JP2012145466A - 電流計測システムおよび電力計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力計測において、対象となる回路の給電線に設置する電流センサは、その回路に流れ得る最大の電流を測れるような定格のものを選択する必要があるため、回路の電流の変動が大きい場合、電流値が小さい時には、発生しうる誤差の絶対値が、電流値に対して相対的に大きくなってしまう。
【解決手段】同一の回路に、定格の異なる２個上の電流センサ５ａ、５ｄを設置し、随時行われる計測処理において、最も誤差が小さいと期待される電流センサを選択することにより、電流センサ１個の時に比べて、真の電流値に対する相対的な誤差の大きさを小さくする。電流センサを自動的に選択する機能を電流計測システムあるいは電力計測システムに備えさせることによって、生じうる相対的な誤差の範囲が小さい計測値が提示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流計測システムおよび電力計測システムに関し、特に、より正確な計測を可能とする電流計測システムおよび電力計測システムに関する。

電圧計測手段と電流計測手段を備え、これらによる計測結果から交流回路の電力を測定することができる電力計測装置が一般に知られている。これらの電力計測装置は分電盤付近に設置され、分電盤にて電圧と電流を計測する。電流検出手段としては変流器（ＣＴ）を使うものがある。このような形態の電力計測装置では、分電盤内の主幹線あるいは分岐して配電される系統線のうち、測定対象となる回路の電線にＣＴを設置して、電流を検出することになる。また、このような電力計測装置の中には、本体にはＣＴを結線する端子を備えており、本体とＣＴを分離できる形態のものもある。

一般に使われる給電方式としては三相３線式と単相２線式などがあり、給電方式によっては、１個の回路を測るのに２個のＣＴが必要となる。本発明は、給電方式に関わらず適用可能である。

電流検出手段として使われるＣＴでは測定できる電流の最大値が定格で示されている。一般にＣＴの仕様として示される測定誤差は定格電流値に対するパーセンテージで示される要素を含む。そのため、定格電流値が大きなＣＴほど小さな電流を測った時の相対的な誤差の幅は大きくなる傾向がある。

上述のように本体とＣＴとを分離できる形態の計測装置があるが、このような分離型の計測装置では、２種類以上の定格の異なるＣＴを接続できるようになっているものが一般的である。使用者は、計測装置に接続可能なＣＴの中から、測りたい回路に流れる電流の最大値を上回る定格のものを選択して電力計測装置に結線して計測を行う。

これらの電力測定装置の中には１個の電圧計測手段に対し２個以上の電流計測手段を備え、同一系統から給電される２個以上の負荷回路の消費電力を個別に測定できる多回路電力計測装置もある。多回路電力計測装置の製品設計では、機器の大きさ、用途、価格などを勘案して搭載する電流計測手段の個数を設計者が決めることになる。一方、使用者は測りたい回路数、設置場所に確保できる空間の広さ、価格などを勘案して、計測に使用する計測装置の機種と、設置する台数を選択する。設置においては、必ずしも全ての計測器のＣＴ接続端子を使うとは限らず、いくつかの端子が未使用の状態のまま、設置・運用する場合もありうる。

ここで、多回路電力計測装置の用い方について、ある仮想の施設への設置例を示して説明する。図６は、その施設の単相２線分電盤に多回路電力計測装置を設置した状態の模式図である。図中の１００は最大４つの回路を測れる多回路電力計測装置、２Ｒ、２Ｓは給電線である。３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは給電を受ける電気機器であり、それぞれ複写機、照明機器、空調機器、通信機器である。この施設には他にも電気機器があるが、ここでは省略している。４ａ〜４ｄは多回路電力計測装置１００が備えるＣＴを接続するための端子である。５ａ〜５ｄはＣＴであり、それぞれ端子４ａ〜４ｄに接続されている。単相２線方式では１個の回路を測るのに必要なＣＴは１個である。５ａは主幹の使用電力を、５ｂ〜５ｄはそれぞれ３ａ〜３ｃの電流を測れるように設置されている。ＣＴの中で、５ａだけは定格２００Ａであり、他の３つは定格５０Ａである。主幹の計測に使う５ａのみ、回路に流れる電流が５０Ａを越えるため、定格が大きいものを使う必要がある。６ｒ、６ｓは、多回路電力計測装置１００が備える電圧計測手段の入力端子であり、２Ｒ、２Ｓに結線されている。この図のように多回路電力計測装置を設置することにより、単相３線給電系統の主幹および、３ａ、３ｂ、３ｃの各電気機器の使用電力を計測できる。

