JP2014183664A - 配電システム及び電流制限装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配電システムにおいて、売電／買電先となる電力事業者の変更や、これに伴う電流制限装置における制限値の変更を、必要以上のコストを要することなく、需要家自身が容易に行えるようにする。
【解決手段】配電システム１において、分電盤３内には、電路を流れる電流を制限する電流制限装置４が設けられる。電流制限装置４は、電路の電圧相を流れる電流のベクトル和が所定の制限値を超えたことを検出する過電流検出部４６と、電力の売電／買電先となる電力事業者と需要家との間の契約情報を取得するカードスロット４０ａ，４０ｂと、当該契約情報を記憶するメモリ４５ｂと、当該契約情報に基づいて所定の制限値を変更可能に設定する演算回路４５とを備える。この構成により、売電／買電先となる電力事業者の変更や、これに伴う電流制限装置における制限値の変更を、必要以上のコストを要することなく、需要家自身が容易に行える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電路を流れる電流を制限する電流制限装置を備える配電システム及びこの配電システムに用いる電流制限装置に関する。

従来、住宅用分電盤などに、電力事業者との契約により、需要家に対して所定以上の電力利用を制限するための電流制限装置（アンペアブレーカ、又はリミッタとも呼ぶ）を設置することがある。従来の住宅用分電盤の構成例を図５に示す。住宅用分電盤１００には、１次側電路に電流制限装置１０１と漏電遮断器１０２とが直列に接続されて配設され、漏電遮断器１０２の負荷側端子に分岐ブレーカ１０３が接続されて配設されている。

電流制限装置１０１は、図６に示すように、電流検出素子１０１ａと過電流検出部１０１ｂとを備える。この過電流検出部１０１ｂは、演算回路１０１ｃにおいて演算処理を行い、電流検出素子１０１ａで検出される電流値が、電力供給会社との契約容量に合わせた定格電流値（例えば３０Ａなど）を超えているか否かを検出する。そして、過電流検出部１０１ｂが定格電流値を超える電流が流れていることを検出すると、演算回路１０１ｃは、リレー１０１ｄの接点を閉じ、信号送出部１０１ｅを介して外部の漏電遮断器１０２に対して遮断信号を送出する。

漏電遮断器１０２は、当該遮断信号を受信すると電圧相に設けられた接点装置を動作させて接点を開く遮断動作を行い、負荷側端子への電力供給を遮断する。なお、漏電遮断器１０２も、電圧相に独自の電流検出素子を持ち、この電流検出素子と引き外し装置とを用いて過電流を検出すると遮断動作を行う機能を有している。

ところで、需要家が契約する電力会社の変更、及び需要家の使用電力量などのデータの提供を容易に行うデータ仲介システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１１３４２５号公報

しかし、上記従来の分電盤内に配置される電流制限装置は、電力事業者との契約容量に合わせた固有の定格電流値を持つ専用装置が選定されている。例えば、Ａ電力会社と需要家が「従量電灯Ｂ」で契約する場合、１０Ａから６０Ａまで７種類の契約があり、それぞれの契約に応じてアンペア値の異なる電流制限装置が設置される必要がある。従って、分電盤内に電流制限装置が一旦取り付けられた後に契約変更が希望されると、電力事業者が別の定格電流値を持つ新たな電流制限装置と交換する手間や需要家の費用負担が生じている。

また、近年、従来の一般電力事業者以外に、新電力と呼ばれるガス会社などの新たな電力事業者が数多く参入してきている。また、電力の固定価格買取制度も開始され、需要家が太陽光発電など再生可能エネルギーで発電した電力を電力事業者に売電できる環境が整ってきている。このようないわゆる「電力事業の自由化」に伴い、この先、需要家が、売電／買電先となる電力事業者を自由に選択するケースが飛躍的に増えていくことが想定される。

しかしながら、現状においては、需要家が売電／買電先となる電力事業者を新たに変更すると、その都度、電流制限装置や電力計器などの計器の交換工事が発生し、必要以上の作業工程と費用負担が生じている。また、売電／買電方向それぞれに対応した別体の電流制限装置が分電盤内に配置されて分電盤内のスペースが制限され、且つ需要家の費用負担も生じている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、売電／買電先となる電力事業者の変更や、これに伴う電流制限装置における制限値の変更を、必要以上のコストを要することなく、需要家自身が容易に行える配電システムを提供することを目的とする。また、この配電システムに用いる電流制限装置を提供することをも目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、電力事業者と需要家との間の電路に挿入されて電力使用量を計測する電力計器と、当該電力計器からの電路が接続され、需要家内で電力を分配する分電盤と、を備える配電システムであって、前記分電盤内には、電路を流れる電流を制限する電流制限装置が設けられ、当該電流制限装置は、電路の電圧相を流れる電流のベクトル和が所定の制限値を超えたことを検出する過電流検出部と、電力の売電／買電先となる電力事業者と需要家との間の契約情報を取得する契約情報取得部と、当該契約情報を記憶する記憶部と、当該契約情報に基づいて前記所定の制限値を変更可能に設定する演算部と、を備えることを特徴とするものである。

