(57)【要約】本発明は、変流器の飽和判断方法に関し、さらに詳しくは、変流器で発生する２次電流の変化が、変流器の飽和現象によるものなのか否かを判断する方法を提供することに関する。
2004520601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変流器の飽和判断方法において、
前記変流器の２次電流値を用いて判断関数を決定する判断関数の決定段階と、
所定の時間間隔毎に前記変流器の２次電流を測定して、各時点での前記判断関数値を決定し、前記各時点での判断関数値が予め決められたしきい値以上であるか否かを前記各時点で判断する判断段階と、
前記各時点のうちのいずれか１つの時点で、前記判断関数値が前記しきい値以上であると判断された場合、前記変流器の飽和が開始または終了したものと判断する区別段階とを備え、
前記区別段階では、前記しきい値以上であると判断された時点以前に既に前記変流器の飽和が開始している場合には、前記時点で変流器の飽和が終了したものと判断し、前記しきい値以上であると判断された時点以前に前記変流器の飽和が終了または発生していない場合には、前記変流器の飽和が開始したものと判断することを特徴とする変流器の飽和判断方法。
【請求項２】
前記判断関数の決定段階は、前記変流器の２次電流の２次差分もしくは調整された２次差分、または、前記２次差分もしくは前記調整された２次差分のそれぞれのエネルギー関数のうちのいずれか１つを前記判断関数とすることを特徴とする請求項１記載の変流器の飽和判断方法。
【請求項３】
前記判断関数の決定段階は、前記変流器の２次電流の３次差分もしくは調整された３次差分、または、前記３次差分もしくは前記調整された３次差分のそれぞれのエネルギー関数のうちのいずれか１つを前記判断関数とすることを特徴とする請求項１記載の変流器の飽和判断方法。
【請求項４】
前記判断関数の決定段階は、前記変流器の２次電流の４次差分もしくは調整された４次差分、または、前記４次差分もしくは前記調整された４次差分のそれぞれのエネルギー関数のうちのいずれか１つを前記判断関数とすることを特徴とする請求項１記載の変流器の飽和判断方法。
【請求項５】
前記判断段階は、さらに、前記判断関数値が前記しきい値より大きい場合が連続して多数回検出される場合、そのうちの特定の検出時点のみを有効な検出時点と判断し、その連続した残りの時点の検出を無視して、誤動作を抑える誤動作防止段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の変流器の飽和判断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、変流器の飽和判断方法に関し、さらに詳しくは、変流器で発生する２次電流の変化が、変流器の飽和現象によるものなのか否かを判断する方法を提供することに関する。
【０００２】
（背景技術）
変流器とは、電流線に流れる電流の大きさを測定して保護継電器に入力するための装置であり、１次コイルと２次コイルの鎖交磁束を最大にするために、大部分の場合は、コアが鉄の鉄心変流器を使用している。
ここで、変流器は、図１に示したように、線路３２に流れる１次電流により発生する磁束を集束させるための鉄心部３４と、前記鉄心部３４に誘起された磁束により２次電流を発生させるために前記鉄心部に巻回した２次コイル３６とからなる装置である。
【０００３】
図２には、一般の変流器の等価回路を示したが、ここで、Ｌは変流器の磁化インダクタンスであり、ｉｍは磁化電流、ｉ２’は変流比に適する２次電流、ｉ２は実際測定される２次電流をいう。前記磁化インダクタンスＬは、常数値ではなく、電流によって異なる値を有し、磁束が大きくなり特定の限界を超えると、磁化インダクタンスは著しく変化するが、これは変流器の内部状態の変化に起因するものであって、このような場合に、変流器は飽和されたという。
【０００４】
前記変流器の正常作動中には、磁化電流ｉｍの大きさが小さく、測定された前記変流器の２次電流値は１次電流値と比例するため、問題にはならない。しかし、前記変流器が飽和され、変流器の磁化インダクタンスの値が著しく変わると、前記２次電流値も著しく変わるようになる。
