JPH0516255B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 位相角比較器形式であつて、作動信号及び分
極信号と云う少なくとも２つの供給された入力信
号に応答する位相一致検出手段、及び前記入力信
号の位相の一致が予定の持続時間を持つ時、前記
位相一致検出手段からの出力信号に応答するタイ
マ回路手段を持ち、３相交流電力系統の事故を検
出する保護継電器に於て、(イ)送電線路電流に比例
する信号と送電線路のレプリカ・インピーダンス
の積と、送電線路電圧に比例する信号との間の差
に関係する第１の差信号の事故前の値で構成され
た事故前信号に、(ロ)前記第１の差信号と前記事故
前信号の大きさの予め選ばれた部分との間の差に
関係する第２の差信号の内、予定の閾値を越えた
部分を加算することにより、事故を検出した時に
前記作動信号を発生する手段を有する保護継電
器。

２ 請求の範囲第１項に記載した保護継電器に於
て、前記作動信号には、前記第１の差信号の内、
予定の閾値を越えた部分をも加算した保護継電
器。

３ 請求の範囲第２項に記載した保護継電器に於
て、前記分極信号が、(a)送電線路電圧に比例する
信号、(b)前記送電線路電圧の正相分に比例する信
号、及び(c)送電線路電流の正相分に比例する信号
と前記送電線路のレプリカ・インピーダンスの大
きさの予め選ばれた部分との積に負の符号を付し
て構成された順方向オフセツト信号の和に応じて
定められる保護継電器。

４ 請求の範囲第３項に記載した保護継電器に於
て、前記第１の差信号には更に、送電線路電流の
零相分に比例する信号と送電線路のレプリカ・イ
ンピーダンスとの積の内、予定の閾値を越え且つ
前記分極信号と一致する部分が加算してある保護
継電器。

５ 請求の範囲第１項に記載した保護継電器に於
て、前記送電線路電圧が相間電圧であり、前記送
電線路電流が対応する相間電流である保護継電
器。

６ 請求の範囲第１項に記載した保護継電器に於
て、前記位相一致検出手段が３つの入力信号に応
答し、３番目の信号が、送電線路電流に比例する
信号と送電線路のレプリカ・インピーダンスとの
積の内、予定の閾値を越えた部分に関係している
保護継電器。

７ 事故を検出した時、交流電力送電系統を保護
する遮断器の引外しコイルを制御するための作動
信号を発生する作動回路を持つ保護継電器に於
て、(a)前記作動回路が、送電系統の電流に予め選
ばれた一定の基準インピーダンスを乗じた値に比
例する信号と送電系統の電圧に比例する信号との
間の差に比例する第１の差信号を発生する第１の
加算回路手段と、(b)前記第１の差信号に応答し
て、該第１の差信号から過渡状態を波すると共
に、事故の開始後までその前の定常状態の波さ
れた第１の差信号を記憶する、予め選ばれたＱを
持つ第１のフイルタ回路手段と、(c)前記波した
第１の差信号の大きさを予め選ばれたその一部分
に減衰させる利得選択回路手段と、(d)前記第１の
差信号と前記波した第１の差信号の大きさの前
記予め選ばれた一部分との間の差に比例する第２
の差信号を発生する第２の加算回路手段と、(e)前
記第２の差信号に応答して、該第２の差信号から
過渡状態を波し、前記第１のフイルタ回路手段
のＱよりも小さいＱを持つ第２のフイルタ回路手
段と、(f)前記波した第２の差信号に応答して、
波した第２の差信号が予定の閾値を越えた時に
出力信号を発生する交番電流ゼロ抑圧回路手段
と、(g)前記波した第１の差信号と前記交番電流
ゼロ抑圧回路手段の出力信号の和である作動信号
を発生する第３の加算回路手段とで構成されてい
る保護継電器。

８ 請求の範囲第７項に記載した保護継電器に於
て、前記第１及び第２のフイルタ回路手段が交流
電力系統の周波数に同調しており、前記第２のフ
イルタ回路手段のＱが第１のフイルタ回路手段の
Ｑの半分に略等しい保護継電器。

９ 請求の範囲第８項に記載した保護継電器に於
て、前記第１のフイルタ回路手段のＱが２に略等
しく、前記第２のフイルタ回路手段のＱが１に略
等しい保護継電器。

１０ 請求の範囲第７項に記載した保護継電器に
於て、更に前記作動回路が、前記第１の差信号に
応答して、該第１の差信号が予定の閾値を越えた
時に出力信号を発生する第２の交番電流ゼロ抑圧
回路手段と、該第２の交番電流ゼロ抑圧回路手段
の出力信号を反転する反転回路手段と、該反転回
路手段の出力を前記加算回路手段に結合する手段
とを含む、この為、前記作動信号が前記第２の交
番電流ゼロ抑圧回路手段からの反転した出力信号
をも含んでいる保護継電器。

１１ 請求の範囲第１０項に記載した保護継電器
に於て、分極回路を有し、該分極回路は、(a)前記
送電系統の電圧の正相分に比例する信号と、送電
系統の電流の正相分に比例する信号と前記予め選
ばれた一定の基準インピーダンスの大きさの内の
予め選ばれた部分との積に負の符号を付して構成
された順方向オフセツト信号との和に少なくとも
比例する出力信号を発生する第４の加算回路手段
と、(b)該第４の加算回路手段の出力信号に応答し
て、該信号から過渡状態を波すると共に、事故
の開始後までその前の定常状態の第４の加算回路
手段の出力信号を記憶する第３のフイルタ回路手
段と、(c)前記第４の加算回路手段の波した出力
信号に応答して、前記第４の加算回路手段の出力
信号が予定の閾値を越えた時に出力信号を発生す
る第３の交番電流ゼロ抑圧回路手段と、(d)該第３
の交番電流ゼロ抑圧回路手段の出力と前記作動回
路の第２の交番電流ゼロ抑圧回路手段の反転出力
との和に比例する分極信号を発生する第５の加算
回路手段とで構成されている保護継電器。

