JP5197192B2 - ディジタル形保護継電器 - Google Patents

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Description

この発明は、電力系統の故障検出とその除去、故障範囲の局限化を行うために用いるディジタル形保護継電器に関するものである。
ディジタル形保護継電器(以降、単に「保護継電器」と記す)は、電力系統の故障検出とその除去、故障範囲の局限化を行うために、電力系統から入力される電圧・電流を常時監視している。そして、電力系統の故障を検出したときの故障要因の解析等に利用するために、保護継電器は、故障発生時に電力系統から入力される電圧・電流の大きさや位相を表すデータ、サンプリングした波形データ、外部機器への出力データなどを故障記録として、内蔵するメモリに保存している(例えば、特許文献1)。
ところで、保護継電器が電力系統の故障を検出して外部機器に信号を出力しても、その電力系統の故障が一過性であったり、間欠的であったりして直ぐに発見できない場合は、保護継電器自体の故障によって外部機器に信号出力されたと疑われることがある。
このような場合に保護継電器自体の正常性を確認するため、保護継電器の動作試験が行われることが多いが、電力系統の故障による保護継電器の動作によって記録されたデータが、この保護継電器の動作試験による試験データによって上書きされてしまい、電力系統の故障解析の妨げになることがある。
特に、工場など一般民需向けの保護継電器では、低コスト化のために、メモリ容量が必要最低限に抑えられていることが多く、記録用に確保できるデータ格納領域が少ないために、動作試験による試験データによって、直ぐに電力系統の故障時に記録されたデータが上書き消去されることが多い。
このような上書きを防止する方策として、従来では、ユーザの設定によって記録データの保存先を切り替える方法や、動作試験時はユーザが記録機能をロックする方法などを採用している。
特開2002−181877号公報
しかし、上記した上書き防止策は、保護継電器の主機能ではないので、設定が必要であることがユーザに浸透せず、保存先を設定せずに動作試験が実施されるケースや、ロック機能未設定の状態で動作試験が実施されるケース、動作試験後にロック機能を解除せずに運用を行い、電力系統の故障時に記録が行われないというケースがあり、改善が望まれている。
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ユーザに特別な設定を要求することなく、電力系統故障時の記録データが動作試験時の記録データによって上書きされ消去されることを防止できる構成を備えたディジタル形保護継電器を得ることを目的とする。
上述した目的を達成するために、この発明は、外部機器から収集したデータを読み出し可能に保存する記憶部を備えるディジタル形保護継電器において、前記記憶部に、運用時用保存領域と動作試験時用保存領域とを設け、前記データの収集のタイミングが、電力系統の監視を行う運用時であるか動作試験時であるかを判断し、運用時であるときは前記収集したデータを前記運用時用保存領域に格納し、動作試験時であるときは前記収集したデータを前記動作試験時用保存領域に格納する記録先判定部を設けてあることを特徴とす
る。
この発明によれば、ユーザに特別な設定を要求することなく、電力系統故障時の記録データが動作試験時の記録データによって上書きされ消去されることを防止できるという効果を奏する。
以下に図面を参照して、この発明にかかるディジタル形保護継電器の好適な実施の形態を詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるディジタル形保護継電器の要部構成を示すブロック図である。図1において、記憶部1は、予め、運用時用保存領域1aと動作試験時用保存領域1bとに分けられている。運用時用保存領域1a及び動作試験時用保存領域1bは、それぞれ保護継電器の複数動作回数分の記録データを保存できる容量を有している。この記憶部1は、不揮発性メモリであることが望ましいが、揮発性メモリでよい場合もある。
図1では、電力系統の故障検出時に外部機器に信号を出力して故障の除去と故障範囲の局限化を行うために電力系統から入力される電圧・電流を常時監視する監視部は示してないが、その監視部が監視している過程で、記録データ収集部2は、監視結果である電力系統の電圧・電流の大きさや位相を表すデータ、サンプリングした波形データ、外部機器への出力データなどを記録データとして収集し、また、必要に応じて行われる動作試験時の試験データを記録データとして収集する。