これを等価回路で説明すると、図２において、Ｌ値が著しく減少し、磁化電流ｉｍが増加するため、ｉ２’とｉ２とが異なる結果となる。したがって、最終測定される電流の２次電流ｉ２と前記１次電流との間の関係が、飽和以前と以後で異なり、変流器の飽和は、継電器の動作時間を遅延させるか、誤動作を誘発する。
【０００５】
このような保護用継電システムの誤動作の主な原因となる変流器の飽和を判断するために提案された従来の技術としては、前記変流器を構成する鉄心内の磁束を計算して飽和を判断する方法があるが、この方法は、初期に残留磁束がない場合にのみ適用が可能であり、初期に残留磁束が存在する場合には、残留磁束の初期値を知っていなければ適用し難いという短所があり、大部分の応用では、残留磁束の初期値を測定または推定することが現在の技術では難しいことから、これは致命的な短所となる。
【０００６】
（発明の開示）
本発明は、このような問題点を解決するためのものであって、その目的は、変流器が飽和しているか否かを判断するためには、残留磁束を知っていなければならないという従来の技術とは異なり、２次電流値の変化率に関連する所定の判断関数値により判断することで、残留磁束が存在するか否かに関係なく、変流器の飽和を判断する変流器の飽和判断方法を提供することである。
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明の一特徴による変流器の飽和判断方法は、前記変流器の２次電流値を用いて判断関数を決定する判断関数の決定段階と、所定の時間間隔毎に前記変流器の２次電流を測定して、各時点での前記判断関数値を決定し、前記各時点での判断関数値が、予め決められたしきい値以上であるか否かを前記各時点で判断する判断段階と、前記各時点のうちのいずれか１つの時点で、前記判断関数値が前記しきい値以上であると判断された場合、前記変流器の飽和が開始または終了したものと判断する区別段階とを含み、前記区別段階では、前記しきい値以上であると判断された時点以前に既に前記変流器の飽和が開始している場合には、前記時点で変流器の飽和が終了したものと判断し、前記しきい値以上であると判断された時点以前に前記変流器の飽和が終了または発生していない場合には、前記変流器の飽和が開始したものと判断することを特徴とする。
【０００８】
本発明の変流器の飽和判断方法においては、前記判断関数の決定段階は、前記変流器の２次電流の２次差分もしくは調整された２次差分、または、前記２次差分もしくは前記調整された２次差分のそれぞれのエネルギー関数のうちのいずれか１つを前記判断関数とすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の変流器の飽和判断方法においては、前記判断関数の決定段階は、前記変流器の２次電流の３次差分もしくは調整された３次差分、または、前記３次差分もしくは前記調整された３次差分のそれぞれのエネルギー関数のうちのいずれか１つを前記判断関数とすることが好ましい。
【００１０】
さらにまた、本発明の変流器の飽和判断方法においては、前記判断関数の決定段階は、前記変流器の２次電流の４次差分もしくは調整された４次差分、または、前記４次差分もしくは前記調整された４次差分のそれぞれのエネルギー関数のうちのいずれか１つを前記判断関数とすることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の変流器の飽和判断方法においては、前記判断段階は、さらに、前記判断関数値が前記しきい値より大きい場合が連続して多数回検出される場合、そのうちの特定の検出時点のみを有効な検出時点と判断し、その連続した残りの時点の検出を無視して、誤動作を抑える誤動作防止段階を含むことが好ましい。
【００１２】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図３に、本発明による変流器の飽和判断方法の好ましい一実施例の構成をブロック線図で示す。