１２ 請求の範囲第１１項に記載した保護継電器
に於て、前記第４の加算回路手段の出力信号には
送電系統の電圧に比例する信号も加算されている
保護継電器。

１３ 請求の範囲第１１項に記載した保護継電器
に於て、更に、送電系統の電流の零相分と予め選
ばれた一定の基準インピーダンスとの積に比例す
る信号を整流する整流回路手段と、前記整流した
信号に応答して、該整流した信号が予定の閾値を
越えた時に出力信号を発生する第４の交番電流ゼ
ロ抑圧回路手段と、該第４の交番電流ゼロ抑圧回
路手段の出力を前記分極信号の対応する極性の部
分を用いてゲートする第１のゲート回路手段と、
前記第４の交番電流ゼロ抑圧回路手段の出力を反
転する反転回路手段と、該反転回路手段の出力を
前記分極信号の対応する極性の部分を用いてゲー
トする第２のゲート回路手段と、前記第１及び第
２のゲート回路手段の出力を前記作動回路の前記
第１の加算回路手段の入力に結合する手段とを有
する保護継電器。

１４ 事故を検出した時、３相交流電力系統の１
つ又は更に多くの送電線路を保護する遮断器の引
外しコイルを制御するための作動信号を発生する
作動回路を持つ保護継電器に於て、該作動回路
が、(a)相間電流に前記送電線路のレプリカ・イン
ピーダンスを乗じた値に比例する信号と事故時の
対応する相間電圧に比例する信号との間の差に比
例する第１の差信号を発生する第１の加算回路手
段と、(b)前記第１の差信号に応答して、該第１の
差信号から過渡状態を波すると共に、事故の開
始後までその前の定常状態の波した第１の差信
号を記憶する、予め選ばれたＱを持つ第１のフイ
ルタ回路手段と、(c)該第１のフイルタ回路手段の
出力の大きさの予め選ばれた部分に比例する出力
を発生する利得選択回路手段と、(d)前記第１の差
信号と前記波した第１の差信号の前記予め選ば
れた部分の間の差に比例する第２の差信号を発生
する第２の加算回路手段と、(e)前記第２の差信号
に応答して該第２の差信号から過渡状態を波す
る、前記第１のフイルタ回路手段のＱよりも小さ
いＱを持つ第２のフイルタ回路手段と、(f)前記
波した第２の差信号に応答して、該波した第２
の差信号が予定の閾値を越えた時に出力信号を発
生する第１の交番電流ゼロ抑圧回路手段と、(g)前
記第１のフイルタ回路手段の出力を前記第１の交
番電流ゼロ抑圧回路手段の出力と加算し、その和
を反転して作動信号を発生する加算反転回路手段
とで構成されている保護継電器。

１５ 請求の範囲第１４項に記載した保護継電器
に於て、前記第１及び第２のフイルタ回路手段が
交流電力系統の周波数に同調しており、前記第２
のフイルタ回路手段のＱが前記第１のフイルタ回
路手段のＱの半分に略等しい保護継電器。

１６ 請求の範囲第１５項に記載した保護継電器
に於て、前記第１のフイルタ回路手段のＱが２に
略等しく、前記第２のフイルタ回路手段のＱが１
に略等しい保護継電器。

１７ 請求の範囲第１４項に記載した保護継電器
に於て、更に前記作動回路が、前記第１の差信号
に応答して、該第１の差信号が予定の閾値を越え
た時に出力信号を発生する第２の交番電流ゼロ抑
圧回路手段と、該第２の交番電流ゼロ抑圧回路手
段の出力信号を反転する反転回路手段と、該反転
回路手段の出力を前記加算反転回路手段に結合す
る手段とを有し、この為、前記作動信号が前記第
２の交番電流ゼロ抑圧回路手段からの反転した信
号出力をも含んでいる保護継電器。

１８ 請求の範囲第１７項に記載した保護継電器
に於て、分極回路を有し、該分極回路は、(a)前記
相間電圧の正相分に比例する信号と、対応する相
間電流の正相分に比例する信号と前記予め選ばれ
た一定の基準インピーダンスの大きさの予め選ば
れた部分との積に負の符号を付して構成された順
方向オフセツト信号との和に少なくとも比例する
出力信号を発生する第４の加算回路手段と、(b)該
第４の加算回路手段の出力信号に応答して、該信
号から過渡状態を波すると共に、事故の開始後
までその前の定常状態の第４の加算回路手段の出
力信号を記憶する第３のフイルタ回路手段と、(c)
前記第４の加算回路手段の波した出力信号に応
答して、該第４の加算回路手段の波した出力信
号が予定の閾値を越えた時に出力信号を発生する
第３の交番電流ゼロ抑圧回路手段と、(d)前記第３
の交番電流ゼロ抑圧回路手段の出力と前記作動回
路の前記第２の交番電流ゼロ抑圧回路手段の反転
出力との和に比例する分極信号を発生する第５の
加算回路手段とで構成されている保護継電器。

１９ 請求の範囲第１８項に記載した保護継電器
に於て、前記第４の加算回路手段の出力信号には
相間電圧に比例する信号も加算されている保護継
電器。

２０ 請求の範囲第１８項に記載した保護継電器
に於て、更に、前記送電系統の電流の正相分と前
記予め選ばれた一定の基準インピーダンスとの積
に比例する信号を整流する整流回路手段と、前記
整流した信号に応答して、該整流した信号が予定
の閾値を越えた時に出力信号を発生する第４の交
番電流ゼロ抑圧回路手段と、該第４の交番電流ゼ
ロ抑圧回路手段の出力を前記分極信号の対応する
極性の部分を用いてゲートする第１のゲート回路
手段と、前記第４の交番電流ゼロ抑圧回路手段の
出力を反転する反転回路手段と、該反転回路の出
力を前記分極信号の対応する極性の部分を用いて
ゲートする第２のゲート回路手段と、前記第１及
び第２のゲート回路手段の出力を前記作動回路の
前記第１の加算回路手段の入力に結合する手段と
を有する保護継電器。

発明の背景 この発明は交流配電系統に使う保護継電器回
路、更に具体的に云えば、送電線路を保護する為
の相継電器（phaserelay）に関する。

保護継電器の分野では距離継電器がよく知られ
ている。例えば、1956年にジヨン・ワイリー・ア
ンド・サン・インコーポレーテツドから出版され
た「ジ・アート・アンド・サイアンス・オブ・プ
ロテイクテイブ・リレーイング（The Art and
Science of Protetive Relaying）」と題するメイ
ソンの著書、特に第14章を参照されたい。従来の
距離継電器には、位相比較器を用いた測定方法を
採用したものがある。こういう位相比較器を用い
た距離継電器の回路例が米国特許第4034269号に
記載されている。

