JP2000241458A - 電流測定装置および電流測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷電流のみならず漏れ電流も監視および記
録できる電流測定装置を提供する。 【解決手段】 交流電流の数波分の瞬時データφ１を二
乗平均して実効値φ２を求める実効値算出部１６と、記
録間隔Ｔｒ毎にその間の実効値φ２から平均電流値φ３
を求め記録する平均値記録部１８と、特定時間Ｔｐ毎の
その間の実効値φ２の最大値φ４を求め、さらにそれた
検出レベル以上であるときに記録するピーク値記録部１
９を設ける。短い間隔で交流電流の実効値を求めること
ができるので、それらから平均値およびピーク値を求め
ることにより、漏れ電流から負荷電流までも一括して検
出および記録、さらに解析することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電流の測定に
適した装置および方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電源ケーブルをクランプ式ＣＴセンサで
はさみ、電源ケーブルに発生する磁場を介して電流を測
定する非接触型の電流測定装置が知られている。この非
接触型の電流測定装置は、配線工事が不要であり、さら
に、電池で動くハンディな測定装置が実現できる。この
ため、工場、オフィス、家庭などにおいて個々の電源線
の消費電力を測定したり、監視するなど多種多様な目的
で使用されている。さらに、近年のクランプタイプの電
流測定装置は、電流自体だけではなく、演算処理により
電力値に換算して積算電力あるいは瞬時電力なども表示
できるようにしているものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような電流測定装
置を用いて消費電力を測定することは節電対策を施し、
またその結果を確認するために重要である。一方、電力
消費を削減し、また、電源線に接続された電気機器を安
全に動作させるためには、漏電監視も非常に重要であ
る。継続的に発生している漏電は、各々の機器の消費電
力と電源線毎の消費電力を比較検討などの方法により確
かめることができる。しかしながら、瞬間的な電流の変
動は電力に積算される過程で表れなくなるので、様々な
原因で発生する瞬間的な漏電を検出することができな
い。漏電ブレーカのチェックなどのために瞬時電流を記
録できる特殊な装置が求められているが、手軽に利用で
きるものは開発されていない。

【０００４】そこで、本発明においては、負荷電流をモ
ニタあるいは記録できると共に、瞬間的な漏電もモニタ
あるいは記録することができる電流測定装置を提供する
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の電流
測定装置は、定期的に得られた複数の瞬間電流値から第
１の時間間隔毎に交流電流の実効値を算出する手段と、
それらの実効値の平均値を第２の時間間隔毎に求めて記
録する第１の記録手段と、それらの実効値の最大値を第
３の時間間隔毎に求めて記録する第２の記録手段とを有
する。また、本発明の電流測定方法は、定期的に得られ
た複数の瞬間電流値から第１の時間間隔毎に交流電流の
実効値を算出する工程と、それらの実効値の平均値を第
２の時間間隔毎に求めて記録する第１の記録工程と、そ
れらの実効値の最大値を第３の時間間隔毎に求めて記録
する第２の記録工程とを有する。

【０００６】本発明の電流測定装置および測定方法にお
いては、数１０あるいは数１００ｍｓｅｃ単位の短かな
第１の時間間隔毎に、定期的に測定した交流電流の瞬間
電流値から実効値を算出し、それらの測定値を第１の時
間間隔よりもある程度長い第２の時間間隔毎に平均する
ことにより負荷電流を求めることができる。したがっ
て、電力消費を監視あるいは記録することができる。一
方、第１の時間間隔より長く、第２の時間間隔と同じま
たはそれよりは短い第３の時間間隔を設定し、その間の
実効値の最大値を求めることにより瞬間的な電流値の増
減を記録することができる。したがって、瞬間的な漏電
も監視あるいは記録することができる。このため、本発
明の電流測定装置および測定方法により、負荷電流と共
に漏れ電流も記録あるいは監視することができる。

【０００７】本発明の電流測定装置および電流測定方法
においては、短時間に交流電流の実効値を求めることが
重要である。第１の時間間隔を測定対象の交流電流の周
期の正数倍にすると、その間に定期的に測定された瞬間
電流値を二乗平均するだけで実効値を得ることができ
る。したがって、簡単なディジタル回路で瞬間的な電流
の実効値を算出することができる。第１の時間間隔は１
周期、例えば５０Ｈｚの交流電流であれば２０ｍｓｅｃ
でも良いが、測定周期あるいは交流周波数の公差を考慮
すると３波分程度の間隔で測定することが望ましい。

