(57)【要約】【課題】設置環境によらず、複数の保護継電装置間で高精度な時刻同期を行って電気量を測定することができる保護継電装置および電力系統保護システムを提供すること。【解決手段】本発明の保護継電装置５０ａは、原子発振器を有し、原子発振器からの信号に基づく時刻情報を出力する時刻情報出力部１と、電力系統の第１箇所で測定された電気量に関する情報に時刻情報を付加した第１電気量情報を生成する処理を行う処理部１２ａと、処理部１２ａで生成された第１電気量情報を外部へ送信する通信部１３ａと、を備える。【選択図】図１
2014193063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子発振器を有し、前記原子発振器からの信号に基づく時刻情報を出力する時刻情報出力部と、
電力系統の第１箇所で測定された電気量に関する情報に前記時刻情報を付加した第１電気量情報を生成する処理を行う処理部と、を備えること特徴とする保護継電装置。
【請求項２】
前記電力系統の前記第１箇所と異なる第２箇所で測定された電気量に関する情報に時刻情報を付加した第２電気量情報を外部から受信する受信部と、
前記処理部で生成した第１電気量情報と、前記受信部で受信された第２電気量情報とに基づいて、前記電力系統の所定箇所に設けられている遮断器の開閉を制御する制御部と、を備える請求項１に記載の保護継電装置。
【請求項３】
前記時刻情報出力部は、
前記原子発振器を有し、前記原子発振器からの信号に基づいて時刻情報を生成する時刻情報生成部と、
前記時刻情報生成部を収納する筐体と、を有する請求項１または２に記載の保護継電装置。
【請求項４】
前記筐体は、磁気シールド性を有する請求項３に記載の保護継電装置。
【請求項５】
前記処理部で生成された第１電気量情報を外部へ送信する送信部を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の保護継電装置。
【請求項６】
前記時刻情報出力部は、
前記筐体の開封または損傷の有無を検知する開封検知部を含み、
前記開封検知部で検知した前記筐体の開封または損傷の有無に関する情報に前記時刻情報を付加した開封検知情報を前記時刻情報とともに出力し、
前記送信部は、前記開封検知情報を外部へ送信する請求項５に記載の保護継電装置。
【請求項７】
前記時刻情報出力部は、前記時刻情報生成部の時刻情報を調整する調整部を備える請求項５に記載の保護継電装置。
【請求項８】
前記時刻情報出力部は、
前記調整部による時刻情報の調整の有無を検知する調整検知部を含み、
前記調整検知部で検知した前記調整部による調整の有無に関する情報に前記時刻情報を付加した調整検知情報を前記時刻情報とともに出力し、
前記送信部は、前記調整検知情報を外部へ送信する請求項７に記載の保護継電装置。
【請求項９】
前記原子発振器は、量子干渉効果を利用して発振する原子発振器である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の保護継電装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の保護継電装置を備えることを特徴とする電力系統保護システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護継電装置および電力系統保護システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の複数箇所に設置された保護継電装置（保護リレー）を用い、電力系統の任意の２つの箇所における電気量を測定し、測定された電気量に基づいて、この２つの箇所間で事故が発生しているか否かを判断することが行われている。
従来の保護継電装置としては、特許文献１に開示されているように、ＧＰＳ（Global Positioning System）からの時刻情報を用い、複数の保護継電装置間で時刻同期を行い、複数の箇所の同一時刻の電気量データーを生成するものが知られている。これにより、複雑な演算を行うことなく、同一時刻で電力系統の任意の２つの箇所で測定される電気量を比較し、事故の発生を判断することができる。
しかし、従来の保護継電装置では、ＧＰＳの障害、天候の変化等によりＧＰＳからの時刻情報を受信できない場合、複数の保護継電装置間で時刻同期にずれが生じるという問題があった。また、従来の保護継電装置は、ＧＰＳからの電波を受信できる場所に設置場所が限られてしまうという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８６１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、設置環境によらず、複数の保護継電装置間で高精度な時刻同期を行って電気量を測定することができる保護継電装置および電力系統保護システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本適用例の保護継電装置は、原子発振器を有し、前記原子発振器からの信号に基づく時刻情報を出力する時刻情報出力部と、
電力系統の第１箇所で測定された電気量に関する情報に前記時刻情報を付加した第１電気量情報を生成する処理を行う処理部と、を備えること特徴とする。
【０００６】
このような保護継電装置によれば、時刻情報出力部が、原子発振器からの信号に基づく時刻情報を出力するので、定期的な時刻情報の調整を行うことなく、ＧＰＳやＮＴＰ等からの時刻情報を用いなくても、正確な時刻情報を出力することができる。そのため、保護継電装置の設置の自由度を高めることができる。
このようなことから、本発明の保護継電装置は、設置環境によらず、保護継電装置間で高精度な時刻同期を行って電気量を測定することができる。
【０００７】
［適用例２］
本適用例の保護継電装置では、前記電力系統の前記第１箇所と異なる第２箇所で測定された電気量に関する情報に時刻情報を付加した第２電気量情報を外部から受信する受信部と、
前記処理部で生成した第１電気量情報と、前記受信部で受信された第２電気量情報とに基づいて、前記電力系統の所定箇所に設けられている遮断器の開閉を制御する制御部と、を備えることが好ましい。
