良された電力システム保護継電器が提供されることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記で議論されたまたは他の欠点の１つまたは複数は、継電器デバイスを動作する方法において本発明の実施形態によって克服されることが可能である。継電器デバイスを動作する方法は、ａ）第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカ、ならびに第１メイン回路ブレーカと第２メイン回路ブレーカを接続するバスタイブレーカを備える電気回路を提供する段階、ｂ）第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカについてそれぞれ正シーケンスの第１電流フェーザおよび第２電流フェーザを計算し、フェーザ値およびバスタイブレーカから電流を計算する段階、ｃ）バスタイブレーカについて正シーケンス電圧を計算する段階、ｄ）可能性のある変成器接続において回転がある場合、中性位相角度基準に対する線に対して、バスタイブレーカの正シーケンス電圧の補正を計算する段階、ｅ）フィーダの少なくとも１つの上にフォルトが存在しない状態で、第１メイン回路ブレーカにおける少なくとも１つのフォルト電流の少なくとも１つの大きさが所定の閾値を超えるとき、方法の実施をトリガする段階、ｆ）フィーダの少なくとも１つの上にフォルトが存在しない状態で、タイブレーカにおける少なくとも１つのフォルト電流の少なくとも１つの大きさが所定の閾値を超えるとき、方法の実施をトリガし、トリガが実施される場合、バスフォルトまたは反転フォルトがバスタイブレーカを経て後方供給される段階、ｇ）第１メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流の位相角度と第２メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流の位相角度とを比較することによって、フォルトが内部フォルトまたは外部フォルトであるかを判定し、第１メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流が第２メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流と同相である場合、フォルトは内部であり、第１メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流が第２メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流と同相ではない場合、フォルトはバスに対して外部である段階、ｈ）フォルトが内部である場合、タイブレーカを通る正シーケンス電流の位相角度と第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカの一方を通る正シーケンス電流とを比較することによって、フォルトがタイ回路ブレーカの第１側またはタイ回路ブレーカの第２側にあるかを判定する段階、ならびにｉ）フォルトがバスに対して外部である場合、バスタイ回路ブレーカを通る正シーケンス電流による電圧降下の方向と、バス上の事前フォルト正シーケンス電圧とを比較することによって、フォルトを配置する段階を含む。
【００２８】
本発明の他の実施形態では、コンピュータプログラム製品が、継電器デバイスによって可読なプログラム記憶デバイスを備え、継電器デバイスを動作する方法段階を実施するために継電器デバイスによって実行可能な命令のプログラムを具体的に実現し、方法は、ａ）第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカ、ならびに第１メイン回路ブレーカと第２メイン回路ブレーカを接続するバスタイブレーカを備える電気経路を提供する段階、ｂ）第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカについてそれぞれ正シーケンスの第１電流フェーザおよび第２電流フェーザを計算し、フェーザ値およびバスタイブレーカから電流を計算する段階、ｃ）バスタイブレーカについて正シーケンス電圧を計算する段階、ｄ）可能性のある変成器接続において回転がある場合、中性位相角度基準に対する線に対して、バスタイブレーカの正シーケンス電圧の補正を計算する段階、ｅ）フィーダの少なくとも１つの上にフォルトが存在しない状態で、第１メイン回路ブレーカにおける少なくとも１つのフォルト電流の少なくとも１つの大きさが所定の閾値を超えるとき、方法の実施をトリガする段階、ｆ）フィーダの少なくとも１つの上にフォルトが存在しない状態で、タイブレーカにおける少なくとも１つのフォルト電流の少なくとも１つの大きさが所定の閾値を超えるとき、方法の実施をトリガし、トリガが実施される場合、バスフォルトまたは反転フォルトがバスタイブレーカを経て後方供給される段階、ｇ）第１メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流の位相角度と第２メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流の位相角度とを比較することによって、フォルトが内部フォルトまたは外部フォルトであるかを判定し、第１メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流が第２メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流と同相である場合、フォルトは内部であり、第１メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流が第２メイン回路ブレーカを通る正シーケンス電流と同相ではない場合、フォルトはバスに対して外部である段階、ｈ）フォルトが内部である場合、タイブレーカを通る正シーケンス電流の位相角度と第１メイン回路ブレーカおよび第２メイン回路ブレーカの一方を通る正シーケンス電流とを比較することによって、フォルトがタイ回路ブレーカの第１側またはタイ回路ブレーカの第２側にあるかを判定する段階、ならびにｉ）フォルトがバスに対して外部である場合、バスタイ回路ブレーカを通る正シーケンス電流による電圧降下の方向と、バス上の事前フォルト正シーケンス電圧とを比較することによって、フォルトを配置する段階を含む。
【００２９】
上記の簡潔な記述は、以下の詳細な記述がよりよく理解されることが可能であるように、および当技術分野に対する本発明の寄与がよりよく理解されることが可能であるように、本発明のより重要な特徴をかなり広範に述べている。当然、以下で記述され、かつ添付の請求項の主題についてである本発明の追加の特徴が存在する。
【００３０】
これに関して、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の記述において述べられ、または図面に示される構成要素の構造の詳細および配置に適用されることに限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方式で実行および実施することができる。また、本明細書において使用される表現および専門用語は、記述を目的とし、限定とみなされるべきではないことを理解されたい。
【００３１】
したがって、当業者なら、開示が基盤とする概念は、本発明の目的を実施するための他の構造、方法、およびシステムを設計する基盤として容易に使用されることが可能であることを理解するであろう。したがって、請求項はそのような等価な構造が本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、そのような等価な構造を含むとみなされるべきであることが重要である。
【００３２】
さらに、以上の要約の目的は、米国特許および商標庁ならびに一般的には大衆、特に特許あるいは法律用語または表現に熟知していない当技術分野の科学者、技術者、および実務者が、一通り調査することにより、出願の技術上の開示の性質および本質を迅速に判断することを可能にすることである。したがって、要約は、請求項によってのみ評定される本発明または本出願を確定することを意図せず、また、本発明の範囲に関して何ら限定することを意図するものではない。
【００３３】
さらに、背景および詳細な記述において使用される以上の段落の名称の目的は、米国特許および商標庁ならびに一般的には大衆、特に特許あるいは法律用語または表現に熟知していない当技術分野の科学者、技術者、および実務者が、一通り調査することにより、出願の技術上の開示の性質および本質を迅速に判断することを可能にすることである。したがって、段落の名称は、請求項によってのみ評定される本発明または本出願を確定することを意図せず、また、本発明の範囲に関して何ら限定することを意図するものではない。
【００３４】
本発明およびそれに付随する利点の多くのより完全な理解は、添付の図面と関連して考慮されるとき、以下の詳細な記述を参照することによってよりよく理解されるので、容易に獲得される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
導入
ここで、同じ参照符号がいくつかの図にわたって同一または対応する部分を指定する図面、本発明の実施形態の統合試験能力を有する継電器の実施形態の１つを参照して、本発明を記述する。本明細書において記述される本発明の実施形態の有利な態様の１つは、本発明の継電器に統合された新規な試験特徴であり、それにより、試験モードでは、本発明の継電器は、試験下の継電器である。試験特徴は、本発明の継電器を試験するために、電力システムからシミュレーションした実際のデータを使用する。本発明の波形は、使用者の好みに基づいて生成される；使用者は、継電器に注入される信号を設計する。これらのおよび他の特徴および利点は、添付の図面および請求項と関連して取り入れられる以下の詳細な記述からより明確に理解されるであろう。
【００３６】
