JP2003092534A - Ａ／ｄ変換装置及び該装置を用いた保護継電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素かつ小型で安価な構成により、Ａ／Ｄ変
換の正常／異常の信頼性の高い監視を行う。 【解決手段】 サンプルホールド回路部２９の前段に設
けられて正又は負の単電源で動作し、交流入力信号Ｓ_I
が一方の入力端子に供給される振幅補正用の演算増幅器
２５と、増幅器２５の電源電圧の１／２のバイアス電圧
を増幅器２５の他方の入力端子に印加し、信号Ｓ_I を、
バイアス電圧を中心に振幅変化するように補正する直流
バイアス電源と、Ａ／Ｄ変換部３０から出力されたデジ
タルデータの信号Ｓ_I の１周期の平均によりバイアス電
圧の実測データを求め、このデータとバイアス電圧の設
定された基準データとの差が所定の誤差範囲内か否かを
判別して、Ａ／Ｄ変換の正常／異常を監視検出する状態
監視部とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、系統電圧，系統電
流等の周期的なアナログの交流入力信号のＡ／Ｄ変換に
用いられるＡ／Ｄ変換装置及びこのＡ／Ｄ変換装置を用
いたデジタル形の保護継電器に関し、詳しくは、それら
のＡ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の監視検
出機能を有するこの種のＡ／Ｄ変換装置は、１チャンネ
ル入力の場合、図５に示すように形成され、入力端子１
の図６の（ａ）に示す正弦波形の交流入力信号（電圧信
号又は電流信号）Ｓｉを、抵抗２を介して演算増幅器３
の反転入力端子（−）に入力し、抵抗２，４で定まる利
得（増幅率）で反転増幅する。

【０００３】このとき、演算増幅器３は非反転入力端子
（＋）がアナロググランドに接続され、正，負の駆動電
源端子５，５′の例えば＋１５Ｖ，−１５Ｖの正，負電
源で動作し、交流入力信号Ｖｉを、０Ｖを中心とする±
１０Ｖ以下の振幅に補正し、図６の（ｂ）の振幅補正さ
れた信号Ｓｊを出力端子から出力する。

【０００４】さらに、信号Ｓｊをサンプルホールド回路
部６に送って所定間隔でサンプルホールドし、回路部６
のサンプリング出力Ｐｉを信号切換用のマルチプレクサ
回路部７を介してＡ／Ｄ変換部８に供給し、この変換部
８により、信号Ｓｉのサンプリング出力Ｐｉを所定ビッ
ト数（例えば１０ビット）のデジタルデータ（入力デー
タ）ＤｉにＡ／Ｄ変換する。

【０００５】つぎに、装置内のＡ／Ｄ変換の正常／異常
をソフトウエア処理で監視検出するため、変換部８の後
段にＣＰＵ構成の処理部９が設けられる。

【０００６】また、検査電圧発生部１０を設け、この発
生部１０により例えば＋２Ｖ〜＋５Ｖの直流の検査電圧
の信号Ｓｔを発生し、この信号Ｓｔをサンプルホールド
回路部１１によりサンプルホールドし、そのサンプリン
グ出力Ｐｔを、マルチプレクサ回路部７を介してＡ／Ｄ
変換部８に供給し、データＤｉと同じビット数の検査デ
ータＤｔにＡ／Ｄ変換し、このデータＤｔを処理部９に
供給する。

【０００７】そして、処理部９のソフトウエア処理で形
成された状態監視部により、検査電圧の信号Ｓｔを実際
にＡ／Ｄ変換して得られた検査データＤｔ（実測デー
タ）と予め設定されたＡ／Ｄ変換正常時の検査データＤ
ｔの基準データ（論理値データ）Ｄref とを比較し、両
データＤｔ，Ｄref の差が所定の誤差範囲内か否かによ
り、Ａ／Ｄ変換部８のＡ／Ｄ変換の正常／異常を判別し
て監視検出する。

【０００８】このとき、例えばＡ／Ｄ変換部８の梯形抵
抗回路の抵抗値が経時変化し、データＤｔがデータＤre
f と異るようになり、状態監視部がＡ／Ｄ変換の異常を
検出すると、処理部９は、例えばデータＤｉとともに異
常検出フラグ等を出力し、Ａ／Ｄ変換の異常を報知す
る。

【０００９】つぎに、このＡ／Ｄ変換装置を用いた従来
のデジタル形の保護継電器は、系統各相について系統事
故を監視検出するため、複数チャンネル入力のＡ／Ｄ変
換装置を用いて、図７に示すように構成される。

【００１０】図７の１２ａ，１２ｂ，…，１２ｍは、Ａ
／Ｄ変換装置１２の同一構成の複数のチャンネル入力部
であり、各チャンネル入力部１２ａ〜１２ｍにおいて
は、例えば系統の１又は複数個所の各相電圧（又は相電
流）の信号を、１対の入力端子１３ａと１３ａ′，１３
ｂと１３ｂ′，…，１３ｍと１３ｍ′を介して補助トラ
ンス１４に入力して図６の交流入力信号Ｓｉに相当する
各計測信号Ｓｉ′を形成し、これらの信号Ｓｉ′を、±
１５Ｖの正負電源で動作する演算増幅器３，抵抗２，４
により、最大振幅±１０Ｖに振幅補正し、振幅補正した
演算増幅器３の出力信号Ｓｉ′をサンプルホールド回路
部６に供給してサンプルホールドする。

