JP2677732B2 - Digital protection relay - Google Patents

Digital protection relay

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JP2677732B2
JP2677732B2 JP3344016A JP34401691A JP2677732B2 JP 2677732 B2 JP2677732 B2 JP 2677732B2 JP 3344016 A JP3344016 A JP 3344016A JP 34401691 A JP34401691 A JP 34401691A JP 2677732 B2 JP2677732 B2 JP 2677732B2
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みのり 林
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はディジタル形保護継電装
置、特に保護処理に用いる系統電気量を高精度なディジ
タルデータに変換して、保護リレー演算を行なうことの
可能なディジタル形保護継電装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital protective relay device, and more particularly to a digital protective relay device capable of converting a system electricity quantity used for protection processing into highly accurate digital data and performing a protective relay operation. Regarding the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電力系統のための保護装置にマイクロコ
ンピュータを適用する技術は良く知られている。今日、
電力系統規模の拡大に伴なって、系統の保護設備の増大
が問題となっており、この問題に対処する1つの解決法
として、多数の保護対象に関する保護が可能で、かつ装
置を小型になしうるディジタル形保護継電装置がある。
これらディジタル形保護装置の大きな特徴の1つは、ア
ナログ量である系統電気量をディジタルデータに変換し
て処理することであり、変換後のディジタルデータを用
いて保護リレー演算,処理などが行なわれる。従ってデ
ィジタルデータの変換機能は、ディジタル形保護継電装
置にとって非常に重要な機能と言える。以下ディジタル
リレーを例にとり、従来技術について説明する。
2. Description of the Related Art The technique of applying a microcomputer to a protection device for a power system is well known. today,
Along with the expansion of the power system scale, the increase in the protection equipment of the system has become a problem. As one solution to this problem, it is possible to protect a large number of protection targets and to make the device compact. There are digital protective relays available.
One of the major characteristics of these digital type protection devices is that the system electricity quantity, which is an analog quantity, is converted into digital data and processed, and the protection relay operation and processing are performed using the converted digital data. . Therefore, it can be said that the function of converting digital data is a very important function for the digital protective relay device. The conventional technique will be described below by taking a digital relay as an example.

【0003】図5に従来の演算形のディジタル形保護継
電装置の基本的構成を示す。図に示されるディジタル形
保護継電装置は、入力変換部1と、フィルタ2、とサン
プルホールド回路3と、マルチプレクサ4と、アナログ
・ディジタル変換器5と、ディジタルデータを取扱うデ
ィジタル演算処理部6とから構成される。又、ディジタ
ル演算処理部6は、RAM61,CPU62,ROM63から
なる。入力変換部1は電力系統からの電流又は電圧信号
(電力系統の状態に関するアナログ入力信号)を、ディ
ジタル保護継電装置側の適当な電圧信号に変換する入力
変換器、フィルタ2は各入力変換器1の出力から電力系
統の基本周波数成分を抽出する回路で、主に高調波成分
を除去するものである。又、サンプルホールド回路3は
サンプリング時刻における各フィルタ2からのアナログ
出力データを、その時点の値で保持するサンプルホール
ド(S/H)回路で、アナログ・ディジタル変換(以下
A/D変換と称す)する時間中にその値が変動すること
を防止するものである。
FIG. 5 shows the basic structure of a conventional arithmetic type digital protective relay device. The digital protection relay device shown in the figure comprises an input conversion section 1, a filter 2, a sample hold circuit 3, a multiplexer 4, an analog / digital converter 5, and a digital arithmetic processing section 6 for handling digital data. Composed of. The digital arithmetic processing section 6 is composed of a RAM 61, a CPU 62, and a ROM 63. The input converter 1 is an input converter that converts a current or voltage signal from the power system (an analog input signal related to the state of the power system) into an appropriate voltage signal on the digital protection relay side, and the filter 2 is each input converter. It is a circuit for extracting the fundamental frequency component of the power system from the output of No. 1 and mainly for removing the harmonic component. The sample-hold circuit 3 is a sample-hold (S / H) circuit that holds the analog output data from each filter 2 at the sampling time at the value at that time, and is analog-digital converted (hereinafter referred to as A / D conversion). It is intended to prevent the value from changing during the time.