本記述内では、「機能はほぼ同時に実行される」という表現が使用されることがある。単一プロセッサデバイスの文脈では、この提示は、同じ１／２サイクルプロセッサ動作時間内に実行されたすべての機能の結果が、任意の回路ブレーカコマンドが出されるより前に考慮されるように、いくつかの機能が、同じ１／２サイクルプロセッサ動作時間内に実行されることを意味する。したがって、複数の機能がほぼ同じ同期データについて処理され、それらの性能全体を最適化する。システムのアーキテクチャをさらに精巧にするために、Ｖａｎｄｅｖａｎｔｅｒ、Ｊｏｈｎ  Ｓ．，Ｐａｐａｌｌｏ、Ｔｈｏｍａｓ  Ｆ．，Ｓｐａｈｒ、およびＥｌｌｅｎ  Ｅ．によって発明され、本出願の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に組み込まれているＣｏｎｆｉｇｕｒｉｎｇ  Ａ  Ｃｅｎｔｒａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｒｅａｋｅｒ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍという名称の米国特許第６，９８５，７８４号を参照されたい。さらに、単一プロセッサ概念において使用される電流変成器は、従来のＡＮＳＩ継電器クラスの変成器ではない。電流変成器は、センサとして言及され、１アンペアより小さい２次電流を有する。これらの特徴は、プロセッサの機能に組み込まれ、プロセッサの機能において補償される。
【００３７】
図２１は、中央プロセッサ３０６または単一プロセッサシステムを有して構成された知的電子デバイスＩＥＤ（継電器とも呼ばれる）を示す機能回路３００ブロック図を示す。ＩＥＤは、たとえば、システム３０４に接続された回路ブレーカ３０４、３０６、３０８、３１０をトリップするために、ＤＺＳＩ（差動ゾーン選択インタロッキング）方式において使用することができる。ノード３０２が各回路ブレーカに配置され、処理および判断などについてノードデータを提供するために、中央プロセッサとインタフェースする。ノード３０２は、本明細書では、部材、ゾーンのブレーカ、電流源、および／または電流が測定される点を指すことができることに留意されたい。このシステム３０４では、ノード３０２は、電流が測定される点である。図２１のブロック図は、中央プロセッサ３０４に接続されたノード３０２を含む。各メイン３０６およびフィーダ回路ブレーカならびにタイ回路ブレーカ３０８に対応するノード３０２が存在する。ノード３０２は、中央プロセッサ３０４に接続される。メイン３０６は、たとえば１つまたは複数のユーティリティ生成装置など、電力源３１２によって供給される。破線正方形Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、およびＦ５は、フォルトの例示的な位置を示す。ノード３０２および中央プロセッサ３０４の使用は、ノード３０２およびプロセッサ３０４システムが信号をほぼ同時に処理する実時間処理の例である。信号は、たとえば、直列化およびパケット化され、したがってＣＴ（図示せず）を介して得られたアナログ信号は、デジタル信号に変換される。図２１に示された方式を使用して、たとえば、トリップ判断およびたとえばタイミングを決定するために相対的な電流方向を決定することができる。他の決定は、当業者によって行うことができる。
【００３８】
タイを有する複数源システムにおけるＺＳＩの応用：選択性または保護
タイ回路ブレーカを有する分配システムでは、ＺＳＩ方式は、選択タイを有する、または迅速メインを有する、２つの異なる方式で構成されることが可能である。図９は、選択タイの一般的な構成（製造業者によって異なる可能性がある）である選択タイを有するゾーン選択インタロッキングを示し、図１０は、迅速メインについての迅速メインを有するゾーン選択インタロッキングを示す。これらの方式の両方とも、選択性と迅速保護の間で妥協することになる可能性がある。
【００３９】
動作のＤＺＳＩ理論：１）本発明の実施形態では、反転電流は、メインブレーカを検出およびトリップするために、電圧分極を使用する。反転電流は、方向を比較するために、「履歴」電圧を使用する−たとえフォルトより前の約６サイクルから３０サイクル。本実施形態では、この機能は、メインブレーカ３０６（すなわち、図２５のメインＡ回路ブレーカ）がギアの上で閉じている場合、動作しない。さらに本発明の実施形態では、反転電流はＤＺＳＩと相互作用するが、その理由は、ＺＳＩティアが反転フォルトについて「フリップされる」必要があるからである。２）バスＤｉｆｆは、ゾーンバスフォルトのより低いレベルを検出し、クリアする。３）本発明の実施形態では、ＤＺＳＩは、指向性フォルトおよび平行フォルトの場合を取り扱い、ＤＺＳＩは、個々のブレーカのＳＴ機能と相互作用し、フォルト条件に基づいて、改良されたフォルトクリアおよび選択性について遅延を変化させる。
【００４０】
さらに、動作のＤＺＳＩ理論に関して：１）本発明の実施形態では、ＤＺＳＩは、たとえば本発明の譲受人であるＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃによって製造されたＥｎｔｅｌｌｉｓｙｓ（商標）など、ＺＳＩ複数点ＩＥＤ（または継電器）と同じバスおよびゾーンの原理について動作する。したがって、ＤＺＳＩは、ＣＣＰＵファームウエアについて動作し、複数点継電器のバスおよびゾーン構成技法を使用して動作し、ＨＭＩ構成ソフトウエアを使用して動作する。単一プロセッサシステムが、検出される電流方向のプラットフォームを提供する。ＤＺＳＩシステムの実施形態は、フェーザを計算する。
【００４１】
４つのフォルト条件が、ＤＺＳＩを使用して検出される：１）ゾーンバスフォルトにおいて、２）ゾーンのピックアップを生じていないゾーンフィーダフォルトにおいて、３）ゾーンのピックアップを生じたゾーンフィーダフォルトにおいて、および４）メインブレーカ上の反転フォルト。ＤＺＳＩを使用して検出される４つのフォルト条件は、ブレーカの１次およびバックアップトリップ時間のタイミングが異なるフォルト条件について異なるので、区別されることに留意されたい。ＤＺＳＩ論理が、いくつかのシステム電流試験に基づいてフォルトのタイプを識別するために使用される。試験の結果は、フォルトのタイプを決定する。各試験は、当業者によって決定することができる。各試験について結果として得られるフォルトのタイプで、状態の表を創出することができる（すなわち、ゾーン内フォルト、ゾーン外フォルト、ゾーン内フィーダフォルト、フォルトなし、ゾーン内反転フォルト、ゾーン内バスフォルト）。
【００４２】
ＤＺＳＩのフォルト条件を決定するために使用される電流試験は、１）ＤＺＳＩゾーン内フォルト、２）ＤＺＳＩゾーン外フォルト、３）反転メインフォルト、４）ピックアップにおけるフィーダ；フィーダの方向、である。図２６は、ＤＺＳＩゾーン３３０およびＺＳＩゾーン３４０の実施形態を示す。ＤＺＳＩゾーンは、メインＡ、Ｂ回路ブレーカ３０６、およびＤＺＳＩゾーン３３０機能が保護しているバス３２４の境界のバスタイＣ、Ｄ回路ブレーカ３０８を含む。ＤＺＳＩゾーン３３０は、バス３２４のＥ、Ｆ、および／またはＧフィーダ回路ブレーカ３１０を含まない。ＤＺＳＩゾーン電流の判断は、メイン３０６およびタイ３０８ブレーカの偏微分計算に基づく。ＺＳＩゾーン３４０は、図２６に示されたすべてのブレーカを含む。偏微分ゾーン実施形態は、図２６に示されていない。
【００４３】
偏微分（ＰＤ）計算は、メインブレーカおよびタイブレーカのフェーザの合計として定義される。異なる技法が、電流の大きさに基づいてこの計算を実施するために使用される。簡略化されたＤＺＳＩゾーンの論理は、１）ゾーン外：ａ）ＰＤがゾーンの内／外フォルトを決定する、ｂ）パススルーフォルトと反転フォルトを識別するために反転電流を使用する、ならびに２）ゾーン内：ａ）ＰＤがゾーンの内／外フォルトを決定する、ｂ）ピックアップのフィーダが、バスフォルトとフィーダフォルトを識別する、およびｃ）フィーダの方向が、フィーダがバスフォルトに供給していないことを判定するために使用される。本発明では、メインブレーカおよびタイブレーカは、たとえば回路ブレーカを抑制するＺＳＩ保護方式など、以前の保護方式と比較して抑制されない。
【００４４】
選択タイ構成では、タイの両側のフィーダ回路ブレーカは、タイとインタロックする。次いで、タイは、両方のメインとインタロックする。フィーダより下のフォルトは、フィーダがフォルトをより迅速にクリアするべきである遅延間隔において動作するタイおよびメインを適切に維持する。どちらかのバス上のフォルトについて、タイは、バスを分離しながら、メインを遅延させる。しかし、バスを分離することは、フォルトをクリアしない。フォルトであるバスはどちらであっても、それぞれのメインが１つの時間遅延を後にクリアするまで、依然としてフォルトである。このシナリオでは、フィーダ、タイ、およびメインは調整され、１つの時間遅延が保存されるが、フォルトは、１つの源を介して２つの時間遅延の間依然として給電することができる。
【００４５】
迅速メイン接続は、フィーダをタイおよび両方のメイン回路ブレーカとインタロックする。この場合、バスフォルトは、すべての３つの回路ブレーカによってそれぞれのゾーン内のフォルトとみなされ、すべての３つの回路ブレーカは、最少時間遅延においてトリップする。迅速な保護が達成されるが、システムの信頼性は犠牲にされる。
【００４６】
理想的なシステムでは、フォルトバスに供給するメインおよびタイは、最小時間においてクリアし、一方、他のバスは、その専用の源に接続されている。
【００４７】
メイン回路ブレーカより前のゾーン選択インタロッキングおよびフォルト
ほとんどの低電圧電力システムは、変成器から低電圧メイン回路ブレーカを介して供給される。フォルトが低電圧メインと変成器の２次端子の間に生じるとき、フォルトの検出および隔離の問題が存在する。閉じたタイの動作中、源が平行である状態では、フォルトは、タイ回路ブレーカおよび両メイン回路ブレーカを経て他の源から供給される（以下の図１５参照）。電流の流れの大きさの知識は、フォルトの位置を識別するのに十分ではない。図９に示された選択タイ構成では、タイ回路ブレーカは、フォルトをまずクリアし、すべてのモータの寄与からではないが、フォルトを他の源から適切に隔離し、少なくとも１つのバスを不必要にドロップする。しかし、迅速メイン構成では、両方のメインおよびタイは、ほぼ同時にクリアし、両方のバスをその源から不必要に脱結合する。
【００４８】
理想的な状況では、フォルトに最も近いメインは、ほぼ最小の時間でフォルトを他の源から分離するはずである。タイならびに他のメインは、依然として閉じられているはずである。中電圧デバイスも、可能な限り迅速に動作して、フォルトをその１次源から分離するはずである。これを達成するために、フォルトの位置が認識されなければならない。
【００４９】
ＺＳＩを有する通常の回路ブレーカトリップは、変成器端子の両方において、機器バス上のフォルトをバスより前のフォルトから区別することができない。この例では、図９の３つの回路ブレーカ（１ａ、２、および１ｂ）は、１つの変成器によって寄与されるほぼ同じフォルト電流を認識する。このフォルト状況では、図９に示された接続は、タイをトリップし、メインはトリップしないが、実行可能な源から１つのバスを不必要に脱接続する。図１０に示された接続では、すべての３つの回路ブレーカがほぼ同時にトリップし、両方のバスをすべての源からほぼ同時に脱接続する。
