JP2002131344A - 電流計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一のＣＴにより電流計測、電源供給を可能
にし、装置の小型化、コストの低減を図るとともに、広
範囲の電流計測及び安定した電源供給を行う。 【解決手段】 電力線１０に設置されたＣＴ２０により
系統電流を計測する電流計測装置において、ＣＴ２０の
二次側に設けられた電流計測演算・監視部４０の電源部
３０が、整流回路３１と、その出力側に接続され、かつ
スイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流
電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路３２と、その出力電
流によりバックアップ電源用のコンデンサが充電される
バックアップ電源回路３３と、定電圧ＤＣ出力回路３２
またはバックアップ電源回路３３の出力電圧を所定レベ
ルに変換して電流計測演算・監視部４０に対する電源を
供給するレベル変換回路３５とを備え、定電圧ＤＣ出力
回路３２の出力電圧の低下時にバックアップ電源回路３
３により電源を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送電線・配電線・
機器の電源線等の電力線を流れる電流の計測手段及びそ
の電源供給手段に特徴を有する電流計測装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に計測装置の電源は、入力レベル
が比較的安定している変圧器や二次電池など電圧入力に
よって供給されており、計測用の入力とは別になってい
るのがほとんどである。計測用入力や制御用入力を電源
と共用するシステムも皆無ではないが、電源回路として
は非常に微小電流で小型のユニットが多く、消費電流が
比較的大きくて数アンペア以上というような装置の電源
を供給し、しかも広範囲の入力電流を計測可能としたシ
ステムは現状では見あたらない。

【０００３】なお、電力系統の電力線から電源を供給す
るシステムとしては、Ｕ−ＲＤ社の電流センサ応用機器
カタログのｐ．７５に記載された電流源からの電源供給
回路例である直流電圧変換回路、単電源直流出力増幅回
路や、「電気協同研究」第４６巻第４号のｐ．３５に記
載された米国ナイテック社のパワードーナツ（送電線に
ドーナツ状のセンサを直接取り付け、送電線の電圧、電
流等を計測するとともに電磁誘導により電源をとるよう
にしたもの）や、同じく「電気協同研究」第５３巻第２
号のｐ．１１２〜１１４に記載された光ファイバジャイ
ロへのＣＴによる電源供給回路等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】送配電線の電流計測に
ついては、系統事故現象や系統負荷の状況による負荷潮
流の変動、あるいは停電状態など広範囲の電流値の計測
が可能でなければならない。送配電線の電流情報を多地
点で計測しようとした場合、その計測情報の伝達手段や
計測装置への電源供給方法などが問題となる。送配電線
から電圧入力によって電源を供給する場合、系統の電圧
階級やサージ電圧を考慮した絶縁対策の問題などがある
ため、装置のコンパクト化が困難となる。

【０００５】このような観点から、送配電線に設置した
ＣＴによる電流源から装置の電源を供給し、装置自体も
電力線に直接設置することで、装置の絶縁の問題がなく
なり、装置のコンパクト化も可能となる。更に、電流計
測用のＣＴと電源供給用のＣＴとを同一のもので共用す
れば、それだけコストも下がり、システム全体の構成も
簡素化できると共に小型化も可能になる。

【０００６】しかし、計測情報の伝達方法として無線を
利用したり、計測に際してＧＰＳ（Global Positioning
System）による同期計測を行ったり、あるいは、計測
データの記録用メモリ、高性能演算用ＣＰＵなどが必要
となると、装置全体に求められる消費電流も大きくなっ
てしまう。つまり、それだけ電源ＣＴの二次側の負担が
大きくなり、ＣＴを飽和させたりして安定出力が得られ
ない原因となり、ＣＴの選定も困難となる。その一方
で、広範囲の電流入力に対しても安定した電源を供給で
き、しかも過電流入力時（ＣＴ定格の４０倍程度）でも
電源回路及び計測回路が壊れずに正常に計測できること
が要求されるが、現状では、これらの要求を満足するよ
うな電流計測装置は未だ提供されていない。

【０００７】そこで本発明は、単一のＣＴにより電流計
測と電源供給とを兼用して装置の小型化、低コスト化を
図り、広範囲の電流入力に対する計測及び安定した電源
供給を可能にするとともに、回路の保護機能も兼ね備え
た電流計測装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、電力線に設置されたＣＴに
より前記電力線を流れる電流を計測する電流計測装置に
おいて、前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・
監視手段の電源部が、前記ＣＴの二次側に接続された整
流回路と、この整流回路の出力側に接続され、かつスイ
ッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧
を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、この定電圧ＤＣ出力
回路に接続されてその出力電流によりバックアップ電源
用のコンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、
前記定電圧ＤＣ出力回路またはバックアップ電源回路の
出力電圧を所定レベルに変換して前記電流計測演算・監
視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備
え、前記定電圧ＤＣ出力回路の出力電圧の低下時に前記
バックアップ電源回路により電源を供給するものであ
る。

【０００９】請求項２記載の発明は、電力線に設置され
たＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計
測装置において、前記ＣＴの二次側に設けられた電流計
測演算・監視手段の電源部が、前記ＣＴの二次側に接続
された可変抵抗手段と、この可変抵抗手段に入力側が接
続された整流回路と、この整流回路の出力側に接続さ
れ、かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一
定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、この定
電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりバッ
クアップ電源用のコンデンサが充電されるバックアップ
電源回路と、前記定電圧ＤＣ出力回路またはバックアッ
プ電源回路の出力電圧を所定レベルに変換して前記電流
計測演算・監視手段に対する電源を供給するレベル変換
回路と、を備え、前記定電圧ＤＣ出力回路の出力電圧の
低下時に前記バックアップ電源回路により電源を供給す
るとともに、前記電流計測演算・監視手段による電流計
測値に応じ前記可変抵抗手段の抵抗値を可変として前記
ＣＴの飽和特性を制御し、前記整流回路の入力電流を抑
制するものである。