【００１１】このとき、サンプルホールド回路部６のサ
ンプリング周期は、一般的な保護継電器のサンプリング
周期と同様、系統電源に同期した電気角３０°の間隔に
設定される。

【００１２】そして、サンプルホールド回路６は、系統
電源の毎周期に、１２点のサンプリング出力Ｐi_(a)，Ｐ
i_(b)，…，Ｐi_(m)を発生し、図５のマルチプレクサ回路
部７に対応する多チャンネル入力のマルチプレクサ回路
部１５に供給する。

【００１３】このマルチプレクサ回路部１５は、各チャ
ンネルのサンプリング出力Ｐi_(a)〜Ｐi_(m)及びサンプル
ホールド回路１１の検査電圧の信号Ｓｔのサンプリング
出力Ｐｔを順次に切換えて選択し、図５のＡ／Ｄ変換部
８に相当する後段のチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部１６
に供給する。

【００１４】そして、Ａ／Ｄ変換部１６により、各チャ
ンネルのサンプリング出力Ｐi_(a)〜Ｐi_(m)，検査電圧の
信号Ｓｔのサンプリング出力Ｐｔを、所定ビット数の入
力データＤi_(a), Ｄi_(b)，…，Ｄi_(m)，検査データＤｔ
に変換し、これらのデータＤi_(a)〜Ｄi_(m)，Ｄｔを、図
５の処理部９に対応するＣＰＵ構成の処理部１７に供給
する。

【００１５】この処理部１７は、ソフトウエア処理によ
って系統の事故監視部及びＡ／Ｄ変換の正常／異常の状
態監視部を形成する。

【００１６】そして、事故監視部は、データＤi_(a)〜Ｄ
i_(m)に基づき、各相の地絡，短絡等の系統事故を監視検
出し、事故検出時は、ハイレベルの引外し指令Ｇ₁ を出
力する。

【００１７】また、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の状態監視
部は、図５の処理部９の状態監視部と同様、受信した各
検査データＤｔと予め設定されたＡ／Ｄ変換正常時の基
準データＤref とを比較してＡ／Ｄ変換部１６のＡ／Ｄ
変換の正常／異常を判別し、異常検出時は、ハイレベル
の引外し禁止指令Ｇ₂を出力する。

【００１８】ところで、引外し指令Ｇ₁及び禁止指令Ｇ₂
は引外し制御のアンドゲート１８に供給され、Ａ／Ｄ変
換の正常時は、禁止指令Ｇ₂ が出力されないため、アン
ドゲート１８がオンし、このとき引外し指令Ｇ₁が発生
すると、この指令Ｇ₁がアンドゲート１８を通って引外
し用の補助リレー１９のコイル１９ｌを通電し、その常
開の接点１９swが閉じ、直流電源端子２０の駆動電源が
接点１９ｗを介して引外しリレー２１のコイル２１ｌに
流れ、そのリレー動作により、電力系統のしゃ断器２２
が引外されて開放され、事故フィーダの切離し等が行わ
れる。

【００１９】一方、Ａ／Ｄ変換の異常検出時は、禁止指
令Ｇ₂ が出力されてアンドゲート１８がオフし、このと
き、引外し指令Ｇ₁ が発生しても、アンドゲート１８は
オフし続け、その出力がローレベルに保たれ、引外し指
令Ｇ₁ によるしゃ断器２２の引外し（開放）が禁止さ
れ、この継電器のＡ／Ｄ変換の異常による誤動作が防止
される。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のＡ／Ｄ変換
装置及び保護継電器の場合、信号Ｓｉ，Ｓｉ′の振幅補
正に正，負電源で動作する演算増幅器３を要するだけで
なく、Ａ／Ｄ変換の異常検出に、専用の検査電圧発生部
１０，サンプルホールド回路部１１を要し、しかも、マ
ルチプレクサ回路部７，１５を用いてサンプルホールド
回路部６のサンプリング出力Ｐｉ，Ｐi_(a)〜Ｐi_(m)，サ
ンプルホールド回路部１１のサンプリング出力Ｐｔを切
換えてＡ／Ｄ変換部８，１６に供給する必要があり、部
品数が多く、複雑で大型かつ高価になる問題点がある。

【００２１】また、マルチプレクサ回路部７，１５の１
チャンネルが検査電圧の信号ＳｔのＡ／Ｄ変換に占有さ
れ、１チャンネル入力であってもマルチプレクサ回路部
７が必要になり、多チャンネル入力の場合は、マルチプ
レクサ回路部１５の入力チャンネル数がその分減少する
問題点もある。

【００２２】つぎに、マルチプレクサ回路部７，１５が
故障し、その出力が、サンプルホールド回路部１１の検
査電圧の信号Ｓｔのサンプリング出力Ｐｔに固定される
と、Ａ／Ｄ変換部８，１６は、データＤｉ，ｄi_(a)〜Ｄ
i_(m)として検査データＤｔを誤出力する。