図３に示したように、本発明による変流器の飽和判断方法では、指数ｎで表され、所定の時間間隔で徐々に増加していく離散化された計算時点で、同じ手順を繰り返す。これを詳しく見てみると、変流器の２次電流値を用いる判断関数をいずれにするかを決める判断関数の決定段階（Ｓ１０）、離散化された２次電流値を得るために所定の時間間隔毎に変流器の２次電流を測定し（Ｓ２０−１）、前記Ｓ１０で決定された判断関数に代入することにより、各時点での判断関数値を決定し（Ｓ２０−２）、前記Ｓ２０−２で決定された各時点での判断関数値が、予め決められたしきい値以上であるか否かを各時点で判断（Ｓ２０−３）する判断段階（Ｓ２０）、及び、各時点のうちのいずれか１時点で判断関数値がしきい値以上であると判断される場合、継続する時間の増加に伴う各時点のデータのうち、現在の検出の直前に判断関数値がしきい値以上であることが検出された時点の状態が、飽和終了であったか、または、飽和開始であったかを照会して（Ｓ３０−１）、以前の飽和終了後の新しい検出か否かを判断し（Ｓ３０−２）、以前の飽和終了後の検出である場合は飽和開始と判断し（Ｓ３０−３）、以前の飽和開始後の検出である場合は飽和終了と判断（Ｓ３０−４）する区別段階（Ｓ３０）とからなる。
【００１３】
ここで、前記判断関数としては、２次電流の時間に対する変化率に関する関数を使用することが、本発明の主な特徴の１つであり、このような関数としては、２次電流の２次差分関数を使用することができる。例えば、ｄｅｌ２［ｎ］＝ｄｅｌ１［ｎ］−ｄｅｌ１［ｎ−１］のような関数がそれであり、ここで、ｄｅｌ１［ｎ］＝ｉ２［ｎ］−ｉ２［ｎ−１］であり、ｉ２［ｎ］は離散化された前記２次電流値を示し、ｎは各時間に対するデータの離散化された値の指数である。
また、前記ｄｅｌ２［ｎ］に比例するか、ｄｅｌ２［ｎ］を含む関数を使用することもでき、様々な変形が可能となるが、算術的変形である限り、これは単なる設計変更の問題であると言える。
前記のｄｅｌ２［ｎ］を計算して、前記のｉ２［ｎ］の関数で示すと、下記の式のとおりである。
【数１】
2004520601.tif 000003
【００１４】
したがって、前記の２次差分を判断関数として使用するためには、右辺の変数である時間による離散化された２次電流値が必要となる。
【００１５】
また、前記の関数をそのまま使用せずに、しきい値以上のピークを効率よく検出するために、前記の各項の比重を異にして、即ち、前記の各項の係数を調整して使用することも可能である。
例えば、下記のような、実験または模写を通じてピーク検出効果を極大化するための調整された２次差分を判断関数として使用することもできる。
【数２】
2004520601.tif 000004
（例えば、ａ＝０．９、ｂ＝２、ｃ＝０．８９）
【００１６】
このような変形は、本発明に基づいて当業者が容易に行うことができるものであり、本発明の技術的思想の範囲を逸脱するものとは言えない。
また、実際の電流波形が多くのノイズを含むようになるという点を考慮するとき、しきい値以上のピーク検出効果を高めるために、前記のような差分関数をそのまま使用せずに、所定の区間に対する差分関数のエネルギー関数を判断関数の代わりに使用することもできる。
下記式に、このようなエネルギー関数を示した。
【数３】
2004520601.tif 000005
【００１７】
また、ここで、判断関数としては、２次電流のさらに高次の係数を有する差分、例えば、３次差分または４次差分を使用することができ、そのそれぞれに前記の２次差分の場合のように、調整された差分関数を使用することが可能であり、または、前記の２次差分の場合と同様に、エネルギー関数を使用することもできる。
また、そのそれぞれの関数に一定の常数を掛けるか、算術的変形を加えて変形することも可能である。このような変形に対する詳細な数式の記述は、上記した２次差分の場合と類似し、当業者にとって自明であるため省略する。
【００１８】
図４に、変流器の飽和時の一般の２次電流の変化と２次電流の１次微分を概略的に示す。