【００１０】請求項３記載の発明は、電力線に設置され
たＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計
測装置において、前記ＣＴの二次側に設けられた電流計
測演算・監視手段の電源部が、前記ＣＴの二次側に接続
されたスイッチまたはリレーと、このスイッチまたはリ
レーに入力側が接続された整流回路と、この整流回路の
出力側に接続され、かつスイッチング素子のオンオフ制
御によりほぼ一定の直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力
回路と、この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力
電流によりバックアップ電源用のコンデンサが充電され
るバックアップ電源回路と、前記定電圧ＤＣ出力回路ま
たはバックアップ電源回路の出力電圧を所定レベルに変
換して前記電流計測演算・監視手段に対する電源を供給
するレベル変換回路と、を備え、前記定電圧ＤＣ出力回
路の出力電圧の低下時に前記バックアップ電源回路によ
り電源を供給すると共に、前記電流計測演算・監視手段
が、計測電流の大きさが所定範囲外である時にアラーム
を出力する監視手段と、計測電流の大きさが所定範囲外
である時に前記スイッチまたはリレーを動作させて前記
整流回路への入力電流を遮断して前記バックアップ電源
回路による電源供給に切り替える電源供給切替手段と、
を備えたものである。

【００１１】請求項４記載の発明は、電力線に設置され
たＣＴにより前記電力線を流れる電流を計測する電流計
測装置において、前記ＣＴの二次側に設けられた電流計
測演算・監視手段の電源部が、前記ＣＴの二次側に接続
された整流回路と、この整流回路の出力側に接続され、
かつスイッチング素子のオンオフ制御によりほぼ一定の
直流電圧を出力する定電圧ＤＣ出力回路と、この定電圧
ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によりスイッチ
またはリレーを介してバックアップ電源用のコンデンサ
が充電されるバックアップ電源回路と、このバックアッ
プ電源回路の出力電圧をスイッチまたはリレーを介し所
定レベルに変換して前記電流計測演算・監視手段に対す
る電源を供給するレベル変換回路と、を備え、前記電流
計測演算・監視手段が、計測電流の大きさが所定範囲外
である時にアラームを出力する監視手段と、前記各スイ
ッチまたはリレーの動作を制御して前記コンデンサの充
電及び放電を制御する電源供給切替手段と、を備えたも
のである。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項１，２，３
または４記載の電流計測装置において、バックアップ電
源回路のコンデンサの充電電圧を監視してその大きさが
所定範囲外である時にアラームを出力するとともに前記
電源供給切替手段に電源切替のための信号を送るバック
アップ電源監視手段を備えたものである。

【００１３】請求項６記載の発明は、請求項１，２，
３，４または５記載の電流計測装置において、前記電流
計測演算・監視手段が、計測電流の大きさに応じて、入
力レンジを切り替える入力レンジ制御手段を備えたもの
である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、図１は本発明の第１実施形態を示
す機能ブロック図であり、請求項１記載の発明の実施形
態に相当する。この電流計測装置は、電力線１０に取り
付けられた計測・電源用ＣＴ２０と、その二次側に接続
された電源部３０と、ＣＴ２０からの計測入力及び電源
部３０からの直流電源が加えられる電流計測演算・監視
部４０と、電源部３０からの直流電源及び電流計測演算
・監視部４０の出力信号が加えられる無線伝送部５０
と、この無線伝送部５０に接続された無線アンテナ５１
と、必要に応じて設置されるＧＰＳアンテナ４２及び計
測用ＣＴ４５とから構成されている。

【００１５】この実施形態は、電力線１０に接続された
計測・電源用ＣＴ２０から装置の電源を供給し、かつ、
このＣＴ２０により検出した電力線１０の電流を計測す
るものであり、これによって系統の電流情報（大きさ、
位相、周波数など）の計測と電源供給とを同時に行うも
のである。但し、計測条件によっては別途、計測用ＣＴ
４５を設置してもよい。

【００１６】電源部３０は、ＣＴ２０の二次側に接続さ
れた整流回路３１と、自励チョッパ制御による定電圧Ｄ
Ｃ出力回路３２と、その出力側に接続されたバックアッ
プ電源回路３３と、定電圧ＤＣ出力回路３２及びバック
アップ電源回路３３の出力側に接続された一対のダイオ
ードからなるダイオード回路３４と、そのカソード側に
接続されて所定レベルの直流電源電圧を得るレベル変換
回路３５とから構成されている。また、バックアップ電
源回路３３の出力は電流計測演算・監視部４０に入力さ
れており、バックアップ電源の状態（電圧）を監視可能
となっている。

【００１７】計測・電源用ＣＴ２０の二次側に接続され
た電流計測演算・監視部４０は、必要に応じて設けられ
るＧＰＳ同期部４１と、Ａ／Ｄ変換器を有する計測入力
回路４３と、計測入力回路４３の出力信号が加えられて
系統電流を演算し、かつ入力電流のレベルやバックアッ
プ電源の状態を監視するとともに、計測電流値や監視結
果を遠隔の中央装置に無線伝送するための伝送制御を行
うＣＰＵ４４とを備えている。

【００１８】系統の電流計測は、ＧＰＳを用いた多地点
同期計測を可能とし、その計測演算データは無線伝送部
５０及び無線アンテナ５１を介して中継無線局（図示せ
ず）に送られ、更に中央装置へ伝送される。この中央装
置では、計測情報や電源を含めた装置状態の表示確認が
可能である。なお、本装置は、例えば系統の電流計測情
報から送配電線の故障点を標定するシステム（特願２０
００−１７９４００「故障点標定方法」）にも適用可能
である。

