(57)【要約】【課題】地絡レベル検出値に対応させて動作時限を調整可能とすることにより、地絡時限用のタイマーを不要とし、また、地絡レベルに応じたリレー協調を適切に行う。【解決手段】地絡レベル検出値に対応させて動作時限を調整可能とした地絡過電圧継電器１０であって、地絡レベルを検出する地絡レベル検出手段１１と、地絡レベル検出値及び予め定めた限時特性に基づいて、同一の電力系統に設置された他の地絡保護装置との地絡保護協調を行うために必要な動作時限を設定する動作時限設定手段１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地絡レベル検出値に対応させて動作時限を調整可能とした地絡過電圧継電器（１０）であって、
地絡レベルを検出する地絡レベル検出手段（１１）と、
地絡レベル検出値及び予め定めた限時特性に基づいて、同一の電力系統に設置された他の地絡保護装置との地絡保護協調を行うために必要な動作時限を設定する動作時限設定手段（１２）と、を備えたことを特徴とする地絡過電圧継電器。
【請求項２】
前記動作時限設定手段（１２）は、動作時限を複数段階で設定可能なことを特徴とする請求項１に記載の地絡過電圧継電器。
【請求項３】
前記動作時限設定手段（１２）は、地絡による電磁誘導対策のための動作時限を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の地絡過電圧継電器。
【請求項４】
前記動作時限設定手段（１２）は、地絡による変圧器の混蝕対策のための動作時限を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の地絡過電圧継電器。
【請求項５】
地絡レベル検出値に対応させて動作時限を調整可能とした地絡過電圧継電器（１０）の制御方法であって、
地絡レベルを検出するステップと、
検出された地絡レベルと、予め定めた限時特性とに基づいて、同一の電力系統に設置された他の地絡保護装置との地絡保護協調を行うために必要な動作時限を設定するステップと、を含むことを特徴とする地絡過電圧継電器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地絡過電圧継電器及びその制御方法に係り、詳しくは、地絡レベル検出値、すなわち零相電圧の大きさに対応させて動作時限を調整可能とした地絡過電圧継電器及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送電系統の地絡を検出するための装置として地絡過電圧継電器が使用されている。この地絡過電圧継電器は、予め設定した地絡レベルを超えた場合に、１０〜２０ｍｓで動作するタイプと、地絡レベルの大きさに応じた限時特性を有するタイプがあった（例えば、特許文献１（特開平８−２７５３７６号公報参照））。
【０００３】
この特許文献１（特開平８−２７５３７６号公報）に記載された電力系統の地絡検出回路は、接地形計器用変圧器（ＧＰＴ）に地絡過電圧継電器を接続し、各給電回路の零相変流器（ＺＣＴ）に地絡過電流継電器を別個に接続している。そして、地絡過電流継電器の動作信号と地絡過電圧継電器の不動作信号との論理積を演算する論理積素子と、この論理積素子の出力信号と地絡方向継電器の動作信号との論理和を演算する論理和素子とからなる論理回路を各給電回路に備えている。これにより、母線に接続する給電回路の数が増加するのに対応して地絡過電流継電器の動作可能電流値を低減することができ、誤動作を生じることなく地絡事故を検出する際の電流感度を高くすることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２７５３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、予め設定した地絡レベルを超えると、所定時間経過後に動作するタイプの地絡過電圧継電器では、タイマーリレーが必要となり、装置構成が複雑となるという問題があった。また、地絡レベルの大きさに応じた限時特性を有するタイプの地絡過電圧継電器では、限時特性に基づいて設定された設定値における安定動作を期待できるとは言い難かった。すなわち、安定動作を実現するためには、設定値の１．５倍程度の入力を必要とするうえ、設定値の３．０倍以上の入力では動作時限がほぼ一定となり限時特性とはいえない。
【０００６】
以下、具体例を挙げて、従来の地絡過電圧継電器の動作を説明する。図９及び図１０は従来の地絡過電圧継電器の動作を示すイメージ図である。
【０００７】
図９に示すように、地絡事故が発生した際に、０．１ｓｅｃ以内に送電線の遮断が必要となる電磁誘導対策を行わなければならない地絡レベルが７５％以上であり、地絡過電圧継電器の動作時限が０．１ｓｅｃに設定されていたとする。ここで、送電系統全体における地絡の検出レベルを３０％に設定していた場合には、電磁誘導対策を必要としない地絡レベル（７５％未満の地絡レベル）であっても、０．１ｓｅｃ以内に自動遮断されてしまうため、停電範囲が拡大してしまうという不都合があった。
【０００８】
また、図１０に示すように、地絡事故が発生した際に、変圧器における混蝕（高圧／低圧の混蝕）対策として、１．０ｓｅｃ以内に配電線の遮断を行うために、地絡過電圧継電器及び地絡方向継電器の動作後、タイマーにより設定された１．０ｓｅｃ以内に送り出し