【０００８】このため、交流電流の周波数によって第１
の時間間隔が設定できるようにする必要があるが、交流
電源を測定対象とする場合は、第１の時間間隔を１００
ｍｓｅｃに設定することにより、５０Ｈｚ領域および６
０Ｈｚ領域で第１の時間間隔を変更しなくて済む。した
がって、測定ミスを防止できる。

【０００９】平均値および最大値はそれらが求められた
時刻と共に記録することにより時間的な変動が判る。し
かしながら、測定時間が長くなるとデータを記録するた
めのメモリ容量が大きくなる。そこで、第１の記録手段
および記録工程では、第２の時間間隔毎に求められた平
均値を順番に記録することによりメモリ容量をセーブす
る。時刻を記録しなくても、平均値を順番に記録すれば
第２の時間間隔に基づき平均値が得られた時刻を後で求
めることができる。

【００１０】一方、漏電監視を目的とすると、第２の記
録手段および記録工程では、変動の小さなデータは不要
である。したがって、第３の時間間隔毎に求められた最
大値が所定の検出レベル以上のときに、その最大値およ
び時刻を記録する。これにより、最大値の記録回数が削
減できるのでメモリ容量をセーブできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明をさ
らに説明する。図１に本発明にかかる電流測定装置、お
よびこの電流測定装置を用いて電流を測定するシステム
を示してある。本例の電流測定装置１はクランプ式ＣＴ
センサ２を接続し、そのクランプ式ＣＴセンサ２で電源
ケーブル９などの被測定線を挟んで被測定線を流れる電
流を測定する測定装置であり、被接触状態で電流を測定
することができるものである。そして、測定された電流
値はいったん測定装置に記憶され、適当なタイミングで
通信ケーブル３を介してパーソナルコンピュータ４に送
信され解析できるようになっている。このように、本例
の測定装置１を用いることにより、測定された電流デー
タをパーソナルコンピュータ上で表示および解析などの
処理を行う電流用のデータロガーシステムを構築でき
る。

【００１２】本例の測定装置１は、クランプ式ＣＴセン
サを接続できるコネクタ１１が２つ用意されており、後
述する測定および記録機能においても、それぞれのクラ
ンプ式ＣＴセンサから得られたデータを独自に処理でき
るようになっている。したがって、１台で２チャンネル
分の測定および記録が可能であり、測定装置１は１台で
異なった被測定線の電流を測定し、監視することができ
る。しかしながら、以下では簡単のために、１チャンネ
ル分の機能を説明することにする。

【００１３】本例の測定装置１は、測定データ、測定状
況などをモニターできるＬＣＤパネル１２が中央に設け
られている。また、バッテリーを内蔵しており、装置全
体がハンディーなサイズに纏められている。このため、
ユーザが巡回点検などに携帯して適当な個所の電流値を
モニタすることも可能である。そして、測定したデータ
を通信ケーブルなどによりパーソナルコンピュータに纏
めて転送し、データ解析可能である。一方、所定の電源
ケーブル９にクランプ式ＣＴセンサ２をセットして長期
間にわたり電流値を監視することも可能であり、そのよ
うな長期間にわたり測定する場合は、ＡＣアダプタ５を
用いて家庭用電源などで稼動することが望ましい。ま
た、通信ケーブルに代わり、電話回線あるいは無線など
の他の伝送手段により測定データを送信することももち
ろん可能である。

【００１４】図２に、本例の電流測定装置１の概略機能
をブロック図により示してある。本例の測定装置１は、
クランプ式ＣＴセンサ２により瞬時の電流値を取得する
データ取得部１４と、その瞬時データから実効値を算出
する実効値算出部１６と、実効値から平均電流値を求め
て記録する平均値記録部１８と、実効値から最大値を求
めて記憶するピーク値記録部１９とを備えている。

