(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護対象とする電気設備のアナログ電気量をディジタル値に変換したサンプリングデータに基づき、保護リレー演算を行い、前記保護リレー演算の結果を出力するディジタル形保護継電器において、
サンプリング用基準信号に基づき前記アナログ電気量をサンプリングし、ディジタル値に変換したサンプリングデータを出力する複数のアナログ入力手段と、少なくとも前記保護リレー演算を行う演算手段とを備え、
前記複数のアナログ入力手段から前記演算手段への前記サンプリングデータの伝送系は、少なくとも一部に共用部を有するシリアルバスで構成し、
前記複数のアナログ入力手段における各サンプリングデータのシリアル伝送が前記共用部でデータ衝突せず、所定時間内に、前記演算手段に受信されるように、アナログ入力手段毎に前記サンプリングデータを前記共通部に導入するスイッチを設け、前記アナログ入力手段毎の前記スイッチの切り替えを前記サンプリング用基準信号に同期させ、前記保護リレー演算の周期以内に全ての前記スイッチの切り替えを完了させるよう制御するバススイッチ機能を備えたことを特徴とするディジタル形保護継電器。
【請求項２】
前記演算手段と前記複数のアナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のスター形またはマルチドロップ形トポロジーで構成した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。
【請求項３】
前記演算手段をメインリレー演算手段と事故検出リレー演算手段で構成し、
前記アナログ入力手段をメインリレー用アナログ入力手段と事故検出手段用アナログ入力手段で構成し、
前記メインリレー演算手段と複数のメインリレー用アナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のスター形またはマルチドロップ形トポロジーで構成し、
前記事故検出リレー演算手段と複数の事故検出手段用アナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のスター形トポロジーまたはマルチドロップ形で構成した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。
【請求項４】
オシロ機能もしくは故障点評定装置の端末機能もしくは外部の可搬形の整定用端末とのインターフェース機能を実行する情報端末手段を備え、
前記情報端末手段と前記複数のメインリレー用アナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のスター形トポロジーで構成し、
前記情報端末手段と前記複数の事故検出手段用アナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のスター形トポロジーで構成したことを特徴とする請求項３に記載のディジタル形保護継電器。
【請求項５】
前記演算手段をメインリレー演算手段と事故検出リレー演算手段で構成し、
前記アナログ入力手段をメインリレー用アナログ入力手段と事故検出手段用アナログ入力手段で構成し、
前記メインリレー演算手段と複数のメインリレー用アナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のスター形トポロジーで構成し、
前記事故検出リレー演算手段と事故検出手段用アナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対１形トポロジーで構成した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。
【請求項６】
前記演算手段と前記複数のアナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のマルチドロップ形トポロジーとスター構成トポロジーで構成した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。
【請求項７】
第１の演算手段と第２の演算手段を備え、前記第１の演算手段と前記第２の演算手段において、前記複数のアナログ入力手段を共用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。
【請求項８】
前記複数のアナログ入力手段からシリアルバスを経由して受信する各サンプリングデータは、前記バススイッチ制御により、固定化した順番で前記演算手段に受信され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。
【請求項９】
前記バススイッチ機能を有するとともに前記シリアルバスを集線する共用部を有するバススイッチ手段を備えた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。
【請求項１０】
前記バススイッチ手段は、サンプリング用基準信号を生成して、前記サンプリング用基準信号に基づき、前記スイッチの制御タイミングを生成し、前記サンプリング用基準信号を少なくとも前記複数のアナログ入力部に配信し、
前記複数のアナログ入力部は、入力した前記サンプリング用基準信号に基づき、所定のサンプリングタイミングを生成し、前記アナログ電気量のサンプリングを行うことを特徴とする請求項９に記載のディジタル形保護継電器。
【請求項１１】
前記バススイッチ機能を前記演算手段内に備えた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。
【請求項１２】
前記バススイッチ機能を前記複数のアナログ入力手段内に分散させた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。
【請求項１３】
前記複数の各アナログ入力手段が自手段を特定する識別情報を備えた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。
【請求項１４】
前記アナログ入力手段は、アナログ部用の校正値情報を備え、前記校正値情報は前記演算手段もしくは外部の端末から書き込み及び読出しする構成を備え、前記演算手段もしくは前記外部の端末から前記校正値情報の健全性が確認でき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。
【請求項１５】
前記サンプリング用基準信号は、前記シリアルバスと異なる伝送媒体で前記複数のアナログ入力手段に配信され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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル形保護継電器に関するものであって、特に、アナログ入力ユニットと保護リレー演算を行う演算ユニットとの間の信号伝送に改良を施したディジタル形保護継電器に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来のディジタル形保護継電器は、電力系統などの電気量を検出する計器用変成器の出力を取り込み、電気量のレベル変換及びアナログ／ディジタル変換するアナログ入力ユニット、前記の電気量に対して所定の保護リレー演算を行う演算ユニット、開閉器の引き外し指令などの出力（トリップ出力）を行う出力ユニット、外部機器などの状態を入力する入力ユニット、などの複数のユニットから構成される。これらの複数のユニットは、システムバス（パラレルバス）に接続され、ユニット間はシステムバスを介した信号伝送によりデータの授受を行うようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
保護継電器は、変電所等において、２０〜３０年間という長期間使用される変電所用設備という特殊性から、保護継電器を構成する部品の供給期間よりも製品使用期間が長い。よって、部品改廃や故障に対する処置範囲や、保護機能増強の必要性が生じた場合の設計変更範囲を局所化しないと、長期間の安定した製品供給が難しい。従来のシステムバスと密結合した保護継電器のハードウエア構成では、この局所化が困難である。
【０００４】
そこで、保護継電器を構成する機能単位のユニット（アナログ入力部、演算部、入出力部）間をシリアル伝送路でユニット間を疎結合とする構成にすることで、２０〜３０年の期間に亘って使用する間において、故障や保護機能増強時に特定ユニットの交換や設計変更の必要性が生じた場合でも、本来対象となるユニットを交換・設計変更するだけで、他のユニットをそのまま使用できることが示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、変電所システム構成の簡素化やデータのディジタル化とネットワーク活用によるそのデータの有効活用などを目的とした「シリアルバスを適用した変電所システム」において、保護演算を行う保護カード及び計測／制御を行うカードと系統の電流・電圧を検出する状態検出器とは光シリアルバスで接続し、変電器機の現場キュービクルに保護カードを収納する形態も示されている（例えば、特許文献３参照）。尚、ここで言う状態検出器は、いわゆる電子化計器用変成器であり、従来の保護継電器内に備えられていたアナログ入力部を不要とするものである。
【０００６】
【特許文献１】特許第２６９４９９３号公報
【特許文献２】特開２００５−６３８５号公報
【特許文献３】特開２００３−２２４９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献２や特許文献３では、変圧器保護装置、母線保護装置、安定化装置などのように多回線の電気量を必要とする場合（特許文献２では、アナログ入力ユニットが複数台になる場合、特許文献３では、状態検出器が複数台になる場合）や電力系統などの電気量を複数の演算ユニットで必要とする場合（例えば、メインリレー、事故検出用リレー、オシロ出力装置、故障点評定装置又はその端末装置）において、以下の２つの解決すべき課題がある。
【０００８】
（１）第１の課題
アナログ入力部から電気量などの検出値を演算部に送信するシリアルケーブルは膨大な数になり、これに伴って次のような問題点が発生する。
保護継電器の通常の入出力信号（ＤＣ１１０Ｖ）に対し、シリアル伝送の電気信号はＤＣ±５Ｖ〜±１５Ｖ程度の弱電である。保護継電器を組み込んだ装置では、シリアルケーブルと入出力信号（ＤＣ１１０Ｖ）用ケーブルが同じ装置内で配線されるため、束線分離を図るなど配線組み立てには注意を要する。
【０００９】
このため、耐ノイズ性を強化する目的で、光シリアルケーブルを適用する場合があるが、光ケーブル、光送受信部はコストが高く、経済性を損うだけでなく、光ケーブルの曲げによるストレスや光量減衰など組み立てに注意を要する。電気ケーブル、光ケーブルのいずれにしても多数、保護継電装置内で引回すことは、伝送品質低下のリスクを伴う。
【００１０】
また、光シリアルケーブル適用の有無にかかわらず、ケーブルの増大によりその接続部が増えることにより接触信頼性は低下する。さらに、装置からユニットを交換する場合など、多数のケーブル脱着や養生など保守性の低下が避けられない。
【００１１】
（２）第２の課題
シリアルバスに集線構成を適用した場合、そのケーブルの集線には以下の課題がある。すなわち、変圧器保護装置、母線保護装置、安定化装置など、多数のアナログ入力ユニットを備える装置は、サンプリング同期により、同時にサンプリングデータが演算部に送信される。シリアルバスが集線されることにより、同時送信されたデータは衝突により破壊される。通常、データ衝突しても、再送要求機能などを設けることにより、時間は要するがデータを確実に送信することは可能である。しかし、データ衝突や再送機能によるデータ送受信の大幅な遅延は、リアルタイム処理が必要な保護継電器のリレー性能を悪化させる。