相距離継電器は、交流送電線路に対する保護装
置に用いられ、送電線路の保護しようとする区間
又は部分内に於ける相間事故を検出する為に用い
られる。相距離継電器は、２相以上の相に関係す
る事故を検出する為に利用され、継電器の区間又
は範囲内でこの様な事故が検出された場合、相継
電器が３極遮断器を作動して、送電線路の３相全
部を引外す。これと対照的に地絡継電器は、やは
り選定された区間又は範囲内の１相と大地との間
の事故を検出し、この様な事故を検出した時、信
号を発生して、故障相だけを引外す様に遮断器を
作動することが出来る。

上に述べた様に、特定の各々の相継電器はその
保事区間又は保護範囲内の事故だけを検出すべき
である。相継電器のパラメータは、送電線路のパ
ラメータに対応して選ぶのが普通である。例え
ば、特定の継電器によつて保護される送電線路の
区間の順方向距離に対応する様な順方向範囲が得
られる様にパラメータを選ぶ。相継電器がその選
ばれた順方向範囲内で動作し、こうして特定の相
継電器の保護作用を系統の選ばれた保護区間に局
限することが望まれる。必要によつては、逆方向
オフセツトも用いることが出来る。

内部事故及び外部事故の識別が出来ない為に、
相継電器の所望の動作が妨げられることがある。
内部事故は、継電器の保護区間又は保護範囲内で
起る事故であり、外部事故は継電器保護区間又は
保護範囲の外側で起る事故である。例えば、外部
事故が発生した時に、送電線路に結合された容量
性電圧変圧器又は直列コンデンサによつて発生さ
れた過渡状態が相継電器にとつて内部事故に見え
る場合が多い。相継電器の動作に影響を与える別
の問題は、事故の発生地点で進行波によつて高周
波の過渡状態が発生されること、又は直列コンデ
ンサの保護ギヤツプがフラツシユオーバする時に
過渡状態が発生することである。こういう高周波
の過渡状態は、継電器の保護区間内の事故に対
し、望ましくない動作の遅延を招くことがある。
更にこういう高周波の過渡状態は、その過渡状態
を継電器の保護区間内の送電線路事故として不正
に認識した相継電器によつて、誤つた引外し信号
の発生を招くことがある。

相継電器の動作に悪影響を与える惧れのある別
の問題は、近接（close−in）単相対地事故を検
出した時に、３相引外し信号が発生されることで
ある。この様な単相対地事故が発生した時、故障
相だけを引外し、残りの故障のない２つの相を使
用状態に残すことが望ましい場合が多い。高圧交
流送電系統では重大な内部事故が破滅的な結果を
招く惧れがある為、この様な重大な事故を検出し
た時、相継電器がなるべく速やかに引外し信号を
発生することが望ましい。従来の大抵の相継電器
では、この様な近接の重大な事故の検出が、保護
区間内に於けるこの他の、それ程重大でない事故
の検出と同様に扱われ、その為、継電器は何れの
場合も同じ速度で作動される。

従つて、この発明の目的は内部事故及び外部事
故の間の識別作用を改善し、こうして継電器の動
作の信頼性を高めると共に、保護装置の安全度を
高めることである。

この発明の別の目的は、保護する線路に高周波
の過渡状態が存在することによる相継電器の誤つ
た動作を最小限に抑えることである。

この発明の別の目的は、近接の単相対地事故を
検出した時の相継電器の動作を防止することであ
る。

この発明の別の目的は、重大な内部事故を検出
した時の動作時間を一層速くすることである。

この発明の別の目的は、継電器の特性タイマの
設定値を短縮する為に、順方向オフセツト範囲を
導き出すのに正相電流を使つて改良された分極
（polarizing）信号を発生すること、並びに負荷
の大きい線路に継電器を使つた時の定常状態の特
性を改善して、継電器の動作速度を速めることで
ある。

この発明の上記並びにその他の目的は、この発
明について以下説明する所から、当業者に明らか
になろう。

発明の要約 この発明は交流送電線路を保護する遮断器の引
外しコイルを制御する信号を発生する保護相継電
器回路を提供する。この発明の１面では、選ばれ
た相間電流の正相分を使つて順方向オフセツトを
発生する。このオフセツトは、相間事故が発生し
た時又は３相事故が発生した時に減少し、継電器
の動作特性を定常状態の事故前の状態から高め
る。

この発明の別の１面として、重大な近接事故を
検出した時に、継電器の動作時間を速める重大事
故信号を発生して利用する。この発明の別の１面
として、単相対地事故を検出した時に、この発明
の相継電器が引外しを行わない様にする零相拘束
信号を発生して利用する。

この発明の別の１面として、コンデンサ変圧器
又は直列コンデンサの過渡状態によつて内部事故
の様に見える外部事故と内部事故との間の識別作
用を更によくする為に、相互作用する相異なるＱ
を持つフイルタを設ける。

この発明の別の１面として、内部事故があつた
時の継電器の引外し出力を遅延させ、場合によつ
ては引外し出力を妨げる様な高周波の過渡状態を
減衰させるフイルタを持つ側路回路を設ける。

