JP2005189012A

JP2005189012A - 電力計測装置

Info

Publication number: JP2005189012A
Application number: JP2003428504A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Kimura; 進平木村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】精度及びコストにおいて多回路に適用して好適な電力計測装置の提供。
【解決手段】本電力計測装置は、主装置１０と、個別計測装置１１とからなる。個別計測装置１１は、個別フレーカ３と電力負荷回路７との線間に設けた電流トランス４と主装置１０とに接続されている。個別計測装置１１は、ＡＤコンバータ１１Ａと、マイクロコンピュータ１１Ｂと、直流電源１１Ｃとからなる。主装置１０から、各個別計測装置１１には、ゼロクロス信号を送る。個別計測装置１１では、電流トセンス４で電力負荷回路７の電流を測定する。この測定された電流はＡＤ変換され、マイクロコンピューフ１１Ｂに入力される。マイクロコンピュータ１１Ｂは、ゼロクロス信号から仮想的な電圧信号を生成して、この信号と測定された電流信号を乗算し、電力値を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビル、工場などに設置されている種々の電気設備の消費電力を測定する電力計測装置に係り、特に、多回路に適用して好適な電力計測装置に関する。

工場、オフィスビルなどのエネルギー消費に対する法規性の強化などから、省エネルギーへの関心は、高まってきている。省エネルギーのためには、現在、どこに、どのようにエネルギーが使われているかを把握することが、効果的に改善するための重要なポイントになる。

近年、いわゆる省エネルギー法の施行に伴い、個別負荷の電力消費改善が要求されるようになった。そのため低圧回路個々の設備までの電力消費量の計測が必要になってきた。

このため設備ごとにひとつづつ電力量計をつけて計測していることもある。

しかし、電力量計ではコストが高いこと、また大型であるため設置場所の問題があるといった不都合があり、数カ所の計測ならともかく、数十〜何百の設備を計測しなければならないときには実用的ではない。そのため複数の設備の電力使用量を測定する装置が広く使われるようになってきた。

かかる装置の一例を、図４を参照して説明する。

図４において、電力ケーブル１に主幹ブレーカ２及び複数の個別ブレーカ３が設けられている。個別ブレーカ３には、電流トランス４を介して電力負荷回路が接続されている。電力計測装置５は、内部に個別ブレーカ３分の演算回路６を有する。これら演算回路６は、電力ケーブル１の電圧と、個別ブレーカ３毎に設けた電流トランス４による電流とが入力され、個別ブレーカ３毎の電力使用量を測定している。

しかし、このような構成の電力計測装置５だと、計測対象の回路が少ないと無駄が出る、例えば、電力計測装置５が計測装置として図示のように５回路分の演算回路６を備えていても、測定しようとする回路が２回路しかないと３回路分は無駄になる。

また、電力計測センサとして用いる電流トランス５は、個品個品で特性について少なからぬばらつきがある。電気料金取引に使われる電力量計の場合は電流トランスが計器内に内蔵されるので調整でばらつきが補正される。

しかし、図４のような装置の場合、接続される電流トランスが不特定のため、事前に調整しておくことができない。そのため高い計測精度を保証することができない。

さらに、計測対象となる電力負荷回路には、５０Ａの回路もあれば、２５０Ａの回路もある。電流トランスはその計測対象にあわせた定格のものが用いられる。そのため、図４に示す電力計測装置５の場合、どの接続端子にどういう定格の電流トランスが接続されているかを設定する操作が必要となる。

この問題を解決するため、図４と同一部分には同一符号を付した図５に示す構成の電力計測装置がある。これは特許文献１に示されているように、主装置８と個別計測装置９とに分離した構成になっており、主装置８で電力ケーブル１の電圧を測定し、電力負荷回路７と個別プレーか３との間に設けた電流トランス４により電流を測定し、個別計測装置９に入力している。主装置８は、電圧変換回路８Ａと、直流電源部８Ｂと、制御回路８Ｃとからなり、また個別計測装置９は電力演算回路９Ａと、直流電源９Ｂとからなる。

このような構成の電力計測装置によれば、測定しようとする回路の分だけ個別計測装置９を接続するので装置の無駄が無くなり、また多数の回路の測定にも対応でき、また電流トランス４は個別計測装置９に直付けのため、あらかじめ電流トランス４のバラつきを含んだ調整ができるので高精度になり、さらに電流トランス４の容量などは個別計測装置９に登録済みなので設定不要である等の利点がある。