【００１２】
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、シリアルバスに独自の集線構成（配線トポロジー）を適用し、シリアルケーブルの削減やケーブル引き回しを簡素化することで、伝送品質を確保し、保守性も向上させたディジタル形保護継電器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、シリアルバスの独自の集線構成に対し、アナログ入力ユニットと演算ユニット間のデータ送受を効率よく実施し、優れたリレー性能を確保したディジタル形保護継電器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明は、保護対象とする電気設備のアナログ電気量をディジタル値に変換したサンプリングデータに基づき、保護リレー演算を行い、前記保護リレー演算の結果を出力するディジタル形保護継電器において、サンプリング用基準信号に基づき前記アナログ電気量をサンプリングし、ディジタル値に変換したサンプリングデータを出力する複数のアナログ入力手段と、少なくとも前記保護リレー演算を行う演算手段とを備え、前記複数のアナログ入力手段から前記演算手段への前記サンプリングデータの伝送系は、少なくとも一部に共用部を有するシリアルバスで構成し、前記複数のアナログ入力手段における各サンプリングデータのシリアル伝送が前記共用部でデータ衝突せず、所定時間内に、前記演算手段に受信されるように、アナログ入力手段毎に前記サンプリングデータを前記共通部に導入するスイッチを設け、前記アナログ入力手段毎の前記スイッチの切り替えを前記サンプリング用基準信号に同期させ、前記保護リレー演算の周期以内に全ての前記スイッチの切り替えを完了させるよう制御するバススイッチ機能を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記演算手段と前記複数のアナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のスター形またはマルチドロップ形トポロジーで構成したことを特徴とする。前記演算手段をメインリレー演算手段と事故検出リレー演算手段で構成し、前記アナログ入力手段をメインリレー用アナログ入力手段と事故検出手段用アナログ入力手段で構成し、前記メインリレー演算手段と複数のメインリレー用アナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のスター形またはマルチドロップ形トポロジーで構成し、前記事故検出リレー演算手段と複数の事故検出手段用アナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のスター形トポロジーまたはマルチドロップ形で構成することも、本発明における課題を解決するための手段の１つである。
【００１５】
さらに、前記複数のアナログ入力手段からシリアルバスを経由して受信する各サンプリングデータは、前記バススイッチ制御により、固定化した順番で前記演算手段に受信されること、前記バススイッチ機能を有するとともに前記シリアルバスを集線する共用部を有するバススイッチ手段を備えたこと、前記バススイッチ手段は、サンプリング用基準信号を生成して、前記サンプリング用基準信号に基づき、前記スイッチの制御タイミングを生成し、前記サンプリング用基準信号を少なくとも前記複数のアナログ入力部に配信し、前記複数のアナログ入力部は、入力した前記サンプリング用基準信号に基づき、所定のサンプリングタイミングを生成し、前記アナログ電気量のサンプリングを行うことも、本発明における課題を解決するための手段の１つである。
【発明の効果】
【００１６】
前記のような構成を有する本発明によれば、アナログ入力手段とリレー演算手段間の伝送系をスター形トポロジーあるいはマルチドロップ形トポロジーにより構成することで、シリアル伝送ケーブルそのコネクタ接続部を大幅に軽減できる。また、バススイッチがサンプリングに同期し、データ衝突しなくスイッチを制御することにより、効率的かつ安全にかつ確実に、演算ユニットは電気量を取得でき、リレー性能を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態の幾つかを順次説明する。説明に当たっては、まず、ディジタル形保護継電器を構成する各ユニットの伝送系の配線トポロジーに関する複数の実施形態について述べ、次いで各実施形態に使用されている各ユニットなどの具体的な構成並びに作用効果について述べる。
【００１８】
１．全体構成とその配線トポロジー
（１）第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図面に従って具体的に説明する。尚、図面においては、本発明の特徴を説明する上で、説明の必要がない機能や部位（例えば回路を駆動させる電源等）は図示を省略している。
【００１９】
図１に、第１実施形態のディジタル形保護継電器１ａの機能ブロック図を示す。図１において、ディジタル形保護継電器１ａは、アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ、アナログ入力ユニット１３１〜１３ｎ、演算ユニット１１、バススイッチ１４１，１４２及び入出力ユニット１５を備えている。
【００２０】
アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎは、メイン及び情報端末用に使用し、電力系統の保護対象設備から電圧及び電流の電気量ＡＩ２１〜ＡＩ２ｎを入力し、アナログ／ディジタル変換を行う。アナログ入力ユニット１３１〜１３ｎは、事故検出及び情報端末用に使用し、電力系統の保護対象設備から電圧及び電流の電気量ＡＩ３１〜ＡＩ３ｎを入力し、アナログ／ディジタル変換を行う。
【００２１】
演算ユニット１１は、電気量ＡＩ２１〜ＡＩ２ｎのサンプリングデータに基づいてメインリレー演算を行うメインリレー演算ユニット１１１と、電気量ＡＩ３１〜ＡＩ３ｎのサンプリングデータに基づいて事故検出リレー演算を行う事故検出リレー演算ユニット１１２と、電気量ＡＩ２１〜ＡＩ２ｎ及び電気量ＡＩ３１〜ＡＩ３ｎのサンプリングデータに基づいて、オシロ機能及び外部の故障点評定装置に対する端末機能を実行し、オシロデータ及び外部の故障点評定装置に必要な情報ＤＯＬを外部に出力する情報端末ユニット１１３とから構成される。
【００２２】
バススイッチ１４１は、メインリレー演算ユニット１１１及び情報端末ユニット１１３とアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎとの間で送受する信号を中継し、その信号の伝送媒体であるシリアルケーブルＳ１２１〜Ｓ１２ｎを集線し、シリアルケーブルＳ１４１ａ経由でメインリレー演算ユニット１１１と接続し、シリアルケーブルＳ１４１ｂ経由で情報端末ユニット１１３と接続する。バススイッチ１４２は、事故検出リレー演算ユニット１１２及び情報端末ユニット１１３とアナログ入力ユニット１３１〜１３ｎとの間で送受する信号を中継し、その信号の伝送媒体であるシリアルケーブルＳ１３１〜Ｓ１３ｎを集線し、シリアルケーブルＳ１４２ｂ経由で事故検出リレー演算ユニット１１２と接続し、シリアルケーブルＳ１４２ａ経由で情報端末ユニット１１３と接続する。
【００２３】
入出力ユニット１５は、メインリレー演算ユニット１１１とケーブルＩＯ１を介して接続され、事故検出リレー演算ユニット１１２とケーブルＩＯ２を介して接続され、外部機器から情報ＤＩ１を入力するとともに、外部に制御指令ＤＯ１を出力する。
【００２４】
尚、同図では、外部の装置及び機器は図示を省略している。図１の保護継電器１ａを構成する各ユニットはユニット形態のものだけでなく、プリント基板、ＩＣ（集積回路）化した形態など、あらゆる形態、その組み合わせを実施できることは言うまでもない。また、シリアルケーブルを使用した伝送は、半二重通信、全二重のいずれでも適用可能である。尚、全二重通信であれば送受信の調停は不要になる。さらに、物理的な形態として、送信と受信を別ケーブルで構成しても良い。また、ケーブルは電気ケーブル、光ケーブルいずれも適用できる。
【００２５】
この第１実施形態においては、メインリレー演算ユニット１１１と事故検出リレー演算ユニット１１２において、アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ，１３１〜３ｎ、シリアルケーブルＳ１２１〜Ｓ１２ｎ，Ｓ１３１〜Ｓ１３ｎ，Ｓ１４１ａ、Ｓ１４２ｂ、バススイッチ１４１，１４２、ケーブルＩＯ１，ＩＯ２というように保護リレー機能に必要なアナログ入力から出力に至る構成要素が分離されている。これは、電気量の取り込みに、シリアル伝送又はシリアル通信を適用する場合においても、メインリレーに対し、フェイルセーフの位置付けになる事故検出リレーの独立性を確保（メイン側の構成要素の不良で事故検出側の正常動作に影響を与えない、その逆も然り）させるための構成である。尚、保護継電器は、メインリレーと事故検出リレーから構成することが信頼性確保上、一般的である。事故検出リレーはフェイルセーフリレーとも呼ばれる。
【００２６】
また、情報端末ユニット１１３は、すべてのアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ，１３１〜１３ｎから電気量の取り込みが必要な場合を考慮するとともに、シリアルバスを簡素化することを目的に、メイン側で使用するアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ、シリアルケーブルＳ１２１〜Ｓ１２ｎ、バススイッチ１４１及び事故検出側で使用するアナログ入力ユニット１３１〜１３ｎ、シリアルケーブルＳ１３１〜Ｓ１３ｎ、バススイッチ１４２を共用する構成としている。
【００２７】
そのため、本実施形態におけるアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ，１３１〜１３ｎと演算ユニット１１間のシリアルバスのトポロジーはまとめると、次の通りである。
・メインリレー演算ユニット１１１とアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ間は「１対Ｎ伝送のスター形トポロジー」
・事故検出リレー演算ユニット１１２とアナログ入力ユニット１３１〜１３ｎ間は「１対Ｎ伝送のスター形トポロジー」
・情報端末ユニット１１３とアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ，１３１〜１３ｎ間は「１対Ｎ伝送の２系のスター形トポロジー」
【００２８】
前記のような構成を有する第１実施形態において採用したスター形トポロジーは、特にＮが大きくなるほど効果を発揮する。すなわち、図２に１対１形トポロジー（Ｐｏｉｎｔ−ＴｏーＰｏｉｎｔ接続と呼ばれる）を適用した場合を示す。図２では、メイン側用アナログ入力ユニット１２１〜１２６の６台、事故検出側用アナログ入力ユニット１３１、１３２の２台とした場合を例示している。この場合、シリアル伝送系ＳＮ１に必要なシリアルケーブルは１６本、ケーブル両端がユニットとの接続コネクタになるため、コネクタ接続部は３２箇所になる。これに対し、本実施形態のスター形トポロジーを同じ台数の機器に適用した場合には、図３に示すように、シリアル伝送系ＳＮ２、ＳＮ３を合わせて、シリアルケーブルは１２本、コネクタ接続部は２４ヶ所に軽減されていることがわかる。
