(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙ結線巻線を含む三相変圧器を保護するための零相電流差動リレーであって、
前記Ｙ結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義され、
各前記相電流に基づく零相電流と前記中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部と、
各前記相電流の変化を検出する電流変化検出部と、
前記電流変化検出部の検出結果と各前記相電流と前記中性点電流とに基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部とを備え、
前記第１抑制量算出部は、
各前記相電流について、現サイクルの当該相電流から、前記現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、
各前記相電流の変化が検出された場合、各相における前記減算電流の実効値および前記中性点電流の実効値のうちの第１最大値、または各相における前記減算電流の実効値の最大値に前記中性点電流の実効値を加算した第１加算値を前記第１抑制量として算出し、
前記第１差動量および前記第１抑制量が動作域に存在する場合に、前記三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部をさらに備える、零相電流差動リレー。
【請求項２】
前記第１抑制量算出部は、
各前記相電流について、前記現サイクルの当該相電流から、前記現サイクルよりもｎサイクル前（ｎは１以上の整数）の当該相電流を減算した電流を前記減算電流として算出し、
各前記相電流の変化が検出されてから第１の時間が経過するまでの期間、前記第１最大値または前記第１加算値を前記第１抑制量として算出し、
前記第１の時間は、前記ｎサイクルに相当する時間よりも短い、請求項１に記載の零相電流差動リレー。
【請求項３】
各前記相電流の変化が検出されてから前記第１の時間が経過した場合、前記第１抑制量算出部は、各前記相電流の実効値および前記中性点電流の実効値のうちの第２最大値、または各前記相電流の実効値の最大値に前記中性点電流の実効値を加算した第２加算値を前記第１抑制量として算出する、請求項２に記載の零相電流差動リレー。
【請求項４】
前記第１抑制量算出部は、各前記相電流の変化が検出された場合、各前記相電流について、前記現サイクルにおける当該相電流から、前記変化が検出された時点よりもｍサイクル前（ｍは１以上の整数）の１サイクルを示す基準サイクルにおける当該相電流を減算した電流を前記減算電流として算出する、請求項１に記載の零相電流差動リレー。
【請求項５】
各前記相電流の変化が検出されてから第２の時間が経過した場合または各前記相電流の実効値のうちの少なくとも１つがゼロになった場合、前記第１抑制量算出部は、各前記相電流について、前記現サイクルの当該相電流から、前記現サイクルよりもｎサイクル前（ｎは、ｎ≦ｍを満たす１以上の整数）の当該相電流を減算した電流を前記減算電流として算出する、請求項４に記載の零相電流差動リレー。
【請求項６】
前記動作判定部による前記保護信号の出力をロックする出力制御部をさらに備え、
前記出力制御部は、
各前記相電流と前記中性点電流との加算電流の絶対値を第２差動量として算出する第２差動量算出部と、
各相における前記減算電流の絶対値および前記中性点電流の絶対値のうちの最大値を第２抑制量として算出する第２抑制量算出部と、
各前記相電流の変化が検出された場合であって、かつ前記第２差動量および前記第２抑制量が第２動作域に存在しない場合に、前記保護信号の出力をロックするためのロック信号を出力する信号出力部とを含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の零相電流差動リレー。
【請求項７】
Ｙ結線巻線を含む三相変圧器を保護するための零相電流差動リレーであって、
前記Ｙ結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義され、
各前記相電流に基づく零相電流と前記中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部と、
各前記相電流と前記中性点電流とのスカラー和に基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部と、
前記第１差動量および前記第１抑制量が動作域に存在する場合に、前記三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部と、
前記動作判定部による前記保護信号の出力をロックする出力制御部とを備え、
前記出力制御部は、
各前記相電流の変化を検出する電流変化検出部と、
各前記相電流と前記中性点電流との加算電流の絶対値を第２差動量として算出する第２差動量算出部と、
各前記相電流と前記中性点電流とに基づいて、第２抑制量を算出する第２抑制量算出部とを含み、
前記第２抑制量算出部は、
各前記相電流について、現サイクルの当該相電流から、前記現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、
各相における前記減算電流の絶対値および前記中性点電流の絶対値のうちの最大値を第２抑制量として算出し、
前記出力制御部は、各前記相電流の変化が検出された場合であって、かつ前記第２差動量および前記第２抑制量が第２動作域に存在しない場合に、前記保護信号の出力をロックするためのロック信号を出力する信号出力部をさらに含む、零相電流差動リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、零相電流差動リレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流差動リレーは、変圧器などの電力機器および送電線等において、電流変成器（ＣＴ：Current  Transformer）で囲んだ区間をＣＴからの電流入力で保護する。電流差動リレーのうちの零相電流差動リレーは、零相電流を用いて保護区間内の地絡故障を高感度で検出する。零相電流差動リレーとして、例えば、変圧器のＹ結線巻線の各相電流および中性点電流を用いた地絡保護リレーが知られている。【０００３】
例えば、特開２０１９−０３００７３号公報（特許文献１）に係る零相電流差動リレーは、各相電流に基づく零相電流と中性点電流とに基づいて差動量および抑制量を演算し、差動量および抑制量が動作域にあるか否かを判定するリレー演算部と、零相電流に対する中性点電流の位相が同位相を含む第１の領域にあるか否かを判定する位相判定部と、リレー演算部の判定結果と位相判定部の判定結果に基づいて、三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１９−０３００７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に係る零相電流差動リレーによると、地絡故障を検出するためには、位相判定に用いられる零相電流および中性点電流が一定値以上流れていることが条件となる。ここで、電源側で内部地絡故障が発生した場合、故障点に流れる地絡電流は、地面を通って電源側に流れる電流と、中性点から３相巻線に流れる中性点電流とに分かれる。また、中性点電流は、故障相の巻線から故障点へ流れる電流と、健全相の巻線から電源へ流れる電流とに分かれる。そのため、地絡電流に対して中性点電流は小さい。特に、地絡故障が中性点付近（例えば、巻線）で発生した場合には、地絡電流自体が小さいため中性点電流はより小さくなる。このように電源側での内部地絡故障発生時に中性点電流が小さい場合には、位相判定ができない。【０００６】
また、３相短絡外部故障が発生し、いずれかの相にＣＴ飽和が生じた場合には、零相電流は流れるが中性点電流は流れないため、この場合でも精度よく位相判定ができない。したがって、特許文献１では、零相電流差動リレーが誤動作する可能性があり、高感度の故障検出と誤動作防止との両立には改善の余地がある。【０００７】
本開示のある局面における目的は、高感度の故障検出と誤動作防止との両立が可能な零相電流差動リレーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施の形態に従うと、Ｙ結線巻線を含む三相変圧器を保護するための零相電流差動リレーが提供される。Ｙ結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義される。零相電流差動リレーは、各相電流に基づく零相電流と中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部と、各相電流の変化を検出する電流変化検出部と、電流変化検出部の検出結果と各相電流と中性点電流とに基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部とを備える。第１抑制量算出部は、各相電流について、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、各相電流の変化が検出された場合、各相における減算電流の実効値および中性点電流の実効値のうちの第１最大値、または各相における減算電流の実効値の最大値に中性点電流の実効値を加算した第１加算値を第１抑制量として算出する。零相電流差動リレーは、第１差動量および第１抑制量が動作域に存在する場合に、三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部をさらに備える。【０００９】