【００１９】図２は図１における電源部３０の回路構成
図であり、図３はその動作説明図である。電源部３０で
は、一次側を系統電流Ｉ１が流れるＣＴ２０の二次電流
Ｉ２ａが整流回路３１によって整流され、その出力電流
Ｉ２ｂがコンパレータ３２ａとスイッチング素子として
のＦＥＴ３２ｂとを備えた自励チョッパ制御回路からな
る定電圧ＤＣ出力回路３２に入力されて一定の直流電圧
Ｖａに変換される。

【００２０】定電圧ＤＣ出力回路３２は、ＣＴ２０から
の入力電流を抑制し、過電流入力時にはコンパレータ３
２ａの出力信号でＦＥＴ３２ｂをオンすることにより出
力側への電流供給を過渡的に停止し、これによって直流
電圧Ｖａを低下させるように動作する。すなわち、ＦＥ
Ｔ３２ｂのオンオフ制御を繰り返すことによって一定の
出力電圧Ｖａを維持するものであり、通常は、ダイオー
ド回路３４の上側のダイオード３４ａを流れる電流Ｉ２
ｃにより電流計測演算・監視部４０や無線伝送部５０に
対する電源を供給することになる。

【００２１】また、バックアップ電源回路３３には、定
電圧ＤＣ出力回路３２の出力電流の分流電流が抵抗及び
ダイオードを介して流れ込む大容量のバックアップコン
デンサ３３ａが設けられており、このコンデンサ３３ａ
が常時、充電されている。上記コンデンサ３３ａが十分
に充電されている状態において、系統の停電によってＣ
Ｔ２０からの供給電圧が低下したり不安定になった場
合、ダイオード３４ｂのアノード−カソード間に電位差
が生じるとダイオード３４ｂがオンして電流Ｉ２ｄが流
れ、バックアップ電源回路３３による電源供給へ自動的
に切り替わる。つまり、電流Ｉ２ｃによる電源供給から
電流Ｉ２ｄによる電源供給へと切り替わる。この電源回
路３３によるバックアップ状態は、図１の計測入力回路
４３に伝達される。

【００２２】更に、バックアップ電源回路３３は、単に
ＣＴ２０からの電源供給が不可能な場合のバックアップ
機能だけでなく、前記定電圧ＤＣ出力回路３２の出力電
圧が何らかの理由により不安定になった場合の補償機能
も兼ね備えており、総じて電源部３０により各部へ安定
した直流電源電圧を供給することに寄与している。

【００２３】図３は電源部３０の動作を示すもので、Ｃ
Ｔ２０の二次側電流Ｉ２ａ、整流回路３１の出力電流Ｉ
２ｂ、ＦＥＴ３２ｂのオンオフ動作、定電圧ＤＣ出力回
路３２の出力電圧Ｖａ、ダイオード回路３４の出力電圧
Ｖｂ及び電源部３０の出力電圧Ｖｏを表してある。前述
のごとく、ＦＥＴ３２ｂのオンオフ動作により定電圧Ｄ
Ｃ出力回路３２の出力電圧Ｖａは定電圧の定格値付近を
上下するが、そのオンオフ動作が休止している期間や系
統の停電により電流Ｉ２ａがほぼゼロになったような場
合には、図示するようにバックアップ電源回路３３の電
流Ｉ２ｄによる電源供給動作へと移行する。

【００２４】なお、この装置を送配電線へ適用した場
合、そのバックアップ電源回路の仕様としては、系統事
故時再閉路時間（特に配電系）を考慮して、数分程度の
バックアップが可能であれば充分と考える。再閉路失敗
時などの停電継続の場合を考えても、事故発生時の計測
データをバックアップ電源回路が生きている間に無線伝
送により中央装置へ伝送できればよい。つまり、数分の
バックアップ時間で計測データの収集は充分可能である
から、停電継続時にも特に支障はないものである。

【００２５】ところで、図２における定電圧ＤＣ出力回
路３２のＦＥＴ３２ｂがオンしていないときは、ＣＴ２
０の二次側負担は装置への供給電源容量によって決まる
が、ＦＥＴ３２ｂがオンしているときは、ＦＥＴ３２ｂ
のオン時の内部抵抗及びＣＴ２０の巻線抵抗などのＣＴ
固有抵抗によって決まる。ＣＴ２０が飽和する条件はこ
れらの負担にもよるので、ＣＴの選定（特に定格負担、
過電流定数）については注意を要する。

【００２６】一般的に、送配電線の事故電流は定格の４
０倍を見込めばよい。つまり、図２の電源部３０におい
ては、ＣＴ２０の二次側定格電流値の４０倍相当の電流
が送配電線に流れた場合にも回路が正常動作しなければ
ならない。一方において、電力系統の定格以下での運用
（定格の数十％）時にも装置の電源を安定して供給する
ためには、比較的大きな二次側定格を有するＣＴを選定
しなければならない。仮にＣＴ２０の二次側定格を５Ａ
とすると、電源部３０の最大定格は２００Ａまで考慮す
る必要がある。

【００２７】例えば、送配電線の潮流については定格の
２０％でも正常に動作する必要があるとすると、ＣＴ２
０の二次側電流値が１Ａの時にも装置の電源が正常に機
能しなければならないことになる（ＣＴ二次側定格を１
Ａとすると、電源部３０の最大定格は４０Ａでよいが、
０．２Ａで装置の電源が正常に動作しなければならない
ことになり、電源供給条件が厳しくなる）。このような
条件のもとで電源部や電子回路素子の小型化・低コスト
化を図ろうとすると、ある程度の二次定格電流値は必要
となるが、汎用の回路素子では最大定格２００Ａという
のは困難であり、最大定格値としてはせいぜい数十Ａ程
度である。また、定格値の増加につれて大電流による回
路の発熱も問題となってくる。