これにより、電力系統の所定の保護区間の事故を検知し、その事故区間を電力系統から切り離すことができる。
【０００８】
［適用例３］
本適用例の保護継電装置では、前記時刻情報出力部は、
前記原子発振器を有し、前記原子発振器からの信号に基づいて時刻情報を生成する時刻情報生成部と、
前記時刻情報生成部を収納する筐体と、を有することが好ましい。
これにより、時刻情報生成部を筐体により保護することができる。
【０００９】
［適用例４］
本適用例の保護継電装置では、前記筐体は、磁気シールド性を有することが好ましい。
これにより、電力系統からの磁場が原子発振器に対して影響を与えるのを抑制することができる。
［適用例５］
本適用例の保護継電装置では、前記処理部で生成された第１電気量情報を外部へ送信する送信部を備えることが好ましい。
これにより、他の保護継電装置またはホストで第１電気量情報を受信することができる。
【００１０】
［適用例６］
本適用例の保護継電装置では、前記時刻情報出力部は、
前記筐体の開封または損傷の有無を検知する開封検知部を含み、
前記開封検知部で検知した前記筐体の開封または損傷の有無に関する情報に前記時刻情報を付加した開封検知情報を前記時刻情報とともに出力し、
前記送信部は、前記開封検知情報を外部へ送信することが好ましい。
これにより、時刻情報出力部に対する不正を把握することができる。
【００１１】
［適用例７］
本適用例の保護継電装置では、前記時刻情報出力部は、前記時刻情報生成部の時刻情報を調整する調整部を備えることが好ましい。
これにより、所望時に、時刻情報出力部の時刻の調整を行うことができる。
［適用例８］
本適用例の保護継電装置では、前記時刻情報出力部は、
前記調整部による時刻情報の調整の有無を検知する調整検知部を含み、
前記調整検知部で検知した前記調整部による調整の有無に関する情報に前記時刻情報を付加した調整検知情報を前記時刻情報とともに出力し、
前記送信部は、前記調整検知情報を外部へ送信することが好ましい。
これにより、時刻情報出力部に対する不正を把握することができる。
【００１２】
［適用例９］
本適用例の保護継電装置では、前記原子発振器は、量子干渉効果を利用して発振する原子発振器であることが好ましい。
これにより、原子発振器および時刻情報出力部の小型化、ひいては、保護継電装置全体の小型化を図ることができる。その結果、様々な箇所に保護継電装置を設置することができる。
【００１３】
［適用例１０］
本適用例の電力系統保護システムは、本適用例の保護継電装置を備えることを特徴とする。
このような電力系統保護システムによれば、保護継電装置の設置環境によらず、保護継電装置間で高精度な時刻同期を行って電気量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力系統保護システムを示す模式図である。
【図２】図１に示す電力系統保護システムに用いる保護継電装置の時刻情報出力部を示す斜視図である。
【図３】図２に示す時刻情報出力部の概略構成を示す図である。
【図４】図３に示す時刻情報生成部の原子発振器を示す概略図である。
【図５】図４に示す原子発振器のガスセル内におけるアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図である。
【図６】図４に示す原子発振器の光源および光検出部について、光源からの２つの光の周波数差と、光検出部での検出強度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る保護継電装置の時刻情報出力部の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の保護継電装置および電力系統保護システムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力系統保護システムを示す模式図である。また、図２は、図１に示す電力系統保護システムに用いる保護継電装置の時刻情報出力部を示す斜視図、図３は、図２に示す時刻情報出力部の概略構成を示す図である。また、図４は、図３に示す時刻情報生成部の原子発振器を示す概略図、図５は、図４に示す原子発振器のガスセル内におけるアルカリ金属のエネルギー状態を説明するための図、図６は、図４に示す原子発振器の光源および光検出部について、光源からの２つの光の周波数差と、光検出部での検出強度との関係を示すグラフである。
【００１６】
図１に示す電力系統保護システム１０は、電力系統における位置の異なる２箇所の端子に接続された２つの保護継電装置５０ａ、５０ｂ（保護リレー）を備えている。本実施形態では、電力系統が備える送電線２０の両端部のうちの一方の端部に位置する端子（第１箇所）に保護継電装置５０ａが接続され、他方の端部に位置する端子（第２箇所）に保護継電装置５０ｂが接続されている。
【００１７】
ここで、送電線２０の両端部のうちの一方の端部に位置する端子には、電流検出器３０ａおよび遮断器４０ａが設けられ、他方の端部に位置する端子には、電流検出器３０ｂおよび遮断器４０ｂが設けられている。
電流検出器３０ａ、３０ｂは、それぞれ、例えば、電流変流器であり、送電線２０を流れる電流に応じた信号（電流）を出力する。
【００１８】
遮断器４０ａ、４０ｂは、それぞれ、送電線２０を開閉する開閉器である。
保護継電装置５０ａには、電流検出器３０ａからの信号が入力され、保護継電装置５０ａは、送電線２０の一端部に流れる電気量に関する情報を生成する。同様に、保護継電装置５０ｂには、電流検出器３０ｂからの信号が入力され、保護継電装置５０ｂは、送電線２０の他端部に流れる電気量に関する情報を生成する。
【００１９】
そして、保護継電装置５０ａ、５０ｂは、通信ネットワークを介して、生成した電気量に関する情報を相互に送信および受信し、送電線２０の位置の異なる２箇所（前述した２つの端子）の電気量に関する情報に基づいて、自己の保護区間（前述した２つの端子間）内に事故が発生していると判断した場合には、遮断器４０ａ、４０ｂを開放し、事故区間を電力系統から切り離す。
【００２０】