【００５０】
ゾーン選択インタロッキングおよび瞬間保護
図１１は、慣例的な、瞬間より上のＺＳＩ（左）対フィーダ瞬間に重複するより迅速な実施（右）を示す。より迅速な保護および最小限のカスケード時間遅延を達成するために、保護回路においてアーク電流を感知するように十分低く設定された瞬間特徴を有するフィーダ回路ブレーカを使用することが望ましい。上記の任意の回路ブレーカは、フィーダ回路ブレーカで選択されるように短時間帯において設定されることが可能である。慣例的には、短時間帯は、瞬間的に動作するフィーダ回路ブレーカのクリア時間より上の位置にあるべきである。大規模な貯蔵エネルギーデバイスで、瞬間クリア時間は、通常、３サイクル（５０ｍｓ）において引き延ばされる。次のデバイスの短時間帯は、図１１の左側に示されたように３サイクルより上で開始する。
【００５１】
図１１の第２回路ブレーカの短時間遅延は、より迅速に動作し、以下の低電圧電力回路ブレーカの重複瞬間応答で依然として選択性であることがより望ましい。図１１の右側は、フィーダの瞬間帯と重複するより迅速な短時間帯において動作するメインデバイスを有する２つの回路ブレーカを示す。さらに上流の任意のゾーン選択インタロックされた回路ブレーカが、同じ短時間帯において選択的に動作する。この第２のより迅速な動作モードは好ましいが、その理由は、瞬間および迅速な短時間保護の相互作用によって選択性を提供することができる限り、より迅速な保護をもたらすからである。約２０ミリ秒から２５ミリ秒の遅延が、そのメインデバイスを経て供給されることが可能である瞬間的に動作するほとんどの配線用回路ブレーカ（ＭＣＣＢ）のクリア時間で選択されるのに十分である（利用可能な最小時間遅延は製造業者によって異なる可能性があることに留意されたい）。図２８のＴＣＣ曲線に留意されたい。図２８は、たとえば、１００ｍｓにおいてフィーダフォルトについてＰＤＺを使用することで、メイン、タイ、およびフィーダがカスケード時間遅延でトリップすることを示す。しかし、ＤＺＳＩがメイン、タイ、およびフィーダと同じ時間点において動作するバスフォルトでは、トリップ動作は、ほぼ同時であることに留意されたい。
【００５２】
バス差動保護
バス差動保護は、ノード（バス）に流れ込むすべての電流はノードを出るすべての電流と同じでなければならないというキルヒホッフのノードの法則に基づく。キルヒホッフのノードの法則が、図１７に示されている。図１７では、キルヒホッフのノードの法則：ノードＩ１、Ｉ２、およびＩ３に流れ込むすべての電流は、ノードＩ４から出るすべての電流と等しい；ノードに流れ込む電流と、ノードから流れ出る電流の和は、図１７によって記述されるキルヒホッフのノードの法則を表す式（５）によって示されるようにゼロに等しい。ノードは、本明細書では、部材、ゾーンのブレーカ、電流源、および／または電流が測定される点を意味するように定義されることに留意されたい。バス差動システムは、感知および信号処理において誤差の制限を受けるフォルト電流を計算することができる。通常の中電圧バス差動実施態様において使用される電流変成器（ＣＴ）は、２０×まで比較的線形の特徴を有するように選択される。さらに、専用ＣＴは、通常、同じ比率で使用され、最大予測フォルトの大きさについて十分な動的範囲を提供するようにサイズ決めされる。
【００５３】
Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４＝０  （５）
慣例的な（従来の技術の）バス保護は、２ゾーン２重末端サブステーションという名称の図１２に示されたように、専用電流変成器および専用継電器で実施される。低電圧応用分野では、慣例的なバス差動保護方式は、バス保護について考慮するにはコストがかかり過ぎる、または複雑過ぎると通例はみなされている。単一プロセッサ概念［１］で実施することができるように、回路ブレーカセンサを使用する実施態様は、より費用効果が高い可能性があるが、センサの飽和（すなわち、ＣＴ飽和）のために、いくつかのフォルトの大きさについて面倒のないトリップを維持するために必要な動的範囲を取り扱うことができない可能性がある。
【００５４】
低電圧システムでは、バス差動は、大規模なメイン回路ブレーカおよびタイ回路ブレーカの短時間（ＳＴ）ピックアップを超える、または超えない可能性がある、より低い値の高インピーダンスフォルトを検出するのに有利である。フォルト電流が増大する際、ゾーンインタロックシステム（すなわち、ＺＳＩ）は、差動システム（すなわち、ＤＺＳＩまたはＰＤＺ）と同様の結果を提供することが可能である。したがって、バス差動保護と適切に設定されたゾーン選択性短時間保護の組合せは、最小時間で動作する広範な選択保護を提供することができる。非常に高いインピーダンスのアーキングフォルトを完全ボルトフォルトに対して選択的かつ迅速に適切に配置することが望ましい。
【００５５】
単一プロセッサ概念およびフォルト位置
回路保護のための単一プロセッサ概念［１］は、単一のプロセッサが関連システム情報を取り入れ、電力分配機器の包括的な整列についてほぼ同時にそれを処理することができるシステムである。電流および電圧の情報は同期され、ほぼ同じ時間に１か所において利用可能であるので、計算は、ほぼ同時の単一時間データサンプル、または時間にわたって計算されたＲＭＳ（２乗平均）値を使用して行われることが可能である。出されたデータのタイプは、何が計算に最適であるかに依存する。
【００５６】
同時サンプリングにより利用可能な４つの波の同時瞬間値という名称の図１３は、各データサンプルにおいてバスの差動電流を計算するために、簡単な径方向システムにおける４つの電流の４つのほぼ瞬間的な（単一データサンプル）値をどのように使用することができるかを示す。極性を適切に割り当てることにより、電流の大きさのみを使用して各データサンプルで差分計算を行うことが可能になる。計算は、予測された信号および処理誤差について補正することができる。経験的データは、この方法および鉄コア電流変成器を使用することによって、保護されているバスの定格より低いフォルト電流の解明を達成することができることを示す。１サイクルまたは１．５サイクルなどの時間長について計算を実施することにより、高度の確実さで、電流の大きさおよび位置を確認するために、十分な計算を行うことが可能になる。
【００５７】
単一プロセッサ概念により、単一の機能専用デバイスを必要とせずに、様々な保護および制御計算またはバス差動などのシステムについて、同じ回路情報を使用することが可能になる。したがって、通常の過電流、接地フォルト、およびゾーン選択インタロッキングを提供する同じハードウエアが、バス差動保護をほぼ同時に提供することができる。
【００５８】
バス差動とゾーン選択インタロッキングの組合せ：広範なフォルト検出
回路の任意の電流変成器が定格電流の１０倍を測定するように機能する差動システムが、低電圧の応用分野に十分である。バス差動機能は、短時間ゾーン選択インタロッキング方式によって補足することができる。組合せは、完全予測フォルト範囲にわたってフォルトの感知および位置情報を提供する。測定電流がシステムの任意のＣＴの定格電流の１０倍を超えない範囲に差分計算を限定することにより、線形範囲の変成器内において計算が維持される。
【００５９】
たとえば、４，０００Ａのメインおよびタイを有する４，０００Ａのバスは、バス差動システムが中断される前にメインまたはタイを通る４０，０００Ａを超えるフォルト電流を有する。フォルトが１，６００Ａフィーダより下にある状況では、フィーダを流れるフォルト電流は、バス差動システムが不能になるために１６，０００Ａを超えなければならない。どちらかの状況またはこれらの状況では、電流は、フォルトを十分に隔離するために回路ブレーカの短時間（ＳＴ）ピックアップと連動するように十分大きく、１．５サイクルについて１０×に到達するために、反転供給モータ寄与ではなく、有意な源から順方向に供給されたフォルトが必要である。
【００６０】
複数フォルト電流源を有するフォルトシステムにおいて電流の方向を検出する方法：相対方向
複数源でのモータ寄与または閉じたタイの動作によって創出される潜在的な事項に対処するために、ゾーン選択インタロッキングシステムは、相対的なフォルト電流方向を識別することが必要である。ゾーン選択動作の慣例的な実施態様は、これを実施することができない。フォルト電流方向の十分な識別は、単一プロセッサシステムにおいて達成することができるが、その理由は、フォルト電流を互いに比較することができるからである。意図は相対方向を識別することであるので、正確な角度または大きさは使用されず、枢要な方向情報を失わずに、有意な誤差を収容することができる。フォルトが配置されるのがタイのどちらの側であるかという問題に対処するために、偏微分計算に類似の方法が使用されることが可能である。偏微分計算は、メインおよびタイを使用し、それにより、フィーダに関連する多くの小型電流変成器によって生じる累積誤差を最小限に抑える。電流の方向は、バスに向かって流れる電流について内向き（＋１）、またはバスから離れて流れる電流について外向き（−１）として定義されることが可能である。左側フォルトのフォルト電流寄与という名称の図１４は、左のメインからバスに向かう電流の流れ、およびタイブレーカの右からバスに向かって流れるタイ電流を示す。これはメインバス上のフォルトを識別し、両方ともバスに向かって流れるメイン電流について（＋１）およびタイ電流について（＋１）である。右のバスは、流れ込む１つの電流（右面電流（＋１））、および流れ出る１つの電流（タイ電流（−１））を有し、したがって右のバスはフォルトバスではない。
【００６１】
単一フィーダ回路ブレーカが、メインおよびタイの他に、短時間（ＳＴ）トリップピックアップタイミングに進む状況では、そのフィーダの電流の方向も、メインの電流の方向およびタイの電流の方向と比較することができる。電流が内向きであると判定される場合、フォルトはバスにある。フィーダのフォルト電流がメインおよびタイの電流の電流方向と反対である場合、フォルトは、フィーダによって供給されたスルーフォルトである。
【００６２】
２つのフィーダが両方とも短時間（ＳＴ）ピックアップタイミングにほぼ同時に到達する場合、フィーダ電流は、メインおよびタイの電流と同じ方向に流れている、すなわち内向きであると判定されることが可能である。この状況は、フォルトがバスにあることを示す。１つのフィーダ電流が内向きに流れ、他のフィーダ電流が外向きに流れる場合、フォルトは、１つのフィーダの負荷側にあり、電流は、すべての他の過剰電流と反対に流れる。
【００６３】