【００２９】
（２）第２実施形態
図４に本発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態では、バススイッチ１４１，１４２と演算ユニット１１の間のシリアルケーブル接続をプリント板ＢＡ１，ＢＡ２の銅箔配線（以後、パターンと呼ぶ）Ｐ１、Ｐ２に置きかえる。プリント基板ＢＡ１、ＢＡ２のパターンで信号経路を分岐させることは容易にできる。これにより、シリアルケーブル本数は８本、コネクタ接続部は２２ヶ所に軽減される。また、プリント基板ＢＡ１、ＢＡ２を保護継電器１ａのケース背面のバックボードとすることで、ケーブルの抜差しなしに、容易に、演算ユニット１１又は演算ユニット１１内の各ユニット１１１，１１２，１１３を脱着する構造にできる。各ユニット１１，１１１，１１２，１１３の保守（ユニット交換等）性が向上することは言うまでもない。
【００３０】
図４では、プリント基板ＢＡ１，ＢＡ２をメイン側用、事故検出側用に分離している。これは両者の独立性を高めることを目的としているが、プリント基板はパターンだけであり、信頼性は高い。さらに、図５に示す変形例のように、メインと事故検出用で共通のプリント基板ＢＡ３としても良い。尚、プリント基板板ＢＡ１，ＢＡ２，ＢＡ３）はフレキシブル基板等を使い、保護継電器１ａの構造の自由度を向上させることもできる。
【００３１】
（３）第３実施形態
図６は本発明の第３実施形態を示すものであって、この実施形態は情報端末ユニット１１３を備えていない構成である。これ以外の構成、作用、効果は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。情報端末ユニット１１３が無い場合でも当然のことながら保護継電器１ｂを構成できることは言うまでも無い。
【００３２】
（４）第４実施形態
図７は本発明の第４実施形態を示すものである。
保護継電器１ｃにおいて、事故検出側のアナログ入力が少ないと、アナログ入力ユニットは１台で足りる場合がある。但し、アナログ入力ユニットの入力チャネル数に依存する。この場合、電気量を伝送するシリアルケーブルＳ１３１だけで済む。データ衝突も起こり得ないため、バススイッチ１４２は不要（バススイッチを設けても支障はない）である。第４実施形態は、バススイッチ１４２を設けない構成例である。このような構成では、メイン側のみスイッチ切替え制御を実施していることになる。
【００３３】
本実施形態においても第１実施形態と同様の効果を発揮するものである。すなわち、図７の場合、事故検出リレー演算ユニット１１２は、自ユニット内にサンプリング用基準信号発生部を備え、事故検出側のアナログ入力ユニットにサンプリング用基準信号を配信する構成になる。尚、メインリレー演算ユニット１１１もバススイッチ１４１にサンプリング用基準信号発生部１４１３を設けず、自演算ユニット１１１内に設けても良い。サンプリング用基準信号発生部をバススイッチに設けなくても保護継電器内のいずれかの機能部に設ければ、第１実施形態と同様の効果が得られる。尚、バススイッチ１４２を使わない構成で情報端末ユニット１１３を備える場合、情報端末ユニット１１３は事故検出リレー演算ユニット１１２経由で、演算ユニット１１内で事故検出側の電気量データを取得することになる。
【００３４】
（５）第５実施形態
図８は本発明の第５実施形態を示すものである。本実施形態の特徴は、演算ユニットを２重化し、メイン側のアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎと事故検出側のアナログ入力ユニット１３１は共用する例である。尚、事故検出側のアナログ入力ユニット１３１を例示しているが、複数台あっても同様である。本実施形態のもう一つの特徴は、各アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ、１３１は電気量データのシリアル出力ポートを２つ備えていることである。演算ユニット１１ａ内のメインリレー演算ユニット１１１はシリアルケーブルＳ１２１〜Ｓ１２ｎでスター形の１系統で構成され、事故検出リレー演算ユニット１１２はシリアルケーブルＳ１３１を１対１形トポロジーで構成している。情報端末ユニット１１３は説明を略す。
【００３５】
演算ユニット１１ｂ内のメインリレー演算ユニット１１１はシリアルケーブルＳ１２１ａ〜Ｓ１２ｎａでスター形の１系統で構成され、事故検出リレー演算ユニット１１２はシリアルケーブルＳ１３１ａを１対１形トポロジーで構成している。情報端末ユニット１１３は説明を略す。
【００３６】
本実施形態では、アナログ入力ユニットを２つの演算ユニット間で共用するため、コスト面で有利である。例えば、変圧器保護継電器の２重化構成（通称、メインーメイン構成という）や母線保護継電器の一括ユニット、分割ユニットの構成などに特に有効である。
【００３７】
（６）第６実施形態
図９は本発明の第６実施形態を示すものであって、本実施形態は、アナログ入力ユニットにスイッチ機能を付加することで、マルチドロップ形（バス形とも言う）のトポロジーを保護継電器内で構成したものである。すなわち、前記各実施形態では、電気量を演算ユニット側が取得する伝送トポロジーはスター形であることに対し、図９では、マルチドロップのトポロジーで保護継電器が構成されている。この場合でも、メイン側用のシリアル伝送系ＭＳと事故検出側用のシリアル伝送系ＦＳは分離した構成とし、メインと事故検出の独立性を保たせている。この場合、ケーブルは１０本に抑えられていることがわかる。
【００３８】
また、図９のアナログ入力ユニット間のマルチドロップ用ケーブル配線は同ユニットを収納するケースのバックボード（プリント基板）等のパターンとしても良い。これは、演算ユニット１１内のマルチドロップ用ケーブル配線についても同様である。尚、このトポロジーでは、集線機能を主とするバススイッチ１４１を必要としない。各アナログ入力ユニット１２１〜１２６、１３１，１３２は、サンプリング同期しているため同時に電気量を配信するものであり、マルチドロップのトポロジーには伝送媒体に共用部があることから、各電気量データが衝突し破壊される可能性がある。しかし。アナログ入力ユニットとしてスイッチ機能を有するものを使用することで、これを回避できる。なお、このスイッチ機能を有するアナログ入力ユニットの詳細は図２９により後述する。
【００３９】
（７）第７実施形態
図１０は本発明の第７実施形態を示すものであって、本実施形態は、前記演算手段と前記複数のアナログ入力手段との間のサンプリングデータ伝送系を１対Ｎ伝送のマルチドロップ形トポロジーとスター構成トポロジーで構成したことを特徴とする。すなわち、図１０に示すように、マルチドロップ形に対し、スター形と組み合わせる複合形とすることで、サンプリングデータ伝送系の伝送速度（伝送負荷）を軽減できる。マルチドロップ構成の場合の伝送速度を仮に１００Ｍｂｐｓとすると、図１０ではスター構成ＳＮ３で伝送系を３つに分けることから、伝送速度も１／３に軽減できる。
【００４０】
尚、すべての端末１２１〜１２９と演算ユニット側１１１、１１３とスター構成にすると、伝送速度はもっとも小さくできるが、その分、伝送ケーブル、演算ユニット１１１，１１３側の伝送入力処理部の入力ポートが増え、ハードウエア規模が増加する。マルチドロップ形とスター形の組合せは、伝送速度とハードウエア規模のトレイドオフに対し、最適なバランスを提供する。
【００４１】
（８）他の実施形態
以上、シリアル伝送系の実施形態を述べたが、保護継電器によっては、他に、以下の形態例もあり、これらにも前記各実施形態が適用できることは言うまでもない。
・事故検出リレー演算ユニットを備えない保護継電器。
・事故検出リレーとメインリレーを１ユニット（この場合、電気量のシリアル入力は事故検出とメインで共用する形態となる）で実施する保護継電器。
・メインリレー演算ユニットを複数台備えた保護継電器。
・事故検出リレー演算ユニットを複数台備えた保護継電器。
・上記４形態の保護継電器において情報端末ユニットが「有り」、「無し」の各形態
・情報端末ユニットを複数備えた保護継電器。
・上記６形態の保護継電器のあらゆる組み合わせ。
【００４２】
さらに、シリアルバスの伝送媒体をケーブルやプリント基板のパターンで説明したが、アナログ入力ユニットの個々にスイッチ機能が備えられることにより、伝送媒体は有線に限らない。シリアル信号の送受信部を無線インターフェースに置き換え、シリアルバスを無線で構成しても良い。
（９）各実施形態の効果
【００４３】
以上の通り、前記各実施形態によれば、メイン側と事故検出側で電気量取得の機能部及び電気量の伝送系を分離することから、メインと事故検出の独立性を確保し、一方の不良等で、他方が影響を受け、保護継電器として誤動作（事故でないのに保護対象に対し、開閉器トリップ指令をだすこと）、誤不動作（事故時に保護対象に対し、開閉器トリップ指令を出さない）を回避することができる。
【００４４】
また、メイン側と事故検出側で電気量の伝送系を分離し、その伝送系を各々、スター形トポロジーやマルチドロップ形トポロジーで構成することにより、シリアル伝送ケーブル及びそのコネクタ接続部を大幅に軽減できる。これは、アナログ入力ユニットの台数が増えるほど、効果は著しい。保護継電器を組み込む装置内は、ケーブル配線の煩雑さや引回しが改善され、接続部の接触不良等のリスクも軽減し、品質及び保守性が向上する。
【００４５】
さらに、アナログ入力ユニットの台数が著しく多くなるのものは、母線保護継電器や変圧器保護継電器、さらには主後備一体形の送電線保護継電器（主保護のＰＣＭリレーと後備保護の距離リレーを１つの保護継電器に収納したもの）、系統安定化装置等であるが、アナログ入力ユニットの台数に関係なく、すべての種類の保護継電器に、本実施形態が適用できることはいうまでもない。
【００４６】
本実施形態では、アナログ入力ユニットの台数に関係なく、保護規模の大小に関係なく、同じ機能構成（バススイッチと演算ユニット及び入出力ユニットの構成）で保護継電器が実現できる。すなわち、保護規模が大きくなっても、アナログ入力を拡張したことに伴ない特別なハードウエア（通信インターフェース等）を増強する必要はない。
【００４７】
従来、保護継電器と回線制御器（上位系からの選択・制御信号指令を入力して該当電力機器に制御信号を出力する継電器で計測機能も備える場合が多い）は同一のハードウエアの構成されている場合が多い。これは、保護継電器のハードウエアであれば、回線制御器としても使えるからである。当然のことながら本実施形態の保護継電器は回線制御器としても適用できる。
【００４８】
情報端末ユニットはメイン側と事故検出側のアナログ入力ユニットに対し、１対Ｎ伝送のスター形もしくはマルチドロップ形トポロジーの２系として構成するため、この情報端末ユニットを追加しても、１対１形トポロジーと比較し、シリアル伝送ケーブル及びコネクタ接続部は大幅に軽減できる。
【００４９】
本実施形態のバススイッチの主機能はカスタムＩＣ等に組み込むことが可能であり、容易に小型化することが可能である。また、バススイッチと演算ユニット間のシリアル伝送系をプリント基板板等でパターン化することで、さらにケーブル本数やコネクタ接続数を削減できる。また、上記プリント板を演算ユニットのバックボードとすることで、メインリレー演算ユニット、情報端末ユニット及び事故検出リレー演算ユニットはバックボードとコネクタ接続する構成となる。これにより、各ユニットは正面から容易に脱着すること（前面保守）が可能になり、ユニット交換の保守性も向上する。
【００５０】
２．各ユニットについて
次に、前記各実施形態において使用されている各ユニットの詳細について、図示された実施形態に従って具体的に説明する。
【００５１】