【００２８】ところで、ＣＴの飽和現象に着目すると、
過電流入力に対して相当の電流が二次側に流れてこな
い。つまり、ＣＴの飽和点によっては、二次側定格値５
ＡのＣＴについて、系統事故時の過電流入力に対しても
２００Ａのような大電流は出力されないことになる。

【００２９】一般的なＣＴの電流出力特性は図４のよう
になり、定格負担時の過電流定数ｎでおおよその特性を
把握することができる。本特性は、前述の通り、二次側
の回路負担によっても変わり、回路負担がＣＴの定格負
担よりも小さければそれだけ飽和しにくくなり、一次入
力に応じて二次出力電流が発生することになる。一方、
前述のＦＥＴがオンしている状態では回路の負担が小さ
いことから、その継続時間によっては過電流が発生する
可能性があり、十分注意が必要となる。

【００３０】本発明の第２実施形態は、以上のようなＣ
Ｔの飽和現象を利用して電源部を保護しようとするもの
である。図５はこの第２実施形態を示しており、請求項
２に記載した発明の実施形態に相当する。図示するごと
く、スイッチＳＷ０をＣＰＵ４４からの信号により切替
制御してＣＴ２０の二次側負担抵抗を抵抗Ｒ０〜Ｒｎに
よって可変にすることで、ＣＴ２０の飽和特性を制御し
ようとするものである。これらの抵抗Ｒ０〜Ｒｎは、Ｃ
Ｔ２０の二次側に接続した補助ＣＴ２１により入力電流
を計測し、その計測値に応じて電流計測演算・監視部４
０のＣＰＵ４４がスイッチＳＷ０に信号を送って切り替
えられる。本実施形態によれば、ＦＥＴ３２ｂがオン状
態を継続しても抵抗値の選択によりＣＴ２０を飽和さ
せ、電源部３０Ａへの入力電流を抑制することができ
る。

【００３１】また、抵抗Ｒ０〜Ｒｎからなる可変抵抗に
より、ＣＴ２０の飽和特性のばらつきを補正することが
可能である。更に、ＣＰＵ４４により入力電流値を計測
しながらＣＴ２０を飽和させることで電源部３０Ａを確
実に保護し、最適な電流値による運用によって回路の発
熱も抑制することができる。入力電流がＣＴ２０の飽和
により不安定になった場合は、前述のようにバックアッ
プ電源回路３３を使用して安定した電源供給を行えばよ
い。

【００３２】ＣＴ２０の飽和によって抑制された電源入
力値は、電流計測演算・監視部４０が有する電流計測機
能で状態監視が可能であり、異常時には後述のようにア
ラームを発生させるものとする。抵抗Ｒ０〜Ｒｎによっ
て構成される負担調整（可変抵抗）回路は、仕様が異な
るＣＴを用いた場合でも最適な飽和特性を検出して制御
できるという利点もある。

【００３３】次に、図６は本発明の第３実施形態を示す
ものである。この実施形態は請求項３，５，６記載の発
明の実施形態に相当する。本実施形態では、ＣＴ２０の
二次電流による電源供給とバックアップ電源回路３３に
よる電源供給とをソフトウェア的に切替可能としてい
る。図６において、４３Ａは補助ＣＴ２１に接続された
計測入力回路であり、この回路４３Ａは、スイッチング
素子４３ａと抵抗Ｒｋ０〜Ｒｋｎとをそれぞれ直列接続
した回路の並列回路と、それらに並列接続されるツェナ
ーダイオード直列接続回路４３ｂと、その両端に接続さ
れるフィルタ回路４３ｃと、Ａ／Ｄ変換器４３ｄ，４３
ｅとを備えている。

【００３４】フィルタ回路４３ｃの出力は、Ａ／Ｄ変換
器４３ｄを介してＣＰＵ４４内の入力計測・監視手段４
４ｂに入力され、また、電源部３０Ｂ内のバックアップ
コンデンサ３３ａの電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３ｅを介し
てＣＰＵ４４内のバックアップ電源監視手段４４ｃに入
力されている。入力計測・監視手段４４ｂ及びバックア
ップ電源監視手段４４ｃからは、入力電流の異常やバッ
クアップ電源の異常を示す異常アラーム及び状態表示信
号が出力されるとともに、これらの各手段４４ｃ，４４
ｄの監視出力は電源供給切替手段４４ｄにも入力されて
いる。また、入力計測・監視手段４４ｂの出力は入力レ
ンジ（フルスケール）制御手段４４ａにも入力されてい
る。

【００３５】入力レンジ制御手段４４ａの出力信号は計
測入力回路４３Ａの各スイッチング素子４３ａに加えら
れており、電源供給切替手段４４ｄの出力信号は整流回
路３１の入力側に設けられたスイッチＳＷ１に加えられ
ている。なお、スイッチＳＷ１は一対の連動スイッチに
より構成され、平常時は図６のような接続状態（スイッ
チ入りの状態とする）にあり、ＣＴ２０の二次側が整流
回路３１に接続されている。

【００３６】次に、この実施形態の動作を図７のフロー
チャートを参照しつつ説明する。図７は、ＣＰＵ４４に
よる計測・電源監視処理及び電源供給の切替制御処理を
示すものである。図７において、まずスイッチＳＷ１の
入切を判断し（Ｓ１）、入りの場合には過電流レベル
（定格入力電流のｎ倍）未満の電流入力値を計測し（Ｓ
３）、切りの場合には過電流レベル以上の電流を計測す
る（Ｓ２）ものとする。ここで、電流計測処理は、図７
の右上に示すごとく計測入力回路４３Ａの抵抗Ｒｋ０〜
Ｒｋｎを順次変化させて入力レンジを制御しながら実行
する。

