JPH1155844A - ディジタル保護継電装置 - Google Patents

ディジタル保護継電装置

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JPH1155844A
JPH1155844A JP9209068A JP20906897A JPH1155844A JP H1155844 A JPH1155844 A JP H1155844A JP 9209068 A JP9209068 A JP 9209068A JP 20906897 A JP20906897 A JP 20906897A JP H1155844 A JPH1155844 A JP H1155844A
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check voltage
digital
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JP9209068A
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Katsumi Matsui
勝美 松井
Mitsuyasu Kido
三安 城戸
Tomio Chiba
富雄 千葉
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チェック電圧を発生する抵抗分圧回路の初期
値偏差に起因する誤差を低減して、A/D変換器の良否
の判定精度を向上する。 【解決手段】 DC/DC変換器7の出力を抵抗分圧し
た直流電圧をチェック電圧とし、このチェック電圧をチ
ェック対象のA/D変換器5でディジタル変換し、これ
を基準電圧として不揮発メモリ14に記憶しておき、チ
ェック時に、A/D変換器5でディジタル変換したチェ
ック電圧と基準電圧と比較することにより、初期値偏差
に起因するチェック電圧の誤差を排除して、A/D変換
器の良否の判定精度を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル保護継
電装置に係り、特に電力系統の電圧、電流などの状態量
をサンプリングして、アナログ/ディジタル変換するA
/D変換器の良否を監視する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】ディジタル保護継電装置は、電力系統の
電圧信号及び電流信号を一定周期ごとに同期してサンプ
リングし、このサンプリングしたアナログ値をディジタ
ル値に変換(A/D変換)し、ディジタル変換された電
圧、電流信号に基づいて、電力系統の故障発生等を検出
し、電力系統から保護対象を切離して保護する。このよ
うなディジタル保護継電装置においては、一般に高い精
度のA/D変換が要求されることから、A/D変換器の
精度を監視することが従来から行われている。例えば、
特開平8−149681号公報に記載されたものによれ
ば、ツェナーダイオードを用いて一定電圧を生成し、こ
れをチェック電圧とし、サンプリング周期毎にチェック
電圧をA/D変換器に入力してディジタル変換し、これ
をツェナーダイオードの動作電圧に基づいて定めた基準
電圧と比較してA/D変換器の良否を監視するようにし
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、チェック電圧を抵抗分圧回路を用いて発
生する場合の問題について配慮されていない。すなわ
ち、上記の従来技術では、チェック電圧が常に一定であ
ることを前提とするものであるが、チェック電圧を抵抗
分圧回路を用いて発生しようとすると、抵抗の表示値と
実際の値との差(初期偏差)等によって所望のチェック
電圧に対して誤差を有するチェック電圧が発生されるこ
とがある。このようなチェック電圧をA/D変換器に入
力して、所望のチェック電圧に基づいて定めた基準電圧
と比較すると、初めから初期偏差などによる一定の誤差
が含まれることになる。したがって、A/D変換器の誤
差を精度よく監視しようとしても、抵抗分圧回路に発生
する初期偏差などによるチェック電圧の誤差により監視
する精度が制限されてしまうという問題がある。本発明
