JPS6360865B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は、電力利用系統のための電力量計測装
置に関し、特に、デジタル処理を行なつた固体型
（ソリツドステート）装置に関するものである。 背景技術 電気計測の分野において使用され続けてきてい
る装置は、専ら電気機械式回転円板型の積算電力
計である。しかし、遠隔計測（計器読取り）、全
日計測及び負荷制御等の業務を行なう要請に対
し、標準の積算電力計に代わり得るものを開発す
るのにかなりの時間が費やされている。このよう
な開発による１つのものが、固体マイクロプロセ
ツサを基礎とした電力量計測装置である。 マイクロプロセツサ、プログラマブル読出し専
用メモリ（PROM）、ランダムアクセスメモリ
（RAM）等の廉価な固体回路の出現により、固
体型電力量計測装置が徐々に一般的になつてきて
いる。にも拘らず、固体回路を電力量計測装置に
応用するには、多くの解消しなければならない問
題がある。その１つの問題点は、計測装置の測定
点に入力されてくる信号が線路（線間）電圧及び
線路（線）電流であるのに対して固体回路が低い
電圧入力信号で動作するという点である。線路電
圧及び線路電流から必要な低いレベルの入力信号
を作り出すのに大きな問題がある。もう一つの問
題は、線路電流が約1/2アンペアから200アンペア
まで変化することである。更に別の問題は、マイ
クロプロセツサ等の装置がデジタル的に動作する
ものであるということである。このことは、線路
電圧及び電流又はそれらを表わす信号がデジタル
化されねばならず、それに伴つて、サンプリング
速度及びサンプル解像度の問題が出てくることを
意味している。また、マイクロプロセツサは、固
体計測装置を正しく作動させるために、命令リス
ト又はプログラムを必要とする。過度現象・雑音
又は予期しないじよう乱によりマイクロプロセツ
サがこわれてしまうことがしばしばあり、計測装
置が誤動作してしまうことがある。これら及びそ
の他の問題は、ある程度までは、市販の固体電力
量計測装置でも解決されている。 この種の計測装置の一例は、米国特許第
4077061号に開示されている。この米国特許明細
書には、所定のプログラムに従つて計測装置の動
作を制御するためのシーケンス制御器及び計算機
補助装置を備えたデジタル処理・計算用交流電力
量計測装置が示されている。そこでは、アナログ
入力回路が、計測装置によつて測定されるべき交
流電力量の電圧信号成分及び電流信号成分を受け
る。サンプルタイマ回路は、それぞれ無作為化さ
れたサンプリング間隔を開始させるサンプル間隔
タイマパルスを発生するためのシーケンス制御
器・計算機補助装置クロツクを利用している。こ
のようにして、電圧信号及び電流信号の瞬時サン
プル値が、サンプルタイマ間隔パルスに応答して
無作為化されたサンプリング時に得られる。これ
らの瞬時信号値は、アナログ―デジタル変換器に
よつて順次デジタル化される。このような生のデ
ータから、計測されるべき電力量の複数のパラメ
ータが、デジタル化された瞬時信号値に関して作
用する普通の計算プログラムサブルーチンで算出
される。これらの算出された値の各々を合計する
ことにより、計測された電力量パラメータの時間
積分値が得られる。出力読取（表示）装置によ
り、計測装置で算出された複数の電力量パラメー
タを表わす数値指示がなされる。算出されたパラ
メータを表わす複数の出力パルスデータ信号は、
遠隔計測テレメータ装置を通してデータパルスを
伝送できるパルス受信装置へ入力されるか又は記
録型受信装置で記録される。 前述した装置並びにその他のいくつかの型の電
力量計測装置は、固体技術を計測分野に適用する
場合の基本的な問題を解決しているものではある
が、特に測定精度及び信頼性の点ではまだまだ改
善すべき余地が残されているものである。従つ
て、本発明の目的は、精度及び信頼性を改善した
交流電力量計測装置を提供することにある。 発明の開示 本発明は、負荷へ分配される交流電力量の複数
の指示値を計算し得る高精度の交流電力量計測装
置である。それらの指示値としては、有効電力
（KW）、無効電力（VAR）並びにこれらの量の
時間積分値等がある。本発明は、三相配電系統に
おける電圧及び電流を表わす６つのアナログ入力
信号を発生する入力モジユールを使用している。
これらの６つのアナログ入力信号は、これら６つ
の入力信号の各々の瞬時値を表わすサンプル値を
発生するサンプルホールド回路へ入力される。３
つの相電圧の瞬時値を表わすサンプル値は、マル
チプレクサへ直接入力される。３つの相電流の瞬
時値を表わすサンプル値は、マルチプレクサへ直
接入力され且つレンジ増幅器を介してマルチプレ
クサへ入力される。レンジ増幅器は、３つの相電
流のサンプル値を増幅するのに使用される。この
増幅により、電力量計測装置の精度が大幅に改善
され、このような増幅は、本発明の重要な特徴の