記録先判定部3は、記録データ収集部2にて記憶部1に保存する記録データの収集が行われたタイミングが、電力系統の監視を行う運用時であるか、動作試験時であるかを時刻データや入力回路からの信号に基づき判断し、運用時であるときは記録データ収集部2が収集した記録データを運用時用保存領域1aに格納し、動作試験時であるときは記録データ収集部2が収集した記録データを動作試験時用保存領域1bに格納する。
この構成によれば、保護継電器の動作時に発生した記録データが、当該保護継電器が運用中のものであるか、動作試験中のものであるかを自動的に判断し、それに応じて、保存先を切り替えるので、ユーザに特別な設定を要求せずに、系統故障時に取得された記録データが動作試験時の記録データによって上書きされ消去される事態を防止することができる。
このように、実施の形態1によれば、電力系統の故障発生後に、その故障発生の要因解析に必要なデータが、動作試験時の試験データによって消去されないように構成してあるので、動作試験が行われても電力系統の故障解析が行えなくなるような事態の発生を防止することができる。そして、保存先の決定をユーザの特別な設定無しで行えるので、設定し忘れなどの懸念もなく、動作試験時の試験データによって電力系統の故障時データが消去されてしまうのをより確実に防止することができる。
以下、実施の形態2〜5として、記録先判定部3の具体例を示す。なお、実施の形態5では、特別な例として、ユーザの指定に依存した構成例を示してある。
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2によるディジタル形保護継電器の構成を示すブロック図である。図2おいて、入力変換部10が当該保護継電器内に取り込んだ電力系統の電圧や電流は、アナログフィルタ(AF)11にてフィルタリングされ、サンプルホールド回路(S/H)12にて標本化され、マルチプレクサ(MPX)13にて編集され、A/D変換器14に入力される。
A/D変換器14がディジタル化する、電力系統の電圧・電流の大きさや位相を表すデータ、サンプリングした波形データがCPU15に内部バスを介して取り込まれる。
CPU15の内部バスには、A/D変換器14の他に、整定回路16、不揮発性メモリ17、揮発性メモリであるRAM18、ROM19、表示器20、出力回路21が接続されている。整定回路16は、運用開始時の初期値の設定や、動作試験時の試験値の設定を行うための回路である。
ここに、不揮発性メモリ17は、図1に示した記憶部1に対応し、運用時用保存領域1aと動作試験時用保存領域1bとが分けて設けられている。RAM18は、一次記憶領域として使用される。
CPU15は、ROM19に格納される制御プログラムを実行することにより、電力系統の故障検出時に外部機器に信号を出力して故障の除去と故障範囲の局限化を行うために電力系統から入力される電圧・電流を常時監視する監視部と、図1に示した記録データ収集部2および記録先判定部3を実現するようになっている。
まず、CPU15が実現する監視部の動作を簡単に説明する。CPU15は、A/D変換器14から取り込んだディジタルデータを逐一RAM18に格納し、RAM18から必要なディジタルデータを読み出し、それにディジタルフィルタ処理や実効値の計算などの演算を施し、それに基づき当該保護継電器を動作させるか否かを判定する。その結果、当該保護継電器を動作させると判定した場合、出力回路21から外部機器へ信号を出力させる。また、表示器20に必要な表示を行う。
そして、CPU15が実現する記録データ収集部2は、上記監視部の動作過程で当該保護継電器を動作させると判定した場合は、RAM18に一次記憶されている動作判定前後の、電力系統の電圧・電流の大きさや位相を表すデータ、サンプリングした波形データ、出力回路21から外部機器へ送出したデータを収集し、それらをRAM18に一次保存する。
また、CPU15が実現する記録データ収集部2は、動作試験時に整定回路16から入力された動作試験データを収集し、それをRAM18に一次保存する。
さて、CPU15が実現する保存先判定部3は、この実施の形態2では、次のようにして保存先を判定する。
すなわち、運用中に当該保護継電器が動作判定を行ったが系統故障の確認ができない場合、ユーザは、保護継電器自体に原因がないかを確認するために、保護継電器単体での動作試験を行うことがある。この動作試験時は、保護継電器を制御盤から取り出すなど、直前に保護継電器の電源を一度OFFしている可能性が高い。
保護継電器への動作用の電源入力は、保護継電器が監視する電力系統からの入力とは別に用意されていることが多く、保護継電器への動作用の電源入力と電力系統からの入力との関連性は少ないと言える。また、電力系統の故障自体の発生確率は、非常に低く、電源起動直後に電力系統の故障が発生する確率は極めて低い。
このため、電源起動から短い時間内に保護継電器が動作判定を行った場合は、動作試験によるものである確率が高く、逆に電源起動から一定時間経過後に保護継電器が動作した場合は、電力系統の故障によるものである確率が高い。
