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JP2675694B2 - 比率差動継電装置 - Google Patents

比率差動継電装置

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Publication number
JP2675694B2
JP2675694B2 JP3201343A JP20134391A JP2675694B2 JP 2675694 B2 JP2675694 B2 JP 2675694B2 JP 3201343 A JP3201343 A JP 3201343A JP 20134391 A JP20134391 A JP 20134391A JP 2675694 B2 JP2675694 B2 JP 2675694B2
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JP
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JP3201343A
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JPH0530636A (ja
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康明 三宅
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電力系統における発電
機、変圧器、母線、送配電線の保護に用いられる比率差
動継電装置、特に変流器が飽和した時の不要動作防止対
策に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は発電機保護比率差動リレー装置
(以下単にリレー装置GPと称す)の外部接続図、図8
はリレー装置GPに使用される比率差動手段87Gの内
部ブロック図、図9はリレー装置GPの動作原理説明図
である。図7においてBUSは電力系統の母線、Gは被
保護発電機、TRは被保護発電機Gと同一の母線に接続
された変圧器、Lは変圧器TRの負荷、CB1 、C
2、CB3 は遮断器、CT1 、CT2 は変流器、GP
はリレー装置、IE は変圧器TRを遮断器CB2 により
無負荷投入した時のインラッシュ、I1 、I2 は変流器
CT1 、CT2 の2次側電流である。
【0003】また、図8においてID は差動電流(I1
−I2 )、C1 、C2 、C3 は比率差動手段87Gの入
力端子、TRCは抑制電流IR =(I1 +I2 ))を導入
する抑制入力トランス、TOCは差動電流ID を導入する
差動入力トランス、CMは比率差動特性を得るための比
較手段で抑制電流IR に対する差動電流ID の比率が一
定値以上の時、 すなわちK=差動電流/抑制電流 =ID /IR =I1 −I2 /I1 +I2 >KS 例えばKS=0.1で動作する。
【0004】このように構成された従来のリレー装置G
Pの動作を説明する。 (1)外部故障F2発生時 図9(a)、(c)参照 変流器CT1 、CT2 の2次側電流において 流入電流I1F2 =流出電流I2F2 抑制電流IR と差動電流ID を比較手段CMで比較 K2F=差動電流/抑制電流=(I1F2 −I2F2 )/(I1F2 +I2F2 ) =0/I1F2 =0<KS=0.1 で比率差動手段87Gは不動作
【0005】(2)内部故障F1発生時 図9(b)、(c)参照 流入電流I1 =I1F1 、流出電流I2 =0、 抑制電流=差動電流IR =ID =I1F11F=差動電流/抑制電流=(I1F1 −I2F1 )/(I1F1 +I2F1 ) =I1F1 /I1F1 =1>KS=0.1 で比率差動手段87Gは動作
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記構成に係る従来の
比率差動継電装置の問題点を図7、図8、図9、図10