２つのフィーダがその負荷側において別のフォルトにほぼ同時に供給している状況は、考えられない。しかし、トリップが欠如していることにはならない。方向論理は、どちらもメインおよびタイと同じ内向き方向において流れておらず、したがって両方のフィーダがトリップするはずであると識別することができる。
【００６４】
偏微分ゾーン
電流の方向および回路ブレーカのトリップを決定するために使用される特定の方法は、タイおよびメインのみを使用して、偏微分ゾーン（ＰＤＺ）である各ゾーンを考慮する。式（１）は、ＰＤＺの任意のＣＢが、その短時間閾値を超える電流を有すると識別されるときに使用される。
【００６５】
【数１】
2008167647.tif 000003
上記で、Ｉｒは偏微分ゾーンの残りであり、ＩＭはメインの電流であり、ＩＴはタイの電流であり、ＤＴはタイの基準方向単位ベクトルである。基準単位ベクトルは、タイおよびメインの電流がバスに向かって流れる場合、式（１）が２つの電流を合計するように指定される。記号ｐおよびｑは、それぞれ、偏微分ゾーンに供給するメインおよびタイの数を表す。Ｉｒは、たとえばゾーンの最大ＣＴの１．５倍であるなど（通常はメイン）、最小閾値と比較される。Ｉｒがこの閾値を超える場合、フォルトはゾーンにある、またはゾーンによって供給される。
【００６６】
１つまたは複数の電流の読みがそれぞれのＣＴの１０×を超える場合、各位相電流の最大基準フェーザを決定するために、試験が実施される。次いで、短時間（ＳＴ）ピックアップの他の電流は、相対方向を決定するために、各位相電流の大きな基準フェーザと比較される。
【００６７】
電流の読みがそれぞれのＣＴの１０×以下である場合、各位相電流について大きな基準フェーザを決定するために、試験が行われる。次いで、短時間（ＳＴ）ピックアップの他の電流は、相対方向を決定するために、各位相電流の大きな基準フェーザと比較される。試験は、以下の式（６）および（７）を使用する。
【００６８】
【数２】
2008167647.tif 000004
【００６９】
【数３】
2008167647.tif 000005
ブレーカのそれぞれについて、以下の相対電流方向流れ試験を実施することができる。試験は、基準位相を提供するブレーカを含む。まず、基準ブレーカと試験下のブレーカの間の角度差が、以下のように計算される。
【００７０】
【数４】
2008167647.tif 000006
式（８）において、ａｎｇ（Ｉ）およびａｎｇ（ＩＲ）は、それぞれ、試験下のブレーカのフォルト位相および基準位相の角度である。また式（８）において、ＤおよびＤＲは、それぞれ、試験下のブレーカおよび基準位相のブレーカの方向セッティングに対応する。
【００７１】
各位相について、基準電流および角度が選択され、−Ｉβは基準電流であり、ａｎｇ（Ｉβ）は角度である。偏微分ゾーンにおけるその位相の他のフォルト電流が同じであるかが、以下の式（２）によりゾーンのフォルトブレーカと基準フォルト回路ブレーカの角度差を計算することによって識別される。式（２）において、Ｉαは考慮されている回路の位相電流であり、ΔΘは角度差である。
【００７２】
【数５】
2008167647.tif 000007
式（２）が計算され、基準位相が各位相について見つけられた後、確定電流閾値を超える偏微分ゾーンの各ブレーカの各位相の電流のフェーザが比較される。角度差ΔΘは、検査され、電流が同様にバスに流れ込んでいるかを判定するために評価され、バスに流れ込んでいる電流は、ＩＮまたはＩＮＷＡＲＤと定義され、ブール数１を割り当てられ、バスから流れ出ている電流は、ＯＵＴまたはＯＵＴＷＡＲＤと定義され、ブール数０を割り当てられる。論理は、有意な角度誤差に対処することができるが、その理由は、予測される角度差は、反対の電流について１８０°であるからである。角度差が１８０°から±６０°の間である場合、電流は、反対方向にあるとみなされる。
【００７３】
図２２および２３は、それぞれ、ゾーン外フォルトおよびゾーン内フォルトについて電流方向を分析するための偏微分ゾーン３２０概念を示す。各図において、偏微分ゾーンは、メイン回路ブレーカ３０６およびバスタイＢ回路ブレーカ３０８の周りの破線３２０によって確定される。
【００７４】
図２２は、位置Ｆ４に位置するゾーンフォルト外部を示し、フォルトは、Ｆ４の隣のＸで示される。この例のゾーンフォルト外部の状況では、メインＡ回路ブレーカ３０６を通って流れる電流ＩＡ（源３１２から偏微分ゾーン３２０の中へ）は、ＩＮＷＡＲＤまたはゾーン内方向を示すために、１を割り当てられる。さらに、この例のゾーンフォルト外部状況について、バスタイＢ回路ブレーカ３０８を通って流れる電流（すなわち、バスタイブレーカ３０８を通って偏微分ゾーン３２０の外部へ）は、ＯＵＴＷＡＲＤまたはゾーン外方向を示すために、０を割り当てられる。すなわち、ＩＡは、１を割り当てられ、ＩＢは０を割り当てられる。ＩＡおよびＩＢは異なる方向において流れているので、Ｆ４におけるフォルトは、ゾーンフォルト外部である（すなわち、偏微分ゾーンの外部）。
【００７５】
図２３は、位置Ｆ２に位置するゾーン内フォルトを示し、フォルトは、Ｆ２の隣のＸで示される。この例のゾーン内フォルトの状況では、メインＡ回路ブレーカ３０６を通って流れる電流ＩＡ（源３１２から偏微分ゾーン３２０の中へ）は、ＩＮＷＡＲＤまたはゾーン内方向を示すために、１を割り当てられる。さらに、この例のゾーン外フォルトの状況について、バスタイＢ回路ブレーカ３０８を通って流れる電流ＩＢ（すなわち、バスタイブレーカ３０８を通って偏微分ゾーン３２０の外部へ）は、ＩＮＷＡＲＤまたはゾーン内方向を示すために、１を割り当てられる。すなわち、ＩＡは１を割り当てられ、ＩＢは１を割り当てられる。ＩＡおよびＩＢは同じ方向に流れているので、Ｆ２におけるフォルトは、ゾーン内フォルトである（すなわち、偏微分ゾーンの内部）。
【００７６】
しかし、これは偏微分ゾーンシステムであるので、フォルトがゾーンにあるか、またはゾーンを経て供給されるかを判定するために、フィーダについてさらに考慮されることに留意されたい。フォルトがゾーンにあるか、またはゾーンを経て供給されるかを判定するために、バスから供給され、かつ短時間ピックアップにあるフィーダの電流が考慮される。たとえば、フィーダを通る電流が、１０×（可能性のあるモータ寄与より上の設計による値）を超えると判定される場合、フォルトは、フィーダの下流にあると判定される。電流が、１０×より下でフィーダの短時間ピックアップより上と確定された範囲にある場合、フィーダのフォルト電流の方向は、フォルトを適切に配置すると判定される。確定範囲の値は、信頼性のある結果をもたらす。また、偏微分ゾーン（ＰＤＺ）を使用する理由は、ＰＤＺのメインおよびフィーダが、異なる定格、すなわち５：１、６：１、２０×最大を有することができ、フィーダブレーカが１００×最大定格を有することができることであることにも留意されたい。しかし、この定格におけるフィーダブレーカは、方向を決定するのに十分正確に電流を読み取らない可能性がある。
【００７７】
図２４および２５は、図２３のようなゾーン内フォルトの結果が、電流ＩＡおよびＩＢがゾーンの中に向けられていることを示すとき（図２３のＩＡおよびＩＢの場合のように）の偏微分ゾーン３２０システムのフィーダ寄与の考慮事項を示す。次に、図２４は、ＩＮＷＡＲＤまたはゾーン内フォルトがフィーダフォルトであり、偏微分ゾーン３２０にないかを判定する詳細を示す。フィーダ、フィーダＥ、電流ＩＥが偏微分ゾーン３２０の外部に流れている場合、フォルトは、図２４のＦ５位置（フィーダＥ回路ブレーカ３１０の負荷側）のゾーン外フォルトである。
【００７８】
図２５は、フィーダ、フィーダＥ、電流ＩＥが偏微分ゾーン３２０の中に流れているかを判定する追加の詳細を示し、フォルトは位置Ｆ２のゾーン内フォルトである。ＩＥが寄与しているゾーン内フォルトでは、ＩＥは、実質的にモータ寄与電流である。ゾーン内３２０フォルト条件中、フィーダＥ上の破線のモータ３２２によって示されるように、フィーダ上の負荷がモータであるとき、モータの負荷は、偏微分ゾーン３２０のＦ２においてフォルトに供給する電流ＩＥを生成する。本発明の実施形態は、相対電流方向（決定または計算がより難しい電圧分極とは対照的に）を決定することによって偏微分ゾーン３０２の保護を実施する。相対電流方向方法の利点には、１）電流がフォルト事象中に崩壊しない（一方、電圧分極において使用される電圧は、フォルト事象中に崩壊する）、２）電力因子は、方向の決定から除外される、および３）フォルトのタイプまたはフォルトのタイプによる角度は、電流の方向を決定するために使用されない（一方、他の計算では、たとえば、他の方法で以前に使用された位相間３０°フォルトは使用されず、それにより、３０°の角度は、決定において使用される必要はない）。これらの利点のすべてが、本発明の実施形態の決定を簡単にする。
【００７９】
上記で説明されたように、フィーダのフォルト電流の相対方向を決定するために、フィーダのフォルト電流は、基準位相がそれぞれのフォルト偏微分ゾーンのＩＮ電流を表す基準フェーザと比較される。フォルト偏微分ゾーンによって供給された各フォルトフィーダについて各位相電流を表すフェーザは、１８０°と６０°の間として確定された範囲にある方向の差を探すために比較される。方向の差が決定され、差が確定または所定の範囲内にある場合、フィーダは、下流フォルトに向かって電流を搬送している。しかし角度差がこの範囲外にある場合、フィーダは、メインバスに向かってモータ寄与電流を搬送している。この比較がフォルトフィーダについて行われた後、１つのフィーダがその保護ゾーンにおいてフォルトを供給しているか、または複数のフィーダがバスフォルトに向かってモータ寄与電流を搬送しているかを判定することができる。
【００８０】
ゾーンのどの各ＣＢが搬送しているかを決定した後、１つの適切な回路ブレーカを開く（トリップする）ことができる（すなわち、１つのメイン、メインおよびタイ、またはモータを含むバスの中へのいくつかの源）。適切なバックアップ回路ブレーカを識別して、バックアップが、フォルトの時間におけるフォルトの位置、大きさ、およびシステム構成に適合する場合、動作することができる。これは、たとえば１．５サイクルと同程度に迅速に、短時間計算を単一回路ブレーカについて行うことができるのとほぼ同じ時間フレームで実施することができる。
【００８１】