が解決しようとする課題は、チェック電圧を発生する抵
抗分圧回路に起因する誤差を低減し、A/D変換器良否
の判定の精度を向上することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題は、DC/DC
変換器の出力を抵抗分圧した直流電圧をチェック電圧と
し、このチェック電圧をチェック対象のA/D変換器で
ディジタル変換して基準電圧として記憶しておき、チェ
ック時に、A/D変換器でディジタル変換したチェック
電圧を基準電圧と比較して、A/D変換器の良否を判定
することにより解決できる。すなわち、メモリに記憶さ
れた基準電圧は、抵抗分圧回路の初期値偏差などの誤差
を含んでいる。この基準電圧と抵抗分圧回路の誤差が同
様に含まれているディジタル変換されたチェック電圧と
が比較されるので、抵抗分圧回路の初期値偏差による誤
差が相殺される。その結果、A/D変換器の誤差判定に
含まれるチェック電圧の初期値偏差が除かれるので、そ
の分だけA/D変換器の判定精度を向上できる。
【0005】また、チェック電圧を基準電圧として記憶
する条件として、チェック電圧が予め記憶した許容され
る電圧範囲内にある場合とすることが好ましい。これ
は、DC/DC変換器、抵抗分圧回路あるいはA/D変
換器の不良による異常なチェック電圧を基準電圧として
記憶させないようにするためである。
【0006】また、アナログ値をサンプリングする所定
の周期ごとにチェックを行うことが好ましい。これによ
り、A/D変換器の不良発生を速やかに検知し、これに
伴う保護継電器の誤動作を予防することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。図1に、本発明に係るディ
ジタル保護継電装置の入力信号処理部の一実施形態の構
成図が示されている。図示のように、入力信号処理部
は、チェック電圧生成回路1と、複数のアナログフィル
タ(AF)2と、マルチプレクサ(MPX)3と、サン
プル/ホールド回路(S/H)4と、A/D変換器5
と、演算処理手段6とを有している。
【0008】チェック電圧生成回路1は、DC/DC変
換器7と、固定抵抗8,9,10,11からなる抵抗分
圧回路とを含んで形成されている。DC/DC変換器7
は、5Vの直流電圧を入力として+15Vと−15Vの
直流電圧を生成し、必要に応じてマルチプレクサ3、サ
ンプル/ホールド回路4、A/D変換器5などのアナロ
グ回路に供給するようになっている。DC/DC変換器
7の−15Vの出力ラインと接地間に、固定抵抗8と固
定抵抗9の直列回路が接続され、固定抵抗8,9の共通
接続点から−Vのチェック電圧が出力されるようになっ
ている。同様に、DC/DC変換器7の+15Vの出力
ラインと接地間に、固定抵抗10と固定抵抗11の直列
回路が接続され、それらの共通接続点から+Vのチェッ
ク電圧が出力されるようになっている。
【0009】各アナログフィルタ2は、それぞれ交流入
力信号IN1〜INnを入力し、それらの信号に含まれる
高調波成分を除去してマルチプレクサ3に出力してい
る。マルチプレクサ3は、入力される複数の交流入力信
号IN1〜INnと、チェック電圧±Vの一つを順次選択
してサンプル/ホールド回路4へ出力する。サンプル/
ホールド回路4は、マルチプレクサ3で選択された信号
の電圧を所定のサンプリング周期に同期してサンプリン
グし、一定時間ホールドする。A/D変換器5は、サン
プル/ホールド回路4にホールドされている電圧信号を
ディジタル変換して出力するようになっている。
【0010】演算処理手段6は、ディジタルフィルタ
(DF)12と、比較手段13と、不揮発性メモリ14
とを含んで形成されている。ディジタルフィルタ12
は、A/D変換器5の出力信号に含まれる高周波成分を
除去する低域通過形ディジタルフィルタであり、例え
ば、ディジタルシグナルプロセッサ(DSP)等を用い
た高速演算処理により実現される。不揮発性メモリ14
は、ディジタルフィルタ12から出力されるディジタル
変換されたチェック電圧を基準電圧として格納するもの
であり、例えば、EEPROMが用いられる。比較手段
13は、チェック時に、A/D変換器5でディジタル変