これらの特徴から、電源起動からの経過時間によって、保護継電器が運用中であるか、動作試験中であるかの判定を行うことが可能になる。
そこで、CPU15が実現するこの実施の形態2による保存先判定部3は、動作用の電源が投入されてからの経過時間を、CPU15が内蔵するハードウェアタイマや、定周期でインクリメントするカウンタなどを用いて管理し、図3に示す手順によって、保存先の判定を行うように構成してある。ここで言う「電源が投入されてからの経過時間」が、実施の形態1にて示した「時刻データ」である。
図3は、図2に示すディジタル形保護継電器での記録先判定部の動作を説明するフローチャートである。なお、手順を示す「ステップ」は、単に「ST」と略記する。
図3において、CPU15は、記録データをRAM18に収集すると(ST1)、動作用の電源起動からの経過時間をチェックし(ST2)、電源起動から一定時間を経過しているか否かを調べる(ST3)。
その結果、記録データをRAM18に収集したタイミングが電源起動から一定時間を経過している場合は(ST3:Yes)、記録データの保存先は運用時用保存領域1aであると決定し(ST4)、RAM18から読み出した記録データを、不揮発性メモリ17の選択した運用時用保存領域1aに保存する(ST6)。
また、記録データをRAM18に収集したタイミングが電源起動から一定時間を経過していない場合は(ST3:No)、記録データの保存先は動作試験時用保存領域1bであると決定し(ST4)、RAM18から読み出した記録データを、不揮発性メモリ17の選択した動作試験時用保存領域1bに保存する(ST6)。
なお、動作試験のために動作用の電源を起動した直後に、万一電力系統の故障が発生しても、その故障データは、上記のST3〜ST5〜ST6の手順で動作試験時用保存領域1bに保存されるので、故障解析に支障をきたすことはない。
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3によるディジタル形保護継電器の構成を示すブロック図である。なお、図4では、図2(実施の形態2)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態3に関わる部分を中心に説明する。
図4に示すように、この実施の形態3によるディジタル形保護継電器では、図2(実施の形態2)に示した構成において、CPU15に代えて、CPU25が設けられている。CPU25が実現する監視部および記録データ収集部2は、CPU15と同様の内容であるが、CPU25が実現する保存先判定部3の判定方法がCPU15の場合と異なる。
CPU25が実現する保存先判定部3は、この実施の形態3では、次のようにして保存先を判定する。
すなわち、保護継電器の動作試験は、動作電流・電圧や動作時間などの設定値を変更しながら行う場合が多い。これに対して、一度運用を開始すれば、動作電流・電圧や動作時間などの設定値を変更することは殆どない。また、電力系統の故障自体の発生確率は、非常に低く、設定値の変更直後に電力系統の故障が発生する確率は極めて低い。
このため、設定値の変更から短い時間内に保護継電器が動作判定を行った場合は、動作試験によるものである確率が高く、逆に設定値の変更から一定時間経過後に保護継電器が動作判定を行った場合は、電力系統の故障によるものである確率が高い。
これらの特徴から、最後に設定値を変更してからの経過時間によって、保護継電器が運用中であるか、動作試験中であるかの判定を行うことが可能になる。
そこで、CPU25が実現するこの実施の形態3による保存先判定部3は、保護継電器の動作電流・電圧や動作時間などの設定値が変更されてからの経過時間を、CPU25が内蔵するハードウェアタイマや、定周期でインクリメントするカウンタなどを用いて管理し、図5に示す手順によって、保存先の判定を行うように構成してある。ここで言う「設定値が変更されてからの経過時間」が、実施の形態1にて示した「時刻データ」である。
図5は、図4に示すディジタル形保護継電器での記録先判定部の動作を説明するフローチャートである。なお、図5では、図3に示した手順と同一ないしは同等である手順には同一の符号を付してある。
図5において、CPU25は、記録データをRAM18に収集すると(ST1)、最後の設定変更からの経過時間をチェックし(ST10)、最後の設定変更から一定時間を経過しているか否かを調べる(ST11)。
その結果、記録データをRAM18に収集したタイミングが最後の設定変更から一定時間を経過している場合は(ST11:Yes)、記録データの保存先は運用時用保存領域1aであると決定し(ST4)、RAM18から読み出した記録データを、不揮発性メモリ17の選択した運用時用保存領域1aに保存する(ST6)。