１つとなつている。 ３つの相電圧及び相電流のサンプル値は、順
次、アナログ―デジタル変換器へ入力される。デ
ジタル化されたサンプルは、制御回路へ入力さ
れ、そこで、所望量が計算される。その計算結果
は、適当な可視指示値を発生する出力モジユール
へ入力される。その出力モジユールは、記録装置
又は遠隔計測装置のためのインターフエイスとし
ても作用することができる。 サンプリング間隔をタイムアウトするのにタイ
ミング回路が使用される。各サンプリング間隔の
終りで、制御回路は、サンプル・ホールド回路が
新しいサンプル値を発生するように命令する。そ
れから、制御回路は、そのタイミング回路をリセ
ツトする。制御回路がタイミング回路をリセツト
すべき適当な時間を決定するタイミング窓がタイ
ミング回路内で作られる。もし、制御回路がその
タイミング窓外でタイミング回路をリセツトしよ
うとするならば、制御回路が故障していると仮定
され、タイミング回路はその制御回路をリセツト
する。制御回路の別の故障モードは、その制御回
路がタイミング回路をリセツトするのに失敗する
ことにより又は制御回路が不適当な持続時間のリ
セツト信号を発生することにより、検知される。
どちらの場合にも、タイミング回路は、制御回路
のリセツトを行なわせる。本発明のタイミング回
路は、本電力量計測装置の信頼性を大幅に改善す
るものであり、本発明の重要な特徴の１つであ
る。 発明を実施するための最良の形態 第１図において、本発明の原理によつて構成さ
れた固体交流電力量計測装置１０が示されてい
る。第１図に示した計測装置１０は、1970年２月
28日にジヨンストン（johnston）等へ付与され本
出願人の米国特許第4077061号に示された計測装
置とその構成及び動作が類似している。従つて、
本発明の重要な特徴とは考えられない要素の回路
の詳細及び部品符号並びに計測装置１０の動作の
詳細については、上述の米国特許明細書の内容を
参照されたい。 第１図において、入力モジユール１２は、電線
７，８及び９から成る配電系統によつて負荷（図
示していない）への分配される３相交流電力量を
表わす電圧成分信号V_A、V_B及びV_C及び電流成分
信号I_A，I_B及びI_Cを発生する。電圧成分信号V_A、
V_B及びV_Cは、通常の計器用変圧器（図示してい
ない）によつて発生され、それぞれ３相電圧Ａ、
Ｂ及びＣを表わしている。同様に、電流成分信号
I_A、I_B及びI_Cは、通常の変流器（図示していない）
によつて発生され、それぞれ、３相電流Ａ、Ｂ及
びＣを表わしている。 電圧成分信号及び電流成分信号は、サンプル・
ホールド回路１４へ入力される。サンプル・ホー
ルド回路１４は、電圧及び電流成分信号の瞬時値
を表わすサンプル値を発生する。電圧成分信号
V_A、V_B及びV_Cの瞬時値を表わすサンプル値は、
それぞれ信号線１６，１７及び１８を通つてマル
チプレクサ３１へ入力される。電流成分信号I_A、
I_B及びI_Cの瞬時値を表わすサンプル値は、それぞ
れ信号線像２０，２１及び２２を通つてマルチプ
レクサ３１へ入力される。また、電流成分信号
I_A、I_B及びI_Cの瞬時値を表わすサンプル値は、信
号線２３，２４及び２５を通つてレンジ増幅器３
０へ入力される。レンジ増幅器３０は、電流成分
信号の瞬時値を表わすサンプル値を増幅する。電
流成分信号I_A、I_B及びI_Cの増幅されたサンプル値
は、それぞれ信号線２６，２７及び２８を通つて
マルチプレクサ３１へ入力される。レンジ増幅器
３０は、本発明の重要な特徴であり、第４図に関
して詳述する。 マルチプレクサ３１は、サンプル値の各々を順
次、信号線３４を介してアナログ―デジタル変換
器（Ａ／Ｄ）３３へ入力する。アナログ―デジタ
ル変換器３３は、サンプル値の各々をデジタル化
する。そして、そのデジタル化されたサンプル値
は、並列信号線３７を通つて制御回路３６へ入力
される。こうして、制御回路３６は、負荷へ分配
された３相電圧及び電流の瞬時値を表わすデジタ
ル化されたサンプル値を使用できるようになる。
この生のデータから、制御回路３６は、負荷へ与
えられる交流電力量の複数の指示値を算出する。
このような指示値としては、有効電力（KW）、
無効電力（VAR）、V²、及びこれらの値を時間
積分したものがある。制御回路３６はかなり複雑
なものであるが、本発明の重要な特徴ではない。
この制御回路３６の構成及び動作のより詳細な説
明については、前述の米国特許を参照されたい。 制御回路３６は、信号線４０を介してタイミン
グ回路３９へ入力されるリセツト間隔信号を発生
する。制御回路３６は、更に、信号線４１を介し
てタイミング回路３９へ入力される複数のパルス
からなるクロツク信号Ｃ１を発生する。タイミン
グ回路３９は、それぞれ信号線４２及び４３を通
つて制御回路３６へ入力されるサンプル信号及び
リセツト信号を発生する。タイミング回路３９
は、クロツク信号Ｃ１のパルスの累積に応答して