また、図５の装置では、個別計測装置９内の電力演算回路９Ａで電力演算をおこなうために、主装置８から直流電源部８Ｂの電圧信号を電圧変換回路８Ａを介して、各個別計測装置９に送っていた。この信号は電源電圧を適当にステップダウンした信号である。

さらに図５の装置では、主装置８と個別計測装置９の間の接続距離、また個別計測装置９と個別計測装置９との間の接続距離が長くなると、配線長の影響を受け電圧信号が変動してしまうということである。また、この接続線に外部からノイズがかかると電力演算精度に影響を受ける。

個別計測装置９の電力演算回路９Ａは電流トランス４からの電流信号と主装置８から送られる電圧信号で電力を演算する。ところが個別計測装置９が計測しようとする電力負荷回路７の電圧は、主装置８に供給されている電圧と同じものである。従って、各個別計測装置９は同じ電圧で電力を計測しなければならないが、実際には各個別計測装置９に伝わる電圧信号に変動が出てしまい誤差が出る。またこの変動をできるだけ少なくしようとすると、電圧信号の送出に作動回路を使うなどの手段をとる必要がありコスト上昇を招くことになった。
特開２００３−２２２６４５号公報

本発明の目的は、精度及びコストにおいて多回路に適用して好適な電力計測装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る電力計測装置は、電力負荷回路に流れる電流を測定し、該測定した電流信号に、電源電圧のゼロクロス信号に同期した正弦値を乗じることで前記電力負荷回路の電力値を演算する手段を具備することを特徴とし、また電源電圧のゼロクロス信号を発生する主装置と、電力負荷回路に流れる電流を測定し、該測定した電流信号に、前記主装置からのゼロクロス信号に基づいて生成した前記ゼロクロス信号に同期した正弦値を乗じることで前記電力負荷回路の電力値を演算する個別計測装置とを具備することを特徴とする。

本発明においては、ゼロクロス信号から仮想的な正弦波を内部的に生成し、電流信号との乗算をおこなって電力値を得ることにより、精度の低下を招くことなく、低コストの電力計測装置を提供することができる。

（第１実施形態）
以下、図４及び図５と同一部分には同一符号を付した図１及び図２を参照して本発明に係る電力計測装置の第１実施形態を説明する。

図１に示すように、本実施形態の電力計測装置は、主装置１０と、計測装置１１とからなる。

主装置１０は、電力ケーブル１の電圧の電圧値を計測してデジタル出力するＡＤコンバータ１０Ａと、電力ケーブル１のゼロクロス、つまり電源電圧のゼロクロス信号を検出するゼロクロス検出回路１０Ｂと、電力ケーブル１に接続される直流電源部１０Ｃと、制御回路１０Ｄとを有する。

また、個別計測装置１１は、個別ブレーカ３と電力負荷回路７との線間に設けた電流トランス４と主装置１０とに接続されており、ＡＤコンバータ１１Ａと、マイクロコンピュータ１１Ｂと、直流電源１１Ｃとからなる。ここに、主装置１０のゼロクロス検出回路１０Ｂは、個別計測装置１１のマイクロコンピュータ１１Ｂに、電圧ゼロクロス信号と極性信号とを送る。また、主装置１０の直流電源部１０Ｃは個別計測装置１１の直流電源１１Ｃに電源を供給する。さらに主装置１０の制御回路１０Ｄは、個別計測装置１１のマイクロコンピュータ１１Ｂに制御信号を送る。

ここに、主装置１０から各個別計測装置１１にはゼロクロス信号を送るが、当該ゼロクロス信号は交流の半サイクルごとに送られる、また同時にゼロクロス信号に続く半サイクルが正の電圧か負の電圧かを示す極性信号も各個別計測装置１１に送られる。図２は、電力ケーブル１の電圧（電源電圧）とゼロクロス信号および極性信号の一例を示している。

一方、個別計測装置１１は電流トランス４で測定しようとする電力負荷回路７の電流を測定する。この測定した電流は、個別計測装置１１内のＡＤコンバータ１１Ａでディジタル化され、個別計測装置１１内のマイクロコンピュータ１１Ｂに入力される。また個別計測装置１１のマイクロコンピュータ１１Ｂは主装置１０から送られるゼロクロス信号と極性信号によって、仮想的な電圧信号を生成する。すなわち、ゼロクロス信号に同期した正弦値を生成し、これと電流トランス４が測定した電流のディジタル値を乗算し、瞬時の電力値を求める。この瞬時値を積算し電力量を求める。仮想的に生成される電圧は例えば１００Ｖに相当する電圧値とする。

