JP2019030073A - 零相電流差動リレー - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】零相電流差動リレー４０は、Ｙ結線巻線３１を含む三相変圧器３０を保護する。Ｙ結線巻線３１の各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮは中性点３４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４０は、リレー演算部５０と、位相判定部６０と、動作判定部７０とを備える。リレー演算部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。位相判定部６０は、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。動作判定部７０は、リレー演算部５０の判定結果と位相判定部６０の判定結果に基づいて、三相変圧器３０を保護するための保護信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本開示は、電力系統に設けられた変圧器または送電線などを保護するための零相電流差動リレーに関する。

電流差動リレーは、変圧器などの電力機器および送電線などにおいて、電流変成器（ＣＴ：Current Transformer）で囲まれた区間をＣＴからの電流信号の入力に基づいて保護するリレーである。電流差動リレーのうち、保護区間内の地絡故障を高感度で検出するために、零相電流を使ったものを零相電流差動リレーと称する。

具体的に、変圧器保護用の零相電流差動リレーでは、ａ相、ｂ相、ｃ相の相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃから算出された零相電流３×Ｉ０（＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）と、中性点電流ＩＮとの差電流によって差動量ＩＤが計算される。すなわち、ＩＤ＝｜３×Ｉ０＋ＩＮ｜として計算される。ここで、｜Ｘ｜はＸの振幅値を表す。

一方、抑制量ＩＲについては、変圧器保護の場合には誤動作防止のために最大値抑制方式、すなわち、｜Ｉａ｜、｜Ｉｂ｜、｜Ｉｃ｜、｜ＩＮ｜のうちの最大値を抑制量ＩＲとする方式が一般に用いられる（たとえば、特許文献１参照）。これよって、スカラー和方式、すなわち、（｜３×Ｉ０｜＋｜ＩＮ｜）を抑制量として用いる方式よりも大きな抑制量ＩＲを得ることができる。

なお、零相電流差動リレーは、たとえば、ＩＤ＞Ｋ１、かつＩＤ＞ｐ×ＩＲを満たす場合に動作するように構成される。ここで、Ｋ１は最小動作感度の設定値であり、ｐは電流変成器の誤差などで動作しないよう設定される比率である。

特開平０８−０８４４３３号公報

上記の最大値抑制方式は、通常時に大きな負荷電流が流れている場合は、電流変成器の誤差によって差動量が生じても、抑制量も負荷電流に比例して大きくなるので、誤動作が生じることはない。

しかしながら、最大値抑制方式は、抵抗性の内部地絡故障の場合のように比較的小さな地絡故障電流が負荷電流とともに変圧器を流れる場合に、検出感度の点で問題となる場合がある。この場合、差動量は地絡故障電流の振幅（スカラ値とも称する）であるが、抑制量は、負荷電流と地絡故障電流とが合成した電流の振幅となるので、抑制量が差動量よりも大きくなる。したがって、内部地絡故障を高感度に検出するためには、前述の比率（すなわち、ｐ値）をなるべく小さな値に設定する必要がある。

一方、最大値抑制方式は、外部短絡故障の場合に誤動作する虞がある。たとえば、外部短絡故障によって１相のＣＴのみが大きく飽和したとすると、このＣＴ飽和によって短絡故障電流が減少した部分が差動量になる。ＣＴ飽和の度合いが大きい場合は、差動量は短絡故障電流の振幅に近付く。これに対して抑制量は、ＣＴ飽和が生じていない相の短絡故障電流の振幅になる。したがって、零相電流差動リレーを誤動作させないようにするためには、前述の比率（すなわち、ｐ値）を“１”近くに設定する必要がある。

上記のように、最大値抑制方式では、高感度検出と誤動作防止を両立するような比率設定が困難であるという問題がある。この開示は、上記の問題点を考慮したものであり、その目的は、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。

一実施の形態による零相電流差動リレーは、Ｙ結線巻線を含む三相変圧器を保護する。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、リレー演算部と、位相判定部と、動作判定部とを備える。リレー演算部は、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。位相判定部は、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。動作判定部は、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。

上記の実施の形態によれば、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内部地絡故障であるか否かを判定できるので、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ができる。

零相電流差動リレーとその保護対象である三相変圧器とを含む全体構成図である。 図１の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。 零相電流差動リレーの動作特性図である。 図３の最小感度値Ｋ１の整定方法について説明する図である。 図１の１次側巻線３１のｂ相とｃ相との間で外部短絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。 図１の１次側巻線３１のｂ相とｃ相との間で内部短絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。 図１の１次側巻線３１のａ相で外部地絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。 図１の１次側巻線３１のａ相で内部地絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。 電流変成器が飽和した場合にリレーによって観察される電流波形の変化について説明するための図である。 リレーによって観察される零相電流と中性点電流との関係を示すベクトル図である。 実施の形態１の場合において、内部故障か外部故障かを判定する基準を説明するための図である。 現時点よりも９０°前の値の生成方法を説明するためのベクトル図である。 中性点電流ＩＮがＡ１領域にあるか否かを判定する方法を説明するための図である。 実施の形態１の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。 実施の形態２の零相電流差動リレーの場合において、零相電流と中性点電流との関係を示すベクトル図である。 実施の形態２の場合において、内部故障か外部故障かを判定する基準を説明するための図である。 実施の形態２の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。 実施の形態３の零相電流差動リレーにおけるリレー演算部の動作特性図である。 実施の形態３の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

実施の形態１．
［零相電流差動リレーと三相変圧器の構成］
図１は、零相電流差動リレーとその保護対象である三相変圧器とを含む全体構成図である。

図１を参照して、零相電流差動リレー４０は、１次側巻線３１がＹ巻線であり２次側巻線３２がΔ巻線であるＹ−Δ結線方式の三相変圧器３０を保護する。三相変圧器３０の１次側の各相に電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃが設けられる。さらに、三相変圧器３０の１次側巻線の中性点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ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃによってａ相電流Ｉａ、ｂ相電流Ｉｂ、ｃ相電流Ｉｃがそれぞれ検出され、電流変成器ＣＴＮによって中性点電流ＩＮが検出される。これらの相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを表す信号および中性点電流ＩＮを表す信号が零相電流差動リレー４０に取り込まれる。