サンプル信号を発生する。サンプル信号は、所定
期間の終りを示している。各期間の終りで、制御
回路３６は、新しいサンプル値を発生し、信号線
４０で送られるリセツト間隔信号でタイミング回
路３９をリセツトさせる。またタイミング回路３
９は、制御回路３６の複数の故障モードを認識
し、これらの故障モードを認識することによつて
信号線４３で送られるリセツト信号で制御回路３
６をリセツトさせる。タイミング回路３９は、本
発明の重要な特徴であり、第２図及び第３図に関
して詳述する。 第１図の説明の最後として、出力モジユール４
５は、制御回路３６からの、交流電力量の計算さ
れた指示値を表わす信号を並列信号線４６を介し
て受けとる。出力モジユール４５は、デイスプレ
イ又はリレー等の複数の出力装置（図示していな
い）を駆動する。出力モジユール４５は、計測装
置１０と、レコーダ又は遠隔計測装置等の外部装
置と、のインターフエイスとしても作動する。 第２図は、タイミング回路３９の詳細を示して
いる。前述したように、タイミング回路３９は、
複数の機能を果たす。通常の動作中、タイミング
回路３９は、信号線４１から送られるクロツク信
号Ｃ１のパルスを計数する。その計数値が所定数
に達した時、タイミング回路３９は、信号線４２
におけるサンプル信号の状態を変える。そのサン
プル信号が状態を変えた後、タイミング回路３９
は、信号線４０からのリセツト間隔信号で制御回
路３６によつてリセツトされる。タイミング回路
３９がリセツトされる時、サンプル信号はその初
期状態に戻る。このようにして、タイミング回路
３９は、所定の期間を終える。 タイミング回路３９の第２の機能は、制御回路
３６がシーケンス外の命令を実行し不適切な時間
に命令を実行し始めたり、又はその他の故障とな
るとき、信号線４３からのリセツト信号で制御回
路３６をリセツトすることである。タイミング回
路３９は、制御回路３６が故障していることを指
示する制御回路３６の複数の故障モードを認識す
るように構成されている。これらの故障モードと
しては、(1)タイミング回路３９をリセツトする制
御回路３６の故障、(2)タイミング回路３９をリセ
ツトするための適当な時間中の不適当な持続時間
のリセツト間隔信号、及び(3)タイミング回路３９
をリセツトするための不適切な時間中の任意の持
続時間のリセツト間隔信号、がある。これらの事
象のうちのいずれかが起きるとき、制御回路３６
は故障しておりリセツトされねばならないものと
する。タイミング回路３９は、更に、計測装置１
０のための電源が正常状態から外れるときを検出
する。タイミング回路３９は、供給電圧が許容値
に戻されるまで、制御回路３６をリセツト状態に
保持する。後述する第２図に示したハードウエア
の説明は、前述した機能に関連している。第２図
に示した回路の詳細な動作説明は、第３図に関し
て後述する。 第２図に戻つて、ナンド（NAND）ゲート４
８は、信号線４０からのリセツト間隔信号を一対
の入力端子に受ける。ナンドゲート４８の出力端
子４９は、ナンドゲート５１の入力端子に接続さ
れている。ナンドゲート５１の別の入力端子は、
信号線４３からのリセツト信号を受ける。ナンド
ゲート５１の出力端子５２は、カウンタ５４の第
１のリセツト端子Ｒ１へ接続される。第１のリセ
ツト端子Ｒ１は、カウンタ５４の第２のリセツト
端子Ｒ２へ接続されている。クロツク入力端子
CLKは、信号線４１からクロツク信号Ｃ１を受
ける。第２のリセツト端子Ｒ２は、カウンタ５６
のリセツト端子Ｒへ接続される。カウンタ５４の
出力端子Ｑは、カウンタ５６のクロツク入力端子
CLKに接続されている。カウンタ５６の一対の
出力端子Ｑ９及びＱ１０は、ナンドゲート５８へ
接続される。ナンドゲート５８の出力端子５９
は、信号線４２へ接続されている。カウンタ５４
及び５６は、ナンドゲート５８とともに、信号線
４１から送られるクロツク信号Ｃ１のパルスに応
答してサンプル信号を発生するように作動する。
ナンドゲート４８及び５１は、カウンタ５４及び
５６の通常のリセツトを行なうように協働する。 カウンタ５６の出力端子Ｑ１１は、ノア
（NOR）ゲート６１の入力端子に接続されてい
る。ノアゲート６１の別の入力端子は、抵抗器６
２及びコンデンサ６３の直列回路を介して正電源
端子に接続されている。電力故障信号PFは、抵
抗器６２を介してノアゲート６１へ入力される。
電力故障信号PFは、計測装置１０への入力電圧
が許容限界内にあるかどうかを指示する。ノアゲ
ート６１の出力端子６４は、ナンドゲート６６の
入力端子に接続されている。ナンドゲート６６の
出力端子６７は、ダイオード７０及び抵抗器７１
の直列回路を介してナンドゲート６９の一対の入
力端子に接続されている。ダイオード７０及び抵
抗器７１の接続点は、コンデンサ７３を介して正
電源端子に接続されており、且つ、抵抗器７４を
介して接地されている。ナンドゲート６９の出力