の配電線を自動遮断させる必要があり、変圧器における混蝕（高圧／低圧）の対策が必要となる地絡レベルが５０％以上であったとする。ここで、配電系統全体における地絡レベルの検出レベルを１０％に設定していた場合には、混蝕対策を必要としない地絡レベル（５０％未満の地絡レベル）であっても、１．０ｓｅｃ以内に自動遮断されてしまうため、停電範囲が拡大してしまうという不都合があった。
【０００９】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、地絡レベル検出値に対応させて動作時限を調整可能とすることにより、地絡時限用のタイマーを不要とし、また、地絡レベルに応じたリレー協調を適切に行うことが可能な地絡過電圧継電器及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の地絡過電圧継電器（１０）は、上述した目的を達成するため、地絡レベル検出値に対応させて動作時限を調整可能とした地絡過電圧継電器（１０）であって、地絡レベルを検出する地絡レベル検出手段（１１）と、地絡レベル検出値及び予め定めた限時特性とに基づいて、同一の電力系統に設置された他の地絡保護装置との地絡保護協調を行うために必要な動作時限を設定する動作時限設定手段（１２）と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、動作時限設定手段（１２）は、動作時限を複数段階で設定可能とすることが好ましい。また、動作時限設定手段（１２）は、地絡による電磁誘導対策のための動作時限を設定する構成とし、あるいは地絡による変圧器の混蝕対策のための動作時限を設定する構成とすることが可能である。
【００１２】
また、本発明の地絡過電圧継電器（１０）の制御方法は、地絡レベル検出値に対応させて動作時限を調整可能とした地絡過電圧継電器（１０）の制御方法であって、地絡レベルを検出するステップと、検出された地絡レベルと、予め定めた限時特性とに基づいて、同一の電力系統に設置された他の地絡保護装置との地絡保護協調を行うために必要な動作時限を設定するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成の発明では、地絡レベル検出値に対応させて動作時限を調整可能とすることにより、地絡時限用のタイマーを不要とし、また、地絡レベルに応じたリレー協調を適切に行うことが可能となる。
【００１４】
すなわち、電磁誘導対策を必要とする地絡レベル（例えば、７５％の地絡レベル）以上の地絡事故が発生した場合には、所定時間（例えば、０．１ｓｅｃ）以内に地絡過電圧継電器が動作し、それ以下の地絡レベル（例えば、３０％の地絡レベル）の地絡事故が発生した場合には、地絡保護協調上で可能な時限（例えば、０．５ｓｅｃ）を設定することにより、地絡事故時における停電対策を行うことができる。
【００１５】
また、変圧器の混蝕対策を必要とする地絡レベル（例えば、５０％の地絡レベル）以上の地絡事故が発生した場合には、所定時間（例えば、１．０ｓｅｃ）以内に地絡過電圧継電器が動作し、それ以下の地絡レベル（例えば、３０％の地絡レベル）の地絡事故が発生した場合には、地絡保護協調上で可能な時限（例えば、２．０ｓｅｃ）を設定することにより、地絡事故時における停電対策を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器を含む電力系統の回路図である。
【図３】本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器の動作時限設定で用いる限時特性図である。
【図４】本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器における動作時限例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器における処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器における処理の他の例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器の動作（電磁誘導対策）を示すイメージ図である。
【図８】本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器の動作（変圧器の混蝕対策）を示すイメージ図である。
【図９】従来の地絡過電圧継電器の動作（電磁誘導対策）を示すイメージ図である。
【図１０】従来の地絡過電圧継電器の動作（変圧器の混蝕対策）を示すイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の地絡過電圧継電器の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器の構成を示す機能ブロック図、図２は本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器を含む電力系統の回路図、図３は本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器の動作時限設定で用いる限時特性図、図４は本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器における動作時限例を示す説明図である。また、図５及び図６は本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器における処理を示すフローチャート、図７及び図８は本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器の動作を示すイメージ図である。