【００３７】ここで、計測入力回路４３ＡのＡ／Ｄ変換
器４３ｄの入力フルスケールを系統事故時の入力レベル
に合わせると、通常定格電流以下の低い入力レベルに対
しては小さいビット数での計測となって量子化誤差が大
きくなり、高精度での計測が不可能となる。そこで、入
力計測・監視手段４４ｂが検出した計測値の大きさに応
じて、ソフトウェア処理により入力レンジ制御手段４４
ａが入力計測回路４３Ａの抵抗Ｒｋ０〜Ｒｋｎを選択可
変としてＡ／Ｄ変換器４３ｄの入力フルスケールを可変
にし、最適な計測分解能で高精度に計測を行うようにし
ている。

【００３８】図６のＡ／Ｄ変換器４３ｄを介して計測さ
れる入力電流が過電流レベルを超えていることが入力計
測・監視手段４４ｂにより検出されると（Ｓ４）、電源
入力異常のアラームを出力するとともに電源供給切替手
段４４ｄを介してスイッチＳＷ１を切り、終了する（Ｓ
９，Ｓ１０）。なお、スイッチＳＷ１を切ることで前記
ステップＳ２に移行することになる。また、入力電流レ
ベルが不足していて電源供給が不可能である場合には
（Ｓ５）、電源入力異常のアラームを出力して（Ｓ１
１）ステップＳ７に移行する。

【００３９】入力電流レベルが過電流レベルを超えてお
らず、かつ、不足していない場合には（Ｓ５）、入力計
測・監視手段４４ｂによりＣＴ２０が飽和しているか否
かを判断し（Ｓ６）、飽和している場合にはバックアッ
プ電源監視手段４４ｃがコンデンサ３３ａの電圧からバ
ックアップ可能かどうかを判断する（Ｓ７）。なお、前
記ステップＳ２の処理後もこのステップＳ７に移行す
る。

【００４０】コンデンサ３３ａによるバックアップが可
能であれば、スイッチＳＷ１を切った状態を維持して
（Ｓ８）終了する。また、バックアップが不可であれ
ば、バックアップ電源の準備が未完であって正常計測が
不能である旨のアラームをバックアップ電源監視手段４
４ｃが出力する（Ｓ１２）とともに、電源供給切替手段
４４ｄを介しスイッチＳＷ１を入れて終了する（Ｓ１
３）。

【００４１】すなわちこの実施形態では、入力電流が過
電流レベルを超えたところでスイッチＳＷ１を切ること
によりＣＴ２０からの電源供給が不可能となり、自動的
にコンデンサ３３ａによるバックアップ電源に切り替わ
る。このように入力電流値を計測・監視しながら運用す
るので、過電流などの電源入力異常を検出した場合に
は、装置のアラーム情報として無線伝送を通じて中央装
置へ知らせるとともに、電源部３０Ｂを保護しつつ装置
を正常動作させることができる。前述のように、装置の
電源は数分のバックアップが可能であれば、系統の事故
現象の計測・解析をするのに充分である。

【００４２】ここで、図６が入力電流レベルをソフトウ
ェアで監視して過電流入力時にスイッチＳＷ１を切り替
えるのに対し、図８に示す第４実施形態はハードウェア
で入力レベルを監視してスイッチＳＷ１を制御するもの
である。図８の電源部３０Ｅ内の入力監視回路３６は、
制御電源Ｖccから過電流入力判定基準電圧Ｖref1を生成
する回路と、入力電流の整流回路３１の出力を電圧Ｖi1
に変換する回路と、Ｖref1とＶi1とのレベルを比較する
コンパレータ３６ｂと、コンパレータ３６ｂの出力信号
を一定時間保持させるオフディレイタイマ３６ａとから
構成されている。前述のソフトウェアによる監視制御よ
りも、図８のごとくハードウェアによって過電流を検出
した方がスイッチＳＷ１の切替が高速となり、スイッチ
ＳＷ１の後段の電源回路や素子の過電流保護効果が高く
なる。

【００４３】図９は図８の実施形態の動作状態を示した
ものである。入力電流が大きくなるとＶi1が大きくな
り、このＶi1がＶref1より大きくなったときにコンパレ
ータ３６ｂからHighレベルの信号が出力される。このコ
ンパレータ３６ｂの出力信号はオフディレイタイマ３６
ａにより一定時間Ｔoffだけ出力を維持する。これによ
り、ある電流レベルを超えた過電流入力に対しスイッチ
ＳＷ１を切り替えて入力電流が電源回路へ供給されるの
を遮断することとし、前述のようにバックアップコンデ
ンサ３３ａから電源を供給して運用するものである。

【００４４】ところで、前述のＣＴ飽和現象による回路
保護方式を適用した場合、系統事故時などの過電流領域
の計測が不可能となるため、例えば計測用のＣＴと電源
用のＣＴとを分けて個別に設置するなどの対応が必要と
なる。しかし、図６や図８の回路構成において、例えば
系統事故のような過電流入力を検出した場合には、スイ
ッチＳＷ１により電源部を直ちにバックアップ側に切り
替えて、ＣＴ２０の二次側から電源部を切り離し、ＣＴ
２０からの電流は計測にだけ使うものとする。計測入力
回路４３Ａは電源部に比べてその回路負担が非常に小さ
いため、前述のＣＴと同一定格のものでも飽和しにくく
なる。これにより、系統事故時の過電流についてもＣＴ
を飽和させることなく、計測可能とするものである。