この配電システムにおいて、前記契約情報取得部は、前記電流制限装置に設けられた少なくとも１以上のカード読取部であり、前記記憶部は、前記カード読取部に挿入された記憶媒体から取得する売電／買電先となる電力事業者と需要家との間の契約情報を記憶することが好ましい。

この配電システムにおいて、前記電流制限装置は、電流の潮流が買電方向か売電方向かを計測する潮流計測部をさらに備え、前記演算部は、前記潮流計測部における判断に基づいて、前記所定の制限値を変更可能に設定することが好ましい。

また、本発明は、上記配電システムに用いられる電流制限装置であることを特徴とする。

本発明に係る配電システムでは、電流制限装置が備えるカードスロットなどの契約情報取得部から電力事業者と需要家との契約情報を取得し、演算部が当該契約情報に基づいて売電／買電時の電流制限装置の制限値を変更する。このため、本発明では、需要家はメモリカードなどの記録媒体を契約情報取得部に挿し込むだけで、売電／買電先となる電力事業者の変更や、これに伴う電流制限装置における制限値の変更を、需要家自身が容易に行える。

本発明の実施の形態に係る配電システムの全体構成図である。 （ａ）同上配電システムに備わる電流制限装置の外観図、（ｂ）前記電流制限装置に挿入されるメモリカードの斜視図、（ｃ）前記電流制限装置の機能ブロック図である。 （ａ）本発明の実施の形態２に係る配電システムに備わる電流制限装置の外観図、（ｂ）前記電流制限装置の機能ブロック図である。 同上実施の形態２の変形例１に係る電流制限装置のメモリに記憶された契約情報の一例を示すテーブルである。 従来の分電盤の全体構成図である。 同上分電盤に備わる電流制限装置の機能ブロック図である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る配電システムについて図面を参照して説明する。図１に示すように、配電システム１は、電力計器２及び分電盤３を備える。

電力計器２は、電力事業者Ｓと需要家との間の電路に挿入されて電力使用量を計測する装置であり、需要家への計量課金などのために設置される。この電力計器２は、電力網全体の信頼性・効率性を高めるスマートグリッドと称する技術では、スマートメータとして知られており、例えば、電力事業者Ｓや需要家の需給バランスに応じて需要家の電力使用量を最適化するデマンド・レスポンスなどを実現する。

電力計器２は、図１に示すように、電力事業者Ｓと広域通信や電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）を介して双方向通信で接続されている。電力事業者Ｓは、電力計器２の検針値を遠隔監視でき、電力の不正使用が起きた場合などに速やかに電力供給を遮断できるように制御する遠隔開閉機能を有している。なお、本実施の形態１では、電力計器２は電路を直接遮断する機能を有しておらず、過電流が検出されても電路の遮断は分電盤３内の遮断器で安全かつ適切に行われることを前提としている。

分電盤３は、電力計器２からの電路が接続され、電力事業者Ｓから供給される電力を需要家内で分配する機能を有しており、本実施の形態１では、電流制限装置４、漏電遮断器５、及び分岐ブレーカ６を備えている。分電盤３の１次側電路には、電流制限装置４と漏電遮断器５とが直接接続されて配設され、漏電遮断器５の負荷側端子に分岐ブレーカ６が接続されて配設されている。電流制限装置４の電源側端子には、１次側電路の単相３線式などの電源側電線が接続される。電流制限装置４と漏電遮断器５との間は、電流制限装置４の負荷側端子と漏電遮断器５の電源側端子とが１次側電路の電線によって接続されている。

ここで、電流制限装置４と漏電遮断器５とが主幹遮断器を構成している。なお、図１に示す電流制限装置４における「４０Ａ」、漏電遮断器５における「５０Ａ」は、それぞれ遮断動作を行う定格電流値の例を示したものである。