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について、図１に示すように三相変圧器３０の中性点３４に向かう方向の電流が互いに同極性となるように（たとえば、正に）定義される。

零相電流差動リレー４０は、たとえば、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。マイクロコンピュータによってプログラムが実行されることによって、零相電流差動リレー４０は、リレー演算部５０、位相判定部６０、および動作判定部７０として機能する。

リレー演算部５０は、通常の零相電流差動リレーの機能を拡張したものであり、基本的には差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲに基づいた判定を行う。リレー演算部５０の動作の詳細については、図３および図４を参照して後述する。

位相判定部６０は、ａ相、ｂ相、ｃ相の相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃから算出された零相電流３×Ｉ０（＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）と、中性点電流ＩＮとの位相関係に基づいて、内部地絡故障か外部地絡故障かを判定する。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をいい、外部故障とはこれらの電流変成器の外部の区間で起きる故障をいう。位相判定部６０の動作の詳細については、図５〜図１３を参照して後述する。

動作判定部７０は、リレー演算部５０の判定結果と位相判定部６０の判定結果に基づいて内部地絡故障が発生しているか否かを判定する。動作判定部７０は、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を保護するための保護信号（リレー出力とも称する）を出力する。動作判定部７０の動作の詳細については、図１４を参照して後述する。

［零相電流差動リレーのハードウェア構成］
図２は、図１の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の零相電流差動リレー４０は、いわゆるデジタルリレー装置と同様の構成を有している。具体的に図２を参照して、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とを備える。

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，…を備える。入力変換部１００は、図１の電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃから出力された相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを表す信号および図１の電流変成器ＣＴＮから出力された中性点電流ＩＮを表す信号が入力される入力部である。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。

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。

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、たとえば、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。

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２２５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。

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。

［リレー演算部の動作］
リレー演算部５０は、まず、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃから受信した相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの情報に基づいて対称座標法の零相電流Ｉ０、すなわち、
Ｉ０＝（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ）／３ …(1)
を計算する。この明細書では、便宜上、零相電流Ｉ０の３倍（すなわち、３×Ｉ０）を零相電流と称する場合がある。

次に、リレー演算部５０は、算出した零相電流（３×Ｉ０）の値と、電流変成器ＣＴＮから受信した中性点電流ＩＮの情報とに基づいて差動量ＩＤと抑制量ＩＲとを計算する。差動量ＩＤは、零相電流（３×Ｉ０）と中性点電流ＩＮのベクトル和の振幅、すなわち、
ＩＤ＝｜３×Ｉ０＋ＩＮ｜ …(2)
で定義される。ここで、｜…｜は振幅値（スカラー値とも称する）を表す。また、抑制量ＩＲは、零相電流（３×Ｉ０）の振幅と中性点電流ＩＮの振幅との和（すなわち、スカラー和）として、
ＩＲ＝｜３×Ｉ０｜＋｜ＩＮ｜ …(3)
によって定義される。抑制量ＩＲとして上記のようにスカラー和方式を採用した理由は、負荷電流の影響を取り除くためである。

次に、リレー演算部５０は、上記の差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲに基づいて、次式（４）および（５）に従って動作判定を行う。

ＩＤ＞Ｋ１ …(4)
ＩＤ＞ｐ×ＩＲ …(5)
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、ｐ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ＩＲがＫ１／ｐ以下の場合には（４）式に従って動作判定が行われ、抑制量ＩＲがＫ１／ｐより大きい場合には（５）式に従って動作判定が行われる。

図３は、零相電流差動リレーの動作特性図である。図４は、図３の最小感度値Ｋ１の整定方法について説明する図である。

図３および図４を参照して、上式（４）および（５）が両方とも満たされる場合が動作域となるようにリレー演算部５０は構成される。ここで、最小感度値Ｋ１は、図４に示すように、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび中性点電流ＩＮのうちの最大振幅に比例して増加するように設定される。

具体的に、｜Ｉａ｜，｜Ｉｂ｜，｜Ｉｃ｜，｜ＩＮ｜のうちの最大値（ｍａｘ）をＩｍａｘと定義したとき、０＜Ｉｍａｘ≦Ｋ０／ｑの範囲では、最小感度値Ｋ１は、
Ｋ１＝Ｋ０ …(6)
のように一定値に定義される。Ｉｍａｘ＞Ｋ０／ｑの範囲では、
Ｋ１＝ｑ×Ｉｍａｘ …(7)
のようにＩｍａｘに比例するように定義される。ここで、Ｋ０とｑは整定値である。なお、本明細書において、掛け算記号は「×」または「＊」で示される。

［位相判定部の動作］
次に、図１の位相判定部６０の動作について説明する。以下では、まず、故障の種類（すなわち、外部短絡、内部短絡、外部地絡、内部地絡）に応じて各電流変成器の一次側および二次側にどのような方向の電流が流れるかについて説明する。次に、電流変成器が飽和した場合に各電流変成器の二次側電流がどのように変化するかについて説明する。その次に、上記の考察に基づいて、内部地絡と外部地絡の相違ならびに電流変成器の飽和の有無に応じた、零相電流（３×Ｉ０）と中性点電流ＩＮとの位相関係について説明する。最後に、内部地絡故障か外部地絡故障かの判定方法について説明する。

（１．故障の種類に応じた電流変成器の一次側電流について）
図５は、図１の１次側巻線３１のｂ相とｃ相との間で外部短絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。図５では、三相変圧器３０の１次側および２次側の両方の電線路に電源が接続されている場合（すなわち、両端電源の場合）において、ｃ相線路３７ｃからｂ相線路３７ｂに外部短絡電流４１が流れたときの各線路に生じる電流が図５に模式的に示されている。外部短絡故障の場合には、ｂ相の電流変成器ＣＴｂおよびｃ相の電流変成器ＣＴｃには、三相変圧器３０の２次側の電源からの故障電流Ｉｂ，Ｉｃが流れる。

図６は、図１の１次側巻線３１のｂ相とｃ相との間で内部短絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。図６では、三相変圧器３０の１次側および２次側の両方の電線路に電源が接続されている場合において、ｂ相線路３７ｂからｃ相線路３７ｃに内部短絡電流４２が流れたときの各線路に生じる電流が模式的に示されている。内部短絡故障の場合には、ｂ相の電流変成器ＣＴｂおよびｃ相の電流変成器ＣＴｃには、三相変圧器３０の１次側の電源からの故障電流Ｉｂ，Ｉｃが流れる。