他の実施の形態に従うと、Ｙ結線巻線を含む三相変圧器を保護するための零相電流差動リレーが提供される。Ｙ結線巻線の各相電流および中性点電流は中性点に向かう方向が互いに同極性となるように定義される。零相電流差動リレーは、各相電流に基づく零相電流と中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部と、各相電流と中性点電流とのスカラー和に基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部と、第１差動量および第１抑制量が動作域に存在する場合に、三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部と、動作判定部による保護信号の出力をロックする出力制御部とを備える。出力制御部は、各相電流の変化を検出する電流変化検出部と、各相電流と中性点電流との加算電流の絶対値を第２差動量として算出する第２差動量算出部と、各相電流と中性点電流とに基づいて、第２抑制量を算出する第２抑制量算出部とを含む。第２抑制量算出部は、各相電流について、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、各相における減算電流の絶対値および中性点電流の絶対値のうちの最大値を第２抑制量として算出する。出力制御部は、各相電流の変化が検出された場合であって、かつ第２差動量および第２抑制量が第２動作域に存在しない場合に、保護信号の出力をロックするためのロック信号を出力する信号出力部をさらに含む。
【発明の効果】
【００１０】
本開示に係る零相電流差動リレーによれば、高感度の故障検出と誤動作防止との両立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】零相電流差動リレーと三相変圧器とを含む全体構成図である。
【図２】零相電流差動リレーのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１に従う零相電流差動リレーの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１に従う電流変化検出部の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１に従う零相電流差動リレーの動作特性図である。
【図６】実施の形態１に従う零相電流差動リレーにおける内部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】実施の形態１に従う零相電流差動リレーにおける、外部故障時にＣＴ飽和が発生した場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】ＣＴ飽和時およびＣＴ非飽和時における差動量の推移を説明するための図である。
【図９】実施の形態１の変形例に従う零相電流差動リレーの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態１の変形例に従う零相電流差動リレーにおける内部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】実施の形態２に従う零相電流差動リレーを示すブロック図である。
【図１２】実施の形態２に従う外部故障検出部の機能構成を説明するための図である。
【図１３】実施の形態２に従う領域判定部の動作特性図である。
【図１４】実施の形態２に従う外部故障検出部における外部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１３】
実施の形態１．
＜全体構成＞
図１は、零相電流差動リレーと三相変圧器とを含む全体構成図である。
【００１４】
図１を参照して、零相電流差動リレー４０は、Ｙ結線巻線を含む三相変圧器３０を保護する。三相変圧器３０は、Ｙ巻線である１次側巻線３１と、Δ巻線である２次側巻線３２とを有するＹ−Δ結線方式の三相変圧器である。１次側巻線３１は、ａ相巻線３３ａ、ｂ相巻線３３ｂおよびｃ相巻線３３ｃから構成される。
【００１５】
三相変圧器３０の１次側の各相の線路に電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃが設けられる。電流変成器ＣＴａはａ相線路３７ａに流れるａ相電流Ｉａを検出し、電流変成器ＣＴｂはｂ相線路３７ｂに流れるｂ相電流Ｉｂを検出し、電流変成器ＣＴｃはｃ相線路３７ｃに流れるｃ相電流Ｉｃを検出する。また、１次側巻線３１の中性点３４と接地極３５との間を接続する接地線３６に電流変成器ＣＴＮが設けられる。電流変成器ＣＴＮは、中性点電流Ｉｎを検出する。これらの相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを表す信号および中性点電流Ｉｎを表す信号は、零相電流差動リレー４０に入力される。
【００１６】
なお、ａ相電流Ｉａ、ｂ相電流Ｉｂ、ｃ相電流Ｉｃ、および中性点電流Ｉｎは、三相変圧器３０の中性点３４に向かう電流方向が互いに同極性（例えば、正）となるように定義される。
【００１７】
零相電流差動リレー４０は、例えば、マイクロコンピュータをベースに構成されたデジタル保護リレーによって構成される。零相電流差動リレー４０は、差動量および抑制量に基づいて、内部地絡故障が発生していると判定した場合には、三相変圧器３０を電力系統から切り離すために、図示しない遮断器に対して三相変圧器３０を保護するための保護信号（例えば、トリップ信号）を出力する。遮断器は、通常、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮよりも三相変圧器３０に近い側に設置される。保護信号により遮断器が開放されることによって三相変圧器３０が電力系統から切り離される。なお、内部故障とは、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮで囲まれた内部の保護区間で生じる故障である。一方、外部故障とは電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮの外部の区間で起きる故障である。
【００１８】
＜ハードウェア構成＞
図２は、零相電流差動リレー４０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２を参照して、零相電流差動リレー４０は、いわゆるデジタル保護リレー装置と同様の構成を有している。具体的には、零相電流差動リレー４０は、入力変換部１００と、Ａ／Ｄ変換部１１０と、演算処理部１２０と、Ｉ／Ｏ（Input  and  Output）部１３０とを含む。
【００１９】
入力変換部１００は、各入力チャンネルごとに補助変成器１０１＿１，１０１＿２，…を含む。入力変換部１００は、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃからそれぞれ出力された相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを表す信号および電流変成器ＣＴＮから出力された中性点電流Ｉｎを表す信号の入力を受け付ける。各補助変成器１０１は、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃおよびＣＴＮからの電流信号をＡ／Ｄ変換部１１０および演算処理部１２０での信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部１１０は、アナログフィルタ（ＡＦ：Analog  Filter）１１１＿１，１１１＿２，…と、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ：Sample  Hold  Circuit）１１２＿１，１１２＿２，…と、マルチプレクサ（ＭＰＸ：Multiplexer）１１３と、Ａ／Ｄ変換器１１４とを含む。アナログフィルタ１１１およびサンプルホールド回路１１２は、入力信号のチャンネルごとに設けられる。
【００２１】
各アナログフィルタ１１１は、Ａ／Ｄ変換の際の折返し誤差を除去するために設けられたローパスフィルタである。各サンプルホールド回路１１２は、対応のアナログフィルタ１１１を通過した信号を規定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。サンプリング周波数は、例えば、４８００Ｈｚである。マルチプレクサ１１３は、サンプルホールド回路１１２＿１，１１２＿２，…に保持された電圧信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器１１４は、マルチプレクサ１１３によって選択された信号をデジタル値に変換する。
【００２２】