図４に示したように、変流器の飽和時には、鉄心の内部状態の変化に応じて２次電流の波形が変化し、これを１次微分すると、図のような不連続点が現れるようになる。
２次電流を２次微分すると、前記の不連続点では変化率が非常に大きくなり、２次以上の微分でも、同様に、飽和開始または終了時点と他の部分との区別が可能であり、多くの場合、２次以上の微分では、さらにその区別が容易になることもある。
【００１９】
また、このような原理を用いて飽和開始及び終了を検出することが可能になるが、飽和開始及び終了の検出をコンピュータを通じて行うことにより、速やかなデータ処理が可能となるため、２次電流の変化が、事故によるものなのか、あるいは、飽和によるものなのか、正確に判断できるようになる。コンピュータを用いてこのような計算を行うためには、前記の１次、または、それ以上の微分は、デジタルデータにより行われるようになり、一般に知られている多くの数値微分方式、または、その単なる算術的変形が適用され得ることは、当業者にとって自明である。
【００２０】
図５Ａ〜図５Ｅには、＋８０％の残留磁束が存在する場合の本発明の好ましい一実施例による変流器の飽和判断の適用結果を示した。
図５Ａに示したように、変流器の２次電流は、変流器の飽和により正弦波の波形を外れるようになり、デジタルデータに離散化された２次電流を１次微分（ｄｉ２／ｄｔ）するか、差分値（ｄｅｌ１［ｎ］＝ｉ２［ｎ］−ｉ２［ｎ−１］）を求めると、図５Ｂの波形のように不連続点が現れるようになる。波形の不連続点が、変流器の飽和開始または終了による内部状態の変化により２次電流の激しい変化が現れる時点となる。
【００２１】
図５Ｂの不連続点を判断するために、２次電流の２次差分値（ｄｅｌ２［ｎ］＝ｄｅｌ１［ｎ］−ｄｅｌ１［ｎ−１］）を図５Ｃに示す。図５Ｂの不連続点は、図５Ｃでは、明確に他の部分と区分されるパルスのような形態で現れ、飽和開始時点または終了時点と他の部分とを区別するために、所定のしきい値を特定すると、前記２次電流の２次微分または差分値を判断関数値として、前記所定のしきい値との大小比較方法により、容易に飽和開始または終了時点を判断することができるようになる。
【００２２】
２次微分や差分値に基づいて、所定のしきい値との比較により飽和判断をする方法は、図５Ｃに示したように、飽和開始及び終了時点での２次差分値と他の部分との差がそれほど大きくない場合には、飽和開始及び終了時点でない部分で飽和開始や終了と判断する等の判断アルゴリズムの誤動作の可能性があり、これは、継電システムの動作の安定性を大きく低下させる場合もある。
【００２３】
このような問題点を克服するためには、図５Ｄのように、３次微分または差分値（ｄｅｌ３［ｎ］＝ｄｅｌ２［ｎ］−ｄｅｌ２［ｎ−１］）を判断関数として求めることもでき、この場合にも、飽和開始と終了時点が、図５Ｄのように正確に現れ、この場合には、２次差分を使用する場合に比べて、ピーク部分と他の部分との大きさの差がさらに著しく現れるようになる。
【００２４】
微分または差分の次数が高くなるほど、ピーク部分と他の部分との差はさらに明確になり、それにより、しきい値の指定時の許容範囲が広くなり、さらに正確な飽和判断が可能になるという著しい効果が得られるようになる。このような３次以上の差分を判断関数として使用する点は、本発明のもう１つの主な特徴である。
【００２５】
前記３次差分の場合と同様の理由により、さらにピーク検出効果を高めるために、４次差分（ｄｅｌ４［ｎ］＝ｄｅｌ３［ｎ］−ｄｅｌ３［ｎ−１］）が使用できることはもちろんである。
このように、２次以上の数値微分または差分、それらに比例する関数またはそれらを単に算術的に変形した関数により、飽和開始または終了時点が正確に判断できるようになり、本図５Ｂ〜図５Ｄでは、３次微分の場合までのみ示したが、それ以上の次数を有する高次微分または差分や、それを単に算術的に変形した関数を判断関数としても、飽和開始または終了時点の判断が可能であることは明らかである。
【００２６】