７は多回路電力計測装置が備える表示装置であり、液晶、ＬＥＤなどの表示デバイスによって計測結果が数値として表示される。表示装置に計測結果が表示されている様子は例えば図７のようになる。一定期間ごとに各回路に流れる電力値の計測が行われ、その結果が随時表示装置７に表示されることにより、使用者は４ヶ所の使用電力を随時読み取ることができる。

なお、表示装置は必ずしも多回路電力計測装置１００と一体になっている必要はなく、多回路電力計測装置１００とは別の機器に備え付けられ、その機器が多回路電力計測装置１００と通信することにより計測値を取り込んで表示するような設計も可能である。

多回路電力計測装置１００による計測結果を見るときには、何番目のＣＴ接続端子で測った値が、どの回路を測ったものなのかを、知っておく必要がある。この対応は、紙などに記載して測定値を見るときに使用者が照合してもよいが、何らかの情報処理機器の記憶装置に記憶させられるようなシステムも設計可能である。そうすることにより、情報機器にて測定値を表示したり、グラフ化したり、資料化する際に、測定結果と併記して回路の名称を表示できるためである。その情報処理機器は、多回路電力計測装置１００と一体となっている場合もあれば、多回路電力計測装置の外部機器であって多回路電力計測装置１００と通信して計測結果を取り込めるよう設計する場合もある。ここでは、ＣＴ接続端子と回路の組み合わせを記憶するための記憶領域、あるいは記憶されるデータそのものを、電流センサ-回路テーブルと呼ぶ。このように電流センサ-回路テーブルの内容は例えば図８に示したような表形式のデータ構造となる。もし、多回路電力計測装置１００と上述の情報処理装置が一体になっていれば、表示装置７への表示内容を図９のように、計測対象の名称を含むものにできるため、より分かりやすくなる。なお、電流センサ-回路テーブルの内容は、使用者が入力する必要がある。そのための手段としては、例えばパソコンを多回路電力計測装置１００に接続し、パソコンを操作してテーブルの内容を入力するという方法が考えられる。

また、特許文献１には、センサと計測手段に設けたレンジ切替手段を用いて、レンジの切り替えを行う計測装置が記載されている。

特開２００２−１１６０５２号公報

上述のようにＣＴの測定誤差は定格電流値に対する相対値（パーセンテージ）で示される要素を含み、一般に定格電流が大きいＣＴほど、発生しうる誤差の絶対値は大きくなる。
一方、多くの電気機器では、稼働状況により使用電力は大きく変動する。また、機器によっては大きな電力を消費する時間はわずかであり、大半の時間は、消費電力が小さい待機状態になっている。

多回路電力計測装置に接続するＣＴを選択する際、対象となる回路を流れる最大電流を測れるものを選ぶ必要があるため、短時間でも大きな電流が流れる回路を測るならば、定格の大きなＣＴを選ばなければならない。

使用電力の変動が大きい機器では、使用電力が大きい状態における電流を測れるようにＣＴを設置することになるが、使用電力が小さいときには、ＣＴによって発生しうる誤差が相対的に大きくなり、計測値の信頼性が低下する。例えば、定格が５０Ａ、２００Ａ、４００Ａから選んでＣＴを接続できる多回路電力計測装置を用い、電流値が１０Ａから１００Ａの範囲で変動する回路の使用電力を測ることを考える。いずれのＣＴも精度は定格電流比０．３％とする。予想される電流の最大値が１００Ａなので、定格２００ＡのＣＴを選ぶことになる。このＣＴで発生しうる誤差は０．６Ａである。使用電流が１００Ａのとき、この誤差は電流値に比して０．６％である。ところが、電流が１０Ａのときは、誤差が測定値の６％となり、許容しがたい大きさになってしまう。