演算処理部１２０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１２１と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）１２２と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１２３と、これらを接続するバス１２４とを含む。ＣＰＵ１２１は、零相電流差動リレー４０の全体の動作を制御する。ＲＡＭ１２２およびＲＯＭ１２３は、ＣＰＵ１２１の主記憶として用いられる。ＲＯＭ１２３は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを用いることにより、プログラムおよび信号処理用の設定値などを収納することができる。
【００２３】
Ｉ／Ｏ部１３０は、デジタル入力（Ｄ／Ｉ：Digital  Input）回路１３２と、デジタル出力（Ｄ／Ｏ：Digital  Output）回路１３３とを含む。デジタル入力回路１３２およびデジタル出力回路１３３は、ＣＰＵ１２１と外部装置との間で通信を行う際のインターフェース回路である。
【００２４】
なお、零相電流差動リレー４０の少なくとも一部をＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）およびＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）などの回路を用いて構成してもよい。
【００２５】
＜機能構成＞
図３は、実施の形態１に従う零相電流差動リレーの機能構成の一例を示すブロック図である。図３を参照して、零相電流差動リレー４０は、主たる機能構成として、差動量算出部２１０と、抑制量算出部２２０と、電流変化検出部２３０と、動作判定部２４０とを含む。これらの構成は、例えば、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、零相電流差動リレー４０の内部メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ１２１であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、またはこれらを組み合わせたもの等で構成される。
【００２６】
差動量算出部２１０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに基づく零相電流と中性点電流Ｉｎとに基づいて、差動量ＩＤ１を算出する。具体的には、差動量算出部２１０は、加算部１１と、実効値演算部１２とを含む。加算部１１は、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃから受信した各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの情報に基づいて零相電流Ｉ０を計算する。Ｉ０＝（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）／３で定義される。本明細書では、便宜上、零相電流Ｉ０の３倍（すなわち、３×Ｉ０）を単に零相電流と称する場合がある。加算部１１は、零相電流（すなわち、３×Ｉ０）と中性点電流Ｉｎとの加算電流Ｉｄ＊を実効値演算部１２へ出力する。実効値演算部１２は、加算電流Ｉｄ＊の実効値を差動量ＩＤ１として算出する。
【００２７】
電流変化検出部２３０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの変化を検出する。図４は、実施の形態１に従う電流変化検出部２３０の機能構成の一例を示すブロック図である。図４を参照して、電流変化検出部２３０は、電流変化算出部５１〜５３と、加算部５４と、判定部５５と、ワンショットタイマ５６とを含む。
【００２８】
電流変化算出部５１，５２，５３は、各相電流の変化ΔＩａ，ΔＩｂ，ΔＩｃを算出する。例えば、各相電流の変化は、現時点の瞬時値の絶対値と、現時点よりもαサイクル（例えば、０．５）前の瞬時値の絶対値との減算値の絶対値で定義される。ただし、α＝ｉ／２であり、ｉは１以上の整数である。時間Ｔαは、αサイクルに相当する時間である。具体的には、ΔＩａ＝｜｜Ｉａ（ｔ）｜−｜Ｉａ（ｔ−Ｔα）｜｜、ΔＩｂ＝｜｜Ｉｂ（ｔ）｜−｜Ｉｂ（ｔ−Ｔα）｜｜、ΔＩｃ＝｜｜Ｉｃ（ｔ）｜−｜Ｉｃ（ｔ−Ｔα）｜｜である。
【００２９】
加算部５４は、変化ΔＩａ，ΔＩｂ，ΔＩｃを加算して、加算値ΔＩ（＝ΔＩａ＋ΔＩｂ＋ΔＩｃ）を算出する。判定部５５は、加算値ΔＩが閾値Ｊ以上であるか否かを判定する。判定部５５は、加算値ΔＩが閾値Ｊ以上の場合には、各相電流が変化したことを示す信号（例えば、値“１”の信号）を出力し、加算値ΔＩが閾値Ｊ未満の場合には、各相電流が変化していないことを示す信号（例えば、値“０”の信号）を出力する。
【００３０】
ワンショットタイマ５６は、判定部５５が値“１”の信号を出力した場合、その値を時間Ｔ１の間維持して抑制量算出部２２０に信号を出力し、時間Ｔ１が経過すると値“０”の信号を抑制量算出部２２０に出力する。
【００３１】
ここで、故障が発生していない通常状態の相電流では、現時点の瞬時値の絶対値とαサイクル前の瞬時値の絶対値との減算値はゼロになるため、電流変化は検出されない。一方、故障が発生すると当該減算値がゼロにはならないため、電流変化が検出される。したがって、上記の電流変化検出部２３０により電流変化が検出された場合には何らかの故障が発生したとみなすことができる。また、電流変化は絶対値で定義されていることから、演算時間が短いため、故障が発生してから短時間で電流変化を検出できる。例えば、地絡故障の発生から電流変化検出部２３０により電流変化が検出されるまでの検出時間の最大値は０．５サイクルに相当する時間である。αサイクルに相当する時間は、当該検出時間の最大値以上の時間に設定されるため、αは０．５サイクル以上の値に設定される。本実施の形態では、例えば、αは０．５に設定される。
【００３２】
再び、図３を参照して、抑制量算出部２２０は、電流変化検出部２３０の検出結果と各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃと中性点電流Ｉｎとに基づいて、抑制量ＩＲ１を算出する。具体的には、抑制量算出部２２０は、実効値演算部１３，１４，１６と、減算部１５と、選択部１９と、最大値抽出部２０とを含む。
【００３３】
実効値演算部１３は、中性点電流Ｉｎの実効値ＩＮを算出する。実効値演算部１４は、ａ相電流Ｉａの実効値Ｉ１ａと、ｂ相電流Ｉｂの実効値Ｉ１ｂと、ｃ相電流Ｉｃの実効値Ｉ１ｃとを算出する。
【００３４】
減算部１５は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃについて、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりもｎサイクル前の当該相電流を減算した電流を減算電流として算出する。具体的には、減算部１５は、現時点の瞬時値から、現時点よりもｎサイクル前の瞬時値を減算した減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を算出する。すなわち、Ｉａ＊＝Ｉａ（ｔ）−Ｉａ（ｔ−Ｔｎ）、Ｉｂ＊＝Ｉｂ（ｔ）−Ｉｂ（ｔ−Ｔｎ）、Ｉｃ＊＝Ｉｃ（ｔ）−Ｉｃ（ｔ−Ｔｎ）である。ｎは１以上の整数であり、例えば、２である。時間Ｔｎはｎサイクルに相当する時間である。減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊は、負荷電流の影響が除外された電流となる。なお、図示しないメモリには、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値が順次記憶されているものとする。そのため、ｎサイクル前の瞬時値は当該メモリから取得される。
【００３５】
実効値演算部１６は、減算電流Ｉａ＊の実効値Ｉ２ａと、減算電流Ｉｂ＊の実効値Ｉ２ｂと、減算電流Ｉｃ＊の実効値Ｉ２ｃとを算出する。
【００３６】
選択部１９は、電流変化検出部２３０の検出結果に基づいて、実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃまたは実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃのいずれかを選択して、選択した実効値を最大値抽出部２０へ出力する。具体的には、選択部１９は、電流変化検出部２３０により各相電流Ｉａ〜Ｉｃの変化が検出されていない場合には、実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃを選択し、各相電流Ｉａ〜Ｉｃの変化が検出された場合には、実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃを選択する。より詳細には、選択部１９は、図４のワンショットタイマ５６から値“０”が出力されている期間においては、実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃを選択し、ワンショットタイマ５６から値“１”が出力されている期間においては、実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃを選択する。
【００３７】