換されたチェック電圧を取り込み、不揮発性メモリ14
に書き込まれている基準電圧とを比較して、A/D変換
器5の良否を判定するようになっている。
【0011】このように構成される実施の形態の動作を
次に説明する。アナログ信号の交流入力信号IN1〜I
nは、アナログフィルタ2によって高調波成分が除去
された後、マルチプレクサ3で順次選択され、サンプル
ホールド回路4を介してA/D変換器5に入力される。
A/D変換器5に入力された交流入力信号IN1〜INn
はディジタル信号に変換され、演算処理手段6を介して
図示していない保護継電演算を行う手段に供給される。
保護継電演算を行う手段は、ディジタル変換された交流
入力信号IN1〜INnに基づいて電力系統の故障発生等
を検出し、必要な制御及び保護を行うものであるから、
ディジタル変換された交流入力信号IN1〜INnには一
定の精度が要求される。例えば、A/D変換器5に動作
不良などの不良が発生して、ディジタル変換された交流
入力信号IN1〜INnに誤差が含まれると、これに基づ
いて行う保護継電演算手段の誤動作につながる。そこ
で、図1の実施の形態では、チェック電圧をA/D変換
器5に入力し、デジタル変換されたチェック電圧を確認
することにより、A/D変換器5の良否を判定するよう
にしている。
【0012】以下、本発明の特徴であるA/D変換器の
良否の判定に関する動作を説明する。チェック電圧±V
は、DC/DC変換器7の出力直流電圧±15Vを用い
て抵抗分圧回路により生成される。DC/DC変換器7
の出力直流電圧は、入力電圧が±10%変動しても安定
しているが、抵抗分圧回路の固定抵抗8,9,10,1
1の抵抗値には、表示値と実際値との間に±1%程度の
初期値偏差があることが知られている。この初期値偏差
は、そのままチェック電圧の精度に影響を与え、ひいて
はA/D変換器5の良否判定の精度に影響を及ぼすこと
になる。なお、抵抗分圧回路の温度変化や、DC/DC
変換器7の電圧変動もチェック電圧の精度に影響を与え
るが、上述した初期値偏差に比べると、無視し得る程度
である。
【0013】そこで、図1の実施の形態では、抵抗分圧
回路の初期値偏差に起因するチェック電圧の誤差を取り
除くようにしている。すなわち、予め調整時に、抵抗分
圧回路により生成されたチェック電圧をA/D変換器5
によってディジタル変換し、そのディジタル変換したチ
ェック電圧を基準電圧として不揮発性メモリ14に記憶
する。そして、A/D変換器5の良否を判定する運用時
には、抵抗分圧回路により生成されたチェック電圧をA
/D変換器5に入力してディジタル変換し、これと不揮
発性メモリ14に記憶されている基準電圧とを比較し
て、A/D変換器5の良否を判定するようにしている。
【0014】図2に、調整時の動作手順のフローチャー
トを示す。調整時とは、必要に応じてディジタル保護継
電装置の運用者が任意に決めることができ、例えば、本
実施形態のディジタル保護継電装置の運用を開始する時
などである。同図に示すように、まず、マルチプレクサ
3とサンプルホールド回路4を介して、チェック電圧+
Vとチェック電圧−VをA/D変換器5に順次取り込む
(ブロック2a)。そして、A/D変換器5によりディ
ジタル変換されたチェック電圧+V、−Vを、それぞれ
ディジタルフィルタ12でフィルタ演算処理してノイズ
成分などを除去する(ブロック2b)。次いで、フィル
タ演算処理されたチェック電圧を予め不揮発性メモリ1
4などに設定されている許容範囲±ε内か否かを判定す
る(ブロック2c)。この許容範囲±εは、ディジタル
変換されたチェック電圧+V、−Vを基準電圧として設
定するのにふさわしいか否かを判定するために設定する
ものである。つまり、許容範囲±εを外れる場合は、D
C/DC変換器7、固定抵抗8,9,10,11あるい
はA/D変換器5に、何らかの不良があるとして基準電
圧の設定をしないで、調整時の処理を終了する(ブロッ
ク2c)。この場合、外部に異常を知らせるようにして
もよい。一方、チェック電圧+V、−Vが許容範囲±ε
内のときは、それらのチェック電圧を不揮発性メモリ1
4に基準電圧(+)、(−)として記憶する(ブロック