（１）情報端末ユニット１１３
図１における情報端末ユニット１１３について詳しく説明する。情報端末ユニット１１３はオシロ出力機能と故障点評定装置の端末機能に大別される。オシロ出力機能とは、電力系統の電圧、電流の波形データ（オシロ）を提供する機能であり、特に、系統事故時の様相を解析するために必要なデータを提供する。故障点評定装置とは、系統事故時の故障点を評定する。これには、事故時の電力系統の電圧、電流データを必要とするため、電力系統の各所の端末から電圧、電流データを吸上げる。この端末機能は、オシロ出力機能と同様に電力系統の電圧、電流データを凍結（保持すること）し、要求に応じてデータを提供することにある。
【００５２】
本実施形態では、系統各所で保護継電器が保護対象の電流、電圧の電気量をアナログ入力することから、その電気量データをそのままオシロ用、故障点評定用データとして利用するものである。図１では、アナログ入力はメイン用と事故検出用で分離している。メインで必要な電気量と事故検出に必要な電気量はその保護リレー要素により異なる。よって、必ずしもメイン側で入力する電気量だけでは、オシロ出力と故障点評定用としては不足する場合があるため、事故検出側で入力する電気量も取得する必要がある。
【００５３】
以上から、情報端末ユニット１１３は、メイン側のアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎと事故検出側のアナログ入力ユニット１３１〜１３ｎの両方から電気量を取り込める構成としているのである。尚、情報端末ユニット１１３で必要とする電気量がメイン側のアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎからのデータで足りる場合、情報端末ユニット１１３は、事故検出側のアナログ入力ユニット１３１〜１３ｎからバススイッチ１４２経由の伝送系と接続することを条件としないことは言うまでもない。また、事故検出側のアナログ入力ユニット１３１〜１３ｎからのデータで足りる場合もメイン側の伝送系との接続を条件としないことも同様である。
【００５４】
外部の故障点評定装置や外部のオシロ装置等に必要な情報（電気量データ等）ＤＯＬを送信するために、情報端末ユニット１１３は、通信機能を備える。この通信には、ＲＳ２３２Ｃ、ＲＳ４８５、イーサネットなどのシリアル通信がある。
【００５５】
尚、情報端末ユニット１１３は、事故時のデータ凍結（保持）等を行うことから、情報（事故判定時のメイン側及び事故検出側のリレー動作情報等）を取りこむ必要がある。これは、図示はしていないが、メインリレー演算ユニット１１１及び事故検出リレー演算ユニット１１２と情報端末ユニット１１３間に情報が送受できる信号バスを演算ユニット１１内に備えれば良い。また、リレー動作情報や外部情報（遮断器開閉など）をメインリレー演算ユニット１１１等から取り込まない場合は、図示していないが、入出力ユニット１５と情報端末ユニット１１３間に情報が送受できる信号バス（シリアル接続又はパラレル接続）を設け、入出力ユニット１５から取り込む構成とすれば良い。
【００５６】
従来の故障点評定装置では、系統の自端回線の電気量データだけで故障点評定する装置もある。この装置を、本実施例の保護継電器１ａで実現するには、情報端末ユニット１１３は外部の故障点評定装置ではなく、自身に故障点評定機能を備えるだけで良い。
【００５７】
以上、オシロ出力機能と故障点評定装置の端末機能を述べたが、これら以外に、以下の機能を実装させることもできる。
・リレー整定機能を備え、外部の可搬形操作手段（可搬型ＨＩとも呼ばれるもので、パソコンや専用の携帯端末がこれに当たる）とイーサネット（商標名）などを利用して通信する機能を備える。これにより、パソコン等の画面操作で、整定値の書き込み、読みこみが可能になる。この可搬形操作手段でリレー動作情報、装置異常情報を見ることもできる。尚、情報端末ユニット１１３に本機能を設ける場合は、図１に図示していないが、メインリレー演算ユニット１１１及び事故検出リレー演算ユニット１１２と情報端末ユニット１１３間に情報が送受できる信号バスを演算ユニット１１内に設けることになる。
【００５８】
（２）アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ，１３１〜１３ｎ
前記各実施形態において、アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ、１３１〜１３ｎに入力するアナログ入力電気量ＡＩ２１〜ＡＩ２ｎ、ＡＩ３１〜ＡＩ３ｎはディジタル値に変換される。以下、アナログ入力ユニット１２１を代表に、その構成例を図１１に示す。
【００５９】
（２−１）アナログ入力量のサンプリング
アナログ入力ユニット１２１は、電力系統を構成する電気設備（送電線Ｂ）に設けられた計器用変流器ＣＴ１から電流量ＡＩ２１１と計器用変圧器ＰＴ１から電圧量ＡＩ２１２を入力する。この入力電気量（交流）は、３相の電流、零相電流、３相の電圧、零相電圧等である。保護要素により、回線単位に必要とする電気量は異なる。同図の電気量ＡＩ２１１、ＡＩ２１２は２量であるが、これは例示である。
【００６０】
アナログ入力ユニット１２１は、補助計器用変流器１２１１ａ，１２１１ｂ及び補助計器用変圧器１２１１ｃ、１２１１ｄを備える。これらは、高周波除去用アナログフィルタ１２１２ａ〜１２１２ｄと接続ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＰ１，ＡＰ２される。また、高周波除去用アナログフィルタ１２１２ａ〜１２１２ｄはサンプル＆ホールド回路１２１３ａ〜１２１３ｄに接続ＡＦ１１〜ＡＦ１４される。そして、サンプル＆ホールド回路１２１３ａ〜１２１３ｄはマルチプレクサ１２１４に接続ｈ１〜ｈ４に接続される。
【００６１】
アナログ量をサンプリングする作用を説明する。
補助計器用変流器１２１１ａは入力電気量ＡＩ２１１を電子回路で取り扱えるレベルの電流値に変換する。フィルタ１２１２ａは基本波（５０ＨＺ又は６０Ｈｚ）より大きなカットオフ周波数特性を備え、高周波成分を除去する。サンプル＆ホールド回路１２１３ａは所定のサンプリングで、高周波が除去された全アナログ入力電気量を同時に保持（サンプリング同期）する。複数のサンプル＆ホールド回路１２１３ａ〜１２１３ｄの保持値（すなわち各アナログチャンネルから得られる電気量の保持値）は、マルチプレクサ１２１４の内部スイッチの切替えにより、順次、アナログ／ディジタル変換部１２１５に出力（ＡＭ１）される。フィルタ１２１２ａはアナログフィルタだけでなく、アナログ／ディジタル変換後のディジタルデータにディジタルフィルタを設けることで代用させても良い。
【００６２】
また、図１１のサンプル＆ホールド回路はマルチプレクサ１２１４の前段（アナログ入力側）に位置しているが、他の形態もある。これを図１２に示す。図１２では、マルチプレクサ１２１４の後段にサンプル＆ホールド回路が位置する。尚、図１２は、他の機能部及び接続関連は図１１と同様なので図示を省略する。図１２では、フィルタ１２１２ａ〜１２１２ｄは直接、マルチプレクサ１２１４に接続ＡＦ１１〜ＡＦ１４され、マルチプレクサの出力に対し、サンプル＆ホールド回路１２１３が設けられている。このサンプル＆ホールド回路１２１３の出力はアナログ／ディジタル変換部１２１５と接続（ｈ）されている。尚、サンプル＆ホールド回路を内蔵した形態のアナログ／ディジタル変換部（同図の機能部１２１５Ｂ）を適用しても良い。
【００６３】
以上の構成例は、従来の保護継電器のアナログ入力部と同等であり、本実施例に適用できる。尚、アナログ入力ユニットにおいて、上述したサンプル＆ホールド回路が図１２のようにマルチプレクサの後段に位置している場合、保持してアナログ／ディジタル変換される各アナログ入力量のサンプリングタイミングはマルチプレクサの切替え時間分ずれる。この時間ずれ分はリレー演算処理等で、補正などがなされるため、このような場合でもアナログ入力のサンプリングは同期していると言って良い。よって、本実施例１、後述する実施例２のアナログ入力ユニットは、サンプル＆ホール回路がマルチプレクサの前段、後段いずれの位置にあっても実施形態として含まれる。
【００６４】
（２−２）ディジタル入出力
次に、アナログ入力ユニット１２１におけるディジタル入出力（シリアル通信）について説明する。
アナログ／ディジタル変換した電気量データＡＤ１は、データ付加部１２１７により、付加コード生成部１２１８、端末ＩＤ記憶部１２１９、校正値記憶部１２１ｃのデータｄ１〜ｄ３が付加される。付加コード生成部１２１８は、誤り検出符合ＣＲＣ（ｄ１）等を生成する。図１１では、図示していないが、電気量データＡＤ１だけではなく、端末ＩＤ値（ｄ２）、校正値（ｄ３）も付加コード生成部１２１８に入力し、電気量データＡＤ１と端末ＩＤ値及び校正値の全データに対する誤り検出符号ＣＲＣ（ｄ１）等を生成する。
【００６５】
（２−２−１）端末ＩＤの設定
尚、アナログ入力ユニットが複数台ある場合の識別用として、端末の識別符号（略して端末ＩＤと呼ぶ）が必要になる場合がある。この場合、端末ＩＤを設定する設定部１２１Ａを設け、端末ＩＤ記憶部１２１９に記憶させることになる。この端末ＩＤ記憶部１２１９から、端末ＩＤ値（ｄ２）を取出し、電気量データＡＤ１に付加する。演算ユニット１１は電気量データＡＤ２１を取りこんで、端末ＩＤ値から、電気量データＡＤ２１の送信元端末を識別することができる。この設定部１２１Ａは設定用のメカニカルスイッチ（ロータリスイッチやディップスイッチ等）とすることで、手動で簡単に設定できる。
【００６６】
また、手動ではなく自動設定する方法もある。この自動設定の構成例（メイン用、事故検出用に関わらず適用可能）を図１３〜図１６で説明する。これらは、アナログ入力ユニットを収納ケースに装着することで、自動設定される構成である。
【００６７】
図１３では、収納ケースの背面側にバックボードのようなプリント基板板ＢＡ４を設けている。プリント基板板ＢＡ４では、ＤＣ電圧Ｐ５が印加され、その電圧信号のパターンＰＡをひな壇上に構成している。今、自動設定機能を備えたアナログ入力ユニット１２１ａ〜１２４ａに対し、各ユニットが装着される位置にコネクタを実装（図示は省略）している。ピンＰＩ１〜ＰＩ１６がコネクタピンを例示している。尚、ピンＰＩ５，ＰＩ９，ＰＩ１０，ＰＩ１３，ＰＩ１４，ＰＩ１５は電圧信号のパターンＰＡとは接続されていない。
【００６８】
図１４では、アナログ入力ユニット１２１ａが収納ケースに装着された構成（プリント基板ＢＡ４は断面）を示している。プリント基板ＢＡ４とアナログ入力ユニット１２１ａはコネクタ勘合（ＣＯＮ）しており、コネクタピンＰＩ１〜ＰＩ４から電圧信号ＳＤ１〜ＳＤ４がＩＤ設定部１２１Ａに入力される。ＩＤ設定部は電圧信号ＳＤ１〜ＳＤ４の値に基づき端末ＩＤ値ｄ６を端末ＩＤ記憶部１２１９に記憶する。
【００６９】
図１３に示す電圧信号のパターン構成では、各アナログ入力ユニット１２１ａ〜１２４ａは以下の電圧信号ＳＤ１〜ＳＤ４を読み取る。尚、電圧信号の「有」「無」で１，０のディジタル値で表現する。
・アナログ入力ユニット１２１ａの読み取り値（ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４）＝（１，１，１，１）
・アナログ入力ユニット１２２ａの読み取り値（ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４）＝（０，１，１，１）
・アナログ入力ユニット１２３ａの読み取り値（ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４）＝（０，０，１，１）