端子７５は、信号線４３に接続されている。リセ
ツト信号は、出力端子７５から得られる。カウン
タ５６の出力端子Ｑ１１は、制御回路３６がタイ
ミング回路３９をリセツトし得ないときはいつで
も、制御回路３６のリセツトを行なうためゲート
６１，６６及び６９を介して信号を発生する。電
力故障信号PFは、ゲート６１，６６及び６９を
介して送られ、計測装置１０への電圧入力が許容
限界内にない限り、制御回路３６をリセツト状態
に保持する。 ナンドゲート７７は、信号線４０から第１の入
力端子にリセツト間隔信号を受け、信号線４３か
ら第２の入力端子にリセツト信号を受ける。ナン
ドゲートの出力端子７８は、抵抗器８１及び抵抗
器８２の直列回路を介してナンドゲート８０の一
対の入力端子に接続されている。抵抗器８１と８
２との接続点は、コンデンサ８３を介して接地さ
れている。ナンドゲート７７の出力端子７８は、
更に、ダイオード８４を介してナンドゲート８０
の一対の入力端子に接続されている。ナンドゲー
ト８０の出力端子８５は、ダイオード７０と抵抗
器７１との接続点に、ダイオード８７を介して接
続されている。ゲート７７及び８０は、制御回路
３６がタイミング回路３９をリセツトするための
適当な時間中に不適当な持続時間のリセツト間隔
信号を発生するときにはいつでも、制御回路３６
のリセツトを行なうためゲート６９を介して信号
を発生する。 そのリセツト間隔信号は、ノアゲート８９の一
対の入力端子へ入力される。ノアゲート８９の出
力端子９０は、ノアゲート９２へ入力されてい
る。リセツト間隔信号は、抵抗器９３及び９４の
直列回路を介してノアゲート９２へ入力される。
抵抗器９３と９４との接続点は、コンデンサ９５
を介して接地されている。ノアゲート９２の出力
端子９６は、ナンドゲート９８の入力端子に接続
されている。ナンドゲート９８の別の入力端子
は、抵抗器１００を介して正電源端子に接続され
ており、コンデンサ１０１を介して接地されてお
り、且つ、ダイオード９９を介してサンプル信号
を入力する。ナンドゲート９８の出力端子１０２
は、ナンドゲート６６の入力端子に接続されてい
る。サンプル信号は、ゲート９８と一緒になつ
て、制御回路３６がタイミング回路３９をリセツ
トすべき適当な時間を決定する。ゲート８９及び
９２は、制御回路３６が不適当な時間中にタイミ
ング回路３９をリセツトするときはいつでも、制
御回路３６のリセツトを行なうためゲート９８，
６６及び６９を介して送られる信号を発生するよ
うに協働する。 第２図に示したタイミング回路３９の動作の詳
細については、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示したタ
イミング図に関して説明する。ナンド及びノア論
理ゲートの動作は、表１及び２に要約されてい
る。 表 １ ナンドゲート論理状態 第１入力 第２入力 出 力 ０ ０ １ ０ １ １ １ ０ １ １ １ ０ 表 ２ ノアゲート論理状態 第１入力 第２入力 出 力 ０ ０ １ ０ １ ０ １ ０ ０ １ １ ０ 表１及び２は、入力信号に対する論理状態の、
それぞれ起り得る組合せについての出力信号の論
理状態を要約して示している。 第３Ａ図及び第３Ｂ図を参照するに、時間の関
数としてタイミング信号の論理状態がグラフで示
されている。タイミング回路３９によつて発生さ
れるタイミング信号の論理状態は、低状態すなわ
ち論理０から高状態すなわち論理１へ変化する。
時刻T₀からT₁まで、タイミング信号の通常すな
わち定常状態が示されている。曲線１０５は、ゲ
ート４８へ入力されるリセツト間隔信号を表わし
ている。ゲート４８は、インバータとして作用す
る。出力端子４９から得られる信号は、曲線１０
７によつて表わされ、曲線１０５を反転したもの
である。リセツト信号は、曲線１０９によつて表
わされる、ゲート５１へ入力される。リセツト信
号１０９は、通常論理１であり、論理０状態に変
化することによつて制御回路３６のリセツトを行
なう。ゲート５１の出力端子５２から得られる信
号は、曲線１１１によつて表わされ、曲線１０７
及び１０９の組合せとなつている。 タイミング回路３９の定常状態の説明を続ける
と、ゲート５８の出力端子から得られる信号は、
サンプル信号であり、曲線１１３によつて表わさ
れる。ゲート５８は、カウンタ５６の端子Ｑ９及
びＱ１０に応答する。出力端子Ｑ９は、2⁹すなわ
ち５１２を表わしており、一方、出力端子Ｑ１０
は、2¹⁰すなわち1024を表わしている。これらの
出力端子から得られる信号は、カウンタ５６が
1536のカウントに達するまでは、共に論理０状態
であるか、互いに異なる状態にあるかである。こ
の時間まで、サンプル信号は、曲線１１３によつ
て示されるように通常論理１状態にある。カウン
タ５６が1536のカウント値に達するとき、出力端
子Ｑ９及びＱ１０から得られる信号は共に論理１
であり、サンプル信号は、第３Ａ図において時刻