また、記録データをRAM18に収集したタイミングが最後の設定変更から一定時間を経過していない場合は(ST11:No)、記録データの保存先は動作試験時用保存領域1bであると決定し(ST4)、RAM18から読み出した記録データを、不揮発性メモリ17の選択した動作試験時用保存領域1bに保存する(ST6)。
なお、動作試験のために設定を変更した直後に、万一電力系統の故障が発生しても、その故障データは、上記のST11〜ST5〜ST6の手順で動作試験時用保存領域1bに保存されるので、故障解析に支障をきたすことはない。
実施の形態4.
図6は、この発明の実施の形態4によるディジタル形保護継電器の構成を示すブロック図である。なお、図6では、図2(実施の形態2)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態4に関わる部分を中心に説明する。
図6に示すように、この実施の形態4によるディジタル形保護継電器では、CPU15に代えて、CPU30が設けられ、また、CPU30の内部バスに入力回路31が追加されている。
CPU30が実現する監視部および記録データ収集部2は、CPU15と同様の内容であるが、CPU30が実現する保存先判定部3の判定方法がCPU15の場合と異なる。
CPU30が実現する保存先判定部3は、この実施の形態4では、次のようにして保存先を判定する。
すなわち、保護継電器は、運用中は制御盤に取り付けられた状態であるので、必ず正規のケースに挿入されている。これに対して、動作試験時では、保護継電器は制御盤から取り出した状態にあることが多い。なお、動作試験は、試験用のケースに挿入して行う場合と、そのようなケースに挿入せずに行う場合とがある。
このため、正規のケースに挿入されていない状態で保護継電器が動作した場合は、必ず動作試験によるものであり、逆に正規のケースに挿入されている状態で保護継電器が動作した場合は、電力系統の故障によるものである確率が高い。
これらの特徴から、保護継電器が正規のケースに挿入されているか否かで保護継電器が運用中か動作試験中かの判定を行うことが可能となる。
そこで、保護継電器が正規のケースに挿入されているか否か示す信号をCPU30に入力する入力回路31を追加してある。図7は、図6に示す入力回路に保護継電器が正規のケースに挿入されているかを否か示す信号を入力する構成例を説明する図である。
具体的には、例えば図7に示すように、保護継電器本体32の挿入端側外面に、2つの検出端33a,33bを設けてある。検出端33a,33bは、入力回路31に接続されている。そして、保護継電器の正規のケース34の内奥端における検出端33a,33bに対応する位置に、例えば短絡片34を取り付けてある。
この構成によれば、保護継電器本体32を正規のケース34に挿入した状態では、検出端33a,33b間が短絡片34によって短絡される。一方、保護継電器本体32を正規のケース34から抜き出した状態では、検出端33a,33b間が開放状態になる。この2値の状態を入力回路31はCPU30に入力するように構成されている。なお、短絡片34に代えて、例えば、正規のケース34に、検出端33a,33b間に電圧を印加する構成を設けてもよい。
そして、CPU30は、入力回路31からの信号に基づき、図8に示す手順によって、保存先の判定を行うように構成してある。ここで言う「入力回路31からの信号」が、実施の形態1にて示した「入力回路からの信号」である。
図8は、図6に示すディジタル形保護継電器での記録先判定部の動作を説明するフローチャートである。なお、図8では、図3に示した手順と同一ないしは同等である手順には同一の符号を付してある。動作試験は、試験用ケースに挿入して行うとしている。
図8において、CPU30は、記録データをRAM18に収集すると(ST1)、入力回路31からの信号に基づき、当該保護継電器が挿入されているケースの種類をチェックし(ST15)、当該保護継電器が正規のケースに挿入されているか否かを調べる(ST16)。
その結果、記録データをRAM18に収集したタイミングが、当該ディジタル形保護継電器が正規のケースに収納されている場合であるときは(ST16:Yes)、記録データの保存先は運用時用保存領域1aであると決定し(ST4)、RAM18から読み出した記録データを、不揮発性メモリ17の選択した運用時用保存領域1aに保存する(ST6)。
また、記録データをRAM18に収集したタイミングが、当該ディジタル形保護継電器が正規のケースに収納されていない場合であるときは(ST16:No)、記録データの保存先は動作試験時用保存領域1bであると決定し(ST4)、RAM18から読み出した記録データを、不揮発性メモリ17の選択した動作試験時用保存領域1bに保存する(ST6)。
実施の形態5.