以上のように、ＣＴを用いる既存の計測手段では、使用電力が小さいほど、電流、あるいは電力の測定誤差が相対的に大きくなってしまう。

また、特許文献１に記載の計測装置では、センサが１つであるため、ただひとつ設けられたセンサの限界を越えることはできない。よって、センサの定格以上の電流を測ることはできないし、センサ自体が内在する誤差を取り除くことはできない。さらに、この計測装置では、レンジ切り替え機能を備えた新たなハードウェアが必要になる。

本発明は、上記課題に鑑みて、より正確な計測を可能とする電流計測システムおよび電力計測システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電流測定システムは、測定レンジが必ずしも同一ではない２個以上の電流センサと、前記電流センサの各々がどの回路の電流を測定しているのかを記録する電流センサ-回路テーブルと、前記２個以上の電流センサが同一の回路の電流を測定していると前記電流センサ-回路テーブルに記録されているとき、その回路の電流値として最も適切に電流値を検出できる電流センサ、あるいはその測定値を、付帯条件に基づいて適宜選択する機能を持つ電流センサ選択手段とを備える。

さらに本発明の電流測定システムは、各電流センサの測定レンジを記録する測定レンジテーブルを備え、前記電流センサ選択手段は判断の基となる付帯条件として、前記各電流センサが出力した測定値に基づき、測定値がその電流センサの測定レンジ内にあり、かつ測定レンジが狭いものを優先的に選択する。
また、本発明の電力測定システムは、前記電流測定システムと電圧センサとを備え、測定対象である回路の消費電力値を出力する。

本発明によれば、電流計測システムおよび電力計測システムにおいて、より正確な計測を可能とすることができる。

ある仮想の施設の単相２線分電盤に本発明による多回路電力計測装置を設置した状態の一実施形態を示す模式図である。 図１に示した設置における電流センサ-回路テーブルである。 本発明を実施した多回路電力計測装置の例における内部構成の模式である。 図１に示した設置における回路-電流センサテーブルである。 本発明における電流センサ選択手段内部にて行われる電流センサ選択処理の一実施形態を示すフローチャートである。 ある仮想の施設の単相２線分電盤に多回路電力計測装置を設置した状態の模式図である。 多回路電力計測装置が備える表示装置の表示例である。 図６に示した設置における電流センサ-回路テーブルである。 電力値に加えて回路名も表示される多回路電力計測装置が備える表示装置の表示例である。

本発明を実施するための形態を説明する。

ＣＴの中には耐電流の大きさが、定格より大きなものがある。そのようなＣＴでは、計測対象に定格を越える電流が流れても、それが耐電流値以下ならば故障等の障害には至らない。ただし、定格を越える電流が流れているときには、得られる計測値は保証されない。

本発明では多回路電流計を用い、回路に流れる最大電流（Ｉｍａｘとする）以上の定格を持つ電流センサに加えて、耐電流はＩｍａｘ以上だが定格電流はＩｍａｘ未満である電流センサを１個以上、計測対象となる回路に併設し、電流の大きさに応じて、いずれかひとつの最もふさわしい電流センサの出力を採用することにより、１個だけの電流センサを用いる場合に比べて、電流値が小さい時の取りうる誤差の範囲を小さくする。

いずれの電流センサの出力を採用するかを自動的に選択する電流センサ選択手段を、上述の情報処理装置内部に備えることにより、使用者に提示される計測値は常に最もふさわしい電流センサによる出力値となる。

最もふさわしい電流センサを選ぶ選定基準として、電流値を測れる定格を持つＣＴの中で、最も定格が小さいものを選べば誤差を小さくできると期待できる。定格がＩｍａｘ未満のＣＴからは、電流が大きい時には信頼できる計測値を得られない。Ｉｍａｘ以上の定格を持つＣＴを必ず１個設置しておき、そのＣＴの計測値を最初に見ることにより、計測時の電流値が、より定格の小さなＣＴで測れる値なのか判断できる。