2d)。記憶された基準電圧(+)、(−)は、不揮発
性メモリ14の電源が断たれた場合でも内容を保持し続
けるので、書き替えないかぎり、この基準電圧は使用環
境や経年変化により変化することがない。
【0015】図3に、通常の運用時における演算処理手
段6の動作のフローチャートを示す。ここで、運用時と
は、ディジタル保護継電装置が運用されている通常状態
をいう。同図に示すように、まず、イニシャル処理を行
う(ブロック3a)。次いで、A/D変換器の良否判定
を行う割り込み信号を待つ(ブロック3b)。この割り
込み信号は、マルチプレクサ3がチェック電圧+V、−
Vをサンプリングし、かつA/D変換器5によるデジタ
ル変換が終了したタイミングに出力される。この割り込
み信号があったとき、ディジタル変換されたチェック電
圧+V、−Vを取り込み(ブロック3c)、ディジタル
フィルタ12でフィルタ処理を実行する(ブロック3
d)。このディジタルフィルタ処理されたチェック電圧
は、比較手段13に入力され、ここで、不揮発性メモリ
14に記憶されている基準電圧(+)、(−)とそれぞ
れ比較され、チェック電圧と基準電圧との差が許容範囲
(図示例では、基準電圧の±1.5%以内)であるか否
かを判断する(ブロック3e)。この判断において、チ
ェック電圧が許容範囲を満たしているときは、A/D精
度チェックフラグをクリアし(ブロック3f)、そのフ
ラグの内容を出力して(ブロック3g)ブロック3bに
戻り、次の割り込み信号を待つ。一方、ブロック3eの
判断において、チェック電圧が許容範囲を超えていると
きは、ブロック3hに進み、チェック電圧が許容範囲を
超えている継続時間を計時するとともに、その継続時間
が設定時間(図示例では10秒)以上であるか否かを判
定する。この判定で、設定時間未満であれば、ブロック
3f、3gに進んで上述のように処理する。一方、チェ
ック電圧が許容範囲を超えている継続時間が設定時間以
上の場合は、A/D精度チェックフラグをセットした後
(ブロック3i)、そのフラグの内容を出力して(ブロ
ック3g)ブロック3bに戻って割り込み信号待ちの状
態になる。A/D精度チェックフラグがセットされた状
態が保護継電演算手段へ送信された場合には、A/D変
換器5が不良又は異常ありと判断し、ディジタル保護継
電装置は、電力系統から保護対象を切離して保護し、機
能を停止する。
【0016】図4に、図3のブロック3eの処理を行う
比較手段13の機能ブロック図を示す。図において、ブ
ロック4aは、チェック電圧+Vと、調整時に予め不揮
発性メモリ14に記憶してある基準電圧(+)とを比較
し、チェック電圧と基準電圧との差が許容範囲(図示例
では、基準電圧の±1.5%以内)であるか否かを判断
する。同様に、ブロック4bは、チェック電圧−Vと、
調整時に予め不揮発性メモリ14に記憶してある基準電
圧(−)とを比較し、チェック電圧と基準電圧との差が
許容範囲(図示例では、基準電圧の±1.5%以内)で
あるか否かを判断する。チェック電圧が許容範囲内であ
れば、ブロック4a、4bから「1」が出力され、許容
範囲を超えていれば「0」が出力される。これらの出力
は、ORゲート4cに入力され、それらの論理和がチェ
ック結果として出力される。
【0017】以上説明したように、不揮発性メモリ14
に記憶される基準電圧には、抵抗分圧回路の初期値偏差
に起因する誤差を含んでいるが、運用時にA/D変換器
5に入力されるチェック電圧にもその初期誤差が含まれ
ているので、それらを比較することにより、初期値偏差
に起因する誤差が相殺される。その結果、A/D変換器
5の良否判定をチェック電圧の初期値偏差を除いて行え
るので、その分だけA/D変換器5の良否の判定精度を
向上できる。
【0018】また、図2のブロック2cの処理により、
初期故障などによる異常な基準電圧の設定を排除するこ
とができる。また、複数の交流入力信号のサンプリング
が一巡する周期ごとに、A/D変換器5の良否の判定を
しているので、A/D変換器5の不良発生を速やかに検
知し、これに伴う保護継電装置の誤動作を予防すること
ができる。
【0019】図5に、図1の入力信号処理部を適用した
ディジタル保護継電装置の全体構成図を示す。図5にお
