(57)【要約】【課題】事故継続時間を短縮するとともに、停電範囲を狭くして系統の復旧を容易にする保護継電装置を提供する。【解決手段】電力系統の母線に接続される回線の電流を検出し、母線事故を検出する保護装置に事故継続の時に（すなわち、後備保護を行う時に）事故と思われる回線を各種の方法で優先的に選択して遮断する機能を付加する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の母線に接続される各回線の電気量を入力し、該電気量を演算し、演算結果に基いて所定の回線を予め定められた順序に従って遮断する保護継電装置において、
事故継続を検出する事故検出手段と、
各回線の電流の大きさを検出する回線電流検出手段と、
前記事故検出手段の出力信号が出力されている期間に、前記回線電流検出手段で検出された事故時電流の最も大きい回線に遮断指令を出力し、該回線の遮断によっても前記事故検出手段の出力信号が継続するときに、上記の操作を繰返す遮断回線選択手段と
を備えたことを特徴とする保護継電装置。
【請求項２】
前記事故検出手段は、変圧器回線あるいは送電線回線の電流を入力とする距離リレーであり，前記遮断回線選択手段は、前記送電線回線の電流の最大回線を選択すると同時に、電流最大回線への遮断指令時間を、前記距離リレー要素の動作条件により設定することを特徴とする請求１記載の保護継電装置。
【請求項３】
電力系統の母線に接続される各回線の電気量を入力し、該電気量を演算し、演算結果に基いて各回線を予め定められた順序に従って遮断する保護継電装置において、
事故継続を検出する事故検出手段と、
各回線の電流の大きさを検出する回線電流検出手段と、
事故が電源線側か負荷側かを識別する事故範囲検出手段と、
前記事故範囲検出手段で事故が負荷側の場合、前記事故検出手段の出力信号が出力されている期間に、前記回線電流検出手段で検出された負荷側の電流の最も大きい回線に遮断指令を出力し、該回線の遮断によっても前記事故検出手段の出力信号が継続するときに、上記の操作を繰返す遮断回線選択手段と、
前記事故範囲検出手段で事故が電源線側の場合、予め定められた時間後に母線連絡遮断器へ遮断指令を出力する母線連絡遮断手段と
を備えたことを特徴とする保護継電装置。
【請求項４】
電力系統の母線に接続される各回線の電気量を入力し、該電気量を演算し、演算結果に基いて各回線を予め定められた順序に従って遮断する保護継電装置において、
事故継続を検出する事故検出手段と、
各回線の電流の大きさを検出する回線電流検出手段と、
前記事故検出手段の出力信号が出力されている期間に、前記回線電流検出手段で検出された電流の最も大きい回線へ遮断指令を出力する遮断回線選択手段と、
該回線の遮断によっても前記事故検出手段の出力信号が継続するときに、該遮断指令を出力して予め定められた時間後に当該回線の電流の有無を判定し、電流無しと判定した場合には、前記遮断回線選択手段の操作を繰返す回線電流判定手段と、
前記回線電流判定手段で電流有りと判定した場合には、母線に接続される当該回線に一斉に遮断指令を出力する回線一斉遮断手段と
を備えたことを特徴とする保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の事故継続を検出して、所定時間以内に事故除去を行うための保護継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統においては、一般的に、それぞれ遮断器で区分された設備ごとに保護継電装置が設置され、事故が発生した場合には、この事故を保護範囲とする保護継電装置が動作して所定の遮断器を引き外すが、当該保護継電装置が不動作になった場合には、事故が継続するので遠方の後備保護が動作して事故除去を行うような保護システムが構築されている。
【０００３】
後備保護システムによる保護方式には、従来各種の方式が用いられている（例えば、非特許文献１参照。）が、以下、具体的な事例について図を用いて説明する。
【０００４】