図５および図６に示すように、内部短絡故障であっても外部短絡故障であっても、ｂ相の電流変成器ＣＴｂ、Ｃ相の電流変成器ＣＴｃ、および接地線３６に設けられた電流変成器ＣＴＮの１次側をそれぞれ流れる電流Ｉｂ，Ｉｃ，ＩＮについて、
Ｉｂ＝−Ｉｃ …(8)
ＩＮ＝０ …(9)
が成立する。電流変成器ＣＴｂ，ＣＴｃが飽和していないときには、電流変成器ＣＴｂ，ＣＴｃの２次側についても上式（８）が成立する。これに対して、短絡電流が過大であるために、電流変成器ＣＴｂ，ＣＴｃの少なくとも一方が飽和した場合には、電流変成器ＣＴｂ，ＣＴｃの２次側について上式（８）は成立しない。なお、電流変成器ＣＴｂ，ＣＴｃの飽和の有無にかかわらず、上式（９）は常に成立する。

図７は、図１の１次側巻線３１のａ相で外部地絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。図７の場合にも、三相変圧器３０の１次側および２次側の両方の電線路に電源が接続されている場合が示されている。

図７を参照して、三相変圧器３０の２次側電源からの故障電流は、１次側巻線３１の中性点３４を通ってＹ結線された１次側巻線３１の各相に流れる。この１次側巻線３１の各相の故障電流は、三相変圧器３０のそれぞれの相の１次側線路に設けられた電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃに流れる。

外部地絡電流４３は、三相変圧器３０の１次側のａ相線路３７ａの故障点４８から大地に流れる。この外部地絡電流４３の一部は、接地極３５、接地線３６、中性点３４、１次側の三相巻線３３ａ、３３ｂ、３３ｃをそれぞれ通って各相線路に設けられ電流変成器ＣＴａ、ＣＴｂ、ＣＴｃに流れる。

したがって、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ，ＣＴＮの１次側をそれぞれ流れる電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，ＩＮについて、
Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝−ＩＮ …(10)
が成立する。

電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ、ＣＴｃ、ＣＴＮの２次側について、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ、ＣＴｃ、ＣＴＮのいずれも飽和していない場合には、上式（１０）の関係が成り立つ。通常、各相の電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃのうち故障相電流Ｉａが大きいので、概ねＩａ＝−ＩＮの関係が成り立つ。したがって、ａ相電流変成器ＣＴａの２次側の電流位相は、中性点電流ＩＮの位相に対して概ね逆位相になる。さらに、ａ相の電流変成器ＣＴａの２次側の電流位相は零相電流３×Ｉ０の位相にほぼ等しくなる。したがって、零相電流３×Ｉ０の位相は、中性点電流ＩＮの位相に対して概ね逆位相になる。

一方、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ、ＣＴｃ、ＣＴＮの少なくとも１つが飽和している場合には、上式（１０）の関係が成立しなくなる。この場合の、ａ相電流Ｉａと中性点電流ＩＮとの位相関係については、図９および図１０を参照して後述する。

図８は、図１の１次側巻線３１のａ相で内部地絡故障が生じた場合の電流の流れについて説明するための図である。図８の場合にも、三相変圧器３０の１次側および２次側の両方の電線路に電源が接続されている場合が示されている。

図８を参照して、三相変圧器３０の２次側電源からの故障電流は、１次側巻線３１の中性点３４を通ってＹ結線された１次側の各相巻線３３ａ，３３ｂ，３３ｃに流れる。さらに、ｂ相およびｃ相巻線３３ｂ，３３ｃを流れる故障電流は、三相変圧器３０の１次側の電流変成器ＣＴｂ，ＣＴｃに流れる。ａ相巻線３３ａを流れる故障電流は、内部地絡電流４４として故障点４９から大地に流れる。

ａ相線路３７ａの故障点４９から大地に流れる内部地絡電流４４の一部は、接地極３５、接地線３６、中性点３４を通って、Ｙ結線された１次側巻線３１の各相巻線３３ａ，３３ｂ，３３ｃに流れる。さらに、ｂ相およびｃ相巻線３３ｂ，３３ｃを流れる故障電流は、三相変圧器３０の１次側の電流変成器ＣＴｂ，ＣＴｃに流れる。ａ相巻線３３ａを流れる故障電流は、内部地絡電流４４として故障点４９から大地に流れる。

一方、三相変圧器３０のａ相巻線３３ａに接続された電流変成器ＣＴａの１次側には、三相変圧器３０の１次側に接続された電源からの電流Ｉａが流れる。このａ相電流Ｉａの位相は、概ね中性点電流ＩＮと同位相になる。電流Ｉａは電流変成器ＣＴａを通過した後、内部地絡電流４４として故障点４９から大地に流れる。

電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ、ＣＴｃ、ＣＴＮが飽和していない場合には、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ、ＣＴｃ、ＣＴＮの２次側の電流についても電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ、ＣＴｃ、ＣＴＮの１次側と同様の関係が成立する。通常、各相の電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃのうち故障相電流Ｉａが大きいので、ａ相の電流変成器ＣＴａの２次側電流Ｉａの位相が零相電流３×Ｉ０の位相とほぼ同じになる。したがって、零相電流３×Ｉ０の位相は、中性点電流ＩＮの位相に対して概ね同位相になる。

電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ、ＣＴｃ、ＣＴＮの少なくとも１つが飽和している場合には、上記の位相関係は変化する。この場合のａ相電流Ｉａと中性点電流ＩＮとの位相関係については、図９および図１０を参照して次に説明する。

（２．電流変成器が飽和した場合の電流変成器の二次側電流の変化について）
図９は、電流変成器が飽和した場合にリレーによって観察される電流波形の変化について説明するための図である。