【0004】マルチプレクサ4は複数のサンプルホール
ド回路3とA/D変換器5とを順次接続して、同時刻に
ホールドされたアナログ出力データを順次A/D変換器
5へ出力する切替回路で、このマルチプレクサ4により
単一のA/D変換器5を用いて複数入力の同時刻データ
を得ることができるようになっている。更にA/D変換
器5により変換されたディジタル信号が、ランダムアク
セスメモリ(RAM)61にサンプリング順に一旦記憶さ
れた後、CPU(演算部)62へ出力され、ROM63に記
憶されたプログラムに従って、このCPU62により保護
演算処理が実行される。
The multiplexer 4 is a switching circuit which sequentially connects a plurality of sample and hold circuits 3 and the A / D converter 5 and sequentially outputs the analog output data held at the same time to the A / D converter 5. With this multiplexer 4, a single A / D converter 5 can be used to obtain a plurality of inputs of the same time data. Further, the digital signal converted by the A / D converter 5 is temporarily stored in the random access memory (RAM) 61 in the order of sampling, and then output to the CPU (arithmetic unit) 62, in accordance with the program stored in the ROM 63. The protection calculation process is executed by the CPU 62.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述したように、ディ
ジタル形保護継電装置ではアナログ量をディジタル量に
変換する機能が重要であり、これは図5では入力変換器
1,フィルタ2,サンプリングホールド回路3,マルチ
プレクサ4,A/D変換器5から構成されるアナログ・
ディジタル変換部で実現されている。このアナログ・デ
ィジタル変換部に最も要求されるのは、忠実にアナログ
データをディジタルデータに変換することである。即
ち、高精度に誤差のないディジタルデータを得ることで
ある。しかしながら、実際にはアナログ・ディジタル変
換部で発生する量子化誤差,アナログ部固定分誤差,ア
ナログ部比例分誤差により、精度には限界があることは
周知の事実である(例えば電気協同研究第41巻第4号
「ディジタルリレー」51ページ)。このなかで、A/
D変換器5で発生する量子化誤差はディジタル形装置特
有のものであり、特に少電流域でのリレー特性誤差に与
える影響は大きい。これを解決するためには入力フルス
ケールを小さくし、1ディジット当りの分解能(量子化
ステップ)を小さくすれば良い。しかしながら、入力フ
ルスケールは系統電圧・最大故障電流で決まるものであ
り、入力フルスケールを小さくし過ぎると正確な事故検
出が不可能となる。入力フルスケールを必要な大きさに
保ち、かつ小電流域での誤差を抑えるためには、A/D
変換器5の量子化ビット数を増やす方法が考えられる。
以下これについて数量的に示す。
As described above, the function of converting an analog quantity into a digital quantity is important in the digital type protective relay device. In FIG. 5, this is the input converter 1, the filter 2, the sampling hold. An analog circuit composed of a circuit 3, a multiplexer 4, and an A / D converter 5.
It is realized by a digital conversion unit. What is most required of this analog-to-digital converter is to faithfully convert analog data into digital data. That is, it is to obtain highly accurate error-free digital data. However, it is a well-known fact that the accuracy is actually limited due to the quantization error, the analog fixed error, and the analog proportional error that occur in the analog-to-digital converter (for example, the Electric Cooperative Research No. 41). Vol. 4, "Digital Relay", page 51). Among these, A /
The quantization error generated in the D converter 5 is peculiar to the digital type device, and has a great influence on the relay characteristic error especially in the small current region. In order to solve this, the input full scale may be reduced and the resolution (quantization step) per digit may be reduced. However, the input full scale is determined by the system voltage and the maximum fault current, and if the input full scale is made too small, accurate accident detection becomes impossible. In order to keep the input full scale to the required size and to suppress the error in the small current range, A / D
A method of increasing the number of quantization bits of the converter 5 can be considered.
Hereinafter, this will be described quantitatively.