・アナログ入力ユニット１２４ａの読み取り値（ＳＤ１，ＳＤ２，ＳＤ３，ＳＤ４）＝（０，０，０，１）
このように、各ユニットに固有の値を読み取ることができ、これにより固有の端末ＩＤを自動設定することが可能になる。
【００７０】
上述した図１３及び図１４による自動設定の構成の変形例を、図１５及び図１６で説明する。
図１５では、収納ケースの背面側に鋼板ＢＴ１（適用例は鋼板には限定されない）を設ける。鋼板ＢＴ１には、スイッチ押下用ピンＰＨ１、ＰＨ２，ＰＨ３，ＰＨ４がアナログ入力ユニットの装着位置に合わせてずらして配置されている。図１６は、自動設定機能を備えたアナログ入力ユニット１２１ｂを収納ケースに装着した構成（鋼板ＢＴ１は断面）を示している。ユニット１２１ｂの背面にはスイッチ押下用ピンＰＨ１、ＰＨ２，ＰＨ３，ＰＨ４を挿入できる高さ方向の位置に貫通穴ＨＯ１〜ＨＯ４が設けられている。この貫通穴ＨＯ１〜ＨＯ４の位置に、ユニット１２１ｂ内には、メカニカルスイッチＳＷＡ〜ＳＷＤが設けられている。同図では、ユニットを収納ケースに装着することで、鋼板ＢＴ１のピンＰＨ１が貫通穴ＨＯ１を通してスイッチＳＷＡを押す。これにより、スイッチＳＷＡは閉じ、内部のＤＣ電圧Ｐ５の電圧信号がＩＤ設定部１２１Ａに入力される。
【００７１】
図１５に示すように各ユニット１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂ，１２４ｂにおいて、押下されるスイッチＳＷＡ，ＳＷＢ，ＳＷＣ，ＳＷＤは異なる。各ユニット１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂ，１２４ｂは異なるスイッチから電圧信号が入力されるため、これを各ユニットに固有の値として、端末ＩＤを自動設定することができる。つまり、各アナログ入力ユニットにおいて、収納ケースに装着することで、異なる状態信号を読み取れる構成であれば、これに基づき端末ＩＤを自動設定することができるのである。
【００７２】
アナログ入力ユニットに設定用スイッチを設けることにより、人手でそのスイッチを操作して状態を保持（固定）することで、アナログ入力ユニットに、固有の端末識別符号（端末ＩＤ）を設定することができる。
【００７３】
（２−２−２）アナログ入力部の校正値
次に、アナログ入力部１２１の校正値について説明する。
アナログ入力部の校正値（補助計器用変流器、補助計器用変圧器の誤差や高周波除去フィルタの群遅延時間、回路の誤差等によるアナログチャンネル間のゲイン、位相ずれを補正する校正値）を記憶した記憶部１２１ｃから校正値（ｄ３）を取出し、電気量データＡＤ１に付加する。電気量データＡＤ１に付加した校正値は、演算ユニット１１において、電気量データの補正処理に利用する。
【００７４】
尚、校正値は外部（例えば、演算ユニット１１や試験用設備やパソコン等の端末など）から記憶させることができるようにするため、シリアル信号ＳＤ１２１１を使い、ディジタル伝送入出力制御部１２１Ｄ経由でシリアル／パラレル変換部１２１Ｂに取り込む（ｄ４）。シリアル／パラレル変換部１２１Ｂはシリアルデータをパラレル値に変換し、校正値記憶部１２１Ｃに校正値のデータを記憶させる。
【００７５】
このように校正値を外部から記憶させる構成と、記憶させた校正値を電気量データＡＤ１に付加させる構成の組み合わせは、校正値付加の電気量データＡＤ２１を入力した外部の試験設備、演算ユニット１１及びパソコン等の端末などで、校正値が記憶させたものと同一であるか確認する目的にも使用できる。このように、アナログ入力ユニットを校正値の書きこみ、読出しを可能とする構成により、校正値の健全性を演算ユニット又は外部試験機やモニタ端末から確認できる。
【００７６】
（２−２−３）サンプリング制御部１２１６
次に、サンプリング制御部１２１６について説明する。
アナログ入力部１２１におけるディジタル伝送入出力制御部１２１Ｄは、シリアルバスＳ１２１〜Ｓ１２ｎの伝送プロトコルに合わせてデータを送受信するものであって、その場合、サンプリング制御部１２１６はシリアルデータＳＤ１２１１と異なる信号ＳＰＡを後述するバススイッチ１４１から入力する。この信号ＳＰＡはサンプリング用基準信号である。サンプリング制御部１２１６はサンプリング用基準信号ＳＰＡからサンプル＆ホールド回路１２１３ａ〜１２１３ｄ用の保持信号ＳＰ１、マルチプレクサ１２１４内のスイッチ切替え信号ＳＰ２、アナログ／ディジタル変換部１２１５への変換制御信号ＳＰ３を生成する。
【００７７】
サンプリング用基準信号ＳＰＡは、電気角３．７５°又は電気角７．５°又は、電気角１５°又は電気角３０°等のタイミング信号を生成できるパルス信号等である。このパルス信号ＳＰＡとタイミング信号ＳＰ１，ＳＰ２、ＳＰ３は同期化される。尚、電気角３．７５°より小さい電気角で高速サンプリングする場合にも本実施例は適用できる。高速サンプリングにおいて、データ量が多くなり、シリアル伝送負荷が重くなる場合、アナログ／ディジタル変換後のディジタルデータに平均化処理等を実施して、データ量を減らす構成としても良い。なお、図１１では、ディジタル伝送入出力制御部１２１Ｄからサンプリング制御部１２１６にサンプリング用基準信号ＳＰＢを出力する図示があるが、これは、後述する変形例の場合を示すもので、サンプリング用基準信号ＳＰＡを入力した場合には必要ない。
【００７８】
（２−２−４）サンプリング用基準信号生成の変形例
図１７は、ディジタル伝送入出力制御部１２１Ｄからサンプリング制御部１２１６にサンプリング用基準信号ＳＰＢを出力する構成とした場合において、アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎとメインリレー演算ユニット１１１間のシリアル伝送系（バススイッチ等は図示を省略）Ｓ１２１〜Ｓ１２ｎ及びＳ１４１ａを示すものである。
【００７９】
前記の実施形態では、サンプリング用基準信号ＳＰＡをシリアル伝送系とは区別し、バススイッチ１４１からアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ、演算ユニット１１に配信する構成を示した。図１７の変形例では、シリアル伝送系を使い、メインリレー演算ユニット１１１からアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎへの送信データフレームをサンプリング周期ＳＴで順次、送信する様子を示している。送信データフレームＡと次の送信データフレームＢはアナログ入力のサンプリング周期に同期して送信タイミングを周期ＳＴで繰り返す。このフレームを受信したアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎは受信タイミングで同期（フレーム受信同期と呼ぶ）をとり、アナログ入力用のサンプリング用基準信号ＳＰＢを生成する。
【００８０】
図１１に示すように、データフレームＡ，Ｂ（図１１では矢印ＳＤ１２１１に相当）はディジタル伝送入出力制御部１２１Ｄに受信され、フレーム受信同期で、サンプリング用基準信号ＳＰＢを生成し、サンプリング制御部１２１６に送信する。この変形例の場合は、図１１に記載のサンプリング用基準信号ＳＰＡの入力は必要ない（入力があっても信号ＳＰＢ、ＳＰＡのいずれかを選択することになる）。
【００８１】
データフレ―ムＡのデータ内容Ｗ２を図１７に例示する。データはフレームヘッダＨ、サンプリングフラグＳＰＦ、データＡ、エラー検出符号ＣＲＣから構成される。アナログ入力のサンプリング周期より、アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎへのデータフレーム送信周期を早くする場合にサンプリングフラグＳＰＦは有効である。例えば、アナログ入力のサンプリング周期よりデータフレーム送信周期が４倍早い場合、サンプリングフラグＳＰＦは４つのデータフレ―ムに１回だけ、フラグを有効（所定の値にするなど）にする。アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ）は受信したデータフレ―ムのフラグＳＰＦに有効値を検出したタイミングに同期して、アナログ入力用のサンプリング用基準信号ＳＰＢを生成すればよい。
【００８２】
情報端末ユニット１１３は、メインリレー演算ユニット１１１からの送信データフレームを受信し、アナログ入力ユニットと同様に受信フレームから同期をとって、サンプリング用基準信号ＳＰＡの代用としてサンプリング用基準信号を内部生成する。又は、情報端末ユニット１１３はメインリレー演算ユニット１１１及び事故検出演算ユニット１１２の双方から、演算ユニット内の専用信号ラインにより入力する形態もある。
【００８３】
図１７では、バススイッチ１４１は、メインリレー演算ユニット１１１からの送信データフレームを中継する際に、サンプリング用基準信号発生部１４１３にも取り込み、同様にしてサンプリング用基準信号ＳＰＡの代用となる同期信号を生成し、その信号により切替え制御部１４１２を制御することになる。
【００８４】
尚、アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎから演算ユニット１１１、情報端末ユニット１１３への送信データの伝送とスイッチの機構は前記の構成と同様である。また、図１７では、メイン側の機能構成部だけを説明したが、事故検出側も事故検出リレー演算ユニット１１２からアナログ入力ユニット１３１〜１３ｎへ送信するデータフレームにて同様に実施できる。
【００８５】
このような図１７の構成によれば、保護継電器内のアナログ入力ユニットやバススイッチ機能部にサンプリング用基準信号を配信するために、演算ユニットとアナログ入力ユニット間のシリアル伝送系以外に、別の伝送媒体（別の信号線やケーブル等）を必要としない。そのため、保護継電器内のケーブル配線が簡素化し、ハードウエア品質及び保守性が向上する。
【００８６】
（３）バススイッチ１４１，１４２
次に、図１８により、バススイッチ１４１，１４２を説明する。ここでは、バススイッチ１４１を代表として、以下述べる。バススイッチ１４２も作用は同じである。図１８は演算ユニット１１が電気量データをアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎからシリアルバスを介して取得することに必要な機能部のみを図示している。また、演算ユニット１１からアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎへの送信データＳＤ１２１１を中継する機能部位は図示を省略している。
【００８７】
バススイッチ１４１は、シリアルケーブルＳ１２１〜Ｓ１２ｎを集線し、メインリレー演算ユニット１１１と情報端末ユニット１１３にアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎが出力するシリアルデータフレーム（電気量データ）#１〜#ｎを中継する。バススイッチ１４１内は、シリアルデータフレーム#１〜#ｎを取りこみ、記憶バッファ１４１１１〜１４１１ｎに記憶する。記憶バッファ１４１１１〜１４１１ｎは、メモリ等の半導体素子（スタティックＲＡＭ、ダイナミックＲＡＭ、デュアルポートＲＡＭ、ＦＩＦＯメモリ等）、データ保持機能を備えたディスクリートＩＣからなる回路等、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＰＡＬ（Programmable Array Logic）、ＧＡＬ（Generic Array Logic）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Device）、ＡＳＩＣ等のカスタムＩＣ内に論理構成された保持回路や内蔵メモリ等がある。尚、データを記憶させることができるものであればすべて適用できることは言うまでもない。