あるいは、保護継電装置５０ａ、５０ｂが、それぞれ、通信ネットワークを介して、生成した電気量に関する情報をホスト６０に送信し、ホスト６０が、送電線２０の位置の異なる２箇所の電気量に関する情報に基づいて、保護継電装置５０ａ、５０ｂによる保護区間内に事故が発生していると判断した場合には、保護継電装置５０ａ、５０ｂに対し、遮断器４０ａ、４０ｂを開放する指令を行い、事故区間を電力系統から切り離す。
このような保護継電装置５０ａは、時刻情報出力部１と、処理部１２ａと、通信部１３ａと、制御部１４ａとを備えている。同様に、保護継電装置５０ｂは、時刻情報出力部１と、処理部１２ｂと、通信部１３ｂと、制御部１４ｂとを備えている。
【００２１】
最初に、保護継電装置５０ａの各部について簡単に説明する。なお、以下では、保護継電装置５０ａの各部について代表的に説明し、保護継電装置５０ｂの各部については、保護継電装置５０ａと同様であるため、その説明を省略する。
時刻情報出力部１は、原子発振器３１を有し（図３参照）、原子発振器３１からの信号に基づく時刻情報を出力する。これにより、ＧＰＳからの時刻情報を用いずに、正確な時刻情報を出力することができる。この時刻情報出力部１から出力される情報には、時刻情報の他に、後述する不正検知情報が含まれている。なお、時刻情報出力部１については、後に詳述する。
【００２２】
処理部１２ａは、電流検出器３０ａからの信号と、時刻情報出力部１からの時刻情報と基づいて、送電線２０の第１箇所で測定された電気量に関する情報に時刻情報を付加した電気量情報（第１電気量情報）を生成する処理を行う。このように時刻情報が付加された電気量情報（以下、単に「電気量情報」ともいう）を用いることにより、簡単に、同一時期における保護継電装置５０ａの電気量情報（第１電気量情報）と保護継電装置５０ｂの電気量情報（第２電気量情報）とを比較して、事故の発生を判断することができる。また、処理部１２ａは、時刻情報出力部１から出力される不正検知情報を通信部１３ａに入力する機能をも有する。
【００２３】
通信部１３ａは、電気量情報を保護継電装置５０ｂの通信部１３ｂとの間で送信および受信する機能を有する。すなわち、通信部１３ａは、処理部１２ａで生成された電気量情報を外部へ送信する送信部を構成するとともに、保護継電装置５０ｂで測定された電気量情報を外部から受信する受信部を構成する。
あるいは、通信部１３ａは、処理部１２ａで生成された電気量情報をホスト６０へ送信する機能と、ホスト６０からの指令を受信する機能とを有する。
【００２４】
制御部１４ａは、処理部１２ａで生成した電気量情報（保護継電装置５０ａの電気量情報）と、通信部１３ａで受信された電気量情報（保護継電装置５０ｂの電気量情報）とに基づいて、遮断器４０ａの開閉を制御する。具体的には、制御部１４ａは、処理部１２ａで生成した電気量情報と、通信部１３ａで受信された電気量情報とに基づいて、保護継電装置５０ａ、５０ｂによる保護区間内に事故が発生しているか否かを判断し、事故が発生していると判断した場合には、遮断器４０ａを開放させる。これにより、電力系統の所定の保護区間の事故を検知し、その事故区間を電力系統から切り離すことができる。
【００２５】
かかる判断は、例えば、電流検出器３０ａにおける電流と電流検出器３０ｂにおける電流の位相差（電流差動原理）に基づいて行う。
あるいは、かかる判断をホスト６０で行い、制御部１４ａは、通信部１３ａで受信された指令（ホスト６０からの指令）に基づいて、遮断器４０ａを開放させる。また、ホスト６０では、電気量情報に含まれる不正検知情報に基づいて、保護継電装置５０ａにおいて不正が行われた否かを判断する。
【００２６】
ここで、時刻情報出力部１について詳述する。
図２および図３に示す時刻情報出力部１（時刻情報出力装置）は、時刻情報を含む情報（信号）を出力する装置である。この時刻情報出力部１から出力された情報は、前述した電気量情報に付加される。
この時刻情報出力部１は、図２および図３に示すように、筐体２と、筐体２内に収納された時刻情報生成部３、検知部４、記憶部５および電源部６と、出力部７とを備える。
【００２７】
この時刻情報出力部１では、時刻情報生成部３が時刻情報を生成し、その時刻情報を含む情報を出力部７により筐体２の外部へ出力する。特に、時刻情報生成部３は、原子発振器３１を備え、その原子発振器３１の信号に基づいて時刻情報を生成する。これにより、定期的な時刻情報の調整を行うことなく、正確な時刻情報を出力することができる。また、時刻情報生成部３が筐体２内に収納されているので、時刻情報生成部３に対する不正なアクセスを防止または抑制し、時刻情報生成部３を筐体２により保護することができる。
【００２８】
また、検知部４が筐体２の開封または損傷の有無を検知する。そして、筐体２の開封または損傷を検知した場合、その旨をその時の時刻情報生成部３の時刻情報とともに記憶部５に記憶する。これにより、筐体２内の時刻情報生成部３に対して不正（例えば時刻情報の改ざん）が行われたとしても、記憶部５に記憶された検知情報（筐体２が開封または損傷した時刻）に基づいて、その不正を検知することができる。
【００２９】
以下、時刻情報出力部１の各部を順次詳細に説明する。
（筐体）
筐体２は、図３に示すように、内部空間Ｓを有し、その内部空間Ｓ内に時刻情報生成部３、検知部４、記憶部５および電源部６を収納している。
また、筐体２は、筐体２が開封または損傷しない限り、筐体２の外部から内部空間Ｓ内の部品（具体的には時刻情報生成部３、検知部４、記憶部５および電源部６）に対して物理的に接触できないように構成されている。例えば、筐体２は、密閉されているか、または、密閉されておらず内外に連通する隙間が形成されていたとしても、その隙間が人間、人間の手あるいは工具等の物体が筐体２内へ侵入できないような形状、大きさ等となっている。
【００３０】
本実施形態では、筐体２は、箱状をなしている。なお、筐体２の形状は、内部空間Ｓ内に収納する部品の形状、大きさや、時刻情報出力部１の用途等に応じて決められ、図示のものに限定されず、任意である。また、筐体２の内部空間Ｓの内壁面と、時刻情報生成部３、検知部４、記憶部５および電源部６との間には、隙間が形成されていてもよいし、隙間が形成されていなくてもよい。