T₁で示されるように論理１状態から論理０状態
へ変化する。選定されるカウンタ５６の計数速度
及び出力端子は、所定期間の長さを決定する。サ
ンプル信号が論理０状態にある状態で、制御回路
は、新しいサンプル値を発生し、カウンタ５６が
2058のカウントに達する前に、後述する如く、タ
イミング回路３９の通常のリセツトを行なう。こ
のカウント値に達するとき、出力端子Ｑ９及びＱ
１０から得られる信号は共に論理０となり、出力
端子Ｑ１１か得られる信号は通常論理０状態から
論理１状態へ変化する。 出力端子Ｑ１１から得られる信号は、カウンタ
５４及び５６がリセツトされずカウンタ５６が連
続計数によりあふれてしまうときにだけ論理１状
態となる。出力端子Ｑ１１から得られる信号は、
ノアゲート６１へ入力される。ノアゲート６１
は、更に、通常論理０状態にある電力故障信号
PFを受ける。ノアゲート６１の出力端子６４か
ら得られる出力信号は、通常、論理１状態にあ
る。この信号は、ナンドゲート６６へ入力され
る。 ゲート８９の出力端子９０から得られる信号
は、ゲート８９がインバータとして作動するの
で、第３Ｂ図における曲線１１５によつて示され
るように通常論理１状態にある。コンデンサ９５
の両端の電圧は、曲線１１７によつて示されて
い。コンデンサ９５の両端間電圧は、通常理０状
態にあるリセツト間隔信号に対応して通常論理０
状態にある。ゲート９２の出力端子９６から得ら
れる信号は、曲線１１９によつて表わされ、曲線
１１５と曲線１１７とを組合せたものとなつてい
る。出力端子９６から得られる信号は、通常論理
０状態にある。ゲート９８は、曲線１１９によつ
て表わされる信号及び曲線１１３によつて表わさ
れるサンプル信号を受ける。ゲート９８の出力端
子１０２から得られる信号は、これらの入力信号
に応答して通常論理１状態にある。ゲート６６の
出力端子６７から得られる信号は、ゲート６６へ
の両入力が通常論理１状態にあるので、通常論理
０状態にある。リセツト信号は、ゲート６９の出
力端子７５に発生し、ゲート６６の出力端子６７
に得られる信号の論理０状態に応答して曲線１０
９に関して前述したように論理１状態にある。 ゲート７７の出力端子７８から得られる信号
は、曲線１０５によつて表わされるリセツト間隔
信号及び曲線１０９によつて表わされるリセツト
信号に応答して曲線１２１によつて表わされるよ
うに通常論理１状態にある。コンデンサ８３の両
端電圧は、出力端子７８から得られる信号の論理
１状態に応答して曲線１２３によつて表わされる
ように通常論理１状態にある。曲線１２５は、ゲ
ート８０の出力端子８５から得れる信号を表わし
ている。出力端子８５から得られる信号は、ゲー
ト８０がインバータとして作用するので、通常論
理０状態にある。これで、時刻T₀から時刻T₁ま
での第３Ａ図及び第３Ｂ図に示した定常状態の説
明を終わる。 タイミング回路３９の通常リセツトは、曲線１
１３によつて表わされるサンプル信号が時刻T₁
で論理１状態から論理０状態へ変化することで始
まる。サンプル信号が論理０状態にある間、リセ
ツト間隔信号は、第３Ａ図に示す如く、時刻T₂
から時刻T₃まで瞬間的に論理１状態にある。出
力端子４９から得られる信号は、曲線１０７で示
されるようなリセツト電圧の反転したものであ
る。出力端子４９から得られる信号とリセツト信
号との組合せにより、出力端子５２に発生する信
号は、第３Ａ図における曲線１１１によつて示さ
れるように時刻T₂からT₃まで瞬間的に論理１状
態となつている。ゲート５１の出力端子５２の信
号が論理１であるとき、カウンタ５４及び５６は
リセツトされる。カウンタ５４及び５６のリセツ
トの場合、サンプル信号は、曲線１１３で示され
るように時刻T₃で論理１状態に戻る。要するに、
カウンタ５４及び５６は、リセツト間隔信号が論
理０状態から論理１状態へ変化するときに、通
常、リセツトされる。 タイミング回路３９を、通常、リセツトする
間、曲線１１３によつて表わされるサンプル信号
は論理０状態にある。論理０信号がゲート９８に
入力される状態では、出力端子１０２から得られ
る信号は、ゲート９８の他の入力信号の状態に無
関係に論理１状態にある。従つて、通常のリセツ
ト中、ゲート８９及び９２は、タイミング回路３
９に影響を与えない。しかしながら、解析するた
め、これらのゲートから発生される信号について
説明する。第３Ｂ図における時刻T₂で、出力端
子９０に得られる信号は、曲線１１５によつて示
されるように、論理１状態から論理０状態へ変化
する。同時に、コンデンサ９５は、論理１状態に
あるリセツト間隔信号に応答して充電され始め
る。ゲート９２は、コンデンサ９５の両端間電圧
と出力端子９０から得られる信号との組合せに応
答してコンデンサ９５の値に依存して、パルス又
はスパイクを発生する。曲線１１９によつて示さ
れたこのパルスは、出力端子１０２から得られる
信号がサンプル信号によつて論理１状態に保持さ
