JP3350720B2 - 保護継電器 - Google Patents

保護継電器

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JP3350720B2
JP3350720B2 JP28253793A JP28253793A JP3350720B2 JP 3350720 B2 JP3350720 B2 JP 3350720B2 JP 28253793 A JP28253793 A JP 28253793A JP 28253793 A JP28253793 A JP 28253793A JP 3350720 B2 JP3350720 B2 JP 3350720B2
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武 山田
俊彦 丹村
章護 川崎
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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、保護継電器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の保護継電器、例えば、地絡方向継
電器は、電流入力の大きさ、電圧入力の大きさおよびそ
れら相互の位相差が所定の条件になったときに、所要の
遮断器を動作させるための出力を与えるものであり、電
流入力と電圧入力との位相差の計測は、次のようにして
行われている。
【0003】すなわち、図9(A),(B)に示される
正弦波の電圧入力および電流入力を、波形整形回路で図
9(C),(D)にそれぞれ示される方形波の電圧信号
および電流信号に波形整形し、方形波の立ち上がりある
いは立ち下がり同士の時間差から位相差を計測してい
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
方形波の立ち上がりあるいは立ち下がり同士を比較して
位相差を計測する従来例の保護継電器では、例えば、図
10(A),(B)に示されるように、経年変化や素子
のばらつきによって入力信号あるいは方形波に波形整形
する際のしきい値電圧にオフセット(直流分)が重畳さ
れた場合には、同一の位相であったとしても、図10
(C),(D)のT1で示されるように、方形波の立ち
上がりがずれることになり、また、図11(A),
(B)に示されるように、入力信号が歪んだような場合
には、同一の位相であったとしても、図11(C),
(D)のT2で示されるように、方形波の立ち上がりが
ずれることになり、位相の計測に誤差を生じることにな
る。
【0005】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、入力信号の歪みやオフセット分の影響を低減
して位相計測の精度を高めることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。
【0007】すなわち、本発明は、電流入力の大きさ、
電圧入力の大きさおよびそれらの相互の位相差が所定の
条件になったときに、所要の遮断器を動作させる保護継
電器であって、前記電流入力および前記電圧入力をそれ
ぞれ方形波に波形整形する波形整形回路と、各方形波の
立ち上がりから立ち上がりまで、および、立ち下がりか
立ち下がりまでの時間を計測してそれらの平均を演算
して位相差を計測する計測手段とを備えるとともに、入
力周波数が、50Hzまたは60Hzの正常な 周波数で
あるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段で正常
な周波数である判定されたときには、その入力周波数を
サンプリング周波数として入力をサンプリングする一
方、入力周波数が正常でないと判定されたときには、正
常であると判定された前回のサンプリング周波数で入力
をサンプリングする手段とを備えている。
【0008】
【作用】上記構成によれば、方形波の位相の計測を、従
来の立ち上がりあるいは立ち下がりに代えて、実質的に
その中間点で行なうことができ、入力信号の歪みやオフ
セット分の影響を受けにくくなり、計測の精度が高まる
ことになる。
【0009】
【実施例】以下、図面によって本発明の実施例につい
て、詳細に説明する。
【0010】図1は、本発明の一実施例のブロック図で
ある。
【0011】この実施例の保護継電器1は、三相からな
る配電線路2に対して、変流器3、電圧検出用トランス
4および電源用トランス5を介して接続されている。変
流器3からの電流は、検出用トランス6、過入力保護回
路7、フィルタ回路8および増幅回路9を介してCPU
10に取り込まれる一方、波形整形回路11で方形波に
波形整形されてCPU10に取り込まれる。また、電圧
検出用トランス4からの電圧は、過入力保護回路12、
フィルタ回路13および増幅回路14を介してCPU1
0に取り込まれる一方、波形整形回路15で方形波に波
形整形されてCPU10に取り込まれる。
【0012】CPU10は、これらの入力データと整定
回路16の整定値とに基づいて、表示回路17に動作信
号を出力したり、出力回路18に対して、所要の遮断器
を動作させるための出力などを与える。なお、19は、
後述の校正値などが記憶されるメモリであり、20は各
部へ電源を供給する電源回路である。
【0013】この実施例の保護継電器1は、従来例と同
様に、電流入力と電圧入力の位相を計測するのである
が、入力信号の歪みやオフセット分の影響を受けないよ
うにして高い精度で計測できるようにするために、次の
ように構成している。
【0014】すなわち、計測手段としてのCPU10
は、波形整形回路11,15でそれぞれ波形整形された
方形波の電流信号および電圧信号の立ち上がりから立ち