【００１５】データ取得部１４は、クランプ式ＣＴセン
サ２の検出した電流値を所定の測定間隔Ｔｏ毎にデジタ
ル変換し瞬時データφ１として一時的に瞬時データ用の
メモリ１５に記憶する。また、実効値算出部１６は、測
定間隔Ｔｏより長い交流電流の周期に合わせた適当なサ
ンプリング間隔（第１の時間間隔）Ｔｓ毎に、その間に
得られた瞬時データφ１から実効値φ２を算出し実効値
用のメモリ１７に記憶する。さらに、平均値記録部１８
は、サンプリング間隔より長い記録間隔（第２の時間間
隔）Ｔｒ毎に、その間に算出された実効値φ２を平均し
て平均電流値φ３を算出しＲＡＭ２０の平均値記憶領域
２１に記録する。そして、ピーク値記録部１９は、記録
間隔とは異なる特定時間（第３の時間間隔）Ｔｐ毎に、
その間に算出された実効値φ２の最大値φ４を求めてＲ
ＡＭ２０のピーク値記憶領域２２に記憶する。

【００１６】さらに、測定装置１は、これらの各処理部
１４、１６、１８および１９で処理を行うタイミングを
指示し全体的な制御を行う制御部２５と、パーソナルコ
ンピュータなどのホスト機との通信を行い、ＲＡＭ２０
に蓄積されたデータを送信可能な通信部２６と、モニタ
１２にＲＡＭ２０に得られたデータを表示可能な表示部
２７とを備えている。

【００１７】図３に本例の測定装置１における処理手順
をフローチャートにより示してある。以下では、このフ
ローチャートを参照しながら、各処理部の機能について
さらに説明する。本例の測定装置１は、まず、ステップ
３１において測定間隔Ｔｏのタイミングであると、ステ
ップ３２においてデータ取得部１４により瞬時データ
（瞬時電流値）φ１を取得する。測定間隔Ｔｏは、デー
タの精度を向上するためには十分に短い間隔であること
が望ましい。本例の測定装置では、たとえば、１ｍｓｅ
ｃ毎にクランプ式ＣＴセンサ２の出力をアナログ−デジ
タル変換することにより瞬時データφ１を取得しメモリ
１５に出力する。

【００１８】また、ステップ３３においてサンプリング
間隔Ｔｓのタイミングであると、ステップ３４において
実効値算出部１６により実効値φ２を算出する。交流電
流の実効値をデジタル的に簡単に算出するためには、そ
の交流電流の周期の整数倍の時間をサンプリング時間Ｔ
ｓとして設定することが望ましい。さらに、周期の公差
およびサンプリング時間Ｔｓなどの公差を考慮し、精度
の高い実効値を算出するためには数波分の瞬時データを
用いることが望ましい。たとえば、ブレーカなどの応答
性、起動電流の初期電流などを考慮すると３波分程度が
望ましい。したがって、５０Ｈｚの交流電流を測定する
のであれば３波分の瞬時データを用いるとして６０ｍｓ
ｅｃのサンプリング間隔（第１の時間間隔）Ｔｓが適当
であり、また、６０Ｈｚの交流電流を測定するのであれ
ば５０ｍｓｅｃのサンプリング間隔Ｔｓが適当である。
交流電流の周期Ｔｃの整数倍のサンプリング時間Ｔｓを
設定すると、その間の瞬時データφ１は図４に示したよ
うに変化する。したがって、各瞬時データφ１の値を二
乗して加算し、その平均値の平方根を得る、すなわち、
二乗平均をとることによりサンプリング間隔Ｔｓの電流
の実効値φ２を算出することができる。

【００１９】サンプリング間隔Ｔｓは、上記の値に限定
されることはないが、瞬間的な漏電を監視することを考
慮すると短い方が望ましい。また、本例では、サンプリ
ング間隔Ｔｓを交流周波数に合わせて選択することが重
要であり、交流の周期Ｔｃの整数倍からずれると実効値
の精度が劣化することになる。商用電源を用いた電源系
統の電流値を測定することを考えると、日本では地域に
より５０および６０Ｈｚが使用されているので、地域毎
に設定を変える必要がある。

【００２０】これに対し、５０および６０Ｈｚの周期の
最小公倍数である１００ｍｓｅｃをサンプリング間隔Ｔ
ｓとして設定すると、サンプリング時間は上記より多少
延びるが、地域毎に設定を変える必要がなく常に精度の
良い実効値を得ることができる。したがって、ユーザが
サンプリング間隔Ｔｓを５０、６０および１００ｍｓｅ
ｃのいずれかにセットできるようにしておくことが望ま
しい。