図面を用いてある仮想の施設において本発明による計測装置を設置する場合の使用形態を説明する。

図１は、図６と同じ仮想の施設の単相２線分電盤に、本発明に該当する多回路電力計測装置を設置した状態の模式図である。電気機器３ｄは省略されている。図中の各要素のうち、図６と重複するものについては、それぞれの機能は図６と同じである。図６に比べて、図１では端子４ｄに接続されたＣＴ５ｄの設置箇所が、電気機器３ｃの給電線から、主幹の給電線に移っている。そのため、主幹給電線には、定格２００ＡのＣＴ５ａと定格５０ＡのＣＴ５ｄが併設された形になっている。また、図６では示されていなかった電流センサ選択手段８が、図１に加わっている。

図１の設置形態では、図６に比べて、機器３ｃの消費電力を測れなくなっているが、その一方で、主幹の消費電力が小さい時の誤差の範囲を小さく抑えられる。

図１のように設置した場合、電流センサ-回路テーブルの内容は図２のようになる。端子５ａと５ｄが共に主幹の電流を測っているため、多回路電力計測装置１は計測を行うたびに２個の主幹電流値を得ることになるが、電流センサ選択手段８の働きにより適切な方の値を採用して主幹の消費電力を表示する。

次に多回路電力計測装置１内部の概略を図３を用いて説明する。

ＣＴ接続端子４ａ〜４ｄ、電圧計測用入力端子６ｒ、６ｓ、表示装置７については、図１にも示されており、各々の機能についてはすでに説明したとおりである。図中１１は機器に内蔵された記憶装置に記憶されている電流センサ-回路テーブルを示している。

電流算出手段９は、端子４ａ〜４ｄに接続されたＣＴからの入力を読み取り、電流センサ-回路テーブル１１に書かれたＣＴの測定レンジを定める定格値を参照して、各回路に流れる交流電流の実効値を算出する。電圧算出手段１０は端子６ｒ、６ｓへの入力の電位差を読み取り、回路にかかる交流電流の実効値を算出する。電流センサ選択手段８は、同一の回路に２個以上のＣＴが併設されているか否かを判断し、併設されているならば、併設されたＣＴからの入力のうち、最適なものを選択する。その結果として、電力センサ選択手段８は、ＣＴが併設されている箇所があるか否かに関わらず、ＣＴが設置された回路ごとに１個のそれぞれの電流値を出力できる。この電流センサ選択手段８の働きについては、詳細を後述する。電力算出部１２は、電流センサ選択手段８が出力する回路ごとの電流値と、電圧算出手段１０が出力する電圧値とから、各回路の使用電力の実効値を算出し、制御部１３へと出力する。制御部１３は、各部の動作を制御する。その働きのひとつは、電力算出部１２の出力を表示装置７に渡し、各回路の使用電力値を表示させることである。制御部１３の働きにより、各部が十分短い時間間隔で動作することにより、表示装置７には各回路の使用電力値がリアルタイムに表示される。なお、説明を簡便にするため、電圧と電流との位相差の影響は説明から除外している。

次に電流センサ選択手段８の働きを説明する。電流センサ算出手段８への入力は電流算出手段９から出力される電流値であり、その個数はＣＴの本数に等しい。この例では４個である。電流センサ選択手段８は電力算出部１２に対して各回路の電流値を出力する。この例では、電力センサ選択手段は主幹、複写機、照明の各回路の電流値を出力する。