【００２３】このとき、検査データＤｔが正常でデータ
Ｄｔ，Ｄref の差が誤差範囲内であれば、Ａ／Ｄ変換の
異常が検出されず、信頼性を損ねる問題点がある。

【００２４】本発明は、この種のＡ／Ｄ変換装置及び保
護継電器において、とくに、専用の検査電圧を発生して
そのＡ／Ｄ変換の実測データ（検査データ）を求めたり
することなく、部品数が少なく、簡素かつ小型で安価な
構成により、信頼性の高いＡ／Ｄ変換の正常／異常の監
視検出が行えるようにすることを課題とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１のＡ／Ｄ変換装置は、周期的なアナログ
の交流入力信号を振幅補正してサンプルホールド回路部
によりサンプリングし、このサンプルホールド回路部の
サンプリング出力をＡ／Ｄ変換部に供給してデジタルデ
ータにＡ／Ｄ変換し、かつ、Ａ／Ｄ変換部の出力状態か
らＡ／Ｄ変換の正常／異常を監視して検出するＡ／Ｄ変
換装置であって、サンプルホールド回路部の前段に設け
られて正又は負の単電源で動作し、交流入力信号が一方
の入力端子に供給される振幅補正用の演算増幅器と、こ
の演算増幅器の電源電圧の１／２のバイアス電圧を演算
増幅器の他方の入力端子に印加し、交流入力信号を、バ
イアス電圧を中心に振幅変化するように補正する直流バ
イアス電源と、Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータの交流入
力信号の１周期の平均からバイアス電圧の実測データを
求め、実測データと前記バイアス電圧の設定された基準
データとの差が所定の誤差範囲内か否かを判別してＡ／
Ｄ変換の正常／異常を監視検出する状態監視部とを備え
る。

【００２６】したがって、交流入力信号は振幅補正用の
演算増幅器により、その単電源電圧の１／２のバイアス
電圧を中心に振幅変化するように振幅補正され、補正後
の交流入力信号の１周期の平均振幅は、０Ｖでなく、バ
イアス電圧の大きさになる。

【００２７】そして、振幅補正後の交流入力信号がサン
プルホールド回路部でサンプリングされてＡ／Ｄ変換部
でデジタルデータにＡ／Ｄ変換されるため、このデジタ
ルデータの交流入力信号の１周期の平均は、Ａ／Ｄ変換
の正常時、バイアス電圧をＡ／Ｄ変換した実測データに
なり、このデータが従来の検査電圧の信号をＡ／Ｄ変換
したデータに相当し、Ａ／Ｄ変換の異常時は、この実測
データが正常時のデータから大小変化する。

【００２８】そして、バイアス電圧の実測データとＡ／
Ｄ変換正常時のバイアス電圧の基準データとの差に基づ
き、Ａ／Ｄ変換の正常／異常が判別される。

【００２９】この場合、従来のように専用の検査電圧を
サンプリングしてＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換の正常／異
常の監視検出に必要な実測データを、交流入力信号のＡ
／Ｄ変換のデータと別個に得る必要がなく、検査電圧発
生部やその出力のサンプルホールド回路部及びマルチプ
レクサ回路部が不要であって簡素かつ安価であり、しか
も、このマルチプレクサ回路部の故障によるＡ／Ｄ変換
の誤出力が生じることもなく、信頼性が著しく向上す
る。

【００３０】そのため、部品数が少なく簡素かつ小型で
安価な構成により、信頼性の高いＡ／Ｄ変換の正常／異
常の監視検出が行える。

【００３１】つぎに、請求項２のＡ／Ｄ変換装置は、交
流入力信号が複数チャンネルの場合に、交流入力信号の
チャンネル毎に、他方の入力端子にバイアス電圧が印加
された振幅補正用の演算増幅器及びサンプルホールド回
路部を設け、各チャンネルのサンプルホールド回路部の
サンプリング出力がマルチプレクサ回路部の切換えによ
り順に入力され、各チャンネルのサンプリング出力をそ
れぞれデジタルデータにＡ／Ｄ変換するチャンネル共通
のＡ／Ｄ変換部を備え、状態監視部により、Ａ／Ｄ変換
部の少なくとも１チャンネルのデジタルデータの交流入
力信号の１周期の平均から、バイアス電圧の実測データ
を求める。

【００３２】したがって、交流入力信号が複数チャンネ
ルの場合に、各チャンネルの交流入力信号が、それぞれ
バイアス電圧を中心に振幅変化するように振幅補正され
る。

【００３３】さらに、振幅補正後の各チャンネルの交流
入力信号がサンプリングされ、チャンネル共通のＡ／Ｄ
変換部により順にデジタルデータにＡ／Ｄ変換され、こ
のとき、各チャンネルのデジタルデータの交流入力信号
１周期の平均は、Ａ／Ｄ変換の正常時、バイアス電圧を
Ａ／Ｄ変換した実測データになる。

【００３４】そして、少なくとも１チャンネルのデジタ
ルデータに基づくバイアス電圧の実測データと、予め設
定した基準データとの差から、請求項１のＡ／Ｄ変換装
置と同様にして、Ａ／Ｄ変換の正常／異常が検出され
る。