【図面の簡単な説明】

この発明のこれらの目的は、以下図面について
好ましい実施例を説明する所から容易に理解され
よう。

第１図はこの発明の相継電器に使われる送電線
路からの所望の電源信号の発生の様子を示す簡略
ブロツク図である。

第２図はこの発明による相継電器の機能ブロツ
ク図である。

第３図はこの発明による零相拘束回路の機能ブ
ロツク図である。

第４図はこの発明による作動電圧回路の機能ブ
ロツク図である。

第５図は相間電流の正相分を使つた場合の相継
電器特性順方向オフセツトに関する効果を示すグ
ラフである。

第６図は第１図の信号調整回路の好ましい実施
例の簡略ブロツク図である。

好ましい実施例の詳しい説明 便宜上、特定の図面について説明する或る素子
は、それ以外の図面の説明でも同じ参照符号を用
いる。

第１図にはＡ相、Ｂ相、Ｃ相及び大地Ｇを持つ
３相交流送電線路１０が示されている。３相の
各々にはその特定の相電流を感知する手段１２、
及びその相の電圧を感知する手段１４が付設され
ている。保護継電器及び送電の分野の当業者によ
く知られている様に、電流感知手段１２は変流器
であつてよく、電圧感知手段１４は逓降形計器用
変圧器であつてよい。第１図に示す場合、電流感
知手段は各相に付設されている。すなわち、電流
感知手段１２ａがＡ相に付設され、電流感知手段
１２ｂがＢ相に付設され、電流感知手段１２ｃが
Ｃ相に付設されている。同様に、Ａ相に付設され
た電圧感知手段１４ａ、Ｂ相に付設された電圧感
知手段１４ｂ及びＣ相に付設された電圧感知手段
１４ｃがある。然し、第１図に特定の形式の電流
及び電圧感知方式を示したが、公知のこの他の方
式を図示のものゝ代りに用いてもよいことは云う
までもない。その目的は、各相電圧及び各相電流
に関係する信号並びに３相全部の電流の和に関係
する信号を求めることである。

こゝでこの発明の好ましい実施例の相継電器を
Ａ相とＢ相の対だけについて以下説明することに
注意されたい。これは、Ｂ相とＣ相、及びＣ相と
Ａ相の継電器についても説明は同じであるので、
説明を判り易く且つ簡単にする為である。Ｂ−Ｃ
又はＣ−Ａ相継電器の機能及び動作と、以下説明
するＡ−Ｂ相継電器の動作との間の違いは、Ｂ−
Ｃ及びＣ−Ａ相継電器が何れも、その特定の相の
対に関係する、送電線路からの入力信号を利用す
ることである。この為、Ａ−Ｂ相継電器の実施例
について以下説明する所から、保護継電器の当業
者であれば、この発明に従つてＢ−Ｃ及び／又は
Ｃ−Ａ相継電器を構成することが出来よう。

選ばれた相間電流に予め選ばれた一定のインピ
ーダンスを乗じた信号を得る為に、電流感知手段
１２からの出力信号がトランスアクタ
（transactor）に結合される。以下説明するＡ−
Ｂ相継電器では、それぞれ相電流I_A及びI_Bを表わ
す電流感知手段１２ａ，１２ｂからの出力信号
が、第１のトランスアクタ２２の入力に結合され
る。公知の様に、トランスアクタの２次側電圧出
力はトランスアクタの伝達インピーダンスＺとし
て知られる複素比例定数又はベクトル・オペレー
タを入力電流に乗じたものである。第１図に示す
第１のトランスアクタ２２では、伝達インピーダ
ンスはレプリカ（replica）インピーダンスZ_Rに
等しく選ばれている。公知の様に、レプリカ・イ
ンピーダンスZ_Rが距離継電器の範囲を決定する。
従つて、第１のトランスアクタ２２の出力は、相
電流I_A及び−I_Bを表わす入力信号から導き出され
た相電流I_ABにZ_Rを乗じたもの、即ちI_ABZ_Rである。
トランスアクタについて詳しいことは米国特許第
3374399号を参照されたい。

第１のトランスアクタ２２の出力I_ABZ_Rが信号
調整回路２０の入力に結合される。信号調整回路
２０は、送電線路の事故の結果として発生される
ことがある高周波の過渡状態を減衰させる様に設
計された低域フイルタで構成される。好ましい実
施例では、信号調整回路２０は、定格周波数より
高い周波数を持つ過渡状態を減衰させ、定格周波
数で25゜の位相遅延を発生する。従つて、信号調
整回路２０の出力は、高周波の過渡状態を減衰し
たI_ABZ_Rに25゜の遅れの移相を持たせた信号である。
第６図に示す様に、信号調整回路２０は、正及び
負の入力と出力を持つ演算増幅器１００で構成さ
れる。第１の抵抗１０２が増幅器１００の負の入
力に接続される。正の入力が基準電圧レベルに接
続される。第２の抵抗１０４及びコンデンサ１０
６を並列に接続した帰還枝路が増幅器１００の出
力と負の入力の間に接続される。抵抗及びコンデ
ンサは、RC帰還枝路の時定数により、増幅器１
００の出力信号が入力信号に対して25゜の遅延を
持つ様に選ばれる。25゜の遅延を選んだのは、電
圧の最大値の近くで起る事故に対し、継電器が最
初の半サイクル以内に動作する機会をより多くす
る為である。第６図に詳しく説明した信号調整回
路２０は、遅延の他に、普通の配電系統では50又
は60ヘルツである系統の周波数よりも高い周波数
を減衰させる。

電流感知手段１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、の共通
に接続した端子に現われる信号は、３相全部に流
れる正味の電流3I0を表わし、これが第２のトラ
ンスアクタ２４の入力に結合される。第２のトラ
ンスアクタ２４の伝達インピーダンスもレプリ
カ・インピーダンスZ_Rに等しく選ぶ。従つて、第
２のトランスアクタ２４の出力は正味の電流3I0
にレプリカ・インピーダンス_ＺRを乗じた信号、
即ち、3I0Z_Rである。この信号３_Ｉ0Z_Rが第２の信
号調整回路２５の入力に結合される。第２の信号
調整回路は第６図に示し且つ前に説明した様な回
路で構成される。従つて、第２の信号調整回路２
５の出力は、高周波の過渡状態を減衰させた入力
信号3I0Z_Rに25゜の遅れの移相を持たせたものであ
る。

第１図に示す様にＡ−Ｂ相間電圧V_ABを表わす
信号が、変圧器１６の出力から取出される。この
変圧器の入力は電圧感知手段１４ａ，１４ｂに結
合されている。電圧感知手段１４ａの出力V_AG及
び電圧感知手段１４ｂの出力V_BGが夫々対地Ａ相
電圧及び対地Ｂ相電圧を表わす。相間電圧V_ABを
表わす信号が第３の信号調整回路１８の入力に結
合される。第３の信号調整回路１８は第６図に示
し、前に説明した様な回路で構成される。従つ
て、第３の信号調整回路１８の出力は、高周波の
過渡状態を減衰させた入力信号V_ABに25゜の遅れの
移相を持たせたものである。この発明の好ましい
実施例では、第１、第２及び第３の信号調整回路
が同じ設計であつて、同じ低域通過特性及び位相
遅延特性を持つことが好ましい。