【0006】ディジタルリレーでは通常12ビットのA/
D変換器が使用され、この場合の量子化誤差は下式で表
される。 従って、量子化誤差の大きさは入力の大きさに依存せず
に発生し、入力の大きさが大きいときはその影響が小さ
いが、入力の大きさが小さくなるとその影響は相対的に
大きくなる。例えば、入力の大きさがフルスケールの1
/200 のとき量子化誤差の影響は、 となる。
In a digital relay, a 12-bit A /
A D converter is used, and the quantization error in this case is expressed by the following equation. Therefore, the size of the quantization error occurs without depending on the size of the input. When the size of the input is large, its influence is small, but when the size of the input is small, its influence is relatively large. . For example, if the input size is 1 full scale
At / 200, the effect of quantization error is Becomes

【0007】(1) ,(2) 式より明らかなように、量子化
誤差の影響を減少させるには、A/D変換器のビット数
を増やせば良く、例えば14ビトのA/D変換器を採用す
れば量子化誤差の影響は1/4となり1.25%となる。更
にビット数を増やせば論理上は量子化誤差は完全に無視
できることになる。しかしながら、前述したようにアナ
ログ部の固定分誤差、,比例分誤差が存在するために、
A/D変換器のビット数を増やしていっても、ある程度
以上になるとアナログ部の誤差が支配的になり、全体の
誤差は減少しない。以上述べたように、現実のアナログ
・ディジタル変換方法では誤差の低減には限界があり、
保護リレー特性の精度向上が困難と言える。本発明は上
記問題点を解決するためになされたものであり、入力フ
ルスケールを小さくすることなしに、量子化誤差の影響
を小さくし、精度の高いリレー演算を可能としたディジ
タル形保護継電装置を提供することを目的としている。
As is apparent from the equations (1) and (2), in order to reduce the influence of the quantization error, the number of bits of the A / D converter may be increased. For example, 14-bit A / D converter If is adopted, the influence of the quantization error becomes 1/4, which is 1.25%. If the number of bits is further increased, the quantization error can be theoretically completely ignored. However, as described above, since there is a fixed component error in the analog part and a proportional component error,
Even if the number of bits of the A / D converter is increased, if it exceeds a certain level, the error in the analog section becomes dominant and the overall error does not decrease. As mentioned above, there is a limit to the error reduction in the actual analog-digital conversion method,
It can be said that it is difficult to improve the accuracy of protection relay characteristics. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to reduce the influence of a quantization error without reducing the input full scale and to enable a highly accurate relay operation in a digital protective relay. The purpose is to provide a device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の構成を図1に示すブロック図にて説明すると、
本発明は同一の系統電気量Aを入力するフルスケールの
異なる複数の電気量入力回路10,11,…,1nと、この複
数の電気量入力回路からのディジタルデータを用いて、
保護リレー演算を行なう電気量入力回路10,11,…,1n
に対応する複数の保護リレー演算手段20,21,…,2n
と、前記保護リレー演算手段からの出力を選択し、保護
動作出力とする出力選択手段30とから構成した。
To achieve the above object, the structure of the present invention will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
The present invention uses plural electric quantity input circuits 10, 11, ..., 1n having different full scales for inputting the same system electric quantity A and digital data from the plural electric quantity input circuits.
Electricity input circuit 10, 11, ..., 1n for protection relay calculation
Protection relay computing means 20, 21, ..., 2n corresponding to
And an output selecting means 30 for selecting an output from the protection relay computing means and setting it as a protection operation output.

【作用】系統電気量Aを複数の電気量入力回路10,11,
…,1nに導入し、これら電気量入力回路を介して得られ
たディジタルデータを用いて保護リレー演算手段21,2
2,…,2nが保護リレー演算を行ない、系統電気量Aの
大きさにより、出力選択手段30が前記保護リレー演算の
結果を選択し、保護動作出力とする。
[Operation] The system electricity quantity A is input to a plurality of electricity quantity input circuits 10, 11,
..., 1n, and protection relay computing means 21, 2 using digital data obtained through these electric quantity input circuits
2, ..., 2n perform the protection relay calculation, and the output selection means 30 selects the result of the protection relay calculation according to the magnitude of the system electricity amount A, and makes it the protection operation output.