本発明の代替実施形態では、複数のゾーンが重複されることが可能であることに留意されたい。図２７は、４つの重複偏微分ゾーン３２０を有する本発明の実施形態を示す。各偏微分ゾーン３２０は、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、およびＺ４の１つとして表される。本実施形態の各偏微分ゾーンは、各ゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、またはＺ４について、それぞれＭ１、Ｍ２、Ｍ３、またはＭ４とラベル付けされたメイン回路ブレーカ３０６を含む。各メイン回路ブレーカは、Ｍでラベル付けされ、各ブレーカを源ブレーカとして区別することを意図する。さらに、各偏微分ゾーンは、２つのバスタイブレーカを含み、各バスタイブレーカは、図２７において決定することができるように、２つのゾーンに寄与する。たとえば、バスタイブレーカＴ１は、Ｚ１およびＺ４の一部である。バスタイブレーカＴ２は、Ｚ１およびＺ２の一部である。バスタイブレーカＴ３は、Ｚ２およびＺ３の一部である。バスタイブレーカＴ４は、Ｚ３およびＺ４の一部である。バスタイブレーカ３０８は、リングバス３２５の上にある。４つのゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、およびＺ４は共に、大域ゾーンを備える。
【００８２】
図２７において定義された電力システムにおけるタイブレーカＴ１のティア行列の例が、以下において提示される。
【００８３】
【表１】
2008167647.tif 000008
図２７の重複ゾーン構成に関して、上記の例示的なタイ行列は、Ｔ１に関してフォルトゾーン情報を提供する。表１の例では、ゾーン１および４のフォルトのセッティングは設定されないはずであるが、その理由は、タイＴ１は、これらの２つのゾーンの部材であるからである。ゾーン３のフォルトのセッティングも設定されないはずであるが、その理由は、この場合、タイブレーカＴ１が部材であるゾーン１は、フォルトゾーンに隣接しないからである（このゾーンのすべてのタイブレーカは、外部タイである）。
【００８４】
外部タイブレーカのそれぞれは、確定されたティア割当て行列を有する。表の内容は、フォルトゾーン（少なくとも１つの外部タイを含むゾーン）に隣接する非フォルトゾーンの例示的な可能性のあるシステムフォルト条件についてティアセッティングを指定する。外部タイのみを含むゾーンについてティア行列を指定することは必要ではないが、その理由は、隣接ゾーンが、それらのタイについて新しいティアの値を提供するからである。行列は、タイブレーカがフォルト位置に直接または間接に電流を供給するときの条件について、基準ブレーカおよびデルタを確定する。各タイブレーカは、基準ブレーカおよび対応するデルタについて最大で４つの異なる対を有する。基準ブレーカおよび対応するデルタの数は、４より小さいゾーン数を有するシステムについて異なる可能性がある。追加のティア値が、フォルトの位置に基づいて計算され（すなわち、フォルトが内部にあるゾーン）、当業者によって決定することができるデルタ値だけ減分されたフォルトゾーンの基準ブレーカのティア値に等しい。
【００８５】
さらに図２７の実施形態に関して、複数のフォルト（異なるゾーンにおける複数のフォルト）がほぼ同時間に経験される場合、システムは、当業者によって決定されることが可能である新しいティアおよびＳＴ時間遅延値でフォルトゾーンを更新する。バックアップゾーンのブレーカは、当業者によって決定されることが可能であるフォルトのそれぞれについて相応して調節されたティアおよびＳＴ時間遅延を有する。
【００８６】
図２７および隣接ゾーンのフォルトに関して、ゾーン内フォルト状態にある複数のゾーンが存在し、これらのゾーンが隣接する場合（共有ブレーカを有するゾーン）、システムは、相応して、ティアおよびＳＴ時間遅延値を各ゾーンの部材ブレーカのフォルトタイプに割り当てる。新しい値を共有ブレーカに割り当てながら、システムは、フォルトゾーンの１つがゾーン内バスフォルトにある場合、このゾーンによって共有ブレーカに対して作成されたセッティングが普及することを確認する。任意の他のフォルトタイプの組合せの場合、システムは、新しい値が以前に設定された値より大きい場合のみ、共有ブレーカのティアおよびＳＴ時間遅延値を設定する。
【００８７】
図１８は、電流方向データを使用してフォルト位置を決定する、本発明の実施形態のフローチャートである。段階Ｓ２００において、方法が開始される。次に段階Ｓ２１０において、ブレーカが短時間ピックアップに進む。次に段階Ｓ２０２において、システム上のすべてのフォルトブレーカが追求される。次に段階Ｓ２０４において、偏微分ゾーンの電流がＰＤＺのＩＮまたはＯＵＴに流れているかに関して、判定が行われる。電流がＰＤＺのＯＵＴに流れている場合、段階Ｓ２０６において何も行われない。しかし、代替として段階２０６に段階Ｓ２０７が続くことができ、ゾーン外フォルトについて、タイブレーカの規則または計算に従う。段階Ｓ２０４に戻り、電流がＰＤＺに対してＩＮに流れていると判定される場合、段階Ｓ２０８において、システム上のフィーダフォルトが追求される。段階Ｓ２１０において、ＰＤＺのフィーダフォルト電流の方向について判定が行われる。次に問合わせＳ２１２において、フォルト電流がフィーダフォルトまたはバスフォルトについてであるかに関して判定が行われる。問合わせＳ２１２に対する回答がバスフォルトである場合、制約は使用されず、短時間（ＳＴ）ピックアップが動作する。段階Ｓ２１２の問合わせに対する回答が、フィーダフォルト電流が存在するである場合、次いで段階Ｓ２１４において、ＺＳＩ規則が実施される。ＺＳＩ規則に従って、上記で提供された表１の行列に記述されたように、ＳＴ遅延は変更される。
【００８８】
メイン回路ブレーカより前にフォルト電流方向を検出する方法：絶対方向
源回路ブレーカにおける電流の相対方向に基づく分析は、結論的ではない結果をもたらす。メイン系統側のフォルトの場合、源回路ブレーカの電流の相対方向に基づくフォルト位置の分析は、不確かである。左または右のバスも、内部に位置するフォルトを示さない。両方のバスとも、スルーフォルトを示す反対方向に流れる電流を有するタイおよびメインを示す。不確定状況を示すメインより前のフォルトへのフォルト寄与という名称の図１５を参照されたい。この状況においてフォルト位置を決定する前に、メイン回路ブレーカを通る実際の電流方向の知識が必要である。
【００８９】
単一プロセッサに基づくシステムでは、現在の状況データが、単一プロセッサに基づくシステムに記憶された過去の状況データと比較されることが可能である。現在および過去の状況データは、ピックアップ閾値を超える電流が検出された後、事前フォルト電圧を事前フォルト電流および事後フォルト電流と比較することを提供する。本発明のこの実施形態は、フォルト電流の位相角度と事前フォルト電流の位相角度とを比較し、反転電流フォルトを検出する。事前フォルト電圧フェーザが、連続して計算され、更新され、記憶されることが可能である（それにより、以前の値は、更新されるとき（または更新後）、破棄される）。フォルトの大きさを超える電流の大きさを超えるとき、所定の数の先行サイクルからの電圧フェーザが、基準として使用される（すなわち、２０サイクル）。反転は、１８０°のシフトならびにフォルト条件が導入する可能性がある追加のラグによって示される。事後フォルト位相電圧は、電圧がフォルト条件中にかなり崩壊する可能性があるので、反転情報の不確かな源である。ほぼ完全な電圧崩壊の場合、小さい残りの電圧は、電流と同相のバス電圧（ＩＲ）降下であり、したがって反転電流フォルトを決定するために必要な位相差情報をもたらさない。上記で説明された理由のために、以下の式（３）を使用して実施される計算が、電流反転を検出するために使用される。
【００９０】
【数６】
2008167647.tif 000009
式（３）に関して、ａｎｇ（Ｉ）は、正シーケンス電流フェーザの角度であり、αは、事前フォルト電圧正シーケンスフェーザである。順方向電流について予測された理論的角度は、純粋な抵抗電流から純粋な誘導電流について、約０°から９０°の範囲にある。電流の反転は、１８０°を追加し、約１８０°から２７０°にわたる。実際には、順方向角度は、抵抗負荷から非常に誘導性の負荷について０°から６０°の範囲とすることが可能である。約１８０°の反転により、角度は、約１８０°から２４０°にシフトする。上記の方法および式は、約３０°において流れる負荷電流から約７０°の遅れをもたらすフォルトのシフトを識別する（−３０°≦α≦７０°）。事前フォルト正周波数電圧フェーザは、サンプリング率と周波数の間の任意の不整合について補償される。その補償は、簡単化のために上記の方式では無視されている。しかし、補償は、当業者なら実施することができる。
【００９１】
フォルト電流を決定するために、以下の式（４）が各位相電流について周期的に実施されることが可能である。
【００９２】
【数７】
2008167647.tif 000010
反転電流ピックアップの式、式（４）に関して、ＩＲＭＳを、各位相の電流サンプルの１／２サイクルから計算することができ、ＰＲＣは、考慮されているメイン回路ブレーカについて選択された反転電流保護セッティングである。メインを通る電流が反転電流ピックアップのピックアップ閾値を超えると判定された後、事前フォルト正シーケンス電流と事後フォルト正シーケンス電流の間の角度関係を、両方とも事前フォルト正シーケンス電圧を参照することによって比較する一連の計算を実施することができる。電流が反転されていると判定される場合、フォルトはそのデバイスより前である。この反転電流セッティングは、順方向電流調整分析では考慮される必要がないので、ピックアップレベルは極めて低い可能性があり、信頼性のあるトリップ判断を行うために、遅延のみが必要である。ゾーン選択インタロッキングは、順方向フォルトについて実施された階層を反転することによって、この反転方向においてさえ保護事象のバックアップレベルを提供することができる。
【００９３】
本発明のこの実施形態では、１）予測フォルト電流の範囲ＣＴは、重度に飽和され、大きな差分誤差をもたらす、かつ２）各サブステーション変成器の別々の差動ゾーンが、システムトリップを適切にするために使用されることに留意されたい。
【００９４】
この事項を再び採り上げ、サブステーション変成器の電流の測定を必要とせずに、ＣＴ飽和に直面した状態で、平行２重末端システムにおいてバスおよび反転フォルトを配置する関数を合成した。状況は、図２９に示されている。
【００９５】
本発明のシステムの実施形態は、２次側において堅固に接地される２つのサブステーション変成器によって２重に供給される。すべての３つのブレーカが閉じている。問題の状況は、図２９の位置１、２、３、４、または５における任意のタイプのソリッドフォルトである。問題は、それらの位置のフォルトについて、すべての３つのブレーカを通って流れる大量の電流からのフォルトが存在することを検出するのはより容易であるが、電流の相対的な大きさに基づくフォルトの特定は機能しないことである。フォルトが内部または外部であるかを判定し、またタイブレーカのどちらの側（左または右）においてフォルトが特定されるかを判定するために、他の手法が必要である。