最大値抽出部２０は、選択部１９により選択された実効値と中性点電流Ｉｎの実効値ＩＮとのうちの最大値を抽出して、当該最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。より詳細には、最大値抽出部２０は、各相電流の変化が検出されていない場合（すなわち、ワンショットタイマ５６から値“０”が出力されている場合）には、実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出し、各相電流の変化が検出されている場合（例えば、ワンショットタイマ５６から値“１”が出力されている場合）には、実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。
【００３８】
動作判定部２４０は、差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１が動作域に存在する場合に、三相変圧器３０を保護するための保護信号を出力する。具体的には、動作判定部２４０は、領域判定部２１と、動作タイマ２２とを含む。
【００３９】
領域判定部２１は、次式（１）および（２）に従って差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１が動作域に存在するか否かを判定する。
【００４０】
ＩＤ１＞Ｋ１    …（１）
ＩＤ１＞ｐ１×ＩＲ１    …（２）
ここで、Ｋ１は最小動作感度を示す整定値（以下、最小感度値Ｋ１と称する）であり、ｐ１はＣＴの誤差などで動作しないよう整定される比率である。抑制量ＩＲ１がＫ１／ｐ１以下の場合には式（１）に従って判定が行なわれ、抑制量ＩＲ１がＫ１／ｐ１より大きい場合には式（２）に従って判定が行われる。
【００４１】
図５は、実施の形態１に従う零相電流差動リレーの動作特性図である。図５の縦軸は差動量ＩＤ１を示し、横軸は抑制量ＩＲ１を示す。図５を参照して、上式（１）および（２）が両方とも満たされる場合が動作域となるように零相電流差動リレー４０は構成される。例えば、領域判定部２１は、抑制量ＩＲ１および差動量ＩＤ１を示す点（ＩＲ１，ＩＤ１）が動作域に存在する場合に、値“１”の信号Ｓａを出力する。一方、領域判定部２１は、点（ＩＲ１，ＩＤ１）が動作域に存在しない場合に、値“０”の信号Ｓａを出力する。
【００４２】
再び、図３を参照して、動作タイマ２２は、領域判定部２１から出力された値“１”の信号Ｓａが時間Ｔ２以上継続した場合に、値“１”の信号Ｓｂを出力する。値“１”の信号Ｓｂは、三相変圧器３０を保護するための保護信号に相当する。上記構成により、動作判定部２４０は、差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１が動作域に時間Ｔ２以上存在する場合に保護信号を遮断器に出力して、三相変圧器３０を電力系統から切り離す。
【００４３】
図３に示す零相電流差動リレーによると、電流変化検出部２３０は、各相電流の変化を検出してから時間Ｔ１が経過するまでの期間において値“１”を出力し、時間Ｔ１が経過すると値“０”を出力する。これにより、抑制量算出部２２０は、各相電流の変化が検出されてから時間Ｔ１が経過するまでの期間、実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。また、抑制量算出部２２０は、各相電流の変化が検出されてから時間Ｔ１が経過した場合、実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。ここで、時間Ｔ１は、ｎサイクルに相当する時間Ｔｎよりも短く、例えば、（ｎ−α）サイクルに相当する時間に設定される。
【００４４】
故障時において差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１に基づく動作判定に要する時間は、１サイクル程度である。そのため、例えば、ｎ＝２、α＝０．５に設定すると、故障発生から１．５サイクルの期間においては、減算電流の実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃを用いた最大値抑制方式により抑制量ＩＲ１が算出される。この期間においては負荷電流の影響が除外されるため、例えば、負荷電流に対して故障電流が小さく、中性点電流が小さい内部故障が発生しても、高感度な内部故障検出が可能となる。なお、動作判定に要する時間のマージンを大きくするために、ｎの値を大きく（例えば、ｎ＝３）してもよい。
【００４５】
＜故障時の動作例＞
（内部故障時）
図６は、実施の形態１に従う零相電流差動リレーにおける内部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６では、ａ相の内部地絡故障発生時において中性点電流が小さい場合（例えば、内部地絡故障が中性点付近で発生して故障電流自体が小さい場合等）を想定する。また、ｎ＝２、α＝０．５であるとする。
【００４６】
図６を参照して、波形６１０はａ相電流Ｉａを示す波形であり、波形６２０はａ相の減算電流Ｉａ＊を示す波形である。波形６１０に示すように、時刻ｔ０において内部故障が発生するとａ相電流Ｉａは大きくなる。一方、波形６２０に示すように、減算電流Ｉａ＊は、内部故障の発生前においてはゼロであるが、内部故障発生後においては負荷電流が除去されたａ相故障電流に相当する。
【００４７】
電流変化検出部２３０は、時刻ｔ０から１／４サイクル後の時刻ｔ１において、値“１”の信号を出力する。この値“１”は、時刻ｔ１から（ｎ−α）サイクル（すなわち、１．５サイクル）に相当する時間Ｔ１だけ維持される。なお、図６の例では、電流変化検出部２３０の検出時間（すなわち、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間）は、１／４サイクルに相当する時間である。
【００４８】
抑制量ＩＲ１は、時刻ｔ１において実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値Ｍ２となる。また、抑制量ＩＲ１は、時刻ｔ１から時間Ｔ１経過後において実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃ，ＩＮのうちの最大値Ｍ１となる。最大値Ｍ２は、負荷電流が除去された実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃを用いて算出されるため、最大値Ｍ１よりも小さい。
【００４９】
時刻ｔ１において抑制量ＩＲ１が最大値Ｍ２となるため、抑制量ＩＲ１および差動量ＩＤ１が動作域に存在する。そのため、領域判定部２１から出力される信号Ｓａは、値“１”となる。続いて、時刻ｔ１から時間Ｔ２経過後に信号Ｓｂの値が“１”となり、三相変圧器３０の保護信号が遮断器へ出力される。このように、故障発生時に瞬時に電流変化を検出し、抑制量ＩＲ１として参照する値を、負過電流が除去された実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃを用いて算出された最大値Ｍ２にすることにより、高感度に内部故障を検出できていることが理解される。
【００５０】
（外部故障時）
図７は、実施の形態１に従う零相電流差動リレーにおける、外部故障時にＣＴ飽和が発生した場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。図７では、ＣＴ飽和が発生するほど故障電流が大きい外部故障（例えば、外部三相短絡故障）時においてａ相の電流変成器ＣＴａが飽和した場合を想定する。また、ｎ＝２、α＝０．５であるとする。
【００５１】
図７を参照して、波形７１０はａ相電流ＩａのＣＴ飽和波形を示している。なお、ＣＴ飽和波形との比較のため、ａ相電流ＩａのＣＴ非飽和波形として波形７２０が示されている。波形７１０に示すように、時刻ｔ０ａにおいて外部故障が発生するとａ相電流Ｉａは急激に大きくなる。時刻ｔ２ａにおいてＣＴ飽和が発生し、時刻ｔ３ａにおいてＣＴ飽和から復帰する。以降、ａ相電流Ｉａは、ＣＴ飽和の発生とＣＴ飽和からの復帰とを繰り返す。
【００５２】
電流変化検出部２３０は、時刻ｔ０ａから１／１２サイクル後の時刻ｔ１ａにおいて、値“１”の信号を出力する。値“１”は、時刻ｔ１ａから（ｎ−α）サイクル（すなわち、１．５サイクル）に相当する時間Ｔ１だけ維持される。
【００５３】
ここで、ａ相の内部地絡故障発生時において中性点電流が小さい場合を想定した図６では、電流変化検出部２３０の検出時間は、１／４サイクルに相当する時間であった。しかし、図７では、電流変化検出部２３０の電流変化の検出時間は、１／１２サイクル（すなわち、時刻ｔ０ａから時刻ｔ１ａまでの時間）に相当する時間であり、図６の場合よりも当該検出時間が短い。これは、図７ではＣＴ飽和が発生するほど故障電流が大きい外部故障時（例えば、外部三相短絡故障）を想定しているためである。具体的には、故障電流が大きい場合には電流変化も大きくなり電流変化検出部２３０の電流変化の検出時間が短くなるためである。
【００５４】
抑制量ＩＲ１は、時刻ｔ１ａにおいて実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値Ｍ２となる。また、抑制量ＩＲ１は、時刻ｔ１ａから時間Ｔ１経過後において実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃ，ＩＮのうちの最大値Ｍ１となる。しかしながら、ＣＴ飽和が発生するほど故障電流が大きい外部故障の場合には、負荷電流が故障電流に対して小さいことから、最大値Ｍ１と最大値Ｍ２との差はない。そのため、時刻ｔ２ａ以降、抑制量ＩＲ１は比較的大きな値で一定となる。具体的には、単相の電流変成器（この場合、ＣＴａ）が飽和することで波形が大きく乱れているが、本実施の形態では、各相電流および中性点電流の最大値を抑制量とする最大値抑制方式を採用しているため、十分な抑制量を確保できていることが理解される。