電流制限装置４は、電路に流れる電流を制限するために、所定の制限値としての定格電流値を超える電流が流れていることを検出するものである。この電流制限装置４は、例えば、電力供給会社との契約等に基づき、所定以上の電力利用を制限するために設けられる。電流制限装置４は、定格電流値を超える電流を検出した場合に、遮断信号（引き外し信号などとも言う）を、信号線７を介して外部の漏電遮断器５に対して出力する。また、電流制限装置４は、他の信号線（図示せず）を介して特定の分岐ブレーカ６に対して遮断信号を出力することもできる。

漏電遮断器５は、電流検出素子と引き外し装置とを備え、電路において所定以上の漏電電流を検出した場合に引き外し装置を動作させて遮断動作（トリップ動作など）を行う。また、漏電遮断器５は、電流制限装置４によって定格電流値を超える電流が検出されて遮断信号が出力され、外部端子がこの遮断信号を受信した場合に、引き外し装置を動作させて遮断動作を行い、負荷側端子への電力供給を遮断する。

分岐ブレーカ６は、複数の引き外し装置が並列に配置されて構成され、複数に分岐された分岐回路の各電路の導通、遮断動作を行う。なお、図示してはいないが、各分岐回路には照明器具やパソコンのほか、空調機器やＩＨ機器などの様々な負荷が接続されている。

次に、電流制限装置４の外観構成に関して図２（ａ）を参照して説明する。電流制限装置４は、売電／買電先となる電力事業者Ｓと需要家との間の契約情報を記憶させたメモリカードＭを挿入するカードスロット（読取部）４０ａ，４０ｂを備えている。本図では、カードスロット４０ａには買電用のメモリカードＭが挿入され、カードスロット４０ｂには売電用のメモリカードＭが挿入される。なお、カードスロット４０ａ，４０ｂは少なくとも１つ以上あれば良い。

メモリカードＭは、図２（ｂ）に示すように、例えばＳＩＭカードやＳＤカードなどの可搬記憶媒体であり、需要家が所望の売電／買電先となる電力事業者Ｓに依頼して郵送などで直接取得する。需要家は、当然、売電先となる電力事業者Ｓと買電先となる電力事業者Ｓにおいて異なる電力事業者Ｓを選定できる。メモリカードＭには、例えば、電灯契約、電力契約、売電契約等の契約種類、契約種類に基づく電力料金、電流制限装置４の定格電流値、電力の買取価格など電力事業者Ｓと需要家との間の様々な契約情報が記憶され、電力事業者Ｓにおいて作成される。

次に、電流制限装置４の内部構成に関して図２（ｃ）を参照して説明する。電流制限装置４は、電流検出素子４４、演算回路４５、過電流検出部４６、通信部４７、出力用リレー４８、電源回路４９、信号出力端子５０、信号線５１、遮断信号送出部５２、及び計時部５３を備えている。

電流制限装置４は、絶縁材料からなる器体により構成される。この電流制限装置４は、電圧相（Ｌ１相）、電圧相（Ｌ２相）、中性相を持つ三相の電路に対応して、電路に対して直列接続するための２つの端子部として、電源側端子４１ａ，４１ｂ，４１ｃ及び負荷側端子４２ａ，４２ｂ，４２ｃが設けられている。これらの電源側端子４１ａ，４１ｂ，４１ｃと負荷側端子４２ａ，４２ｂ，４２ｃとは、相別に設けられた導体４３ａ，４３ｂ，４３ｃにより電気的に接続されている。電圧相（Ｌ１相及びＬ２相）に接続される導体４３ａ，４３ｂのそれぞれには、電路の電圧相別の電流を検知する電流検知部として、各導体を流れる電流を検出する変流器（ＣＴ）等からなる電流検出素子４４ａ，４４ｂが設けられている。

電流検出素子４４ａ，４４ｂは、演算処理部としての演算回路４５に接続され、電流検出素子４４ａ，４４ｂの出力信号が演算回路４５に入力されて演算処理される。演算回路４５は、電流検出素子４４ａ，４４ｂの出力を用いて比較演算を行い、電圧相に接続される２つの導体４３ａ，４３ｂを流れる電流の合計（ベクトル和）が所定の上限値（定格電流値）を超えたことを検出する。過電流検出部４６は、これらの電流検出素子４４ａ，４４ｂ及び演算回路４５が電磁力に基づくメカニカルな動作により過電流を検出する。

通信部４７は、外部に設置された電力計器２と通信する機能を有する。電力計器２と通信部４７との間の通信には、有線通信、近距離無線通信（ZigBee（商標）など）、電力線を流れる電気信号に情報信号を重ねて高速通信を実現する電力線通信（ＰＬＣ）などが挙げられる。通信部４７は、通信環境に最適の通信手段を選択することで、通信接続性能を向上することができ、また、特別な装置部材が必要なく、安価に電力計器２と電流制限装置４との間の双方向通信を実現する。