第３の信号調整回路１８の出力V_ABが正相回路
２６の入力に結合される。送電及び配電の分野の
当業者には、３相交流回路の相電圧又は相電流を
正相分、逆相分及び零相分と夫々呼ばれる３組の
対称平衡電圧又は電流ベクトルに分解することが
出来ることがよく知られている。「対称成分回路」
と呼ばれる或る回路を３相電力系統に接続して、
電圧又は電流の３つの成分の内の選ばれた１つの
成分の大きさに比例する出力信号を発生すること
が出来ることもよく知られている。正相回路２６
はこの様な１つの回路であり、３つの相間電圧
V_AB，V_BC，V_CAを表わす信号を入力とする。こゝ
で説明する実施例では、正相回路２６の出力はＡ
−Ｂ相間電圧の正相分に比例する様に選ばれてお
り、V_AB1と記す。こういう回路の例が米国特許
第4342062号に記載されている。対称成分回路に
ついて更に詳しいことは、米国特許第3992651号
及び同第4034269号を参照されたい。

第３の信号調整回路１８の出力V_ABがインバー
タ２８の入力にも結合される。インバータ２８の
出力は−V_AB、即ち信号V_ABを180゜移相したもの
を表わす。第１図で発生した信号がこの発明のＡ
−Ｂ相継電器で電源信号として使われるが、この
発明の相継電器が３相送電系統の３相全部を保護
する為に同じ様に用いられ、従つてＡ−Ｂ相対だ
けでなく、Ｂ−Ｃ及びＣ−Ａ相対に関係する電源
信号をも利用することを承知されたい。

第２図には、この発明の好ましい実施例の相継
電器３０の機能ブロツク図が示されている。相継
電器３０が正相回路３２を持ち、これが電源信号
I_ABZ_R，I_BCZ_R及びI_CAZ_Rを入力として受取る。前に
述べた様に、この回路の出力は、入力の相電流又
は相電圧の正相分の大きさに比例する信号であ
る。この相電流は、第２図に示す場合は、Ａ−Ｂ
相電流である。従つて、正相回路３２の出力はＡ
−Ｂ相電流の正相分I_AB1にレプリカ・インピーダ
ンスZ_Rを乗じたもの、即ちI_AB1Z_Rである。この信
号が順方向オフセツト電圧選択回路３４に入力さ
れる。この選択回路は入力信号I_AB1Z_Rを反転し、
その大きさを縮小する。従つて、順方向オフセツ
ト選択回路３４は調節自在の利得を持つ反転増幅
器であることが好ましい。順方向オフセツト電圧
選択回路３４の出力−I_AB1Z′_Rが３入力加算増幅器
３６の１つの入力に結合される。電源信号V_ABが
３入力加算増幅器３６の２番目の入力に接続さ
れ、電源信号V_AB1が加算増幅器３６の３番目の
入力に接続される。加算増幅器３６の出力は−
I_AB1′Z′_R＋KV_AB＋（１−Ｋ）V_AB1であり、こゝで
Ｋは比例定数であつて、０から１までの範囲内の
値を持つが、直列補償線路に継電器を使う時は、
０の値、非補償線路に継電器を使う時は0.7の値
を持つことが好ましい。加算増幅器３６の出力が
高Ｑ帯域通過フイルタ回路３８の入力に結合され
る。高Ｑ帯域通過フイルタ回路３８の出力は入力
から180゜移相し、望ましくない高周波及び低周波
信号の全てが実質的に減衰している。高Ｑ帯域通
過フイルタ回路３８はＱが約５であつて、電力系
統の周波数、即ち前に述べた様に好ましくは50又
は60ヘルツに等しい固有周波数を持つ様に同調し
ている。

高Ｑ帯域通過フイルタ回路３８の出力が移相回
路４２の入力に結合される。移相回路４２の出力
が、第１の調節自在のゼロ抑圧回路４０の入力に
結合されるが、これは予定量だけ入力に対して移
相している。その理由は後で詳しく説明する。好
ましい実施例では、移相回路４２は一定の利得及
び調節自在の移相を持つ全域通過フイルタで構成
される。一般的に、移相回路４２は0゜の移相を加
える様に調節される。然し、系統の特別な状態で
は、例えば事故前の分極電圧が電源電圧からかな
り角度差を持つ場合、この移相回路を使つて、分
極信号の位相を事故状態の間、作動信号と一層同
相に近くなる様に移相することにより、一層速く
て一層信頼性のある動作を行わせることが出来
る。好ましい実施例では、移相は＋30゜に調節し
得る。

第１の調節自在のゼロ抑圧回路の出力は、入力
信号の内、予め選ばれたレベルを越えた部分で構
成される。好ましい実施例では、予め選ばれたレ
ベルは０と0.05と0.35である。従つて、どのレベ
ルが選択されたかに応じて、出力信号は入力信号
（−I_AB1Z′_R＋KV_AB＋（１−Ｋ）V_AB1）の内、０レ
ベル、５％レベル又は35％レベルの何れかを越え
た部分だけからなる。第１の調節自在のゼロ抑圧
回路４０の出力が２入力加算増幅器４４の１つの
入力に結合される。

電源信号I_ABZ_Rが第２の調節自在のゼロ抑圧回
路４６の入力に結合される。第２の調節自在のゼ
ロ抑圧回路４６の出力は、入力信号I_ABZ_Rの内、
予め選ばれたレベルを越えた部分だけで構成さ
れ、３入力位相角比較器４８の１つの入力に結合
される。電源信号I_ABZ_Rが作動電圧回路５０の第
１の入力に結合され、電源信号−V_ABが作動電圧
回路５０の第２の入力に結合される。零相拘束回
路５２の出力が作動電圧回路５０の第３の入力に
結合される。作動電圧回路５０からの重大事故出
力信号Ｓが２入力加算増幅器４４の第２の入力に
結合される。作動電圧回路５０からの作動電圧出
力V_OPが３入力位相角比較器４８の第２の入力に
接続される。加算増幅器４４の出力は、以下分極
電圧V_POLと呼ぶが３入力位相角比較器４８の第３
の入力に結合されると共に、零相拘束回路５２の
ゲート入力に結合される。零相拘束回路５２は零
相拘束信号を出力し、これが前に述べた様に作動
電圧回路５０の入力に結合される。