【００３５】このとき、従来のように検査電圧のサンプ
リング出力がＡ／Ｄ変換部の前段のマルチプレクサ回路
の１チャンネルを占有したりせず、その入力チャンネル
数が減少する。

【００３６】そのため、交流入力信号が複数チャンネル
の場合に、請求項１の場合と同様の信頼性の高いＡ／Ｄ
変換の正常／異常の監視検出が行える。

【００３７】つぎに、請求項３の保護継電器は、周期的
なアナログの交流入力信号としての系統電圧又は系統電
流の計測信号を振幅補正してサンプルホールド回路部に
よりサンプリングし、サンプルホールド回路部のサンプ
リング出力をＡ／Ｄ変換部に供給してデジタルデータに
Ａ／Ｄ変換し、かつ、Ａ／Ｄ変換部の出力状態から前記
Ａ／Ｄ変換の正常／異常を監視して検出するＡ／Ｄ変換
装置を備え、デジタルデータに基づく系統事故の検出に
より、電力系統のしゃ断器を引外し、Ａ／Ｄ変換の異常
検出により、系統異常の検出に基づく前記しゃ断器の引
外しを禁止する保護継電器であって、サンプルホールド
回路部の前段に設けられて正又は負の単電源で動作し、
計測信号が一方の入力端子に供給される振幅補正用の演
算増幅器と、演算増幅器の電源電圧の１／２のバイアス
電圧を演算増幅器の他方の入力端子に印加し、計測信号
を、バイアス電圧を中心に振幅変化するように補正する
直流バイアス電源と、Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータの
計測信号の１周期の平均からバイアス電圧の実測データ
を求め、実測データと前記バイアス電圧の設定された基
準データとの差が所定の誤差範囲内か否かを判別してＡ
／Ｄ変換の正常／異常を監視検出する状態監視部と、Ａ
／Ｄ変換部のデジタルデータから実測データを減算して
交流入力信号のみのデジタルデータを再生し、系統事故
を監視検出する事故監視部とを備える。

【００３８】この場合、請求項１のＡ／Ｄ変換装置を使
用し、その交流入力信号を系統電圧又は系統電流の計測
信号として、この計測信号のＡ／Ｄ変換とＡ／Ｄ変換の
正常／異常の監視検出とが行われる。

【００３９】そして、Ａ／Ｄ変換の異常検出時、事故監
視部の系統異常の検出に基づく電力系統のしゃ断器の引
外しが自動的に禁止され、Ａ／Ｄ変換の異常に基づく誤
動作が防止される。

【００４０】そのため、請求項１と同様の効果を奏する
信頼性の高いデジタル形の保護継電器を提供することが
できる。

【００４１】さらに、請求項４の保護継電器は、計測信
号のチャンネル毎に、他方の入力端子にバイアス電圧が
印加された振幅補正用の演算増幅器及びサンプルホール
ド回路部を設け、各チャンネルのサンプルホールド回路
部のサンプリング出力が切換えて順に入力され、各チャ
ンネルのサンプリング出力をそれぞれデジタルデータに
Ａ／Ｄ変換するチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部を備え、
状態監視部により、Ａ／Ｄ変換部から出力された少なく
とも１チャンネルのデジタルデータの計測信号の１周期
の平均によりバイアス電圧の実測データを求める。

【００４２】したがって、この場合は請求項２のＡ／Ｄ
変換装置を使用し、チャンネルの交流入力信号をそれぞ
れ各相の系統電圧又は系統電流の計測信号として、これ
らの計測信号のＡ／Ｄ変換及びＡ／Ｄ変換の正常／異常
の検出が行われ、複数チャンネル入力の場合に、請求項
２と同様の効果を奏する信頼性の高いデジタル形，多チ
ャンネル入力の保護継電装置を提供できる。

【００４３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態につき、図１
〜図４を参照して説明する。 （１形態）まず、本発明の実施の１形態のＡ／Ｄ変換装
置につき、図１及び図２を参照して説明する。図１は１
チャンネル入力のＡ／Ｄ変換装置を示し、入力端子２３
の図２の（ａ）に示す正弦波形の交流入力信号（例えば
電圧信号）Ｓ_I を、抵抗２４を介して振幅補正用の演算
増幅器２５の反転入力端子（−）に入力し、抵抗２４，
２６で定まる利得（増幅率）で反転増幅する。

【００４４】演算増幅器２５は図５の従来の演算増幅器
３と異なり、駆動電源端子２７の＋５Ｖの単電源で動作
し、簡素かつ小型である。

【００４５】つぎに、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の監視検
出を行うため、演算増幅器２５の非反転入力端子（＋）
は直流バイアス電源端子２８に接続され、電源端子２７
の電源電圧Ｖcc（＝＋５Ｖ）の１／２の＋２．５Ｖのバ
イアス電圧（オフセット電圧）Ｖbiasが印加される。

【００４６】そのため、演算増幅器２５は、交流入力信
号Ｓ_I の０Ｖをバイアス電圧Ｖbiasに移し、バイアス電
圧Ｖbiasを中心として０Ｖ〜＋５Ｖの範囲で変化するよ
うに、交流入力信号Ｓ_Iを振幅補正する。