【００１８】
＜地絡過電圧継電器を含む電力系統＞
本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器１０は、図２に示すように、送電系統あるいは配電系統に接続されており、送電系統あるいは配電系統おける地絡過電圧を検出して、地絡方向継電器２０とともに動作することにより、遮断器５０に対してトリップ指示信号を送出するようになっている。すなわち、母線８０には、複数の給電回路７０が接続されており、これらの給電回路７０で電力系統が構成され、この電力系統に対して電源変圧器３０から交流電力が供給されている。各給電回路７０は、遮断器５０と負荷（図示せず）とで構成されている。
【００１９】
この電力系統には、地絡事故の発生を検知するために、各給電回路７０に設置した遮断器５０の負荷側に零相変流器（ＺＣＴ）６０が接続されており、地絡事故が発生した際の零相電流を検出するようになっている。また、母線８０には、接地変圧器（ＧＰＴ）４０が接続されており、この接地変圧器４０により、地絡事故が発生した際の零相電圧を検出するようになっている。また、接地変圧器４０の３次巻線４１をオープンデルタ結線とし、この３次巻線４１に、地絡過電圧継電器１０と地絡方向継電器２０とが接続されている。さらに、地絡方向継電器２０は、零相変流器６０に接続されている。
【００２０】
このような電力系統において地絡事故が発生すると、地絡方向継電器２０は、零相変流器（ＺＣＴ）６０が検出する零相電流の位相と、接地変圧器４０が検出する零相電圧の位相とを比較して、地絡事故の発生位置が、零相変流器６０よりも負荷側か、そうでないかを判定する。また、地絡過電圧継電器１０は、地絡事故が発生した際の零相電圧により動作する。そして、互いに直列に接続された地絡過電圧継電器１０及び地絡方向継電器２０が共に地絡事故の発生を検知して動作すると、遮断器５０に対してトリップ指示信号を送出して、地絡事故の発生位置を電力系統から切り離す。
【００２１】
なお、図２では、給電回路７０の１つのみに、地絡過電圧継電器１０及び地絡方向継電器２０を接続しているが、他の給電回路７０においても、零相変流器６０の２次側に、それぞれ別個の地絡方向継電器２０が接続されており、各地絡方向継電器２０は接地変圧器４０の３次巻線４１に接続されている。
【００２２】
＜地絡過電圧継電器の構成＞
本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器１０は、図１に示すように、一般的な地絡過電圧継電器１０が備える機能手段（図示せず）に加えて、地絡レベル検出手段１１と、動作時限設定手段１２と、限時特性記憶手段１３とを備えている。一般的な地絡過電圧継電器１０を構成する継電器素子は、図示しないが、検出部、整定パネル部、電源部、外部端子等から構成されており、検出部には、入力変性器、アナログフィルタ、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等が実装されている。なお、地絡レベル検出手段１１及び動作時限設定手段１２は、ＣＰＵで実行されるプログラムにより構成してもよいし、論理回路により構成してもよい。また、限時特性記憶手段１３は、ＲＯＭ等により構成される。
【００２３】
地絡レベル検出手段１１は、地絡レベル、すなわち零相電圧を検出するための手段であり、地絡事故が発生した際に、そのレベルを検出して数値化する。動作時限設定手段１２は、地絡レベル検出手段１１による地絡レベル検出値と、限時特性記憶手段１３に記憶された限時特性に基づいて、地絡保護協調上で可能な動作時限を設定するための手段である。ここで、地絡保護協調上で可能な動作時限の設定とは、地絡事故が発生した際に、地絡事故の発生地点の直近上位の遮断器５０を動作させて、それ以上、上位に位置する遮断器５０に波及しないような協調を行うことである。
【００２４】
限時特性記憶手段１３に記憶される限時特性は、図３に示すように、反限時特性であり、地絡レベルが大きくなるに従って保護動作時間が短くなる特性を有している。本実施形態の地絡過電圧継電器１０で設定する動作時限は、所定の幅を有しており、送電系統あるいは配電系統における電圧、設置位置、接続された負荷等、種々の要因に応じて、適宜な限時特性を用いることができる。また、動作時限設定手段１２は、動作時限を複数段階で設定可能としてもよい。
【００２５】