いて、図1実施の形態と同一の機能を有する部品には、
同一の符号を付して説明を省略する。なお、図5のA/
D変換器45には、図1のサンプルホールド回路4が内
蔵されている。図示のように、入力処理ユニット100
は、チェック電圧生成回路1と、マルチプレクサ3と、
サンプルホールド回路内蔵のA/D変換器45と、ディ
ジタルシグナルプロセッサ(DSP)5aと、リードオ
ンリメモリ(ROM)5bと、デュアルポートメモリ
(DPRAM)5cと、データバス5dと、デュアルポ
ートメモリ(DPRAM)5eとを含んで形成される。
主制御ユニット200は、CPU5gと、リードオンリ
メモリ(ROM)5hと、電気的に読み書き可能な不揮
発性メモリであるEEPROM5iと、データバス5j
と、インターフェース(I/F)5kとを含んで形成さ
れる。CPU5gは、リードオンリメモリ5hに予め記
憶されているプログラムに従い動作するようになってい
る。リードオンリメモリ5hと、EEPROM5iとC
PU5gは、データバス5jを介して接続されている。
また、データバス5jはインターフェース5kとシステ
ムバス5fを介して入力処理ユニット100に接続され
ており、主制御ユニット200から入力処理ユニット1
00を制御するようになっている。そして、図1の演算
処理手段6は、DSP5aの機能によって実現され、D
SP5aで実行されるプログラムはROM5bに記憶さ
れ、図1の不揮発メモリ14はEEPROM5iに割り
当てられている。
【0020】このように構成される第2の実施の形態の
動作を、図1の実施形態の動作と対比して説明する。チ
ェック電圧+V、−VがA/D変換器45でディジタル
変換されるまでの動作は、第1の実施形態と同様であ
る。このディジタル変換されたチェック電圧+V、−V
は、DPRAM5cとデータバス5dを介してDSP5
aに取り込まれ、ここにおいてディジタルフィルタの演
算処理がなされる。このフィルタ処理されたチェック電
圧は、第1の実施形態と同様に、調整時に基準電圧
(+)、(−)としてEEPROM5iに記憶され、運
用時にはEEPROM5iに記憶された基準電圧
(+)、(−)が読み出されて、チェック電圧+V、−
Vとそれぞれ比較され、図3に示したフローチャートに
沿って、A/D変換器45の良否の判定が実行される。
【0021】以上説明したように、図5の実施形態によ
れば、図1の実施形態と同様に、EEPROM5iに記
憶される基準電圧には、抵抗分圧回路の初期値偏差に起
因する誤差を含んでいるが、運用時にA/D変換器45
に入力されるチェック電圧にもその初期誤差が含まれて
いるので、それらを比較することにより、初期値偏差に
起因する誤差が相殺される。その結果、A/D変換器4
5の良否判定をチェック電圧の初期値偏差を除いて行え
るので、その分だけA/D変換器45の良否の判定精度
を向上できる。
【0022】次に、DSPにより行うディジタルフィル
タ処理について、図6を用いて説明する。同図は、ディ
ジタルフィルタのブロック構成およびフィルタ係数導出
式の一例(ローパスノッチフィルタ)を示すものであ
り、DSPの演算処理により実現する。
【0023】図6の(a)において、6a,6b,6c,
6d,6eは乗算ブロック、6f,6gは遅延回路ブロ
ック、6h,6i,6j,6kは加算回路を示す。以下
に図6(a)に示したディジタルフィルタの一例である
2次バイクワッド形IIRフィルタの伝達関数を示す(II
R:Infinite Impulse Response 再帰形フィルタ)。
【0024】
【数1】
【0025】(1)式において、A1,A2,B1,B
2,H0は図6(b)の係数導出式より求めることがで
きる。係数導出式において、fzはフィルタの伝送零点
周波数、foはしゃ断周波数、Qは選択度、Tはサンプ
リング周期(1/fs)を示すこの式から、フィルタの
伝送零点周波数fzなどの特性は任意に決定できる。
【0026】図7は図6にて示したディジタルフィルタ
の特性例を示す。同図(a)は制御・保護演算する際に
必要な高調波除去用のディジタルフィルタの周波数特性
例を示す。図7において、f1は基本波(50Hzまた
は60Hz)、f11、f12、f13はそれぞれ基本