また、筐体２の大きさは、内部空間Ｓ内に収納する部品の大きさや、時刻情報出力部１の用途等に応じて決められる。なお、内部空間Ｓには、処理部１２ａ、通信部１３ａおよび制御部１４ａのうちの少なくとも１つの全体または一部が収納されていてもよい。
【００３１】
このような筐体２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂材料、金属材料、セラミックス材料等が挙げられ、これらのうち１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて（例えば混合または積層して）用いることができる。
また、本実施形態では、筐体２の構成材料として、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体材料のような磁気シールド性を有する材料を用いることが好ましい。これにより、筐体２の外部からの磁場（特に送電線２０からの磁場）に対する原子発振器３１の影響を抑制し、原子発振器３１の発振特性を高めることができる。
【００３２】
また、内部空間Ｓが気密空間である場合、内部空間Ｓ内を減圧状態としたり、空気とは異なる気体（例えば不活性ガス）を内部空間Ｓ内に充填したりすることができる。内部空間Ｓ内を減圧状態とすることにより、内部空間Ｓ内の温度変化を小さくし、後述する時刻情報生成部３の原子発振器３１の発振特性を高めることができる。また、内部空間Ｓ内に不活性ガスを充填することにより、内部空間Ｓ内の部品の劣化を防止することができる。
【００３３】
（時刻情報生成部）
時刻情報生成部３は、時刻情報を生成する機能を有する。
特に、時刻情報生成部３は、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の原子のエネルギー遷移に基づいて発振する原子発振器３１を有し、その原子発振器３１の信号（発振信号）に基づいて、時刻情報を生成する。すなわち、時刻情報生成部３は、原子時計である。これにより、時刻情報生成部３は、定期的な時刻情報の調整を行うことなく、正確な時刻情報を生成することができる。
【００３４】
なお、時刻情報生成部３は、原子発振器３１の他に、他の原子発振器または水晶発振器を有し、複数の発振器の信号に基づいて時刻情報を生成するように構成されていてもよい。例えば、時刻情報生成部３は、原子発振器３１および水晶発振器を有する場合、水晶発振器の信号に基づく時刻情報を原子発振器３１の信号に基づく時刻情報を用いて補正する。これにより、原子発振器３１の優れた長期安定度と水晶発振器の優れた短期安定度との双方の利点を生かし、時刻情報生成部３が長期的および短期的に高精度な時刻情報を生成することができる。
【００３５】
また、時刻情報生成部３は、筐体２内に収納されている。これにより、時刻情報生成部３に対する不正なアクセス（例えば改ざん）を防止または抑制することができる。
また、原子発振器３１は、波長の異なる２種類の光による量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した原子発振器である。これにより、原子発振器３１および時刻情報出力部１の小型化、ひいては、保護継電装置５０ａ全体の小型化を図ることができる。その結果、様々な箇所に保護継電装置５０ａを設置することができる。
なお、時刻情報出力部１の設置場所等によっては、原子発振器３１として、光およびマイクロ波による二重共鳴現象を利用した原子発振器を用いてもよい。
【００３６】
以下、量子干渉効果を利用した原子発振器３１について具体的に説明する。
この原子発振器３１は、図４に示すように、ガスセル３２と、光源３３と、光学部品３４１、３４２、３４３、３４４と、光検出部３５と、ヒーター３６と、温度センサー３７と、コイル３８と、制御部３９とを備える。
まず、原子発振器３１の原理を簡単に説明する。
【００３７】
原子発振器３１では、ガスセル３２内に、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属（金属原子）が封入されている。
アルカリ金属は、図５に示すように、３準位系のエネルギー準位を有しており、エネルギー準位の異なる２つの基底状態（基底状態１、２）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態１は、基底状態２よりも低いエネルギー状態である。
【００３８】
このようなガス状のアルカリ金属に対して周波数の異なる２種の共鳴光１、２を前述したようなガス状のアルカリ金属に照射すると、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、共鳴光１、２のアルカリ金属における光吸収率（光透過率）が変化する。
そして、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態１、２から励起状態への励起がそれぞれ停止する。このとき、共鳴光１、２は、いずれも、アルカリ金属に吸収されずに透過する。このような現象をＣＰＴ現象または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）と呼ぶ。
光源３３は、ガスセル３２に向けて、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射する。
【００３９】
ここで、例えば、共鳴光１の周波数ω１を固定し、共鳴光２の周波数ω２を変化させていくと、共鳴光１の周波数ω１と共鳴光２の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態１と基底状態２とのエネルギー差に相当する周波数ω０に一致したとき、光検出部３５の検出強度は、図６に示すように、急峻に上昇する。このような急峻な信号をＥＩＴ信号と呼ぶ。このＥＩＴ信号は、アルカリ金属の種類によって決まった固有値をもっている。したがって、このようなＥＩＴ信号を基準として用いることにより、高精度な発振器を実現することができる。
【００４０】
以下、原子発振器３１の各部を順次詳細に説明する。
［ガスセル］
ガスセル３２内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。