【００４７】この振幅補正により、演算増幅器２５の出
力信号Ｓ_J は図２の（ｂ）に示すように、０Ｖ〜＋５Ｖ
の範囲内で振幅変化する正電圧の正弦波形の信号にな
り、交流入力信号Ｓ_Iが消失したときは、出力信号Ｓ_Jが
バイアス電圧Ｖbias（＝＋２．５Ｖ）の定電圧信号にな
る。

【００４８】つぎに、出力信号Ｓ_J を図５のサンプルホ
ールド回路部６と同様のサンプルホールド回路部２９に
供給して設定間隔でサンプルホールドし、サンプリング
出力Ｐ_IをＡ／Ｄ変換部３０に供給する。

【００４９】そして、Ａ／Ｄ変換部３０によりサンプリ
ング出力Ｐ_I を所定ビット数（例えば１０ビット）のデ
ジタルデータ（入力データ）Ｄ_I にＡ／Ｄ変換し、この
データＤ_Iを図７の処理部９と同様のＣＰＵ構成の処理
部３１に供給する。

【００５０】処理部３１はソフトウエア処理で状態監視
部を形成し、この状態監視部はデジタルデータＤ_Iにつ
き、交流入力信号Ｓ_Iの１周期分の平均を１回又は複数
回求める。

【００５１】このとき、出力信号Ｓ_Jは交流入力信号Ｓ_I
の０Ｖを、バイアス電圧Ｖbiasの＋２．５Ｖに移した正
弦波形の信号であり、交流入力信号Ｓ_I の１周期分の平
均は、Ａ／Ｄ変換の正常時、波形の対称性に基づいて打
消され、バイアス電圧Ｖbiasになる。

【００５２】そのため、デジタルデータＤ_Iの交流入力
信号Ｓ_Iの１周期の平均も、Ａ／Ｄ変換の正常時はバイ
アス電圧Ｖbiasの＋２．５Ｖのデータになる。

【００５３】一方、Ａ／Ｄ変換部３０の抵抗値の経時変
化等により、Ａ／Ｄ変換の異常が発生すると、デジタル
データＤ_Iの交流入力信号Ｓ_Iの１周期の平均が＋２．５
Ｖより大又は小に変化する。

【００５４】なお、実際には、部品の特性誤差等に基づ
き、Ａ／Ｄ変換が正常であっても、デジタルデータＤ_I
の前記の１周期の平均は、＋２．５Ｖのデータから多少
の誤差がある。

【００５５】そして、処理部３１に、デジタルデータＤ
_I の前記の１周期の平均の論理値の大きさのデータ，す
なわち＋２．５Ｖのバイアス電圧Ｖbiasの基準データＤ
_REFが予め設定され、処理部３１はデジタルデータＤ_I
の前記の１周期分の平均を実測データＤ_I・AVとし、この
実測データＤ_I・AVと基準データ（論理値データ）Ｄ_{RE F}
とを比較し、その差ΔＤが例えば基準データＤ_REF の±
５％の所定の誤差範囲内か否かを判別する。

【００５６】そして、差ΔＤが前記の誤差範囲内であれ
ば、サンプリング回路部２９からＡ／Ｄ変換部３０まで
のＡ／Ｄ変換は正常であると判別し、差ΔＤが前記の誤
差範囲外になるときに、前記のＡ／Ｄ変換の異常を検出
する。

【００５７】なお、演算増幅器２５が故障して＋５Ｖ又
は０Ｖの定出力状態になったときにも、差ΔＤが前記の
誤差範囲外になることから、本発明の場合、従来は検出
困難であったサンプリング回路部２９の前段の振幅補正
用の演算振幅器２５の故障に基づくＡ／Ｄ変換の異常も
検出される。

【００５８】また、処理部３１はソフトウエア処理のデ
ータ再生部も形成し、このデータ再生部はデジタルデー
タＤ_I から前記の平均の実測データＤ_I・AVを減算し、
正，負に変化する交流入力信号Ｓ_IのデジタルデータＤ
_I・ACを再生する。

【００５９】そして、Ａ／Ｄ変換の正常時は、処理部３
１からデジタルデータＤ_I・ACを出力し、Ａ／Ｄ変換の異
常時は、処理部３１から、デジタルデータＤ_I・AC及び異
常検出フラ 等を出力してＡ／Ｄ変換の異常を報知す
る。

【００６０】したがって、この形態のＡ／Ｄ変換装置
は、このとき、図５の従来の検査データＤｔを得るため
の検査電圧発生部１０，サンプルホールド回路部１１及
びマルチプレクサ回路部７が不要であり、部品数が少な
く簡素かつ安価で小型に形成される。

【００６１】そして、マルチプレクサ回路部７が設けら
れないため、この回路部７が故障したときの従来の問題
点が発生せず、しかも、演算増幅器２５の故障に基づく
Ａ／Ｄ変換の異常も検出することができる。

【００６２】そのため、従来より部品数が少なく簡素で
小型かつ安価な構成により、Ａ／Ｄ変換の異常を確実に
検出することができ、信頼性の高いＡ／Ｄ変換装置を提
供することができる。

【００６３】（他の形態）つぎに、本発明の実施の他の
形態の保護継電器につき、図３及び図４を参照して説明
する。図３のデジタル形の保護継電器は、複数チャンネ
ル入力のＡ／Ｄ変換装置３２を備える。