下がりまでの中間点、例えば、図10〜図11の中間点
Tで位相を計測したのと実質的に同様の計測が行なえる
ように後述のように構成している。
【0015】したがって、図10〜図11に示されるよ
うに、従来例では、入力信号あるいは方形波に波形整形
する際のしきい値電圧にオフセット(直流分)が重畳さ
れた場合や入力信号が歪んだような場合には、位相の計
測に誤差を生じたけれども、本発明では、かかる誤差を
生じることがない。
【0016】この実施例では、方形波の中間点同士の時
間差を直接計測するのではなく、図2に示されるよう
に、電流信号の立ち上がりから電圧信号の立ち上がりま
での時間TAと、電流信号の立ち下がりから電圧信号の
立ち下がりまでの時間TBをそれぞれ計測するととも
に、電流信号と電圧信号との位相の進み 遅れを考慮し
てそれらの平均を演算して位相差としている。図2の場
合、時間TAと時間TBとは、いずれも、電流信号が電
圧信号よりも位相が進んでいるので、同じ符号の位相
差、例えば、正負のうちの正に対応しており、その平均
値をとると、互いが相殺されることなく、電流信号と電
圧信号との正の位相差に一致したものが求められる。ま
た、前述の図10の電流信号と電圧信号のような場合、
立ち上がりでは、電圧信号が電流信号よりも位相が進ん
でいるのに対して、立ち下がりでは、電圧信号が電流信
号よりも位相が遅れおり、したがって、電流信号の立ち
上がりから電圧信号の立ち上がりまでの時間は負の位相
差に対応し、電流信号の立ち下がりから電圧信号の立ち
下がりまでの時間は正の位相差に対応するから、電流信
号と電圧信号との位相差として、実質的に両信号の方形
波の中間点同士の時間差で位相差をみたのとほぼ等しく
なる。このようにすることにより、方形波の中間点同士
の時間差を直接計測するよりも簡単に位相差を計測でき
ることになる。なお、図2において、(A),(B)は
電流,電圧入力波形、(C),(D)は波形整形された
電流,電圧信号である。
【0017】図3は、以上の処理を示すフローチャート
である。先ず、電流電圧の入力があると(ステップn
1)、電流信号の立ち上がりから電圧信号の立ち上がり
までの時間TAを測定し(ステップn2)、電流信号の
立ち下がりから電圧信号の立ち下がりまでの時間TBを
測定し(ステップn3)、TAとTBにおける位相の進
遅れを考慮して、すなわち、正負を考慮してそれら
の平均を演算して位相差を算出して(ステップn4)戻
る。
【0018】さらに、この実施例では、計測精度の向上
を図るために、ゲインのずれを調整するための校正を、
2つのポイントで行うようにしている。
【0019】すなわち、従来では、東日本と西日本の周
波数である50Hzと60Hzとの中間の周波数55H
zの1ポイントのみで校正を行っている。
【0020】図4は、かかる従来例の校正を説明するた
めの周波数特性図であり、実線が所望の周波数特性を示
しており、破線は、素子のばらつきなどに起因する実際
に得られる周波数特性を示している。
【0021】従来例では、55Hzの周波数の校正値を
メモリに格納しており、図5のフローチャートに示され
るように、55Hzの電流電圧を入力し(ステップn
1)、メモリに格納した校正値と比較して校正を行い
(ステップn2)、校正を完了している(ステップn
3)。
【0022】したがって、実線の所望の周波数特性の場
合には、55Hzの1ポイントのみで校正しても、50
Hzのときおよび60Hzのときのいずれのゲインもほ
ぼ等 しくなって問題はないが、素子のばらつきなどに起
因する破線で示される実際の周波数特性の場合には、5
5Hzにおけるゲインは、校正値Aに比べて低いので、
50Hzおよび60Hzにおいて、その分だけゲインを
上げることになる。このため、60Hzに対しては、ゲ
インが上がりすぎることになり、60Hzで使用する西
日本では、計測精度が悪化することになる。
【0023】これに対して、この実施例では、50Hz
と60Hzの校正値B,Cを、メモリ19に格納してお
り、図6のフローチャートに示されるように、先ず、5
0Hzの電流電圧を入力し(ステップn1)、メモリ1
9に格納している50Hzの校正値Bと比較して校正し
(ステップn2)、次に、60Hzの電流電圧を入力し
(ステップn3)、メモリ19に格納している60Hz
の校正値Cと比較して校正を行い(ステップn4)、校
正を完了する(ステップn5)。
【0024】したがって、この実施例では、図4の破線
に示される周波数特性においては、50Hzにおいて
は、ゲインを上げ、60Hzでは、ゲインを下げること
になり、50Hzおよび60Hzで所望のゲインを得る
ことができる。
【0025】このように50Hzと60Hzの2つのポ
イントで校正を行うことにより、計測精度の向上を図る
ことができる。
【0026】また、この実施例では、外乱によって周波
数計測が影響を受けないようにするために、サンプリン
グ周波数を、次のようにしている。
【0027】すなわち、従来では、図7のフローチャー
トに示されるように、電流、電圧の入力があると(ステ
ップn1)、入力周波数f(X)をサンプリング周波数
g(X)とし(ステップn2)、この決定したサンプリ
ング周波数にて入力をサンプリングしている(ステップ
n3)。ここで、XはX回目のサンプリング、f(X)
はX回目のサンプリングにおける入力周波数、g(X)
はX回目のサンプリングにおけるサンプリング周波数を
それぞれ示している。
【0028】このような従来例では、周波数判定してか
ら入力周波数をサンプリングするので、立ち上がり時に
おいては、入力周波数が安定するまでに時間がかかるた
めに、サンプリングするまでに時間がかかることにな
り、また、外乱によって周波数判定を誤った場合には、
誤った周波数でサンプリングすることになる。