【００２１】このように本例の電流測定装置１において
は、交流電流の周期にタイミングを合わせて瞬時データ
の平均を取ることにより数１０ｍｓｅｃ程度の短いサン
プリング間隔で実効値を得ることができる。したがっ
て、この実効値に基づき平均電流値を算出できると共
に、これらの実効値をベースとしてピーク電流も監視す
ることができる。なお、本例の測定装置１は、クランプ
式ＣＴセンサ２からの信号を増幅する入力アンプとして
直流アンプを用いているので、交流に限らず、直流ある
いは直流に交流成分が乗ったケースであっても実効値を
同様の手順で算出することができる。

【００２２】さらに、本例の測定装置１においては、ス
テップ３５において記録間隔Ｔｒのタイミングである
と、ステップ３６において、平均値記録部１８により記
録間隔Ｔｒの間の実効値φ２を平均して平均電流φ３を
求める。そして、ＲＡＭ２０の記録領域２１に求められ
た平均電流φ３を順番に記録する。したがって、図５に
示したように、記録間隔Ｔｒの間に実効値が変動する場
合であっても、その間の平均電流値φ３を記録すること
ができ、その値を用いて消費電力を簡単に求めることが
できる。もちろん、電圧および力率を入力して消費電力
に換算して記録することも可能である。しかしながら、
多くの場合、このような処理は、パーソナルコンピュー
タでデータ解析する際に行われる。

【００２３】本例の測定装置１では、記録間隔Ｔｒは１
分から６０分の間でユーザが適当な時間を設定できるよ
うになっている。そして、平均値φ３を記憶するための
メモリ領域２１としては８０００個のデータが記録でき
るようになっている。さらに、記録間隔Ｔｒ毎に得られ
た平均電流値φ３を順番に記録することにより、それぞ
れの平均電流値φ３の得られた時刻を記録しなくても、
記録された順番から平均電流値φ３の得られた時刻を求
めることができる。このため、平均値記憶領域であるメ
モリ領域２１を平均電流値φ３を記録するためにフルに
利用することができ、最短でも１３３時間、最長では３
３３日分の平均電流値をメモリに記録することができ
る。

【００２４】本例の測定装置１では、また、ステップ３
７において特定時間Ｔｐのタイミングであると、ステッ
プ３８において特定時間Ｔｐの間に得られた実効値φ２
の最大値φ４と、その時の時刻をＲＡＭ２０の記録領域
２２に記録する。本例の測定装置１においては、図６に
示すように、最大値φ４が検出レベルＤＬ以上であると
きにのみ、その値φ４および時刻を記録するようにして
いる。実効値φ２は常に変動するので、特定時間Ｔｐの
間に最大値は必ずある。しかしながら、このステップで
得られる最大値φ４は、瞬間的な漏電を検出することを
主な目的としているので、通常の電流値の変動する範囲
の最大値は記録する必要がない。したがって、検出レベ
ルＤＬを設定することによりピーク値がより判別しやす
くなると共に、ピーク値φ４を記録するために要求され
るメモリ容量を少なくすることができる。

【００２５】本例の測定装置１においては、検出レベル
ＤＬは、ユーザが最適な値を選択できるようになってい
る。一方、特定時間Ｔｐは１分間に予め設定されてお
り、分単位でピーク電流の変動を監視および記録でき
る。ピーク値φ４と共に記録される時刻は、ピーク値φ
４の得られた時刻であっても良いが、特定時間Ｔｐ毎に
最大値を記録する時刻でも良い。本例であれば、１分の
時間分解能が得られるので、後者の場合でも漏電の原因
などを特定する情報として十分な精度を備えている。

【００２６】また、本例の測定装置では、ピーク値用の
メモリ２２に２０００個分のピーク値φ４を時刻データ
と共に記録できる。

【００２７】このようにして本例の測定装置１は、平均
電流およびピーク電流の値をＲＡＭ２０に記録し、予め
設定されたタイミング、あるいはホスト側からの要求に
より、ＲＡＭ２０のデータを通信ケーブル３を介してホ
ストであるパーソナルコンピュータ４に送信する。本例
の測定装置１は、上述したように、通常の測定には十分
なメモリ容量を持っているが、測定状況によってはメモ
リ容量が不足する場合がある。このため、測定装置１は
２つのワンタイムおよびエンドレスの２つの測定モード
を持っている。ワンタイムモードでは、メモリ容量がい
っぱいになるとそのときに平均電流およびピーク電流の
記録を停止する。一方、エンドレスモードでは、メモリ
容量がいっぱいになると、メモリアドレスの最初に戻っ
て平均電流およびピーク電流を上書きしながら記録す
る。いずれのモードで測定するかは、ユーザが選択でき
るようになっている。