【００９６】
これらの判定について機能可能な方法は、以下の観測に基づく（再び、図２９を参照）：１）位置２および４の内部フォルトについて、メインブレーカを通る電流は、同じ方向にある；２）位置１および３の外部フォルトについて、メインブレーカを通る電流は、反対方向にある；３）タイブレーカを通る電流の方向と、いずれかのメインブレーカを通る電流の方向を比較することによって、位置２と４を区別することが可能である；４）電流の相対方向にのみ基づいて、位置１と３を区別することはできない（逆説的に、３重供給システムでは区別することができる）。しかし、電圧と電流の間の位相角度をも見ることによって、フォルト位置１と３を区別することが可能である
本発明の実施形態の方法は、以下の段階を組み込む。
【００９７】
各メインブレーカおよびタイブレーカについて、１サイクルウィンドウにわたって１／２サイクルごとに、フェーザの値から正シーケンス電流を計算する。また、バスについて正シーケンス電圧を計算し、ＰＴ接続に任意の回転がある場合、中性位相角度基準に対する線に対して補正する。計算は、フォルトがあるまたはないにかかわらず、１／２サイクルごとに実施される。実際の試験波形を見ることによって、深刻なＣＴ飽和に直面する場合でも、フェーザが方法について十分正確であることを判定することができる。
【００９８】
本明細書において記述される方法は、１／２サイクルごとに実行されて積分される保護計算のバッチを含む。この方法は、フィーダの１つの上において明らかなフォルトの存在を必要とせずに、所定の閾値を超えるメインブレーカにまたはタイブレーカにおけるフォルト電流の大きさの１つまたは複数によってトリガされる。これは、タイブレーカを経て後方に供給されているバスフォルトまたは反転フォルトが存在することを示す。
【００９９】
メインブレーカＭ１を通る正シーケンス電流の位相角度とメインブレーカＭ２を通る正シーケンス電流とを比較することによって、フォルトが内部である（位置２または４）または外部である（位置１または３）かを判定する。２つの電流が同相である場合、フォルトは内部であり、そうでない場合、外部である。
【０１００】
フォルトが内部である場合、タイブレーカを通る正シーケンス電流の位相角度とメインブレーカの１つを通る正シーケンス電流とを比較することによって、フォルトがタイブレーカのどちらの側にあるかを判定する。理論的には、比較は、メインブレーカのどちらかで実施することができるが、より大きな電流の大きさの一方が、いくらかより正確な結果を提供するので、よりよい選択肢である。
【０１０１】
フォルトが外部である場合、タイブレーカを通る正シーケンス電流による電圧降下の方向と、バス上の事前フォルト正シーケンス電圧とを比較することによって、フォルトを配置する。電流による正シーケンス電圧降下は、サブステーション変成器の１つの公称複素インピーダンスをそれに乗算することによって計算される。使用されるインピーダンスの大きさは、この計算では重要ではない。しかし、インピーダンスの角度は、ほぼ正確であるべきである。
【０１０２】
フォルトの位置を１／２サイクルごとに計算する。フォルトが全体で２回所与の位置において見られるときはいつでも、フォルトの位置を宣言する。これは、約１サイクルかかるが、１．５サイクル程度かかる可能性がある。
【０１０３】
フォルトの位置が決定されるとき、適切なブレーカをトリップする。位置１のフォルトでは、メインＭ１のみをトリップする。位置２のフォルトでは、タイおよびメインＭ１をトリップする。位置３のフォルトでは、メイン２のみをトリップする。位置４のフォルトでは、タイおよびメインＭ２をトリップする。
【０１０４】
システムのある点におけるフォルトは、保存動作をもたらすことに留意されたい。保存動作を克服するために、各ブレーカの２つのＣＴを代替実施形態において提供することができる。しかし、ブレーカあたり２つのＣＴは、コストがかかる。たとえば、位置Ｒｔ５のフォルトを考慮すると、方法は、それを内部フォルトとしてタイの左に配置し、メインＭ１、Ｍ２の一方（タイをもではない）を単にトリップすることが十分である状況では、タイおよびメインＭ１、Ｍ２の一方をトリップすることになる。
【０１０５】
この方法の追加の計算は、以下の通りである。電圧および電流についてシーケンス成分を計算する式の他に、さらに２つの式が、フォルトの方向を計算するために使用される。まず、２つの電流が同じ方向または反対方向にあるかを判定する式がある。これは、電流の一方に電流の複素共役をかけた積の実数部分を取り入れることによって行うことができる。実数部分が正である場合、電流は、ほぼ同じ方向にある。実数部分が負である場合、電流は、ほぼ反対方向にある。式は頑強であり、２つの計算フェーザの間の最高で９０度の位相角度誤差を許容する。
【０１０６】
たとえば、２つのメインブレーカを通る電流の相対方向試験が、式（９）において以下のように直交座標の正シーケンスフェーザ値から計算される。
【０１０７】
【数８】
2008167647.tif 000011
シーケンス電流に起因する等価な電圧降下が事前フォルト正シーケンス電圧と同相であるかを判定する同様の試験がある。追加の段階は、正シーケンスフォルト電流にサブステーション変成器の複素インピーダンスに対する近似を乗算する。インピーダンスの正確な大きさを使用する必要はない。位相角度のみがほぼ正確であるべきである、したがって、１の大きさを有するインピーダンスを式（１０）において以下のように使用することができる。
【０１０８】
【数９】
2008167647.tif 000012
実際のバス電圧ではなく、事前フォルト電圧が推奨される理由は、事前フォルト電圧がより良好な方向指示を与えるからであるが、その理由は、事前フォルト電圧は、サブステーション変成器の１次側において等価な電圧と同相にあるからである。代替として、１次電圧が利用可能である場合、それらの値を使用する。しかし、それらは利用可能ではない。したがって、事前フォルト電圧は、計算について十分な正確さを提供する。
【０１０９】
個々の位相の量ではなく、シーケンス量を使用することにより、計算は簡単になり、フォルトタイプの識別は不必要になる。しかし、ＰＴの接続において導入される位相回転を認識して補正することは重要である。たとえば、線間電圧変成器が使用される場合、計算されたバス電圧フェーザを６０度だけ回転させることが必要である可能性がある。
【０１１０】
図３０は、本発明の実施形態における電流の流れを示す回路図である。メインＣＢが、この場合はフォルト寄与を提供するモータ負荷を含めて、すべての他の源からのフォルト電流寄与を認識する。モータ寄与は、著しいまたは著しくない可能性がある。Ｃ２＝Ｃ１＋モータ寄与である場合、電流は、依然として負荷に流れている。
【０１１１】
図３１は、本発明の実施形態における電流の流れを示す回路図である。両方のメインおよびタイが、源２からの同じ電流（Ｃ１）を認識する。メイン１は、モータ寄与からの追加の電流も認識することが可能である。モータ寄与は、負荷電流を続けることが可能であり、または著しくないことが可能である。図３１のＩにおいて、電流の大きさはほぼ等しいことが可能である；デバイスを通る方向のみが固有である。
【０１１２】
図３２は、本発明の実施形態における電流の流れを示す回路図である。両方のメインバスが、反対方向のメイン電流およびタイ電流を認識する（１インおよび１アウト）。したがって、相対方向の比較は、スルーフォルト条件を示し、インフォルト条件を示さない。フィーダフォルト電流の寄与は、感知されるのに十分な大きさで存在する、または存在しないことが可能であり、したがって、相対電流の比較について信頼性のある資源ではない。
【０１１３】
図３３は、本発明の実施形態の事前フォルト正シーケンスフェーザを示すグラフである。事前フォルト条件は、完全な遅れ誘導から完全に先行までにわたるとすることができる。電流は、決して完全には電圧に遅れず（−９０度）、または完全には電圧に先行しない（＋９０度）。商用および産業用の電力負荷は、わずかに容量性から中程度に誘導性にわたる傾向がある。順方向電流の角度は、−約９０度から＋９０度にわたる。
【０１１４】
図３４は、本発明の実施形態の事前フォルト正シーケンス反転フォルト電流フェーザおよび事前フォルト正シーケンス電圧基準フェーザを示すグラフである。事前フォルト条件は、完全遅れ誘導から完全先行にわたるとすることができる。電流は、決して完全には電圧に遅れず（−９０度）、または完全には電圧に先行しない（＋９０度）。商用および産業用の電力負荷は、わずかに容量性から中程度に誘導性にわたる傾向がある。順方向電流の角度は、約−９０度から＋９０度にわたる。メインの系統側の容量性負荷および比較的小さいフォルトの大きさを見込むことにより、下方左象限の考慮が必要となることに留意されたい。正確な関数は、この領域のフェーザも同様に含むことができる。
【０１１５】
本発明の実施形態では、上記で開示された特許参考文献に記載されるシステムは、反転フォルト関数を提供する。この関数は、ＤＺＳＩ関数とは独立である。本発明の実施形態では、反転フォルト関数は、整列基盤ごとに選択肢とされる；システムにおいてメインブレーカとして分類される回路ブレーカごとに、この関数の１つの事例がある。知的電子デバイス（継電器とも呼ばれる）は、保護パスを実行する、すなわち、半サイクルごと、６０Ｈｚでは８．３３３ｍｓごと、および５０Ｈｚシステムでは１０．０００ｍｓごとに実行する。
【０１１６】
この保護関数は、短時間過電流保護継電器と同様に振る舞う。関数の利用可能性は、ノードの構成とは独立である。ＩＥＤまたは継電器の反転電流保護関数は、様々なフォルトの大きさにおいて反転電流フォルト条件を検出することができる。
【０１１７】
反転電流ピックアップ
ピックアップという用語は、１つまたは複数の位相に関する電流が、所与の関数について、閾値または所定の量に到達する、または超えることを示す。複数フォルトの場合が存在するので、たとえば、当業者によって決定されることが可能であるように、角度比較について、３位相、単一位相、位相中性、正シーケンス電流および電圧を使用することができる。
【０１１８】
補償された事前フォルト電圧フェーザを計算するために、以下の事前フォルトフェーザに関するセクションを参照する。履歴電圧フェーザは、たとえばｎ−４０半サイクルにおいて計算された電圧フェーザである。ｎは、電流フェーザの計算に使用される電流データ半サイクルである。これは、継電器が、システムの開始からたとえば最初の４０半サイクルなどは動作しないことを有効に意味する。すべての事前フォルトデータがポピュレートされた後、継電器は、この段階から保護タスクを実施する準備が調っていることを示す対応する事象をログする。動作にわたって、継電器は、事前フォルトデータを収集し、各保護パスで最も古い時間スロットの情報を破棄し続ける。事前フォルト電圧フェーザの大きさがたとえば公称電圧の７５％より小さい場合、フェーザは、比較について無効であるとみなされ、第２ピックアップ条件は、偽であると想定される。その時点において、継電器は、ピックアップに進まない。