図9は、この発明の実施の形態5によるディジタル形保護継電器の構成を示すブロック図である。なお、図9では、図2(実施の形態2)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態5に関わる部分を中心に説明する。
実施の形態2〜4では、ユーザの設定なく、保護継電器が自動的に運用中であるか動作試験中であるか判定する場合を示したが、この実施の形態5では、ユーザの設定に従って保護継電器が運用中であるか動作試験中であるかを判定する場合を示す。
すなわち、図9に示すように、この実施の形態5によるディジタル形保護継電器では、CPU15に代えて、CPU40が設けられ、また、CPU40の内部バスにモード切替スイッチ41が追加されている。
図10は、図9に示すモード切替スイッチの構成例を説明する図である。モード切替スイッチ41は、例えば図10に示すように、保護継電器本体42の操作面に取り付けられている。モード切替スイッチ41は、ユーザの手操作で、運用モードと動作試験モードとを設定できるようになっている。
そして、CPU40が実現する監視部および記録データ収集部2は、CPU15と同様の内容であるが、CPU40が実現するこの実施の形態5による記録先判定部3は、モード切替スイッチ41の設定に基づき、図11に示す手順によって、保存先の判定を行うように構成してある。
図11は、図9に示すディジタル形保護継電器での記録先判定部の動作を説明するフローチャートである。なお、図11では、図3に示した手順と同一ないしは同等である手順には同一の符号を付してある。
図11において、CPU40は、記録データをRAM18に収集すると(ST1)、モード切替スイッチ41の設定モードをチェックし(ST20)、ユーザが設定した動作モードが運用モードであるか否かを調べる(ST21)。
その結果、記録データをRAM18に収集したタイミングが、運用モード時である場合は(ST21:Yes)、記録データの保存先は運用時用保存領域1aであると決定し(ST4)、RAM18から読み出した記録データを、不揮発性メモリ17の選択した運用時用保存領域1aに保存する(ST6)。
また、記録データをRAM18に収集したタイミングが、運用モード時でない場合は(ST21:No)、記録データの保存先は動作試験時用保存領域1bであると決定し(ST4)、RAM18から読み出した記録データを、不揮発性メモリ17の選択した動作試験時用保存領域1bに保存する(ST6)。
なお、以上の動作説明から理解できるように、ユーザが動作試験を行うために、モード切替スイッチ41を動作試験モードに設定し、その後、運用を開始する際にモード切替スイッチ41を運用モードに切り替えなくとも、その運用時に生じた故障データは、動作試験時用記憶領域1bに保存されるので、故障時の解析ができなくなることはない。
この実施の形態5によれば、ユーザの手操作で、運用モードと動作試験モードとを設定できるようにしたので、動作試験を、電源OFFにしないで行いたい場合や、設定変更せずに行いたい場合、保護継電器を制御盤に取り付けた状態で行いたい場合など、ユーザの多用なニーズに柔軟に応えることができる。
この実施の形態5による保護継電器では、運用時用保存領域と動作試験時用保存領域とを分けて設ける記憶部1は、必ずしも不揮発性メモリでなくともよい場合がある。
以上のように、この発明にかかるディジタル形保護継電器は、ユーザに特別な設定を要求することなく、電力系統故障時の記録データが動作試験時の記録データによって上書きされ消去されることのないようにするディジタル形保護継電器として有用であり、特に、一般民需向けのディジタル形保護継電器として好適である。