図９を参照して、電流変成器が非飽和の場合の電流変成器の２次側の電流波形を実線（ＣＴ非飽和）で示す。電流変成器が飽和すると図９の破線（ＣＴ飽和）で示すように、電流変成器の２次側の出力は磁気飽和によって急に減衰する。この波形が零相電流差動リレー４０に入力されると、リレー内部のフィルタ回路（たとえば、図２の１１１）によって高周波成分が除去されるので、図９の一点鎖線（ＣＴ飽和＋フィルタ）で示す波形が得られる。この一点鎖線の波形の信号がリレー演算に供される。したがって、電流変成器が飽和すると、リレーによって観察される波形は元の電流波形に比べて進み位相になる。

（３．零相電流と中性点電流の位相関係について）
図１０は、リレーによって観察される零相電流と中性点電流との関係を示すベクトル図である。図１０（Ａ）〜（Ｄ）では、ａ相地絡外部故障とａ相地絡内部故障との相違ならびに電流変成器の飽和の有無に応じて、４つのパターンに分けてベクトル図が示されている。

図１０（Ａ）を参照して、ａ相地絡外部故障で電流変成器ＣＴａが飽和した場合について説明する。まず、電流変成器ＣＴａが飽和していない場合には、図７で説明したように、零相電流（３×Ｉ０）の位相は、中性点電流ＩＮに対して概ね逆位相になる。ここで、電流変成器ＣＴａが飽和した場合には、ａ相電流Ｉａが進み位相側に変化するので、図１０（Ａ）のハッチングで示した領域に零相電流（３×Ｉ０）のベクトルが移動する。

なお、電流変成器の飽和の程度によって進み位相の度合いは異なる。したがって、零相電流（３×Ｉ０）のベクトルの移動範囲にはばらつきがある。この点は、図１０（Ｂ）〜（Ｄ）の場合も同様である。

図１０（Ｂ）を参照して、ａ相地絡外部故障で電流変成器ＣＴＮが飽和した場合について説明する。まず、電流変成器ＣＴＮが飽和していない場合には、図７で説明したように、零相電流（３×Ｉ０）の位相は、中性点電流ＩＮに対して概ね逆位相になる。ここで、電流変成器ＣＴＮが飽和した場合には、中性点電流ＩＮが進み位相側に変化するので、図１０（Ｂ）のハッチングで示した領域に中性点電流ＩＮのベクトルが移動する。

図１０（Ｃ）を参照して、ａ相地絡内部故障で電流変成器ＣＴａが飽和した場合について説明する。まず、電流変成器ＣＴａが飽和していない場合には、図８で説明したように、零相電流（３×Ｉ０）の位相は、中性点電流ＩＮに対して概ね同位相になる。ここで、電流変成器ＣＴａが飽和した場合には、ａ相電流Ｉａが進み位相側に変化するので、図１０（Ｃ）のハッチングで示した領域に零相電流（３×Ｉ０）のベクトルが移動する。

図１０（Ｄ）を参照して、ａ相地絡内部故障で電流変成器ＣＴＮが飽和した場合について説明する。まず、電流変成器ＣＴＮが飽和していない場合には、図８で説明したように、零相電流（３×Ｉ０）の位相は、中性点電流ＩＮに対して概ね同位相になる。ここで、電流変成器ＣＴＮが飽和した場合には、中性点電流ＩＮが進み位相側に変化するので、図１０（Ｄ）のハッチングで示した領域に中性点電流ＩＮのベクトルが移動する。

以上から、外部故障と内部故障とで一部重なりがあるものの、外部地絡故障の場合には、電流変成器ＣＴａ，ＣＴＮの飽和の有無にかかわらず、中性点電流ＩＮのベクトルと零相電流（３×Ｉ０）のベクトルとの成す角度は概ね９０°よりも大きくなる（互いに逆位相側）。一方、内部地絡故障の場合には、電流変成器ＣＴａ，ＣＴＮの飽和の有無にかかわらず、中性点電流ＩＮのベクトルと零相電流（３×Ｉ０）のベクトルとの成す角度は概ね９０°よりも小さくなる（互いに同位相側）。

（４．内部地絡故障か外部地絡故障かの判定方法）
これまでの考察を総括し、零相電流（３×Ｉ０）と中性点電流ＩＮとの位相関係に基づいて、内部地絡故障か外部地絡故障かの判定する方法について説明する。

図１１は、実施の形態１の場合において、内部故障か外部故障かを判定する基準を説明するための図である。図１１では、零相電流（３×Ｉ０）に対する中性点電流ＩＮの位相の関係が示されている。具体的に零相電流（３×Ｉ０）に対する中性点電流ＩＮの位相は３つの領域に区分される。

Ａ１領域は、−９０°から０°の範囲における予め定める位相を下限とし、０°から９０°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域である。零相電流（３×Ｉ０）を基準にしたとき中性点電流ＩＮがこのＡ１領域にある場合、位相判定部６０は三相変圧器３０が内部地絡故障であると判定する。

Ａ２領域は、９０°から１８０°の範囲における予め定める位相を下限とし、１８０°から２７０°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域である。もしくは、Ａ２領域は、−２７０°から−１８０°の範囲における予め定める位相を下限とし、−１８０°から−９０°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域である。零相電流（３×Ｉ０）を基準にしたとき中性点電流ＩＮがこのＡ２領域にある場合、位相判定部６０は三相変圧器３０が外部地絡故障であると判定する。

Ａ３領域は、上記のＡ１領域でもＡ２領域でもない領域である。零相電流（３×Ｉ０）を基準にしたとき中性点電流ＩＮがこのＡ２領域にある場合、位相判定部６０は、内部故障か外部故障かを判定するのが困難である。ただし、磁気飽和は過渡的なものであるので、２〜３サイクル程度待つと中性点電流ＩＮの位相はＡ１領域かＡ２領域に移行する。２〜３サイクル程度待っても中性点電流ＩＮの位相がＡ３領域から変化しない場合は、非常に大きな内部故障電流によって飽和したものと判断し、内部故障と判定する。この理由は、外部故障の場合には、故障相の電流変成器を通過する故障電流は必ず変圧器の巻線インピーダンスを通過するので、外部故障の故障電流の大きさは内部故障の故障電流の場合よりも小さくなると考えられるためである。