れているので、ゲート９８，６６及び６９を介し
て送られないようにされる。このようにして、ゲ
ート８９及び９２は、通常リセツト動作中、タイ
ミング回路３９に影響を与えない。 同様に、ゲート７７及び８０も、通常リセツト
動作中、タイミング回路３９に影響を与えない。
第３Ｂ図において曲線１２１によつて示されるよ
うに、出力端子７８から得られる信号は、時刻
T₂で論理１状態から論理０状態へ変化する。出
力端子７８から得られる信号が論理０状態にある
状態で、コンデンサ８３は、曲線１２３によつて
示されるように放電し始める。コンデンサ１２３
の放電速度は、出力端子７８から得られる信号が
論理０状態に変化したとしても、ゲート８０が論
理１状態を入力し続けるようなものとなつてい
る。出力端子７８から得られる電圧は、時刻T₃
で論理１状態に戻り、コンデンサ８３が放電し得
るようになる。従つて、ゲート８０の出力端子８
５に発生する信号は、タイミング回路３９の通常
リセツト動作中ずつと不変のまゝである。 タイミング回路３９が検出する１つの故障モー
ドは、タイミング回路３９をリセツトするための
制御回路３６の故障である。制御回路３６がタイ
ミング回路３９をリセツトするのに失敗すると
き、タイミング回路３９及び制御回路３６の両方
をリセツトするのが望ましい。これは、通常の論
理０状態から論理１状態へ変化するカウンタ５６
の出力端子Ｑ１１から得られる信号によつて達成
される。この変化は、前述したようにカウンタ５
６の連続計数のために生ずる。出力端子Ｑ１１の
信号が論理１状態にある状態で、ゲート６１の出
力端子６４から得られる信号は、論理１状態から
論理０状態へ変化する。ゲート６１の出力端子６
４から得られる論理０状態がナンドゲート６６へ
入力されている状態で、出力端子６７から得られ
る信号は、ナンドゲート６６への他の入力に無関
係に通常、論理０状態から論理１状態へ変化す
る。出力端子６７から得られる信号の論理１状態
は、ゲート６９によつて反転され、リセツト信号
が通常、論理１状態から論理０状態へと変化させ
られる。サンプル信号が論理０状態の場合、制御
回路３６はリセツトされる。更に、ゲート５１の
出力端子５２から得られる信号は、ゲート５１へ
の他の入力信号の状態と無関係に論理１状態へ変
化する。出力端子５２から得られる信号が論理１
状態にある場合、カウンタがリセツトされ、Ｑ１
１信号は通常の論理０状態へ戻る。これにより、
リセツト回路３９によつて発生されるタイミング
信号のすべてがそれらの定常状態に戻される。要
するに、制御回路３６及びタイミング回路３９
は、タイミング回路３９をリセツトする制御回路
３６の故障に応答してカウンタ５６の出力端子Ｑ
１１から得られる信号によつてリセツトされる。 また、タイミング回路３９は、供給電圧が正常
範囲から外れているときを認識し、その供給電圧
がその所定限界内に戻るまで、制御回路３６をリ
セツト状態に保持する。これは、電力故障信号
PFが通常の論理０状態から論理１状態へ変化す
ることによつて行なわれる。この状態変化は、カ
ウンタ５６の出力端子Ｑ１１から得られる信号の
状態変化と同じようにしてゲート６１，６６及び
６９を介して伝えられる。リセツト信号は、電力
故障信号PFが論理１状態にある限り、論理０状
態に保持される。 タイミング回路３９が認識する制御回路３６の
別の故障モードは、不適当な時間中にタイミング
回路３９をリセツトす制御回路３６の動作であ
る。前述したように、制御回路３６がタイミング
回路３９をリセツトさせるのに適当な時間は、サ
ンプル信号及びナンドゲート９８の協働によつて
決定される。タイミング回路３９がリセツトされ
る適当な時間は、「タイミング窓」と称されるよ
うなサンプル信号が論理０状態にあるときであ
る。タイミング回路３９がリセツトされる不適当
な時間は、「タイミング窓外」と称されるような
サンプル信号が論理１状態にあるときである。第
３Ｂ図に戻つて、ゲート８９及び９２は、時刻
T₂で協働して、リセツト間隔信号の論理０状態
から論理１状態への状態変化に応答して１つのパ
ルスを発生する。このパルスは、サンプル信号が
論理０状態にあるので、通常のリセツト動作中、
ゲートを通られないようにされることは前述した
通りである。しかしながら、制御回路３６がタイ
ミング窓外でタイミング回路３９をリセツトしよ
うとするとき、サンプル信号は論理１状態にあ
る。サンプル信号が論理１状態にあるので、出力
端子９６から発生されるパルスは、ゲート９８，
６６及び６９を通るようにされ、そのリセツト信
号をそのパルスの持続期間（パルス幅）中論理０
状態となようにせしめる。リセツト信号が論理０
状態にあるるとき、制御回路３６はリセツトされ
る。パルスの持続時間後、リセツト信号は、その
通常の論理１状態に戻り、タイミング回路３９の
タイミング信号は、それらの定常状態に戻る。要
するに、ゲート８９及び９２は、制御回路３６が