この発明の実施の形態1によるディジタル形保護継電器の要部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態2によるディジタル形保護継電器の構成を示すブロック図である。 図2に示すディジタル形保護継電器での記録先判定部の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態3によるディジタル形保護継電器の構成を示すブロック図である。 図4に示すディジタル形保護継電器での記録先判定部の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態4によるディジタル形保護継電器の構成を示すブロック図である。 図6に示す入力回路に保護継電器が正規のケースに挿入されているか否かを示す信号を入力する構成例を説明する図である。 図6に示すディジタル形保護継電器での記録先判定部の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態5によるディジタル形保護継電器の構成を示すブロック図である。 図9に示すモード切替スイッチの構成例を説明する図である。 図9に示すディジタル形保護継電器での記録先判定部の動作を説明するフローチャートである。
符号の説明
1 記憶部
1a 運用時用保存領域
1b 動作試験時用保存領域
2 記録データ収集部
3 記録先判定部
10 入力変換部
11 アナログフィルタ(AF)
12 サンプルホールド回路(S/H)
13 マルチプレクサ(MPX)
14 A/D変換器
15,25,30,40 CPU
16 整定回路
17 不揮発性メモリ
18 RAM
19 ROM
20 表示器
21 出力回路
31 入力回路
32,42 保護継電器本体
33a,33b 検出端
34 保護継電器の正規のケース
35 短絡片
41 モード切替スイッチ

Claims (5)

  1. 外部機器から収集したデータを読み出し可能に保存する記憶部を備えるディジタル形保護継電器において、
    前記記憶部に、運用時用保存領域と動作試験時用保存領域とを設け、
    前記データの収集のタイミングが、電力系統の監視を行う運用時であるか動作試験時であるかを判断し、運用時であるときは前記収集したデータを前記運用時用保存領域に格納し、動作試験時であるときは前記収集したデータを前記動作試験時用保存領域に格納する記録先判定部、
    を設けてあることを特徴とするディジタル形保護継電器。
  2. 前記記録先判定部は、
    前記データの収集のタイミングが、電源起動時から一定時間内である場合には、必ず前記収集したデータを前記動作試験時用保存領域に格納し、電源起動時から一定時間経過後である場合には、前記運用時用保存領域に格納する
    ことを特徴とする請求項1に記載のディジタル形保護継電器。
  3. 前記記録先判定部は、
    前記データの収集のタイミングが、最後の設定変更から一定時間内である場合には、必ず前記収集したデータを前記動作試験時用保存領域に格納し、最後の設定変更から一定時間経過後である場合には、前記運用時用保存領域に格納する
    ことを特徴とする請求項1に記載のディジタル形保護継電器。
  4. 外部機器から収集したデータを読み出し可能に保存する記憶部を備えるディジタル形保護継電器において、
    前記記憶部に、運用時用保存領域と動作試験時用保存領域とを設け、
    記データの収集時に、当該ディジタル形保護継電器が正規のケースに収納されている場合には、必ず前記収集したデータを前記運用時用保存領域に格納し、当該ディジタル形保護継電器が正規のケースに収納されていない場合には、前記動作試験時用保存領域に格納する記録先判定部、
    を設けてあることを特徴とするディジタル形保護継電器。
  5. 外部機器から収集したデータを読み出し可能に保存する記憶部を備えるディジタル形保護継電器において、
    前記記憶部に、運用時用保存領域と動作試験時用保存領域とを設け、
    記データの収集時に、当該ディジタル形保護継電器への指定モードが運用モードである場合には、必ず前記収集したデータを前記運用時用保存領域に格納し、当該ディジタル形保護継電器への指定モードが動作試験モードである場合には、前記動作試験時用保存領域に格納する記録先判定部、
    を設けてあることを特徴とするディジタル形保護継電器。
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