【0009】[0009]

【実施例】以下図面を参照して実施例を説明する。図2
は本発明によるディジタル形保護継電装置の一実施例の
構成図である。図2において、図5と同一部分について
は同一符号を付して説明を省略する。本発明の特徴は、
同一系統電気量Aに対して複数の電気量入力回路を設け
ている点であり、具体的には入力変換器1-1 ,フィルタ
2-1 ,S/H3-1 により構成される入力回路10と、入力
変換器1-2 ,フィルタ2-2 ,S/H3-2 により構成され
る入力回路11の2つが設けられている点である。両入力
回路により得られたアナログデータは、A/D変換器5
により各々ディジタルデータに変換されて、ディジタル
データd1,d2を得る。ディジタルデータd1,d2に基づい
て、各々保護リレー演算21,22が行なわれる。ここで2
1,22は同一の保護リレー演算である。又、入力回路10
と入力回路11の入力フルスケールは異なるようにしてお
き、入力回路10が入力回路11に対して大きいフルスケー
ルを持つようにする。レベル検出回路31は入力回路11に
より得られるディジタルデータd2を導入して、導入量の
瞬時値の大きさを検出し、これが所定値を超えた場合に
は、保護リレー演算22の出力をロックし、超えない場合
には、保護リレー演算21の出力をロックすることで、装
置の保護動作出力としては21,22いずれかの出力を選択
することになる。ここで、前記所定値とは入力回路11の
入力フルスケールより過大な入力が加えられることを検
出するためのレベル判定値である。
An embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG.
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a digital protective relay device according to the present invention. 2, the same parts as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The features of the present invention are:
The point is that a plurality of electric quantity input circuits are provided for the same electric quantity A, specifically, the input converter 1-1 and the filter.
2-1, an input circuit 10 composed of S / H3-1 and an input circuit 11 composed of an input converter 1-2, a filter 2-2 and S / H3-2 are provided. Is. The analog data obtained by both input circuits is the A / D converter 5
Are converted into digital data respectively to obtain digital data d1 and d2. Based on the digital data d1 and d2, protection relay calculations 21 and 22 are performed, respectively. Where 2
1 and 22 are the same protection relay calculation. Also, the input circuit 10
And the input full scale of the input circuit 11 are made different so that the input circuit 10 has a large full scale with respect to the input circuit 11. The level detection circuit 31 introduces the digital data d2 obtained by the input circuit 11 to detect the magnitude of the instantaneous value of the introduction amount, and when this exceeds a predetermined value, locks the output of the protection relay operation unit 22. If it does not exceed, by locking the output of the protection relay calculation 21, either 21 or 22 is selected as the protection operation output of the device. Here, the predetermined value is a level determination value for detecting that an input exceeding the input full scale of the input circuit 11 is applied.

