JPS588649B2 - 保護継電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は保護継電装置特に、電子回路によりアナログ的
な積演算を実行し、積演算の結果のレベルの大小により
動作不動作が決定されるタイプの保護継電装置に関する
。

よく知られているように、方向リレー、或は距離リレー
等では、例えば基準位相となる電圧信号に対する方向判
定要素、距離測定要素となる電圧信号の相対的な関係に
よって動作可否の判定がなされる。

この具体的手段として、電磁形リレーでは、いわゆるカ
ツプ形として知られる積演算原理のリレーが開発され使
用されており、他方、トランジスタ形リレーではいわゆ
る直接位相比較形のリレーが開発され、使用されている
。

現在、電磁形にしろ、トランジスタ形にしろ、非常に特
性の良いものが開発され、通常の送電系統の保護につい
ては、好ましい結果を得ている。

しかしながら、架空送電線建設の困難さから、都市部に
おいては、超高圧の送電線までケーブル化される傾向に
ある。

その結果、送電線の静電容量による充、放電電流が、架
空送電線に出し格段に大きくなり、送電線事故時の電圧
、電流に含まれる高調波成分が極めて大きくなる。

このような高調波成分が含まれる事故時の電圧電流によ
る保護継電装置の応動について検討してみると、電磁形
リレーでは、相当大きな高調波成分が含まれていても、
基本波成分に対応した動作力が得られてほぼ正常に動作
するのに対し、トランジスタ形リレーでは、電圧、電流
波形を矩形波に整形する過程で、高調波成分によって矩
形波が分断され、誤不動作を起す可能性のあることがわ
かった。

この検討結果、事故時の電圧、電流に高調波成分の大き
くなる可能性のある送電線の保護継電装置は、電磁形リ
レーで構成するほうが機能面から見て有利ということに
なるが、電磁形リレーが本質的に持つ、構造上の不利、
保守、点検上の不利から、全面的に電磁形を採用すると
いうのは問題である。

この問題を解決するためには、電子回路によって、電磁
形リレーと同様の動作原理にもとづくリレーを実現する
のが、一つの実質的なやり方であり本発明は、この考え
方に従ったものである。