このような構成からなる地絡過電圧継電器１０では、地絡レベル検出手段１１の機能により、地絡レベルを検出する。そして、動作時限設定手段１２の機能により、検出された地絡レベルと、限時特性記憶手段１３に記憶された限時特性とに基づいて、同一の電力系統に設置された他の地絡保護装置との地絡保護協調を行うために必要な動作時限を設定する。そして、例えば図４に示すように、地絡レベルの閾値を７５％に設定すると、３０％以上７５％未満の地絡レベルでは、１．０秒で地絡過電圧継電器１０が動作し、７５％以上の地絡レベルでは０．１秒で地絡過電圧継電器１０が動作する。
【００２６】
本発明の実施形態に係る地絡過電圧継電器１０では、図５に示すように、地絡事故が発生すると（Ｓ１）、地絡レベルを検出し（Ｓ２）、地絡レベルが閾値（例えば、７５％）以上か否かを判断する（Ｓ３）。ここで、地絡レベルが閾値以上の場合には、第１の動作時限（例えば、０．１ｓｅｃ）を設定する（Ｓ４）。一方、地絡レベルが閾値未満の場合には、第２の動作時限（例えば、０．５ｓｅｃ）を設定する（Ｓ５）。
【００２７】
また、動作時限を複数段階で設定する場合には、図６に示すように、地絡事故が発生すると（Ｓ１１）、地絡レベルを検出し（Ｓ１２）、地絡レベルが第１の閾値（例えば、７５％）以上か否かを判断する（Ｓ１３）。ここで、地絡レベルが第１の閾値以上の場合には、第１の動作時限（例えば、０．１ｓｅｃ）を設定する（Ｓ１４）。一方、地絡レベルが第１の閾値未満の場合には、地絡レベルが第２の閾値（例えば、５０％）以上か否かを
判断する（Ｓ１５）。ここで、地絡レベルが第２の閾値以上（５０％≦第２の閾値＜７５％）の場合には、第２の動作時限（例えば、０．５ｓｅｃ）を設定する（Ｓ１６）。一方、地絡レベルが第２の閾値未満の場合には、第３の動作時限（例えば、１．０ｓｅｃ）を設定する（Ｓ１７）。なお、図６に示す例では、動作時限を２段階で設定しているが、３段階、４段階、またはそれ以上の段階で設定してもよい。さらに、地絡レベルの変化に対応させて、動作時限を連続的に変化させてもよい。
【００２８】
＜地絡過電圧継電器の動作（電磁誘導対策）＞
次に、地絡過電圧継電器１０の具体的な動作について説明する。
地絡事故が発生した際に、０．１ｓｅｃ以内に送電線の遮断が必要となる電磁誘導対策を行わなければならない地絡レベルが７５％以上であったとする。ここで、７５％の地絡レベルの地絡事故が発生した場合には、図７（ａ）に示すように、地絡事故発生地点に対して、電磁誘導対策が必要な送電線の上流側に設置された地絡過電圧継電器１０における時限動作を０．１ｓｅｃに設定し、当該地絡過電圧継電器１０に接続された遮断器５０により、０．１ｓｅｃ以内に送電線の自動遮断を行う。
【００２９】
一方、３０％の地絡レベルの地絡事故が発生した場合には、図７（ｂ）に示すように、当該地絡過電圧継電器１０における動作時限を０．５ｓｅｃに設定し、当該地絡過電圧継電器１０に接続された遮断器５０は動作させずに、地絡事故発生地点に対して、７５％の地絡レベルでは電磁誘導対策が必要とされていた送電線の下流側に設置されると共に、０．１ｓｅｃの動作時限が設定された地絡過電圧継電器１０に接続された遮断器５０により、０．１ｓｅｃ以内に送電線の自動遮断を行う。これにより、不要な遮断を行わずに停電範囲を必要最小限に抑えて、停電範囲の拡大を防止することができる。
【００３０】
＜地絡過電圧継電器の動作（変圧器の混蝕対策）＞
地絡事故が発生した際に、１．０ｓｅｃ以内に配電線の遮断が必要となる変圧器混蝕対策を行わなければならない地絡レベルが５０％以上であったとする。ここで、５０％の地絡レベルの地絡事故が発生した場合には、図８（ａ）に示すように、地絡事故発生地点に対して、変圧器混蝕対策が必要な配電線の上流側に設置された地絡過電圧継電器１０における時限動作を１．０ｓｅｃに設定し、当該地絡過電圧継電器１０に接続された遮断器５０により、１．０ｓｅｃ以内に送電線の自動遮断を行う。
【００３１】
一方、１０％の地絡レベルの地絡事故が発生した場合には、図８（ｂ）に示すように、当該地絡過電圧継電器１０における動作時限を２．０ｓｅｃに設定し、当該地絡過電圧継電器１０に接続された遮断器５０は動作させずに、地絡事故発生地点に対して、当該地絡過電圧継電器１０に接続された遮断器５０よりも下流側に設置されると共に、１．０ｓｅｃの動作時限が設定された地絡過電圧継電器１０に接続された遮断器５０により、１．０ｓｅｃ以内に配電線の自動遮断を行う。これにより、不要な遮断を行わずに停電範囲を必要最小限に抑えて、停電範囲の拡大を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の地絡過電圧継電器１０及びその制御方法は、送電系統あるいは配電系統において地絡事故が発生した際に、地絡による電磁誘導対策や、地絡による変圧器の混蝕対策のために利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  地絡過電圧継電器
１１  地絡レベル検出手段
１２  動作時限設定手段
１３  限時特性記憶手段
２０  地絡方向継電器
３０  電源変圧器
４０  接地変圧器（ＧＰＴ）
４１  ３次巻線
５０  遮断器
６０  零相変流器（ＺＣＴ）〔計器用変流器の３次または残留回路を含む〕
７０  給電回路
８０  母線
【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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