【０１１９】
事前フォルト電圧およびフォルト電流フェーザの間の角度は、電流レベルがピックアップセッティングより上にある限り、ほぼ連続的に検査される。反転条件が、３つの連続する半サイクルのいずれか２つにおいて検出される場合、継電器は、フォルトを反転フォルトであると宣言し、ピックアップに進む。継電器がピックアップになった後、継電器は、電流がドロップアウトレベルより下になるまで、アキュムレータを加熱し続ける。ドロップアウトは、事前フォルト電圧および実際の電流角度の関数ではない。継電器がフォルトを反転電流フォルトと宣言した後、継電器がピックアップからドロップアウトする場合でも、アキュムレータが完全に冷却するまで、継電器は、フォルトを反転とみなす。これは、電流レベルがドロップアウトレベルよりすでに下になった後で、アキュムレータが冷却される機会を有する前にピックアップセッティングより上に進む場合、継電器は、フォルトが反転フォルトであるかを確認するために角度検査を実施しないことを意味する。代わりに、継電器は、フォルトが、以前に検出されたのと同じフォルトであるとみなし、ピックアップに進む。
【０１２０】
所与のメインブレーカがピックアップになく、反転電流アキュムレータがゼロに等しい場合、システムは、そのブレーカについてアキュムレータを修正しない。所与のメインブレーカがピックアップにある場合、システムは、そのブレーカのアキュムレータを「加熱」する。所与のメインブレーカがピックアップになく、アキュムレータがゼロに等しくない場合、Ｃ／ＣＰＵは、そのブレーカについてアキュムレータを「冷却」する。
【０１２１】
フェーザ回転補償
反転電流保護継電器は、既知の周波数方法から周波数測定を得る。取り入れられた各電圧フェーザについて、対応するシステム周波数が得られる。当業者によって回転調整を実施することができる。たとえば位相角度のずれなどの値について、当業者によって補償関数を実施することができる。
【０１２２】
反転電流加熱。反転電流アキュムレータは、少なくとも１つの位相の平均２乗入力電流が、電流および電圧の方向試験の結果に関係なく、反転電流ピックアップ閾値を超えるときはいつでも、増分または「加熱」する。
【０１２３】
反転電流アキュムレータが更新される方式は、選択された反転電流保護曲線のタイプおよびＩ２ＲＭＳに依存する。アキュムレータの更新は、当業者によって決定することができる。
【０１２４】
反転電流冷却
反転電流関数がピックアップからドロップアウトするとき、反転電流アキュムレータは、トリップされる任意のその後の時間を短縮するために、「冷却」と呼ばれるプロセスにおいて減分される。冷却時間定数は、たとえば８０ミリ秒に固定される。他の冷却定数が、当業者によって決定されることが可能である。
【０１２５】
反転電流動作
反転電流継電器は、２つの主要構築ブロックからなる。最初の１つは、短時間保護要素と機能が非常に似ている。これは、電流がピックアップより大きくなるとき、かつドロップアウトレベルより下がるとき、それぞれアキュムレータを加熱かつ冷却する。しかし、継電器は、ピックアップに行く、およびピックアップから出ることを宣言しない。この判断は、継電器の第２部分が、電流および電圧が反対方向に流れることを検出するときのみ行われる。
【０１２６】
継電器の第２部分は、どの方向（下流または上流）にフォルト電流が流れるかを検出する役割を担う。継電器の第２部分が、電圧の流れる方向に対して反対である電流を検出しない場合、アキュムレータのレベルがトリップ閾値以上であっても、継電器は、ブレーカをトリップしない。アキュムレータがピックアップレベルより上にあり、電流および電圧の正シーケンスが、所定の量だけ離れている場合、継電器は、ピックアップ状態に進む。それが行われた後、継電器は、アキュムレータレベルがトリップレベルに到達するときはいつでも、ブレーカをトリップする用意が調っている。
【０１２７】
反転電流ピックアップおよびトリップ時間精度
他の単一点過電流保護継電器と同様の反転電流ピックアップおよびトリップ時間精度
誤差補償の注意
誤差バジェットのほとんどは、センサおよびノード電子機器に割り当てられる。しかし、Ｃ／ＣＰＵまたはシステムが精度に影響を与えることがある２つの場所が存在する。第１は、Ｃ／ＣＰＵまたはシステムによって実施される実際の関数である。これらの式または関数は、固定点データに作用し、追加の誤差の源ではない。Ｃ／ＣＰＵまたはシステムが計量精度に影響を与えることがある第２の方式は、ノードへのブロードキャスト同期メッセージに関するタイミングである。ブロードキャストメッセージが、公称（６０Ｈｚでは８．３３３ミリ秒、５０Ｈｚでは１０．００００ミリ秒）とは著しく異なる間隔で送信される場合、ピックアップ計算の精度は影響を受ける。
【０１２８】
不正確な位相回転の検出
継電器は、システムが構成した位相回転が実際に対応するかを判定する。継電器は、このタスクを遂行するために、電圧の正シーケンスを使用する。計算された正シーケンスが公称電圧値の２５％より小さい場合、継電器は動作を停止し、対応する事象はログされる。継電器は、正シーケンスが再び２５％の限界を超えるとすぐに再び動作を開始する。
【０１２９】
これらの比較と適切な誤差補償、冷却、および加熱の計算は、任意の回路ブレーカについて迅速な反転フォルト保護を提供するために使用することができる。この方法は、平行複数源システムにおいて、または実質的なモータ寄与がフォルトを識別するのに必要な電流を提供することができるとき、反転供給フォルト電流を検出するために、メイン回路ブレーカにおいて有用である。
【０１３０】
図１９は、フォルトの位置を決定するための本発明の実施形態のフローチャートである。段階Ｓ１００において、方法が開始される。次に段階Ｓ１０１において、ＩがＩｐｉｃｋｕｐより大きいかについて評価が行われる。Ｓ１００の評価に対する回答がいいえである場合、段階Ｓ１０３において、アキュムレータがゼロより大きい値にあるかについて判定が行われる。段階Ｓ１０３の問合わせに対する回答がいいえである場合、方法は、ターミネータＳ１１０における終了に進む。段階Ｓ１０３の問合わせに対する回答がはいである場合、システムは、Ｓ１０７において減分または冷却される（冷却は、たとえばソフトウエアおよびハードウエアプログラミングにおける減分に使用される用語である）。冷却段階Ｓ１０７の後、方法は、ターミネータＳ１１０において終了する。
【０１３１】
図１９の段階Ｓ１０１に戻り、ＩがＩｐｉｃｋｕｐより大きいかについて評価が行われるＳ１０１の問合わせに対する回答がはいである場合、段階Ｓ１０２において、Ｉｐｒｅｓｅｎｔが、Ｖｈｉｓｔｏｒｉｃと比較される。メインを通る電流が、反転電流ピックアップのピックアップ閾値を超えていると判定された後、一連の計算が実行され、事前フォルト正シーケンス電流と事後フォルト正シーケンス電流との角度関係を、両方とも事前フォルト正シーケンス電圧を参照することによって比較する。次に、段階Ｓ１０５において、反転フォルト状態が判定されると、バックアップが設定される。代替として、段階Ｓ１０４において、アキュムレータは増分（または加熱）される。加熱は、たとえばソフトウエアおよびハードウエアプログラミングにおける増分に使用される用語である。段階Ｓ１０４に続いて、段階Ｓ１０６において、アキュムレータのセッティングが時間遅延の最大セッティング以上であるかについて、判定が行われる。アキュムレータのセッティングが時間遅延の最大セッティング以上ではないと判定される場合、方法は、ターミネータＳ１１０に進む。段階Ｓ１０６において、アキュムレータのセッティングが時間遅延の最大セッティング以上であると判定される場合、次に段階Ｓ１０８において、継電器は動作する。継電器の動作にターミネータＳ１１０が続く。代替として、方法は、段階Ｓ１０１で再び始まり上記で概述された段階に従い続けることができる。
【０１３２】
要約
方向感受性ゾーンベース保護
保護エンジニアに利用可能である解決法のこの以下のセットに基づいて、ゾーンベース保護システムは、実質的なモータ寄与をすることができる大きなモータ負荷を有する、または並行して動作する複数源を有する、複数源システムまたは単一源システムについて提供することができる。ほぼ同時に動作する保護システムまたはサブシステムは、以下の通りである。
【０１３３】
バス差動保護
メインにおける短時間反転電流検出
メインとタイの間の短時間方向性ゾーンインタロッキング
フィーダより上のゾーンを有するフィーダにおける短時間方向性ゾーン選択インタロッキング
他のＺＳＩ関数がほぼ同時に動作している間に動作することができるフィーダにおける瞬間トリッピング関数
瞬間トリップ関数は、瞬間トリッピングがデジタルトリップ装置および方法を使用して得られるいくつかの方法のいずれかによって実施される。バスフォルトまたは別のフィーダフォルトへのモータ寄与による瞬間トリップが望ましくない場合、瞬間は、可能性のある最大モータ寄与より上に設定される。
【０１３４】
ほぼ瞬間的に動作する回路ブレーカについてのものを含めて、短時間関数は、提示されたようにシステムが実施されるように設計かつ設定される限り、瞬間トリップ関数の開始に関係なく、機能し続けることができる。そのような設計は、当業者によって実施することができる。
【０１３５】
バス差動関数は、他の関数とは独立に実施され、単一電流が、たとえばゾーン内の任意のＣＴの定格の１０倍を超えない限り、機能し続ける。バス差動は、任意のメインまたはタイの短時間ピックアップレベルより著しく下に設定されることが可能であり、他の方法と比較することによって最も感受性のあるフォルト保護を提供する。バス差動はバスフォルトについてのみ機能するので、セッティングは、最適選択性または持続負荷について設定されることが可能であるシステムの他のセッティングとは独立である。
【０１３６】
メインにおける反転電流保護は、本実施形態では独立に機能し、反転電流の式または関数が満たされるとき、提供される場合は中電圧変成器メインを含めて、トリップ信号を適切な回路ブレーカに出す。同じ反転電流の式または関数は、他の源が負荷を維持し続けることができる場合、不必要な厄介なトリッピングを防止するために、他の短時間関数による作用をほぼ同時に遮断する。
【０１３７】