一般に電圧信号の歪みはごくわずかなので、このように仮想的な正弦値を求める方式でもゼロクロスのポイントが合っていれば、実態に近い電力を求めることができる。

こうして求められた個別計測装置１１での電力量は短い期間（例：１秒）ごとに主装置１０に収集することができる。

主装置１０は、収集した電力値をその期間の実際の電源電圧で補正する。たとえば、収集サイクルが１秒ごととして、その１秒間の電源電圧が平均１０５Ｖであったとする。個別計測装置１１は仮想的に電圧１００Ｖとして電力を計測していたとすれば、主装置１０は収集した電力を１０５／１００＝１．０５倍して電力を補正して主装置１０内で電力の積算を行うことができる。

また、本実施形態におけるゼロクロス信号はディジタル信号なので、アナログ信号伝送に比べ減衰はなく、またノイズの影響を少なくすることができる。また、この方式では線路の長さによる電圧低下の影響なく、すべての個別計測装置が同じ条件で電力演算することが可能となる。

（第２実施形態）
第１実施形態は、単相負荷の場合であるが、三相の場合の実施形態について、図４、図５及び図１と同一部分には同一符号を付した図３を参照して説明する。

主装置１０′は、電力ケーブル１の電圧の電圧値を計測してデジタル出力するＡＤコンバータ１０Ａ１，１０Ａ２と、電力ケーブル１のゼロクロス、つまり電源電圧のゼロクロス信号を検出するゼロクロス検出回路１０Ｂ１，１０Ｂ２と、電力ケーブル１に接続される直流電源部１０Ｃと、制御回路１０Ｄとを有する。

また、個別計測装置１１′は、個別ブレーカ３と電力負荷回路７との線間に設けた電流トランス４と主装置１０とに接続されており、ＡＤコンバータ１１Ａ１，１１Ａ２と、マイクロコンピュータ１１Ｂと、直流電源１１Ｃとからなる。ここに、主装置１０′のゼロクロス検出回路１０Ｂ１，１０Ｂ２は、個別計測装置１１′のマイクロコンピュータ１１Ｂに、電圧ゼロクロス信号と極性信号とを送る。

上記構成では、三相３線電力は２電力計法で測定できるので三相のうち、ふたつの相のゼロクロス信号（および極性信号）を、個別計測装置１１′に送れば三相電力演算ができることになる。

なお、第１，第２実施形態において、個別計測装置１０，１０′の演算を、マイクロコンピュータで行っているように例示しているが、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を用いても良い。

この他、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。

本発明に係る電力計測装置の第１実施形態を示す図。同実施形態におけるゼロクロス信号の説明図。本発明に係る電力計測装置の第２実施形態を示す図。従来の電力計測装置の一例を示す図。従来の電力計測装置の他例を示す図。

符号の説明

１…電力ケーブル、３…個別ブレーカ、４，４′…電流トランス、７…電力負荷回路、１０，１０′…主装置、１０Ａ，１０Ａ１，１０Ａ２…ＡＤコンバータ、１０Ｂ，１０Ｂ１，１０Ｂ２…ゼロクロス検出回路、１０Ｃ…直流電源部、１０Ｄ…制御回路、１１，１１′…個別計測装置、１１Ａ，１１Ａ１，１１Ａ２…ＡＤコンバータ、１１Ｂ…マイクロコンピュータ、１１Ｃ…直流電源。

Claims

電力負荷回路に流れる電流を測定し、該測定した電流信号に、電源電圧のゼロクロス信号に同期した正弦値を乗じることで前記電力負荷回路の電力値を演算する手段を具備することを特徴とする電力計測装置。
電源電圧のゼロクロス信号を発生する主装置と、
電力負荷回路に流れる電流を測定し、該測定した電流信号に、前記主装置から受けた前記ゼロクロス信号に基づいて生成した前記ゼロクロス信号に同期した正弦値を乗じることで前記電力負荷回路の電力値を演算する個別計測装置と
を具備することを特徴とする電力計測装置。