本発明は、この場合に、高感度化と特性の良さとを同時
に実現することのできる保護継電装置を提供することを
目的とする。

以下、本発明をモー特性リレーに適用する場合について
、具体的に説明する。

第１図、第２図はモー特性リレーの位相特性、感度特性
を示す図である。

第１図でＲ，Ｘは抵抗、リアクタンスであり、送電線の
インピーダンス角に合わせた特性角θにおいて動作限界
点８が得られるような位相特性９とすることが要求され
る。

第２図でＶ，Ｉはリレーの入力電圧、電流の大きさ、１
０は動作限界を示す線であり、図にハッチングを施こし
た領域で動作するものとされる。

しかして、入力電圧、電流に高調波が含まれるか否かに
関係なく、位相特性がずれることなく、高感度なものと
することが要求される。

第３図は、本発明の実施例を示すブロック図である。

Ｖ１，Ｖ２は入力電気量を示し、モー特性リレーでは■
１＝■（極性電圧）、■２＝■■−■（測距電圧）とさ
れる。

ここで、■はリレーの設定インピーダンスである。

５，６はリミッタ、７は共振回路、１は乗算回路、２は
低域通過フィルタ、３はレベル検出回路、４は出力端子
である。

リミツタ５，６は入力電気量が過大であるとき、その最
大振巾を制限するための回路である。

共振回路７はリミツタ５の出力から基本波成分のみを導
出するとともに、送電線の至近端事故時のメモリ効果を
得るための回路である。

乗算回路１は、例えばＩＣで構成されるものであって、
入力Ｘ，Ｙに対しＸ，Ｙを出力するものである。

従って、いま、送電線の電流、電圧を ■＝Ｉｍ ｓｉｎωｔ ・・・・・・・・・
（１）■＝Ｖｍ ｓｉｎ （ωｔ＋ψ） ・・・・・
・・（２）但しψは■，■の間の位相差 とすると、 ■・■＝ＺＩｍｓｉｎ （ωｔ＋θ）・・・・・・・・
・（３）但しθ：継電器最大感度角 であるから、前述の■１，■２を作って乗算回路１によ
って積演算を行うと、■１，■２＝■・（■■−■）は
、下記の加法定理 ｓｉｎ ａ・ｓｉｎ ｂ＝１／２ （ ｃｏｓ（ ａ−
ｂ ）−ｃｏｓ（ ａ＋ｂ）；２ を利用して展開すると、 ｖ１・ｖ２一立．（対一や） 一Ｖｍｓｉｎ（ωｔ＋ψ）− （Ｚｌｍｓｉｎ（ωｔ＋
θ）−Ｖｍｓｉｎ（ωｔ−１−＠） ｝一Ｚ ＩｍＶｍ
ｓｉｎ（ωｔ＋ψ） − ｓｉｎ（ωｔ＋θ）−％ｌ
２Ｓ ｉｎ（ωｔＱ ） − ｓ ｉｎ（ωｔ−１−ｖ
）− ”’− ’ （ ｃｏｓ（ωｔ＋ｖ−Ｑ）ｔ−θ
）２ −ｃｏｓ（ωｔ↓ψ＋ωｔ＋θ）｝ Ｖ２ｍ 一Ｔ｛ｃｏｓ（ωｔ＋ψ一ωｔ−ψ） 一ｃｏｓ（ωｔ十ψ＋ωｔ＋ψ）｝ ？ｖｍ Ｉｍ 一一−｛ＣＯＳ（ψ一θ） ｃｏｓ（２ωｔ＋ψ十θ
）｝２ Ｖ２ｍ 一一｛ｃｏｓＯ−ｃｏｓ（２ωｔ＋２ψ）２ ＺＶｍ Ｉｍ 一（ ｃｏｓ（ψ一θ）−ｃｏｓ（２ωｔ十ψ＋θ）｝
２ ｖ２ｍ − （ １−ｃｏｓ（ ２ωｔ＋２ψ）｝ ・・・・・
・・・・ （４）２ となる。

（４）式から、フィルタ２によって第２高調波を除去し
直流分のみを導出すると Ｚ Ｉ ｍ Ｖｍ Ｖｍ ２−（ＦＯ
ｓ（θ一ψ）一一 ・・・・・・・・・ （５）２２ が得られる。

従ってレベル検出回路３によりＺＩｍＶｍ
Ｖｍ” ・ｃｏｓ （θ−ψ）一一≧Ｋ・・・・・・ （６）２
２ 但しＫは検出感度である。

が満足されたか否かを判定することにより、第１図の特
性のモーリレーが得られる。

すなわち、Ｋを十分に小さい値とすることにより、 Ｖｍ Ｚｃｏｓ（θ一ψ）≧一 ・・・・・・・・・
（７）■ の判定をすることになる。

このように、電子回路による乗算回路を導入して、電磁
形リレーと同等の特性を実現できるわけであるが、電子
回路による乗算回路で考慮しなければならないのは、乗
算回路の入力電圧、出力電圧に制限があるとともに、入
出力の間の線形性の領域が小さいことである。

例えば、送電線の構成事故の形態にもよるわけであるが
、事故時の電流は定絡電流に対して４０倍にもなること
がある。

このように大きな変動巾に対して、乗算回路を安全にし
て、線形なものにしようとすると、小さい入力に対する
検出感度が低下してしまう不都合がある。

この不都合を解決するため、小さい入力に対しても充分
な大きさで入力し、入力の過大な場合には、リミツタ（
或はクリツパ）で振巾を制限して安全にすることが考え
られるわけであるが、単純にリミツタを設けるわけでは
不充分なことを説明しよう。