演算回路４５は、メモリカードＭから読取部４０ａ，４０ｂを介して取得した定格電流値Ｉ_thに基づいて、漏電遮断器５に対する遮断信号を送出する。すなわち、演算回路４５は、電流検出素子４４ａ，４４ｂより出力される検出電流値Ｉ₁，Ｉ₂を演算処理により合計し、全ての電路の検出電流値の合計と定格電流値Ｉ_thとを比較して、検出電流値が定格電流値Ｉ_thを超えるかどうかを判断する。具体的には、演算回路４５は、Ｉ₁＋Ｉ₂＞Ｉ_thとなった場合に、出力用リレー４８を動作させる駆動信号を出力する。

この演算回路４５は潮流計測部４５ａ及びメモリ４５ｂを備え、潮流計測部４５ａは、電流制限装置４における現在の潮流方向を検出し、買電方向か売電方向かを判断する。演算回路４５は、潮流計測部４５ａの潮流判断に従い、売電／買電のそれぞれの潮流に対応した電力事業者Ｓと需要家との間の契約情報に基づく電流制限値Ｉ_thをメモリカードＭ又はメモリ４５ｂを参照して取得し、速やか且つ正確な漏電対策動作を実行する。

メモリ４５ｂには、カードスロットであるカード読取部４０ａ，４０ｂを介してメモリカードＭから取得した様々な契約情報が登録される。本実施の形態では、電灯契約、電力契約、売電契約など売電／買電の両方の契約情報をメモリ４５ｂに記憶できるため、売電／買電方向に対する定格電流値を１台の電流制限装置４で個別に設定及び管理できる。従って、売電／買電方向それぞれに対応した別体の電流制限装置４が分電盤内に配置されることがなくなり、分電盤３内の省スペース化を図り、且つ需要家の費用負担も低減できる。

出力用リレー４８は、演算回路４５からの駆動信号に基づき、接点をオンして信号を信号出力端子５０へ出力する。出力用リレー４８の接点が閉じてオンすると、電源回路４９からの電圧が信号出力端子５０に印加され、信号出力端子５０から遮断信号として信号線５１に出力される。本実施の形態１において、遮断信号を送出するための出力用リレー４８は複数設けられ、漏電遮断器５及び任意の分岐ブレーカ６を制御することができる。なお、これら出力用リレー４８、電源回路４９、信号出力端子５０、及び信号線５１によって遮断信号送出部５２が構成される。

電源回路４９は、入力端が導体４３ａ，４３ｂ，４３ｃに接続されており、電路からの電源供給を受けて所定の電源電圧を演算回路４５及び出力用リレー４８に供給する。計時部５３は、ＣＰＵからのクロック数などに基づく計時機能を有している。

以上、本実施の形態１に係る配電システム１において、電流制限装置４には、所望の電力事業者Ｓから提供される需要家との契約情報を記憶させたメモリカードＭが、読取部（カードスロット）４０ａ，４０ｂに挿入される。需要家は、この作業のみで、売電／買電先となる電力事業者Ｓの変更や、これに伴う電流制限装置４における定格電流値の変更を、電力計器２及び電流制限装置４の交換や電力事業者Ｓ側の電気工事、需要家の立ち合い作業を要することなく、容易且つ正確に行える。また、売電／買電方向に対する定格電流値などの制限値を１台の電流制限装置４で個別に設定及び管理できるため、分電盤３内の省スペース化を図りつつ需要家の費用負担も低減できる。このように、配電システム１は、近年の「電力事業の自由化」に対応し、必要以上のコストを要することなく、需要家における売電／買電先となる電力事業者Ｓの選択の自由度を高めることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る配電システムについて、図３を参照して説明する。なお、上記実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する（以下同じ）。

本実施の形態２では、電流制限装置４の通信部４７が、外部とのネットワークを介して、売電／買電先となる電力事業者Ｓと需要家との間の契約情報を取得する。通信部４７は、外部ネットワークから取得された契約情報に基づいて、演算回路４５において過電流を算出する際に閾値となる定格電流値を変更可能に設定する上限値設定部としての機能を有する。なお、契約情報は、例えば、需要家が所望の電力事業者Ｓに連絡し予めネットワーク経由で取得する形態でも良いし、電流制限装置４が定期的に地域に存在する電力事業者Ｓの最新の契約情報にアップデートする形態でも良い。