一例として、図１１に示すように、零相電流（３×Ｉ０）に対してプラス側の位相とマイナス側の位相とが対称となるように位相範囲を区分してもよい。図１１の例では、φ１、φ２、φ３の各々を０から９０°の範囲での定められた位相角であるとし、さらに、φ１＋φ２＋φ３＝１８０°の関係が成り立つとする。この場合、Ａ１領域は−φ１から＋φ１までの位相領域である。Ａ２領域は、−１８０°から−（φ１＋φ２）までと（φ１＋φ２）から１８０°までの位相領域である。Ａ３領域は、−（φ１＋φ２）から−φ１までとφ１から（φ１＋φ２）までの位相領域である。

さらに、一例として、φ１＝φ２＝φ３＝６０°としてもよい。なお、磁気飽和の様子は電流変成器に用いられている鉄心の磁気特性、三相変圧器および電力系統の特性などによって決まるので、実際のφ１、φ２、φ３の値は、実験またはシミュレーションなどによって最適な値に設定する必要がある。

（５．位相領域の具体的な判定方法）
零相電流（３×Ｉ０）および中性点電流ＩＮの時系列データから、両者の位相関係（すなわち、中性点電流ＩＮの位相がＡ１〜Ａ３のどの領域にあるか）を決定する方法として公知の任意の方法を用いることができる。たとえば、以下の位相角の計算式を用いて判定することができる。

一般に、電流ＩＡおよび電流ＩＢのサンプリング間隔を３０°毎とし、電流ＩＡおよびＩＢの現在値をそれぞれＩＡ［ｍ］およびＩＢ［ｍ］とし、現時点よりも９０°前の値をＩＡ［ｍ−３］およびＩＢ［ｍ−３］とする。そうすると、ＩＡ［ｍ］に対するＩＢ［ｍ］の位相差θの余弦は、電流ＩＡの振幅｜ＩＡ｜と電流ＩＢの振幅｜ＩＢ｜とを用いて、
|IA|×|IB|×cosθ＝IA[m]×IB[m]＋IA[m-3]×IB[m-3] …(11)
と表される。

ここで、ＩＡ［ｍ］×ＩＢ［ｍ］＋ＩＡ［ｍ−３］×ＩＢ［ｍ−３］≧０とすると、ｃｏｓθ≧０となる。したがって、上式（１１）の右辺が０以上の場合は、ＩＡ［ｍ］に対してＩＢ［ｍ］が−９０°〜＋９０°の位相差の範囲であることを示す。

ＩＡ［ｍ−３］およびＩＢ［ｍ−３］の値は、図１２に示すように、現時点の電流ＩＡ［ｍ］およびＩＢ［ｍ］と現時点よりも３０°前の値であるＩＡ［ｍ−１］およびＩＢ［ｍ−１］を用いて生成することができる。

図１２は、現時点よりも９０°前の値の生成方法を説明するためのベクトル図である。図１２に示すように、現時点よりも３０°前の値であるＩ［ｍ−１］を２倍した値から、現時点の値であるＩ［ｍ］を√３倍した値を減じることによって、現時点よりも９０°前の値であるＩ［ｍ−３］を生成することができる。

上記の方法を拡張すれば、現時点の値であるＩ［ｍ］と現時点よりも３０°前の値であるＩ［ｍ−１］の線形結合によって、任意のサンプリング時点の値を生成することができる。

図１３は、中性点電流ＩＮがＡ１領域にあるか否かを判定する方法を説明するための図である。なお、図１１においてφ１＝６０°であるとする。

図１３（Ａ）を参照して、まず、中性点電流ＩＮ［ｍ］が３×Ｉ０［ｍ］に対して、図１３（Ａ）のハッチングされた領域（−３０°のベクトルに対して、−９０°から＋９０°の領域）にあるか否かを判定する。具体的には式（１１）の右辺において、ＩＡ［ｍ］に３×Ｉ０［ｍ−１］を代入し、ＩＢ［ｍ］にＩＮ［ｍ］を代入し、ＩＡ［ｍ−３］に３×Ｉ０［ｍ−４］を代入し、ＩＢ［ｍ−３］にＩＮ［ｍ−３］を代入する。そして、式（１１）の右辺の計算結果が正か負かによって、すなわちｃｏｓθが正か負かによって、中性点電流ＩＮ［ｍ］の位相が図１３（Ａ）のハッチングされた領域にあるか否かを判定することができる。

図１３（Ｂ）を参照して、上記と同様の方法で、中性点電流ＩＮ［ｍ］の位相が３×Ｉ０［ｍ］に対して、図１３（Ｂ）のハッチングされた領域（＋３０°のベクトルに対して、−９０°から＋９０°の領域）にあるか否かを判定することができる。この場合、式（１１）の右辺において、ＩＡ［ｍ］に３×Ｉ０［ｍ＋１］を代入し、ＩＢ［ｍ］にＩＮ［ｍ］を代入し、ＩＡ［ｍ−３］に３×Ｉ０［ｍ−２］を代入し、ＩＢ［ｍ−３］にＩＮ［ｍ−３］を代入することになる。しかしながら、［ｍ＋１］は現時点より３０°後のデータになるので、実際には、全てのデータを３０°分遅らせて、ＩＡ［ｍ］に３×Ｉ０［ｍ］を代入し、ＩＢ［ｍ］にＩＮ［ｍ−１］を代入し、ＩＡ［ｍ−３］に３×Ｉ０［ｍ−３］を代入し、ＩＢ［ｍ−３］にＩＮ［ｍ−２］を代入する。これらの判定の結果、ＩＮ［ｍ］がいずれの場合もハッチング領域にあると判定できた場合に、ＩＮ［ｍ］はＡ１領域にあると判定できる。

［動作判定部を含む零相電流差動リレー動作］
次に、図１の動作判定部７０を含む零相電流差動リレー４０全体の動作について説明する。

図１４は、実施の形態１の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。
図１４を参照して、リレー演算部５０は、前述の式（４）が満たされているか否かを判定する判定部５１と、前述の式（５）が満たされているか否かを判定する判定部５２と、ＡＮＤゲート５３とを含む。ＡＮＤゲート５３の出力は、判定部５１および判定部５２の判定結果がいずれも満たされている場合にアサートされる。