図示しないが、ガスセル３２は、柱状の貫通孔を有する本体部と、その貫通孔の両開口を封鎖する１対の窓部とを有する。これにより、前述したようなアルカリ金属が封入される内部空間が形成される。
【００４１】
ここで、ガスセル３２の各窓部は、前述した光源３３からの励起光に対する透過性を有している。そして、一方の窓部は、ガスセル３２内へ励起光ＬＬが入射する入射側窓部であり、他方の窓部は、ガスセル３２内から励起光ＬＬが出射する出射側窓部である。
このようなガスセル３２の窓部を構成する材料としては、前述したような励起光に対する透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。
【００４２】
また、ガスセル３２の本体部を構成する材料は、特に限定されず、金属材料、樹脂材料等であってもよく、窓部と同様にガラス材料、水晶等であってもよい。
そして、各窓部は、本体部に対して気密的に接合されている。これにより、ガスセル３２の内部空間を気密空間とすることができる。
ガスセル３２の本体部と各窓部との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。
また、このようなガスセル３２は、ヒーター３６により、例えば、７０℃程度に温度調節される。
【００４３】
［光源］
光源３３は、ガスセル３２中のアルカリ金属原子を励起する励起光ＬＬを出射する機能を有する。
より具体的には、光源３３は、励起光ＬＬとして、前述したような周波数の異なる２種の光（共鳴光１および共鳴光２）を出射するものである。
【００４４】
共鳴光１は、ガスセル３２内のアルカリ金属を前述した基底状態１から励起状態へ励起し得るものである。一方、共鳴光２は、ガスセル３２内のアルカリ金属を前述した基底状態２から励起状態へ励起し得るものである。
この光源３３としては、前述したような励起光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）等の半導体レーザー等を用いることができる。
このような光源３３は、後述する制御部３９の励起光制御部３９２に接続され、光検出部３５の検出結果に基づいて駆動制御される（図４参照）。
また、このような光源３３は、図示しない温度調節素子（発熱抵抗体、ペルチェ素子等）により、例えば、３０℃程度に温度調節される。
【００４５】
［光学部品］
複数の光学部品３４１、３４２、３４３、３４４は、それぞれ、前述した光源３３とガスセル３２との間における励起光ＬＬの軸上に設けられている。
本実施形態では、光源３３側からガスセル３２側へ、光学部品３４１、光学部品３４２、光学部品３４３、光学部品３４４がこの順に配置されている。
【００４６】
光学部品３４１は、レンズである。これにより、励起光ＬＬを無駄なくガスセル３２へ照射することができる。
また、光学部品３４１は、励起光ＬＬを平行光とする機能を有する。これにより、励起光ＬＬがガスセル３２の内壁で反射するのを簡単かつ確実に防止することができる。そのため、ガスセル３２内での励起光の共鳴を好適に生じさせ、その結果、原子発振器３１の発振特性を高めることができる。
【００４７】
光学部品３４２は、偏光板である。これにより、光源３３からの励起光ＬＬの偏光を所定方向に調整することができる。
光学部品３４３は、減光フィルター（ＮＤフィルター）である。これにより、ガスセル３２に入射する励起光ＬＬの強度を調整（減少）させることができる。そのため、光源３３の出力が大きい場合でも、ガスセル３２に入射する励起光を所望の光量とすることができる。本実施形態では、前述した光学部品３４２を通過した所定方向の偏光を有する励起光ＬＬの強度を光学部品３４３により調整する。
【００４８】
光学部品３４４は、λ／４波長板である。これにより、光源３３からの励起光ＬＬを直線偏光から円偏光（右円偏光または左円偏光）に変換することができる。
後述するようにコイル３８の磁場によりガスセル３２内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、仮に直線偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位に均等に分散して存在することとなる。その結果、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数が他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に少なくなるため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が減少し、所望のＥＩＴ信号の強度が小さくなり、その結果、原子発振器３１の発振特性の低下をもたらす。
【００４９】
これに対し、後述するようにコイル３８の磁場によりガスセル３２内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のＥＩＴ現象を発現する原子数が増大し、所望のＥＩＴ信号の強度が大きくなり、その結果、原子発振器３１の発振特性を向上させることができる。
【００５０】
［光検出部］
光検出部３５は、ガスセル３２内を透過した励起光ＬＬ（共鳴光１、２）の強度を検出する機能を有する。
この光検出部３５としては、上述したような励起光を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器（受光素子）を用いることができる。
このような光検出部３５は、後述する制御部３９の励起光制御部３９２に接続されている（図４参照）。
【００５１】
［ヒーター］
ヒーター３６は、前述したガスセル３２（より具体的にはガスセル３２中のアルカリ金属）を加熱する機能を有する。これにより、ガスセル３２中のアルカリ金属をガス状に維持することができる。
このヒーター３６は、通電により発熱するものであり、図示しないが、ガスセル３２の外表面上に設けられた発熱抵抗体で構成されている。
【００５２】
ここで、発熱抵抗体は、例えば、ガスセル３２の各窓部上に設けられている。これにより、ガスセル３２の窓部にアルカリ金属原子が結露するのを防止することができる。その結果、長期にわたり優れた発振特性を発揮することができる。