【００６４】そして、図３の３２ａ，３２ｂ，…，３２
ｍはＡ／Ｄ変換装置３２の同一構成のチャンネル入力部
であり、各チャンネル入力部３２ａ〜３２ｍにおいて
は、１対の入力端子３３ａと３３ａ′，３３ｂと３３
ｂ′，…，３３ｍと３３ｍ′を介して例えば１又は複数
個所の各相電圧（又は相電流）の信号を補助トランス３
４に入力し、図１の交流入力信号Ｓ_Iと同様の各相の計
測信号Ｓ_I′を形成し、これらの信号Ｓ_I ′を、抵抗２
４を介して＋５Ｖの単電源で動作するそれぞれの演算増
幅器２５の反転入力端子（−）に供給する。

【００６５】このとき、演算増幅器２５の非反転入力端
子（＋）に直流バイアス電源の端子２８の＋２．５Ｖの
バイアス電圧Ｖbiasが印加され、演算増幅器２５はバイ
アス電圧Ｖbiasを中心に０Ｖ〜＋５Ｖの範囲で変化する
ように、計測信号Ｓ_I ′を振幅補正する。

【００６６】この振幅補正により、演算増幅器２５の出
力信号Ｓ_J ′は、図１の出力信号Ｓ _J と同様、図４の実
線イに示すように、０Ｖ〜＋５Ｖの範囲内で振幅変化す
る正電圧の正弦波形の信号になり、計測信号Ｓ_I′が消
失すると、出力信号Ｓ_J′はバイアス電圧Ｖset （＝＋
２．５Ｖ）の定電圧信号になる。

【００６７】さらに、演算増幅器２５の出力信号Ｓ_J ′
をサンプルホールド回路部２９でサンプルホールドし、
図１のサンプリング出力Ｐ_I と同様の各チャンネルのサ
ンプリング出力Ｐ_I(a)，Ｐ_I(b)，…，Ｐ_I(m)を得る。

【００６８】このとき、サンプリング出力Ｐ_I(a)〜Ｐ
_I(m)は、それぞれ系統電源の電気角３０°毎のサンプル
ホールドにより、図４の・印に示すように、系統電源の
１周期に１２点発生する。

【００６９】そして、このサンプリング出力Ｐ_I(a)〜Ｐ
_I(m)を、図７のマルチプレクサ回路部１５に相当するマ
ルチプレクサ回路部３５を介して図１のＡ／Ｄ変換部３
０に相当するチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部３６に順次
に切換えて出力し、それぞれ所定ビット数の入力データ
Ｄ_I(a)〜Ｄ_I(b)，…，Ｄ_I(m)にＡ／Ｄ変換する。

【００７０】さらに、これらのデータＤ_I(a)〜Ｄ
_I(m)を、図１の処理部３１と同様のＣＰＵ構成の処理部
３７に供給する。

【００７１】そして、処理部３７のソフトウエア処理で
形成された状態監視部によりチャンネルのデータＤ_I(a)
〜Ｄ_I(m)につき、チャンネル毎に計測信号Ｓ_I ′の１周
期分の平均を求めてバイアス電圧Ｖbiasの実測データＤ
_I(a)・AV，Ｄ_I(b)・AV，…，Ｄ _I(m)・AV を得、その実測デ
ータＤ_I(a)・AV〜Ｄ_I(m)・AVと、設定された＋２．５Ｖの
基準データＤ_REF とを比較する。

【００７２】なお、データＤ_I(a)〜Ｄ_I(m)，Ｄ_REF が１
０ビットデータの場合、基準データＤ_REF は１０進数表
記で０〜１０２４の中間の５１２の大きさのデータであ
り、これが２．５Ｖに相当する。

【００７３】さらに、求めたこの比較により、実測デー
タＤ_I(a)・AV〜Ｄ_I(b)・AVと基準データＤ_REF との差ΔＤ
ａ，ΔＤｂ，…，ΔＤｍが、例えばデータＤ_REF の±５
％の所定の誤差範囲内か否かを判別し、全ての差ΔＤａ
〜ΔＤｍが誤差範囲内であればＡ／Ｄ変換は正常である
と判別し、いずれかのΔＤａ〜ΔＤｍが誤差範囲外にな
ると、Ａ／Ｄ変換の異常を検出し、図７の指令Ｇ₂ と同
様のハイレベルの引外し禁止指令Ｇ２を出力する。

【００７４】一方、処理部３７のソフトウエア処理で形
成された事故監視部は、各チャンネルのデータＤ_I(a)〜
Ｄ_I(m)からそれぞれのチャンネルの最新の実測データＤ
_{I(a) ・AV} 〜Ｄ_I(b)・AV を減算し、０Ｖを中心に正，負変
化する各チャンネルの計測信号Ｓ_I′のデジタルデータ
Ｄ_I(a)・AC，Ｄ_I(b)・AC，…，Ｄ_I(m)・ACを再生し、これ
らのデータＤ_I(a)・AC〜Ｄ_I(m)・ACに基づき、各相の系統
事故を監視検出し、事故検出時は図７の指令Ｇ₁ と同様
のハイレベルの引外し指令Ｇ１を出力する。