参照して説明する。図7において変圧器TRを無負荷
(遮断器CB3を開放)でCB2で投入すると図10に図
示の様な直流分IDCを含む大きなインラッシュ電流IE
が変流器CT1、CT2を貫通して流れるが、この時本来
は変流器CT1、CT2の2次側電流I1=12で差動電流
D=0となるべきであるが、直流分IDcによる磁束が
逐次積分されて変流器CT1またはCT2の少なくとも一
方、例えばCT2が飽和して出力電流I。が低下し誤差
差動電流IDが流れた場合、即ち、図9(c)にCT2
和時のインラッシュとして図示の様な領域の電流が、入
力されると比率差動手段87Gが不要に動作してCB1
トリップ出力が出力されると言う重大な不具合があっ
た。
【0007】CT飽和による不具合を根本的に解決する
ためには、変流器を大容量のものを使用することが望ま
しい。しかし大型化、高コスト化には限界が有り、現実
的には直流分を含んだインラッシュの貫通時に完全に飽
和しない充分な容量の変流器を用意することはきわめて
困難である。
【0008】この発明は上記の不具合を解決するために
なされたもので、直流分を含んだ変圧器のインラッシュ
が変流器CT1、CT2を貫通し少なくとも一方の変流器
が飽和した場合でも不要動作することのない信頼度の高
い比率差動継電装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この第1の発明に係る比
率差動継電装置電力系統における被保護機器の両端に
設置した第1及び第2の変流器を通して検出した第1及
び第2電流の差である差動電流と上記第1及び第2電流
の和である抑制電流の比率に従って応動してトリップ出
力を電力系統の負荷遮断器へ出力する比率差動手段と、
上記抑制電流の基本波に対する第2高調波の比率が一定
値以上であるかを検出しインラッシュ検出信号を出力す
るインラッシュ検出手段と、上記インラッシュ検出信号
の出力有りで上記比率差動手段の出力無しの時、上記比
率差動手段の出力を一定時間阻止する出力制御手段
設けたものである。
【0010】の第2の発明に係る比率差動継電装置
は、電力系統における被保護機器の両端に設置した第1
及び第2の変流器より検出した第l及び第2電流の差で
ある差動電流と上記第1及び第2電流の和である抑制電
流の比率に従って応動しトリップ出力を電力系統の負荷
遮断器へ出力する比率差動手段と、上記抑制電流の基本
波に対する第2高調波の比率が一定値以上であるかを検
出しインラッシュ検出信号を出力するインラッシュ検出
手段と、上記第1電流と第2電流の位相関係を検出し、
逆位相関係検出時に逆位相検出信号を出力する位相判別
手段と、上記インラッシュ検出信号と逆位相検出信号が
有意である時に、上記比率差動手段の出力を一定時間阻
止する出力制御手段を設けたものである。この第3の
発明に係る比率差動継電装置は、出力制御手段が比率差
動手段による出力を一定時間阻止中に上記比率差動手段
が内部故障判定時に、上記トリップ出力を有効にする機
能を含んだものである
【0011】
【作用】この第1の発明によれば、比率差動手段の不動
作により外部故障が検出され、且つ、インラッシュ検出
手段によりインラッシュを検出すると出力手段を稼働
し、比率差動手段よりの出力を一定時間阻止すること
で、インラッシュが変流器に貫通し誤差動電流が一定時
間比率差動手段に流れ込み誤トリップ出力が出力されて
も負荷遮断器を不用意に作動することがない。
【0012】この第2の発明によれば、位相判別手段に
より第1電流と第2電流の位相関係が逆位相関係である
ことが判別され、且つインラッシュ検出手段によりイン
ラッシュを検出すると出力制御手段を稼動し、比率差動
手段よりの出力を一定時間阻止することでインラッシュ
が変流器に貫通し誤差動電流が一定時間比率差動手段に
流れ込み該トリップ出力が出力されても負荷遮断器を不
用意に作動することがない。この第3の発明によれば、
比率差動手段による出力を一定時間阻止中に内部故障判
定時に上記トリップ出力を有効にすることで、インラッ
シュ時に内部故障が判定されても出力制御手段によって