【００５５】
差動量ＩＤ１は、ＣＴ飽和発生時においてゼロよりも大きい値、ＣＴ非飽和時においてはゼロとなる。具体的には、差動量ＩＤ１は図８に示すように変化する。
【００５６】
図８は、ＣＴ飽和時およびＣＴ非飽和時における差動量の推移を説明するための図である。ＣＴ飽和が進むと差動量ＩＤ１は大きくなり、ＣＴ飽和から復帰すると差動量ＩＤ１は小さくなる。そのため、領域判定部２１の信号Ｓａは、ＣＴ飽和が進むと差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１が動作域に入り、ＣＴ飽和から復帰すると差動量ＩＤ１および抑制量ＩＲ１は動作域から出る。ＣＴが飽和した場合でも十分な抑制量を確保できていることから動作域に存在する時間が短い。すなわち、信号Ｓａの値が“１”を維持する時間は短い。したがって、この時間は動作タイマ２２の時間Ｔ２未満となるため、図７に示すように、信号Ｓｂは値“１”とはならず、保護信号は出力されない。すなわち、外部故障発生時における零相電流差動リレー４０の誤動作を防止できていることが理解される。
【００５７】
＜変形例＞
（機能構成）
図９は、実施の形態１の変形例に従う零相電流差動リレーの機能構成の一例を示すブロック図である。図９を参照して、零相電流差動リレー４０Ａは、主たる機能構成として、差動量算出部２１０と、抑制量算出部２２０Ａと、電流変化検出部２３０Ａと、動作判定部２４０と、メモリ部２５０と、零電流判定部２６０と、設定部２７０とを含む。これらの構成は、例えば、処理回路により実現される。なお、差動量算出部２１０および動作判定部２４０の構成は、図３で説明したものと同一であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００５８】
電流変化検出部２３０Ａは、図４の電流変化検出部２３０の構成からワンショットタイマ５６を削除した構成に相当する。電流変化検出部２３０Ａは、検出結果として、各相電流が変化したことを示す信号（例えば、値“１”の信号）、または、各相電流が変化していないことを示す信号（例えば、値“０”の信号）を出力する。
【００５９】
零電流判定部２６０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの実効値のうちの少なくとも１つがゼロになったか否かを判定する。例えば、零電流判定部２６０は、判定結果として、少なくとも１つの実効値がゼロであることを示す信号（例えば、値“１”の信号）、または、いずれの実効値もゼロではないことを示す信号（例えば、値“０”の信号）を出力する。
【００６０】
設定部２７０は、電流変化検出部２３０Ａの検出結果および零電流判定部２６０の判定結果に基づいて、セット信号またはリセット信号をメモリ部２５０および減算部１５Ａに出力する。具体的には、設定部２７０は、復帰タイマ６３と、動作タイマ６４と、ＯＲゲート６５と、ＳＲ回路６６とを含む。
【００６１】
ＳＲ回路６６は、電流変化検出部２３０Ａが値“１”を出力した場合（すなわち、電流変化検出部２３０Ａにより電流変化が検出された場合）、セット信号を保持して、当該セット信号をメモリ部２５０および減算部１５Ａに出力する。
【００６２】
復帰タイマ６３は、電流変化検出部２３０Ａが値“１”を出力した場合、その値を時間Ｔａの間維持する。時間Ｔａ経過後においては、復帰タイマ６３は値“０”を出力する。時間Ｔａは、零相電流差動リレー４０による保護信号の出力後に故障が除去されると見込める時間に設定される。動作タイマ６４は、零電流判定部２６０から出力された値“１”が時間Ｔｂ以上継続した場合に、値“１”を出力する。
【００６３】
ＯＲゲート６５は、復帰タイマ６３の出力の論理レベルを反転した値および動作タイマ６４の出力値のＯＲ演算を行なう。具体的には、復帰タイマ６３から値“０”が出力されているか（例えば、電流変化検出部２３０Ａにより電流変化が検出されてから時間Ｔａ経過後）、または動作タイマ６４から値“１”が出力されている（例えば、零電流判定部２６０から出力された値“１”が時間Ｔｂ以上継続している）場合には、ＯＲゲート６５は、値“１”を出力し、そうではない場合には値“０”を出力する。
【００６４】
ＳＲ回路６６は、ＯＲゲート６５から値“１”の入力を受け付けた場合、セット信号をリセットして、リセット信号をメモリ部２５０および減算部１５Ａに出力する。
【００６５】
上記のように、設定部２７０は、電流変化検出部２３０Ａにより各相電流の変化が検出された場合にセット信号を出力する。また、設定部２７０は、電流変化検出部２３０Ａにより各相電流の変化が検出されてから時間Ｔａが経過した場合（例えば、復帰タイマ６３から値“０”が出力されている場合）、または、各相電流の実効値の少なくとも１つがゼロとなる期間が時間Ｔｂ以上継続した場合（例えば、動作タイマ６４から値“１”が出力されている場合）に、リセット信号を出力する。
【００６６】
メモリ部２５０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を順次記憶する。具体的には、メモリ部２５０は、設定部２７０からのセット信号を受信していない場合、最新のｍサイクル分（ただし、ｍは、ｍ≧ｎを満たす１以上の整数）の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を保持する。すなわち、メモリ部２５０は、現時点からｍサイクル前までの各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を保持する。一方、メモリ部２５０は、セット信号を受信した場合、最新の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの順次記憶を停止して、セット信号の受信時点（すなわち、各相電流の変化の検出時点）からｍサイクル前までの各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を保持する。また、メモリ部２５０は、設定部２７０からリセット信号を受信した場合、最新の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの順次記憶を再開して、最新のｍサイクル分の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値を保持する。
【００６７】
抑制量算出部２２０Ａは、実効値演算部１３，１６Ａと、減算部１５Ａと、最大値抽出部２０Ａとを含む。実効値演算部１３は、中性点電流Ｉｎの実効値ＩＮを算出する。
【００６８】
減算部１５Ａは、セット信号を受信していない場合、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの現時点の瞬時値から、現時点よりもｎサイクル前の瞬時値を減算した減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を算出する。なお、減算部１５Ａは、メモリ部２５０からｎサイクル前の瞬時値を取得する。
【００６９】
一方、減算部１５Ａは、セット信号を受信した場合、セット信号の受信時点（すなわち、各相電流の変化の検出時点）よりもｍサイクル前の１サイクルを示す基準サイクルにおける各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの瞬時値をメモリ部２５０から取得する。減算部１５Ａは、各相電流について、現サイクルにおける当該相電流から、基準サイクルにおける当該相電流を減算した電流を減算電流として算出する。具体的には、減算部１５Ａは、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの現サイクルの瞬時値から、基準サイクルの瞬時値を減算した電流を減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊として算出する。
【００７０】
例えば、ｎおよびｍが“２”の場合における減算部１５Ａの算出方式について説明する。ここでは、図６の時刻ｔ１において電流変化検出部２３０Ａにより各相電流の変化が検出されたとする。
【００７１】
時刻ｔ１を起点として、時刻ｔ１よりｍサイクル前の１サイクル分のデータ（すなわち、基準サイクルのデータ）を減数側（すなわち、引く側）のデータとして適用する。ここで、ｍサイクルに相当する時間をＴｍ、１サンプリング時間をＴｓとし、１サイクルに相当する時間をＴｃとし、減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を総称してＩｓｕと記載する。
【００７２】
時刻ｔ１からｋサンプリング時間後（ｋは正の整数）の時刻（ｔ１＋ｋ×Ｔｓ）の減算電流をＩｓｕ（ｔ１＋ｋ×Ｔｓ）と記載する。この場合、例えば、Ｉｓｕ（ｔ１）＝Ｉ（ｔ１）−Ｉ（ｔ１−Ｔｍ）であり、Ｉｓｕ（ｔ１＋Ｔｓ）＝Ｉ（ｔ１＋Ｔｓ）−Ｉ（ｔ１−Ｔｍ＋Ｔｓ）であり、Ｉｓｕ（ｔ１＋２Ｔｓ）＝Ｉ（ｔ１＋２Ｔｓ）−Ｉ（ｔ１−Ｔｍ＋２Ｔｓ）である。
【００７３】