【００４５】図６、図８の実施形態では、バックアップ
電源監視手段４４ｃがコンデンサ３３ａの充電状態（電
圧レベル）を常時監視できる構成となっており、コンデ
ンサ電圧が低下して電源供給が不可能になった場合は、
スイッチＳＷ１の制御によりバックアップ電源からＣＴ
２０の二次電流による電源へと電源供給回路を切り替え
て運用する（Ｓ７，Ｓ１２，Ｓ１３）。このとき、ＣＴ
２０の二次電流が過電流となっていた場合には、ＣＴ２
０の飽和現象により系統電流の正常な計測値が得られな
いので、再度バックアップ電源が充電されるまで系統電
流値の正確な計測不可能となり、機能停止となる。

【００４６】図１０は、本発明の第５実施形態を示すも
ので、請求項４，５，６に記載した発明の実施形態に相
当する。前述のように、装置電源の消費電流値が比較的
大きいと、電源部及びＣＴの選定が難しくなる。しか
し、図１０に示すように装置電源をＣＴ２０から直接供
給せずに、ＣＴ２０を系統電流の計測及びバックアップ
電源回路のコンデンサ３３ａの充電にのみ使用し、電源
供給をもっぱらバックアップ電源回路から行うようにす
れば、ＣＴ２０の二次側定格電流を小さくでき、ＣＴ２
０の定格負担も抑えることができる。

【００４７】図１０において、図６、図８の実施形態と
異なる部分は電源部３０Ｃの構成である。バックアップ
電源回路のコンデンサ３３ａの一端にはスイッチＳＷ２
が接続されており、平常時は図１０のような接続状態
（オン状態）でコンデンサ３３ａが定電圧ＤＣ出力回路
３２に接続されて充電されている。このスイッチＳＷ２
は、ＣＰＵ４４によるソフトウェア監視制御によってオ
ンオフ制御される。なお、図１０ではＣＰＵ４４の電源
供給切替手段４４ｄの出力によりスイッチＳＷ２をオン
オフ制御する。

【００４８】図１１はこの実施形態の動作説明図であ
り、スイッチＳＷ２がオフの状態ではコンデンサ３３ａ
が放電してその放電電流により電源が供給される。この
とき、ＣＰＵ４４は通常動作モードにあって電流計測及
び計測データの無線伝送を行っている。コンデンサ３３
ａの電圧ＶｃはＡ／Ｄ変換器４３ｅを介してＣＰＵ４４
のバックアップ電源監視手段４４ｃに入力されており、
この電圧Ｖｃが一定値以下になったことが検出される
と、電源供給切替手段４４ｄの出力によりスイッチＳＷ
２がオンとなる。これによりコンデンサ３３ａは充電状
態となり、ＣＰＵ４４は電流計測動作や無線伝送を中断
して低消費電力動作のスタンバイモードとなり、コンデ
ンサ電圧Ｖｃの監視のみを実行する。

【００４９】図１０の実施形態では、スイッチＳＷ２が
オン状態（コンデンサ３３ａの充電中）において、最低
限、ＣＰＵ４４によりバックアップ電源の電圧監視を働
かせる必要があるので、その分消費電流も増え、充電に
時間かかる。このため、図１２に示した第６実施形態
は、ハードウェアにてバックアップコンデンサ３３ａの
充電電圧を監視し、ＣＰＵ４４を働かせることなく、バ
ックアップコンデンサ３３ａの充放電を制御するもので
ある。

【００５０】図１２の実施形態が図１０と異なるところ
は、電源部３０Ｆ内のバックアップコンデンサ３３ａの
一端に、連動する一対のスイッチＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂか
らなるスイッチＳＷ２が接続されており、平常時は図１
２のような接続状態（ＳＷ２ａがオフ、ＳＷ２ｂがオン
の状態）である。また、ハードウェアでバックアップコ
ンデンサ３３ａの満充電を検出し、かつ充放電を切り替
えるスイッチＳＷ２を制御する充放電制御回路を備えて
いる。この充放電制御回路は、制御電源Ｖccからバック
アップコンデンサ３３ａの満充電判定基準電圧Ｖref2を
生成する回路と、バックアップ電圧Ｖcを電圧Ｖi2にレ
ベル変換する回路と、Ｖref2とＶi2とのレベル比較を行
うコンパレータ３７と、コンパレータ３７の出力信号を
バックアップ電源がなくなるまで保持させる出力保持回
路３８により構成されている。

【００５１】図１３は本実施形態の動作を示したもので
ある。前述のごとく、通常はスイッチＳＷ２ａがオフ、
ＳＷ２ｂがオンであり、コンデンサ３３ａが充電される
状態となっている。コンデンサ３３ａの充電により電圧
Ｖcが上昇すると、それに合わせてＶi2も上昇し、Ｖi2
が満充電判定基準電圧Ｖref2よりも大きくなったところ
でコンパレータ３７の出力信号がHighレベルとなる。こ
の出力信号は出力保持回路３８により保持される。これ
により、スイッチＳＷ２ａがオン、ＳＷ２ｂがオフとな
り、バックアップコンデンサ３３ａは放電状態となる。
従って計測入力回路４３ＡやＣＰＵ４４への電源供給が
有効となり、各種計測・監視機能や伝送機能が働く。放
電によりバックアップコンデンサ３３ａの電圧が低下し
ていき、ある値以下になるとＣＰＵ４４が停止するとと
もに、前述の出力保持回路３８が復帰状態となり、スイ
ッチＳＷ２が通常の状態に戻ってコンデンサ３３ａの充
電が再度行われるものである。

【００５２】なお、コンデンサ３３ａの充電時間は定電
圧ＤＣ出力回路３２との間に接続された抵抗３３ｄの抵
抗値により決まるが、この抵抗３３ｄにより充電電流を
小さく抑制することができるので、充電時におけるＣＴ
２０の二次側負担を小さく抑えることができる。