比率差動手段の出力が開始される。
【0013】
【実施例】尚、本発明の動作説明を行う前に、本発明の
概要を述べるならばこの発明は、インラッシュの直流分
によるCT飽和は、CTにインラッシュ印加直後に発生
するのでなく、直流分による磁束の逐次積分によりCT
鉄心が飽和に至るもので、インラッシュ印加後所定時間
経過後にCT飽和が発生するといった事実に着目するも
のである。
【0014】すなわち、直流分を含んだ貫通インラッシ
ュが印加されているがCTが飽和していない状態を、イ
ンラッシュ検出手段が動作しているが比率差動手段が動
作してない状態として検出して、一度この状態を検出し
たら比率差動手段の出力をロックすると共に、復帰時間
タイマーを付勢し、その後、いずれかのCTが飽和して
誤差差動電流のため比率差動手段が不要動作してもCT
飽和が回復するまでロックを継続する構成。なお、上記
のロック継続のための復帰時間タイマーの時間として
は、例えば0.2秒程度である。
【0015】図1のこの発明の一実施例の構成図におい
てF2Hは抑制電流IR の基本波に対する第2高調波の比
率が一定値以上であることを検出するインラッシュ検出
手段で基本波パスフィルタF1P、第2高調波パスフィル
タF2P、第2高調波検出手段CMF2から構成される。I
1 は比率差動手段87Gの出力が無くインラッシュ検
出手段F2Hの出力が有りの条件でインラッシュが貫通し
ていることを検出するインヒビット手段、TREはインヒ
ビット手段IN1 に付勢され所定の復帰時間を持つ復帰
時間タイマー、IN2 は復帰時間タイマーTREの出力が
無く比率作動手段87Gの出力が有りの条件で当該リレ
ー装置GPのトリップ出力を出力するインヒビット手段
である。
【0016】上記の様に構成されたリレー装置GPの動
作を説明する。 1.直流分を含んだインラッシユが変流器CT1 、CT
2 を貫通する場合。 図2の各部波形図により説明する。インラッシュIE
印加されると抑制電流IR =(I1 +I2 )において基
本波に対する第2高調波分の比率が一定値以上あるので
インラッシュ検出手段F2Hが出力する、一方インラッシ
ュ印加直後においては、いずれのCTも飽和していない
ので誤差動電流ID は無く比率差動手段87Gは不動作
である。
【0017】従ってインヒビットIN1が出力し復帰
タイマーT RE を通して、その後のCT飽和で比率差動
手段87Gが不要動作してもリレー装置GPとしてトリ
ップに至らない様、インヒビットIN2でロックする。
なおこのロックは直流分が無くなってCT飽和が回復す
るまでの時間、復帰時間タイマーTRE(例えば約0.2
秒間)で継続される。従って、変圧器TRのインラッシ
ュが貫通して2個のCTのいずれかが飽和してもリレー
装置GPがトリップ出力を不要に出力することはない。
【0018】2.外部故障F2発生時図9(a)に基づき従来の技術で説明したように差動電
流I D は流れないため比率差動手段87Gは不動作であ
る。しかも、外部故障F2発生時であるためインラッシ
ュ電流は流れない。 2.1 通常の外部故障時は抑制電流I R の基本波に対
する第2高調波分の比率が、インラッシュ検出手段F 2H
を動作させてしまう検出レベル(例えば12%)以下な
ので、インヒビットIN 1 、復帰時間タイマーT RE の出
力は無い、しかも比率差動手段87Gの出力も無いため
インヒビットIN 2 からのトリップ出力は無い。 2.2 もし外部故障時で抑制電流I R の基本波に対す
る第2高調波分の比率がインラッシュ検出手段F 2H の検
出レベル(例えば12%)以上あった場合でも、インラ
ッシュ検出手段F 2H はインラッシュ電流の無に拘わらず
動作してインラッシュ検出信号をインヒビットIN 1
出力して復帰時間タイマーT RE よりインヒビットIN 2
にロック出力を出すが、このロック出力の如何に関せ
ず、比率差動手段87Gは外部故障F2発生時に不動作
なのでインヒビットIN 2 、すなわち当該リレー装置G
Pのトリップ出力は無い。