このような発熱抵抗体は、励起光に対する透過性を有する材料、具体的には、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ３Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等の透明電極材料で構成される。
【００５３】
また、発熱抵抗体は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着等の乾式メッキ法、ゾル・ゲル法等を用いて形成することができる。
なお、ヒーター３６は、ガスセル３２を加熱することができるものであれば、特に限定されず、ガスセル３２に対して非接触であってもよい。また、ヒーター３６に代えて、または、ヒーター３６と併用して、ペルチェ素子を用いて、ガスセル３２を加熱してもよい。
このようなヒーター３６は、後述する制御部３９の温度制御部３９１に電気的に接続され、通電される（図４参照）。
【００５４】
［温度センサー］
温度センサー３７は、ヒーター３６またはガスセル３２の温度を検出するものである。そして、この温度センサー３７の検出結果に基づいて、前述したヒーター３６の発熱量が制御される。これにより、ガスセル３２内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。
【００５５】
なお、温度センサー３７の設置位置は、特に限定されず、例えば、ヒーター３６上であってもよいし、ガスセル３２の外表面上であってもよい。
温度センサー３７としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。
このような温度センサー３７は、図示しない配線を介して、後述する制御部３９の温度制御部３９１に電気的に接続されている（図４参照）。
【００５６】
［コイル］
コイル３８（磁場発生部）は、ガスセル３２内に励起光ＬＬの軸に沿った方向の磁場を発生させる機能を有する。これにより、ゼーマン分裂により、アルカリ金属の縮退している異なるエネルギー準位間のギャップを拡げて、分解能を向上させることができる。その結果、原子発振器３１の発振周波数の精度を高めることができる。
【００５７】
このコイル３８としては、例えば、ガスセル３２を挟むように配置されたヘルムホルツコイル、または、ガスセル３２を覆うように配置されたソレノイドコイルを用いることができる。
また、コイル３８が発生する磁場は、直流磁場または交流磁場のいずれかの磁場であってもよいし、直流磁場と交流磁場とを重畳させた磁場であってもよい。
このようなコイル３８は、後述する制御部３９の磁場制御部３９３に接続され、通電制御される（図４参照）。
【００５８】
［制御部］
図４に示す制御部３９は、光源３３、ヒーター３６およびコイル３８をそれぞれ制御する機能を有する。
この制御部３９は、光源３３の共鳴光１、２の周波数を制御する励起光制御部３９２と、ガスセル３２中のアルカリ金属の温度を制御する温度制御部３９１と、ガスセル３２に印加する磁場を制御する磁場制御部３９３とを有する。
【００５９】
励起光制御部３９２は、前述した光検出部３５の検出結果に基づいて、光源３３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。より具体的には、励起光制御部３９２は、前述した光検出部３５によって検出された（ω１−ω２）が前述したアルカリ金属固有の周波数ω０となるように、光源３３から出射される共鳴光１、２の周波数を制御する。また、励起光制御部３９２は、光源３３から出射される共鳴光１、２の中心周波数を制御する。
【００６０】
また、温度制御部３９１は、温度センサー３７の検出結果に基づいて、ヒーター３６への通電を制御する。これにより、ガスセル３２を所望の温度範囲内に維持することができる。ここで、温度センサー３７は、ガスセル３２の温度を検知する温度検知手段を構成する。
また、磁場制御部３９３は、コイル３８が発生する磁場が一定となるように、コイル３８への通電を制御する。
このような制御部３９は、例えば、基板上に実装されたＩＣチップに設けられている。
また、制御部３９には、図示しない発振回路が電気的に接続されており、かかる発振回路は、前述したＥＩＴ信号に基づいて、クロック信号を発振する。
【００６１】
以上説明したような量子干渉効果を利用して発振する原子発振器３１は、二重共鳴現象を利用した原子発振器に比し、極めて小型である。そのため、時刻情報生成部３の小型化、ひいては、筐体２および時刻情報出力部１全体の小型化を図ることができる。また、二重共鳴現象を利用した原子発振器に比し原子発振器３１の消費電力を極めて小さくすることができる。そのため、比較的容量の小さい電源で時刻情報出力部１を作動させることが可能となる。
また、このような時刻情報生成部３は、例えば、時刻情報の調整または設定を行った後に、筐体２内に収納される。前述したように、時刻情報生成部３は、原子発振器３１からの信号に基づいてきわめて正確な時刻情報を生成することができるので、正常に動作している限り、筐体２内に収納した後に時刻情報の調整を行う必要がない。
【００６２】
（検知部）
図３に示す検知部４は、筐体２の開封または損傷の有無を検知する機能を有する。すなわち、検知部４は、筐体２の開封または損傷の有無を検知する開封検知部を構成する。
ここで、「筐体２の開封または損傷」とは、筐体２の外部から内部空間Ｓ内の部品（具体的には時刻情報生成部３、検知部４、記憶部５および電源部６）に対して物理的に接触が可能な程度、または、内部空間Ｓ内の部品の機能が失われる程度に、筐体２の状態が変化することをいう。したがって、筐体２の開封または損傷を検知した場合、時刻情報生成部３に対して不正（例えば時刻情報の改ざん）が行われた可能があるといえる。
【００６３】
なお、検知部４は、筐体２の開封または損傷にまで至らない筐体２の状態の変化をも検知するように構成されていてもよい。この場合、その検知結果は、筐体２の開封または損傷に関する検知結果と区別し得るように、記憶部５に記憶すればよい。