また、時刻ｔ１からｊサイクル後（ｊは正の整数）の時刻（ｔ１＋ｊ×Ｔｃ）の減算電流をＩｓｕ（ｔ１＋ｊ×Ｔｃ）と記載する。この場合、Ｉｓｕ（ｔ１＋Ｔｃ）＝Ｉ（ｔ１＋Ｔｃ）−Ｉ（ｔ１−Ｔｍ）、Ｉｓｕ（ｔ１＋Ｔｃ＋Ｔｓ）＝Ｉ（ｔ１＋Ｔｃ＋Ｔｓ）−Ｉ（ｔ１−Ｔｍ＋Ｔｓ）、Ｉｓｕ（ｔ１＋Ｔｃ＋２Ｔｓ）＝Ｉ（ｔ１＋Ｔｃ＋２Ｔｓ）−Ｉ（ｔ１−Ｔｍ＋２Ｔｓ）である。このことから、時刻（ｔ１＋ｋ×Ｔｓ）における減数側の電流値と、時刻（ｔ１＋ｊ×Ｔｃ＋ｋ×Ｔｓ）における減数側の電流値とは、同一であり、Ｉ（ｔ１−Ｔｍ＋ｋ×Ｔｓ）である。
【００７４】
上記によると、各相電流の変化が検出された場合、減算部１５Ａは、各相電流について、現サイクルにおける当該相電流から、基準サイクルにおける当該相電流を減算した電流を減算電流として算出する。また、各相電流の変化が検出されてから時間Ｔａが経過した場合または各相電流の実効値のうちの少なくとも１つがゼロになった場合、減算部１５Ａは、各相電流について、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりもｎサイクル前の当該相電流を減算した電流を減算電流として算出する。
【００７５】
実効値演算部１６Ａは、減算電流Ｉａ＊の実効値Ｉ２ａと、減算電流Ｉｂ＊の実効値Ｉ２ｂと、減算電流Ｉｃ＊の実効値Ｉ２ｃとを算出する。最大値抽出部２０Ａは、実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する。
【００７６】
上記のように、抑制量算出部２２０Ａは、常に減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊の実効値Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃを用いて抑制量ＩＲを算出する点で、図３の抑制量算出部２２０とは異なる。故障が発生しておらず電流変化が検出されていない場合には、現サイクルの瞬時値とｎサイクル前の瞬時値とに基づく減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が算出される。故障が発生していない場合には各相電流は負荷電流であるため、実効値Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃはゼロとなる。したがって、零相電流差動リレー４０Ａは動作しない。
【００７７】
また、故障が発生して電流変化が検出された場合には、現サイクルの瞬時値と基準サイクルにおける瞬時値とに基づく減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が算出される。この場合、減算電流は、故障電流から負荷電流の影響が除外された電流となる。そのため、図３の構成と同様に、中性点電流が小さい場合であっても零相電流差動リレー４０Ａは高感度に内部故障を検出できる。
【００７８】
ここで、仮に、故障が発生して電流変化が検出された場合でも、現サイクルの瞬時値とｎサイクル前の瞬時値とに基づいて減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を算出する構成であったとすると、故障発生からｎサイクル経過後において減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊の実効値はゼロになる。したがって、ｎサイクル経過後において故障が継続している場合には、零相電流差動リレー４０Ａが適切に動作できない。例えば、外部故障においてＣＴ飽和が発生した場合、十分な抑制量を確保することができず誤動作する可能性がある。
【００７９】
したがって、本実施の形態の変形例では、故障が継続しても負荷電流の影響のない故障電流のみを含む各相電流が算出される。具体的には、現サイクルの各相電流の瞬時値と、電流変化の検出時点からｍサイクル前の基準サイクルにおける各相電流の瞬時値とに基づく減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が算出される。これにより、故障発生からｎサイクル経過後においても、基準サイクルにおけるデータを繰り返し利用することにより、負荷電流の影響のない各相電流（すなわち、減算電流）が得られる。したがって、零相電流差動リレー４０Ａは、故障発生時に適切に動作することができる。
【００８０】
（内部故障時の動作例）
図１０は、実施の形態１の変形例に従う零相電流差動リレーにおける内部地絡故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１０では、ａ相の内部地絡故障発生時において中性点電流が小さい場合を想定する。また、ｎ＝２、ｍ＝２であるとする。
【００８１】
図１０を参照して、波形８１０はａ相電流Ｉａを示す波形であり、波形８２０は、減算部１５Ａで用いられる減数側のａ相電流を示す波形であり、波形８３０は減算電流Ｉａ＊を示す波形である。波形８１０に示すように、時刻ｔ０において内部故障が発生するとａ相電流Ｉａは大きくなる。
【００８２】
電流変化検出部２３０Ａは、時刻ｔ１において各相電流の変化を検出して、値“１”を出力する。波形８２０に示すように、各相電流の変化が検出される前においては、減数側の電流値は、ｎサイクル前の電流値となる。一方、各相電流の変化が検出されると（すなわち、値“１”が出力されると）、減数側の電流値は、基準サイクルの電流値となる。そのため、波形８３０に示すように、各相電流の変化検出前においては、ａ相電流Ｉａは負荷電流のみであるため、減算電流Ｉａ＊はゼロとなる。一方、各相電流の変化検出後においては、減算電流Ｉａ＊は、ａ相電流Ｉａから負荷電流が除去されたａ相故障電流となる。
【００８３】
したがって、各相電流の変化検出後において、抑制量ＩＲ１は、負荷電流が除去された実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃを用いて算出された値を維持する。このことから、実施の形態１の変形例においても、故障発生時に瞬時に電流変化を検出し、負過電流が除去された実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃを用いた抑制量ＩＲ１を確保できるため、高感度に内部故障を検出できることが理解される。なお、同様に、外部故障時においてＣＴ飽和が発生した場合でも、十分な抑制量ＩＲ１が得られるため零相電流差動リレーの誤動作を防止できる。
【００８４】
実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１に従う零相電流差動リレー４０に、外部故障検出時におけるロック機能を追加した構成について説明する。
【００８５】
図１１は、実施の形態２に従う零相電流差動リレー４０Ｂを示すブロック図である。図１１を参照して、零相電流差動リレー４０Ｂは、零相差動リレー部３１０と、出力制御部３２０とを含む。零相差動リレー部３１０は、実施の形態１で説明した零相電流差動リレー４０または４０Ａに対応する。ただし、零相差動リレー部３１０から出力される信号Ｓｂは、遮断器ではなく出力制御部３２０に出力される。実施の形態２に従う零相電流差動リレー４０Ｂは、零相電流差動リレー４０または４０Ａに、出力制御部３２０を追加した構成に対応する。
【００８６】
零相差動リレー部３１０は、図３または図９で説明したように、信号Ｓｂを出力する。具体的には、信号Ｓｂが値“１”の場合には、零相差動リレー部３１０が動作し、三相変圧器３０の保護信号が出力されることを示している。一方、信号Ｓｂが値“０”の場合には零相差動リレー部３１０が動作していないことを示している。
【００８７】
出力制御部３２０は、外部故障検出部３２２と、ＡＮＤゲート３２４とを含む。外部故障検出部３２２は、外部故障を検出し、検出結果に応じた信号Ｘｃを出力する。具体的には、外部故障検出部３２２は、外部故障を検出した場合には値“１”の信号Ｘｃを出力し、外部故障を検出していない場合には値“０”の信号Ｘｃを出力する。外部故障検出部３２２の具体的な構成については後述する。
【００８８】
ＡＮＤゲート３２４は、零相差動リレー部３１０の出力値と、外部故障検出部３２２の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行ない、信号Ｘｓを出力する。典型的には、値“１”の信号Ｘｓの出力に応じて保護信号（例えば、トリップ信号）が遮断器に出力される。これにより、遮断器が開放され、三相変圧器３０は電力系統から分離される。
【００８９】
例えば、零相差動リレー部３１０が動作しており（すなわち、信号Ｓｂの値が“１”）、かつ信号Ｘｃの値が“０”である場合に、ＡＮＤゲート３２４は、値“１”の信号Ｘｓを出力する。すなわち、零相差動リレー部３１０が動作しており、かつ外部故障検出部３２２により外部故障が検出されていない場合には、零相差動リレー部３１０からの保護信号がそのまま出力される。
【００９０】
そうではない場合には、ＡＮＤゲート３２４は、値“０”の信号Ｘｓを出力する。したがって、零相差動リレー部３１０が動作していても、外部故障が検出された場合（すなわち、外部故障検出部３２２の信号Ｘｃの値が“１”の場合）には、零相差動リレー部３１０による動作出力はロックされる。すなわち、出力制御部３２０は、外部故障が発生している場合に、零相差動リレー部３１０による保護信号の出力をロックする機能を有する。
【００９１】
図１２は、実施の形態２に従う外部故障検出部３２２の機能構成を説明するための図である。図１２を参照して、外部故障検出部３２２は、電流変化検出部２３０と、差動量算出部４１０と、抑制量算出部４２０と、信号出力部４３０とを含む。図１２の電流変化検出部２３０は、図４の電流変化検出部２３０と同一である。