波の11,12,13倍の周波数を示す。f12に伝送
零点があるのは、制御・保護演算がf12(600H
z,または720Hz)の周期で実行されるために、f
12±f1の周波数の信号がf1として折り返されて現
れるので、この影響を低減させるために、f11とf1
2がそれぞれゲインGa,Gb以下とするように、中間
のf12を伝送零点に設定する。このフィルタは過渡時
の応答が比較的早いために、主に主保護用フィルタとし
て使用する。
【0027】図7(b)はディジタル制御・保護装置の
後備保護用の用途に適用する周波数特性例を示す。この
フィルタは、バンドパス形であり、直流成分・低周波領
域及び高周波領域が阻止域となる。減衰量としては、基
本波の3倍の周波数(f3)で−18dB以上の減衰量
を確保する。チェック電圧は直流電圧であるために、デ
ィジタルフィルタ処理は上記した図7(a)に示したフ
ィルタを通過させる。あるいは、フィルタを通過させず
にA/D変換した信号そのものでもよい。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チェック電圧を発生する抵抗分圧回路の初期値偏差に起
因する誤差を低減し、A/D変換器の良否の判定精度を
向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るディジタル保護継電装置の入力信
号処理部の第1の実施の形態の構成図である。
【図2】図1の実施形態に係る調整時のフローチャート
である。
【図3】図1の実施形態に係る運用時のフローチャート
である。
【図4】図3の3eのブロックの処理内容を示す図であ
る。
【図5】本発明に係るディジタル保護継電装置の入力信
号処理部の第2の実施の形態の構成図である。
【図6】本発明に係る実施形態のディジタルフィルタの
ブロック構成およびフィルタ係数導出式の一例(ローパ
スノッチフィルタ)を示す図である。
【図7】図6にて示したディジタルフィルタの特性例を
示す図である。
【符号の説明】
1 チェック電圧生成回路 2 アナログフィルタ 3 マルチプレクサ 4 サンプルホールド回路 5 A/D変換器 6 演算処理手段 7 DC/DC変換器 8,9,10,11 固定抵抗 12 ディジタルフィルタ 13 比較手段 14 不揮発性メモリ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年8月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アナログ値をA/D変換器でディジタル
    変換して、電力系統の故障発生などを検出するディジタ
    ル保護継電装置において、DC/DC変換器の出力を抵
    抗分圧した直流電圧をチェック電圧とし、前記チェック
    電圧を前記A/D変換器でディジタル変換して基準電圧
    として記憶しておき、チェック時に、前記チェック電圧
    を前記A/D変換器でディジタル変換し、ディジタル変
    換された前記チェック電圧と前記基準電圧とを比較し
    て、前記A/D変換器の良否を判定する手段を設けたこ
    とを特徴とするディジタル保護継電装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のディジタル保護継電装
    置において、ディジタル変換された前記チェック電圧が
    予め設定された許容範囲内のときに、前記基準電圧とし
    て記憶することを特徴とするディジタル保護継電装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、前記チェッ
    ク時とは、前記アナログ値をサンプリングする周期ごと
    であることを特徴とするディジタル保護継電装置。
JP9209068A 1997-08-04 1997-08-04 ディジタル保護継電装置 Pending JPH1155844A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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