本発明の関数は、わずかに２つの半サイクル程度の電流データでフォルト情報を確実に計算することができる。ほぼ同時に動作する様々な関数の組合せは、フィーダ回路ブレーカの短時間セッティングに対するモータ寄与の大きさに関係なく、複数の源および閉じたタイを有するスイッチギアの整列のバスより前、バスの内部、およびバスより下のフォルト位置の識別を提供することができる。バス作動関数の最小限の感受性により、バスの電流定格より下のフォルトが配置されることが可能になり、回路ブレーカが、１サイクルのデータで機器の短絡定格までのフォルトが検出および特定されることを可能にする場合、様々な短時間関数により、機器の短絡定格までのフォルトが可能になる。
【０１３８】
セッティング、回路、ならびに正確な検出およびクリア時間の範囲についての限定は、本明細書において記述された本発明の実施形態の式、関数、およびセッティング、ならびに本発明の実施形態を実施するために使用されるデバイスの特定の実施態様に依存する。
【０１３９】
たとえば、変成器より前に４０００Ａのメインおよびタイ、１６００Ａのフィーダ、ならびに真空回路ブレーカ（ＣＢ）を有する２５００ｋＶＡサブステーションに関するこれらの実施態様の正味の効果は、ＴＣＣ：ＭＣＣＢ，ＳｗｇｒフィーダおよびＳｗｇｒバスという名称の図１６の時間電流曲線に示されている。１６００Ａフィーダより下に配置された電流限定配線用回路ブレーカが、比較のために追加されている。
【０１４０】
時間電流曲線（ＴＣＣ）は、以下のデバイスを示す。
【０１４１】
利用可能な３０ｋＡボルトフォルト、１００％において利用可能な１７，１００Ａアーキングフォルト、８５％における１４，５００アーキング電流でバスに適用された２５０Ａ配線用電流限定ＭＣＣＢ
６５ｋＡ全ボルトフォルト電流、１００％における３０，５００Ａ、８５％における２６，００Ａ、単一源のフィーダ負荷側における計算されたアーキングでシステムに適用された１６００Ａ  ＬＶＰＣＢフィーダ
１つの源から利用可能な６２ｋＡボルトフォルト電流を有する４０００Ａ。４０００Ａバスは、８００Ａにおいてピックアップし、４０，０００Ａまで機能するように設定されたバス差動保護と、９２ｍｓの遅延クリアとの組合せで保護される。ゾーン選択機能は、最小時間遅延から最大フォルト値まで完全に動作するメインを維持する。
【０１４２】
さらに、メインＣＢは、負荷側を任意の系統側フォルト条件から、または接近遷移転送中など平行源が提供される場合、隔離することができる。この機能は、８７Ｂが図１６においてどのように示されるかと同様の確定時間関数のようである。反転保護は、このＴＣＣ上には示されていない。フィーダの保護およびメインバスの保護は、完全に選択性である。ＭＣＣＢは、その電流限定能力に基づいて、完全に選択性とすることが可能である。
【０１４３】
フィーダの下流において計算されたアークフラッシュ電流は、ほぼ瞬間的に動作するデバイスによって中断され、メインバスアーキング電流は、４８０Ｖにおける以下のエネルギーレベルなどをもたらす最小時間帯において動作するデバイスによって中断される。
【０１４４】
メインバス、６２ｋＡ  Ｉｂｆ、３２ｍｍ、２４”、．０９２ｓ→７．９ｃａｌ、ＨＲＣ２
メインバス、６２ｋＡ  Ｉｂｆ、３２ｍｍ、１８”、．０９２ｓ→１２ｃａｌ、ＨＲＣ３
フィーダ端子、３２ｍｍ、１８”、．０５ｓ→６．５ｃａｌ、ＨＲＣ２
ＭＣＣＢバス、３０ｋＡ  Ｉｂｆ、２５ｍｍ、１８”、．０５ｓ→３．８ｃａｌ、ＨＲＣ１
ＭＣＣＢ端子、２５ｍｍ、１８”、．０１７ｓ→１．３ｃａｌ、ＨＲＣ０
上記に列挙されたアークフラッシュエネルギー値は、一般的にはより低い入射エネルギー値をもたらすアークフラッシュ性能についてのこれらのデバイスの実際の試験結果を反映しておらず、また値をさらに下げることができるモータ寄与減分も説明しない。上記に列挙されたアークフラッシュエネルギー値は計算される。アークフラッシュエネルギーの計算は、当業者によって実施することができる。
【０１４５】
この書面での記述は、最適モードを含めて、本発明を開示し、また当業者が本発明を作成および使用することを可能にするために、例を使用する。本発明の特許範囲は、特許請求の範囲によって確定され、当業者なら思い付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字どおりの言語から逸脱しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文字どおりの言語との著しい相違を有さない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】予想フォルト電流、３２ｍｍギャップ、ボックス方式のアークの関数としてアーキング電流を示すグラフである［２］。
【図２】様々な電極ギャップについて４８０Ｖ、ＨＲＧにおける予想フォルト電流の関数としてアーキング電流を示すグラフである［２］。
【図３】４８０Ｖ、ＨＲＧ、３２ｍｍ、１８”、５２ｋＡ  Ｉｂｆ、ボックスにおけるアークのものを示す、サイクルにおけるクリア時間の関数として入射エネルギーを示すグラフである［２］。
【図４】３レベルゾーン選択インタロッキングシステムを示す図である。
【図５】２回路ブレーカ方式における上方回路ブレーカに対するＺＳＩ効果を示す図である。
【図６】源およびモータの寄与を有するバスフォルトを示す図である。
【図７】フィーダ、メイン（ゾーンインタロックモードにおいて動作）、およびモータ負荷についての時間電流曲線であり、モータ負荷は、１つのモータについて１０秒開始流入で示され、他の３つは完全負荷において実行している図である。
【図８】ＭＣＣフォルトがメインバスフォルトに寄与し、メインＣＢはフィーダからのＺＳＩ信号によって２遅延に強制され、バスフォルト条件および０．１秒〜０．０５秒の短絡電流のＭＣＣ寄与の下にあり、メインが、その保護ゾーンにおいてフォルトについて、システムの設計者によって意図されたより緩慢に反応している、図７の回路を示す図である。
【図９】選択タイを有するゾーン選択インタロッキングの一般的な構成（製造業者によって異なる可能性がある）を示す図である。
【図１０】迅速メインを有するゾーン選択インタロッキングの一般的な構成（製造業者によって異なる可能性がある）を示す図である。
【図１１】フィーダ瞬間に重複するより迅速な実施態様（右）と比較した瞬間より上の慣例的なＺＳＩ（左）の時間電流曲線を示す図である。
【図１２】２ゾーン２重末端サブステーションを示す図である。
【図１３】各データサンプルごとにバスについて差分電流を計算するために、簡単な径方向システムにおける４つの電流の４つの瞬間（単一データサンプル）値を使用することができる、同時サンプリングにより利用可能な４つの波形の同時瞬間値を示す図である。
【図１４】左側フォルトのフォルト電流寄与、左メイン、およびバスに向かって流れているタイを示し、したがって、メインバス上のフォルトを識別することを示す図である。
【図１５】両方のバスが、スルーフォルトを示す反対方向に流れている電流を有するタイおよびメインを示し、このシナリオを保護するために、メイン回路ブレーカを通る電流の方向が使用される、メインより前のフォルトに対するフォルト寄与を示す図である。
【図１６】１６００Ａフィーダより下に配置された電流限定配線用回路ブレーカが比較のために追加されている、ＴＣＣ：ＭＣＣＢ，ＳｗｇｒフィーダおよびＳｗｇｒバスを示す図である。
【図１７】ノードに流れ込む全電流はノードから流れ出る全電流に等しいキルヒホッフのノードの法則を示す図である。
【図１８】電流方向のデータを使用してフォルトの位置を決定するための本発明の実施形態のフローチャートである。
【図１９】フォルトの位置を決定するための本発明の実施形態のフローチャートである。
【図２０】たとえばＺＳＩ方式において使用することができる従来の技術の時間ベース調整継電器回路の機能回路ブロック図であり、インタフェースモジュールに接続されたトリップユニットを示す図である。
【図２１】システムに接続された回路ブレーカをトリップするために差動ゾーン選択インタロッキング方式に使用される中央プロセッサを有して構成され、また、処理および判断などについてノードデータを提供するために、各ノードが中央プロセッサとインタフェースするノードをも各回路ブレーカにおいて含む、知的電子デバイスＩＥＤを示す、本発明の機能回路ブロック図の実施形態を示す図である。
【図２２】位置Ｆ４に配置されたゾーン外フォルトを示し、ＩＡおよびＩＢが異なる方向に流れているので、Ｆ４のフォルトが、Ｆ４に隣接するＸで示されたゾーン外フォルトであることを示す図である。
【図２３】位置Ｆ２に配置されたゾーン内フォルトを示し、ＩＡおよびＩＢが同じ方向に流れているので、Ｆ２のフォルトが、Ｆ２に隣接するＸで示されたゾーン内フォルトであることを示す図である。
【図２４】ＩＮＷＡＲＤまたはゾーン内フォルトがフィーダフォルトであるか、かつ偏微分ゾーン３２０にはないかを判定する詳細を示す図である。
【図２５】フィーダ、フィーダＥ、電流ＩＥが偏微分ゾーンに流れ込んでいるかを判定する追加の詳細を示し、フォルトが位置Ｆ２の位置においてゾーン内フォルトであることを示す図である。
【図２６】ＺＳＩゾーンおよびＺＳＩゾーン内のＤＺＳＩゾーンを示す図である。
【図２７】４つの重複する偏微分ゾーンを有する本発明とともに使用される回路の実施形態を示す図である。
【図２８】ＴＣＣを示し、メイン、タイ、およびフィーダがＰＤＺ方式においてカスケード時間遅延でトリップし、ＤＺＳＩ動作を使用することにより、メイン、タイ、およびフィーダについて同じ時間点において、トリップ動作がほぼ同時であることを示す図である。
【図２９】平行２重末端システムにおけるバスおよび／または反転フォルト電流が配置されている回路図を示す図である。
【図３０】本発明の実施形態における電流の流れを示す回路図である。
【図３１】本発明の実施形態における電流の流れを示す回路図である。
【図３２】本発明の実施形態における電流の流れを示す回路図である。
【図３３】本発明の実施形態について事前フォルト正シーケンスフェーザを示すグラフである。
【図３４】本発明の実施形態について事後フォルト正シーケンス反転フォルト電流フェーザおよび事前フォルト正シーケンス電圧基準フェーザを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１４７】
３０２  ノード
３０４、３０６、３０８、３１０  回路ブレーカ
３１２  電力源
３２０  偏微分ゾーン
３２４  バス
３３０  ＤＺＳＩゾーン
３４０  ＺＳＩゾーン
【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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