【００５３】図１０や図１２の実施形態では、コンデン
サ３３ａを充電するスタンバイモードで電流計測や伝送
などを中断する必要がある。そこで、図１４に示す第７
実施形態のようにバックアップ電源回路に２個のコンデ
ンサ３３ｂ，３３ｃを設け、これらの電圧レベルをＡ／
Ｄ変換器４３ｅ，４３ｆを介しＣＰＵ４４Ａ内のバック
アップ電源監視手段４４ｃ，４４ｅにより監視しながら
電源供給切替手段４４ｄ及びスイッチＳＷ３，ＳＷ４に
より供給電源を切り替えて不使用のコンデンサを充電す
ることで、ＣＰＵ４４Ａによる電流計測や伝送を停止さ
せる時間をなるべく少なくする。

【００５４】図１４において、スイッチＳＷ３，ＳＷ４
はそれぞれ一対の連動するスイッチから構成されてお
り、図１４はスイッチＳＷ３が切りの状態、スイッチＳ
Ｗ４が入りの状態とする。また、３３ｅ，３３ｄは各コ
ンデンサ３３ｂ，３３ｃの一端と定電圧ＤＣ出力回路３
２との間に接続された抵抗である。

【００５５】図１４の実施形態におけるＣＰＵ４４Ａの
処理フローを図１５に示す。前記同様に入力レンジを制
御しながら電流入力値の計測処理を行い（Ｓ２１）、入
力電流が過電流レベルを超えると電源入力異常を示すア
ラームを出力する（Ｓ２２，Ｓ２７）。なお、必要に応
じて図５に示した負担抵抗制御及び図６のスイッチＳＷ
１による電源の切替制御を追加する。また、入力電流の
レベルが不足する場合にも電源入力異常を示すアラーム
を出力する（Ｓ２３，Ｓ２８）。

【００５６】次に、バックアップ電源監視手段４４ｃに
より監視しているコンデンサ３３ｂの電圧が十分であれ
ば、電源供給切替手段４４ｄによりスイッチＳＷ３を入
りに切り替えてコンデンサ３３ｂを放電させ、その放電
電流により電源を供給する（Ｓ２４，Ｓ２５）。一方、
入りの状態にあるスイッチＳＷ４を切ってコンデンサ３
３ｃを充電し（Ｓ２６）終了する。ステップＳ２４にお
いてコンデンサ３３ｂの電圧が不足する場合には、バッ
クアップ電源監視手段４４ｅにより監視している他方の
コンデンサ３３ｃの電圧を確認し（Ｓ２９）、この電圧
が十分であればスイッチＳＷ４を入りにしてコンデンサ
３３ｃを放電させ、電源を供給する（Ｓ３０）。一方、
入りの状態にあるスイッチＳＷ３を切ってコンデンサ３
３ｂを充電し（Ｓ３１）終了する。

【００５７】ステップＳ２９においてコンデンサ３３ｃ
の電圧も不足する場合には、バックアップ電源回路のコ
ンデンサ３３ｂ，３３ｃが何れも準備できておらず、電
源供給が不能であるとしてアラームを出力する（Ｓ３
２）。これにより、ＣＰＵ４４Ａはスタンバイモードへ
移行する。

【００５８】なお、上述した各実施形態において使用さ
れているスイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、リレー（リレー接
点）により構成してもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、送
配電線の広範囲かつ不安定な電流入力から安定した電源
を供給し、信頼性の高い電源を提供することができる。
特に、商用電源などの制御電源の供給が困難な場所で
も、送配電線のような潮流のある電力線があれば、そこ
から比較的安定した電源を供給することが可能となり、
装置の設置も可能となる。

【００６０】また、系統の電流計測用と電源供給用のＣ
Ｔを共用化すれば装置も小型化でき、しかもコストの削
減が図れるとともに、広範囲の入力電流に対して比較的
高精度で計測することができる。更に、計測・電源用Ｃ
Ｔの飽和特性を制御できるので、仕様の異なるＣＴを選
定しても同一のハードウェアを用いて特性を補正しなが
ら運用できるとともに、小型低容量のＣＴを選定して運
用することも可能となるので、計測・電源用ＣＴについ
ては比較的低コストのものを選定しやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す機能ブロック図で
ある。