【００７５】そして、指令Ｇ１，Ｇ２がアンドゲート１
８に供給され、Ａ／Ｄ変換の正常時は、アンドゲート１
８がオンし、系統事故の検出により、補助リレー１９が
動作してその接点１９swが閉成され、引外しリレー２１
が動作してしゃ断器２２が引外され、Ａ／Ｄ変換の異常
時は、アンドゲート１８がオフし、事故検出によるしゃ
断器２２の引外しが禁止される。

【００７６】この場合、図７の従来の継電器の検査電圧
発生部１０，サンプルホールド回路１１は省かれる。

【００７７】しかも、マルチプレクサ回路部３５には、
図７の従来のマルチプレクサ回路部１５のような検査デ
ータＤｔの入力チャンネルが不要でその分入力チャンネ
ル数が少なくなる。

【００７８】そして、マルチプレクサ回路部３５の入力
チャンネル数が少なくなることから、全体の処理効率が
向上する。

【００７９】また、マルチプレクサ回路部３５が故障
し、いずれかのチャンネルのサンプリング出力Ｐ_I(a)〜
Ｐ_I(m)の出力に固定されても、Ａ／Ｄ変換部３６のＡ／
Ｄ変換の異常が発生すると、その異常を確実に検出する
ことができ、信頼性が向上する。

【００８０】さらに、演算増幅器２５が故障したときに
も、Ａ／Ｄ変換の異常として検出することができ、一層
信頼性が向上する。

【００８１】したがって、従来より簡素かつ小型で安価
な構成により、Ａ／Ｄ変換の異常に基づく誤動作を確実
に防止することができ、信頼性の高い保護継電器を提供
することができる。

【００８２】ところで、前記形態においては、信頼性の
向上等を図るため、各チャンネルの実測データＤ
_I(a)・Av〜Ｄ_I(m)・Avと基準データＤ_REF との差ΔＤａ〜
ΔＤｍに基づいてＡ／Ｄ変換の正常／異常を判別した
が、Ａ／Ｄ変換部３５についての異常検出のみを行う場
合等には、いずれか１チャンネルの実測データ，例えば
実測データＤ_I(a)・Avと基準データＤ_REFとの差ΔＤａの
みからＡ／Ｄ変換の正常／異常を判別すればよい。

【００８３】なお、請求項２の複数チャンネル入力のＡ
／Ｄ変換装置は、図３のＡ／Ｄ変換装置３２と同様に形
成される。

【００８４】また、前記両形態にあっては、演算増幅器
２５が正の単電源で動作する場合について説明したが、
演算増幅器２５が負の単電源で動作するものであっても
よく、この場合はバイアス電圧Ｖbiasが負になり、補正
後の交流入力信号，計測信号が負電圧範囲で変化する点
が前記両実施の形態と異なる。

【００８５】一方、図３の保護継電器の入力信号数（チ
ャンネル数）はどのようであってもよく、１チャンネル
入力であれば、図３のＡ／Ｄ変換装置３２の代わりに、
図１の１チャンネルのＡ／Ｄ変換装置を設けて形成すれ
ばよい。

【００８６】そして、本発明は種々の用途のＡ／Ｄ変換
装置及びデジタル形の保護継電器に適用することができ
る。

【００８７】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。まず、請求項１のＡ／Ｄ変換装置の場合は、振幅補
正用の演算増幅器２５により、交流入力信号Ｓ_I が、電
源電圧の１／２のバイアス電圧Ｖbiasを中心に振幅変化
するように振幅補正され、補正後の交流入力信号Ｓ_I の
１周期の平均振幅が、０Ｖでなく、正又は負のバイアス
電圧Ｖbiasの大きさになる。

【００８８】そして、補正後の交流入力信号Ｓ_I がサン
プルホールド回路部２９でサンプリングされてＡ／Ｄ変
換部３０でデジタルデータＤ_I にＡ／Ｄ変換されるた
め、このデジタルデータＤ_Iの交流入力信号Ｓ_Iの１周期
の平均がバイアス電圧ＶbiasをＡ／Ｄ変換した実測デー
タＤ_I・AVになる。

【００８９】そして、実測データＤ_I・AVと設定されたバ
イアス電圧Ｖbiasの基準データＤ_{RE F} との差に基づいて
Ａ／Ｄ変換の正常／異常が判別されるため、従来のよう
に、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出に必要な実測デ
ータを、交流入力信号のＡ／Ｄ変換のデータと別個に得
る必要がなく、そのための電圧発生部，サンプルホール
ド回路部等が不要であり、部品数が少なく簡素かつ小型
で安価な構成により、信頼性の高いＡ／Ｄ変換の正常／
異常の監視検出を行うことができる。

【００９０】また、請求項２のＡ／Ｄ変換装置の場合
は、交流入力信号Ｓ_I ′が複数チャンネルのときに、請
求項１の場合と同様、簡素かつ小型で安価な構成によ
り、信頼性の高いＡ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出を
行うことができる。