位相判定部６０は、中性点電流ＩＮが図１１のＡ１領域にあるか否かを判定する判定部６１と、中性点電流ＩＮが図１１のＡ３領域にあるか否かを判定する判定部６２と、零相電流（３×Ｉ０）の振幅および中性点電流ＩＮの振幅がいずれも閾値ｋ３よりも大きいか否かを判定する判定部６３とを含む。零相電流（３×Ｉ０）の振幅および中性点電流ＩＮの振幅の少なくとも一方が極めて小さい場合は、位相計算の精度が保証できないので、上記の判定部６３が設けられている。

動作判定部７０は、ＡＮＤゲート７３，７４と、動作時間ｔ１のオンディレイ（On-delay）タイマ７１と、動作時間ｔ２のオンディレイ（On-delay）タイマ７２と、ＯＲゲート７５とを含む。動作時間ｔ１はたとえば数ミリ秒であり、動作時間ｔ２はたとえば数サイクルである。

ＡＮＤゲート７３の出力は、判定部６１および判定部６３の判定結果が満たされており、かつＡＮＤゲート５３の出力がアサートされている場合にアサートする。ＡＮＤゲート７３の出力は、オンディレイタイマ７１およびＯＲゲート７５を介してリレー出力として外部に出力される。

したがって、判定部６１によって中性点電流ＩＮがＡ１領域にある（すなわち、内部故障である）と判定され、リレー演算部５０によって零相電流差動リレーの動作域であると判定された場合には、零相電流差動リレー４０は、数ｍｓｅｃその状態が継続した後に内部故障を表す信号を外部に出力する。

一方、ＡＮＤゲート７４の出力は、判定部６２および判定部６３の判定結果が満たされており、さらにＡＮＤゲート５３の出力がアサートされている場合にアサートする。ＡＮＤゲート７４の出力は、オンディレイタイマ７２およびＯＲゲート７５を介してリレー出力として外部に出力される。

したがって、判定部６２によって中性点電流ＩＮがＡ３領域にある（すなわち、内部故障か外部故障かが判定困難である）と判定され、リレー演算部５０によって零相電流差動リレーの動作域であると判定された場合には、零相電流差動リレー４０は数サイクルその状態が継続した場合に限って内部故障を表す信号を外部に出力する。

［効果］
以上説明した実施の形態１の零相電流差動リレーによれば以下の効果を奏する。

(i) 前述の式（３）で説明したように、本実施の形態によれば抑制量として線路側のＩａ，Ｉｂ，Ｉｃによる零相電流（３×Ｉ０）と中性点電流ＩＮとのスカラー和が採用されている。この場合、負荷電流は３相でバランスしているので、抑制量ＩＲは負荷電流の影響を受けず、地絡故障電流のみで決まる。したがって、零相電流（３×Ｉ０）と中性点電流ＩＮとがほぼ同位相となる内部地絡故障時には、差動量は抑制量とほぼ同等量になる。このため、比率整定値を極端に減らさなくても地絡故障検出を高感度に行うことができる。

(ii) 前述の図４および式（６），（７）で説明したように、零相電流差動リレー４０の差動量ＩＤの最小感度値Ｋ１を負荷電流の振幅に比例して設定できるようにした。負荷電流の増加に比例して電流変成器の誤差も増加するが、最小感度値Ｋ１を負荷電流に比例して増加するようにしたので、誤出力を防止することができる。

なお、最小感度Ｋ１の設定には電流変成器の誤差のみ考慮し、電流変成器の飽和まで考慮する必要はない。したがって、上記（ｉ）で説明した高感度検出のメリットを損なうことはない。

(iii) 電流変成器の飽和に対する対策として、零相電流（３×Ｉ０）と中性点電流ＩＮとの間の位相角に基づいて内部地絡故障か外部地絡故障かを判定できるようにした。この場合、電流変成器の飽和のために内部地絡故障か外部地絡故障かが判定困難な場合には、数サイクルの動作時間を有するオンディレイタイマを用いて動作時間が経過した後に零相電流差動リレー４０が動作するようにした。したがって、外部地絡故障で電流変成器が飽和した場合に、零相電流に対して中性点電流ＩＮが上記の内部・外部故障の判定の困難な領域に過渡的に入ったとしても、この過渡的な領域に中性点電流ＩＮが存在する時間は上記のオンディレイタイマによって判定結果を出力しないようにしている。よって、零相電流差動リレー４０を誤動作しないようにすることができる。

実施の形態２．
通常状態では、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃに負荷電流が流れ、一方、中性点電流ＩＮ用の電流変成器ＣＴＮには電流が流れない。そのため、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃと比較して飽和電圧の低い安価な電流変成器が中性点電流ＩＮ用の電流変成器ＣＴＮに安易に選択される傾向にある。すなわち、電流変成器ＣＴＮは、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃに比べて磁気飽和し易い場合が多い。このため、外部地絡故障が発生した場合、磁気飽和は中性点電流ＩＮ用の電流変成器ＣＴＮで発生し、線路の電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃで発生しない場合が多い。もしくは、これらの双方に磁気飽和が発生しても電流変成器ＣＴＮの方が、飽和度が大きい。

そこで、実施の形態２では、電流変成器ＣＴＮの飽和のみ考慮し、電流変成器ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃの飽和を考慮しない場合について説明する。

図１５は、実施の形態２の零相電流差動リレーの場合において、零相電流と中性点電流との関係を示すベクトル図である。図１５（Ａ）は図１０（Ｂ）に対応し、ａ相地絡外部故障で電流変成器ＣＴＮが飽和した場合を示している。図１５（Ｂ）は図１０（Ｄ）に対応し、ａ相地絡内部故障で電流変成器ＣＴＮが飽和した場合を示している。

図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、電流変成器ＣＴＮの飽和のみ考慮した場合には、外部地絡故障と内部地絡故障とで、中性点電流ＩＮのベクトルの重なりがない。したがって、図１１で説明したＡ３領域を設定する必要がない。

図１６は、実施の形態２の場合において、内部故障か外部故障かを判定する基準を説明するための図である。図１６では、零相電流（３×Ｉ０）に対する中性点電流ＩＮの位相の関係が示されている。具体的に零相電流（３×Ｉ０）に対する中性点電流ＩＮの位相は２つの領域に区分される。