本実施形態では、検知部４は、筐体２内に収納されている。これにより、検知部４に対する不正なアクセス（例えば検知部４の無効化）を防止または抑制することができる。
【００６４】
なお、検知部４は、筐体２の外部に設けられていてもよい。この場合、検知部４に対する不正なアクセスを防止または抑制するよう、検知部４を覆う筐体２とは別体のケースやカバー等の手段を設けることが好ましい。
このような検知部４としては、筐体２の開封または損傷を検知し得れば、特に限定されず、各種センサーを用いることができ、例えば、温度センサー、磁気センサー、加速度センサー、光センサー、圧力センサー等が挙げられ、これらのうち１つを単独または２つ以上を組み合わせて用いることができる。また、検知部４が複数のセンサーを備える場合、その複数のセンサーは、互いに同じ種類であってもよいし、互いに異なる種類であってもよい。
【００６５】
ここで、検知部４は、筐体２の構成等に応じて設計される。例えば、内部空間Ｓが減圧状態となるように筐体２が構成されている場合、検知部４として圧力センサーを用いることができる。また、筐体２が遮光性を有する場合、検知部４として光センサーを用いることができる。また、筐体２が磁気シールド性を有する場合、検知部４として磁気センサーを用いることができる。また、筐体２が断熱性を有する場合、検知部４として温度センサーを用いることができる。
【００６６】
（記憶部）
記憶部５は、検知部４が筐体２の開封または損傷を検知したときの時刻情報生成部３の時刻情報を記憶する機能を有する。すなわち、記憶部５は、筐体２の開封または損傷が発生した旨およびその発生した時刻に関する情報（以下、「開封検知情報」ともいう）を記憶する。これにより、記憶部５に記憶された情報に基づいて、筐体２内の時刻情報生成部３に対して不正（例えば時刻情報の改ざん）を把握することができる。
【００６７】
本実施形態では、記憶部５は、筐体２内に収納されている。これにより、記憶部５に対する不正なアクセス（例えば改ざん）を防止または抑制することができる。
なお、記憶部５は、筐体２の外部に設けられていてもよい。この場合、記憶部５に対する不正なアクセスを防止または抑制するよう、記憶部５を覆う筐体２とは別体のケースやカバー等の手段を設けることが好ましい。
【００６８】
このような記憶部５としては、特に限定されないが、例えば、不揮発性メモリ、揮発性メモリを用いることができ、中でも、電力を供給しなくても情報を記憶した状態を保持することができ、省電力化を図ることができるという観点から、不揮発性メモリを用いるのが好ましく、特に、省電力で情報の読み書きができるという観点から、フラッシュメモリを用いるのが好ましい。
【００６９】
（電源部）
電源部６は、筐体２内の電力供給が必要な部品に対して電力を供給する機能を有する。
この電源部６は、時刻情報出力部１の用途等に応じて設計され、特に限定されず、例えば、筐体２内に設置された電池であってもよいし、筐体２の外部（例えば送電線２０）から電力供給を受ける電源回路であってもよい。
【００７０】
電源部６として電池を用いた場合、時刻情報出力部１単独で時刻情報を出力することができるため、例えば、時刻情報出力部１の製造時に時刻調整を行っておけば、時刻情報出力部１を保護継電装置５０ａに組み込む際の時刻調整が不要となる。
また、電源部６は、筐体２内に設置された電池による電力供給と、筐体２の外部から電力供給を受ける電源回路による電力供給とを切り換え可能に構成することができる。この場合、例えば、時刻情報出力部１の製造時から他の機器に組み込むまでの間または保護継電装置５０ａを設置するまでの間、筐体２内に設置された電池により電力供給を行い、時刻情報出力部１を他の機器に組み込んだ後または保護継電装置５０ａの設置後に、その機器、他の電池または送電線２０から電源回路により電力供給を行うことができる。これにより、筐体２内に設置された電池に容量を小さくすることができ、その結果、時刻情報出力部１の小型化を図ることができる。
【００７１】
電源部６に用いる電池としては、時刻情報生成部３等を動作可能な電力を供給できるものであれば、特に限定されないが、例えば、ボタン型電池のような電池を用いることができ、特に、電池動作寿命が比較的長いという観点から、リチウム電池を用いるのが好ましい。
また、電源部６に用いる電池としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池を用いることもできる。
【００７２】
（出力部）
出力部７は、時刻情報生成部３で生成した時刻情報を筐体２の外部へ出力する機能を有する。これにより、時刻情報出力部１から出力された時刻情報を処理部１２ａで使用することができる。
本実施形態では、出力部７は、記憶部５に記憶された開封検知情報を含む情報（以下、「不正検知情報」ともいう）を時刻情報生成部３からの時刻情報とともに出力する。すなわち、出力部７は、検知部４で検知した筐体２の開封または損傷の有無に関する情報に時刻情報を付加した開封検知情報を時刻情報とともに出力する。これにより、出力部７からの出力に基づいて、不正を把握することができる。
【００７３】
この出力された開封検知情報を含む不正検知情報は、通信部１３ａにより外部へ送信される。これにより、例えば、保護継電装置５０ｂやホスト６０において、時刻情報出力部１に対する不正を把握することができる。
このような出力部７は、筐体２の内外を貫通する配線を有する。かかる配線は、筐体２内で時刻情報生成部３に電気的に接続され、筐体２外で処理部１２ａに電気的に接続されている。かかる配線は、時刻情報生成部３に直接接続されていてもよいし、時刻情報生成部３からの時刻情報に所定の処理（例えば、時刻情報以外の情報を付加）する回路を介して接続されていてもよい。また、かかる配線の筐体２の外部側の端部には、処理部１２ａとの接続のためのコネクタが設けられていてもよい。
【００７４】
なお、本実施形態では、出力部７が有線により時刻情報を筐体２の外部へ出力する場合を例に説明したが、出力部７が無線により時刻情報を処理部１２ａへ出力するように構成されていてもよい。
以上説明したよう保護継電装置５０ａ、５０ｂおよび電力系統保護システム１０によれば、時刻情報生成部３が原子発振器３１からの信号に基づいて時刻情報を生成するので、定期的な時刻情報の調整を行うことなく、正確な時刻情報を出力することができる。