【0029】そこで、この実施例では、入力周波数が、
正常であるか否か、すなわち、入力周波数が、50Hz
(例えば48〜52Hz)または60Hz(例えば58〜
62Hz)であるか否かを判定し、入力周波数が安定す
るまでに時間がかかる立ち上がり時または入力周波数が
異常であると判定された時には、記憶している正常であ
ると判定された前回のサンプリング周波数を用い、入力
周波数が正常であると判定されたときに、その周波数を
サンプリング周波数とするようにしている。
【0030】ここで、前回とは、入力周波数が正常であ
るか否かの判定で正常であると判定された前回のサンプ
リング周波数、すなわち、正常であると判定された前回
の入力周波数をいう。
【0031】図8は、この実施例の動作説明に供するフ
ローチャートであり、電流、電圧の入力があると(ステ
ップn1)、立ち上がり時のサンプリング周波数g
(X)として、正常である判定されて記憶されている前
回のサンプリング周波数、すなわち、前回の正常周波数
f(X−1)を用いてサンプリングし(ステップn
2)、入力周波数が正常であるか否か、50Hzあるい
は60Hzであるか否かを判断し(ステップn3)、正
常であるときには、入力周波数f(X)をサンプリング
周波数g(x)とし(ステップn4)、決定したサンプ
リング周波数でサンプリングを行う(ステップn5)。
また、入力周波数が正常でないときには、前回の正常入
力周波数f(X−1)をサンプリング周波数g(X)と
し(ステップn6)、決定したサンプリング周波数でサ
ンプリングを行う(ステップn5)。
【0032】このように、立ち上がり時および周波数異
常時には、記憶している前回の正常なサンプリング周波
数を用いるので、従来例に比べて、立ち上がり時のサン
プリングに要する時間が短縮され、また、外乱によって
影響を受けることがない。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電圧入力
および電流入力をそれぞれ波形整形した方形波の位相の
計測を、従来の立ち上がりあるいは立ち下がりに代え
て、実質的に中間点で行うようにしたので、入力信号の
歪みやオフセット分の影響を受けにくくなり、計測の精
度が高まることになる。さらに、立ち上がり時または入
力周波数が異常である時には、前回の正常なサンプリン
グ周波数を用いるので、外乱によって周波数計測が影響
を受けることがない。
【0034】また、複数の校正値をメモリに格納して、
複数のポイントで校正を行うので、計測精度が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】図1の実施例の位相計測を説明するための波形
図である。
【図3】図1の実施例の位相計測のフローチャートであ
る。
【図4】校正を説明するための周波数特性図である。
【図5】従来例の校正のフローチャートである。
【図6】図1の実施例の校正のフローチャートである。
【図7】従来例の入力周波数サンプリングのフローチャ
ートである。
【図8】図1の実施例の入力周波数サンプリングのフロ
ーチャートである。
【図9】従来例の位相計測を説明するための波形図であ
る。
【図10】従来例および図1の実施例の位相計測を説明
するための波形図である。
【図11】従来例および図1の実施例の位相計測を説明
するための波形図である。
【符号の説明】
1 保護継電器 10 CPU 11,15 波形整形回路 19 メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 章護 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (72)発明者 内山 直隆 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−272365(JP,A) 特開 昭55−154808(JP,A) 実開 昭62−19040(JP,U) 特公 昭52−34467(JP,B1) 特公 昭63−18146(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02H 3/38 G01R 25/00 - 25/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流入力の大きさ、電圧入力の大きさお
    よびそれらの相互の位相差が所定の条件になったとき
    に、所要の遮断器を動作させる保護継電器であって、 前記電流入力および前記電圧入力をそれぞれ方形波に波
    形整形する波形整形回路と、各方形波の立ち上がりから
    立ち上がりまで、および、立ち下がりから立ち下がりま
    での時間を計測してそれらの平均を演算して位相差を計
    測する計測手段とを備えるとともに、入力周波数が、5
    0Hzまたは60Hzの正常な周波数であるか否かを判
    定する判定手段と、前記判定手段で正常な周波数である
    判定されたときには、その入力周波数をサンプリング周
    波数として入力をサンプリングする一方、入力周波数が
    正常でないと判定されたときには、正常であると判定さ
    れた前回のサンプリング周波数で入力をサンプリングす
    る手段とを備えることを特徴とする保護継電器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の保護継電器において、50Hzおよび60Hzの入力にそれぞれ対応した2種
    類の 校正値が格納されたメモリを備え、50Hzまたは
    60Hzの入力に対して、対応する前記校正値で校正を
    行うことを特徴とする保護継電器。
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