Ａ１領域は、−９０°から０°の範囲における予め定める位相を下限とし、９０°から１８０°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域である。零相電流（３×Ｉ０）を基準にしたとき中性点電流ＩＮの位相がこのＡ１領域にある場合、位相判定部６０Ｂは三相変圧器３０が内部地絡故障であると判定する。

Ａ２領域は、上記のＡ１領域以外の位相領域である。零相電流（３×Ｉ０）を基準にしたとき中性点電流ＩＮの位相がこのＡ２領域にある場合、位相判定部６０Ｂは三相変圧器３０が外部地絡故障であると判定する。

図１６に示すように、位相角φ４、φ５、φ６を用いて上記の関係を表すことができる。ここで、φ４＋φ５＋φ６＝３６０°、０°＜φ４＜９０°、９０°＜φ５＜１８０°とする。この場合、Ａ１領域は、−φ４から＋φ５までの位相範囲である。Ａ２領域は、＋φ５から（φ５＋φ６）までの位相範囲である。たとえば、φ４＝６０°、φ５＝１２０°、φ６＝１８０°とすることができる。

図１７は、実施の形態２の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。図１７のブロックシーケンス図は実施の形態１の図１４に対応するものである。

図１７を参照して、実施の形態２の零相電流差動リレー４０Ｂは、リレー演算部５０と、位相判定部６０Ｂと、動作判定部７０Ｂとを含む。図１７のリレー演算部５０の構成は図１４の場合と同じであるので説明を繰り返さない。

位相判定部６０Ｂは、中性点電流ＩＮが図１６のＡ１領域にあるか否かを判定する判定部６１と、零相電流（３×Ｉ０）の振幅および中性点電流ＩＮの振幅がいずれも閾値ｋ３よりも大きいか否かを判定する判定部６３とを含む。

動作判定部７０Ｂは、ＡＮＤゲート７３と、動作時間ｔ１のオンディレイタイマ７１とを含む。動作時間ｔ１はたとえば数ミリ秒である。ＡＮＤゲート７３の出力は、判定部６１および判定部６３の判定結果が満たされており、さらにＡＮＤゲート５３の出力がアサートされている場合にアサートする。ＡＮＤゲート７３の出力は、オンディレイタイマ７１を介してリレー出力として外部に出力される。

したがって、判定部６１によって中性点電流ＩＮがＡ１領域にある（すなわち、内部故障である）と判定され、リレー演算部５０によって零相電流差動リレーの動作域であると判定された場合には、零相電流差動リレー４０Ｂは、その状態が数ｍｓｅｃ継続した後に内部地絡故障を表す信号を外部に出力する。

［効果］
以上のとおり、中性点電流ＩＮ用の電流変成器ＣＴＮのみ磁気飽和が生じる場合には、装置構成を簡略することができる。その他の効果は、実施の形態１と同様であるので、説明を繰り返さない。

実施の形態３．
実施の形態３では、リレー演算部５０Ｃの動作域の設定が変更可能な場合について説明する。この場合、位相判定部６０の判定結果に応じて、リレー演算部５０Ｃの動作域とオンディレイタイマの動作時間とが変更される。なお、差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲの定義は実施の形態１の式（２）および式（３）で説明したものと同じであるので説明を繰り返さない。

図１８は、実施の形態３の零相電流差動リレーにおけるリレー演算部の動作特性図である。図１８の動作判定領域は、図１１のＡ３領域の場合に適用される。

図１８を参照して、リレー演算部５０Ｃは、図１１のＡ１領域の場合には、次式（１２）および（１３）に従って動作判定を行い、図１１のＡ３領域の場合には、次式（１２）〜（１４）に従って動作判定を行う。

ＩＤ＞Ｋ１ …(12)
ＩＤ＞ｐ×ＩＲ …(13)
ＩＤ＞ｒ×ＩＲ−Ｋ４ …(14)
上式（１４）のｒおよびＫ４は整定値（ただし、ｒ＞ｐ）である。上式（１２）かつ（１３）かつ（１４）を満たす動作域（Ａ３領域で適用される）は図１８でハッチングを付した領域である。図１８に示すように、抑制量ＩＲがＫ１／ｐ以下の場合には（１２）式に従って動作判定が行われる。抑制量ＩＲがＫ１／ｐより大きくかつＫ４／（ｒ−ｐ）以下の場合には（１３）式に従って動作判定が行われる。抑制量ＩＲがＫ４／（ｒ−ｐ）よりも大きい場合には（１４）式に従って動作判定が行われる。

上式（１２）かつ（１３）のみを満たす動作域（Ａ１領域で適用される）は図３でハッチングを付した領域である。図３の動作域と比較して、図１８の動作域は抑制量ＩＲがＫ４／（ｒ−ｐ）という閾値を超える範囲で狭くなっている。

式（１４）の条件は、外部故障時のＣＴ飽和時に、式（１３）の動作域に過渡的に入る可能性があるので、その可能性をできるだけ避けるために設定されている。

図１９は、実施の形態３の零相電流差動リレーのブロックシーケンス図である。
図１９を参照して、零相電流差動リレー４０Ｃは、リレー演算部５０Ｃと、位相判定部６０と、動作判定部７０とを含む。

リレー演算部５０Ｃは、前述の式（１２）が満たされているか否かを判定する判定部５１と、前述の式（１３）が満たされているか否かを判定する判定部５２と、前述の式（１４）が満たされているか否かを判定する判定部５４と、ＡＮＤゲート５３，５５とを含む。ＡＮＤゲート５３の出力は、判定部５１および判定部５２の判定結果がいずれも満たされている場合にアサートされる。ＡＮＤゲート５５の出力は、判定部５１、判定部５２、および判定部５４の判定結果がいずれも満たされている場合にアサートされる。

位相判定部６０の構成は実施の形態１の図１４の場合と同じであるので説明を繰り返さない。動作判定部７０の構成は図１４の場合と同じであるが、ＡＮＤゲート７３，７４に入力される判定条件が図１４の場合と異なる。

具体的に、ＡＮＤゲート７３の出力は、判定部６１および判定部６３の判定結果が満たされており、かつＡＮＤゲート５３の出力がアサートされている場合にアサートする。ＡＮＤゲート７３の出力は、オンディレイタイマ７１およびＯＲゲート７５を介してリレー出力として外部に出力される。