【0010】ここで図3に示すように、系統事故発生時
などに大きい系統電気量が入力されると、ディジタルデ
ータd2は図中の点線部分が切りとられた波形になる。こ
れは入力回路22の特性が図4のようになっているためで
ある。なお、図4におて入力回路21はより大きな入力に
対しても飽和しない特性、即ち、より大きな入力フルス
ケールを持っていることを示している。以上のような構
成をとることにより、装置全体の入力フルスケールを小
さくすることなしに、量子化誤差の影響を小さくし、精
度の高いリレー演算が可能となることを従来構成と比較
しながら説明する。従来構成では、1つの系統電気量A
に対して入力回路が1つしかないことから、まず入力回
路11と同等な特性の入力回路があるとする。この場合、
比較的小さい系統電気量入力に対しては動作上の問題は
ないが、入力フルスケールを超える入力があると、前述
のようにリレー演算に用いるディジタル波形は、飽和し
た波形となる。従って、正確な入力でのリレー演算が不
可となり、結果として正しい保護動作出力が得られない
ことになる。例えば、動作出力があるべきが、出力が復
帰してしまったり、逆に、出力が復帰しているべきが動
作してしまったりすることになり、電力系統の保護を行
なう保護リレーとしては、極めて信頼性の低いものとな
る。
As shown in FIG. 3, when a large amount of system electricity is input when a system fault occurs, the digital data d2 has a waveform with the dotted line portion in the figure cut off. This is because the characteristics of the input circuit 22 are as shown in FIG. Note that FIG. 4 shows that the input circuit 21 has a characteristic that it does not saturate even with a larger input, that is, has a larger input full scale. By comparing the conventional configuration, it is possible to reduce the influence of the quantization error and to perform highly accurate relay calculation without reducing the input full scale of the entire device by adopting the above configuration. To do. In the conventional configuration, one system electricity amount A
On the other hand, since there is only one input circuit, it is assumed that there is an input circuit having the same characteristics as the input circuit 11. in this case,
Although there is no problem in operation for a relatively small system electricity input, if there is an input exceeding the input full scale, the digital waveform used for the relay calculation becomes a saturated waveform as described above. Therefore, relay calculation with an accurate input becomes impossible, and as a result, a correct protection operation output cannot be obtained. For example, there should be an operation output, but the output should be restored, or conversely, the output should have been restored, but it should be activated, which is extremely useful as a protection relay for protecting the power system. It becomes unreliable.

【0011】一方、本発明による構成では、入力回路11
の入力フルスケールを超える大きな入力が入った場合
は、保護リレー演算22の出力をロックして誤った出力を
防ぎ、同時により大きな入力フルスケールを持つ入力回
路10を介して演算を行なう保護リレー演算手段21の出力
を動作出力として採用することになる。従って、従来構
成に比べて、より大きな入力によっても誤出力の心配が
なくなる。ここで、従来構成にて大きな入力が入っても
保護動作出力が誤らない1つの方法としては、予め十分
大きな入力フルスケールの入力回路としておくことが考
えられる。1つの例としては、図4における入力回路10
のような特性である。このようにすれば、前述の入力回
路11のフルスケールを超えるような大きな入力があって
も、得られたディジタルデータは飽和せず、正しい保護
リレー演算が行なえることになる。しかしながら、この
ようにすると前述の式(1) ,式(2) から説明したよう
に、入力の小さい領域では量子化誤差の影響が顕著に現
れることになり、精度の高いリレー演算が実現できない
ことになる。一方、本発明の構成によれば、小さい入力
に対しては、入力フルスケールの小さい入力回路から得
られたディジタルデータによる保護リレー演算22により
動作出力を得ることから、精度の高いリレー演算が実現
できることになる。上記実施例によれば、入力に応じて
これに適した入力回路及び対応する保護リレー演算手段
を選択することができ、全体として広い入力フルスケー
ル及び高い精度の保護継電装置を得ることができる。以
上述べた実施例では、同一の系統電気量に対して2つの
入力回路を設けたが、3つ以上設けても同様であり、設
けた入力回路が多いほど入力フルスケールは大きく、か
つ高い精度のりリレー演算ができることになる。
On the other hand, in the configuration according to the present invention, the input circuit 11
When a large input exceeding the input full scale of is input, the output of protection relay calculation 22 is locked to prevent erroneous output, and at the same time, the calculation is performed via input circuit 10 having a larger input full scale. The output of the means 21 will be adopted as the operation output. Therefore, as compared with the conventional configuration, there is no fear of erroneous output even with a larger input. Here, as one method in which the protection operation output is not erroneous even when a large input is input in the conventional configuration, it is conceivable to make an input circuit of a sufficiently large input full scale in advance. As one example, the input circuit 10 in FIG.
It is a characteristic like. By doing so, even if there is a large input exceeding the full scale of the input circuit 11, the obtained digital data will not be saturated and correct protection relay calculation can be performed. However, in this way, as explained from Eqs. (1) and (2) above, the effect of the quantization error becomes conspicuous in the small input region, and it is not possible to realize highly accurate relay operation. become. On the other hand, according to the configuration of the present invention, for a small input, the operation output is obtained by the protection relay calculation 22 based on the digital data obtained from the input circuit having a small input full scale, so that a highly accurate relay calculation is realized. You can do it. According to the above embodiment, it is possible to select an input circuit suitable for the input and a corresponding protection relay calculation means according to the input, and it is possible to obtain a protection relay device having a wide input full scale and high accuracy as a whole. . In the embodiment described above, two input circuits are provided for the same system electricity quantity, but the same is true if three or more are provided. The more input circuits provided, the larger the input full scale and the higher accuracy. It will be possible to calculate glue relay.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば同
一の系統電気量に対し、入力フルスケールの異なる複数
の入力回路と、それに対応する保護リレー演算手段を設
け、入力値に対応して最適な保護リレー演算手段を選択
するようにしたので、装置全体としては、大きい入力フ
ルスケールでかつ高い精度の保護演算が実現でき、高精
度かつ信頼性に優れたディジタル形保護継電装置を提供
できる。
As described above, according to the present invention, a plurality of input circuits having different input full scales and protection relay calculation means corresponding to the same are provided for the same system electric quantity to correspond to the input value. By selecting the most suitable protection relay calculation means, the entire device can realize a large input full-scale and high-precision protection calculation, and a digital protection relay device with high accuracy and reliability. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるディジタルリレーの構成図。FIG. 1 is a block diagram of a digital relay according to the present invention.