【００８８】
記憶バッファ１４１１１〜１４１１ｎに記憶されたシリアルデータフレーム#１〜#ｎはスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの開閉ＯＦ１〜ＯＦｎによって、伝送路ＯＳ１２１〜ＯＳ１２ｎ側へ伝送される構成となる。このスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの切替えは、切替え制御部１４１２により制御される。スイッチＳＷ１〜ＳＷｎはすべて「開」の状態において、切替え制御部１４１２の制御により、スイッチＳＷ１が閉じ、記憶バッファ１４１１１から記憶したデータフレーム#１が伝送路ＯＳ１２１から伝送路ＯＳ１３へと伝送される。次に、スイッチＳＷ１を開き、スイッチＳＷ２を閉じ伝送路ＯＳ１２２から伝送路ＯＳ１３へと伝送される。これを順次、スイッチＳＷｎまで繰り返すことで、１サンプリング分の全電気量データ#１〜#ｎが共用する伝送路ＯＳ１３を介してシリアルデータとして伝送Ｆｏ１できる。
【００８９】
このシリアルデータフレーム列#１〜#ｎは分岐部ＤＳを経由してシリアルケーブルＳ１４１ａ側Ｆｏ３、シリアルケーブルＳ１４１ｂ側Ｆｏ２に配信され、同一データ#１〜#ｎが同時にメインリレー演算ユニット１１１及び情報端末ユニット１１３に入力される。尚、記憶デバイスからデータを取り出し、通信用コントローラ等により所定の伝送速度で伝送路ＯＳ１３に出力する機能部も備えるが、図示は省略している。また、切替え制御部１４１２の切替えタイミングを生成方法は後述する。
【００９０】
バススイッチ１４１内の伝送路ＯＳ１２１〜ＯＳ１２ｎ、ＯＳ１３、分岐部ＤＳ１等は、プリント基板のパターンとすると、プリント基板上に記憶バッファ１４１１１〜１４１１ｎ、切替え制御部１４１２、後述するサンプリング用基準信号発生部１４１３を回路又は半導体素子として実装することができる。さらに、バススイッチ１４１内のすべての構成要素と伝送路の構成の少なくとも一部をＦＰＧＡ、ＰＬＤ、ＰＡＬ、ＧＡＬ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣ内に論理回路（伝送路は論理配線、スイッチは電子的なスイッチ）として組み込み、プリント基板の小型化を図ることもできる。すべての構成要件、伝送路を論理回路として組み込んでバススイッチ機能を１素子（ＩＣチップ）化することも可能であることは言うまでもない。
【００９１】
ところで、前記のようにアナログ入力ユニットを収納するケースにユニット装着で電気的、機械的に固有の状態信号を取得できるように構成することで、端末ＩＤの自動設定が可能になる。そして、アナログ入力ユニットが固有の端末ＩＤを備える場合、演算ユニットに配信する電気量データフレ―ムに端末ＩＤ値を情報として付加することで、演算ユニットは受信した電気量データフレームからこの端末ＩＤを読み取ることができる。これによりバススイッチの任意の入力ポートにアナログ入力ユニットのシリアルケーブルを接続し、データフレームの受信順番が変っても、端末ＩＤを見ることで接続誤りを検出できる。
【００９２】
これを図１８、図１９で説明する。前記図１８のバススイッチ１４１の構成では、アナログ入力ユニットのシリアルケーブルを接続したポートにより、演算ユニット側が受信するデータの順番（位置）が固定される。図１９では、図１８に対し、アナログ入力ユニット１２１とアナログ入力ユニット１２２のシリアルケーブル接続を入れ替えた場合を示している。この場合、バススイッチ１４１内の伝送路ＯＳ１３で編成されたフレームの順番もフレーム#１とフレーム#２が入れ替わっている。図１９のようにバススイッチのシリアルケーブル接続ポートを誤った場合、演算ユニット側は受信データフレームの順番で識別するため、フレーム#２のデータをアナログ入力ユニット１２１のデータと誤判断することになる。フレーム#２のデータ内容Ｗ１に図示するように端末ＩＤが含まれていると、演算ユニットはデータ送信元の端末を誤ることない。これにより、バススイッチへの接続誤りとして検出し、警報を出すことなども可能になる。
【００９３】
また、アナログ入力ユニットから配信する電気量データフレ―ム#１〜#ｎにサンプリングアドレス値を付加することも可能である。サンプリングアドレス値とはアナログ入力データのサンプリング毎に付与する順序カウンタ値（タイムスタンプでも良い）である。これにより、演算ユニットでは、サンプリングアドレスを確認することで、受信すべき電気量データが毎サンプリング分、サンプリングの順番で取得できているかを判別することができる。ハードウエア等の何らかの不良で、毎サンプリングに受信するデータの欠落を検出することができる。これは、バススイッチで検出させる構成として、欠落データフレームには欠落情報を意味する符号列（ダミーデータフレーム）を挿入して、演算ユニットへ配信する構成でも、演算ユニット側は欠落を確認することができる。
【００９４】
（４）伝送系
次に、メインリレー演算ユニット１１１からアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎへの伝送系を図２０で説明する。図２０では、図１８に示したバススイッチ１４１内の構成は図示を省略している。メインリレー演算ユニット１１１からは伝送路Ｓ１４１ａ、バススイッチ１４１内の伝送路ＯＳ１４、これから分岐して伝送路Ｓ１２１，Ｓ１２２〜Ｓ１２ｎ経由して、データを同報的に配信する。送信するデータは先に述べた校正値等のデータである。同報的に配信するため、データには宛先識別符号（端末ＩＤ値）を付加しておくことで、対応するアナログ入力ユニットは該当データを識別して取り込むことができる。
【００９５】
（５）サンプリング用基準信号発生部１４１３
次に、バススイッチ１４１内のサンプリング用基準信号発生部１４１３を説明する。
サンプリング用基準信号発生部１４１３は、前述したサンプリング用基準信号ＳＰＡを生成する。この信号ＳＰＡは切替え制御部１４１２に出力され、アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ及びメインリレー演算ユニット１１１、情報端末ユニット１１３に配信される。サンプリング用基準信号ＳＰＡはサンプリング用基準信号発生部１４１３内の発信器の基準クロックをベースにするか、又は、図１８に図示していないが、保護継電器１ａの外部にある変電所共通のサンプリングマスター、例えば、ＧＰＳ衛星からの基準時刻信号（１秒パルス信号）等を基準クロックとして使用しても良い。
【００９６】
サンプリング用基準信号ＳＰＡを入力し、切替え制御部１４１２で切替え制御のタイミングを生成する例を図２１に示す。図２１では、サンプリング用基準信号ＳＰＡはパルス信号であり、信号が“Ｌ”レベルに立ち下がるタイミングｔｓ０とタイミングｔｓ１の時間間隔がサンプリング周期となる。
【００９７】
切替え制御部１４１２では、内部のカウンタ（又はタイマー）を備え、タイミングｔｓ０でカウンタ値ＣＮを所定の周期で１〜Ｎ回まで順次更新させ、Ｎ回に達したタイミングｔｓ０１でスイッチＳＷ１を制御する。その後は、カウンタ値ＣＮはリセットされ”０”値となり、次回のタイミングｔｓ１でカウンタ値ＣＮを同様にＮ回まで更新させ、タイミングｔｓ１１でスイッチＳＷ１を制御する。同様にスイッチＳＷ２〜ＳＷｎについても制御を行う。尚、カウンタ値ＣＮがＮ回更新したタイミングでスイッチＳＷ１〜ＳＷｎ）は制御されるが、すべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎを「閉」とするタイミングは、時間的にずらして制御される。すなわち、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは個別に異なる「カウンタ値ＣＮの“Ｎ値”」で制御されることになる。
【００９８】
この“Ｎ値”の決め方を説明する。
図１８に示すデータフレーム#１〜#ｎは、すべて同一フォーマットで且つ同一のフレーム長（ビット列）である。記憶バッファ１４１１１〜１４１１ｎからデータフレーム#１〜#ｎをデータ衝突なく、順次、共用する伝送路ＯＳ１３に伝送するためには、スイッチ「閉」により、１つのデータフレームが送信完了するまでは、他のバススイッチは「開」を保持しなければならない。
【００９９】
この１つのデータフレームの送信完了時間がスイッチ切替えの最小周期（各スイッチ毎の上記“Ｎ値”の最小値）を決める。また、メインリレー演算ユニット１１１又は事故検出リレー演算ユニット１１２において、１サンプリング分の全データフレーム#１〜#ｎに対し、受信遅れをどこまで許容するかによりスイッチ切替えの最大周期（各スイッチ毎の上記“Ｎ値”の最大値）が決まる。
【０１００】
著しい受信遅れは、保護リレーの動作性を悪化させる。尚、受信遅れには保護リレー機種により異なるが許容範囲がある。バックアップ用保護継電器（すなわち後備保護）などは、事故時に主保護用保護継電器が働かない場合のバックアップとして、保護対象の開閉器にトリップ指令を出力する。このような保護継電器は、主保護と比較し、リレー動作は遅くて良い場合がある。各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのカウンタ値ＣＮの“Ｎ値”を決める例式を以下に示す。
【数１】
0004714005.tif 000002
【０１０１】
但し、（１）式における各文字は次の意味を有する。
β＝１データフレーム長／伝送速度
１データフレーム長：アナログ入力ユニットの全入力電気量に対する１サンプリング分の全データ長
Ｎ（１）：スイッチＳＷ１用のカウンタ値ＣＮの“Ｎ値”
Ｎ（ｋ）：スイッチＳＷｋ用のカウンタ値ＣＮの“Ｎ値”、但し、ｋ＝２〜ｎ
Ｎ（ｎ）：スイッチＳＷｎ用のカウンタ値ＣＮの“Ｎ値”
α：アナログ入力ユニット内における前記１データフレーム長の全データに要したアナログディジタル変換時間。尚、アナログ入力ユニット内で１サンプリング以上ずらしてデータを送信する場合、無視して良い。
ＴＣＮ：カウンタ値ＣＮの更新周期
Ｔｍａｘ：入力電気量をサンプリングしてから、演算ユニット１１が受信完了するまでの許容時間
【０１０２】
（１）式において、Ｎ（ｋ）−Ｎ（ｋ−１）は各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ間の切替え間隔をカウンタ値ＣＮで表したものであり、これにカウンタ値ＣＮの更新周期を乗算すると切替え時間が次の（２）式となる。
【数２】
0004714005.tif 000003
【０１０３】
尚、アナログ／ディジタル変換出力がシリアル出力の場合、この変換出力のタイミングに同期して、前記シリアル出力をバススイッチ１４１に送信させる方法もある。この場合、アナログ／ディジタル変換出力完了と同時にバススイッチ１４１の記憶バッファへの受信も完了するため、（１）式の第１式（Ｎ（１））及び（２）式の第１式（スイッチＳＷ１の切替え時間）に限り、β＝０と見なして良い。
【０１０４】
また、（１）式及び（２）式では、第１式のβと第２式のβの値は異なってもよい。これは、アナログ入力ユニットからバススイッチ１４１までのシリアルデータの伝送速度とバススイッチ１４１から演算ユニット１１までの伝送速度が異なっても良いことを意味している。例えば、アナログ入力ユニットからバススイッチ１４１までを１０Ｍｂｐｓで送信し、バススイッチ１４１から演算ユニット１１間を１００Ｍｂｐｓで速度変調して送信するなどである。シリアルバスは集線前の各伝送路の伝送負荷より、集線後の伝送負荷が大きくなるためである。
【０１０５】