図１０は、従来の技術の説明図である。同図において、上位系の電源２００、変圧器バンク２０１が示されており、複数の変圧器バンク２０１が複母線２０２，２０３に接続されている。また、複数回線の送電線２０４が複母線２０２，２０３に接続されている。２０５，２０６，２０７はそれぞれの遮断器であり、２０８は変圧器バンクの事故を検出する保護装置であり、２０９は変圧器１次側に設けられた変圧器を含めた後備保護装置であり、２１０は送電線事故を検出する保護装置であり、２１１は母線に接続される各回線の電流によって母線事故を検出する母線保護装置（以後、ＢＰと呼ぶ）であり、２１２は母線連絡に設けられた母線分離保護装置である。
【０００５】
図のｆ１，ｆ２，ｆ３はそれぞれ事故点を示す。ｆ１事故の場合は、変圧器バンク回線事故であり、変圧器保護装置２０８が動作し事故除去を行うが，２０８で事故除去できない場合は２０９の後備保護装置で事故除去を行う。ｆ２事故の場合は、母線事故であり、２１１の母線保護装置で事故除去を行うが、母線保護装置２１１で事故が除去できない場合は、母線分離保護装置２１２により母線連絡遮断器２０６を遮断し、事故母線側の遠方後備保護２０９により事故除去を行う。ｆ３事故の場合は、送電線事故であり、送電線保護装置２１０で事故除去を行うが、２１０で事故除去できない場合は、２０９の遠方後備保護により事故除去を行っている。この場合、事故母線側の電源を遮断するため片母線は停電となる。
【０００６】
事故が継続している場合、上位系への事故の影響を早期に除く必要がある。図１１に示すように、Ｆ点での事故継続を検出した場合、母線連絡遮断器２０６を母線分離保護装置２１２により遮断した後，複数変圧器バンクのＣＴ２１３の合成電流と、甲母線の電圧２１７，乙母線の電圧２１８を入力とした距離リレー２１６により変圧器２次側遮断器２１５を遮断して事故除去を行っている。この場合も、事故母線側の電源を遮断するため片母線は停電となる。
【０００７】
さらに、送電線の事故を送電線に設けた保護装置２１０で除去できない場合には、図１２に示すように、母線に接続される回線の電流を用いて各回線用に距離リレー（ＤＺ）や地絡方向リレー（ＤＧ）などを設けて変電所一括の後備保護機能を収納した総合後備保護装置２１９を使用している場合もある。この場合は、回線の保護装置２１０（図１１参照。）ではなくて、総合保護装置２１９により回線単位で遮断指令が出力されるので、事故母線側の電源を遮断することが無く、停電区間は限定される。しかし、別装置を設けるために保護システムは高価となり、経済的には不利になる。
【０００８】
【非特許文献１】
後備保護継電方式専門委員会著「後備保護継電方式」電気共同研究会３７巻１号、１９８１年６月、ｐ．７−１０
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
送電線や変圧器に設けられた保護装置が装置不良で動作できない場合、従来の方式では、前述したように後備保護方式を追加稼動させるため、事故除去時間が遅くなって、停電範囲が広くしてしまうか、または総合保護装置２１９のよう高価な保護装置を別に必要としていた。
【００１０】
したがって、本発明は、電力系統の母線に接続される回線の電流を検出し、母線事故を検出する保護装置に事故継続の時に（すなわち、後備保護を行う時に）事故と思われる回線を優先的に選択して遮断する機能を付加することにより、事故継続時間を短縮するとともに、停電範囲を狭くして系統の復旧を容易にする保護継電装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の保護継電装置は、電力系統の母線に接続される各回線の電気量を入力し、該電気量を演算し、演算結果に基いて所定の回線を予め定められた順序に従って遮断する保護継電装置において、事故継続を検出する事故検出手段と、各回線の電流の大きさを検出する回線電流検出手段と、事故検出手段の出力信号が出力されている期間に、回線電流検出手段で検出された事故時電流の最も大きい回線に遮断指令を出力し、該回線の遮断によっても事故検出手段の出力信号が継続するときに、上記の操作を繰返す遮断回線選択手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、電力系統の母線に接続される回線の電流を検出し、母線事故を検出する保護継電装置に、事故継続すなわち後備保護が必要な場合に、事故と思われる回線を優先的に選択して遮断する機能を付加することにより、事故継続時間を短縮することができる。