タイミング窓以外でタイミング回路３９をリセツ
トしようとするとき、制御回路３６をリセツトす
る。 タイミング回路３９が認識する制御回路３６の
別の故障モードは、タイミング窓内の不適当な持
続時間のリセツトパルスである。これは、第３Ａ
図及び第３Ｂ図に示されるように、時刻T₅で始
まつている。第３Ａ図において、時刻T₅で、リ
セツト間隔信号は、通常のリセツトの場合のよう
に、論理０状態から論理１状態へ変化する。しか
しながら、リセツト間隔信号は、不適当な期間論
理１状態のまゝである。曲線１１３によつて示さ
れるサンプル信号は、ゲート８９及び９２の協働
によつて発生されパルス及びゲート９８が、通常
のリセツト動作におけるように、その回路に影響
を与えないように論理０状態にある。第３Ｂ図に
おいて、時刻T₅で、ゲート７７の出力端子７８
から得られる信号は、論理１状態から論理０状態
へ変化する。リセツト間隔信号が不適当な持続時
間中、論理１状態のまゝであるので、ゲート７８
から得られる信号は、不適当な持続時間中、論理
０状態のまゝであり、コンデンサ８３を放電させ
る。コンデンサ８３の両端電圧は、曲線１２３に
よつて表わされ、時刻T₆で、ゲー８０の出力端
子８５から得られる出力信号が通常の論理０状態
から論理１状態へ変化し得るようにするのに十分
放電されていることがわかる。このような状態変
化により、リセツト信号は状態が変化し、以て制
御回路３６がリセツトされる。制御回路３６がリ
セツトされた状態で、リセツト間隔信号は、時刻
T₆の後すぐに零に戻る。リセツト間隔信号がそ
の定常状態へ戻された状態で、出力端子７８から
得られ信号は、論理１状態へ戻り、コンデンサ８
３を充電する。時刻T₇では、コンデンサ８３は、
出力端子８５から得られ信号が定常状態に戻るよ
うに十分に充電されている。信号８５がその定常
状態へ戻ると、タイミング回路３９の他のタイミ
ング信号はそれらの定常状態へ戻る。コンデンサ
８３の値は、許容し得るリセツト間隔信号パルス
の持続時間を制限するように選定でき得る。要す
るに、ゲート７７と８０は、制御回路３６がタイ
ミング窓内の不適当な持続時間のリセツト間隔信
号パルスを発生するときはいつでも、制御回路３
６をリセツトするパルスを発生するよう協働す
る。これでタイミング回路３９の説明を終わる。 第４図において、レンジ増幅器３０の詳細な回
路が示されている。信号線１６，１７及び１８
は、それぞれ電圧成分信号V_A、V_B及びV_Cの瞬時
値を表わすサンプル値をマルチプレクサ３１へ入
力される。信号線２０は、抵抗器１３０を通して
演算増幅器１２８の非反転入力端子及びマルチプ
レクサ３１の両方に入力される電流成分信号I_Aの
瞬時値を表わすサンプル値を伝送する。その非反
転入力端子は、コンデンサ１３１を介して接地さ
れている。演算増幅器１２８の反転入力端子は、
抵抗器１３２を介して接地されている。演算増幅
器１２８の反転入力端子は、抵抗器１３４，１３
５及び１３６の直列回路に並列に接続されたコン
デンサ１３３を介してその出力端子に接続されて
いる。演算増幅器１２８の出力端子は、抵抗器１
３８を通してマルチプレクサの入力端子に接続さ
れている。その入力端子は、ダイオード１３９を
介して正電源端子に、且つダイオード１４０を介
して負電源端子に接続されている。 信号線２１は、抵抗器１４３を介して演算増幅
器１４１の非反転入力端子及びマルチプレクサ３
１の両方へ入力される電流成分信号I_Bの瞬時値を
表わすサンプル値を伝送する。その非反転入力端
子は、コンデンサ１４４を介して接地されてい
る。演算増幅器１４１の反転入力端子は、抵抗器
１４６を介して接地されている。演算増幅器１４
１の反転入力端子は、抵抗器１４８，１４９及び
１５０の直列回路と並列に接続されたコンデンサ
１４７を介してその出力端子に接続されている。
演算増幅器１４１の出力端子は、抵抗器１５２を
介してマルチプレクサの入力端子に接続されてい
る。その入力端子は、ダイオード１５３を介して
正電源端子に接続され、且つ、ダイオード１５４
を介して負電源端子に接続されている。 最後に、信号線２２は、抵抗器１５７を介して
演算増幅器１５５の非反転入力端子及びマルチプ
レクサ３１の両方に入力される電流成分信号I_Cの
瞬時値を表わすサンプル値を伝送する。その非反
転入力端子は、コンデンサ１５８を介して接地さ
れている。演算増幅器１５５の反転入力端子は、
抵抗器１６０を介して接地されている。演算増幅
器１５５の反転入力端子は、抵抗器１６２，１６
３及び１６４の直列回路路と並列に接続されたコ
ンデンサ１６１を介してその出力端子に接続され
ている。演算増幅器１５５の出力端子は、抵抗１
６６を介してマルチプレクサ３１の入力端子に接
続されている。その入力端子は、ダイオード１６
７を介して正電源端子に接続され、且つ、ダイオ
ード１６８を介して負電源端子に接続されてい
る。 演算増幅器１２８，１４１及び１５５は、それ