さらに、上述した方法は、すべてサンプリング用基準信号ＳＰＡに同期（すなわちアナログ入力のサンプリングに同期）させたものであるが、特定のアナログ入力ユニットからバススイッチ１４１が受信したサンプリングデータの受信タイミングに同期してサンプリング用基準信号ＳＰＡ相当の同期信号を生成して、代用しても良い。この場合、スイッチＳＷ１の切替え時間はこの受信タイミングで決まるため、（１）式、（２）式の第２式、第３式のみ適用されることになる。この方法もサンプリング同期したサンプリングデータの受信タイミングを基準とすることから、外部から直接サンプリング用基準信号ＳＰＡを取りこむ方法と基本的な考え（アナログ入力のサンプリングに同期して、スイッチ制御のタイミングを生成させる考え）は同じである。
【０１０６】
（６）演算ユニット１１の入力電気量の取得
次に、許容時間Ｔｍａｘ＝アナログ入力の１サンプリング周期とした場合に、演算ユニット１１が入力電気量を取得する様相を図２２により説明する。図２２は、アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎを例に図示している。同図では、各アナログ入力ユニットが（１）〜（ｎ）のように作用する。なお、各アナログ入力ユニットが入力する３チャンネル分は説明のための例であり、チャンネル数は制約しない。
(1) アナログ入力ユニット１２１は３チャンネル分のアナログ電気量ＡＦ１１、ＡＦ１２、ＡＦ１３を入力。
(2) アナログ入力ユニット１２２は３チャンネル分のアナログ電気量ＡＦ２１、ＡＦ２２、ＡＦ２３を入力。
(n) アナログ入力ユニット１２ｎは３チャンネル分のアナログ電気量ＡＦｎ１、ＡＦｎ２、ＡＦｎ３を入力。
【０１０７】
各アナログ入力ユニットでは、同一のサンプリング周期ＳＴで、アナログ電気量をサンプリングし、ディジタルデータとして出力する。同図は、１サンプリング周期内での受信完了までの様相Ｗを図示している。アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎにおいて、サンプリングは同期化されており、同時のサンプリングタイミングｔｐ０において、電気量をサンプリングする。
【０１０８】
この１サンプリングデータであるデータ#１１〜#１３、#２１〜#２３・・・#ｎ１〜#ｎ３は並列のデータフレームとして、バススイッチ１４１入力される。バススイッチ１４１において、並列伝送されてきたデータフレームを１列のデータフレーム列（シリアルデータ）として編成（ＰＳ）する。演算ユニット１１は、１サンプリング後のタイミングｔｐ１までにすべてのデータを受信する。
【０１０９】
次に、許容時間Ｔｍａｘ＝アナログ入力の１サンプリング周期とした場合のリレー演算のタイミングを図２３に示す。図２３は、アナログ電気量のサンプリングデータを演算ユニット１１が受信完了するタイミングをＸ１〜Ｘ８、Ｙ１〜Ｙ８、Ｚ１〜Ｚ８で例示している。また、保護リレー演算周期はＳＳＰ１、ＳＳＰ２、ＳＳＰ３で示している。
【０１１０】
例えば、保護リレー演算周期を電気角３０°とすると、図２３では、サンプリング周期は電気角３．７５°となる。今回のリレー演算周期ＳＳＰ１内でサンプリングされた電気量データはすべて電気角３０°以内に演算ユニット１１に受信されている。これらの受信した電気量データに基づき、次の電気角３０°（ＳＳＰ２）でリレー演算を実施する。これにより、電気角３０°で取得したデータに基づき次の電気角３０°で事故判定ができる。尚、周期ＳＳＰ１内で受信タイミングＸ８後に時間的に許せば、次の電気角３０°を待たずに、リレー演算しても良い。また、リレー演算では電気量の瞬時値から実効値や位相等を計算するため、過去の電気角で取得したデータも使用してリレー演算を行うことは言うまでもない。
【０１１１】
尚、伝送遅延が多少あっても、上述した場合と同様にリレー演算することは可能である。この点を図２４で説明する。
図２４でも、保護リレー演算周期（ＳＳＰ１、ＳＳＰ２、ＳＳＰ３）を電気角３０°とし、サンプリング周期は電気角３．７５°として説明する。今回の電気角３０°（ＳＳＰ１）内でサンプリングされた電気量の受信タイミングＸ１〜Ｘ８に対し、伝送遅延により、次の電気角３０°（ＳＳＰ２）まで待たないと受信できない場合（受信タイミングＸ７，Ｘ８のデータ）、受信タイミングＸ７，Ｘ８がリレー演算周期ＳＳＰ２内であれば、前の電気角３０°（ＳＳＰ１）内で受信したデータ（受信タイミングＸ１〜Ｘ６のデータ）と合わせて、これらのデータに基づき、周期ＳＳＰ２内でリレー演算することが可能である。この場合も図２４で説明した場合と同様の効果となる。
【０１１２】
上述したように伝送遅延は許容できるが、受信タイミングＸ８後にリレー演算を行うため、周期ＳＳＰ２の残り時間が重要になる。受信タイミングＸ８が大きく遅れると、その分、周期ＳＳＰ２内での演算に使える時間が減ることになり、演算時間オーバなどに至る可能性がある。また、受信タイミングＸ８が周期ＳＳＰ３以降になるなど大幅に遅れる場合も考えられる。
【０１１３】
この場合、前者、後者とも、一つ前の電気角３０°でアナログ入力ユニットにてサンプリングされた電気量ではなく、電気角６０°や電気角９０以前の取得データを使用して、電気角３０°毎にリレー演算を行えば良い。例えば、電気角６０°前のサンプリングデータを使う場合は、電気角３０°前の取得データが使える場合と比較し、一般的に、電気角３０°分、リレー動作時間が遅れることになるが、保護継電器の性能として許容できるのであればこのような方法でも適用できる。必要とする保護継電器の性能に応じて、伝送受信の許容時間Ｔｍａｘを決めれば良い。
【０１１４】
尚、リレー演算周期を電気角３０°、サンプリング周期を電気角３．７５°で説明したが、これは本実施例の使用を制限するものではない。リレー演算周期を任意の電気角とし、それと同等以下の周期をサンプリング周期とてもよい。例えば、サンプリング周期とリレー演算周期をともに電気角３０°とし、図２３のリレー演算周期ＳＳＰ１内における受信タイミングがＸ１（Ｘ２〜Ｘ８は無し）とすると、次の電気角３０°の周期ＳＳＰ２まで待たなくても、周期ＳＳＰ１内でＸ１タイミングの受信データを使用してリレー演算してよい。
【０１１５】
また、図２３、図２４では、毎サンプリングに電気量データを取得する例であったが、数サンプリング分をまとめて伝送する方法でも良い。これを図２５、図２６に示す。
同図では、例えば、リレー演算周期を電気角３０°、サンプリング周期を電気角３．７５°とすると、同図は電気角３．７５°の４サンプリング分データがタイミングＸ１１、Ｘ１２、Ｙ１１，Ｙ１２、Ｚ１１，Ｚ１２で演算ユニット１１に受信されることを示している。図２５では、図２３と同様に１リレー演算周期内でサンプリングされた電気量がすべて受信されており、図２６では、電気角１５°分の４サンプリング分データが次のリレー演算周期で受信完了する。受信したデータに対するリレー演算のタイミングと効果は、図２５は図２３と、図２６は図２４と同様である。
【０１１６】
これまでの説明してきたサンプリング用基準信号ＳＰＡの周波数は、アナログ入力のサンプリング周波数で良いが、これに限定されるものではない。サンプリング用基準信号ＳＰＡは、アナログ入力のサンプリング周波数と異なっても良い。サンプリング用基準信号ＳＰＡを保護継電器内の各構成要素に配信する理由は、サンプリング用基準信号ＳＰＡを基準となる同期信号として扱うためである。各構成要素にて同期をとるために使う。サンプリング用基準信号ＳＰＡは、アナログ入力のサンプリング周波数と異なる場合、各構成要素において、信号ＳＰＡと同期をとり、必要とする周波数の信号を生成して使えばよいだけである。
【０１１７】
以上、メイン側のアナログ入力ユニット１１２１〜１２ｎ、メインリレー演算ユニット１１１を代表して説明したが、事故検出側のアナログ入力ユニット１３１〜１３ｎ）、事故検出リレー演算ユニット１１２の関係も同様である。尚、メイン側と事故検出側とで、サンプリング用基準信号は共用しても、個別に設けてもよい。
【０１１８】
共用する場合の効果は、メイン側と事故検出側の両方のアナログ入力を必要とする場合でも同期がとれるため、情報端末ユニット１１３はデータを確実に取得できる。この場合、情報端末ユニット１１３に専用のバススイッチを設け、情報端末ユニットとアナログ入力ユニット間は１対Ｎ伝送の１系のスター形トポロジーとし、メイン側と事故検出側では、アナログ入力ユニットを出力２ポートとし、１対１形トポロジーで構成するような形態もとれる。
【０１１９】
また、共用しない場合の効果は、共用部（サンプリング用基準信号発生部等）の故障で、メインと事故検出の両方が影響を受けることがない。これは、メインと事故検出の独立性を確保させる意味で効果がある。
【０１２０】
（７）入出力ユニット１５
最後に保護継電器１ａの構成要素であり入出力ユニット１５について図２７、図２８により説明する。図２７の入出力ユニット１５ａは、メイン入出力部１５１と事故検出用入出力部１５２を備え、両者は独立した構成となっている。これは、メインと事故検出の独立性を確保させることが目的である。
【０１２１】
メイン入出力部１５１はメインリレー演算用ユニット１１１から接点出力指令を伝送媒体ＩＯ１経由で入力し、自部に備えた出力接点１５１１を制御し、制御指令ＤＯ１１を出す。また、メイン入出力部１５１は外部機器情報等ＤＩ１１を絶縁入力し、メインリレー演算ユニット１１１へ外部機器情報を伝送媒体ＩＯ１経由で出力する。事故検出用入出力部１５２は事故検出リレー演算ユニット１１２から伝送媒体ＩＯ２経由で接点出力指令を受け、自部に備えた出力接点１５２１を制御し、制御指令ＤＯ１２を出す。
【０１２２】
また、事故検出用入出力部１５２は外部機器情報等ＤＩ１２を絶縁入力し、事故検出リレー演算ユニット１１２へ伝送媒体ＩＯ２経由で外部機器情報を出力する。伝送媒体ＩＯ１，ＩＯ２はシリアル伝送媒体、パラレル伝送媒体のいずれでも適用できる。同図の特徴は、メインリレー演算結果（制御指令）と事故検出リレー演算（制御指令）を入出力ユニット１５から個別に出力することである。この両者の出力のＡＮＤ構成（トリップ回路）は保護継電器を組み込む装置内で実装する。
【０１２３】
図２８の入出力ユニット１５ｂは、このトリップ回路を入出力ユニット内の構成ＰＯとして備えたものである。この場合、外部のＤＣ１１０Ｖ電源ブスＰ１１０と出力接点１５１１、１５１２がＡＮＤ回路で接続されている。集約した制御出力ＤＯ１が出力される。
【０１２４】
尚、図２７、図２８に示すメイン入出力部１５１と事故検出用入出力部１５２は物理的に独立したユニット形態に分離しても良い。また、入出力ユニット１５では、入力部を備えない出力部だけの構成もある。この場合、入出力ユニット１５は出力ユニットとなる。
【０１２５】
（８）バススイッチとアナログ入力ユニットの変形例
図１８に示すバススイッチの機能をアナログ入力ユニット側に分散させた変形例を説明する。これを図２９（説明に必要のない構成要件は図示を省略）に示す。尚、メイン側のバススイッチとアナログ入力ユニットを例に説明するが、事故検出側も同様に適用できる。
【０１２６】
図２９では、バススイッチ１４１の主機能である記憶バッファ１４１１１〜１２１１ｎとスイッチ部ＳＷ１〜ＳＷｎをアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎに備え、バススイッチ１４１は集線機能とサンプリング用基準信号を配信する機能のみ備えている。同図のアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎでは、各々のＡ／Ｄ変換部１２１５〜１２ｎ５に記憶バッファ１４１１１〜１４１１ｎとスイッチＳＷ１〜ＳＷｎが１対１に機能上、接続した構成となっている。
【０１２７】