３入力位相角比較器４８の出力が調節自在の一
致タイマ５６に接続される。調節自在の一致タイ
マ５６は、３入力位相角比較器４８に対する３つ
の信号入力の位相の一致の持続時間を測定し、こ
の測定された位相の一致が、継電器最低作動時間
に等しい予定の最低時間の間生じる時に出力を発
生する。調節自在の一致タイマ５６の出力が引外
し信号であり、相継電器に付設された遮断器を作
動する。保護継電器に関係するアンド回路及び一
致タイマ回路について更に詳しいことは、前掲米
国特許第4034269号及び同第4161011号を参照され
たい。

第３図には零相拘束回路５２の機能ブロツク図
が示されている。電源信号3I0Z_Rが両波整流器５
８の入力に結合される。両波整流器５８の出力
は、信号3I0Z_Rを両波整流した正の極性を持つも
のであり、ゼロ抑圧回路６０の入力に結合され
る。ゼロ抑圧回路６０の出力は、入力信号3I0Z_R
の内、予定のレベルを越えた部分だけで構成され
る。ゼロ抑圧回路６０の出力がインバータ６２の
入力に結合され、このインバータの出力は入力を
反転したものである。即ち入力に対して180゜移相
したものである。

インバータ６２の出力が第１のゲート回路６４
の信号入力に結合される。第１のゲート回路６４
のゲート入力が分極電圧V_POLの正の部分を受取
る。

第１のゲート回路６４の出力は、入力の内、分
極電圧V_POLの正の部分によつてゲートされた部分
で構成される。ゼロ抑圧回路６０の出力が第２の
ゲート回路６８の信号入力にも結合される。第２
のゲート回路６８のゲート入力が分極電圧V_POLの
負の部分を受取る。従つて、第２のゲート回路６
８の出力は、入力の内、分極電圧V_POLの負の部分
によつてゲートされた部分で構成される。第１及
び第２のゲート回路６４，６８の出力が併せて零
相拘束信号となり、これが前に述べた様に作動電
圧回路５０の１つの入力に結合される。

第４図には作動電圧回路の機能ブロツク図が示
されている。作動電圧回路５０が３入力加算増幅
器７０を有する。この増幅器は電源信号I_ABZ_R及
び−V_ABと共に零相拘束回路５２からの零相拘束
信号を受取る。加算増幅器７０の出力は、I_ABZ_R
＋（−V_AB）＋（零相拘束信号）の和である。この
出力が第１のゼロ抑圧回路７２の入力と、２入力
加算及び大きさ調節回路７４の１つの入力と、以
下Ａフイルタ７６と呼ぶ中位のＱのフイルタの入
力とに結合される。Ａフイルタ７６は２のＱを持
ち、前に述べた様に普通は50又は60ヘルツである
系統の周波数に同調した多重帰還帯域通過フイル
タであることが好ましい。第１のゼロ抑圧回路７
２の出力は、入力信号の内、予め選ばれたレベル
を越えた部分だけで構成され、インバータ７８の
入力に結合される。インバータ７８の出力は入力
信号を反転したもの、即ち入力を180゜移相したも
のである。インバータ７８の出力は重大故障信号
Ｓであり、これが前に述べた様に加算増幅器４４
の第２の入力に結合される。重大故障信号Ｓはま
た３入力反転加算増幅器８０の１つの入力にも結
合される。

Ａフイルタ７６の出力が３入力反転加算増幅器
８０の第２の入力と利得選択回路８２の入力に結
合される。利得選択回路８２が入力信号の利得を
予め選ばれた値に調節する。好ましい実施例で
は、この値は入力信号の80％、60％、40％又は20
％である。利得選択回路８２は、予め選ばれた利
得が得られる様に、回路７４に対して正しい比の
入力を供給する為に選択可能な抵抗で構成するこ
とが好ましい。利得選択回路８２の出力が２入力
加算及び大きさ調節増幅器回路７４の第２の入力
に結合される。加算及び大きさ調節増幅器回路７
４の出力が以下Ｂフイルタ８４と呼ぶ低Ｑフイル
タの入力に接続される。Ｂフイルタは、１のＱを
持つていて、前に述べた様に普通は50又は60ヘル
ツである系統の周波数に同調した多重帰還帯域通
過フイルタであることが好ましい。Ｂフイルタ８
４の出力が第２のゼロ抑圧回路８６の入力に結合
される。第２のゼロ抑圧回路８６の出力は、その
入力の内、予定のレベルを越えた部分だけで構成
されていて、３入力反転加算増幅器８０の第３の
入力に結合される。この反転加算増幅器８０の出
力は作動電圧V_OPであり、前に述べたように３入
力位相角比較器４８の１つの入力に結合される。

この発明の相継電器の動作について以下説明す
る所では、保護継電器の「動」特性及び「定常状
態」特性の両方について触れる。公知の様に、動
特性は、事故の開始直後に存在する特性である。
事故が開始した後、動特性が事故後の定常状態特
性に向つて変わり始める。動特性及び定常状態特
性について更に詳しいことは、1979年２月22日に
ペンシルバニア州フイラデルフイアで開催された
ペンシルバニア・エレクトリツク・アソシエイジ
ヨン・リレー・コミツテイ冬期会合で発表された
エス・ビー・ウイルキンソン及びシー・エー・マ
シユーの論文「ダイナミツク・キヤラクタリステ
イツクス・オブMHOデイスタンス・リレイズ
（Dynamic Characteristics of MHO Distance
Relays）」を参照されたい。

この論文に述べられている様に、事故の前に負
荷の流れが存在すれば、継電器の動特性が変わ
り、作動信号V_OPと継電器の引外し出力を発生す
るのに必要な分極信号V_POLの間の角度が、Z_Rイン
ピーダンス・ベクトルの片側で一層小さくなり、
反対側で一層大きくなる。順方向オフセツト信号
の目的は、分極信号V_POLを移相して、負荷電流の
流れが原因で生じた作動電圧V_OPと分極電圧との
間の位相の一致を短くすることである。