【0019】3.内部故障F1発生時図9(b)に基づき従来の技術で説明したように流入電
流=差動電流で比率差動手段87Gが動作する。しか
も、内部故障F1発生時であるためインラッシュ電流は
流れない。抑制電流I R の基本波に対する第2高調波分
の比率が、 3.1 通常内部故障時は、抑制電流I R の基本波に対
する第2高調波分の比率がインラッシュ検出手段F 2H
動作させてしまう検出レベル(例えば12%)以下なの
で、インラッシュ検出手段F 2H はインラッシュ検出信号
を出力しないためインヒビットIN 1 、復帰時間タイマ
ーT RE の出力は無い。従って、インヒビットIN 2 は比
率差動手段87Gからの出力を従来と同様にトリップ出
力として出す。
【0020】3.2 もし内部故障時で抑制電流I R
基本波に対する第2高調波分の比率がインラッシュ検出
手段F 2H の検出レベル(例えば12%)以上あった場合
でも、インラッシュ検出手段F 2H はインラッシュ電流の
無に拘わらず動作してインラッシュ検出信号を出力する
が、既に比率差動手段87Gは動作しているためインラ
ッシュ検出信号に基づくインヒビットIN 1 、復帰時間
タイマーT RE の出力を待たずに、インヒビットIN 2
比率差動手段87Gの出力によりトリップ出力を出す。
【0021】実施例2.図3に実施例2の構成を示す。
図3においてIN3 はインラッシュ検出手段F2Hに出力
が無く比率差動検出手段87Gに出力有りの条件でトリ
ップ出力を出力するインヒビット、ORはインヒビット
IN2 またはインヒビットIN3 のいずれかに出力が有
りの時当該リレー装置GPのトリップ出力を出力するO
R手段である。
【0022】実施例1においては、直流分を含んだ貫通
インラッシュを検出、または第2高調波分を含んだ外部
故障電流を検出し、一度復帰時間タイマーTREが付勢さ
れた後、復帰時間TREのカウント中に内部故障が発生し
た場合は、内部故障発生のタイミングによっては、最悪
の場合は復帰時間タイマーTREの時間(例えば約0.2
秒)だけトリップ時間が遅れる不具合があった。
【0023】実施例2はこの不具合を解消する方策を提
案したもので、上記の復帰時間タイマーTREカウント中
でもインラッシュ検出手段F2Hに出力が無く比率差動手
段87Gに出力有りの条件でトリップできるルートを設
けトリップ時間の遅れを防ぐものである。
【0024】実施例3.図4にこの発明の実施例3の構
成図を図5に各部波形図を示し、T1 、T2 はCT1
CT2 からの入力電流I1 、I2 を個別に導入する入力
トランス、PHは入力電流I1 、I2 がお互いに逆位相
の位相関係の時出力する位相判別手段、ANはインラッ
シュ検出手段F2H、位相判別手段PHの出力が共に有り
の条件でインラッシュが貫通していることを検出するA
ND手段、TREはAND手段ANに付勢され所定の復帰
時間を持つ復帰時間タイマー、IN2 は復帰時間タイマ
ーTREの出力が無く比率差動手段87Gの出力が有りの
条件で、当該リレー装置GPのトリップ出力を出力する
インヒビットである。
【0025】上記の様に構成されたリレー装置GPの動
作を説明する。 1.直流分を含んだインラッシュが変流器CT1 、CT
2 を貫通する場合。 図5の各部波形図により説明する。インラッシュIE
印加されると抑制電流IR =(I1 +I2 )において基
本波に対する第2高調波分の比率が一定値以上あるので
インラッシュ検出手段F2Hが出力する。
【0026】一方インラッシュIE 印加直後において
は、いずれの変流器も飽和していないので変流器CT
1 、CT2 の出力電流I1 、I2 は飽和することなく位
相も逆位相である。従って位相判別手段PHから動作出
力が出力される。インラッシュ検出手段F2Hと位相判別
手段PHが共に出力有りの条件でAND手段ANが出力
し復帰時間タイマーTREが付勢されインヒビットIN2
で比率差動手段87Gの出力をロックする。
【0027】しかし、その後のいずれかのCTが飽和し
て比率差動手段87G不要動作し直流分が減衰してCT