本発明の好ましい実施例により、残留磁束の存在有無と関係なく、飽和開始または終了時点の判断が可能になる。図５Ａ〜図５Ｅでは、＋８０％の残留磁束がある場合の本実施例の作用の例を示したが、＋８０％の残留磁束とは、飽和が開始する磁束の量に対して＋８０％の初期残留磁束がある場合をいう。
【００２７】
実施例のように検出された変流器の飽和開始または終了が、飽和開始であるのかまたは終了であるのかを判断する段階が必要であるが、以前の飽和終了以後に、判断関数が新たにしきい値を外れた場合が検出されたのであれば、飽和開始と判断し、逆に、以前の飽和開始以後の検出であれば、飽和終了と見なすことができる。即ち、アルゴリズムの動作開始以後の初の検出であれば飽和開始と見なし、その以後は、飽和開始後の検出であるため飽和終了と見なし、再びその以後は飽和開始と見なすような方法により、飽和開始と終了とが区別されるようにすることができる。
あるいはまた、判断関数がしきい値を外れる場合の検出回数をアルゴリズムの動作開始時から継続して累計して、奇数番目の場合を飽和開始と、偶数番目の場合を飽和終了と判断するようにする等の変形も可能である。
【００２８】
本発明による変流器の飽和判断方法は、本発明の技術的思想の範囲内で様々な形態で変形、応用可能であり、好ましい実施例に限定されるものではない。２次差分または３次差分以上の次数を有する、例えば、４次または５次差分を判断関数としても変流器の飽和判断が可能であることは、自明であることから、同様に、この場合も、本発明の技術的思想の範囲内にあると言える。
【００２９】
但し、上記のように、数値微分を判断関数として使用する場合には、前記図３の判断段階（Ｓ２０）での実際的な考慮が必要となるところ、離散化されたデータに基づく数値微分の特性上、各データの間隔（ＤＴ）に該当する時間（データの時間軸でのサンプリング周期に該当）程度の、飽和開始または終了時点の判断に対する誤差を有するようになる。
【００３０】
また、２次または３次以上の高次の差分または数値微分値を判断関数として使用する場合には、前記のような誤差の範囲は徐々に大きくなり、このような誤差を減らすためには、離散化されたデータ間の間隔を狭め、サンプリングの割合を高めるしかない。
２次差分を使用する場合、離散化された判断関数値は、通常、図５Ｃに示したように、飽和開始または終了時点の前後に、連続した３つのピークが現れる。
また、３次差分を使用する場合は、通常、４つの連続したピークが現れる。
【００３１】
このように、高次の差分を使用する場合、前記３つ、４つ、またはそれ以上の連続したピーク値がしきい値以上の場合に、最前のピークで飽和開始と判断し、連続した次のピークで飽和終了と判断する等の誤動作が発生し得るため、これを防止するために、最前のしきい値以上のピークでのみ飽和開始または終了であるものと判断し、以後の連続したしきい値以上のピークの検出は、飽和開始または終了と判断せず、これを無視する方法が可能である。
また、最前のしきい値以上のピークの検出を無視し、２番目のしきい値以上のピークの検出のみを飽和開始または終了と判断する等の変形も可能である。
【００３２】
実施例の判断関数の微分や差分を、それに比例するか、単にそれを含む等の算術的変形に適用する場合は、当業者の観点では、本発明の単なる変形に過ぎず、これも本発明の技術的思想の範囲にあると見なすことができる。
例えば、本実施例のように、ｄｅｌ３［ｎ］＝ｄｅｌ２［ｎ］−ｄｅｌ２［ｎ−１］を判断関数として、予め指定されたしきい値Ａより大きい場合に、飽和開始または終了時点と判断するようにすることを、ｄｅｌ３［ｎ］−Ａを判断関数として０より大きい場合に飽和開始または終了時点と判断するようにするか、ｄｅｌ３［ｎ］／Ａを判断関数として１より大きいか否かにより判断するようにする等の場合をいい、より複雑な形態に変形しても、それが前記の場合と同様に、単なる算術的変形である限り、同じく本発明の単なる変形に過ぎないということは明らかである。
【００３３】
また、前記実施例及び図面は、発明の内容を詳細に説明するためのものに過ぎず、発明の技術的思想の範囲を限定するものではない。