電流センサ選択手段８が出力する値のうち、主幹の電流については、端子４ａか４ｄからの入力のいずれかを、電力センサ選択手段８が選ぶ。

次に、電流センサ選択手段８が主幹回路の電流として４ａと４ｄのいずれかを選ぶために行う判定処理について説明する。

処理の開始時、電流センサ選択手段８は電流センサ-回路テーブル１１の内容を読み取り、それを組み替えて回路-電流センサテーブルという表型のデータ構造を作成する。これは、計測対象となる回路毎に行があり、各行にその回路に設置されるＣＴが並ぶ構造となっている。また、同一回路に２個以上のＣＴが併設されている場合は、ＣＴは左から定格値が大きい順に並ぶ。図１に示した結線例の場合は、回路-電流センサテーブルの内容は図４のようになる。図４において、列ＣＴ−１〜ＣＴ−４は各回路に設置されたＣＴが接続された端子名が入る。列ＣＴ−１には必ず端子名が入るが、ＣＴ−２以降の列には、２個以上のＣＴが併設された回路の行のみ端子名が入る。この例では、主幹回路にのみＣＴが２個併設されているため、主幹の行にのみ２個の端子名が入っている。また、端子４ａのＣＴは端子４ｄのＣＴよりも定格値が大きいため、左から、４ａ、４ｄの順に端子名が入っている。電流センサ選択手段８は、この回路-電流センサテーブルを見て、各回路について選択処理を行う必要があるのか判断する。ＣＴ−２の列が空の回路なら選択処理を行う必要はない。ＣＴ−２が空ではない回路については、選択処理を実行する必要がある。この例では、主幹の電流値を求める際に選択処理の実行が必要となる。

次に同一の回路に併設された２個以上のＣＴの中から、適切なＣＴを選択する選択処理の具体例を説明する。図５は選択処理のフローチャートの例である。このフローチャートに従えば、回路の電流値以上の定格値を持つＣＴの中で最も定格値が小さいＣＴが選ばれる。図中Ｓ１〜Ｓ５は説明の便宜上記入した、処理ステップを示すための符号である。また、フローチャート中、回路-電流センサテーブル内の列ＣＴ−１〜ＣＴ−４を逐次処理するための変数ｉを使用している。図中の表現でＣＴ−ｉは、列ＣＴ−１〜ＣＴ−４のうち、左からｉ番目の列に入っている端子名を示している。また、ＣＴ−（ｉ＋１）は、その右隣の列に入っている端子名を示している。

以下にフローチャートの処理をステップ順に解説する。

処理Ｓ１にて、これ以降の処理でＣＴ−１、ＣＴ−２…という順に列を処理するための初期値としてｉに１を代入している。

条件分岐Ｓ２では、ＣＴ−ｉの計測値と、その右隣のＣＴ−（ｉ＋１）の定格値に０．９５を乗じた値とを比較している。定格値に０．９５を乗じているのは、ＣＴ−ｉのＣＴにて誤差が生じうることを配慮して５％のマージンを確保するためである。実際の設計では、０．９５に相当する値を、各ＣＴの精度やシステムの用途等を勘案して設計者が定める。また、乗ずる値は必ずしもただ１つの固定値である必要はなく、例えばＣＴ−ｉに接続されたＣＴの定格に応じて変動するように設計しても良い。このＳ２で行われる比較によって、電流値がＣＴ−（ｉ＋１）の定格値以内かどうかが判定される。ＣＴ−ｉで得られた計測値が、ＣＴ−（ｉ＋１）の定格値×０．９５より大きければ、真の電流値はＣＴ−（ｉ＋１）で測れる範囲の外にあると考えられるため、ＣＴ−（ｉ＋１）およびそれより右の列の端子は不適切であることになる。よって、処理Ｓ３にてＣＴ−ｉを選択して処理を終了する。

一方、電流値がＣＴ−（ｉ＋１）の定格値以内だった場合は、ＣＴ−ｉよりもＣＴ−（ｉ＋１）の方がよりふさわしいと考えられるため、Ｓ３へは進まず、処理Ｓ４へと進む。ＣＴ−（ｉ＋１）よりもさらに右の列に端子名が入っているなら、その列の方がＣＴ−（ｉ＋１）よりもふさわしい可能性があるためである。

処理Ｓ４ではｉに１を加える。これにより、ｉが指し示す列が１列右にずれることになる。

次の条件分岐Ｓ５では、ＣＴ−（ｉ＋１）が有効かどうか判定する。この処理における「有効」の定義は「ＣＴ−ｉが表の右端ではなく、かつＣＴ−（ｉ＋１）が空欄でない」ことである。

もし、ＣＴ−（ｉ＋１）が有効でないならば、現在着目している計測対象の回路において、最も定格が小さいＣＴはＣＴ−ｉの端子につながっていることになる。よって、ＣＴ−ｉが最適な端子ということになるため、処理Ｓ３にて、ＣＴ−ｉを選択して処理を終了する。