【００１２】
請求項２記載の保護継電装置は、請求１記載の保護継電装置において、事故検出手段は、変圧器回線あるいは送電線回線の電流を入力とする距離リレーであり、前記遮断回線選択手段は、前記送電線回線の電流の最大回線を選択すると同時に、電流最大回線への遮断指令時間を、前記距離リレー要素の動作条件により設定することを特徴とする。
これにより、請求項１の発明と同様、電力系統の母線に接続される回線の電流を検出し、母線事故を検出する保護継電装置に、事故継続すなわち後備保護が必要な場合に、事故と思われる回線を優先的に選択して遮断する機能を付加することにより、事故継続時間を短縮することができる。
【００１３】
請求項３記載の保護継電装置は、電力系統の母線に接続される各回線の電気量を入力し、該電気量を演算し、演算結果に基いて各回線を予め定められた順序に従って遮断する保護継電装置において、事故継続を検出する事故検出手段と、各回線の電流の大きさを検出する回線電流検出手段と、事故が電源線側か負荷側かを識別する事故範囲検出手段と、事故範囲検出手段で事故が負荷側の場合、事故検出手段の出力信号が出力されている期間に、回線電流検出手段で検出された負荷側の電流の最も大きい回線に遮断指令を出力し、該回線の遮断によっても前記事故検出手段の出力信号が継続するときに、上記の操作を繰返す遮断回線選択手段と、前記事故範囲検出手段で事故が電源線側の場合、予め定められた時間後に母線連絡遮断器へ遮断指令を出力する母線連絡遮断手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、電力系統の母線に接続される回線の電流を検出し、母線事故を検出する保護継電装置に、事故継続すなわち後備保護が必要な場合に、事故が電源線側か負荷側かを識別する事故範囲検出手段を用いて、事故の可能性の高い回線を電源線側か負荷側かに分けて、優先的に選択して遮断する機能を付加しているので、事故継続時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項４記載の保護継電装置は、電力系統の母線に接続される各回線の電気量を入力し、該電気量を演算し、演算結果に基いて各回線を予め定められた順序に従って遮断する保護継電装置において、事故継続を検出する事故検出手段と、各回線の電流の大きさを検出する回線電流検出手段と、事故検出手段の出力信号が出力されている期間に、回線電流検出手段で検出された電流の最も大きい回線へ遮断指令を出力する遮断回線選択手段と、該回線の遮断によっても事故検出手段の出力信号が継続するときに、該遮断指令を出力して予め定められた時間後に当該回線の電流の有無を判定し、電流無しと判定した場合には、遮断回線選択手段の操作を繰返す回線電流判定手段と、回線電流判定手段で電流有りと判定した場合には、母線に接続される当該回線に一斉に遮断指令を出力する回線一斉遮断手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、電力系統の母線に接続される回線の電流を検出し、母線事故を検出する保護継電装置に、事故継続すなわち後備保護が必要な場合に、事故の可能性の高い母線に接続される回線を優先的に選択して遮断する機能を付加しているので、事故継続時間を短縮することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態：請求項１に対応）
図１は、本発明を実現するための後備保護機能を有する保護システムの構成例を示しており、１１は本発明の保護継電装置である。図２は、この保護継電装置をディジタルリレーで実現した例である。