従来の継電器では、電圧V_OPとV_POLの所望の位
相の釣合いをとる様に適当な倍率をかけた相電流
を使つて、このオフセツト信号が発生されてい
た。例えば米国特許第4296451号、特にその第３
図について云うと、オフセツト信号が−IZ_R′であ
つて、作動信号及び分極信号の角度の重なりを最
小限に抑える為に用いられていることが判る。電
流、例えばこゝで説明する実施例では相電流の正
相分を使うと、相電流の正相分I_AB1、従つてオフ
セツト信号I_AB1Z′_Rが３相故障に対する値の大体半
分に縮小するので、相間事故の後に継電器特性が
拡大する。更に、後で述べる様に、分極信号正相
分（１−Ｋ）V_AB1が事故時にゼロにならず、従
つて、分極信号に（１−Ｋ）V_AB1成分が加わつ
たことにより、一層大きな電圧信号から一層小さ
い信号I_AB1Z′_Rが減算される。この関係が第５図に
示されている。第５図では、送電線路に流れる負
荷電流に関連した事故前の特性が実線で示されて
おり、正相分I_AB1を使うことによる拡大した定常
状態の相間事故特性が破線で示されている。

分極信号V_POLの移相は、相電圧KV_AB及び（１
−Ｋ）V_AB1に順方向オフセツト信号（−I_AB1Z′_R）
が加わる為である。この和の合成は、交流送電分
野で周知の様に、周期的な波形であり、その位相
は成分の波形の両方に対して移相している。前に
述べた様に、分極信号を発生するのに順方向オフ
セツト信号を使うことが米国特許第4296451号に
記載されている。

第２図に示す様に、Ａ−Ｂ相電圧の正相分
V_AB1も分極信号V_POLを発生するのに使われてい
る。この正相分を使うと、周知の様に、事故箇所
に於ける相間電圧の事故後の正相分が事故前の相
間電圧の位相角を持つと共にその50％に等しい大
きさを持つ信号になる為、継電器の動作がよくな
る。この為、関連した相間電圧は相間事故の後ゼ
ロになることがあるが、その正相分は事故前の大
きさの少なくとも50％になる。従つて、分極量の
一部分として相電圧の正相分を使うと、３相事故
以外の全ての事故に対し、事故の開始に続く期間
の間、分極量が依然として存在することが保証さ
れる。

前に引用した米国特許第4296451号に記載され
ているが、分極信号V_POLと作動信号V_OPの一致が
３入力位相角比較器、又はこの米国特許の第３図
に示される３入力アンド・ゲートによつて測定さ
れる。一致又は特性タイマが、この一致が予め選
ばれた期間を越えた時に継電器トリガ信号を出力
する。近接の重大な事故では、作動電圧回路５０
から出力される重大事故信号Ｓが、分極信号V_POL
及び作動信号V_OPの間の一致を長くし、こうして
継電器から一層速い引外し出力信号を発生する。

前に第４図について説明した様に、加算増幅器
７０の出力はI_ABZ_R−V_AB＋（零相拘束信号）であ
る。ゼロ抑圧回路７２の設定レベルは、負荷状態
又は外部事故状態に関連した加算増幅器７０の信
号出力の大きさの最大値より大きくなる様に調節
されている。近接の大きな相間事故では、信号
I_ABZ_Rの大きさは、負荷又は外部事故状態に関係
する信号の量を大きく越えることがある。この場
合、加算増幅器７０の出力はゼロ抑圧回路７２の
設定レベルを越え、この為ゼロ抑圧回路が発生す
る出力は、入力の内、設定レベルを越えた部分で
構成される。従つて、近接の重大な事故に対して
のみ、ゼロ抑圧回路７２から出力があることが判
る。この出力がインバータ７８によつて反転さ
れ、この為この信号がV_POL一致信号と同相にな
る。この関係は、引外し方向が同相のV_OP／V_POL
の一致であり、それが継電器の出力に引外し信号
を発生させることを考えると、引外し方向にある
と呼ばれることがある。

この結果、この重大事故信号Ｓは加算増幅器４
４で信号V_POLに加算されると、特に事故前の重負
荷の伝達により信号V_POLが作動信号に対して移相
されている場合、それが実際に信号V_POLに加算さ
れるので、事故が発生した直後の信号V_POLとV_OP
の一致の持続時間を長くする。この様に一致が長
くなると、タイマ５６によつて要求される最低時
間の一致を越え、引外し信号を一層急速に出力す
る。したがつて、重大事故信号Ｓを発生すること
により、この発明の相継電器は、事故が発生した
最初の半サイクルの間、近接の重大事故で引外さ
れる可能性がより大きくなる。これは、前にも述
べた様に、重大事故が破滅的な影響を持つ惧れが
あるので、保護相継電器が事故の発生後出来るだ
け速やかに引外し信号を発生することが非常に望
ましいという点で、有利なことである。

次に第３図について説明すると、整流回路５８
に対する入力は、３つの個別の相電流I_A，I_B，I_C
の和（即ち3I0）にレプリカ・インピーダンスZ_R
を乗じた信号である。こゝでＡ相対地事故が発生
したと仮定すると、この種の事故状態の間、相電
流I_B及びI_Cが小さいので、信号3I0Z_RはI_AZ_Rに大体
等しくなつて行く。この時、この信号が両波整流
回路５８によつて整流され、ゼロ抑圧回路６０に
入力される。ゼロ抑圧回路６０の設定レベルは、
一線対地事故で相継電器を作動する様な信号I_AB
Z_Rの大きさより少し小さくなる様に調節されてい
る。

単相対地事故が発生した時、故障相電流、今の
例ではI_Aの大きさが、相継電器を作動する大きさ
を大きく越えることがある。この為、重大な単相
対地事故が検出された時、ゼロ抑圧回路６０に対
する入力信号の大きさが設定レベルを越え、こう
して回路６０から出力を発生させる。この出力
は、入力信号の内、設定レベルを越えた部分から
成る。