もし、ＣＴ−（ｉ＋１）が有効ならば、処理Ｓ４実行時に右にずれたＣＴ−ｉとさらに右のＣＴ−（ｉ＋１）のいずれがよりふさわしいかを判定するため、条件分岐Ｓ２に戻る。

以上の処理によって、ＣＴ−１から順に、右隣の端子とどちらがふさわしいかの判定が逐次行われ、最終的に最も誤差範囲が小さいと期待される端子が選ばれる。

例として、主幹の電流が６０．０Ａで、端子４ａから得られた電流値が５９．５Ａだった場合を考える。この場合、最初の条件分岐Ｓ２において５９．５＞（５０．０×０．９５）？が真であるため、処理Ｓ３へと進み、ＣＴ−１列に入っている端子４ａが選ばれる。その結果、電流センサ選択手段８は主幹の電流値として５９．５Ａを出力する。

もうひとつの例として、主幹の電流が４０．０Ａで、端子４ａから得られた電流値が４０．５Ａ、端子４ｄから得られた値が４０．１Ａだとする。この場合、最初の条件分岐Ｓ２にて、４０．５＞（５０．０×０．９５）？が偽であるため、処理Ｓ４に進みてｉは２になる。続く条件分岐Ｓ５にて、列ＣＴ−３を調べるが、その列は空欄となっているため、処理Ｓ３へと進み、ＣＴ−２に入っている端子４ｂが選ばれる。その結果、電流センサ選択手段８は主幹の電流値として４０．１Ａを出力する。

以上に説明した電流センサを選択する処理は、制御部１３からの指示に応じて働き、選ばれたＣＴ端子の計測値が、電力算出部１２に渡される。

なお、以上の例では電力値を表示する多回路電力計測装置を示したが、電圧計測用端子６ｒ、６ｓ、電圧算出手段１０、電力算出部１２を省けば、電流値を表示する多回路電流計測装置となる。

以上のように、本発明は、同一回路に２個以上の電流センサを設置することにより、付帯条件に応じて最も適切と考えられる電流センサの出力値を自動的に選択する電流計測システムや電力計測システムとすることができる。さらに、計測時点における電流値に対して最も高精度な計測ができると考えられる電流センサの出力値を自動的に選択することができる。

さらに、本発明は既存の多回路電力計（例えば、多回路電力計測装置１００等）のハードウェアをそのまま使用し、ソフトウェアの変更で実現することができる。例えば、本発明の核となる電流センサ選択手段８は、計測装置の組込みソフトで実現することが可能である。さらに電力計の外部機器（パソコンなど）のソフトで実現することも可能である。

１、１００…多回路電力計測装置
２Ｒ，２Ｓ…交流給電線
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…負荷となる電気機器
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…ＣＴ接続端子
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…ＣＴ
６ｒ，６ｓ…電圧計測端子
７…表示装置
８…電流センサ選択手段
９…電流算出手段
１０…電圧算出手段
１１…電流センサ-回路テーブル
１２…電力算出部
１３…制御部

Claims (3)

1. 測定レンジが必ずしも同一ではない２個以上の電流センサと、
   前記電流センサの各々がどの回路の電流を測定しているのかを記録する電流センサ-回路テーブルと、
   前記２個以上の電流センサが同一の回路の電流を測定していると前記電流センサ-回路テーブルに記録されているとき、その回路の電流値として最も適切に電流値を検出できる電流センサ、あるいはその測定値を、付帯条件に基づいて適宜選択する機能を持つ電流センサ選択手段とを備える電流測定システム。
2. 請求項１に記載の電流測定システムにおいて、
   各電流センサの測定レンジを記録する測定レンジテーブルを備え、
   前記電流センサ選択手段は判断の基となる付帯条件として、前記各電流センサが出力した測定値に基づき、測定値がその電流センサの測定レンジ内にあり、かつ測定レンジが狭いものを優先的に選択する電流測定システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電流測定システムと電圧センサとを備え、
   測定対象である回路の消費電力値を出力する電力測定システム。

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