【図2】ディジタルリレーの一実施例の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of a digital relay.

【図3】系統電気量をディジタルデータに変換する際の
レベル検出の一例。
FIG. 3 is an example of level detection when converting a system electricity quantity into digital data.

【図4】入力回路の特性の一例。FIG. 4 shows an example of characteristics of an input circuit.

【図5】ディジタル形保護継電装置の基本的構成図。FIG. 5 is a basic configuration diagram of a digital protective relay device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1-1 ,1-2 入力変換器 2-1 ,2-2 フィルタ 3-1 ,3-2 サンプルホールド回路 4 マルチプレクサ 5 アナログ・ディジタル変換器 6 ディジタル演算処理部 10〜1n 電気量入力回路 20〜2n 保護リレー演算手段 30 出力選択手段 1-1, 1-2 Input converter 2-1, 2-2 Filter 3-1, 3-2 Sample-and-hold circuit 4 Multiplexer 5 Analog-digital converter 6 Digital arithmetic processing unit 10-1n Electric quantity input circuit 20- 2n Protection relay calculation means 30 Output selection means

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電力系統の電気量を入力し、ディジタル
データに変換して電力系統の保護を行なうディジタル形
保護継電装置において、同一の系統電気量を入力するフ
ルスケールの異なる複数の電気量入力回路と、前記複数
の電気量入力回路を介して得られる複数のディジタルデ
ータを用いて保護リレー演算を行なう前記複数の電気量
入力回路に対応する複数の保護リレー演算手段と、前記
電気量入力回路からの電気量を入力し当該電気量の瞬時
値の大きさが所定値を越えた場合に対応する保護リレー
演算回路の出力をロックすると共に、前記電気量入力回
路に対して上位のフルスケールを有する電気量入力回路
に対応する保護リレー演算回路の出力を導出する出力選
択手段とを備えたことを特徴とするディジタル形保護継
電装置。
1. In a digital protective relay device for inputting the electric quantity of a power system and converting it into digital data to protect the power system, a plurality of different full-scale electric quantities for inputting the same system electric quantity. an input circuit, a plurality of protective relay computation means corresponding to said plurality of electrical quantities input circuit for performing a protection relay operation by using a plurality of digital data obtained through a plurality of electrical quantities input circuit, said
Input the amount of electricity from the electricity amount input circuit and instantly
Protection relay that responds when the magnitude of the value exceeds a specified value
Lock the output of the arithmetic circuit and
Electric quantity input circuit with upper full scale for road
And a output selecting means for deriving an output of a protection relay arithmetic circuit corresponding to the digital protective relay device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5597120A (en) * 1979-01-17 1980-07-24 Mitsubishi Electric Corp Digital relay
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