【００２８】なお、上記では、電流をクランプ式ＣＴセ
ンサにより検出する電流検出装置に基づき本発明を説明
しているが、クランプ式ＣＴセンサのような非接触型の
センサを用いた測定装置にかぎらず、ＣＴなどを用いて
電流を直接検出するシステムにも適用できることはもち
ろんである。しかしながら、電源回路などに影響を与え
ずに測定でき、さらに、センサの着脱なども容易なクラ
ンプ型の電流検出装置が図１に示したような電流測定用
のデータロガーシステムを構成するのに適している。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の電流測
定装置においては、実効値の演算を電源周波数の３波分
程度で行えるようになっているので、応答性が非常に良
い。一方、従来のクランプメータなどは電力を求めるこ
とが主な目的とされているので、測定データを実効値に
変換するために専用ＩＣを用いており、アナログ的に処
理されので交流の周波数に対応し実効値が得られる時定
数が長い。これに対し、本例の測定装置１においては、
平均電流と共に漏電監視を行えるようにピーク値を求め
ることを目的としており、このため、サンプリング時間
を交流電流の周期に基づき数波分に設定し、瞬時データ
をデジタル的に処理することにより短い間隔で交流電流
の実効値が求めるようになっている。そして、短い間隔
で実効値が得られるので、平均値と共に瞬間的な電流変
動も捉えることが可能であり、これら平均電流およびピ
ーク電流の両方を記録することにより漏れ電流から負荷
電流までを一括して測定し、監視、記録およびデータ解
析することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電流測定装置およびそれを用い
て電流を測定するシステムの一例を示す図である。

【図２】図１に示す電流測定装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図３】図１に示す電流測定装置において平均電流およ
びピーク電流を測定するプロセスを示すフローチャート
である。

【図４】瞬時データから実効値を求める様子を示す図で
ある。

【図５】実効値から平均電流を求める様子を示す図であ
る。

【図６】実効値からピーク電流（最大値）を求める様子
を示す図である。

【符号の説明】

１ 電流測定装置 ２ クランプ式ＣＴセンサ ３ 通信ケーブル ４ パーソナルコンピュータ ９ 電源ケーブル １２ 表示部（ＬＣＤパネル） １４ データ取得部 １６ 実効値算出部 １８ 平均値記録部 １９ ピーク値記録部 ２０ ＲＡＭ ２５ 制御部 ２６ 通信部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定期的に得られた複数の瞬間電流値から
   第１の時間間隔毎に交流電流の実効値を算出する手段
   と、 それらの実効値の平均値を第２の時間間隔毎に求めて記
   録する第１の記録手段と、 それらの実効値の最大値を第３の時間間隔毎に求めて記
   録する第２の記録手段とを有する電流測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１の時間間隔
   は測定対象の交流電流の周期の正数倍であることを特徴
   とする電流測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記第１の時間間隔
   は１００ｍｓｅｃであることを特徴とする電流測定装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記第１の記録手段
   は前記第２の時間間隔毎に求められた平均値を順番に記
   録し、 前記第２の記録手段は、前記第３の時間間隔毎に求めら
   れた最大値が所定の検出レベル以上のときに、その最大
   値および時刻を記録することを特徴とする電流測定装
   置。
5. 【請求項５】 定期的に選られた複数の瞬間電流値から
   第１の時間間隔毎に交流電流の実効値を算出する工程
   と、 それらの実効値の平均値を第２の時間間隔毎に求めて記
   録する第１の記録工程と、 それらの実効値の最大値を第３の時間間隔毎に求めて記
   録する第２の記録工程とを有する電流測定方法。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記第１の時間間隔
   は測定対象の交流電流の周期の正数倍であることを特徴
   とする電流測定方法。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記第１の時間間隔
   は１００ｍｓｅｃであることを特徴とする電流測定方
   法。
8. 【請求項８】 請求項５において、前記第１の記録工程
   では前記第２の時間間隔毎に求められた平均値を順番に
   記録し、 前記第２の記録工程では、前記第３の時間間隔毎に求め
   られた最大値が所定の検出レベル以上のときに、その最
   大値および時刻を記録することを特徴とする電流測定方
   法。