図１において、１は母線３，４に接続される送電線あるいは変圧器バンク回線であり、２はそれぞれの遮断器である。５は母線連絡線を示し、６（６ａ，６ｂ，…，６ｎ，６ｔ）は電流変成器（以下ＣＴと称す）を示している。また、３，４の母線には７甲、７乙なる電圧変成器（以下ＰＴと称す）が設置され、各ＣＴと各ＰＴの出力が保護継電装置１１に入力されている。
【００１７】
図２は、ディジタルリレーで構成された装置の例であり、１１１は各ＣＴおよびＰＴの入力変換器、１１２はアナログフィルター、１１３はアナログディジタル変換器、１１４のＦＥＰは前置プロセッサ、１１５はＣＰＵ，１１６のＲＯＭはプログラムを収納するメモリー、１１７のＩ／ＯはＣＰＵで判断された結果を出力する入出力インターフェース、１１８は本装置の出力を示す回路である。保護継電装置１１は、電気協同研究５０巻１号「第２世代ディジタルリレー」のｐ．２１に示されているような構成であり、最近の保護装置はほとんどがこのようにディジタルリレーで構成されているので、詳細は省略する。また、保護継電装置１１を母線保護装置として、その装置に本発明の機能を収納することもできる。
【００１８】
図３は、本実施の形態を示している。同図は、図２に示したディジタルリレーのソフトウェアのアルゴリズムのフローチャートである。
【００１９】
ステップ２１では、各回線のＣＴ二次電流およびＰＴ二次電圧から電流および母線電圧が常時演算されており、ステップ２２で、この状態で系統に事故が発生したか否かを監視している。事故は母線電圧の低下、あるいは各回線の電流の変化分が所定値以上、あるいは変圧器バンクの二次側電流を使用した距離リレー（ＤＺ）要素の動作などで検出する。ステップ２３では、事故が所定時間Ｔ１の間継続するかどうかを判断する。
【００２０】
電力系統の保護システムにおいては、一般に、保護区間が限定されて高速に検出遮断する装置（以下主保護装置と称す）があり、このＴ１は、この主保護装置による事故除去までの時間に尤度を持って確認するための時間である。所定時間以上事故が継続している場合は、主保護装置によって事故が除去されなかったものとみなし、本発明の保護継電装置の判断機能が起動して、後備保護的な処置をする。
【００２１】
ステップ２４では、各回線の電流の大きさを演算し、ステップ２５では、この演算された送電線電流のうち、電流の大きさが最大の回線を選択して遮断する。ステップ２４の演算対象は、事故前後の変化分電流の大きさでもよいし、母線保護装置の抑制量として演算される電流の絶対値でもよい。ステップ２５では、送電線電流の最大回線が選択遮断され、ステップ２６では、事故が除去されたかどうかを判断し、事故が除去されている場合は、本アルゴリズムのフローチャートは終了する。事故が除去されていない場合は、ステップ２７で、所定時間Ｔ２後に再度残った回線から、送電線電流の大きさが最大の回線を選択して遮断する。これを繰り返して、事故除去が行われるまで処理を続ける。なお、本アルゴリズムのフローチャートの各ステップ順序は、一例であり、本発明の趣旨が変わらない限り変更しても構わない。
【００２２】
本実施の形態によれば、電力系統の母線に接続される回線の電流を検出し、母線事故を検出する保護継電装置に、事故継続の場合（すなわち後備保護の場合）に、事故の可能性の高い、電流値が一番大きい回線を優先的に選択して遮断する機能を付加することにより、事故継続時間を短縮することができる。
【００２３】
（第２の実施の形態；請求項２に対応）
図４は、請求項１記載の事故検出条件に、電源側となる複数の変圧器回線の合成電流を入力とした距離リレー（ＤＺ）要素を使用した場合の構成例である。同図において、複数の変圧器２０１の二次側電流として、電流変成器Ｔａ，Ｔｂの二次側電流を本保護継電装置１１に入力している。
【００２４】
本保護継電装置１１は、以下の各手段から構成されている。まず、事故検出手段１２は、Ｔａ，Ｔｂの電流を合成した入力で動作する距離リレー（以後、ＤＺリレーと呼ぶ）要素である。回線電流検出手段１３は、送電線回線の電流を演算してその大きさを算出する手段である。回線選択手段１４は、送電線電流の最大回線を選択すると同時に、その遮断時間を決定する機能を有している。一方、事故範囲検出手段１５は、ＤＺリレーの複数要素の動作条件によって事故がどの範囲にあるかを判定する手段であるが、この手段は、後述する第３の実施の形態で用いるものである。図４中のその他の記号は図１と同じである。