【００９２】
差動量算出部４１０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃと中性点電流Ｉｎとの加算電流の絶対値を差動量ＩＤ２として算出する。具体的には、差動量算出部４１０は、加算部８３と、絶対値演算部８４とを含む。加算部８３は、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃから受信した相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃと中性点電流Ｉｎとの加算電流Ｉｄ２＊（＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｎ）を絶対値演算部８４へ出力する。絶対値演算部８４は、加算電流Ｉｄ２＊の絶対値（すなわち、｜Ｉｄ２＊｜）を差動量ＩＤ２として算出する。
【００９３】
抑制量算出部４２０は、各相における減算電流の絶対値および中性点電流の絶対値のうちの最大値を抑制量ＩＲ２として算出する。具体的には、抑制量算出部４２０は、絶対値演算部８５，８７と、減算部８６と、最大値抽出部８８とを含む。絶対値演算部８５は、中性点電流Ｉｎの絶対値｜Ｉｎ｜を算出する。
【００９４】
減算部８６は、図３の減算部１５と実質的に同一である。すなわち、減算部８６は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの現サイクルの瞬時値から、現サイクルよりもｎサイクル前の瞬時値を減算した減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を算出する。絶対値演算部８７は、減算電流Ｉａ＊の絶対値｜Ｉａ＊｜と、減算電流Ｉｂ＊の絶対値｜Ｉｂ＊｜と、減算電流Ｉｃ＊の絶対値｜Ｉｃ＊｜とを算出する。最大値抽出部８８は、絶対値｜Ｉａ＊｜，｜Ｉｂ＊｜，｜Ｉｃ＊｜，｜Ｉｎ｜のうちの最大値を抑制量ＩＲ２として算出する。
【００９５】
信号出力部４３０は、電流変化検出部２３０により各相電流の変化が検出された場合であって、かつ差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が動作域に存在しない場合に（すなわち、外部領域に存在する場合）、保護信号の出力をロックするためのロック信号を出力する。具体的には、信号出力部４３０は、領域判定部８９と、ＡＮＤゲート９０と、動作タイマ９１と、復帰タイマ９２とを含む。
【００９６】
領域判定部８９は、次式（３）および（４）に従って差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が動作域の外部に存在するか否かを判定する。
【００９７】
ＩＤ２＜Ｋ２    …（３）
ＩＤ２＜ｐ２×ＩＲ２    …（４）
ここで、Ｋ２は最小動作感度を示す整定値（以下、最小感度値Ｋ２と称する）であり、ｐ２はＣＴの誤差などで動作しないよう整定される比率である。
【００９８】
図１３は、実施の形態２に従う領域判定部の動作特性図である。図１３の縦軸は差動量ＩＤ２を示し、横軸は抑制量ＩＲ２を示す。図１３を参照して、領域判定部８９は、抑制量ＩＲ２および差動量ＩＤ２を示す点（ＩＲ２，ＩＤ２）が外部領域に存在する場合に、値“１”の信号Ｘｂを出力する。一方、領域判定部８９は、点（ＩＲ２，ＩＤ２）が外部領域に存在しない場合に、値“０”の信号Ｘｂを出力する。
【００９９】
再び、図１２を参照して、ＡＮＤゲート９０は、電流変化検出部２３０の出力値と、領域判定部８９の出力値とのＡＮＤ演算を行ない、信号Ｘｃを出力する。電流変化検出部２３０により電流変化が検出された場合（すなわち、信号Ｘａの値が“１”である場合）であって、かつ、領域判定部８９により点（ＩＲ２，ＩＤ２）が外部領域に存在すると判定された場合（すなわち、信号Ｘｂの値が“１”の場合）に、ＡＮＤゲート９０は値“１”の信号Ｘｃを出力する。
【０１００】
動作タイマ９１は、ＡＮＤゲート９０の信号Ｘｃの値“１”が時間Ｔоｐ以上継続した場合に、値“１”を復帰タイマ９２に出力する。復帰タイマ９２は、動作タイマ９１が値“１”を出力した場合、その値を時間Ｔｒｅの間維持する。時間Ｔｒｅは時間Ｔоｐよりも長く設定される。復帰タイマ９２から出力される値“１”の信号Ｘｃは、零相差動リレー部３１０の動作出力をロックするロック信号に相当する。
【０１０１】
動作タイマ９１の時間Ｔоｐは、外部故障時にＣＴ飽和が発生するまでに零相差動リレー部３１０の動作出力をロックできるように設定される。ＣＴ飽和が進行し過ぎると零相差動リレー部３１０の動作出力をロックできないため、例えば、当該ロックが可能な時間が、故障発生から１／４サイクル（すなわち、電気角９０°）経過するまでの時間であるとする。この場合、ＣＴ飽和が生じるような大電流故障に対して、電流変化検出部２３０による検出時間と、動作タイマ９１の時間Ｔоｐとの合計時間が１／４サイクル期間未満にする必要がある。
【０１０２】
例えば、図７の場合と同様に外部故障時にＣＴ飽和が発生した場合における電流変化検出部２３０による検出時間は１／１２サイクル（すなわち、電気角３０°）に相当する時間である。この場合、動作タイマ９１の時間Ｔоｐは１／１２〜１／６サイクル（すなわち、電気角３０°〜６０°）に相当する時間に設定される。本実施の形態では、時間Ｔоｐは、マージンを考慮して１／１２サイクルに相当する時間に設定される。この場合、電流変化検出部２３０による検出時間と時間Ｔоｐとの合計時間は２／１２サイクル（すなわち、１／４サイクル未満）に相当する時間となる。
【０１０３】
復帰タイマ９２の時間Ｔｒｅは、外部故障発生からＣＴ飽和が収束するまでの時間以上に設定される。ＣＴ飽和は故障電流に含まれる直流成分に依存するため、時間Ｔｒｅは、直流成分の時定数（例えば、５〜２０サイクル期間）程度に設定される。
【０１０４】
また、電流変化検出部２３０のワンショットタイマ５６の時間Ｔ１は、外部故障検出部３２２における動作タイマＴоｐよりも長い時間に設定される。例えば、時間Ｔ１は、マージンを考慮して１サイクルに相当する時間に設定される。
【０１０５】
上記のように外部故障検出部３２２を構成することにより、外部故障が発生した場合には瞬時に零相差動リレー部３１０による保護信号の出力をロックできる。一方、内部故障が発生した場合には零相差動リレー部３１０により保護信号が出力される。したがって、零相差動リレー部３１０によるＣＴ飽和の誤動作をより精度よく防止できる。
【０１０６】
なお、信号出力部４３０では、故障電流のみを含む減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が抑制量ＩＲ２の算出に用いられる。これにより、内部故障にも関わらず外部故障と判定することを防止できる。具体的には、負荷電流と故障電流とを含む各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを用いて抑制量を算出する構成では、内部故障発生時に故障電流の方が負荷電流よりも大きい場合には、抑制量が差動量よりも大きくなる。この場合、信号出力部４３０は、外部故障が発生したと誤判定してしまう可能性がある。一方、負荷電流の影響を除いた減算電流Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を用いて抑制量を算出する構成では、内部故障が発生した場合に差動量が抑制量よりも大きくなるため、外部故障発生との誤判定を防止できる。
【０１０７】
また、信号出力部４３０で用いられる差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２は、実効値演算ではなく絶対値演算により算出される。実効値演算を採用した場合、差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２の算出時間に遅延が生じることで、内部故障発生時に十分な差動量を確保するまでに時間がかかる。その結果、抑制量が差動量よりも大きくなって、内部故障発生時において外部故障が発生したと誤判定してしまう可能性がある。一方、絶対値演算を採用する場合には、内部故障発生時に即時に十分な差動量を確保することができるため、外部故障発生との誤判定を防止できる。
【０１０８】
図１４は、実施の形態２に従う外部故障検出部における外部故障時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１４では、図７と同様に、ＣＴ飽和が発生するほど故障電流が大きい外部故障（例えば、外部三相短絡故障）が発生した場合を想定する。また、電流変成器ＣＴＮが飽和したものとする。
【０１０９】
図１４を参照して、時刻ｔ０ｂにおいて外部故障が発生すると、ａ相電流Ｉａは大きくなり、中性点電流Ｉｎにも変化が生じる。
【０１１０】
電流変化検出部２３０は、時刻ｔ１ｂにおいて各相電流の変化を検出して、値“１”の信号Ｘａを出力する。時刻ｔ０ｂから時刻ｔ１ｂまでの時間（すなわち、電流変化検出部２３０の検出時間）は、例えば、１／１２サイクルに相当する時間である。
【０１１１】