この出力が、第２のゲート回路６８により、分
極電圧V_POLの負の部分を用いてゲートされる。ゼ
ロ抑圧回路６０の出力がインバータ６２によつて
反転され、第１のゲート回路６４により、分極電
圧V_POLの正の部分を用いてゲートされる。この
為、第１及び第２のゲート回路６４，６８の出力
を合せたものは、分極電圧V_POLと同期し且つそれ
と180゜位相がずれている。この為、第１及び第２
のゲート回路６４，６８の組合せ出力が分極電圧
V_POLに対する位相角に関係なく、常に拘束信号と
して現われる。

次に第４図について説明すると、零相拘束信号
が加算増幅器７０で信号−V_AB及び信号I_ABZ_Rと加
算されることが示されている。前に引用した米国
特許第4296451号に記載されているが、信号−
V_ABは、負荷又は外部事故状態の間、作動信号
V_OPが分極信号V_POLに対する一致角を越えない様
にする拘束信号である。然し、（電源インピーダ
ンスが小さく、継電器の範囲が長い場合）継電器
の前側の重大な一線対地事故では、信号−V_ABは
相継電器の作動を防止するのに不十分である。こ
の為、この発明の例では、零相拘束信号を信号−
V_ABに加算することにより、継電器の引外し出力
を防止するのに十分な付加的な拘束を加える。前
に説明した様に、この零相拘束信号の加算は、地
絡事故が検出された時だけ出現する。この為、単
相対地事故を検出した時、継電器は引外し信号を
発生しない。これは前に述べた様に、相継電器が
事故を検出した時に３相全部を引外すので、有利
なことである。従つて、事故は、故障相だけの引
外しを必要とする単相対地事故ではなく、相間事
故でなければならない。

二線対地事故では、相継電器が単極引外し及び
再投入方式で３極引外しを開始する様に動作する
ことが望まれる。然し、一線対地事故に比べて、
二線対地事故では、拘束電圧（−V_AB）が一層小
さく、量I_ABZ_Rがずつと大きくなる。この為、電
源インピーダンスと線路インピーダンスの比、並
びに零相と正相の電源インピーダンスの比が通常
の値を持つ二線対地事故では、動作が阻止されな
い。これらの比が異常に小さければ、相継電器の
動作が妨げられることがあり、その場合は、地絡
継電器に頼つて、二線対地事故に対する適正な引
外しを行う。

第４図に示す様に、作動信号V_OPは、反転加算
増幅器８０に対する３つの入力信号の和である。
これらの入力信号の内の１つが前述の重大事故信
号Ｓである。２番目の入力信号がＡフイルタ７６
からの出力である。３番目の入力信号が加算及び
大きさ調節増幅器回路７４の出力であり、これは
Ｂフイルタ８４及び第２のゼロ抑圧回路８６によ
つて処理されている。加算及び大きさ調節増幅器
回路７４の出力は、加算増幅器７０の出力からＡ
フイルタ７６の出力の選ばれた部分を差し引いた
値に比例する。

定常状態の引外しなしの状態では、重大事故信
号Ｓは出力として出ない。この状態では、Ａフイ
ルタ７６の出力は、前に引用した米国特許第
4296451号に記載された従来の信号V_OP（第２図参
照）に相当する。この発明では、定常状態の引外
しなしの状態で、Ａフイルタ７６の出力が、反転
加算増幅器８０の入力で、分極信号V_POLに対する
拘束信号として作用する。

前に述べた様に、加算及び大きさ調節増幅器回
路７４により、Ａフイルタ７６の出力の選ばれた
一部分が加算増幅器７０の出力に加算される。第
４図に示す様に、Ａフイルタ７６の出力の選ばれ
る一部分は、利得選択回路８２によつて決定さ
れ、図示の実施例では、80％、60％、40％又は20
％にすることが出来る。Ａフイルタ７６の出力
が、Ａフイルタ７６による反転の為、加算増幅器
７０の出力に対して180゜位相がずれていることに
注意されたい。この為、Ｂフイルタ８４に対する
入力は、加算増幅器７０の出力とＡフイルタ７６
の出力の選ばれた一部分の間の差に等しい差信号
である。米国特許第4296451号に記載されている
様に拘束信号を単独で使うのではなく、この差信
号を使うことにより、Ｂフイルタに貯蔵されるエ
ネルギを減少し、こうしてフイルタの応答を一層
速くすることが出来る。

定常状態の引外しなしの状態では、加算増幅器
７０の出力が拘束信号として作用する。前に述べ
た様に、Ａフイルタ７６の出力の選ばれた一部分
は、加算増幅器７０の出力に対して180゜位相がず
れているから、この選ばれた一部分がこういう状
態では作動信号として作用する。この為、Ｂフイ
ルタ８４の出力の内、ゼロ抑圧回路８６の設定レ
ベルを越えた部分が、Ａフイルタ７６の出力に加
算される正味の拘束信号である。Ａフイルタの出
力も前に述べた様に拘束信号として作用する。

内部事故が発生した直後、加算増幅器７０の出
力が米国特許第4296451号に記載されている様に
作動信号になる。この時加算増幅器７０の出力が
Ａフイルタ７６の出力と同相になる。これは、Ａ
フイルタ７６がその中位のＱ特性による出力「記
憶」作用によつて最初は事故前の位相を保つてい
るからである。周知の様に、フイルタの出力「記
憶」作用はそのＱの関数である。即ち、Ｑが大き
ければ大きい程、出力時定数が大きい。

最終的にはＡフイルタ７６の出力が反転加算増
幅器８０の入力に於ける拘束信号から内部事故が
発生した後の作動信号に変る。前に述べた様に、
この変化に要する時間がフイルタのＱの関数であ
る。従つて、Ａフイルタ７６のＱが、あまりに長
い期間の間その拘束に対する寄与が作用したまゝ
になる程までに大きくないことが望ましい。これ
は、ゼロ抑圧回路８６から出力を出させるが、こ
の出力がＡフイルタ７６の拘束の寄与を越えない
様なレベルを持つ内部事故を検出した時の、継電
器の動作を遅延させる。

Ｂフイルタの低Ｑ特性により、速い出力応答が
得られ、これが継電器の動作速度を高める。Ｂフ
イルタに対する入力が差信号であつて、それが前
に述べた様にフイルタの応答速度を更に高めるこ
とにより、この動作速度が高くなる。