電流制御装置４は、通信部４７を介して取得した契約情報を表示する液晶などの表示部５４、及び需要家が所望の売電／買電先となる電力事業者Ｓを選択するボタン操作部などの入力部５５を備えている。演算回路４５は、入力部５５を介して需要家において選択された一の電力事業者Ｓと需要家との間の契約情報を選択し、上述した実施の形態１と同様の制御により売電／買電の両方における電流制限装置４の定格電流値を変更する。従って、本実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様、需要家は、売電／買電先となる電力事業者Ｓの変更や、これに伴う電流制限装置４における定格電流値の変更を、電流制限装置４の交換や電力事業者Ｓ側の電気工事を要することなく、容易且つ正確に行える。

（変形例１）
本実施の形態２の変形例１について説明する。本変形例１では、通信部４７は、ネットワークを介して売電／買電先となる複数の電力事業者の契約情報を取得し、メモリ４５ｂに記憶する。図４は、メモリ４５ｂに記憶される契約情報の一部を示すテーブル５６であり、複数の電力事業者Ｓの各種電力料金などが記憶される。次に、電流制限装置４の演算回路４５は、売電／買電先となる複数の電力事業者から、安価な電力料金となる売電／買電先となる一の電力事業者と需要家との間の契約情報を選択し、当該契約情報に基づいて電流制限装置４の定格電流値を変更可能に設定する。このため、本変形例１では、上記実施の形態２の効果に加えて、需要家は常に買電時には安価な電力事業者Ｓを、売電時には高額買取の電力事業者Ｓを自動的に選択できる。

（変形例２）
本実施の形態２の変形例２について説明する。本変形例２では、電流制限装置４は、計時部５３において計測された時間帯に応じて、通信部４７を介して取得した売電／買電先となる複数の電力事業者から、安価な電力料金となる売電／買電先となる一の電力事業者と需要家との間の契約情報を選択する。そして、当該契約情報に基づいて電流制限装置４の定格電流値を変更可能に設定する。このため、本変形例２においては、上記実施の形態２の効果に加えて、時間帯情報も勘案されて、需要家は買電時には安価な電力事業者Ｓを、売電時には高額買取の電力事業者Ｓを自動的に選択できる。

なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、電流制限装置４が電路遮断部を有し、過電流検出部４６において定格電流値を超える過電流が検出された場合に、電流制限装置４が自身の特定電路を引き外して電路遮断を行うことも考えられる。また、演算回路４５は、通信部４７ではなく、複数のメモリカードＭから読取部４０ａ，４０ｂを介して複数の電力事業者Ｓの契約情報を取得し、メモリ４５ｂに記憶保持する形態でも構わない。

１ 配電システム
２ 電力計器
３ 分電盤
４ 電流制限装置
４０ａ，４０ｂ カードスロット（契約情報取得部、カード読取部又は読取部）
４５ 演算回路（演算部）
４５ａ 潮流計測部
４５ｂ メモリ（記憶部）
４６ 過電流検出部
４７ 通信部
４８ 出力用リレー
４９ 電源回路
５０ 信号出力端子
５１ 信号線
５２ 遮断信号送出部
５３ 計時部
５４ 表示部
５５ 入力部
５ 漏電遮断器
６ 分岐ブレーカ
７ 信号線
Ｓ 電力事業者
Ｍ メモリカード（記憶媒体）

Claims (4)

1. 電力事業者と需要家との間の電路に挿入されて電力使用量を計測する電力計器と、当該電力計器からの電路が接続され、需要家内で電力を分配する分電盤と、を備える配電システムであって、
   前記分電盤内には、電路を流れる電流を制限する電流制限装置が設けられ、
   当該電流制限装置は、電路の電圧相を流れる電流のベクトル和が所定の制限値を超えたことを検出する過電流検出部と、電力の売電／買電先となる電力事業者と需要家との間の契約情報を取得する契約情報取得部と、当該契約情報を記憶する記憶部と、当該契約情報に基づいて前記所定の制限値を変更可能に設定する演算部と、を備えることを特徴とする配電システム。
2. 前記契約情報取得部は、前記電流制限装置に設けられた少なくとも１以上のカード読取部であり、
   前記記憶部は、前記カード読取部に挿入された記憶媒体から取得する売電／買電先となる電力事業者と需要家との間の契約情報を記憶する、ことを特徴とする請求項１記載の配電システム。
3. 前記電流制限装置は、電流の潮流が買電方向か売電方向かを計測する潮流計測部をさらに備え、
   前記演算部は、前記潮流計測部における判断に基づいて、前記所定の制限値を変更可能に設定する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の配電システム。
4. 前記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の配電システムに用いられる電流制限装置。

Images