領域判定部８９は、外部故障発生前の時刻ｔ０ｂ以前においては、差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が動作域以外の外部領域に存在するため、値“１”の信号Ｘｂを出力している。また、時刻ｔ０ｂで外部故障が発生した場合でもＣＴ飽和が発生するまでは、差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が外部領域に存在するため、値“１”の信号Ｘｂの出力を維持する。時刻ｔ３ｂにおいて電流変成器ＣＴＮにおいてＣＴ飽和が発生すると、差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が動作域に存在するため、値“０”の信号Ｘｂを出力する。以降、領域判定部８９は、ＣＴ飽和時においては値“０”の信号Ｘｂを出力し、ＣＴ非飽和時においては値“１”の信号Ｘｂを出力する。
【０１１２】
また、電流変化検出部２３０により各相電流の変化が検出され、かつ領域判定部８９により差動量ＩＤ２および抑制量ＩＲ２が外部領域に存在すると判定された状態（すなわち、信号Ｘａおよび信号Ｘｂの値が“１”の状態）が、動作タイマ９１の時間Ｔоｐ（例えば、１／１２サイクルに相当する時間）継続した時刻ｔ２ｂにおいて、値“１”の信号Ｘｃが出力される。これにより、零相差動リレー部３１０の動作出力がロックされる。
【０１１３】
図１４に示すように、電流変成器ＣＴＮが飽和する時刻ｔ３ｂよりも前の時刻ｔ２ｂにおいて零相差動リレー部３１０の動作出力がロックされる。そのため、ＣＴ飽和による零相差動リレー部３１０の誤動作をより精度よく防止できる。
【０１１４】
その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態において、図５の電流変化検出部２３０の構成では、変化ΔＩａ，ΔＩｂ，ΔＩｃの加算値ΔＩに基づいて電流変化を検出する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、加算値ΔＩに中性点電流Ｉｎの変化ΔＩｎ（＝｜｜Ｉｎ｜−｜Ｉｎ（ｔ−Ｔα）｜｜）を加算してもよい。
【０１１５】
（２）上述した実施の形態における図３では、各相電流の変化が検出されていない場合には各相電流の実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃおよび中性点電流の実効値ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出し、各相電流の変化が検出されている場合には、減算電流の実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃおよび中性点電流の実効値ＩＮのうちの最大値を抑制量ＩＲ１として算出する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、各相電流の変化が検出されていない場合には実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃのうちの最大値に実効値ＩＮを加算した値を抑制量ＩＲ１として算出し、各相電流の変化が検出されている場合には実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃのうちの最大値に実効値ＩＮを加算した値を抑制量ＩＲ１として算出する構成であってもよい。
【０１１６】
まとめると、各相電流の変化が検出されていない場合には、抑制量算出部２２０は、各実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃ，ＩＮの最大値、または各実効値Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃの最大値に実効値ＩＮを加算した加算値を抑制量ＩＲ１として算出すればよい。また、各相電流の変化が検出されている場合には、抑制量算出部２２０は、各実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃ，ＩＮのうちの最大値、または各実効値Ｉ２ａ〜Ｉ２ｃの最大値に実効値ＩＮを加算した加算値を抑制量ＩＲ１として算出すればよい。
【０１１７】
（３）実施の形態２における絶対値演算部８４，８５，８７では、それぞれ現時点の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流Ｉｎを用いて絶対値演算する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、絶対値演算部８４は、現時点の絶対値｜Ｉｄ２＊｜と現時点よりも数サンプル前の絶対値｜Ｉｄ２＊｜とのうちの大きい方を差動量ＩＤ２として算出する構成であってもよい。最大値抽出部８８は、現時点の各絶対値｜Ｉａ＊｜，｜Ｉｂ＊｜，｜Ｉｃ＊｜，｜Ｉｎ＊｜の最大値と、現時点よりも数サンプル前の各絶対値｜Ｉａ＊｜，｜Ｉｂ＊｜，｜Ｉｃ＊｜，｜Ｉｎ＊｜の最大値とのうちの大きい方を抑制量ＩＲ２として算出する構成であってもよい。
【０１１８】
これにより、一定量の交流入力に対し、絶対値の瞬時値がゼロあるいはゼロ付近になる場合でも数サンプル前は一定以上の値になるので、領域判定部８９の判定精度を向上させることができる。これにより、外部故障時においてＣＴ飽和が発生し、それによる差動量と抑制量との比率が、比率特性で不要動作が避けられないような厳しいＣＴ飽和であっても、より精度よく外部故障と判定することができる。
【０１１９】
（４）上述した実施の形態２では、零相差動リレー部３１０が実施の形態１における零相電流差動リレー４０または４０Ａに対応する構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、零相差動リレー部３１０は、抑制量を算出する際にスカラー和方式を採用した零相差動リレー部であってもよい。
【０１２０】
具体的には、当該零相差動リレー部は、図３の差動量算出部２１０と、スカラー和方式を用いて抑制量を算出する抑制量算出部と、図３の動作判定部２４０とを含む。
【０１２１】
差動量算出部２１０は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに基づく零相電流と中性点電流Ｉｎとに基づいて、差動量ＩＤ１を算出する。抑制量算出部は、零相電流（３×Ｉ０）の実効値と、中性点電流Ｉｎの実効値との和（すなわち、スカラー和）を抑制量として算出する。動作判定部２４０は、差動量ＩＤ１および抑制量が動作域に存在する場合に、三相変圧器３０を保護するための保護信号を出力する。動作判定部２４０の領域判定部２１および動作タイマ２２の機能については説明を繰り返さない。
【０１２２】
スカラー和方式を採用した場合、負荷電流の影響を取り除くことができる。そのため、負荷電流に対して故障電流が小さい（すなわち、中性点電流が小さい）内部故障が発生した場合に、抑制量が大きくならないため、高感度な内部故障検出が可能となる。
【０１２３】
しかしながら、スカラー和方式を採用した場合には、外部故障時においてＣＴ飽和発生時において、抑制量がゼロとなる。この場合、動作判定部２４０が、外部故障にも関わらず内部故障と誤判定することにより、零相差動リレー部が誤動作する可能性がある。しかしながら、実施の形態２に従う出力制御部３２０によれば、外部故障が発生した場合には瞬時に当該零相差動リレー部による保護信号の出力をロックできる。そのため、スカラー和抑制方式を採用した零相差動リレー部によるＣＴ飽和の誤動作を防止できる。
【０１２４】
（５）上述の実施の形態として例示した構成は、本開示の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【０１２５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２６】
３０  三相変圧器、３４  中性点、３５  接地極、３６  接地線、３７ａ，３７ｂ，３７ｃ  線路、４０，４０Ａ，４０Ｂ  零相電流差動リレー、１００  入力変換部、１０１  補助変成器、１１０  Ａ／Ｄ変換部、１２０  演算処理部、１３０  Ｉ／０部、２１０，４１０  差動量算出部、２２０，２２０Ａ，４２０  抑制量算出部、２３０，２３０Ａ  電流変化検出部、２４０  動作判定部、２５０  メモリ部、２６０  零電流判定部、２７０  設定部、３１０  零相差動リレー部、３２０  出力制御部、３２２  外部故障検出部、４３０  信号出力部。
【要約】
零相電流差動リレー（４０）は、各相電流に基づく零相電流と中性点電流とに基づいて、第１差動量を算出する第１差動量算出部（２１０）と、各相電流の変化を検出する電流変化検出部（２３０）と、電流変化検出部（２３０）の検出結果と各相電流と中性点電流とに基づいて、第１抑制量を算出する第１抑制量算出部（２２０）とを備える。第１抑制量算出部（２２０）は、各相電流について、現サイクルの当該相電流から、現サイクルよりも前のサイクルの当該相電流を減算した減算電流を算出し、各相電流の変化が検出された場合、各相における減算電流の実効値および中性点電流の実効値のうちの第１最大値を第１抑制量として算出する。零相電流差動リレー（４０）は、第１差動量および第１抑制量が動作域に存在する場合に、三相変圧器を保護するための保護信号を出力する動作判定部（２４０）をさらに備える。【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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