【図２】図１における電源部の回路構成図である。

【図３】図２の動作説明図である。

【図４】一般的なＣＴの電流出力特性を示す図である。

【図５】本発明の第２実施形態を示す回路構成図であ
る。

【図６】本発明の第３実施形態を示す回路構成図であ
る。

【図７】図６におけるＣＰＵの処理を示すフローチャー
トである。

【図８】本発明の第４実施形態を示す回路構成図であ
る。

【図９】図８の動作説明図である。

【図１０】本発明の第５実施形態を示す回路構成図であ
る。

【図１１】図１０の動作説明図である。

【図１２】本発明の第６実施形態を示す回路構成図であ
る。

【図１３】図１２の動作説明図である。

【図１４】本発明の第７実施形態を示す回路構成図であ
る。

【図１５】図１４におけるＣＰＵの処理を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１０ 電力線 ２０ 計測・電源用ＣＴ ２１ 補助ＣＴ ３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０
Ｆ 電源部 ３１ 整流回路 ３２ 定電圧ＤＣ出力回路 ３２ａ コンパレータ ３２ｂ ＦＥＴ（スイッチング素子） ３３ バックアップ電源回路 ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ バックアップコンデンサ ３３ｄ，３３ｅ 抵抗 ３４ ダイオード回路 ３５ レベル変換回路 ３５ａ ＤＣ／ＤＣ変換回路 ３５ｂ 平滑コンデンサ ３６ 入力監視回路 ３６ａ オフディレイタイマ ３６ｂ，３７ コンパレータ ３８ 出力保持回路 ４０ 電流計測演算・監視部 ４１ ＧＰＳ同期部 ４２ ＧＰＳアンテナ ４３，４３Ａ 計測入力回路 ４３ａ スイッチング素子 ４３ｂ ツェナーダイオード直列接続回路 ４３ｃ フィルタ回路 ４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ Ａ／Ｄ変換器 ４４，４４Ａ ＣＰＵ ４４ａ 入力レンジ制御手段 ４４ｂ 入力計測・監視手段 ４４ｃ，４４ｅ バックアップ電源監視手段 ４４ｄ 電源供給切替手段 ４５ 計測用ＣＴ ５０ 無線伝送部 ５１ 無線アンテナ ＳＷ０，ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４ スイッチ Ｒ０〜Ｒｎ，Ｒｋ０〜Ｒｋｎ 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千原 勲 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 湯谷 浩次 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 戸井 雅則 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G025 AA05 AA16 AB14 2G035 AA26 AB08 AC01 AD11 AD13 AD14 AD19 AD23 AD28 AD58 AD65

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力線に設置されたＣＴにより前記電力
   線を流れる電流を計測する電流計測装置において、 前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段
   の電源部が、 前記ＣＴの二次側に接続された整流回路と、 この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素
   子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する
   定電圧ＤＣ出力回路と、 この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によ
   りバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバック
   アップ電源回路と、 前記定電圧ＤＣ出力回路またはバックアップ電源回路の
   出力電圧を所定レベルに変換して前記電流計測演算・監
   視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備
   え、 前記定電圧ＤＣ出力回路の出力電圧の低下時に前記バッ
   クアップ電源回路により電源を供給することを特徴とす
   る電流計測装置。
2. 【請求項２】 電力線に設置されたＣＴにより前記電力
   線を流れる電流を計測する電流計測装置において、 前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段
   の電源部が、 前記ＣＴの二次側に接続された可変抵抗手段と、 この可変抵抗手段に入力側が接続された整流回路と、 この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素
   子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する
   定電圧ＤＣ出力回路と、 この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によ
   りバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバック
   アップ電源回路と、 前記定電圧ＤＣ出力回路またはバックアップ電源回路の
   出力電圧を所定レベルに変換して前記電流計測演算・監
   視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備
   え、 前記定電圧ＤＣ出力回路の出力電圧の低下時に前記バッ
   クアップ電源回路により電源を供給するとともに、 前記電流計測演算・監視手段による電流計測値に応じ前
   記可変抵抗手段の抵抗値を可変として前記ＣＴの飽和特
   性を制御し、前記整流回路の入力電流を抑制することを
   特徴とする電流計測装置。
3. 【請求項３】 電力線に設置されたＣＴにより前記電力
   線を流れる電流を計測する電流計測装置において、 前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段
   の電源部が、 前記ＣＴの二次側に接続されたスイッチまたはリレー
   と、 このスイッチまたはリレーに入力側が接続された整流回
   路と、 この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素
   子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する
   定電圧ＤＣ出力回路と、 この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によ
   りバックアップ電源用のコンデンサが充電されるバック
   アップ電源回路と、 前記定電圧ＤＣ出力回路またはバックアップ電源回路の
   出力電圧を所定レベルに変換して前記電流計測演算・監
   視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を備
   え、 前記定電圧ＤＣ出力回路の出力電圧の低下時に前記バッ
   クアップ電源回路により電源を供給すると共に、 前記電流計測演算・監視手段が、 計測電流の大きさが所定範囲外である時にアラームを出
   力する監視手段と、 計測電流の大きさが所定範囲外である時に前記スイッチ
   またはリレーを動作させて前記整流回路への入力電流を
   遮断して前記バックアップ電源回路による電源供給に切
   り替える電源供給切替手段と、を備えたことを特徴とす
   る電流計測装置。
4. 【請求項４】 電力線に設置されたＣＴにより前記電
   力線を流れる電流を計測する電流計測装置において、 前記ＣＴの二次側に設けられた電流計測演算・監視手段
   の電源部が、 前記ＣＴの二次側に接続された整流回路と、 この整流回路の出力側に接続され、かつスイッチング素
   子のオンオフ制御によりほぼ一定の直流電圧を出力する
   定電圧ＤＣ出力回路と、 この定電圧ＤＣ出力回路に接続されてその出力電流によ
   りスイッチまたはリレーを介してバックアップ電源用の
   コンデンサが充電されるバックアップ電源回路と、 このバックアップ電源回路の出力電圧をスイッチまたは
   リレーを介し所定レベルに変換して前記電流計測演算・
   監視手段に対する電源を供給するレベル変換回路と、を
   備え、 前記電流計測演算・監視手段が、 計測電流の大きさが所定範囲外である時にアラームを出
   力する監視手段と、 前記各スイッチまたはリレーの動作を制御して前記コン
   デンサの充電及び放電を制御する電源供給切替手段と、
   を備えたことを特徴とする電流計測装置。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３または４記載の電流計
   測装置において、 バックアップ電源回路のコンデンサの充電電圧を監視し
   てその大きさが所定範囲外である時にアラームを出力す
   るとともに前記電源供給切替手段に電源切替のための信
   号を送るバックアップ電源監視手段を備えたことを特徴
   とする電流計測装置。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３，４または５記載の電
   流計測装置において、 前記電流計測演算・監視手段が、 計測電流の大きさに応じて、入力レンジを切り替える入
   力レンジ制御手段を備えたことを特徴とする電流計測装
   置。