上述した本発明は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるため、前記実施例及び添付された図面に限定されないことはもちろんのこと、特許請求の範囲のみならず、特許請求の範囲と均等な範囲を含めて、判断されるべきである。
【００３４】
（産業上の利用可能性）
本発明に係る変流器の飽和判断方法により、変流器が飽和しているか否かを判断するために、残留磁束を計算しなければならないという従来の技術とは異なり、２次電流値の変化量により判断するようにし、残留磁束が存在するか否かに関係なく、変流器の飽和開始及び終了時点の判断が可能になるため、保護対象に対する入力電流と出力電流との比較に基づいた保護用継電システム等を含む本発明の応用可能なあらゆる分野において、変流器の飽和によるシステムの誤動作を防止し、より正確な事故対策が可能となる。
また、好ましくは、３次以上の差分を判断関数として使用し、他の部分との区別がより明確に、飽和開始及び終了時点の判断が可能になることで、安定した動作が保障される飽和判断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、変流器の一般の構成を示す。
【図２】
図２は、一般の変流器の等価回路を示す。
【図３】
図３は、本発明による変流器の飽和判断方法の好ましい一実施例の構成をブロック線図で示す。
【図４】
図４は、変流器の飽和時の一般の２次電流の変化と２次電流の１次微分を概略的に示す。
【図５Ａ】
図５Ａは、＋８０％の残留磁束が存在する場合の本発明の好ましい一実施例による変流器の飽和判断の適用結果を示すものであり、残留磁束が＋８０％の場合の変流器の２次電流を示す。
【図５Ｂ】
図５Ｂは、＋８０％の残留磁束が存在する場合の本発明の好ましい一実施例による変流器の飽和判断の適用結果を示すものであり、残留磁束が＋８０％の場合の変流器の２次電流の１次差分を示す。
【図５Ｃ】
図５Ｃは、＋８０％の残留磁束が存在する場合の本発明の好ましい一実施例による変流器の飽和判断の適用結果を示すものであり、残留磁束が＋８０％の場合の変流器の２次電流の２次差分を示す。
【図５Ｄ】
図５Ｄは、＋８０％の残留磁束が存在する場合の本発明の好ましい一実施例による変流器の飽和判断の適用結果を示すものであり、残留磁束が＋８０％の場合の変流器の２次電流の３次差分を示す。
【図５Ｅ】
図５Ｅは、残留磁束が＋８０％の場合の本実施例の飽和判断結果による飽和区間を示す。
【図１】
2004520601.tif 000006
【図２】
2004520601.tif 000007
【図３】
2004520601.tif 000008
【図４】
2004520601.tif 000009
【図５Ａ】
2004520601.tif 000010
【図５Ｂ】
2004520601.tif 000011
【図５Ｃ】
2004520601.tif 000012
【図５Ｄ】
2004520601.tif 000013
【図５Ｅ】
2004520601.tif 000014
【国際公開パンフレット】
2004520601.tif 000015
2004520601.tif 000016
2004520601.tif 000017
2004520601.tif 000018
2004520601.tif 000019
2004520601.tif 000020
2004520601.tif 000021
2004520601.tif 000022
2004520601.tif 000023
2004520601.tif 000024
2004520601.tif 000025
2004520601.tif 000026
2004520601.tif 000027
2004520601.tif 000028
2004520601.tif 000029
2004520601.tif 000030
2004520601.tif 000031
2004520601.tif 000032
2004520601.tif 000033
2004520601.tif 000034
【国際調査報告】
2004520601.tif 000035