【００７５】
また、ＧＰＳやＮＴＰ等からの時刻情報を用いなくても、正確な時刻情報を出力することができる。そのため、保護継電装置５０ａ、５０ｂの設置の自由度を高めることができる。
このようなことから、保護継電装置５０ａ、５０ｂでは、設置環境によらず、保護継電装置５０ａ、５０ｂ間で高精度な時刻同期を行って電気量を測定することができる。
【００７６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図７は、本発明の第２実施形態に係る保護継電装置の時刻情報出力部の概略構成を示す図である。
本実施形態に係る時刻情報出力部は、時刻情報生成部の時刻を調整する調整部を備えるとともに、その調整をも検知・記憶するように構成されている以外は、前述した第１実施形態にかかる時刻情報出力部と同様である。
【００７７】
なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図７に示す時刻情報出力部１Ａは、筐体２と、筐体２内に収納された時刻情報生成部３、検知部４Ａ、記憶部５、電源部６および調整部８と、出力部７とを備える。
【００７８】
調整部８は、時刻情報生成部３の時刻情報を調整する機能を有する。これにより、所望時に、時刻情報出力部１の時刻の調整を行うことができる。例えば、時刻情報生成部３の時刻情報の初期調整や、時刻情報生成部３を修理した場合の時刻情報の調整等を行うことができる。なお、図示の例では、調整部８は、時刻情報生成部３とは別体で構成されているが、時刻情報生成部３と一体で構成されていてもよいし、または、時刻情報生成部３内に組み込まれていてもよい。
【００７９】
本実施形態では、調整部８は、筐体２内に収納されている。これにより、調整部８に対する不正なアクセス（例えば改ざん）を防止または抑制することができる。
このような調整部８は、ＧＰＳからの時刻情報を受信可能なＧＰＳ受信機８１を有する。
ＧＰＳ受信機８１は、筐体２の外部に設けられたアンテナを介して、ＧＰＳからの時刻情報を受信する。この受信した時刻情報は、時刻情報生成部３の時刻の補正に用いられる。
【００８０】
また、調整部８は、セキュリティーの観点から、時刻情報生成部３の時刻情報の調整可能な回数が制限されていることが好ましく、具体的には、かかる回数が、１回以上３回以下であることが好ましく、１回または２回であることがより好ましい。これにより、例えば、時刻情報生成部３の時刻情報の初期調整や、時刻情報生成部３を修理した場合の時刻情報の調整等の必要な調整を可能としつつ、調整部８に対する不正なアクセスを防止または抑制することができる。
【００８１】
また、検知部４Ａは、調整部８による時刻情報の調整の有無を検知する機能をも有する。すなわち、検知部４Ａは、調整部８による時刻情報の調整の有無を検知する調整検知部を構成する。そして、記憶部５は、検知部４Ａが時刻情報の調整を検知したときの時刻情報生成部３の時刻情報を記憶する。すなわち、本実施形態では、記憶部５は、不正検知情報として、筐体２の開封または損傷が発生した旨およびその発生した時刻に関する情報（開封検知情報）だけでなく、時刻情報の調整を行った旨およびその調整の時刻に関する情報（調整検知情報）をも記憶する。
【００８２】
これにより、記憶部５に記憶された調整時刻（調整した旨およびその時刻情報）に基づいて、時刻情報の調整が不正に行われたか否かを把握することができる。
また、出力部７から出力される情報には、調整した旨およびその調整した時刻に関する情報も含まれる。すなわち、出力部７は、検知部４Ａで検知した調整部８による調整の有無に関する情報に時刻情報を付加した調整検知情報を時刻情報とともに出力する。これにより、出力部７からの出力に基づいて、時刻情報の調整が不正に行われたか否かを把握することができる。
【００８３】
この出力された調整検知情報は、通信部１３ａにより外部へ送信される。これにより、保護継電装置５０ｂやホスト６０において、時刻情報出力部１に対する不正を把握することができる。
以上説明したような第２実施形態によっても、設置環境によらず、複数の保護継電装置間で高精度な時刻同期を行って電気量を測定することができる。
【００８４】
以上、本発明の保護継電装置および電力系統保護システムについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態と同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、本発明は、前述した各実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１‥‥時刻情報出力部  １Ａ‥‥時刻情報出力部  ２‥‥筐体  ３‥‥時刻情報生成部  ４‥‥検知部  ４Ａ‥‥検知部  ５‥‥記憶部  ６‥‥電源部  ７‥‥出力部  ８‥‥調整部  １０‥‥電力系統保護システム  １２ａ‥‥処理部  １２ｂ‥‥処理部  １３ａ‥‥通信部  １３ｂ‥‥通信部  １４ａ‥‥制御部  １４ｂ‥‥制御部  ２０‥‥送電線  ３０ａ‥‥電流検出器  ３０ｂ‥‥電流検出器  ３１‥‥原子発振器  ３２‥‥ガスセル  ３３‥‥光源  ３５‥‥光検出部  ３６‥‥ヒーター  ３７‥‥温度センサー  ３８‥‥コイル  ３９‥‥制御部  ４０ａ‥‥遮断器  ４０ｂ‥‥遮断器  ５０ａ‥‥保護継電装置  ５０ｂ‥‥保護継電装置  ６０‥‥ホスト  ８１‥‥受信機  ３４１‥‥光学部品  ３４２‥‥光学部品  ３４３‥‥光学部品  ３４４‥‥光学部品  ３９１‥‥温度制御部  ３９２‥‥励起光制御部  ３９３‥‥磁場制御部  ＬＬ‥‥励起光  Ｓ‥‥内部空間
【図１】
2014193063.tif 000003
【図２】
2014193063.tif 000004
【図３】
2014193063.tif 000005
【図４】
2014193063.tif 000006
【図５】
2014193063.tif 000007
【図６】
2014193063.tif 000008
【図７】
2014193063.tif 000009