尚、図１８におけるバススイッチ１４１内の切替え制御部１４１２は当然ながらアナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ内に各々、備えられている。図３の切替え制御部１４１２はバススイッチ１４１内のすべてのバススイッチＳＷ１〜ＳＷｎを制御していたが、図２３の図示していない「アナログ入力ユニット内の切替え制御部１４１２」は１つのスイッチ（ＳＷ１又はＳＷ２又は・・・ＳＷｎ）を制御する点が異なる。この場合、各アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎ内のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、個々に異なる切替え時間で制御される。
【０１２８】
また、この制御タイミングは実施例１の作用で説明した（１）式で決定されるカウンタ値ＣＮの“Ｎ値”を各アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎが該当するスイッチＳＷ１又はＳＷ２又は・・・ＳＷｎの設定値として持つことで実現でき、（２）式で決まる切替え時間でも良い。但し、本変形例では、図１８に示すシリアルバスの伝送系Ｓ１２１〜Ｓ１２ｎの前段に記憶バッファ１４１１１〜１４１１ｎが位置する。この場合、（１）（２）式の第１式に限り、バス伝送時間の影響がないため、β＝０と見なしても良い。本変形例では、この点が異なるだけで、図１８に基づき説明した切替え制御方法は、すべて本変形例においても適用できる。
【０１２９】
このようにカウンタ値ＣＮの“Ｎ値”又はこれに相当するパラメータ（切替え時間など）の設定は、例えば、各アナログ入力ユニットに設定部を設ければ良い。この設定部はメカニカルなスイッチ等をアナログ入力ユニットに備え、スイッチ操作で設定できるようにしておけばよい。前記の端末ＩＤ設定方法は、本変形例におけるカウンタ値ＣＮの“Ｎ値”又はこれに相当するパラメータの設定にも適用できるものである。
【０１３０】
尚、図２９のように記憶デバイス１４１１１〜１４１１ｎとスイッチＳＷ１〜ＳＷｎが各アナログ入力ユニットに備えられても、図２９のバススイッチ（スイッチ機能はない）の集線部との組み合わせにおける作用は図１８で説明した作用と同じであるので説明は省略する。同等の効果を有することはいうまでもない。
【０１３１】
本変形例に特有の効果はバススイッチ１４１（スイッチ機能はない）を簡素化することにあり、これにより、図３０に示すようにメインリレー演算ユニット１１１内に組み込むことも容易である。組み込んだバススイッチ１４１（スイッチ機能無し）はメインリレー演算ユニット１１１の内部回路１１１１と信号媒体ＩＳ１を介し接続できる。情報端末ユニット１１３はメインリレー演算ユニット１１１との間の信号媒体ＩＳ２を介して電気量を取得する構成となる。これは、バススイッチ１４２（スイッチ機能無し）と事故検出リレー演算ユニット１１２及び情報端末ユニット１１３の関係においても同様の実施が可能である。尚、図１８のバススイッチ１４１（スイッチ機能有り）を演算ユニット１１に組み込んでも良いことは言うまでもない。
【０１３２】
（９）本実施形態の各ユニットによる効果
以上の通り、本実施形態によれば、サンプリング同期した複数のアナログ入力ユニットを備え、その電気量をシリアル伝送により演算ユニットに取得させる保護継電器において、リレー性能として許容できる所定時間内に演算ユニットが電気量を取得できるように、バススイッチが前記サンプリングに同期し、データ衝突しなくスイッチを制御する。これにより、伝送系を集線したスター形トポロジーにおいて、効率的かつ安全にかつ確実に、演算ユニットは電気量を取得でき、リレー性能を確保できる。
【０１３３】
また、バススイッチのスイッチ制御は、伝送速度、電気量のデータフレーム長及びリレー性能として許容できる所定時間を、サンプリング基準信号発生部について説明した（１）式又は（２）式を適用して、バススイッチの制御条件を決めることができ、保護継電器のリレー性能の要求スペックに合わせて適用できる。
【０１３４】
特に、シリアル伝送系において、バスを集線して、データ衝突なく中継するものとして、従来、スイッチングハブがある。スイッチングハブは、複数の入出力ポートを備えており、中継するデータフレームの宛先（符号）を識別し、その宛先（送信先）の端末がある出力ポートだけにデータフレームを出力するスイッチ機能を備え、外部の機器と同期することなく、データの先着順に独自のスイッチ切替タイミング及び遅延時間で動作する。本実施例のバススイッチは、データフレームの宛先（符号）を必要とせず、すべての入力データを出力側に配信し、保護リレーのアナログ入力のサンプリングと同期して、スイッチ制御する。スイッチングハブと本実施形態のバススイッチは、作用としてスイッチ制御方法が異なり、目的と効果として、保護継電器として必要な電気量取得の時間保証ができるか否かの違いがある。当然のことながら、スイッチングハブのように独立して動作する形態では困難であるが、本実施形態のバススイッチでは、保護継電器として必要な電気量取得の時間保証（リレー性能要求に合うようにスイッチ制御を実現できること等）が可能である。
【０１３５】
また、保護継電器では、リレー精度（動作レベル、動作感度等）を確保するめに、すべてのアナログ入力はサンプリング同期（アナログフィルタ部の群遅延時間やサンプルホールド回路がない場合に生じるマルチプレクサでの切替え時間などは校正処理で補正）させるため、複数のアナログ入力ユニットからは同時にサンプリング電気量が配信される。これをスイッチングハブで中継すると、先着順に演算ユニットに送信するため、演算ユニットが電気量データフレームを受信する順番は毎回、不定である。
【０１３６】
この場合、リレー演算ユニットは正しくリレー演算するために、受信データがどのアナログ入力ユニットから送信されたものであるかを識別する必要があり、この識別処理（演算ユニットの記憶部等に受信保存されたデータを検索するなどの余分な処理及び即座に演算に必要なデータを取出すことができないため、必要に応じて並べ替えるなどの余分な処理）が必要になり、アナログ入力ユニットの台数が多くなるほど、この識別処理負担も大きくなる。これは、リレー演算周期内での識別処理に時間を要し、本来のリレー演算時間が確保できず、演算時間オーバなどの弊害が生じる。
【０１３７】
しかし、本実施形態におけるバススイッチを適用することで、演算ユニットが受信する電気量データフレームの順番が固定されるため、先に述べたような余分な識別処理は不要となる。よって、複数のアナログ入力ユニットを必要とする保護継電器においても、リレー演算時間が確実に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明のディジタル形保護継電器の第１実施形態を示す機能ブロック図。
【図２】従来のディジタル形保護継電器における１対１形トポロジーの例を示す機能ブロック図。
【図３】本発明の第１実施形態における伝送トポロジーによる構成例を示す機能ブロック図。
【図４】本発明の第２実施形態を示す機能ブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態の変形例を示す機能ブロック図。
【図６】本発明の第３実施形態を示す機能ブロック図。
【図７】本発明の第４実施形態であって、事故検出リレー演算ユニットとアナログ入力ユニット間のシリアル伝送ケーブルが１本で済む保護継電器の機能ブロック図。
【図８】本発明の第５実施形態であって、演算ユニットを２重化した保護継電器の機能ブロック図。
【図９】本発明の第６実施形態であって、マルチドロップ形トポロジーを使用したディジタル形保護継電器を示す機能ブロック図。
【図１０】本発明の第７実施形態であって、スター形トポロジーとマルチドロップ形トポロジーとを組み合わせた保護継電器の機能ブロック図。
【図１１】本発明の実施形態におけるアナログ入力ユニットを示す機能ブロック図。
【図１２】本発明におけるアナログ入力ユニット内のサンプル＆ホールド回路の配置図。
【図１３】本発明の実施形態における端末ＩＤ自動識別のための第１の構成例を示す機能ブロック図。
【図１４】本発明の実施形態における端末ＩＤ自動識別のためのアナログ入力ユニット該当部位の第１の構成例を示す機能ブロック図。
【図１５】本発明の実施形態における端末ＩＤ自動識別のための第２の構成例を示す機能ブロック図。
【図１６】本発明の実施形態における端末ＩＤ自動識別のためのアナログ入力ユニット該当部位の第２の構成例を示す機能ブロック図。
【図１７】本発明の実施形態におけるフレーム受信同期の状態を示す模式図。
【図１８】本発明の実施形態におけるバススイッチを示す機能ブロック図。
【図１９】本発明の実施形態における接続ポートが異なるバススイッチを示す機能ブロック図。
【図２０】本発明の実施形態における演算ユニットからアナログ入力ユニットへの送信の伝送系を示すブロック図。
【図２１】本発明の実施形態におけるサンプリング用基準信号に基づくバススイッチ切替えの作用を示す模式図。
【図２２】本発明の実施形態におけるアナログ量のサンプリングから演算ユニットの受信完までの作用を示す模式図。
【図２３】本発明の実施形態におけるＡ/Ｄデータ受信とリレー演算の第１のタイミング例を示す模式図。
【図２４】本発明の実施形態におけるＡ/Ｄデータ受信とリレー演算の第２のタイミング例を示す模式図。
【図２５】本発明の実施形態におけるＡ/Ｄデータ受信とリレー演算の第３のタイミング例を示す模式図。
【図２６】本発明の実施形態におけるＡ/Ｄデータ受信とリレー演算の第４のタイミング例を示す模式図。
【図２７】本発明の実施形態における入出力ユニットの第１の構成例を示す機能ブロック図。
【図２８】本発明の実施形態における入出力ユニットの第２の構成例を示す機能ブロック図。
【図２９】本発明の実施形態において、バススイッチ機能をアナログ入力ユニットに分散させた場合の構成例を示す機能ブロック図。
【図３０】本発明の実施形態において、バススイッチのスイッチング機能をアナログ入力ユニットに備えた場合の構成例を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
【０１３９】
１ａ：ディジタル形保護継電器
１１：演算ユニット
１１１：メインリレー演算ユニット
１１２：事故検出リレー演算ユニット
１１３：情報端末ユニット
１２１，１２２，…１２ｎ：メインリレー用のアナログ入力ユニット
１３１，１３２，…１３ｎ：事故検出リレー用のアナログ入力ユニット
１４１，１４２：バススイッチ
１５：入出力ユニット
ＡＩ２１，ＡＩ２２，…ＡＩ２ｎ：アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎが入力するアナログ電気量
ＡＩ３１，ＡＩ３２，…ＡＩ３ｎ：アナログ入力ユニット１３１〜１３ｎが入力するアナログ電気量
ＩＯ１：メインリレー演算ユニットと入出力ユニット間の接続ケーブル
ＩＯ２：事故検出リレー演算ユニットと入出力ユニット間の接続ケーブル
Ｓ１２１，Ｓ１２２，…Ｓ１２ｎ：アナログ入力ユニット１２１〜１２ｎと演算ユニット間のシリアル伝送ケーブル
Ｓ１３１，Ｓ１３２，…Ｓ１３ｎ：アナログ入力ユニット１３１〜１３ｎと演算ユニット間のシリアル伝送ケーブル
Ｓ１４１ａ，Ｓ１４１ｂ：バススイッチ１４１と演算ユニット１１間のシリアル伝送ケーブル
Ｓ１４２ａ，Ｓ１４２ｂ：バススイッチ１４２と演算ユニット１１間のシリアル伝送ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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