したがって、判定部６１によって中性点電流ＩＮの位相がＡ１領域にある（すなわち、内部故障である）と判定され、リレー演算部５０によって差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲが図３に示す動作域（すなわち、上式（１２）かつ（１３））であると判定された場合には、零相電流差動リレー４０は、その状態が数ｍｓｅｃ継続した後に内部故障を表す信号を外部に出力する。

一方、ＡＮＤゲート７４の出力は、判定部６２および判定部６３の判定結果が満たされており、さらにＡＮＤゲート５５の出力がアサートされている場合にアサートする。ＡＮＤゲート７４の出力は、オンディレイタイマ７２およびＯＲゲート７５を介してリレー出力として外部に出力される。

したがって、判定部６２によって中性点電流ＩＮの位相がＡ３領域にある（すなわち、内部故障か外部故障かが判定困難である）と判定され、リレー演算部５０によって差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲが図１８に示す動作域（すなわち、上式（１２）かつ（１３）かつ（１４））であると判定された場合には、零相電流差動リレー４０は数サイクルその状態が継続した場合に限って内部故障を表す信号を外部に出力する。

［効果］
上記の構成によれば、電流変成器の飽和のために外部故障であっても差動量ＩＤが抑制量ＩＲに近くなって図３に占めす動作域（図１９のゲート５３の判定）を満たしたとしても、位相判定部６０によってＡ３領域であると判定された場合には、比率差動リレーの動作域が変更される。すなわち、図３に示す動作域（すなわち、図１９のゲート５３の判定）から図１８に示す動作域（すなわち、図１９のゲート５５の判定）に比率差動リレーの動作域が変更される。図１８に示す動作域は、図３に示す動作域に比べて外部故障時のＣＴ飽和時に差動量ＩＤおよび抑制量ＩＲが存在する可能性のある領域を狭くしたものである。さらに、位相判定部６０によってＡ３領域であると判定された場合には、オンディレイタイマ７２が作用するので、ＣＴ飽和に対する誤動作防止の点で信頼性を高くすることができる。実施の形態３のその他の効果は実施の形態１の場合と同じであるので説明を繰り返さない。

変形例．
上式の実施の形態1〜３において、抑制量として、ベクトル差電流（すなわち、｜３×Ｉ０−ＩＮ｜を用いてもよいし、零相電流（３×Ｉ０）の振幅および中性点電流ＩＮの振幅のうちの大きいほう（以下、零相最大値と称する）を用いてもよい。

抑制量ＩＲとしてベクトル差電流を用いた場合には、外部故障（ａ相地絡外部故障時にＩａとＩＮは逆位相）での抑制量が増加する一方、内部故障（ａ相地絡外部故障時にＩａとＩＮはほぼ同位相）での抑制量が低下するので、より安定した動作特性が得られる。

また、抑制量ＩＲとして零相最大値を用いた場合は、スカラー和に比較して外部故障で抑制量が１／２になるので比率設定をその分考慮する必要があるが、スカラー和とほぼ同様の効果を得る。なお、上記のベクトル差電流および零相最大値のいずれの場合も、零相電流を使った抑制量であるので、負荷電流の影響を受けないというメリットがある。

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ないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて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。

３０ 三相変圧器、３３ 巻線、３４ 中性点、３５ 接地極、３６ 接地線、３７ａ，３７ｂ，３７ｃ 線路、４０，４０Ｂ，４０Ｃ 零相電流差動リレー、５０，５０Ｃ リレー演算部、６０，６０Ｂ 位相判定部、７０，７０Ｂ 動作判定部、７１，７２ オンディレイタイマ、ＣＴＮ，ＣＴａ，ＣＴｂ，ＣＴｃ 電流変成器。

Claims (8)

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差動量および抑制量を演算し、前記差動量および前記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、
   前記零相電流に対する前記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、
   前記リレー演算部の判定結果と前記位相判定部の判定結果に基づいて、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を備える、零相電流差動リレー。
2. 前記位相判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が、前記第１の領域、第２の領域、および第３の領域のいずれにあるかを判定し、
   前記第１の領域は、−９０°から０°の範囲における予め定める位相を下限とし、０°から９０°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域であり、
   前記第２の領域は、０°から１８０°の範囲における予め定める位相を下限とし、１８０°から２７０°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域であり、
   前記第３の領域は、前記第１の領域および前記第２の領域のいずれでもない位相領域である、請求項１に記載の零相電流差動リレー。
3. 前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第１の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記動作域にあると判定された状態が第１の期間維持された場合に、前記保護信号を出力し、
   前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第３の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記動作域にあると判定された状態が前記第１の期間よりも長い第２の期間維持された場合に、前記保護信号を出力する、請求項２に記載の零相電流差動リレー。
4. 前記リレー演算部は、前記差動量および前記抑制量が第１の動作域に含まれるか否かと、前記第１の動作域よりも狭い第２の動作域に含まれるか否かとを判定し、
   前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第１の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記第１の動作域にあると判定された状態が第１の期間維持された場合に、前記保護信号を出力し、
   前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第３の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記第２の動作域にあると判定された状態が前記第１の期間よりも長い第２の期間維持された場合に、前記保護信号を出力する、請求項２に記載の零相電流差動リレー。
5. 前記位相判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が、前記第１の領域および第２の領域のいずれにあるかを判定し、
   前記第１の領域は、−９０°から０°の範囲における予め定める位相を下限とし、９０°から１８０°の範囲における予め定める位相を上限とする位相領域であり、
   前記第２の領域は、前記第１の領域でない位相領域である、請求項１に記載の零相電流差動リレー。
6. 前記動作判定部は、前記零相電流に対する前記中性点電流の位相が前記第１の領域にあり、かつ、前記差動量および前記抑制量が前記動作域にあると判定された場合に、前記保護信号を出力する、請求項５に記載の零相電流差動リレー。
7. 前記動作域の最低感度値は、各前記相電流の振幅および前記中性点電流の振幅のうちの最大値が大きくなるにつれて大きくなるように設定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の零相電流差動リレー。
8. 前記抑制量は、前記零相電流の振幅の３倍と前記中性点電流の振幅との和である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の零相電流差動リレー。
   

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