飽和が回復するまで比率差動手段87Gの動作が継続す
るので復帰時間タイマーTREでロックを継続させる。従
って、変圧器のインラッシュIE が貫通してもリレー装
置GPがトリップ出力を不要に出力することはない。
【0028】2.外部故障F2発生時 図9(a)において従来の場合と同様で、入力電流I
1 、I2は逆位相で差動電流ID が流れないので比率差
動手段87Gは不動作。反対に、位相判別手段PHは動
作出力を出力する。この時、抑制電流IR =(I1 +I
2 )に基本波に対する第2高調波分の比率が2.1 イ
ンラッシュ検出手段F2Hの検出レベル(例えば12%)
以上含まれていなければ、インヒビットIN1 、復帰タ
イマーTREの出力は無しである。
【0029】2.2 インラッシュ検出手段F2Hの検出
レベル(例えば12%)以上含まれていればインラッシ
ュ検出手段F2Hが出力してAND手段AN、復帰時間タ
イマーTREが出力しインヒビットIN2 にロック出力を
出力するがAND手段AN、復帰時間タイマーTREの出
力の如何に関せず、比較差動手段87Gが不動作なので
インヒビットIN2 、すなわち当該リレー装置GPのト
リップ出力は、もちろん無しである。
【0030】3.内部故障F1発生時 図9(b)において従来の場合と同様で、入力電流=差
動電流で比率差動手段87Gは動作。反対に、入力電流
1 に対し逆位相の電流はないので位相判別手段PHは
不動作である。
【0031】この時、抑制電流IR =(I1 +I2)に
基本波に対する第2高調波分の比率が 3.1 インラッシュ検出手段F2Hの検出レベル(例え
ば12%)以上含まれていなければ、インラッシュ検出
手段F2Hは出力しないし、位相判別手段PHも不動作で
AND手段AN、復帰時間タイマーTREからのロック出
力は無く、インヒビットIN2 から、従来と同様、比率
差動手段87Gの出力がトリップ出力として出力され
る。
【0032】3.2 インラッシュ検出手段F2Hの検出
レベル(例えば12%)以上含まれていればインラッシ
ュ検出手段F2Hが出力するが位相判別手段PHは不動作
であるのでインヒビットIN1 、復帰時間タイマーTRE
の出力は無しで上記3.1と同様、インヒビットIN2
から、従来と同様に比率差動手段87Gの出力がトリッ
プ出力として出力される。
【0033】実施例4.図6に実施例4の構成を示す。
図6においてIN3 はインラッシュ検出手段F2Hに出力
が無く比率差動検出手段87Gに出力有りの条件でトリ
ップ出力を出力するインヒビット、ORはインヒビット
IN2 またはインヒビットIN3 のいずれかに出力が有
りの時当該リレー装置GPのトリップ出力を出力するO
R手段である。この実施例4は実施例1に対する実施例
2と同様の目的で実施例3に対して提案するもので、復
帰時間タイマーTREカウント中でもインラッシュ検出手
段F2Hに出力が無く比率差動手段87Gに出力有りでト
リップできるルートを設けたものである。
【0034】ところで上記の説明では、この発明を発電
機保護比率差動継電装置GPに適用する場合について述
べたが、特にこれに限られたものではなく、送電線保護
比率差動継電装置、母線保護比率差動継電装置、変圧器
保護比率差動継電装置等にも同様に適用できることは言
うまでもない。
【0035】
【発明の効果】以上のように、この第1の発明によれば
第1電流或は第2電流を検出する変流器の一方にインラ
ッシュ電流が貫通して飽和状態となり、比率差動手段に
誤差動電流が流れ込みトリップ出力が出力されても、イ
ンラッシュ検出手段によるインラッシュ検出時とともに
比率差動手段の出力なしの時に出力制御手段によって比
率差動手段の出力を飽和状態解消まで阻止することで該
トリップ出力が不用意に負荷遮断器に出力されないため
誤動作を防止し得る信頼度の高い比率差動継電装置を提
供できる効果がある。
【0036】の第2の発明によれば、第1電流或は第
2電流を検出する変流器の一方にインラッシュ電流が貫
通して飽和状態となり、比率差動手段に誤差動電流が流