第４図ａ，ｂは前述のモー特性リレーで、極性電圧Ｖ１
について、充分な大きさで入力し、リミツタで振巾抑制
をすることとし、結果的に極性電圧Ｖ１が短形波になっ
ている場合に、電流Ｉに含まれる第３高調波成分が悪影
響を及ぼすことを説明する図である。

図では簡単のために測距電圧■２（＝■■−■）が第３
高調波成分のみとして示す。

図で、ａ，ｂは夫々■１，■２が同相、逆相の場合を示
す。

両者の積■１・■２の波形について見ると明らからよう
に、図にハツチングを於こした部分が本来の基本波成分
のみであらわれない成分としてあらわれてくる。

この成分はフィルター２の出力として示すように結局ａ
の場合は動作力ｂの場合は抑制力のように作用するから
、それだけ、リレーを誤動作、誤不動作させる方向に作
用することになる。

これを位相特性で示すと、第５図に示すように、ａの場
合には破線１２に、ｂの場合には破線１３に示すように
、夫々位相特性を歪ませることになる。

本発明は、この不都合を解消するものであり、実施例の
第３図に示すようにリミツタ５のあとに設けられた共振
回路７により実現できる。

即ち、■１はリミツタ５で振巾を制限されたのちに、共
振回路７により、基本波成分の正弦波として乗算回路１
に加えられる。

このときの波形図を第４図に対応させて第６図ａ，ｂに
示す。

第４図、第６図を対照して明らかなように、ハツチング
部の成分は、本発明の場合にも存在するが、■１，■２
の正負の波形の面積は、ほぼ等しいものとなり、従って
、第３調波による位相特性の歪は回避できる。

以上要するに、本発明は、高感度化を実現するために、
入力は小入力も充分な大きさで導入し、回路の安全のた
めには、これにリミツタを介在させることとするととも
に、高調波成分による悪影響を回避するために、積演算
させる少なくとも一つの入力電気量は正弦波に直して加
えるものである。

従って、本発明によれば極めて簡単な構成で位相特性感
度特性の両方を満足させることができる。

尚、本発明をモー特性リレーに適用する場合には、前述
の実施例のように、極性電圧■１に共振回路をおくこと
が有利である。

というのは、この共振回路を基本波導出用の他に至近端
事故時のメモリー効果を持たせるものとして使用するこ
とができるからである。

そして、動作速度という面を考えれば、■１の方は単純
にリミツタのみとする方がよい。

さらに、本発明をリアクタンスリレーに適用することを
考えると、極性信号となる■・■に共振回路をおく方が
良いが、その場合、応動速度が遅れることになるから、
リレーシーケンスの構成の際このことを充分考慮する必
要がある。

又、特に具体的には示さないが、リレーに対する入力を
、いわゆるセントラル方式として、電圧電流を一旦、電
子回路の入力レベルにしたうえで供給する考え方がある
。

この考え方の場合、高感度化のために、リミツタの前に
増巾回路をおいて、一旦増巾するものとするのが良い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はモー特性リレーの位相特性、感度特性
である。 第３図は本発明の実施例のブロック図、第４図、第５図
及び第６図は説明図である。 １・・・・・・乗算器、２・・・・・・積分回路、３・
・・・・・レベル検出器、４・・・・・・出力端子、５
・・・・・・リミツタ、６・・・リミツタ、７・・・・
・・共振回路、８・・・・・・動作限界点、９・・・・
・・位相特性、１０・・・・・・感度特性、１１・・・
・・・感度特性、１２・・・・・・位相特性、１３・・
・・・・位相特性。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 二つの入力電気量の積演算を行い、この積演算の結
   果得られる電気量の直流分に応じて動作、不動作が決定
   される保護継電装置において、前記入力電気量の少なく
   とも一つは、リミッタによって振巾制限を受けた後にフ
   ィルタによって入力電気量の基本波成分のみの正弦波に
   されて積演算に導入されることを特徴とする保護継電装
   置。