【００２５】
図５は、ＤＺリレーの各要素の特性例を示したものである。Ｍは、事故方向を識別するモー特性の例で母線方向の事故で動作する方向要素であり、Ｘ１，Ｘ２は事故範囲を検出するリアクタンス要素である。このＭ要素は、ＭとＸ１が同時に動作した場合には、図のオフセットに示すように、後方に動作ゾーンを広げてリレーの極性電圧が喪失した場合でも安定した動作を保つものである。
【００２６】
図６は、ＤＺリレー要素の動作条件によって時限を設定した例であり、Ｍ・Ｘ１が成立した場合はＴＳ１の時間で、Ｍ・Ｘ２が成立した場合はＴＳ２の時間で、Ｍのみの場合はＴＳ３時間で、遮断指令を与えることを示している。
【００２７】
図７は、本実施の形態の作用を示すフローチャートである。ステップ３１では、各回線のＣＴ二次電流およびＰＴ二次電圧から、各回線電流および母線電圧が常時演算されている。ステップ３２は、事故が発生しているかどうかを判断するステップで、事故検出リレーとしてＤＺリレーの方向要素（Ｍ要素）を用いた例を示している。事故検出した場合は、次のステップ３３，３４で事故範囲を示すＤＺリレーのＸ要素の動作を判定し、図６で示した時限を持って遮断動作に入る。ステップ３３で、Ｘ１要素が動作している場合は、ステップ３４で、時限をカウントし、所定の時限ＴＳ１後に、ステップ３５で、各回線の電流の大きさを比較し、ステップ３６で、送電線回線の電流の大きさが最大の回線に遮断指令を出力する。ステップ３７で、事故除去がなされたかどうかを判定し、所定時間ＴＳＥ後に事故が除去されていない場合には、再度ステップ３５に戻って、次の電流最大回線の遮断動作を行う。Ｍが動作しＸ１が不動作の場合は、ステップ３９で、Ｘ２の動作を判定し、動作していれば、ステップ４０で、時限をカウントし、所定の時限ＴＳ２後にステップ３５へ移る。Ｘ２も動作していない場合は、ステップ４１で、Ｍ動作時の時限ＴＳ３で電流最大回線に遮断指令を与える。このように事故除去までこの動作を繰り返し、事故除去を行う。
【００２８】
第２の実施の形態によれば、母線事故を検出する保護装置に事故継続の時に（すなわち、後備保護を行う時に）、複数の変圧器回線の合成電流を入力とした距離リレー（ＤＺ）要素を利用して、事故と思われる回線を優先的に選択して遮断する機能を付加することにより、事故継続時間を短縮することができる。
【００２９】
（第３の実施の形態：請求項３に対応）
図８は、第３の実施の形態のアルゴリズムのフローチャートを示している。同図では、電源回線側の事故か負荷側の事故かをＤＺリレー（距離リレー）の方向要素で判定し、事故が電源側であれば、いずれ事故母線側は停電するため、母線連絡遮断器を遮断し、事故除去は電源側の遠方後備保護装置に頼るものである。事故が負荷側であれば、第２の実施の形態における図７に説明した方法を取って処理される。
図８において、ステップ３１〜４１の処理は図７と同じであるので、説明は省略する。
【００３０】
ステップ３２で、ＤＺリレーのＭ要素が不動作の場合は、負荷側には事故は無いと判定し、ステップ５１で、そのとき母線不足電圧検出リレー（ＵＶ甲リレーまたはＵＶ乙リレー）の動作を確認する。ＵＶリレーが共に動作している場合は、ステップ５２で所定時限ＴＳＢＴ後に、ステップ５３で、母線連絡遮断器に遮断指令を出力する。ステップ５１で、ＵＶが動作していない場合は、事故ではないと判定してステップ３１の演算に戻る。
【００３１】
第３の実施の形態によれば、電源回線側の事故か負荷側の事故かをＤＺリレー（距離リレー）の方向要素で判定し、事故が電源側であれば、母線連絡遮断器を遮断し、事故除去は電源側の遠方後備保護装置に頼ることにより、事故継続時間を短縮することができる。
【００３２】
（第４の実施の形態：請求項４に対応）