れ込みトリップ出力が出力されても、インラッシュ検出
手段によるインラッシュ検出とともに位相判別手段によ
る上記各電流間の逆位相関係検出時に出力制御手段によ
って比率差動手段の出力を飽和状態解消まで阻止するこ
とで該トリップ出力が不用意に負荷遮断器に出力され
ないため第1の発明に対してより信頼度の高い比率差動
継電装置を提供できる効果がある。この第3の発明によ
れば、比率差動手段による出力を一定時間阻止中に比率
差動手段が内部故障判定時に上記トリップ出力を有効に
することで、インラッシュ時に内部故障が判定されても
出力制御手段によって比率差動手段の出力が開始される
ため、内部故障に対して即座に対応することができると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1を示すリレー装置GPの構
成図である。
【図2】この発明の実施例1の動作を説明する各部波形
図である。
【図3】この発明の実施例2を示すリレー装置GPの構
成図である。
【図4】この発明の実施例3を示すリレー装置GPの構
成図である。
【図5】この発明の実施例3の動作を説明する各部波形
図である。
【図6】この発明の実施例4を示すリレー装置GPの構
成図である。
【図7】従来のリレー装置GPの構成図である。
【図8】従来のリレー装置GPの比率差動手段87Gの
構成図である。
【図9】従来のリレー装置GPの動作原理説明図であ
る。
【図10】従来のリレー装置GPの動作を説明する各部
の波形図である。
【符号の説明】
G 被保護発電機 TR 変圧器 BUS 母線 CT1 、CT2 変流器 I1 、I2 変流器2次側電流 IE 変圧器のインラッシュ電流 GP 発電機保護継電装置(当該リレー装
置) 87G 発電機保護用の比率差動手段 F2H インラッシュ検出手段 F1P 基本波パスフィルタ F2P 第2高調波パスフィルタ CMF2 第2高調波検出手段 TRE 復帰時間タイマー PH 位相判別手段 AN AND手段

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統における被保護機器の両端に設置
    した第1及び第2の変流器を通して検出した第1及び第
    2電流の差である差動電流と上記第1及び第2電流の和
    である抑制電流の比率に従って応動してトリップ出力を
    電力系統の負荷遮断器へ出力する比率差動手段と、上記
    抑制電流の基本波に対する第2高調波の比率が一定値以
    上であるかを検出しインラッシュ検出信号を出力するイ
    ンラッシュ検出手段と、上記インラッシュ検出信号の出
    力有りで上記比率差動手段の出力無しの時、上記比率差
    動手段の出力を一定時間阻止する出力制御手段とを備え
    たことを特徴とする比率差動継電装置。
  2. 【請求項2】電力系統における被保護機器の両端に設置
    した第1及び第2の変流器より検出した第l及び第2電
    流の差である差動電流と上記第1及び第2電流の和であ
    る抑制電流の比率に従って応動しトリップ出力を電力系
    統の負荷遮断器へ出力する比率差動手段と、上記抑制電
    流の基本波に対する第2高調波の比率が一定値以上であ
    るかを検出しインラッシュ検出信号を出力するインラッ
    シュ検出手段と、上記第1電流と第2電流の位相関係を
    検出し、逆位相関係検出時に逆位相検出信号を出力する
    位相判別手段と、上記インラッシュ検出信号と逆位相検
    出信号が有意である時に、上記比率差動手段の出力を一
    定時間阻止する出力制御手段とを備えたことを特徴とす
    る比率差動継電装置。
  3. 【請求項3】出力制御手段は、比率差動手段による出力
    を一定時間阻止中に上記比率差動手段が内部故障判定時
    に上記トリップ出力を有効にする機能を含んだことを特
    徴とする請求項1または2に記載の比率差動継電装置。
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