【００９１】つぎに、請求項３及び請求項４の保護継電
器の場合は、請求項１又は請求項２のＡ／Ｄ変換装置を
用いることにより、簡素かつ小型で安価な構成により、
Ａ／Ｄ変換の正常／異常の信頼性の高い監視を行って、
Ａ／Ｄ変換の異常時に、しゃ断器２２を誤って引外す事
態を確実に防止し、信頼性の高いデジタル形の保護継電
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態のＡ／Ｄ変換装置の結線
図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は図１の交流入力信号Ｓ_I，振
幅補正後の出力信号Ｓ_Jの波形図である。

【図３】本発明の実施の他の形態の保護継電装置の結線
図である。

【図４】図３の動作説明用の波形図である。

【図５】従来のＡ／Ｄ変換装置の結線図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は図５の交流入力信号Ｓi，振
幅補正後の出力信号Ｓjの波形図である。

【図７】従来の保護継電装置の結線図である。

【符号の説明】

２２ しゃ断器 ２５ 演算増幅器 ２８ 直流バイアス電源端子 ２９ サンプルホールド回路部 ３０，３６ Ａ／Ｄ変換部 ３１，３７ 処理部 ３５ マルチプレクサ回路部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期的なアナログの交流入力信号を振幅
   補正してサンプルホールド回路部によりサンプリング
   し、 前記サンプルホールド回路部のサンプリング出力をＡ／
   Ｄ変換部に供給してデジタルデータにＡ／Ｄ変換し、 かつ、前記Ａ／Ｄ変換部の出力状態から前記Ａ／Ｄ変換
   の正常／異常を監視して検出するＡ／Ｄ変換装置であっ
   て、 前記サンプルホールド回路部の前段に設けられて正又は
   負の単電源で動作し、前記交流入力信号が一方の入力端
   子に供給される振幅補正用の演算増幅器と、 前記演算増幅器の電源電圧の１／２のバイアス電圧を前
   記演算増幅器の他方の入力端子に印加し、前記交流入力
   信号を、前記バイアス電圧を中心に振幅変化するように
   補正する直流バイアス電源と、 前記Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータの前記交流入力信号
   の１周期の平均から前記バイアス電圧の実測データを求
   め、前記実測データと前記バイアス電圧の設定された基
   準データとの差が所定の誤差範囲内か否かを判別して前
   記Ａ／Ｄ変換の正常／異常を監視検出する状態監視部と
   を備えたことを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。
2. 【請求項２】 交流入力信号のチャンネル毎に、他方の
   入力端子にバイアス電圧が印加された振幅補正用の演算
   増幅器及びサンプルホールド回路部を設け、 各チャンネルの前記サンプルホールド回路部のサンプリ
   ング出力が切換えて順に入力され、前記各チャンネルの
   サンプリング出力をそれぞれデジタルデータにＡ／Ｄ変
   換するチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部を備え、 状態監視部により、前記Ａ／Ｄ変換部の少なくとも１チ
   ャンネルのデジタルデータの前記交流入力信号の１周期
   の平均から前記バイアス電圧の実測データを求めること
   を特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換装置。
3. 【請求項３】 周期的なアナログの交流入力信号として
   の系統電圧又は系統電流の計測信号を振幅補正してサン
   プルホールド回路部によりサンプリングし、 前記サンプルホールド回路部のサンプリング出力をＡ／
   Ｄ変換部に供給してデジタルデータにＡ／Ｄ変換し、 かつ、前記Ａ／Ｄ変換部の出力状態から前記Ａ／Ｄ変換
   の正常／異常を監視して検出するＡ／Ｄ変換装置を備
   え、 前記デジタルデータに基づく系統事故の検出により、電
   力系統のしゃ断器を引外し、 前記Ａ／Ｄ変換の異常検出により、前記系統異常の検出
   に基づく前記しゃ断器の引外しを禁止する保護継電器で
   あって、 前記サンプルホールド回路部の前段に設けられて正又は
   負の単電源で動作し、前記計測信号が一方の入力端子に
   供給される振幅補正用の演算増幅器と、 前記演算増幅器の電源電圧の１／２のバイアス電圧を前
   記演算増幅器の他方の入力端子に印加し、前記計測信号
   を、前記バイアス電圧を中心に振幅変化するように補正
   する直流バイアス電源と、 前記Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータの前記計測信号の１
   周期の平均から前記バイアス電圧の実測データを求め、
   前記実測データと前記バイアス電圧の設定された基準デ
   ータとの差が所定の誤差範囲内か否かを判別して前記Ａ
   ／Ｄ変換の正常／異常を監視検出する状態監視部と、 前記Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータから前記実測データ
   を減算して前記交流入力信号のデジタルデータを再生し
   て系統事故を監視検出する事故監視部とを備えたことを
   特徴とする保護継電器。
4. 【請求項４】 計測信号のチャンネル毎に、他方の入力
   端子にバイアス電圧が印加された振幅補正用の演算増幅
   器及びサンプルホールド回路部を設け、 各チャンネルの前記サンプルホールド回路部のサンプリ
   ング出力が切換えて順に入力され、前記各チャンネルの
   サンプリング出力をそれぞれデジタルデータにＡ／Ｄ変
   換するチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部を備え、 状態監視部により、前記Ａ／Ｄ変換部から出力された少
   なくとも１チャンネルのデジタルデータの前記計測信号
   の１周期の平均により前記バイアス電圧の実測データを
   求めることを特徴とする請求項３記載の保護継電器。