図９は、第４の実施の形態のアルゴリズムのフローチャートを示している。本発明は、遮断器に遮断指令を与えた時に事故電流が継続していることを検出して、その回線が接続されている母線に接続する他の回線を遮断するもので、遮断器不動作対策である。
【００３３】
図９において、ステップ２１から２７までは、第１の実施の形態の図３と同じであり説明は省略する。ステップ２５で、電流の最大回線に遮断指令を出力し、ステップ２６で、事故が除去されないと判定された場合は、遮断器が不動作であったか事故が他の回線でまだ継続しているかのいずれかである。ステップ２７で、事故継続と判断した場合は、ステップ２８で、遮断指令を出力した回線の電流の有無を検出し、電流が無い場合は、ステップ２４に戻って他の回線を遮断するフローに戻る。遮断指令を出した回線に電流がある場合は、ステップ２９でその回線が接続される母線を選択し、その母線に繋がる回線全てに遮断指令を出力する。
【００３４】
第４の実施の形態によれば、遮断指令を出した回線に電流がある場合は、その回線が接続される母線を選択して、その母線に繋がる回線全てを一斉に遮断指令を出力することにより、順次遮断する方法に比べて、事故除去時間を短縮することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電力系統の母線に接続される回線の電流を検出し、母線事故を検出する保護継電装置に、事故継続すなわち後備保護が必要な場合に、事故と思われる回線を各種の方法で優先的に選択して遮断する機能を付加することにより、事故継続時間を短縮するとともに、停電範囲を狭くして系統の復旧を容易にすることができる。また、遮断器不動作に起因した事故継続であっても対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における保護継電システムと保護継電装置の構成図。
【図２】第１の実施の形態における保護継電装置をディジタルリレーで構成した図。
【図３】第１の実施の形態における保護継電装置のアルゴリズムのフローチャート。
【図４】第２の実施の形態における保護継電システムと保護継電装置の構成図。
【図５】第２の実施の形態におけるリレー要素の説明図。
【図６】第２の実施の形態における時限の説明図。
【図７】第２の実施の形態における保護継電装置のアルゴリズムのフローチャート。
【図８】第３の実施の形態における保護継電装置のアルゴリズムのフローチャート。
【図９】第４の実施の形態における保護継電装置のアルゴリズムのフローチャート。
【図１０】従来の保護継電システムと保護継電装置の構成図。
【図１１】従来の保護継電システムと保護継電装置の構成図。
【図１２】従来の保護継電システムと保護継電装置の構成図。
【符号の説明】
１・・・送電線または変圧器バンク回線、２・・・遮断器、３，４・・・母線、５・・・母線連絡線、６，６ａ，６ｂ，６ｎ，６ｔ・・・電流変成器、７甲，７乙・・・電圧変成器、１１・・・保護継電装置、１２・・・事故検出手段、１３・・・回線電流検出手段、１４・・・回線検出手段、１５・・・事故範囲検出手段、１１１・・・各ＣＴ，ＰＴの入力変換器、１１２・・・アナログフィルター、１１３・・・アナログデジタル変換器、１１４・・・ＦＥＰのＣＰＵ、１１５・・・ＣＰＵ、１１６・・・メモリー、１１７・・・入出力インターフェイス、１１８・・・出力回路、２０１・・・複数の変圧器、２０２・・・母線甲、２０３・・・母線乙、２０４・・・送電線回線、２０５，２０６，２０７・・・遮断器、２０８・・・変圧器バンク用保護装置、２０９・・・後備保護装置、２１０・・・送電線保護装置、２１１・・・母線保護装置（ＢＰ）、２１２・・・母線分離保護装置、２１３・・・ＣＴ、２１５・・・変圧器２次側遮断器、２１６・・・距離リレー、２１７・・・母線甲の電圧、２１８・・・母線乙の電圧、２１９・・・総合後備保護装置
Ｍ・・・母線方向の事故で動作する方向要素、Ｘ１，Ｘ２・・・事故範囲を検出するリアクタンス要素
【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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