らと組み合わされた素子と一緒になつて、３つの
精密な増幅器を構成している。電流成分のサンプ
ル値が所定レベル以下に降下するとき、その増幅
されたサンプル値がデジタル化され、制御回路３
６へ入力される。これら精密増幅器の各々は、２
の累乗の利得を有している。これにより、制御回
路３６は、複数の電力量の計算中に電流成分I_A、
I_B及びI_Cの瞬時値を表わすサンプル信号の増幅度
を容易に補償することができる。演算増幅器１２
８によつて構成された精密増幅器の利得は、抵抗
器１３２，１３４，１３５及び１３６によつて決
定される。同様に、抵抗器１４６，１４８，１４
９及び１５０；１６０，１６２，１６３及び１６
４は、それぞれ演算増幅器１４１及び１５５によ
つて構成された精密増幅器の利得を決定する。そ
れらの抵抗器の各々は、同じ値を有しており、従
つて製造が容易となり、抵抗値を非常に厳密に整
合させることができる。ダイオード対１３９−１
４０、１５３−１５４及び１６７−１６８は、そ
れぞれ抵抗器１３８，１５２及び１６６と一緒に
なつて、過電圧保護を行ない、マルチプレクサ３
１を損傷させ得る電圧を許容値にクランプする働
きをする。 第４図に示した各要素の代表的な値は次の通り
である。

【表】 他の２つの精密増幅器の対応する各素子も前記
したのと同じ値を有している。レンジ増幅器３０
により、計測装置１０の総合精度が大幅に向上す
ることわかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理によつて構成された交流
電力量計測装置を示すブロツク線図、第２図は第
１図に示したタイミング回路の詳細を示す回路
図、第３Ａ図及び第３Ｂ図は共に定常状態、通常
リセツト状態及び制御回路の故障モードのための
リセツト状態中の第２図のタイミング回路の各信
号の論理状態を示すタイミング波形図、第４図は
第１図に示したレンジ増幅器の詳細を示す回路図
である。 １０……交流電力量計測装置、１２……入力モ
ジユール、１４……サンプルホールド回路、３０
……レンジ増幅器、３１……マルチプレクサ、３
３……アナログ―デジタル変換器、３６……制御
回路、３９……タイミング回路、４５……出力モ
ジユール。尚、図中、同一符号は、同一又は相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電力利用系統によつて分配される交流電力量
   の複数の指示値を計算するための交流電力量計測
   装置において、 入力端子及び出力端子を含む信号サンプル手段
   であつて前記入力端子は交流電力量の値を決定す
   る線路電圧及び電流を入力し前記出力端子は前記
   信号サンプル手段がサンプリング状態になつたと
   き前記線路電圧及び電流の瞬時値を表わすサンプ
   ル値を発生するものと；第１の状態及び第２の状
   態を有するサンプル信号を発生するサンプルタイ
   マ手段であつて前記第１の状態は無作為に変化す
   る間隔で生じて前記信号サンプル手段を無作為に
   生ずるサンプリング時に前記サンプリング状態に
   させるものと；前記サンプル値の各々の２進信号
   指示値を発生するアナログ―デジタル変換手段
   と；前記サンプル値の各々の前記２進信号指示値
   から前記交流電力量の複数の指示値を計算し且つ
   前記サンプルタイマ手段をリセツトするパルスか
   ら成るリセツト間隔信号を発生する制御手段と；
   前記サンプル信号が前記第２の状態にある間、前
   記リセツト間隔信号のパルスが前記サンプルタイ
   マ手段に入力されるとき前記制御手段をリセツト
   するリセツト手段と；前記交流電力量の前記複数
   の指示値を表わすデータ出力信号を発生する出力
   手段と；を備え、前記サンプルタイマ手段が前記
   リセツト手段を含んでいることを特徴とした交流
   電力量計測装置。 ２ 前記制御手段はクロツクパルス源を含み、前
   記サンプルタイマ手段は、前記クロツクパルスに
   応答するカウンタを含んでいる特許請求の範囲第
   １項記載の交流電力量計測装置。 ３ 前記制御手段が前記サンプルタイマ手段をリ
   セツトするのに失敗したとき、前記サンプルタイ
   マ手段及び制御手段の両方をリセツトするための
   手段を前記サンプルタイマ手段が含んでいる特許
   請求の範囲第１項記載の交流電力量計測装置。 ４ 前記サンプル信号が前記第１の状態にある
   間、不適当な持続時間のリセツト間隔信号の１つ
   のパルスが前記サンプルタイマ手段へ入力された
   とき前記制御手段をリセツトするための手段を前
   記サンプルタイマ手段が含んでいる特許請求の範
   囲第１項記載の交流電力量計測装置。 ５ 供給電圧が調整範囲から外れているとき前記
   制御手段をリセツトする手段を前記サンプルタイ
   マ手段が含んでいる特許請求の範囲第１項記載の
   交流電力量計測装置。